NO130765B - - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en forbedret fremgangsmåte til

katalytisk oksydasjon av høyprosentige SO^-holdige gasser.

Ved fremstilling av svovelsyre etter kontaktfremgangs-måten forbrennes teknisk frembragt svoveldioksyd i blanding med overskytende luft på katalysatorer, f.eks. vanadinpentoksyd-kisel-oksyd-katalysator ved egnet temperatur. Katalysatoren må ved hjelp av de varme gasser som skal omsettes, bringes til en bestemt minste temperatur, den såkalte starttemperatur som ved enhver teknisk katalysatormasse alt etter sammensetning og fremstillingsfremgangs-måte kan ha en annen verdi, f.eks. 450°C. Under denne starttemperatur forløper reaksjonen

Fremgangsmåte til katalytisk oksydasjon av SO^ til SO^•

ikke med tilstrekkelig hastighet og varmeutvikling, således at den < stopper. Ved gassens passering gjennom katalysatormassen inntrer oppvarmning, nemlig proporsjonalt med omsetningsgraden. Ved en bestemt av gassens begynnelsessammensetning avhengig temperatur, f.eks. 580°C, stopper reaksjonen, fordi da svoveltrioksydets dannelseshastighet er nøyaktig så stor som nedbrytningshastigheten. Por i hvert katalysatortrinn å oppnå en høyest mulig omsetning, må man holde temperaturintervallet, dvs. temperaturdifferansen mellom gassens inngangstemperatur i katalysatoren og likevektstemperaturen høyest mulig, hvilket bare er mulig ved hjelp av en lav tilgangs-temperatur.

Ved' katalysatoranlegg med optimal varmeisolering velger man derfor den ovenfor definerte starttemperatur av kata-lysatormaterialet som gassinngangstemperatur.

Når nå den for reaksjonen benyttede SOg-holdige gass har et høyt SOg-innhold - ved moderne anlegg anvendes SC^-innhold på 10% og mer - frigjøres fremfor alt i første katalysatortrinn betraktelige varmemengder således at den tillatelige temperatur lett overskrides. Uten spesielle forholdsregler opptrer ved omsetningen i første katalysatortrinn temperaturer på langt over 600°C, hvis inntredelsestemperaturen holdes på ca. 540°C.

Ved svovelforbrenningsgasser er det på grunn av gunstigere Og/SOg-forhold mulig med en kontaktering også ved S02_ konsentrasjoner på over 12%. Jo høyere nå katalysatorgassens SOg-konsentrasjon velges desto høyere må inntredelsestemperaturen ligge, for å få massens katalysatorevne, hvilket selvsagt har til følge en ytterligere temperaturøkning til 640 til 650°C i første horde. Ved disse høye temperaturer kan imidlertid allerede kata-lysatorene beskadiges, bortsett fra at for høye temperaturer på-kjenner innretningen sterkt.

Det er allerede kjent å nedsette temperaturen i kata-lysatortrinnet ved innføring av kalde gasser. Også indirekte varme-bortføring over innbyggede varmeutvekslere er kjent. Disse forholdsregler er imidlertid ikke alltid tilstrekkelig for fremfor alt å unngå en lokal overopphetning av kontaktkatalysatormassen, fremfor alt når det anvendes S02~holdige gasser på 9% og mer.

Videre er det foreslått en fremgangsmåte til katalytisk oksydasjon av S02 til SO^ i flere katalysatortrinn, hvor man fører en del av gassene som skal omsettes etter foroppvarmning til i det minste starttemperatur med strømningshastigheter fra 0,6

til 2,0 m/sek. gjennom en forkatalysator som er koplet foran hovedkatalysatoren og sammenblander de fra forkatalysatoren uttredende gasser med slike mengder av kaldere SOg-holdige gasser at blandingsgassen inneholder 20 til 30% av det opprinnelige S02 i form av S0^, idet blandingsgassens temperatur ikke senkes under hovedkatalysatorens starttemperatur. Den dannede blandingsgass omsettes deretter som vanlig videre katalytisk til S0^.

I DAS 1.066.557 omtales videre en fremgangsmåte hvor

en delstrøm av reaksjonsgassen fra et katalysatortrinn anvendes til direkte oppvarmning av de friske gasser til starttemperatur. Dessuten kan disse allerede omsatte gasser også blandes direkte med friske gasser. Denne fremgangsmåte muliggjør riktignok en god varmeregulering av katalysatorsystemet, imidlertid må på grunn av inertgassdelen store gassmengder føres i kretsløp.

Oppfinnelsens gjenstand er en fremgangsmåte til katalytisk oksydasjon av S02 til S0^ i flere katalysatortrinn med en mellomabsorpsjon av intermediært dannet S0^ etter en SO^-omsetning fra ca. 80 til 95%, idet fremgangsmåten er karakterisert ved at man til de S02-holdige gasser før innføringen i første katalysatortrinn sammen med i det minste en delstrøm av den nødvendige fortynningsluft setter ca. 2 til 10 volumprosent SO^, idet denne SO^-holdige delstrøm frembringes ved utblåsing av oleum.

Ved denne SO^-tilsetning oppnår man at omsetningen begynner allerede med en viss SO-^-del, hvilket tilsvarer en for-omsetning. Likevekten i første horde innstiller seg nå ved et høyere S0^/S02-forhold enn ved omsetning av rent SO^. Derved oppnås at reaksjonstemperaturen i forkatalysatoren senkes under temperaturen fra 620 til 630°C, som innstiller seg f.eks. ved omsetning av ren 10%- ig S02-gass.

SO^-tilsetningen kan oppnås ved at den nødvendige fortynningsluft eller alt etter konsentrasjonen av forbrenningsgassene en del av fortynningsluften føres gjennom et med oleum overrislet tårn.

Derved metter luften seg alt etter konsentrasjon og temperatur av det ved oleumproduksjonen i kretsløp førte oleum til ca. 15 til 25$ SO^-innhold.

Det viser seg at f.eks. en tilsetning av 2% SO^ til katalysatorgassen med 10$ S02 gir en temperatursenkning etter forkatalysatoren på ca. 25°C i forhold til omsetningen uten SO^-tilsetning. Luftdelen som er-å mette med SO^, tilsvarer alt etter SO-j-innhold ca..10$ av den samlede luftmengde. Ved denne enkle forholdsregel å senke temperaturen i forkatalysatoren, har man det for hånden også å forarbeide katalytisk høyereprosentige gasser enn 10% SO,,, f.eks. 12% S02 og høyere uten at det opptrer farlige høye temperaturer. Blandingsgassen omsettes deretter på kjent måte i hovedkatalysatoren i et eller fleretrinn mest mulig til SO^, uten at det på noe sted av katalysatorovnen opptrer utillatelige høye temperaturer f.eks. over 600 til 620°C. Hovedkatalysatoren er på kjent måte oppdelt i to eller flere trinn, fortrinnsvis med mellom-koplede varmeutvekslere eller ekvivalente innretninger.

Videre innkoples på kjent måte i et av de siste trinn, fortrinnsvis før siste katalysatortrinn enmellomabsorpsjon, f.eks. ifølge fremgangsmåten fra US-patent nr. 3.259-459. Man kan anvende denne arbeidsmåte for enhver av de kjente S02/SO^-katalysatorer. Fortrinnsvis anvendes vanadin-katalysatorer. I de enkelte katalysatortrinn kan det anvendes like eller forskjellige katalysatorer.

En ytterligere fordel ved denne fremgangsmåte ligger deri at den ved metning av tilsatt luft med SO^ fra oleumkretsløpet fjerneåe varme i motsetning til normal avkjøling av oleum, hvor varmen bortføres som tapsvarme, utvinnes som nyttevarme, f.eks. i form av en ekstra dampfrembringing. Dessuten er det gitt en ytterligere økning av damputbyttet ved den mulighet å kunne arbeide med høyerekonsentrerte gasser.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen skal eksempelvis forklares under henvisning til tegningen med en svovelforbrennings-gass. Ved denne utførelsesform underkastes gassene etter en best mulig omsetning av S02 (ca. 90%) for en mellomabsorpsjon og deretter omsettes i et siste katalysatortrinn til ca. 99,7%. Enkelheter ved fremgangsmåten omtales f.eks. i DAS 1.136.988.

Svovel og luft forbrennes støkiometrisk i en svovel-forbrenningsovn 1. I en etterkoplet avhetningskjele 2 av-kjøles forbrenningsgassene til ca. 800°C. De to etterkoplede blandekammere 3 og 3a tilsettes den resterende luft til fortynning av gassene til ca. 10% S02-innhold. En del av fortynningsluften, i det anførte eksempel ca. 10$, føres gjennom et SO^-utdrivningstårn 5, som er koplet væskemessig parallelt til et oleumtårn 5a, hvor den metter seg med S0^. Ved en oleumskonsentrasjon på 35% og en oppløps-temperatur på 70°C metter den gjennomførte luft seg til ca. 20% SO^-innhold. Ved tilblanding av den SO^-holdige luft står det nå til disposisjon en katalysatorgass av følgende sammensetning: 10% S02, 2% SOj, resten oksygen og nitrogen, som omsettes på vanlig måte i en katalysatorovn 4. Ved en SO^-tilsetning på 2% innstiller det seg ved en inntredelsestemperatur på 450°C en katalysator-temperatur etter første horde på ca. 595°C.

På den omtalte måte lar det seg omsette svovelforbrenningsgasser med en konsentrasjon fra 9 til 12 volumprosent S02 og sågar ennå høyere SO^-innhold meget økonomisk uten fare, fremfor alt for første katalysatortrinn. Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen lar seg imidlertid anvende på samme måte, også på S02~holdige gasser av annen opprinnelse, f.eks. fra spalt- eller røstprosesser. De høyprosentige gasser, slik de fremkommer i moderne spalte- og røsteanlegg, sammenblandes etter rensningen før, under eller etter oppvarmningen til starttemperaturen med den nødvendige mengde av fortynningsluft, hvorav enten en delstrøm eller også den samlede mengde opplades med S0^. Gjennomføringen av fremgangsmåten byr for øvrig i forhold til fremgangsmåten med svovelforbrenningsgasser på ingen særegenheter.

I det følgende skal fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen forklares nærmere ved hjelp av eksempler.

Eksempel 1.

Ved et 800 tato SO,-anlegg tørkes ved kontaktering

av 10$-ige gasser ca. 87.000 Nm*/time luft hvorav ca. 45.000 Nm3/time forbrennes til den støkiometriske forbrenning til SO2. Forbren-ningstemperaturen som innstiller seg på 1650°C, nedkjøles i den etterkoplede avhetningskj ele til 800°C. De resterende 42.000 Nm<3>/time luft tilblandes deretter de til 800°C avkjølte forbrenningsgasser, idet det ved en fortynning til 10$ S02 innstiller seg den for kata-lysen ønskede temperatur på 450°C. En del av denne fortynningsluft, i foreliggende eksempel 8700 Nm<3>/time, føres imidlertid på forhånd gjennom SO^-metningstårnet som væskesidig er koplet parallelt til det egen-r tlige oleumtårn, hvor den opplader seg med 20$ SO, J =

1600 Nnr SO^, således at det fremkommer en katalysatorgass med følgende sammensetning:

87.OOO NmVtime S02

1.600 Nm<3>/time SO^

9.600 Nm<3>/time 02

68.7OO Nm<3>/time N2.

Ved pasering gjennom første katalysatorhorde, oppvarmer gassen seg fra 450 til 595°C. Omsetningen utgjør etter første horde 71%- Etter ytterligere omsetning i de følgende tre trinn med mellomabsorpsjon før siste trinn oppnås en samlet omsetning av S02 på 99, 1%.

Eksempel 2.

Pyritrøstegassen (34.000 Nm<3>/time) fra et 400 tato SO^-anlegg har ved utgangen av det med kjøling arbeidende røste-aggregat en sammensetning på

14$ S02 = 4.750 Nm<3>/time S02

83.2$ N2 = 28.300 Nm<3>/time N2

2,8$ 02 = 950 Nm<3>/time 02.

Til fortynning til den katalyserbare blanding med

11$ SO ep -- i kreveB 9000 Nm<3>/time luft. Av denne luftmengde avgrenes 4300 Nm-V time og anrikes som i eksempel 1 i et SO^-utdrivningstårn med SO^ (20$), således at det står til disposisjon en katalysatorgass med

4.750 Nm3/time S02

860 Nm<3>/time SO,

■7. 3

2.850 Nm"5/time 02

35-400 Nm<3>/time Ng.

Med hensyn til omsetningen i katalysatoren gjelder

det samme som i eksempel 1. Også herved senkes omsetningsøkningen i første horde ved SO-j-tilsetningen, således at reaksjonstemperaturen som innstiller seg, går tilbake fra ca. 6l5°C til 590°C. Derved oppnås en SOg-omsetning på 66$. Den samlede omsetning i det femtrinnede katalysiorsystem med en mellomabsorpsjon før nest siste trinn utgjør 99,8$ av S02.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte til katalytisk oksydasjon av S02 til SO^ i flere katalysatortrinn med en mellomabsorpsjon av intermediært dannet SO^ etter en SOg-omsetning av ca. 80 til 95$, karakterisert ved at man til de S02~holdige gasser før inn-bringing i første katalysatortrinn sammen med minst en delstrøm av den nødvendige fortynningsluft tilsetter ca. 2 til 10 volumprosent SOj, idet denne SO^-holdige delstrøm frembringes ved utblåsing av oleum.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert ved at svovelforbrenningsgasser med en konsentrasjon fra 12 til 21$ S02 med SO^-holdig fortynningsluft bringes til en .konsentrasjon fra 10 til 14 volumprosent S02 og fra 2 til ca. 10 volumprosent SO^.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert ved at røste- og spaltgasser med en konsentrasjon fra 12 til 30$ S02 med SO^-holdig fortynningsluft bringes til en konsentrasjon fra 10 til ca. 20 volumprosent S02 og ca. 10 volumprosent SO^.

4. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1-3, karakterisert ved at fortynningsluften føres gjennom et væskesidig parallelt til oleumtårnet koplet utblåsningstårn og opplades med SOj.