Verfahren und Vorrichtung zur katalytischen Herstellung von Schwefelsäure
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorricbtung zur katalytischen Umsetzung
von schwefeidioxydhaltigen Verbrennungsgasen und Absorption des gebildeten Schwefeltrioxyds
unter Gewinnung von Schwefelsäure, wobei das aus der Absorption austretende Gasgemisch
im Kreislauf geführt wird. Bei der Herstellung von Schwefelsäure nach dem herkömmlichen
Kontaktverfahren wird ein Schwefeldioxyd und Sauerstoff enthaltendes Gasgemisch
in mehrstufigen Kontaktöfen zu Schwefeltrioxyd umgesetzt, wobei Umsätze von
97 - 98 % erzielt werden. Die dabei anfallenden Abgase enthalten beträchtliche
Mengen an Schwefeldioxyd und auch an Schwefeltrioxyd, die nicht nur einen ansehnlichen
Betriebsverlust darstellen, sondern auch zu einer starken Verunreinigung der Atmosphäre
in der Nähe derartiger Kontaktanlagen führen. Die Notwendigkeit der Reinhaltung
der Luft ließ es angebracht erscheinen, die schädlichen Bestandteile der Abgase
von Schwefelsäurekontaktänlagen dadurch zu verringern, daß die schwefeldioxydhaltigen
Gase zu-mehr als 99,7 % zu SO 3 umgesetzt werden, wobei die nach der
Abeorption des Schwefeltrioxyds verbleibende Restmenge --n Schwefeldioxyd gegenüber
der herkömmlichen Schwefelsäurekata-,.yee wesentlich verringert wird. Die Verbesserung
des Umsetzungsgrades
wird in der Weise-erreicht, daß man beim iriehrstufigen
Kontaktverfahren das gebildete Schwefeltrioxyd zwischen den einzelnen Kontaktstufen
absorbiert und die jeweils'übrigbleibenden schwefeldioxydhaltigen Gase erneut der
Katalyse zuführt (engl. Patentschrift 956 049). Ferner ist ein Verfahren
zur katalytischen Herstellung von Schwefelsäure bekannt, bei dem eine im wesentlichen
aus Schwefeldioxyd und Sauerstoff bestehende Gasmischung durch einen geschlossenen
Apparatekreis geführt wird, wobei äie Mischung. einer Katalyse unterworfen und das
aus einem Teil des Schwefeldioxyd-Sauerstoffgemisches entstandene Schwefeltrioxyd
von konzentrierter Schwefelsäure absorbiert wird (engl. Patentschrift
258 974). Die nach der Absorption anfallende Gasmischung wird unter Zusatz
von neuem Schwefeldioxyd und Sauerstoff in den Verfahrenskreislauf zurückgeführt.
Dieses Verfahren hat je-
doch den Nachteil, daß mit der Zeit eine immer stärkere
unerwünschte Anreicherung des im Sauerstoff enthaltenen Stickstoffs in der im Kreislauf
bewegten Gasmischung stattfindet.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil zu beseitigen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das aus der Absorption austretende
iin Kreislauf geführte Gasgemisch, das im wesentlich aus Stickst#.ff, Schwefeldioxyd
und geringen Mengen Schwefeltrioxyd besteht, nach.Abzweigung einer relativ kleinen
Gasmenge, in die Zufuhrleitung für den Schwefelverbrennungsofen eingespeist und
soviel technisch reiner Sauerstoff zugesetzt wird, wie für die stiokoxydfreie Verbrennung
des Schwefels erforderlich ist. Das aus dem Schwefelverbrennungsofen ausströmende
Gasgeifli-sch wird vor dem Eintritt in die Katalyse mit einer solchen
Menge
an technisch reinem Sauerstoff beaufschlagtl wie für die katalytische Umsetzung
von Schwefeldio±yd zu Schwefeltrioxyd notwendig ist. Bei der mehrstufigen, vorzugsweise
einstufig durchgeführten Katalyse werden gewöhnlich Umsätze von 60 - 80 %,
vorzugsweise 70 -
75 % erreicht. Die aus dem Kreislauf abgezweigte
Gasmenge, deren Volumen sich nach der im Sauerstoff enthaltenen N2-Beimischung sowie
nach den Verunreinigungen.des Schwefels richtet, dient zur Aufrechterhaltung einer
bestimmten Stickstoffkonzentration im Kreislauf, die für die Schwefelverbrennung
sowie für die Umsetzung des Schwefeldioxyds zu Schwefeltrioxyd die besten Bedingungen
liefert.-Die abgezweigte Gasmenge beträgt etwa 1/50 bis 1/100 der
Abgaamengen herkömmlicher Schwefelkontaktanlagen. Wenn die Entfernung des in der
abgezweigten kleinen Gaamenge enthaltenen Schwefeldioxyds und Schwefeltrioxyds erforderlich
ist, kann die Gaamenge beispielsweise über eine Sulfaeid-Anlage geführt werden,
wobei die Gaamenge durch als Katalysator wirkende Aktivkohleschichten geleitet und
mit Wasser berieselt wird. Dabei wird das aus Schwefel-i-dioxyd gebildete Schwefeltrioxyd
in eine etwa 20 %ige dünne Schwefelsäure umgesetzt, die in vorteilhafter Weise in
die Schwefelsäureproduktion eingeleitet wird. Auf diese Weise ergibt sich die Möglichkeit,
auch die in einer Sulfaeid-Anlage anfailende dünne Schwefelsäure in einfacher Weise
mit geringen Konten zu verarbeiten. Ein AusführungebeiBpiel der Erfindung ist in
der Zeichnung dargestellt urdwird im folgenden näher beschrieben: Das im Kreislauf
geführte, imr,-wesentlichen aus Stickstoff, Schwefeldioxyd und einer geringen Menge
Schwefeltrioxyd bestehende Gaagemisch wird über leitung 1 mit dem zu verbrennenden
Schwefel
und über Leitung 2 mit Sauerstoff im Überschuß von
5 - 10 % beaufschlagt. Um bei diesem Sauerstoffüberschuß die Bildung von
Stickstoffoxyden zu vermeiden, darf die Verbrennungstemperatur etwa 1 0000
C"nicht überschreiten. Das über den Da*pfkeseel 4 aus dem Schwefelverbrennungs Ofen
3 austretende Gangemisch, das eine Schwefeldioxydkonzentntion von etwa
10 % besitzt, wird über Leitung 5 unter Zusatz von über Leitung
6 zugeführtem Sauerstoff den Kontaktapparat 7 aufgegeben, in dem das
Schwefeldioxyd zu 60 - 80 % Schwefeltrioxyd umgesetzt wird. Bei Verwendung
einen Vanadiumkontakts beträgt die Zündtemperatur 425 - 435 0 C und
die zulässige Maximaltemperatur 6000 C. Das den Kontaktapparat
7 über Leitung 8 verlassende Gaagemisch, das eine Temperatur von
6000 C besitzt, wird in dem Speiaewasoervorwärmer 9
auf eine Absorptionstemperatur
von 2000 C abgekühlt und der Abeorptionsanlage 11 zugeführt, in welcher das
Schwefeltrioxyd mittels 98 %iger Schwefelsäure absorbiert wird. Das in dem
Speisewasservorwärmer 9 vorgewärmte Speisowasser fließt über Leitung
10 in den dem Sohwefelverbrennungsofen 3 nachgeschalteten Dampfkessel
4. Das aus der Absorptionsanlage 11 über Leitung 12 und Gebläse
13 mit einer Temperatur von 70 - 80 0 C ausströmende Gangemisch wird
über Leitung 14 in den Schwefelverbrennungsofen zurückgeführt, nachdem vorher eine
kleine Abgaamenge, die durch den Stickstoffgehalt des Sauerstoffs und der im Schwefel
enthaltenen Verunreinigungen bestimmt wird, aus dem Kreislauf ausgestoßen und über
Leitung 14 a einer Bulfaeid-Anlage 15 zugeführt, in der das Abgas von Schwefeldioxyd
und Schwefeltrioxyd weitgehend befreit wird. Die in der Sulfaeid-Anlagt
15 anfallendendünne etwa 20 %ige Schwefelsäure fließt über Leitung
16 zur Aufkonzentrierung in die Schwefelsäurevorlage 17. Aus der Schwefelsäurevorlage
17 wird mit Hilfe einer Ihmpe 18 die heiße, aus der Abeorptionsanlage
11 zulaufende Schwefelsäure über den Kühler 19 der Abeorptionaanlage
11 aufgegeben. Die aus der Sulfaeid-Anlage 15 austretenden ächwefeldioxyd-
und schwefeltrioxydfreien Abgase werden über Leitung 20 an den Kamin abgegeben.
Es
besteht selbstverständlich die Möglichkeit ' an Stelle des einstufigen Kontaktapparates
7 einen mehrstufigen Kontaktapparat einzusetzen, wenn ein höherer Umsatz
des Schwefeldioxyds zu Schwefeltrioxyd erzielt werden soll. Die mit der Erfindung
erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Abgasmenge gegenüber bekannten
katalytisch arbeitenden Schwefelsäure-Verfahren nur noch etwa 1/50 - 1/100
betragen
und ihre Befreiung von schädlichen Bestandteilen nicht die aufwendigen großvolumigen
Apparate wie bisher erfordert. Die Stickstoffverunreinigungen des Sauerstoffs sewie
des eingesetzten Schwefels können ohne Nachteile für das Verfahren verarbeitet-werden.
Die Vorrichtung zum Betrieb des erfindungsgemäßen Verfahrens ist leicht und einfach
zu bedienen, so daß beträchtliche Einsparungen an Investitionskosten, an :Platzbedarf
sowie Betriebs-, Bedienungs- und Reparaturkosten verwirklicht werden können. Als
Apparateeinheiten finden die aus den gebräuchlichen ]Prozessen bekannten Konstruktionselemente
Verwendung, so daß auch bereits vorhandene Anlagen ohne Schwierigkeit auf das erfindungsgemäße
Verfahren umgestellt werden können. Ein besonderer Vorteil ergibt sich ferner dadurch,
daß der Kontaktapparat und der Absorptionsturm keinen hochgezüchteten Wirkungsgrad
zu besitzen brauchen, da man in den meisten Fällen mit einem,einstufig arbeitenden
Kontaktapparat auskommt. Ein besonderer Vorteil ergibt sich dadurch, daß die aus
der Sulfacid-Anlage abgeführte dünne Schwefelsäure nicht wie bisher verworfen werden
muß, sondern zur Aufkonzentrierung der Schwefelsäureproduktion zugeführt wird.