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JPH0360765B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPH0360765B2
JPH0360765B2 JP56112041A JP11204181A JPH0360765B2 JP H0360765 B2 JPH0360765 B2 JP H0360765B2 JP 56112041 A JP56112041 A JP 56112041A JP 11204181 A JP11204181 A JP 11204181A JP H0360765 B2 JPH0360765 B2 JP H0360765B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
catalyst
sulfur dioxide
gas
sulfur
oxidation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP56112041A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS5742513A (en
Inventor
Aaru Paritsushu Uiriamu
Ii Nikoruson Nooman
Sukaaretsuto Jon
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
DEIBII MATSUKII CORP
Original Assignee
DEIBII MATSUKII CORP
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by DEIBII MATSUKII CORP filed Critical DEIBII MATSUKII CORP
Publication of JPS5742513A publication Critical patent/JPS5742513A/en
Publication of JPH0360765B2 publication Critical patent/JPH0360765B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/50Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their shape or configuration
    • B01J35/56Foraminous structures having flow-through passages or channels, e.g. grids or three-dimensional monoliths
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B17/00Sulfur; Compounds thereof
    • C01B17/69Sulfur trioxide; Sulfuric acid
    • C01B17/74Preparation
    • C01B17/76Preparation by contact processes
    • C01B17/78Preparation by contact processes characterised by the catalyst used

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は硫酸の製造において二酸化イオウを三
酸化イオウに変換する接触的方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a catalytic process for converting sulfur dioxide to sulfur trioxide in the production of sulfuric acid.

硫酸の製造に関して数多くの方法が開発されて
来ているが、それらの略全てはイオウ含有供給原
料を酸化して二酸化イオウを含む気体流を生成
し、その二酸化イオウを接触的に酸化して三酸化
イオウとし、そしてその三酸化イオウを濃硫酸に
吸収させて、より濃縮した硫酸を生成するという
基本的な過程を包含している。燃焼用イオウ含有
供給原料流はイオウ元素、硫化水素、硫化鉄鉱ま
たはその他の硫化物、或いは石油精製により得ら
れたスラツジ酸(sludgeacid)を含んでいてもよ
い。元素状イオウは殆んどの大規模な工業的設備
用の原料として好ましいものである。二酸化イオ
ウから三酸化イオウへの酸化は通常バナジウムま
たは白金タイプ触媒の存在下で行われるが、当該
技術分野で識られたその他の触媒物質もまた、適
合する場合には用いることができる。二酸化イオ
ウから三酸化イオウへの酸化反応は激しい発熱反
応である。従つて、その触媒の過熱を回避するた
めに、反応は通常、気体流の冷却を伴う部分変換
から成る複数の工程において行われ、該冷却部は
各工程間において行われる。得られた三酸化イオ
ウは濃硫酸に吸収させて、より濃度の高い硫酸を
生成する。
Numerous methods have been developed for the production of sulfuric acid, nearly all of which involve oxidizing a sulfur-containing feedstock to produce a gaseous stream containing sulfur dioxide, and catalytically oxidizing the sulfur dioxide to produce sulfuric acid. It involves the basic process of converting sulfur oxide to sulfur trioxide and absorbing the sulfur trioxide in concentrated sulfuric acid to produce more concentrated sulfuric acid. The sulfur-containing feed stream for combustion may contain elemental sulfur, hydrogen sulfide, pyrite or other sulfides, or sludgeacid obtained from petroleum refining. Elemental sulfur is the preferred raw material for most large scale industrial equipment. The oxidation of sulfur dioxide to sulfur trioxide is usually carried out in the presence of vanadium or platinum type catalysts, although other catalytic materials known in the art may also be used where appropriate. The oxidation reaction of sulfur dioxide to sulfur trioxide is a highly exothermic reaction. Therefore, in order to avoid overheating of the catalyst, the reaction is usually carried out in several steps consisting of partial conversion with cooling of the gas stream, the cooling section being carried out between each step. The resulting sulfur trioxide is absorbed into concentrated sulfuric acid to produce more concentrated sulfuric acid.

前述したように、バナジウムまたは白金含有触
媒が二酸化イオウの三酸化イオウへの接触的酸化
において一般的に用いられる。従来、工業的な硫
酸の操業において、これらの触媒は粒体状、すな
わち、触媒含有物質から成る複数個の分離した粒
子として用いられ、そして二酸化イオウ含有気体
が通過する流路用の圧縮床に整えられている。こ
のような触媒含有物質から成る床の使用によつ
て、硫酸製造方法の接触的二酸化イオウの酸化部
分を約80〜100ft.(24〜30m)/分の範囲内の空塔
気体速度で操作することが通常のプラクチスであ
つたし、またこの空塔気体速度は大きなコンバー
タを必要とし、その結果気体をコンバータと地表
面もしくはその近傍に設けられた、その他の装
置、たとえば熱交換器との間に運ぶための長い管
路が必要となる。それによつて硫酸を製造するた
めの設備用の建設費は比較的高価となる。従つ
て、与えられた容量の設備について処理装置の寸
法を顕著に減少させることならびに設備に関する
敷地要件を減少させることは通常、建設の資本を
減少させることになる。
As previously mentioned, vanadium or platinum containing catalysts are commonly used in the catalytic oxidation of sulfur dioxide to sulfur trioxide. Traditionally, in industrial sulfuric acid operations, these catalysts have been used in granular form, that is, as a plurality of separate particles of catalyst-containing material, and placed in a compressed bed for passage through which the sulfur dioxide-containing gas passes. It's arranged. The use of a bed of such catalyst-containing material allows the catalytic sulfur dioxide oxidation portion of the sulfuric acid production process to operate at superficial gas velocities in the range of about 80-100 ft. (24-30 m)/min. This was common practice, and this superficial gas velocity required a large converter so that the gas could not be transferred between the converter and other equipment located at or near the ground surface, such as a heat exchanger. A long pipeline is required to transport it. The construction costs for equipment for producing sulfuric acid are thereby relatively high. Therefore, significantly reducing the size of the processing equipment for a given capacity facility as well as reducing the site requirements for the facility typically results in reduced construction capital.

ハネカム触媒の製造に関する米国特許第
3554929号には、この種のバナジア(vanadia)
含有触媒の二酸化イオウの酸化における使用を企
図し得ることが述べられている(第7欄、第12行
乃至16行参照)。この特許においては、このよう
な触媒の採用が、触媒について与えられた容積お
よび資本についての三酸化イオウの産出高、すな
わち硫酸の産出高に関し、顕著な増加をもたらす
ために通常の処理条件の何か特別な変形と結合す
ることができた、ということは開示されていな
い。知られている限りにおいては、従来二酸化イ
オウの酸化において、この種の触媒の利用は行わ
れていなかつた。
U.S. Patent No. 1 for the manufacture of honeycomb catalysts
No. 3554929 lists this species of vanadia.
It is mentioned that the use of the containing catalyst in the oxidation of sulfur dioxide can be envisaged (see column 7, lines 12 to 16). In this patent, it is proposed that the employment of such a catalyst would require no change in normal process conditions to result in a significant increase in the yield of sulfur trioxide, and thus the yield of sulfuric acid, for a given volume and capital of catalyst. It is not disclosed that it could be combined with special modifications. As far as is known, catalysts of this type have not previously been utilized in the oxidation of sulfur dioxide.

本発明の目的は硫酸の製造において二酸化イオ
ウから三酸化イオウへの変換方法を提供すること
にあり、それによつて、とりわけ慣用的な接触用
コンバータの設計を排除し、可成りな量の管路、
支柱、配管およびその他の構造材料を排除し、か
つ硫酸製造操業に与えられた容積に関する敷地要
件を減少することによつて硫酸製造用設備の資本
を総合的に減少させることができる。
It is an object of the present invention to provide a process for the conversion of sulfur dioxide to sulfur trioxide in the production of sulfuric acid, which inter alia eliminates the conventional catalytic converter design and requires a considerable amount of pipework. ,
The overall capital cost of sulfuric acid production facilities can be reduced by eliminating struts, piping and other structural materials, and by reducing site requirements in terms of volume given to sulfuric acid production operations.

本発明は、そのより広い側面において、二酸化
イオウおよび酸素を含有する気体流を高温で固形
の酸化触媒と接触状態で通過させることにより、
少くとも気体流中の二酸化イオウの部分を三酸化
イオウに変換する、二酸化イオウから三酸化イオ
ウを製造する触媒的接触酸化方法を指向してい
る。この方法において、触媒は広範囲に亘る表面
積、すなわちハネカム形状の構成となつており、
また二酸化イオウおよび酸素含有気体流は酸化触
媒と空塔気体速度少くとも約500ft.(152m)/分
で接触させられている。本発明によれば、この空
塔気体速度は約500乃至3000ft.(152乃至914m)/
分の範囲にあることが好ましく、より好ましいの
は約1500乃至2500ft.(457乃至762m)/分の範囲
である。これらの速度は酸化反応の条件における
ものであり、従つて実際のft.(m)/分を意味す
るものである。本発明は、とりわけ下記のプラン
トを含む化学的変換のためのユニークな酸化触媒
構造および操業条件を用いることにより、二酸化
イオウを三酸化イオウに酸化かつ硫酸を製造する
ために設計されたプラントを、資本費用は大巾に
減少させるが、三酸化イオウおよび硫酸の満足す
べき収量をもつて設置し得るという認識に基づい
て得られたものである。従つて、たとえば本方法
用の接触的コンバータ内で上記程度の空塔気体速
度をもつて操業することにより、そのコンバータ
の寸法を、その他の関連処理装置、たとえば管路
等の長さと共に実質的に減少することが可能とな
る。
In its broader aspects, the invention comprises: by passing a gaseous stream containing sulfur dioxide and oxygen in contact with a solid oxidation catalyst at an elevated temperature;
A catalytic catalytic oxidation process for producing sulfur trioxide from sulfur dioxide is directed to convert at least a portion of the sulfur dioxide in a gaseous stream to sulfur trioxide. In this method, the catalyst has a large surface area, i.e., a honeycomb-shaped configuration;
The sulfur dioxide and oxygen containing gas stream is also contacted with the oxidation catalyst at a superficial gas velocity of at least about 500 ft. (152 m)/min. According to the present invention, this superficial gas velocity is about 500 to 3000 ft. (152 to 914 m)/
preferably in the range of about 1500 to 2500 ft. (457 to 762 m) per minute. These rates are at oxidation reaction conditions and therefore refer to actual ft. (m)/min. The present invention specifically describes a plant designed for the oxidation of sulfur dioxide to sulfur trioxide and the production of sulfuric acid by using unique oxidation catalyst structures and operating conditions for the chemical conversion, including, among others: This is based on the recognition that the capital cost is greatly reduced, yet it can be installed with satisfactory yields of sulfur trioxide and sulfuric acid. Thus, for example, by operating with superficial gas velocities of the above order in a catalytic converter for the present process, the dimensions of the converter, along with the length of other associated processing equipment, e.g. It becomes possible to reduce the

二酸化イオウの酸化に際して、本発明において
はモノリシツク触媒が使用され、これは触媒的活
性金属成分を比較的高い幾何学的或いは空塔表面
積を有すると共に気体流に対して比較的低い抵抗
を有する固形坦体上に配置したものである。触媒
構造の横断面の大部分は、その中を気体が流通す
るように開放されている。更に、この構造は個別
の粒子から成る圧縮床とは異つて、気体流に対
し、比較的少い抵抗性を有し、従つて低い圧力降
下性能を示す。特徴的に、この触媒構造は比較的
大きな、複数個の気体流通路を有しており、これ
らは所望の低い圧力降下性を得るために、もし、
本質的に一方向性でないとすれば、略それに近い
状態であればよい。
In the oxidation of sulfur dioxide, monolithic catalysts are used in the present invention, which combine the catalytically active metal component with a solid support having a relatively high geometric or void surface area and a relatively low resistance to gas flow. It is placed on the body. Most of the cross section of the catalyst structure is open for gas flow therethrough. Furthermore, this structure, unlike compressed beds of individual particles, has a relatively low resistance to gas flow and therefore exhibits low pressure drop performance. Characteristically, this catalyst structure has a plurality of relatively large gas flow passages, which can be used to obtain the desired low pressure drop.
As long as it is not essentially unidirectional, it suffices if it is approximately unidirectional.

この触媒担体の形状はモノリシツクまたはハネ
カム型担体によつて明白に例証される。これらの
担体はモノリシツク構造を通じて延在する複数個
の流路を有しており、かつこれらの流路は流体流
に対し開放されており、その結果これらの流路は
入口から別の出口への流れに抗して塞がれたり密
閉されたりすることはない。この流路はどの表面
細孔の寸法と比較しても非常に大きく、またこの
流路を通過して行く流体は過剰の圧力降下を蒙む
ることはない。流路はその流体入口から流体出口
へ向かつて本質的に一直線であることが好まし
い。触媒の構造を経由する気体流の方向に対し本
質的に垂直な横断面の開放面積は、このような合
計横断面積の約50乃至60%以上であればよい。こ
の開放面積は触媒構造の横断面積の約70乃至90%
であることが好ましい。この構造体は横断面の
in2(6.45cm2)当り少くとも約50個もしくはそれ以
上の、流路用の気体入口開口ならびに対応する数
の気体流路を有することが可能である。このよう
な流路の数は横断面のin2(6.45cm2)当り約400未
満、すなわち約350まで或いはそれより若干多い
程度であればよい。この構造体は、横断面のin2
(6.45cm2)当り約100乃至300個の気体入口および
流路を有することが好ましい。構造体中の個々の
流路の横断面の主たる寸法は少くとも約0.5mmで
あればよい。
This shape of the catalyst support is clearly exemplified by a monolithic or honeycomb support. These carriers have a plurality of channels extending through the monolithic structure, and these channels are open to fluid flow, so that these channels are connected from one inlet to another outlet. It will not become blocked or sealed against the flow. This channel is very large compared to the size of any surface pores, and the fluid passing through this channel does not experience an excessive pressure drop. Preferably, the flow path is essentially straight from its fluid inlet to its fluid outlet. The open area of a cross-section essentially perpendicular to the direction of gas flow through the structure of the catalyst may be about 50-60% or more of such total cross-sectional area. This open area is approximately 70-90% of the cross-sectional area of the catalyst structure.
It is preferable that This structure has a cross section
It is possible to have at least about 50 or more gas inlet openings for flow channels and a corresponding number of gas flow channels per in 2 (6.45 cm 2 ). The number of such channels may be less than about 400, or up to about 350 or slightly more per in 2 of cross-section. This structure has a cross section in 2
It is preferred to have about 100 to 300 gas inlets and channels per (6.45 cm 2 ). The major cross-sectional dimensions of the individual channels in the structure may be at least about 0.5 mm.

本明細書中で用いられる用語「モノリシツク触
媒」とは、骨組担体構造をなす実質的な横断区域
を有するタイプから成る本発明の触媒を意味し、
このものは、通常通過する気体の流れに対し或る
隙間空間から他の隙間空間へと曲りくねつている
粒子対粒子接触における圧縮床として配置されて
いるペレツトタイプの触媒とは区別されるもので
ある。本発明に係る触媒の横断区域は単一片がモ
ノリス(単一体)を構成する必要はなく、むしろ
複数個のモノリシツク区分が並行した関係で展開
して用いられるコンバータの寸法により適切な横
断面寸法から成る、より大きく、本質的にモノリ
シツク構造を形成するものであればよい。
As used herein, the term "monolithic catalyst" refers to a catalyst of the present invention consisting of a type having a substantial cross-section of a framework support structure;
This is to be distinguished from pellet-type catalysts, which are normally arranged as compacted beds in particle-to-particle contact that meander from one interstitial space to another in response to a passing gas flow. be. The cross-sectional area of the catalyst according to the invention need not be a single piece forming a monolith, but rather a plurality of monolithic sections deployed in parallel relationship with cross-sectional dimensions appropriate to the dimensions of the converter used. It may be of any size, larger, and forming an essentially monolithic structure.

モノリシツク担体の流路は通常、比較的大きな
幾何学的表面積を備えている薄い壁から成るチヤ
ネルである。これらのチヤンネルは1種もしくは
それ以上の各種横断面形状および寸法を有するこ
とが可能である。従つてこれらのチヤンネルは、
たとえば台形、長方形、正方形、正弦曲線形、六
角形、長円形、円形またはその他の形状の横断面
形状から成つていてよく、その結果支持体の横断
面は反覆パターン、すなわちハネカム、波形また
は格子状構造として表わすことのできるパターン
を示すことになる。小室チヤンネルの壁は強い単
一体を得るのに必要な厚さを有して一般的に成つ
ており、そして大部分のものはその厚さが約0.5
乃至25ミル(約0.013mm乃至0.635mm)の範囲内に
ある。金属構造体が好ましいのであるが、その厚
さは大部分のものが約0.5乃至25ミル(約0.013mm
乃至0.635mm)の範囲内にあり、これに対しセラ
ミツク構造体は一般に約5乃至25ミル(約0.13mm
乃至0.635mm)の厚さを有している。
The flow paths of monolithic carriers are typically thin-walled channels with a relatively large geometric surface area. These channels can have one or more of a variety of cross-sectional shapes and dimensions. These channels are therefore
For example, it may consist of a trapezoidal, rectangular, square, sinusoidal, hexagonal, oval, circular or other shaped cross-sectional shape, so that the cross-section of the support has a repeating pattern, i.e. a honeycomb, a wave or a lattice. This indicates a pattern that can be expressed as a morphological structure. The walls of the chamber channels are generally of a thickness necessary to obtain a strong unitary body, and most have a thickness of about 0.5
In the range of 25 mils (approximately 0.013 mm to 0.635 mm). Metal structures are preferred; most have a thickness of about 0.5 to 25 mils.
0.635 mm), whereas ceramic structures typically have a thickness of about 5 to 25 mils (0.13 mm).
The thickness is between 0.635mm and 0.635mm.

担体は本来セラミツクの性質を有するものであ
つてもよいが、好ましくは金属製で、1種または
2種以上の金属もしくは合金からなつているのが
好ましい。このような金属構造体は、二酸化イオ
ウから三酸化イオウへの変換を含む酸化系の雰囲
気および温度に耐え得るものであるべきである。
このような温度の程度(オーダー)は約1300〓
(704℃)までである。従つて、金属製支持体は耐
熱性、卑金属合金、その中で特に鉄が実質的もし
くは主要成分であるものから調整することができ
る。各種のニツケル含有合金、たとえばステンレ
ス鋼は使用可能なものの中に含まれる。金属担体
の表面は非常な高温、たとえば少くとも約1000℃
において酸化して、担体の表面上に酸化物層を形
成することによつて合金の耐食改良してもよく、
この場合前記酸化物層は室温酸化により得られる
場合よりも大きな厚さおよび広い表面積のものと
なる。高温酸化による合金担体上の酸化または広
く展開した表面の設置は、担体に対する耐火性酸
化物支持体および接触−促進性金属成分の付着性
を高めることができる。一般に適切な金属ベース
基体はプロセス操作条件下の安定性、適用した触
媒物質との強力な結合を生成するための能力、お
よび成形体を製造するための容易さ等の特性を有
している。
Although the carrier may have ceramic properties in nature, it is preferably made of metal, preferably one or more metals or alloys. Such metal structures should be able to withstand oxidizing atmospheres and temperatures, including the conversion of sulfur dioxide to sulfur trioxide.
The degree (order) of such a temperature is about 1300〓
(up to 704℃). Accordingly, the metallic support can be prepared from heat resistant, base metal alloys, especially those in which iron is a substantial or major component. Various nickel-containing alloys, such as stainless steel, are among those that can be used. The surface of the metal carrier is exposed to very high temperatures, e.g. at least about 1000°C.
to improve the corrosion resistance of the alloy by forming an oxide layer on the surface of the support.
In this case, the oxide layer is of greater thickness and surface area than would be obtained by room temperature oxidation. Oxidation or establishment of a broadly developed surface on the alloy support by high temperature oxidation can enhance the adhesion of the refractory oxide support and the contact-promoting metal component to the support. In general, suitable metal-based substrates have properties such as stability under process operating conditions, the ability to form strong bonds with the applied catalytic material, and ease of manufacturing shaped bodies.

金属支持触媒は数多くの適当な形状、たとえば
複数個の平行に延在する管または小室を有する構
造を形成する波形をつけ、かつ巻いた形状とする
ことができる。金属ベース触媒の形状の実例およ
びそれらの製法は米国特許第3891575号および米
国特許第4098722号中に開示されている。この種
の金属支持触媒のための適切な形状を選択するに
際しては、対抗する利点、すなわち、有効触媒表
面が最大となるように流路の直径を最小とするこ
と、および触媒を横切る圧力降下を最小とするた
めに流路の直径を最大とすることとの間のバラン
スをとればよい。金属支持触媒の長所には、実用
上本明細書中で述べた高い気体速度の他に、機械
的および熱的衝撃に対する抵抗性、高い表面積対
容積比、始動中の操業温度に触媒を急速に加熱せ
しめる高い熱伝導性および低い熱的質量
(thermal mass)、気体流中に移動した粒状物質、
たとえば塵埃等による閉塞に対する抵抗性、およ
び触媒を横切るときの低い圧力降下をもたらす高
い空隙率等がある。
The metal-supported catalyst can have a number of suitable shapes, including corrugated and coiled shapes to form a structure with a plurality of parallel-extending tubes or cells. Examples of metal-based catalyst shapes and methods for their preparation are disclosed in US Pat. No. 3,891,575 and US Pat. No. 4,098,722. In choosing the appropriate geometry for this type of metal-supported catalyst, there are competing advantages: minimizing the diameter of the flow path to maximize the effective catalyst surface, and minimizing the pressure drop across the catalyst. A balance should be struck between maximizing the diameter of the flow path and minimizing it. Advantages of metal-supported catalysts include, in addition to the high gas velocities mentioned herein in practice, resistance to mechanical and thermal shock, high surface area-to-volume ratios, and the ability to rapidly bring the catalyst up to operating temperature during start-up. High thermal conductivity and low thermal mass that cause heating, particulate matter transferred into the gas stream,
Examples include resistance to clogging by dust and the like, and high porosity resulting in a low pressure drop across the catalyst.

本発明の触媒は微量の1若しくはそれ以上の触
媒活性を有する金属成分を含んでおり、この成分
は二酸化イオウの三酸化イオウへの酸化を増進す
るものであり、また広い幾何学的表面積を有する
担体上に堆積される。この触媒活性金属成分は比
較的多孔の耐火性金属酸化物、たとえばアルミ
ナ、シリカ、マグネシア、けいそう土或いはこれ
ら物質の組合せ、たとえばマグネシア−アルミナ
等によつて支持されるのが好ましい。典型的には
この担体はBTE法により測定されたとき、約10
乃至20m2/g未満、しばしば約1m2/g未満の細
孔から成る面積を包含する合計表面積を有してい
る。これと対比すれば、触媒活性金属用の多孔耐
火性酸化物支持体は、少くとも約50m2/g、例を
挙げれば約350乃至400m2/gまでの合計表面積を
有している筈である。これらの支持体は全触媒の
微小部分、すなわち約1乃至35重量%、或いは約
5乃至25重量%であればよい。
The catalyst of the present invention contains trace amounts of one or more catalytically active metal components that enhance the oxidation of sulfur dioxide to sulfur trioxide, and has a large geometric surface area. deposited on a carrier. The catalytically active metal component is preferably supported by a relatively porous refractory metal oxide, such as alumina, silica, magnesia, diatomaceous earth, or a combination of these materials, such as magnesia-alumina. Typically, this carrier has a molecular weight of about 10% as determined by the BTE method.
The total surface area includes an area of pores ranging from less than 20 m 2 /g, often less than about 1 m 2 /g. In comparison, porous refractory oxide supports for catalytically active metals should have a total surface area of at least about 50 m 2 /g, and for example up to about 350 to 400 m 2 /g. be. These supports may be a minor portion of the total catalyst, ie, about 1 to 35% by weight, alternatively about 5 to 25% by weight.

触媒の触媒活性金属成分は二酸化イオウから三
酸化イオウへの酸化を促進するのに適した多くの
物質中の1種類であればよい。これらの促進剤は
一般に元素状もしくは化合形態の金属を含んでお
り、またこの促進剤は触媒の微量部分であるが、
酸化を促進するのに充分なものである。周知の促
進剤の中でも貴金属、特に白金が微量部分、すな
わち触媒の約1重量%まで、また通常は少くとも
約0.1%の微量部分を構成している。バナジア
(vanadia)含有触媒はしばしばより一層好まし
いものであつた。そしてこの種の触媒は微量のバ
ナジウム、すなわち約1乃至10%或いはしばしば
約5乃至10%のバナジウムを含有していればよ
い。バナジウム含有触媒はまた、少量のアルカリ
金属たとえばカリウムを含んでいてもよい。
The catalytically active metal component of the catalyst may be one of many materials suitable for promoting the oxidation of sulfur dioxide to sulfur trioxide. These promoters generally contain metals in elemental or compounded form, and the promoters are a minor portion of the catalyst;
It is sufficient to promote oxidation. Among the known promoters, noble metals, especially platinum, constitute a minor portion, up to about 1% by weight of the catalyst, and usually at least about 0.1%. Vanadia-containing catalysts were often even more preferred. Catalysts of this type may then contain trace amounts of vanadium, ie about 1 to 10%, or often about 5 to 10%, of vanadium. Vanadium-containing catalysts may also contain small amounts of alkali metals such as potassium.

硫酸製造のための触媒接触酸化法においては、
イオウの燃焼から得られる二酸化イオウ含有供給
原料流が接触変換法の二酸化イオウ源として用い
られる。全二酸化イオウ含有供給原料気体は充分
な分子酸素含有気体、たとえば空気または酸素富
化空気を含んでいて、二酸化イオウから三酸化イ
オウへの本質的には完全な酸化を行う。供給原料
気体は、複数個の触媒床または段を含む1もしく
はそれ以上の一般的に断熱的接触変換域を通過さ
せる。各触媒段を通過する二酸化イオウの少くと
も一部分は三酸化イオウに酸化され、そして次に
二酸化イオウから三酸化イオウへの接触的変換に
よつて生成した熱エネルギーは変換系における
様々なポイントにおいて回収することが可能であ
る。変換域からの流出物は吸収域内を通過させ、
この吸収域において、その流出物中の三酸化イオ
ウは濃硫酸との接触により吸収されて、硫酸の濃
度を高めるものである。
In the catalytic oxidation method for sulfuric acid production,
A sulfur dioxide-containing feed stream obtained from the combustion of sulfur is used as a source of sulfur dioxide in the catalytic conversion process. The total sulfur dioxide-containing feed gas contains sufficient molecular oxygen-containing gas, such as air or oxygen-enriched air, to effect essentially complete oxidation of sulfur dioxide to sulfur trioxide. The feed gas is passed through one or more typically adiabatic catalytic conversion zones containing multiple catalyst beds or stages. At least a portion of the sulfur dioxide passing through each catalyst stage is oxidized to sulfur trioxide, and the thermal energy generated by the catalytic conversion of sulfur dioxide to sulfur trioxide is then recovered at various points in the conversion system. It is possible to do so. The effluent from the conversion zone is passed through the absorption zone;
In this absorption zone, sulfur trioxide in the effluent is absorbed by contact with concentrated sulfuric acid, increasing the concentration of sulfuric acid.

接触的酸化系へ供給される供給原料気体は、一
般に少量、すなわち乾量基準で約3乃至20容量
%、好ましくは約8乃至12容量%の二酸化イオウ
を含んで成つている。この気体の分子酸素含有量
もまた、しばしば微小割合、たとえば二酸化イオ
ウのモル当り約0.5モルであり、そしてそこには
二酸化イオウから三酸化イオウへの完全な変換に
基づいて用いられる過剰な酸素の存在することが
好ましい。この気体の最大かつ主要な成分は不活
性もしくは比較的不活性な物質であり、特にイオ
ウから二酸化イオウへの酸化に際して酸素源とし
て用いられる空気中に含まれる窒素である。イオ
ウ燃焼工程からの二酸化イオウ気流は水蒸気を含
んでおり、この水分は硫酸ミストの生成を回避す
るために、その二酸化イオウが接触変換法におい
て使用される以前に殆んど除去される。
The feed gas supplied to the catalytic oxidation system generally comprises a small amount of sulfur dioxide, ie, about 3 to 20 volume percent, preferably about 8 to 12 volume percent, on a dry basis. The molecular oxygen content of this gas is also often in minute proportions, e.g. about 0.5 mole per mole of sulfur dioxide, and there is no excess oxygen used based on the complete conversion of sulfur dioxide to sulfur trioxide. Preferably present. The largest and principal component of this gas is inert or relatively inert substances, especially nitrogen contained in the air, which is used as a source of oxygen in the oxidation of sulfur to sulfur dioxide. The sulfur dioxide stream from the sulfur combustion process contains water vapor, which is largely removed before the sulfur dioxide is used in the catalytic conversion process to avoid the formation of sulfuric acid mist.

たとえば二酸化イオウ含有気流は、供給原料
を、たとえば三酸化イオウ吸収域からの濃硫酸と
接触させるようにした乾燥塔集成装置において都
合良く乾燥することができる。
For example, a sulfur dioxide-containing gas stream can be conveniently dried in a drying tower arrangement in which the feed is contacted with concentrated sulfuric acid from, for example, a sulfur trioxide absorption zone.

乾燥した希薄二酸化イオウ含有気流は変換域内
の第1触媒段に対する供給原料を含んで成り、か
つ通常は化学量論的に過剰な酸素を含んでいる。
希薄二酸化イオウ気体を第1段触媒と接触させる
前に気体の温度を、二酸化イオウから三酸化イオ
ウへの接触酸化に関する開始温度よりも若干高目
に調節する。この調節は気体源による冷却または
加熱処理を伴う。二酸化イオウの接触的酸化につ
いての開始温度は接触気体組成物および触媒によ
つて変化させ得るものである。五酸化バナジウム
触媒は、たとえば殆んどの二酸化イオウ含有プロ
セス気体についての酸化反応を温度範囲約400℃
乃至450℃において活発にすることができる。し
かし、或る種の触媒および接触気体はより低い温
度においても使用可能である。更に、この開始温
度は多段コンバータにおいて或る触媒域から他の
域へと変化することが可能である。接触酸化開始
温度は一般は約380℃乃至470℃の範囲に及んでお
り、また変換域内の各触媒段に供給される接触気
体流は通常、接触酸化開始温度に略等しいか、僅
かに高い入口温度に加熱されるか、冷却(必要に
より)される。二酸化イオウを含む気体を酸化イ
オウに変換する場合、第1触媒流路において大量
の熱が放出され、この流路ではこの触媒に供給さ
れる供給流中の二酸化イオウの主要部分(たとえ
ば50%以上)の変換を行うことができる。従つ
て、約420℃でコンバータに入つて行く二酸化イ
オウ気体流は、第1触媒構造体を横切りながら、
発熱的に600℃以上に加熱されることになる。変
換域全体を通じて他の触媒段においてもまた、発
熱性熱が生成するが、それはより低い程度のもの
である。変換域における二酸化イオウから三酸化
イオウへの発熱性接触酸化により生成される熱は
熱交換器、たとえばはめ込み熱交換器内の間接熱
交換によつて気体流から除去することができる。
第1触媒段流出物を含む気体流および熱交換媒体
間の、この間接熱交換関係は気体流を、変換域内
の第2触媒段についての酸化開始温度に対応する
値もしくはそれより僅かに高い温度に冷却し、そ
してこの温度は、たとえば400℃乃至460℃であ
り、特に五酸化バナジウム触媒を用いる場合は約
420℃乃至440℃であることが好ましい。
The dry, dilute sulfur dioxide-containing stream comprises the feedstock for the first catalytic stage in the conversion zone and typically contains a stoichiometric excess of oxygen.
Prior to contacting the dilute sulfur dioxide gas with the first stage catalyst, the temperature of the gas is adjusted to be slightly higher than the starting temperature for the catalytic oxidation of sulfur dioxide to sulfur trioxide. This adjustment involves cooling or heating treatment with a gas source. The onset temperature for catalytic oxidation of sulfur dioxide can be varied depending on the catalytic gas composition and catalyst. Vanadium pentoxide catalysts, for example, can oxidize most sulfur dioxide-containing process gases over a temperature range of about 400°C.
It can be activated at temperatures between 450°C and 450°C. However, certain catalysts and contact gases can be used at lower temperatures. Furthermore, this starting temperature can vary from one catalytic zone to another in a multistage converter. The catalytic oxidation onset temperature typically ranges from about 380°C to 470°C, and the catalytic gas flow supplied to each catalytic stage within the conversion zone typically has an inlet temperature approximately equal to or slightly above the catalytic oxidation onset temperature. Heated to temperature or cooled (if necessary). When converting a gas containing sulfur dioxide to sulfur oxide, a large amount of heat is released in the first catalyst flow path, in which a major portion (e.g. more than 50%) of the sulfur dioxide in the feed stream fed to this catalyst is released. ) can be converted. Thus, the sulfur dioxide gas stream entering the converter at approximately 420°C, while traversing the first catalyst structure,
It will be exothermically heated to over 600°C. Exothermic heat is also generated in other catalyst stages throughout the conversion zone, but to a lesser extent. The heat produced by the exothermic catalytic oxidation of sulfur dioxide to sulfur trioxide in the conversion zone can be removed from the gas stream by indirect heat exchange in a heat exchanger, such as a self-contained heat exchanger.
This indirect heat exchange relationship between the gaseous stream containing the first catalyst stage effluent and the heat exchange medium brings the gaseous stream to a temperature corresponding to or slightly above the oxidation onset temperature for the second catalyst stage in the conversion zone. and this temperature is, for example, between 400°C and 460°C, especially when using a vanadium pentoxide catalyst, about
Preferably, the temperature is 420°C to 440°C.

第2触媒段において、二酸化イオウは更に三酸
化イオウに次のようにして変換される。すなわ
ち、第2触媒段の後、変換域に供給された全二酸
化イオウの約50乃至80容量%が三酸化イオウに酸
化されている。ここで、第1触媒段と第2触媒段
とにおける二酸化イオウから三酸化イオウへの変
換率を等しいとみなせば、1触媒段当りの変換率
は各段階について約30乃至60容量%となる。第2
触媒段からの流出物は、変換域内の少くとも1個
の付加的触媒段を介して連続的に供給されて、大
体完全に二酸化イオウから三酸化イオウへの変換
を行う。所望により、プロセスに対し供給される
二酸化イオウまたは酸素の一部を1もしくはそれ
以上の第2または引続く触媒段へ添加してもよ
い。このような付加的触媒段において生成した発
熱性エネルギーの部分は間接熱交換装置における
各段からの流出物を引続く触媒段にとつて適切な
温度に冷却することにより回収することができ
る。如何なる適当な冷媒、たとえば水、水蒸気ま
たはその他の気体も、はめ込み熱交換装置内の熱
を回収するために利用することができる。
In the second catalytic stage, sulfur dioxide is further converted to sulfur trioxide as follows. That is, after the second catalytic stage, about 50 to 80 volume percent of the total sulfur dioxide fed to the conversion zone has been oxidized to sulfur trioxide. If the conversion rates of sulfur dioxide to sulfur trioxide in the first catalytic stage and the second catalytic stage are considered to be equal, the conversion rate per catalytic stage is about 30 to 60% by volume for each stage. Second
The effluent from the catalyst stage is continuously fed through at least one additional catalyst stage within the conversion zone to provide substantially complete conversion of sulfur dioxide to sulfur trioxide. If desired, a portion of the sulfur dioxide or oxygen fed to the process may be added to one or more second or subsequent catalyst stages. A portion of the exothermic energy produced in such additional catalyst stages can be recovered by cooling the effluent from each stage in an indirect heat exchanger to a temperature suitable for subsequent catalyst stages. Any suitable refrigerant, such as water, steam or other gases, may be utilized to recover heat within the self-contained heat exchange device.

有利なことには、多段変換域における全二酸化
イオウの変換は少くとも約90容量%である。たと
えば。変換は変換域に導入される全二酸化イオウ
の約92から99.8容量%までの範囲に及んでいる。
単一吸収タイプの操作において、各触媒段間のプ
ロセス気体流からは本質的に全く三酸化イオウが
取り除かれない。それよりはむしろ、変換域内の
最終段からの三酸化イオウに富む気体流出物を、
好ましくは希薄二酸化イオウの第1段供給原料流
と共に間接熱交換により冷却し、そして三酸化イ
オウがプロセス気体流から濃縮液状硫酸によつて
吸収される吸収域へ供給する方がよい。三酸化イ
オウはまた、反応混合物から、たとえば周知の二
重吸収法(double absorption process)におけ
るように各段間の硫酸内の吸収によつて除去する
こともできる。変換域流出物は三酸化イオウ含有
流出物を三酸化イオウ吸収域へ供給するのに適し
た温度に冷却される。一般に、このような好適温
度は約120℃乃至320℃の範囲にある。
Advantageously, the total sulfur dioxide conversion in the multi-stage conversion zone is at least about 90% by volume. for example. The conversion ranges from about 92 to 99.8% by volume of the total sulfur dioxide introduced into the conversion zone.
In single absorption type operations, essentially no sulfur trioxide is removed from the process gas stream between each catalyst stage. Rather, the sulfur trioxide-rich gaseous effluent from the final stage within the conversion zone is
It is preferably cooled by indirect heat exchange with the first stage feed stream of dilute sulfur dioxide and fed to an absorption zone where the sulfur trioxide is absorbed from the process gas stream by concentrated liquid sulfuric acid. Sulfur trioxide can also be removed from the reaction mixture by absorption in sulfuric acid between stages, for example in the well-known double absorption process. The conversion zone effluent is cooled to a temperature suitable for feeding the sulfur trioxide containing effluent to the sulfur trioxide absorption zone. Generally, such suitable temperatures range from about 120°C to 320°C.

吸収域は、気一液接触スクラピングを行うため
に機能する如何なる吸収装置をも含んで構成する
ことが可能である。数多くの市販の吸収装置が中
間もしくは最終吸収域のいずれにも満足すべき作
業を提供することができる。球形もしくはリング
状パツキングを用いる充填床、向流吸収装置は、
スプレー・ユニツト、円板および−ドーナツツ、
誘導流、ベンチユリー並流流れ、泡鐘プレート
塔、目皿塔或いは類似の装置と同様に通常用いら
れる。一般的に三酸化イオウ含有プロセス気体は
吸収装置の底部から導入され、そして該装置の頂
部から導入されるスクラビング用液体の流れに向
流して上昇する。吸収装置内で用いられるスクラ
ビング用液体は通常、少くとも約98重量%の硫酸
を含有する硫酸溶液である。濃度を高めた硫酸溶
液、すなわち強酸生成物は吸収装置内で生成さ
れ、そしてこれを製品として取り出すこともで
き、或いは二酸化イオウ供給気体および酸素含有
供給気体乾燥系を介して再循環させることもでき
る。
The absorption zone can be configured to include any absorption device that functions to perform gas-liquid contact scraping. A number of commercially available absorption devices are capable of providing satisfactory service to either the intermediate or final absorption zone. Packed bed, countercurrent absorption devices using spherical or ring packing are
spray unit, disk and donuts,
Guided flow, ventilated co-current flow, bubble bell plate columns, perforated plate columns or similar devices are commonly used as well. Typically, the sulfur trioxide-containing process gas is introduced at the bottom of the absorber and rises countercurrently to the stream of scrubbing liquid that is introduced at the top of the device. The scrubbing liquid used in the absorber is typically a sulfuric acid solution containing at least about 98% by weight sulfuric acid. An enriched sulfuric acid solution, i.e., a strong acid product, is produced in the absorber and can be removed as product or recycled through the sulfur dioxide feed gas and oxygen-containing feed gas drying system. .

三酸化イオウ吸収域からの気体状流出物は、繰
越された如何なる硫酸をも除去するためにミス
ト・エリミネータを通過させるのがよく、そして
その後、三酸化イオウ吸収域から排出される。こ
のような排出流は窒素を主として含んで成り、そ
してまた、少量の酸素を含有している。それは一
般に、二酸化イオウから三酸化イオウへの完全な
変換に要する過剰量の酸素が酸化系において用い
られているからである。流出物中の二酸化イオウ
の量は大気中に排出してもよいか、またはこのよ
うな廃棄を公害或いは経済的観点から禁止すべき
か非常に重要な意味を有している。大気中への放
出を回避するため、三酸化イオウ吸収装置からの
排出気体は再加熱され、更に接触的変換域を通過
させ、そしてその後大気中に排出される流出物に
よつて第2吸収域において吸収させる。
The gaseous effluent from the sulfur trioxide absorption zone may be passed through a mist eliminator to remove any carryover sulfuric acid and is then discharged from the sulfur trioxide absorption zone. Such a discharge stream consists primarily of nitrogen and also contains small amounts of oxygen. This is because an excess amount of oxygen is generally used in the oxidation system for complete conversion of sulfur dioxide to sulfur trioxide. The amount of sulfur dioxide in the effluent has very important implications as to whether it can be discharged into the atmosphere or whether such disposal should be prohibited from a pollution or economic point of view. To avoid emissions into the atmosphere, the exhaust gas from the sulfur trioxide absorber is reheated and passed through a further catalytic conversion zone, and then passed through a second absorption zone with the effluent being discharged to the atmosphere. Let it be absorbed in the room.

本発明によれば、上記の多段触媒接触酸化法
は、二酸化イオウ含有供給気体流を変換域におい
て酸化触媒と、空塔気体速度、少くとも約500ft.
(約152m)/分、好ましくは約500乃至3000ft.(約
152乃至914m)/分、最も好ましくは約1500乃至
2500ft.(約457乃至762m)/分の範囲内の速度で、
接触させて通過させることによつて操業される。
本発明における目的のために、空塔気体速度は、
変換域を流通する気体流の体積流量として、たと
えばft2(m2)として表わされる気体流の流れを横
切る変換域の横断面積によつて分割される、たと
えばft.3(m2)/分として表わすことにより限定か
つ決定することができる。従つて、たとえば約
12ft.(約3.66m)の直径を有する接触コンバータ
を変換条件下で通過する気体流量240000ft3(6797
m3)/分は空塔気体速度約2125実測ft.(約648実
測m)/分を有することになる。
In accordance with the present invention, the above-described multistage catalytic oxidation process comprises combining a sulfur dioxide-containing feed gas stream with an oxidation catalyst in a conversion zone at a superficial gas velocity of at least about 500 ft.
(approximately 152 m)/min, preferably approximately 500 to 3000 ft. (approx.
152 to 914 m)/min, most preferably about 1500 to 914 m)/min.
At a speed within the range of 2500 ft. (approximately 457 to 762 m)/minute,
It operates by passing through contact.
For purposes of this invention, the superficial gas velocity is
as the volumetric flow rate of the gas stream passing through the conversion zone, e.g. ft. 3 (m 2 )/min, divided by the cross-sectional area of the conversion zone across the flow of the gas flow expressed as, for example, ft 2 (m 2 )/min. It can be limited and determined by expressing it as . Therefore, for example about
A gas flow rate of 240,000 ft 3 (6797
m 3 )/min will have a superficial gas velocity of about 2125 ft./min (about 648 ft./min).

添付図面を参照すれば、酸素含有気体、たとえ
ば大気中の空気であつて、好ましくは濃硫酸で典
型的にスクラビングすることによつて予め乾燥さ
せたものを、管路10によつて管路14中のイオ
ウ含有物質、たとえば元素状イオウから成る供給
物流と共に燃焼炉12中へ供給する。酸素および
イオウ含有気体は炉12内で混合物となり、該混
合物を約1000乃至1200℃の温度で保持し、それに
よつて酸素を管路14からのイオウと反応させて
二酸化イオウを生成する。この二酸化イオウは管
路16の二酸化イオウ含有流として炉12から取
り出される。またこの二酸化イオウ含有流は約
800〜1200℃の範囲、通常は約1000℃以上の温度
を有し、かつ過剰の酸素と共に約8乃至14容量%
の二酸化イオウを含有している。
Referring to the accompanying drawings, an oxygen-containing gas, such as atmospheric air, preferably previously dried, typically by scrubbing with concentrated sulfuric acid, is transported by line 10 to line 14. A feed stream consisting of a sulfur-containing material, for example elemental sulfur, is fed into the combustion furnace 12. The oxygen and sulfur-containing gases become a mixture in furnace 12 and the mixture is maintained at a temperature of about 1000-1200°C, thereby causing the oxygen to react with the sulfur from line 14 to form sulfur dioxide. This sulfur dioxide is removed from the furnace 12 as a sulfur dioxide-containing stream in line 16. Also, this sulfur dioxide-containing stream is approximately
having a temperature in the range of 800-1200°C, usually above about 1000°C, and with excess oxygen about 8-14% by volume.
Contains sulfur dioxide.

炉12からの取出し後、管路16内の気体流は
熱交換器18中を通過させ、該熱交換器内で気体
は二酸化イオウから三酸化イオウへの接触的酸化
に関し適切な温度に冷却される。熱交換器または
ボイラー18では、管路17によつて取り入れら
れる水のような熱交換媒体であつて、かつ気体流
と間接熱交換関係をもつてその中を通過させる媒
体を用いればよい。生成した水蒸気は管路19に
よつて熱交換器18を出る。
After removal from the furnace 12, the gas stream in line 16 is passed through a heat exchanger 18 in which the gas is cooled to a temperature suitable for catalytic oxidation of sulfur dioxide to sulfur trioxide. Ru. The heat exchanger or boiler 18 may employ a heat exchange medium, such as water, which is introduced by conduit 17 and is passed through it in indirect heat exchange relationship with the gas stream. The steam produced leaves the heat exchanger 18 via line 19.

熱二酸化イオウ含有気体流から抽出された熱
は、たとえば本方法で、もしくはエネルギーの生
成において用いられる水蒸気を発生させるために
用いることができる。熱交換器18から出る冷却
気体は約400℃乃至550℃の範囲内の温度を有す
る。
The heat extracted from the thermal sulfur dioxide-containing gas stream can be used, for example, to generate water vapor for use in the method or in the production of energy. The cooling gas exiting heat exchanger 18 has a temperature within the range of approximately 400°C to 550°C.

次に二酸化イオウ含有気体流は第1モノリシツ
ク触媒段中へ、二酸化イオウの大部分が三酸化イ
オウに酸化される高い空塔速度、すなわち約2000
実測ft.(約610実測m)/分をもつて導入される。
第1および引続く触媒段中の触媒物質はモノリシ
ツク担体の流路の表面上に堆積され、かつ好まし
くは耐火性酸化物支持体たとえば活性アルミナま
たはマグネシア−アルミナと結合させる。これら
の触媒段には、一番近い先行の触媒からの気体流
が、引続く触媒または他の設備への、その導入に
先立つて冷却される熱交換区分が引続いている。
設置する熱交換器は先行の触媒段と略同一の直径
を有していることが好ましい。図示された装置
は、各段における二酸化イオウから三酸化イオウ
への部分変換のみが生じて反応の発熱性に基因す
る過度の温度上昇を最小とするように設計かつ操
作される。それは、他の事柄の他にその発熱が触
媒および装置の劣化を生ずる恐れがあるからであ
る。
The sulfur dioxide-containing gas stream is then fed into the first monolithic catalyst stage at a high superficial velocity, i.e. about 200
It was introduced with a measured ft. (approximately 610 measured m)/minute.
The catalytic materials in the first and subsequent catalytic stages are deposited on the surface of the channels of the monolithic support and are preferably bound to a refractory oxide support such as activated alumina or magnesia-alumina. These catalyst stages are followed by a heat exchange section in which the gas stream from the nearest preceding catalyst is cooled prior to its introduction into the subsequent catalyst or other equipment.
Preferably, the installed heat exchanger has approximately the same diameter as the preceding catalytic stage. The illustrated apparatus is designed and operated so that only partial conversion of sulfur dioxide to sulfur trioxide occurs in each stage to minimize excessive temperature increases due to the exothermic nature of the reaction. This is because, among other things, the heat generated can cause deterioration of the catalyst and equipment.

触媒段22からの熱、部分反応気体は熱交換器
またはボイラー24において、再び管路23によ
つて取り入れた水による間接接触により冷却され
て、水蒸気を生成し、これは管路25によつて交
換器から出る。二酸化イオウから三酸化イオウへ
の酸化を開始し、かつ保持するに足る温度を有す
る冷却プロセス気体を第2段モノリシツク触媒2
6を通過させ、そこでは気体流中の二酸化イオウ
の付加的量が三酸化イオウに変換される。
The heat from the catalytic stage 22, the partially reacted gases, is cooled in a heat exchanger or boiler 24 by indirect contact with water, which is again taken in by line 23, to produce water vapor, which is removed by line 25. exit the exchanger. A cooled process gas having a temperature sufficient to initiate and maintain the oxidation of sulfur dioxide to sulfur trioxide is transferred to the second stage monolithic catalyst 2.
6, where additional amounts of sulfur dioxide in the gas stream are converted to sulfur trioxide.

第2触媒段26からの流出気体は気体対気体、
間接熱交換器28内の間接熱交換により冷却され
る。温度約200℃未満、典型的には約100〜200℃
の範囲の温度を有する得られた冷却気体を管路2
9によつて、充填気体−スクラビング塔のような
中間吸収塔(図示せず)へ送り込むと、そこでは
反応気体が濃縮液状酸の流れに対して向流とな
る。その塔に供給された気体流中の三酸化イオウ
は供給された硫酸中に吸収されて、より濃縮され
た硫酸の必然的な生成を伴い、その濃縮硫酸は希
釈され、かつ部分的に再循環もしくは生成物用段
(product utilization)に送に込まれる。
The outflow gas from the second catalyst stage 26 is gas-to-gas;
It is cooled by indirect heat exchange in indirect heat exchanger 28. Temperature less than about 200℃, typically about 100-200℃
The resulting cooling gas having a temperature in the range of
9 to an intermediate absorption column (not shown), such as a packed gas-scrubbing column, where the reaction gas is in countercurrent to the flow of concentrated liquid acid. Sulfur trioxide in the gaseous stream fed to the column is absorbed into the fed sulfuric acid, with the consequent production of more concentrated sulfuric acid, which is diluted and partially recycled. Alternatively, it may be sent to a product utilization stage.

中間吸収装置からの残存、未吸収気体流は実質
的には三酸化イオウを含まないが、小百分率、た
とえば約0.1乃至1%の未変換二酸化イオウを含
有している。この気体流は管路30により熱交換
器28へ送り込まれ、そこで冷却用媒体として用
いられ、その結果、該媒体は管路32からコンバ
ータ40への送り込みのために、約400〜500℃の
範囲の温度に加熱される。コンバータ40は本発
明の二酸化イオウ酸化触媒の2個の付加的段41
および42を直列に有していて、それにより含有
された二酸化イオウの略全量を三酸化イオウに変
換する。コンバータ40内の後に続く各触媒段は
プロセス気体流を冷却するための間接熱交換器で
ある。第3触媒段41に続くものはスチーム過熱
器であり、また第4触媒段42に続くのはエコノ
マイザー44である。管路45によりコンバータ
40を去る流出気体は最終吸収塔(図示せず)へ
送られ、そこで該流出気体は、気体流中に含有さ
れる略全三酸化イオウを吸収する濃縮液状硫酸の
向流的流れと接触する。最終吸収装置からの残存
気体流は実質的に二酸化イオウを含有せず、従つ
てそれを大気中へ排出することが可能である。
The remaining, unabsorbed gas stream from the intermediate absorber is substantially free of sulfur trioxide, but contains a small percentage, eg, about 0.1 to 1%, of unconverted sulfur dioxide. This gas stream is fed by line 30 to heat exchanger 28 where it is used as a cooling medium, so that the medium is fed from line 32 to converter 40 at a temperature in the range of approximately 400-500°C. heated to a temperature of Converter 40 includes two additional stages 41 of the sulfur dioxide oxidation catalyst of the present invention.
and 42 in series, thereby converting substantially all of the contained sulfur dioxide into sulfur trioxide. Each subsequent catalyst stage within converter 40 is an indirect heat exchanger for cooling the process gas stream. Following the third catalytic stage 41 is a steam superheater and following the fourth catalytic stage 42 is an economizer 44. The effluent gas leaving the converter 40 by line 45 is routed to a final absorption column (not shown) where the effluent gas is treated with a countercurrent of concentrated liquid sulfuric acid which absorbs substantially all the sulfur trioxide contained in the gas stream. come into contact with the current. The residual gas stream from the final absorber is substantially free of sulfur dioxide and can therefore be discharged to the atmosphere.

当業者には明らかであるように、硫酸製造方法
の一実施態様に関する上記説明は明瞭にすること
を目的として単純化されたものであり、従つて方
法の経済性を考慮して、多くの変形を為すことが
可能である。たとえば、本方法中の各種の部分に
おける熱交換について、プラント内の熱伝達を最
大にするように別々の熱交換媒体を利用するので
はなくて、適当なプロセス気体流を用いることが
可能である。更に1若しくはそれ以上の別々の熱
交換器の熱交換機能を結合することも可能であ
り、そして各種タイプの熱交換器、たとえば気体
対気体、ボイラータイプおよびエコノマイザータ
イプの熱交換器を利用することができる。更に、
硫酸製造法は「二重吸収」タイプ装置、すなわち
そこでは三酸化イオウをプロセス気体から、中間
吸収および最終吸収の双方において取り出すこと
になつている装置によつて実施されているが、本
発明はまた、「単一吸収」タイプ装置、すなわち、
そこでは三酸化イオウを、最後の触媒段を出た後
でのみプロセス気体流から取り出している装置に
も適用することができる。
As will be apparent to those skilled in the art, the above description of one embodiment of the process for producing sulfuric acid is simplified for purposes of clarity and, therefore, many variations may be made in view of the economics of the process. It is possible to do this. For example, it is possible to use appropriate process gas streams for heat exchange in various parts of the process, rather than utilizing separate heat exchange media to maximize heat transfer within the plant. . It is also possible to combine the heat exchange functions of one or more separate heat exchangers and utilize various types of heat exchangers, such as gas-to-gas, boiler-type and economizer-type heat exchangers. be able to. Furthermore,
Although the sulfuric acid production process has been carried out in "dual absorption" type equipment, i.e. in which sulfur trioxide is removed from the process gas in both intermediate and final absorption, the present invention Also, "single absorption" type devices, i.e.
It can also be applied to devices in which sulfur trioxide is removed from the process gas stream only after leaving the last catalytic stage.

先にも述べたように、本発明の重要な特徴は二
酸化イオウから三酸化イオウを製造する方法が約
500〜3000ft.(約152〜914m)/分というような高
い空塔気体速度で行われるということである。添
付図面は接触コンバータの構成に関する実施態様
を示しており、この構成により前記のような流速
を、実質的な悪影響、たとえば顕著な圧力降下等
を伴うことなく実現させることが可能である。接
触コンバータは図面中に、配置された通りに示さ
れており、従つて該コンバータを通過する気体の
流れは通常水平であるが、この点これらのコンバ
ータは他の気体流方向、たとえば垂直下方、垂直
上方等の方向にも配向し得ることが認識されるべ
きである。
As mentioned earlier, an important feature of the present invention is that the method for producing sulfur trioxide from sulfur dioxide
This means that it is carried out at high superficial gas velocities, such as 500 to 3000 ft. (approximately 152 to 914 m)/min. The accompanying drawings show embodiments of a catalytic converter configuration that allows such flow rates to be achieved without substantial adverse effects, such as significant pressure drops. Although catalytic converters are shown in the drawings as arranged so that the gas flow through them is normally horizontal, these converters can also be used in other gas flow directions, such as vertically downwards, It should be appreciated that orientations such as vertically upwards may also be possible.

前述したように、本発明の触媒を空塔速度少く
とも約500ft.(約152m)/分を有する気体流と共
に使用すれば、従来の設備と比較して硫酸製造用
設備の資本費用を大巾に減少することができる。
これらの節約は、とりわけ接触コンバータの寸法
を減じ、かつその構造を単純化すること、管路を
減少すること、および設備を収容するために要す
る全体の面積を減ずること等により達成される。
たとえば、10%二酸化イオウ供給気体流から硫酸
約1000トン/日を製造するために設計された硫酸
製造設備においては、コンバータを通過する二酸
化イオウ含有気体の流れは約128500ACFM(約
3640cm2/min.)である。本発明の触媒を含有す
るコンバータを用いることによつて、通常触媒物
質約1130ft3(約32m3)を必要とする。従つて、も
しコンバータを通過する気体流の空塔速度が約
835ft.(約255m)/分であるとすれば、コンバー
タの直径は約14ft.(約4.27m)あれば充分である。
しかし、もし空塔速度が約2000ft.(約610m)/分
に増加すれば、接触コンバータの直径は約7ft.
(約2.13m)に減少させることが可能である。こ
のように比較的小さい直径であれば、コンバータ
の工場加工が実施可能となり、また関連の気体冷
却装置と略同一の直径を有すコンバータを利用す
ることが可能となり、それによつてこのプロセス
機器を接続するために要する管路について顕著な
経済性をもたらすことになる。
As previously mentioned, the use of the catalyst of the present invention with a gas stream having a superficial velocity of at least about 500 ft./min can significantly reduce the capital cost of a sulfuric acid production facility compared to conventional facilities. can be reduced to
These savings are achieved by, among other things, reducing the dimensions of the contact converter and simplifying its construction, reducing the number of conduits, and reducing the overall area required to accommodate the equipment.
For example, in a sulfuric acid production facility designed to produce approximately 1000 tons/day of sulfuric acid from a 10% sulfur dioxide feed gas stream, the flow of sulfur dioxide-containing gas through the converter is approximately 128,500 ACFM (approx.
3640cm 2 /min.). Using a converter containing the catalyst of the present invention typically requires about 1130 ft 3 (about 32 m 3 ) of catalyst material. Therefore, if the superficial velocity of the gas stream passing through the converter is approximately
If the speed is 835 ft./min, a converter diameter of approximately 14 ft. (approximately 4.27 m) is sufficient.
However, if the superficial velocity increases to about 2000 ft./min, the diameter of the catalytic converter increases to about 7 ft./min.
(approximately 2.13m). This relatively small diameter allows factory fabrication of the converter to be carried out and allows the use of a converter with approximately the same diameter as the associated gas cooling equipment, thereby making it possible to use this process equipment. This results in significant economy in terms of conduits required for connection.

本発明はその特別な実施態様に関連して説明を
行つたが、発明の精神と範囲を逸脱することな
く、多くの変形を為し得ることが理解されよう。
Although the invention has been described with respect to particular embodiments thereof, it will be understood that many modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

図は硫酸製造のための本発明方法の一実施態様
の反応部を示す概略工程フローダイヤグラムであ
り、また該図は円筒形装置の直立横断面を示して
いる。 10,14,16,17,19,23,25,
29,30,32,45…管路、12…燃焼炉、
18,24…熱交換器(またはボイラー)、22
…第1触媒段、26…第2触媒段、28…間接熱
交換器、40…コンバータ、41…第3触媒段、
42…第4触媒段、43…スチーム過熱器、44
…エコノマイザー。
The figure is a schematic process flow diagram showing the reaction section of an embodiment of the process of the invention for the production of sulfuric acid, and the figure shows an upright cross-section of the cylindrical apparatus. 10, 14, 16, 17, 19, 23, 25,
29, 30, 32, 45...pipeline, 12...combustion furnace,
18, 24... Heat exchanger (or boiler), 22
...first catalyst stage, 26...second catalyst stage, 28...indirect heat exchanger, 40...converter, 41...third catalyst stage,
42... Fourth catalyst stage, 43... Steam superheater, 44
...economizer.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 硫酸の製造において二酸化イオウおよび酸素
を含む気体流を、固形の二酸化イオウ酸化触媒と
接触状態において、二酸化イオウを三酸化イオウ
に酸化するに足る高温で通過させ、それによつて
酸化工程の少くとも1段階において気体流中の二
酸化イオウの少くとも30容量%を三酸化イオウに
変換し、前記酸化工程における全変換率が少くと
も90容量%である二酸化イオウから三酸化イオウ
を製造する触媒接触酸化法において、前記酸化工
程の前記少くとも1段階において前記気体流を前
記酸化触媒と接触状態で、空塔気体速度少くとも
500実測ft.(約152実測m)/分において通過さ
せ、かつ前記触媒がモノリシツクであり、また少
くとも50%の開放横断面積を有し、そして通過す
る横断面積1平方インチ(6.45cm2)当り少くとも
50個の気体流路を有することを特徴とする方法。 2 気体流路の数が、横断面積1平方インチ
(6.45cm2)当り100乃至300個である特許請求の範
囲第1項記載の方法。 3 触媒が金属製坦体を含んで成る特許請求の範
囲第1項または第2項記載の方法。 4 空塔気体速度が1500乃至2500実測ft.(約457
乃至762m)/分である特許請求の範囲第1項ま
たは第2項記載の方法。 5 触媒が金属製坦体を含んで成る特許請求の範
囲第4項記載の方法。 6 金属製坦体がステンレス鋼である特許請求の
範囲第5項記載の方法。
[Claims] 1. In the production of sulfuric acid, a gaseous stream containing sulfur dioxide and oxygen is passed in contact with a solid sulfur dioxide oxidation catalyst at a high enough temperature to oxidize sulfur dioxide to sulfur trioxide, thereby converting at least 30% by volume of the sulfur dioxide in the gaseous stream to sulfur trioxide in at least one stage of the oxidation step, and wherein the total conversion in said oxidation step is at least 90% by volume. In the catalytic oxidation process for producing oxidation, the gas stream is in contact with the oxidation catalyst in the at least one stage of the oxidation step, and the superficial gas velocity is at least
500 measured ft./min, and the catalyst is monolithic and has an open cross-sectional area of at least 50%, and the catalyst has a cross-sectional area of 1 square inch (6.45 cm 2 ). hit at least
A method characterized in that it has 50 gas channels. 2. The method according to claim 1, wherein the number of gas channels is 100 to 300 per square inch (6.45 cm 2 ) of cross-sectional area. 3. The method according to claim 1 or 2, wherein the catalyst comprises a metal carrier. 4 The superficial gas velocity is 1500 to 2500 ft. (approximately 457 ft.
762 m)/min. 5. The method of claim 4, wherein the catalyst comprises a metal carrier. 6. The method according to claim 5, wherein the metal carrier is stainless steel.
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