DE610449C

DE610449C - Herstellung von Schwefelsaeure nach dem Kontaktverfahren

Info

Publication number: DE610449C
Application number: DEM120186D
Authority: DE
Inventors: Dr Wolfhart Siecke; Dr Max Wohlwill
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1931-12-19
Filing date: 1932-06-23
Publication date: 1935-03-11
Also published as: GB406116A; GB411793A; DE606235C; DE610448C; FR747516A; BE393035A

Description

Herstellung von Schwefelsäure nach dem Kontaktverfahren Das Hauptpatent 6o6 235 betrifft ein Verfahren, bei dem die Katalyse von S02 bäw. S 02haltigen Gasen zu SO, in Anwesenheit von einer zur Bildung von Schwefelsäure ausreichenden Menge Wasserdampf an wasserunempfindlichen Katalysatoren durchgeführt werden soll, worauf die gebildete Schwefelsäure unmittelbar kondensiert wird.
Es wurde nun gefunden; daß eine wesentliche Verbesserung der Kondensation dann erzielt wird, wenn ein erheblicher Überschuß an Wasserdampf vorhanden ist. Bekanntlich erleidet Monohydrat (H2 S O4) bei Temperaturen oberhalb seines Siedepunktes von 33o° einen weitgehenden Zerfall in H20- und S03 Moleküle. Diese Dissoziation des Schwefelsäuredampfes beträgt unter Voraussetzung einer Konzentration von etwa 5 Volumprozent S02 bei 33o° etwa 690/" falls das Verhältnis von SO, zu H2 0 wie z : = ist. Das Gleichgewicht H2 S 04 1 S 03 -- H? 0 ist aber abhängig von einer Veränderung der H20-Komponente, und zwar in der Weise, daß mit der Erhöhung des H20-Anteils der Schwefelsäureanteil wächst. Das Gleichgewicht verschiebt sich dann im Sinne der Gleichung nach links. Bei Verdopplung des H2 0-Gehalts sind wieder unter Voraussetzung 50%iger Gase bei 33o° nur noch 500/, des H2 S 04 Dampfs dissoziiert. Bei einer Erhöhung des HO-Anteils auf den dreifachen Überschuß sind-nur noch 3g0/0 des Schwefelsäuredampfs dissoziiert. Durch die Erhöhung des Wassergehalts verlegt man also den Kondensationsbeginn der Schwefelsäure in einen Temperaturbereich, der ungefähr 5o bis 7o0 höher ist als bei normalen Verhältnissen. In dem Augenblick, wo die Kondensation der gasförmigen H2 S 04 zu flüssiger Schwefelsäure beginnt, ändern sich bei Wasserüberschuß automatisch die Verhältnisse obiger Gleichung noch weiterhin zugunsten des H20-Dampfes und damit zur H2 S 04 Dampfbildung. Hat man z. B. ursprünglich ein Gas, bei dem das Verhältnis H,0 zu SO, wie 2 : z ist und sind 5o0/, der Schwefelsäure flüssig kondensiert, so ist das Verhältnis für die restlichen SO.-Mengen im Gas nicht mehr 2 : a, sondern 3: Z. Dieses Verhältnis potenziert sich mit steigender Kondensation der flüssigen Schwefelsäure.
Die Erfindung ermöglicht daher zunächst, auf einfache Weise die Forderung zu erfüllen, daß bei der Kondensationstemperatur der Schwefelsäure im Gase nur noch fertig gebildete, dampfförmige Schwefelsäure vorhanden ist. Außerdem .wird das für die-,Kondensation zur Verfügung stehende Temperaturintervall vergrößert, da ja das Ende der Kondensation ziemlich unabhängig vom Wassergehalt bei IP bis 15o° liegt, bei welcher Temperatur der Schwefelsäuredampfdruck der vorkommenden Säurekonzentrationen so gering wird, daß der Verlust im Abgas praktisch Null ist. Hierdurch wird gleichfalls die Kondensation verbessert und die Bildung von Schwefelsäurenebeln vermindert.
Es sind zwar .schon Vorschläge gemacht, die Gewinnung von S03 in Form von H, S 04 dadurch zu bewirken, daß man den katalysierten Gasen Wasserdampf zuführt. Hierbei ist auch zum Ausdruck gebracht, daß die Wasserdampfmenge etwas höher sein kann, als zur Bindung der S03 erforderlich ist, um gegebenenfalls auch etwas verdünnte Säure kondensieren zu können. Im Gegensatz zu dem Bekannten soll gemäß Erfindung jedoch mit einem erheblich größeren Wasserdampfüberschuß gearbeitet werden. Das Verhältnis H.0 zu SO, soll 1,6 : = überschreiten, vorzugsweise jedoch größer sein als 2 : z.
Besonders vorteilhaft ist das Verfahren, wenn in Kombination hiermit die Schwefelsäure fraktioniert kondensiert wird, weil man auf diese Weise völlig unabhängig von dem Wasserüberschuß zu einer hochprozentigen Schwefelsäure von go bis 980/0 gelangen kann. Gerade die fraktionierte Kondensation wird durch den Wasserdampfüberschuß aber auch selbst begünstigt, weil die Schwefelsäure in Gegenwart des Wasserdampfs bereits bei höheren Temperaturen zu kondensieren beginnt.
In folgendem sei die Erfindung an Hand zweier Beispiele erläutert: Beispiel z Konvertorabgase mit 2 Volumprozent SO.; werden bei 30° mit Wasser gewaschen. Die so vom Staub befreiten Gase enthalten etwa q. Volumprozent H.0. Die kalten Gase werden in einem Wärnieaustauscher auf .420' gebracht und treten nunmehr in einen Kontaktapparat, in welchem das S 02 in dem schon im Hauptpatent beschriebenen Katalysator zu S 03 oxydiert wird. Die austretenden heißen Gase geben ihre Wärme in dem Wärmeaustauscher an die Frischgase ab. Der Wärmeaustauscher ist so unterteilt, daß die heißen Gase sich im ersten Teil bis auf 24o° abkühlen. '.Mit dieser Temperatur treten sie in den zweiten Teil ein, in dem sie von unten nach oben streichen; mit 14o' treten sie aus. Die Hauptmenge der Säure kondensiert sich in dem zweiten Teil des Austauschers. Die Rohre beider Teile sind mit Füllkörpern - ausgesetzt. Das Kondensat, go- bis 93°/°ige Schwefelsäure, wird am unteren Ende abgezogen. Im Abgas ist kein SO, bzw. H2 S 04 nachzuweisen. Die Ausbeute beträgt 97,50.1., bezogen auf den eingesetzten Schwefel.
Beispiel 2 Konvertorgase mit 2 Volumprozent S02 werden bei 6o0 mit Wasser gewaschen und enthalten danach etwa 20 Volumprozent H20. Die Gase gehen durch einen Wärineaustauscher, in welchem sie auf die zur Katalyse notwendige Temperatur gebracht werden. Danach wird das SO, in einem Kontaktkessel an dem schon beschriebenen Katalysator zu SO, oxydiert. Anschließend werden die heißen Abgase im Wärme-. austauscher gekühlt unter gleichzeitiger Kondensation derSchwefelsäure. DerWärmeaustauscher ist in der gleichen Weise konstruiert wie im ersten Beispiel; auch die Gasführung ist die gleiche, nur kühlen sich die heißen Gase im ersten Teil nur bis auf etwa 28o'' ab und treten mit dieser Temperatur in den zweiten Teil ein. Die Austrittstemperatur ist wieder 14ö°. Im Abgase ist keine SO, bzw. H2 S 04 nachzuweisen. Das Kondensat wird am unteren Ende in Form von 9o- bis 93°/°iger Schwefelsäure abgezogen. Die Ausbeute beträgt 98%, bezogen auf den eingesetzten Schwefel.
Da die Gaszusammensetzung in beiden beschriebenen Fällen die gleiche ist bis auf den Wasserdampfgehalt und da auch gleiche Gasmengen in gleichen Zeiten an derselben Katalysatormenge umgesetzt wurden, scheint das Ergebnis eine durch den erhöhten Wasserzusatz verbesserte Umsetzung am Katalysator anzudeuten.
Eine weitere wesentliche Verbesserung des Verfahrens wird dadurch erzielt, daß bei erhöhtem Druck gearbeitet wird. Es ist zwar an sich bekannt, daß sich bei der Katalyse von S02 zu SO, das Gleichgewicht unter erhöhtem Druck zugunsten des S O3 verschiebt. Im vorliegenden Falle hat jedoch die Anwendung des Drucks noch über die bekannten Wirkungen hinausgehende Verbesserungen des Verfahrens zur Folge. Durch Erhöhung des Drucks werden die Kondensationsbedingungen dadurch verbessert, daß das Gleichgewicht S 03 : H, O --- H2 S 04 Dampf zugunsten der H2 S 04-Dampfbildung verschoben wird, wodurch der Partialdruck der dampffönnigen Schwefelsäure erhöht wird. Die Kondensation wird daher bei noch weiter erhöhten Temperaturen einsetzen. Die anzuwendenden Drucke bewegen sich im Rahmen der bereits aus den Arbeiten von Berl bekannten, für die Schwefelsäureherstellung in Kammern untersuchten Grenzen von etwa Z bis zo Atmosphären.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Herstellung von Schwefelsäure mittels Kontaktverfahren gemäß Patent 6o6235, bei dem die S 02haltigen Gase in Gegenwart einer zur Bildung von Schwefelsäure ausreichenden Wasserdampfmenge über den Kontakt geführt und anschließend kondensiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge Wasserdampf im Verhältnis zu-,dein anwesenden SO, baw. S03 mindestens 1,6 : z, vorzugsweise aber mehr als 2 : i beträgt. _. Ausführungsform des Verfahrens gemäß Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß bei erhöhtem Druck gearbeitet wird.