PROCESS FOR PREPARING SULPHURIC ACID AND OLEUM

Abstract: 1. A process of producing sulfuric acid and oleum, wherein SO2 is catalytically reacted to SO3 , the SO3 -containing gases are cooled, part of the SO3 content is absorbed in an oleum producer, and the remaining SO3 content is subsequently absorbed at elevated temperatures in concentrated sulfuric acid in an absorber, characterized in that a partial stream of the SO3 -containing gases is fed to the oleum producer and before entering the oleum producer is cooled by an indirect heat exchange with the partial stream leaving the oleum producer, the reheated partial stream is mixed with the remaining SO3 -containing gas and is fed to the absorber, and the surplus heat of the acid circulated through the absorber is utilized.

Description: Verfahren zur Herstellung von Schwefelsäure und Oleum Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Schwefelsäure und Oleum durch katalytische Umsetzung von SO2 zu SO3, Kühlung der S03-haltigen Gase, Absorption eines Teils des S03-Gehaltes in einem Oleum-Erzeuger und anschliessende heisse Absorption des restlichen S03-Gehaltes in konzentrierter Schwefelsäure in einem Absorber. Die Oleum-Erzeugung erfolgt durch Absorption von SO3 in konzentrierter Schwefelsäure. Die Absorption erfolgt meistens in einem Turm, der eine Füllung aus Füllkörpern hat. Die Säure wird auf die Füllkörper gedüst und im Kreislauf geführt. Damit die Säure genügend SO3 aufnehmen kann, muss sie vor der Eindüsung auf eine Temperatur von etwa 40 bis 60 OC eingestellt werden. Das Gas verlässt dadurch den Turm mit etwa der gleichen Temperatur. Die Differenz zwischen der Eintrittstemperatur und der Austrittstemperatur des Gases muss bei der Kühlung des Säurekreislaufs an das Kühlmedium abgeführt werden. Infolge der erforderlichen niedrigen Temperatur des Kühlmediums kann die abgeführte Wärmemenge praktisch nicht ausgenutzt werden, da sie mit einem sehr niedrigen Temperaturniveau anfällt. Im Hinblick auf die hohen Energiekosten wird es aber immer dringlicher, möglichst viel Uberschusswärme des Kontaktsystems in wirtschaft- licher Weise auszunutzen. Ein solches Verfahren ist aus der DE - C - 11 39 818 bekannt. Das SO 3-haltige Gas wird nach einer ersten Kontaktstufe vorgekühlt und in einen Oleum-Erzeuger geleitet, der als Füllkörper-Turm ausgebildet ist. Die Säure wird mit 40 OC eingedüst und durch einen Säurekühler im Kreislauf geführt. Das Gas verlässt den Oleum-Erzeuger mit etwa 40 C und 4 % SO3-Gehalt und wird in einen heiss betriebenen Zwischenabsorber geleitet, in dem das restliche SO3 absorbiert wird. Anschliessend wird das Gas wieder auf 400 bis 420 OC aufgeheizt und in die zweite Kontaktstufe geleitet. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Oleum Erzeugung möglichst viel überschüssige Wärme auf möglichst hohem Temperaturniveau im Kontaktsystem für eine wirtschaftliche Verwertung zu gewinnen. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäss dadurch, dass ein Teilstrom der S03-haltigen Gase in den Oleum-Erzeuger geleitet wird, der Teilstrom vor dem Eintritt in den Oleum Erzeuger im indirekten Wärmeaustausch mit dem aus dem Oleum Erzeuger austretenden Teilstrom abgekühlt wird, der aufgeheizte Teilstrom mit dem restlichen SO3-haltigen Gas gemischt und in den Absorber geleitet wird und die überschüssige Wärme des Säurekreislaufs des Absorbers verwertet wird. Die kombinierte Oleum-Erzeugung mit nachfolgender Absorption des restlichen SO3 kann bei einer mehrstufigen Katalyse nach der ersten Stufe als Zwischenabsorption oder nach der zweiten Stufe als Endabsorption durchgeführt werden. Bei einer Normalkatalyse mit einer Stufe erfolgt sie nach der letzten Kontakthorde. Die Menge des in den Oleum-Erzeuger geleiteten Teilstroms wird in Abhängigkeit von der gewünschten Konzentration und Menge des Oleums möglichst kleingehalten. Die heisse Absorption des SO3 aus dem Mischgas erfolgt bei einer Temperatur über 100 OC und vorzugsweise im Gleichstrom, da dann die Temperatur des austretenden Gases höher ist. Die überschüssige Gaswärme und/oder Säurewärme wird verwertet, z.B. für die Aufkonzentrierung von dünnen Säuren, Aufheizung von Wasser, Dampferzeugung usw. ine bevorzugte Ausgestaltung besteht darin, dass der Teilstrom 3er SO3-haltigen Gase vor dem Eintritt in den Oleum-Erzeuger auf 120 bis 160 C abgekühlt und der aus dem Oleum-Erzeuger austretende Teilstrom auf 100 bis 150 OC aufgeheizt wird. Dadurch wird eine sehr gute Ausnutzung des Wärmeinhalts der SO3-haltigen Gase erzielt und eine Nebelbildung im gemischten Gas verhindert oder sehr geringgehalten. Eine vorzugsweise Ausgestaltung besteht darin, dass die Oleum Erzeugung zwischen zwei Kontaktstufen erfolgt und der aus dem Oleum-Erzeuger austretende, aufgeheizte Teilstrom nach der Mischung mit dem restlichen SO3 -haltigen Gas in den Zwischenabsorber geleitet wird. Die Anordnung der kombinierten Oleum Erzeugung und SO3 -Absorption zwischen der ersten Kontaktstufe nach teilweisem Umsatz des SO2-Gehaltes zu SO3 und der zweiten Kontaktstufe mit vollständigem Umsatz ergibt besonders gute Ergebnisse. Eine vorzugsweise Ausgestaltung besteht darin, dass der indirekte Wärmeaustausch direkt oberhalb des Oleum-Erzeugers durchgeführt wird. -Dadurch werden Leitungen vom Oleum-Erzeuger zum Wärmeaustauscher gespart und Wärmeverluste vermieden. Eine vorzugsweise Ausgestaltung besteht darin, dass das nicht in den Oleum-Erzeuger geleitete, restliche SO3-haltige Gas den aus dem Oleum-Erzeuger austretenden, aufgeheizten Teilstrom zunächst im indirekten Wärmeaustausch weiter aufheizt und dann mit diesem vermischt wird. Durch den Ausgleich der Gastemperaturen vor der Mischung auf indirektem Weg wird eine Nebelbildung bei der Mischung weitgehend vermieden. Eine vorzugsweise Ausgestaltung besteht darin, dass die Oleum Absorption in dem Oleum-Erzeuger in übereinander angeordneten Stufen im Gegenstrom durchgeführt wird und in die - gasseitig gesehen - erste Stufe 50 bis 80 % der Säure eingeleitet und der Rest in die folgende oder folgenden Stufen eingeleitet wird. Dadurch können die Aggregate kleingehalten werden und die Abstrahlungsverluste sind gering. Ausserdem kann in den Stufen mit unterschiedlichen Auflauftemperaturen gearbeitet werden. Die Erfindung wird anhand von Figuren und Beispielen näher erläutert. Fig. 1 zeigt eine zweistufige Oleum-Absorption, wobei die Stufen übereinander angeordnet sind und der Wärmeaus tauscher direkt oberhalb des Oleum-Erzeugers angeordnet ist; Fig. 2 zeigt zusätzlich einen indirekten Wärmeaustausch zwischen dem aus der Absorption austretenden Teilstrom und dem restlichen Gas vor deren Mischung; Fig. 3 zeigt eine Kühlung der Säure in zwei parallelgeschal teten Wärmeaustauschern; Fig. 4 zeigt eine Oleum-Erzeugung nach dem Stand der Technik. Das SO3-haltige Gas wird über Leitung 1 herangeführt. Ein Teilstrom wird über Leitung la in den Wärmeaustauscher 2 geführt, dort abgekühlt und über Leitung 3 in den Oleum-Erzeuger 4 geführt und strömt dort aufwärts im Gegenstrom zu der eingedüsten Säure. Die erste Absorptionsstufe 4a enthält einen Düsenboden. Die zweite Absorptionsstufe 4b enthält in den Figuren 1 und 2 eine Füllkörperschicht und in der Figur 3 einen Düsenboden. Das Gas strömt anschliessend durch einen Sprühabscheider 4c in den Gasraum 5 und von dort durch die Rohre des Wärmeaustauschers 2. Dort wird aus der Absorption stammendes Gas im Wärmeaustausch mit dem ankommendem Teilstrom aufgeheizt und dann über Leitung 6 abgeführt. Aus der Leitung 1 wird über Leitung 7 das restliche sO3-haltige Gas zugemischt. Das vermischte Gas wird über Leitung 9 in den (nicht dargestellten) SO3-Absorber geleitet. In Figur 2 tritt der im Wärmeaus rauscher 2 aufgeheizte Teilstrom in den Gasraum 5a und strömt von dort durch die Rohre des Wärmeaustauschers 8a.'In den Wärmeaustauscher 8a wird über Leitung 7 das restliche, 503 haltige Gas geleitet und strömt um die Rohre herum. Dabei wird es abgekühlt und gleichzeitig das durch die Rohre strömende Gas aufgeheizt, so dass sich die Temperaturen der beiden Gasströme angleichen. Beide Gasströme werden dann wieder vermischt. Aus dem Sumpf 4d wird die Säure über Leitung 10, Pumpe 11, Leitung 12, 12a in den Säurekühler 13 geleitet, dort gekühlt, über Leitung 14 abgeführt und über Leitung 15 in die erste Absorptionsstufe 4a und Leitung 16 in die zweite Absorptionsstufe 4b geleitet. Ein Teilstrom wird über Leitung 18 als Produktion abgezogen. In Figur 3 wird ein Teilstrom der Säure aus Leitung 12 über Leitung 12b in einen parallelen Säurewärmeaustauscher 13a geführt, über Leitung 14a abgeführt und über Leitung 16 in die Stufe 4b geführt. Uber Leitungen 19, 19a wird das Kühlmedium in die Säurewärmeaustauscher 13, 13a eingeleitet und über Leitungen 20, 20a abgeführt. In Figur 4 enthält der Oleum Erzeuger 4 nur eine Absorptionsstufe. Die Beispiele werden in Tabellenform angegeben, wobei die Numerierung der Beispiele der Numerierung der Figuren entspricht. Ausführungsbeispiel 1 2 3 4 Leitung 1 Volumen, Nm /h 57324 57324 57324 57324 Temperatur, oc 218 218 218 218 Vol.-t SO3 8,48 8,48 8,48 8,48 SO3 im Gas, kg/h 17743 17743 17743 17743 Leitung la 3 Volumen, Nm /h 26050 26050 26050 - Temperatur, oc 218 218 218 - SO3 im Gas, kg/h 8063 8063 8063 - Leitung 3 Volumen, Nm /h 26050 26050 26050 26050 Temperatur, C 150 150 150 218 SO3 im Gas, kg/h 8063 8063 8063 8063 Oleumabsorber 4 Oleumkonzentr.,% fr.SO3 27 27 27 27 absorbiertes SO3, kg/h 7000 7000 7000 7000 Gasraum 5 Volumen, Nm /h 24135 24135 24135 24135 Temperatur, C 40 40 40 40 SO3 im Gas, kg/h 1063 1063 1063 1063 Gasraum 5a Volumen, Nm3/h -- 24135 -- - Temperatur, OC -- 117 -- - Leitung 6 Volumen, Nm3/h 24135 -- 24135 24135 Temperatur, oC 117 -- 117 40 Leitung 7 Volumen, Nm /h 31274 31274 31274 31274 Temperatur, C 218 218 218 218 S03 im Gas, kg/h 9680 9680 9680 9680 Leitung 9 Volumen, Nm /h 55409 55409 55409 55409 Temperatur, C 174 174 174 140,5 S03 im Gas, kg/h 10743 10743 10743 10743 Wärmemenge im Gas, GJ/h 13,239 13,239 13,239 10,593 Leitung 10 und 12 Säuremenge, t/h 375,1 375,1 375,1 375,1 Temperatur, oc 60,5 60,5 60,5 66,2 Säurepumpe 11 Fördermenge, t/h 375,1 375,1 375,1 375,1 Förderhöhe, m F1.S. 32 32 32 32 Leitung 12a Säuremenge, t/h -- -- 267,43 - Temperatur, oc -- -- 60,5 - Leitung 12b Säuremenge, t/h -- -- 107,67 - Temperatur, C -- -- 60,5 - Leitung 14 Säuremenge, t/h 375,1 375,1 267,43 375,1 Temperatur, oc 40 40 40 40 Leitung 14a Säuremenge, t/h -- -- 107,67 - Temperatur, oc -- -- 40 - Leitung 15 Säuremenge, t/h 267,43 267,43 267,43 - Temperatur, oc 40 40 40 - Leitung 16 Säuremenge, t/h 85 85 85 352,43 Temperatur, C 40 40 40 40 Produktionsleitung 18 Säuremenge, t/h 22,67 22,67 22,67 22,67 Temperatur, oc 40 40 40 40 Starksäureleitung 17 Säuremenge, t/h 15,671 15,671 15,671 1-5,671 Temperatur, oc 100 100 100 100 Säurekonzentration, Gew.-% E2SO4 98,5 98,5 98,5 98,5 Säurekühler 13 Wärmemenge, GJ/h 8,583 8,583 6,121 10,995 Säurekühler 13a Wärmemenge, GJ/h -- -- 2,462 - Wie aus den Beispielen hervorgeht, enthält das Mischgas nach dem Oleum-Erzeuger bei der erfindungsgemässen Arbeitsweise eine wesentlich grössere Wärmemenge auf beträchtlich höherem Temperaturniveau. Diese Wärme wird im nachfolgenden SO3-Absorber in Säurewärme von relativ hohem Temperaturniveau umgewandelt und kann durch Wärmeaustausch aus der Absorbersäure mit einem Kühlmedium gewonnen werden. Dieser Gewinn an Wärme auf hohem Temperaturniveau ergibt sich ebenfalls aus dem Vergleich der Wärmeverluste im Säurekühler des Oleum-Erzeugers, in dem minderwertige Wärme auf niedrigem Temperaturniveau anfällt, die praktisch nicht zu verwerten ist. Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass eine Oleum Erzeugung unter Erzeugung eines hohen Wärmeüberschusses mit hohem Temperaturniveau im Kontaktsystem möglich ist und damit eine wirtschaftliche Verwertung der überschüssigen Wärme erfolgen kann.

Claims: Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung von Schwefelsäure und Oleum durch katalytische Umsetzung von SO2 zu SO3, Kühlung der SO3-haltigen Gase, Absorption eines Teils des SO3-Gehaltes in einem Oleum-Erzeuger und anschliessende heisse Absorption des restlichen SO3-Gehaltes in konzen trierter Schwefelsäure in einem Absorber, dadurch gekenn zeichnet, dass ein Teilstrom der SO3 -haltigen Gase in den Oleum-Erzeuger geleitet wird, der Teilstrom vor dem Ein tritt in den Oleum-Erzeuger im indirekten Wärmeaustausch mit dem aus dem Oleum-Erzeuger austretenden Teilstrom ab gekühlt wird, der aufgeheizte Teilstrom mit dem restlichen S03-haltigen Gas gemischt und in den Absorber geleitet wird und die überschüssige Wärme des Säurekreislaufs des Absorbers verwertet wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilstrom der S03-haltigen Gase vor dem Eintritt in den Oleum-Erzeuger auf 120 bis 160 C abgekühlt und der aus dem Oleum-Erzeuger austretende Teilstrom auf 100 bis 150 C aufgeheizt wird. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oleum-Erzeugung zwischen zwei Kontaktstufen erfolgt und der aus dem Oleum-Erzeuger austretende aufge heizte Teilstrom nach der Mischung mit dem restlichen S03-haltigen Gas in den Zwischenabsorber geleitet wird. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der indirekte Wärmeaustausch direkt oberhalb des Oleum-Erzeugers durchgeführt wird. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das nicht in den Oleum-Erzeuger gelei tete restliche SO3-haltige Gas den aus dem Oleum-Erzeu ger austretenden, aufgeheizten Teilstrom zunächst im indi rekten Wärmeaustausch weiter aufheizt und dann mit diesem vermischt wird. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Oleum-Absorption in dem Oleum Erzeuger in übereinander angeordneten Stufen im Gegenstrom durchgeführt wird und in die - gasseitig gesehen - erste Stufe 50 bis 80 % der Säure eingeleitet und der Rest in die folgende oder folgenden Stufen eingeleitet wird.

Inventors: DORR, KARL-HEINZ, GERKEN, RUDOLF, DR., GRIMM, HUGO, LAILACH, GUNTER, DR., Dörr, Karl-Heinz, Lailach, Günter, Dr.
Applicants: BAYER AG, METALLGESELLSCHAFT AG
Application year: 1984
Main classification: C01B17
IPC codes: C01B17