Zwavelfabricage uit zwavelwaterstof

(1)

" \ _, \ I' I' , . \ j \ 1 I I , , : ! I \ I , I \ i ~ , ,

,

1

,

r

\

TECHNIOOHE .HOGESCHOOL

LABJRATORIUM VOOR CHEMIOOBE TECHNOWGIE FABBIEKSSCHEMA

J.L.ROOD

DECE~R 1952.

ZWAVELZUURFABRICAGE UIT ZWAVELWATERSTOF.

(2)

CONTRCT- Z WRVELZUURFRBRIEK.

1<"10// ,., • 1<'/11 O!Z,. 89,018 2<11.(8,6 IV, lues, t 3:5 5,078 9432.4 l 424.096 .L 112~

L

l'm.lk"N/ter

6$0 "'"'1'11 w:"... 270 "C

I

X

IlIcht bovenleid

,no

stoom 18 ato tOl? / Idag

I

,~---+---

'

---4----~---+J

X

i

150 mm WI< .--+--+--,

lam

ellen fit

ter

900 m.m Wk;.

l

28,985

co,

0,580 yuw gelS I 29. ~'5 400 mm WK.

verbrandingsoven

""9/4 ~ L 98'1,61 j 25,51

j

I 20,32.

voeding

rllW ~ S -gas. 2371 t."HtS/ • / da 9 stoomketel '(J;S ·C gasbovenleiding ( r

I

_v

!

convertor

280 I'r1"" WK / _/ L /

<

=

151 000 11'""/,. 565 ge

--

-

- - - . .

'---~=523 'e / ' / /

l'--'==:t1c.::3.:..0

_

0C

=-

--'''=2

=

O=0

=

"

=

.''='

=

IV

=

Ch=t

=-_

~"

Z16 ·C ' ,

ç

=288 000 KcGy;, ~~5 oe ' - - - 1 - - - t---~ 396"C

l

... __ ..-:_-I+-,_1::3_0,=-O.::.C_-:-. .

...:~:..:f:...~S:..._-~-.~:ë~:..:_-

__ - _____

~ ~

'

-ventilator

X

-50 mltl WI<. 276 •

e /

" -_ _ ---, 130°C 200pK +9S0 mm w.I<.. , - - - \ . / 130

oe

21750 1(9/", IvcJ,t IlIcht filter

mvoer

lucht

condensatietoren.

50 3 SOl H,O CO, 0, 11, mel19sel ~

,

I

"-1.

-

+- "9/.

öo~

~

- 5"'0C-5--+,-._",0,0:...1.:.":..2 _ _

1 ~

131

_--,5:.:0,-".~ _ _ :.:.:0 ,5 7 97 J 1. '36 _ H,Q O,OHS 0,261 CO_,_ --,0::.:. 5,-,7.::.9:...1 _ _ ~2 5.515 Ot 31,3375 1002.7g~ N, 335,OrlO- -9 H2.~.O 80 mm 10<' mengSel ,67.60~2 10.99,280

nevelafscheider

'----' / zW'ovelzllurcirclllatiestroom

I _ _

_ _

~

sa ·e 35.e

(r== _____

17_0_5_0_0_"._/h 'JO, • _O._._8_08 _ _ -_-_-_-_ _ _ _ _ _ _ _ __

~

~~

~

1 Kmo/IJ., 28,405

1 /

~OS

·c

0.580 >1.1 '8,985 '22.3 O,sao 31.3U Jl5.078 2S.5 1 002.8 9432," 2 37E1 500 K"'~h I r I r r , v v ol( Oe

\

'

-\

supp.!etle

';.later

789,28 K9/. _i

9

_~

..:.::·==

=:--

₁

-

I

~".C

I r V '.L ( I I \.. Koe/woter 2'160 t°'i'd ut /('h I I I I I I I I I , I r LI ___. Koelwater 96 ton/do

/

~f\

- - - - -

+

- -

_I

o~ ·C _Hl.

wo:

_I I 35·C I

v

'SOC \ __ . / 28

oe

• I

; ..,

-"<:

"---

. /

• • lf

~r.: _. ' :. prodl/ct-ZW'O

velwur

Bo....".Ee (15 'C) - 'l7.11

X

86

ton/dag. ~

,.

pompbak " v v 35'C

\

40 Pok"~ _zlI/Jrpomp

J

' _ . ~

Vf!rfrouwelijk

No AANTAL BENAMING MATERIAAL

SCHAAL' DATUM WAARMERK

6.11. 52

BENAMING:

PROCfSSCHENR.

FORMAAT

TECHNISCHE HOGESCHOOL

TEK. Ne.

WERKTUIGBOUWKUNDE

ARCHief,

OPMERKINGéN

(3)

,

..

_,

l

I

, "t

jC j 1

~'"

,l , l ' .

i ;

1-

j ,

, ' i j ,

.,. - -

-t-

/1..-

,.f

~

I j ;

j ,

t

t .

~-r'

t-+.

I I 1 , " ' . . '

f

l

"

I 1

1 " I·

1

I •

t

I

1 r

-'" t

j'

~I

j"

l·

I:

T ! 1

r

" :'

.

,~,

+

I !

1/

'",;:

j

1 I j !

~

1 ~

I '

~

--

#

1 r

-r-

~

j:

f-.. Co

i

r y ' : T

""·1

! ",

.:.

,~L

+

j , "

t,..

I ,

t

- '

-r·.

t,

t

" . i ' i , _ }

rt",~+

-.

h

I

i

1 /

' - . 4 : ' ' : ' .

f-

-~ +-+.~

+

,·t

.rÄ.+

L

/;j.I'7/'j-~

-t-H,-r!.

r-t--i

i

-,+-+7.--t-+

j,

-t-

..

-++h,-+

..

--iL-l

r+i:-t-H·_r~l+-~rl ~-+~t-:--t-~:-t-~~'+-!r+~"-r·-'~-r·...,..'--t-~+'-t-~TI-t-trl+--,'r'-·t-+~~"·-t-·T:~··'-·r!i+·'~'-t---it-r·~j+···~l~·'··~-t-···~!~-Jr·~t-+··--il~· t-l+-"--t-~-r,-t-~...,..,~'~.

__

~i--*V~

l~ct-,~~~r!-·r'~r-+·l·'~·~~·1-t~'~;~'~'

-

't-:-r~I-r'+r~'~:'

1-r+

I,

f*/jI--t,-r,-r+

;_lt~~r~-,'--r·~~J~I~··_~i!~~~·

",1",

+

t

T

.

;

Tl:

''I

i,

~

: ,

.

j j " ".

+

-t-+-

+...

~.

r'

"

r

!/

i:,

,r

1 " , •

+

f;: '.-

~

~/

4' ~h" '~~fl'

:

' ;

L 1

+

, ,

-r'r

trt

1 i J _{' I}

~

.. +

A,

; f

f-r,-4-' t·.,..-+--'-l-,...

I

_,

'

,

1

,

1 j

.

L

-i -t , " , ,.t"~. ," ,~

1

"'1+' ..

~.

_.

Lr : 4- . 1

..

,

t •. ~ 1 ; I j 1 ,

:-

1 .

; j

j

.

. ..1..\ .~. , _,

t

~. i' ,- ...

,

l.

,.

l

I j , t- .. 1

,

.

t

"

.

i 1

r

t-I

,

• +--I I

T"

t

, i.

~I

.1_

_

~

"

/ '

:1.

~

~~'

I

i'~

/:

I

~~~V_"~+7·--t--+_~t_'~·7~+·~t-t-l_+-~-7·+_·+··_"_+·~~~+~_-t-·_+~t+_r~-I+t+.~t_'Ht_-~r-t-~~"'+~r"~"-t-J~!~,~

; 1 \ •

i

I "+ " . ,

I

,

"

/'P'~

I

~

. /

/

'

-.

V i //

/.~

:

.•

ti!

i ,

~

I

~

.

;"

t t

j

I '

H-1

+","

'--j'_"'_',

t---+-'---I

__

I--r-+_--I:_J-:-+_' -t-....-+-...--+--;-t-;:.

+-'-+-_:

+-;-1.-+---+....,.'

-t-'-'

-h,L.---j-/--'-i-"-+'

-,;-+-'-+r-L-;fV.

: ;

,

~

~y

~(Ç

.'

L

J_'"-t--r=:==:::=

I=:='

::t:==t

:=1

:==:=:==::t :=;=:=:==:=::: :=t:::t:=l=. :=t:==:=:==:···:,:· =':.

=t::=.:

i--:-'-I -l-c-+-r·.;..' -t-_I---1

__

J.

-f--,'-j-...;..t

-t--+-c--t---t-r+-+

1...,'

-~_-+-I-t--r+-·-·t---7'-t/I/_+-+'

_j_.-t--'

I / ' /

I

V

o~

/

/~

1 __ _ ,

~ ~-+-'-t-+-'-'-t-~'

-t-lr'

+-+1

+~I

-t-r+-t'

-t-.,....l

~t_·~; +~-+-t--"

·-'-t"-lt--·

-t-t-'+

'T--t-'~r+'

-;.f...,'r_"··.,.."'

-t-"++"

+~_-~'

..:..; -l----l

~

~-l--+

__

~

~~

_~I_~·_,~tr..:..:-l-~_~-r---+

__

+--r-:--1_t--t-~_~.·./~_+_-+-t--7/'-tvr7/~

/-r-_j_---+-7·T~_r-+7/'-t~.~

\\

~~

~

r_'_t_~-t~, +-;-+~t--~

___

~+-+-~-r·~~~+_t-;-·+·_·_j_~·+-'·+··-tr-+r~+-#~.~_'_t-+_·_+~!___'_t'~~-+r!-'-+-~+_t_7~-l-'~-~~~-+'~;+----1

~-.I

--+--"-1---11 __

+--+--;-.---+-+--1-+'

-/...,-+_·--/_+1'-t--:-';

+--+-t-I'-t-'

---+_'

+--+-'

-T-iV-l/,-+v_~+-+-/-/+/_'~

__

17/~'

+V-d'f,,+V_

r

"'

.,..

'

r

-t-~·-,~_'+-+f~-+~.+--+,:

...

+--+--~-t--'-, +--i-+-~1.-t---;-f-t-,-t--r--r--t---:-t-t# _~-;--'

+-_'r--t----+--+-+-r-t'._l-t---;-l

+_t;--,

+-,~-+----+

__ +--+-+j---+----+_' +-;'---1

: • i:

i

l

i

!

" ' ,

.

f...

i

I

:

j

1 t

j . ; ; ; ; 1

i " ..

' I ·

+- .. T '

I

i

_,

,

----'-·+-rl-+-!+-r-H-t--i-l---t-rl-'J~-

,

"

+--1---+

~--+.-+--/i-+-t-t-T+~r--t-rl-+-+--+--t-+,-r-+-+~-t-_+"T'+-+-r-I~-t--++'

+-_+-:-t---I

I :

~

, / ' ; :

1 .

' ! : " . ...

f -

+

' J }

~_.;-.

..!

j"+'

r

j

+': --

! +

~

'---t

--+-'--+--:-+-+

-l-:r+'

-+-t-~'

-l--1----+-,..--j-...:" -j-,...:

+--+--.;..t

+-'+/L..j-~;

- l -..

,.-\-~t-v,

-

-r-/+--+C>"~,-.P"---I-l-+--;-+--,-I

.'+'

'~'-'

t--

-t-!+"+--+-t-L.

r

+'

_t

₇₁li'_'-j'_ . '

'-t:'+:

-+--"

-_1-'1_'

t-+---l-j~-+---+l.-j-~...,.'-+----+-'+--+---+_· -+--+_+-'--+,_1"-+....,..i-+~L#-t---,:-+-+·.

'-+-',-+-_f-+--+--'-1 __

:'

+-c--/

, ZA'

~

, 1 ; . ,

i

; t ' T

I

· V t ' / v

I ' , '

f/

/'l:

l'~

I '

1·

I,~:-:j

,

~

I

· ...

;

,

' I

1-!

,.~

t

~

~-

"-I'

-

''''I~'

.

I ' "

~

1

1 - ' , t . ;

1

i ~.

.,..

I . I

j'

'

1 i

-+-,-+-1-h-

_,

1

j t

• I

j I , -'

!

1

-f- ;

L..

_I

+

I

j

_,

(4)

r

I

l

TECHNISCHE HOGESCHOOL

LAB:>RATORIUM VOOR CHEMISCHE !IECHNOLOO:IE

FABRIEKSSCHElIA.

J.L.BOOD

DECEMBER

1952.

ZWAVELZUURFABRICAGE UIT ZWAVELWATERSTOF.

Inleiding:

1

ferwijl de Heer C.E.Riemersma (W5) de ~hele fabriek als afstudeeront1lerp diende uit te werkent werd door ons bet daar-voor noodzakelijke chemische werk ter band genolDen. Voor bet gekozen proces werd uitgegaan van gegevens t vemregen van de installatie van de N.V.Albatros Superphospbaatfabrieken te Pernis t op grond waarvan in bet bier volgende een al@J!mene stofbalans t een overall stof- en warmtebalans van de convertor en een stof- en warmtebalans van de, condensatietoren werd uit-gewerkt. Tenslotte volgt een critische vergelJJ1t:ing van dit proces met andere processen.

Overzicht van bet proces:

Doel van het proces is de fabrikage van 86 ton/dag

zwa-)1I\1

'\4

elzuur 000 Bé

(71.71

%) uit B2S-houdend eJlS.

?

~x. Grondstof voor bet proces is gas met N 98 vol " H~ t dat

~

i,r"

'1 via een dubbelwandige @l!lsl.eidiAg - met verscheidene

'V9il1gbe-_

:

.

)

l

~rJlf

den - door een petroleumraf'finaderij geleverd wordt. Via een

tV""

_

fjpJ',

lamellenfilter wordt bet met een zodanige ovemaat lucht in

~() v de branders van de verbrandingsoven geleid t dat na de

verbran-~A

ding bet

~s

6 -

?

vol

%

802 bevat. Na koeling van het

proces-gas in een stoomketel tot IV 4.lf.OQ 0 wordt het in de convertor

_ / ' geleid. Deze koeling is noodzakelijk daar de exotherme reactie

\tf--

~

t

\

;"~' die in de convertor plaa.ts vindt: 802 +

t

02

---+ 2 803

+ a cal

\\cri\~1l16

Irt

bij hoge temperatuur teveel naar links verschuift. Dit is ook

\

\~

lJf'"

de reden waarom de vanadium pentoxyde katalysator op zes

bed-\.,

r

den in de convertor is aangebracht waartussen int het doorstro-d

mende (gis via de wand door lucht gekoeld wrdt, . die dan vervol-gens naar de branders geleid, in bet proces terecht komt.

Op deze manier wordt een omzettingsrendement van ~ 98

%

bereikt. Aanvankelijk is een hogere temperatuur toelaatbaar om-dat dan de grotere reactiesnelheid - bij hoger temperatuur - on-danks de ongunstiger (niet-bereikte) evenwichtsverhouding een

vlugger conversie bewelkstelligt. )

Met behulp van een trial and error methode kan de (evep.- !; wichts) omzettingsgraad voor een ~s met 6.60 mol

%

802 en

10.3? mol % 02 berekend worden (49) en levert dan:

~,

(5)

--- --- --- --- - " - -

..

2 Temperatuur 00 • 400 420 440 450 460 480 500 520

540

560 580 600 Kp 482 }OO l8~ 148 116 62.4 52.9 ~6.3 25.65 18.45 l}.2l

9.'71

%

omzetting. 99.4- 98.9 98.1 97.6 96.9 94.4 93.4- 91.0 87.7 83.7

78.9

73.4

Er moet dus een geleidelijke temperatuur-daling over de convertor plaats vinden, wat bereikt wordt

met

behulp van 5 koelluchtmantels - tussen de 6 borden

van

de convertor - waar koellucht doorheen geblazen wordt.

Ter vermijding van condensatie van zwavelzuur wordt de intree temperatuur van de luCht in de koelmantels op

130

0 0 gehouden, wat 'bereikt wordt door menging van de aangezogen bui-tenlucht met lucht uit de koelmantels in een c1reulatieleiding.

Het SO~ en H20 in het ~snengsel uit de convertor wordt vervolgens gecondenseerd, door het in tegenstroom

met

een koude

(~}5° 0) zwavelzuurstroom van N 78

%

~04 in een

condensa-tietoren te leiden. In deze met zuarbestendige steen bemfJtselde gepakte kolom, vindt chemische reactie, warmte- en stofover-dracht plaats.

Een gedeelte van de gevomde zwavelzuurnevel (IV 7.5 mol~) verlaat bij N 500 0 de condensatietoren en womt voor een groot gedeelte in de dan volgende nevelafscheider neergeslagen. De rest verlaat via een schoorsteen het bedrijf. Het zwavelzuur onder uit de condensatietoren wordt via een koeler naar een buffervat gevoerd, vanwaar bet in een vertakte leiding wordt

gepompt. De ene tak is de recirculatieleiding, waarin zwavel-zuur naar de top van de condensatietoren wordt geleid, de an-dere tak bevat het produkt zuur dat na koeling tot ~ 28° 0 naar de opslagvaten 1IIOrdt geleid.

Algemene stofbalans • Gegevens:

1. productie 86 ton/dag 60° Bá zwavelzuur (150 C) 2. samenstelling H~-@11S voeding:

98.04 volume

%

H2S 1.96 volume

%

C02

~. samenstelling gas na verorandingsoven: 6.60 volume

%

802

4. percentage omzetting 802 --+ BO~ in convertor: 98

%

(volumetriSCh)

5. condensatie-rendement in condensatiet&:ren: 92.5

%

(volumetrisch)

6. totaal abse>rptie-rendeme-nt: 99.95 mol

%

(6)

, - - - -- - - -- - -- - - -_4

7

-"

-

-..

l

7. benodigde zuurcirculatiestroom: 170.500 kg/hf Toelichting:

3

De voo~komende sassen worden bij de heersende totaaldrak van ongeveer 1 atm. ideaal beschouwd en dus ~~ en~J;~_9~""

bankelijk van de .~~k_~!~~~~. Verondersteld wo,rdt dat ~o

en

BO"

aanwezig in bet ~smengsel uit de convertor, in de condensat1etoren een nevel

van

z~velzuur vormen

waarvan de

samenstelling van de zwavel zuurdee lt jes overeenkomt met de ver-houding tassen

so,

en B20 van het gas uit de convertor. Een deel

van

deze nevel wordt in de condensatietoren neergeslagen

en

in het zuureireui topgenomen, een deel in de n.eve1afscheider en een ander deel verlaat de schoorsteen. Behalve de hier ge-noemde, wordt geen verdere stofoverdracht in aanmerking genomen.

H~ voeding:

Voor 86 ton/dag 60° Bá (150 0) zwavelzuur zal allereerst

de benodigde voeding berekend dienen te worden.

6d!)

M

(150 0) zwavelzuur heeft een dichtheid van 1.705

kg/m3 (P.38) en is 77.71

%

B2S04 (P.l84). Er wordt dus geproduceerd:

?7 •

71 Je 86000 .. 28 39119 kmol/h H_SO

100 IC 24 • 9 8 . 0 8 '

-c

4

Daar ]:st rendement in mol

%

van convertor en absorptie resp. 98.0 en 99.95 is, is dus de benodigde H~:

0.~:·~9~~995

=

28.9851 kmol/h zuiver

H2B,

of

28.9851

x

34-.08 )( 24

x

1000 • 2}.7075 ton/dag, en dus 100

98.04 . 23.'7075 • 24.18 ton ruw ~ gas/dag.

Luchtvoeding :

De samenstelling van het gas uit de verbrandingsoven (6 6 vol

%

80 ) is bepalend voor de verhouding molen lucht in

• 2 ~~9

de voeding van de oven.

Stel dat deze voeding naast 1.0000 mollh

828,

x mollh lucht bevat, dan beeft h&t gas na de vemrandingsoven een sa-menstelling van: 1.0000 mollh 602 1.0000 mollh ~O ::x: mollh lucht 0.0200 mol/h 002 - 1.5000 mol/h 02 + ::x: + O. 5200 mol/h gas

(7)

r

I

l

." , -• --_.- - - -- -1

Er moet nu ge lden 0.5200

+

x

=

0.0660

waaruit

x - l4.6~15

en dus verhouding molen lucht in voeding ... 14 6315

molen H2S

•

De

samenste

'

llingen waren:

ruw

H~-@#ils :

98.04 vol

%

H~

en 0.0196 vol

%

002

lucht

: 19.01 vol

% N

_{2 en 20.99 vol}

%

02 Gasmengsel voor verbrandingsoven:

S.kmollb.

_{M ...}_k~Blol _w.k~

H2

S

28.9851

34.08 987.8122

002 0.0200)C 28.9851

0.5797

44.01 25.5126

°2

14.6315

M

0.2099 • 28.9851

83.0176

32.00 2848.5647

:12

14.6315

Je

0.'i90l )( 28.9851

~35.0778

28.15

94~2.440l

mengsel

453.6602

1;294.3296

Gasmengsel voor convertor:

S.kmo1/

_h

_IIcks/

kmOl

W.kS/h SÛ2

28.9851

64.06 1856.7855

H20

28.9851

18.02 522.3115

002

0.5797

44.01 25.5126

°2

45.5400

~.oo

1457.2800

lf2

335.0778

28.15 9432.4401

mengsel

4~9.l677 1~294.~297 t

Al

1

t

80

28.98~1

100

ot. 6 60 ot.

con: ro

e:

vo pereen age

2'"

439:16 7 •

fO • . • . /fJ.

Gasmengsel voor eondensatietoren:

(omzettingsrendement S02 --+S03 ... 0.98)

S.)onol/h

S:kmo

1/

_h SO~

0.9800

X

28.9851

28.4054

802 0.0200 X 28.9851

0.5797

H20

28.9851

0°2

0.5797

°2

45.5400 )( 14.2027

31.3373

112

~~5.0718

mengsel

424.9650

)lakg/kmol

W

.kg/

_h

00.06

2274.1~6~

64.06 3'7.1356

18.02

522.~1l5

44.01 25.5126

;2.00

1002.7936

28.15 9432.4401

13294·;297

(8)

.'

.-Gasmengse1 voor nevelafseheider:

(condensatierendement .. 0.925).

S.km

o1/h

s:Jono1/h

80

₃

0.075 )( 28.4054

2.1304

802 0.579?

H20

0.0?5 )( 28.9851

2.1739

002 o.

r:J797

°2

31.3:;73

N2

335.0'778

mengsel

371.8788

5 MsJtg/kmo1

W.kg/h

80.06 170.5598

64.06 3?1356

18.02 _{" .1?37}

44.01 25.5126

32.00 1002.7936

28.15 9432.4401

10~7.6154

S03-g&ba1te van gasmengsel voor •

2.1304.00.061( 1000

..

[km.01 S03] [:tg S03/kmo1 S03]e

g

/

k

_g]

371.8788

Je 22

.416"

[ kmo1 gas] [nm3

/kmo1

J

..

20.460 g

S03/na3

Gasmengse1 schoorsteengas:

(totaal absorptierendement - 0.9995).

S:Jono1/ h

s.km

o1/ h M.kg/kmo1

W.kS/h

sa

_':;

0.0005. 28.4054-

0.0142

00.06 1.1368

S02

0.5'797

64.06 37.1356

H20

0.0005

X

28.9851

0.0145

1$.02

0.2611

002 0.5797

44.01 25.5126

°2

31.3373

:;2.00

1002.7936

N2

335.0778

28.15

*J2;~1

mengsel

367.6032

10499.2'798

0.138 g S03/ nm,3

Zuurstroom in condensatietoren naar zuureireulatiestroom:

S.kmo1/

_h

_a-

k

_g/Oo1

W.kg/h

SO:;

26.2150

00.06 2103.5765

H20

26.8112

18.02

483.1378

(9)

..

.-.,

Melfractie 80% :

r... •

26.27.50 • 0 4

G1L

9

~

iö03

53.0862

•

7T •

Zuurstroom

uit neve1afsebeider naar

pompbak:

S.kmo1/ h

• .kg/kmo1

W.kg/h

8°3

2.1162

00.06 169.4230

H20

2.1594

18.02 38.9126

zuur

4.2756

;:nS.3356

ft,~ t i

SO

2.1162

0 401L'9 _o~rac e 3 :

%g03 • 4.2756 -

'

.

7T •

Suppletie

waterstroom naar

pompbak:

Totale zuurstroom U (zie sebama condensatietoren) is

53.0862

+

4.2756 - 57.3618 kmol/h.

Stel watersuppletie X

kmo1/h,

dan geldt:

0.5051

~

57.3618

+ X

=

0.7181 (57.3618

+ X)

waaruit

volgt

X

=

43.7449.

S.,kmo1/

_h

_)(.kS/kmo1

_W.Jtg/h

H20

43.7449

18.02 788.2834

Product

zuurstroom:

S.kmo1/h

M.kg/kmol

W.kg/h

S03

28.3912

80.06 2272.9995

H20

72.7155

18.02 131.0.3338

zuur

101.1067

3583.3333

28.3912

Molfractie

803 :

%sa,

101.106?

=

0.28028.

Controle product zuurstroom:

Stroom product

zuur •

3583.3333

x

24 =

... --=--- -

~g/hJ

Je [hldag] ton

86.0000

/

dag

1000

~g/tonJ

gewicht monOb;rdraat[kg/h]

concentratie -

-gewicht product zuur [kg/hJ

28.3912

~

98.08 =

0 77710

3583.3333

•

concentratie product zuur

=

71.71

% ~04.

(10)

I

.-'I

Zuureireulatiestroom

(voor cOndensatietoren) (geëist ~ 170.500 kg/h).

S..kmo1/h Makg/kmo1

W=kg/h

SO}

1350.8930 80.06 108152.4936 H₂₀ _3459.9053 18.02 6234-7.4935

zuur

4810.7983 17()lt.99.9B71 •• S 1359. 8930 molfractie 03: %s03 - 4810.7983 - 0.28080

Zunrstroom onder uitcondensatietoren.

S.kmol/h M=kg/kmol W.kg/h

BO}

13'77 .1680 80.06 110256.0'i{)1

H

₂₀ 3486.7165 18.02 62830.6313 zuur 4863.8845 173086.7014

ZUllrstroom in pompbak tussen invoer zuur uit nevelafscheider en invoer sUp'p1etiewa~r. (fictieve

stroom).

S.kmol/h ».kg/kmol w.kg/h

B03

1379.2842 80.06 110425.4931 H20 3488.8759 18.02 62869.5439 4868.1601 173295.0370 Mo1fractie

SO}

•

_{· XSo}

1379. 2842

3 - 4868.1601 &

Ove-raU stof- en wa:rmteba1ans van de convertor.

Aangezien men de ve1'deling van de katalysator over de

horden en de temperaturen hiervan in strikt besloten kring wilde houden. volgt bier niet een gedetailleerde. maar een overall-balans.

Gegevens:

1) omzettingsrende-lDe'n t S02 ~ S03 - 0.98.

2) intreetemperatuur van het reactie gasmengse1 440°

o.

3) uittreetemperatuur van het reactie gasmengsel

405°

o.

4) intreetemperatuur van de koell ucht in de koelmantels - 130°

c.

(11)

r--~---

---,.

I .

i

-8

5) reactiewarmte 802 +

T

02 ~ SO~ : de vo:rm1ngS'Rr.lllte

bij

25

0 C (P ac..~) is voor gasvormig 802 en 80, resp.

- 70940 en - 94390 kcal/kmo 1 ell dus de xe&ctiewarmte

voor:

802g +

t

_02g

~SO~g b~

250

c

94340 -

70940 •

23450 kca1&:mol

80

₃

6) het warmteverlies aan de omgeving werd verwaarloosd.

7)

gegevens over erxthalpieën werden ontleend aan (H

549)

en (PR). De gassen wonden ideaal verondersteld, zodat

de entha1pieën onafhankelijk van de druk kunnen worden

beschouwd.

Als nulniveau werd voor de enthalpie 00 C aangenomen.

Een grafiek van de enthalpie van _{N2 , 02'}

B20,

CO_{2 ,}

8°2 , B03 en lucht als funetie van de temperatuur 1s hierbij gevoegd.

Berekenin.g warmtestroom van convertor naar koellucht.

Gasstroom Daar convertor bjj temp. 440° O.

S..kmo1/h Bo.kcal/kmol QQ.kcal/h

802 28.985 4810 139.300 H20 28.985 3685 106.800 002 0.580 4635 2.690 02 45.540 3265 1~.700 N2 ~'5.078 31~5 1050.200 meagsel 1447.690

Gass"troom naar convertor bij 25°

c.

S ... kmol/_h _{HO::keal/kmo1} _~..keal/h

B02 28.985 2~5.~ 6.820 H20 28.985 200 5.'790

CQa

0.580 218.5

12'7

Û2

45.540

l?5.~

7.980

N2 ~35.0?8

174.1

58.270 mengsel 78.~87

(12)

.

9 Gasstroom naar condensatietoren bij 405

0

o.

S.kmol/h

Ho.k

ca1/kmo1

.

Qo.kea1/

_h

803

28.405 6100

173.300 8°2

0.580 4390

2.545 H20

28.985 3375

97.800 0°2

0.580 4220

2.447 °2

31.337 2980

93.400 N2

335.078 28'70

961.800 lII8Dg8e1

1331.290

~-" .

Gasstroom

naar condensatietoren bij

25

0

c.

S..kmo1/

_h

Ho=kca1/kmo1

%..k:ca1/h

80 ₃

28.405

300

8.521

002

0.580

235.3

136 H20

28.985

200 5.?90

0°2

0.580

218.5

127 °2

31.337

175.3

5.485 N2

335.078

174.1 58.2?0

mengsel

78.329

Totale reactiewanate

in

convertor voor reaetie1iemperatuur

25

0 01

28.405

23.450 =

666.097 kcal/hf dus

QR

2500

=

666.097.

Warmtestroom van convertor naar koellucht ~.

•

• Qoi -

~1 +

QR

25°0 ... Qou - ~u +

Qk

en

dus

~

• 1447690 - 78987

+

666097

+

78329 - 1331290

=

781.839 kca~

De in de convertor vrijkonende reactiewarmte (~)

is dus

!:loi • 1447 690

"

I ..

-I ' --,.

(13)

."

QR + Qoi = Qou +

%

QR

=

1331290 + '7818:;9 - 1447690

=

_{665439 kcal/h}

E1ndtemperatuur van de koellucht.

Hoeveelheid verbrandings (- koel) lucht:

Sa

=

28,985

x

14,6315

=

_{424,1 kmol/h}

Intree enthalpie koellucht:

Qol • 15 x 6,94 x 424,1 = _{44.100 kcal/h}

Warmtestroom van eonvertorgas naar koellucht:

~ • 781.839 kcal/h

U1ttree enthalpie koellucht: 825.939 kcal/h

en dus enthalpie per kmol

Ho •

a;~:i9

·

_{1948 kcal/kmol}

en dus eindtemperatuur verbrandingslucht

1276.5°

C

I

Grootte van de luchtcirculatie: Bd

10

De intree temperatuur van de koellucht in de koelmantels met

l~o C zijn (ter voo1'koming van condensatie van ~04-d~uppel

tjes, en corrosie te-n gevolge van deze condensatie) en dus

geldt:

Sd " Ho (bij 276.50 _C) ₊_{Q01 -} _(Sa₊_Sd)_Je _{Ho (bij} ₁₃₀0 _C)

B_d )( 1948 + 44100 = (424.1 + Sd) )( 925.

Luchtcirculatiestroom voor ventilator

I

Bd -= 326.8 kmol/h

I

Luchtstroom van ventilator naar mantels _{'750.9 kmol/h}

I

Stof- en warmtebalans van de condensatieto:ren.

Gegevens:

1. Reactiewarmte van de reactie ~Og + 80:; - - f ~SOll...

bij 25°C: g " .1

Vormingswarmte B2S04 bij

25

0

c - -

_{193690 kcal/kmol} (P

239)

1

SO:; blj 25° 0 - - 94390 kcal/kmol (P 24:;)

g

B20g

bij 25°

c

= -

_{57798 kcal/kmol}

CP

239)

Dus 1è de reactiewarmte bij

25°

C van:

H~g

+ S03g

~

~04l

193690 - 94390 - 57798 = 41.502

kcal/kmol

H2B

04

(14)

r

, ~

n

2. Mengwamte van twee mengsels van 803 en ~O met ver-schillende concentratie en temperatuur is bepaald met behulp van de nEnthalpy Concentration Chart for the system ~O-S03"

(C.E.P.). Als nulniveau van de enthalpie werd hier

25

0 _C

seko-zen daar RfJ04 bij 0° C vast is. Ook van water en waterdamp wrd

beide bij

25°

C de enthalpie nul ~steld, zodat ze als verschil-lende stoffen beschouwd werden. Omdat de drukinvloed op de en-thalpie bier steeds verwaarloosd wordt is dit toelaatbaar. Bij de overgang van waterdamp bij

25°

C in vloeibaar water bij

25°

C komt dan 10500 kcal/kmol aan verdampingswarmte v~.

3.

Intree te mpe rat uur ~sstroom A in condensatietoren

405°

o.

4. Stroom van condensatietoren naar nevel-a:fscheider 0 heeft een temperatuur van 500

o.

5.

Temperatuur van de zuurstroom S uit de pompbak is

35°

c.

6. Temperatuur van de stroom prodWtt-zutJr is

28°

C. Berekening:

Daar de gasabsorptietheorie in gevallen waarin gelijktijdig chemische reactie optreedt nog verre van volledig 1s (P 703), moesten zoals eerder vermeld de verschijnselen die in de,ze to-ren optreden vereenvoudigd worden voorgesteld. In ons gechar-geerde beeld stelden wij _{dat H20 en 80}

3 aanwezig in het

gasmeng-sel uit de eonvertor, in de condensatietoren een nevel van zwa-velzuur vorDen, waarvan de samenstelling van de zwazwa-velzuurdeel-

zwavelzuurdeel-tjes overeenkomt met de verhouding tussen S03 en H

20 van het gas uit de convertor.

Teneinde met de beschikbare gegevens de warmte effecten in deze toren te kunnen beoordelen, moest een vrij ingewikkelde weg begaan worden, die - alvorens tot de eigenUike berekening over te gaan - eerst zal worden aangegeven.

Aan de gasstroom A (Zie fig.3), die de toren binnen komt wordt de wannte Q.l onttrokken, z6 dat de gasstroom een

tempera-o

tuur van tB

=

25

C krijgt.

Deze gasstroom B wordt gesplitst in vier stromen: C is een stroom die al het SO} van stroom B bevat; D is een stroom, die een t.Q. v. bet 80

3

van C aequi

va-lente boevee lbeid waterdamp bevat;

E is een stroom, bestaande uit de resterende waterdamp; H is een stroom, bestaande uit de rest van bet gasmengsel

,

Vervolgens wordt de waterdampstroom E gecondenseerd bij

250 Cf waarbij de condensatiewarmte Q2 wordt onttrokken. De stromen C en D worden vervolgens samengevoegd, waarbij de reac-tie 80

3

+ ~O ---. ~S04 isothermisch bij 25° C verloopt. De

(15)

(16)

• 0

I •

l2

Vervolgens worden G en H samengevoegd, beide met een

tem-peratuur van 250 C. De hierbij ontstane reactiewannte ~ wordt

weer onttroldten.

Het verdere verloop van de Mema volgende berekening

wordt aan de hand van de nevenstaande figuur voldoende duidelijk geacht.

Stroom saamengsel A naar condensatietoren bij 405°

c •

S::kmol/h ~5.keal/kmol

~5.kca~

80 3 28.4054- 6100 - 300 5800 164.700

so

₂ 0.5797 4390 - 235 4155 2.409 H20 28.9851 3375 - 200 3175 92.010 002 0.5797 4220 - 218 4002 2.320

°2

31.3373 2980 - 175 2805 87.915 N2 335.0778 2870 - 174 2696 903.?~ mengsel 1253.164

o

Stroom gasmengsel B naar eondensat1etoren bij 25'

c.

S.lonol/h _~5.kcal,lk_mol

S03 28.4054- 0 8°2 0.5797 0 H20 28.9851 0 0°2 0.5797 0

°2

31.3373 0 N₂ 3~5.0?78 0 mengsel

Ql •

1253.200 - 0 • 1253.200 kcal/h.

Stroom S03-sas 0 bij 25°

c.

s.kmol/h ~5.keal/k:mol

so,

28.4054- 0

g

Stroom watetdamp D bij 25°

c.

S.kmol/h ~5.keal/kmol ~O _g 28.4054- 0

Q

₂₅

::kcal/h

0 0 0 0 0 0 0 Q25.kcal/h 0 Q25.kcal/h 0

(17)

13 Stroom waterdamp

E bij 25°

o.

S.Jon0

_1/h

_{H25.kcal/kmOl}

~5.Jtea1/h

~O

0.5797

0

g

.

-

Stroom gasmengse1 F bij

25

0

c •

I -- S.km

ol/

h H

_25.keal/kmol

~5..keal/h

802 0.5797

0

002 0.5797

0

°2

}1.3373

0

0 N2

3}5.0'778

0

0 Stroom vloeibaar monohyóraat G bij 25°

o.

8..kmo1/h

8°3

. g

28.4054

H20

28.4054-g

S..;kmo1/h H25·kcal/kmol

Q25·

kca1/

h

~O4l 28.4054

0 0

Q3 ..

28.4054 " 41502

=

[km01/h

lil

kcal/kmOl] •

I

1 180 000

kcal/h .. Q3

I

Stroom vloeibaar water H bij

25°

o.

S..kmo1/h

~5_kcal/kmo1 Q

₂₅

..kcal/

_h

~Ol

0.5797

0

Q2 -

0.5797

x

10500 .. [kmol/h " kcal/kmol]. (609

0

_{kcal/h -}

_Q21

Stroom vloeibaar

zuur I bij

25°

o.

S.kmo1/h

~5·kcal/kmol

Q

₂₅

.k

ca1/

_h

S03

28.4051

--

--H20

28.9851

---

--mengsel

57.}905

_°

molfraetie 803 •

_{• XS0}

28.4051

.

..

3 - 57.3905 - 0.4949.

(18)

I .

I

14

Vrijkomende

reactie~te

volgens (C.E.P.) •

87.5 kcal/kmol

mengsel.

~ ~

57. }905

lOt

87.5 =

[2=ol/h " kcal/kmOl]

-15020

kcalJ\:, •

Cl}

I

Stroom

vloeibaar zuur K bij

25°

C. S.kmo1/

_h

_{H25.kcal/km01}

_Q25::kca1/h

SO;

26.2750

0

0 H20

26.81l2

0

mengsel

53.0862

0 0

26.2750

molfractie 803 : XS0

3

-=

53.0862 .. 0.4949.

Stroom vloeibaar zuur L bij 25

0

C.

I

S.km01

/h

_{B25·kca1/kmol}

Q

₂₅

..kca1/

_h

S03

2.1304

0

0 B20

2.1739

0

0 mengsel

4.3043

0

0 2.1304

molfractie

SO; : XsO; ..

4.;043 ... 0.4949.

Stroom

gasmengsel

M bij 500

c.

S..kmo1/h

~5.kcal/kmol ~5.Jtcal/h

S02

0.5797

252

·

146.1 0°2

0.5797

239.5 1}8.8

°2

31.3373

171 5550

N2

335.0'7'78

174

58404.6

.engse1

64140

Q5 - 64140 - f) - 164140 keal/h

=

~

I

Stroom vloeibaar zuur N bij

50°

c.

S...kmo1/

_h H

_25.kcal/kmol

_Q25=kca1/h

SO;

2.1;04

---

---&:2°

2.1739

--

---DBngse1

4 • .3043

400

1722

..

~5 11

kcal/à

(19)

-'---/

l:f ti SO • 2.1304 0 4949

mo rae e 3· 4.3043" •

~ .. 1722 - 0 .. 1722 kca1/h

15

St room gasmengse 1 en zuurneve 1 met cond ensat etoren i 0 blJ

.. 50°

c

~, I

S

I : kmo1/h 80₂ 0.5797 C02 0.5797 °2 31.3373 N₂ 335.0778 S03 2.1304

1~

4.~43 H2,Û 2.1739 _.J

t

I

lI25dca1/kmo1

Q

_25.kcal/h 252 239.5 171 174 400 146 139

,'SO

58303 1722 65860 -~5 0 _kca1/h

Recirculatiestroom zuur in condensatietoren P bij

35°

c.

Spo1/_h _H25

_..k

cal_{/kmo1 Q25-}keal_/_h

803 1350.8930

---

--H20 3459.9053

--

---mengsel

4810.7983 163 784.500 784.500 .. ~5 P kca1/h 1350.8930 molfractie 803 : XS0 3 - 4810.7983 .. 0.28080.

Stroom vloeibaar zuur

ct

na menging van s17romen F·en K.,

.

S=kmol/_h H25=kcal/kmol 't25=kcal/h

80 3 1377.1680

---

---H20 3486.7165

---

---mengsel 4863.8845 181 881.000 881.000

=

~5 Q kcal/h 1377.1680 molfractie S03 : X_S03

=

4863.8845

=

0.28314. •

De temperatuur van het mengsel volgt uit het enthalpiediagram

(C.E.P.):

•

(20)

zuur p (x

_so

=

0.28080 t

3

zuur K (xSO

=

0.4949

3

~

= 881.000 - 0 - 784.500. 196500 keal/h

=

~

I

Warmte stroom

Qa.

Ql

=

1 253 200 ~ = 6 090 Q3 = 1 180 000 ~ = 5 020 ~

=

64 140

%

=

1 722 , + 16 I + Q8 = 2 444 310 65 862

=

2 378 500 kca1/h •

I

Q8 = 2378500 kcal/h

I

.

,

Stroom vloeibaar zuur onder uit condensatietoren R.

s=kmol/h H25=kcal/kmo1 ~5:::kmol/h

,

803 1377.1680

---

---mengsel 4863.8845 670 .. 3.259.500

3.259.500

=

~5 R kcal/ho

Enthalpiestroom ~5 R = ~5 Q + Q8

=

881.000 + 2.378.500 •

3.259.500 kcal/ho

Enthal . _p~e_mengsel

₌

H_

_-Z

_.

_?

₌

3.259.500 _4863.8845

₌

670 k 1/ _{ea kmo1 mengae •}1

Molfractie 803 : %gO

=

0.28314.

3

De temperatuur van het zuur onder uit de condens~tietoren

volgt uit de enthalpietabel (C.B.P.): ~ ~ 64°

c.

,

Stroom vloeibaar zuur uit pompbak, S bij 350

o.

S=km01/h H25::kca1/kmo1 _Q25=kca1/h S03 1379.2842

---

---H20 3532.62.08

---

---mengsel 4911.9050 163 801.000 801.000

=

~5

s

kcal/ho Molfraetie 803 : XS0₃

=

!~if:~g;§

= 0.28080.

(21)

l _

17

Stroom vloeibaar water in pompbak, T bij 150

c.

s:kmol/_h _~5=keal/kmOl ~5=kcal/h

II:20 43.7449 - 180.2 - 7890

- 7890

=

Q25 T kcal/h

Stroom zuur in pompbak, U tussen invoer zuur vanuit

nevel-afscheider en invoer suppletiewater (fictieve stroom).

S=kmol/_h H25:kcal/kmol ~5=kcal/h

8°3 1379.2842

---

---~O 3488.8759

---

---mengsel 4868.1601 150 or 731.000 731.000

=

Q25

V

keal/h Molfractie _{803 : XS0} 3

=

~~~:i~i

= 0.28332.

Mengwarmte

Qll

= ~5

s -

~5

U -

~5

T

=

801.000 - 731.000 + 7890 = 77.900 kcal/ho

I

Ql1 = 77.900 kcal/h

I

Stroom vloeibaar zuur uit nevelafseheider naar pompbak V

bij 500

c.

s::kmol/h H25 cke al/kmo 1 ~5=keal/h

8°3 2.1162

---

----~O 2.1594

_

.

_-

----mengsel 4.2756 400 1710 1710 • 0_ keal/h 'Yd5 V 1401fractie S03 : %gO

=

0.4949. 3

Stroom vloeibaar zuur uit warmtewisselaar WW I.

S=kmo1/h ~ _.kcal/kmol Q25=kcal/h

503 1377.1680

---

---H20 3486.7165

---

---mengsel 4863.8845 149.8 729.290 Molfractie 80 3

=

0.28314.

=

~5

w

(22)

",

o

t"

=

33 C. De mengwarmte Q12 is te verwaarlozen.

De

warmtestroom te onttrekken door WW I is:

~ = ~5 R - ~5

w

= 3259500 - 729290

=

2530210 kcal/ho

stroom product zuur X voor WW 11 bij 350

c.

s~ol/h _{H25::kcal/kmol} ~5:keal/h

803 28.3912

---

---~O 72.7155

---

-18 mengsel 101.1067 163 165.000

₌

_~5_I Molfractie 80 3 : 0.28080.

stroom product zuur Y na WW 11 bij 280

c.

s::kmol/h H25=kcal/kmol ~5=keal/h

8°3 28.3912

---

----H:20 72.7155

---

----mengsel 101.1067 49 4960

Molfraetie 803 : 0.28080.

De warmtestroom Q10 te onttrekken door WW 11 is:

QIO = ~5.X - ~5 y _{= 165.000 - 4.960 = 11.540 kcal/h}

Stroom gasmengse1 en zuurnevel uit schoorsteen Z bij 500

o.

S=kmol/h _{H25..kcal/kmol}

Q

₂₅..kcal/h

8°2 0.5797 252 146 002 0.5797 239.5 139 02 31.3373 177 5550 N2 335.0778 174 58303 8°3 00

0l4-2}

0.0287 400 11 ~O 0.0145

-mengsel 64149 ₌

_~5

_I

(23)

Critische vergelijking van dit proces met andere processep

Hierbij dienen wij dus te onde~scheiden:

I. andere mogelijkheden van H2S-verwerking 11. andere zwavelzuur processen.

Wij kunnen dit punt nog verder onderverdelen in:

a. verschil in verwerking van het verkregen 802-g&s (kamer- of

contact-fabriek

bo verschil in zwavelgrondstof

a) tot zwavel b) tot zwavelzuur

@d a. In het originele Claus proces (39) _{werd H2S met lucht in een}

grote verbrandingskamer verbrand.

-Temperatuur beheersing bleek hier een zeer moeilijk punt, later

ge-Qruikte men rooycle gas, tot de I.

Go

het proces modifioeerde 'en

1/'

van de H?S verbrandde en dit gas vervolgens met· de

2/'

rest samen

in een convertor met een kat,alyeator bracht (47,65,66) . .

A: H₂S + 1!

°

_{2 .}1 - . S02 + H20

B: S02 + _{2 H2S -}- .

.3

_{S +2 H20}

r

Als de koeten van de H25.afscheiding uit het verdunde gas (23,29,36,

62,64,65) op het Claus proces drukken, liggen de verhoudingen op

't ogenblik zo dat een fabriek van 20 - 30 ton zwavel per dag het

al met de - voigena het Frasch procédé (70) verkregen - natuurzwavel op kan beginnen te nemen en dat hij bij 50 ton/dag winstgevender is

(9,50,59

₁

65).

Indien eehter de zwavelprijzen stijgen - en tussen nu

en Beg 1~75 zullen de prijzen van de natuurzwavel, ten gevolge van

de uitputting der voorraden (9,53,54) ongetwijfeld stijgen - zouden

kleinere fabrieken tot 5 à 10 ton aantrekkelijk kunnen worden.

.t

Als de kosten van de H,S-afscheiding niet op het Claus proces drukken,

18 reeds nu een capaciteit van 5 ton/dag economisch mogelijk (58,-59).

De aldus verkregen zwavel is zuiverder dan natuurzwavel, zodat nu geen

speciale branders voor de zwaveloxydatie nod~ zullen zijn (23,30). •

In

hoeverre het nieuwste op het gebied van H~8 omzetting in zwavel,

van de Jefferson Lake 8ulphur Co - dat nog nIet verder dan het proef-fabriekstad1um schijnt te zijn - nog tot een verdere verlaging van de

kosten van de aldus te winnen~-avel zal leiden, kan niet met

zeker-heid voorspeld worden; maar het proces lijkt zeer aantrekkelijk.

Genoemde maatschappij verkrijgt de noodzakelijke hoeveelheid SO,. door

verbranden van een deel van de geproduceerde zwavel. Deze SO, r8ageer~

dan bij lagere temperatuur met het H2S. Door deze scheidi1l8 van de '

Qxpdatie, van de hoofdstroom van het gas, en het werken bij lage te~

peratuur sohijnt mén de gehele gasstroom als zodanig te kunnen gèbrui-ken, zonder eerst de H,S af te scheiden en dus zonder de daarvoor nood-~akelijke - vrij kostbare - apparatuur

(9).

.

(24)

..

, " ) \

'

V

'

,(,

/

I;. ( .

..

ad b. De _{directe verwerking van H2S tot H2S04}8

Wij kunnen hierbij twee mogelijkheden onderacheiden~

b1. men wil 9~ H 50 maken, dan moet water uit het

verbrandings---- gas verwijderd w~rden, waarna verder de

normalecontactappa-ratuur volgen kan;

b20 het zuur hoeft niet sterker dan

80%

te zijn (fosfaatindu'strie),

- dan kan volgens de zgn."natte contact" methode gewerkt worden

en is geen kostbare ontwateringsapparatuur nodig

(68,69).

Een belangrijk probleem is dan echter de S03-absorptie. ' I

In

ons geval - verdund zuur voor de fosfaatindustrie - is,b2 dus

zeker goedkoper ~dan b1, waarbij de installatie dan~en capaciteit

van tenminste

50

tori7[ag moet hebben om rendabel te zijn

(19).

.

Wat is nu voordeliger: ad. a of ad. b ?

-Parker

(58)

.

die b2 niet beschouwt, kiest voor het Claus-proees, Sands

en Schmidt

(65)

menen,dat het verwerken van H 50 wel en groter in·'

vestering behoeft dan de ~avel~bere1ding vol~en' Claus₁

maar

dat dit

toch per ton

zw

vel goedkoper ia dan Clauso Schuringa (b9) m ent.,dat

ala ter plaatse zwavelzuur nodig ia. de directe methode voordeliger

is,

daar

het zwavel rendement hoger is en de kosten van een

Claus-installatie vermeden worden. In het geval van een behoefte aan ver-,

dund zwa elz~~ (b2) ie dat zeker juist, maar of dit ook nog bij

methodeb1 waar zou zijn, kon niet uit de literatuur geconcludeerd

,

word n.

·

Het ie zeker, dat bij een te kleine plaatselijke markt voor ~avelzuur.

zw ~.l~bereiding grote voordelen beeft door go dkoper opslag en

Ter-yoer

van het e~dproduot (32). In de V.S. neemt men voor zwavelsuur

{10~ zuur bevat + 615 lb. navel) gewoonlijk een marktgI-è.n. aan 'Van ,

200 miJl (9). ' - ,

Tot slot

van

het gedeelte I blijft nu

nog een be

prek~

van

tw

mogelijke uitvoeringsvormen, van een deel van de contact-apparatuur

voor b2. Wij denken 'hierbij aan de convertor en de

absorptieappara-tuur zoals die bij de B.V. Albatrosfabrieken te Pernis wordt toegepast

en de

door de Chemical Construction Co. ontwikkelde vorm •

.1s.

Convertor

4e

koeling tussen de bedden van de convertor

gesohiedt

bi3 de Chemio'o door' direote injectie met lucht in de gasstroo • bij

de Albatros door uitwendige koeling met behulp van vinnen e.d •• en

. -gedwongen luchtstroming.

, De Chem.1co-convertor he ~t de volgende voordelen boven de bij d~

Albatros gebruikte:

AL

Beter procesomstandighedenJ

a) de koelingen daarmee het reactieverloop kan beter b heerst

worden,

b) een grotere' flex1bl1.ite1t, door een groter regelgebied ván ,

de koel~.

.

~

Lagere

investering:

a) minder materiaalgebruik: voor v1nnen~ ribben en voor het

oircuit van de rondgepompte luoht;

b) minder hoge koeten van vervaardiging dan voor de bij de

Albatros convertor noodzakelijke ingewikkeld-gevormde ,

vinnen en ribben.

2. De tbs0Fatie van he't gas geschiedt bij Chemico me~ behulp V8.n e

-- nor zon~le zuurconc ent rat or , in twee delen, en zonder vulling.

(25)

..

, ( ,.

Het

proces

bij AlbatrQ8 werkt met een conventionele -

met

zuurvaste steen gevul~e - toren waarover zuur naar beneden vloeit, gevolgd door

een nevelaf"scheider. . '

Wa&r

Ó

bij on proces uitgaande van H?S aequivalente hoeveelheden H

2

0

en

S

~ gevormd worden en dua de noodzaak om grote hoeveelheden ve~

dund !uur te concentreren vervalt, schijnt een voordeel van hetCh -mioo prooes - n.l. de grote koeling, door verdamping van water, in de ooneentrator (90% besparing op koelwatervolume t.o.v. het convent~onel.

proces, 57) ~ het te zullen moeten a~leggen, tegennhet nadeel van een groter benodigde hoeveelheid electrische energie t.g.v. de grotere weerstand van de gasreiniging.

Helaas iijn geen vergelijkende economische gegevens 'in de literatuur

be sehikbaar.

·11. AnSere zwavelzuur-processen

A4

a. Verschil in verwerking van het verkregen S02-gas (kamer- o~

contact=rabriek).

Hoewa 1 het einde van het kamerproces reeds lang ge leden

voor-speld was, heeft het tot wereldoorlog 11 steeds kans gezien zich - door verbeteringen in de productie. op eenzelfde productie niveau te handhaven.

Betere koeling van de kamerwanden en intensiever contact van gas en vloeistof Dij de nieuwe methoden (Petersen, Jf1lle-Pa·ckard. 42,44,62,79) gaf een verhoging van de opbrengst per

m1kameropper-vlak. '

Het contactproces heeft vele fundamentele voordelen - b.v. het direct produceren van sterk zuur - maar toch zal het kamerprocea voor kleinere hoeveelheden en verdunder zuur zijn eigenaardige

conourrerende positie kunnen handhaven (44). Hierbij mag men

niet ergeten, dat meer dan de helft van het geproduceerde zuur als verdund zuur in' de superfosfaatindustrie in gebruik is. ' .

Ondanks dit heett het contactproces (1,31,56,57,77) toch kans gezien vrijwel de gehele verdere groei van de wereldzwavelzuur-productie tot zich te trekken en werd in 1949: 2;t6~ van de wereldproductie volgens dit proces bereid (44). In de V.

s.

,

was.

in 1935 dit cij~er reeds 5~ (60).

Bij een vergelijking van investerings- en productiekosten van

. kamer - en contact~abriek, voor zo algemeen mogelijke condities met natuurzwavel als grondstof komt Barr tot de conclusie, dat voor een productie van 25 ton/dag een kamerfabriek te pre~ereren

is; voor 100 ton/dag en meer: een contaotfabriek; en voor 50

tqn/dag de productiekosten in beide typen fabriek ongeveer gelijk

zi~n, waarbij dan de investeringskosten voor de contact- lager zijn dan voor de kamerfabriek.

ad b, Verschil in zwavelgrondstof

De verschillende mogelijke bronnen van zwavel voor de productie

van zwavelzuur zijn:

1. ~atuurzwavel (9,11,18,21,24,30,49,53,54) .

2. Pyriet (24, 30,49 ,,54)

3~ Aardgas, aardolie en raffinaderijgas (9,39,47,58,59,65,66) 4. Gips en anhydriet (8,38,40,41,51,55)

5. Bon-ferro metaalertsen (3,11,47,48,54,73) 6. Kolen (9,53,65)

7.

Zwavelafzettingen met laag percentage zwavel (4,10,27) 8. Afvalzwavel (7,11,28,35,51,61,74)

(26)

i'

..

-• , :

. i

Hierbij dient men in he~ _{oog te houden, dat de eerste twee de}

wereld-zwavel behoefte voor 90% dekken. Door de huidige wereld-zwavelschaarst_'_{e (9,1}

20 i

53,54),

die eigenlijk alleen een schaarste aan _goedkope

natuUrzwa-ve is, treedt een structurele natuUrzwa-verschuiving ,_{op de zwavelmarkt op, ten}

gevolge waarvan de andere - dan deerstgenoemde twee - van stijgende betekenis zullen gaan worden

(53).

Een bespreking van deze verschillende bronnen van zwavel,

_{zou ons}

-gezien ,_{de rigoureuze beperking,die in de omvang van dit}

fabriekeont-werp noodzakelijk _{was -} _te_ver_{voeren. Wij zullen ons daarom bepalen}

tot een vergelijking van investerings- en productie'kosten van

zwavel-zuurfabrieken met éen der eerste vier ~wavelbronnen _{als grondstof. vo}

zover in de literatuur bekend (9,16,65J. -_{Indien wij de zwavelechaarst}

als van zeer tijdelijke aard _{zien en dus overwegingen als het huidig}

mo

_{ilijk beschikbaar zijn van sommige zwavelgrondstoffen buiten}

be-schouwing lat~n, _{is het economisoh}_v~chil_{immers richtinggevend bij}

d

keuze uit de theoretisch _{mogelijke prooessen.} _,"~,

Voor een fabriek van 100 ton/dag (9~ _{H2 804)} _{zijn de}

investeringa-~osten: ,

Voor

natuurzwavel pyriet H 2S ,

giPS(~~a;~e~~

_ 600.000 $ 1.200.000 :I 8250000

$

10800.000

Voor kleinere fabrieken kunnen _{deze kosten zelfs voor pyri}

_t

2* maal

die voor natuurzwavel zijn.

De _{productiekosten voor deze fabrieken zijn: (per shortton}

_9&'c

zuur) natuurzwavel (van _ 30 /ton)

,pyriet (van _

20

/ton)

H2S

g~pe _(van_~ ₂ _/ton)

' ~ 15 ...

~

19·-~ 25,70

Deze oijfers spreken

voor

_{zichzelf, al dient men niet te verget.en}

_,

_dat

dit

_{voor "gemiddelde" omstandigheden ie berekend}

_en

_{dat orider}

_speciale

omstandigheden gips bv. wel degelijk economische mogelijkheden heeft _{(men denke} _aan

de récente nieuwe of nieuw te bouwen fabrieken

_(9.11,1,)

in Groot-Brittann_,_{ië en India}_~_{de ervarillgen met oude in Franknjk,}

·

(27)

..

.

I'

Litteratuur:

•

10 R.W. Allgood, ïrans. Csn. Inst. Mining Met. 55 (in Can. Mining Met. Bull. no. 479 (1952)

153)--2. J .A. Barr, Chem. ~ng. 21(1950) no. 4, 106. 3. J.W. Beckman, Chem. ~ng. News ~ (1951) 5115. 4. C. Berti, Ital P. 454.531 (1950).

5. 'L.A. Blackmun, U.S. 2. 567. 667 (1951).

6. C.L. Blohm, Petroleum l!:n~r. 24 (1952) -no. 4, C-68. 70 Brit. 654 .060 (1951).

8. J. Cathala, Proc. Intern. Congr. 11 (1947(35.

9 Q Che lil. ~ng.

22

(1952) no. 1 , 165

100 Chem. ~ng. News 29 (1951) 560. 11. idem 29 (1951) 2126. 120 idem

ïQ

(1951) 4044. 130 Chemo- Indo (1952) 499. 140 Chem. Weekblad

i2

(1949). 150 idem

!1.

(1951) 25. 16. idem 47 (1951) 119. 17. idem

!1

(1951) 2940 18. idem

!1

(1951) 6780 19. idem 47 (1951) 692. 20. idem 48 (1952) 73. 21. idem 48 (1952) 107. 22. idem 48 (1952) 450 ..

Pure and Applied Chem. (London)

23. H.A. Cunningham, Ind. ~ng. Chem. 42 (1950) 22380

24. J .S .. -Doting, H.I. Watennan, Hlmd1eiding bij de s1;udie van het zwave1zuurOOdrijf.

25. H.A. Edge,Brit o 644.924 (1950).

26. F.O. Ekman, H.F. Johnstone, Ind. ~ng. Chem. 43 (1951), 1358 •

270 N~P. Ekonomopoulus, Ind. ~ng. Chem. 44 (1952) 105.

t

-280 r;.A. Eppe, B.S. Garret, U.S. 2.553.407 en U.S. 20559.496.

29. R.H. Espach, Ind. Eng. Chemo 42 (1950) 2235.

30. A.M. Fairlie, Sulphuric Acid Manu~acture, New York 19360

31. H.L. Fanahaw, Cant Chem. Process Inde.

II

(1949) no.o 1, 32.

320 E.P. F1eming, T. C1eon Fitt, Ind. ~ng. Chem. 42 (1950) 2249.

330 idem idem 42, 2253.

340 A.L. Foeter, Petroleum Engr. 23 (1951), no. 12, C-3 35. idem idem 24 (1952), no. 1, C-5

(28)

• .,

36 • H.D. Frazier, A.L. Koh1, Ind. ~g. Chem. 42 (1950) 2288

370 K. Fujimura, S. Kawasumi,J. Chem. Soc. Japan, _

Ind. Chelll. Secte 52 (1949)5, ref. Abstr.

i2.

(1951)1731

L. Gavanda, Hitt. Chem. Forsch. Inst. Ind. Geterr.

1

(1949)70,

ref. Chem. Abstr. 44 (1950) 806e.

38.

-390 Gra~f. Oil GasJ.

i1

(1949) 99.

40. G.I.

Higson, Chem. ~g. News ~ (1951) 4469.

41. idem Chem. Ind. 1950, 750

42. Ind. Chemist ~ (1949) 561.

43. H.l. Johnstone, Pulp

&

Paper Mag. Can. 53 (1952)no. 4, 105.

-440 B.M. Jonas, Ind. EnR. Chem.

iS

(1950) 2208.

45. N. A. JulI, W.F. Marston, Pulp Paper Mag. Can. 52 (1951)

46. M. Katz, 100. .&ng. Chem. 41 (1949) 2450.

47. M. Katz, _{R"J. Cole,} Ind. Eng. Chem.

II

(1950) 2258.

48. R.A. King, Ind. bng. C he m. ~ (1950) 2~41.

49. X.A. Kobe, Inorganic Process Industries, New York 1948

500 A.L. KOhl, E.D. Fox, Oil Gas J. 50 (1952) no. 42, 154.

51. Krebs 8: Co. A.G. Zwit. 258.579(1949) en 258.841(1949).

52. H. -KUhne, Chemie Ing. 1'echn. 21 (1949) 227.

no.8, 83.

53. L.J. Lagendijk, ~conomisch StE>ltistische Berichten 37 (~1952) 376. '"

54. W.F. Lundy, Ind. ~. Chem. 42 (1950) 21990

55a J .Manning, Ferti1iser, Soc. (EngI.) Proc. no. 15 (1951) 33.

56. W.J. Murphy, J. Roy Inst. Chem. 74 (1950) 301.

- -

----570 T.R. Olive, Chem. Bng. 57 (1950) no. 10, 103.

58.J.L. Barker, Oil Gas J. 2Q (1952)'no. 47, 84.

59. idem ,Petroleum Processing 7 (19-52) 338.

60. P. S? Pels, ~en ~conomisch-statistiBch onderzoek naar de chemisché

industrie in Hed erland, Haarlem 1944.

61. A.B.K. Penn, Erh-Tzu Chang, Bull Chungking Insto Ind. Rese~rch

_ no~ 1(1947) 9, ref. Chen. Abstr. 44 (1950) 8268 .

62. G. Petersen, Chimica e industriil (MilanI 32 (19'50) 324, refo

Chem. Abstr. 45 (1951) 3S69d. --

-63. Hor.&Plummer, Petroleum Engr. 24 (1952) nO.3, C 33.

64. R.M. Reed,_ N.C. Updegr~ff, Ind. r;ng. Chem. 42 (1950) 2269.

65.· A.E. Sands, L.D. Schmidt, 1n(1.. E~~ Chem. 42, 2?77.

66. FoG. Savoyer, R.N. Hader, L.K. Herndon, E. Morningsta_r, Ind .. Epg ..

Chem. 42 (1950) 1938.

67. H. Schne1l, Kältetechnik

.1.

(1952) 33, ref. Chen. Abstro 46, 6339p,.

68 .. J .H. Schurin~a, Chem. ueekbl~d, 48 (1952) 3?3.

69" ide m , Ind us tri e Chimique 48 (1952) 323.

70" W.H. Shearon, J .H. -Po11ard, Ind . .l.!.n:.-.;. Chem. 42 (1950) 2188.

71. S. Sieber, Phllrf:1. Zentra1ha.11e 89 (1950) 790

(29)

•

~

Syrnposium "Atmos~he ric Contarnina tion a nd Purifica tion"

Ind. ~ng. Chemo 41 (1949) 2383. '

73 ..

74. _{Takuo OkRda,} _C.s., _{Japan, 1660} _(~950).

75. J.H. Todd, Ind. Eng. Chem. 42 (1950) 2210.

7&. _M. _Webb, _Oil _Gas _J. _{49 (19')1) no.}_'_{36, 71.}

R.A. We tl> , 8

6• African Ind. r.hem.

1

(1949) 184, re:f. Che

,

L,

7719c.

77.

78. G. Weber, Oi1 Gas J. 45, 58 (1947). 79a E.A. Werner, U.S. 2.481.634 (1949).

80. H.r,. Zare1, Chem. Inds • .§2 (1949) 960.

81. Po Zurcker, Petroleum Processing 7 (1952) 333.

g20 W.P. Jones, Ind. hng. Chem. 41 (1949) 2424. _

.

De

voor de berekeningen gebruikte

literatuur

1s

in

bat

verslag

~

gegeven me't een letter, gevolgd doer een nUDlDer, die

de

bladzijde aangeeft.

(l)

W.H.

I4cAdams Heat

Transmissioll

i1

d Ed.

1951.

'

(B)

G.,O~Brown

Unit

Operations

lst Ed*

1950.

,

(0) 1I.0larke llaDual for ProeeS$ En.g.Cale. lst Ed. '1947.

{C.E.F.) Ohem.J:ngineeriDg Progr. Vol 48, Bumb. 6. Jtlne 52. p.'14.,

(H)

Hitte

Des Ingenieurs Tascbenbuch. 1- Band ~ .Qtl~19.:4-1.

(JC)

D.Cl.ltern

Process Heat Transfer'

lst Ed. 1950.

'"

'

(M), I.B.llaxwll Data Book on Hydroearbons

'

1950.

(P) Ohemical

J!lng1n~rs

Handboek J .H.Perry

,rel

BQ.

1950.

{FB)

Petroleum llefiner 28 No 1, p. 126-130 (1950).

(ft)· PolyteeluUsch TijdechJ."ift U1tg.

A.

?e

Jaars.

Bo 21-22, p·.35~a.

(S.B.) Sehe1z.Bauzeitung, 1951 No 10.

,

.