DE2820231A1

DE2820231A1 - Verfahren zur herstellung von schwefelsaeure

Info

Publication number: DE2820231A1
Application number: DE19782820231
Authority: DE
Inventors: Philip Gary Blakey; Richard William Watson
Original assignee: BOC Ltd
Current assignee: BOC Ltd
Priority date: 1977-05-09
Filing date: 1978-05-09
Publication date: 1978-11-16
Also published as: IT7823163A0; FR2391952A1; NL7804986A; IT1094594B; ES469564A1; AU3593078A

Description

Dr.Be/le

BOC Limited, London W6 9DX, Großbritannien Verfahren zur Herstellung von Schwefelsäure

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Die Erfindung betrifft ein katalytisches Verfahren zur Herstellung von Schwefelsäure.

Gemäß der US-PS 3 907 979 ist ein Verfahren zur Herstellung von Schwefelsäure bekannt, das aus den folgenden Stufen besteht: Umsetzen von Schwefel mit einem sauerstoffhaltigen Gas, das wenigstens 40 Vol.-% molekularen Sauerstoff enthält, z.B. technischen Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherte Luft, bei einer Temperatur zwischen etwa 900 und 3000⁰C, vorzugsweise zwischen 1000 und 1600 C, Abkühlen des Verbrennungsgases auf eine Temperatur zwischen etwa 110 und 350 C und Zurückführen eines Teils dieses Gases, vorzugsweise 30 bis 90 %, in die Verbrennungszone für Schwefel, während der andere Teil des Verbrennungsgases oxydiert wird und nach Zugabe wenigstens einer solchen Sauerstoffmenge, wie sie stöchiometrisch für die Kontaktoxidation benötigt wird in einer Kontakt-Hauptstufe, Kühlen des Kontaktgases auf 80 - 220⁰C, Absorbieren des gebildeten Schwefeltrioxids aus dem Kontaktgas, Wiedererhitzen des Gases auf Temperaturen von etwa 400 - 450 C und Einspeisen eines Teils dieses Gases in den Kreislauf zusammen mit demjenigen Teil des Gases aus der Schwefelverbrennung, das in die Kontaktstufe zur katalytischen Oxidationsstufe geleitet worden war und Oxydieren des anderen Teils des Gases in einer anschließenden Kontaktstufe sowie nach dem Kühlen zusätzliches Absorbieren des erhaltenen in der nachträglichen Kontaktstufe gebildeten Gasteils in einer zusätzlichen Absorptionsstufe.

Die Erfindung zielt auf eine Verbesserung dieses Verfahrens.

Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung von Schwefelsäure geschaffen, wobei

(1) aus einem Reaktor ein Gasgemisch, das in dem Reaktor gebildet wurde, aus Schwefeldioxid und Sauerstoff durch wenigstens drei katalytische Kontaktstufen geleitet wird, wobei in jeder dieser Stufen Schwefeldioxid mit Sauerstoff unter Bildung von

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Schwefeltrioxid reagieren und nach jeder Stufe das Gasgemisch gekühlt wird,

(2) Absorbieren von Schwefeltrioxid aus dem Gasgemisch nach dem Durchgang durch die katalytischen Stufen unter Bildung von Schwefelsäure,

(3) Vereinigen eines Hauptteils des nichtabsorbierten Gases aus Stufe (2) mit dem Gasgemisch, das durch die katalytischen Stufen geleitet werden soll und

(4) Ablassen eines kleineren Teils des nichtabsorbierten Gases aus Stufe (2) aus dem Verfahren, wobei dieses Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß ein sauerstoffhaltiges Gas, das wenigstens 40 VpI.-% Sauerstoff enthält, zu dem Gasgemisch unmittelbar vor dem Eintritt in diekatalytischen Stufen oder in die katalytischen Stufen hinein zugesetzt wird, um einen ausgewählten Teil des Schwefeldioxids in jeder ausgewählten Stufe in Schwefeltrioxid zu überführen.

Das sauerstoffhaltige Gas enthält vorzugsweise wenigstens 90 Vol.-% Sauerstoff. Hierdurch wird das Gasvolumen, das aus dem Verfahren abgelassen werden soll, niedrig gehalten. Das sauerstoffhaltige Gas kann durch Sauerstoff angereicherte Luft sein. Vorzugsweise enthält es jedoch einen kleinen Anteil Stickstoff oder eines anderen inerten Verdünnungsgases. Die Gegenwart einer kleinen Menge eines solchen Verdünnungsgases für das sauerstoffhaltige Gas trägt dazu bei, daß übermäßige Temperaturanstiege in den katalytischen Stufen vermieden werden. Daher enthält vorzugsweise das sauerstoffhaltige Gas wenigstens 90 Vol.-% Sauerstoff und einen Rest aus dem Verdünnungsgas. Am meisten bevorzugt enthält das Gas 96 - 98 Vol.-% Sauerstoff und 2-4 Vol.-% Verdünnungsgas.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht das Betreiben eines Verfahrens, in welchem nicht absorbiertes Gas mit nur einer

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- 7 einzigen Absorptionsstufe zurückgeführt werden kann.

Schwefel wird vorzugsweise mit einem sauerstoffhaltigen Gas (vorzugsweise enthaltend wenigstens 90 Vol.-% Sauerstoff) in einem Brenner unter Bildung des Gasgemisches aus Schwefeldioxid und Sauerstoff umgesetzt. Derartige Brenner sind bekannt. Vorzugsweise enthält das aus dem Brenner abziehende Gas wenigstens 90 Vol.-% Schwefeldioxid und noch mehr bevorzugt wenigstens 95 Vol.-% Schwefeldioxid. Gemäß einer typischen Verfahrensweise kann das Gasgemisch z.B. 96 VaI.-% Schwefeldioxid, 2 Vol.-% Sauerstoff und 2 Vol.-% Verdünnungsgas (z.B. Stickstoff) enthalten.Um zu verhindern, daß Schwefel in den Konverter übergeschleppt wird, wird ein stöchiometrischer Überschuß an Sauerstoff vorzugsweise mit dem Schwefel im Brenner umgesetzt. Das Gasgemisch kann gemäß einer typischen Ausführungsform 2-4 Vol.-% Sauerstoff enthalten.

Die Geschwindigkeit, mit welcher das Gas abgelassen wird, hängt von der Menge Inertgas ab, das durch den Konverter zirkuliert. Das Ablassen des Gases geschieht vorzugsweise kontinuierlich, obwohl dann, wenn nur sehr kleine Mengen Stickstoff oder eines anderen Inertgases vorhanden sind in dem zirkulierenden Gas es möglich 1st, eine intermittierende Gasablassung durchzuführen.

Gegebenenfalls kann das sauerstoffhaltige Gas im wesentlichen reiner Sauerstoff sein. Gegebenenfalls kann ein Inertgas getrennt bei Beginn des Verfahrens zugesetzt werden und wird vorzugsweise in Abständen zu späteren Zeitpunkten zugesetzt.

Ein derartiges Inertgas wirkt als Kühlmittel und erlaubt, daß ein kleinerer Konverter verwendet werden kann, als dies sonst möglich wäre. Das am meisten bevorzugte Inertgas ist dasjenige, das die größte spezifische Wärme aufweist. Somit kann z.B. anstelle von Stickstoff noch besser Helium verwendet werden.

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In einer typischen Durchführungsform hat das Gas, das die Verbrennungszone des Brenners verläßt, eine Temperatur von 1300 - 145O°C. Um die Temperatur des Gasgemisches zu vermindern, hat der Brenner im allgemeinen eine damit verbundene Kühlvorrichtung, z.B. einen Abhitzekessel. Das Gasgemisch kann darin bis zu einer Temperatur von z.B. 450 C abgekühlt werden.

Wenn der Konverter bei Atmosphärendruck betrieben wird, besitzt er vorzugsweise vier katalytische Stufen. Das sauerstoffhaltige Gas wird vorzugsweise zum Gasgemisch zugefügt, das in jede katalytische Stufe eintritt bzw. es wird in jede katalytische Stufe eingeleitet.

das

Es ist anzumerken, daß das rückgeführte Gas, mit dem Gasgemisch vor dem Eintritt in die katalytischen Stufen vereinigt wird, einen erheblichen Teil Sauerstoff enthält. Es ist daher nicht wesentlich, zu dem Gasgemisch unmittelbar vor der ersten Stufe einen weiteren zusätzlichen Strom aus sauerstoffhaltigem Gas zuzusetzen.

Das Gas, das in die erste katalytische Stufe eintritt, einschließlich des rückgeführten Gas und etwa getrennt zugesetztes sauerstoffhaltiges Gas, enthält vorzugsweise 105 - 120 Gew.-derjenigen stöchiometrischen Menge Sauerstoff, die benötigt wird, einen ausgewählten Prozentsatz Schwefeldioxid in Schwefeltrioxid zu überführen. Der ausgewählte Prozentsatz (auf das Gewicht bezogen) kann 30-50 Gew.-%, gemäß einer typischen Ausführungsform 40 Gew.-%, betragen.

Diese prozentuale Umsetzung ist niedriger als in üblichen Anlagen (wo sie gewöhnlich etwa 65 Gew.-% beträgt). Zugaben von sauerstoffhaltigem Gas werden daher in den weiteren katalytischen Stufen wünschenswert.

Das sauerstoffhaltige Gas, das in die zweite katalytische

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Stufe und jede weitere darauffolgende Stufe eingeleitet wird, kommt vorzugsweise unmittelbar aus einer Quelle, in welcher das Gas gebildet wird (z.B. durch Abtrennung aus der Luft) und nicht aus dem rückgeführten Gas. Das Gas, das in der zweiten Stufe über den Katalysator geleitet wird, enthält vorzugsweise 110-130 Gew.-% (z.B. 120 Gew.-%) derjenigen stöchiometrischen Menge₄ die benötigt wird, um eine ausgewählte Menge Schwefeldioxid zu Schwefeltrioxid in dem Gasgemisch umzuwandeln, bevor das Gasgemisch durch eine der katalytischen Stufen durchgeleitet wird.

Das Gasgemisch, das in der vierten Stufe über den Katalysator geleitet wird, enthält vorzugsweise einen großen Überschuß über die stöchiometrische Sauerstoffmenge, die benötigt wird, um praktisch den Rest (z.B. die Gesamtmenge außer den letzten 4-6 Gew.-% Schwefeldioxid) zu Schwefeltrioxid umzuwandeln.

Dieser Überschuß beträgt typischerweise 300-1250 Gew.-% (z.B. 900 Gew.-%) derjenigen stöchiometrischen Menge, die benötigt wird, um eine ausgewählte Menge Schwefeldioxid in Schwefeltrioxid zu überführen. Gemäß einer typischen Ausführungsform bedeutet die Umwandlung des Schwefeldioxids in den vorhergehenden Stufen, daß 8-10 Gew.-% des ursprünglichen Schwefeldioxids in der vierten Stufe umgewandelt wird und bis zu 6 Gew.-% Schwefeldioxid nicht umgewandelt zurückbleiben.

Es ist ein Kennzeichen des erfindungsgemäßen Verfahrens, daß ohne Rücksicht auf die Zahl der vorhandenen katalytischen Stufen in der letzten Stufe ein großer Sauerstoffüberschuß über die stöchiometrische Menge vorliegt, die benötigt wird, um praktisch den Rest des Schwefeldioxids, der vorzugsweise verwendet wird, in Schwefeltrioxid zu überführen. Dieser Überschuß beträgt typischerweise 300-1250 Gew.-% (z.B. 900 Gew.-%) der stöchiometrischen Menge.

Ein solcher großer Überschuß erlaubt, wie angenommen wird,

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das Arbeiten des Verfahrens ohne weitere katalytische Umwandlungsstufe im Anschluß (stromab) der Absorptionsvorrichtung und ohne nicht annehmbare Konzentrationen von Schwefeldioxid in dem Gas, das aus dem Verfahren abgeblasen wird.

Es ist möglich, sauerstoffhaltiges Gas (neben dem rückgeführten Gas) vor der ersten Stufe nicht zu dem Gasgemisch zuzufügen. An dessen Stelle kann die Menge von dem sauerstoffhaltigen Gas, das in der letzten Stufe zugesetzt wird, proportional angehoben werden. Es ist ebenfalls möglich, die Zugabe von sauerstoffhaltigem Gas vor oder in der dritten Stufe fortzulassen (falls mehr als drei Stufen vorhanden sind).

Unter der Annahme, daß vier katalytische Stufen bei einem Druck von 1 Bar arbeiten, beträgt die Temperatur des Gasgemisches, das in die erste katalytische Stufe eintritt, typisch in der Größenordnung von 4OO-5OO°C ( z.B. 45O°C). Wenn das Gasgemisch durch diese Stufe durchläuft, steigt die Temperatur des Gasgemisches wegen der exothermen Natur der chemischen Reaktion zwischen Schwefeldioxid und Sauerstoff an. Gemäß einer typischen Ausführungsform verläßt das Gasgemisch die erste Stufe bei einer Temperatur im Bereich von etwa 600 650⁰C. Wenigstens der größte Teil der Reaktionswärme wird dann durch Kühlen abgezogen und das Gasgemisch tritt gemäß einer typischen Ausführungsform in die zweite Stufe mit einer Temperatur im Bereich von 400-450 C ein. In der zweiten Stufe wird die Temperatur des Gasgemisches gewöhnlich auf eine Temperatur in dem Bereich von etwa 475-600 C erhöht. Das Gasgemisch, das die zweite Stufe verläßt, kann auf eine Temperatur im Bereich von 350-450 C gekühlt werden. Gemäß einer typischen Ausfiihrungsform steigt dessen Temperatur erneut in der dritten Stufe auf etwa 425-550 C an. Das Gasgemisch, das die dritte Stufe verläßt, kann auf eine Temperatur im Bereich von 350 450 C gekühlt werden und in der vierten Stufe kann es auf eine Temperatur im Bereich von etwa 425-50O⁰C ansteigen.

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Gemäß einer alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform gegenüber der Verwendung von rückgeführtem Gas als Kühlmittel zur Entfernung der Reaktionswärme aus dem Schwefeldioxid enthaltenden Gasgemisch zwischen den katalytischen Stufen ist es möglich, ein anderes Kühlmittel (z.B. Wasser) zwischen wenigstens einem Paar dieser Stufen (z.B. zwischen der ersten und zweiten Stufe) zu verwenden.

Dadurch, daß der Konverter gemäß derjenigen Ausführungsform des Verfahrens betrieben wird, bei der sauerstoffhaltiges Gas stromauf von jedem von vier katalytischen Stufen zugesetzt wird, die bei Atmosphärendruck arbeiten, ist, wie angenommen wird, es möglich, Schwefeltrioxid mit der gleichen Geschwindigkeit herzustellen, wie dies durch Betreiben der Anlage gemäß der US-PS 3 907 979 erreicht werden kann, jedoch mit einem erheblich kleineren Konverter (selbst dann, wenn eine oder mehrere zusätzliche katalytische Stufen in einem Konverter bei der Durchführung der Erfindung verwendet werden). Alternativ oder zusätzlich zu dieser Ausführungsform ist es möglich, die Ausstoßmenge von Schwefeltrioxid zu erhöhen.

Das Kühlen des Gasgemisches, das die letzte katalytische Stufe verläßt, wird vorzugsweise in einem Wärmeaustauscher vorgenommen. Das Gasgemisch wird gewöhnlich auf 200 C oder darunter gekühlt.

Das Schwefeltrioxid im Gasgemisch wird vorzugsweise in konzentrierter Schwefelsäure absorbiert. Es handelt sich um das nichtabsorbierte Gas (das als Sauerstoff, Verdünnungsgas in einer sehr kleinen Menge nichtumgewandeltes Schwefeldioxid besteht) das im folgenden als "rückgeführtes Gas" bezeichnet wird.

Das rückgeführte Gas wird vorzugsweise verwendet, um das Gasgemisch zwischen den katalytischen Stufen zu kühlen. Eine Hauptmenge dieses Gases wird vorzugsweise mit dem gekühlten Gasgemisch aus dem Brenner vereinigt. Eine kleinere Menge wird an

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die Atmosphäre abgeblasen. Es scheint möglich zu sein unter Verwendung der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durch Zugabe von sauerstoffhaltigem Gas stromauf jeder der vier katalytischen Stufen, die bei Atmosphärendruck arbeiten, daß das Volumen von Schwefeldioxid im Abgas auf 0,2 Vol.-% heruntergedrückt wird und daß die Menge von Abgas auf 0,4 3 % derjenigen Menge Gasgemisch, die den Reaktor verläßt, herabgesetzt wird.

Es wird angenommen, daß es vorteilhafter ist, das erfindungsgemäße Verfahren bei erhöhtem Druck durchzuführen, typisch, aber nicht notwendigerweise im Bereich von 10 - 30 Bar (wobei dieser erhöhte Druck sowohl in den katalytischen Umwandlungsstufen wie auch in der Absorptionsstufe aufrecht erhalten wird). Es wird angenommen, daß bei der Verfahrensführung bei erhöhtem Druck die Zugabe von einem Gas, das wenigstens 40 Vol.-% Sauerstoff enthält, zu dem Gas, das durch die katalytischen Umwandlungsstufen durchgeleitet wird und die Zugabe durch ausgewählte Stufen erfolgt, besondere Vorteile erreicht werden, die überhaupt nicht oder nicht im gleichen Ausmaß erreicht werden, wenn das Verfahren bei Normaldruck durchgeführt wird.

Demgemäß besteht die vorteilhafteste Art zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens darin, daß in zusätzlichen Schritten der Druck in den katalytischen Stufen und Absorptionsstufen oberhalb 1 Bar gehalten wird, daß die Schwefelsäure entgast wird und daß das Gas, das während des Entgasens aus der Schwefelsäure ausgestoßen wird, mit dem genannten nichtabsorbierten Gas vereinigt wird.

Je nach der Menge Sauerstoff indejii sauerstoff haltigen Gas, das zu dem Gas stromauf der ausgewählten katalytischen Stufen bzw. in die katalytischen Stufen hineingeleitet wird, wird vorzugsweise das Abgas durch eine zusätzliche katalytische Umwandlungsstufe geleitet, die gemäß einer typischen

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Ausfiüirungsform viel kleiner als die katalytischen Hauptstufen für die Umwandlung ist, und anschließend in einen zusätzlichen Absorber, in welchem Schwefelsäure gebildet wird. Der zusätzliche Absorber wird vorzugsweise bei einem niedrigerem Druck, z.B. 1 Bar, betrieben. Durch Verwendung des zusätzlichen katalytischen Konverters kann der Schwefeldioxidgehalt des Abgases vermindert werden. Durch Verminderung des Drucks des Gases vor dessen Einführung in den zusätzlichen katalytischen Konverter wird verhindert, daß in der Schwefelsäure etwa nicht umgewandeltes Schwefeldioxid in erheblichem Ausmaß absorbiert wird. Gewöhnlich können solche zusätzlichen katalytischen Umwandlungs- und Absorptionsstufen dann durchgeführt werden, wenn das genannte sauerstoffhaltige Gas weniger als z.B. 98 Vol-% Sauerstoff enthält.

Vorzugsweise gibt es drei hauptsächliche katalytische Stufen (wobei etwaige zusätzliche katalytische Überführungsstufen ausgeschlossen sind). Dies steht im Gegensatz zu der Aussage, daß das erfindungsgemäße Verfahren vorzugsweise bei Atmosphärendruck betrieben wird. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird sauerstoffhaltiges Gas vorzugsweise dem genannten Gasgemisch aus Schwefeldioxid und Sauerstoff zwischen den Katalysatoren der ersten und zweiten Stufe und zwischen der zweiten und dritten Stufe zugesetzt.

Beispielsweise kann die Anordnung derart sein, daß das Schwefeldioxid im Gasgemisch bis zu 65 Gew.-% (typisch 40-55 Gew.-%) in der ersten katalytischen Stufe zu Schwefeltrioxid umgewandelt wird und daß weitere 30 Gew.-Z (gewöhnlich 20-30 Gew.-%) in der zweiten katalytischen Stufe zu Schwefeltrioxid umgesetzt werden und daß in der dritten katalytischen Stufe eine weitere Umwandlung von Schwefeltrioxid derart stattfindet, daß von dem Schwefeldioxid in dem Gasgemisch, das in die erste katalytische Stufe eintritt, bis zu 96 Gew.-% (gewöhnlich etwa 90 Gew.-%) in Schwefeltrioxid überführt werden, bevor die Absorption durchgeführt wird. Die Sauer-

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stoffmenge in dem sauerstofffhaltigen Gas und die relativen Zugabemengen zum Vergleich mit der Strömungsgeschwindigkeit des Gasgemisches durch die katalytischen Umwaiid lungs stufen können derart ausgewählt »erden, daß der gewünschte Umwandlungsgrad in der zweiten und dritten Stufe erreicht wird. Zusätzlich kann die Saoerstoffeenge in dem Gas, das in die erste katalytische Stufe eintritt, derart ausgewählt werden, daß in dieser Stufe die gewünschte Umwandlung stattfindet.

Das niehtabsorbierte Gas oder wenigstens ein größerer Teil davon wird vorzugsweise als Kühlmittel verwendet, um die Tem-

zu senken,
peratur des Gasgemisches das zwischen aufeinanderfolgende Stufenpaare des katalytischen Hauptkonverters geleitet wird, wodurch aus diesem Gas wenigstens ein Teil der Reaktionswärme abgezogen wird,die durch die Reaktion der Oxidation von
Schwefeldioxid zu Schwefeltrioxid auftritt.

Die Absorption von Schwefeltrioxid enthaltendem Gas, das in den katalytischen Umwandlungsstufen gebildet wird, findet
vorzugsweise in konzentrierter Schwefelsäure statt. Hierdurch kann konzentrierte Schwefelsäure von größerer Stärke gebildet werden.

Um das genannte Gasgemisch, das Schwefeldioxid und Sauerstoff enthält, durch Verbrennen von Schwefel zu bilden, kann das Gas, mit weichem der Schwefel verbrannt wird, praktisch reiner Sauerstoff oder sauerstoffangereicherte Luft sein. Der Sauerstoff oder die mit Sauerstoff angereicherte Luft wird vorzugsweise vor dem Einleiten in den Schwefelbrenner komprimiert. Das Gas, das den Brenner verläßt, wird vorzugsweise in einem Wärmeaustauscher gekühlt und ein Hauptteil dieser Menge wird vorzugsweise zum einströmenden Sauerstoff oder
mit Sauerstoff angereichertem Gas stromauf des Kompressors zurückgeführt.

Es wird angenommen, daß das erfindungsgemäße Verfahren bei der

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Durchführung bei größeren als atmosphärischen Drücken in der Lage ist, wenigstens einen der folgenden Vorteile gegenüber üblichen Hochdruckverfahren zur Herstellung von Schwefelsäure zu ergeben. Zuerst kann bei einer vorgegebenen Produktionsgeschwindigkeit von Schwefelsäure die Größe des Schwefelbrenners und von damit verbundenen Vorrichtungen, wie Abgaskessel, kleiner sein. Zweitens kann durch Einleiten von praktisch reinem Sauerstoff in den Brenner ein kleinerirKompressor verwendet werden, um einen vorgewählten Druck zu ergeben. Außerdem wird nur eine kleine Menge von Stickoxiden gebildet, weshalb es möglich ist sicherzustellen, daß das Abgas nicht mehr sichtbar ist. Es wird ebenfalLs davon ausgegangen, daß das erfindungsgemäße Verfahren die Verwendung von katalytischen Konvertern von sehr kleinem Volumen ermöglicht gegenüber solchen, wie sie in einer üblichen Hochdruckanlage mit einer vergleichbaren Produktionsmenge Schwefelsäure verwendet werden. Außerdem kann weniger Katalysator verwendet werden und eine größere Menge Schwefeldioxid kann zu Schwefeltrioxid umgesetzt werden. Weiterhin ist es möglich, das erfindungsgemäße Verfahren mit nur relativ kleinen Mengen Abgas zu betreiben, weshalb nur relativ kleine Aufwendungen für Maschinen zur Rückgewinnung von Energie (falls überhaupt) notwendig ist.

Die Erfindung umfaßt ebenfalls eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Die Erfindung wird im folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen an einem Beispiel näher erläutert. Hierbei stellen dar

Figur 1 eine diagrammartige Darstellung einer Anlage zur Herstellung von Schwefelsäure durch das erfindungsgemäße Verfahren und

Figur 2 eine diagrammartige Darstellung einer anderen Anlage zur Herstellung von Schwefelsäure nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.

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In Figur 1 der Zeichnungen ist ein Lufteinlaßrohr 4 dargestellt, daß mit dem Innern eines Trockenturms 6 in Verbindung steht. Der Trockenturm 6 hat ein Einlaßrohr 7 fur konzentrierte Schwefelsäure, das im Innern des Turms 6 nahe dessen Oberseite endet. Der Trockenturm ist ebenfalls mit einer Auslaßöffnung 3 am Boden für konzentrierte Schwefelsaure versehen und steht auf dem Deckel mit einer Rohrleitung IO für getrocknete Luft in Verbindung. In der Rohrleitung 10 befindet sich ein Kompressor 8. Unterhalb des Kompressors 8 ist eine Verbindung zwischen der Rohrleitung 10 und einer Sauerstoffleitung 5 vorgesehen. Oberhalb des Kompressors 8 in Strömungsrichtung endet die Rohrleitung in einem Schwefelbrenner 12. Der Brenner 12 hat eine Eingangsöffnung 2 für geschmolzenen Schwefel und einen Auslaß 14 für Verbrennungsprodukte des Schwefels. Der Auslaß 14 steht mit einem Abhitzekessel 16 in Verbindung, der mit einem Eingang 17a für Kühlmittel (Wasser) und einem Auslaß 17b für Wasserdampf versehen ist. Der Kessel 16 besitzt eine Ausgangsleitung 20. In Verbindung mit der Ausgangsleitung 20 steht eine Rohrleitung 18 mit einem Strömungsregelventil 19. Die Ausgangsleitung endet in der Rohrleitung 10 unterhalb des Kompressors 8. Die Einstellung des Ventils 19 bestimmt das Mengenverhältnis des Gases, das den Abhitzekessel 16 verläßt und zu dem Kompressor 8 zurückgeführt wird und somit die Leistung des Schwefelbrenners .

Die Leitung 20 endet in einem katalytischen Konverter 24 mit drei katalytischen Stufen 26a, 26b und 26c. In jeder katalytischen Stufe befinden sich Tabletts mit Katalysator, über welche beim Betrieb das Gas, das in den Konverter 24 aus der Leitung eintritt, geleitet wird. Der Katalysator kann gemäß einer typischen Ausführungsform ein imprägniertes Trägermaterial darstellen. Unterhalb des Katalysators in der ersten Stufe 26a befindet sich eine Leitung 29, die als Durchgang für das Gas dient, das aus der ersten Stufe 26a in einen Wärmeaustauscher 28 geführt wird, mit welchem die Leitung 29

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in Verbindung steht. Eine Leitung 30 stellt die Verbindung zwischen dem Wärmeaustauscher 28 und einem Bereich der zweiten Stufe 26b des Konverters oberhalb des darin befindlichen Katalysators dar, wodurch das Gas von dem Wärmeaustauscher 28 in den Konverter 24 zurückkehren kann. Eine Rohrleitung 32 führt von einer Sauerstoffquelle (nicht dargestellt) in Verbindung mit der zweiten Stufe 26b des Konverters 24 oberhalb des Katalysators in der zweiten Stufe.

Die Leitung 35 steht mit einem ihrer Enden mit der zweiten Stufe 26b des Konverters 24 und mit dem andern Ende mit einem Ende des Wärmeaustauschers 34 in Verbindung. Eine weitere Leitung 36 führt von dem anderen Ende des Wärmeaustauschers zur dritten Stufe 26c des Konverters 24 oberhalb des Katalysators in dieser Stufe. Eine Rohrleitung 38 steht in Verbindung mit einer Sauerstoffquelle (nicht dargestellt) und endet oberhalb des Katalysators in der dritten 26c des Konverters

Unterhalb des Katalysators in der dritten Stufe 26c befindet sich eine Auslaßleitung 40, die mit einem Wärmeaustauscher in Verbindung steht, der eine Ausgangsleitung 43 aufweist, die in das Innere einer Absorptionskolonne 44 nahe deren Boden endet. Die Absorptionskolonne 44 besitzt ein Eingangsrohr 45 für konzentrierte Schwefelsäure, das im Inneren der Säule 44 nahe des Deckels endet. Eine Ausgangsleitung 46 führt vom Boden der Kolonne 44 in einen Puffertank 50. Ein Druckregler 48 ist in der Leitung 46 vorgesehen. Der Tank 50 besitzt einen Ausgang 52 für Schwefelsäure und in Verbindung mit dem freien Raum des Tanks 50 eine Leitung 51, in welchem sich ein Gebläse 54 befindet. Die Leitung 51 endet in einer Leitung 56, die an dem einen Ende mit der Oberseite der Kolonne 44 und mit dem anderen Ende in den Eingang eines Kompressors 58 endet. Der Ausgang des Kompressors 58 steht mit dem Wärmeaustauscher 34 durch eine Leitung 60 in Verbindung. Der Wärmeaustauscher 34 hat eine Ausgangsöffnung 61 in Verbindung mit der Leitung 60 über Wärmeaustauscherröhren im Wärmeaus-

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tauscher 34.

Der Durchgang 61 steht in Verbindung mit den Wärmeaustauscherröhren im Wärmeaustauscher 28 und somit mit einer Leitung 64, die in der Leitung 20 endet.

Eine Leitung 66 führt von einer Leitung 64 zu einem zusätzlichen katalytischen Konverter 70. In der Leitung 66 befindet sich ein Strömungsregelventil 68. In Strömungsrichtung unterhalb des Ventils 68 befindet sich eine Verbindung der Leitung 66 mit einer Leitung 62, die von dem Durchgang 61 herkommt. In der Leitung 62 befindet sich ebenfalls ein Strömungsregelventil 67.

Der katalytische Konverter 70 besitzt Tabletts 71 mit dem Katalysator imprägnierten Material, über welches Gas aus der Leitung 66 überströmen kann. Der Konverter 70 besitzt einen Ausgang, der mit einer Leitung 72 in Verbindung steht, die in eine zusätzliche Absorptionskolonne 76 endet. In der Leitung 72 befindet sich ein Druckreduzierventil 73. Die Absorptionskolonne 76 besitzt nahe dem oberen Ende einen Eingang 80 für konzentrierte Schwefelsäure. Ebenfalls am oberen Ende befindet sich ein Auslaß 82 für nichtabsorbiertes Gas und am Boden befindet sich ein Ausgang 78 für konzentrierte Schwefelsäure.

Im Betrieb tritt Luft über die Leitung 4 in den Trockner 6 ein. Im Trockner 6 wird die Luftfeuchtigkeit in Schwefelsäure absorbiert, welche durch die Rohrleitung 7 eingeleitet wird. Sauerstoff wird in die Luft aus dem Rohr 5 eingeleitet. Das resultierende Gemisch wird auf einen Druck im Bereich von 20-30 Atmosphären im Kompressor komprimiert. Das komprimierte Gas enthält ebenfalls Schwefeldioxid, das von dem Brenner 12 zurückgeführt wird. Das komprimierte Gas tritt in den Brenner 12 ein, worin es verwendet wird, um die Verbrennung von geschmolzenem Schwefel zu fördern, welcher in den Brenner 12 durch den Eingang 2 eingeführt wird. Die Verbrennung erzeugt

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ein Gasgemisch, das Schwefeldioxid und nicht umgesetzten Sauerstoff enthält. Dieses Gemisch verläßt den Brenner 12 bei einer Temperatur, die gewöhnlich zwischen 1100 und 1400 C liegt. Das Gasgemisch wird dann in einem Abhitzekessel 16 auf eine Temperatur in der Größenordnung von 400 C gekühlt. Ein Teil des gekühlten Gasgemisches wird in den Kompressor 8 über die Rohrleitung 18 zurückgeführt. Dieser Teil, der zurückgeführt wird, hängt von der Einstellung des Strömungsregelventils 19 ab. Das Ventil 19 ist derart eingestellt, daß die Temperatur des Gasgemisches, das den Brenner 12 verläßt, bei einer vorgewählten Temperatur zwischen 1100 und 1400°C liegt.

Der Rest des Gasgemisches, das Schwefeldioxid und Sauerstoff enthält, wird in den Konverter 24 mit nichtabsorbierten Gas, das von der Absorptionskolonne 44 zurückgeführt wird, eingeleitet. In der ersten Stufe 26a des Konverters werden in einer typischen Ausführungsform 50-55 Gew.-% des Schwefeldioxid zu Schwefeltrioxid oxydiert. Da diese Oxydationsreaktion exotherm ist, ist die Temperatur des Gases, das die erste Stufe über die Leitung 29 verläßt, höher als diejenige des eingeleiteten Gasgemisches, wobei die Ausgangstemperatur typisch .600 C beträgt. Das Gasgemisch tritt dann in den Wärmeaustauscher 28 ein, in welchem es auf etwa 400 C gekühlt wird. Nachdem es in dem Wärmeaustauscher gekühlt ist, durchströmt das Gas die zweite Stufe 26b des Konverters 24 durch die Leitung 30. Sauerstoff wird in die zweite Stufe 26b des Konverters 24 durch die Rohrleitung 32 eingeleitet und strömt über den Katalysator in der zweiten Stufe im Gemisch mit dem Gasgemisch aus der Leitung 30. Es wird ausreichend Sauerstoff über die Rohrleitung 32 eingeführt, damit bis zu weiteren 30 Gew.-% Schwefeldioxid zu Schwefeltrioxid oxydiert werden (wobei der Prozentsatz auf der Menge Schwefeldioxid in dem Gas, das in die erste Stufe 26a des Konverters eintritt, basiert). Das erhaltene Gasgemisch verläßt die zweite Stufe 26b über die Leitung 35 bei einer Temperatur in der Größenordnung von 500⁰C. Das Gas tritt sodann

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in den Wärmeaustauscher 34 ein und wird auf eine Temperatur von etwa 400 C beim Durchgang gekühlt.

Nachdem es gekühlt ist, wird das durch den Wärmeaustauscher 34 geführte Gas in die dritte Stufe 26c des Konverters 24 über die Leitung 36 eingeleitet. Die über die Rohrleitung 38 zugeführte Sauerstoffmenge ist derart bemessen, daß ein großer Überschuß Sauerstoff über die stöchiometrische Menge vorliegt, die benötigt wird, um das restliche Schwefeldioxid zu oxydieren, obwohl in der Praxis nicht alles restliches Schwefeldioxid oxydiert wird. Das Gas, das den Konverter 24 verläßt, stellt den Sauerstoff für die nachfolgende Umwandlung von Schwefeldioxid in der ersten Stufe 26 zur Verfügung (wobei eine Hauptmenge des Gases nach der Absorption in die erste Stufe des Konverters 24 zurückgeführt wird). Somit wird die Sauerstoffmenge, die durch die Rohrleitung 38 zugefügt wird, derart aufgewählt, daß der notwendige Sauerstoff zu diesem Zweck zusätzlich zu demjenigen Sauerstoff, der für die gewünschte Umwandlung in der dritten Stufe benötigt wird, zur Verfügung gestellt wird. In einer typischen Ausführungsform werden bis zu 90 Gew.-% Schwefeldioxid, das in die erste Stufe 26a des Konverters 24 eintritt, zu Schwefeltrioxid umgesetzt, wenn das Gasgemisch den Konverter 24 verläßt. Das Gasgemisch wird durch die Leitung 40 abgezogen.

Anschließend wird das Gas in einen Wärmeaustauscher 42 eingeleitet, in welchem die Temperatur von etwa 450 C auf etwa 200°C gesenkt wird. Anschließend tritt das Gas in die Absorp-

in

tionskolonne 44 ein, welcher es gegen einen nach unten gerichteten Strom oder Sprühstrahl von konzentrierter Schwefelsäure, die in die Säule 44 aus einem Lagerbehälter über die Leitung 45 eingeleitet wird, aufsteigt. Bis zu 99,9 Gew.-% des Schwefeltrioxids im Gas wird in der nach unten strömenden Schwefelsäure absorbiert, zusammen mit einem Mengenanteil des nicht umgesetzten Schwefeldioxids. Die erhaltene konzentriertere Schwefelsäure verläßt die Absorptionskolonne .44 über die

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Leitung 46 und geht durch den Druckregler 48, der dahingehend wirkt, daß der Druck, dem die Säure unterworfen wird, auf Atmosphärendruck vermindert wird. Die Säure wird anschließend in den Puffertank 50 eingeleitet. Die Druckverminderung gibt gelöstes Schwefeldioxid frei, das in die Leitung 51 mittels des Gebläses 54 eingesaugt wird. Die entgaste konzentrierte Schwefelsäure verläßt den Tank 50 über die Ausgangsöffnung 52 zum Verdünnungsbehälter, wobei ein Teil der verdünnten Säure in dem Verfahren erneut verwendet wird. Das desorbierte Schwefeldioxid wird in dem Gebläse 54 auf Arbeitsdruck komprimiert und anschließend in der Leitung 56 mit dem Gas in Verbindung gebracht, das nicht von der Schwefelsäure absorbiert worden ist, die durch die Absorptionskolonne 45 geströmt war. Der Druck des erhaltenen Gasgemisches wird durch den Kompressor 58 auf einen solchen Druck erhöht, der gleich demjenigen ist, der durch das Arbeiten des Kompressors 8 erreicht wird. Das Gas strömt anschließend durch die Leitung 60 in den Wärmeaustauscher 34, in welchem es die notwendige Kühlung für das Gas schafft, das aus der zweiten Stufe 26b in die dritte Stufe 26c des Konverters 24 strömt. Nach dem Aufwärmen im Wärmeaustauscher 34 wird das Gas aus dem Kompressor 58 durch den Durchgang 61 gepreßt und ein Hauptteil davon tritt in den Wärmeaustauscher 28 ein und ergibt beim Durchströmen die notwendige Kühlung für dasjenige Gas, das von der ersten Stufe 26a in die zweite Stufe 26b des katalytischen Konverters 24 strömt. Das aufgewärmte Gas verläßt dann den Wärmeaustauscher 28 und geht in die Leitung 64. Ein Hauptteil des Gases (das hauptsächlich aus Stickstoff, Argon und Sauerstoff besteht) vereinigt sich sodann mit dem Gasgemisch, das durch die Leitung 20 strömt.

Kleinere Mengen der Gasgemische, die durch die Leitungen 61 und 64 strömen, werden in den zusätzlichen katalytischen Konverter 70 über den Durchgang 68 geleitet. Die genauen Gasmengen, die in den Konverter 70 eingeleitet werden, hängen von der Einstellung der Strömungsregelventxle 67 und 68 ab. Zu-

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sätzlich kann die Temperatur des Gases, das in den Konverter 70 eintritt, durch Auswahl der relativen Mengen der Gase aus den Leitungen 61 bzw. 64 ausgewählt werden. Im Konverter 70 findet die Oxydation von restlichem Schwefeldioxid zu Schwefeltrioxid über dem Katalysator 71 statt. Das restliche Schwefeltrioxid enthaltende Gas verläßt den Konverter 70 beim Eingang in die Leitung 72. Es wird dann durch das Ventil 73 auf fera.de
oberhalb Atmosphärendruck expandiert und anschließend in die zusätzliche Absorptionskolonne 76 geleitet, in welcher es auf herabströmende konzentrierte Schwefelsäure stoßt, die in die Säule 76 durch die Leitung 80 eingeleitet wird. Das Schwefeltrioxid wird in der konzentrierten Schwefelsäure, die von der Kolonne 76 herabströmt absorbiert und die Säure geht zum Ausgang 78. Sie kann dann mit Wasser verdünnt werden. Das nicht absorbierte Gas wird über die Auslaßöffnung 82 an die Atmosphäre abgelassen.

In einer typischen Ausführungsform je nach der Reinheit des in dem Verfahren verwendeten Sauerstoffs werden bis zu 99.9 Gew.-% Schwefeldioxid, das in den katalytischen Konverter 24 eintritt, zu Schwefeltrioxid oxydiert und anschließend unter Bildung von Schwefelsäure absorbiert.

In manchen Fällen ist es nicht erforderlich, eine zusätzliche katalytische Umwandlung und eine zusätzliche Absorption durchzuführen. Im allgemeinen wird bevorzugt, je nach dem Arbeitsdruck, derartige zusätzliche Stufen zu verwenden, wenn das Gas, das sich in Strömungsrichtung oberhalb der Verbindung der Rohrleitung 18 und des Rohrs 15 befindet, weniger als 95 Vol.-% Sauerstoff enthält und/oder die Sauerstoffquelle für die Rohrleitungen 32 und 38 weniger als 95 Vol.-% Sauerstoff enthalten.

Falls erforderlich kann ein Kühlmittel (z.B. Wasser) zusätzlich zum rückgeführten Gas in der Leitung 61 verwendet werden, um das Gas zu kühlen, das von der ersten Stufe 26a zur zweiten

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Stufe 26b des Konverters 24 geführt wird.

Unter Bezugnahme auf Figur 2 der Zeichnungen besitzt ein Schwefelbrenner 106 Eingangsleitungen 102 und 104 für Sauerstoff bzw. Schwefel und eine Ausgangsleitung 108 für das Schwefeldioxid enthaltende Gas. Die Ausgangsleitung 108 steht mit einem Abhitzekessel 110 in Verbindung. Der Ausgang des Abhitzekessels 110 steht mit Zuführungsleitungen 112 für das Gasgemisch in Verbindung. Eine Rückführleitung 114 für das Gasgemisch steht mit der Leitung 112 in .Verbindung und besitzt einen darin eingeschalteten Wärmeaustauscher 116. Der Ausgang der Leitung 114 dient als Eingang für den Brenner 106 für rückgeführtes Schwefeldioxid enthaltendes Gas.

Die Zuführungsleitung 112 für das Gasgemisch endet in dem katalytischen Konverter 118, der vier katalytische Stufen 120, 122, 124 und 126 aufweist, in welchen sich jeweils Schichten 128, 130 132 und 134 des Katalysators befinden. Der Katalysator und dessen Träger können solche sein, wie sie üblicherweise bei der Kontaktoxydation von Schwefeldioxid verwendet werden.

Die Zuführungsleitung 112 für das Gasgemisch steht unmittelbar oberhalb des Konverters 118 mit einer Sauer stoffzuführungsleitung 136 in Verbindung.

Die erste katalytische Stufe 120 besitzt unterhalb der Katalysatorschicht 128 einen Gasausgang 138, der mit einem Wärmeaustauscher 140 in Verbindung steht. Die zweite katalytische Stufe 122 besitzt oberhalb der Katalysatorschicht 130 einen Gaseingang 142, der mit dem Wärmeaustauscher 140 derart in Verbindung steht, daß das Gasgemisch, das die erste Stufe 120 verläßt, in die zweite Stufe 122 eingeführt werden kann. Die zweite Stufe 122 besitzt auch eine Sauerstoffzuführungslextung 144, die oberhalb der Katalysatorschicht 130 endet.

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Die zweite Stufe 122 besitzt unterhalb der Katalysatorschicht 130 eine Ausgangsleitung 146, die mit einem Wärmeaustauscher 148 in Verbindung steht. Die dritte katalytische Stufe 124 besitzt oberhalb der Katalysatorschicht 132 einen Gaseingang 150, der mit dem Wärmeaustauscher 148 derart in Verbindung steht, daß das Gasgemisch, das die zweite Stufe 122 verläßt, in die dritte Stufe 124 eingeleitet werden kann. Die dritte Stufe 124 besitzt ebenfalls eine Zuführungsleitung 152 für Sauerstoff, die oberhalb der Katalysatorschicht 134 eingeführt wird.

Die dritte Stufe 124 besitzt unterhalb der Katalysatorschicht 132 eine Ausgangsleitung 154, die mit einem Wärmeaustauscher 156 in Verbindung steht. Die vierte katalytische Stufe 126 besitzt oberhalb der Katalysatorschicht 134 eine Gaseingangsleitung 158, die mit dem Wärmeaustauscher 156 derart in Verbindung steht, daß das Gasgemisch, das die dritte Stufe 124 verläßt, in die vierte Stufe 126 oberhalb der Katalysatorschicht 134 eingeleitet werden kann. Die vierte Stufe 126 besitzt ebenfalls eine Sauerstoffzuführungsleitung 160, die oberhalb der Katalysatorschicht 134 endet.

Die vierte Stufe 126 besitzt eine Ausgangsleitung 162, die mit einer Absorptionskolonne 164 über einen Wärmeaustauscher 166 in Verbindung steht. Die absorptionskolonne hat ein Eingangsrohr 168 für konzentrierte Schwefelsäure, das in einer oder mehreren Sprühdüsen 170 endet.

Außerdem besitzt die Absorptionskolonne eine Ausgangsleitung 172 für Schwefelsäure im unteren Ende und eine Ausgangsleitung 174 für nichtabsorbiertes Gas am oberen Ende. Die Ausgangsleitung 174 steht mit einer Leitung 176 über eine Reihe von Wärmeaustauschern 156, 148 und 140 in Verbindung, wobei die Anordnung der Wärmeaustauscher derart ist, daß das nichtabsorbierte Gas in den Wärmeaustauschern zur Kühlung ausgenurtzt wird.

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Die Leitung 176 endet in der Zuführungsleitung 112 für das Gasgemisch unterhalb des Abhitzekessels 110 und stromauf der Verbindung der Leitung 112 mit der Sauerstoffzuführungsleitung 176, wobei hier eine Entlüftungsleitung 178 vorgesehen ist, die ein Mengenregelventil 180 aufweist.

Die Zuführungsleitungen 102, 136, 144, 152 und 160 für Sauerstoff können alle aus der gleichen Quelle für sauerstoffhaltiges Gas gespeist werden (z.B. 98 % reiner Sauerstoff).

Beim Betrieb der Anlage wird 98 % reiner Sauerstoff und geschmolzener Schwefel, wobei letzterer eine Temperatur von etwa 150 C hat in den Brenner 106 durch die Eingangsleitungen 102 bzw. 104 eingespeist. Im Brenner 106 reagieren Schwefel und Sauerstoff unter Bildung von Schwefeldioxid. Das erhaltene Schwefeldioxid enthaltende Gas verläßt den Brenner bei einer Temperatur im Bereich von 1000 - 1450 C. Das Gasgemisch wird auf 400⁰C im Abhitzekessel 110 gekühlt. Ein Teil, üblicherweise 50 - 80 Vol.-% des Gasgemisches, wird zu dem Brenner 6 über die Leitung 114 und den Wärmeaustauscher 116 zurückgeführt, wobei es auf 200 C gekühlt wird.

Der Rest des Gasgemisches wird weiter entlang der Leitung 112 geführt, wobei es mit 98 % reinem Sauerstoff aus der Leitung 136 vermischt wird. Das erhaltene Gasgemisch wird dann in den Konverter 118 geleitet und über die Katalysatorschicht 128 in der ersten Stufe 120. Ein Teil des Schwefeldioxids reagiert exotherm mit einem Teil des Sauerstoffs in dem Gasgemisch unter Bildung von Schwefeltrioxid, wenn das Gasgemisch über die Katalysatorschicht 130 strömt. Das erhaltene Gasgemisch verläßt die erste Stufe 128 bei einer Temperatur von etwa 600 C, wobei der Temperaturanstieg durch die Sauerstoffmenge gesteuert wird, die zu dem einströmenden Gas von der Absorptionskolonne 164 airückgeführt wird, und durch die Sauerstoffmenge, die durch die Leitung 136 eingeleitet wird. Das Gasgemisch wird in dem Wärmeaustauscher 140 auf eine Temperatur von

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etwa 420 C gekühlt und dann in die zweite Stufe 122 oberhalb des Katalysators 130 durch den Eingang 142 eingeleitet. Es wird mit weiterem Sauerstoff vermischt, der in die zweite Stufe 122 oberhalb des Katalysators 130 aus der Sauerstoffzuführungsleitung 144 eingeleitet wird. Ein weiterer Teil des Schwefeldioxids wird zu Schwefeltrioxid über dem Katalysator 130 oxydiert. Das erhaltene Gasgemisch verläßt die zweite Stufe 122 über die Ausgangsleitung 146 bei einer Temperatur von etwa 550 C und tritt in den Wärmeaustauscher 148 ein, in welchem es auf eine Temperatur von etwa 420⁰G gekühlt wird.

Das Gasgemisch tritt dann in die dritte Stufe 124 oberhalb der Katalysatorschicht 132 ein und wird dort mit 98 % reinem Sauerstoff aus der Zuführungsleitung 152 vermischt, bevor es über die Katalysatorschicht 132 geführt wird. Beim Durchgang über den Katalysator 132, wird ein weiterer Teil des Schwefeldioxids in Schwefeltrioxid überführt. Das erhaltene Gas verläßt die dritte Stufe 124 über den Ausgang 154 bei einer Temperatur von 550 C. Es wird danach in dem Wärmeaustauscher 156 auf eine Temperatur von etwa 420 C gekühlt.

Das gekühlte Gasgemisch tritt in die vierte und letzte katalytisch^ Stufe 126 über die Leitung 158 ein und wird mit dem Sauerstoff vermischt, der in die vierte Stufe 126 über die Zuführungsleitung 160 eingespeist wird. Das Gasgemisch wird dann über den Katalysator 134 geführt, wobei weiteres Schwefeldioxid zu Schwefeltrioxid über dem Katalysator 134 oxydiert wird. Das Gasgemisch verläßt die vierte Stufe bei einer Temperatur von etwa 500°C über die Auslaßleitung 162. Es wird in dem Austauscher 166 auf eine Temperatur nahe der Umgehungstemperatur abgekühlt und tritt dann in die Absorptionskolonne 164 ein.

In der Absorptionskolonne 164 wird das Schwefeltrioxid, in Schwefelsäure (konzentriert) gelöst, die in die Kolonne

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durch Sprühdüsen 170 eingesprüht wird. Die resultierende konzentriertere Schwefelsäure verläßt die Kolonne 164 über die Auslaßleitung 172.

Nichtabsorbiertes Gas, das Argon, Stickstoff, Sauerstoff und kleine Mengen Schwefeldioxid enthält, verläßt die Kolonne 164 durch die Ausgangsleitung 174 und wird anschließend durch die Wärmeaustauscher 156, 148 und 140 nacheinander geführt, wodurch die Kühlung für das Gasgemisch erreicht wird, das durch jeden Wärmeaustauscher von einer Stufe zur nächsten Stufe geführt wird. Das Gas aus der Auslaßleitung 174 tritt dann in die Leitung 173 ein. Das Ventil 180 wird derart eingestellt, daß ein kleinerer Teil dieses Gases über die Leitung 178 abgeblasen wird, während der Hauptteil in das gekühlte Gasgemisch in die Leitung 112 zurückgeleitet wird. Die Gasmenge, die abgeblasen wird, steht unmittelbar in Verbindung mit dem Gehalt an Verunreinigungen im eingespeisten Sauerstoff in Beziehung.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Schwefelsäure durch

(1) Einleiten eines Gasgemisches aus einem Reaktor, in welchem das Gasgemisch gebildet wird, bestehend aus Schwefeldioxid und Sauerstoff durch wenigstens drei katalytische Reaktionsstufen, wobei in jeder dieser Stufen Schwefeldioxid und Sauerstoff unter Bildung von Schwefeltrioxid reagieren und nach jeder Stufe das Gasgemisch gekühlt wird,

(2) Absorbieren des Schwefeltrioxids aus dem Gasgemisch nach dem Durchgang durch die katalytischen Stufen . « unter Bildung von Schwefelsäure,

(3) Vereinigen des Hauptteils des nichtabsorbierten Gases aus Stufe (2) mit dem Gasgemisch, das durch die katalytischen Stufen durchgeleitet werden soll und

(4) Ablassen eines kleineren Teils des nichtabsorbierten Gases aus der Stufe (2) aus dem Verfahren

dadurch gekennzeichnet, daß ein sauerstoffhaltiges Gas, das wenigstens 40 Vol.-% Sauerstoff enthält, zu dem Gasgemisch unmittelbar vor ^s der ausgewählten katalytischen Stufe oder in die katalytischen Stufe hinein

zugesetzt wird, wobei ein ausgewählter Teil des Schwefeldioxids in jeder ausgewählten Stufe zu Schwefeltrioxid umgesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das sauerstoffhaltige Gas wenigstens 90 Vo1.-% Sauerstoff, Rest inertes Verdünnungsgas enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu dem

- Gasgemisch getrennt von dem sauerstoffhaltigen Gas ein inertes Verdünnungsgas zugesetzt wird.

4. Verfahren nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaseinleitung derart vorgenommen wird, daß

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das im Reaktor gebildete Gasgemisch 90 Vol.-% Schwefeldioxid enthält.

5. Verfahren nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die katalytischen Stufen bei einem Druck oberhalb Atmosphärendruck betrieben werden und daß die Absorption von Schwefeltrioxid ebenfalls oberhalb Atmosphärendruck durchgeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die katalytischen Stufen bei einem Druck im Bereich von 10 bis 30 Bar betrieben werden und die Absorption ebenfalls bei einem Druck im Bereich von 10 bis 30 Bar durchgeführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die gebildete Schwefelsäure entgast wird und das aus der Schwefelsäure während des Entgasens ausgetriebene Gas mit dem nitchabsorbierten Gas kombiniert wird.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das abgelassene Gas durch eine zusätzliche katalytische Umwandlungsstufe durchgeleitet wird und das erhaltene, Schwefeltrioxid enthaltende Gasgemisch in einen zusätzlichen Absorber eingeleitet wird, in welchem Schwefelsäure gebildet wird, wobei der zusätzliche Absorber bei einem niedrigeren Druck als der Hauptabsorber betrieben wird.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß drei katalytische Hauptstufen vorhanden sind, daß das sauerstoffhaltige Gasgemisch zu dem Gas zugesetzt wird, das aus Schwefeldioxid und Sauerstoff besteht, nach der ersten katalytischen Stufe und vor dem Katalysator in der zweiten Stufe sowie ebenfalls nach dem Katalysator in der zweiten Stufe und vor dem Katalysator in der dritten Stufe, wobei 40 bis 55 Gew.-Z Schwefeldioxid im Gasgemisch,

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das in die erste Stufe eintritt, zu Schwefeltrioxid umgesetzt wird und daß in der zweiten katalytischen Stufe 20 bis 30 Gew.-% weiteres Schwefeldioxid in Schwefeltrioxid umgesetzt wird und in der dritten katalytischen Stufe die Umsetzung in einem solchen Ausmaß stattfindet, daß bis zu 96 Gew.-% des Schwefeldioxids im Gasgemisch, das in die erste katalytische Stufe eintritt, zu Schwefeltrioxid umgewandelt werden.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß vier katalytische Hauptstufen vorgesehen sind, daß das Gas, das in die erste katalytische Stufe eintritt, das zurückgeführte Gas und etwa getrennt zugesetztes sauerstoffhaltiges Gas 105 bis 120 Gew,-% der stöchiometrischen Menge Sauerstoff, die zur Überführung in Schwefeltrioxid notwendig ist, und 30 bis 50 Gew.-% Schwefeldioxid im einströmenden Gasgemisch enthält, daß das Gas, das über die Katalysatoren der zweiten und dritten Stufe gebildet wird, in beiden Fällen 110 bis 130 Gew.-% der stöchiometrischen Menge Sauerstoff enthält, die zur Überführung von 20 bis 30 Gew.-% Schwefeldioxid des Gasgemisches, das in die erste Stufe eintritt, in Schwefeltrioxid erforderlich ist, und daß das Gasgemisch, das über den Katalysator in der vierten Stufe geleitet wird, 300 bis 1250 Gew.-% der stöchiometrischen Menge Sauerstoff enthält, die nötig ist, um eine ausreichende Menge Schwefeldioxid in dem Gasgemisch, das in die vierte katalytische Stufe eintritt, derart umzusetzen, daß das Gas, das die vierte Stufe verläßt, weniger als 4 Gew.-% Schwefeldioxid enthält, das in die erste Stufe eingeleitet worden war, wobei vor jeder Stufe das sauerstoffhaltige Gas zugefügt wird.

11. Verfahren nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß das nichtabsorbierte Gas verwendet wird, um das aus jeder katalytischen Hauptstufe austretende Gas, ausgenommen bei der Endstufe, zu kühlen.

M. K mm

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