DD207182A1 - Verfahren zur herstellung von schwefeltrioxid - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Verarbeitung von schwefelhaltigen Gasen, insbesondere auf ein Verfahren, zur Herstellung von Schwefeltrioxid. Der vorliegenden Erfindung wurde die Aufgabe zugrundegelegt, ein Verfahren zur Herstellung von Schwefeltrioxid durch die Veraenderung der technologischen Parameter des Prozesses zu entwickeln, welches hohe technisch-oekonomische Kennwerte aufweist und es moeglich macht, Gase konstanter und zeitlich wechselnder Zusammensetzung mit einem Schwefeldioxidgehalt von 0,6 bis 15-VOL.-% zu verarbeiten. Das Verfahren zur Herstellung von Schwefeltrioxid besteht in der Oxydation von Sc hwefeldioxid in festangeordneter Katalysatorschicht bei periodischer alle 10 bis 200 Minuten vorgenommener Umkehrung des sich in der Katalysatorschicht bewegenden Stromes des Reaktionsgemisches, welches Schwefeldioxid enthaelt, oder bei der Veraenderung der Temperatur dieses Reaktionsgemisches vor der Katalysatorschicht von 20 bis 200 Grad auf 350 bis & Grad waehrend 10 bis 200 Minuten. Die vorliegende Erfindung kann bei der Schwefelsaeureproduktion Anwendung finden.

Description

Berlin, den 13.5.1982 WP C 01 B/234 160/8 341 6 0 8 -59 892/11/39

Verfahren zur Herstellung von Schwefeltrioxid

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Verarbeitung von schwefelhaltigen Gasen, insbesondere auf ein Verfahren zur Herstellung von Schwefeltrioxid« Die vorgeschlagene Erfindung kann bei der Schwefelsäureproduktion Anwendung finden,»

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen .

Die gegenwärtig bekannten Verfahren zur Herstellung von Schwefeltrioxid durch Oxydation von Schwefeldioxid / unter anschließender Herstellung von Schwefelsäure / werden in Kontaktapparaten mit mehreren₉ meistens mit vier oder fünf adiabatischen Katalysatorschichten mit eingebauten oder Außenwärmeaustauschern zwischen den Schichten durchgeführt« Das Ausgangsgas tritt in den Kontaktapparat mit einer Temperatur von 20 bis 100 ⁰G und" wird in den Wärmeaustauschern durch das umgesetzte Gas auf die Temperatur des Reaktionsbeginns an der ersteh Katalysatorschicht, 390 bis 440 ⁰G , erhitzt* Eine besonders intensive Oxydation erfolgt an der ersten Schicht, in der der Umwandlungsgrad 0,7 bis 0,8 erreicht und das Gas aus dem Katalysator mit einer Temperatur um 600 ⁰C austritt» Die Temperaturführung beim Betrieb des Apparates an allen Katalysatorschichten hält man konstant, Nach den genannten Verfahren oxydiert man Gase mit einem Gehalt an Schwefeldioxid von 7,5 bis 12 VoI.-%₉ die man entweder durch Verbrennung des elementaren Schwefels oder Rösten von schwefelhaltigen Erzen erhalte

( Siehe "Handbuch des Schwefelsäurewerkers", veröffentlicht im Jahre 1971, Verlag "Ghimia" (Moskau); siehe

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Die Realisierung solcher Verfahren erfordert eine komplizierte konstruktive Ausführung der Kontakt apparat e» Die bestehenden Verfahren machen es auch möglich, Schwefeltrioxid aus den Abgasen, beispielsweise in der Buntmetallurgie, mit einem Gehalt derselben an Kohlendioxid von 3»5 bis 7 VoI·-% zu erhalten» Dabei wird die Oberfläche der Wärmeaustauscher in den iiontaktapparaten bedeutend größer.

Zur Oxydation von Gasen mit einem Gehalt an Schwefeldioxid von weniger als 3»5 VoI.-% ist ständige Wärmezufuhr notwendig, wozu man als Brennstoff Masut oder Erdgas verwendet. Gase mit einem Gehalt an Schwefeldioxid von weniger als 2 bis 2,5 Vol.-% werden meistenteils nicht verarbeitet, weil der Prozeß wirtschaftlich nicht vertretbar wird, und solche Gase werden in die Atmosphäre geleitet, wodurch die Umwelt belastet und verunreinigt wird·

Gase mit einem Gehalt an Schwefeldioxid von mehr als 12 Vol.-/*» werden an den bestehenden Katalysatoren infolge hoher ^rund dauernder überhitzungen des Katalysators in der Reaktionszone (über 650 ⁰G) nicht verarbeitet.

Es ist praktisch unmöglich, ohne spezielle Maßnahmen nach den bestehenden Verfahren die Abgase in der Buntmetallurgie mit wechselnder Zusammensetzung des Schwefeldioxids, die sich in kurzen Zeitabständen verändert, zu verarbeiten. Aus dem oben gesagten geht hervor, daß die bekannten Verfahren kompliziert in der apparativen Gestaltung sind und es nicht möglich machen, Gase mit niedrigem, wechselndem und hohem Gehalt an Schwefeldioxid in einem Bereich konstanter und zeit-

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lieh veränderlicher Konzentrationen zu verarbeiten.

Ziel der Erfindung

Ziel der vorliegenden Erfindung ist ea_? ein Verfahren sur Herstellung von Schwefeltrioxid zu entwickeln! welches hohe technisch-ökonomische Kennwerte aufweist und es möglich macht, Gase konstanter und zeitlich wechselnder Zusammensetzung mit einem Schwefeldioxidgehalt von O₉G bis 15 Vol»-% zu. verarbeiten»

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Schwefeltrioxid durch die Veränderung der technologischen Parameter des Prozesses zu entwickeln, welches hohe technisch-ökonomische Kennwerte aufweist und es möglich machts Gase konstanter und seitlich wechselnder Zusammensetzung mit einem Schwefeldioxidgehalt von 0_$6 bis 15 Vole-% zu verarbeiten»

Diese'.Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von Schwefeltrioxid durch Oxydation von Schwefeldioxid in festgeordneter Katalysatorschicht_s in dem man erfindungsgemäß die Oxydation bei periodischer, alle 10 bis 200 Minuten vorgenommener Umkehrung des sich in der Katalysatorschicht bewegenden Stroms des Reaict ionsgemiöches₈ welches Schwefeldioxid enthält, oder bei der Veränderung der Temperatur des Reaktionsgemisches vor der Katalysatorschicht von 20 bis 200 ⁰G auf 390 bis 600 ⁰G während 10 bis 200 Minuten durchführte

Die Durchführung der Oxydation unter den oben genannten Bedingungen macht es möglich^ einfache und billige Konstruk-

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tionen der Kontaktapparate zu entwickeln₈ ihre Metallintensität gegenüber den bestehenden um das 10- bis 2Ofache zu senken und gleichzeitig deren Betriebssicherheit zu erhöhen. Es wird außerdem möglich, Schwefeldioxid in einem breiten Bereich konstanter und zeitlich wechselnder Konzentrationen enthaltende Gase zu verarbeiten. So ist es beispielsweise möglich, ohne zusätzliche 'Wärmezufuhr Gase mit einem Schwefeldioxidgehalt von 0,6 bis 2,5 Vol.-% zu verarbeiten, die in die Atmosphäre geleitet werden. Ein solches Verfahren zur Oxydation führt man zweckmäßigerweise bei zeitlich wechselndem Gehalt des Reaktionsgemisches an Schwefeldioxid von 0,6 bis 5 VoI·-% oder von 2 bis 9 VoI·-% bei beliebig niedrigen Anfangstemperaturen des Ausgangsreaktionsgemisches durch..

Hier und weiter nach dem Text versteht man unter dem 'JAusgangsreaktionsgemisch" Gas an dem Eintritt in den Kontaktapparat und an dem Eintritt in die Reaktionszone, welches unumgesetztes Schwefeldioxid enthält, unter dem "Reaktionsgemisch" Gase, welche sowohl Schwefeldioxyd als auch Schwefeltrioxid enthalten und sich im Bereich des Beginns und des Endes der chemischen Reaktion befinden, unter dem "umgesetzten Reaktionsgemisch" Gase am Austritt aus der Reaktionszone und dem Kontaktapparat, welche vorwiegend Schwefeltrioxid enthalten.

Das Verfahren wird vorzugsweise wie folgt durchgeführt: Man führt beispielsweise dem auf eine Temperatur von 500 ⁰G erhitzten Katalysator ein Ausgangsreaktionsgemiüch mit einem Schwefeldioxidgehalt von 1,0 oder 10 Vol.-% mit einer Temperatur von 20 ⁰G zu. Durch den direkten Kontakt mit dem er- ^!hitzten Katalysator erhitzt sich das Gemisch und es setzt nach dem Erreichen der Temperatur des Reaktionsbeginns 390 ⁰C

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die Oxydationsreaktion ein» Dabei wird sich, der Katalysator von der Seite des Eintritts des Ausgangsreaktionsgemisch.es unter Wärmeabgabe auf die Temperatur des Gemisches abkühlen und dadurch die Rolle des Regenerators erfüllen. Durch einen solchen Mechanismus der Wärmeübertragung in Längsrichtung der Katalysatorschicht entsteht eine wandernde Wärmefront (Reaktionszone), deren Temperaturprofil durch die Anfangskonzentration des Schwefeldioxids und andere Parameter bestimmt wird.

Damit die wandernde Wärmefront der Reaktion aus der Katalysatorschicht nicht "hinaustritt", muß man periodisch den Strom des Ausgangsreaktionsgemisch.es während beispielsweise 60 Minuten umkehren. Dabei beginnt sich wieder der an die Stelle des Einleitens des Ausgangsreaktionsgemisches anrenzende Bereich der Katalysatorschicht abzukühlen, und die Wärmefront beginnt in der entgegengesetzten Richtung zu wandern. Das Fehlen einer längeren Überhitzung des Katalysators bei der Verarbeitung von Gasen mit einem hohen Gehalt an Schwefeldioxid, beispielsweise bis 15 Vol.-;«, sowie der intensive Verlauf der chemischen Reaktion bei der Verarbeitung von Gasen mit niedrigem Gehalt an Schwefeldioxid, beispielsweise 0,6 bis 2,5 Vol.-%, wird durch die Wahl einiger technologischer Parameter, durch die lineare Geschwindigkeit, die Umschaltdauer u. a. m. gewährleistet.

Das erfindungsgemäße Verfahren der Durchführung des Prozesses vermeidet die Anordnung von Wärmeaustauschern oder zusätzlicher Wärmequellen zur Erhitzung des Ausgangsreaktionsgemisches, weil die Katalysatorschicht selber die Rolle der Regeneratoren erfüllt, indem sie abwechselnd das Ausgangsreaktionsgemisch erhitzt und das umgesetzte Gemisch abkühlt© Bei einem solchen Verfahren zur Oxydation des Schwefel-

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dioxids stellt sich in der Schicht eine Temperaturfiihrung ein_s die der theoretisch optimalen nahe liegt, waa einen hohen Grad der Umwandlung des Schwefeldioxids in Schwefeltroxid in einer Katalysatorschicht gewährleistet*

Wir schlagen eine zweite Variante der Reproduktion des Prozesses vor, die man in der Katalysatorschicht bei periodischer Veränderung der Temperatur des Ausgangsreaktionsgemisches von 20 bis 200 ⁰G auf 390 bis 600 ⁰C durchfuhren kann. Wenn.an den Eintritt in die Katalysatorschicht ein Ausgangsreakfcionsgemisch mit hoher Temperatur, beispielsweise 420 ⁰G, gelangt, so bildet sich in dem Anfangsbereich der Katalysatorschicht ein Temperaturenprofil heraus, in dem die chemische Umwandlung abläuft. Die Erniedrigung der Temperatur des Ausgangsgemiaches auf die minimalen Werte₉ beispielsweise auf 20 ⁰G, kühlt den an die Stelle des Einleitens angrenzenden Katalysator ab. In der Schicht bildet sich eine nach dem Austritt hin wandernde Wärmefront heraus, wo die chemische Umwandlung abläuft« Zu dem Zeitpunkt, der dem Vorliegen der Wärmefront am Eintritt des Reaktionsgemisches entspricht, erhöht man die Temperatur des Ausgangsreaktionsgetuisches wieder auf die maximalen Werte, und es bildet sich in dem Anfangsbereich der Schicht wieder ein Gebiet hoher Temperaturen, wo die chemische Umwandlung abläuft. Dann senkt man wieder die Anfangstemperatur, und es tritt in der Schicht wieder eine Wärmefront auf, die die eben aus der Schicht "ausgetretene" Front gleichsam ersetzt» Bei einem solchen Verfahren der Durchführung der Oxydation des Schwefeldioxids stellt sich in der Katalysatorachicht im Durchschnitt dem theoretischen nahes Temperaturenprofil ein, was einen Umwandlungsgrad des Schwefeldioxids in Schwefeltrioxid bis 0,98 in einer Katalysatorschicht gewährleistet»

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In der beiliegenden Zeichnung ist das Prinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens näher erläutert.

Pig. 1: zeigt ein Schema der Oxydation des Ausgangsreaktionsgemi3ches in einer adiabatiachen Katalysatorschicht i

Pig, 2: zeigt ein Oxydationsschema bei veränderter Temperatur;

Pig. 3ϊ zeigt ein weiteres Oxydationsschema bei veränderter Temperatur·

Pig. 1 zeigt ein Schema der Oxydation des Ausgangsreaktionsgemisches in einer Katalysatorschicht. Dem Katalysator A, der auf eine Temperatur von 500 ⁰C vorerhitzt wurde, führt man beispielsweise ein Ausgangsreaktionsgemisch mit einem Gehalt an Schwefeldioxid von 3,5 Vol.-'/o mit einer Temperatur von 20 ⁰C in der durch die ausgezogenen Pfeile angedeuteten Richtung zu. Dabei sind die Ventile 2 geöffnet und die Ventile 3 geschlossen. Beim Eintritt des Gemisches mit einer Temperatur von 20 ⁰O in den erhitzten Katalysator A wird daa Ausgangsreaktionsgemisch auf die Temperatur des Reaktionsbeginn 390 ⁰G erhitzt, wodurch in Längsrichtung der Schicht entsprechend der fortschreitenden Reaktion eine Wärmefront a-, entsteht, Hach 60 Minuten erreicht die Wärmefront a-, den Abschnitt ap· Dabei entsteht vor der in der Piltrationsrichtung wandernden Wärmefront a-^ eine Zone des auf die Temperatur des Ausgangsreaktionsgemisches 20 ⁰G abgekühlten Katalysators A. Nach 60 Minuten nimmt man eine schnelle und gleichzeitige Umschaltung der Ventile 2 und im entgegengesetzten Sinne vor und kehrt den Strom des Ausgangsreaktionsgemisches um (punktierte Pfeile), Dann wandert

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die Reaktionswärmefront ag in entgegengesetzter Richtung und wird nach weiteren 60 Minuten den Abschnitt a-^ einnehmen, wonach sich der vollständige Zyklus, der 120 Minuten dauert, wiederholt, indem ein kontinuierliches Austreten des umgesetzten Reaktionsgemische aus der Katalysatorschicht bewirkt wird.

Aus Pige 1 ist zu ersehen, daß bei der Wanderung der Wärme» front a in den Bereich a-, und a» vor dieser und nach dieser Katalysatorzonen bleiben, die sich an der chemischen Reaktion nicht beteiligen, sondern die Rolle der Regeneratoren erfüllen, das Ausgangsreaktionsgemisch von der Eintrittstemperatur 20 ⁰G auf die Temperatur des Reaktionsbeginns ständig erhitzen und das umgesetzte Reaktionsgemisch durch die Abgabe der Reaktionswärme an den auf eine Temperatur von 20 ⁰G abgekühlten Katalysator A ständig abkühlen,

Fig. 2 zeigt ein Oxydationsschema, das bei einer Veränderung der Temperatur des Gemisches von 20 bis 200 ⁰G auf 390 bis 600 ⁰C während 10 bis 200 Ivlinuten durchgeführt wird_e Nach diesem Schema erfolgt die Zufuhr des Ausgangsreaktionsgemisches zur Katalysatorschicht in einer Richtung» In dem in zwei gleiche Teile A.. und Ag geteilten Katalysator wandert die Reaktionswärmefromt abwechselnd aus dem Bereich a-, in den Bereich a^ und dann nach dem Schema ap-a.j-ap-a.j-ap-a,. usw. Die Wanderung der 'ViI arme front a.. in den Bereich ap und umgekehrt erfolgt durch abwechselnde Umschaltung der Ventile 1 bis 6. Dabei wird das umgesetzte Reaktionsgemisch aus der Katalysatorschicht in der durch die Pfeile angedeuteten Richtung herausgeleitet. Man führt beispielsweise das Ausgangsreaktionsgemisch mit einem Gehalt an Schwefeldioxid ^:von 9 Vol.-% mit einer Temperatur von 7O⁰G dem auf eine

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Temperatur von 500 ⁰C vorerhitzten Katalysator A-, in der durch die ausgezogenen Pfeile angedeuteten Richtung zu. Die entstandene Wärmefront beginnt aus dem Bereich a-, in den Bereich. a₂ zu wandern. Dabei sind die Ventile 1; 3 und 5 geöffnet und die Ventile 2; 4 und 6 geschlossen. Nach einem Zeitintervall von etwa 100 Minuten (die Zeit des Halbzyklus) geht das Reaktionsgemisch mit einer Temperatur von 500 ⁰C in den nichterhitzten Teil der Schicht Ap über. Zu diesem Zeitpunkt beginnt man gleichzeitig die Ventile 1; 3 zu schließen, das Ventil 2 zu öffnen und das Ausgangsreaktionsgemisch mit einer Temperatur von 70 ⁰C dem Teil der Schicht A₂ zuzuführen, Nach dem vollständigen Schließen der Ventile 1; 3 und dem vollständigen Öffnen des Ventila 2 werden gleichzeitig die Ventile 4> 5 und 6 betätigt. Dabei wird das Ventil 5 geschlossen, die Ventile 4 und 6 werden geöffnet, und man führt das umgesetzte Reaktionsgemisch aus dem Teil der Schicht A₂ dem Teil A-, zu und leitet aus dem Katalysator A heraus (punktierte Pfeile)« Bei dem Übergang der Wärmefront aus dem Bereich a, in den Bereich a₂ (und umgekehrt) beobachtet man abwechselnd sowohl in den oberen als auch den unteren Zonen der Teile der Schicht A, und Ap deren Umspülung durch die wandernde Wärmefront, und ihre Temperatur steigt von 70 ⁰G auf die maximale Temperatur 600 ⁰C beziehungsweise sinkt von 600 ⁰C auf 70 ⁰C. Dabei wird der Mechanismus der Wanderung der Wärmefront durch die Katalysatorschicht unter abwechselnder Bildung heißer und kalter Katalysatorzonen, die die Rolle der Wärmeaustauscher erfüllen, genauso wie dies in dem Schema in Fig. 1 angedeutet, durchgeführt. Bei aufeinanderfolgendem Umschalten der Ventile 1 bis 6 führt man kontinuierliche Bewegung der Warmefront nach dem Schema a-^ -. a₂ - a-^ - a₂ usw. in einer Richtung durch, indem man ein ebenfalls kontinuierliches Austreten des umgesetzten Reaktionsgemisches aus der Kataly-

r\ f\ Jk A f.

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satorschicht bewirkt»

In Fig, 3 ist ein anderes Schema der, Oxydation dargestellt, das ebenfalls bei einer Veränderung der Temperatur des Gemisches von 20 bis 200 ⁰C auf 390 bis 600 ⁰C während 10 bis 200 Minuten durchgeführt wird. Nach diesem Schema erfolgt die Zufuhr des Ausgangsreaktionsgeriiisches zu der Katalysator schicht ·, geteilt inzwei ungleiche Teile A^ und A₂, periodisch in zwei: Richtungen, Dabei dient der Teil der Schicht A₂ als periodischer "Zünder" für die Hauptschicht A-, wobei man die Temperatur des Gemisches am Eintritt in die letztere periodisch verändert. Man führt beispielsweise dem auf eine Temperatur von 500 ⁰G vorerhitzten Katalysator A-, und A₂ ein Ausgangsreaktionsgemisch mit einem Gehalt an Schwefeldioxid von 0,6 Vol.-# und einer Temperatur von 200 ⁰G in der durch die Pfeile angedeuteten Richtung zu (Fig_e 3a)» Dabei entstehen in jedem Teil der Schicht A. und A₂ zwei Wärmefronten a-, und b-,, die in entgegengesetzten Richtungen zu wandern beginnen. Das Ventil 1 ist geschlossen, das Ventil 3 geöffnet, und das Ventil 2 öffnet man nicht vollständig^ indem an eine langsame Bewegung der Wärmefront b·, (gegenüber der Bewegungsgeschwindigkeit a·, ) regelt. In einer Zeitperiode von 60 Minuten werden die Y/ärmefronten die Bereiche a₂ beziehungsweise b₂ erreichen (Fig, 3b), wonach man die Ventile 2 und 3 schließt, das Ventil 1 öffnet und das Ausgangsreaktionsgemisch in der durch die Pfeile angedeuteten Richtung zuführt. Dabei wird das mit dem Ausgangsreaktionsgemisch eintretende Schwefeldioxid in der Reaktionszone b₂ oxydiert, und da es in die Zone a₂ nicht gelangt, so wird dort die Reaktion zum Stillstand kommen, und die Wärmefront a₂ "tritt" aus der Schicht, Hach dem Erreichen nach Ablauf von 10 Minuten durch die Wärmefront b₂ des in Fig, 3a

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angedeuteten Bereiches spaltet sich diese in zwei Wärniefronten a·^ und b-, auf. In dieser Lage schaltet man die Ventile 1; 2 und 3 um, und der 70 Minuten dauernde Zyklus wiederholt sich· Dabei verändert man vor dem Teil der Katalysatorschicht An an der Stelle des Einleitens des Gemisches periedisch, nach 70 Minuten, die Temperatur des Katalysators von 200 ⁰C auf 390 bis 600 ⁰G, Bei aufeinanderfolgendem Umschalten der Ventile 1; 2 und 3 bewirkt man ein pulsierendes Zustandekommen und Abklingen der Wärme front a-,, was ein kontinuierliches Austreten des umgesetzten Reaktionsgemiaches aus der Katalysatorschicht gewährleistet. Dabei erfüllt der Teil der Kaüalysatorschicht A« periodisch die Rolle eines "Zünders".

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend an einigen Beispielen näher erläutert.

Beispiel 1

Ein bei der Verbrennung von Schwefel anfallendes Ausgangsreaktionsgemisch, welches zu 10,5 Vol,-% aus Schwefeldioxid, zu 10,5 Vol.-% aus Sauerstoff und zu 79 VoI·-% aus Stickstoff besteht, führt man einem Kontaktapparat mit einer adiabati-.sehen Katalysatorschicht zu (Fig. 1). Man verwendet einen Katalysator der folgenden Zusammensetzung: V₂Oc 6 bis 9 Gewichtsprozent, K₂O 10 bis 16 Gewichtsprozent, SO^ 8 bis 12 Gewichtsprozent, Träger SiO₂ alles übrige. Die Temperatur des Ausgangsreaktionsgemisches beträgt 20 G, die bedingte Kontaktdauer etwa 6 Sekunden, Vor dem Einleiten des Ausgangsreaktionsgemisches wird die Schicht auf eine Temperatur von 500 ⁰C erhitzt.

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In dem vorliegenden Beispiel erfolgt die Umkehrung des Stromes des Reaktionsgemisches (Pig. 1) durch die Veränderung der Stelle dessen Einleitung auf Herausleiten nach 40 Minuten. Nach weiteren 40 Minuten wird wiederum eine Umkehrung des Stromes des Aüsgangsreaktionsgemisches vorgenommen usw. Die Dauer eines Zyklus beträgt 80 Minuten. Der mittlere Umwandlungsgrad des Schwefeldioxids in Schwefeltrioxid während eines Zyklus beträgt 98₉3 %% was dem Betrieb unter stationären Bedingungen eines Kontaktapparates mit fünf adiabatischen Katalysatorschichten mit den zwischengeschalteten Wärmeaustauschern äquivalent ist«

Beispiel... 2- ; '' >^:\\': .".VV.-,. ;; ' ' ,' > ; V- ' '." :

Ein beim Rösten von Schwefelkies anfallendes Ausgahgsreaktionagemischg welches zu 7»5 VoI·-% aus Schwefeldioxide zu 10,5 VoI·-% aus Sauerstoff und zu 82 VoI·-% aus Stickstoff besteht β führt man einem Kontaktapparat mit einer adiabatischen Katalysatorschicht zu (Fig. 1)» Man verwendet einen Katalysator der in Beispiel 1 beschriebenen Zusammensetzung* Die Temperatur des Äusgangsreaktionsgemis ches beträgt 150 ⁰C, die bedingte Kontaktdauer etwa 5 Sekunden* Vor dem Einleiten des Ausgangsreaktionsgemisches wird die Schicht auf eiae Temperatur von 550 ⁰O erhitzt* Die Umkehrung des Stromes des Reaktionsgemisches erfolgt nach 55 Minuten. Die Dauer eines Zyklus beträgt 110 Minuten. Der mittlere Umwandlungsgrad des Schwefeldioxids in Schwefeltrioxid während eines Zyklus beträgt 98,5 %·

Beispiel 3

fiin bei der Verbrennung von Schwefel anfallendes Ausgangsreaktionsgemisch, welches zu 12 Vol.-% aus Schwefeldioxid, zu 11 Vol.-% Sauerstoff und zu 78 Vol.-% aus Stickstoff be-

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steht, führt man einem Kontaktapparat mit einer adiabatischen Katalysatorschicht zu· (Pig· V) Man verwendet einen Katalysator der in Beispiel 1 beschriebenen Zusammensetzung. Die Temperatur des Ausgangsreaktionsgemisches beträgt 20 ⁰C, die bedingte Kontaktdauer etwa 6 Sekunden, Vor dem Einleiten des Ausgangsreaktionsgemisches erhitzt man die Katalysatorschicht auf eine Temperatur von 500 ⁰C. Uach 30 Minuten erfolgt die Umkehrung des Stroms des Reaktionsgemisches, die Dauer des Zyklus beträgt 60 Minuten» Der mittlere Umwandlungsgrad des Schwefeldioxids in Schwefeltrioxid während eines Zyklus beträgt 98,1 %,

Beispiel 4

Das Verfahren wird analog zu Beispiel 1 mit dem Unterschied aber durchgeführt, daß die bedingte Kontaktdauer 7 Sekunden beträgt und der Zyklus 200 Minuten dauert· Der mittlere Unwvandlungsgrad während eines Zyklus beträgt 98,0 %.

Beispiel 5

Das Verfahren wird analog zu Beispiel 1 mit dem Unterschied aber durchgeführt, daß die bedingte Kontaktdauer 5 Sekunden beträgt und der Zyklus 10 Minuten dauert. Der mittlere Umwandlungsgrad während eines Zyklus beträgt 98,5 %·

Beispiel 6

Das Verfahren wird analog zu Beispiel 1 mit dem Unterschied aber durchgeführt, daß man ein aus 0,6 VoI,-% Schwefeldioxid, 5 Vol.-% Sauerstoff und 94,4 Vol,-% Stickstoff bestehendes Ausgangsreaktionsgemisch einem Kontaktapparat mit einer Katalysatorschicht zuführt. Die Dauer des Zyklus beträgt 60 Minuten, der mittlere Umwandlungsgrad während eines Zyklus 99,3 %·

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Beispiel J_x

Man verwendet ein Ausgangsreaktionsgemisch und einen Katalysator, wie sie in Beispiel T beschrieben sind. Die Schicht des Katalysators ist in zwei gleiche Teile geteilt, dessen Betriebsprinzip in der Erläuterung zu Fig· 2 beschrieben ist.

In dein vorliegenden Beispiel wird die Veränderung der Temperatur des Reaktionsgemisches vor der Katalysatorschicht und ihren Teilen A^ uad Ap durchgeführt (Pig. 2). Die summarische Katalysatormenge in beiden Teilen entspricht einer bedingten Kontaktdauer von 8 Sekunden, Der Schichtteil A.j wurde auf eine Temperatur von 500 ⁰G vorerhitzt« Die Temperatur des Ausgangsreaktionsgemisches an dem Eintritt in den Teil A^ beträgt 20 ⁰G. Das Reaktionsgemisch passiert den Schichtteil A-, beziehungsweise Ap, verläßt die letzteren und den Apparat mit einer Temperatur, die sich gleichmäßig von 20 auf 350 ⁰C (während eines Halbzyklus von 55 Minuten) erhöht, wonach die Umschaltung der Klappen in gleicher Reihenfolge, wie sie in der Beschreibung zu Fig_e 2 angeführt ist, vorgenommen wird· 35 Minuten nach dem Beginn des Zyklus erreicht die Temperatur des Reaktionsgemisches an dem Eintritt in den oberen.Schichtteil A« 250 ⁰C, nach weiteren 10 Minuten 280 ⁰C, nach weiteren 10 Minuten 320 C und zum Zeitpunkt des Halbzyklus 55 Minuten 350 ⁰C, Nach. der Umschaltung der Ventile nach Ablauf der genannten Halbzykluszeit von 55 Minuten führt man dem Schichtteil A₂ in der durch die punktierten Pfeile angedeuteten Richtung das Ausgangsreaktionsgemisch zu. Itfach weiteren 55 Minuten geht die »Värmefront aus dem Bereich a₂ vollständig in den Bereich a-, über, und der Zyklus, welcher 10 Minuten dauert, wiederholt sich· Der mittlere Umwandlungsgrad während eines Zyklus beträgt 98,4 %, was dem Betrieb eines Kontaktapparates mit fünf hintereinander angeordneten Katalysator-

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schichten mit den zwischengeschalteten Wärmeaustauschern äquivalent ist.

Beispiel 8

Man verfährt analog zu Beispiel 7 und 1, Der Unterschied besteht darin, daß man das Umschalten der Ventile nach 55 Minuten und die Umverteilung des eintretenden Ausgangsreaktionsgemisches zwischen den Teilen des Katalysators A, und A₂ (siehe Fig, 2) zu dem Zeitpunkt vornimmt, wo die Wärmefronten a·^ und a₂ sich nacheinander in der Mitte der Teile der Schichten A, und Ao befinden. Die Reihenfolge des Utas ehalt ens der Ventile ist die gleiche wie in der Beschreibung zu Pig. 2,. Den Halbzyklus (55 Minuten) beginnt man zu dem Zeitpunkt, wo die Wärniefront a-, sich in der Mitte der Schicht A-, befindet, und führt das Ausgangsreaktionsgemisch mit. einer Temperatur von 20 ⁰G in der durch die ausgezogenen Pfeile angedeuteten Richtung zu (Fig. 2). Die Wärmefront tritt durch den oberen Teil der Schicht A₂ mit denselben Temperaturen wie in Beispiel 7 und erreicht nach dem Halbzyklus (55 Minuten) den Bereich a₂ in der Mitte der jchicht Ap, Die Klappen werden umgeschaltet, und man führt das Ausgangsreaktionsgemisch mit einer Temperatur von 20 C dem oberen Teil der Schicht A₂ in der durch die punktierten 'Pfeile angedeuteten Richtung zu (Fig. 2)„ Nach weiteren 55 Minuten, das heißt nach dem Ablauf der Zykluszeit 110 Minuten, erreicht die Wärmefront a₂ den Bereich a-, (in der Mitte der Schicht A,), und der Zyklus wiederholt sich. Dabei 'wird in jedem Halbzyklus das umgesetzte Reaktionsgemisch hintereinander aus den Teilen der Schicht A₁ und A₂ und aus dem Apparat mit sich gleichmäßig von 20 ⁰C auf 350 ⁰C verändernder Temperatur herausgeleitet.

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Beispiel 9

Man verfährt analog zu Beispiel 7 ta it dem Unterschied aber, daß man ein Ausgangsreaktionagemisch, welches zu 0,6 Vol.~% aus Schwefeldioxid, zu 15 V0I.-/0 aus Sauerstoff und zu 84 Vol.-% aus Stickstoff besteht, hintereinander den Teilen der Schicht A-, und Ap (Fig. 2) mit einer Temperatur von 200 ⁰C zuführt. Die Dauer des Zyklus beträgt 75 Minuten. Von Zyklus zu Zyklus verändert, sich an dem Eintritt des Gemisches in die Teile A₁ und A₂ die Temperatur gleichmäßig von 200 ⁰G auf 600 ⁰C und sinkt auf 200 ⁰C. Der mittlere Uüiwandlungsgrad während eines Zyklus beträgt 99,4 %.

Beispiel 10

iaan verfährt analog zu Beispiel 7 mit dem Unterschied aber, daß man ein Ausgangsreaktionsgemisch mit einer sich von 0,6 bis 7 Vol.-% verändernden Schwefeldioxidkonzentration und einem Sauerstoffgehalt von 9 bis 10 Vol.-% hintereinander den Teilen der Katalysatorschicht Δγ und Ap (Fig· 2) ,mit einer Temperatur von 100 ⁰C zuführt. Die Dauer des Zyklus beträgt 80 Minuten, der mittlere Umwandlungsgrad während eines Zyklus 98,7 %·

Beispiel 11

Ein sich bei der Verbrennung von Schwefel bildendes Ausgangsreaktionsgemisch, welches zu 12 Vol.-^C/S aus Schwefeldioxid, zu 9 Vol.-/& aus Sauerstoff und zu 79 VoI·-% aus Stickstoff besteht, führt man einem Kontaktapparat mit "Zünder" zu, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist. Der Katalysator wird auf eine Temperatur von 500 ⁰G vorerhitzt. Die bedingte Kontaktdauer beträgt 9 Sekunden, die Temperatur des Ausgangsreaktionsgemisches 20 ⁰C. Das Ausgangsreaktionsgemisch führt man der Katalysatorschicht A^ und dem "Zünder" A₂ ·

2 341 6 0 B -¹⁷- 13.5.1982

WP G 01 B/234 160/8 59 892/11/39

(Fig, 3a) während 170 Minuten zu, wonach die Wärmefronten a-, und b-, die Bereiche a« beziehungsweise bp erreichen. Während weiterer 30 Minuten führt man das Ausgangsreaktionsgetnisch der Schicht A, über den "Zünder" Ap zu, wie dies in Fig« 3b gezeigt ist, während derer die Wärine front bp den Bereich a-. und b-, erreicht und die Wärmefront a₂ aus der Schicht A-, ausgeblasen wird. Zum Zeitpunkt der Aufspaltung der /'/armefront bo in. zwei Fronten beträgt in dem oberen Teil der Schicht A, und in dem unteren Teil der Schicht A₂ die Temperatur zum Zeitpunkt des Umschaltens nach 170 Minuten 20 ⁰O, nach weiteren 15 Minuten 180 ⁰C, nach weiteren 5 Minuten 350 ⁰C und nach weiteren 30 Minuten 600 ⁰C. Zu diesem Zeitpunkt (nach 30 Minuten) werden die Klappen in der Beschreibung zu Pig« 3 angeführten Reihenfolge wieder umgeschaltet, und niaja leitet das Ausgangsreaktionsgemisch mit einer Temperatur von 20 G zwischen die Teile der Katalysatorschicht A₁ und Ao· Das System nimmt die in Fig. 3a dargestellte Lage ein, was einer Zyklusdauer von 200 Minuten entspricht. Der mittlere Umwandlungsgrad während eines Zyklus beträgt 98,1 %, was dem Betrieb eines Kontaktapparates mit fünf adiabatischen Katalysatorschichten und den zwischengeschalteten Wärmeaustauschern äquivalent ist.

Beispiel 12

Man verfährt analog zu Beispiel 11 mit dem Unterschied aber, daß man ein Ausgangsreaktionsgemisch dem Katalysator mit einer Temperatur von 200 ⁰C zuführt. Die Zyklusdauer beträgt 150 Minuten, der mittlere Umwandlungsgrad während eines Zyklus 98,2 %.

2341 6 0 8 -¹⁸- ¹3.5.

^{w w} WP G 01 B/234 160/8

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Beispiel 13

Man verfährt analog zn-Beispiel 11 mit dem Unterschied aber, daß man ein AuBgangsreaktionsgetnisch, welches zu 1,5 VoI·-% aus Schwefeldioxid, zu 15 Vol.-% aua Sauerstoff und zu 83,5 Vol.-% aus Stickstoff besteht, bei einer Zyklusdauer von 130 Minuten verarbeitet. Der durchschnittliche Umwandluagsgrad während eines Zyklus beträgt 99»3 %·

Beispiel 14

Ein bei der Verbrennung von Schwefel anfallendes Ausgangsreakt ionsgemiach, welches zu 15 Vol.-% aus Schwefeldioxid, zu 11 VoI,-% aus Sauerstoff und zu 74 Vol.-% aus Stickstoff besteht j führt man einem Kontaktapparat mit einer Katalysatorschicht zu, und es kann ein beliebiges in den Figuren 1; 2 und 3 dargestelltes Schema realisiert werden» Die Temperatur des Ausgangsreaktionagemisches in der ersten Stufe beträgt 50 ⁰C, die bedingte Kontaktdauer 5 Sekunden» Vor dem Einleiten des Ausgangsreaktionsgemisches erhitzt man die Katalysatorschicht auf eine Temperatur von 500 ⁰G, Dabei beträgt der mittlere Umwandlungsgrad des Schwefeldioxids in Schwefeltrioxid nach der ersten Stufe 94 % bei einer Zyklusdauer von 110 Minuten, Ein solcher Umwandlungsgrad ist verhältnismäßig nicht hoch, und es ist noch eine weitere Nachoxydation des verbliebenen Schwefeldioxids erforderlich. Dazu leitet man das gebildete Reäktionsgemiach der ersten Absorptionsstufe zu, nach welcher man das Reaktionsgemisch, welches 0,75 VoI·-% Schwefeldioxid, 3,6 Vol.-% Sauerstoff, Rest Stickstoff enthält, mit einer Temperatur von 60 ⁰G und einer bedingten Kontaktdauer von 5 Sekunden in die zweite Katalysatorschicht einleitet, die die zweite Kontaktstufe darstellt. In dieser wird das Reaktionsgemisch bis zu einem hohen Umwandlungsgrad von 99,8 % bei einer Zyklusdauer von

2 3416 0 8 -¹⁹- ¹³·⁵·¹⁹⁸²

WP C 01 B/234 160/8 59-892/11/39-

80 Minuten nächoxydiert. Das Schema des Kontaktapparates kann dem für die erste Stufe gewählten Schema analog sein oder beliebig anders gemäß den Figuren 1; 2 und 3 sein. Der Katalysator für die erste und zweite Stufe ist dem in Beispiel 1 beschriebenen analog,

Beispiel 1j?

Ein bei der Verbrennung von Schwefel in der mit Sauerstoff gesättigten Luft anfallendes Ausgangsreaktionsgemisch, welches zu 15 VoI*-% aus Schwefeldioxid, zu 12 VoI,-% aus Sauerstoff und zu 73 Vol,-% aus Stickstoff besteht, führt man der ersten Kontaktstufe zu. Die übrigen Bedingungen sind analog den in Beispiel 14 beschriebenen. Nach der ersten Kontaktstufe beträgt der Umwandlungsgrad bei einer Zyklusdauer von 16O Minuten 94»2 %. Uach der ersten Absorptionsstufe gelangt das Reaktionsgemisch in die zv/eite Kontaktstufe mit einem Gehalt an Schwefeldioxid von 0,886 VoI,-%, an Sauerstoff von 4,OT % (der fiest Ist Stickstoff) bei einer Zyklusdauer von 80 Minuten; das Reaktionsgemisch kontaktiert bis zu einem Gesamtumwandlungsgrad von 99,87 %·

Beispiel 16 .

Man verfährt analog zu Beispiel 1 mit dem Unterschied aber, daß sich in dem Ausgangsreaktionsgemisch der Gehalt an Schwefeldioxid nach dem Zufallsgesetz in der Zeit von 0,6 bis 5 VoI·-% verändert, während der Sauerstoffgehalt ungefähr unverändert bleibt und 9 VoI,-$ beträgt. Die Dauer eines Zyklus beträgt 80 Minuten, der mittlere Umwandlungsgrad 98,6 %,

η λ MnnaftO*iH 1 Λ 6 Γ

2 34160 8 -²⁰- ΙΙΊ·^1

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Beispiel 17

kan verfährt analog zu Beispiel 1 mit dem Unterschied aber, daß sich in dem Ausgangsreaktionsgemi3ch der Gehalt an Schwefeldioxid in der Zeit von 29 Vol.-% verändert, während der Sauerstoffgehalt ungefähr unverändert bleibt und 12 Vol_e-% beträgt. Die Dauer eines Zyklus beträgt 90 Minuten, der mittlere Umwandlungsgrad 98,2 %,

Beispiel 18

Man verfährt analog zu Beispiel 14 mit dem Unterschied aber, daß der Gehalt an Schwefeldioxid 11,5 Vol.-%, der an Sauerstoff 9,5 Vol,-%, der an Stickstoff alles übrige beträgt. Der Umwandlungsgrad des Schwefeldioxids in der ersten Kontaktstufe beträgt 94,6 %_f nach der zweiten Kontaktstufe 99,9 %.'.

η α Hi\\ jQQO *ιΉ Λ h

Claims (4)

1. 3416 0 8 -²¹~ 13,5.1982

   WP C 01 B/234 160/8 59 892/11/39

   Erf indungsanspruch

   1. Verfahren zur Herstellung von Schwefeltrioxid durch Oxydation von Schwefeldioxid in festangeordneter Katalysatorschicht, gekennzeichnet dadurch, daß man die Oxydation bei periodischer, alle 10 bis 200 Minuten vorgenommener Umkehrung des sich in der Katalysatorschicht bewegenden Stroms des Reaktionsgemisches, welches Schwefeldioxid enthält, oder bei der Veränderung der Temperatur des Reaktionsgemisches vor der Katalysatorschicht von 20 bis 200 ⁰C auf 390 bis 600 ⁰G während 10 bis 200 Minuten durchfuhrt·
2. 2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Oxydation bei zeitlich wechselndem Gehalt des Reaktionsgemisches an Schwefeldioxid von 0,6 bis 5 Vol.-% durchgeführt wird·
3. 3. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Oxydation bei zeitlich wechselndem Gehalt des Reaktionsgemisches an Schwefeldioxid von 2 bis 9 Voli-% durchgeführt wird.

   Hierzu 2 Seiten Zeichnungen
4. 21. M Al 1982 *(M.1