DE1913542B2

DE1913542B2 - Verfahren zur gewinnung von schwefelsaeure

Info

Publication number: DE1913542B2
Application number: DE19691913542
Authority: DE
Inventors: Timothy Jones Los Alamitos Calif. Browder jun. (V.StA.)
Original assignee: Ralph M Parsons Co
Current assignee: Parsons Government Services Inc
Priority date: 1968-03-21
Filing date: 1969-03-18
Publication date: 1977-02-10
Also published as: JPS5437117B1; CA926581A; DE1913542C3; DE1913542A1; NL6904401A; US3620673A; NL165996C; GB1227092A; NL165996B; BE730198A; MY7400185A; FR2004409A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Schwefelsäure, bei dem das in einem Konvertereinlaß-Gasstrom enthaltene Schwefeldioxid zu Schwefel-

trioxid in mehreren Katalysatorstufen mit einer Zwischengeschäften Schwefeltrioxid-Extraktionsstufe oxydiert wird, wobei der dem Konvertereinlaß zugeführte Gasstrom eine höhere Temperatur als die Anfangstemperattur der Katalytischen Umwandlung hat

und die Zwischenstufe zur Schwefeltrioxid-Extraktion ein relativ kühles, noch nicht umgewandeltes Schwefeldioxid enthaltendes Rückstromgas erzeugt Die Erfindung befaßt sich insbesondere mit einem Herstellungsverfahren für Schwefelsäure, bei dem durch Verbrennen

von Elementarem Schwefel in Luft gewonnenes Schwefeldioxid durch mehrstufige Katalyse in Schwefeltrioxid und letztlich in Schwefelsäure umgewandelt wird.

Eines der bekannten Herstellungsverfahren für Schwefelsäure beginnt mit dem Abbrennen geschmolzenen Schwefels in trockener Luft, bei dem Schwefeldioxid entsteht, d as nach geeigneter Kühlung katalytisch in Schwefeltrioxid umgewandelt wird. Bei dieser Verbrennung wird eine beträchtliche Wärmemenge frei.

Die heißen Verbrennungsprodukte werden durch einen Abwärmekessel gepreßt, der Hochdruckdampf erzeugt und das Schwefeldioxidgas auf die für die katalytische Umwandlung benötigte Temperatur abgekühlt. Der in dem Kessel erzeugte Dampf kann nach Bedarf an geeigneten Stellen in der Anlage weiter verwendet werden. Die katalytische Umwandlung des abgekühlten Schwefeldioxidgases findet in mehrstufigen Konvertern bei Anwesenheil geeigneter Katalysatoren wie etwa Vanadiumpentoxid statt. Diese Reaktion verläuft

exothermisch und setzt daher eine beträchtliche Wärmemenge frei, wobei der größte Anteil dieser Wärmemenge in der ersten Umwandlungsstufe auftritt. Die katalytische Reaktion neigt dazu, in umgekehrter Richtung zu verlaufen, wenn die Reaktionstemperatur beträchtlich ansteigt. Daher wird der Gasstrom aus der ersten Katalysatorstufe gekühlt und zur weiteren katalytischen Umwandlung wieder in den Konverter eingeführt Die nächste Umwandlungsstufe liegt vor einer Absorptionsstufe und bewirkt ein weiteres Ansteigen der Temperatur des Reaktionsgasstromes und ein Absinken des Sauerstoff zu Schwefeldioxid Verhältnisses. Dieses geringe Sauerstoff zu Schwefeldioxidverhältnis bremst die katalytische Reaktion. Der Gassirom wird daner normalerweise in Wärmeaustauschern gekühlt bzw. verdünnt oder abgekühlt durch Zugeben von trockener Luft bzw. Gas.

Das in dem Konverter erzeugte Schwefeltrioxid wird gekühlt und dann in eine Absorptionsanlage eingeführt. In dieser wird das Schwefeltrioxid durch ihm entgegenfließende konzentrierte Schwefelsäure absorbiert. Nach der Entfernung des Schwefeltrioxides wird der Gasstrom eventuell als Schornsteingas abgelassen.

Das dargestellte Verfahren beginnt mit Schwefeldioxid von einer die Anfangstemperatur für die Umwandlung weit übersteigende Temperatur. Andere Verfahren beginnen mit einem Schwefeldioxidgasstrom, dessen Temperatur geringer als die Anfangstemperatur für die Umwandlung ist. Von diesen Verfahren beginnt

't

ein sehr gebräuchliches mit Rösten von Pyriten (ζ. Β Eisenkies) oder anderen schwefelhaltigen Materialien in Luft, wobei Schwefeldioxid entsteht, das gekühlt, gereinigt und getrocknet wird, ehe es für die katalytische Reaktion vorgewärmt wird.

Ein derartiges Röstverfahren arbeitet ebenfalls mit mehrstufiger katalytischer Umwandlung bzw. einer katalytischer Umwandlung auf mehreren Wegen mit Wärmeaustausch zwischen jeder Stufe, um den Katalysereaktionsgasstrom zu kühlen. Dann wird in diesem Verfahren eine Zwischenabsorptionsstufe zur Abtrennung von Schwefeltrioxid aus dem Katalysereaktionsgasstrom vor weiterer katalytischer Umwandlung eingeschaltet Das die Absorptionsstufe verlassende Ausgangsgas enthält noch Schwefeldioxid und wird in den Konverter zurückgeführt Das Ausgargsgas aus der Zwischenabsorptionsstufe ist von relativ niedriger Temperatur. Dieses Ausgangsgas aus der Zwischenabsorptionsstufe von niedriger Temperatur wird zur Kühlung des heißen Katalysereaktionsgasstromes verwendet bevor dieser in die Zwischenabsorptionsstufe eintritt. Die während der Umwandlung erzeugte Wärmeenergie wird zum Aufheizen des Einlaßgases in die erste Konverterstufe auf seine Anfangstemperaturen für die Umwandlung benutzt Der Wärmeaustausch mit dem Einlaßgas in die erste Konverterstufe kühlt den Katalysereaktionsgasstrom zwischen den Stufen. Dieses Verfahren wird in der USA-Patentschrift 3142 536 beschrieben und soll eine Schwefeldioxid-Schwefeltrioxidumwandlung von etwa 99,5% liefern.

Die gegenwärtige wirtschaftliche Umwandlung von Schwefeldioxid in Schwefeltrioxid und dann in Schwefelsäure über eine Mehrwegkatalyse und nur eine Absorptionsstufe führt zu Schornsteingasen, die zwei Prozent bis vier Prozent des anfänglichen Schwefeldioxids der Katalysenbeschickung als Verunreinigung enthalten. Neuere Entwicklungen in der Gesetzgebung zur Verunreinigung von Luft führen zu stärkeren Auflagen hinsichtlich der Abladung von Schwefeldioxidgasen in die Atmosphäre, so daß das Schornsteingas noch weniger Schwefeldioxid enthalten muß

Es stellt sich daher die Aufgabe, eine möglichst vollständige Umwandlung von Schwefeldioxid in Schwefeltrioxid bei der Schwefelsäureherstellung auf wirtschaftlich durchführbare Weise zu erreichen, und dabei gleichzeitig den Auflagen des Gesetzgebers betreffend den Schwefeldioxidgehalt der Abgase zu genügen.

Bei der Lösung dieser Aufgabe wird ausgegangeii von einem Verfahren zur Gewinnung von Schwefelsäure, bei dem das in einem Konverter-Einlaß-Gasstrom enthaltene Schwefeldioxid zu Schwefeltrioxid in mehreren Katalysatorstufen mit einer zwischengeschalteten Schwefeltrioxid-Extraktionsstufe oxidiert wird, wobei der den Konverter-Einlaß zugeführte Gasstrom eine höhere Temperatur als die Anfangstemperatur der katalytischen Umwandlung hat und die Zwischenstufe zur Schwefeltrioxid-Extraktion ein relativ kühles, noch nicht umgewandeltes Schwefeldioxid enthaltendes Rückstromgas erzeugt. Erfindungsgemäß wird dann der anfängliche Konverter-Einlaß-Gasstrom auf eine Anfangstemperatur der katalytischen Umwandlung durch Wärmeaustausch mit dem Rückstromgas abgekühlt; ferner wird der Katalyse-Reaktionsgasstrom nach jeder vor der Zwischenstufe für die Extraktion liegenden katalytischen Umwandlungsstufe mit Ausnahme der dieser Extraktionsstufe unmittelbar vorhergehenden Umwandlungsstufe durch indirekten Wärmeaustausch mit dem Rückstromgas auf eine Anfangstemperatur der Umwandlung abgekühlt; schließlich wird das Rückstromgas durch den indirekten Wärmeaustausch mit dem Konvertereinlaß-Gasstrom und dem Katalyse-Reaktionsgasstrom auf eine Anfangstemperatur der Umwandlung aufgewärmt, wobei die Aufwärmung des Rückstromgases des Katalysereaktioiisgasstromes nach jeder katalytischen Umwandlungsstufe geschieht, die vor der Zwischenstufe zur Extraktion liegt, mit Ausnahme der Umwandlungsstufe, die dieser Zwischenextraktionsstufe unmittelbar vorhergeht

Vorzugsweise wird der dem Konvertereinlaß zugefäftrte Gasstrom aus einem Schwefelabbrennofen gewonnen. Weiterhin kann der Katalyse-Reaktionsgasstrom aus der der Extraktionsstufe unmittelbar vorhergehenden katalytischen Umwandlungsstufe durch indirekten Wärmeaustausch mit einem bei dem Gesamtverfahren anfallenden kühleren Medium auf eine Anfangstemperatur für die Extraktion abgekühlt werden. Es ist dann besonders zweckmäßig, den Rückgasstrom in zwei Teilströme zu unterteilen, von denen der eine den Konvertereinlaßgasstrom und der andere die Katalysereaktionsgasströme aus jeder vor der Zwischenstufe liegenden Umwandlungsstufe mit Ausnahme der letzteren kühlt. Andererseits kann aber auch def Rückgasstrom zuerst die Katalysereaktionsgasströme aus jeder vor der Zwischenstufe liegenden Umwandlungsstufe mit Ausnahme der letzten und dann den Konvertereinlaßgasstrom kühlen. Diese letztere Reihenfolge kann jedoch auch umgekehrt werden, indem der Rückgasstrom zuerst den Konvertereinlaßgasstrom kühlt und dann die Katalysereaktionsgasströme kühlt. Die Extraktion des Schwefeltrioxides in der Zwischenstufe geschieht zweckmäßig mit Schwefelsäure und das mit dem Schwefeltrioxid absorbierte Schwefeldioxid wird von der Schwefelsäure in einem Absorber abgetrennt und dem Konvertereinlaßstrom wieder zugeführt.

Die vorliegende Erfindung stellt also ein Verfahren zur Herstellung von Schwefelsäure aus durch Abbrennen von Schwefel in Luft gewonnenem Schwefeldioxid dar. Das Schwefeldioxid wird durch katalytische Oxydation in einem Mehrweg-Katalysekonverter in Schwefeltrioxid umgewandelt. Das Verfahren benutzt ein kühles Rückstromgas aus einer Zwischenabsorptionsstufe für Schwefeltrioxid oder aus einem Extraktor zur Kühlung eines Konvertereinlaßgasstromes, aus einem Schwefelabbrennofen auf eine Anfangstemperatur der Umwandlung, ehe der Einlaßstrom in den Konverter eintritt; das kühle Rückstromgas kühlt weiterhin den primären Katalysereaktionsgasstrom zwischen aufeinanderfolgenden Wegen der katalytischen Umwandlung.

In einer speziellen Ausführungsform der Erfindung werden zur Umwandlung von Schwefeldioxid aus einem Konvertereinlaßgasstrom aus einem Schwefelabbrennofen bzw. einem Kessel in Schwefeltrioxid mindestens zwei Stufen katalytische Oxydation mit mehreren Wegen mindestens in der ersten Stufe benutzt. Eine Zwischenstufe zur Absorption von Schwefeltrioxid trennt das in der ersten Stufe der katalytischen Umwandlung gebildete Schwefeltrioxid ab. Das in einem Rückstromgas aus der Zwischenabsorptionsstufe enthaltene Schwefeldioxid gelangt schließlich in eine zweite Stufe der katalytischen Umwandlung. Das Rückstromgas aus der Zwischenabsorptionsstufe hat geringe Temperatur. Dieser Gasstrom kommt in Wärmeaustausch mit dem Konvertereinlaßgasstrom aus dem Schwefelabbrennofen und Kessel, um den

Gasstrom auf eine Anfangsumwandlungstemperatur abzukühlen. Das Rückstromgas wird weiterhin zur Kühlung des primären Katalysereaktionsgasstromes zwischen aufeinanderfolgenden Wegen durch den Konverter zur ersten Stufe, die bezüglich der Absorptionsstufe stromaufwärts liegt. Die Kühlung zwischen aufeinanderfolgenden Umwandlungswegen erniedrigt die Temperatur des primären Katalysereaktionsstromes auf ungefähr die Anfangsumwandlungstemperatur vor dem Eintritt in den nächsten Weg. Nach dem letzten Umwandlungsweg des primären Katalysereaktionsgasstromes und vor der Zwischenabsorptionsstufe für Schwefeltrioxid wird der primäre Katalysereaktionsgasstrom auf eine Anfangsabsorptionstemperatur durch Wärmeaustausch mit z. B. Wasser in einem Abwärmekessel oder einem Vorwärmer gekühlt. Nach der Zwischenabsorptionsstufe für Schwefeltrioxid wird das noch immer Schwefeldioxid und Sauerstoff enthaltene Rückstromgas durch den Konvertereinlaßgasstrom und den primären Katalysereaktionsgasstrom auf ungefähr die Anfangsumwandlungstemperatur erwärmt und bildet einen zweiten Katalysereaktionsgasstrom. Der erwärmte zweite Katalysereaktionsgasstrom gelangt in den Katalysekonverter zur zweiten Stufe der katalytischer» Umwandlung.

Die Kühlung des Konvertereinlaßgasstromes aus dem Schwefelabbrennofen und Kessel durch das Rückstromgas aus der Zwischenabsorptionsstufe für Schwefeltrioxid und die Kühlung des primären Katalysereaktionsgasstromes zwischen den Umwandlungswegen kann auf verschiedene Weise ausgeführt werden. Das Rückstromgas kann aufgeteilt werden, wobei der erste Teilstrom den Konvertereinlaßgasstrom aus dem Schwefelabbrennofen und Kessel und der zweite Teilstrom den primären Katalysereaktionsgasstrom zwischen aufeinanderfolgenden Umwandlungswegen kühlt. Alternativ kann das Rückstromgas zuerst in Wärmeaustausch mit dem primären Katalysereaktionsgasstrom zwischen Umwandlungswegen gelangen und dann in Wärmeaustausch mit dem Konvertereinlaßgasstrom geführt werden. Es ist aber auch möglich, das Rückstromgas zuerst den Konvertereinlaßgasstrom und dann den primären Katalysereaktionsgasstrom zwischen aufeinanderfolgenden Wegen durch den Katalyseumwerter kühlen zu lassen.

Jedenfalls wird das Rückstromgas aus der Zwischenabsorptionsstufe nach Ausführung seiner Kühlungsaufgabe zu dem zweiten Katalysereaktionsgasstrom. Das in diesem sekundären Katalysereaktionsgasstrom enthaltene Schwefeldioxid wird in der zweiten Konverterstufe katalytisch umgewandelt, damit eine weitere Ex fraktion von Schwefeltrioxid möglich wird. Daher wird das Rückstromgas vor der katalytischen Umwandlung seines Schwefeldioxids auf eine Anfangsumwandlungstemperatur aufgewärmt Nach der zweiten Stufe der katalytischen Umwandlung wird das sekundäre Katalysereaktionsgas gekühlt und in eine zweite Absorptionsstufe für Schwefeltrioxid gegeben, in der das gebildete Schwefeltrioxid abgetrennt wird.

Damit wird das Schwefeltrioxid in zwei Schwefelsäureabsorptionsstufen extrahiert Diese Absorption kann in Absorptionstürmen stattfinden, in denen das Schwefeltrioxidgas von einem Gegenstrom aus Schwefelsäure absorbiert wird, wobei die Konzentration der Säure zunimmt Die Zwischenabsorptionsstufe liefert also Schwefelsäure mit gelöstem Schwefeldioxid aus dem primären Katalysereaktionsgasstrom. Dieses gelöste Schwefeldioxid kann aus der Schwefelsäure in einem Trockenturm oder speziellen Abtrennturm mit Luft entfernt und in den Verbrennungsofen und den Konvertereinlaßgasstrom zurückgeführt werden. Dadurch wird die Säureproduktion vermehrt und der

S Schwefeldioxidgehalt im Abgas reduziert; außerdem wird der gelöste Schwefeldioxidgehalt der gewonnenen Säure reduziert.

Die Kühlung des sekundären Katalysereaktionsgasstromes, nachdem er den Konverter verlassen hat, kann

ίο dadurch erreicht werden, daß der Gasstrom in Wärmeaustausch mit einer aufzuwärmenden Flüssigkeit oder anderen Strom gebracht wird. Kessel, Vorwärmer, Überhitzer oder Gaskühler, die in Schwefelsäurefabrikationsanlagen benutzt werden, können zur Kühlung des sekundären Katalysereaktionsgasstromes dienen. Die in dem umgewandelten sekundären Katalysereaktionsgasstrom enthaltene Wärme kann zur Aufheizung gereinigten Wassers benutzt werden, das einen Abhitzkessel durchläuft, in dem es den Schwefeldioxid enthaltenden Gasstrom aus dem Schwefelabbrennofen kühlt Das gleiche Kühlmittel kann dazu dienen, den primären Katalysereaktionsgasstrom vor seinem Eintritt in die Absorptionszwischenstufe für Schwefeltrioxid zu kühlen.

Das erfindungsgemäße Verfahren liefert eine verbesserte Wirtschaftlichkeit der Herstellung von Schwefelsäure. Es mindert die Kosten betreffend den Kapitalaufwand, die Wartung und den Unterhalt der für die Umwandlung von Schwefeldioxid in Schwefeltrioxid benötigten Wärmeaustauscher. Hinter der Zwischenabsorptionsstufe für Schwefeltrioxid ist das Rückstromgas auf relativ niedriger Temperatur und hat keinen großen Verlust seiner Massenströmungsdichte erlitten. Diese niedrige Temperatur in Verbindung mit der hohen Temperatur des Konvertereinlaßgasstromes reduziert die dem Wärmeaustausch dienende Fläche, die nötig ist, um die Temperatur des Konvertereinlaßgasstromes auf die erforderliche Umwandlungstemperatur zu erniedrigen und die Temperatur des Rückstromgases auf die Anfangstemperatur der Umwandlung zu erhöhen. Weiterhin sind der Temperaturunterschied und die Massenströmungsdichte von solcher Art, daß das Rückstromgas auch zur Kühlung des primären Katalysereaktionsgasstromes zwischen aufeinanderfolgenden Wegen durch den Konverter benutzt werden kann. Diese Erhöhung der Wirtschaftlichkeit wird erreicht während der Umfang des in die Atmosphäre abgeladenen Schwefeldioxids verringert und damit das Verunreinigungsproblem in seiner Bedeutung gemindert wird Die Zwischenabsorptionsstufe für Schwefeltrioxid und weiterhin das Wiedereinspeisen des in der Schwefelsäure aufgelösten Schwefeldioxids im Zusammenhang mil der Zwischenabsorptionsstufe ermöglichen eine sehi weitgehende Umwandlung.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird in einen: besonderen Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme au! die Zeichnungen nachfolgend beschrieben. Es zeigen:
F i g. 1 ein Flußdiagramm für das Verfahren;
Fig.2 einen Ausschnitt aus dem Diagramm dei

6d F i g. 1 zur Verdeutlichung einer erfindungsgemäßei Weiterbildung; und

Fig.3 einen ähnlichen Ausschnitt zur Erläuterung einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung.
F i g. 1 gibt einen UberbBck fiber die einzelnei

6s Verfahrensschritte zur Herstellung von Schwefelsäure In der Anlage wird Schwefel in Luft abgebrannt wöbe sich Schwefeldioxid bildet das in Schwefeltrioxü umgewandelt wird. Das gewonnene Schwefeltrioxü

wird zur Darstellung von Schwefelsäure absorbiert.

Elementarer Schwefel wird in einem Verbrennungsofen 10 mit vorher getrockneter Luft abgebrannt und liefert Schwefeldioxid. Ein Gasstrom 11 von hoher Temperatur, der dieses Schwefeldioxid enthält, verläßt den Ofen 10 und wird in einen Abhitzkessel 12 eingeleitet. Der Gasstrom 11 wird in dem Abhitzkessel gekühlt, verläßt ihn aber mit einer höheren Temperatur als diejenige, die für den Konvertereinlaß benötigt wird. Der den Kessel 12 verlassende Gasstrom kann sich mit einem Nebenstrom aus Schwefeldioxid und Luft vermengen und bildet den Konvertereinlaßgasstrom 14. Der Nebenstrom ist mit 16 bezeichnet.

Der Konvertereinlaßgasstrom 14 enthält das Schwefeldioxid, das in Schwefeltrioxid umgewandelt werden wird. Diese Umwandlung geschieht katalytisch. Das gewonnene Schwefeltrioxid wird Schwefelsäure durch Absorption in einer nachfolgend mit Wasser verdünnten Schwefelsäure.

Die katalytische Umwandlung wird in einem zweistufigen Mehrwegkonverter 18 durchgeführt. Eine Zwischenabsorptions- bzw. Extraktionsstufe wird in einem Absorber 20 durchlaufen. Die Zwischenabsorptionsstufe trennt die Umwandlungsstufen in eine primäre und eine sekundäre Stufe. Ein etwas Schwefeldioxid und Sauerstoff enthaltendes Rückstromgas 22 verläßt diesen Absorber 20. Der Strom 22 enthält dasjenige Schwefeldioxid, das nach der primären Stufe der katalytischen Umwandlung in dem Konverter 18 übrig bleibt. Dieser Strom verläßt den Absorber 20 bei sehr viel geringerer Temperatur als die Anfangstemperatur für die Umwandlung. Der Gasstrom 14 gelangt in indirekten Wärmeaustausch mit einem Teilstrom des Rückstromgases 22 (bezeichnet mit 24) in einem Wärmeaustauscher 26. Der Gasstrom 14 wird hinsichtlich seiner Temperatur in diesem Wärmeaustauscher auf die Anfangstemperatur der Umwandlung von ungefähr 420⁰C herabgesetzt Wenn er eine Anfangstemperatur der Umwandlung angenommen hat, gelangt der Gasstrom 14 in den Konverter 18, und zwar zur primären Stufe der katalytischen Umwandlung.

Das in dem Konvertereinlaßgasstrom 14 enthaltene Schwefeldioxid gelangt in eine primäre Stufe der katalytischen Umwandlung in dem Konverter 18. Es wird ein primärer Katalysereaktionsgasstrom 28 in dieser primären Umwandlungsstufe gewonnen, der Schwefeldioxid und Schwefeltrioxid enthält Der primäre Katalysereaktionsgasstrom gelangt aus dem Konverter in den Wärmeaustauscher 230 zur Kühlung. Die Kühlung des Stromes 28 auf eine geeignete Anfangstemperatur der Umwandlung vor dem erneuten Eintritt in den zweiten Weg durch den Konverter 18 ist notwendig, um eine größtmögliche Umwandlung von Schwefeldioxid zu erzielen und eine Umkehr der Umwandlungsreaktion zu verhindern.

Der zweite Teilstrom des Rückstromgases 22 (bezeichnet mit 32) wird als ein Wärmeaustauschmittel zur Kühlang des primären Katalysereakiionsgasstromes 28 benutzt Der Gasstrom 32 wird daher in indirekten Wärmeaustausch mit dem Gasstrom 28 in dem Wärmeaustauscher 30 gebracht, wo die Temperatur des letzteren auf eine Anfangstemperatur der Umwandlung herabgesetzt wird Nach Verlassen des Wärmeaustauschers 30 vermischt sich der Strom 32 mit dem Strom 24 aus dem Wärmeaustauscher 26. Die beiden Gasströme 24 und 32 bilden einen Gasstrom 34, wenn sie die Wärmeaustauscher 26 und 30 verlassen habea Der Gasstrom 34 weis« eine Anfangstemperatur der Umwandlung auf.

Der Mischstrom 34 wird zum sekundären Katalysereaktionsgasstrom. Dieser sekundäre Katalysereaktionsgasstrom gelangt in den Konverter 18 zur zweiten bzw. letzten Stufe der katalytischen Umwandlung des in ihm enthaltenen Schwefeldioxids in Schwefeltrioxid. Nach dieser letzten Umwandlungsstufe verläßt der sekundäre Katalysereaktionsgasstrom den Konverter bei erhöhter Temperatur als ein Gasstrom 36.

ίο Der primäre Katalysereaktionsgasstrom 28 wird nach seiner Kühlung in dem Wärmeaustauscher 30 wieder in den Konverter 18 eingeführt, in dem er einen zweiten oder mehrere Wege der katalytischen Umwandlung in der primären Stufe des Konverters durchläuft. Nach dem zweiten oder den mehreren Wegen durch den Konverter verläßt der primäre Katalysereaktionsgasstrom, der einen beträchtlichen Anteil an Schwefeltrioxid enthält, den Konverter als ein Strom 38. Der Gasstrom 38 ist um geringes heißer als der Gasstrom 36,

jo jedoch werden beide Ströme für die nachfolgende Weiterbehandlung gekühlt.

Der Gasstrom 38 wird in einem Kessel, Vorwärmer oder Überhitzer 39 auf eine Eingangstemperatur der Extraktion abgekühlt und in einen Absorber 20 eingeleitet. Das Wärmeaustauschmedium für diese Kühlung ist aufbereitetes Wasser oder Dampfstrom 41. Das in dem Gasstrom 38 enthaltene Schwefeltrioxid wird durch Schwefelsäure absorbiert, die, angetrieben von einem Pumpwerk bzw. Tank 40 die Leitung 42

jo durchläuft. Die gewonnene konzentriertere Schwefelsäure verläßt den Absorber 20 als ein Säurestrom 44 und wird in einem Wärmeaustauscher 46 vor ihrem Eintritt in den Pumpentank 40 gekühlt Die zurücklaufende konzentriertere Schwefelsäure wird dann auf die Konzentration der Säure in der Wanne 40 durch die angegebene Zugabe von Wasser verdünnt. Das Rückstromgas 22 aus dem Absorber 20 ist in beträchtlichem Umfang von Schwefeltrioxid befreit, ehe es in dem Konverter 18 weiterverarbeitet wird. Die letzte Umwandlungsstufe führt zu dem Gasstrom 36, wie bereits ausgeführt

Der Gasstrom 36 verläßt den Konverter 18 und wird zur Kühlung in einen Kessel, Überhitzer oder Vorwärmer 39 eingeleitet in dem seine Temperatur für eine zweite Absorptionsstufe in einem Absorber 48 erniedrigt wird. Das Kühlmittel ist wiederum Dampf oder Wasserstrom 41. Ein Hauptpumpwerk 50 enthält Schwefelsäure, die den Absorber 48 über die Leitung 51 zur Absorption des letzten Schwefeltrioxids fan Gas strom 36 durchläuft Das dem Gasstrom 36 entnommene Schwefeltrioxid verläßt den Absorber 48 als ein Strom relativ konzentrierter Schwefelsäure 52, die der Hauptpumpwanne 50 oder zur Abzweigung zu einem Produkt-Kühler zugeführt wird Die Konzentration der Säure in dem Tank 50 kann durch Zugabe von Wassei (wie angezeigt) aufrechterhalten werden.

Der Pumpentank 40 enhält Schwefelsäure und einer beträchtlichen Anteil gelösten Schwefeldioxidgases Dieses Schwefeldioxidgas wird in einem Trockenturrti

te 60 abgetrennt und tritt als Gasstrom 16 ein. Dazu werden die Schwefelsäure und das gelöste Schwefeldioxid aus dem Tank 40 als Strom 52 abgezogen und vor oben in den Trockenturm 60 eingeleitet Ein Gebläse 54 bläst Luft in den Trockenturm. Die vom gelöster Schwefeldioxid befreite Schwefelsäure verläßt dei Trockenturm 60 als Strom 56 und gelangt in der Hauptpumpentank 50. Die Schwefelsäure trockne ferner die Verbrennungsluft in dem Strom 16, die in den

Ofen 10 verwendet wird. Schwefelsäure wird aus dem Hauptpumpentank 50 als Strom 58 abgenommen und in den Trockenturm 60 eingeleitet, um dadurch das Abtrennen und Lufttrocknen noch zu verstärken. Der Srom 58 wird im Wärmeaustauscher 62 gekühlt, ehe er in den Trockenturm 60 eingeleitet wird.

F i g. 2 zeigt eine alternative Ausgestaltung der Kühlung eines Konvertereinlaßgasstromes auf eine Anfangstemperatur optimaler Umwandlung und der Kühlung des primären Katalysereaktionsgasstromes zwischen aufeinanderfolgenden Wegen in der primären Konverterstufe.

Ein Konvertereinlaßgasstrom 70 aus einem Schwefelabbrennofen (nicht dargestellt) läuft durch einen Wärmeaustauscher 72, in dem seine Temperatur auf eine Anfangstemperatur optimaler Umwandlung erniedrigt wird. Die Kühlung wird in dem Wärmeaustauscher 72 durch Wärmeaustausch mit dem Rückstromgas 74 aus einer Zwischenabsorptionsstufe (nicht dargestellt) bewirkt. Der Konvertereinlaßgasstrom 70 tritt in einen Katalysekonverter 76 mit der Anfangstemperatur der Umwandlung ein, in der beim Durchlaufen einer Bettung der ersten Stufe etwas Schwefeldioxid in Schwefeltrioxid umgewandelt wird. Der primäre Katalysereaktionsgasstrom 78 verlast den Konverter 76 bei erhöhter Temperatur und gelangt in einen Wärmeaustauscher 80. In diesem Wärmeaustauscher 80 wird der Gasstrom 78 auf eine Anfangstemperatur der Umwandlung gekühlt durch Wärmeaustausch mit dem Rückgasstrom 74. Nach Verlassen des Wärmeaustauschers 80 tritt der Gasstrom 78 in den Konverter 76 ein, und zwar in den sekundären Weg der katalytischen Umwandlung. Nach dessen Durchlaufen erfährt der primäre Katalysereaktionsgasstrom 81 eine Kühlung und gelangt in eine Zwischenstufe der Absorption von Schwefeltrioxid und bildet schließlich das Rückstromgas 74. Diese Kühlung und Absorption findet in bereits beschriebener Weise (Fig. 1) statt.

Nach der Aufwärmung auf eine Anfangstemperatur optimaler Umwandlung in den Wärmeaustauschern 72 und 80 gelangt das Rückstromgas 74 in die letzte Stufe der Umwandlung des Katalysekonverters 76. Ein vollständig umgewandelter Strom 82 verläßt den Konverter 76 zum Zwecke der Kühlung und der Endabsorption in beschriebener Weise.

F i g. 3 zeigt eine andere Ausführungsform, in der die Sequenz der Kühlung durch das Rückstromgas gegenüber der in F ι g. 2 dargestellten umgekehrt ist

Wie bereits erwähnt, gelangt das Rückstromgas 90 aus einer Zwischenabsorptionsstufe (nicht dargestellt) bei relativ geringer Temperatur in indirekten Wärmeaustausch mit einem Strom 92 aus einem Schwefelabbrennofen (nicht dargestellt). Dieser Wärmeaustausch wird im Wärmeaustauscher 94 ausgeführt er ist der erste Wärmeaustausch für den Gasstrom 90. Die Temperatur des Konvertereinlaßgasstromes 9Z der den Wärmeaustauscher 94 verläßt liegt in einem für die Einleitung der katalytischen Umwandlung geeigneten TemperaturintervalL Das Konvertereinlaßgas tritt in den Konverter 96 ein, indem in einer ersten Stufe Schwefeldioxid in Schwefeltrioxid durch katalytische Oxydation umgewandelt wird. Nach dem ersten Durchlauf der ersten Umwandlungsstufe verläßt das primäre Katalysereaktionsgas 98 den Konverter und läuft in den Wärmeaustauscher 100. Im Wärmeaustauscher 100 gelangt das primäre Katalysereaktionsgas 98 in indirekten Wärmeaustausch mit dem Rückstromgas 90 und wird auf eine Anfangstemperatur der Umwandlung abgekühlt. Der Gasstrom 98 wird dann in der Konverter 96 wieder eingeleitet und durchläuft dori einen zweiten oder mehrere Wege durch die Bettunger des Konverters. Nach dem zweiten Durchlauf der erster Stufe der katalytischen Umwandlung verläßt das primäre Katalysereaktionsgas den Konverter % als ein Gasstrom 102. Der Gasstrom 102 wird gekühlt und das von ihm mitgeführte Schwefeltrioxid wird extrahiert, so daß sich ein Rückstromgas 90 wie oben beschrieben

ίο (Fig. 1)bildet.

Der Strom 90 verläßt den Wärmeaustauscher 100 als ein sekundärer Katalysereaktionsgasstrom mit einer Anfangstennperatur für optimale Umwandlung und gelangt in die letzte Stufe der Umwandlung in den Konverter 96. Nach dieser letzten Umwandlungsstufe verläßt ein Endstrom 104 den Konverter 96 für die nachfolgende Kühlung und Schwefeltrioxid-Extraktion in bereits beschriebener Weise.

In dem folgenden Beispiel sind die Größen der verschiedenen Parameter, wie sie sich aus dem erfindungsgemäßen Verfahren ergeben, aufgeführt. Das Beispiel bezieht sich auf die F i g. 1.

Schwefel wird mit in dem Trockenturm 60 getrockneter Luft im Verbrennungsofen 10 verbrannt. Schwefeldioxid, das in dem Trockenturm 60 von der aus dem Tank 40 eingeleiteten Schwefelsäure befreit wurde, wird ebenfalls in den Ofen eingeleitet. Ein Teil der getrockneten Luft und dieses gesäuberten Schwefeldioxids aus dem Turm wird hinter dem Kessel 12 in den Konvertereinlaßgasstrom 14 eingeleitet. Die Umwandlung des geschmolzenen Schwefels in Schwefeldioxid findet bei einer Reaktionstemperatur von ungefähr 950° C statt. Das Schwefeldioxid verläßt den Ofen bei dieser Temperatur als Strom 11. Der Gasstrom 11 mit einem Schwefeldioxidgehalt von etwa 11 % gelangt in den Abhitzkessel 12, in dem seine Temperatur reduziert wird. Der Gasstrom 11 wird dann mit dem umgeleiteten Gasstrom 16 aus Luft und Schwefeldioxid kombiniert und bildet den Konvertereinlaßgasstrom 14; dieser

kombinierte Gasstrom tritt in den Wärmeaustauscher 26 bei ungefähr 580° C ein und enthält ungefähr 10% Schwefeldioxid und 11% Sauerstoff.

Der Strom 14 durchläuft den Wärmeaustauscher 26, indem seine Temperatur auf die Konvertereinlaßtemperatur von ungefähr 420° C herabgesetzt wird. Der Teilstrom 24 des Rückstromgases 22 wird von ungefähr 82 C auf eine Anfangstemperatur der Umwandlung von ungefähr 440° C erwärmt. Das Rückstromgas enthält etwa 1 % Schwefeldioxid.

«,^{Der Teiktrom 32} des Rückstromgases 22 wird im Wärmeaustauscher 30 von ungefähr 82°C auf etwa 440°C erwärmt Der Teüstrom 32 wird dann mit dem aufgewärmten Strom 24 vereinigt und bildet einen Strom 34, der in den Konverter 18 eingeführt wird, wo

die letzte Umwandlungsstufe stattfindet und der Konverterauslaßgasstrom 36 gebildet wird. Der Gasstrom 36 verläßt den Konverter 18 bei einer lemperatur, die etwa 450⁰C weit übersteigt Die Weiterverarbeitung des Gasstromes 36 wird nachfolgend beschrieben.

Während des ersten Durchganges in der primären Konvertersrufe wird das primäre Katalysereaktionsgas 28 gebildet Dieser Gasstrom verläßt den Konverter 18 bei einer Temperatur von ungefähr 620^eC und wird von

dem Teilstrom 32 des Rückstromgases 22 auf eine

^.n^^g?^einperatur *■*" Umwandlung von ungefähr 4JO C abgekühlt Nach zwei oder weiteren Durchläufen durch die Bettungen des Konverters 18 wird der

Gasstrom 38 gebildet, der den Konverter bei einer Temperatur von ungefähr 503⁰C verläßt. Der Gasstrom 38 enthält jetzt etwa neun Teile Schwefeltrioxid auf etwa ein Teil Schwefeldioxid; das Schwefeldioxid ist dann zu etwa 90% in Schwefeltrioxid umgewandelt.

Der Gasstrom 38 wird in dem Vorwärmer 39 auf eine Temperatur von ungefähr 230°C gekühlt. Bei dieser Temperatur wird der Gasstrom 38 in den Zwischenabsorber 20 eingeleitet, in dem der Strom 22 gebildet wird. Wie bereits festgestellt, weist der Gasstrom 22 eine Temperatur von ungefähr 82°C auf und enthält etwa 1% Schwefeldioxid.

Die Absorption im Absorber 20 wird mit umlaufender Schwefelsäure aus dem Tank 40 erreicht. Die Temperatur des Tankinhaltes beträgt ungefähr 82°C. Die Temperatur der rückströmenden Schwefelsäure 44 vor ihrer Kühlung in dem Wärmeaustauscher 46 und Verdünnung mit Wasser beträgt ungefähr 150° C.

Der Gasstrom 36 verläßt den Konverter 18 und durchläuft einen Vorwärmer 39, in dem auf etwa 230° C durch den Kessel zugeführten Wasserdampf 41 gekühlt wird. Nach der letzten Absorptionsstufe im Absorber 48 wird das verbleibende Schwefeldioxid in die Atmosphäre abgeblasen. Dieser Gasstrom enthält etwa 0,05 Teile Schwefeldioxid pro Volumeneinheit.

Das Schwefeldioxid, das in der zur Absorption von Schwefeltrioxid im Absorber 20 benutzten Schwefelsäure gelöst ist, wird im Turm 16 abgetrennt und wieder in den Gasstrom 16 geleitet, der hauptsächlich aus Luft besteht, und damit einer weiteren Umwandlung in Schwefeltrioxid zugeführt.

ίο Zusammengefaßt kann gesagt werden, daß beim Beginn mit einem Gasstrom 14, der etwa 10% Schwefeldioxid enthält, durch die mehrfache Katalyse und mehrfache Absorption nur 0,05 Teile pro Volumeneinheit Schwefeldioxid den Absorber 48 verlassen. Da; bedeutet eine Umwandlungsquote von Schwefeldioxic in Schwefeltrioxid und damit letzten Endes ir Schwefelsäure von reichlich 99,5%.

Bei Bedarf kann mit bekannten Verfahren das in derr Gasstrom 38 enthaltene Schwefeltrioxid entweder zi rauchender Schwefelsäure (Oleum) oder flüssigerr Schwefeltrioxid umgewandelt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Gewinnung von Schwefelsäure, bei dem das in einem Konvertereinliiß-Gasstrom enthaltene Schwefeldioxid zu Schwefeltrioxid in mehreren Katalysatorstufen mit einer zwischengeschalteten Schwefeltrioxid-Extraktionsstufe oxydiert wird, wobei der dem Konvertereinlaß zugeführte Gasstrom eine höhere Temperatur als die Anfangstemperatur der katalytischen Umwandlung hat und die Zwischenstufe zur Schwefeltrioxid-Extraktion ein relativ kühles, noch nicht umgewandeltes Schwefeldioxid enthaltendes Rückströmgas erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß der anfängliche Konvertereinlaß-Gasstrom auf eine Anfangstemperatur der katalytischen Umwandlung durch Wärmeaustausch mit dem Rückstromgas abgekühlt wird; daß ferner der Katalysereaktionsgasstrom nach jeder vor der Zwischenstufe für die Extraktion liegenden katalytischen Umwandlungsstufe mit Ausnahme der dieser Extraktionsstufe unmittelbar vorhergehenden Umwandlungsstufe durch indirekten Wärmeaustausch mit dem Rückstromgas auf eine Anfangstemperatur der Umwandlung abgekühlt wird; und daß das Rückströmgas durch den Wärmeaustausch mit dem Konvertereinlaß-Gasstrom und dem Katalyse-Reaktionsgasstrom auf eine Anfangstemperatur der Umwandlung aufgewärmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Konvertereinlaß zugeführte Gasstrom aus einem Schwefel verbrennungsofen gewonnen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalyse-Reaktionsgasstrom aus der der Extraktionsstufe unmittelbar vorhergehenden katalytischen Umwandlungsstufe durch indirekten Wärmeaustausch mit einem bei dem Gesamtverfahren anfallenden kühleren Medium auf eine Anfangstemperatur für die Extraktion abgekühlt wird.

4 Verfahren nach einem der Ansprüche 1—3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückgasstrom in zwei Teilströme unterteilt wird, von denen der eine den Konvertereinlaß-Gasstrom und der andere die Katalyse-Reaktionsgasströme aus jeder vor der Zwischenstufe liegenden Umwandlungsstufe mit Ausnahme der letzten kühlt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1—3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückgasstrom zuerst die Katalyse-Reaktionsgasströme aus jeder vor der Zwischenstufe liegenden Umwandlungsstufe mit Ausnahme der letzten und dann den Konvertereinlaßgasstrom kühlt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 — 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückströmgas zuerst den Konvertereinlaßgasstrom und dann die Katalysereaktionsgasströme aus jeder vor der Zwischenstufe liegenden Umwandlungsstufe mit Ausnahme der letzten kühlt.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Zwischenextraktionsstufe extrahierte Schwefeldioxid durch Absorption in Schwefelsäure in einem Absorber extrahiert wird und daß das mit dem Schwefeltrioxid absorbierte Schwefeldioxid von der in dem Absorber benutzten Schwefelsäure abgetrennt und dem Konvertereinlaßgasstrom zugeführt wird.