PL23249B1 - Sposób wytwarzania kwasu siarkowego. - Google Patents

Description

KI. -U-ir-24. „ Wynalazek niniejszy dotyczy wytwa¬ rzania kwasu siarkowego sposobem kon¬ taktowym.W procesie tym, prowadzonym w spo¬ sób zwykly, gazy, wchodzace do komory kontaktowej, stanowia mieszanine azotu, tlenu i dwutlenku siarki, w której ilosc dwutlenku siarki wynosi naogól od 5 do 1% objetosciowych. Gazy te podgrzewa sie w celu podtrzymania zadanej tempera¬ tury reakcyjnej, a szybkosc ich przeplywu reguluje sie tak, zeby osiagnac mozliwie wysoki [procent przemiany dwutlenku siar¬ ki. Gazy odlotowe z komory kontaktowej wprowadza sie do duzej ilosci 98%-owego kwasu siarkowego, który nalezy utrzymy¬ wac w ciagiem krazeniu, aby zapobiec nie¬ pozadanemu wzrostowi temperatury. Stale stezenie kwasu nalezy utrzymywac przez dodawanie wody. A zatem cieplo, wywia¬ zane w reakcji katalitycznej, zostaje stra¬ cone; prócz tego zuzywa sie duzo energji na wywolywanie krazenia kwasu i zapobie¬ gacie obnizeniu sie jego chlonnosci.Okazalo sie obecnie, ze jesli zastosuje sie gazy o wiekszem stezeniu dwutlenku siarki i mniejszej zawartosci gazów obojet¬ nych niz stosowano dotychczas, to moznaosiagnac lepsze wyniki, mianowicie pirzez zwiekszenie szybkosci przeplywu gazów pczez^komore kontaktowa, aby nie osiagac i^wiekszej^ ilosciowo moJiiwej przemiany # dwutfenku siatki, Gkaztflo sie równiez, ze *jest rzecza mozliwa bezposrednie skrapla¬ nie trójtlenku siairki z para wodna na oleum lub kwas siarkowy o izadanem ?steze¬ niu.A zatem, zgodnie z wynalazkiem niniej¬ szym, w celu wytwarzania SOs, mieszani¬ ne gazowa,,zawierajaca co najmniej 10% dwutlenku siarki i zwykle co najmniej ste1- chiometryczna ilosc tlenu, prowadzi sie po¬ nad ogrzana masa kontaktowa z taka szybkoscia, zeby znaczna ilosc dwutlenku siarki pozostawala w gazach odlotowych, przyczem szybkosc wytwarzania dwutlen¬ ku siarki przez jednostke objetosci katali¬ zatora znacznie wzrafsta. Stopien przemia¬ ny dwutlenku siarki nie powinien przekra¬ czac 80%, aby gazy odlotowe zawsze za¬ wieraly okolo 2% dwutlenku siarki.Dopuszczalne granice skladu poczatko¬ wej mieszaniny gazów sa nastepujace: dwutlenku siarki 10 — 95% tlenu 5 — 90% gazów obojetnych, np. azotu, 0 — 85%, lecz najlepiej jest, gdy mieszanina gazowa zawiera nie wiecej, niz 70% gazów obojet¬ nych.Po skropleniu lub pochlonieciu trójtlen¬ ku siarki pozostaly dwutlenek siarki moz¬ na odzyskac ze skatalizowanego gazu i u- zyc do przygotowania dalszych ilosci mie¬ szaniny gazów.Trójtlenek siarki najlepiej jest skra¬ plac razem z para wodna, przyczem bezpo¬ srednio powstaje kwas siarkowy lub oleum.Para wodna moze przeplywac przez komo¬ re kontaktowa z domieszka gazów, zawie¬ rajacych dwutlenek siarki, lub dla odmia¬ ny moze byc dodawana do gazów po ich przejsciu przez komore kontaktowa. Pare wodna mozna równiez wytwarzac calko¬ wicie lub w czesci, wprowadzajac wode albo rozcienczony kwas siarkowy w bezpo¬ srednie zetkniecie z goracemi gazami od- lotowemi. Zmieniajac ilosc dodawanej pa¬ ry wodnej, mozna otrzymywac kwas siar¬ kowy o zadanem stezeniu bez znaczniej¬ szego wytwarzania dymu i mozna nawet otrzymywac oleum, skraplajac i oziebiajac stezony kwas oraz pochlaniajac w nim nadmiar trójtlenku siarki.Jesli pare prowadzi sie przez komore kontaktowa wraz z gazami, to jej ilosc mozna regulowac, dobierajac odpowiednio temperature nasycania gazów wlotowych.Energje cieplna, uwolniona podczas skra¬ plania, mozna zuzytkowac w jakikolwiek odpowiedni sposób, np. wytwarzajac pare wodna w kotle, ogrzewanym cieplem odlo- towem.Aparat moze byc zbudowany calkowi¬ cie lub czesciowo z materjalów kwasood- pornych, takich jak stop stalowy, zawiera¬ jacy 18% chromu i 8% niklu. Ta ostroz- niosc jest szczególnie korzystna w stosunku do czesci aparatu, w której uskutecznia sie skraplanie.Komora kontaktowa jes/t zbudowana w taki sposób, iz cieplo reakcji zostaje zu¬ zytkowane na ogrzanie gazów wlotowych do niezbednej temperatury reakcyjnej, przytem jednoczesnie miarkuje sie tempe¬ rature maksymalna, osiagnieta w komorze kontaktowej. Do uskuteczniania przemia¬ ny stosuje sie jakikolwiek odpowiedni ka¬ talizator, byleby tylko niewrazliwy na dzialanie pary wodnej, w razie jej obecno¬ sci w komorze kontaktowej.Proces wedlug niniejszego wynalazku przy uzyciu danej objetosci katalizatora umozliwia znacznie szybsza produkcje tróijitleriku siarki, niz prizy zastosowaniu dawniej znanych procesów, a1 tern samem osiaga sie znaczne zmniejszenie kosztów produkcji. Prócz tego podgrzewanie ze¬ wnetrzne gazów przed ich wejsciem do ko- — 2 —mory kontaktowej mozna znacznie oslabic, a naWet calkowicie pominac, o ile gazy za¬ wieraja dostatecznie malo gazów obojet¬ nych. Inna zalete sposobu wedlug wyna¬ lazku stanowi, ze szybkosc wytwarzania kwasu siarkowego przy danej wielkosci komory kontaktowej mozna zmieniac w szerokich granicach prtzez piroste regulo¬ wanie szybkosci przeplywu gazów, przy- czem temperatura masy kontaktowej u- trzymuje sie w odpowiednich granicach bez specjalnego regulowania jej lub do¬ prowadzania ciepla.Mieszanine gazów mozna otrzymac, eks¬ trahujac dwutlenek siarki z gazu, wyka¬ zujacego slabe stezenie dwutlenku siarki, a wiec takiego, jak gaz ze spalania piry¬ tów, oraz mieszajac ten dwutlenek siarki z powietrzem albo tlenem lub powietrzem, wzbogaconem w tlen. Aby otrzymac zada¬ na mieszanine gazów, dwutlenek siarki mozna odciagnac z czesci rozcienczonych gazów i dodac do odpowiedniej objetosci nieobrobionych gazów rozcienczonych z dodatkiem lub bez dodatku tlenu albo po¬ wietrza. Odpowiednia mieszanine gazów mozn»a równiez otrzymac pnzez mieszanie tlenu z siarka, badzto w postaci pierwiast¬ ków, badz tez w postaci zwiazanej, jak w pirytach, lecz naogól stosuje sie zname me¬ tody otrzymywania potrzebnych mieszanin ze wzgledu na koszty wytwarzania ich.Ekstrakcje dwutlenku siarki z rozcien¬ czonych gazów mozna uskuteczniac w od¬ powiedni sposób, np. stosujac stale srodki chlonne, takie jak wegiel aktywny, a takze przez skraplanie lub pochlanianie w odpo¬ wiednich rozpuszczalnikach. Odpowiednie- mi rozpuszczalnikami sa anilina i jej ho- mologi: iV-alkylowan/e pochodne aniliny oraz jej homologi, które tworza luzne zwiazki z dwutlenkiem siairki; wodne roz¬ twory wodorotlenków polasowcowych e- wientuainie siarczany potasowcowe, zawie¬ rajace chlorek glinu, oraz wodne roztwory, zawierajace sole slabych kwasów nielot¬ nych, np. cytrynowego, albo wto-foslorany j edno lub dw!uwodorowe.Przy uzyciu wodnych roztworów, z któ¬ rych dwutlenek siarki odpedza sie przez ogrzewanie, otrzymany gaz jest obciazony paira wodnia. Pare taka korzystnie jesl za¬ trzymac calkowicie Lub czesciowo w mie¬ szaninie gazowej, która ma podlegac kata¬ lizie, jezeli trójtlenek siarki ma byc skra¬ plany w obecnosci pary.Przyklad I. Gazy, otrzymane przez spalenie pirytów i zawierajace 7% dwu¬ tlenku siarki, w celu wyciagniecia dwutlen¬ ku siarki przemyto roztworem, zawieraja¬ cym cytrynian sodu i fosforan jednoaimo- nowy. Dwutlenek siarki, odzyskany z cie¬ czy chlonnej, wysuszono i bez zadnego do¬ datkowego oczyszczania zmieszano z po¬ wietrzem w celu wytworzenia mieszaniny dwutlenku siarki z powietrzem, zawieraja¬ cej od 20 do 25% dwutlenku siarki. Te mieszanine gazowa bez zadnego podgrze¬ wania z zewnatrz przepuszczono z szybko¬ scia 1700 litrów/godz na gram platyny (ilosc gazu mierzono w temperaturze 20°C) przez komore kontaktowa, zawiera¬ jaca azbest platynowany.Komora kontaktowa zbudowana byla tak, ze wzrost temperatury, powodowany reakcja egzotermiczna, byl miarkowany zimnemi, gazami wlotowemi. Przemiana na¬ stepowala lagodnie w temperaturze okolo 500° C. Trójtlenek siarki w gazach odloto¬ wych z komory kontaktowej zostal pochlo¬ niety 98%-owym kwasem siarkowym w zwykly sposób. Szybkosc wytwarzania kwasu siarkowego wynosila 1100 g na go¬ dzine na gram platyny. Gazy odlotowe, za¬ wierajace okolo 7% trójtlenku siarki, za¬ wracano do urzadzenia stezajacego.Przyklad II. Gazy, otrzymane przez prazenie pirytów i zawierajace 7% dwu¬ tlenku siarki, potraktowano, jak w przy- klaidzie I, w celu odciagniecia dwutlenku siarki. Dwutlenek siarki, otrzymany z roz¬ tworu chlonnego, wprowadzono nastepnie 3 —bes oziebiania w dokladne wetkniecie -z woda w temperaturze okolo SC^C Tempe?- ratora by4a dobrana tak, ze dwutlenek siarki porywal ze soba ilosc pary wodnej, która (wraz £ para wodna w dodanem pózniejf powietrzu) byla niedbedna do wy¬ tworzenia zadanego stezenia kwasu (98% w danym przykladzie). Nastepnie gaz zmieszano z powietrzem w celu wytworze¬ nia mieszaniny, zawierajacej 21,6% dwu¬ tlenku siarki, która nastepnie bez podgrze¬ wania z zewnatrz przepuszczono przez ko¬ more kontaktowa, zawierajaca azbest pla¬ tynowany, z szybkoscia 1240 litrów/godz na gram platyny, Komora kontaktowa byla wykonana w ten sposób, iz wzrost temperatury, powo¬ dowany reakcja egzotermiczna, byl miar¬ kowany zunnemi gazami wlotowemi. Tem- peraitura, wywiazana w komorze kontakto¬ wej, wynosila okolo 500°C. Gorace gazy, opuszczajace komore, ochladzano w wy¬ mienniku ciepla; kwas siarkowy skrapla¬ no bezposrednio bez wytwarzania dymu z sizybkoscia 800 g na godzine. Gazy odloto¬ we, zawierajace okolo 7 % dwutlenku siar¬ ki, zawracano do urzadzenia stezajace¬ go.Odpowiednia postacia wymiennika cie¬ pla do chlodzenia gazów, opuszczajacych komore kontaktowa, jest kociol, przyczem jego czesci, wystawione na dzialanie kwa¬ snych dymów i cieczy, nalezy wykonac z odpowiednio odpornego materjalu, np. ze stopu stalowego, zawierajacego 18% chro¬ mu, 8% niklu i 74% zelaza. Cieplo, odzy¬ skane w wymienniku ciepla, mozna uzyt¬ kowac do regeneracji cieczy chlonnej w urzadzeniu stezajacem. Gorace gazy, opu¬ szczajace komore kontaktowa, mozna rów¬ niez przepuszczac przez wezownice lub wy¬ miennik ciepla, umieszczony w naczyniu regeneracyjnem do roztworu chlonnego.Jest rzecza wskazana prowadzic gorace gazy odlotowe wdól przez rury skrapla¬ cza, aby w ten sposób oslabic korozje.Kwas o stezeniu ponizaj 94% wykazuje sklonnosc do nagryzania stopu chromo-ni- klowego i, w przypadku prowadzenia ga¬ zów iwgóre, kwas, sikroiplony wpoblizu wierzcholka rur, móglby wykazywac ste¬ zenie ponizej 94%. Przy prowadzeniu ga¬ zów nadól kwas o stezeniu mniejszem od 94% skropli sie wpoblizu dolnego konca rur i zmiesza sie natychmiast ze splywa¬ jacym kwasem mocniejszym, skroplonym wyzej w mirach.Korzysci, osiagane przez zastosowanie procesu wedlug wynalazku, w porównaniu ze znanemi procesami: polegaja na tern, ze do osiagniecia danej wydajnosci kwasu mo¬ ze byc uzyte urzadzenie o wiele prostsze i mniejsze; zwykle kosztowne i zmudne pro¬ cesy oczyszczania mozna zastapic proce¬ sem stezania, przyczem suszenie glazów jest niepotrzebne, a s.zyfokosó produkcji gazów na jednostke objetosci katalizatora mozna znacznie zwiekszyc. Poza tern szybkosc produkcji kwasu, jak i stezenie kwasu, wy¬ tworzonego w danej komorze kontaktowej, mozna regulowac w pewnych granicach bez straty dwutlenku siarki. Prócz tego kwas wytwarza sie bez powistatorania dymu i bez stosowania duzej ilosci 98%-owego kwasu siarkowego oraz bez duzego nakladu ener- gji na jego krazenie. Zewnetrzne przegrze¬ wanie gazów wlotowych mozna pominac; cieplo reakcji mozna korzystnie odzyskac; wreszcie z równie dobrym wynikiem mozna stosowac katalizatory tansze od platyny, np. pieciotlenek wanadu.W zinanych procesach wieksza czesc ka¬ talizatora bierze udzial w zmniejszaniu stezenia dwutlenku siarki do tak malej wartosci, iz gazy wylotowe mozna wypu¬ szczac ekonomicznie nazewnatrz, nie po¬ wodujac szkód. Zgodnie z wynalazkiem ni¬ niejszym podczas jednego przejscia uzy¬ skuje sie ograniczony stopien przemiany, pozostaly zas dwutlenek siarki odciaga sie z gazów wylotowych i ponownie wprowa¬ dza w obteg krazenia przez komore kon- _ 4 —taktowa, osiagajac przytern korzysci naste¬ pujace: 1. szybkosc wytwarzania S03 na jed- ; nostke objetosci katalizatora zostaje znacz¬ nie zwiekszona; 2. niepotrzebne jest scisle regulowa¬ nie temperatury, gdyz zawartosc dwutlen¬ ku siarki w gazach odlotowych nie wyma¬ ga kontroli w waskich granicach; 3. nie wytwarza sie szkodliwych ga¬ zów odlotowych i cala ilosc dwutlenku siar¬ ki ulega przemianie na kwais siarkowy.Przy uzyciu gazu, bogatego w dwutle¬ nek siarki, lecz stosunkowo ubogiego w ga¬ zy obojetne, szybkosc wytwarzania S03 na jednostke objetosci katalizatora zosta¬ je jeszcze bardziej zwiekszona, prócz tego stopien ogrzewania zewnetrznego mozna zmniejszyc; a nawet pominac je calkowi¬ cie.Typowe urzadzenie do wykonania wy¬ nalazku niniejszego przedstawiono schema¬ tycznie na rysunku, na którym napisy sta¬ nowia dostateczne wyjasnienie. PL

Claims (11)

1. Zastrzezenia patentowe. 1. Sposób wytwarzania kwasu siarko¬ wego, znamienny tern, ze mieszanine gazo¬ wa, zawierajaca co najmniej 10% dwutlen¬ ku siarki i co najmnieji 5% tlenu, przepu¬ szcza sie ponad ogrzana masa kontaktowa z taka szybkoscia, zeby znaczna ilosc pro¬ centowa, mianowicie co najmniej 2% dwu¬ tlenku siarki pozostala w gazach odloto¬ wych, dzieki czemu szybkosc wytwarzania trójtlenku siarki zapomoca jednostki obje¬ tosci katalizatora jest znacznie zwiekszona.
2. 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamien¬ ny tern, ze stosuje sie poczatkowa miesza¬ nine gazowa, zawierajaca gazy obojetne, np. azot, w ilosci, dochodzacej do 70%.
3. 3. Sposób wedlug zastrz. 1 — 2, zna¬ mienny tern, ze trójtlenek siarki i dwutle¬ nek siarki ze skatalizowanego gazu poddaje sie skraplaniu lub pochlanianiu, przyczem odizyskany dwutlenek siarki stosuje sie do wytwarzania dalszych ilosci mieszaniny gazowej.
4. 4. Sposób wedlug zatstrz. 3, znamienny tern, ze mieszanine gazowa otrzymuje sie, stezajac gazy, zawierajace rozcienczony dwutlenek siarki, np. gazy z wyprazonego pirytu, przyczem skatalizowany gaz, z któ¬ rego usunieto trójtlenek siarki, z&wtaca sie do urzadzenia stezajacego, w celu odzy¬ skania zawartego w nim dwutlenku siarki.
5. 5. sposób wedlug zastrz, 4, znamien¬ ny tern, ze gaz, zawierajacy rozcienczony dwutlenek siarki, steza sie przez przemy¬ cie go wodnym roztworem, zawierajacym sól slabego kwasu nielotnego, np. cytryno¬ wego, albo ortofosforany jedno- lub dwu- wodorowe, otrzymany zas dwutlenek siar¬ ki miesza sie z powietrzem albo z powie¬ trzem wzbogaconem w tlen, albo z odpo¬ wiednia iloscia poczatkowego slabego gazu w celu otrzymania zadanej mieszaniny ga¬ zowej.
6. 6. Sposób wedlug zastrz. 1 — 5, zna¬ mienny tern, ze ponad masa kontaktowa przepuszcza sie mieszanine gazowa, skla¬ dajaca sie z 20 — 25% dwutlenku siarki i 80 — 75% powietrza.
7. 7. Sposób wedlug zastrz. 1 —7, zna¬ mienny tem, ze trójtlenek siarki w skatali- zowanym gazie skrapla sie w obecnosci pary tak, zeby otrzymac bezposrednio ole¬ um albo kwas siarkowy o zadanem stezeniu.
8. 8. Sposób wedlug zastrz. 7, znamien¬ ny tem, ze ilosc pary wodnej, potrzebna do wytworzenia oleum albo kwasu siarkowe¬ go o zadanej mocy, dodaje sie do miesza¬ niny gazów przed jej przejsciem ponad masa kontaktowa, przyczem ilosc pary wodnej reguluje sie (najlepiej), miarkujac temperature nasycania mieszaniny gazo¬ wej.
9. 9. Sposób wedlug zastrz. 8, znamien¬ ny tem, ze stosuje sie poczatkowa miesza¬ nine gazowa, zawierajaca dwutlenek siarki, pochodzacy z wodnego roztworu, z którego zostal odpedzony przez ogrzewanie. — 5 —
10. 10. Sposób wedlug zastrz. 7 — 9, zna¬ mienny tern, ze skraplanie trójtlenku siarki uskutecznia sie w kotle wielorurkowym, przyczem goracy gaz prowadzi sie (najle¬ piej) wdól przez rury skraplacza.
11. 11. Sposób wedlug zastrz. 4 oraz 8, 9 i 10, znamienny tern, ze cieplo skrapla¬ nia trójtlenku siarki zuzytkowuje sie na regeneracje pochlonietego dwutlenku siar¬ ki w urzadzeniu stezajacem. Imperial Chemical Industries Limited. Zastepca: M. Skrzypkowski, rzecznik patentowy. POWlETfiZE GA2 ODLOTOMY Druk L. Boguslawskiego i Ski, Warszawa. PL