DE102007027881A1 - Method and apparatus for mixing gases - Google Patents
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Abstract
Bei der Mischung zweier Gase unterschiedlicher Temperatur und/oder Zusammensetzung in einem Konverter zur Herstellung von SO<SUB>3</SUB> aus einem SO<SUB>2</SUB>-haltigen Gas wird ein erster, SO<SUB>2</SUB>-haltiger Gasstrom durch ein zentrales Zufuhrrohr in den Konverter eingeführt und durch einen um das zentrale Zufuhrrohr angeordneten integrierten Wärmetauscher geführt, welchen der erste Gasstrom von unten nach oben durchströmt. Ein zweiter Gasstrom wird über eine oberhalb des integrierten Wärmetauschers angeordnete Ringleitung zugeführt, aus welcher der zweite Gasstrom durch eine Vielzahl von Öffnungen austritt und in den ersten Gasstrom eingespeist wird, so dass er sich mit diesem mischt. Die erhaltene Gasmischung wird dann einer Kontaktstufe des Konverters zugeführt, in welcher das SO<SUB>2</SUB> an einem Katalysator wenigstens teilweise zu SO<SUB>3</SUB> umgesetzt wird.When mixing two gases of different temperature and / or composition in a converter to produce SO <SUB> 3 </ SUB> from a SO <SUB> 2 </ SUB> -containing gas, a first, SO <SUB> 2 < / SUB> -containing gas stream introduced through a central supply pipe in the converter and passed through a arranged around the central supply pipe integrated heat exchanger, which flows through the first gas flow from bottom to top. A second gas stream is supplied via a ring pipe arranged above the integrated heat exchanger, from which the second gas stream exits through a plurality of openings and is fed into the first gas stream, so that it mixes with it. The resulting gas mixture is then fed to a contact stage of the converter in which the SO <SUB> 2 </ SUB> on a catalyst is at least partially converted to SO <SUB> 3 </ SUB>.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Mischung zweier Gase unterschiedlicher Temperatur und/oder Zusammensetzung in einem Konverter zur Herstellung von SO3 aus einem SO2-haltigen Gas sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.The present invention relates to a method for mixing two gases of different temperature and / or composition in a converter for producing SO 3 from a SO 2 -containing gas and to an apparatus for carrying out this method.
Die
vorliegende Erfindung steht im Kontext der Herstellung von Schwefelsäure.
Schwefelsäure wird herkömmlicherweise meist nach
dem sogenannten Doppelabsorptions-Verfahren hergestellt, das in
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
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).Due to the fluctuations of the inlet gas, it is necessary to control the temperature at the inlet of the contact mass. This is done via the supply of cold SO 2 -containing gas via a bypass line. In the above-mentioned recirculation of SO 3 -containing gas, moreover, the mixing ratio must be adjusted. Therefore, gases of different temperature and / or composition are to be mixed in different places in the converter. The temperature difference leads even with gases of the same composition to different viscosities that complicate the mixture. For the efficiency of the process, however, it is necessary to achieve a homogeneous gas mixture. If sufficient homogeneity of the gas at the entrance into the contact mass is not attained, there are zones in which, when passing through the contact stage, there is no conversion of the SO 2 into SO 3 , so that the efficiency of the converter is impaired. Possibly. In zones with too high a SO 2 content, overheating may damage the catalyst. It has been found that the mixture of gases with different temperatures in the piping of sulfuric acid plants is not a fast, spontaneous process. The gases flow parallel to each other without mixing due to the different viscosities (so-called stratification).
Es wurde bereits vorgeschlagen, zur Lösung dieses Problems 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.It has already been proposed to solve this problem Provide local pressure losses, leading to turbulence with a high Cause turbulence. This solution is however in many cases not sufficient, because the whole in the system achievable or permitted pressure loss is limited or from plant engineering Reasons must be limited.
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.task The invention is therefore the homogeneity of the mixture two gases of different temperature and / or composition in a converter to increase and the so-called stratification to reduce or prevent.
Diese Aufgabe wird mit der Erfindung im Wesentlichen dadurch gelöst, dass ein erster, SO2-haltiger Gasstrom durch ein zentrales Zufuhrrohr in den Konverter eingeführt und durch einen um das zentrale Zufuhrrohr angeordneten integrierten Wärmetauscher geführt wird, dass ein zweiter Gasstrom über eine in dem Konverter unmittelbar vor oder nach dem integrierten Wärmetauscher angeordnete Ringleitung zugeführt wird, aus welcher der zweite Gasstrom durch eine Vielzahl von Öffnungen austritt und in den ersten Gasstrom eingespeist wird, so dass er sich mit diesem mischt, und dass die erhaltene Gasmischung dann einer Kontaktstufe des Konverters zugeführt wird, in welcher das SO2 an einem Katalysator wenigstens teilweise zu SO3 umgesetzt wird. 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.This object is achieved with the invention essentially in that a first, SO 2 -containing gas stream introduced through a central supply pipe in the converter and by one to the centra a second gas stream is fed via a arranged in the converter immediately before or after the integrated heat exchanger ring line from which the second gas stream exits through a plurality of openings and is fed into the first gas stream, so that he mixes with this, and that the resulting gas mixture is then fed to a contact stage of the converter, in which the SO 2 is reacted on a catalyst at least partially to SO 3 . Via the loop, the second gas is thus fed into the first gas at a plurality of locations, so that an excellent mixture is achieved. Since the second gas stream, which is, for example, SO 2 -containing gas of low temperature, the apparatus upstream of the converter passes only partially, is compared to the mixture higher pressure available, which can also increase the pressure loss. If the second gas is recirculated sulfur trioxide, its pressure can be increased by means of a blower or the like, so that here too a higher pressure is available than with conventional methods and the pressure loss can be increased. By means of such a blower, it is also possible to regulate the pressure or pressure loss or specifically set and control.
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.Especially Good mixing results result in a preferred embodiment the invention, when the second gas stream in countercurrent in the first Gas stream is fed. This will add extra Creates turbulence that aids in the mixture. It is also or additionally possible, the second Feed gas stream in direct current into the first gas stream.
Bei
der Rezirkulation von SO3-haltigem Gas, wie
es aus der
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.If there is no recirculation of SO 3 -containing gas, the temperature is regulated when entering the first contact stage of the converter according to the invention with the aid of a second gas stream, up to 30 vol .-% SO 2 , preferably up to 12 vol .-% SO 2 and has a temperature of 80 to 120 ° C. This gas stream may be bypassed around the conventional heat exchanger to increase the temperature of the first gas so that it has a higher pressure than the first gas. In the bypass devices for controlling or regulating the pressure, for. As blowers or throttle valves or flow resistance, whereby the mixing can be additionally controlled.
Der Volumenstrom des zweiten Gasstromes ist erfindungsgemäß kleiner als der des ersten Gasstromes und beträgt 20 bis 60%, vorzugsweise etwa 50% des ersten Gasstroms.Of the Volume flow of the second gas stream is smaller according to the invention than that of the first gas stream and is 20 to 60%, preferably about 50% of the first gas flow.
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.An inventive device for mixing two gases in a converter for producing SO 3 from a SO 2 -containing gas, which is particularly suitable for carrying out the method described above, has a supply line for a first gas introduced into the converter and by a integrated heat exchanger is arranged, which is arranged around the central supply line, a ring line for a second gas, which is arranged in the converter immediately before or after the heat exchanger in a mixing chamber, wherein the ring line a plurality of openings for the exit of second gas in having the mixing chamber.
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 wird, 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.at A preferred embodiment of the invention is the first gas introduced from above into the converter and after a deflection guided by the integrated heat exchanger which is arranged around the central supply line, and then enters the above the heat exchanger arranged Mixing chamber. The ring line is preferably around the central Supply line for the first gas arranged. This results in addition to a simple flow guidance compact construction of the converter and the mixing device.
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.For introducing the second gas stream in countercurrent to the first gas stream, the holes in the ring line facing the heat exchanger. The second gas stream thus preferably exits downward from the loop. If the second gas stream is to be fed in direct current into the first gas stream, then the holes in the ring line are remote from the heat exchanger, so that the second gas stream emerges upwards out of the ring pipe. Of course, it is possible that both at the bottom and at the top or on the sides of the ring line corresponding openings, which may be configured as bores, slots or the like., Are provided. The openings may be provided side by side in multiple rows to increase the amount of feedable second gas stream. Preferably, the opening at an angle of 20 to 70 °, more preferably 30 to 60 ° C to the vertical. The openings can in this case a different size or shape z. B. depending on the distance to the supply line, have. It is also possible, the openings or the gas flow around or out of the openings by other fittings, for. As baffles, welds, etc., to vary. Of this variation, only individual or individual groups of openings may be affected. It is also possible to provide a closure device for individual openings or groups of openings in order to have a control or control device in particular at partial load operation.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung, sind zwei bis sieben, insbesondere drei konzentrische Ringleitungen vorgesehen, aus welchen das zweite Gas austritt. Auch hierdurch kann die Menge des zweiten Gasstromes erhöht werden.According to one preferred embodiment of the invention are two to seven, especially three provided concentric ring lines, from which the second gas exit. This also increases the amount of the second gas stream become.
Um die Verschaltung der Anlage zu erleichtern, sind die Ringleitungen erfindungsgemäß mit einer gemeinsamen Zufuhrleitung für das zweite Gas ver bunden. 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.Around To facilitate the interconnection of the system, the ring lines according to the invention with a common supply line for the second gas a related party. It has proven to be beneficial proved that the common supply line for the second Gas at least partially around the central supply line for the first gas is led around and that several downwards Guided connection lines the supply line with the Connect ring lines. This allows the second gas at the same time be introduced into the converter in several places, wherein a preferred symmetrical design of the converter and thus also a preferred symmetrical flow guidance is reached. But essential to the invention here is the possible uniform mixture of gases or distribution in the converter, for which, if necessary, deviated from the symmetry can be.
Die Verbindungsleitungen sind erfindungsgemäß über Versorgungsstutzen jeweils mit allen Ringleitungen verbunden, um eine einfachere Versorgung zu ermöglichen.The Connecting lines are according to the invention over Supply connection in each case with all ring lines connected to to facilitate a simpler supply.
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.Further developments, Advantages and applications of the invention result also from the following description of exemplary embodiments and the drawing. All are described and / or illustrated illustrated features alone or in any combination the subject of the invention, regardless of its summary in the claims or their dependency.
Es zeigen:It demonstrate:
Der
in
Dem
Konverter
Ein
zweites Gas, das bspw. rezirkuliertes SO3-haltiges
Prozessgas oder SO2-haltiges Gas niedrigerer
Temperatur als das erste Gas ist, wird über eine Zufuhrleitung
Über
eine Bypassleitung
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
In
den
Wie
sich aus
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.With The invention can be a homogeneous mixing of two gas streams be achieved, so that the composition and temperature of the process gas be well set at the entrance to the first contact stage K1 can.
- 11
- Konverterconverter
- 22
- zentrale Zufuhrleitungcentral supply line
- 33
- Umlenkblechbaffle
- 44
- Mischkammermixing chamber
- 55
- Zufuhrleitungsupply line
- 66
- Verbindungsleitungeninterconnectors
- 77
- Versorgungsstutzensupply socket
- 88th
- Ringleitungenring lines
- 99
- Bypassleitungbypass line
- 1010
- Ausgangoutput
- 1111
- Öffnungenopenings
- K1–K5K1-K5
- Kontaktstufencontact stages
- WT1–WT3WT1 WT3
- integrierte Wärmetauscherintegrated heat exchangers
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- - Ullmanns Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5. Auflage, Band A25, Seiten 635 bis 700 [0002] - Ullmanns Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5th Edition, Volume A25, pages 635-700 [0002]
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