DE2648011C2

DE2648011C2 - Verfahren und Vorrichtung zur katalytischen Oxidation von Schwefeldioxid zu Schwefeltrioxid

Info

Publication number: DE2648011C2
Application number: DE2648011A
Authority: DE
Inventors: Adolf Dipl.-Chem. 5024 Pulheim Stauffer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-10-23
Filing date: 1976-10-23
Publication date: 1983-02-17
Also published as: DE2648011A1

Description

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daß die Reaktion nach Wiederanstellen des Gasstromes sofort einsetzt. Da der Kontaktkessel isoliert ist, kann er mit nur geringem Wärmebedarf tagelang warmgehalten werden. Eine solche flexible Betriebsweise ist besonders wichtig, wenn Schwefeldioxid nicht in zeitlich konstanter Menge anfällt, wie z. B. bei der Entfernung von SO₂ aus Rauchgasen.

Eine bevorzugte Vorrichtung für das erfindungsgemäße Verfahren ist ein Kontaktkessel mit einer Vielzahl von Katalysator enthaltenden Rohren, die von einem flüssigen Wärmeübertragungsmedium umgeben sind, bei dem verschiedene Rohrgruppen aus Katalysator enthaltenden Rohren oder Rohre ohne Katalysator vorgesehen sind, die Hauben des Kontaktkessels zwecks getrennter Beaufschlagung dieser Rohrgruppen unterteilt sind und für das Wärmeübertragungsmedium eine Umwälzeinrichtung und Wärmeaustauschflächen zu seiner Kühlung vorgesehen sind.

Eine Gruppe leerer Rohre ist an eine Brennkammer angeschlossen, die für die Aufheizung oder zusätzliche Beheizung des Kontaktkessels ausgebildet ist Die Kontaktmasse enthaltenden Rohre können auch nur zum Teil mit Kontaktmasse gefüllt sein, so daß ein Rohr sowohl der Aufhetzfunktion, als auch der Kontaktoxidation dient Die den Katalysator enthaltenden Rohre haben einen Durchmesser, der sich zur Länge der Rohre wie 1 :10 bis 1 :200 verhält, und die leeren Rohre haben ein Verhältnis von Durchmesser zu Länge wie 1 :60 bis 1 :300.

Rohre oder Rohrabschnitte, die dem Wärmetausch dienen sollen, können auch mit katalytisch unwirksamem Material gefüli: werden, um den Wärmetausch zu verbessern. Die Wärmeübertragung an den flüssigen Wärmeträger ist so gut, daß sich von einer kurzen Aufheizstrecke abgesehen, fast ideale "emperaturverhältnisse entlang des Kontakiweges einstellen. Es können Wärmedurchgangszahlen bis über 100 kcal/ m² h "C erreicht werden. Durch Wahl des Rohrdurchmessers kann die Wärmeabführung an die Schwefeldioxid- bzw. Sauerstoffkonzentration angepaßt werden. Mit kleinen Rohrdurchmessern, z. B. etwa 3 cm, kann auch eine so starke Wärmeentwicklung, wie sie bei hohen zur Zeit noch nicht üblichen SO₂- und OrKonzentrationen oder bei hohen Drücken auftritt, beherrscht werden.
Zur Abführung der Oberschußwärme sind vom Wärmeträger beaufschlagte besondere Austauschflächen vorgesehen, die Kesselelemente sein können, oder die Wärme an einen zweiten flüssigen Wärmeträger zur weiteren Verwendung übertragen. Die Temperatur des die Rohre umgebenden Wärmeträgers kann je nact den

ίο Erfordernissen einzelner Verfahren eben oberhalb der Anspringtemperatur des Katalysators liegen oder auch gleich der Optimaltemperatur einer nur sehr schwachen exothermen Stufe, z. B. der konventionellen 4. Horde entsprechend, sein. Es widerspricht auch nicht dem Erfindungsgedanken, mehrere Kontaktkessel erfindungsgemäßer Art gleichzeitig einzusetzen, doch werden bevorzugt alle Stufen eines Verfahrens in einem Kessel untergebracht, wobei die Dimensionierung der Rohre so vorgenommen wird, daß der Prozeß selbststabilisierend ist, das heißt, bei verschiedenen Belastungen von selbst in stabile, möglichst optimale Betriebszustände hineinläuft, ohne daß andere Regler, als der für die Temperatur des Wärmeträgers, in Anspruch genommen werden.

Der Wärmeträger wird im allgemeinen so stark umgewälzt, daß in ihm nur geringe Temperaturdifferenzen, 1 bis 2 Grad, maxircrJ etwa 5 Grad, auftreten und in dem Kontaktkessel so herumgeführt, daß alle Rohre gleichmäßig beaufschlagt werden. Unter Umständen kann es zweckmäßig sein, durch konstruktive Maßnahmen bestimmte Rohre weniger mit dem Wärmeträger zu beaufschlagen, um z. B. bei Beginn der Reaktion einen schnelleren Temperaturanstieg im Rohr zu erhalten. Eine Drosselung der Wärmeübertragung in einem Teil des Rohres durch ein keramisches Einsteckrohr ist z. B. auch möglich.

Die erfindung'gemäße Arbeitsweise ist nicht auf die bei der Oxidation von Schwefeldioxid zu Schwefeltrioxid bisher übliche Konzentration von Schwefeldioxid beschränkt Neue Arbeitsweisen mit höherem Schwefeldioxid- oder Sauerstoffgehalt sind erfindungsgemäß möglich.

Claims

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Patentansprüche; men Gasmischungen in einem einstufigen Verfahren die

Katalysatorrohre von außen mit einer Flüssigkeit zu

U Verfahren zur katalytisehen Oxidation von SO₂ kühlen. Die Vorwärmung der Gase ist dabei unabhängig

zu SO3 in einem Röhrenkontaktapparat mit Kon- vom Kühlmittelkreislauf des Reaktors und Findet

taktmasse in den Rohren und einem flüssigen s außerhalb desselben stau. Diese Lösung ist wenig

Wärmeträger um die Rohre, dadurch gekenn- befriedigend, da sie aufwendiger als die nachfolgend

zeichnet, daß aus jeder Stufe längs des beschriebene erfindungsgemäße Lösung ist, die nicht

Gasweges kontinuierlich Wärme entzogen und an nur bei stark exothermen Gasmischungen zum Einsatz

einen gemeinsamen flüssigen Wärmeträger übertra- kommen kann.

gen wird, daß die einzelnen Stufen über diesen 10 Alle diese Verfahren bedingten besondere Auf-Wanneträger im Wärmeaustausch stehen und die und Abheizmethoden beim Anfahren und Abstellen der überschüssige Wärme an die Prozeßgase, Abhitze- Anlagen, die dazu führten, daß Schwefelsäureanlagen kessel oder Dampfüberhitzer übertragen wird und wegen sonst drohender Korrosionen am besten ständig daß ein gegebenenfalls nötiger Wärmebedarf für das in Betrieb gehalten werden mußten, also für häufig Gesamtsystem dem Wärmeträger von außen züge- 15 unterbrochenen Betrieb von der Fachwelt abgelehnt führt wird. werden.

Z Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Da die zwischen den Horden oder Stufen abzuführen-

nach Anspruch 1, bestehend aus einem Kontaktkes- den Wärmemengen wohl in der Summe acTr nicht in

sei mit einer Vielzahl von Katalysator enthaltenden den Teilmengen in denen sie anfallen, dem Bedarf zum

Rohren, die von einem flüssigen Wärmeübertra- 20 Erwärmen der kalten Gase am Anfang des Prozesses

gungsmedium umgeben sind, dadurch gekennzeich- oder z. B. nach einer Zwischenabsorption entsprechen,

net, daß verschiedene Rohrgruppen aus Katalysator müssen die Wärmeaustauscher aufgeteilt und für die

enthaltenden Rohren oder Rohren ohne Katalysator besonderen Verhältnisse beim Anfahren oder bei

vorgesehen sind, die Hauben des Kontaktkessels veränderlichen Betriebsbedingungen mit Bypässen

zwecks getrennter Beaufschlagung dieser Rohr- 25 regelbar gemacht werden. Das bedeutet daß die

gruppen unterteilt sind und für das Wärmeübertra- Austauschflächen für den normalen Betriebsfall nicht

gungsmedium eine Umwälzeinrichtung und Wärme- optimal und die Leitungsführung aufwendig ist

austauschflächen zu seiner Kühlung vorgesehen Es wurde gefunden, daß man die genannten Nachteile

sind. vermeiden kann und wesentlich schneller zu optimalen

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn- 30 Betriebszuständen beim An- und Abfahren kommen zeichnet daß eine Gruppe leerer Rohre an eine kann, wenn aus jeder Stufe längs des Gasweges Brennkammer angeschlossen ist die für die Aufhei- kontinuierlich Wärme entzogen und an einen gemeinsazung oder zusätzliche Beheizung des Kontaktkessels _men flüssigen Wärmeträger übertragen wird, daß die ausgebildet ist einzelnen Stufen über diesen Wärmeträger im Wärme-

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2—3, 35 austausch stehen und die überschüssige Wärme an die dadurch gekennzeichnet, daß Kontaktmasse enthal- Prozeßgase, Abhitzekessel oder Dampfüberhitzer übertende Rohre nur zum Teil damit gefüllt sind. tragen wird und daß ein gegebenenfalls nötiger

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2—4, Wärmebedarf für das Gesamtsystem dem Wärmeträger dadurch gekennzeichnet daß die den Katalysator von außen zugeführt wird.

enthaltenden Rohre einen Durchmesser haben, der 40 Es kann dem Wärmeträger aber auch zu Zeiten sehr sich zur Länge der Rohre wie 1 :10 bis I :200 niedriger Schwefeldioxidkonzentration oder bei Stillverhält und daß die leeren Rohre ein Verhältnis von ständen über eine elektrische oder ölgefeuerte Aufheiz-Durchmesser zu Länge wie 1 :60 bis I : 300 haben. vorrichtung Wärme zugeführt werden, um eine

konstante Temperatur des Wärmeirügers sicherzustel-

« len. Die Temperatur des Wärmeträgers kann abhängig

von der Gaszusammensetzung auf einen optimalen Wert eingeregelt werden.

Bei den üblichen Verfahren und Vorrichtungen zur Besonders zeigt sich der Wert dieser Arbeitsweise, katalytisehen Oxidation von Schwefeldioxid zu Schwe- wenn zwischen den Stufen eine Absorption des feltrioxid wird das zu oxidierende Gas durch mehrere so Schwefeltrioxids vorgenommen wird, weil dann über Kontaktmasseschichten - auch Horden genannt - den Austausch mit dem gemeinsamen Wärmeträger alle hindurchgeleitet Diese Horden können in einem oder Stören immer gleichzeitig die richtige Betriebslemperaauch mehreren Apparaten untergebracht sein. Die tür haben. Zur Deckung des Wärmebedarfs bei der Hordea arbeiten fast adiabatisch, in ihnen findet ein Wiederaufwärmung nach einer Zwischenabsorption ist entsprechender Temperaturanstieg statt In jeder 55 man nicht an begrenzte Teilmengen, die an einzelnen Horde müssen bestimmte optimale Ein- und Austritts- Stellen des Prozesses zur Verfügung stehen, gebunden, temperaturen eingehalten werden. Deshalb wird zwi· Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, sehen den Horden die Temperatur durch Austauscher daß ein ganz wesentlicher Nachteil alier bekannten wieder abgesenkt. Eine solche Temperaturführung ist Schwefelsäureanlagen beseitigt wird, der darin besteht, aber noch keinesfalls ideal. Man hat früher auch 60 daß eine Schwefelsäufeanlage eigentlich immer in Röhrenkontaktapparate gebaut und die Rohre von Betrieb gehalten werden sollte. Stellt man sie ab, außen mit kaltem aufzuheizendem Frischgas gekühlt. werden Material und Katalysator durch Schwefelsäure-Wegen der geringen Wärmeübertragung von Gas zu kondensat geschädigt. Das Wiederanfahren erfordert Gas waren auch hier, vor allem beim Übergang zu mehrere Stunden und ergibt während dieser Zeit eine größeren Einheiten, zwischengeschaltete Wärmeaus- 65 erhebliche Umweltbelästigung. Nach der erfindungsgetauscher nötig, eine ideale Temperaturführung wurde mäßen Arbeitweise werden alle Kontaktstufen einnicht erreicht. Neuerdings hat man vorgeschlagen schließlich der Wärmeaustauschrohre nach Abstellen (DE-OS 24 18 216), bei Verwendung von stark exother- des Gasstromes auf einer solchen Temperatur Behalten.