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 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 + 1/2 O2 → 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.The present invention is in the context of the production of sulfuric acid. Sulfuric acid is conventionally usually prepared by the so-called double absorption process, which in Ullmanns Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5th Edition, Volume A25, pages 635-700 is described. First, in this case, a sulfur dioxide-containing starting gas with oxygen at a plurality of successively arranged contact stages of a converter according to the formula SO 2 + 1/2 O 2 → SO 3 + 98 KJ at least partially converted to sulfur trioxide. The generated sulfur trioxide-containing gas is then fed to an absorber and converted there to sulfuric acid. The oxidation of the sulfur dioxide to sulfur trioxide is carried out in the presence of a catalyst which usually contains vanadium pentoxide as the active component and has a working range of about 380 to 640 ° C. While irreversible damage to the catalyst occurs at temperatures above 640 ° C, it is inactive at temperatures below 380 ° C. Since the process is highly exothermic, it is necessary for the gas inlet temperature to be in the contact stage at about 400 ° C. At a much lower inlet temperature, the reaction is not triggered, while at a much higher inlet temperature, the temperature during the process increases so much that the catalyst is damaged. However, it is possible to use other catalysts that allow a higher operating temperature, such. B. off EP 1 047 497 B1 or DE 100 23 178 A1 known. In order to obtain a high yield, the reaction is carried out in several stages, between which the process gas is cooled in each case by means of integrated heat exchangers in order to achieve a suitable gas inlet temperature for the next stage of contact. Usually, such a converter has four to five contact stages, wherein in the above-mentioned double absorption method, the process gas is supplied after passing through some, eg., Three contact stages an intermediate absorption tower, in which the SO 3 converted to sulfuric acid, oleum or liquid SO 3 and thereby the SO 3 concentration in the process gas is lowered again. The process gas is then supplied after heating to the required process temperature the next contact stages of the converter and then the final absorption.

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.The process gas supplied to the converter suffers from frequent variations in the amount and SO 2 concentration. While in conventional converters, the SO 2 concentration is usually limited to about 12% by volume due to the high temperatures reached in the first catalytic step, this allows the DE 102 49 782 A1 described method, the use of higher SO 2 concentrations by the recirculation of SO 3 -containing gas. This recirculation limits the reaction in the first contact stage and thereby the heat generated there.

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 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.In the recirculation of SO 3 -containing gas, as is known from the DE 102 49 782 A1 is known, in a further development of the invention, the first gas stream more than 13 vol .-% SO 2 and the second gas stream 3 to 40 vol .-% SO 3 , preferably 5 to 25 vol .-% SO 3 .

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:

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, 1 1 is a schematic sectional view of a converter for the production of SO 3 from a SO 2 -containing gas with a device for gas mixture according to an exemplary embodiment of the present invention with illustrated gas flows,

2 den Bereich der Einbringung des zweiten Gasstromes in den ersten Gasstrom, 2 the area of introduction of the second gas stream into the first gas stream,

3 eine Teildraufsicht auf Ringleitungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und 3 a partial plan view of loops of the device according to the invention and

4 einen Schnitt durch eine Ringleitung entlang der Linie IV-IV in 3. 4 a section through a loop along the line 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 das SO2 in SO3 umzuwandeln. Nach Durchlaufen von drei Kontaktstufen K1 bis K3 wird das 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.The in 1 shown converter 1 for the conversion of SO 2 in SO 3 has a total of five contact stages K1 to K5, in which a catalyst, in particular a vanadium pentoxide-containing catalyst is provided to convert the SO 2 in SO 3 . After passing through three contact stages K1 to K3, the resulting SO 3 -containing gas is fed to a heat recovery system, not shown here, and the intermediate absorption in order to at least partially remove the sulfur trioxide from the process gas. The SO 2 -containing process gas is then fed back to the converter below to pass through the contact stages K4 and K5. The present invention relates only to the first region of the converter 1 with the contact stages K1 to K3, so that the following description is limited to this range.

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.The converter 1 is via a central supply line 2 Supplied SO 2 -containing gas which flows through the supply line from top to bottom and at the lower end via a baffle 3 is deflected by 180 °. The first gas then flows through a first heat exchanger WT1, which is designed in particular as a tubular heat exchanger, from bottom to top and enters into a above the heat exchanger WT1 arranged mixing chamber 4 out.

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.A second gas, which is, for example, recirculated SO 3 -containing process gas or SO 2 -containing gas of lower temperature than the first gas, is supplied via a supply line 5 and connecting cables 6 that have power supply 7 with around the central supply line 2 circulating ring lines 8th are connected, also in the mixing chamber 4 introduced, and mixes with the first gas. The supply line 5 here is z. B. outside the converter 1 For example, as a three-quarter circle around the central supply line 2 guided around, with the connecting lines down from the supply line 5 branch off and into the converter 1 enter. The ring lines 8th from which the second gas exits are provided immediately after the integrated heat exchanger WT1, ie without the interposition of other devices.

Über eine Bypassleitung 9 kann vor dem Eintritt in den ersten Kontakt K1 zusätzliches z. B. kaltes oder warmes, SO2-haltiges Gas zugeführt werden.Via a bypass line 9 can before entering the first contact K1 additional z. B. cold or hot, SO 2 -containing gas can be supplied.

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.The gas mixture then flows through the first contact K1 and is then passed through the integrated heat exchanger WT1 to the temperature of the process gas increased by the exothermic reaction in the contact stage K1 to a suitable for entry into a second contact stage K2 Temperature of about 400 ° C to cool and at the same time through the central supply line 2 to heat supplied SO 2 -containing first gas. After flowing through the second contact stage K2, the process gas is again passed through an integrated heat exchanger WT2 to be cooled to a suitable for the third contact stage K3 inlet temperature of about 400 ° C, and after passing through this third contact stage K3 via an output 10 from the converter 1 withdrawn and fed to an intermediate absorption system.

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.In the 2 to 4 the device for mixing the first and the second gas is shown in more detail. In 2 The first gas enters from below into the first heat exchanger WT1 and then into the mixing chamber 4 out. The second gas is via the connecting line 6 and the supply pipe 7 in the ring lines 8th fed from which it has a variety of openings 11 (see. 4 ) directed down into the mixing chamber 4 exit. The openings 11 are here arranged in a plurality, possibly staggered rows of holes arranged so that the second gas is fed as a plurality of small streams in the first gas and can mix well with the first gas due to the resulting and promoted by the countercurrent turbulence turbulence. In another embodiment, not shown here, additionally or alternatively to those at the bottom of the loops 8th provided openings 11 also at the top of the loop 8th corresponding openings are provided to feed the second gas in direct current into the first gas.

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.As it turned out 3 results are three concentric loops 8th around the central supply line 2 arranged over four evenly around the circumference of the converter 1 distributed connection lines 6 and supply pipe 7 be supplied with the first gas.

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

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (17)

Verfahren zur Mischung zweier Gase unterschiedlicher Temperatur und/oder 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 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 wobei die erhaltene Gasmischung dann einer Kontaktstufe des Konverters zugeführt wird, in welcher das SO2 an einem Katalysator wenigstens teilweise zu SO3 umgesetzt wird.A method for mixing two gases of different temperature and / or composition in a converter for the production of SO 3 from a SO 2 -containing gas, wherein a first, SO 2 -containing gas stream introduced through a central supply pipe in the converter and passed through an integrated heat exchanger wherein a second gas stream is supplied via at least one ring pipe arranged in the converter immediately before or after 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 , and wherein the obtained 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 . Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Gasstrom im Gegenstrom in den ersten Gasstrom eingespeist wird.Method according to claim 1, characterized in that that the second gas stream is fed countercurrently into the first gas stream becomes. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Gasstrom im Gleichstrom in den ersten Gasstrom eingespeist wird.Method according to claim 1 or 2, characterized that the second gas stream is fed in direct current into the first gas stream. 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.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the first gas stream contains more than 13% by volume of SO 2 and the second gas stream contains 5 to 25% by volume of SO 3 . 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.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the second gas stream up to 13 vol% SO 2 and has a temperature of 80 to 120 ° C. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Gasstrom kleiner ist als der erste Gasstrom.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the second gas flow is smaller than the first gas stream. Vorrichtung zur Mischung zweier Gase in einem Konverter (1) zur Herstellung von SO3 aus einem SO2-haltigen Gas, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 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) eine Vielzahl von Öffnungen (11) für den Austritt von zweitem Gas in die Mischkammer (4) aufweist.Device for mixing two gases in a converter ( 1 ) for the production of SO 3 from a SO 2 -containing gas, in particular for carrying out a method according to one of the preceding claims, with a supply line ( 2 ) for a first gas that enters the converter ( 1 ) and passed through an integrated heat exchanger (WT1), a loop ( 8th ) for a second gas in the converter ( 1 ) immediately before or after the heat exchanger (WT1) in a mixing chamber ( 4 ) is arranged, wherein the ring line ( 8th ) a plurality of openings ( 11 ) for the discharge of second gas into the mixing chamber ( 4 ) having. 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.Apparatus according to claim 7, characterized in that the first gas from above into the converter ( 1 ) and after a deflection through the integrated heat exchanger (WT1) is guided, which around the central supply line ( 2 ) is arranged. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringleitung (8) um die zentrale Zufuhrleitung (2) für das erste Gas angeordnet ist.Apparatus according to claim 7 or 8, characterized in that the ring line ( 8th ) around the central supply line ( 2 ) is arranged for the first gas. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischkammer (4) oberhalb des Wärmetauschers (WT1) angeordnet ist.Device according to one of claims 7 to 9, characterized in that the mixing chamber ( 4 ) is arranged above the heat exchanger (WT1). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (11) in der Ringleitung (8) dem Wärmetauscher (WT1) zugewandt sind.Device according to one of claims 7 to 10, characterized in that the openings ( 11 ) in the loop ( 8th ) facing the heat exchanger (WT1). 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.Device according to one of Claims 7 to 11, characterized in that the openings ( 11 ) in the loop ( 8th ) are remote from the heat exchanger (WT1). 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.Device according to one of claims 7 to 12, characterized in that at the bottom and / or top of the loop ( 8th ) a plurality of rows of holes are provided, through which the second gas emerges. 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.Device according to one of claims 7 to 13, characterized in that a plurality, in particular three concentric ring lines ( 8th ) are provided, from which the second gas exits. 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.Device according to one of claims 7 to 14, characterized in that the ring lines ( 8th ) with a common supply line ( 5 ) are connected to the second gas. 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.Apparatus according to claim 15, characterized in that the common supply line ( 5 ) for the second gas at least partially around the central supply line ( 2 ) is guided around for the first gas and that a plurality of downwardly guided connecting lines ( 6 ) the supply line ( 5 ) with the ring lines ( 8th ) connect. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsleitungen (6) über Versorgungsstutzen (7) jeweils mit allen Ringleitungen (8) verbunden sind.Apparatus according to claim 16, characterized in that the connecting lines ( 6 ) via supply connection ( 7 ) each with all loops ( 8th ) are connected.
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