DE138695C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT

Λ* 138695 KLASSE 12«.

Die für die kätalytische Gewinnung von Schwefelsäure bezw. Schwefeisäureanhydrid zur Anwendung kommenden Oefen oder Apparate lassen sich im wesentlichen in zwei Gruppen zergliedern, und zwar:

Erstens in solche, welche eine äuisere Regulierung der für die Reaktion erforderlichen Temperatur während des Prozesses erfahren. Hierher gehören zunächst alle Oefen und Apparate, die mit Kontaktmaterial gefüllte Rohre enthalten, welche äufserlich von den zur Heizung dienenden Feuergasen umspült werden. Ferner gehören hierher diejenigen Apparate, welche eine Regeneration der im Innern der Kontaktrohre sich bildenden Reaktionswärme bezwecken (Patentschrift 105876) oder auch solche, die eine Kühlung des inneren Gasgemisches dadurch bewirken sollen, dafs die innere Reaktionswärme durch äufseres Vorbeileiten kälterer Gasströme beseitigt wird (Patentschrift 113932). In allen diesen Fällen kommt' es darauf an, einen Wärmeaustausch zwischen zwei verschieden temperierten Gasen nach der einen oder anderen Richtung durch dünne Scheidewände zu bewirken. Da dieser Wärmeaustausch nur zweckentsprechend von statten gehen kann, wenn der Durchmesser des einzelnen Elements nicht zu grofs ist, so charakterisieren sich diese Systeme dadurch, dafs sie aus einer Anzahl Rohre oder dünner Zylinder zusammengesetzt sind und dafs die gröfsere Leistung durch eine Vermehrung der Einheiten erzielt wird.

Die zweite Art der Kontaktöfen oder Apparate ist dadurch gekennzeichnet, dafs sie, nachdem der Prozei's einmal eingeleitet ist, weder eine äuisere Wärmezufuhr, noch eine Uebertragung, noch eine Ableitung der Wärme erfahren — abgesehen von dem unvermeidlichen Verlust durch Ausstrahlung. Da in diesen Apparaten eine absichtliche äufsere Beeinflussung der Temperaturzustände nicht erfolgt, so mufs in ihnen der Prozefs mit derjenigen Wärmemenge vollendet werden, welche sich zusammensetzt aus der Wärme der eintretenden Gase und der hinzukommenden Reaktionswärme. Infolge dieses Umstandes braucht der Reaktionsraum nicht in einzelne heizbare oder kühlbare Rohrsysteme zergliedert zu werden, sondern kann aus einem kompakten Kesseloder Kammerraum bestehen, welcher gleichmäfsig mit Kontaktmaterial gefüllt ist.

Da indessen die bei der Verbrennung der SO₂ zu SO₅ frei werdende Reaktionswärme bei 5"0,-armen Gasen nicht ausreicht, um den Prozefs zu unterhalten;, so ist man genötigt, den in den Apparat eintretenden Gasen ein Wärmequantum mit auf den Weg zu geben, welches um so gröfser sein mufs, je dünner die 5"O₂-GaSe sind. Bei gewöhnlichen Röstgasen von 6 bis 8 Volumenprozenten .9O₂ genügt eine vorherige Erwärmung auf 250 bis

3oo° C, um eine günstige Reaktionstemperatur zu erreichen und den einmal eingeleiteten Verbrennungsprozefs dauernd zu unterhalten.

Auf dieser Grundlage beruht der einfache. Kessel- oder Kammerapparat (Lu ng e, Soda-Industrie, II. Auflage, Band I, Seite 790), welcher sich zusammensetzt aus einem Heizschlangensystem zur vorherigen Anwärmurig der 5O₂-haltigen Gase und aus einem sich daran anschliefsenden, mit Kontaktsubstanz gefüllten, einheitlichen Raum, der. möglichst, gegen Abkühlung geschützt ist.

Es hält jedoch schwer, in diesen Apparaten eine annähernd vollkommene Umsetzung der SO₂ in SO₃ zu erzielen, weil die an den Wänden vorbeistreichenden Gase trotz des Wärmeschutzes eine zu schnelle Abkühlung erfahren und die Reaktionstemperatur verlieren, bevor ihre Umsetzung vollendet ist. Andererseits ist der Temperaturverlust der in der Mitte des Raumes emporsteigenden Gase ein wesentlich geringerei·, so dafs diese Gase bis zum Sinken unter Reaktionstemperatur einen weit längeren Weg zurücklegen könnten, als zu einer befriedigenden Vollendung der Reaktion unbedingt erforderlich wäre. Infolge des angeführten, durch Gasanalysen nachgewiesenen, zu schnei-. len Sinkens der Temperatur in den an den Wänden entlang streichenden Gasen sind die Leistungen des einfachen Apparats nicht voll befriedigend, und man würde sich mit einer Umsetzung von 85 bis 90 Prozent begnügen müssen, während man mit der gleichen Kontaktmasse in Rohrapparaten eine solche von 96 bis 98 Prozent erzielt.

Um diese durch den zu starken Wärmeverlust an den Wänden hervorgerufenen Uebelstände zu beseitigen und eine annähernd vollkommene und gleichmäfsige Umsetzung der Gase in den Kesselapparaten zu erzielen, werden diese Apparate gemäfs vorliegender Erfindung dahin verbessert, dafs in ihrem Innern die Strömungsrichtung der Gase selbsttätig eine wiederholte zwangweise Aenderung derartig erfährt, dafs das gleichmäfsige Emporströmen derselben Gasteile an den Kesselwänden verhindert wird. Da die an den Wänden entlang streichenden kühleren Gase bei weiten Apparaten nur einen verhältnismäfsig kleinen Bruchteil ausmachen, so wird die Temperatur des Kesselapparates im Ganzen nicht so wesentlich heruntergedrückt, dafs die Reaktionstemperatur vorzeitig verloren ginge, vorausgesetzt, dafs ein wirksamer Schutz gegen Wärmeausstrahlung vorhanden ist.

Die zwangsweise Ableitung der Gase von den Wänden wird bei kleineren Kesselapparaten (Fig. 1) dadurch erzielt, dais ein oder mehrere Zwischenboden α in angemessenen Abständen angeordnet werden, die mit einem oder wenigen Löchern b versehen sind, durch welche sämtliche Gase hindurchströmen müssen, nachdem sie bereits einen Teil der Kontaktmasse passiert haben. Es werden demnach diejenigen Gase,.. welche bisher an den Seitenwänden durch die Kontaktmasse emporströmten, mit den im Innern aufsteigenden Gasen vollständig gemischt und verteilen sich mit gleichmäfsiger Temperatur in der jeweiligen, darüber befindlichen Kontaktmassenfüllung, in welche ihnen ein unbehinderter Eintritt durch Roste oder Siebe c, die sich über den gewölbten Zwischenboden befinden, offen steht.

Wendet man beispielsweise Gase von etwa 6 Volumenprozenten SO₂ an mit einer Eintrittstemperatur von 260 bis 280⁰ C., so steigt die Temperatur im" unteren Teile des Apparates durch die Reaktion auf etwa 500 bis 520⁰ C. Durch den steten Wärmeverlust geht die Temperatur beim Vordringen der Gase im Apparat allmählich zurück, kann aber durch guten Wärmeschutz derartig zusammengehalten werden, dafs beim Austritt immer noch 350 bis 400⁰ C. vorhanden sind. Da letztere Temperaturen noch innerhalb der günstigen Reaktionszone liegen, so ist eine höhere Vorwärmung in der Regel nicht erforderlich. Wenn man die Gase auf etwa 400⁰ C. vorwärmt, so können infolge der hinzutretenden Reaktionswärme Temperaturen von über 6oo° C. erzielt werden. Wenn auch bei diesen hohen Temperaturen tatsächlich noch eine Bildung von SO₃ aus 5O₂ und O erfolgt — denn diese Temperaturen hätten anders nicht entstehen können, da sie das Ergebnis der erfolgten Vereinigung sind und eine Wärmezufuhr aus anderer Quelle ausgeschlossen ist —, so ist es doch nicht zweckmäfsig, mit derartig hohen Temperaturen zu arbeiten, weil sich die Reaktion nach der oberen Grenze ebenso verlangsamt wie nach der unteren hin.

Die vorstehend beschriebene Anordnung unterscheidet sich von der bekannten Ausbreitung der Kontaktmasse auf über einander befindlichen Siebboden oder Drahtnetzen, wie solche beispielsweise bereits von Dr. M a j e r t (Schnabel, Unschädlichmachung der bei metallurgischen Prozessen entbundenen Säuren des Schwefels, Zeitschrift für Berg-, Hütten- und Salinenwesen XXIX, Seite 428) angewendet wurden, dadurch, dafs jene Siebe vornehmlich den Zweck der Druckentlastung hatten, um das Zusammendrücken der in jenen Fällen aus lockerem Platinasbest bestehenden Kontaktsubstanz zu verhindern. Wenn auch bei dünnen Kontaktrohren durch die Anordnung einer gröfseren Anzahl Siebe über einander eine ausreichende Mischung der Gase bewirkt werden kann, um eine beabsichtigte auf sere Heizung oder auch Kühlung (wie in der britischen Patentschrift 15950 v. J. 1898)

der Rohre einigermaisen gleich'mäfsig zur Geltung zu bringen, so versagt doch diese freiwillige Gasmischung vollkommen, wenn es sich um einheitliche Kesselapparate von 2, 3 oder mehr Metern Durchmesser handelt. Auch kommt bei der vorliegenden Arbeitsweise die in jenen Fällen vorgesehene äufsere Regulierung der Temperatur nicht in Betracht. Bei der im Vergleich zum langsamen Gang des Bleikammerprozesses enorm grofsen Reaktionsschnelligkeit des Kontaktprozesses ist die Gasgeschwindigkeit in den Apparaten derartig, dais die Gase zu einer freiwilligen Mischung keine Zeit finden, sondern ohne wesentliches seitliches Abweichen in der Strömungsrichtung vorwärts drängen. Erst durch den Einbau der mit einem engen Durchgange versehenen massiven Zwischenboden, durch welche die zwischen den einzelnen Kontaktmassenlagerungen befindlichen Gasräume in zwei getrennte Teile — einen Sammelraum und einen Verteilungsraum — zerlegt werden, wird die vollkommene Mischung der Gase auch bei allergröfstem Querschnitt der Apparate gewährleistet.

Der Eintritt der in einem Rohrsystem vorgewärmten 6O₂-Gase in den Apparat (Fig. 1 der Zeichnung) erfolgt im regelmäfsigen Strome durch den Stutzen d, welcher in den unteren Kesselraum e einmündet. Durch eine unter dem Kesselboden angeordnete Feuerung f ist die Möglichkeit gegeben, eine etwa unzureichende Vorwärmung der Gase vor dem Eintritt in die Kontaktmasse g noch durch direkte Heizung zu ergänzen. Die zusammengelegten Gase verlassen den Kesselapparat durch den Stutzen h und werden nach den SO₃-Absorptionsapparaten weitergeführt. Das Einsetzen der zerlegbaren Roste und die Einfüllung und Entleerung der Kontaktmasse geschieht durch die an den einzelnen Abteilungen angebrachten seitlichen Stutzen i. Die Pyrometer k dienen zur Beobachtung der Temperatur.

Es ist einleuchtend, dais der Apparat anstatt vertikal auch in horizontaler oder jeder anderen Lage angeordnet werden kann, ohne dafs das Prinzip seiner Wirksamkeit beeinträchtigt wird. Auch wäre bei horizontaler Lage jede Kontaktmassenabteilung· beiderseitig mit Sieben abzuschliefsen, um das Zusammenfallen zu verhindern.

Der in Fig. 1 dargestellte Apparat kann, wenn — wie, dies meistens der Fall ist — anstatt einer kleinen oder mittelgrof sen Leistungsfähigkeit die Verarbeitung eines grofsen Gasquantums in Betracht kommt, bei welchem der unvermeidliche Wärmeverlust durch Ausstrahlung nicht in so hohem Mafse zur Geltung kommt, derart geändert werden, dais an Stelle des einen Raumes mit inneren Zwischenwänden (Fig. 1) eine Reihe von einfachen Teilapparaten angewendet wird, welche hinter einander oder auch im Kreise angeordnet sind und die nach einander von den Reaktionsgasen durchströmt werden.

Eine derartige Anordnung zeigt Fig. 2.

Ein jeder Teilapparat ist ein mit einem Rost oder Siebboden c versehener Kessel, welcher zum Einfüllen und Ausfüllen der Kontaktkörper mit entsprechenden Mannlöchern oder Stutzen i versehen ist. Der Eintritt der in einem Rohrsystem vorgewärmten Gase erfolgt durch den Rohrstutzen d und der Uebertritt in den nächsten Kessel, nachdem die Kontaktmasse g des ersten Kessels durchströmt ist, durch die Rohrverbindung h. Durch diese verhältnismäfsig enge Rohrverbindung wird bei dem mehrteiligen Apparat die gleiche Wirkung erzielt, wie durch die Anbringung des engen Durchganges in den Zwischenboden des einheitlichen Apparates, nämlich eine zwangsweise Mischung der Gase, bevor sie in eine weitere Reaktionskammer eintreten. Die gleiche zwangsweise Mischung findet abermals statt beim Uebertritt der Gase aus Kessel 2 nach Kessel 3 und weiter, so oft als einzelne Kessel vorhanden' sind. Es ist für die Wirkung ohne Belang, ob die Gase von unten nach oben, oder — wie bei Kessel 2 dargestellt — von oben nach unten die Kontaktfüllung durchströmen.

Die Anordnung von einzelnen Reaktionsabteilungen neben einander, welche von den Kontaktgasen nach einander durchströmt werden, ist bereits von D e a c ο η in den britischen Patentschriften 753 und 1682 v. J. 1871 beschrieben. Es ist hier die Benutzung von wenig wirksamen Kontaktsubstanzen, wie Kupfersulfat, vorgesehen, bei deren Anwendung infolge ihres geringen Wirkungsgrades sehr ausgedehnte Kontakträume erforderlich sind.

Diese bekannte Anordnung von einzelnen nach einander von den Kontaktgasen zu durchströmenden Reaktionsabteilungen weist jedoch den Nachteil auf, dais die Gase beim Uebertritt von einer Reaktionsabteilung in die andere in voller Breite die die Kontaktmassen von einander trennenden Scheidewände überschreiten und sie deshalb ihre alte Lage zu einander im wesentlichen unverändert beibehalten. Die an den Wänden befindlichen, beim Durchströmen der ersten Kontaktmasse bereits abgekühlten Gase bleiben auch in der zweiten Reaktionsabteilung zum gröfsten Teil an den Wänden und erleiden dort eine weitere Abkühlung; die in der ersten Abteilung in der Mitte aufgestiegenen Gase erhalten dagegen eine durch keine äuiseren Umstände verminderte Steigerung ihrer Temperatur durch die bei ihrem Eintritt in die zweite Ab-

Claims (2)

teilung sich von neuem entwickelnde Reaktion. Auch die der D e a c ο π'sehen Patentschrift 753 v. J. 1871 beiliegende Zeichnung (Fig. 1) ergibt, dafs die Gasräume als solche keine Trennungswand enthalten, sondern in der ganzen Breite zweier auf einander folgenden Schächte mit einander im Zusammenhang stehen und somit einen einheitlichen Raum bilden. Demgegenüber führt die vorliegende Ausführung eine völlige Trennung der Gasräume von einander ein und zwingt die Gase, durch die Einführung der Zweiteilung der Gaszwischenräume beim Uebertritt von dem einen Gasraum in den anderen das schmale Verbindungsrohr zu durchströmen und dabei unter gleichzeitiger starker Beschleunigung ihrer Geschwindigkeit sich innig zu mischen. Ein weiterer Unterschied ist der, dafs Deacon keineswegs beabsichtigte, den Kontaktprozeis lediglich unter vollständiger Isolierung der einzelnen Kontakträume zu Ende zu führen. Dies geht einerseits aus den überall vorgesehenen äufseren Heizkanälen hervor, andererseits sind bei Deacon die einzelnen Kammern unmittelbar an einander gereiht und nur durch dünne Scheidewände geschieden, so dafs die Uebertragung der Wärme durch Leitung' aus der einen nach der anderen Kammer einen nicht unwesentlichen Einflufs auf die ungleiche Erwärmung der verschiedenen Zonen, je nach der Lage derselben an den inneren oder äufseren Scheidewänden ausüben wird. Demzufolge ist auch die Wirkung nach Deacon nicht ausreichend, da er die Endgase noch dem Bleikammerprozefs unterwerfen will. Diesen Unvollkommenheiten gegenüber wird mit Hülfe der vorliegenden Apparate das Prinzip, den Kontaktprozefs lediglich unter Isolierung der Kontaktschichten zu Ende zu führen, mit annähernd vollkommenem technischen Erfolge zur Anschauung gebracht. Die Vorwärmung der Gase vor dem Eintritt in den Kesselapparat kann in einem Rohrsystem oder mittels jeder anderen, für diesen Zweck geeigneten Vorrichtung", und zwar durch direkte Feuerung oder Abhitze der Röstofen und sonstiger Wärmequellen erfolgen. Der Boden des ersten Kontaktkessels ist zur eventuellen Ergänzung einer unzureichenden Vorwärmung der Gase mit einer Heizeinrichtung f versehen, durch welche die Temperatur der Gase vor dem Eintritt in die Kontaktmasse erforderlichenfalls erhöht werden kann. Die freiliegenden Teile der Kessel werden mit Wärmeschutzmasse bekleidet, um die Ausstrahlung der Wärme, welche ein vorzeitiges Erlöschen der Reaktion zur Folge haben würde, möglichst zu verhindern. Für die Füllung der Kesselapparate kann jede beliebige Kontaktmasse, wie platinierter Asbest, platinierter Bimsstein oder platinierte Tonkörper, verwendet werden. Ganz besonders eignen sich zur Füllung derartiger grofser einheitlicher Räume die leicht regenerierbaren löslichen Kontaktkörper (Patentschrift 102244), welche aus wasserlöslichen Salzen, wie z. B. schwefelsaurer Magnesia, unter Beifügung eines geringen Platinsalzzusatzes, hergestellt, oder mit einem derartigen sehr wirksamen Salzgemisch überzogen wurden. Patent-A ν Sprüche:

1. Apparat zur Darstellung von Schwefelsäure bezw. Schwefelsäureanhydrid nach dem Kontaktverfahren, und zwar ohne äufsere Regulierung der Reaktionstemperatur, bestehend aus einem Kessel oder einer Kammer, in welcher die Kontaktmasse in mehreren völlig von einander getrennten Schichten angeordnet ist, derart, dafs der zwischen je zwei Schichten befindliche Raum noch durch eine in der Mitte mit einer oder mehreren schmalen Oeffnungen versehene Scheidewand in zwei nach einander angeordnete Räume (Gasräume) geteilt ist, zum Zweck einer innigen Durchmischung der Reaktionsgase bei ihrem zwangsweisen Uebertritt aus dem einen in den anderen Gasraum durch die schmale Oeffnung der Scheidewand.

2. Die Zergliederung des durch Anspruch 1 geschützten Apparates in mehrere getrennte, mit Kontaktmasse gefüllte Teilapparate in der Weise, dafs die zwischen je zwei auf einander folgenden Kontaktmassenschichten liegenden Gasräume über und unter bezw. vor und hinter der Masse durch schmale Rohre behufs Mischung der Gase mit einander verbunden sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.