DE1940168A1 - Verfahren zur Herstellung von Schwefeltrioxid - Google Patents

Description

Baaisehe Anilin- & Soda-Fabrik AG 1940168

Unser Zeichen: o.Z. 26 312 Kl/Ot. . 6700 Iiudwigshafen, 5.8» 1969

Verfahren zur Herstellung von Schwefeltrioxid

Die Herstellung von Schwefeltrioxid erfolgt in technischem ' Maßstab durch Umsetzung von Schwefeldioxid mit überschüssigem Sauerstoff in Gegenwart von Katalysatoren gemäß der Gleichung

SO₉ + 1/2O₉ S0,-21,9 kcal.

Diese Reaktion ist exotherm und außerdem stark temperaturabhängig. Als Katalysator wird heute fast ausschließlich Vanadin-Kontaktmasse angewandt, die die früher üblichenteuren und gegen Kontaktgifte sehr empfindlichen Platin-Katalysatoren abgelöst hat. Die katalytische Umsetzung erfolgt in mehreren ruhenden Schichten. Die Schwefeldioxid-haltigen Gase treten bei den heute üblichen Verfahren mit einer Konzentration von 8 bis 10 Vol.% SOp und mit einer Temperatur von etwa 45O⁰C in die erste Kontaktmasseschicht ein und werden dort zu etwa 60 # umgesetzt, wobei die Temperatur auf 620¹ bis 63O⁰C ansteigt. Ein höherer Umsatz ist wegen der Temperaturabhängigkeit des S0₂/S0,-Gleichgewichts nicht möglich. Die Gase müssen daher zunächst wieder auf z.B. 45O⁰C abgekühlt werden. Hierfür sind umfangreiche Wärmeaustauscher erforderlich. Nach der Abkühlung durchströme! die Gase die zweite Kontaktmasseschicht, in der unter Erwärmung auf etwa 55O⁰C eine Umsatzsteigerung auf über 85 $> erfolgen kann. Nach Abkühlung in einem weiteren WärmeauetauschersysteiD auf z.B. 420⁰C erfolgt in einer dritten Kontaktmasseschicht eine Umsatzsteigerung auf z.B. etwa 96 ^, wobei itioeh eine geringe Temperaturerhöhung von etwa 30⁰C eintritt, dlje in einem dritten Wärmeaustauschersystem veraich- · tet wird, sodaß die Gase schließlich mit wiederum 420⁰C in die

vierte und letzte Kontaktmasseschicht eintreten, in der ein dem Temperaturgleichgewicht nahekommender Endumsatz von über 98 $> erreicht wird.

I«.let leiäht'eiasüethtn, 06 ditacr Arbeitsweise beträchtlich®

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Investierungskosten und eine genaue Überwachung erfordert, um den gewünschten Endumsatz zu erreichen. Insbesondere muß bei der · Konstruktion des Ofens darauf geachtet werden, daß das zwischen- ' zeitliche Herausführen der Gase und ihre Wiedereinführung so erfolgt, daß die gleichmäßige Strömung der Gase über den Querschnitt und durch die verschiedenen Kontaktmasseschichten nicht beeinträchtigt wird, da sonst die möglichen Endumsätze nicht erzielt werden.

Anstelle der indirekten Kühlung in Wärmeaustauschern kann zwischen den einzelnen Kontaktmasseschichten auch eine direkte Kühlung durch Zugabe von. kalten Gasen, z.B. kalter Luft, erfolgen. Abgesehen davon, daß eine einwandfreie Vermischung von großen Mengen heißer Gase mit kleinen Mengen kalter Gase ein besonderes technisches Problem bildet, führt diese Maßnahme zu einer Volumenvermehrung, die erhöhte Kosten in der anschließenden SO,-Absorptionsanlage und gegebenenfalls auch in der Lufttrocknungsanlage bedingt. Damit wird ein großer Teil der Einsparung durch zumindest teilweisen Wegfall der Wärmeaustauscher wieder aufgezehrt.

In letzter Zeit wurde ein bereits früher beschriebenes Verfahrensprinzip wieder aufgegriffen und in die Praxis umgesetzt. Bei die~ sem sogenannten Doppelkatalyse-Verfahren werden die Gase schon nach Passieren der dritten Kontaktmasseschieht bei einem Umsatz von etwa 90 bis 93 $> einer Zwischenabsorption zugeführt. Durch die mit dieser Maßnahme verbundene Verschiebung des SOp/SO~- Gleichgewichts bzw. des Og/SOg-Verhältnisses gelingt es, die Restgase nach Wiederaufheizen in einer vierten Kontaktmasseschicht zu 98 io umzusetzen, so daß der Gesamtumsatz 99»8 # beträgt. Dieses Verfahren hat im Hinblick auf die Erfordernisse bezüglich der Reinhaltung der Luft große Bedeutung erlangt und ist durch die bessere Ausbeute trotz höherer Investierungen auch wirtschaftlich vertretbar. Es ändert aber nichts an der Tatsache, daß die Umsetzung des Schwefeldioxids zu Schwefeltrioxid aufwendig ist und an den Konstrukteur und Betreiber des Sontaktofens besondere Anforderungen stellt.

Es ist ferner auoh bekannt, die Umsetzung von Schwefeldioxid mit

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Sauerstoff an fluidisierten Kontakten vorzunehmen. Anstelle von Schwefeldioxid kann auch Schwefel eingesetzt werden, wobei das intermediär durch Verbrennung des elementaren Schwefels gebildete Schwefeldioxid durch den im Überschuß vorhandenen Sauerstoff zu Schwefeltrioxid umgesetzt wird. Die Umsetzung wird bei Temperaturen von etwa 320 bis 59O⁰C durchgeführt. Die Regelung der Temperatur in der Wirbelschicht erfolgt durch eine Kreislaufführung der Katalysatormassen, indem die Masse außerhalb der Wirbelschicht gekühlt und die gekühlte Katalysatormasse wieder mit Luft in die Wirbelschicht zurückgeführt wird. Bei den normalerweise angewandten Temperaturen von etwa 420⁰C werden auch bei diesem Verfahren nur die üblichen Umsätze von'98 bis 98,5 # erzielt. Bei niedrigeren und höheren Temperaturen werden geringe Umsätze erhalten, da die Aktivität des Katalysators bei niedrigeren Tempe-ratüren nachläßt bzw. bei höheren Temperaturen das Gleichgewicht der Umsetzung in ungünstiger Richtung verschoben wird.

Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, die Umsetzung von Schwefel oder Schwefeldioxid mit Sauerstoff in einer mit diesen Gasen in auf- und abwirbelnder Bewegung gehaltenen Schicht aus Katalysatoren für die Oxydation,von Schwefeldioxid zu Schwefeltrioxid bei erhöhten Temperaturen und unter Abführung der bei der Umsetzung erzeugten Wärme so zu gestalten, daß man höhere Umsätze von 99 # und darüber erzielen kann.

Es wurde gefunden, daß diese Aufgabe dadurch gelöst werden kann, wenn man durch indirekte Kühlung in der Wirbelschicht die Tempe-? ratur am Gaseingang der Wirbelschicht auf 480 bis 65O⁰C und die Temperatur am Gasausgang der Wirbelschicht auf 350 bis 420⁰C hält.

Überraschenderweise gelingt es durch die erfindungsgemäße Arbeitsweise,höhere Umsätze gegenüber der bekannten Arbeitsweise, bei der innerhalb der Wirbelschicht eine gleichmäßige Temperatur eingehalten wird, zu erzielen, obwohl bei dem erfindungsgemäßen Verfahren Temperaturen angewandt werden, die teils höher und teils tiefer als die für die Umsetzung normalerweise optimalen¹ Temperaturen liegen, Wahröciieinlicli findet bei der erfindung'sge-

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mäßen Arbeitsweise einhinreichend großer latalysatorausiaiisch -.' in - vertikaler Ri clitinig statt „Auf «lisse Weise gelangen Anteil©. des Katalysators, äi© bei "den niedrigeren "Temperaturen des obe-~ ren -Seiles "d®r Wirbelschicht ihre katalytisch.® Aktivität verloren hsbtn, ia den, unteren und heißeren Seil äer Wirbelschicht-s um dort reaktiviert su werden=

Die erfindungsgemäße Einhaltung der Senperatursn in der Wirbelschicht erfolgt auf einfach® Weise durch geeignete Anordnung öer lühleleaente« 3Es ist-zur Einhaltung des Temperaturgradienten zweckmäßig j etwa 20 "bis 40 $£ der insgesamt erforderlichen Kühlflächen im mittleren Drittel der Wirbelschicht und 80 bis 60 $ im oberen Drittel der Wirbelschicht anzuordnen» -Während im :nit©~ ren Drittel der Wirbelschicht keine Kühlung-erfolgt.

Zur Erzielung besonders hoher Umsätze ist es zweckn5äßig_} am fegeingang der Wirbelschicht, d.h. etwa im unteren Drittel,' eine Temperatur von 500 bis 61O⁰O einzustellen und am Gasausgang₅ ä«h. etwa Im oberen Drittel eine Temperatur von 360 Ms 4-00⁰C ■einzuhalten».'.

Bei de3?/ünis©tznng von_: Schwefeldioxid-haltigen Grasen,'■ z.B. Rost» gasen mit einem /SOp-G-ehalt von 8 bis 12 Td.^? werden diese mit einer Temperatur von 200 bis 35O⁰C in die Wirbelschicht eingeführte Im Palle der-Umsetzung von Schwefel kann dieser"in fester loiw₉ "aber auch flüssig oder gasförmig in die Wirbelschicht eingeführt wer denv". " - - .

AIa ■ Katalysatoren varweiidet man-bekannte'--Tänadinkatalysatoren;, . öie_ zwookmäßig"- in ©inar Körnung- τση 0,1 bis 3 ram vorliegen.

■In eiiiOEä WSelse]iio!itres.ictor^;Bit^; -eineia JJiiroliiBeEses? von 2 960

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BA© ORIGiIMAL

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gebaut, die mit Kreislaufwasser beschickt werden₅ das verdampft· wird (Sattdampf temperatur 249⁰O) ·Die Kühlelemente sind so an-

'2 ' ' ' geordnet, daß sich insgesamt etwa 7 m im mittleren Drittel und der Rest ±m oberen Drittel der im aufgewirbelten Zustand insgesamt 4 000 mm höhen Wirbelschicht befinden. Der untere Teil der Wirbelschicht wird nicht gekühlt« Stündlich werden 7 600 ar eines Schwefelverbrennungsgases mit einem Gehalt von 9 VoX^ SO« und'einer Temperatur von 400⁰C in den Reaktor eingeführt.

Hierbei stellt sich im unteren Teil der Wirbelschicht eine Temperatur von etwa 580 bis 610⁰O ein, während die Temperatur im oberen Teil etwa 56O⁰G beträgt. Der Umsatz beträgt 99s6 ^.

Beispiel.2 -

Ein wie in Beispiel T beschriebener Wirbelreaktor weist Kühl-

2 elemente mit einer wirksamen Fläche von insgesamt 50 m auf,

■ 2 ■·"■'■ die so angeordnet sind₉ daß etwa 17 m im mittleren Drittel und der Rest im oberen Drittel der Wirbelschicht angeordnet, sind* ^: ■;

Stündlich werden in den Reaktor 7 600 m Luft mit einer Temperatur von 200⁰C und 1 000 kg ©lementarer Schwefel in flüssiger Porm ia den Reaktor' eingeführt« Unter sonst gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 (Temperatur, Katalysator) erhält man eine» Umsatz von 99,6 $>.

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Claims (2)

-6- 0»Ζ. 26 512" Pat entansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Schwefeltrioxid durch Umsetzung* von Schwefeldioxid und/oder Schwefel mit Sauerstoff oder Sauerstoff-haltigen Gasen in einer mit diesen Gasen in auf- und abwirbelnder Bewegung gehaltenen Schicht aus Katalysatoren für die Oxydation von Schwefeldioxid zu Schwefeltrioxid bei erhöhten Temperaturen unter Abführung der bei der umsetzung erzeugten Wärme, dadurch gekennzeichnet, daß mandurch indirekte Kühlung die Temperatur am Gaseingang der ^ Wirbelschicht auf 480 bis 65O⁰C und die Temperatur am Gas-" ausgang der Wirbelschicht auf 350 bis 420⁰O hält..

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Temperatur am Gaseingang der Wirbelschicht auf 500 bis 610⁰C hält. ^:

5» Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Temperatur am Gasausgang der Wirbelschicht auf bis 400° C hält.

Badische Anilin- & Soda-labrik AG