DE682915C - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Schwefelsaeure nach dem Kontaktverfahren - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Schwefelsaeure nach dem Kontaktverfahren

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DE682915C
DE682915C DEM136399D DEM0136399D DE682915C DE 682915 C DE682915 C DE 682915C DE M136399 D DEM136399 D DE M136399D DE M0136399 D DEM0136399 D DE M0136399D DE 682915 C DE682915 C DE 682915C
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contact
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DEM136399D
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Kurt R Goehre
Hans Klencke
Dr Wolfhart Siecke
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GEA Group AG
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Metallgesellschaft AG
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B17/00Sulfur; Compounds thereof
    • C01B17/69Sulfur trioxide; Sulfuric acid
    • C01B17/74Preparation
    • C01B17/76Preparation by contact processes
    • C01B17/765Multi-stage SO3-conversion

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)

Description

  • Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Schwefelsäure nach dem Kontaktverfahren Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Schwefelsäure nach dem Kontaktverfahren, wobei sowohl eine -Erhöhung des normalen Umsatzes an einer mit Vanadinkontaktmasse arbeitenden Anlage als auch die Erzielung unverändert hoher Umsätze bei Schwankungen des S 0,-Gehaltes des verarbeiteten Gases ermöglicht wird. Die Erfindung macht Gebrauch von der bekannten Tatsache, daß das Optimum der Temperatur für die Umsetzung von schwefeldioxyd- und sauerstoffhaltigen Gasgemischen an Platinkontakten um etwa 5o° niedriger liegt als an Vanadinverbindungen, insbesondere Vanadinpentoxyd enthaltenden Kontaktmassen.
  • Erfindungsgemäß werden die vorerwähnten Vorteile dadurch erzielt, daß in die Rohre eines , Wärmeaustauschers, die in üblicher Weise von den Abgasen eines mit vanadinhaltiger Kontaktmasse betriebenen Apparates durchströmt werden, während im Gegenstrom dazu das Frischgas vor seinem Eintritt in die Vanadinkontaktmasse geführt wird, Platinkontaktmasse eingebracht wird. Das Platin kann hierbei in an sich bekannter Weise mit Vorteil z. B. auf Trägern aus irgendeiner geeigneten, bei der Umsetzungstemperatur gegenüber SO, beständigen anorganischen Masse, wie z. B. Kieselsäuregel, angebracht sein. Es wurde gefunden, daß es sich bei geeigneter örtlicher Anordnung und mengenmäßiger Bemessung der Kontaktmasse sowie bei geeigneter Wahl der Größenverhältnisse des mit Vanadinkontakt beschickten Kontaktapparates und des Wärmeaustauschers, der Gasgeschwindigkeit und der sonstigen Arbeitsbedingungen erzielen läßt, daß das in den Gasen nach dem Passieren der Vanadinkontaktmasse noch vorhandene S 02 in dem Wärmeaustauschapparat und der in diesem angeordneten Platinkontaktmassen auf dem bis zum Wiederaustritt des Gases aus dem Wärmeaustauscher durchlaufenen Temperaturgefälle von z. B. etwa 425° bis etwa 225° noch mit dem am Platinkontakt möglichen Höchstumsatz in S 0s übergeführt wird. Je:; nach den Temperaturverhältnissen der lichen Anordnung der Platinkontaktmassr@>; Wärmeaustauscher und den sonstigen A@' beitsbedingungen kann hierbei die etwa tief'' 375° oder auch etwas darüber liegende optimale Temperatur an verschiedenen, von der Eintrittsstelle des Gases mehr oder weniger weit abliegenden Stellen des Wärmeaustauschersliegen.
  • Auf dem beschriebenen Wege gelingt es erfindungsgemäß, in überaus wirtschaftlicher Weise die Ausnutzung der dem aus der Vanadinkontaktmasse austretenden Gase noch innewohnenden Wärme für die Vorwärmung des Frischgases mit der Anheizung der Platinkontaktmasse auf die für ihre optimale Wirkung auf den im Gase noch vorhandenen Rest des S 02 geeignete Temperatur zu verbinden.
  • Die Anordnung eines Platinkontaktes in dem einem Vanadinkontaktapparat nachgeschalteten Wärmeaustauscher ermöglicht einerseits eine Erhöhung des Umsatzes bei mit gleichbleibendem S 02 Gehalt des Gases arbeitenden Anlagen und andererseits awch die Erzielung gleichmäßig hoher Umsätze bei schwankendem Gehalt des Gases an S Os. Stellt man nämlich in einem solchen Fall die Einrichtung und Abmessung des Wärmeaustauschers auf ein Gas mit einem niedrigen Gehalt z. B. von 3 bis 4 Volumprozent an S 02 in solcher Weise ein, daß man hierbei in der Vanadinkontaktmasse einen Umsatz z. B. von 98 °%o erzielt, und steigt sodann bei schwankenden Gaszusammensetzungen der Gehalt des Gases an S 02 z. B. bis auf 5, 6; 7 Volumprozent oder darüber, so steigt, falls Umstellungen am Wärmeaustauscher nicht vorgenommen werden, infolge der Erhöhung des S 02 Gehaltes des Gases die Temperatur in der Vanadinkontaktmasse, wodurch der Umsatz in dieser vermindert wird. Infolgedessen steigt auch die Temperatur des Abgases aus dem Vanadinkontaktapparat, wodurch die im Wärmeaustauscher nachgeschaltete Platinkontaktmasse auf eine zur Oxydation des noch nicht in S 0s übergeführten S 02 geeignete Temperatur aufgeheizt wird, so daß hierdurch die durch die Temperaturerhöhung bewirkte Verschlechterung des Umsatzes in der Vanadinkontaktmasse durch die nachfolgende Oxydationswirkung der Platinkontaktmassewieder ausgeglichen wird.
  • Sinkt alsdann der S 02 Gehalt des Gases wieder auf den der normalen Einstellung der Anlage entsprechenden Betrag z. B. von 3 bis 4 Volumprozent, so sinkt im entsprechenden Maß die Temperatur in der Vanadinkontaktmasse unter entsprechender Steigerung des Umsatzes und Verringerung des Restgehaltes des in den Wärmeaustauscher cpd die Platinkontaktmasse eintretenden ä,ses an SO2, während andererseits auch ``e Temperatur im Wärmeaustauscher allmählich nachläßt, so daß das Platin an Wirksamkeit verliert und der ursprüngliche Normalzustand wiederhergestellt ist.
  • Auf diese Weise ist erfindungsgemäß auch die Verarbeitung von Gasen von wechselndem Gehalt an S02 auf einfachste Weise ermöglicht, ohne daß laufend Umstellungen über Länge des Gasweges im Wärmeaustauscher u. dgl. notwendig wären.
  • Dieselben Wirkungen könnten nicht etwa auch erreicht werden, wenn man in an sich bekannter Weise das Abgas von dem Vanadinkontaktapparat zuerst durch einen üblichen Wärmeaustauscher im Gegenstrom zu dem in den Kontaktapparat eingeführten Frischgas und sodann durch eine nachgeschaltete Platinkontaktmasse hindurchführen würde, weil hierbei das Gas bei seinem Austritt aus dem Wärmeaustauscher schon so weit z. B. auf eine Temperatur von etwa 225 ° abgekühlt sein würde, daß es bei seinem geringen Restgehalt an S02 den nachgeschalteten Platinkontakt überhaupt nicht mehr zum Arbeiten bringen könnte.
  • Ebensowenig kann der angestrebte Erfolg erzielt werden, wenn man nach einem bekannten Vorschlag das den Vanadinkontakt verlassende Gas sofort durch einen Platinkontakt und dann erst durch einen üblichen Wärmeaustauscher im Gegenstrom zu dem Frischgas hindurchfuhrt. Denn hierbei ist die Temperatur des unmittelbar von der Vanadinkontaktmasse in die Platinkontaktmasse übertretenden Gases viel zu hoch, um in der Platinkontaktmasse günstige Temperaturverhältnisse für die Umsetzung des im Gase noch vorhandenen restlichen S02 zu ermöglichen.
  • Nach dem vorerwähnten bekannten Vorschlag soll daher das noch restliche SO. enthaltende Gas nach seinem Austritt aus der Platinkontaktmasse zunächst durch Wärmeaustausch mit Frischgas heruntergekühlt und alsdann nochmals durch einen zweiten nur mit Platinkontaktmasse beschickten Kontaktapparat hindurchgeführt werden, um noch das in dem ersten Kontaktapparat wegen der zu hohen Temperaturen nicht oxydierte restliche SO, in SO, überzuführen.
  • Es liegt auf der Hand, daß diese Anordnung weit teurer, komplizierter, daher umständlicher zu bedienen und vor allem auch unwirtschaftlicher ist als die erfindungsgemäß zu verwendende Anordnung, weil infolge der zu hohen Temperatur in der dem Vanadinkontakt in demselben Kontaktapparat unmittelbar nachgeschalteten Platinkontaktmasse und der hierdurch bedingten Notwendigkeit der weiteren Anwendung eines zweiten zusätzlichen, nur mit Platinkontaktmasse beschickten Kontaktapparates die Ausnutzung des Platins natürlich nur eine schlechte sein kann. Beim. Arbeiten nach der vorliegenden Erfindung ist man dagegen in der Lage, infolge der unmittelbaren örtlichen Vereinigung des Vorwärmers mit einem dem Vanadinkontakt nachgeschalteten Platinkontakt Höchstumsätze bei einem Mindestverbrauch an Platin zu erzielen.
  • Es ist auch schon vorgeschlagen worden, bei Durchführung von exotherm verlaufenden katalytischen Gasreaktionen, wobei das Frischgas vor der Einführung in den Hauptreaktionsraum in einem anderen, mit einem anderen Katalysator beschickten Raum einer nicht oder nur wenig exotherm verlaufenden katalytischen Vorbehandlung zwecks Entfernung störender Verunreinigungen unterzogen wird, den für die Vorbehandlung dienenden Kontaktelementen in dem vorgeschalteten Raum die fehlende Wärme dadurch zuzuführen, daß man auf das Frischgas vor seiner Einführung in diese Kontaktelemente durch Hindurchführung durch einen ringförmigen Raum zwischen dem mit Kontaktmasse beschickten. Raum für die Hauptreaktion und dem Außenmantel dieses Raumes die überschüssige Wärme des Hauptreaktionsvorganges überträgt.
  • Während also bei dieser bekannten Vorrichtung eine Wärmeübertragung in dem mit Katalysatormasse beschickten Raum, in dem die exotherme Hauptumsetzung sich abspielt, derart erfolgt, daß man das Frischgas, bevor es in den zu seiner Vorbehandlung dienenden anderen Raum eingeführt wird, an der Wand des vorerwähnten Hauptreaktionsraumes vorbeiführt, erfolgt erfindungsgemäß umgekehrt eine Wärmeübertragung nicht in dem Hauptreaktionsraum, sondern in einem diesem nachgeschalteten Raum, in dem das Abgas der in Vanadinkontaktmasse durchgeführten Hauptumsetzung noch auf Platinkontaktmasse zur Einwirkung gebracht wird, durch Wärmeaustausch zwischen den mit Platinkontaktmasse beschickten Organen und dem durch die Zwischenräume zwischen diesen hindurchgeführten Frischgas.
  • Als Wärmeaustauscher können erfindungsgemäß solche der verschiedensten Art Verwendung finden, sofern sie die Anordnung von Plätinkontaktmasse in den vom Abgase von dem Vanadinkontaktapparat durchströmten Räumen gestatten. An Stelle von Röhren können auch für die Durchführung des Gases beliebige andere geeignete Durchgangsorgane z. B. von nichtrundem oder ringförmigem Querschnitt vorhanden sein. Diese können je nach den im einzelnen Falle vorhandenen Verhältnissen und angestrebten Wirkungen ganz oder nur teilweise sowie auf ihre ganze Länge oder nur auf einen Teil derselben mit der z. B. auf Trägern angeordneten Kontaktmasse beschickt sein.
  • Eine beispielsweise Ausführungsform einer für die Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung geeigneten Vorrichtung ist in der Zeichnung dargestellt, und zwar bedeutet darin KK einen mit Vanadinkontaktmasse beschickten Kontaktkessel und VW den Vorwärmer. Das S 02 haltige Gas tritt bei E in den Vorwärmer ein, durchstreicht ihn von unten nach oben, indem es die mit Platinkontaktmasse beschickten Rohre a, b, c usw. umspült, tritt dann über A in der Pfeilrichtung in den Kontaktkessel ein, den es nach Überführung des größten Teils des ursprünglich darin vorhandenen SO, in SO, an seinem unteren Ende verläßt, um in der Pfeilrichtung bei Ei in den Wärmeaustauscher von oben wieder einzutreten und diesen über die Rohre a, b, c usw. in der Richtung von oben nach unten zu durchströmen. Nach dem Durchgang durch diese Rohre tritt das Gas aus dem Vorwärmer unten bei A1 aus, um zur Absorptionsanlage zu gelangen.
  • Die Röhre des Vorwärmers sind in ihrem Innern mit vorteilhaft auf Siebböden d gelagerter Platinkontaktmasse beschickt.
  • Je nach den im einzelnen Fall vorliegenden Arbeitsbedingungen kann sich die Füllung mit Kontaktmasse auf die ganze Länge der Rohre oder nur auf einen Teil oder Teile derselben, gegebenenfalls auch nur auf einen Teil des Rohrquerschnitts erstrecken. So ist z. B. in der Zeichnung bei a ein Rohr dargestellt, das nur im unteren Teil Kontaktmasse enthält, bei b ein anderes, das fast ganz mit der Masse gefüllt ist, während das Rohr c nur im oberen Teil eine Füllung erhalten hat.
  • Es können auch in einem und demselben Vorwärmer gleichzeitig Rohre verwendet werden, die in verschiedener Art bzw. auf verschiedene Länge oder an verschiedenen Stellen mit Kontaktmasse gefüllt sind.
  • Auf diese Weise ist es möglich, durch geeignete Verteilung der Kontaktmasse den in jedem Falle z. B. bei wechselndem Gehalt des Reaktionsgases an S 02 vorliegenden besonderen Anforderungen Rechnung zu tragen. Nur beispielsweise sei erwähnt, daß man z. B.' bei höherer Temperatur der aus dem Vanadinkontaktapparat abgehenden Gase im allgemeinen geneigt sein wird, die Platinkontaktmasse vorwiegend in dem unteren kühleren Teil der Rohre nach der Zeichnung anzuordnen, bei niedrigerer Temperatur z. B. infolge verhältnismäßig geringen Gehaltes an S O, dagegen in dem oberen wärmeren Teil der Rohre.
  • Ganz allgemein bietet die Anordnung der Kontaktmasse unmittelbar in den Röhren des Wärmeaustauschers den Vorteil, daß man je nach dem Grade der überschüssigen Wärme der Abgase des eigentlichen Kontaktapparates in der Lage ist, durch Anordnung der Kontaktmasse im Wärmeaustauscher mehr am Ende desselben die überschüssige Wärme diesen Gasen zunächst im Wärmeaustauscher durch das durch diesen hindurchgeführte Frischgas zu entziehen, bevor sie an die Kontaktmasse gelangen, oder umgekehrt bei verhältnismäßig geringem Wärmeüberschuß der Abgase durch Anordnung der Kontaktmasse mehr in der Nähe des Gaseintritts diesen geringen Wärmeüberschuß zunächst für die Anwärmung der Kontaktmasse im Wärmeaustauscher nutzbar zu machen, ehe er durch Wärmeaustausch mit den Frischgasen v erlorengeht.
  • Ein weiterer Vorteil der Einführung der Kontaktmasse unmittelbar in die Röhren oder sonstigen Durchgangsorgane des Wärmeaustauschers besteht darin, daß diese Kontaktmasse, genau wie die Kontaktmasse des eigentlichen Kontaktapparates, abgesehen von der geringen durch die Oxydation der letzten Anteile des Gases an S 02 zu S 03 auftretenden Wärmeentwicklung, einen Wärmespeicher bildet, der geeignet ist, die Gleichmäßigkeit des Wärmeaustauschvorganges zu erhöhen.
  • Statt die Platinkontaktmasse im Vorwärmer in Rohre einzufüllen und die in den Vorwärmer eintretenden Frischgase zunächst durch die Zwischenräume zwischen diesen Rohren hindurch und erst nach ihrem Wiedereintritt in den Vorwärmer durch die Rohre hindurchzuführen, kann man auch die Kontaktmasse in die Räume zwischen den Rohren einbringen und die Gase zunächst durch diese Rohre und auf dem Rückwege durch die mit der Kontaktmasse beschickten Zwischenräume zwischen den Rohren hindurchführen.
  • Ebenso kann man statt runder Rohre Durchlässe von beliebigem, z. B. ringförmigem Querschnitt verwenden.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Herstellung von Schwefelsäure nach dem Kontaktverfahren, wobei ein Schwefeldioxyd und Sauerstoff enthaltendes Gas nacheinander durch eine eine Vanadinverbindung, wie z. B. Vanadinpentoxyd, enthaltende und durch eine Platinkontaktmasse hindurchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Platinkontaktmasse im Strom des aus der Vanadinkontaktmasse austretenden Gases in Röhren oder sonstigen Durchgangsorganen eines Wärmeaustauschers angeordnet ist, der im Gegenstrom zu dem erwähnten Gase von dem frischen., dem Vanadinkontakt zuzuführenden Gase durchflossen wird. -2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch i, bestehend aus einem mit einer Vanadinverbindung, wie z. B. Vanadinpentoxyd, beschickten Kontaktapparat und einem von dem diesem zugeführten schwefeldioxydhaltigen _Gas und im Gegenstrom zu diesem von dem Abgase des Kontaktapparates durchflossenen Wärmeaustauscher, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem Wärmeaustauscher von dem Abgase des Kontaktapparates durchflossenen Rohre oder sonstigen Organe oder Zwischenräume zwischen solchen auf ihre ganze Länge oder Teile derselben mit Platinkontaktmasse beschickt sind.
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