DE4138618C2 - Verfahren zur Herstellung von Schwefelsäure - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstel­ lung von Schwefelsäure, wie im Oberbegriff des Patent­ anspruchs angegeben.

Aus der DE-OS 19 13 542 ist ein Verfahren zur Gewinnung von Schwefelsäure bekannt, bei dem das in einem Konver­ tereinlaß-Gasstrom enthaltene Schwefeldioxid zu Schwe­ feltrioxid in mehreren Katalysatorstufen mit einer zwi­ schengeschalteten Schwefeltrioxid-Extraktionsstufe oxy­ diert wird, wobei der dem Konvertereinlaß zugeführte Gasstrom eine höhere Temperatur als die Anfangstempera­ tur der katalytischen Umwandlung hat und die Zwischen­ stufe zur Schwefeltrioxid-Extraktion ein relativ küh­ les, noch nicht umgewandeltes Schwefeldioxid enthalten­ des Rückströmgas erzeugt. Dabei ist vorgesehen, daß der anfängliche Konvertereinlaß-Gasstrom auf eine Anfangs­ temperatur der katalytischen Umwandlung durch Wärmeaus­ tausch mit dem Rückströmgas abgekühlt wird, daß ferner der Katalysereaktionsgasstrom nach jeder vor der Zwi­ schenstufe für die Extraktion liegenden katalytischen Umwandlungsstufe mit Ausnahme der dieser Extraktions­ stufe unmittelbar vorhergehenden Umwandlungsstufe durch indirekten Wärmeaustausch mit dem Rückströmgas auf eine Anfangstemperatur der Umwandlung abgekühlt wird und daß das Rückströmgas durch den Wärmeaustausch mit dem Kon­ vertereinlaß-Gasstrom und dem Katalyse-Reaktionsgas­ strom auf eine Anfangstemperatur der Umwandlung aufge­ wärmt wird. Dabei kann der dem Konvertereinlaß zugeführ­ te Gasstrom aus einem Schwefelverbrennungsofen gewonnen werden. Als nachteilig wird bei diesem bekannten Verfah­ ren angesehen, daß das im Schwefelverbrennungsofen ent­ stehende Verbrennungsgas in seiner gesamten Menge dem Konvertereinlaß zugeführt wird, was zu der Erfordernis führt, eine Kühlung mittels kalter Luft auf ein passen­ des Temperaturniveau durchzuführen. Diese Kühlung mit kalter Luft verschlechtert ersichtlich den thermischen Wirkungsgrad des Verfahrens.

Auch das aus der US-PS 3 443 896 bekannte Verfahren zur Herstellung von Schwefelsäure verwendet, wie vorstehend schon beschrieben, den gesamten Verbrennungsgasstrom aus dem Verbrennungsofen für die Erhitzung im Abhitze­ kessel, was zwangsläufig auch hier zu dem oben schon dargelegten Nachteil führt.

Aus der DE-PS 28 38 112 ist ein Verfahren zur Herstel­ lung von Schwefelsäure mittels dreistufiger Konversion unter zwischenstufiger Absorption des Schwefeltrioxids bekannt. Gemäß dieser Lösung wird der Oxidationsprozeß in einer Fünf-Boden-Apparatur durchgeführt, in welcher die drei ersten Böden die erste Kontaktstufe bilden, hingegen der vierte und fünfte Boden entsprechend die zweite und dritte Kontaktstufe. Nach der ersten und zweiten Kontaktstufe erfolgt die zwischenstufige Absorp­ tion des entstandenen Schwefeltrioxids und nach der dritten Kontaktstufe werden die Gase zur Endabsorption geleitet, darauffolgend in die Atmosphäre ausgeschie­ den. Zwecks Beibehalten der entsprechenden Temperatur­ bedingungen des Oxidationsprozesses von Schwefeldioxid werden die Gase aus der ersten und zweiten Kontaktstufe zuerst einer Absorption unterworfen und darauffolgend in Wärmeaustauschern bis zur Temperatur von 430° er­ hitzt. Der Erhitzungsprozeß verläuft zweistufig: Zuerst erfolgt eine Erhitzung mittels der Gase aus dem dritten Boden der Kontaktapparatur, desweiteren werden die Gase nach der ersten Absorptionsstufe durch die Gase aus dem ersten Boden der Kontaktapparatur erhitzt, hingegen die Gase nach der zweiten Absorptionsstufe mittels Gasen aus dem zweiten Boden der Kontaktapparatur. Die Gase aus dem dritten Boden der Kontaktapparatur erhitzen zu­ erst die Gase nach der zweiten Absorptionsstufe und da­ rauffolgend die Gase nach der ersten Absorptionsstufe. Der Oxidationsprozeß von Schwefeldioxid wird auf allen Böden der Kontaktapparatur auf einem festen Katalysator­ bett durchgeführt und die Beseitigung des Schwefeltri­ oxids kann durch Absorption oder durch Kondensation oder durch Absorption und Kondensation erfolgen.

Aus der DE-PS 28 47 602 ist ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung von Schwefelsäure mittels dreistufiger Oxi­ dation von Schwefeldioxid unter zwischenstufiger Besei­ tigung des entstandenen Schwefeltrioxids bekannt. Gemäß dieser Lösung werden die Gase aus der ersten bzw. zwei­ ten Kontaktstufe nach zwischenstufiger Beseitigung des Schwefeltrioxids wiederholt zur erforderlichen Tempe­ ratur dreistufig erhitzt. Zunächst erfolgt das Erhitzen mit Gasen aus der ersten Kontaktstufe, daraufhin mit Ga­ sen aus der zweiten und/oder dritten Kontaktstufe; die Endaufheizung der auf die zweite Stufe geleiteten Gase erfolgt hingegen durch die den ersten Boden verlassen­ den Gase und die Endaufheizung der auf die dritte Stufe geleiteten Gase durch die den zweiten Boden der Kontakt­ apparatur verlassenden Gase. Diese Lösung garantiert nicht volle autothermische Bedingungen des Herstellungs­ prozesses von Schwefelsäure, da hier nicht die bedeu­ tende Senkung des Umwandlungsgrades des Schwefeldioxids zum Schwefeltrioxid auf der ersten Kontaktstufe bei tra­ ditioneller Bestückung der Böden mit Katalysatoren in Zylinderform berücksichtigt wird. Ein weiterer Nachteil dieser Lösung besteht in der Unmöglichkeit ihrer Verwen­ dung bei Modernisierung von Anlagen ohne gründlichen Umbau der bestehenden Wärmesysteme.

Für die vorliegende Erfindung stellt sich deshalb die Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung von Schwefelsäu­ re der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem die vorstehend dargelegten Nachteile vermieden werden und das eine volle Autothermität des Verfahrens bei einer guten Ausbeute, also sowohl einen hohen thermischen wie chemischen Wirkungsgrad aufweist.

Die Lösung der Aufgabe gelingt durch ein Verfahren zur Gewinnung von Schwefelsäure, welches auf der Oxidation von Schwefeldioxid aus einem Schwefelverbrennungsofen mit einem Abhitzekessel mittels in drei Kontaktstufen vorgenommener Oxidation unter zwischenstufiger Beseiti­ gung vom entstandenen Schwefeltrioxid beruht, wobei das in die zweite Kontaktstufe eingeführte Gas durch einen Gasstrom aus der ersten Kontaktstufe und das in die dritte Kontaktstufe eingeführte Gas durch das aus der zweiten oder aus der dritten Kontaktstufe austretende Gas erwärmt wird, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß in die dritte Kontaktstufe eingeführtes Gas zusätz­ lich durch einen direkt dem Schwefelverbrennungsofen entnommenen ersten Teilstrom des Verbrennungsgases er­ hitzt wird und dann dem aus dem Abhitzekessel strömende Gas des zweiten Teilstroms des Schwefelverbrennungs­ ofens zugemischt wird.

Das vorliegende erfindungsgemäße Verfahren garantiert durch Ausnutzung der Wärmeenergie eines Teiles der hei­ ßen Gase aus dem Ofen zur Verbrennung von Schwefel eine volle Autothermität des Prozesses bei Bestückung der Kontaktapparatur mit einem Ringkatalysator, was zusätz­ lich eine Erhöhung des Ausbeute ermöglicht. Überdies garantiert die erfindungsgemäße Lösung einen hohen Grad der Endumwandlung und ermöglicht eine wesentliche Ver­ minderung der Emission von Schwefeldioxid in die Atmos­ phäre während des Anlaufs einer das Verfahren ausführen­ den Anlage.

Von zusätzlichem Vorteil dieser Lösung ist die Möglich­ keit des Anbaues einer dritten Kontaktstufe unter Beibe­ halten des bisherigen Systems der zweistufigen Oxida­ tion, was Modernisierungsarbeiten an bestehenden Anla­ gen bedeutend verringert.

Die vorliegende Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung zweier Ausführungsbeispiele erläutert, worin

Fig. 1 ein Installationsschema mit Vorwärmen der auf eine dritte Kontaktstufe geleiteten Gase mit Gasen nach einer dritten Kontaktstufe darstellt und

Fig. 2 das Installationsschema mit Vorerwärmung der auf die dritte Kontaktstufe geleiteten Gase mit Gasen nach einer zweiten Kontaktstufe illu­ striert.

Flüssiger Schwefel wird mit einer Temperatur von 145°C in einen Ofen 1 eingebracht, wo ein Verbrennungsprozeß in Trockenluft abläuft. Im Ergebnis dieses Prozesses entstehen Gase mit einem Gehalt von ca. 11% Schwefel­ dioxid und mit einer Temperatur von ca. 1.000°C.

Diese Gase werden in einen Abhitzekessel 2 geleitet, wo deren Abkühlung erfolgt, wonach sie in eine Kontakt­ apparatur 3 abgeführt werden. Die Kontaktapparatur 3 ist mit fünf Böden versehen, welche mit einem Ringkata­ lysator bestückt sind. Die ersten drei Böden der Kon­ taktapparatur 3 bilden die erste Kontaktstufe und der vierte und fünfte Boden entsprechend die zweite und dritte Kontaktstufe. Die Temperatur der in die Kontakt­ apparatur 3 eingeführten Gase beträgt ca. 425°C. Die Temperaturregelgung erfolgt durch Zusatz einer entspre­ chenden Menge an heißen Gasen aus dem Ofen 1 zu den Gasen nach dem Abhitzekessel 2.

Auf dem ersten Boden der Kontaktapparatur 3 erfolgt die Oxidation von Schwefeldioxid. Im Ergebnis dieses Prozes­ ses steigt die Temperatur der Gase bis ungefähr 600°C. Die den ersten Kontaktboden verlassenden Gase werden in einem Wärmeaustauscher 4 bis zu einer Temperatur von ca. 460°C mittels der zu der zweiten Kontaktstufe gelei­ teten Nachabsorptionsgase abgekühlt, wonach sie auf den zweiten Boden der Kontaktapparatur 3 geleitet werden. Nach dem zweiten Boden der Kontaktapparatur 3 werden die Gase mit einer Temperatur von ca. 530°C in einen Wärmeaustauscher 5 geleitet, wo deren Abkühlung bis ca. 450°C mit zu dem zweiten Kontaktboden geleiteten Nachabsorptionsgasen erfolgt; daraufhin werden sie auf den dritten Boden der Kontaktapparatur 3 geleitet. Die den dritten Boden der Kontaktapparatur verlassenden Gase weisen eine Temperatur von ca. 480°C auf. Ferner werden diese Gase Wärmeaustauschern 6 und 7 zugeführt, wo eine Abkühlung bis auf eine Temperatur von ca. 200°C erfolgt. Danach werden die Gase zwecks Beseitigung von Schwefeltrioxid zu einem zwischenstufigen Absorptions­ turm WA I geleitet.

Die Gase aus dem Absorptionsturm WA I mit einer Tempera­ tur von ca. 70°C werden in den in Reihen geschalteten Wärmeaustauschern 6, 5 und 4 bis zu einer Temperatur von ungefähr 430°C mit Gasen aus dem ersten Kontaktbo­ den erhitzt und auf den vierten Boden der Kontaktappara­ tur 3 geleitet, welcher die zweite Kontaktstufe bildet. Hier erfolgt die weitere Oxidation des Schwefeldioxids. Nach der zweiten Kontaktstufe werden die Gase mit einer Temperatur von ca. 450°C in einem Ekonomiser 8 bis zu einer Temperatur von ca. 200°C abgekühlt, wonach sie zu einem Absorptionsturm WA II geleitet werden, wo eine Entfernung von umreagiertem Schwefeldioxid erfolgt.

Nach Verlassen des Absorptionsturms WA II mit einer Temperatur von ca. 80°C werden die Gase nach vorheriger Erhitzung auf 425°C auf den fünften Boden der Kontakt­ apparatur 3 geleitet, welcher die dritte Kontaktstufe bildet. Der Erhitzungsprozeß verläuft zweistufig: zu­ nächst werden die Gase in in Reihen geschalteten Wärme­ tauschern 9 und 10 mit Gasen aus der dritten Kontakt­ stufe erhitzt und nachfolgend werden sie in einem Aus­ tauscher 11 mit heißen Gasen aus dem Ofen 1 aufgeheizt. Auf dem fünften Boden der Kontaktapparatur 3 erfolgt die Oxidation des entstandenen Schwefeldioxids, so daß der totale Umwandlungsgrad 99,95% beträgt. Die Gase mit einer Temperatur von ca. 440°C werden nach Abkühlung in den Wärmeaustauschern 9 und 10 bis zu einer Temperatur von ca. 180°C in den Absorptionsturm WA III geleitet, woraus sie nach Beseitigung des Schwefeltrioxids in die Atmosphäre entlassen werden.

In dem in Fig. 2 dargestellten Beispiel werden im Un­ terschied zum ersten Beispiel die nach dem zweiten Ab­ sorptionsturm WA II auf die dritte Kontaktstufe gelei­ teten Gase in den Wärmeaustauschern 9 und 10 mit Gasen aus der zweiten Kontaktstufe vorgewärmt und nachfolgend im Wärmeaustauscher 11 mit heißen Gasen aus dem Ofen 1 aufgeheizt.

Claims (1)

1. Verfahren zur Gewinnung von Schwefelsäure, welches auf der Oxidation von Schwefeldioxid aus einem Schwefelver­ brennungsofen mit einem Abhitzekessel mittels in drei Kontaktstufen vorgenommener Oxidation unter zwischenstu­ figer Beseitigung vom entstandenen Schwefeltrioxid be­ ruht, wobei das in die zweite Kontaktstufe eingeführte Gas durch einen Gasstrom aus der ersten Kontaktstufe und das in die dritte Kontaktstufe eingeführte Gas durch das aus der zweiten oder aus der dritten Kontaktstufe aus­ tretende Gas erwärmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in die dritte Kontaktstufe eingeführtes Gas zusätz­ lich durch einen direkt dem Schwefelverbrennungsofen ent­ nommenen ersten Teilstrom des Verbrennungsgases erhitzt wird und dann dieser Teilstrom dem aus dem Abhitzekessel strömende Gas des zweiten Teilstroms des Schwefelverbrennungsofens zu­ gemischt wird.