DE102007027881B4

DE102007027881B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Mischung von Gasen

Info

Publication number: DE102007027881B4
Application number: DE102007027881A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Daum Karl-Heinz; Wolfram Schalk; David Cachero Ventosa
Original assignee: Outotec Oyj
Current assignee: Metso Finland Oy
Priority date: 2007-06-13
Filing date: 2007-06-13
Publication date: 2012-02-16
Anticipated expiration: 2027-06-14
Also published as: WO2008151758A3; CL2008001718A1; AU2008261290A1; WO2008151758A2; DE102007027881A1; CN101679037A; MX2009013478A; PE20090270A1; CN101679037B; MX340510B; AU2008261290B2

Abstract

Verfahren zur Mischung zweier Gase unterschiedlicher Temperatur oder unterschiedlicher Temperatur und Zusammensetzung in einem Konverter zur Herstellung von SO3 aus einem SO2-haltigen Gas, wobei ein erster, SO2-haltiger Gasstrom durch ein zentrales Zufuhrrohr in den Konverter eingeführt und durch einen integrierten Wärmetauscher geführt wird, wobei ein zweiter Gasstrom über wenigstens eine in dem Konverter unmittelbar vor oder nach dem integrierten Wärmetauscher und in einer Mischkammer angeordnete Ringleitung zugeführt wird, aus welcher der zweite Gasstrom durch eine Vielzahl von an der Unterseite und/oder der Oberseite der Ringleitung vorgesehene Öffnungen austritt und in den ersten Gasstrom eingespeist wird, so dass er sich mit diesem mischt, und wobei die erhaltene Gasmischung dann einer Kontaktstufe des Konverters zugeführt wird, in welcher das SO2 an einem Katalysator wenigstens teilweise zu SO3 umgesetzt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Mischung zweier Gase unterschiedlicher Temperatur oder unterschiedlicher Temperatur und Zusammensetzung in einem Konverter zur Herstellung von SO₃ aus einem SO₂-haltigen Gas sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Die vorliegende Erfindung steht im Kontext der Herstellung von Schwefelsäure. Schwefelsäure wird herkömmlicherweise meist nach dem sogenannten Doppelabsorptions-Verfahren hergestellt, das in Ullmanns Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5. Auflage, Band A25, Seiten 635 bis 700 beschrieben ist. Zunächst wird hierbei ein Schwefeldioxid enthaltendes Ausgangsgas mit Sauerstoff an mehreren nacheinander angeordneten Kontaktstufen eines Konverters entsprechend der Formel SO₂ + 1/2O₂ → SO₃ + 98 KJ wenigstens teilweise zu Schwefeltrioxid umgesetzt. Das erzeugte schwefeltrioxidhaltige Gas wird dann einem Absorber zugeführt und dort zu Schwefelsäure umgesetzt. Die Oxidation des Schwefeldioxides zu Schwefeltrioxid erfolgt in Gegenwart eines Katalysators, der üblicherweise Vanadiumpentoxid als aktive Komponente enthält und einen Arbeitsbereich von ca. 380 bis 640°C aufweist. Während bei Temperaturen von über 640°C eine irreversible Schädigung des Katalysators erfolgt, ist dieser bei Temperaturen unterhalb von 380°C inaktiv. Da der Prozess stark exotherm ist, ist es erforderlich, dass die Gaseinlasstemperatur in die Kontaktstufe bei etwa 400°C liegt. Bei einer deutlich niedrigeren Eintrittstemperatur wird die Reaktion nicht ausgelöst, während bei einer wesentlich höheren Eintrittstemperatur die Temperatur während des Prozesses so stark ansteigt, dass der Katalysator geschädigt wird. Allerdings ist es möglich, auch andere Katalysatoren zu verwenden, die eine höhere Arbeitstemperatur erlauben, wie z. B. aus EP 1 047 497 B1 oder DE 100 23 178 A1 bekannt. Um eine hohe Ausbeute zu erhalten, wird die Reaktion in mehreren Stufen durchgeführt, zwischen denen das Prozessgas jeweils mit Hilfe integrierter Wärmetauscher abgekühlt wird, um eine geeignete Gaseintrittstemperatur für die nächste Kontaktstufe zu erreichen. Üblicherweise weist ein derartiger Konverter vier bis fünf Kontaktstufen auf, wobei bei dem oben genannten Doppelabsorptionsverfahren das Prozessgas nach Durchlaufen einiger, bspw. dreier Kontaktstufen einem Zwischenabsorptionsturm zugeführt wird, in welchem das SO₃ zu Schwefelsäure, Oleum oder flüssigem SO₃ umgesetzt und dadurch die SO₃-Konzentration im Prozessgas wieder abgesenkt wird. Das Prozessgas wird dann nach Aufheizen auf die erforderliche Prozesstemperatur den nächsten Kontaktstufen des Konverters und danach der Endabsorption zugeführt.
Das dem Konverter zugeführte Prozessgas leidet unter häufigen Schwankungen der Menge und SO₂-Konzentration. Während bei herkömmlichen Konvertern die SO₂-Konzentration aufgrund der in dem ersten Katalyseschritt erreichten hohen Temperaturen üblicherweise auf etwa 12 Vol.-% beschränkt ist, ermöglicht das in der DE 102 49 782 A1 beschriebene Verfahren den Einsatz höherer SO₂-Konzentrationen durch die Rezirkulation von SO₃-haltigem Gas. Diese Rezirkulation begrenzt die Reaktion in der ersten Kontaktstufe und dadurch die dort erzeugte Wärme.
Aufgrund der Schwankungen des Einlassgases ist es erforderlich, die Temperatur am Einlass der Kontaktmasse zu regeln. Dies erfolgt über die Zuleitung von kaltem SO₂-haltigem Gas über eine Bypassleitung. Bei der oben erwähnten Rezirkulation von SO₃-haltigem Gas muss zudem das Mischungsverhältnis eingestellt werden. in dem Konverter sind daher an verschiedenen Stellen Gase unterschiedlicher Temperatur und/oder Zusammensetzung zu mischen. Die Temperaturdifferenz führt selbst bei Gasen gleicher Zusammensetzung zu unterschiedlichen Viskositäten, die die Mischung erschweren. Für die Effizienz des Prozesses ist es jedoch erforderlich, eine homogene Gasmischung zu erreichen. Wird keine ausreichende Homogenität des Gases am Eintritt in die Kontaktmasse erreicht, so gibt es Zonen, in denen beim Durchgang durch die Kontaktstufe keine Umwandlung des SO₂ in SO₃ erfolgt, so dass der Wirkungsgrad des Konverters beeinträchtigt wird. Ggf. kann in Zonen mit zu hohem SO₂-Gehalt Überhitzung zur Schädigung des Katalysators führen. Es hat sich gezeigt, dass die Mischung von Gasen mit unterschiedlicher Temperatur in den Rohrleitungen von Schwefelsäureanlagen kein schneller, spontaner Prozess ist. Die Gase strömen aufgrund der unterschiedlichen Viskositäten parallel zueinander ohne sich zu mischen (sog. Strähnenbildung).
In der DE 19 26 239 U wird zur Vermischung zweier Gase unterschiedlicher Dichte vorgeschlagen, den Sammelraum für das schwerere Gas als ringförmigen Hohlraum auszubilden, der oben eine Vielzahl von Bohrungen aufweist. Über diese Bohrungen ist er mit einem scheibenförmigen Mischraum verbunden, in dem das spezifisch leichtere Gas durch ein als Abdeckung verwendetes Lochblech aus der darauf aufliegenden Katalysatorschicht eintritt.
Zur Lösung dieses Mischungsproblems sind weiterhin zusätzliche Mischkammern bekannt, in die der kühlende Gasstrom mit hoher Strömungsgeschwindigkeit durch eins Düse ( US 21 04 858 A ) oder auch eine Vielzahl von Düsen ( US 28 46 291 A ) in den abzukühlenden Gasstrom eingeblasen wird.
Aus US 39 13 617 A ist zudem die Anordnung bekannt, in der der zweite Gasstrom aus einer Vielzahl von Gasaustrittsöffnungen innerhalb einer Ringleitung in den ersten Gasstrom eintritt.
Aus weiteren Verfahren mit ähnlicher Fragestellung sind Anordnungen zum Mischen zweier Gase bekannt, bei denen eine Leitung mit einer Vielzahl von Gasaustrittsöffnungen in einer zweiten Leitung angeordnet ist. Diese Anordnung kann gemäß US 36 61 165 A durch Kreuzung der beiden Leitungen oder gemäß DE 11 51 341 B durch Führung der ersten Leitung innerhalb der ummantelnden zweiten Gasleitung erfolgen.
In der DE 11 51 341 B wurde außerdem bereits vorgeschlagen, lokale Druckverluste vorzusehen, die zu Turbulenzen mit einem hohen Verwirbelungsgrad führen. Diese Lösung ist jedoch in vielen Fällen nicht ausreichend, da der gesamte im System erreichbare oder erlaubte Druckverlust begrenzt ist bzw. aus anlagentechnischen Gründen begrenzt werden muss.
Aus dem US-Patent 5 480 620 A ist ein Konverter zur Umsetzung von Schwefeldioxid zu Schwefeltrioxid bekannt, bei dem ein erster, SO2-haltiger Gasstrom durch ein zentrales Zufuhrrohr in den Konverter eingeführt und mit einem von unten ebenfalls zentral zugeführten zweiten SO2-haltigen Gasstrom durch seitliche Austrittsöffnungen in eine den Konverter ringförmig umgebende Mischkammer eingeführt wird.
Die DE 31 37 474 A1 beschreibt einen Konverter für die Umwandlung von SO2 in SO3 mit einer äußeren Hülse, einem axialen Zentralrohr und einer Anzahl von übereinander angeordneten ringförmigen Katalysatorbetten, durch welche das SO2 von unten geleitet wird. Über einen ringförmigen Verteilungskanal wird Abschreckluft zugeführt. Die Mischung der Gase erfolgt in einem ringförmigen Spalt, der zwischen der Ringleitung für die Abschreckluft und dem Zentralrohr vorgesehen ist.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Homogenität der Mischung zweier Gase unterschiedlicher Temperatur und/oder Zusammensetzung in einem Konverter zu erhöhen und die sog. Strähnenbildung zu verringern bzw. zu verhindern.
Diese Aufgabe wird mit der Erfindung im Wesentlichen durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Über die Ringleitung wird das zweite Gas somit an einer Vielzahl von Stellen in das erste Gas eingespeist, so dass eine hervorragende Mischung erreicht wird. Da der zweite Gasstrom, bei welchem es sich bspw. um SO₂-haltiges Gas niedriger Temperatur handelt, die dem Konverter vorgeschalteten Apparaturen nur teilweise durchläuft, steht ein gegenüber der Mischung höherer Druck zur Verfügung, wodurch sich auch der Druckverlust erhöhen lässt. Ist das zweite Gas rezirkuliertes Schwefeltrioxid, so kann dessen Druck über ein Gebläse oder dgl. erhöht werden, so dass auch hier ein gegenüber der Mischung höherer Druck zur Verfügung steht als bei herkömmlichen Verfahren und sich der Druckverlust erhöhen lässt. Durch ein solches Gebläse ist es außerdem möglich, den Druck bzw. Druckverlust zu regeln bzw. gezielt einzustellen und zu steuern.
Besonders gute Mischungsergebnisse ergeben sich bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung, wenn der zweite Gasstrom im Gegenstrom in den ersten Gasstrom eingespeist wird. Hierdurch werden zusätzliche Turbulenzen erzeugt, die die Mischung unterstützen. Es ist jedoch auch oder zusätzlich möglich, den zweiten Gasstrom im Gleichstrom in den ersten Gasstrom einzuspeisen.
Bei der Rezirkulation von SO₃-haltigem Gas, wie es aus der DE 102 49 782 A1 bekannt ist, weist in Weiterbildung der Erfindung der erste Gasstrom mehr als 13 Vol.-% SO₂ und der zweite Gasstrom 3 bis 40 Vol.-% SO₃, bevorzugt 5 bis 25 Vol.-% SO₃ auf.
Erfolgt keine Rezirkulation von SO₃-haltigem Gas, so wird die Temperatur beim Eintritt in die erste Kontaktstufe des Konverters erfindungsgemäß mit Hilfe eines zweiten Gasstromes reguliert, der bis zu 30 Vol.-% SO₂, bevorzugt bis zu 12 Vol.-% SO₂ und eine Temperatur von 80 bis 120°C aufweist. Dieser Gasstrom kann als Bypass um den üblichen Wärmetauscher zur Erhöhung der Temperatur des ersten Gases herumgeführt werden, so dass er einen höheren Druck aufweist als das erste Gas, Im Bypass können Vorrichtungen zur Steuerung oder Regulierung des Druckes, z. B. Gebläse oder Drosselklappen bzw. Strömungswiderstände eingebaut sein, wodurch die Vermischung zusätzlich gesteuert werden kann.
Der Volumenstrom des zweiten Gasstromes ist erfindungsgemäß kleiner als der des ersten Gasstromes und beträgt 20 bis 60%, vorzugsweise etwa 50% des ersten Gasstroms.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Mischung zweier Gase in einem Konverter zur Herstellung von SO₃ aus einem SO₂-haltigen Gas, die insbesondere zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens geeignet ist, weist eine Zufuhrleitung für ein erstes Gas, das in den Konverter eingeführt und durch einen integrierten Wärmetauscher geführt wird, welcher um die zentrale Zufuhrleitung angeordnet Ist, eine Ringleitung für ein zweites Gas, das in dem Konverter unmittelbar vor oder nach dem Wärmetauscher in einer Mischkammer angeordnet ist, wobei die Ringleitung eine Vielzahl von Öffnungen für den Austritt von zweitem Gas in die Mischkammer aufweist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das erste Gas von oben in den Konverter eingeführt und nach einer Umlenkung durch den integrierten Wärmetauscher geführt, welcher um die zentrale Zufuhrleitung angeordnet ist, und tritt dann in die oberhalb des Wärmetauschers angeordnete Mischkammer ein. Auch die Ringleitung ist vorzugsweise um die zentrale Zufuhrleitung für das erste Gas angeordnet. Hierdurch ergibt sich neben einer einfachen Strömungsführung ein kompakter Aufbau des Konverters und der Mischungseinrichtung.
Zur Einleitung des zweiten Gasstromes im Gegenstrom in den ersten Gasstrom sind die Löcher in der Ringleitung dem Wärmetauscher zugewandt. Der zweite Gasstrom tritt somit bevorzugt nach unten gerichtet aus der Ringleitung aus. Soll der zweite Gasstrom im Gleichstrom in den ersten Gasstrom eingespeist werden. so sind die Löcher in der Ringleitung von dem Wärmetauscher abgewandt, so dass der zweite Gasstrom nach oben gerichtet aus der Ringleitung austritt. Selbstverständlich ist es möglich, dass sowohl an der Unterseite als auch an der Oberseite oder an den Seiten der Ringleitung entsprechende Öffnungen, die als Bohrungen, Schlitze oder dgl. ausgestaltet sein können, vorgesehen sind. Die Öffnungen können in mehreren Reihen nebeneinander vorgesehen sein, um die Menge des zuführbaren zweiten Gasstromes zu erhöhen. Bevorzugt weisen die Öffnung einen Winkel von 20 bis 70°, besonders bevorzugt 30 bis 60°C zur vertikalen auf. Die Öffnungen können hierbei eine unterschiedliche Größe oder Form z. B. in Abhängigkeit von der Entfernung zur Zufuhrleitung, aufweisen. Es ist außerdem möglich, die Öffnungen bzw. den Gasstrom um oder aus den Öffnungen durch weitere Einbauten, z. B. Leitbleche, Schweißnähte etc., zu variieren. Von dieser Variation können auch nur einzelne oder einzelne Gruppen von Öffnungen betroffen sein. Weiterhin ist möglich, eine Verschlussvorrichtung für einzelne Öffnungen oder Gruppen von Öffnungen vorzusehen, um insbesondere bei Teillastbetrieb eine Regelungs- bzw. Steuerungseinrichtung zu besitzen.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung, sind zwei bis sieben, insbesondere drei konzentrische Ringleitungen vorgesehen, aus welchen des zweite Gas austritt. Auch hierdurch kann die Menge des zweiten Gasstromes erhöht werden.
Um die Verschaltung der Anlage zu erleichtern, sind die Ringleitungen erfindungsgemäß mit einer gemeinsamen Zufuhrleitung für das zweite Gas verbunden. Es hat sich hierbei als vorteilhaft herausgestellt, dass die gemeinsame Zufuhrleitung für das zweite Gas wenigstens teilweise um die zentrale Zufuhrleitung für das erste Gas herumgeführt ist und dass mehrere abwärts geführte Verbindungsleitungen die Zufuhrleitung mit den Ringleitungen verbinden. Dadurch kann das zweite Gas gleichzeitig an mehreren Stellen in den Konverter eingeführt werden, wobei eine bevorzugt symmetrische Gestaltung des Konverters und damit auch eine bevorzugt symmetrische Strömungsführung erreicht wird. Erfindungswesentlich ist hierbei aber die möglichst gleichmäßige Mischung der Gase bzw. Verteilung im Konverter, für die bei Bedarf von der Symmetrie abgewichen werden kann.
Die Verbindungsleitungen sind erfindungsgemäß über Versorgungsstutzen jeweils mit allen Ringleitungen verbunden, um eine einfachere Versorgung zu ermöglichen.
Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
Es zeigen:
1 eine schematische Schnittdarstellung eines Konverters zur Herstellung von SO₃ aus einem SO₂-haltigen Gas mit einer Vorrichtung zur Gasmischung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit dargestellten Gasströmen,
2 den Bereich der Einbringung des zweiten Gasstromes in den ersten Gasstrom,
3 eine Teildraufsicht auf Ringleitungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und
4 einen Schnitt durch eine Ringleitung entlang der Linie IV-IV in 3.
Der in 1 gezeigte Konverter 1 zur Umwandlung von SO₂ in SO₃ weist insgesamt fünf Kontaktstufen K1 bis K5 auf, in denen ein Katalysator, insbesondere ein Vanadiumpentoxid-haltiger Katalysator vorgesehen ist, um des SO₂ in SO₃ umzuwandeln. Nach Durchlaufen von drei Kontaktstufen K1 bis K3 wird des erhaltene SO₃-haltige Gas einer hier nicht dargestellten Wärmerückgewinnungsanlage und der Zwischenabsorption zugeführt, um das Schwefeltrioxid zumindest teilweise aus dem Prozessgas zu entfernen. Das SO₂-haltige Prozessgas wird dann dem Konverter unten wieder zugeführt, um die Kontaktstufen K4 und K5 zu durchlaufen. Die vorliegende Erfindung betrifft lediglich den ersten Bereich des Konverters 1 mit den Kontaktstufen K1 bis K3, so dass die nachfolgende Beschreibung auf diesen Bereich beschränkt wird.
Dem Konverter 1 wird über eine zentrale Zufuhrleitung 2 SO₂-haltiges Gas zugeführt, welches die Zufuhrleitung von oben nach unten durchströmt und an deren unterem Ende über ein Umlenkblech 3 um 180° umgelenkt wird. Das erste Gas durchströmt daraufhin einen ersten Wärmetauscher WT1, der insbesondere als Röhrenwärmetauscher ausgebildet ist, von unten nach oben und tritt in eine oberhalb des Wärmetauscher WT1 angeordnete Mischkammer 4 aus.
Ein zweites Gas, das bspw. rezirkuliertes SO₃-haltiges Prozessgas oder SO₂-haltiges Gas niedrigerer Temperatur als das erste Gas ist, wird über eine Zufuhrleitung 5 und daran anschließende Verbindungsleitungen 6, die über Versorgungsstutzen 7 mit um die zentrale Zufuhrleitung 2 umlaufenden Ringleitungen 8 verbunden sind, ebenfalls in die Mischkammer 4 eingebracht, und mischt sich mit dem ersten Gas. Die Zufuhrleitung 5 ist hierbei z. B. außerhalb des Konverters 1 bspw. als Dreiviertelkreis um die zentrale Zufuhrleitung 2 herumgeführt, wobei die Verbindungsleitungen nach unten von der Zufuhrleitung 5 abzweigen und in den Konverter 1 eintreten. Die Ringleitungen 8, aus denen das zweite Gas austritt, sind unmittelbar nach dem integrierten Wärmetauscher WT1, d. h. ohne Zwischenschaltung weiterer Apparate, vorgesehen.
Über eine Bypassleitung 9 kann vor dem Eintritt in den ersten Kontakt K1 zusätzliches z. B. kaltes oder warmes, SO₂-haltiges Gas zugeführt werden.
Die Gasmischung strömt dann durch den ersten Kontakt K1 und wird anschließend durch den integrierten Wärmetauscher WT1 geführt, um die durch die exotherme Reaktion in der Kontaktstufe K1 erhöhte Temperatur des Prozessgases auf eine für den Eintritt in eine zweite Kontaktstufe K2 geeignete Temperatur von etwa 400°C abzukühlen und gleichzeitig das durch die zentrale Zufuhrleitung 2 zugeführte SO₂-haltige erste Gas aufzuheizen. Nach Durchströmen der zweiten Kontaktstufe K2 wird das Prozessgas wiederum durch einen integrierten Wärmetauscher WT2 geführt, um auf eine für die dritte Kontaktstufe K3 geeignete Eintrittstemperatur von etwa 400°C abgekühlt zu werden, und nach Durchlaufen dieser dritten Kontaktstufe K3 über einen Ausgang 10 aus dem Konverter 1 abgezogen und einer Zwischenabsorptionsanlage zugeführt.
In den 2 bis 4 ist die Vorrichtung zur Mischung des ersten und des zweiten Gases näher dargestellt. In 2 tritt das erste Gas von unten aus in den ersten Wärmetauscher WT1 ein und dann in die Mischkammer 4 aus. Das zweite Gas wird über die Verbindungsleitung 6 und den Versorgungsstutzen 7 in die Ringleitungen 8 eingespeist, aus welchen es über eine Vielzahl von Öffnungen 11 (vgl. 4) nach unten gerichtet in die Mischkammer 4 austritt. Die Öffnungen 11 sind hierbei in mehreren, ggf. versetzt zueinander angeordneten Lochreihen angeordnet, so dass das zweite Gas als eine Vielzahl kleiner Ströme in das erste Gas eingespeist wird und sich aufgrund der entstehenden und durch die Gegenstromeinspeisung geförderten Turbulenzen gut mit dem ersten Gas vermischen kann. Bei einer anderen, hier nicht dargestellten Ausführungsform können zusätzlich oder alternativ zu den an der Unterseite der Ringleitungen 8 vorgesehenen Öffnungen 11 auch an der Oberseite der Ringleitung 8 entsprechende Öffnungen vorgesehen werden, um das zweite Gas im Gleichstrom in das erste Gas einzuspeisen.
Wie sich aus 3 ergibt, sind drei konzentrische Ringleitungen 8 um die zentrale Zufuhrleitung 2 angeordnet, die über vier gleichmäßig um den Umfang des Konverters 1 verteilte Verbindungsleitungen 6 und Versorgungsstutzen 7 mit dem ersten Gas versorgt werden.
Mit der Erfindung kann eine homogene Vermischung zweier Gasströme erreicht werden, so dass die Zusammensetzung und Temperatur des Prozessgases am Eintritt in die erste Kontaktstufe K1 gut eingestellt werden kann.
Bezugszeichenliste

1: Konverter
2: zentrale Zufuhrleitung
3: Umlenkblech
4: Mischkammer
5: Zufuhrleitung
6: Verbindungsleitungen
7: Versorgungsstutzen
8: Ringleitungen
9: Bypassleitung
10: Ausgang
11: Öffnungen
K1–K5: Kontaktstufen
WT1–WT3: integrierte Wärmetauscher

Claims

Verfahren zur Mischung zweier Gase unterschiedlicher Temperatur oder unterschiedlicher Temperatur und Zusammensetzung in einem Konverter zur Herstellung von SO₃ aus einem SO₂-haltigen Gas, wobei ein erster, SO₂-haltiger Gasstrom durch ein zentrales Zufuhrrohr in den Konverter eingeführt und durch einen integrierten Wärmetauscher geführt wird, wobei ein zweiter Gasstrom über wenigstens eine in dem Konverter unmittelbar vor oder nach dem integrierten Wärmetauscher und in einer Mischkammer angeordnete Ringleitung zugeführt wird, aus welcher der zweite Gasstrom durch eine Vielzahl von an der Unterseite und/oder der Oberseite der Ringleitung vorgesehene Öffnungen austritt und in den ersten Gasstrom eingespeist wird, so dass er sich mit diesem mischt, und wobei die erhaltene Gasmischung dann einer Kontaktstufe des Konverters zugeführt wird, in welcher das SO₂ an einem Katalysator wenigstens teilweise zu SO₃ umgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Gasstrom im Gegenstrom in den ersten Gasstrom eingespeist wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Gasstrom im Gleichstrom in den ersten Gasstrom eingespeist wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Gasstrom mehr als 13 Vol-% SO₂ und der zweite Gasstrom 5 bis 25 Vol-% SO₃ enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Gasstrom bis zu 13 Vol-% SO₂ und eine Temperatur von 80 bis 120°C aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Gasstrom kleiner ist als der erste Gasstrom.
Vorrichtung zur Mischung zweier Gase in einem Konverter (1) zur Herstellung von SO₃ aus einem SO₂-haltigen Gas mit einer Zufuhrleitung (2) für ein erstes Gas, das in den Konverter (1) eingeführt und durch einen integrierten Wärmetauscher (WT1) geführt wird, einer Ringleitung (8) für ein zweites Gas, die in dem Konverter (1) unmittelbar vor oder nach dem Wärmetauscher (WT1) in einer Mischkammer (4) angeordnet ist, wobei die Ringleitung (8) an ihrer Unterseite und/oder ihrer Oberseite eine Vielzahl von Öffnungen (11) für den Austritt von zweitem Gas in die Mischkammer (4) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gas von oben in den Konverter (1) eingeführt und nach einer Umlenkung durch den integrierten Wärmetauscher (WT1) geführt wird, welcher um die zentrale Zufuhrleitung (2) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringleitung (8) um die zentrale Zufuhrleitung (2) für das erste Gas angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischkammer (4) oberhalb des Wärmetauschers (WT1) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (11) in der Ringleitung (8) dem Wärmetauscher (WT1) zugewandt sind.
Vorrichtung nach Anspruch einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die die Öffnungen (11) in der Ringleitung (8) von dem Wärmetauscher (WT1) abgewandt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass an der Unterseite und/oder Oberseite der Ringleitung (8) mehrere Lochreihen vorgesehen sind, durch welche das zweite Gas austritt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere, insbesondere drei konzentrische Ringleitungen (8) vorgesehen sind, aus welchen das zweite Gas austritt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringleitungen (8) mit einer gemeinsamen Zufuhrleitung (5) für das zweite Gas verbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das die gemeinsame Zufuhrleitung (5) für das zweite Gas wenigstens teilweise um die zentrale Zufuhrleitung (2) für das erste Gas herumgeführt ist und dass mehrere abwärts geführte Verbindungsleitungen (6) die Zufuhrleitung (5) mit den Ringleitungen (8) verbinden.
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsleitungen (6) über Versorgungsstutzen (7) jeweils mit allen Ringleitungen (8) verbunden sind.