DE4313723A1

DE4313723A1 - Reaktor mit Oxidationskatalysator

Info

Publication number: DE4313723A1
Application number: DE4313723A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Fahrnschon; Peter Kripylo; Juergen Koppe; Walter Leipnitz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-04-27
Filing date: 1993-04-27
Publication date: 1994-11-03

Description

Die Erfindung betrifft einen Reaktor mit in dem mechanischen Aufbau einbezogenen Oxidationskatalysator und räumlich inte grierten Wärmetauschern zur Herstellung von Schwefeltrioxid aus Schwefeldioxid und Luft und gleichzeitiger Erzeugung von Hochdruckwasserdampf.

Nach dem Stand der Technik werden heute ausnahmslos Oxida tionskatalysatoren verwendet, die aus der aktiven katalyti schen Masse, vermischt mit unterschiedlichen keramischen Trä germaterialien bestehen und zu Kugeln, Strangabschnitten, Ringen oder Sternen verformt worden sind. Diese Katalysatoren lassen sich nur in Schüttungen verwenden, vorzugsweise in waagerechten Horden, die in übereinander angeordneten Etagen nacheinander durchströmt werden. Die bei der Oxidation frei werdende Wärme muß durch Wärmeaustauscher abgeführt werden. Dazu wird der Gasstrom mehrmals aus dem Reaktor heraus und nach dem Wärmetausch wieder hineingeführt. Reaktor und Wärme tauscher bilden kein einheitliches Bauwerk (deutsche Patent schrift Nr. 28 38 112). Es wurde auch versucht, Reaktoren mit senkrechten gasdurchlässigen Wänden zu bauen, die eine waa gerechte Durchströmung der Katalysatorschüttung ermöglichen sollten, (deutsche Patentschrift Nr. 37 40 255). Auch die Ver wendung eines monolytischen Kontaktes mit 775 Kanälen auf einen Quadratdezimeter wird vorgeschlagen (deutsche Patent schrift Nr. 31 28 060). Mit einem Konvertierungssystem, das aus einer beliebigen Anzahl gesonderter Kontaktöfen besteht, von welchen jeder eine Katalysatorschicht und einen Wärmetauscher in einem gemeinsamen Gehäuse enthält, wird versucht, den Rohr leitungsbedarf zu minimieren (deutsche Patentschrift Nr. 29 21 024). Auch große Röhrenreaktoren mit einer Vielzahl von Rohren mit innen befindlicher Katalysatorschüttung und Flüs sigkeitskühlung von außen, sind als Lösung aufgezeigt worden deutsche Patentschrift Nr. 30 06 900).

Allen vorgeschlagenen und praktizierten Lösungen haftet der Mangel an, daß der Katalysator mit einem die Wärme nur wenig leitenden keramischen Träger verbunden ist, der zudem noch keine allzugroße mechanische Festigkeit besitzt und nicht abriebfest ist. Die Folge ist, daß ein großer Volumenanteil des Katalysators wegen innerer Überhitzung unwirksam ist, daß der Reaktor um die Katalysatorschüttung herum gebaut werden muß und daß, um allzu große Bauhöhen zu vermeiden, die notwen digen Wärmetauscher außerhalb des Reaktors stehen müssen, was lange Gaswege zwischen den einzelnen Aggregaten erfordert. Auch die Gasverteilung muß vor jeder Katalysatorschicht nach dem Wärmetausch neu vorgenommen werden, was zusätzlichen Raum im Reaktor erfordert.

Das Ziel der Erfindung ist es, die die bekannten Oxidations katalysatoren beeinträchtigenden Nachteile, wie geringe Wärme leitfähigkeit, keine Möglichkeit der konstruktivtragenden Integration des Katalysatorträgers in das Reaktorbauwerk, bis herige räumliche Trennung von Reaktor und Wärmetauscher zu beseitigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen neuartigen Reaktor zu entwickeln, der als ein Bauelement Metallschwamm mit aufgebrachter, katalytisch wirksamer aktiver Masse als Oxidationskatalysator enthält und dadurch die gekoppelte Her stellung von Schwefeltrioxid und Hochdruckdampf in einem Bau körper ermöglicht.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem senkrecht ste hende Rahmen als Sektionen nebeneinander angeordnet sind, wobei Rahmen, in die Metallschwamm mit der auf der Oberfläche befindlichen aktiven katalytischen Masse senkrecht stehend eingefügt ist, von Rahmen gefolgt werden, die bekannte Rohr kesselelemente als Dampferzeuger enthalten und die einzelnen Rahmen fest, aber lösbar miteinander zu einem Sandwichreaktor verbunden sind.

Die Erfindung soll anhand des folgenden Beispiels erläutert werden.

Beispiel

Wie aus den Abb. 1 (Draufsicht) und 2 (Seitenansicht) zu entnehmen ist, sind die Rahmen, in denen der Katalysator angeordnet ist, so gestaltet, daß das Metallschwammgefüge etwa 0,5 m dick ist.

Bei der Rahmengröße 5,5 × 12 m (5,5 m Höhe, 12 m Breite) können in einem Rahmen etwa 33 Kubikmeter Katalysatorschwamm untergebracht werden. In fünf Rahmen sind somit insgesamt 165 Kubikmeter Katalysatorschwamm enthalten. Die Rahmen sind als senkrechtes Gitterwerk aufgebaut, in das die Katalysator schwammpakete eingefügt sind.

Nach der ersten Sektion (Rahmen) Katalysator K1 sind in Strö mungsrichtung die Sektionen W1 bis W3 angeordnet, von denen W1 ein Dampfüberhitzer, W2 und W3 je eine Verdampfersektion sind, da in der ersten Sektion Katalysator K1 etwa 60% des Schwefeltrioxids und der Wärme entstehen. Dann folgen die zweite Sektion Katalysator K2, die Sektion Verdampfer W4, die Sektion Katalysator K3, die Sektion Verdampfer W5. Für den Fall, daß nach dem Doppelkatalyseverfahren gearbeitet wird, folgt jetzt der Gassammler G1, durch den das Reaktions gemisch aus dem Reaktor herausgeführt wird.

Über den Gasverteiler V2 erfolgt die Wiedereinführung in den Reaktor. Nach dem Durchströmen der Sektionen K4 und K5 folgt die Sektion Wassererhitzer W6, in der das Kesselspeisewasser auf die Verdampfertemperatur gebracht wird. Der sich anschlie ßende Gassammler G2 dient zum Herausführen des nunmehr voll ständig umgesetzten Reaktionsgemisches aus dem Reaktor.

Der Reaktor mit integriertem Dampferzeuger hat eine Gesamt länge von etwa 15 m und leistet in 24 Stunden 800 t Schwefel trioxid, 336 t Hochdruckdampf (450 Grad Celsius, 41 bar) und zusätzlich 340 t Heißwasser (260 Grad Celsius, 41 bar).

Bezugszeichenliste

K1 Katalysator Sektion 1
K2 Katalysator Sektion 2
K3 Katalysator Sektion 3
K4 Katalysator Sektion 4
K5 Katalysator Sektion 5
W1 Wärmetauscher Sektion 1 Überhitzer
W2 Wärmetauscher Sektion 2 Verdampfer
W3 Wärmetauscher Sektion 3 Verdampfer
W4 Wärmetauscher Sektion 4 Verdampfer
W5 Wärmetauscher Sektion 5 Verdampfer
W6 Wärmetauscher Sektion 6 Wassererhitzer
V1 Gasverteiler Sektion 1
V2 Gasverteiler Sektion 2
G1 Gassammler Sektion 1
G2 Gassammler Sektion 2
E1 Reaktionsgemisch Eingang
E2 Kesselspeisewasser Eingang
A1 Reaktionsgemisch Ausgang
A2 Hochdruckdampf Ausgang
Z1 Reaktionsgemisch zur Zwischenabsorption
Z2 Reaktionsgemisch von der Zwischenabsorption

Claims

1. Reaktor mit Oxidationskatalysator, der bekannte Rohrkessel elemente als Wärmetauscher in Strömungsrichtung des Reaktions gemisches enthält, dadurch gekennzeichnet, daß senkrecht ste hende Rahmen als Sektionen nebeneinander angeordnet sind, wobei nach jeweils ein oder zwei Sektionen mit Katalysator K1 bis K5 in den Abb. 1 und 2) ein oder mehrere Sektionen, die bekannte Rohrkesselelemente als Wärmetauscher enthalten, (W1 bis W6 in den Abb. 1 und 2) in Strö mungsrichtung des Reaktionsgemisches folgen und diese Sektio nen, von denen jede aus einem Rahmen mit darin angeordnetem senkrechten Gitterwerk besteht, lösbar direkt miteinander verbunden sind, wobei in den Sektionen K1 bis K5 im Gitter werk senkrecht stehend die Pakete des Katalysators, der aus einem offenzelligen, großporigen Metallschwamm mit einer Po rengröße von 0,1 bis 10,0 mm Durchmesser, auf dessen Ober fläche die katalytisch wirksame Masse Vanadiumpentoxid und Zusatzkomponenten aufgebracht ist, besteht, eingefügt sind und die Sektionen V1 und V2 in den Abb. 1 und 2, die Verteiler für das in den Reaktor eintretende, die Sektionen G1 und G2 in den Abb. 1 und 2 die Sammler für das aus dem Reaktor herauszuführende Reaktionsgemisch sind, wobei sich zwischen den Sektionen G1 und V2 eine gasundurchlässige Trennwand befindet.

2. Reaktor mit Oxidationskatalysator gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß auf den Gassammler G1 und den Gasvertei ler V2 verzichtet wird.

3. Reaktor mit Oxidationskatalysator gemäß Anspruch 1 und 2 da durch gekennzeichnet, daß an Stelle des Metallschwammkatalysa tors ein konventioneller Katalysator eingesetzt wird.