Procedimiento y dispositivo para la oxidación catalítica de gases que contienen S02 con oxígeno.

Procedimiento para la oxidación catalítica continua completa o parcial de un gas de partida que contiene dióxidode azufre y oxígeno en un aparato tubular de contacto,

que es un intercambiador de calor vertical formado porvarios tubos de camisa doble, que presentan un tubo interior y un tubo exterior, en el que el tubo interior estárelleno de un catalizador y el calor se transmite alrededor de este tubo interior, mediante un medio conducido encorriente paralela, en un tubo intermedio del tubo interior y del tubo exterior, caracterizado porque alrededor deltubo interior, según la concentración de SO2 del gas de entrada, se efectúa un suministro o evacuación de calorcontinuo a través de un circuito intermedio, y el catalizador se mantiene activo con una conducción casiisotérmica del proceso con suministro o evacuación de energía.

Procedimiento y dispositivo para la oxidación catalítica de gases que contienen SO2 con oxígeno La invención se refiere a un procedimiento y a un dispositivo para la oxidación catalítica de gases que contienen entre 0, 1 y 66% en vol. de SO2 con oxígeno en un aparato tubular de contacto que se hace funcionar de forma casiisotérmica (QIK) bajo refrigeración o calentamiento indirecto para mantener la temperatura de trabajo deseada del catalizador.

En el estado de la técnica el ácido sulfúrico se prepara habitualmente en instalaciones industriales según eldenominado procedimiento de contacto doble en un reactor formado por etapas de contacto que contienen uno ovarios catalizadores (descrito, por ejemplo, en Ullmanns Encyclopedia of Industrial Chemistr y ) . La oxidación SO2 + ½ 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 = 380ºC-650ºC. Asimismo se sabe que a T < 340ºC-380ºC el catalizador no alcanza la temperatura de encendido necesaria y que a T > 630ºC-650ºC se daña de forma irreversible. Además se sabe que cuando el contenido en SO2 supera el 13, 5% en vol. en una etapa de contactoclásica, la reacción es tan exotérmica que el catalizador forma los denominados puntos calientes y se daña de formairreversible. 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 < 640ºC y con contenidos de SO2 < 13, 5% en vol. en el gas de partida. Además, para asegurarse de que el catalizador arranca en un procesoconducido de forma adiabática de acuerdo con el estado de la técnica, la temperatura de entrada del gas de partida debe ser T > 380ºC 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 de 20 a 66% en vol., sería necesario aplicar un alto factor de dilución, con la consecuencia de unos costes desproporcionadamenteelevados.

El documento DE-OS 2026818 describe un procedimiento en el que antes de entrar en la primera etapa de contactolos 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 hacerfuncionar con cantidades relativamente reducidas de aire de dilución. La dilución en la primera etapa de contacto sealcanza realimentando una corriente de gas parcialmente oxidada. De una de las etapas de contacto previas a laúltima 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. El desplazamiento del equilibrio termodinámico de lareacción SO2 + ½ 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 la gran utilización de aparatos.

El documento GB1504725A muestra un dispositivo y un procedimiento para la producción de trióxido de azufre a partir de dióxido de azufre técnicamente puro y oxígeno técnico en un intercambiador de calor de forma tubular. Dela descripción (página 2, línea 17) se infiere que el intercambiador de calor muestra una camisa exterior, en la que se conduce el medio de transmisión del calor, y que comprende un tubo interior relleno de catalizador, al que sepuede suministrar calor mediante un medio de transmisión de calor, o evacuar el calor. El documento GB1504725A muestra que el intercambiador de calor puede abarcar más de un tubo de reacción; sin embargo no muestra como se ha creado un intercambiador de calor con varios tubos de reacción.

Especialmente en el caso de los procesos metalúrgicos y los gases de desecho resultantes, pero también paraampliar la capacidad de instalaciones de ácido sulfúrico existentes con combustión de azufre, resulta necesariodesarrollar 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 procedimientorentable 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 produción económica de ácido sulfúrico para gases departida 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.

El objetivo se alcanzó con la presente invención mediante una conducción casi isotérmica del proceso consuministro o evacuación de energía, preferentemente a través de un circuito intermedio y preferentemente en unaparato 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 catalizadoruna conducción casi isotérmica del proceso, preferentemente en un marco de temperaturas de T = 420ºC-600ºCcuando 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 enel marco de temperaturas de T = 420ºC a 600ºC 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 con oxígeno en el catalizador.

El objeto de la presente invención es, por lo tanto, un procedimiento para la oxidación catalítica continua completa oparcial de un gas de partida que contiene dióxido de azufre y oxígeno, caracterizado porque el catalizador semantiene activo mediante una conducción casi isotérmica del proceso con suministro o evacuación de energía, según la reivindicación 1.

Otro objeto de la presente invención es un dispositivo para la oxidación catalítica continua completa o parcial de un gas de partida que contiene dióxido de azufre y oxígeno, caracterizado por al menos un aparato tubular de contactoque es un intercambiador de calor vertical formado por al menos un tubo de camisa doble cuyo tubo interior relleno de catalizador forma un tubo de reacción, en el que el calor se transmite alrededor del tubo de reacción mediante unmedio de refrigeración y detrás del aparato tubular de contacto está dispuesto un absorbedor para la separación deSO3.

El aparato tubular de contacto es preferentemente un intercambiador de calor vertical formado por varios tubos decamisa doble que presentan un tubo interior y un tubo exterior, en el que los tubos interiores están rellenos de uncatalizador y la transmisión de calor se efectúa alrededor de estos tubos interiores/tubos de reacción mediante unmedio de refrigeración conducido en corriente paralela en el espacio entre los tubos interior y exterior.

En el procedimiento de acuerdo con la invención, el marco de temperaturas que se ajusta, y en especial la temperatura máxima, se establecen esencialmente en la fase de diseño dentro de los límites establecidos para laconcentración de dióxido de azufre. Los parámetros fundamentales son la temperatura de entrada del gas, lavelocidad del gas, la dilución del catalizador, la geometría... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la oxidación catalítica continua completa o parcial de un gas de partida que contiene dióxidode azufre y oxígeno en un aparato tubular de contacto, que es un intercambiador de calor vertical formado porvarios tubos de camisa doble, que presentan un tubo interior y un tubo exterior, en el que el tubo interior estárelleno de un catalizador y el calor se transmite alrededor de este tubo interior, mediante un medio conducido en corriente paralela, en un tubo intermedio del tubo interior y del tubo exterior, caracterizado porque alrededor del tubo interior, según la concentración de SO2 del gas de entrada, se efectúa un suministro o evacuación de calor continuo a través de un circuito intermedio, y el catalizador se mantiene activo con una conducción casi isotérmica del proceso con suministro o evacuación de energía.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la reactividad del catalizador usado se ajusta previamente mezclándolo con un material inerte en una relación cuantitativa de 1:100 a 100:1.

3. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque el gas de partida presenta un contenido en dióxido de azufre del 0, 1 al 66% en vol.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque en el gas de partida se alimenta aire u oxígeno industrial de tal manera, que la relación entre O2 y SO2 referido en partes en volumen en el gas ascienda a entre 0, 5 y 1, 2.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la evacuación de energía se efectúa con aire y se ajusta un coeficiente de transmisión térmica de 20 a 80 W/m2K entre el tubo interior y el medio de refrigeración.

6. Dispositivo para la oxidación catalítica continua completa o parcial de un gas de partida que contiene dióxido de azufre y oxígeno, que comprende al menos un aparato tubular de contacto que es un intercambiador de calorvertical formado por varios tubos de camisa doble, que presentan un tubo interior y un tubo exterior, en el que lostubos interiores están rellenos de catalizador y el calor se transmite alrededor de este tubo interior mediante unmedio conducido en corriente paralela, en un tubo intermedio del tubo interior y del tubo exterior, y detrás delaparato tubular de contacto está dispuesto un absorbedor para la separación de SO3.

7. Dispositivo según la reivindicación 6, caracterizado porque los tubos de reacción presentan un diámetro nominal de 25 mm a 150 mm con una longitud del tubo de 1 a 12 m.

8. Dispositivo según una de las reivindicaciones 6 ó 7, caracterizado porque se ha añadido al catalizador un material inerte para optimizar la evacuación de energía.

9. Dispositivo según una de las reivindicaciones 6 a 8, caracterizado porque el calor se transmite alrededor de los tubos de reacción mediante por ejemplo aire como medio de refrigeración y porque la construcción de camisadoble permite obtener un coeficiente de transmisión térmica de 20 a 80 W/m2K entre el tubo interior y el medio de refrigeración.