SE502789C2 - Förfarande för tillverkning av svavelsyra samt anordning för genomförande av förfarandet - Google Patents

Description

502 789 10 15 20 25 30 35 2 luft strömmar till och blandas med svaveldioxiden för att genom spädning justera till rätt S02-koncentration, samt för att tillsätta 02 för oxidation. Denna luft leds via ett konventionellt luftfilter 4 till ett torktorn 3 där den torkas med koncentrerad svavelsyra. Ledningen 1 mynnar nedtill i ett torktorn 5, upprätthålls till mellan ungefär 60 och 80°C. I detta i vilket temperaturen torktorn torkas gasblandningen av svaveldioxid och luft med koncentrerad svavelsyra. Detta torn är exempelvis fyllt med raschigringar eller berlsadlar. Innan gasblandningen lämnar torktornet strömmar den igenom en droppavskiljare 6.

Torkningen i torktornet 5 är nödvändig för att i senare processteg undvika Hgïh-dimbildning, vilken utgör en stor olägenhet för miljön och för utrustningen.

Efter torkningen pumpas gasblandningen via en ledning 7 till ett kontakttorn eller en konverter 8, där den på ett flertal nivåer kommer i kontakt med den heta katalysatormassan (ungefär 420°C), varvid oxidation av S02 till S03 sker. Denna reaktion är starkt exoterm (ungefär 100 kJ/mol omsatt S02) och för att lämplig temperaturnivå skall bibehållas låter man gasen passera ett system av värmeväxlare i enlighet med figur 1. Således värmeväxlas den tillströmmande gasen först i en värmeväxlare 9 med en gasblandning i huvudsak bestående av ren SC5 och luft hârrörande från kontakttornets 8 nedersta del, vilken tillförs via en ledning 10. Därvid ökar den genom ledningen 7 tillströmmande gasens temperatur. För att ytterligare öka förs den därefter genom en andra denna gas' temperatur, värmeväxlare 11, och värmeväxlas i denna med ett gassidouttag 12 från kontakttornet 8, vilket efter att ha genomströmmat värmeväxlaren 11 återförs till kontakttornet, vanligtvis till samma nivå.

I syfte att förbättra värmeekonomin uttages även en delström 13 från en lägre nivå i kontakttornet 8, vilken delström kyles i en värmeväxlare 14 och sedan föres via en ledning 42 till ett mellanabsorptionstorn 15, där svaveltrioxiden absorberas med koncentrerad svavelsyra och svaveldioxiden återförs via en ledning 17 till 10 15 20 25 30 35 502 789 3 kontakttornet 8 via värmevâxlarna 14 och 16, i vilka den förvärms innan den àterförs till kontakttornet. I den senare vârmeväxlaren 16 förvärms den medelst ett sidouttag 18, vilket efter genomströmningen av vârmeväxlaren àterförs till en lägre nivà i kontakttornet.

Absorptionstornet 15 kallas ofta “IPAT“, vilket stàr för "Interpass Absorption Tower".

Efter att ha avkylts i vârmeväxlaren 9, leds själva produktströmmen, vilken består av i huvudsak svaveltrioxid och luft, till slutabsorptionstornet 19 (kallas ofta "FAT“, vilket stár för "Final Absorption Tower"), via en ledning 41. I detta torn absorberas S03 av koncentrerad svavelsyra, varefter huvudsakligen ren luft leds ut i atmosfären via toppröret 20, efter att ha renats från eventuellt förekommande svavelsyra i dimavskiljaren 21. Tornet 19 (liksom även tornet 15) är vanligtvis fyllt med keramiska fyllkroppar, exempelvis raschigringar eller berlsadlar.

Torktornet 5, mellanabsorptionstornet 15 och slutabsorptionstornet 19 är kopplade till varsin slinga för koncentrerad svavelsyra, vilka slingor är inbördes förenade. Utgående frán den sista slingan så pumpas konc. svavelsyra från en pumptank 22 via en ledning 23 in i toppen av slutabsorptionstornet 19 och låtes möta den uppàtgáende gasblandningen av S03 och luft, varvid vattenandelen i svavelsyran binder svaveltrioxiden och höjer koncentrationen ytterligare. Beroende pà vattenhalten kan även väsentligen vattenfritt oleum tillverkas. Denna produktström àterförs till pumptanken 22 via ledningen 24.

Eftersom absorptionsreaktionen i FAT är starkt exoterm, kyls den inkommande svavelsyraströmmen i en värmeväxlare 27, vilken vanligen är vattenkyld.

En del av den uppkoncentrerade svavelsyran (resp. oleum) avleds till en andra pumptank 25 via en ledning 26.

Via denna pumptank cirkuleras en svavelsyraström till mellanabsorptionstornet 15 via en tilloppsledning 28 och en áterloppsledning 29. Ãven denna ström kyls med hjälp av en värmevâxlare 30. Till pumptanken 25 tillföres även det 502 789 10 15 20 25 30 35 4 erforderliga vattnet för absorptionen av svaveltrioxid, via ett tilloppsrör 31. I samspel med övriga driftsparametrar bestämmer naturligtvis den tillsatta vattenmängden koncentrationen på slutprodukten.

En del av svavelsyran avleds från ledningen 28 via en ledning 32 till den slinga som betjänar torktornet 5.

Nämnda avledda svavelsyra föres till en pumptank 33 , genom vilken cirkuleras den för torkningen i tornet 5 avsedda svavelsyran. Denna svavelsyra leds genom en ledning till torktornets 5 övre del och låtes strömma nedåt (exempelvis över keramiska fyllkroppar) för att absorbera eventuellt förekommande fuktighet. Efter detta àterförs den via ledningen till pumptanken 33. Eftersom torkprocessen är exoterm bortkyles reaktionsvärmet i en värmeväxlare 36, vilken vanligen är vattenkyld. En del av svavelsyran i ledningen 34 avleds genom en ledning 37 till strippern 3, i vilken svavelsyran kyls och den inkommande reaktionsluften värms, förutom att den även förtorkas genom absorption av eventuell fukt. Även strippern 3 kan vara fylld med keramiska fyllkroppar, såsom raschigringar eller berlsadlar. Efter att ha genomströmmat strippern 3, àterförs svavelsyran till pumptanken 25 via en ledning 38.

En del av denna ström avleds via en ledning 39, varvid denna delström utgör själva slutprodukten, eventuellt efter att ha avkylts i en värmeväxlare 40.

Av redogörelsen ovan för en konventionell svavelsyraanläggning enligt kontaktmetoden kan lätt fastställas att en mängd utrustning krävs i form av absorptionstorn, ledningar, pumpar, tankar, värmeväxlare, mm. Nu för tiden är dessa vanligen gjorda av speciella, korrosionsresistenta stállegeringar, vilka kan motstå långvarig kontakt med koncentrerad svavelsyra och oleum.

Exempelvis har det austenitiska stålet "Sandvik SX" (registrerat varumärke) visat sig mycket dugligt såsom konstruktionsmaterial för svavelsyraanläggningar. Detta stål finns närmare beskrivet i GB-A-1 534 926. Det är dock relativt dyrt, varför det vore önskvärt att minska dess åtgång. Vidare är anläggningen relativt skrymmande och 10 15 20 25 30 35 502 789 5 platskrävande, varför det vore önskvärt att reducera den erforderliga anläggningsytan.

Ett första syfte med föreliggane uppfinning är således att minska åtgången av konstruktionsmaterial vid kemiska processanlâggningar i allmänhet och vid svavelsyraanläggningar, som arbetar enligt kontaktmetoden, i synnerhet.

Ett andra syfte med föreliggande uppfinning är att reducera den erforderliga anläggningsytan för dylika processanlâggningar.

Dessa och ytterligare syften har lyckats uppnås genom ett förfarande resp. en anordning som innefattar de i patentkravens 1 och 7 kännetecknande delar angivna särdragen.

I åskådliggörande men icke begränsande syfte kommer uppfinningen nu att närmare beskrivas under hänvisning till bifogade ritningar, vilka presenteras kort nedan: Figur 1 visar ett flödesschema enligt teknikens ståndpunkt, för vilken redogjorts ovan.

Figur 2 visar ett flödesschema över en anläggning enligt föreliggande uppfinning.

Figur 3 visar en principskiss av ett absorptionstorn enligt uppfinningen rakt ovanifrån.

Figur 4 visar en principskiss av en sektion av absorptionstornet enligt uppfinningen.

Först bör påpekas att motsvarande delar i figurerna 2-4 givits samma hänvisningsbeteckningar som i figur 1, dock försedda med ett primtecken.

I figur 2 förefinnes ett kontakttorn 8', vilket motsvarar tornet 8 i figur 1 och är av samma konstruktion.

Till detta är kopplade fyra värmeväxlare 9', 11', 14' och 16', vilka är kopplade till varandra resp. till kontakttornet på samma sätt som i figur 1, varför detta inte beskrives återigen.

Det väsentliga kännetecknet för föreliggande uppfinning är att de tre tornen 5, 15 och 19 ersatts av ett enda flersektionstorn 43, vilket i det illustrerade fallet 502 789 10 15 20 25 30 35 6 15' och 19'. naturligtvis betydande mängder konstruktionsmaterial, är uppdelat i tre sektioner 5', Detta sparar vilket är av största betydelse när detta utgörs av dyrt specialstàl. Vidare sparas stora mängder rör och annan kringutrustning. Tornets 43 komponenter är lämpligen ihopsvetsade, även om skruvförband också är tänkbara.

Enligt uppfinningen leds således produktgasströmmen fràn kontakttornet 8' via värmeväxlaren 9' till underdelen av FAT- eller slutabsorptionssektionen 19' nedätströmmande koncentrerad svavelsyra. i flersektions-tornet 43, där den i motström möter Enligt en föredragen utföringsform för föreliggande uppfinning härrör denna svavelsyra från en för alle tre sektionerna gemensam värmeväxlare 44, vilken företrädesvis är vattenkyld, i likhet med de tre kylarna 27, 30 och 33 enligt teknikens ståndpunkt. Denna svavelsyra pumpas från tornets 43 botten, i vilken den har fritt tillträde och látes flöda fritt mellan de tre sektionerna via öppningar 45 i skiljevâggarnas 46 nedre delar. Dessa öppningar kan exempelvis utgöras av en spalt mellan skiljeväggens nedre eller av ett eller flera hàl i skiljeväggarnas nedersta partier. Svavelsyran pà tornets kant och tornets botten 47, botten fungerar samtidigt som vattenlás för de tre gasströmmarna, vilka inledes i varsin öppning 50 och avleds upptill i varje sektion (se 51 i figur 4), varvid de ej får blandas. Svavelsyran pumpas frän valfri sektion i tornet 43 av en pump i en pumptank 48 till kylaren 44, i vilken den kyls och därefter áterförs till de tre sektionerna via en förgrenad ledning 49. Sålunda kan även antalet kylare reduceras från tre enligt figur 1, till en enda.

En sektions principiella uppbyggnad i tornet 43 framgår av figur 4. Bottendelen 52 rymmer den uppsamlade svavelsyran, samt ovanför dennas vätskenivå, gasinloppet 50. Mellandelen 53 upptar lämpliga fyllkroppar, såsom keramiska raschigringar, berlsadlar eller strukturerade fyllkroppar i rostfritt stål såsom “Sandvik SX" (reg. varumärke). För FAT- och IPAT-sektionerna utgörs den övre delen S4 av ett i sig tomt gasuppsamlingsrum, emedan det 10 15 20 25 30 35 502 789 7 för lufttorksektionen 5' lämpligen är fyllt av ett gängse brukligt demister-material. Emellan delarna 53 och 54 är anordnade vätskespridare 55 för en jämn tillströmning av svavelsyra över hela sektionstvärsnittet. Dessa spridare kan exempelvis utgöras av ett radiellt huvudrör med ett flertal mot detta vinkelräta grenrör, vilka på sin undersida uppvisar ett flertal hål för en jämnt fördelad utströmning av svavelsyra.

Analogt med figur 1 inleds processluften genom ledning 1' nedtill in i torksektionen 5', varifrån vars övre område den pumpas genom ledningen 7' till kontakttornet 8' via värmeväxlarna 9' och 11', i vilka den förvärms.

Såsom inses lätt av ovanstående, är ett flersektortorn enligt föreliggande uppfinning både material- och platsbesparande. Enligt två föredragna utföringsformer kan dessutom även antalet pumptankar respektive kylare reduceras från tre till en, vilket ytterligare framhäver föreliggande uppfinnings gynnsamma inverkan på kostnader och erforderlig yta, exempelvis vid uppbyggnaden av en nyanläggning. Såsom konstruktione- material kan flera olika specialstål komma ifråga; dock har "Sandvik SX" visat sig särskilt beständig i svavelsyramiljö. den austenitiska kvalitén (reg. varumärke) Uppfinningen ovan har beskrivits i relation till den föredragna utföringsform enligt vilken tre torn (lufttorktorn, slutabsorptionstorn och mellanabsorptions- torn) har kombinerats till ett. Enligt en annan lämplig, dock mindre föredragen utföringsform, är det möjligt att kombinera endast två av de tre tornen till ett tvåsektionstorn, varvid det tredje tornet kvarstår oberört.

Vid denna utföringsform uppdelas tornet i två i huvudsak likadana halvor med halvcirkel-formad tvärsnittsform.

Uppfinningen har visserligen beskrivits i samband med tillverkning av svavelsyra. Tornet enligt uppfinningen kan dock utan vidare finna applikationer även vid andra kemiska processanläggningar, såsom exempelvis vid tillverkning av fosforsyra och salpetersyra.

Claims (10)

502 789 10 15 20 25 30 35 PATENTKRAV

1. Reaktionsbehållare vid kemiska processanläggningar för tillverkning av svavelsyra enligt kontaktmetoden, innefattande en väsentligen cylindrisk mantelyta, k ä n n e t e c k n a d därav, att reaktionsbehàllaren (43) medelst en eller flera väsentligen lodräta skiljeväggar (46) är uppdelad i åtminstone två sektioner, vilka var och en har åtminstone ett inlopp (50) och ett utlopp (51), varvid skiljeväggen eller skiljeväggarna (46) nedtill uppvisar en eller flera öppningar (45) för att medge kontakt mellan de olika sektionerna, varvid varje sektion uppvisar en nedre (52), lämpliga fyllkroppar, samt ett övre gasuppsamlingsrum (54), uppsamlingsdel en mellandel (53), vilken innefattar vilket eventuellt kan vara fyllt med ett droppavskiljande medel.

2. Reaktionsbehàllare enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att den är uppdelad i tre sektioner med i huvudsak sektorformade tvärsnitt.

3. Anläggning för tillverkning av svavelsyra enligt kontaktmetoden, vid vilken inkommande processgas innehållande luft och svaveldioxid först torkas med koncentrerad svavelsyra, varefter processgasen leds in i ett kontakttorn eller konverter (8'), i vilket/vilken svaveltrioxid omvandlas katalytiskt till svaveltrioxid, och en produktgasström uttages ur kontakttornet och i motström möter svavelsyra i ett mellanabsorptionssteg, samt den slutliga produktgasströmmen uttages från kontakttornets nedersta del och möter svavelsyra i ett slutabsorptionssteg, k ä n n e t e c k n a d därav, att den innefattar en reaktionsbehàllare enligt något av kraven 1 och 2.

4. Anläggning enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a d därav, att varje sektion nedtill 10 15 20 25 30 35 502 789 9 är ansluten till en och samma pumptank (48).

5. Anläggning enligt krav 3 eller 4, k ä n n e t e c k n a d därav, att varje sektion i sin övre del är ansluten till en och samma kylare eller värmeväxlare (44).

6. Anläggning enligt krav 3 och 4, k ä n n e t e c k n a d därav, att pumptanken (48) nedströms är ansluten till värmeväxlaren eller kylaren (44).

7. Anläggning enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a d därav, att nämnda reaktionsbehàllare innefattar tre sektioner med i huvudsak sektorformade tvärsnitt, varav en första sektion utgör en torksektion (5') genom vilken inkommande processluft torkas med nedàtströmmande svavelsyra, en andra sektion som utgör mellanabsorptionssektion (15'), genom vilken en produktström från kontakttornet (8') strömmar uppåt i motström mot nedàtströmmande svavelsyra, samt en tredje sektion som utgör slutabsorptionssektion (19'), genom vilken en produktström frán kontakttornets (8') nedersta del strömmar uppåt i motström mot nedàtströmmande svavelsyra.

8. Förfarande för framställning av svavelsyra enligt kontaktmetoden, vid vilket inkommande processgas innehållande luft och svaveldioxid först torkas med koncentrerad svavelsyra, varefter processgasen leds in i ett kontakttorn eller konverter (8'), i vilket svaveldioxid omvandlas katalytiskt till svaveltrioxid, varvid en produktgasström uttages ur kontakttornet och i motström möter svavelsyra i ett mellanabsorptionssteg, samt den slutliga produktgasströmmen uttages från kontakttornets nedersta del och möter svavelsyra i ett slutabsorptionssteg, k ä n n e t e c k n a t därav, att åtminstone torkningen av processgasen och 502 789 10 10 slutabsorptionssteget utförs i olika sektioner i en och samma reaktionsbehàllare (43).

9. k ä n n e t e c k n a t Förfarande enligt krav 8, därav, att även mellanabsorptionssteget utförs i samma reaktionsbehállare, varvid denna är uppdelad i tre sektioner med cirkelsektorformade tvärsnitt.

10. Förfarande enligt krav 8, k ä n n e t e c k n a t därav, att svavelsyraströmmarna i de tre sektionerna tillàtes blandas i reaktionsbehàllarens nedersta del, alltmedan de tre gasströmmarna hålls åtskilda.