DE2721915A1 - Sulphuric acid or oleum prodn. by contact process - with recirculation of gas from first absorber to end of first contact stage, increasing efficiency - Google Patents

Abstract

The process is carried out with gases contg. >10 vol.% SO2 in 2 contact stages, the first being followed by cooling absorption of the SO3 formed and reheating. The novelty is that 10-40 vol.% of the gas from the first absorption stage is mixed with the gas from the penultimate layer of the first contact stage and the combined gases are passed to the last layer of this stage. Pref. the gas from the penultimate layer is cooled to 480-500 degrees C in a heat exchanger and then mixed with 10-15 vol.% of the gas from the first absorption stage. The efficiency of the last layer of the first stage is increased, making operation more economical. The heat exchanger after the second contact layer of the first stage and the circulation blower can be smaller than usual.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung The invention relates to a method of manufacture

von Schwefelsäure oder Oleum aus Gasen mit einem S02-Gehalt von über 10 Vol.-% durch Kontaktoxidation in einer aus mehreren von den Gasen durchströmten Kontakt schichten bestehenden ersten Kontaktstufe, Absenkung der Temperatur des Reaktionsgases zwischen den Kontaktschichten, Abkühlung des in der ersten Stufe umgesetzten Gases, Absorption des gebildeten Schwefeltrioxids aus dem Reaktionsgas in einer ersten Absorptionsstufe, Wiedererwärmung des vom Schwefeltrioxid befreiten Gases, weitere Kontaktoxidation des im Gas noch vorhandenen Schwefeldioxids in einer zweiten Kontakt stufe und Absorption des gebildeten Schwefeltrioxids in einer zweiten Absorptionsstufe.of sulfuric acid or oleum from gases with an SO2 content of over 10% by volume by contact oxidation in one of several through which the gases flow Contact layers existing first contact level, lowering the temperature of the Reaction gas between the contact layers, cooling of the in the first stage converted gas, absorption of the sulfur trioxide formed from the reaction gas in a first absorption stage, reheating of the sulfur trioxide freed Gas, further contact oxidation of the sulfur dioxide still present in the gas in one second contact stage and absorption of the sulfur trioxide formed in a second Absorption stage.

Bei der Herstellung von Schwefelsäure aus S02-haltigen Gasen durch Kontaktoxidation nach dem Doppelabsorptionsverfshren wird im allgemeinen das in der ersten Absorptionsstufe von Schwefeltrioxid befreite Gas nach Wiedererwärmung auf die Anspringtemperatur der letzten Kontaktstufe zugeführt. Die erste Kontaktstufe besteht im allgemeinen aus mehreren, vorzugsweise drei Kontakt schichten bzw. Kontakthorden, die von den Reaktionsgasen nacheinander durchströmt werden. Dabei erfolgt in der letzten Kontaktschicht der ersten Stufe nur noch ein geringer Umsatz, da in den zuvor durchströmten Kontaktschichten bereits die überwiegende Menge des Schwefeldioxids oxidiert wurde und der Oxidation von weiterem Schwefeldioxid das im Reaktionsgemisch bereits vorliegende Schwefeltrioxid entgegenwirkt. Die Effektivität der letzten Kontaktschicht vor der Zwischenabsorption ist daher nur gering. In the production of sulfuric acid from gases containing SO2 by Contact oxidation according to the double absorption process is generally the method described in sulfur trioxide is removed from the gas in the first absorption stage after rewarming fed to the light-off temperature of the last contact stage. The first stage of contact generally consists of several, preferably three contact layers or contact trays, through which the reaction gases flow one after the other. This takes place in the last contact layer of the first stage only a small conversion, since in the previously the contact layers had already flowed through the predominant amount of sulfur dioxide was oxidized and the oxidation of more sulfur dioxide that counteracts sulfur trioxide already present in the reaction mixture. The effectiveness the last contact layer before the intermediate absorption is therefore only slight.

Es ist bereits bekannt, das Abgas aus der ersten Absorptionsstufe nach der erforderlichen Erwärmung größtenteils in die erste Kontakt schicht zurückzuführen und nur einen kleinen Teil dieses Gases in einer zweiten tontaktstufe weiter umzusetzen und das dabei gebildete Schwefeltrioxid in einer zweiten Absorptionsstufe aus dem Gas zu entfernen. Eine derartige treislauffürung durch die gesamte erste Kontaktstufe mit Abzug einer geringen Gasmenge aus dem Kreislauf ist nur möglich, wenn die Reaktionskomponenten Schwefeldioxid und Sauerstoff in konzentrierter Form eingesetzt werden, da der aus dem Kreislauf abgezogene Teilstrom die gesamten Inertgasanteile abführen muß. It is already known that the exhaust gas from the first absorption stage after the necessary heating, largely returned to the first contact layer and only convert a small part of this gas in a second contact stage and the sulfur trioxide formed in a second absorption stage from the Remove gas. Such a circulation through the entire first contact stage with the withdrawal of a small amount of gas from the circuit is only possible if the reaction components Sulfur dioxide and oxygen are used in concentrated form, since the out The partial flow withdrawn from the circuit must remove all of the inert gas.

Es wurde nun gefunden, daß der Gesamtumsatz von Schwefeldioxid zu Schwefeltrioxid bei dem eingangs definierten Doppelabsorptionsverfahren zur Herstellung von Schwefelsäure gostoigert werden kann. Insbesondere ist es möglich, die Effektivität der letzten Kontaktechicht der ersten Kontaktstufe zu steigern und so eine wirtschaftlichere Betriebsweise zu erreichen. It has now been found that the total conversion of sulfur dioxide increases Sulfur trioxide in the double absorption process defined at the outset for production can be gostoigert of sulfuric acid. In particular, it is possible to increase the effectiveness the last contact layer to increase the first contact level and thus a more economical one To achieve operating mode.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß man 10 bis 40 Vol.-% des aus der ersten Absorptionssrufe abströmenden Gases mit dem aus der vorletzten Kontaktschicht der ersten Kontaktstute ab strömenden Reaktionsgases vereinigt und die vereinigten Gase der letzten Kontakt schicht der ersten Kontaktstufe zuführt. Erfindungsgemäß werden also 10 bis 40 % des gesamten Gasvolumens durch einen internen Kreislauf zirkuliert, in dem die letzte Kontaktschicht der ersten Kontaktetufe, der oder die Wärmeaustauscher zur Abkühlung des Kontaktgases auf die Temperatur der ersten Absorptionsstufe, die erste Absorptionsstufe sowie ein Gebläse für die Aufrechterhaltung der Zirkulation angeordnet sind. Durch die erfindungsgemäße Zirkulation eines Teiles des von Schwefeltrioxid befreiten Kontaktgases wird die letzte Kontaktschicht der ersten Kontakt stufe mit einem Gas beaufschlagt, das, verglichen mit einer Arbeitsweise ohne die erfindungsgemäße Zirkulation, einen wesentlich geringeren Schwefeltrioxidgehalt und einen demgegenüber weniger verringerten Schwefeldioxidgehalt aufweist. Dieses Gas liegt in seiner Zusammensetzung dem Gleichgewicht ferner als ein Gas ohne die erfindungsgemäße Zirkulation, so daß sich in der letzten Kontaktschicht der ersten Stufe eine Steigerung des Umsatzes von SO2 zu SO3 ergibt, wobei die vergrößerte Gasmenge durch ihre erhöhte Wärmekapazität der Verschiebung des Gleichgewichtes zur Seite des S02 entgegenwirkt. Die Verbesserung des Gesamtumsatzes einer Anlage mit Doppelabsorption kann so bis zu 0,5 % betragen, so daß der Gesamtumsatz gewöhnlich in dem Bereich von 99,7 bis 99,9 liegt. According to the invention this is achieved by adding 10 to 40% by volume of the gas flowing out of the first absorption call with that of the penultimate one Contact layer of the first contact mute from flowing reaction gas combined and the combined gases of the last contact layer supplies the first contact stage. According to the invention, 10 to 40% of the total gas volume is through an internal Circuit in which the last contact layer of the first contact level, the heat exchanger (s) for cooling the contact gas to temperature the first absorption stage, the first absorption stage and a fan for the Maintaining the circulation are arranged. Due to the circulation according to the invention Part of the contact gas freed from sulfur trioxide becomes the last contact layer the first contact stage is acted upon with a gas that, compared to a mode of operation without the circulation according to the invention, a significantly lower sulfur trioxide content and in comparison has a less reduced sulfur dioxide content. This In its composition, gas is further from equilibrium than a gas without it circulation according to the invention, so that in the last contact layer of the first Stage results in an increase in the conversion of SO2 to SO3, with the increased Amount of gas due to its increased heat capacity shifting the equilibrium to the side of the S02 counteracts. The improvement in overall sales one Plant with double absorption can be up to 0.5%, so that the total turnover usually ranges from 99.7 to 99.9.

Die in dem internen Kreislauf liegenden Apparate brauchen im allgemeinen nicht dem höheren Durch satz entsprechend größer dimensioniert zu werden, so daß sich z.B. auch bei einer bestehenden Anlage die zusätzlichen Investitionen auf das Kreislauigebläse und die nötigen Rohrleitungen und Fundamente beschränken. The apparatus in the internal circuit generally need not to be dimensioned larger according to the higher throughput, so that For example, even with an existing system, the additional investments on the Restrict the circular blower and the necessary pipelines and foundations.

Darüber hinaus ergibt sich im allgemeinen die Ersparnis eines Wärmeaustauschers, da sich durch die Vereinigung des heißen gontaktgases aus der zweiten Kontakt schicht mit dem zirkulierten Teil des kalten Abgases der ersten Absorptionsstufe die nötige Gastemperatur für den Eintritt in die letzte Kontaktschicht ergibt, ohne daß eine Gaskühlung durch Wärmeaustausch erforderlich ist.In addition, there is generally the saving of a heat exchanger, because the union of the hot contact gas from the second contact layer with the circulated part of the cold exhaust gas of the first absorption stage the necessary Gas temperature for entry into the last contact layer results without a Gas cooling through heat exchange is required.

Nach einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kühlt man das aus der vorletzten Kontakt schicht der ersten Kontaktstufe abströmende Reaktionsgas in einem Wärmeaustauscher auf 480 bis 500 0C ab und vereinigt es dann mit 10 bis 15 Vol.-% des aus der ersten Absorptionsstufe abströienden Gases. Bei dieser Ausführungsform mit geringen Zirkulationsraten in dem internen Kreislauf wird eine Umsatzverbesserung von 99,5 auf 99,7 bis 99,8 % erzielt. Der Wärmeaustauscher nach der zweiten Kontakt schicht der ersten Kontaktstufe kann kleiner dimensioniert werden als bei einer Arbeitsweise ohne die erfindungsgemäße Zirkulation. Das Zirkulationsgebläse ist entsprechend der geringeren Zirkulationsrate ebenfalls kleiner. According to a particular embodiment of the method according to the invention one cools the layer flowing off from the penultimate contact layer of the first contact stage Reaction gas in a heat exchanger from 480 to 500 0C and then combines it with 10 to 15% by volume of the gas flowing off from the first absorption stage. at this embodiment with low circulation rates in the internal circuit becomes a sales improvement from 99.5 to 99.7 to 99.8%. The heat exchanger after the second contact layer of the first contact stage can be dimensioned smaller than in a mode of operation without the inventive Circulation. The circulation fan is corresponding to the lower circulation rate also smaller.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen Figur 1 das Fließbild einer Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer höheren Zirkulationsrate und Figur 2 das Fließbild einer ähnlichen Anlage mit einer geringen Zirkulationsrate und zusätzlicher Kühlung des der letzten Kontaktschicht der ersten Kontaktstufe zuströmenden Gases durch Wärmeaustausch. The method according to the invention is described in more detail with reference to the drawing. FIG. 1 shows the flow diagram of a plant for carrying out the process according to the invention Process with a higher circulation rate and FIG. 2 the flow diagram of a similar one System with a low circulation rate and additional cooling of the last Contact layer of the first contact stage of inflowing gas through heat exchange.

Nach Figur 1 tritt das SO2-haltige Gas durch Leitung 1 in den Kontaktapparat 2 ein, in dem vier Kontaktschichten H I bis H IV angeordnet sind. Nach Durchströmen der ersten tontaktschicht H I wird das Gas in dem Wärmeaustauscher W1 zurückgekühlt und anschließend in der zweiten Kontaktschicht R II weiter umgesetzt. Das die Kontaktschicht H II verlassende Gas wird mit dem durch die Kreislaufleitung 3 herangeführten Gas vereinigt. According to FIG. 1, the SO2-containing gas enters the contact apparatus through line 1 2, in which four contact layers H I to H IV are arranged. After flowing through In the first contact layer H I, the gas is cooled back in the heat exchanger W1 and then reacted further in the second contact layer R II. That the contact layer H II leaving gas is using that brought up through the circulation line 3 Gas united.

Die vereinigten Gase durchströmen die dritte Kontaktschicht H III, werden in dem Wärmeaustauscher W2 auf die Absorptionstemperatur abgekühlt und dann in der ersten Absorptionsstufe AT1 von Schwefeltrioxid befreit. Der größere Teil des Abgases aus der Absorptionsstufe AT1 wird nacheinander in den Wärmeaustauschern W3 und W1 auf die Anspringtemperatur der letzten Kontaktschicht H IV erwärmt und dann in dieser Schicht weiter umgesetzt. Das diese Schicht verlassende Gas wird in dem Wärzeaustauscher W3 abgekühlt und in der zweiten Absorptionsstufe AT2 von dem zusätzlich gebildeten Schwefeltrioxid befreit. Der kleinere Teil des Gases aus der ersten Absorptionsstufe AT1 wird durch das treislaufgebläse G1 angesaugt und durch Leitung 3 der dritten tontaktschicht H III zugeführt.The combined gases flow through the third contact layer H III, are cooled to the absorption temperature in the heat exchanger W2 and then freed from sulfur trioxide in the first absorption stage AT1. The greater part of the exhaust gas from the absorption stage AT1 is successively in the heat exchangers W3 and W1 are heated to the light-off temperature of the last contact layer H IV and then implemented further in this layer. The gas leaving this layer becomes cooled in the heat exchanger W3 and in the second absorption stage AT2 of freed the additionally formed sulfur trioxide. The smaller part of the gas is out the first absorption stage AT1 is sucked in by the circulation fan G1 and fed through line 3 of the third contact layer H III.

Die in Figur 2 dargestellte Ausführungsforn stimmt im wesentlichen mit der Ausführungsforin nach Figur 1 überein. Das aus der zweiten Kontaktschicht H II abströmende heiße tontaktgas wird jedoch zunächst in einem Wärmeaustauscher W2, beispielsweise einem Dampfüberhitzer, heruntergekühlt und erst dann mit dem Kreislaufgas in Leitung 3 vereinigt. Die vereinigten Gase werden dann ebenfalls der dritten Kontaktschicht H III zugeführt. The embodiment shown in Figure 2 is essentially correct with the embodiment according to FIG. The one from the second contact layer H II flowing off hot contact gas is first in a heat exchanger W2, for example a steam superheater, is cooled down and only then with the Recycle gas combined in line 3. The combined gases are then also the third contact layer H III supplied.

Beispiel 1 In einer Anlage, wie sie in Figur 1 schematisch dargestellt ist, wird ein Gas mit 10,5 Vol.-% S02, 10,4 Vol.-% °2 und einer Temperatur von 430 0C in einer Menge umgesetzt, daß 600 tato Schwefelsäure entstehen. Mit dem Gebläse G1 werden etwa 24 % des Prozessgases über die Kontaktschicht H III, den Wärmeaustauscher W2 und den Zwischenabsorber AT1 im Kreis gefahren. Die genannten Apparate werden dabei um 24 % überlastet. Example 1 In a plant as shown schematically in FIG is, a gas with 10.5 vol .-% SO2, 10.4 vol .-% ° 2 and a temperature of 430 0C converted in an amount that 600 tpd sulfuric acid are formed. With the fan G1 is about 24% of the process gas via the contact layer H III, the heat exchanger W2 and the intermediate absorber AT1 driven in a circle. The devices mentioned are thereby overloaded by 24%.

Daraus ergibt sich ein zusätzlicher Druckverlust von insgesamt etwa 290 mm WS. Dies entspricht einer Leistung von etwa 67 KW, die der Antrieb des Hauptgebläses zusätzlich erbringen muß.This results in an additional pressure loss totaling approximately 290 mm WS. This corresponds to an output of about 67 KW, which drives the main fan must also provide.

Für das Gebläse G1 ergibt sich für die Zirkulation eine erforderliche Gesamtdruckenhöhung von etwa 1224 mm WS, entsprechend einer erforderlichen Leistung von 59 tW. Es wird eine Gesamtumsatzverbesserung von 0,4 % erreicht, entsprechend einer Mehrproduktion an Schwefelsäure von 864 t/a. Die pro Jahr zusätzlich aufzubringende Energie liegt bei 1,09.106 KWh. Die Einsparung an Investitionskosten durch den Wegfall des Wärseaustauschers nach der zweiten Kontaktschicht unter Btrtcksichtigung der Investitionskosten für das Kreislaufgebläse betragen etwa DM 80 000. For the fan G1 there is a required for circulation Total pressure increase of about 1224 mm WS, corresponding to a required power from 59 tW. An overall improvement in sales of 0.4% is achieved accordingly an additional production of sulfuric acid of 864 t / a. The additional amount to be raised per year Energy is 1.09.106 KWh. The savings in investment costs through the elimination of the heat exchanger after the second contact layer, taking into account the The investment costs for the circulation fan are around DM 80,000.

Beispiel 2 In der in Figur 2 im Prinzip dargestellten Anlage wird das gleiche Gas wie in Beispiel 1 auf Schwefelsäure verarbeitet, wobei wiederum eine Tagesproduktion von 600 t Schwefelsäure vorgesehen ist. Mit dem Gebläse G1 werden etwa 12 % des Prozessgases uber die dritte Eontaktschicht, den Wärmeaustauscher W3 und den Zwischenabsorber AT1 im Kreislauf gefahren. In diesem Falle werden die genannten Apparate um 12 % überlastet. Daraus ergibt sich ein zusätzlicher Druckverlust von etwa 170 mm WS, entsprechend etwa 35 KW, die der Antrieb des Hauptgebläses zusätzlich erbringen muß. Das Gebläse G1 muß für die Zirkulation den Druck um etwa 1020 mm WS erhöhen; dies entspricht einer Leistung von etwa 19 KW. Die Umsatzverbesserung beträgt in diesem Falle etwa 0,2 %. Die pro Jahr zusätzlich aufzuwendende Energie beträgt 0,47e106 KWh. Die Mehrproduktion an Schwefelsäure beträgt pro Jahr 432 t. Die Investitionen für das Gebläse, Rohrleitungen und Fundamente betragen etwa DM 25 000. Example 2 In the system shown in principle in FIG the same gas as in Example 1 processed on sulfuric acid, again being a daily production of 600 t of sulfuric acid is planned. With the fan G1 About 12% of the process gas passes through the third contact layer, the heat exchanger W3 and the intermediate absorber AT1 circulated. In this case, the named apparatus overloaded by 12%. This results in an additional loss of pressure of about 170 mm WS, corresponding to about 35 KW, which the drive of the main fan additionally must provide. The fan G1 must increase the pressure by about 1020 mm for the circulation Increase WS; this corresponds to an output of about 19 KW. The sales improvement in this case is about 0.2%. The additional energy to be used each year is 0.47e106 KWh. The additional production of sulfuric acid amounts to 432 t per year. The investments for the blower, pipes and foundations amount to about DM 25,000.

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Claims (2)

Verfahren zur Herstellung von Schwefelsäure Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung von Schwefelsäure oder Oleum aus Gasen mit einem S02-Gehalt von über 10 Vol.-% durch gontaktoxidation in einer aus mehreren von den Gasen durchströmten Kontaktschichten bestehenden ersten gontaktstufe, Absenkung der Temperatur des Reaktionsgaseß zwischen den Kontaktschichten, Abkühlung des in der ersten Stufe umgesetzten Gases, Absorption des gebildeten Schwefeltrioxids aus dem Reaktionsgas in einer ersten Absorptionsstufe, Wiedererwärmung des von Schwefeltrioxid befreiten Gases, weitere tontaktoxidation des im Gas noch vorhandenen Schwefeldioxids in einer zweiten Kontaktstufe und Absorption des gebildeten Schwefeltriozids in einer zweiten Absorptionsstufe, dadurch Sekennzeichnet, daß man 10 bis 40 Vol.-% des aus der ersten Absorptionsstufe abstromenden Gases mit dem aus der vorletzten Kontakt schicht der ersten Kontaktstufe abströmenden Reaktionsgas vereinigt und die vereinigten Gase der letzten Kontaktschicht der ersten Kontaktstufe zuführt. Process for the production of sulfuric acid Claims 1. Process for the production of sulfuric acid or oleum from gases with an SO2 content of More than 10% by volume by contact oxidation in one of several through which the gases flow Contact layers existing first contact stage, lowering the temperature of the reaction gases between the contact layers, cooling of the gas converted in the first stage, Absorption of the sulfur trioxide formed from the reaction gas in a first Absorption stage, reheating of the gas freed from sulfur trioxide, others Contact oxidation of the sulfur dioxide still present in the gas in a second contact stage and absorption of the sulfur triocide formed in a second absorption stage, characterized in that one 10 to 40 vol .-% of that from the first absorption stage Outflowing gas with the layer from the penultimate contact of the first contact stage outflowing reaction gas combined and the combined gases of the last contact layer the first contact stage supplies. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das aus der vorletzten Kontaktschicht der ersten Kontaktstufe abströmende Reaktionsgas in einem Wärmeaustauscher auf 480 bis 500 OC kühlt und dann mit 10 bis 15 Vol.-% des Gases aus der ersten Absorptionsstufe vereinigt. 2. The method according to claim 1, characterized in that the reaction gas flowing out of the penultimate contact layer of the first contact stage cools in a heat exchanger to 480 to 500 OC and then with 10 to 15 vol .-% of the gas from the first absorption stage are combined.