CS200999B1

CS200999B1 - Method of sulphur trioxide absorption in the production of sulphuric acid by contact process

Info

Publication number: CS200999B1
Application number: CS210679A
Authority: CS
Inventors: Frantisek Cermak; Jaroslav Pozivil
Original assignee: Frantisek Cermak; Jaroslav Pozivil
Priority date: 1979-03-29
Filing date: 1979-03-29
Publication date: 1980-10-31

Description

Vynález se týká absorpce kysličníku sírového při výrobě kyseliny sírové kontaktním způsobem.The invention relates to the absorption of sulfur trioxide in the production of sulfuric acid by a contact process.

Při výrobě kyseliny sírové kontaktním způsobem se nejprve oxiduje síra nebo jiná, síru obsahující surovina, vzdušným kyslíkem za vzniku plynu, který obsahuje kysličník siřičitý. V další fázi se kysličník siřičitý oxiduje v kontaktních tělesech, na kysličník sírový. Obě reakce, jak příprava kysličníku siřičitého, tak jeho oxidace na kysličník sírový, jsou silně exotermní. Uvolněné teplo se zčásti užitečně využívá zpravidla k výrobě páry, jednak přímo v parních kotlích, dále k předehřívání napájecí vody v ekonomizérech, k přehřívání páry v přehřívačíčh a podobně. Po oxidaci kysličníku siřičitého v kontaktních tělesech se konverzní plyn, obsahující kysličník sírový, vede do absorbéru nebo obsorbérů /absorpčního systému/, kde se z něj absorpcí ve zředěné kyselině sírové vyrábí kyselina sírová. Při absorpci kysličníku sírového se uvolňuje teplo, které se absorpčním kyselinám odebírá v chladičích, avšak při vynaložení značných nákladů. Čím teplejší je plyn, obsahující kysličník sírový, který se vede do absorpce, tím méně tepla lze užitečně využít v zóně přípravy kysličníku siřičitého a jeho oxidace a tím více tepla se musí odebrat aosorpčním kyselinám.In the production of sulfuric acid by the contact process, sulfur or other sulfur-containing raw material is first oxidized with air oxygen to form a gas containing sulfur dioxide. In the next phase, sulfur dioxide is oxidized in the contact bodies, to sulfur trioxide. Both reactions, both the preparation of sulfur dioxide and its oxidation to sulfur trioxide, are strongly exothermic. In some cases, the released heat is usefully used to produce steam, either directly in steam boilers, to preheat feed water in economizers, to overheat steam in superheaters, and the like. After oxidation of the sulfur dioxide in the contact bodies, the sulfur dioxide-containing conversion gas is passed to an absorber or absorbers (absorption system) where sulfuric acid is produced by absorption in dilute sulfuric acid. The absorption of sulfur trioxide releases heat, which is absorbed by the absorption acids in coolers, but at considerable expense. The warmer the sulfur-containing gas to be absorbed, the less heat can be usefully utilized in the sulfur dioxide preparation and oxidation zone, and the more heat must be removed from the aosorbent acids.

V současnýcn výrobnách kyseliny sírové se plyn obsahující kysličník sírový vedeIn today's sulfuric acid plants, the sulfur dioxide-containing gas is passed

200 999 do absorbérů při teplotách pohybujících se okolo 200 °C, a tak se musí v chladičích absorbérů mařit značná část reakčního tepla oxidace kysličníku siřičitého.200 999 C to absorbers at temperatures of about 200 ° C, and so much of the reaction heat of sulfur dioxide oxidation must be thwarted in the absorber coolers.

Uvedené nedostatky odstraňuje podle vynálezu způsob absorpce kysličníku sírového při výrobě kyseliny sírové kontaktním způsobem. Jeho podstata spočítá v tom, že se směs plynů, obsahující kysličník sírový, ochladí na teplotu 140 až 180 °C a pak se podrobí absorpci kysličníku sírového zředěnou kyselinou sírovou.According to the invention, the above-mentioned drawbacks are overcome by the method for the absorption of sulfur trioxide in the production of sulfuric acid by the contact method. Its essence consists in cooling the gas mixture containing sulfur trioxide to a temperature of 140-180 ° C and then subjecting it to the absorption of sulfur trioxide with dilute sulfuric acid.

Způsob absorpce kysličníku sírového podle vynálezu umožňuje na jedné straně využit větěí část reakčnich tepel přípravy kysličníku siřičitého a jeho oxidace na kysličník sírový k výrobě páry a na straně druhé umožňuje snížit náklady na chlazení absorpčních kyselin. Vede ke snížení teplosměnné plochy chladičů absorpčních kyselin, snížení spotřeby chladicí vody a snížení spotřeby elektrické energie v chladicích okruzích k pohonu čerpadel, popřípadě ventilátorů v chladicích věžích. Teplosměnné plocha aparátu, kde se bude teplo užitečně využívat, se přirozeně musí zvětšit.The sulfur dioxide absorption method of the present invention allows, on the one hand, much of the reaction heat of the sulfur dioxide preparation and its oxidation to sulfur trioxide to be utilized to produce steam, and, on the other hand, reduces the cooling costs of the absorption acids. It leads to a reduction of the heat exchange surface of the absorption acid coolers, a reduction in the cooling water consumption and a reduction in the electricity consumption in the cooling circuits to drive the pumps or fans in the cooling towers. Naturally, the heat transfer surface of the apparatus where the heat will be usefully used must increase.

Analýzou a vyhodnocením řady údajů o parciálním tlaku vody nad kyselinou sírovou v závislosti na teplotě a koncentraci kapalné fáze, rozborem řady simulačních výpočtů na chemicko-inženýrském modelu protiproudého sušení plynů a měřením bylo zjištěno, že za provozních podmínek výroben kyseliny sírové kontaktním způsobem obsah zbytkové vody v konverzním plynu nepřekročí 0,1 g/Nm³, vztaženo na normální podmínky. Tomuto obsahu vody pak odpovídá kondenzační teplota kyseliny sírové pod 100 °C a tak je umožněno snížit teplotu konverzního plynu před vstupem do absorbérů. Snížení teploty konverzního plynu je umožněno rovněž tím, že v současných moderních výrobnách kyseliny sírové je podstatně méně výrobních zastávek, při kterých zařízení chladne a dochází k jeho korozi. Rovněž nechtěné úniky vody do systému jsou vzácnější. Moderní konstrukce a zapojení výměníků tepla a potrubí rovněž snižuje možnost vzniku studených koutů se sníženou rychlostí proudění plynu, kde je zvýšené riziko kondenzace kyseliny sírové.By analyzing and evaluating a series of data on the partial pressure of water over sulfuric acid as a function of the temperature and concentration of the liquid phase, by analyzing a series of simulation calculations on a chemical engineering countercurrent gas drying model and measuring in the conversion gas shall not exceed 0,1 g / Nm ³ , based on normal conditions. The condensation temperature of the sulfuric acid below 100 ° C corresponds to this water content, thus allowing the temperature of the conversion gas to be reduced before entering the absorbers. The lowering of the temperature of the conversion gas is also made possible by the fact that in today's modern sulfuric acid plants there are considerably fewer production stops at which the plant cools down and corrects it. Also, unwanted water leaks into the system are rarer. The modern design and connection of heat exchangers and piping also reduces the possibility of cold corners with reduced gas velocities where there is an increased risk of sulfuric acid condensation.

Vynález je blíže vysvětlen na dále uvedeném příkladu a podle připojeného výkresu, na němž je nakresleno schéma zapojení výroby kyseliny sírové.The invention is explained in more detail in the example below and in the accompanying drawing, in which a circuit diagram of the production of sulfuric acid is shown.

Kapalná síra 1 se spaluje v peci 4 ^v proudu vzduchu 2, který byl předtím vysušen v sušičovém absorbérů J. Vzniklý plyn, obsahující kysličník siřičitý, se reakčním teplem ohřeje na teplotu přibližně 1150 °C. Plyn z pece 4 na síru 1 se vede do parního kotle 5» ^se ochlazuje na teplotu přibližně 425 °C a vyrábí se pára o tlaku 2,3 MPa. Siřičitý plyn se dále vede přes filtr do kontaktního reaktoru, kde se ve dvou stupních oxiduje kysličník siřičitý na kysličník sírový. První stupeň 6 se skládá ze třech vrstev vanádičného katalyzátoru, ve druhém stupni oxidace 10 je upravena jedna vrstva. Ve vrstvě katalyzátoru se plyn ohřeje reakčním teplem oxidace kysličníku siřičitého a proto se před vstupem do druhé vrstvy chladí v prvním výměníku tepla a za druhou vrstvou se chladí ve druhém výměníku tepla, v obou případech chladnějším plynem z vložené absorpce.The liquid sulfur 1 is combusted in the furnace 4 ^{in a} stream of air 2 which has been previously dried in a dryer absorber J. The resulting sulfur dioxide-containing gas is heated to about 1150 ° C by reaction heat. The gas from the sulfur furnace 4 is fed to a steam boiler 5 ^, cooled to a temperature of approximately 425 ° C, and steam is produced at a pressure of 2.3 MPa. Further, the sulfur gas is passed through a filter to a contact reactor where the sulfur dioxide is oxidized to sulfur trioxide in two stages. The first stage 6 consists of three layers of vanadium catalyst, in the second oxidation stage 10 one layer is provided. In the catalyst layer, the gas is heated by the heat of reaction of the oxidation of sulfur dioxide and is therefore cooled in the first heat exchanger before entering the second layer and downstream of the second layer in the second heat exchanger, in each case cooler gas from the embedded absorption.

Za třetí vrstvou vanadového katalyzátoru se plyn ochlazuje ve třetím výměníku tepla na teplotu asi 410 °C plynem z vložené absorpce a potom ve čtvrtém výměníku tepla 8After the third layer of vanadium catalyst, the gas is cooled in a third heat exchanger to a temperature of about 410 ° C by the gas from the embedded absorption and then in the fourth heat exchanger 8.

200 99 na teplotu 140 až 180 °C. Teplem konversního plynu se ve čtvrtém výměníku tepla 8 předehřívá vzduch ze sušiče J, který se vede do pece na síru z teploty asi 50 °C na teplotu asi 350 °C. Čím vyšší je teplota vzduchu vedeného do pece £ na síru 1, tím vyšší je teplota siřičitého plynu za pecí £ a tím více páry je možno vyrobit v parním kotli 2, protože teplota plynu za parním kotlem £ je udržována na pevné hodnotě, která je přibližně rovna optimální vstupní teplotě do vrstvy vanadového katalyzátoru, při kte ré je stupeň přeměny kysličníku siřičitého na kysličník sírový maximální.200 99 to 140-180 ° C. The heat of the conversion gas preheats the air from the dryer J in the fourth heat exchanger 8, which is fed to a sulfur furnace from a temperature of about 50 ° C to a temperature of about 350 ° C. The higher the temperature of the air fed to the sulfur furnace 1, the higher the temperature of the sulfur gas downstream of the furnace 4 and the more steam can be produced in the steam boiler 2 since the gas temperature downstream of the steam boiler is maintained at a fixed value. equal to the optimum inlet temperature of the vanadium catalyst layer at which the degree of conversion of sulfur dioxide to sulfur trioxide is maximum.

Konverzní plyn ze čtvrtého výměníku tepla 8 se vede do vloženého absorbéru 2» Ede se kysličník sírový absorbuje ve zředěné kyselině sírové v protiproudém výplňovém absorbéru. Absorpční kyselina se v absorbéru ohřívá z asi 60 °C na teplotu asi 105 °C.The conversion gas from the fourth heat exchanger 8 is fed to the in-line absorber 2. The sulfur trioxide is absorbed in the dilute sulfuric acid in a countercurrent packing absorber. The absorbent acid is heated from about 60 ° C to about 105 ° C in the absorber.

Za absorbérem 2 se pak po zředění chladí ve sprchovém chladiči. Plyn z vložené absorpce se postupně ohřeje v prvním, druhém a třetím výměníku tepla a vede se do čtvrté vrstvy katalyzátoru, kde se podrobí druhé oxidaci dosud nezřeagováného kysličníku siřičitého. Za čtvrtou vrstvou katalyzátoru se teplo plynu využívá v ekonomizéru 11 k předehřívání napájecí vody 2 parního kotle J5. Plyn se ochladí až na 140 až 180 °C a vede se do konco vé absorpce 12, kde se v protiproudém sprchovém výplňovém absorbéru vyabsorbuje kysličník sírový. Absorpční kyselina se ohřívá absorpčním a zřeSovacím teplem z teploty asi 65 °C na asi 85 °C. Ve sprchovém chladiči se pak absorpční kyselina chladí na původní teplotu.After the absorber 2, it is then cooled in the shower cooler after dilution. The embedded absorption gas is successively heated in the first, second and third heat exchangers and passed to a fourth catalyst layer where it is subjected to a second oxidation of the unreacted sulfur dioxide. After the fourth catalyst layer, the heat of the gas is used in the economizer 11 to preheat the feed water 2 of the steam boiler. The gas is cooled down to 140-180 [deg.] C. and passed to the final absorption 12 where sulfur trioxide is absorbed in the counter-flow shower absorber. The absorbent acid is heated from about 65 ° C to about 85 ° C by the absorption and dilution heat. The absorption acid is then cooled to the original temperature in the shower cooler.

Na příkladu provozování absorpce kysličníku sírového podle vynálezu je zřejmé, že snížením teploty konverzního plynu ze 200 °C na 140 až 180 °C je umožněno odebrat plynu, proudícímu z 1. stupně oxidace 6 do vložené absorpce 2 ve čtvrtém výměníku tepla 8 více tepla a užitečně ho využít k předehřátí vzduchu 2 do pece 4, a tak vyrobit více páry v parním kotli 2 ^za P®cí. Snížením teploty plynu tekoucího z 2. stupně oxidace 10 do koncové absorpce 12 je umožněno odebrat mu více tepla v ekonomizéru 11, a tak zvýšením teploty a množství napájecí vody 2 zvýšit výrobu páry v parním kotli £. Na druhé straně se snižuje množství tepla vneseného konverzním plynem do vloženého absorbéru 2 ^a koncového absorbéru 12, a tak se snižují náklady na chlazení absorpčních kyselin ve sprchových chladičích.By way of example, operating the absorption of sulfur trioxide according to the invention, it is evident that by reducing the temperature of the conversion gas from 200 ° C to 140 to 180 ° C it is possible to remove more heat from the 1st oxidation stage 6 into the interposed absorption 2. usefully to use it to preheat the air 2 to the furnace 4 and thereby produce more steam in the steam boiler 2 ^{behind the} furnace. By lowering the temperature of the gas flowing from the second oxidation stage 10 to the final absorption 12, it is allowed to extract more heat in the economizer 11 and thus increase the temperature and amount of feed water 2 to increase steam production in the steam boiler. On the other hand, the amount of heat introduced by the conversion gas into the intermediate absorber 2 ^{and the} end absorber 12 is reduced, thus reducing the cost of cooling the absorption acids in the shower coolers.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

A process for the absorption of sulfuric acid in the production of sulfuric acid by the contact method, characterized in that the gas mixture containing sulfuric oxide is cooled to a temperature of 140-180 ° C and then subjected to the absorption of sulfuric oxide with dilute sulfuric acid.