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Verfahren und Einrichtung zur Ausführung der katalytischen S 02-Oxydation
Gegenstand der Hauptanmeldung P 14127 IV a/ 12 i ist ein Verfahren zur Durchführung
der katalytischen S 02-Oxydation, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß die S
02-haltigen Frischgase durch Mischung mit einem Teil der über 500° C heißen, die
als Zündstufe arbeitende erste katalytische Umsatzstufe verlassenden Gase auf die
Ansprechtemperatur der Kontaktmasse oder auf eine höhere Temperatur gebracht werden
und daß der andere Teil der die erste katalytische Umsatzstufe verlassenden, teilweise
zu S 03 umgesetzten Gase durch Zumischen von kalter Luft oder vorgewärmter Luft
oder Sauerstoff von einer oder mehreren folgenden Katalysatorschichten auf die optima4le
Reaktionstemperatur ausreguliert wird.
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Im Gegensatz zu den bekannten Kreislaufverfahren, die dem Zweck dienen,
das Überschreiten einer bestimmten Temperatur und damit die Zersetzung des gebildeten
Reaktionsproduktes zu verhindern, wird bei dem Verfahren nach der Hauptpatentanmeldung
die Vorwärmung der S OZ haltigen Frischgase ganz oder teilweise dadurch überflüssig,
daß man durch Rückführung von heißen. Reaktionsgasen, welche mach der als Zündstufe
arbeitenden ersten katalytischen Umsatzstufe abgezogen werden, die den Frischgasen
fehlende Wärmemenge durch direkte Zumischung zuführt. Durch die Maßnahme der Hauptpatentanmeldung
wird erreicht, daß für die Temperaturlenkung im Kontaktkessel die indirekte Kühlung
nicht mehr erforderlich ist, sondern daß man sich des direkten Verfahrens der Temperaturregulierung
mit seinen vereinfachten Konstruktionen des Konverters und den übrigen Vorteilen
bedienen kann.
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Das Verfahren nach der Hauptpatentanmeldung ist besonders für die
Verarbeitung hochprozentiger S 02 haltiger Röstgase geeignet, da in diesem Falle
nur eine geringfügige indirekte Vorwärmung der Frischgase erforderlich ist. Das
Verfahren unterscheidet sich schon äußerlich von den bekannten Kreislaufverfahren
dadurch, daß nur durch den Vorkontakt diese Umwälzung von Reaktionsgas durchgeführt
und daß in diesem Vorkontakt eine möglichst große Temperatursteigerung angestrebt
wird. Während also bei den bekannten Kreislaufverfahren das Merkmal eine einheitliche
Temperatur im Konverter ist und Überschreitungen bestimmt einzuhaltender Temperaturgrenzen
verhindert werden sollen, soll nach der vorliegenden Erfindung in dem Vorkontakt
gerade das Gegenteil, und zwar eine große Temperatursteigerung, angestrebt werden,
damit die Wärme der Kreislaufgase ausreicht, um die Frischgase auf die Ansprechtemperatur
oder darüber hinaus zu bringen. Dieser Vo,rkontakt ist die sogenannte Zündstufe
für den nachfolgenden eigentlichen Hauptkontakt, der sich in mehrere Stufen unterteilt.
Es hat sich nun gezeigt, daß das Verfahren nach der Hauptpatentanmeldung sich wirksamer
durchführen läßt, wenn man die aus dem Vorkontakt oder der sogenannten Zündstufe
austretenden heißen, zum Teil bereits zu S 03 umgesetzten Reaktionsgase durch einen
Wärmespeicher führt. Dieser Wärmespeicher wird ähnlich den Winderhitzern bei der
Regenerativfeuerung aufgebaut. Er kann außerhalb des Konverters für sich allein
stehend errichtet oder aber auch im Kontaktkessel selbst untergebracht werden. Der
Wärmespeicher kann vor oder nach dem Heißgasgebläse eingeschaltet werden.
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Das Heißgasgebläse saugt oder drückt die heißen Reaktionsgase durch
diesen Wärmespeicher hindurch, bevor es sie in den Konverter zum Zwecke der Erhitzung
der Frischgase über die Ansprechtemperatur der Kontaktmasse hinaus zurückdrückt.
Der Wert des neuen Verfahrens kommt am deutlichsten bei der Verarbeitung von in
der Menge und im S 02 Gehalt schwankenden Hüttenabgasen zum Ausdruck. Bei genügend
großer Dimensionierung des Wärmespeichers können längere Zeit auch Gase mit geringerem
S 02 Gehalt verarbeitet werden, deren Aufarbeitung bislang nicht möglich war. Der
Wärmeinhalt des Speichers gleicht die Schwankungen in den Temperaturen, die in einem
normalen Konverter stets mehr oder weniger auftreten, aus. Die Eintrittstemperatur
der Frischgase in den Konverter bleibt damit auch bei Schwankungen im S 02-Gehalt
konstant. Sollten bei äußerst stark schwankenden S 02 haltigen Röstgasen trotzdem
noch geringe Temperaturschwankungen auftreten, so lassen sich diese durch Variation
der Umxälzgasmenge
bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zusschalten.
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Eine weitere Verbesserung des Verfahrens -läßt sich durch eine automatische
Regelung der Temperaturen im Hauptkontakt dadurch erzielen, daß man die Menge 3er
Kühlluft für die direkte Temperaturregelung entsprechend der Temperatur in jeder
einzelnen Stufe 3es Hauptkontaktes einzeln automatisch reguliert. Da Sie Vorwärmung
der Frischgase nach dem vorliegenlen Verfahren von dieser automatischen Temperaturregelung
in keiner Weise beeinflußt wird, ist dieselbe hei dem erfindungsgemäßen Verfahren
einfach und leicht mit Erfolg durchzuführen.
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Ein weiterer Vorteil des Verfahrens ist dadurch gegeben, daß der Wärmespeicher
gleichzeitig als Anheizer nach dem Regenerativverfahren dienen kann. Es erübrigt
sich also die Erstellung eines besonderen Anheizers. Zum Zwecke der Inbetriebnahme
der Kontaktanlage wird mit Hilfe eines Ö1- oder Gasbrenners oder einer sonstigen
Wärmequelle der Wärmespeicher auf eine Temperatur von über 450° C erhitzt. Nach
Abstellen des Brenners kann die Anlage auch im kalten Zustand durch Einschalten
des Umlaufgebläses und des Hauptgasgebläses sofort in Betrieb genommen werden, da
sich die kalten, durch den Wärmespeicher geführten Röstgase über die Zündtemperatur
der Kontaktmasse hinaus erhitzen und damit die katalytische SO.-Oxydation sofort
zum Anspringen bringen. Der Wärmeinhalt des Speichers reicht eine Zeitlang aus,
die Frischgase auf die Reaktionstemperatur zu erhitzen, bis dann die exotherme Reaktion
der S O3-Bildung eingesetzt hat und die nötige Wärme liefert.
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Die kompakte Bauweise des Wärmespeichers läßt bei genügend starker
Isolation auch zu, daß die Konvertergruppe einige Tage ohne ein erneutes Erhitzen
einfach durch Inbetriebnahme des Heißgasgebläses wieder in Betrieb gesetzt werden
kann. Die Wärmeverluste des Wärmespeichers lassen sich leicht niedriger halten als
die der Konvertergruppe selbst, so daß das Abfallen der Temperatur im Wärmespeicher
weitaus kleiner ist und dafür die Zeitspanne, in der die Anlage ohne Anheizen wieder
angefahren werden kann, sich um ein Vielfaches verlängert.
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Ein weiteres Anwendungsgebiet des Verfahrens ist die S 02 N aßkatalyse.
Während bei der Verarbeitung von kalten und feuchten S O.,haltigen Röstgasen Schwierigkeiten
durch die Vorwärmung der Frischgase auftreten. lassen sich derartige feuchte Gase
nach dem vorliegenden Verfahren ohne Trocknung verarbeiten. Die heißen, den Kontaktkessel
verlassenden. Wasserdampf und S 03 enthaltenden Gase können für die Vorwärmung der
Frischgase nicht benutzt werden, da starke Korrosionen an den Wärmeaustauschern
die Folge wären.
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Nach dem Verfahren ist aber die Ausnutzung der Wärme der den Kontaktkessel
verlassenden feuchten S 02 haltigen Gase nicht erforderlich, da die Frischgase durch
die erfindungsgemäße Arbeitsweise auf die Zündtemperatur gebracht werden können,
wobei eine Vorwärmung durch die heißen und nicht gereinigten Röstgase oder durch
andere Wärmequellen erfolgen kann.
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Die Rückführung der heißen, zum Teil zu S O.; umgesetzten Reaktionsgase
erfolgt mittels eines Gebläses, das zweckmäßigerweise eine verlängert ausgebildete
Stopfbüchse erhält, in welche man S 02 haltige, zum Teil vorgewärmte Frischgase
im inneren Teil und kalte Luft im äußeren Teil einführt. Die Einführung der S 02
haltigen Frischgase dient dem Zweck, S 03 aus der Stopfbüchse fernzuhalten, und
die Luft wiederum zu einer Kühlung des äußeren Teiles der Stopfbüchse sowie der
Vermeidung des Austretens von S 0z aus der Stopfbüchse selbst. Die Stopfbüchse wird
dann abgeschlossen durch eine wassergekühlte normale Stopfbüchsausführung.
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Nachstehend soll die Erfindung an einem Beispiel näher beschrieben
werden. Schwefeldioxydhaltige Röstgase, die in ihrer Konzentration und ihrer :Menge
gewissen Schwankungen unterworfen sind, werden nach Kühlung, Reinigung und Trocknung
dem Kontaktkessel mit einer Temperatur von etwa 50° C zugeführt. Die kalten frischen
Röstgase werden durch die den Kontaktkessel verlassenden heißen Ko.ntaktofengase
mit Hilfe eines Wärmeaustauschers auf 2,60' C vorgewärmt. Zur Erreichung
der Zünd- oder Ansprechtemperatur der Kontaktmasse muß das Frischgas auf 420° C
erwärmt werden, was erfindungsgemäß dadurch erreicht wird, daß man die Frischgase
mit einem Teil der die Zündstufe verlassenden und etwa 560° C heißen, zum Teil zu
S 03 umgesetzten Gase mischt. Das Heißgasgebläse saugt die für die Umwälzung vorgesehenen
Reaktionsgase aus dem Kontaktkessel nach der Zündstufe ab. Sie durchstreichen, bevor
sie in das Gebläse eintreten, den Wärmespeicher. Dieser gestattet nun auch bei Abfallen
des S 0.-Gehaltes und damit Abfallen der Temperatur der aus der Zündstufe austretenden
Reaktionsgase infolge seines Wärmeinhaltes für eine bestimmte Zeit, die von der
Größe des Wärmespeichers abhängig ist, die Rückführung der Gase mit einer Temperatur
von 560° C. Sollte also auch für eine Zeitspanne von z. B. 20 bis 30 Minuten der
S 0.-Gehalt der zu verarbeitenden Gase praktisch auf 01/o zurückfallen, so wird
die Zündstufe nicht kaltgeblasen, da der Wärmeinhalt des Wärmespeichers es gestattet,
stets die gleiche Eintrittstemperatur in den Kontaktkessel zu gewährleisten.
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Bei schwankendem S 02 Gehalt wird also erreicht, daß die Temperaturschwankungen
durch den Wärmespeicher ausgeglichen werden und damit die Eintrittstemperatur in
die Zündstufe stets konstant gehalten wird. Durch eine einfache automatische Regelung
der Zugabe der Kühlluft zu den einzelnen. Stufen des Hauptkontaktes ist es dann
leicht möglich, auch den Hauptkontakt auf stets gleicher Temperatur, auch bei schwankendem
S 02 Gehalt, zu halten. Durch die Maßnahmen der vorliegenden Erfindung ist es also
das erste Mal möglich, schwankende S 02 haltige Gase mit hohem Umsatz zu S 03 auf
einfache, automatisch regulierte Weise zu verarbeiten, da durch den Wärmespeicher
und durch die voneinander unabhängige automatische Temperaturregelung der Kontaktkessel
stets auf der gleichen Temperatur gehalten werden kann.