DE2814437A1

DE2814437A1 - Verfahren zur katalytischen oxadation von schwefeldioxid

Info

Publication number: DE2814437A1
Application number: DE19782814437
Authority: DE
Inventors: Philip Gary Blakey; Richard William Watson
Original assignee: BOC Ltd
Current assignee: BOC Ltd
Priority date: 1977-04-05
Filing date: 1978-04-04
Publication date: 1978-10-19
Also published as: AU3486378A; AU519937B2; NL7803639A; FR2386479A1; IT7822002A0; IT1095399B

Description

Patentanwälte Dipl. Ing. Hans-Jörgen Müller Dr. rer. nat. Tliomas Berendt Dr.-Ing. Hans Leyh

Lucile-Grahn-Slraße38 O 6 München 80

BOC Limited Hammersmith House, London W6 9DX, Großbritannien

Verfahren zur katalytischem Oxydation von Schwefeldioxid

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Die Erfindung betrifft ein katalytisches Verfahren. Das betreffende Verfahren besteht in der katalytischen Oxydation von Schwefeldioxid zu Schwefeltrioxid. Gegebenenfalls kann Schwefelsäure dann durch Absorption des Schwefeltrioxids in konzentrierter Schwefelsäure gebildet werden. Die Erfindung betrifft auch die Herstellung von Schwefelsäure.

Eine typische vorhandene großtechnische Anlage zur Herstellung von Schwefelsäure umfaßt die Stufen der Bildung eines Gasgemisches einschließlich Schwefeldioxid und Sauerstoff, eine Einrichtung, wodurch die Reaktion von Sauerstoff und Schwefeldioxid miteinander veranlaßt wird, indem das Gasgemisch bei erhöhten Temperaturen über aufeinander folgende Tabletts von Katalysatoren geleitet wird, bis der größte Teil des Schwefeldioxids zu Schwefeltrioxid umgewandelt ist und anschließendes Absorbieren des Schwefeltrioxids in konzentrierter Schwefelsäure.

Gemäß einer typischen Verfahrensweise kann das Gemisch aus Schwefeldioxid und Sauerstoff dadurch gebildet werden, daß Luft-durch eine Trocknungsvorrichtung geleitet wird, die getrocknete Luft auf etwa 100 bis 150°C vorerhitzt wird und die vorerhitzte Luft dazu verwendet wird, die Verbrennung von Schwefel in einem Schwefelbrenner oder eines schwefelhaltigen Materials, z.B. von Pyrit, in einem Röstofen zu unterstützen. Das erhaltene Gasgemisch enthält gemäß einer typischen Ausführungsform 5 bis 13 Vol.-% Schwefeldioxid, etwa 80 Vol.-% Stickstoff und einen Rest, der aus Sauerstoff besteht. Wegen der Verbrennung des Schwefels in exothermer Reaktion verläßt das erhaltene Schwefeldioxid enthaltende Gasgemisch den Brenner bei einer Temperatur, die gut oberhalb derjenigen Temperatur -liegt, auf welche die getrocknete Luft vorerhitzt wird. Daher ist es möglich, das Schwefeldioxid enthaltende Gasgemisch bei einer Temperatur von etwa 1000 bis 1400⁰C herzustellen. Das Gas wird dann abgekühlt, z.B. in einem Abhitzekessel mit Feuerungsrohren oder einem wassergekühlten Boiler auf eine Temperatur, die üblicherweise im

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Bereich von 410 bis 450 C liegt, was mit der Kinetik und der Gleichgewichtskonstanten der Reaktion in Bezug steht und die bevorzugte Temperatur zur Bildung von Schwefeltrioxid ist, wenn ein üblicher Katalysator aus Vanadiumpentoxid verwendet wird.

Da es in der Praxis nicht möglich ist, die Gesamtmenge Schwefeldioxid in Schwefeltrioxid in einer einzigen Stufe zu überführen, werden mehr als eine katalytische Stufe verwendet. In einer typischen Ausführungsform werden vier oder fünf katalytische Stufen verwendet. Bei einer vierstufigen Konverterausführung werden in der ersten Stufe 50-70 Gew.-% des einströmenden Schwefeldioxids zu Schwefeltrioxid umgewandelt und in der zweiten Stufe werden weitere 20-30 Gew.-% umgewandelt. In der dritten Stufe werden weitere 5-10 Gew.-% umgewandelt und in der vierten und letzten Stufe 4-7 Gew.-%. Gegebenenfalls kann die vierte Stufe in zwei Teile aufgespaltet werden (d.h. derart, daß zwei voneinander räumlich getrennte Katalysatorbetten angeordnet werden).

Da die Oxydation von Schwefeldioxid zu Schwefeltrioxid eine exotherme Reaktion ist, wird das Gas, das jede katalytische Stufe verläßt, in einem Wärmeaustauscher oder durch Verdünnen mit Luft vor dem Eintritt in die nächste Stufe gekühlt.

Das Gas, das die letzte katalytische Stufe verläßt, wird in eine Kolonne eingeleitet, in welcher es in konzentrierter Schwefelsäure absorbiert wird. Nicht umgewandeltes Schwefeldioxid und restlicher Sauerstoff und Stickstoff werden aus dem Absorber abgeblasen.

Um sicherzustellen, daß ein höherer Wirkungsgrad der Umwandlung erhalten, z.B. zur Sicherstellung, daß weniger als 1 Gew.-%, typisch unter 0,5 Gew.-% des Schwefeldioxids nicht umgewandelt wird und dadurch die Menge von toxischem Schwefeldioxid in dem Abgas niedriggehalten wird, kann ggf. ein

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Teil des Gases, das die zweite oder dritte Stufe verläßt, in einen zweiten Absorber eingeführt werden, und zwar über den Vorerhitzer für die Luft (wodurch die Wärmequelle für den Vorerhitzer geschaffen wird). Im zweiten Absorber wird das Schwefeltrioxid in Schwefelsäure absorbiert und das nichtabsorbierte Schwefeldioxid enthaltende Gas wird dadurch aufgewärmt, daß es durch zwischenstufig eingeschaltete Wärmeaustauscher geführt wird (wodurch das erforderliche Kühlen in diesen Wärmeaustauschern hervorgebracht wird) bevor das Gas in die dritte oder vierte Stufe eingeführt wird. Eine solche Anlage ist als "Doppelabsorptionsanlage" bekannt.

Aufgabe der Erfindung ist die Erzielung zumindestens eine? der folgenden Vorteile:

(a) Der Wirkungsgrad der Umwandlung von Schwefeldioxid in Schwefeltrioxid soll erhöht werden,

(b) eine vorhandene Anlage soll ohne entsprechenden Verlust des Wirkungsgrades der Überführung mit höheren Durchsetzen versehen werden und/oder

(■c) die Zeitdauer, welche eine vorhandene Anlage mit vorgewählter Kapazität ohne Produktionsverlust betrieben werden kann, soll verlängert werden.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur katalytischen Oxydation von Schwefeldioxid geschaf f en,.welchem Verfahren ein Gasgemisch, das Schwefeldioxid und Sauerstoff umfaßt und sich auf erhöhter Temperatur befindet, nacheinander durch eine Anzahl von katalytischen Stufen geführt wird, so daß Schwefeltrioxid durch Reaktion zwischen dem Schwefeldioxid und Sauerstoff gebildet wird. Handelsüblicher Sauerstoff (gemäß der nachfolgenden Definition) oder mit Sauerstoff angereicherte Luft wird in das Gasgemisch in einen Bereich eingeführt, der stromab des Katalysators in der ersten

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katalytischen Stufe gelegen ist und stromauf des Katalysators in der Endstufe liegt, wobei stromab des Katalysators in jeder Stufe das Gasgemisch durch ein Kühlmittel gekühlt wird, das kein handelsüblicher Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherte Luft istjOder durch Mischen mit einem gasförmigen Kühlmittel, das als Träger für den handelsüblichen Sauerstoff oder die mit Sauerstoff angereicherte Luft dient.

Der Ausdruck "handelsüblicher Sauerstoff" bezeichnet ein Gas, das etwa 90 Vol.-% molekularen Sauerstoff enthält. Vorzugsweise wird ein handelsüblicher Sauerstoff verwendet, der weniger als 1 Vol.-% Verunreinigungen enthält.

Das Schwefeltrioxid kann in einer typischen Ausführungsform in Schwefelsäure überführt werden. Das Gasgemisch, das aus der letzten katalytischen Stufe austritt, kann in Schwefelsäure absorbiert werden, so daß Schwefelsäure in der vorgewählten Konzentration gebildet wird. In einer typischen Ausführungsform kann konzentrierte Schwefelsäure hergestellt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders geeignet zum Betrieb bei einer bestehenden Anlage zur Herstellung von Schwefelsäure. Die vorhandene Anlage kann eine einfache Absorptionsanlage oder eine doppelte Absorptionsanlage sein. Unter "vorhandene Anlage" wird eine Fabrik bezeichnet, die ursprünglich so ausgelegt ist, daß sie in üblicher Weise betrieben wird, aber nicht für den Betrieb des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgelegt ist.

Die Einleitung von handelsüblichem Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherter Luft erhöht die Sauerstoffkonzentration im Gasgemisch, das., die oder jede ausgewählte Stufe eintritt. Dies hat zur Folge, daß die Konzentration von Schwefeltrioxid im Gasgemisch über dem Katalysator stromab

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der Einleitungsstelle für den handelsüblichen Sauerstoff oder die mit Sauerstoff angereicherte Luft sofort erhöht wird. Es wird angenommen, daß es daher möglich ist, die Mengen von nicht umgewandeltem Schwefeldioxid im Gasgemisch, das die letzte katalytische Stufe verläßt, niedriger zu machen. Somit wird das Gas, das aus dem Verfahren abgeblasen wird, weniger Schwefeldioxid enthalten.

Das Kühlen des Gasgemisches nach jeder Stufe kann in einem Wärmeaustauscher durchgeführt^ Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann nach einer zweiten und anschließenden Stufen die jeweilige Kühlung durch Verdünnen des Gasgemisches mit Luft durchgeführt werden.

Gemäß einer typischen Ausführungsform wird das einströmende Gasgemisch von beispielsweise 5-13 Vol.-% Schwefeldioxid und einem Sauerstoffvolumen oberhalb der stöchiometrischen benötigten Menge, Restverdünnungsgas (typischerweise Stickstoff) enthalten.

Vorzugsweise wird wenigstens ein Teil des handelsüblichen Sauerstoffs oder der mit Sauerstoff angereicherten Luft zu dem Gasgemisch an einer Stelle stromab des Katalysators in der ersten katalytischen Stufe zugefügt, wobei diese Stelle stromauf des Katalysators in der zweiten katalytischen Stufe liegt. Es wird angenommen, daß die Zugabe dieses Sauerstoffs an dieser Stelle eine bessere Ausnutzung des Sauerstoffs wegen einer längeren Verweilzeit im katalytischen Umwandler und einem höheren örtlichen Partialdruck von Sauerstoff ermöglicht, alsjwenn diese Stelle zwischen nachgeschalteten Stufen liegt und als bei einer solchen Verfahrensführung erreicht werden könnte. Gelegentlich kann jedoch die Zugabe von Sauerstoff zwischen den beiden ersten Stufen Anlaß zu einem nicht duldbaren Temperaturanstieg geben. Somit kann in einigen Fällen wenigstens ein Teil des handelsüblichen Sauerstoffs oder der mit Sauerstoff angereicherten Luft zu dem Gasgemisch stromab des Katalysators

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in der zweiten Stufe und stromauf des Katalysators in der dritten Stufe zugegeben werden. Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, den handelsüblichen Sauerstoff stromab des Katalysators in der dritten Stufe zuzusetzen und bzw. stromauf des Katalysators in der vierten Stufe. Jedoch ist die Zugabe von Sauerstoff zum Gasgemisch zwischen der dritten und vierten Stufe vermutlich eine weniger wirksame Weise, diesen Strom auszunutzen, als er in der Zugabe dieses Sauerstoffs in vorgeschalteten Stufen besteht, insbesondere wenn die Schwefeldioxidkonzentration im einströmenden Gasgemisch oberhalb 8 Vol.-% liegt. Wenn die Quelle des eingeleiteten Gases von einem Schwefelbrenner gebildet wird (der sich von einem Erzröstofen unterscheidet)wird der Vorteil der Verwendung von handelsüblichem Sauerstoff zwischen der ersten und zweiten katalytischen Stufe oder zwischen der zweiten und dritten katalytischen Stufe zum Vergleich zu dem Fall, bei welchem der Sauerstoff zwischen die dritte und vierte Stufe eingeleitet wird, fortschreitend größer mit steigender Konzentration von Schwefeldioxid in dem einströmenden Gasgemisch. Schwefelbrenner erzeugen üblicherweise ein Gasgemisch, bei welchem die Gesamtkonzentration von Schwefeldioxid einen entsprechenden Abfall der Sauerstoffkonzentration hervorbringt. Dieser Sauerstoffkonzentrationsabfall stellt, wie angenommen wird, einen bedeutenden Faktor dar, der dazu beiträgt, daß der vorgenannte Vorteil erreicht wird.

Vorzugsweise ist dann, wenn der handelsübliche Sauerstoff oder die mit Sauerstoff angereicherte Luft zwischen die Katalysatoren der ersten und zweiten Stufe und/oder zwischen die Katalysatoren in der zweiten und dritten Stufe eingeleitet wird, das Verhältnis des Gewichtes von molekularem Sauerstoff, das in dieser Weise zugefügt wird, je Zeiteinheit zum Gewicht der gebildeten Schwefelsäure in der gleichen Zeiteinheit im Bereich von 10 : 100 bis 25 : 100.

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Wie vorher erwähnt wird angenommen, daß der Vorteil des
Zusatzes von handelsüblichem Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherter Luft zu dem Gasgemisch dahin neigt, daß diese günstigen Einflüsse proportional mit steigendem Schwefeldioxidgehalt im Gasgemisch, das in die erste katalytische Stufe
eintritt, größer werden. Vorzugsweise enthält das Gasgemisch, das in die erste katalytische Stufe eintritt, wenigstens
8 oder 9 Vol-% Schwefeldioxid. Häufig wird bevorzugt sein, daß das in die erste katalytische Snufe eintretende Gasgemisch 8 oder 9-13 Vol-% Schwefeldioxid enthält.

Wenn mit Sauerstoff angereicherte Luft verwendet wird, ist deren Konzentration an Sauerstoff vorzugsweise möglichst
groß, da der Stickstoffzusatz, der mit dem Sauerstoffgehalt vermischt ist, nicht vorteilhaft ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann verwendet werden, um dieses Verhältnis Schwefeldioxid, das zu Schwefeltrioxid in einer bestehenden Anlage überführt wird, die dazu dient, Schwefeldioxid in Schwefeltrioxid umzuwandeln, erhöht wird (wobei
in dieser Anlage üblicherweise eine Reihe katalytischer
STufen, allgemein vier oder fünf, vorhanden sind) und wobei Mittel zum Einleiten von Schwefeldioxid enthaltendem Gasgemisch über den Katalysator in jeder Stufe und Mittel zum Kühlen des Gasgemisches, das in jeder Stufe vom Katalysator abströmt, vorhanden sind.

Je nach dem Mengenverhältnis Schwefeldioxid zu Sauerstoff
in dem eingeleiteten Gasgemisch beträgt die erreichbare Umsetzung typisch wenigstens 98 Vol.-%. Tatsächlich wird der gesamte Wirkungsgrad der Überführung von Schwefeltrioxid
vorzugsweise aufrecht erhalten oder auf 98 Gew.-% oder darüber ansteigen gelassen. Im allgemeinen gilt, daß je größer das Mengenverhältnis Schwefeldioxid zu Sauerstoff in dem einströmenden Gasgemisch ist, desto mehr handelsüblicher Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherte Luft zu dem Gasgemisch

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zugesetzt werden muß, um eine vorgegebene prozentuale Umwandlung des eingeleiteten Schwefeldioxids stattfinden zu lassen. Wie oben erwähnt, gilt darüber hinaus,daß je größer dieses Verhältnis ist, es umso wünschenswerter wird, den handelsüblichen Sauerstoff oder die mit Sauerstoff angereicherte Luft zwischen die Katalysatorschichten der ersten und zweiten Stufe (oder - weniger bevorzugt zwischen die Katalysatorschichten der zweiten und dritten Stufe) einzuleiten anstatt diesen Strom in abströmender Richtung bezogen auf den Katalysator in der dritten Stufe und oberhalb des Katalysators der vierten Stufe zuzusetzen.

Vorzugsweise liegt bei der Zugabe von handelsüblichem Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherter Luft zwischen den Katalysator in der ersten und zweiten Stufe und/oder zwischen die Katalysatoren in der zweiten und dritten Stufe das Gewichtsverhältnis von molekularem Sauerstoff, das in dieser Weise zugesetzt wurde, je Zeiteinheit zum Gewicht von hergestellter Schwefelsäure in der gleichen Zeiteinheit im Bereich von 10 : 100 bis 25 : 100.

Gemäß einer typischen Ausführungsform wird die mit Sauerstoff angereicherte Luft oder handelsüblicher Sauerstoff zwischen die erste und die zweite Stufe eingeleitet. Der Konzentrationsanstieg an Schwefeldioxid und die Katalysatorentfernung aus der ersten Stufe werden vorzugsweise derart in ein Gleichgewicht gebracht, daß die Temperatur in der ersten Stufe die gleiche ist, als wenn die Anlage in üblicher Weise betrieben wird. Gemäß einer typischen Verfahrensweise kann die Konzentration an Schwefeldioxid bis auf ein Maximum von 16 Vol.-% erhöht werden und ebenso typisch kann maximal 50 Gew.-% des Katalysators von der ersten Stufe entfernt werden. Die entfernte Katalysatormenge kann derart ausgewählt, daß die Temperatur des Gasgemisches unmittelbar unterhalb des Katalysators unter 600 C gehalten wird. Es" ist erwünscht, den .entfernten Katalysator durch eine äquivalente Menge eines

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nicht katalytisch wirksamen Katalysator ähnlichen Materials zu ersetzen, um die Wärmeverteilung quer über den Katalysator und das Trägermaterial in der ersten Stufe nicht wesentlich zu ändern. Dieses Katalysator-Ersatzmaterial besteht gewöhnlich aus einem Katalysatorträgermaterial, das nicht mit Katalysator imprägniert worden ist.

Bei den meisten üblichen Anlagen neigt der Katalysator dazu, sich zu verschlechtern, was zu einem Anstieg des Druckabfalls im Konverter und zu einer Reduktion der aktiven Oberfläche des Katalysators führt. In der Praxis findet der größte Teil dieser Katalysatorverschlechterung(bei Anlagen mit einer einzelnen Absorptionsstufe) in der ersten Stufe statt. Der handelsübliche Sauerstoff oder die mit Sauerstoff angereicherte Luft kann somit zu einer vorhandenen Anlage mit einer einzelnen Absorptionsstufe zugefügt werden, damit dieser Verschlechterung entgegengewirkt wird, die zu einer fortschreitend geringeren Produktion von Schwefelsäure führt oder zu einem Anstieg einer Schwefeldioxidemission Anlaß gibt. Somit kann der handelsübliche Sauerstoff oder die mit Sauerstoff angereicherte Luft derart zugegeben werden, daß der Produktionsabfall vermindert oder eliminiert und/oder die Zeitspanne erhöht wird, über welche die Anlage betrieben werden kann, bevor sie geschlossen werden muß, damit der Katalysator in der ersten Stufe gewechselt werden kann. Da die Verschlechterung des Katalysators in der ersten Schicht fortschreitet,ist es erwünscht, progressiv den Mengenanteil von handelsüblichem Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherter Luft, die zugefügt wird, ansteigen zu lassen.

Beim Anfahren einer üblichen Anlage aus dem kalten Zustand wird allgemein ein direkter oder indirekter Wärmeerzeuger verwendet, um heißes Gas einzuleiten, damit die Temperatur der Katalysatorschichten oberhalb ihrer Entzündungstemperatur zu liegen kommen. Das heiße Gas kann Wasserdampf enthalten,

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was aus dem Verfahren entfernt werden muß, bevor es in den Konverter eintritt. Als Folge hiervon wird die Schwefelsäure in den zum Anfahren der Anlage verwendeten Lagertanks fortschreitend verdünnt. Durch Zusetzen von Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherter Luft zu dem Gasgemisch gemäß der Erfindung kann jedoch die Entzündungstemperatur in der zweiten bis vierten Stufe heruntergesetzt werden. Daher kann die Anfahrzeit der Anlage entsprechend vermindert werden. Somit kann eine geringere Verdünnung der beim Anfahren erzeugten Schwefelsäure wie bei in üblicher Weise betriebenen Verfahren erzielt werden. Außerdem ist es möglich,die benötigte Lagerkapazität des Tanks für die beim Anfahren erzeugte Säure herabzusetzen. Zusätzlich wird angenommen, daß beim Anfahren von üblichen Anlagen das Risiko einer erhöhten Emission von Schwefeldioxid besteht.

Im erfindungsgemäßen Verfahren können die katalytischen Stufen etwas oberhalb Atmosphärendruck betrieben werden, wie dies auch in einem üblichen Verfahren der Fall ist, oder bei noch mehr erhöhten Drucken von z.B. 6 Bar. Der Betrieb von bekannten Verfahren bei erhöhten Drücken bietet mögliche Vorteile bezüglich des Anstiegs des Wirkungsgrades der Umwandlung von Schwefeldioxid und einer Verminderung der Größe des Konverters. Es muß jedoch festgestellt werden, daß das erfindungsgemäße Verfahren diese Vorteile auch dann bietet, wenn die katalytischen Stufen bei Drucken betrieben werden, die nur etwas oberhalb Atmosphärendruck liegen.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei einer doppelten Absorptionsanlage zur Herstellung von Schwefelsäure betrieben werden. Eine derartige Anlage hat einen zwischen die Stufen geschalteten Absorber zusätzlich zu demjenigen, der mit dem Ausgang der letzten Stufe in Verbindung steht. Gemäß einer typischen Ausführungsform steht die Eingangsleitung in den zwischen den Stufen angeordneten Absorber mit einem Ausgang für die vorletzte Stufe und mit dem Auslaß für den zwischen

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den Stufen angeordneten Absorber in Verbindung. Bei einer derartigen Anlage ist es erwünscht, den handelsüblichen Sauerstoff oder die mit Sauerstoff angereicherte Luft zu dem Gasgemisch stromabwärts bezüglich des Katalysators in der genannten vorletzten Stufe und stromaufwärts bezüglich des Katalysators in der letzten Stufe zuzugeben, um ein oder mehrere Ziele der ansteigenden Wirkungsgraderhöhung der Umwandlung oder des Produktionsanstiegs zu erreichen oder eine Kompensation für die Verschlechterung des Katalysators in der letzten Stufe vorzunehmen (wobei diese Verschlechterung relativ ausgeprägt sein kann wegen eines Säurenebels, der in das Gasgemisch eingeschleppt wird, das aus dem Absorber zwischen den Stufen austritt).

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nun anhand des Beispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Hierbei bedeuten:

Figur 1 ein schematisches Fließdiagramm, das eine einzelne Absorptionsanlage mit zwischen den Stufen geschalteten Wärmeaustauschern für die Herstellung von Schwefelsäure darstellt und

Figur 2 ein schematisches Fließdiagramm, das.

eine einstufige Absorptionsanlage erläutert, wobei zwischen den Stufen Luftkühlung vorgesehen ist, ebenfalls zur Herstellung von Schwefelsäure.

Gemäß Figur I der Zeichnungen wird ein Gemisch aus Schwefeldioxid und Luft in den katalytischen Reaktor 2 über eine Eingangsleitung 1 eingeleitet. Das Gemisch aus Schwefeldioxid und Luft kann dadurch gebildet werden, daß Luft in einen Röstofen (nicht dargestellt) geleitet wird, in welchem schwefelhaltige Stoffe verbrannt werden. In dem Reaktor 2 sind vier katalytische Stufen vorgesehen, um das Schwefeldioxid mit Sauerstoff in der Luft zu Schwefeltrioxid umzusetzen. Diese Stufen sind mit den Bezugszeichen 4,6,8 und

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10 bezeichnet. In jeder Stufe sind Tabletts 12 mit einem geeigneten heterogenen Katalysator angeordnet. Der Katalysator ist üblicherweise Vanadiumpentoxid auf einem üblichen Trägermaterial. Die Katalysatortabletts in jeder aufeinanderfolgenden Stufe sind voneinander durch Abstandhalter 14 bzw. Trennwände getrennt. Die Trennwände verhindern, daß Gas, das über den Katalysator in einer Stufe geleitet worden ist, in die nächste Stufe einströmt, ohne daß es durch einen Wärmeaustauscher geleitet worden ist.

Die erste Stufe hat einen Ausgang 16 stromabwärts des Katalysators in dieser Stufe. Die Ausgangsleitung 16 endet in einem Wärmeaustauscher 18. Der Wärmeaustauscher 18 besitzt Durchgänge, die mit einer Eingangsleitung 20 in die zweite Stufe in Verbindung stehen, wobei die Eingangsleitung 20 stromauf des Katalysators in dieser Stufe angeordnet ist. Die zweite Stufe hat ebenfalls eine Ausgangsleitung 22 stromab des Katalysators in dieser Stufe. Die Ausgangsleitung 22 steht in Verbindung mit einer Eingangsleitung 26 in die dritte Stufe 8, wobei die Eingangsleitung 26 stromauf des Katalysators in dieser Stufe angeordnet ist. Die Ausgangsöffnung 28 steht in Verbindung mit dem Wärmeaustauscher 30. Ebenfalls in Verbindung mit dem Wärmeaustauscher 30 steht eine Eingangsleitung 32, die stromauf des Katalysators in der vierten Stufe 10 angeordnet ist. Stromab des Katalysators in der vierten Stufe 10 befindet sich eine Ausgangs— leitung 34, die mit einem Vorwärmer 36 in Verbindung steht. Der Vorwärmer 36 hat eine Eingangsöffnung 37 und eine Ausgangsöffnung 38, die üblicherweise für Wasserdampf vorgesehen sind. Der Vorwärmer 36 ist derart konstruiert, daß das Gas, das durch die Außenleitung 34 durchströmt, nicht in Berührung mit dem Wasser kommt sondern stattdessen das Wasser durch indirekten Wärmeaustausch aufheizt. Der Vorwärmer 36 hat einen Ausgang 40, der mit dem Bodenbereich einer Absorptionskolonne 44 in Verbindung steht. Die Absorptionskolonne 44 hat eine Eingangsleitung 46 für zurückgeführte konzentrierte

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Schwefelsäure. Die Eingangsleitung 46 endet in einem Sprühturm 48, der nahe dem Oberteil der Kolonne 44 angeordnet ist. In Verbindung mit dem Boden der Kolonne 44 befindet sich ein Produktabzug 50 für Schwefelsäure. Oben auf der Kolonne 40 befindet sich eine Ausgangsleitung 52 für nicht absorbiertes Gas .

: α : _d)ι
Um das Gas,'das durch die Wärmeaustauscher 18,24 und 30 zwischen den jeweiligen Stufen des Reaktors 2 durchgeht, sind Durchgänge 53,54 und 56 vorgesehen. Die Durchgänge 53 und 54 haben eine gemeinsame Ausgangsleitung 58. Vorzugsweise wird die Kühlflüssigkeit in den Wärmeaustauschern 18 und 24 von Wasserdampf aus dem Vorerhitzer 36 gebildet. Dieser Wasserdampf wird überhitzt, wenn er durch die Austauscher 18 und 24 geführt wird, und der erhaltene überhitzte Wasserdampf kann z.B. zum Antrieb eines Gebläses dienen, das verwendet wird, um Luft in einem Brenner (nicht dargestellt) zuzuführen, in welchem das Gasgemisch gebildet wird, das in die Leitung 1 eintritt. Das Kühlmittel für den Wärmeaustauscher 30 kann entweder Wasserdampf aus dem Vorwärmer 36 sein oder kann aus Luft bestehen, die vor der Einleitung in den Röstofen vorerhitzt wird.

Es sind Mittel zum Zusetzen von handelsüblichem Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherter Luft zu dem Gasgemisch zwischen der ersten Stufe 4 und der zweiten Stufe 6 des Reaktors 2 und zwischen der zweiten Stufe 6 und der dritten Stufe 8 des Konverters vorgesehen. Somit können die Zuführ-Rohrleitungen 60 und 62 für Sauerstoff sich von einer (nicht dargestellten) Quelle von handelsüblichem Sauerstoff erstrecken und in den Eingangsleitungen 20 und 26 zu der zweiten bzw. dritten Stufe enden. Durch Zugabe von handelsüblichem Sauerstoff an diesen Stellen wird sichergestellt, daß der zugesetzte Sauerstoff sich gut mit dem Schwefeldioxid enthaltenden Gasgemisch vermischt. Es ist jedoch möglich, den handelsüblichen Sauerstoff oder die mit

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Sauerstoff angereicherte Luft in die Ausgangsleitungen 16 bzw. 22 oder zum Gasgemisch stromab des Katalysators 12 in den Stufen 2 bzw. 4 und stromauf der Ausgangsleitungen 16 bzw. 22 zuzufügen. Ebenfalls ist es möglich,handelsüblichen Sauerstoff durch die Rohrleitung 64 in das Gasgemisch einzuleiten.

Beim Betrieb wird ein Gasgemisch, das hauptsächlich aus Schwefeldioxid, Sauerstoff und Stickstoff besteht, in Leitung eingeführt und in die erste Stufe 4 des Reaktors 2 eingeleitet. Dieses Gas wird auf eine Temperatur von 420°C gekühlt, bevor es in Stufe 2 eintritt. Wenn das Gas über den Katalysator 12 in die Stufe 2 eintritt, reagiert das Schwefeldioxid mit dem Sauerstoff unter Bildung von Schwefeltrioxid. Dies ist eine exotherme Reaktion und die Temperatur des Gases, das die erste Stufe über die Ausgangsleitung 16 verläßt, kann typischerweise 600°C betragen. Gewöhnlich können 55 % des eingeleiteten Schwefeldioxids zu Schwefeltrioxid in der ersten Stufe 2 umgewandelt werden.

Die Reaktionswärme wird aus dem Gasgemisch in dem Wärmeaustauscher 18 abgeführt. Das Gasgemisch kann in die zweite Stufe 6 des Reaktors 2 zurückgeführt werden und bei einer Temperatur von 420 C wird handelsüblicher Sauerstoff (im wesentlichen rein) zu dem Gasgemisch zugefügt, wenn es den Wärmeaustauscher 18 verläßt. Die weitere Umwandlung des restlichen Schwefeldioxids findet statt, wenn das Gas über den Katalysator 12 in der zweiten Stufe 6 des Reaktors 2 strömt. Somit werden weitere 21 1/2 Erozent des ursprünglichen Schwefeldioxids in einer typischen Yerfahrensform in Schwefeltrioxid in der zweiten Stufe 6 überführt. Das Gas, das die zweite Stufe verläßt, kann typisch eine Temperatur von 555 bis 560 C haben. Wenn der handelsübliche Sauerstoff nicht zugesetzt wird, kann die Temperatur in einem typischen Fall nur auf 550 C steigen und es werden dann nur 20 Prozent des einströmenden Schwefeldioxids in der zweiten Stufe umgewandelt. Es ist zu bemerken, daß diese Temperatur niedriger ist als die Aus-

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gangs temperatur des Gases, das die erste Stufe verläßt. Dies tritt deshalb auf, weil weniger Schwefeltrioxid in der zweiten Stufe gebildet wird und daher weniger Wärme entwickelt wird.

In dem Wärmeaustauscher 24 wird die Reaktionswärme vom Gas, das die zweite Stufe 6 verläßt, abgezogen. Das Gas wird in die dritte Stufe 8 bei einer Temperatur von 450 G zurückgeführt. Weitere 15 % des ursprünglichen Schwefeldioxids können gewöhnlich in Schwefeltrioxid überführt werden, wenn dieses über den Katalysator in der dritten Stufe strömt. Typischerweise beträgt die Temperatur des die dritte Süufe 8 verlassenden Gases in der Größenordnung von 465 C.

In dem Wärmeaustauscher 30 wird die Reaktionswärme von dem Gas, das die dritte Stufe verläßt, abgezogen. Dieses Gas wird dann in die vierte Stufe stromauf des Katalysators 12 in dieser Stufe zurückgeführt, gewöhnlich bei einer Temperatur von 450 C. Das Gasgemisch strömt danach über den Katalysator 12 in der vierten Stufe 10. In der vierten Stufe wird fast alles restliche Schwefeldioxid zu Schwefeltrioxid umgewandelt. Das somit gebildete Schwefeltrioxid enthaltende Gasgemisch verläßt den Reaktor 2 gewöhnlich bei einer Temperatur von 455°C durch die Leitung 34 und tritt in den Vorwärmer 36 ein, wo es Wasser zum Sieden bringt und wobei das gebildete Gemisch aus Wasserdampf und Wasser verwendet wird, um das Kühlen in den Wärmeaustauschern 24 und 18 zu bewerkstelligen. Das Schwefeltrioxid enthaltende Gas wird danach in die Absorptionskolonne 44 durch die Eingangsöffnung 42 eingeleitet. Die konzentrierte Schwefelsäure, die etwa 98,5VoI,-;? Schwefelsäure enthält, wird in die Kolonne 44 aus der Sprühvorrichtung 48 eingesprüht. Das Schwefeltrioxid wird durch diese konzentrierte Schwefelsäure absorbiert und das Produkt der Schwefelsäure wird gebildet. Die Schwefelsäure wird von der Absorptionskolonne durch die Ausgangsleitung 50 abgezogen. Nicht absorbiertes Gas, das hauptsächlich aus Stickstoff mit etwas Sauerstoff und Spuren von nicht umgesetz-

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ten Schwefeldioxid besteht, wird durch die Ausgangsleitung abgeblasen.

Gemäß Figur 2 der Zeichnungen wird Luft in einen Kompressor 72 durch eine Rohrleitung 70 gedruckt. Sie wird in dem Kompressor 72 auf einen Druck von gewöhnlich 1,3 Atmosphären gebracht. Die komprimierte Luft strömt von dem Kompressor in einen Schwefelbrenner 78 über eine Rohrleitung 74. Schwefel wird in den Brenner 78 über eine Leitung 76 eingeleitet. Der Brenner arbeitet bei einer Temperatur von 1100⁰C und produziert gewöhnlich ein Gasgemisch, das 10 Vol.-% Schwefeldioxid und 10,9 Vol.-% Sauerstoff enthält, wobei praktisch der gesamte Rest des Gases aus Stickstoff besteht. Dieses Gasgemisch strömt aus dem Brenner 78 in einen Abhitzekessel 82 üher eine Leitung 80. In dem Abhitzekessel 82 wird das Gas durch Wärmeaustausch mit Wasser, das durch eine Leitung eingeführt wird, abgekühlt, wobei das Wasser ans Sieden kommt und der erhaltene Wasserdampf den Boiler über die Leitung verläßt. Gewöhnlich wird das Gasgemisch auf eine Temperatur von 42O⁰C gekühlt. Das gekühlte Gas verläßt den Abhitzeboiler 82 und strömt durch eine Rohrleitung 88 in einen katalytischen Reaktor oder Konverter 90, der vier aufeinanderfolgende katalytische Schichten 92,94,96 und 98 aufweist. Üblicherweise wird ein Katalysator aus Vanadiumpentoxid verwendet. Während das Gasgemisch über den Katalysator 92 strömt, wird:ein Teil des Schwefeldioxids mit etwas Sauerstoff unter Bildung von Schwefeltrioxid umgesetzt. Dieses ist eine exotherme Reaktion, so daß die Temperatur des Gasgemisches nach dem Durchgang über den ersten Katalysator höher ist als sie vor dem Durchgang über den ersten Katalysator 92 war.

Gemäß einer typischen Ausführungsform kann die Temperatur auf einen Wert im Bereich von 590 - 600 C angehoben werden, was z.B. von der Zusammensetzung des Gasgemisches abhängt. Das Gasgemisch verläßt nach dem Durchgang über die erste Katalysatorschicht 92 den Konverter über eine Ausgangsleitung

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100 und tritt in einen Wärmeaustauscher 102 ein, in welchem wenigstens ein Teil der Reaktionswärme aus dem Gasgemisch durch indirekten Wärmeaustausch mit einer Flüssigkeit, wie Wasser oder Wasserdampf, welche durch die Rohrleitung 106 eingespeist und den Wärmeaustauscher durch die Leitung 102 in Form von überhitztem Wasserdampt durch die Rohrleitung 108 verläßt, entfernt wird. Das gekühlte Gasgemisch wird in einen Bereich gerade stromauf der zweiten Katalysatorschicht 94 über eine Eingangsleitung 104 zu dem Konverter zurückgeführt. Die Rohrleitung 134, die in Verbindung mit einer (nicht dargestellten) Quelle von handelsüblichem Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherter Luft steht, endet in der Eingangsöffnung 104. Somit kann der handelsübliche Sauerstoff oder die mit Sauerstoff angereicherte Luft zu dem Gasgemisch beim Durchgang durch die Eingangsleitung 104 zugefügt werden. Das somit an Sauerstoff angereicherte Gasgemisch wird über die zweite Katalysatorschicht 94 geleitet, in welcher ein weiterer Teil des Schwefeldioxids im ursprünglichen Gasgemisch mit Sauerstoff unter Bildung von weiterem Schwefeltrioxid reagiert. Gemäß einer typischen Ausführungsform steigt die Temperatur der Gasgemische auf z.B. 520 - 530 C beim Übergang über den zweiten Katalysator 94. Nachdem das Gemisch über die zweite Katalysatorschicht 94 geströmt ist, wird es durch Zumischen von Luft gekühlt. Die Luft wird von der Rohrleitung 74 mittels eines Rohrs 110 gekommen, welches in dem Konverter 90 in einem Bereich endet, der stromab der zweiten Katalysatorschicht 94 und stromauf des dritten Katalysators 96 liegt. Eine Rohrleitung 136, die mit einer (nicht dargestellten) Quelle von handelsüblichem Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherter Luf t »nVtvbmsteht, endet in der Rohrleitung 110. Hierdurch wird gestattet, daß die durch die Leitung 110 geführte Luft an Sauerstoff angereichert wird und dadurch, was noch wesentlicher ist, das Gasgemisch an Sauerstoff anreichert. Die über die Rohrleitung 110 eingeführte Luft kühlt das Gasgemisch nach dem Durchgang über die zweite Katalysatorschicht 94. Gewöhnlich

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wird das Gasgemisch auf einen Wert im Bereich von 420 — 435°C gekühlt.

Wenn das gekühlte Gasgemisch über die dritte Katalysatorschicht 96 strömt, wird mehr von dem ursprünglichen Gehalt an Schwefeldioxid zu Schwefeltrioxid durch Reaktion mit Sauerstoff umgewandelt. Da das Gasgemisch durch Zugabe der Luft über die Rohrleitung 110 verdünnt wird, ist der Temperaturanstieg in dieser Stufe viel weniger ausgeprägt, als dies in den vorherigen zwei Stufen war. Gewöhnlich kann die Temperatur um etwa 30 - 40 C ansteigen. In einer typischen Ausführungsform kann die Reaktionswärme vom Gas stromab der dritten Katalysatorschicht 96 und stromauf der vierten Katalysatorschicht 98 dadurch entfernt werden, daß Luft in das Gemisch aus der Rohrleitung 112 einströmen gelassen wird, wobei diese Rohrleitung mit der Rohrleitung 75 in Verbindung steht. In einer typischen Ausführungsform kann das Gasgemisch auf eine Temperatur im Bereich von 435 - 445 C gekühlt werden. Gegebenenfalls kann handelsüblicher Sauerstoff über eine Rohrleitung 138 zur Luft gegeben werden, die durch die Rohrleitung 112 strömt, und somit dem Gasgemisch zugeführt werden. Das Gasgemisch strömt dann über die vierte Katalytische Schicht 98, wobei ein weiterer Teil des ursprünglichen Gehalts an Schwefeldioxid in Schwefeltrioxid durch Reaktion mit Sauerstoff umgewandelt wird.

Gemäß einer typischen Ausführungsform werden 98 Vol.-% des ursprünglichen Schwefeldioxids in Schwefeltrioxid umgewandelt als Ergebnis der Reaktion über vier katalytisch^ Stufen.

Das Gas verläßt den Konverter üblicherweise bei einer Temperatur in der Größenordnung von 440 - 450 C, wobei der Temperaturanstieg über der vierten katalytischen Schicht 98 gewöhnlich nur etwa 5 C beträgt. Aus dem Konverter 90 wird das Gasgemisch, das Schwefeltrioxid, Sauerstoff, Stickstoff und eine kleine Menge Schwefeldioxid enthält, über die Rohrleitung 114 in einen Vorerhitzer 116 geleitet, in welchem das

809842/0764 " ²³ "

- ²³ - 28HA37

Gasgemisch auf eine Temperatur im Bereich von 80 - 120 C durch indirekten Wärmeaustausch mit Wasserdampf gekühlt wird, wobei der Wasserdampf in den Vorerhitzer 116 durch eine Leitung 118 eintritt und durch eine Leitung 120 austritt.

Das gekühlte Schwefeltrioxid enthaltende Gasgemisch strömt danach über die Rohrleitung 122 in einen Absorber 124, in welchem es mit einem abwärts fließenden Strom von konzentrierter Schwefelsäure in Berührung kommt, welche in den Absorber 124 über eine Sprühvorrichtung 126 eingesprüht wird, welche über eine Rohrleitung 128 mit einer (nicht dargestellten) Quelle konzentrierter Schwefelsäure in Verbindung steht. Folglich wird das gesamte Schwefeltrioxid in der Schwefelsäure absorbiert und hierdurch die Konzentration der Schwefelsäure erhöht. Die konzentrierte Schwefelsäure wird aus dem Absorber 124 durch eine Ausgangsleitung abgezogen, die mit einer Anlage für die Verdünnung und die Lagerung in Verbindung steht. Das nicht absorbierte Gas, das aus Sauerstoff und Stickstoff zusammen mit der kleinen Menge nicht umgesetzten Schwefeldioxid besteht, wird über die Rohrleitung 130 an die Atmosphäre abgegeben.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert:

Beispiele IA - IH

Diese Beispiele (vgl. Tabellen 1 und 2) beziehen sich auf das Arbeiten der Anlage, die in Figur 1 dargestellt ist.

Die Beispiele zeigen eine Reihe von Tatsachen. Zunächst wird zusätzlich zu handelsüblichem Sauerstoff (fast 100 % rein) zu dem einströmenden Gasgemisch ermöglicht, daß höhere Wirkungsgrade der Umwandlung erzeugt werden, wie sie erreicht werden, wenn dieser Sauerstoff nicht zugefügt wird.

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28U437

Zweitens ist die Menge handelsüblichen Sauerstoffs, die erforderlich ist, um den gleichen Umwandlungs-Wirkungsgrad zu erzielen größer, wenn der Sauerstoff stromab der dritten Katalysatorstufe und stromauf der vierten Katalysatorstufe zugefügt wird, als wenn dieser stromab der zweiten Katalysatorstufe und stromauf der dritten Katalysatorstufe zugesetzt würde.

In ähnlicher Weise ist die Menge von handelsüblichem Sauerstoff, die erforderlich ist, um den gleichen Umwandlungs-Wirkungsgrad zu erzielen, größer, wenn der Sauerstoff stromab der dritten Katalysatorstufe zugefügt wird als wenn der Sauerstoff stromab der ersten Katalysatorstufe zugesetzt würde und stromauf der zweiten Katalysatorstufe. Diese verhältnismäßig größere Sauerstoffmenge muß mit ansteigendem Verhältnis S0„/0„ beim einströmenden Gasgemisch zugesetzt werden, um einen gegebenen Umwandlungs-Wirkungsgrad zu erreichen oder sich diesem anzunähern.

Viertens wird die Zugabe von Sauerstoff zwischen dem Katalysator der dritten und dem Katalysator der vierten Stufe sogar weniger günstig, wenn das Verhältnis S0₂/0- abnimmt.

Beispiel 2A - 2B

Diese Beispiele beziehen sich auf das Arbeiten einer Anlage, die in Figur 2 gezeigt ist.

Beispiel 2A

Das Arbeiten der Anlage ohne Zugabe von handelsüblichem Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherter Luft wird in der Weise durchgeführt, wie sie in den Tabellen 3 wiedergegeben ist.

Beispiel 2B

Die Anlage wird durch Zugabe von handelsüblichem Sauerstoff

809842/0764 -25-

281U37

(etwa 100 % rein) zum Gasgemisch in einem Bereich stromab des ersten Katalysators und stromauf des zweiten Katalysators und in einem Bereich stromab des zweiten Katalysators und stromauf des dritten Katalysators verbessert.

Zusätzlich zur Zugabe von handelsüblichem Sauerstoff wird ein Teil des ersten Katalysators entfernt und durch ein äquivalentes Volumen von Katalysator-Ersatzmaterial ersetzt, das aus dem Trägermaterial für den Katalysator besteht, das nicht mit Katalysator imprägniert ist. Außerdem wird die Menge Schwefeldioxid im einströmenden Gasgemisch erhöht und die Sauerstoffmenge erniedrigt.

Das Arbeiten der Anlage ist in Tabelle 4 wiedergegeben. Beispiel 2C

Die Anlage wird im wesentlichen gleicherweise wie bezüglich Beispiel 2B in Betrieb genommen und verbessert. Jedoch wird die Gesamtmenge handelsüblicher Sauerstoff zwischen der dritten und vierten Stufe zugesetzt. Um die gleiche Verbesserung wie gemäß Beispiel 2B zu verzielen, würden weitere 3100 Tonnen pro Jahr benötigt werden. Das Arbeiten der Anlage ist in Tabelle 5 wiedergegeben.

Beispiele 3A und 3B Beispiel 3A

Im Beispiel 2A besteht eine Neigung, daß die maximal mögliche Produktionsgeschwindigkeit abfällt. Nachdem der Katalysator zwei Jahre gealtert ist und die Anlage während dieser Zeit kontinuierlich betrieben wurde, kann die maximal mögliche Produktion gewöhnlich auf 1500 Tonnen je Woche gefallen sein und die Temperaturen vor und nach jeder katalytischen Stufe können einen entsprechenden Abfall erlebt haben, wie dies in Tabelle 6 angegeben ist.

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Beispiel 3B

Die Produktion der Anlage von Beispiel 3A wird auf 2000 Tonnen pro Woche wieder hergestellt, indem 195 Tonnen Sauerstoff pro Woche zum Gasgemisch stromab des ersten Katalysators und stromauf des zweiten Katalysators zugegeben werden, Dies entspricht einem Anstieg von 50 Vol.-% Sauerstoffkonzentration beim Eingang zur zweiten Stufe. Die Sauerstoffzugabe hat die Wirkung auf die Temperatur des Gasgemisches, wie dies in Tabelle 7 wiedergegeben ist.

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Tabelle 1 Beispiel

IA

IC

ID

kein Handels-O, zugefügt

Handels-O,

' λ ** >-«. ü «j. \-- j. u ^v ο λΐ α ii u b iL ο ^v

(c.100% rein) (c.100% rein) (c.100% rein) zwischen 1. u. zwischen 2.u. zwischen 3.u. 2. Katalysator- 3.Katalysator- 4.Katalysatorstufe zugefügt stufe zugefügt stufe zugefügt

Vol.-% SO im Eingangsgemisch Vol.-% 0„ im Eingangsgemisch Temperatur des Gasgemisches in C direkt vor 1. Katalysatorstufe direkt nach 1. Katalysatorstufe direkt vor 2. Katalysatorstufe direkt nach 2. Katalysator stufe direkt vor 3. Katalysatorstufe

direkt nach 3. Katalysatorstufe direkt vor 4. Katalysatorstufe direkt nach 4. Katalysatorstufe Gew.-% Umsatz Eingangs-SO„ zu S0„ 1000 kg Handels-O,, die für 1000 kg H-SO, benotigt werden

8,0 13,0

420 595 425 500 435

450 425 430 98,2

8,0 13,0

420 595 425 500 435

452 425 430 98,6

0,

8,0	8,0	ι K) -■J
13,0	13,0	I
420	420
595	595
425	425
500	500
435	435
453	450
425	425
431	433
98,6	98,6 OD _ 4h
0, 14	0, 15 *-

Tabelle II Beispiel

IE

IF

IG

IH

kein Handels-O,

zugefügt

Handels-O,

(c,100% rein) (c.100% rein) (c.100% rein) zwischen l.u. zwischen 2.u. zwischen 3.u. 2.Katalysator- 3.Katalysatorstufe 4.Katalysastufe zugefügt zugefügt torstufe

zugefügt

O CD OO

Vol.-% S0„ im Eingangsgemisch Vol.-% O- im Eingangsgemisch

Temperatur des Gasgemisches in C direkt vor 1.Katalysatorstufe

direkt nach 1. Katalysatorstufe

direkt vor 2. Katalysatorstufe

**" direkt nach 2. Katalysatorstufe

direkt vor 3. Katalysatorstufe

direkt nach 3. Katalysatorstufe

direkt vor 4. Katalysatorstufe

direkt nach 4. Katalysatorstufe

Gew.-Z Umsatz Eingangs-S0₉ zu SO,

1000 kg Handels-O , die für ι 1000 kg H-SO, benötigt werden

12,0 9,0

420 600 435 520 435

460 425 432 97,8

12,0	12,0
9,0	9,0
420	420
600	600
435	435
520	520
435	435
464	470
425	425
433	435
98,3	98,3

0,20

0,22

12,0 9,0

420 600 435 520 435

460 425 437 98,3

0,32

JP* CO

Tabelle III

Produktionsmenge H SO, bei Auslastung	100 000 jato
SO„-Menge im Eingangs-Gasgemisch	10 Vo1.-%
O~-Menge im Eingangs-Gasgemisch	10,9 Vol.-%
Wirksame Konzentration	10 : 7,5

Gas temperatur in C:

direkt vor 1. Katalysator	420
direkt nach 1» Katalysator	595
direkt vor 2. Katalysator	425
direkt nach 2. Katalysator	520
direkt vor 3. Katalysator	435
+ direkt nach 3. Katalysator	-
+ direkt vor 4. Katalysator	-
direkt nach 4. Katalysator	435
Relative Katalysatormenge (Gewicht)
I. Katalysator	1,00
2. Katalysator	1,29
3. Katalysator	1,57
4. Katalysator	2,27
Prozentualer S0_—Umsatz	98,3 Gew.-Z

■f-Diese Temperatur wird sonst nicht gemessen

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Tabelle IV

281U37

Produktionsmenge Kapazität

bei hochgerechneter

S0„ —Menge im Eingangs—Gasgemisch 0 -Menge im Eingangs-Gasgemisch Wirksame Konzentration 117 000 jato 11,7 Vol.-%

9,3 Vol.-% 11,7 : 7,8

Gastemperatur in C :

direkt vor 1. Katalysator direkt nach I. Katalysator direkt vor 2. Katalysator direkt nach 2. Katalysator direkt vor 3. Katalysator direkt nach 3« Katalysator direkt vor 4. Katalysator direkt nach 4. Katalysator 42o 600 418 526 420 452 445 449

Relative Katalysatormenge (Gewicht)

1. Katalysator

2. Katalysator

3. Katalysator

4. Katalysator

Zugabemenge Handels-O (c.100% rein) zwischen 1. und 2. Katalysator

Zugabemenge Handels-0„ (c.100% rein) zwischen 2. und 3. Katalysator

Gesamtzugabemenge Handels-0„

Prozentualer SO -Umsatz 0,79 (+0,21 Träger) 1,29 1,57 2,29

3570 jato

5780 jato 9350 jato 98,3 Ge:w.-%

- 31 -

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- 31 Tabelle V

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Produktionsmenge H„SO, bei hochgerechneter Kapazität

SO„-Menge im Eingangs-Gasgemisch O„-Menge im Eingangs-Gasgemisch

Wirksame SO -Konzentration (mit Luft verdünnt)

117 000 jato

11,7 Vol.-% 9,3 Vol.-% 11,7 : 8,8

Gastemperatur in C	420
direkt vor 1. Katalysator	600
direkt nach 1. Katalysator	418
direkt vor 2. Katalysator	520
direkt nach 2. Katalysator	420
direkt vor 3. Katalysator	445
direkt nach 3. Katalysator	435
direkt vor 4. Katalysator	453
direkt nach 4. Katalysator
Relative Katalysatormenge (Gewicht)	o,79 (+ 0,21 Träger)
1. Katalysator	1,29
2. Katalysator	1,57
3. Katalysator	2,29
4. Katalysator

Gesamtzugabemenge Handels-0„

(c.100% rein) zwischen 3. und 4. Katalysator 12 450 jato

Prozentualer SO -Umsatz

98,3 Gew.-/

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Tabelle VI

Ursprünglich nach 2 Jahren

Temperatur des Gasgemisches in direkt vor 1. Katalysator direkt nach 1. Katalysator direkt vor 2. Katalysator direkt nach 2. Katalysator direkt vor 3. Katalysator + direkt nach 3. Katalysator + direkt vor 4. Katalysator direkt nach 4. Katalysator

'C:

420	420
595	590
425	425
520	518
435	435

435

+ Diese Temperatur wird sonst nicht gemessen

Tabelle VII

Temperatur (in °C) des Gasgemisches:

direkt vor 1. Katalysator 420

direkt nach 1. Katalysator 590

direkt vor 2. Katalysator 425

direkt nach 2. Katalysator 522

direkt vor 3. Katalysator 435

direkt nach 3. Katalysator

direkt vor 4. Katalysator

direkt nach 4. Katalysator 436

+ Diese Temperatur wird sonst nicht gemessen

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, ³³

Leerseite

Claims

Patentansprüche

1. V_erfahren zur katalytischen Oxydation von Schwefeldioxid, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gasgemisch, das Schwefeldioxid und Sauerstoff enthält und sich auf erhöhter Temperatur befindet, hintereinander durch eine Anzahl von katalytischen Oxydationsstufen geführt wird, in denen durch Reaktion des Schwefeldioxids mit Sauerstoff Schwefeltrioxid gebildet wird, daß in das Gasgemisch in einem Bereich . in Stromabrichtung des Katalysators der ersten katalytischen Stufe und in Stromaufrichtung des Katalysators in der letzten katalytischen Stufe handelsüblicher Sauerstoff bzw. reiner Sauerstoff oder ein Gasgemisch, das wenigstens 90 Vol.-% Sauerstoff enthält, oder mit Sauerstoff angereicherte Luft in das Gasgemisch eingeführt wird und da$ stromab des Katalysators in jeder Stufe das Gasgemisch durch ein Kühlmittel gekühlt wird, das von dem handelsüblichen Sauerstoff oder der mit Sauerstoff angereicherten Luft getrennt ist oder daß das Kühlen durch Mischen mit einem gasförmigen Kühlmittel erfolgt, das kein handelsüblicher Sauerstoff oder Sauerstoff angereicherte Luft darstellt, oder daß das Gasgemisch mit einem gasförmigen Kühlmittel gemischt wird, das als Träger für den handelsüblichen Sauerstoff oder die mit Sauerstoff angereicherte Luft dient.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gasgemisch, das aus der letzten katalytischen Stufe abgeführt wird, anschließend in Schwefelsäure absorbiert wird, um Schwefelsäure einer vorgewählten Konzentration zu bilden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil des handelsüblichen Sauerstoffs oder der mit Sauerstoff angereicherten Luft zu dem Gasgemisch in wenigstens einem Bereich stromab des Katalysators in der ersten katalytischen Stufe und stromauf des Katalysators in der dritten katalytischen Stufe dem Gasgemisch zugefügt wird.

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ORK3tMAL INSPECTED

- sr-

28UA37

4. Verfahren nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der handelsübliche Sauerstoff oder die mit Sauerstoff angereicherte Luft zu dem Gasgemisch mit einer solchen Menge zugefügt wird, daß das Gewichtsverhältnis von zugesetztem molekularen Sauerstoff je Zeiteinheit zum Gewicht der hergestellten Schwefelsäure in der gleichen Zeiteinheit im Bereich von 10 : 100 bis 25 : 100 Liegt.

5. Verfahren nach jedem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Quelle für das Gasgemisch ein Schwefelbrenner verwendet wird.

6. Verfahren nach jedem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gasgemisch, das in die erste Stufe eintritt, wenigstens 8 Vol.-% Schwefeldioxid enthält.

7. Verfahren nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte Wirkungsgrad der Umwandlung von Schwefeldioxid zu Schwefeltrioxid bei 98 Gew.-% oder darüber gehalten oder auf diesem Wert angehoben wird.

8. Verfahren zur Erhöhung der Produktionsgeschwindigkeit von Schwefelsäure bei einer vorhandenen einfachen Absorptionsanlage zur Herstellung von Schwefelsäure, in welcher eine Reihe von katalytischen Umwändelungsstufen zur Überführung von Schwefeldioxid in Schwefeltrioxid vorhanden sind sowie eine Vorrichtung zum Überleiten von Schwefeldioxid enthaltendem Gasgemisch über den Katalysator in jeder Stufe, Mittel zur Kühlung des Gasgemisches stromab des Katalysators in jeder Stufe und Mittel zur Absorption von Schwefeltrioxid in dem die letzte Stufe verlassenden Gasgemisch zur Bildung von Schwefelsäure vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, daß handelsüblicher Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherte Luft zu dem Gasgemisch stromab des Katalysators in der ersten Stufe und stromauf des Katalysators in der letzten Stufe derart zugefügt wird, daß das Verfahren nach den

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Ansprüchen 2 bis 7 durchgeführt wird, wobei das Mengenverhältnis von Schwefeldioxid bezüglich Sauerstoff im Gasgemisch, das in die erste katalytische Stufe eintritt, erhöht wird und ein Teil des Katalysators aus der ersten katalytischen Stufe entfernt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Stufe bis zu 5o Gew.-% des Katalysators entfernt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der entfernte Katalysator durch die äquivalente Menge eines nicht-katalytischen Materials ersetzt wird, wobei dieses Material aus einem Katalysatorträger besteht bzw. diesen enthält.

11. Verfahren zur Kompensierung der Verschlechterung des Katalysators bezüglich der Produktionsgeschwindigkeit von Schwefelsäure in der ersten katalytischen Umwandlungsstufe einer vorhandenen einfachen Absorptionsanlage zur Herstellung von Schwefelsäure, die eine Anzahl katalytischer Umwandlungsstufen zur Überführung von Schwefeldioxid in Schwefeltrioxid, Mittel zur Einleitung von einem Schwefeldioxid enthaltenden Gasgemisch über den Katalysator in jeder Stufe, Mittel zum Kühlen des Gasgemisches stromab zur Absorption des Schwefeltrioxids im Gasgemisch, das die letzte Stufe verläßt, zur Bildung von Schwefelsäure enthält, dadurch gekennzeichnet, daß handelsüblicher Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherte Luft zu dem Gasgemisch stromab des Katalysators in der ersten Stufe und stromauf des Katalysators in der letzten Stufe zugefügt wird, so daß das Verfahren gemäß den Ansprüchen 2 bis 9 durchgeführt wird, und daß die Zugabegeschwindigkeit für den handelsüblichen Sauerstoff oder die mit Sauerstoff angereicherte Luft mit der Verschlechterung des Katalysators in der ersten Stufe angehoben wird.

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