DE2337958C3

DE2337958C3 - Kontaktkessel für die katalytische Umsetzung von SO2ZuSO3

Info

Publication number: DE2337958C3
Application number: DE2337958A
Authority: DE
Inventors: Heinz 6500 Mainz Doerr; Hugo Grimm; Gustav Dr. Rohwedder; Waldemar Weber
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1973-07-26
Filing date: 1973-07-26
Publication date: 1980-04-30
Also published as: FR2284558A1; JPS5044190A; CA1037229A; IT1017363B; FI168374A; US3963423A; DE2337958B2; AU7101574A; GB1472920A; FR2284558B1; ES426572A1; DE2337958A1; NL7408836A; SE7409731L; BR7406133D0; ZA743902B

Description

Die Erfindung betrifft Kontaktkessel für die katalytische Umsetzung von SO₂ zu SO₃ mit mehreren gegeneinander abgetrennten Kontakträumen, in denen jeweils aus Kontaktmasse und gasdurchlässigen Böden bestehende Kontakthorden gasseitig gesehen parallel geschaltet angeordnet sind, mit Gasräumen zwischen den Kontakthorden und vor der ersten und nach der letzten Kontakthorde, mit Zuleitungsvorrichtungen für Teilströme von SO₂-haltigen Gasen in Gasräuime und Ableitungsvorrichtungen für die Gase nach dem Durchgang durch die Kontakthorden aus Gasräumen, sowie mit Kühlvorrichtungen zum Kühlen der Gase auf dem Wege von einem Kontaktraum in den nächsten Kontaktraum.

Bei den in der Praxis üblichen Kontaktkesseln werden mehrere Kontakthorden übereinander angeordnet und von den SO2-haltigen Gasen von oben nach unten oder teilweise von unten nach oben nacheinander durchströmt. Die Gase werden nach dem Durchgang durch eine Kontakthorde und vor dem Eintritt in die nächste Kontakthorde jeweils auf deren Arbeitstemperatur

2Q abgekühlt. Dazu sind die Gasräurne unter und über den Kontakthorden durch Trennböden vollständig voneinander getrennt, oder die Trennung erfolgt mit gasdurchlässigen Wärmeaustauschern oder Mischböden, in denen Kühlgase zugemischt werden. Etei der überwiegend verwendeten vollständigen Trennung durch Trennböden wsrden die Gase aus einem Gasraum durch einen Gasabzugsstutzen abgeleitet, außerhalb des Kontaktkessels in Wärmeaustauschern gekühlt und in den anderen Gasraum durch einen Gaseintritis:;tutzen

JO eingeleitet (DE-AS 11 86 837, DE-PS 15 67 671, DE-PS 6 62 445, DE-PS 9 72 117, DE-AS 11 18 164).

Diese Kontaktkessel sind aus baulichen und wirtschaftlichen Erwägungen für Gasbelastungen bis zu etwa 100 000Nm^J/h geeignet. Bei größeren Gasbela stungen wird der zur Unterbringung der erforderlichen Kontaktmasse notwendige Durchmesser der Kontakthorde so groß, daß eine Vielzahl von Stützen notwendig wird. Außerdem wird der Druckverluy sehr groß. Es wurde auch schon vorgeschlagen, die Bauhöhe von Kontaktkesseln dadurch zu verringern, daß die Trennböden zwischen den Kontakthorden unter einem Winkel geneigt werden und die Gasableitungs- und Gaszuführstutzen beiderseits eines Trennbodens gegeneinander versetzt werden (DE-AS 21 57 198). Diese Vorschläge ergeben jedoch keinen Vorteil für die Probleme der Unterbringung großer Mengen an Kontaktmasse bei hohen Durchsatzleistungen.

Weiterhin ist es bekannt, für große Durchsatzleistungen in jedem Kontaktraum zwei Kontakthorden

so übereinander und gasseitig gesehen parallel geschaltet anzuordnen, wobei ein Teilstrom des SO2-h:iltigen Gases oberhalb der oberen Kontakthorde und ein Teilstrom unterhalb der unteren Kontakthorde eingeleitet wird und die nach Durchströmen der Kontakthorden vereinigten Teilströme aus dem Raum zwischen den Kontakthorden abgezogen werden (DE-PS 12 58 400). Bei dieser Ausgestaltung verringert sich der Querschnitt des Kontaktkessels, das Volumen nimmt ab und die Temperaturbeanspruchung ist geringer. Dadurch ist

w> eine Gasbelastung bis etwa 200 000 NnvVh möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Ausgestaltung des Kontaktkessels für große Durchsatzleistungen in technischer und wirtschaftlicher Hinsicht noch zu verbessern und außerdem auch Durchsatzlei-

6' stungen bis zu etwa 500 000 NmVh zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in den Kontakträumen mindestens drei Kontakthorden angeordnet sind, in jedem zweiten Gasrau τι eine

Zuleitungsvorrichtung für einen Teilstrom der SO₂-haltigen Gase angeordnet ist, der oder die Teilströme in den von Kontakthorden begrenzten Gasräumen aufgeteilt wird, die Kontakthorden übereinander angeordnet, ringförmig ausgebildet und mit dem inneren Rand auf einer hohl ausgebildeten Mittelsäule aufliegend angeordnet sind, in den Gasräumen, die den Gasräumen mit Zuleitungs/orrichtungen benachbart sind in der Mittelsäule Ableitungsvorrichtungen für Teilströme der durch die Kontakthorden geströmten Gase aus mindestens einem Gasraum und eine gemeinsame Austrittsvorrichtung für die Teilströme in einen Gasraum angeordnet sind, und dieser Gasraum mit einer Ableitungsvorrichtung für die vereinigten Teilströme ausgestattet ist.

Die Zuleitungs- und Ableitungsvorrichtungen können aus runden, ovalen oder rechteckigen Stutzen oder aus Ringkanälen mit Öffnungen bestehen. Die ovale Ausführung erfordert die geringste Baishöhe.

Die Kontakthorden können horizontal übereinander oder vertikal nebeneinander angeordnet sein. Bei der Anordnung von drei Kontakthorden in den Koniakträumen erfolgt zweckmäßigerweise die Zuleitung eines Teilstromes der SO₂-haltigen Gase in den Kontaktraum zwischen Deckel des Kontaktraumes und erster Kontakthorde. Auf diese Weise wird der Deckel nicht mit Gasen beaufschlagt, die durch die katalytische Umsetzung aufgeheizt wurden. Der zweite Kontaktraum wird in derselben Weise betrieben, so daß der Deckel dieses Kontaktraumes und damit der Boden des ersten Kontaktraumes durch den einströmenden kälteren Gasstrom gekühlt wird. Bei der Anordnung einer ungeraden Zahl von Kontakthorden und mehr als drei in den Kontakträumen kann durch eine Einleitung des Teilstromes, der sich in dem Gasraum nicht mehr aufteilt, in den Gasraum oberhalb des Bodens des Kontaktraumes eine größere Zahl von Kontakthorden-Böden mit kälteren Gasen beaufschlagt werden.

Mit steigender Gasbelastung werden mehr Kontakthorden pro Kontaktraum angeordnet.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß in den Kontakträumen vier oder eine größere gerade Anzahl von Kontakthorden angeordnet sind, eine Zuleitungsvorrichtung für einen Teilstrom der SOrhaltigcii Gase in dem Gasraum vor der ersten Kontakthorde, eine Zuleitungsvorrichtung für einen Teilstrom in dem Gasraum hinter der letzten Kontakthorde und Zuleitungsvorrichtungen in den Gasräumen hinter Kontakthorden mit gerader Nummer mit Ausnahme der letzten Kontakthorde angeordnet sind, deren Teilströme in diesen Gasräumen aufgeteilt werden, und daß Ableitungsvorrichtungen für die Teilströme der durch die Kontakthorden geströmten Gase in den Gasräumen zwischen Kontakthorden mit gerader und ungerader Nummer angeordnet sind. Dadurch werden Deckel und Boden der Kontakträume nur von kälteren Gasen beaufschlagt und können aus billigerem Material hergestellt werden.

Die Kontakthorden sind Übereinander angeordnet, ringförmig ausgebildet und mit dem inneren Rand auf einer Mittelsäule aufliegend angeordnet. Dadurch ist es möglich, die Kontakthorden freitragend von der Mittelsäule bis zur Wand des Kontaktkessels auszubilden, wobei die Miitolsäule nur einen geringen Teil der Fläche der Kontakthorden benötigt und eine einfache Auflage der Böden der Kontakthorde!! ermöglicht.

Die Mittelsäule ist hohl und mit Ableitungsvorrichtungen und/oder Zuleitungsvorrichtungen für Teilströ me in den Gasräumen ausgebildet. Zu den Vorteilen der tragenden Mittelsäule tritt der Vorteil, daß eine Anzahl der Stutzen oder Ringkanäle für die Zu- oder Ableitung der Gase in der Wand des Kontaktkessels eingespart werden kann.

In der Mittelsäule sind Ableitungsvorrichtungen für die Teilströme aus mindestens einem Gasraum und eine gemeinsame Austrittsvorrichtung für die Teilströme in einen Gasraum angeordnet, und dieser Gasraum ist mit

ίο einer Ableitungsvorrichtung für die vereinigten Teilströme ausgestattet Neben den Vorteilen der tragenden Mittelsäule und der Einsparung von Stutzen ist nur ein Ableitungsstutzen oder Ringkanal notwendig, der mit heißen Reaktionsgasen in Berührung kommt Dieser kann durch Ausmauerung oder anderen Maßnahmen geschützt werden, ohne daß ein großer Aufwand erforderlich ist

Eine bevorzugte Ausgestaltung besteht darin, daß in der Mittelsäule Ableitungsvorrichtu: ^an für alle Teil ströme aus den Gasräumen und eine Zule'tungsvorrich- tung für die in der Mittelsäule vereinigten Teilströme in den nächsten Kontaktraum angeordnet sind, und daß in dem Kontaktkessel hinter der Zuleitungsvorrichtung der Miti^Isäule und vor dem nächsten Kontaktraum eine Kühlvorrichtung für die vereinigten Teilströme angeordnet ist Bei dieser Ausgestaltung ist im Boden des oberen Kontaktraumes eine öffnung für die Zuleitungsvorrichtung der Mittelsäule angeordnet, im Kontaktkessel ist zwischen dem oberen und unteren

JO Koniaktraum ein Wärmeaustauscher angeordnet, durch den die Gase aus dem oberen Kontaktraum strömen und gekühlt werden, und der Deckel des unteren Kontaktraumes ist mit Zuleitungsvorrichtungen zu den Kontakthorden versehen. Dadurch werden Verbin dungsleitungen und ihre Isolierung eingespart und eine sehr kompakte Bauform erzielt. Der Wärmeaustauscher kann herausziehbar ausgebildet werden, wodurch Reparaturen beschleunigt und verbilligt werden, insbesondere wenn er aus mehreren Segmenten gebildet

•to wird

Eine bevorzugte Ausgestaltung besteht darin, daß in der Mittelsäule des ersten Kontaktraumes Zuleitungsvorrichtungen für kalte Gühl-Gase in die Miüelsäule angeordnet sind. In der Mittelsäule erfolgt eine gute Durchmischung und damit Senkung der Temperatur der Reaktionsgase. Durch eine geringe Senkung der Temperatur auf etwa 530 bis 580" C ist es möglich, den nachgeschalteten Wärmeaustauscher und eventuell notwendige Verbindungsleitungen wesentlich billiger herzustellen und zu schonen.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung besteht darin, daß d°7 Kontaktkessel um die Kontakträume herum als gasdurchströmter Doppelmantel ausgebildet ist und in dem inneren MaiUi! Zuleitungsvorrichtungen für die Teilströme in die Gasräume angeordnet sind. Dadurch werden besonders große Vorteile erzielt, da der gesamte Außenmantel des Kontaktkessels, die Böden der Kontakthorden und die Zonen mit heißer Kontaktmasse wirkungsvoll gekühlt werden, An beson ders heißen Stellen können noch zusätzliche Kühlrippen angebracht werden. Außerdem sind nur eine Zuleitungsvorrichtung und eine Ableitungsvorrichtung erforderlich. Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung besteht darin,

fc j daß die Kontakträume separat nebeneinander angeordnet sind. Es kann jeder Kontaktraum separat angeordnet werden oder es können mehrere Einheiten, die aus mehreren Kontakträumen bestehen, seoarat nebenein-

ander angeordnet werden. Dadurch wird der Druckunterschied zwischen dem oberen Deckel und dem unteren Boden wesentlich verringert, so daß geringere Verankerungskräfte für den Kontaktkessel notwendig sind.

Die Erfindung ist sowohl für eine Normalkatalyse ohne Zwischenabsorption als auch für eine Doppelkatalyse mit einer oder mehreren Zwischenabsorptionen des gebildeten SO₃ geeignet. Die Kühlung der Gase zwischen zwei aufeinander folgenden Kontakträumen kann in den Wärmeaustauschern mittels gasförmiger, dampfförmiger oder flüssiger Medien erfolgen.

Die Erfindung wird an Hand der Figuren näher und beispielhaft erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch zwei übereinander angeordnete Kontakträume mit Mittelsäule und Zuleitung der Teilströme mittels Stutzen und Ableitung der vereinigten Teilströme mittels eines Stutzens,

Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt durch zwei übereinander angeordnete Kontakträume mit Doppelmantel, Mittelsäule und zwischen beiden Kontakträumen im Kontaktkessel angeordnetem Wärmeaustauscher,

F i g. 3 schematisch den Gasweg bei drei Kontakthorden in einem Kontaktraum,

F i g. 4 schematisch den Gasweg bei vier Kontakthorden in einem Kontaktraum,

Fig.5 schematisch den Gasweg bei sechs Kontakthorden in einem Kontaktraum.

In F i g. 1 enthält der Kontaktraum 1 die Kontakthorden I bis IV und der Kontaktraum 2 die Kontakthorden Ia bis IVa. Jede Kontakthorde besteht aus Kontaktmasse 3, die auf einem mit Löchern versehenen gasdurchlässigen Boden 4 liegt. Die Böden 4 sind ringförmig ausgebildet und liegen mit dem inneren Rand auf der Mittelsäule 5 auf. Der äußere Rand liegt auf der Wand der Kontakträume 1 und 2 auf. Die Auflager sind nicht dargestellt. Der Kontaktraum 1 ist durch den Deckel 6 und Boden 7 abgeschlossen und der Kontaktraum 2 durch den Deckel 8 und Boden 9. Der Kontaktraum 1 ciiuiäli uic Gasiäuiiic JG öis ΐ4 und der Kumakiraum i die Gasräume 15 bis 19. Im Kontaktraum 1 ist die als Stutzen ausgebildete Zuleitungsvorrichtung 20 im Gasraum 10, die Zuleitungsvorrichtung 21 im Gasraum 12 und die Zuleitungsvorrichtung 22 im Gasraum 14 angeordnet Im Kontaktraum 2 ist die Zuleitungsvorrichtung 23 im Gasraum 15, die Zuleitungsvorrichtung 24 im Gasraum 17 und die Zuleitungsvorrichtung 25 im Gasraum 19 angeordnet Im Kontaktraum 1 sind in der Mittelsäule 5 im Gasraum 11 aus Öffnungen bestehende Ableitungsvorrichtungen 26, im Gasraum 13 Ableitungsvorrichtungen 27 und im Mantel die Ableitungsvorrichtung 28 angeordnet Im Kontaktraum 2 sind in der Mittelsäule 5 im Gasraum 16 Ableitungsvorrichtungen 29, im Gasraum 18 Ableitungsvorrichtungen 30 und im Mantel die Ableitungsvorrichtung 31 angeordnet Im Deckel 6 des Kontaktraumes 1 ist in der Mittelsäule 5 eine Zuleitungsvorrichtung 32 angeordnet

Das SOrhaltige Gas wird über Leitung 33 angeliefert Ein Teilstrom 33a wird in den Gasraum 10 geleitet strömt durch die Kontakthorde I in den Gasraum 11 und durch 26 in die Mittelsäule 5. Ein Teilstrom 336 wird in den Gasraum 12 geleitet, wird dort aufgeteilt strömt zum Te·! durch die Kontakthorde II in den Gasraum 11 und durch 26 in die Mittelsäule 5, während der andere Teil durch die Kontakthorde III in den Gasraum 13 strömt. Ein Teilstrom 33c wird in den Gasraum 14 geleitet und strömt durch die Kontakthorde IV in den s Gasraum 13. Der aus dem Gasraum 11 durch 26 in die Mittelsäule geströmte Teilstrom 33a und der aus dem Gasraum 11 durch 26 in die Mittelsäule geströmte Teil des Teilstromes 336 sowie die durch 32 eingeleitete Kühlluft treten als vereinigter Teilstrom durch 27 in den in Gasraum 13. Aus dem Gasraum 13 werden die vereinigten Teilströme 33.f 336. 33t· und die Kühlluft durch die als Stutzen ausgebildete Ableitungsvorrichtung 28 aus dem Kontaktraum I abgeleitet, in einer nicht dargestellten Kühlvorrichtung abgekühlt und von dort ii. in die Leitung 34 geführt. Die Behandlung in dem Kontaktraum 2 erfolgt aber analog zu der Behandlung im Kontaktraum 1; es wird jedoch keine Kühlluft zugeführt.

Γη Fig.2 ist der Kontaktkessel um die Gasräume IO bis 19 als gasdurchströmter Doppelmantel 35 ausgebildet. Zwischen dem Kontaktraum 1 und dem Kontaktraum 2 ist im Kontaktkessel ein Wärmeaustauscher als Kühlvorrichtung 36 angeordnet. Der aus dem Gasraum 14 durch die Kontakthorde IV in den Gasraum 13 :ϊ geströmte Teilstrom 3ic und der aus dem Gasraum 12 durch die Kontakthorde III geströmte Teil des Teilstrrmes 336 werden durch die als öffnungen ausgebildeten Ableitungsvorrichtungen 27a in die Mittelsäule 5 geleitet. Die vereinigten Teilströme 33a. jo 336, 33c sowie die Kühlluft strömen durch die Zuleitungsvorrichtung 37 der Mittelsäule 5 in den Wärmeaustauscher 36. dann in den Doppelmantel 35 des Kontaktraumes 2 und von dort als Teilströme 34a. 346, 34c in die Gasräume 15, 17 und 19. Die Ji Weiterbehandlung erfolgt analog der F i g. 1.

Das Gas verteilt sich natürlich vollständig über jeden einzelnen Gasraum.

Falls mehr als fünf oder sechs Kontakthorden in einem Kontaktraum angeordnet werden, erfolgt eine analoge Vergrößerung der Anordnungen der F i g. 4 und 5.

Die Vorteile der trnnaung Destenen darin, dall es möglich ist. Kontaktkessel für Gasbelastungen bis zu etwa 500 000 NmVh zu bauen, bzw. bei geringeren Gasbelastungen die Kosten und den technischen Aufwand gegenüber den bekannten Konstruktionen zu senken. Der umbaute Raum wird wesentlich verkleinert. Die Böden der Kontakthorden sowie die Deckel und Böden der Kontakträume werden thermisch weniger beansprucht. Infolge des wesentlich geringeren Pjrchmessers des Kontaktkessels können die Böden der Kontakthorden im Falle der Ausgestaltung als keramische Gewölbe mit geringerer Wölbung und Stärke und im Falle der Ausgestaltung aus Gußeisen oder Stahl mit geringerer Stärke und Tragkonstruktion ausgebildet werden und sogar freitragend angeordnet werden. Infolge des geringeren Durchmessers können die Wandstärken verringert werden und infolge der Verringerung des umbauten Raumes verbilligt sich der Aufwand für die Isolation und die Wärmeverluste werden geringer. Die von unten nach oben vom Gas durchströmten Kontakthorden übertragen nur das durch die Druckdifferenz verringerte Gewicht auf die Auflager. Die erforderlichen Verankerungskräfte für es den Kontaktkesse! werden erheblich verringert

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kontaktkessel für die katalytisch^ Umsetzung von SO2 zu SO3 mit mehreren gegeneinander abgetrennten Kontakträumen, in denen jeweils aus Kontaktmasse und gasdurchlässigen Böden bestehende Kontakthorden gasseitig gesehen parallel geschaltet angeordnet sind, mit Gasräumen zwischen den Kontakthorden und vor der ersten und nach der letzten Kontakthorde, mit Zuleitungsvorrichtungen für Teilströme von SOrhaltigen Gasen in Gasräume und Ableitungsvorrichtungen für die Gase nach dem Durchgang durch die Kontakthorden aus Gasräumen, sowie mit Kühlvorrichtungen zum Kühlen der Gase auf dem Wege von einem Kontaktraum in den nächsten Kontaktraum, dadurch gekennzeichnet, daß in den Kontakträumen mindestens drei Kontakthorden angeordnet sind, in jeden zweiten Gasraum eine Zuleitungsvorrichtung für einen Teüstrom der SOrhakigen Gase angeordnet ist, der oder die Teilströme in den von Kontakthorden begrenzten Gasräumen aufgeteilt wird, die Kontakthorden übereinander angeordnet, ringförmig ausgebildet und mit dem inneren Rand auf einer hohl ausgebildeten Mittelsäule aufliegend angeordnet sind, in den Gasräumen, die den Gasräumen mit Zuleitungsvorrichtungen benachbart sind in der Mittelsäule Ableitungsvorrichtungen für Teilströme der durch die Kontakthorden geströmten Gase aus mindestens einem Gasraum und eine gemeinsame Austrittsvorrichtung für die Teilströme in einen Gasraum angeordnet sind, und dieser Gasraum mit einer Ableitungsvorrichtung für die vereinigten Teilströme ausgestattet ist.

2. Kontaktkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Kontakträumen vier oder eine größere gerade Anzahl von Kontakthorden angeordnet sind, eine Zuleitungsvorrichtung für einen Teilstrom der SOj-haltigen Gase in dem Gasraum vor der ersten Kontakthorde, eine Zuleitungsvorrichtung für einen Teilstrom in dem Gasraum hinter der letzten Kontakthorde und Zuleitungsvorrichtungen in den Gasräumen hinter Kontakthorden mit gerader Nummer mit Ausnahme der letzten Kontakthorde angeordnet sind, deren Teilströme in diesen Gasräumen aufgeteilt werden, und daß Ableitungsvorrichtungen für die Teilströme der durch die Kontakthorden geströmten Gase in den Gasräumen zwischen Kontakthorden mit gerader und ungerader Nummer angeordnet sind.

3. Kontaktkessel nach den Ansprüchen I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Mittelsäule des ersten Kontaktraumes Zuleitungsvorrichtungen für kalte Kühl-Gase in die Mittelsäule angeordnet sind.

4. Kontaktkessel nach den Ansprüchen I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktkessel um die Kontakträume herum als gasdurchströmter Doppelmantel ausgebildet ist und in dem inneren Mantel Zuleitungsvorrichtungen für die Teilströme in die Gasräume angeordnet sind.

5. Kontaktkessel nach den Ansprüchen I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakträume separat nebeneinander angeordnet sind.