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Verfahren zum An- und Abheizen von Schwefelsäure-Kontaktanlagen Bei
der Erzeugung von Schwefelsäure nach dem Kontaktverfahren ist es beim An- und Abheizen
der Anlage erforderlich, die Gase vor dem Eintritt in den Reaktionsraum und damit
auch den Reaktionsraum selbst langsam aufzuheizen bzw. abzukühlen.
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Die Anforderungen hinsichtlich der Regulierbarkeit und der notwendigen
Zeit für den Anheiz- bzw. Abheizvorgang sind durch die Verwendung großer Kontakteinheiten
und weitgehender Verwendung von keramischem Material immer weiter gestiegen.
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Dadurch treten zwei an sich konträre Gesichtspunkte auf. Erstens soll
die Zeit zum An- bzw. Abheizen der Anlage aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten möglichst
gering gehalten werden, zweitens sollen diese Vorgänge im Hinblick auf die Materialbeanspruchung
des Reaktionsraumes möglichst schonend erfolgen.
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Die bisher bekannten Verfahren beruhen grundsätzlich auf drei verschiedenen
Prinzipien: 1. Direkte Auf- bzw. Abheizung des Reaktionsraumes in der Weise, daß
in einer gesonderten Verbrennungsapparatur durch Verbrennung von flüssigen, festen
oder gasförmigen Brennstoffen heiße Verbrennungsgase erzeugt werden, die direkt
in die Reaktionsräume geleitet werden und dort einen Teil ihres nutzbaren Wärmeinhalts
abgeben.
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Die Nachteile dieses Verfahrens besteht darin, daß die in den Verbrennungsgasen
enthaltenen Verunreinigungen oftmals eine Verschmutzung des Reaktionsraumes und
damit eine Schädigung des Katalysators verursachen. Außerdem entsteht durch Kondensation
des in den Verbrennungsgasen enthaltenen Wassergehaltes ebenfalls oft eine Schädigung
des Reaktionsraumes bzw. der dazugehörigen Leitungen und Apparate. Beim Abheizen
treten die vorgenannten Schwierigkeiten in noch größerem Umfang auf.
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2. Indirektes Auf- bzw. Abheizen des Reaktionsraumes, wobei die heißen
Verbrennungsgase der Verbrennungsapparatur einen Teil ihres nutzbaren Wärmeinhaltes
an kalte Luft in der Verbrennungsapparatur (z. B. Strahlungs-, Röhren-, Rippenrohranheizer)
selbst abgeben. Die so vorgewärmte Luft wird durch das Kontaktsystem geleitet und
wärmt den Reaktionsraum auf.
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Die Nachteile dieses Verfahrens bestehen darin, daß beim alleinigen
Wärmeaustausch in der Verbrennungsapparatur selbst hohe Abgasverluste unvermeidbar
sind und daß deshalb die zum An- bzw. Abheizen erforderliche Apparatur sehr groß
ausgelegt werden muß, wodurch hohe Investitionskosten erforderlich werden. Bei elektrischen
Anheizvorrichtungen treten zwar geringere Wärmeverluste ein, jedoch bleiben die
erforderlichen Investitionskosten ebenfalls sehr hoch.
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3. Indirektes Auf- bzw. Abheizen des Reaktionsraumes, wobei einem
Wärmeaustauscher, der eventuell schon im System enthalten ist, eine Verbrennungskammer
vorgeschaltet wird und die zur Vorwärtnung dienende Luft im Wärmeaustauscher durch
indirekten Wärmeaustausch mit den Verbrennungsgasen vorgewärmt und dann in das System
geleitet wird.
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Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß die Temperaturbeanspruchung
der von den heißen Verbrennungsgasen beaufschlagten Teile des Wärmeaustauschers
sehr groß ist, so daß diese nur für den An-bzw. Abheizvorgang zunderfest ausgebildet
werden müssen.
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Es gibt weiterhin Verfahren, bei denen ein Teil der Verbrennungswärme
an die vorzuwärmende Luft durch Strahlungsübertragung in der Verbrennungsapparatur
bereits abgeführt wird.
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Das An- bzw. Abheizen der Kontaktanlagen erfolgt nach den bekannten
Verfahren in der Weise, daß die vorgewärmte Luft bzw. die heißen Verbrennungsgase
in die erste oder mehrere der ersten Kontaktstufen eingeleitet werden, dort einen
Teil ihres Wärmeinhalts abgeben und ufgnn nacheinander die folgenden Kontaktstufen
durchströmen, worauf sie den Kessel verlassen. Aus den oben geschilderten Gründen
der Materialschonung des Kontaktraumes und der Kontaktmasse ist es erforderlich,
die Temperatur der Auf- bzw. Abheizluft sehr langsam zu steigern bzw. zu senken.
Beim Anheizen wird diese Temperatursteigerung der Anheizluft bzw. Verbrennungsgase
so lange durchgeführt, bis mindestens die ersten Kontaktstufen auf Anspringtemperatur
der Katalysatormasse gebracht wurden und die letzten
Kontaktstufen
eine der Anspringtemperatur genäherte Temperatur aufweisen.
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Beim Abheizen muß zunächst das in der Anlage befindliche S03 zur Verhinderung
von Schädigungen der Kontaktmasse mittels heißer Luft .ausgetrieben werden. Danach
wird die Gesamtanlage durch langsame Senkung der Temperatur der Abheizluft bzw.
Verbrennungsgase abgekühlt.
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Diese Anheiz- bzw. Abheizvorgänge erfordern eine sehr lange Zeit,
da das Heizmedium infolge der nur gering möglichen Temperatursteigerung und damit
des Wärmeinhalts zunächst seinen gesamten Wärmeinhalt an die ersten Kontaktstufen
abgibt. Außerdem ist insbesondere in der letzten Kontaktstufe eine größere Menge
Kontaktmasse gelagert, so daß die zur Aufheizung bzw. Abkühlung insbesondere der
letzten Kontaktstufen erforderliche Zeit sehr groß ist. Ein weiterer Nachteil liegt
in den großen Wärmeverlusten der die Apparatur verlassenden Heizmedien.
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Würde man alle Kontaktstufen mit dem Heizmedium gesondert beäufschlagen,
so würde zwar der An- bzw. Abheizvorgang beschleunigt und verbessert, es wären jedoch
zusätzlich sehr komplizierte Leitungssysteme und Absperrorgane in den Betriebsleitungen
erforderlich. Weiterhin würde der Wärmeverlust des die Apparätur bzw. die einzelnen
Stufen verlassenden Heizmedntms noch größer.
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Das erfindungsgemäße Verfahren vermeidet die Nachteile der bekannten
Verfahren und ermöglicht es unter Ausnutzung des vorhandenen Endwärmeaustauschers,
Zwischenkühlers und weitgehender Verwendung der vorhandenen Betriebsleitungen und
Gebläse durch sinnvolle Zwischenschaltung einer verhältnismäßig klein und einfach
gestalteten Verbrennungsapparatur in das Betriebsleitungssystem sowohl die erste
als auch die letzte Kontaktstufe mit dem Heizmedium gleichzeitig zu beaufschlagen
und dadurch den Anheiz- - bzw. Abheizvorgang für Schwefelsäure-Kontaktanlagen unter
größtmöglicher Schonung des Systems zu verbessern und zu verkürzen, die Brennstoffkosten
erheblich zu senken und die Investitionskosten für das Anheiz- bzw. Abheizsystem
ebenfalls erheblich zu senken.
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Es besteht darin, daß das zum An- oder Abheizen der Schwefelsäure-Kontaktanlagen
verwendete Gasmedium nach einem Wärmeaustausch mit den aus der. letzten Kontakthorde
austretenden Gasen im Endwärmeaustauscher und vor seinem Eintritt in die erste Kontakthorde
in einer getrennt angeordneten Verbrennungskammer durch indirekten Wärmeaustausch
weiter erhitzt wird und das Gasmedium nach Durchströmen der ersten Kontakthorden
vor dem Eintritt in die letzten Kontakthorden in einem Zwischenwärmeaustauscher
im Wärmeaustausch mit den Abgasen der Verbrennungskammer wieder erhitzt wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden die heißen
Verbrennungsgase der Verbrennungskammer vor ihrem Eintritt in den Wärmeaustauscher
in einer Mischkammer durch Kaltluft und/oder einen rückgeführten Teilstrom der den
Wärmeaustauscher verlassenden Verbrennungsgase auf eine Temperatur eingestellt,
die keine Gefahr für das Material des Wärmeaustauschers ergibt.
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Eine weitere Ausgestaltung ermöglicht es, für bestimmte S02 Konzentration
ausgelegte Kontaktanlagen bei Unterschreitung der- Mindestkonzentration des Rohgases
über längere Zeitabschnitte durch Vorwärmen eines Teilstromes der S02 haltigen Gase
und gleichzeitige Zwischenheizung der vorkatalysierten Gase im sogenannten Zwischenkühler
unter Ausnutzung des Wärmeinhalts der Verbrennungsgase in Betrieb zu halten. Dies
geschieht in der Weise, daß ein Teilstrom des den Endwärmeaustauscher verlassenden
S02 haltigen Gasmediums in die Verbrennungskammer geleitet, dort weiter erhitzt
und mit dem über den Zwischenwärmeaustauscher der ersten Kontaktstufen geleiteten
anderen Teilstrom vereinigt und in die erste Kontakthorde geführt wird.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß es infolge der erfindungsgemäßen
Schaltung möglich ist, nach längeren Stillständen der Kontaktanlage diese sofort
mit vorgewärmten S02 haltigen Gasen zu beaufschlagen, wodurch längere Stillstandzeiten
der Kontaktanlage, etwa zu Reparaturzwecken, ohne erneutes Anheizen mit nicht S02
haltigen Medien möglich ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist an Hand der Zeichnung schematisch
und beispielsweise näher erläutert. 1. Anheizvorgang Die über Leitung 1 vom S02
Gasgebläse 2 angesaugte Luft wird über Leitung 3 in den Endwärmeaustauscher 4 gedrückt.
Dort wird sie im Wärmeaustausch mit der die letzte Kontaktstufe verlassenden Abluft
vorgewärmt und geht über Leitung 5 in den Außenmantel 6 der Doppelrohrbrennkammer
7, die mit einem Brenner 8 zur Verbrennung von flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen
ausgerüstet ist. Im Wärmeaustausch mit den heißen Verbrennungsgasen, der zum größten
Teil durch Strahlung erfolgt, wird Luft weiter vorerhitzt und geht über Leitung
9 in die erste Kontaktstufe 10 des Kontaktkessels 11. Die vorgewärmte Luft geht
über die zweite Kontaktstufe 12, Leitung 13, Wärmeaustauscher 14, Leitung 15 wieder
in den Kontaktkessel 11 und durchströmt die dritte Horde 16. Auf diesem Weg kühlt
sich die vorgewärmte Luft ab und überträgt dabei einen Teil ihres Wärmeinhalts an
die Kontaktapparatur und Kontaktmasse. Über Leitung 17 verläßt die abgekühlte
Luft den Kontaktkessel 11 und tritt in den Zwischenkühler 18, wo sie im Wärmeaustausch
mit Verbrennungsgasen aus der Doppelrohrbrennkammer 7 weiter aufgeheizt wird und
über Leitung 19 in die letzte Kontaktstufe 20 eintritt, diese erwärmt und über Leitung
21 in den Endwärmeaustauscher 4 gelangt. Über Leitung 22 und Ausblasstutzen 23 wird
die Abluft in die Atmosphäre ausgeblasen.
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Die heißen Verbrennungsgase der Doppelrohrbrennkammer 7 werden in
der Mischkammer 24 mit atmosphärischer Luft, die über die mit einer Drosselklappe
25 versehene Leitung 26 in den Mischraum 24 eintritt, auf eine Temperatur geregelt,
die keine Gefahr für das Material des Zwischenkühlers 18 gibt. Über Leitung 27 tritt
das eingestellte Gemisch in den Zwischenkühler 18 und wird über Leitung 28 vom Kühlluftgebläse
29 über Leitung 30 und Drosselklappe 31 abgeblasen.
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Zur optimalen Einstellung der Temperatur in der Mischkammer 24 kann
ein Teilstrom des Abgases aus Leitung 30 über Leitung 32, Drosselklappe 33 und Leitung
26 in die Mischkammer 24 zurückgeführt werden.
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Der Verbrennungsvorgang in der Doppelrohrbrennkammer 7 wird so geregelt,
daß sowohl die
Temperatursteigerung der ersten Kontaktstufen als
auch der letzten Kontaktstufe innerhalb der bekannten, zulässigen Temperaturgrenzen
gehalten wird.
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2. Abheizvorgang Der Vorgang verläuft analog zum Anheizen, jedoch
wird die Temperatur nach Beendigung des S03 Ausblasevorganges langsam innerhalb
der zulässigen Temperaturintervalle gesenkt.
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3. Temperaturausgleich bei Schwankungen der Gaskonzentration, Gasmenge
und auch Stillständen der Kontaktapparatur Die SO-haltigen Gase werden aus der vorgeschalteten
(nicht dargestellten) Trocknungsanlage über Leitung 1 von S02 Gebläse 2 angesaugt
und über Leitung 3 in den Wärmeaustauscher 4 gedrückt und dort im Wärmeaustausch
mit den fertigkatalysierten Gasen der letzten Kontaktstufe 20 vorgewärmt.
Ein Teilstrom der vorgewärmten S02 Gase geht über Leitung 5 zur Doppelrohrbrennkammer
7 und wird dort, wie unter 1. beschrieben, weiterbehandelt.
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Ein weiterer Teilstrom geht über Leitung 5a und Drosselklappe 34 in
der üblichen Weise in den Wärmeaustauscher 14, wird dort vorgewärmt und über Leitung
35 mit den in der Doppelrohrbrennkammer vorgewärmten Gasen vereinigt. Die Mischtemperatur
der vereinigten Gasströme wird so geregelt, daß sie der Anspringtemperatur der ersten
Kontaktstufe 10 entspricht.
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Gleichzeitig wird im Zwischenkühler 18, wie unter 1. beschrieben,
die Temperatur der in die letzte Horde eintretenden vorkatalysierten Gase ebenfalls
erhöht.
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Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, kann nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren die Doppelrohrbrennkammer 7 in die normale Leitungsführung der Anlage
ohne jegliche Änderung eingebaut werden, da Leitung 5 und 9 als Kurzschlußleitung
zwischen Endwärmeaustauscher 4 und Kontaktkessel 11 zur Einregulierung des S02 Gases
auf Initialtemperatur vorhanden ist. Das kühlseitige Leitungssystem des Zwischenkühlers
18 einschließlich Gebläse 29 gehört ebenfalls zum Kontaktsystem.
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Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß durch die Ausnutzung
des Wärmeinhalts der Verbrennungsgase im Zwischenkühler 18 gleichzeitig mit der
bekannten Aufheizung der ersten Kontaktstufen auch die letzte Kontaktstufe mit heißen
Medien aufgeheizt wird. Da in der letzten Kontakthorde im allgemeinen eine große
Kontaktmassenmenge gelagert ist, liegen nach Beendigung des Anheizvorganges bei
S02 Gasübernahme mit den ersten Kontaktstufen etwa 60 bis 7011/o der gesamten Kontaktmasse
über Anspringtemperatur, wodurch die SO Verluste im Anfahrstadium klein gehalten
werden und die Betriebssicherheit erhöht wird. Vorzugsweise werden als Verbrennungsapparaturen
Doppelrohrbrennkammern verwendet, da deren bauliche Größe sehr klein gehalten werden
kann. Der eigenliche Brennraum kann sehr klein gehalten werden, so daß der gemauerte
Teil des Verbrennungsraumes ebenfalls nur geringe Abmessungen hat und der Anheizer
innerhalb kurzer Zeit die Betriebstemperatur erreicht.
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Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin,
daß der Wärmeinhalt der aus der letzten Kontaktstufe austretenden Abgase infolge
der Zwischenheizung im Zwischenkühler 18 und der damit verbundenen Temperaturerhöhung
der letzten Kontaktstufe zur optimalen Vorwärmung der kalten Gase im großflächigen
Endwärmeaustauscher ausgenutzt werden kann.