DE102011112779B3 - Füllkörperturm - Google Patents
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Abstract
Ein Füllkörperturm, insbesondere zur Absorption von Wasser oder SO3 in Schwefelsäure, weist eine auf einem Kuppelrost (7) gehaltene Schüttung (8) aus Füllkörpern (9), durch welche die von oben aufgegebene Schwefelsäure rieselt, ein im unteren Bereich des Turmes vorgesehenes Gaszufuhrrohr (5), einen oberhalb der Schüttung vorgesehenen Gasauslass und einen im unteren Bereich des Turmes vorgesehenen Säureauslass (4) auf. Um die Korrosion zu verringern, wird der Kuppelrost (7) auf einem L-förmigen Ring (10) derart gehalten, dass zwischen dem Außendurchmesser des Kuppelrostes (7) und dem Mantel (2) des Füllkörperturmes (1) ein Spalt (15) gebildet wird.
Description
- Die Erfindung betrifft einen Füllkörperturm, insbesondere zur Absorption von Wasser oder SO3 in Schwefelsäure, mit einer auf einem Kuppelrost gehaltenen Schüttung aus Füllkörpern, durch welche die von oben aufgegebene Schwefelsäure rieselt, mit einem im unteren Bereich des Turmes vorgesehen Gaseinlass, einem oberhalb der Schüttung vorgesehenen Gasauslass und einem im unteren Bereich des Turmes vorgesehenen Säureauslass.
- Der Säureteil einer Schwefelsäureanlage umfasst die Trocknung der Schwefeldioxid (SO2)-haltigen Gase sowie der Luft und die Absorption des in der Kontaktanlage bildeten Schwefeltrioxid (SO3) zur Bildung der Endprodukte Schwefelsäure und Oleum. Standardausführung für Trockner und Absorber ist der als Gegenstromapparat gebaute Füllkörperturm. Dieser stehende zylindrische Behälter ist in drei Zonen aufgeteilt. Den unteren Teil bildet der Sumpf mit dem direkt über dem Boden oder auch im Boden angeordneten Säureablauf und dem über dem Säureniveau im Blechmantel eingeschweißten Gaseintritt. Der mittlere Teil erhält auf einem Rost die Füllkörperschicht, durch welche die Säure, die von einem auf der Schicht liegenden Berieselungssystem gleichmäßig verteilt wird, nach unten rieselt. Oberhalb der Füllkörperschicht befinden sich der Säureeintritt zum Berieselungssystem und der Gasaustritt. Füllkörpertürme bestehen zum überwiegendem Teil aus einem mehrlagig säurefest ausgemauerten zylindrischem Blechmantel mit gewölbtem Boden und einem Rost aus säurefestem keramischen Material zur Aufnahme der Füllkörperschüttung. Als Rost wird ein Kuppelrost mit mindestens 40% freiem Strömungsquerschnitt eingebaut, der für Turmdurchmesser bis 15 Meter geeignet ist. Für die Füllkörperschüttung werden überwiegend Sattelkörper aus keramischem Material gewählt, die große spezifische Oberflächen haben, wodurch ein intensiver Stoffaustausch zwischen Säure und Gas gegeben ist. (vgl. Winnacker/Küchler, Chemische Technik: Prozesse und Produkte, herausgegeben von Roland Dittmeyer et al, Band 3: Anorganische Grundstoffe, Zwischenprodukte, S. 100 ff, Wiley-VCH Verlag Weinheim, 2005.) Ein entsprechender Füllkörperturm ist bspw. auch in der
DE 33 20 527 C2 gezeigt. - Wegen der immer schlechter werdenden Montagequalität der Ausmauerung werden seit Jahren vermehrt nicht ausgemauerte Edelstahltürme aus Silizium (Si)-haltigem Edelstahl eingesetzt. Es hat sich dabei herausgestellt, dass an mehreren Stellen des Füllkörperturms Korrosionsprobleme durch Dünnsäure (Trockner) oder sich bildendes Oleum (Absorber) auftreten. Besondere Problemzonen finden sich im Bereich des Gaseinlasses oder gegenüber dem Gaseinlass, wo der Säurefilm an der Turmwand nur dünn ist. Auch an vertikalen Stützen für den Edelstahlrost oder unterhalb der Füllkörperpackung an horizontalen Flächen, an welchen der Säurefilm ebenfalls nur dünn ist, tritt Korrosion auf. Durch die Feuchtigkeit des Gases im Trockenturm wird Dünnsäure erzeugt, die hoch korrosiv ist und die Stahlflächen angreift. In den Absorbertürmen wird durch das SO3 in Gas Oleum erzeugt, welches ebenfalls hochkorrosiv ist. Dem wurde in der Vergangenheit beispielsweise dadurch begegnet, dass um den Gaseinlass eine Abdeckplatte aus siliziumfreiem austenitischem Edelstahl vorgesehen wird, die aufgrund der starken Korrosion aber regelmäßig ausgetauscht werden muss.
- Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Korrosion in dem Füllkörperturm einer Schwefelsäureanlage zu verringern.
- Diese Aufgabe wird mit der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 im Wesentlichen dadurch gelöst, dass der Kuppelrost auf einem L-förmigen Ring derart gehalten ist, dass zwischen dem Außendurchmesser des Kuppelrostes und dem Mantel des Füllkörperturms ein Spalt gebildet wird. Hierdurch wird im Randbereich des Kuppelrostes die Säure so umgelenkt, dass sie durch den Spalt zwischen dem L-förmigen Ring und dem Mantel des Füllkörperturmes fließt und einen dickeren Säurefilm an der Wand bildet. Dadurch können säurefreie Zonen vermieden werden, so dass sich im Trockenturm keine Dünnsäure und im Absorberturm kein Oleum bildet. Die korrosionsgefährdeten Bereiche des Füllkörperturms werden durch den Säurefilm geschützt.
- Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der L-förmige Ring zwei Schenkel aus unterschiedlichen Materialien auf, die vorzugsweise durch Schweißen miteinander verbunden sind. Hierbei besteht insbesondere der horizontal angeordnete Schenkel des L-förmigen Ringes im Wesentlichen aus Si-freiem Edelstahl der bei einer Schwefelsäurekonzentration > 96% und Temperaturen bis 150C° korrosionsbeständig ist. Dagegen besteht der im Wesentlichen vertikal angeordnete Schenkel des L-förmigen Ringes vorzugsweise aus Edelstahl mit einem Si-Gehalt von 4,5 bis 6,5 Gew.-%, beispielsweise aus Stählen mit den Handelsnamen SX, Saramet oder Zecor.
- Um einen ausreichend dicken Säurefilm an der Innenfläche des Füllkörperturms zu erzeugen, ist gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung der Außendurchmesser des L-förmigen Ringes um etwa 20 bis 200 mm, bevorzugt 50 bis 100 mm kleiner als der Innendurchmesser des Füllkörperturms.
- Gemäß der Erfindung liegt der L-förmige Ring auf vertikalen Stützplatten auf, die vorzugsweise gleichmäßig über den Umfang des Turms verteilt angeordnet sind und voneinander einen Abstand von 500 bis 2500 mm, vorzugsweise 1000 bis 1500 mm aufweisen. Hierdurch wird eine gleichmäßige Abstützung des L-förmigen Ringes gewährleistet, wobei zwischen den Stützplatten der Säurefilm frei herabfließen kann.
- Zur Vermeidung einer Korrosion an den Stützplatten bestehen diese erfindungsgemäß, ähnlich wie der vertikal angeordnete Schenkel des L-förmigen Ringes aus Edelstahl mit einem Si-Gehalt von 4,5 bis 6,5 Gew.-%.
- Am Gaseinlass ist das Gaszufuhrrohr üblicherweise in den Füllkörperturm eingeschweißt und ragt hierzu etwas in den Turm hinein. Die an der Wand herabfließende Säure kann daher im Normalfall den unterhalb des Gaszufuhrrohres liegenden Bereich der Turmwandung nicht ausreichend benetzen, um eine Korrosion zu verhindern. Anders als bei der im Stand der Technik vorgesehenen, regelmäßig auszutauschenden Platte, ist gemäß der vorliegenden Erfindung um den unteren Bereich des Gaszufuhrrohres eine Schürze vorgesehen, welche Löcher und/oder einen Schlitz aufweist, durch welche(n) Säure hindurchtreten kann. Die von oben an der Wand herunterfließende Säure wird durch die Schürze aufgefangen, und unterhalb des Gaszufuhrrohres zusammengeführt.
- Wenn wie bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung die Schürze von dem Mantel des Füllkörperturms zur Öffnung des Gaszufuhrrohres hin nach oben geneigt ist und der Schlitz in dem dem Gaseintritt zugewandten Bereich der Schürze vorgesehen ist, sammelt sich die Säure in der Schürze und fließt durch den Schlitz über, so dass an der Außenwand der Schürze und dann in dem darunterliegendem Bereich der Turmwandung wiederum ein gleichmäßiger Säurefilm gebildet wird, der eine Korrosion verhindert.
- Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und der Zeichnung näher erläutert.
- Es zeigen
-
1 schematisch einen Teilschnitt durch einen erfindungsgemäßen Füllkörperturm, -
2 vergrößert den Ausschnitt11 aus1 im Bereich der Auflage des Kuppelrostes an der Wandung des Füllkörperturms, -
3 eine schematische perspektivische Teildarstellung des Bereiches des Gaseinlasses in den Füllkörperturm und -
4 eine perspektivische Darstellung der in3 angebrachten Schürze. - Der in
1 schematisch dargestellte Füllkörperturm1 gemäß der vorliegenden Erfindung weist einen Mantel2 aus korrosionsbeständigem Edelstahlblech und einen gewölbten Boden3 auf, in dem ein Säureauslass4 vorgesehen ist. Oberhalb des Bodens3 mündet ein Gaszufuhrrohr5 eines Gaseinlasses6 . Das Gaszufuhrrohr5 ragt etwas in den Füllkörperturm1 hinein, damit eine ausreichende Befestigung durch Schweißen möglich ist. - Oberhalb des Gaseinlasses
6 ist ein Kuppelrost7 aus keramischem Material vorgesehen, der eine Schüttung8 aus ebenfalls keramischen Füllkörpern9 trägt. Oberhalb der Schüttung8 ist in dem hier nicht dargestellten Bereich des Füllkörperturmes ein Berieselungssystem vorgesehen, über welches Schwefelsäure gleichmäßig über der Füllkörperschicht verteilt wird. Außerdem ist ein hier nicht dargestellter Gasauslass vorgesehen, um das Gas nach Durchströmen der Schüttung8 anzuführen. Der Füllkörperturm1 entspricht insoweit dem Stand der Technik. - Wie sich insbesondere aus
2 ergibt, wird der Kuppelrost7 auf einem L-förmigen Ring10 gehalten, der über den gesamten Umfang des Füllkörperturmes1 umläuft. Der L-förmige Ring10 hat einen horizontalen Schenkel11 , auf welchem der Kuppelrost7 aufliegt, und einen vertikalen Schenkel12 , an dem der Kuppelrost7 anliegt. Der horizontale Schenkel11 besteht aus einem korrosionsbeständigem Si-freien Edelstahl, der bei einer Schwefelsäurekonzentration 96% und Temperaturen bis 150C° korrosionsbeständig ist, z. B. CrNi-Stahl mit ca. 30 Gew.-% Cr und 60 Gew.-% Ni. Der vertikale Schenkel12 besteht aus einem Si-haltigen austenitischen Edelstahl mit einem Siliziumgehalt von 4,5 bis 6,5 Gew.-%, beispielsweise SX-Stahl, Saramet oder Zecor. Die Schenkel11 ,12 sind miteinander verschweißt. - Der L-förmige Ring
10 liegt auf einer Mehrzahl von Stützplatten13 auf, die gleichmäßig über den Umfang des Füllkörperturms1 verteilt sind und bei einem Turmdurchmesser von beispielsweise 10 m jeweils einen Abstand von 500 bis 2000 mm, vorzugsweise 1000 bis 1500 mm aufweisen. Die Stützplatten13 bestehen wie der vertikale Schenkel12 aus Si-haltigem Edelstahlblech mit einem Siliziumgehalt von 4,5 bis 6,5 Gew.-%. - Die Stützplatten
13 weisen einen Absatz14 auf, auf dem der den Kuppelrost7 tragende L-förmige Ring10 aufliegt. - Zwischen dem L-förmigen Ring
10 und dem Mantel2 des Füllkörperturmes1 ist ein um den gesamten Umfang des Füllkörperturmes1 umlaufender Spalt15 vorgesehen, der eine Breite B von 10 bis 100 mm, vorzugsweise 20 bis 50 mm aufweist. - In Betrieb wird die von oben durch die Füllkörperschüttung
8 rieselnde Schwefelsäure im Randbereich des Kuppelrostes7 nach außen umgelenkt, so dass sie durch den Spalt15 tritt und dann als dicker Schwefelsäurefilm an dem Mantel2 des Füllkörperturms1 hinabfließt. Die vertikal angeordneten Stützplatten13 liegen ebenso wie der gesamte Mantelbereich unterhalb des Kuppelrostes7 immer im Säurestrom, so dass keine Korrosionsgefahr besteht. - Um zu verhindern, dass in dem Bereich unter dem Gaszufuhrrohr
5 der Säurefilm abreißt, ist bei der in3 näher dargestellten Ausführungsform im unteren Bereich des Gaszufuhrrohres5 eine Schürze16 vorgesehen. Die Schürze16 ist mit dem Mantel2 des Füllkörperturms1 sowie mit dem Gaszufuhrrohr5 verschweißt, wobei sie derart geneigt ist, dass sie von dem Mantel2 zu dem Gaszufuhrrohr5 nach oben ansteigt. In dem vertikal oberen Bereich der Schürze16 ist eine Vielzahl von Löchern17 vorgesehen. Außerdem wird durch einen zurückgesetzten Absatz der Schürze16 zwischen dem Gaszufuhrrohr5 und der Schürze16 ein Schlitz19 gebildet. - Wenn nun die Säure entlang der Wandung des Füllkörperturms
1 herabfließt, so wird sie durch das in den Füllkörperturm1 hineinragende Gaszufuhrrohr5 umgelenkt und fließt in die Schürze16 hinein, in welcher sie gesammelt wird. Im oberen, äußeren Bereich der Schürze16 kann die Säure durch die Löcher17 direkt wieder austreten und nach unten abfließen. Die übrige Säure sammelt sich in der Schürze16 und füllt diese langsam von unten auf, bis die Säure durch den Schlitz19 überläuft und als kontinuierlicher Film an der Außenseite der Schürze entlang wieder zu dem Mantel2 des Füllkörperturm1 zurückfließt und diesen vollständig benetzt. Auf diese Weise kann auch in diesem Bereich ein zuverlässiger Korrosionsschutz gewährleistet werden. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Füllkörperturm
- 2
- Mantel
- 3
- Boden
- 4
- Säureauslass
- 5
- Gaszufuhrrohr
- 6
- Gaseinlass
- 7
- Kuppelrost
- 8
- Schüttung
- 9
- Füllkörper
- 10
- L-förmiger Ring
- 11
- horizontaler Schenkel
- 12
- vertikaler Schenkel
- 13
- Stützplatte
- 14
- Absatz
- 15
- Spalt
- 16
- Schürze
- 17
- Löcher
- 18
- Absatz
- 19
- Schlitz
- B
- Breite des Spaltes
15
Claims (10)
- Füllkörperturm, insbesondere zur Absorption von Wasser oder SO3 in Schwefelsäure, mit einer auf einem Kuppelrost (
7 ) gehaltenen Schüttung (8 ) aus Füllkörpern (9 ), durch welche die von oben aufgegebene Schwefelsäure rieselt, mit einem im unteren Bereich des Turmes vorgesehenen Gaszufuhrrohr (5 ), einem oberhalb der Schüttung vorgesehenen Gasauslass und einem im unteren Bereich des Turmes vorgesehenen Säureauslass (4 ), dadurch gekennzeichnet, dass der Kuppelrost (7 ) auf einem L-förmigen Ring (10 ) derart gehalten ist, dass zwischen dem Außendurchmesser des Kuppelrostes (7 ) und dem Mantel (2 ) des Füllkörperturmes (1 ) ein Spalt (15 ) gebildet wird. - Füllkörperturm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der L-förmige Ring (
10 ) zwei Schenkel (11 ,12 ) aus unterschiedlichen Materialien aufweist, die miteinander verbunden sind. - Füllkörperturm nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der im Wesentlichen horizontal angeordnete Schenkel (
11 ) des L-förmigen Ringes (10 ) aus im Wesentlichen Si-freien Edelstahl besteht. - Füllkörperturm nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der im Wesentlichen vertikal angeordnete Schenkel (
12 ) des L-förmigen Ringes (10 ) aus Edelstahl mit einem Si-Gehalt von 4,5 bis 6,5 Gew.-% besteht. - Füllkörperturm nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser des L-förmigen Ringes (
10 ) um etwa 20 bis 200 mm kleiner ist als der Innendurchmesser des Füllkörperturms (1 ). - Füllkörperturm nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der L-förmige Ring (
10 ) auf vertikalen Stützplatten (13 ) aufliegt, die über den Umfang des Turms verteilt angeordnet sind. - Füllkörperturm nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützplatten (
13 ) voneinander einen Abstand von 500 bis 2500 mm aufweisen. - Füllkörperturm nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützplatten (
13 ) aus Edelstahl mit einem Si-Gehalt von 4,5 bis 6,5 Gew.-% bestehen. - Füllkörperturm nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass um den unteren Bereich des Gaszufuhrrohres (
5 ) eine Schürze (16 ) vorgesehen ist, welche Löcher (17 ) und/oder einen Schlitz (19 ) aufweist, durch welche(n) Säure hindurchtreten kann. - Füllkörperturm nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schürze (
16 ) von dem Mantel (2 ) des Füllkörperturms (1 ) zur Öffnung des Gaszufuhrrohres (5 ) hin nach oben geneigt ist und dass der Schlitz (19 ) in dem dem Gaszufuhrrohr (5 ) zugewandten Bereich der Schürze (16 ) vorgesehen ist.
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