DE971801C

DE971801C - Process for regulating the temperature of the cooling surfaces of a contact apparatus for the production of sulfuric acid

Info

Publication number: DE971801C
Application number: DEZ1611A
Authority: DE
Inventors: Herbert Furkert; Hans Dr Schuett; Alfons Dr Zieren
Original assignee: Chemiebau Dr A Zieren GmbH and KG
Current assignee: Chemiebau Dr A Zieren GmbH and KG
Priority date: 1950-12-13
Filing date: 1950-12-14
Publication date: 1959-04-02

Description

Bei der Verbrennung von Schwefelwasserstoff entstehen Gase, die neben S O₂ mindestens das gleiche Volumen Wasserdampf enthalten. Es sind Verfahren bekannt, aus solchen oder anderen feuchten S O₂-haltigen Gasen, ohne sie vorher zu trocknen, durch katalytische Oxydation und Kondensation Schwefelsäure zu erzeugen. Wenn das Ausgangsgas und die Verbrennungsluft feucht sind, wird dabei Schwefelsäure mit z. B. 8o%When hydrogen sulfide is burned, gases are produced which, in addition to SO _2, contain at least the same volume of water vapor. Processes are known for producing sulfuric acid from such or other moist SO ₂ -containing gases without drying them beforehand by catalytic oxidation and condensation. If the starting gas and the combustion air are moist, sulfuric acid is mixed with z. B. 8o%

ίο H₂SO₄ gewonnen. Solche Verfahren sind beschrieben in den Patentschriften 606 235, 610 448, 610449, 613677. Infolge des Verzichtes auf die sonst übliche Entnebelung und Trocknung braucht das SO₂-haltige Gas nicht völlig, sondern nur aufίο H ₂ SO ₄ won. Such processes are described in patents 606 235, 610 448, 610449, 613677. As a result of the omission of the otherwise customary defogging and drying, the SO ₂ -containing gas does not need all of the gas, but only consumes it

die Initialtemperatur der katalytischen Oxydation gekühlt zu werden. Aus diesem Grunde wird zur Abführung der Reaktionswärme bei der katalytischen Oxydation von H₂ S-Verbrennungsgasen nicht mit dem SO₂-haltigen Gas, sondern mit Luftgekühlt (vgl. Chem. Fabr., 8, S. 415 [1935]).the initial temperature of the catalytic oxidation to be cooled. For this reason, the heat of reaction in the catalytic oxidation of H ₂ S combustion gases is not _{cooled with the SO 2} -containing gas, but with air (cf. Chem. Fabr., 8, p. 415 [1935]).

Es ist bekannt, daß bei der Kühlung der feuchten SO₃-haltigen Gase die Wärmeaustauschflächen nicht unter den Taupunkt dieser Gase abkühlen dürfen, damit Korrosionen an den Austauscherflächen vermieden werden. Um eine genügend hochliegende Wandtemperatur zu erhalten, muß man die Kühlflächen und die Menge der Kühlluft entsprechend den normalen Betriebsbedingungen berechnen. Besonders gefährdet ist dann immer noch die Eintrittsstelle der kalten Kühlluft. Es ist bekannt, diesen Mangel dadurch zu verbessern, daß man die Kühlluft mit Hilfe der Wärmetönung der Kontaktreaktion vorwärmt.It is known that when the moist SO ₃ -containing gases are cooled, the heat exchange surfaces must not cool below the dew point of these gases in order to avoid corrosion on the exchange surfaces. In order to obtain a sufficiently high wall temperature, the cooling surfaces and the amount of cooling air must be calculated according to the normal operating conditions. The point of entry of the cold cooling air is then still particularly at risk. It is known that this deficiency can be improved by preheating the cooling air with the aid of the heat of the contact reaction.

Es hat sich in der Praxis gezeigt, daß Korrosionen gerade in Zeiten schwankender Betriebsbedingungen durch Absinken der sonst höherIt has been shown in practice that corrosion occurs especially in times of fluctuating operating conditions by lowering the otherwise higher

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liegenden Gastemperaturen auf der heißen Seite der Austauscherflächen entstehen. Diese Temperaturen sind bedingt durch die Wärmetönung der Kontaktreaktion. Wird diese Wärmetönung der Kontaktreaktion nach dem bekannten Verfahren ebenfalls zur Vorwärmung der Kühlluft herangezogen, so sinken die Gastemperaturen auf beiden Seiten der Austauschfläche. Dieses Verfahren ist daher nicht geeignet, durch schwankende Betriebsbedingungen hervorgerufene Korrosionen wirksam zu verhindern.lying gas temperatures arise on the hot side of the exchanger surfaces. These temperatures are due to the heat of the contact reaction. Will this heat change the Contact reaction according to the known method is also used to preheat the cooling air, so the gas temperatures drop on both sides of the exchange surface. This procedure is therefore not suitable, effective corrosion caused by fluctuating operating conditions to prevent.

Es wurde nun gefunden, daß dieser Mangel beseitigt werden kann, wenn man für den Fall sinkender Gastemperatur auf der heißen Seite des Austauschers die Temperatur auf der kalten Seite zumindest konstant hält oder gar erhöht, indem man die Vorwärmung der Kühlluft durch die Wärmetönung der S O₂-bildenden Reaktion vornimmt.It has now been found that this deficiency can be eliminated if the temperature on the cold side is at least kept constant or even increased by preheating the cooling air due to the heat of the SO _{2 in the event of a falling gas temperature on the hot side of the exchanger} -forming response.

Der Vorteil einer solchen Maßnahme im Vergleich zur Vorwärmung des Kühlgases durch die Schwefeltrioxyd bildende Reaktion besteht darin, daß eine bessere Stabilität der Temperaturverhältnisse bei Betriebsschwankungen erreicht wird. Ein Absinken der Belastung des Kontaktapparates bedingt auch eine Erniedrigung der Eintrittstemperatur des Kühlgases, wenn dies durch die im Kontakt frei werdende Wärmemenge vorgewärmt wird, so daß die Gefahr Korrosion hervorrufender Kondensatbildung bei Betriebsschwankungen oder kurzzeitigen Stillegungen besteht. Wärmt man die Kühlgase dagegen unter Ausnutzung der Wärmetönung der Schwefeldioxyd bildenden Reaktion vor, so hat man infolge der wesentlich höheren zur Verfügung stehenden Temperatur, etwa mindestens 900⁰C gegenüber etwa 500⁰C, und infolge der großen Wärmekapazität der Röstofen oder H₂ S-Verbrennungsöfen die Möglichkeit, die Eintrittstemperatur der Kühlgase trotz wechselnder Betriebsverhältnisse weitgehend konstant zu halten oder gegebenenfalls zu erhöhen.The advantage of such a measure compared to preheating the cooling gas by the sulfur trioxide-forming reaction is that a better stability of the temperature conditions is achieved in the event of operating fluctuations. A decrease in the load on the contact apparatus also causes a decrease in the inlet temperature of the cooling gas if it is preheated by the amount of heat released in the contact, so that there is a risk of corrosion causing condensation in the event of operational fluctuations or brief shutdowns. On the other hand, if the cooling gases are preheated using the heat of the sulfur dioxide-forming reaction, then due to the much higher available temperature, about at least 900 ^° C. compared to about 500 ^° C., and due to the large heat capacity of the roasting furnace or H ₂ S- Incineration furnaces allow the inlet temperature of the cooling gases to be kept largely constant despite changing operating conditions or, if necessary, to increase it.

Die Kühlluft kann beispielsweise in einem Wärmeaustauscher mit dem H₂ S-Verbrennungsgas vorgewärmt werden. Dieses Gas enthält stets schon etwas SO₃. Daher ist es zweckmäßig, um Kondensationen auf der Austauscherfläche zu verhüten, Gas und Luft im Gleichstrom zu führen.The cooling air can, for example, be _{preheated in a heat exchanger with the H 2} S combustion gas. This gas always contains some SO ₃ . It is therefore advisable, in order to prevent condensation on the exchanger surface, to conduct gas and air in cocurrent.

Da zum Vorwärmen der Kühlluft ein Anteil des Wärmeinhaltes der SO₂-Gase ausreicht, ist es zur besseren Ausnutzung der Wärmetönung der H₂S-Verbrennung zweckmäßig, für die Kühlung des S O₂-Gases auf die Initialtemperatur der katalytischen Oxydation einen Abhitzedampfkessel anzuwenden und die Kühlluft mittels Dampf vorzuwärmen. Der Wärmeaustausch zwischen Dampf und Luft hat den Vorteil, daß Stoffe, die aggressive Kondensate bilden könnten, dabei nicht zugegen sind.Since a proportion of the heat content of the SO ₂ gases is sufficient to preheat the cooling air, it is advisable to use a waste heat boiler to cool the SO ₂ gas to the initial temperature of the catalytic oxidation to better utilize the heat generated by the H _{2 S combustion} Preheat cooling air using steam. The heat exchange between steam and air has the advantage that substances that could form aggressive condensates are not present.

Um die von der Kühlluft aufgenommenen Reaktionswärmen der Bildung von SO₂ und SO₈ zu verwerten, ist es im Zusammenhang mit einem Abhitzedampfkessel vorteilhaft, die ausgebrauchte Kühlluft als Verbrennungsluft für H₂S oder sonstige S O₂-liefernde Prozesse zu verwenden. Der Wärmein'halt der ausgebrauchten Kühlluft kann auch zum Vorwärmen des Speisewassers für den Abhitzekessel ausgenutzt werden. Ein weiterer Vorschlag, gemäß der vorliegenden Erfindung die Reaktionswärmen möglichst weitgehend zur Erzeugung und Verwertung von Dampf auszunutzen, ist die Verwendung des Abhitzedampfes als Kühlmittel für die reagierenden Gase unter Erzeugung von überhitztem Dampf. Gegebenenfalls kann auch möglichst gesättigter Dampf anderer Herkunft auf diese Weise überhitzt werden.In order to utilize the heat of reaction of the formation of SO ₂ and SO ₈ absorbed by the cooling air, it is advantageous in connection with a waste heat steam boiler to use the spent _{cooling air as combustion air for H 2} S or other SO _{2 -delivering processes.} The heat content of the spent cooling air can also be used to preheat the feed water for the waste heat boiler. Another proposal, according to the present invention, to utilize the heat of reaction as much as possible for the generation and utilization of steam, is the use of the waste heat steam as a coolant for the reacting gases with the generation of superheated steam. If necessary, steam from other sources that are as saturated as possible can also be superheated in this way.

Wenn die feuchten SO₂-haltigen Gase nicht durch Verbrennung von H₂S, sondern anders entstanden sind und kalt anfallen, müssen sie unter Ausnutzung der Wärmetönung der katalytischen Oxydation auf die Initialtemperatur dieser Reaktion vorgewärmt werden. In diesem Falle dient also das S O₂-GaS als Kühlmittel für den Kontaktprozeß. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein solches oder ein Kühlgas sonstiger Herkunft ebenfalls in der beschriebenen Weise vorzuwärmen.If the moist SO ₂ -containing gases are not produced by the combustion of H ₂ S but in a different way and are obtained cold, they must be preheated to the initial temperature of this reaction using the heat of catalytic oxidation. In this case, the SO ₂ gas serves as a coolant for the contact process. According to the present invention, such a cooling gas or a cooling gas of other origin is also to be preheated in the manner described.

Feuchte SO₂-haltige Gase, die nicht durch Verbrennung von H₂S erzeugt worden sind, aber warm anfallen, können gemäß der vorliegenden Erfindung ebenfalls zur Vorwärmung von Kühlgas benutzt werden.Moist SO ₂ -containing gases, which have not been produced by the combustion of H ₂ S, but are obtained warm, can also be used according to the present invention for preheating cooling gas.

Zwei oder mehrere der beschriebenen Ausführungsformen der Arbeitsweise entsprechend der vorliegenden Erfindung können auch gemeinsam angewendet werden. So ist es beispielsweise vorteilhaft, den Kontaktapparat teils mit Luft und teils mit Dampf zu kühlen, um auf diese Weise die Luft mit Dampf vorzuwärmen und dem Dampf die abgegebene Wärmemenge aus der Wärmetönung der Katalyse wieder zuzuführen oder ihn zu überhitzen. Eine solche Kombination ist dann günstig, wenn die Dampfmenge des Abhitzekessels wie gewöhnlich zur Abführung des gesamten Wärmeüberschusses der Katalyse allein nicht ausreicht.Two or more of the described embodiments of the mode of operation according to FIG the present invention can also be used together. For example, it is advantageous to cool the contact apparatus partly with air and partly with steam, in order to achieve the To preheat air with steam and the steam the amount of heat given off from the heat tone to supply the catalysis again or to overheat it. Such a combination is favorable, when the amount of steam from the waste heat boiler, as usual, is used to remove the entire excess heat catalysis alone is not enough.

Die Erhöhung der Kühlflächentemperatur setzt eine Verminderung des Temperaturgefälles, also eine Vergrößerung der Kühlfläche voraus. Diesem einzigen Nachteil der Arbeitsweise, entsprechend der vorliegenden Erfindung, stehen aber die beschriebenen wärmetechnischen Verbesserungen und der ausschlaggebende Vorteil gegenüber, daß Kondensate, die den Bestand der Apparatur gefährden, vermieden werden. Da Schwefelsäurekontaktapparate jahrzehntelang fast ununterbrochen in Betrieb sind, ist dieser Vorteil von besonderer Bedeutung.The increase in the cooling surface temperature sets a reduction in the temperature gradient, i.e. an increase in the cooling surface. Corresponding to this only disadvantage of the mode of operation of the present invention, but the described thermal improvements and the decisive advantage compared to the fact that condensates, which endanger the existence of the apparatus, be avoided. Since sulfuric acid contact devices have been used almost continuously for decades are in operation, this benefit is of particular importance.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung folgt einA follows to further explain the invention

example

Durch Verbrennung von H₂S zu SO₂ und i_ao Katalyse zu SO₃ entsteht ein Gasgemisch folgender Zusammensetzung:Combustion of H ₂ S to SO ₂ and i _ao catalysis to SO ₃ produces a gas mixture with the following composition:

6,1 Volumprozent SO₃ ο, ι Volumprozent S O₂ 9,3 Volumprozent H₂ O 84,5 Volumprozent sonstige Gase6.1 percent by volume SO ₃ ο, ι percent by volume SO ₂ 9.3 percent by volume H ₂ O 84.5 percent by volume other gases

Aus diesem Gas kann eine Schwefelsäure von maximal etwa 92% H₂SO₄ kondensieren. Der Kondensationspunkt liegt bei etwa 200⁰ C.A sulfuric acid with a maximum of about 92% H ₂ SO _{4 can} condense from this gas. The condensation point is around 200 ^° C.

Im Kontaktapparat hat das katalysierte Gas eine Höchsttemperatur von 530⁰ C und eine Austrittstemperatur von 400⁰ C. Unter der Annahme gleicher Wärmeübergangszahlen auf der Gas- und Luftseite beträgt die Wandtemperatur beim Lufteintritt:
a) bei Gegenstrom einerIn the contact apparatus, the catalyzed gas has a maximum temperature of 530 ^° C. and an outlet temperature of 400 ^° C. Assuming the same heat transfer coefficients on the gas and air side, the wall temperature at the air inlet is:
a) with countercurrent one

Lufttemperatur von 10⁰C 205 ° CAir temperature of 10 ⁰ C 205 ° C

b) bei Gegenstrom und Vorwärmungb) with counterflow and preheating

der Luft auf 140⁰ C 270⁰ Cthe air to 140 ⁰ C 270 ⁰ C

Die Wandtemperatur unter a) bietet keinerlei Sicherheit gegen eine Kondensation von Schwefelsäure, während bei der Temperatur unter b) kein Kondensat zu erwarten ist.The wall temperature under a) offers no security against condensation of sulfuric acid, while at the temperature under b) no condensate is to be expected.

Wenn die Gastemperaturen auf der heißen Seite etwas sinken, kann die Temperatur von 140⁰C auf jeden Fall konstant gehalten oder nötigenfalls so weit erhöht werden, daß die Wandtemperatur genügend weit oberhalb 200⁰C, etwa bei mindestens 250⁰ C liegt.If the gas temperatures on the hot side drop somewhat, the temperature of 140 ^° C. can in any case be kept constant or, if necessary, increased so far that the wall temperature is sufficiently far above 200 ^° C., for example at least 250 ^° C.

Claims

Patent claims:

i. Process for regulating the temperature of the cooling surfaces of a contact apparatus for generation of sulfuric acid from moist gases containing sulfur dioxide to temperatures above the point of condensation of the sulfur trioxide-containing gas through an im Co-current or counter-current, preheated cooling gas, characterized in that this cooling gas utilizing the heat of the sulfur dioxide-forming reaction is preheated.

2. The method according to claim 1, characterized in that air is used for cooling, which is _{heated in a heat exchanger in cocurrent with the SO 2} gases.

3. The method according to claim 1, characterized in that the cooling gas is preheated by steam from a waste heat boiler of the SO ₂ generation.

4. The method according to claim 1, characterized in that steam from a waste heat boiler of SO ₂ generation is used for cooling.

5. The method according to claim 1, characterized in that that the measures according to claim 2 to 4 are applied in any combination.

6. The method according to claim 1 to 5, characterized in that the heat content of the used cooling gases is utilized in the generation of steam from the waste heat of the SO ₂ -forming reaction.

Considered publications:

German patent specifications No. 606235, 610448, 610449, 613677, 613 691, 848349;

Handbuch der Schwefelsäureindustrie, Lunge, 1916, Vol. I, pp. 584, 585;

"Chemical Technology", Winnacker, 1950, Vol. II, p. 34;

"Chemische Fabrik", 8, 1935, pp. 415, 416;

VDI magazine, 1938, pp. 777, 778.