DISPOSITIVO PARA LA OXIDACIÓN CATALÍTICA DE GASES QUE CONTIENEN SO2 CON OXÍGENO.

Dispositivo para la oxidación catalítica completa o parcial, en continuo,

de un gas de partida que contiene dióxido de azufre y oxígeno, que comprende al menos un aparato tubular de contacto al que están conectados posteriormente varias etapas de contacto y uno o varios absorbedores, siendo el aparato tubular de contacto un intercambiador de calor vertical formado por varios tubos de camisa doble que presentan un tubo interior y un tubo exterior, estando el tubo interior relleno con un catalizador y realizándose la transmisión de calor alrededor de estos tubos interiores mediante un medio conducido en corriente paralela en el espacio situado entre el tubo interior y el exterior

La invención se refiere a un dispositivo que comprende al menos un aparato tubular de contacto al que están conectados posteriormente varias etapas de contacto y uno o varios absorbedores, siendo el aparato tubular de contacto un intercambiador de calor vertical formado por varios tubos de camisa doble que presentan un tubo interior y un tubo exterior, estando el tubo interior relleno con un catalizador y realizándose la transmisión de calor alrededor de estos tubos interiores mediante un medio conducido en corriente paralela en el espacio situado entre el tubo interior y el exterior. La invención se refiere además al uso del dispositivo según la invención para la oxidación catalítica completa o parcial, en continuo, de un gas de partida que contiene dióxido de azufre y oxígeno.

En el estado de la técnica el ácido sulfúrico se prepara habitualmente en instalaciones industriales según el denominado procedimiento de contacto doble en un reactor formado por etapas de contacto que contienen uno o varios catalizadores (descrito, por ejemplo, en Ullmanns Encyclopedia of Industrial Chemistry). La oxidación SO2 + 1/2 O2 -> SO3 habitualmente se lleva a cabo por catálisis, por ejemplo en un catalizador de pentóxido de vanadio con

o sin cesio, en un marco de temperaturas de T = 380 ºC-650 ºC. Asimismo se sabe que a T < 340 ºC-380 ºC el catalizador no alcanza la temperatura de encendido necesaria y que a T > 630 ºC-650 ºC se daña de forma irreversible. Además se sabe que cuando el contenido en SO2 supera el 13,5 % en vol. en una etapa de contacto clásica, la reacción es tan exotérmica que el catalizador forma los denominados puntos calientes y se daña de forma irreversible. Por lo tanto, para satisfacer los requisitos del catalizador y para evitar el daño irreversible del catalizador las instalaciones correspondientes al estado de la técnica se hacen funcionar a T < 640 ºC y con contenidos de SO2 < 13,5 % en vol. en el gas de partida. Además, para asegurarse de que el catalizador arranca en un proceso conducido de forma adiabática de acuerdo con el estado de la técnica, la temperatura de entrada del gas de partida debe ser T > 380 ºC y los contenidos de SO2 deben ser superiores a aproximadamente el 5 % en vol.

Para la oxidación catalítica de gases de partida con SO2 > 13,5 % en vol. se propuso, por ejemplo, diluir primero el gas de partida con aire antes de aplicarlo sobre el catalizador y hacer pasar volúmenes de gas correspondientemente mayores a través de la instalación. Especialmente cuando se usan gases de desecho pirometalúrgicos como gases de partida ricos en dióxido de azufre, con contenidos en SO2 del 20 al 66 % en vol., sería necesario aplicar un alto factor de dilución, con la consecuencia de unos costes desproporcionadamente elevados.

El documento DE-OS 2026818 describe un procedimiento en el que antes de entrar en la primera etapa de contacto los gases de partida se diluyen con SO3 desprendido del óleum y con aire de dilución adicional a una concentración de SO2 del 10 al 20 % en peso. El inconveniente reside en el elevado coste y la baja conversión específica de SO2 en la primera etapa de contacto.

El documento DE-10249782 describe un procedimiento para la preparación de ácido sulfúrico en un reactor con varias etapas de contacto basado en gases de partida concentrados (SO2 > 13,5 % en vol.) que se puede hacer funcionar con cantidades relativamente reducidas de aire de dilución. La dilución en la primera etapa de contacto se alcanza realimentando una corriente de gas parcialmente oxidada. De una de las etapas de contacto previas a la última etapa de contacto principal se extrae una corriente parcial del gas con contenido en SO2/SO3. Esta corriente parcial se mezcla con el gas de partida (contenido en SO2 superior al 13 % en vol.) de manera que se obtenga, para evitar con seguridad el sobrecalentamiento del catalizador, un gas de contacto con un contenido en SO2 < 13 % en vol. que se pueda conducir a la primera etapa de contacto. A este respecto, el desplazamiento del equilibrio termodinámico de la reacción SO2 + 1/2 O2 <=> SO3 se produce en dirección de los reactantes, de manera que se evita el sobrecalentamiento del catalizador. El inconveniente de este procedimiento reside en el alto grado de uso de aparatos.

El documento GB1504725A da a conocer un dispositivo y un procedimiento para preparar trióxido de azufre a partir de dióxido de azufre técnicamente puro y oxígeno técnico en un intercambiador de calor con forma tubular. De la descripción se deduce (página 2, línea 17) que el intercambiador de calor presenta una camisa exterior, en la que se conduce el medio de transmisión de calor, y comprende un tubo interno relleno de catalizador que puede suministrar calor mediante el medio de transmisión de calor o puede evacuarlo. El documento GB1504725A divulga que el intercambiador de calor puede comprender más de un tubo de reacción; no obstante, no se divulga como está constituido un intercambiador de calor con varios tubos de reacción. Además, no se divulga hasta qué punto el concepto de reactor descrito puede combinarse con instalaciones de contacto ya existentes para aumentar la capacidad de las instalaciones existentes a gases de partida con concentraciones aumentadas de SO2.

Especialmente en el caso de los procesos metalúrgicos y los gases de desecho resultantes, pero también para ampliar la capacidad de instalaciones de ácido sulfúrico existentes con combustión de azufre, resulta necesario desarrollar procedimientos rentables para el tratamiento de gases de partida con concentraciones de SO2 > 13,5 % en vol. conservando los flujos volumétricos y, con ello, la hidráulica.

En numerosos procesos químicos en los que se usan compuestos de azufre se requiere además un procedimiento rentable y ecológico para el tratamiento de gases de partida con SO2 < 5 % en vol. y con concentraciones muy variables.

Así pues, existía por una parte el objetivo de posibilitar la preparación económica de ácido sulfúrico para gases de partida concentrados, con contenidos en dióxido de azufre > 13,5 % en vol., y por otra el de proporcionar un procedimiento rentable y ecológico para gases de desecho con contenido en dióxido de azufre (SO2 < 5 % en vol.) procedentes de diversos procesos químicos.

Este objetivo se alcanza mediante un dispositivo según la reivindicación 1. Un primer objeto de la presente es, por lo tanto, un dispositivo que comprende al menos un aparato tubular de contacto al que están conectados posteriormente varias etapas de contacto y uno o varios absorbedores, siendo el aparato tubular de contacto un intercambiador de calor vertical formado por varios tubos de camisa doble que presentan un tubo interior y un tubo exterior, estando el tubo interior relleno con un catalizador y realizándose la transmisión de calor alrededor de estos tubos interiores mediante un medio conducido en corriente paralela en el espacio situado entre el tubo interior y el exterior. Otro objeto de la presente invención es el uso del dispositivo mencionado para la oxidación catalítica completa o parcial, en continuo, de un gas de partida que contiene dióxido de azufre y oxígeno, caracterizado porque el catalizador se mantiene activo en los tubos interiores con una conducción casi isotérmica el proceso con suministro y evacuación de energía.

En la presente invención, el objetivo se alcanza mediante una conducción casi isotérmica del proceso con suministro

o evacuación de energía, preferentemente a través de un circuito intermedio y preferentemente en un aparato tubular de contacto. Para los gases de partida con SO2 > aproximadamente 5 % en vol., el calor de reacción generado se evacúa de forma continua a través de un circuito intermedio de manera que se ajuste en el catalizador una conducción casi isotérmica del proceso, preferentemente en un marco de temperaturas de T = 420 ºC-600 ºC cuando se usa un catalizador de pentóxido de vanadio con o sin cesio, y para los gases de partida con SO2 < aproximadamente 5 % en vol. se puede suministrar calor de forma continua a través del circuito intermedio de tal manera que igualmente se ajuste en el catalizador una conducción casi isotérmica del proceso, preferentemente en el marco de temperaturas de T = 420 ºC a 600 ºC cuando se usa un catalizador de pentóxido de vanadio.

El procedimiento de acuerdo con la invención sorprendentemente permite convertir gases de partida con un contenido de 0,1 < SO2 < 66 % en vol. al menos parcialmente en trióxido de azufre por oxidación... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo para la oxidación catalítica completa o parcial, en continuo, de un gas de partida que contiene dióxido de azufre y oxígeno, que comprende al menos un aparato tubular de contacto al que están conectados posteriormente varias etapas de contacto y uno o varios absorbedores, siendo el aparato tubular de contacto un intercambiador de calor vertical formado por varios tubos de camisa doble que presentan un tubo interior y un tubo exterior, estando el tubo interior relleno con un catalizador y realizándose la transmisión de calor alrededor de estos tubos interiores mediante un medio conducido en corriente paralela en el espacio situado entre el tubo interior y el exterior.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque los tubos interiores presentan un diámetro nominal de 25 mm a 150 mm con una longitud del tubo de 1 a 12 m.

3. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 2 caracterizado porque se usa aire como medio y porque la construcción de camisa doble posibilita un coeficiente de transmisión térmica de 20 a 80 W/m2K entre el tubo interior y el medio de refrigeración.

4. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque está conectado previamente al menos a un contacto principal mediante una conexión de derivación y mediante una válvula de mariposa se puede dividir el gas de partida en dos corrientes parciales, de las que una corriente parcial se conduce a través del dispositivo y, a continuación, se puede reunir de nuevo con la otra corriente parcial formando una corriente principal y la corriente principal puede suministrarse a un contacto principal.

5. Uso de un dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 4 para la oxidación catalítica completa o parcial, en continuo, de un gas de partida que contiene dióxido de azufre y oxígeno, caracterizado porque el catalizador se mantiene activo en los tubos interiores con una conducción casi isotérmica del proceso con suministro

o evacuación de energía.

6. Uso según la reivindicación 5, caracterizado porque en la etapa de contacto o en las diversas etapas de contacto, con relación a la composición química, se usa el mismo catalizador que en los tubos interiores del aparato tubular de contacto.

7. Uso según una de las reivindicaciones 5 ó 6, caracterizado porque se transforman gases de partida con un contenido de 0,1 < SO2 < 66 % en vol. al menos parcialmente en trióxido de azufre mediante oxidación con oxígeno en el catalizador.

8. Uso según una de las reivindicaciones 5 a 7, en el que se añade al catalizador material inerte para optimizar la evacuación de energía.

9. Uso según la reivindicación 8, caracterizado porque la reactividad del catalizador usado se ajusta previamente mezclándolo con el material inerte en una relación cuantitativa de 1:100 a 100:1.

10. Uso según una reivindicación 8, caracterizado porque el material inerte y el catalizador se mezclan en relaciones cuantitativas de 90:10 a 40:60.

11. Uso según una de las reivindicaciones 5 a 10, caracterizado porque se usa aire como medio y el coeficiente de transmisión térmica se ajusta a de 20 a 80 W/m2K entre el tubo interior y el medio.

12. Uso según una de las reivindicaciones 5 a 11, caracterizado porque en las concentraciones de partida de SO2 del 30 al 66 % en vol., se suministra al gas de partida aire y/o oxígeno técnico de tal modo que el relación entre O2 y SO2 en el gas, con relación a las fracciones de volumen, es de 0,5 a 1,2.

13. Uso según una de las reivindicaciones 5 a 12, caracterizado porque el aparato tubular de contacto está conectado previamente a una instalación de contacto doble y los gases que abandonan el aparato tubular de contacto presentan una concentración de SO2 < 13 % en vol.

14. Uso según una de las reivindicaciones 5 a 13, caracterizado porque el aparato tubular de contacto está conectado previamente a una instalación de contacto doble mediante una conexión de derivación y una corriente parcial se trata en el aparato tubular de contacto de tal modo que después de la recombinación de las corrientes parciales se genera una corriente con una concentración de SO2 inferior al 13 % en vol., que se trata de nuevo en la instalación de contacto doble.