Brevet FR2429748A1 — publié le 19800125

L'invention se rapporte à un procédé d r oxydation catalytique de S02 en S03, en particulier dans le cadre de la fabrication de l'acide sulfurique par conversion double avec absorption entre étages, ou l'échange de la chaleur produite au cours de l'oxydation catalytique de S02 en S03 est amélioré. Pour obtenir un haut degré de conversion de S02 en AQ3, on utilise à présent au moins deux étages d'oxydation avec l'absorption, entre étages, du S02 formé. Il existe de nombreuses méthodes permettant de recevoir la chaleur à partir des gaz, chaleur qui est créée pendant l'oxydation de S02 en S03 et pendant le chauffage des gaz qui sont dirigés vers le deuxième étage de conversion. Les systèmes d'échange de chaleur le plus souvent utilisés sont des échangeurs thermiques à diaphragme. De tel. systèmes sont décrits dans le livre "Acide sulfurique" Guide d'un Ingénieur et Technicien, chapitre IX, dans le brevet des Etats-Unis n 3.615.197 et dans le brevet de la République Fédérale d'Allemagne n l.567.672. Dans un tel système, après avoir traversé un lit successif de catalyseur, les gaz sont refroidis dans les échangeurs thermiques. D'habitude, les gaz dirigés vers le second étage de conversion sont échauffés d'abord dans l'échangeur qui suit le dernier lit du premier étage de conversion, ensuite après l'avant-dernier et dernier lits catalytiques. Par contre, les gaz dirigés vers l'absorption entre étages sont refroidis successivement, d'abord, dans l'échangeur où l'on réchauffe 1'air dirigé vers la combustion de soufre et, ensuite, dans ltéchangeur où l'on réchauffe des gaz dirigés vers le second étage de conversion.Le défaut du système mentionné ci-dessus est qu'il en résulte un grand nombre de raccorements entre échangeurs, une différence désavantageuse de température qui exige de plu grandes surfaces d'échange thermique et une exposition de certains échangeurs à une corrosion élevée Le nombre considérable d'appareils pour l'échange de chaleur augmente les résistances d'écculement et, par suite, la conommation totale d'énergie Il est évident qu'un tel syste- e necess:;te un surface considérable pour l'aménagement.L'autre solution compreiid un système où les gaz sortant du dernier lit d?t pr-mier étage de conversion sont refroidis au moyen de vapeur saturée et les gaz diriges vers l'absorption entre étages sont refroidis dans un réchauffeur d'eau qui doit être fait de tuyaux couverts de fonte en raison des conditions corrosives du travail. Les gaz passant vers le second étage de conversion sont d'abord réchauffés dans l'échangeur thermique par l'échange de la chaleur avec les gaz dirigés vers la tour finale d'absorption et ensuite dans l'échangeur qui suit le premier lit de catalyseur.Le défaut de ce système est le prix Blevé de l'économiseur fait en tuyaux couverts defonte et son grand poids. Un système semblable est décrit dans les brevets des Etats-Unis n0 3.443.896, 3.536.446 et 3.620.673. Le but de la présente invention est de conduire le processus de conversion de S02 en S03 de telle manière que l'échange de chaleur soit intensifié avec réduction simultanée des dimensions et du poids des échangeurs thermiques et réduction de consommation de l'énergie. L'essentiel du procédé d'oxydation catalytique de S02 en FO3 dans le cadre de la fabrication de l'acide sulfurique selon l'invention, utilisant la conversion double avec absorption entre étages et dans lequel des gaz contenant du 502 sont mis en contact avec le catalyseur de vanadium dans un appareil de contact a plusieurs plateaux dont trois plateaux au moins constituent le premier étage d'oxydation et les plateaux restants le second étage, et dans lequel le S03 produit au premier étage d'oxydation est absorbé dans un absorbeur entre étages tandis que les gaz sortant de l'absorption entre étages et dirigés vers le second étage de conversion sont réchauffés dans les échangeurs thermiques à diaphragme et que le S03 produit au second étage de conversion est absorbé dans un absorbeur final, consiste en ce que les gaz sortant de l'absorption entre étages et dirigés vers le second étage de conversion sont réchauffés dans un échangeur à diaphragme à deux étages, d'abord par les gaz après le dernier plateau du premier étage d'oxydation et ensuite par les gaz après 1'avant-dernier plateau du premier étage d'oxydation, et en ce que les gaz passant vers l'absorption entre étages sont refroidis dans un échangeur à diaphragme d'abord par les gaz dirigés vers le second étage de conversion et ensuite par l'air dirigé vers la combustion du soufre. Les gaz après le dernier plateau de l'appareil de contact sont refroidis dans un échangeur à diaphragme au moyen de la vapeur d'eau saturée qui est produite dans une chaudière, et les gaz après le second étage d'oxydation sont refroidis dans un réchauffeur d'eau à diaphragme. La modification du procédé d'oxydation catalytique de S02 en S03 comprend l'utilisation de la vapeur d'eau comme milieu réfrigérant les gaz après le premier plateau du second étage d'oxydation. Grâce à l'utilisation du procédé selon l'invention, on a donné une meilleure effectivité à l'échange de chaleur, réduit le poids des matériaux de construction et en partie éliminé les matériaux plus chers. En même temps, la consommation de l'énergie électrique nécessaire à l'entraînement du chalumeau d'air a été réduite. ta solution proposée du noeud de contact exige une plus petite surface pour l'aménagement et rend possible la conduite du processus sous une charge variable, même jusqu'à 50% de la charge nominale. Le procédé selon l'invention est illustré par deux exemples d'application schématisés aux figures 1 et 2 annexées pour les appareils de conversion S02 à quatre et cinq plateaux. E:xemple Les gaz provenant de la combustion du soufre en quantité de 84.000 Nm3/h contenant 10% de S02 et ayant une température de 430du sont introduits dans un appareil de contact (1) à quatre plateaux. Après avoir passé à travers le premier plateau de l'appareil de contact, la température des gaz s'élève jusqu'à 6020C et ces gaz sont refroidis dans un surchauffeur de vapeur (2) jusqu'à la température de 4400C et ensuite introduits sur le second plateau. Les gaz, après le second plateau sont refroidis dans un échangeur thermique (3) à diaphragme jusqu'à la température de 4400C au moyen des gaz retournant de l'absorption entre étages. Les gaz sortant du troisième plateau du premier étage de conversion sont refroidis d'abord dans un échangeur thermique (4) où on réchauffe les gaz sortant de l'absorption entre étages et, ensuite, dans un échangeur thermique (5) où on réchauffe l'air (12) employé dans la combustion du soufre. Le flux de gaz (11) refroidi jusqu'à la température de 1900C est dirigé Vers ;'aDsorption entre étages. Le flux de gaz (10), après l'absorption entre étages, se trouve à une température de 650C et est dirigé vers les échangeurs (4), (3), dans lesquels il est chauffé jusqu'à la température de 420 C, tes gaz réchauffés contenant du S02 non traité en quantité de 0,68 en volume sont dirigés vers le quatrième plateau, c'est-à-dire vers le second étage de conversion où l'oxydation suivante de S02 en S03 a eu lieu. Le degré de conversion obtenu est de 99,75%. Les gaz après le quatrième plateau sont refroidis 3usqu'à la température de 1800C dans le réchauffeur d'eau (6) et dirigés vers l'absorption finale, le flux (14). Le schéma de la figure 2 présente une variante d'application du procédé selon l'invention pour l'appareil de contact à cinq plateaux, dans lequel trois plateaux constituent le premier étage de conversion et les deux autres, le second étage. Les gaz, après le premier plateau du second étage de conversion, sont refroidis dans un surchauffeur à diaphragme (16) au moyen de vapeur d'eau. La vapeur sortant de ce surchauffeur est ensuite dirigée vers le refroidissemement des gaz après le premier plateau du premier étage de conversion dans le surchauffeur (2). Par suite de l'utilisation du procédé selon l'invention, on a abouti à une diminution de la surface nécessaire à l'échange de chaleur, et en conséquence, à réduire le poids des appareils dans le noeud de contact de 15% environ. La surface nécessaire à l'aménagement du noeud de contact a aussi diminué. Grâce à la diminution du nombre des appareils, on a réduit les résistances d'écoulement des gaz en moyenne de 150 mm H20, et, par suite, la consommation en énergie électrique de 100 kWh. RRYENDICATI0ES 1 - Procédé d'oxydation catalytique de 802 en S03 dans le cadre de la fabrication de l'acide sulfurique par conversion dQuble avec absorption entre étages, dans lequel les gaz contenant du S02 et de l'oxygène sont mis en contact avec le catalyseur de vanadium à une température élevée dans l'appareil de contact à plusieurs plateaux, dont trois plateaux au soins constituent le premier étage d'oxydation et les autres, le second étage d'oxydation, où, sur chaque lit, la partie du S02 contenu dans le flux est soumis à l'oxydation et dans lequel le S03 produit au premier étage d'oxydation est absorbé dans l'absorbeur entre étages tandis que les gaz sortant de ladite absorption entre étages sont réchauffés dans les échangeurs thermiques à diaphragme et dirigés vers le second étage d'oxydation et que le S03 produit au second étage d'oxydation est absorbé dans l'absorbeur final duquel on reçoit les gaz ayant une basse teneur en S02, caractérisé en ce que les gaz sortant de l'absorption entre étages, dirigés vers le second étage d'oxydation, sont réchauffés dans un échangeur à diaphragme à deux étages, d'abord par les gaz après le dernier plateau du premier étage d'oxydation, et ensuite par les gaz après l'avant-dernier plateau du premier étage d'oxydation, et en ce que les gaz dirigés vers l'absorption entre étages sont refroidis dans un échangeur à diaphragme, d'abord au moyen des gaz dirigés vers le second étage de conversion et ensuite au moyen de l'air dirigé vers la combustion du soufre. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les gaz, après le premier plateau du premier étage d'oxydation, sont refroidis dans un échangeur à diaphragme au moyen de vapeur d'eau saturée et en ce que les gaz, après le second étage d'oxydation, sont refroidis dans le réchauffeur d'eau à diaphragme. 3 - Procédé d'oxydation catalytique de S02 en S03 selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le milieu réfrigérant les gaz après le premier plateau du second étage d'oxydation est la vapeur d'eau.