DE971801C

DE971801C - Verfahren zur Temperaturregulierung der Kuehlflaechen eines Kontaktapparates zur Erzeugung von Schwefelsaeure

Info

Publication number: DE971801C
Application number: DEZ1611A
Authority: DE
Inventors: Herbert Furkert; Hans Dr Schuett; Alfons Dr Zieren
Original assignee: Chemiebau Dr A Zieren GmbH and KG
Current assignee: Chemiebau Dr A Zieren GmbH and KG
Priority date: 1950-12-13
Filing date: 1950-12-14
Publication date: 1959-04-02

Description

Bei der Verbrennung von Schwefelwasserstoff entstehen Gase, die neben S O₂ mindestens das gleiche Volumen Wasserdampf enthalten. Es sind Verfahren bekannt, aus solchen oder anderen feuchten S O₂-haltigen Gasen, ohne sie vorher zu trocknen, durch katalytische Oxydation und Kondensation Schwefelsäure zu erzeugen. Wenn das Ausgangsgas und die Verbrennungsluft feucht sind, wird dabei Schwefelsäure mit z. B. 8o%

ίο H₂SO₄ gewonnen. Solche Verfahren sind beschrieben in den Patentschriften 606 235, 610 448, 610449, 613677. Infolge des Verzichtes auf die sonst übliche Entnebelung und Trocknung braucht das SO₂-haltige Gas nicht völlig, sondern nur auf

die Initialtemperatur der katalytischen Oxydation gekühlt zu werden. Aus diesem Grunde wird zur Abführung der Reaktionswärme bei der katalytischen Oxydation von H₂ S-Verbrennungsgasen nicht mit dem SO₂-haltigen Gas, sondern mit Luftgekühlt (vgl. Chem. Fabr., 8, S. 415 [1935]).

Es ist bekannt, daß bei der Kühlung der feuchten SO₃-haltigen Gase die Wärmeaustauschflächen nicht unter den Taupunkt dieser Gase abkühlen dürfen, damit Korrosionen an den Austauscherflächen vermieden werden. Um eine genügend hochliegende Wandtemperatur zu erhalten, muß man die Kühlflächen und die Menge der Kühlluft entsprechend den normalen Betriebsbedingungen berechnen. Besonders gefährdet ist dann immer noch die Eintrittsstelle der kalten Kühlluft. Es ist bekannt, diesen Mangel dadurch zu verbessern, daß man die Kühlluft mit Hilfe der Wärmetönung der Kontaktreaktion vorwärmt.

Es hat sich in der Praxis gezeigt, daß Korrosionen gerade in Zeiten schwankender Betriebsbedingungen durch Absinken der sonst höher

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liegenden Gastemperaturen auf der heißen Seite der Austauscherflächen entstehen. Diese Temperaturen sind bedingt durch die Wärmetönung der Kontaktreaktion. Wird diese Wärmetönung der Kontaktreaktion nach dem bekannten Verfahren ebenfalls zur Vorwärmung der Kühlluft herangezogen, so sinken die Gastemperaturen auf beiden Seiten der Austauschfläche. Dieses Verfahren ist daher nicht geeignet, durch schwankende Betriebsbedingungen hervorgerufene Korrosionen wirksam zu verhindern.

Es wurde nun gefunden, daß dieser Mangel beseitigt werden kann, wenn man für den Fall sinkender Gastemperatur auf der heißen Seite des Austauschers die Temperatur auf der kalten Seite zumindest konstant hält oder gar erhöht, indem man die Vorwärmung der Kühlluft durch die Wärmetönung der S O₂-bildenden Reaktion vornimmt.

Der Vorteil einer solchen Maßnahme im Vergleich zur Vorwärmung des Kühlgases durch die Schwefeltrioxyd bildende Reaktion besteht darin, daß eine bessere Stabilität der Temperaturverhältnisse bei Betriebsschwankungen erreicht wird. Ein Absinken der Belastung des Kontaktapparates bedingt auch eine Erniedrigung der Eintrittstemperatur des Kühlgases, wenn dies durch die im Kontakt frei werdende Wärmemenge vorgewärmt wird, so daß die Gefahr Korrosion hervorrufender Kondensatbildung bei Betriebsschwankungen oder kurzzeitigen Stillegungen besteht. Wärmt man die Kühlgase dagegen unter Ausnutzung der Wärmetönung der Schwefeldioxyd bildenden Reaktion vor, so hat man infolge der wesentlich höheren zur Verfügung stehenden Temperatur, etwa mindestens 900⁰C gegenüber etwa 500⁰C, und infolge der großen Wärmekapazität der Röstofen oder H₂ S-Verbrennungsöfen die Möglichkeit, die Eintrittstemperatur der Kühlgase trotz wechselnder Betriebsverhältnisse weitgehend konstant zu halten oder gegebenenfalls zu erhöhen.

Die Kühlluft kann beispielsweise in einem Wärmeaustauscher mit dem H₂ S-Verbrennungsgas vorgewärmt werden. Dieses Gas enthält stets schon etwas SO₃. Daher ist es zweckmäßig, um Kondensationen auf der Austauscherfläche zu verhüten, Gas und Luft im Gleichstrom zu führen.

Da zum Vorwärmen der Kühlluft ein Anteil des Wärmeinhaltes der SO₂-Gase ausreicht, ist es zur besseren Ausnutzung der Wärmetönung der H₂S-Verbrennung zweckmäßig, für die Kühlung des S O₂-Gases auf die Initialtemperatur der katalytischen Oxydation einen Abhitzedampfkessel anzuwenden und die Kühlluft mittels Dampf vorzuwärmen. Der Wärmeaustausch zwischen Dampf und Luft hat den Vorteil, daß Stoffe, die aggressive Kondensate bilden könnten, dabei nicht zugegen sind.

Um die von der Kühlluft aufgenommenen Reaktionswärmen der Bildung von SO₂ und SO₈ zu verwerten, ist es im Zusammenhang mit einem Abhitzedampfkessel vorteilhaft, die ausgebrauchte Kühlluft als Verbrennungsluft für H₂S oder sonstige S O₂-liefernde Prozesse zu verwenden. Der Wärmein'halt der ausgebrauchten Kühlluft kann auch zum Vorwärmen des Speisewassers für den Abhitzekessel ausgenutzt werden. Ein weiterer Vorschlag, gemäß der vorliegenden Erfindung die Reaktionswärmen möglichst weitgehend zur Erzeugung und Verwertung von Dampf auszunutzen, ist die Verwendung des Abhitzedampfes als Kühlmittel für die reagierenden Gase unter Erzeugung von überhitztem Dampf. Gegebenenfalls kann auch möglichst gesättigter Dampf anderer Herkunft auf diese Weise überhitzt werden.

Wenn die feuchten SO₂-haltigen Gase nicht durch Verbrennung von H₂S, sondern anders entstanden sind und kalt anfallen, müssen sie unter Ausnutzung der Wärmetönung der katalytischen Oxydation auf die Initialtemperatur dieser Reaktion vorgewärmt werden. In diesem Falle dient also das S O₂-GaS als Kühlmittel für den Kontaktprozeß. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein solches oder ein Kühlgas sonstiger Herkunft ebenfalls in der beschriebenen Weise vorzuwärmen.

Feuchte SO₂-haltige Gase, die nicht durch Verbrennung von H₂S erzeugt worden sind, aber warm anfallen, können gemäß der vorliegenden Erfindung ebenfalls zur Vorwärmung von Kühlgas benutzt werden.

Zwei oder mehrere der beschriebenen Ausführungsformen der Arbeitsweise entsprechend der vorliegenden Erfindung können auch gemeinsam angewendet werden. So ist es beispielsweise vorteilhaft, den Kontaktapparat teils mit Luft und teils mit Dampf zu kühlen, um auf diese Weise die Luft mit Dampf vorzuwärmen und dem Dampf die abgegebene Wärmemenge aus der Wärmetönung der Katalyse wieder zuzuführen oder ihn zu überhitzen. Eine solche Kombination ist dann günstig, wenn die Dampfmenge des Abhitzekessels wie gewöhnlich zur Abführung des gesamten Wärmeüberschusses der Katalyse allein nicht ausreicht.

Die Erhöhung der Kühlflächentemperatur setzt eine Verminderung des Temperaturgefälles, also eine Vergrößerung der Kühlfläche voraus. Diesem einzigen Nachteil der Arbeitsweise, entsprechend der vorliegenden Erfindung, stehen aber die beschriebenen wärmetechnischen Verbesserungen und der ausschlaggebende Vorteil gegenüber, daß Kondensate, die den Bestand der Apparatur gefährden, vermieden werden. Da Schwefelsäurekontaktapparate jahrzehntelang fast ununterbrochen in Betrieb sind, ist dieser Vorteil von besonderer Bedeutung.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung folgt ein

Beispiel

Durch Verbrennung von H₂S zu SO₂ und i_ao Katalyse zu SO₃ entsteht ein Gasgemisch folgender Zusammensetzung:

6,1 Volumprozent SO₃ ο, ι Volumprozent S O₂ 9,3 Volumprozent H₂ O 84,5 Volumprozent sonstige Gase

Aus diesem Gas kann eine Schwefelsäure von maximal etwa 92% H₂SO₄ kondensieren. Der Kondensationspunkt liegt bei etwa 200⁰ C.

Im Kontaktapparat hat das katalysierte Gas eine Höchsttemperatur von 530⁰ C und eine Austrittstemperatur von 400⁰ C. Unter der Annahme gleicher Wärmeübergangszahlen auf der Gas- und Luftseite beträgt die Wandtemperatur beim Lufteintritt:
a) bei Gegenstrom einer

Lufttemperatur von 10⁰C 205 ° C

b) bei Gegenstrom und Vorwärmung

der Luft auf 140⁰ C 270⁰ C

Die Wandtemperatur unter a) bietet keinerlei Sicherheit gegen eine Kondensation von Schwefelsäure, während bei der Temperatur unter b) kein Kondensat zu erwarten ist.

Wenn die Gastemperaturen auf der heißen Seite etwas sinken, kann die Temperatur von 140⁰C auf jeden Fall konstant gehalten oder nötigenfalls so weit erhöht werden, daß die Wandtemperatur genügend weit oberhalb 200⁰C, etwa bei mindestens 250⁰ C liegt.

Claims

Patentansprüche:

i. Verfahren zur Temperaturregulierung der Kühlflächen eines Kontaktapparates zur Erzeugung von Schwefelsäure aus feuchten schwefeldioxydhaltigen Gasen auf Temperaturen oberhalb des Kondensationspunktes des schwefeltrioxydhaltigen Gases durch ein zu diesem im Gleich- oder Gegenstrom geführtes, vorgewärmtes Kühlgas, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Kühlgas unter Ausnutzung der Wärmetönung der schwefeldioxydbildenden Reaktion vorgewärmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Kühlen Luft benutzt wird, die in einem Wärmeaustauscher im Gleichstrom mit den SO₂-Gasen angewärmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlgas durch Dampf aus einem Abhitzekessel der S O₂-Erzeugung vorgewärmt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Kühlen Dampf aus einem Abhitzekessel der S O₂-Erzeugung benutzt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Maßnahmen nach Anspruch 2 bis 4 in beliebiger Kombination angewendet werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeinhalt der gebrauchten Kühlgase bei der Erzeugung von Dampf aus der Abwärme der S O₂-bildenden Reaktion verwertet wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 606235, 610448, 610449, 613677, 613 691, 848349;

Handbuch der Schwefelsäureindustrie, Lunge, 1916, Bd. i, S. 584, 585;

»Chemische Technologie«, Winnacker, 1950, Bd. II, S. 34;

»Chemische Fabrik«, 8, 1935, S. 415, 416;

VDI-Zeitschrift, 1938, S. 777, 778.

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