Brevet FR3112536A1 — publié le 20220121

L'invention concerne notamment un procédé de fabrication d’acide sulfurique, au cours duquel on procède à la conversion de l’anhydride sulfureux SO 2 en anhydride sulfurique SO 3 , par injection d’anhydride sulfureux gazeux dans un convertisseur (1) au sein duquel est présente au moins une masse (2) d’un catalyseur de ladite conversion, caractérisé en ce que, lors de phases d’arrêt de l’injection dudit anhydride sulfureux gazeux, on chauffe l’espace intérieur dudit convertisseur (1) de façon à maintenir au sein de chaque masse (2) de catalyseur une température minimale de 200°C, préférentiellement 250°C. Figure pour l’abrégé : figure 1 Procédé et installation de fabrication d’acide sulfurique DOMAINE TECHNIQUE GENERAL La présente invention se situe dans le domaine de la fabrication d’acide sulfurique. Elle concerne plus particulièrement un procédé et une installation de fabrication de cet acide. ETAT DE LA TECHNIQUE Le procédé le plus répandu pour fabriquer l’acide sulfurique consiste à catalyser, à l’aide de pentoxyde de vanadium (V 2 O 5 ), l'oxydation du dioxyde de soufre (SO 2 ) en trioxyde de soufre (SO 3 ), puis à récupérer celui-ci dans l'acide sulfurique (H 2 SO 4 ) pour former un oléum à forte teneur en acide disulfurique (H 2 S 2 O 7 ), qui conduit à deux molécules d'acide sulfurique par hydratation. Il est également possible de faire usage d’un catalyseur à base de césium. Plus précisément, la fabrication de l’acide sulfurique résulte de l’absorption de l’anhydride sulfurique SO 3 gazeux suivant la réaction : SO 3 + H 2 O H 2 SO 4 . Cet anhydride sulfurique est obtenu, quant à lui, par oxydation de l’anhydride sulfureux SO 2 dans un convertisseur contenant le catalyseur, à savoir le pentoxyde de vanadium. La réaction correspondante est la suivante : SO 2 + ½ O 2 SO 3 . Le SO 2 est injecté dans le convertisseur dans lequel il circule au contact de masses de pentoxyde de vanadium, ces masses se présentant sous la forme d’amas de granulés de V 2 O 5 . La réaction correspondante est exothermique. Ainsi, le gaz qui entre dans le convertisseur est à environ 400°C et en ressort à environ 600°C. Un tel procédé rencontre un grand succès du fait que son rendement avoisine 98%. Mais les convertisseurs SO 2 /SO 3 subissent de temps à autre des phases d’arrêt, par exemple pour des raisons de maintenance, ou encore en raison de pannes ou de coupures de courant imprévisibles. Cet arrêt ne peut pas excéder 36 heures, ce qui correspond à la durée de dégradation du pentoxyde de vanadium, par l’atteinte du point de rosée du gaz dans les masses de ce catalyseur. Sauf à prévoir que chaque arrêt ne dépasse pas 36 heures, on doit alors absolument souffler la ligne pour conserver le bon fonctionnement du Vanadium. Par l’expression « souffler la ligne » on entend que l’on procède à l’arrêt de la ligne de production tout en évacuant tous les gaz hors de l’enceinte pour éviter la dégradation du vanadium. Un tel soufflage se fait à l’aide d’un ventilateur. Cette difficulté est considérée non seulement comme un inconvénient mais aussi comme une particularité technique de ce procédé, sans que l’on soit parvenu jusqu’ici à y remédier. PRESENTATION DE L'INVENTION L'invention a pour objectif de remédier à ces difficultés en proposant notamment un procédé qui permet de s’affranchir de cette durée maximale d’arrêt de 36 heures. Ainsi, selon un premier aspect, la présente invention propose un procédé de fabrication d’acide sulfurique, au cours duquel on procède à la conversion de l’anhydride sulfureux SO 2 en anhydride sulfurique SO 3 , par injection d’anhydride sulfureux gazeux dans un convertisseur au sein duquel est présente au moins une masse d’un catalyseur de ladite conversion, caractérisé en ce que, lors de phases d’arrêt de l’injection dudit anhydride sulfureux gazeux, on chauffe l’espace intérieur dudit convertisseur de façon à maintenir au sein de chaque masse de catalyseur une température minimale de 200°C, préférentiellement 250°C. Grâce à ces caractéristiques, on parvient à maintenir à une température convenable du catalyseur, de sorte qu’il ne se dégrade pas et est parfaitement opérationnel dès que de l’anhydride sulfureux est à nouveau injecté dans le convertisseur. De la sorte, on n’est plus limité dans le temps lors de l’arrêt de l’installation. Selon d'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de ce procédé, prises seules ou selon une combinaison techniquement compatible d’au moins deux d’entre elles : - on asservit l’arrêt de l’injection de l’anhydride sulfureux à la mise en route du chauffage, et inversement ; - on procède au chauffage à l’aide de résistances électriques munies d’ailettes ; - on procède au chauffage à l’aide de moyens de chauffage protégés par un matériau réfractaire résistant aux gaz d’anhydride sulfureux et sulfurique ; - on procède au chauffage à l’aide de moyens de chauffage pourvus d’une protection en fonte résistante aux hautes températures ; - on dispose des moyens de chauffage au-dessus et en dessous de chaque masse de catalyseur ; - ledit catalyseur utilisé est du pentoxyde de vanadium ou est à base de césium. L'invention concerne également une installation de fabrication d’acide sulfurique, qui comprend au moins un convertisseur pour la conversion de l’anhydride sulfureux SO2 en anhydride sulfurique SO3, par injection d’anhydride sulfureux gazeux dans ce convertisseur, au sein duquel est présente au moins une masse d’un catalyseur de ladite conversion, qui est remarquable en ce que ledit convertisseur comporte des moyens de chauffage de ladite au moins une masse de catalyseur. Selon des caractéristiques particulières de cette installation : - lesdits moyens de chauffage sont protégés par un matériau réfractaire résistant aux gaz d’anhydride sulfureux et sulfurique ou sont pourvus d’une protection en fonte résistante aux hautes températures ; - des moyens de chauffage sont disposés au-dessus et en dessous de chaque masse de catalyseur. PRESENTATION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront de la description qui va maintenant en être faite, en référence au dessin annexé, qui en représente, à titre indicatif mais non limitatif, un mode de réalisation possible. Sur ce dessin : la figure 1 est une vue simplifiée en coupe verticale d’un convertisseur qui fait partie d’une installation conforme à la présente invention. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Ainsi que cela a été précisé plus haut, la présente invention a pour objet un procédé de fabrication d’acide sulfurique, au cours duquel on procède à la conversion de l’anhydride sulfureux SO 2 en anhydride sulfurique SO 3 , par injection d’anhydride sulfureux gazeux dans un convertisseur au sein duquel est présente au moins une masse d’un catalyseur de ladite conversion. Selon une caractéristique de l’invention, lors de phases d’arrêt de l’injection dudit anhydride sulfureux gazeux, on chauffe l’espace intérieur dudit convertisseur de façon à maintenir au sein de chaque masse de catalyseur une température minimale de 200°C, préférentiellement 250°C. A la figure 1 annexée est représenté très schématiquement un exemple d’un tel convertisseur 1. Ce dernier affecte la forme d’une tour à base circulaire dont l’axe de révolution est référencé X-X’. Deux étages inférieur EI et supérieur ES sont ici représentés. On a référencé 2 une masse, c'est-à-dire un lit (masse) de catalyseur constitué de pentoxyde de vanadium, qui est présente à l’étage supérieur ES. Dans une variante non représentée, on pourrait avoir affaire à plusieurs masses. Par ailleurs, on a représenté par les flèches FG, le flux gazeux d’anhydride sulfureux qui est accepté dans le convertisseur en vue de sa conversion en anhydride sulfurique rendue possible grâce à la présence de catalyseur. En fonctionnement normal, la réaction de conversion est exothermique et la température générée est suffisante pour maintenir le catalyseur dans un état non dégradé. Lors des arrêts de la fabrication d’anhydride sulfurique, c'est-à-dire quand on coupe l’alimentation en anhydride sulfureux, on procède alors au chauffage de l’espace intérieur du convertisseur 1 pour maintenir au sein de la masse 2 à minima la température indiquée plus haut. Ainsi, on s’assure que le catalyseur ne se dégrade pas et reste opérationnel dès la remise en route ultérieure de l’installation. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure, on fait usage de résistances électriques chauffantes 3 pourvues d’ailettes, afin de maximiser la diffusion de la chaleur vers le catalyseur. Toutefois d’autres formes de réalisation de ces résistances peuvent être envisagées. Ainsi, il est envisageable d’installer des éléments de chauffage cylindrique avec un matériau réfractaire résistant aux gaz SO 2 et SO 3 , ou des éléments avec un matériau de chauffage standard avec une protection en fonte résistante à la haute température. Pour garantir une température la plus homogène dans la masse de catalyseur, il est avantageux de disposer des moyens de chauffage au-dessus et en dessous de chaque masse de catalyseur. Pour un fonctionnement plus pratique de l’installation et une mise en œuvre plus aisée du procédé, il est envisageable d’asservir l’arrêt de l’injection de l’anhydride sulfureux à la mise en route du chauffage, et inversement. Ainsi, on n’a pas à soucier de la mise en route des moyens de chauffage, respectivement de leur arrêt. Préférentiellement, on prendra le soin de prévoir un nombre suffisant d’éléments de chauffage avec des dimensions adéquates pour obtenir une température homogène au sein de la masse de catalyseur. Ainsi, en fonction du rayon du convertisseur représenté à la figure 1, on calculera la longueur qui convient via des calculs de volume d’échange nécessaire pour chaque masse. Comme indiqué plus haut, le pentoxyde de vanadium constitue un catalyseur préféré pour la mise en œuvre de l’invention. Toutefois, on peut envisager d’utiliser un autre catalyseur, tel qu’un catalyseur à base de césium. Procédé de fabrication d’acide sulfurique, au cours duquel on procède à la conversion de l’anhydride sulfureux SO 2 en anhydride sulfurique SO 3 , par injection d’anhydride sulfureux gazeux dans un convertisseur (1) au sein duquel est présente au moins une masse (2) d’un catalyseur de ladite conversion, caractérisé en ce que, lors de phases d’arrêt de l’injection dudit anhydride sulfureux gazeux, on chauffe l’espace intérieur dudit convertisseur (1) de façon à maintenir au sein de chaque masse de catalyseur (2) une température minimale de 200°C, préférentiellement 250°C. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l’on asservit l’arrêt de l’injection de l’anhydride sulfureux à la mise en route du chauffage, et inversement. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que l’on procède au chauffage à l’aide de résistances électriques munies d’ailettes (3). Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que l’on procède au chauffage à l’aide de moyens de chauffage (3) protégés par un matériau réfractaire résistant aux gaz d’anhydride sulfureux et sulfurique, ou pourvus d’une protection en fonte résistante aux hautes températures. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l’on dispose des moyens de chauffage (3) au-dessus et en dessous de chaque masse (2) de catalyseur. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ledit catalyseur est du pentoxyde de vanadium ou est à base de césium. Installation de fabrication d’acide sulfurique, qui comprend au moins un convertisseur (1) pour la conversion de l’anhydride sulfureux SO 2 en anhydride sulfurique SO 3 , par injection d’anhydride sulfureux gazeux dans ce convertisseur, au sein duquel est présente au moins une masse (2) d’un catalyseur de ladite conversion, caractérisée par le fait que ledit convertisseur (1) comporte des moyens de chauffage (3) de ladite au moins une masse (2) de catalyseur. Installation selon la revendication 7, caractérisée par le fait que lesdits moyens de chauffage (3) sont protégés par un matériau réfractaire résistant aux gaz d’anhydride sulfureux et sulfurique ou sont pourvus d’une protection en fonte résistante aux hautes températures. Installation selon la revendication 7 ou 8, caractérisée par le fait que des moyens de chauffage (3) sont disposés au-dessus et en dessous de chaque masse (2) de catalyseur.