DE3310779A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von schwefelsaeure - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur herstellung von schwefelsaeureInfo
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Description
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Anwaltsakte: 32 725 ~ S ~~
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Schwefelsäure, wobei in einem als Wärmeaustauscher konstruierten
Schwefelsäureturm, der eine Vielzahl von äußerlich
gekühlten vertikalen säurefesten Rohren aufweist, ein Gasstrom mit einer Temperatur von 240 bis 3300C, der Schwefeltrioxid
und Schwefelsäuredampf in einer Gesamtmenge von bis zu 10 Vol.-% und Wasserdampf in einer Menge von bis zu
50 Vol.-% enthält, wobei die untere Grenze des Verhältnisses
Wasserdampf/SO3 1:1 ist, aufwärts durch die vertikalen
Rohre geführt wird, um Schwefelsäure als einen an den inneren Rohrwänden abwärts fließenden Flüssigkeitsfilm zu kondensieren.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens.
Aus der US-PS 4 348 373 ist ein Verfahren zur Herstellung
von Schwefelsäure bekannt, bei welchen in einem Schwefelsäureturm ein Gasstrom, der Schwefeltrioxid und Schwefelsäuredampf
in einer Gesamtmenge von bis zu 10 Vol.-% und bis zu 50 VoI.-% Wasserdampf (d.h. Dampf) enthält, im Gegenstrom
mit gebildeter flüssiger Schwefelsäure durch eine Konzentrationszone, welche Füllkörper enthält, die mit
Schwefelsäuretröpfchen benetzt sind, und nachfolgend eine Absorptionszone, worin Schwefelsäuredampf in rückgeführter
Schwefelsäure auf damit benetzten Füllkörpern absorbiert wird, geführt wird. Es wird eine wesentliche Verringerung
der Menge an erzeugtem Schwefelsäure-Nebel erzielt, wenn in dem Schwefelsäureturm derartige Temperaturbedingungen
aufrechterhalten werden, daß die Rückführsäure vom Turm bei einer Temperatur T4 0C entfernt wird, welche
durch die Formel
T4 > 140 + 6o( + ß + 0,2(T1-T0)
bestimmt wird, worin ot die Konzentration in Vol.-% von
SO-. + H_SO4-Dampf in dem Einlaßgas ist, welches in den Turm
eintritt, ß die Konzentration des Wasserdampfes in demselben Einlaßgas bedeutet, T1 die Temperatur desselben Einlaßgases
in 0C und T-, den Taupunkt des Schwefelsäuredampfes
in demselben Einlaßgas darstellt. Die stark reduzierte Menge an Säurenebel bewirkt, daß Filter für das Auslaßgas, die
in dem Zugrohr des Turms angeordnet sind, kleiner dimensioniert werden können als ansonsten notwendig, wenn zur
gleichen Zeit Gehalte von Säurenebel unterhalb von 5 bis 10 mg/Nm3 in dem Auslaßgas in diesen Filtern erhalten werden,
und schließlich werden sie lediglich zu einem geringen Grad beladen, wodurch der Druckabfall und somit der Energieverbrauch
in dem Turm wesentlich verringert werden. Darüber hinaus kann der Durchmesser des Turms verringert werden und
eine Füllung zum Abfangen der Säuretropfen kann durch eine einfache Entnebelungsvorrichtung ersetzt werden. Die Füllkörper
können größer gestaltet werden, wodurch ebenfalls der Druckabfall verringert wird.
Jedoch bringt das zuvor beschriebene Verfahren noch bestimmte Nachteile mit sich.
Einer dieser Nachteile besteht darin, daß die Rückführsäure normalerweise mit Wasser gekühlt werden muß, wodurch die
durch Abkühlung des Gases und Kondensation der Schwefelsäure erzeugte Wärme im allgemeinen im Kühlwasser verlorengeht
oder lediglich als Warmwasser zur Beheizung von Häusern verwendet werden kann.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß das Zirkulationssystem für die Schwefelsäure mit Säurekühlern und Pumpen,
die dazu gehören, eine große Investition darstellt und Schwierigkeiten beim Betrieb und Aufrechterhaltung bewirken
kann.
Ein dritter Nachteil besteht darin, daß die im obersten Bereich in der Kondensationszone zirkulierende Schwefelsäure
Wasserdampf aus der Gasphase absorbiert und im Falle eines großen Überschusses an Wasserdampf in dem Gas bringt
das eine große Wärmeerzeugung mit sich, die auf das Auslaßgas vom Turm übertragen wird, wodurch das Auslaßgas eine
Temperatur erhält, die bis zu 50° höher als diejenige des Kühlers ist und so hoch wird, daß verhältnismäßig teure
Konstruktionsmaterialien für den Nebelfilter erforderlich sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, die zuvor beschriebenen Nachteile zu überwinden und zur gleichen Zeit einen geringen
Grad an Säurenebel-Bildung aufrechtzuerhalten. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, indem die Rohre in dem
Schwefelsäureturm mit Luft gekühlt werden, die über mindestens
eine Einlaßöffnung in der Nähe des Turmkopfes eingelassen wird und über mindestens eine Auslaßöffnung in der
unteren Hälfte des Turmes ausgelassen wird, wobei die Kühlung mittels der Fließgeschwindigkeit der Kühlluft reguliert
wird und den Abstand vom Boden des Turms, an dem sie ausgelassen wird, so daß die Kühlluft aus dem Turm bei einer
Temperatur T4 0C ausgelassen wird, die durch die Formel
T4 > 125 + 6o< + ß + 0,2(T1-T0)
bestimmt wird, worin </ die Konzentration in Vol.-% von
SO + H2SO4-Dampf in dem Speisegas strom ist, der dem Turm
-ε -
zugeführt wird, ß die Konzentration in Vol.-% an Wasserdampf in demselben Speisegas, T1 die Temperatur desselben
Speisegases in 0C und T, der Taupunkt des Schwefelsäuredampfes
in demselben Speisegas in 0C ist, wobei die Schwefelsäure
als ein Flüssigkeitsfilm kondensiert wird, der an der Innenwand der Rohre abwärts fließt, wobei die Flüssigkeit
durch Kontakte mit dem heißen Speisegas zu einer Konzentration von 93 bis 98 Gew.-% H„SO. konzentriert wird.
Dadurch wird erreicht, daß die erzeugte Wärme der Verfahrensluft oder den Verfahrensgasen bei Temperaturen in der
Nähe von 2000C übertragen wird, wodurch die Wärme in einer
wertvolleren Weise verwendet werden kann, z.B. zum Vorwärmen der Verfahrensluft oder der Verfahrensgase, wodurch
die Dampferzeugung entsprechend erhöht wird, oder zur Konzentration
verdünnter Schwefelsäure in Anlagen, wo das hier beschriebene Verfahren zur Wiederaufbereitung verbrauchter
Schwefelsäure verwendet wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist auf den gleichen Grundsätzen
wie der technische Hintergrund insoweit aufgebaut, als die Bildung von Säurenebel betroffen ist, d.h. daß
Säurenebel vermieden wird, wenn der gashaltige Schwefelsäuredampf nirgendwo in Kontakt kommt mit Oberflächen/ die
kälter als 20 bis 50° unterhalb des Taupunktes der Schwefelsäure
des Gases liegen.
Die Erfindung betrifft auch die Vorrichtung, die derart gestaltet ist, daß sie einen Wärmeaustauschturm, der mit
Kopf- und Bodenabdeckungen, einem Bündel vertikaler säurefester Rohre und zwei horizontalen Rohrblechen, die drei
Abteilungen des Turmes bilden, welche nicht direkt miteinander in Verbindung stehen, versehen ist, wobei die obere
Abteilung durch das obere Rohrblech und die Kopfabdeckung
• · β
* « O - C Be- *
definiert wird und mit dem Inneren der Rohre in Verbindung steht und mit einer Abzugsöffnung versehen ist, das Mittelteil,
welches durch die zwei Rohrbleche definiert ist, an seinem obersten Teil mit mindestens einer Einlaßöffnung für
Kühlgas und in seiner unteren Hälfte mit mindestens einer Auslaßöffnung für Kühlgas versehen ist, und das untere Abteil,
welches durch das mittlere Rohrblech und die Bodenabdeckung definiert ist, welches mit dem Inneren der Rohre
in Verbindung steht, und mit einer Einlaßöffnung für Speisegas versehen ist. Die Vorrichtung ist natürlicherweise
auch mit Ventilen, Pumpen und anderen Einrichtungen ausgestattet, um genaue Gas- und Flüssigkeits-Geschwindigkeiten
und genaues Kühlen der Kühlluft zu gewährleisten, einschließlich der Mittel zur Lenkung des Auslasses der
Kühlluft bei gewünschten Niveaus oberhalb des Turmbodens und Mitteln zur Kontrolle der Fließrichtungen.
Das charakteristische Merkmal der erfindungsgemäßen Vorrichtung
besteht darin, daß die Kühlrohre sich unterhalb des unteren Rohrbleches in das untere Abteil hinein erstrecken.
Dadurch wird gewährleistet, daß der untere Teil des Rohrbündels nicht von außen gekühlt wird, wodurch das Verfahren
zur Konzentration der Schwefelsäure verbessert wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung
werden nachfolgend in größeren Einzelheiten unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.
Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung.
Fig. 2 zeigt einen Teil eines Rohres und das unterste Rohrblech
in der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung.
— 6 —
Fig. 3 zeigt eine Pilot-Anlage, in welcher die in dem Beispiel beschriebenen Versuche durchgeführt wurden.
Ein Einlaßgas, welches bis zu 50 % H3O und bis zu 10 %
H^SO.-Dampf und SO., enthält, und mit einer unteren Grenze
des Verhältnisses von Wasserdampf zu SO3 von 1:1 wird in
den Turm durch ein säurebeständiges Rohr 1 in ein Abteil oder eine Kammer 2 eingespeist, von wo das Gas weiter nach
oben durch säurebeständige Rohre 7 wandert.
In dem Teil der Rohre 7, der zwischen den Rohrblechen 5 und 10 angeordnet ist, und als Kondensationszone bezeichnet
wird, wird das Gas gekühlt und die Schwefelsäure kondensiert
an der Innenwand der Rohre als ein abwärts fließender Flüssigkeitsfilm, der nach Passieren der Kondensationszone zu 94 bis 98 %-iger Schwefelsäure durch Hindurchführen
durch eine Konzentrationszone konzentriert wird. In der bevorzugten Ausführungsform setzt sich die Konzentrationszone zusammen aus dem unteren Teil der Rohre 7, welcher in
dieser Ausführungsform sich unter das untere Rohrblech 5 in einer Länge a in die Kammer 2 hinein erstreckt, wo keine
äußere Kühlung der Rohre 7 stattfindet. Wenn die Rohre 7 sich in die Kammer oder das Abteil 2 hinein erstrecken, so
erstrecken sie sich vorzugsweise in einer Länge von 0,4 bis 0,8 m hinein.
Die Erstreckung der Rohre 7 in die Kammer 2 unterhalb des unteren Rohrbleches 5 ist, wie erwähnt wurde, die bevorzugte
Ausführungsform; jedoch ist es auch möglich, die Rohre 7 so anzuordnen, daß sie am unteren Rohrblech enden und in
anderer Weise gewährleisten, daß das untere Ende davon nicht äußerlich gekühlt wird. In gleicher Weise ist es möglich,
die Konzentration des flüssigen Films nach dessen Durchlauf durch die Rohre, z.B. über Füllkörper, die in
Kammer 2 angeordnet sind, durchzuführen.
Die Rohre 7 haben typischerweise einen inneren Durchmesser von 25 bis 35 mm und können im Prinzip aus beliebigem
säurefesten Material hergestellt sein, welches eine thermische Leitfähigkeit von mindestens 0,5 kcal/h besitzt und
welches die benötigten mechanischen Eigenschaften unter den aktuellen Bedingungen aufweist. Ein bevorzugtes Rohrmaterial
ist Glas.
Am Rohrblech 5 befinden sich Gas und Flüssigkeit im Dampfdruck-Gleichgewicht
bezüglich H?O und H2SO. am Taupunkt der
Säure, der typischerweise zwischen 230 und 26O0C liegt in
Abhängigkeit von den Gehalten an H_O und H2SO. in dem Gas.
Die Dampf phasen-Hydrolyse von SO->, die möglicherweise in
dem Speisegas abläuft, verläuft rasch bis zum Abschluß in dem unteren Teil der Rohre 7, so daß H SO.-Dampf gebildet
wird.
Die Kühlluft wird durch einen Einlaßkanal oder öffnung 12
(eine Vielzahl derartiger Einlasse kann vorhanden sein) am oberen Teil des Mittelabteils, welches durch die beiden
Rohrbleche definiert ist, eingeführt und passiert die Außenfläche der Rohre 7 derart, daß deren wirksame Kühlung
gewährleistet wird. Danach wird die Luft durch ein oder mehrere Auslaßkanäle oder öffnungen 13 und 14, die in der
unteren Hälfte des Mittelabteils des Turrrö angeordnet und
vorzugsweise auf unterschiedlichen Niveaus angeordnet, d.h. in unterschiedlichen Höhen oberhalb des Rohrbleches 5,
ausgelassen. Eine wirksame Kühlung kann beispielsweise unter Zuhilfenahme horizontaler Führungsplatten 9, die
schräg zu den Rohren 7 angeordnet sind, sich jedoch nicht über den gesamten Querschnitt des Turms erstrecken, gewähr-
-A-
leistet werden. Dadurch ist es erfindungsgemäß möglich,
das Mittelabteil in untereinander gelegene Abteile zu unterteilen, so daß die Kühlluft vom Kopf abteilungsweise
in einem diagonalen Fluß entlang den Rohren und abwärts strömt. Um den Kühleffekt in dem kritischen unteren Teil
der Kondensationszone zu ermöglichen, können geeignete
Regulierungsmittel, wie Ventile (nicht dargestellt) vorhanden sein, um den Auslaß eines Teils der Kühlluft über
die Auslaßöffnung 14 etwas oberhalb der Auslaßöffnung 13
zu erlauben. In ähnlicher Weise ist es möglich, die gesamte Menge der Kühlluft über die öffnung 14 auszulassen, wodurch
ein Kühlen des unteren Teils der Rohre 7 in der Kondensationszone vermieden wird. Jedoch wird erfindungsgemäß der
Hauptteil der Kühlluft über die untere öffnung ausgelassen. Zur Vermeidung von Säurenebel wurde als bedeutsam herausgefunden,
daß die Temperaturdifferenz zwischen den Flüssigkeitsfilm auf der Innenseite der Rohre 7 und dem aufwärts
strömenden Gas unterhalb einer bestimmten Grenze liegt, die am niedrigsten am Boden der Rohre 7 ist, wo die Gasphasenkonzentration
der Schwefelsäure am höchsten ist. Die zulässige Temperaturdifferenz kann am Kopf des Turms beträchtlich
höher liegen, eine Tatsache, die in dem beschriebenen Experiment in größeren Einzelheiten erläutert wird.
In Fig. 2 ist ein radiales Temperaturprofil dargestellt,
welches nach bekannten Prinzipien berechnet wurde, durch den unteren Teil der Kondensationszone. 70 bis 80 % der
gesamten Temperaturdifferenz zwischen der Kühlluft und dem
Gas in den Rohren ist über dem Gasfilm auf der Innenseite der Rohre vorhanden, da die Gasgeschwindigkeit hier an
keiner Stelle 5 bis 6 πι/sec überschreiten muß. Es wurde gefunden, daß der Schwefelsäure-Flüssiqkeitsfilm durch den
Gasstrom bei höheren Gasgeschwindigkeiten aufwärts befördert wird; hierdurch wird ein Teil der Schwefelsäure mit dem Flüssig-
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keitsfilm nach oben gefördert und tritt aus dem Rohr in
Form von Tröpfchen in dem Gasstrom aus. Durch Experimente wurde gefunden, daß.diese kritische Gastemperatur praktisch
dieselbe ist für alle Rohrdurchmesser von 20 bis 45 mm.
Erfindungsgemäß wird der Säureturm vorzugsweise derart dimensioniert,
daß eine maximale Lineargeschwindigkeit von 5 m/sec in dem Teil der Rohre erreicht wird, wo der Flüssigkeitsfilm
an kondensierter Schwefelsäure im Gegenstrom mit dem Gas abwärts fließt, wobei die Geschwindigkeit gerade
oberhalb der unteren Rohröffnungen am höchsten ist, wo Gastemperaturen von 250 bis 2700C erwartet werden können.
Die Berechnung von Länge und Anzahl der Rohre 7 wird auf der Basis von bekannten Prinzipien zur Berechnung von Wärmetransportzahlen
mit und ohne Kondensation an der Rohrwand durchgeführt.
Das in dem Beispiel beschriebene Experiment zeigt, daß bei Rohren mit einem Innendurchmesser von 35 mm eine im wesentlichen
vollständige Konzentration der Säure erreicht wird, wenn die Länge a der Rohre 7 unterhalb des unteren Rohrbleches
5 bei etwa 6 00 mm oder mehr liegt.
Die Tabelle faßt die Ergebnisse der Experimente zur Kondensation von Schwefelsäuredampf nach den zuvor beschriebenen
Prinzipien in Glasrohren mit einem Innendurchmesser von 35 oder 25 mm unter Verwendung eines Speisegases für
den Glasrohrturm, das 10 % H3O und 1,0, 3,5 oder 6 % H2SO4-Dampf
enthält und in einem Experiment 3 0 % H_O enthält,
zusammen. Die Gasgeschwindigkeit in den Glasrohren betrug 4,5 bis 5 m/sec, berechnet bei 2500C. Die Einlaßtemperatur
des zum Glasrohrturm geleiteten Gases betrug in allen Experimenten
290 bis 3000C. Die Auslaßtemperatur betrug 100 bis
- 10 -
120°C, was mehr als die übliche Temperatur ist, aus Gründen des Energiehaushalts, wie es in industriellen Anlagen erwünscht
ist. Die hohe Austrittstemperatur beruht auf der Tatsache, daß verhältnismäßig kurze Glasrohre für die Experimente
ausgesucht wurden, d.h. Rohre mit einer Länge von 4,5 m. Dies ist jedoch ohne jegliche Konsequenz für die
Untersuchung der Bildung von Säurenebel, da der Säurenebel ausschließlich in dem Teil der Glasrohre gebildet wird, wo
die Säure kondensiert, da praktisch nicht mehr Säure kondensiert werden kann, wenn die Gastemperatur lediglich etwa
100 bis 1200C oder weniger beträgt; in ähnlicher Weise können,
wie zuvor erwähnt wurde, die Temperaturdifferenzen viel größer sein, ohne daß die Bildung von Säurenebel durch
Kondensation bewirkt wird, wenn die Gasphase bei niedrigen Temperaturen gesättigt ist.
Der Tabelle ist zu entnehmen, daß die Temperatur T. der Kühlluft um die Rohre herum in dem unteren Teil der Kühlzone
(oberhalb des unteren Rohrbleches) danach bestimmt wird, ob wesentliche Mengen an Säurenebel in dem Auslaßgas vorhanden
sind. Während der Experimente konnte beobachtet werden, daß der Säurenebel gerade oberhalb des unteren Rohrbleches
gebildet wurde und daß er offensichtlich unbeeinflußt durch das Rohr hindurch austrat, wenn er einmal gebildet
wurde. Darüber hinaus wurde gefunden, daß bei einer höheren Temperatur T. gearbeitet werden mußte, je mehr Schwefelsäur
edampf und Wasserdampf in dem Gas vorhanden waren, um die Bildung von Säurenebel zu vermeiden. Qualitativ ist
dies der Situation recht ähnlich, die in der zuvor angegebenen US-Patentbeschreibung angegeben wird, nach welcher
das Kühlmittel anstelle von Luft zirkulierende Schwefelsäure in direktem Kontakt mit dem Gas in einem Rieselturm war.
Im wesentlichen besteht der Unterschied darin, daß bei der Verwendung von Luft als Kühlmittel der Betrieb bei einer
- 11 -
Auslaßtemperatur des Kühlmittels durchgeführt werden kann, die hier etwa 150C niedriger ist als bei der Verwendung
von Säure in dem Rieselturm, was nachfolgend genauer beschrieben wird. Auf der Basis dieser experimentellen Ergebnisse
ist es möglich, die nachfolgende Gleichung zur Bestimmung der Temperatur T. der Luft, die aus dem Schwefelsäureturm
austritt, aufzustellen, wobei die Temperatur T4
derart ist/ daß oberhalb dieser Temperatur gearbeitet werden
sollte, um größere Mengen an Säurenebel in dem Verfahrensgas ', welches aus dem Turm austritt, zu vermeiden:
T4 > 125 + 6* + ß - 0,2(T1-T0)0C .
Darin bedeutet o( die Konzentration in Vol.-% von SO3 +
H^SO.-Dampf in dem Einlaßgas zu dem Turm, ß die Konzentration
in Vol.-% an Wasserdampf in demselben Einlaßgas, T. die Temperatur desselben Einlaßgases in 0C und T, den
Taupunkt des Schwefelsäure-Dampfes in demselben Einlaßgas
in 0C.
Ein Teil der Erklärung für die Tatsache, daß die kritischen
Werte von T4 hier bei etwa 150C niedriger als für den Rieselturm
liegen, ist wahrscheinlich die Tatsache, daß die kritische Temperatur in Wirklichkeit die Temperaturdifferenz
Tfi-T_ zwischen dem Flüssigkeitsfilm auf der Innenwand
der Glasrohre und der Temperatur in der Kondensations-Gasphase (vgl. Fig. 2) ist. T2 liegt üblicherweise 5 bis 100C
oberhalb von T,, berechnet für das Ein^aßgas, da eine gewisse
Verdampfung an Säure in der Konzentrationszone stattfindet in Abhängigkeit von der Überschußtemperatur des Einlaßgases;
die Gleichung berücksichtigt dies durch den Teil 0,2(T1-T^). Bezüglich Tg wird die Gleichung
T6 = T4 - ΔΤ
- 12 -
angewendet; Λ T bedeutet darin die Summe des Temperaturabfalls
über den Gasfilm auf der Luftseite und den Temperaturabfall durch die Rohrwand. Δ Τ ist darüber hinaus annähernd
die Temperaturdifferenz, die in bekannten Verfahren für die Wärmetransport-Werte in der Testaufstellung berechnet wird,
die ferner den Wärmetransport-Werten für Schwefelsäuretürme gemäß der Erfindung zur industriellen Verwendung entspricht.
Es kann erwartet werden, daß für Schwefelsäuretürme mit besseren oder schlechteren Wärmeübergangs-Bedingungen an
der Kühlseite der Rohre Randwerte von T. erwartet werden müssen, die entsprechend höher oder geringer sind als die
gemäß der obigen Gleichung berechneten Werte. Die Wärmeübergangs-Bedingung im Inneren der Rohre spielt im Gegensatz
dazu kaum eine wesentliche Rolle für den kritischen Wert von T. zur Bildung von Säurenebel.
Die Versuche wurden unter Verwendung des in Fig. 3 dargestellten Schwefelsäureturms durchgeführt. Die Versuche wurden
mit drei Glasrohren in einer Länge von 4,5 m und einem
Außendurchmesser von 40 mm und einem Innendurchmesser von 35 mm (40/35-Rohre), oder einem Außendurchmesser von 28 mm
und einem Innendurchmesser von 25 mm (28/25-Rohre), durchgeführt. Bei drei 40/35-Rohren lag der Speisegasstrom bei
etwa 29 Nm3/h und bei drei 28/25-Rohren betrug er etwa 14 Nm3/h, in beiden Fällen entsprechend einer linearen Geschwindigkeit
in den Rohren von etwa 4,5 m/sec, berechnet bei 2500C. Das Speisegas wurde durch Vermischen von SO2 und
Luft, Vorheizen und Zugabe von Dampf aufwärts vom Konverter 33 hergestellt, in welchem etwa 95 % des SO„ in bekannter
Weise bei 4 00 bis 4500C über einem Vanadium-Katalysator
in SO3 überführt wurden. Nach der Abkühlung auf T1 in einem
- 13 -
• tu»* » ·
Wärmeaustauscher 34 wurde das Gas in den Turm 3 5 geführt, aufwärts durch drei Glasrohre 36, über einen gestauchten
Rest auf ein Rohrblech 37 und aus den Rohren heraus durch eine Auslaßöffnung 38. Die Temperatur T~ innerhalb
eines der Glasrohre wurde mittels eines 3 mm starken Wärmemeßstabes aus Glas gemessen, der am Kopf 39 des
Turms herausgelassen wurde. Die Kühlluft wurde am Kopf durch eine Einlaßöffnung 4 0 eingeführt und nach unten im
Gegenstrom zu dem Verfahrensgas geleitet. Die Kühlluft wurde bei der Auslaßöffnung 41 unter einer Temperatur T4 ausgelassen,
wobei es notwendig war, einen Teil der Luft über eine andere Auslaßöffnung 42 abzulassen, die in einem größeren
Abstand oberhalb vom Rohrblech 37 als die öffnung angeordnet war, insbesondere dann, wenn hohe T«-Werte erhalten
werden sollten. Die kondensierte Säure wurde über ein Überlauf-Rohr ausgelassen. Um hinreichend gute Wärmetransport->Werte
zu erhalten waren auf der Luftseite die Glasrohre mit etwa 2 mm starkem Stahldraht umwickelt mit
einer Windung pro 10 cm. Der Mantel 44 bestand aus Glas und war durch 150 mm Mineralwolle isoliert. Die Konzentration
an Säurenebel wurde durch Abfiltrieren aller Flüssigkeitströpfchen aus einem Gas bekannten Volumens mittels
eines Glasfaserfilters und Titration der Schwefelsäure,
die in der abfiltrierten Flüssigkeit vorhanden war, gemessen. Zwei bis vier Messungen wurden für jeden Satz von
Arbeitsparametern, die in der Tabelle dargestellt sind, durchgeführt. Die Messungen waren innerhalb einer Unsicherheitsgrenze
von _+ 30 % reproduzierbar.
Es wurde gefunden, daß eine Rohrlänge von 4 00 mm unterhalb
der Rohrplatte nicht hinreichend war, um eine Maximalkonzentration an H2SO- in der Säure zu erreichen und daß
etwa 600 mm Konzentrationszone benötigt wurden, um eine Säurestärke zu erhalten, die weiter nicht wesentlich durch
- 14
Verlängerung der Konzentrationszone bei Gasgeschwindigkeiten von etwa 4,8 m/sec gesteigert werden konnte.
Innendurch messer der |
% (H2SO4) | β | Td | Ti | T4 | Säurenebel |
Glasrohre | 1 | 0C | 0C | 0C |
er H SO /Nm
2 4 |
|
35 mm | ti | 10 | 228 | 290 | 130 | 5 |
It | Il | It | Il | Il | 150 | 0,2 |
M | Il | Il | Il | Il | 160 | 0,1. |
ti | It | It | It | Il | 180 | 0,08 |
Il | 3,5 | It | Il | It | 200 | 0,08 |
35 mm | Il | 10 | 237 | 290 | 140 | 5 |
Il | It | Il | Il | It | 160 | 1 |
It | » | Il | Il | Il | 180 | 0,1 |
ti | It | Il | Il | Il | 200 | 0,1 |
ti | 6,0 | 30 | 245 | Il | 180 | 0,2 |
35 mra | ti | 10 | 245 | 300 | 170 | 5 |
tt | It | Il | Il | It | 190 | 0,1 |
Il | It | It | It | Il | 200 | 0,1 |
Il | 3,5 | Il | It | ti | 210 | 0,1 |
25 mm | Il | 10 | 237 | 290 | 130 | 2 |
Il | Il | It | Il | Il | 150 | 1 |
Il | ti | Il | Il | Il | 170 | 0,05 |
Il | It | ti | Il | 190 | 0,05 | |
Claims (8)
1. Verfahren zur Herstellung von Schwefelsäure,.wobei
in einem als Wärmeaustauscher konstruierten Schwefelsäureturm, der eine Vielzahl von äußerlich gekühlten
vertikalen säurefesten Rohren (7) aufweist, ein Gasstrom mit einer Temperatur von 240 bis 3300C, der
Schwefeltrioxid und Schwefelsäuredampf in einer Gesamtmenge
von bis zu 10 Vol.-% und Wasserdampf in
einer Menge von bis zu 50 Vol.-% enthält, wobei die untere Grenze des Verhältnisses von Wasserdampf zu
SO3 1:1 ist, aufwärts durch die vertikalen Rohre (7)
geführt wird, um Schwefelsäure zu kondensieren, dadurch gekennzeichnet, daß
die Rohre mit Luft gekühlt werden, die über minde-
«(089)98 82 72-74 lelex; 5 24 560 BFRGd Bankkonten Bayri Veiwnshank München 4!i3 KiU (Ul / 700 707/Oj
Tplporamme (cat)lel- Telekomerer. (089)983049 Hvtiu-Bank Munc lien 441017? Ki>0 (Hl / 700?00i1i .Switt CnIi- HYKiM I
stens eine Einlaßöffnung (12) in der Nähe des Turmkopfes
eingeführt und über mindestens eine Auslaßöffnung (13, 14) in der unteren Hälfte des Turms ausgelassen
wird, wobei die Kühlung mittels der Fließgeschwindigkeit der Kühlluft reguliert wird und den
Abstand vom Boden des Turms, an dem sie ausgelassen wird, so daß die Kühlluft aus dem Turm bei einer Temperatur
T4 0C ausgelassen wird, die durch die Formel
T4 > 125 + 6<χ + ß + 0,2(T1-T0)
bestimmt wird, worin oi die Konzentration in Vol.-%
von SO3 + H3SO4-Dampf in dem Speisegas ist, welches
dem Turm zugeführt wird, ß die Konzentration in Vol.-% an Wasserdampf in demselben Speisegas, T1 die Temperatur
desselben Speisegases in 0C und T, der Taupunkt des Schwefelsäuredampfes in demselben Speisegas in 0C
ist, wodurch die Schwefelsäure als ein Flüssigkeitsfilm kondensiert wird, der an der Innenwand der Rohre
abwärts fließt, wobei die Flüssigkeit durch Kontakt mit dem heißen Speisegas zu einer Konzentration von
93 bis 98 Gew.-% H3SO4 konzentriert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet
, daß in den Rohren (7) kondensierte Schwefelsäure in einem Teil der Rohre (7) konzentriert wird, der nicht äußerlich gekühlt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
maximale Lineargeschwindigkeit des Gases in dem Teil der Röhren, wo der Flüssigkeitsfilm von kondensierter
Schwefelsäure in Gegenrichtung zum Gas abwärts fließt, etwa 5 m/sec beträgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet
, daß die Kühlluft durch mindestens zwei Auslaßöffnungen (13, 14) in unterschiedlichen
Abständen vom Turmboden ausgelassen wird, wobei der Hauptteil der Kühlluft über die unterste
dieser Öffnungen (13) ausgelassen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 4, gekennzeichnet durch die Verwendung
eines durch horizontale Führungsplatten (9) in eine Anzahl von untereinander angeordneten Abteilungen unterteilten
Turmes, wobei die Kühlluft vom Kopf abteilungsweise in guerlaufendem Fluß entlang den Rohren
abwärts von einem Abteil zum nächsten niedrigeren Abteil geführt wird, bis sie ausgelassen wird.
6. Vorrichtung zur Herstellung von Schwefelsäure nach
dem in Anspruch 2 beanspruchten Verfahren, umfassend einen Wärmeaustauschturm, der mit Kopf- und Bodenabdeckungen,
einem Bündel vertikaler säurefester Rohre(7) und zwei horizontalen Rohrblechen (5, 10), die drei
Abteilungen des Turmes bilden, welche nicht direkt miteinander in Verbindung stehen, wobei die obere Abteilung
durch das obere Rohrblech (10) und die Kopfabdeckung
definiert wird und mit dem Inneren der Rohre in Verbindung steht und mit einer Abzugsöffnung (15)
versehen ist, das Mittelteil, welches durch die zwei Rohrbleche (5, 10) definiert ist, an seinem obersten
Teil mit mindestens einer Einlaßöffnung (12) für Kühlgas und in seiner unteren Hälfte mit mindestens einer
Auslaßöffnung (13, 14) für Kühlgas versehen ist und das untere Abteil 12), welches durch das untere Rohrblech
(5) und die Bodenabdeckung definiert ist, mit dem Inneren der Rohre (7) in Verbindung steht und mit minde-
stens einer Einlaßöffnung (1) für Speisegas versehen
ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (7) sich unterhalb des unteren Rohrbleches
(5) in das untere Abteil (2) hinein erstrecken.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet
, daß die Rohre (7) sich in das untere Abteil (2) in einer Länge von 0,4 bis 0,8 ra
hinein erstrecken.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die
Rohre (7) Glasrohre sind.
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8128 | New person/name/address of the agent |
Representative=s name: SCHWABE, H., DIPL.-ING. SANDMAIR, K., DIPL.-CHEM. |
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8131 | Rejection |