DE3137474C2 - Konverter zur Umwandlung von Schwefeldioxid in Schwefeltrioxid - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Konverter für die Umwandlung von Schwefeldioxidgas in Schwefeltri­ oxidgas. Solche Konverter werden üblicher­ weise bei der Herstellung von Schwefelsäure gebraucht.

Die Konverter, die gegenwärtig im Gebrauch sind, um Schwe­ feldioxidgas in Schwefeltrioxidgas umzuwandeln, sind normalerweise große zylindrische Kessel, die eine Anzahl von körnigen Katalysatorbetten aufweisen. Jedes Kataly­ satorbett nimmt den vollständigen Querschnitt des Behäl­ ters ein. Dabei sind die Katalysatorbetten übereinander angeordnet. Das Prozeßgas strömt aufeinanderfolgend durch die Katalysatorbetten und wird zwischen den Katalysatorbet­ ten abgekühlt, und zwar deshalb, um die in einem jeden Katalysatorbett erzeugte Wärme zu gewinnen und um die Kinetik und das Gleichgewicht der Reaktion zu unter­ stützen. Jedes Katalysatorbett ist von dem anderen durch eine Trennplatte getrennt.

Aus der US-PS 2 198 795 ist ein Schwefelsäurekonverter be­ kannt, der aufweist:
eine äußere Hülse; ein innerhalb der Hülse konzentrisch an­ geordnetes vertikales Zentralrohr; eine Vielzahl von ringför­ migen Katalysatorbetten innerhalb der Hülse, die so überein­ ander angeordnet sind, daß das unterste Bett das erste Kataly­ satorbett in dem Konverter ist, ein zweites der genannten Betten an der Oberseite des Konverters angeordnet ist und daß die gegebenenfalls vorgesehenen weiteren Katalysatorbetten wenigstens ein drittes Bett umfassen, das zwischen dem ersten Bett und dem zweiten Bett angeordnet ist; eine Vielzahl von gewölbten Trennplatten jeweils zwischen einem Paar von benach­ barten Katalysatorbetten sowie eine Vielzahl von Katalysator­ körben mit ebenen Böden, die auf gitterartigen ebenen Träger­ platten stehen, wobei jeweils einer dieser Katalysatorkörbe eines der genannten Katalysatorbetten enthält; und eine Ein­ richtung zum Zuführen eines SO₂ enthaltenden Gases zum unter­ sten Katalysatorbett, eine Einrichtung zum Überführen des Gases vom untersten Katalysatorbett zu dem zweiten Katalysa­ torbett, gegebenenfalls weitere Einrichtungen zum Weiterleiten des Gases von dem zweiten Katalysatorbett wenigstens zu dem dritten Bett der weiteren Betten, sowie eine Einrichtung zum Ableiten des SO₃ enthaltenden Gases aus dem Konverter, nachdem es die Katalysatorbetten durchströmt hat. Da angegeben wird, daß die Teile des genannten Konverters verschweißt sein kön­ nen, kann es als im Bereich der Offenbarung der genannten US-PS 2 198 795 liegend angesehen werden, als Material für den Konverter oder wenigstens einige seiner Teile einen geeigneten schweißbaren Stahl vorzusehen.

Die DE-OS 29 21 024 beschreibt einen anderen Konvertertyp für die Schwefelsäureherstellung, bei dem die Katalysatorbetten die Form senkrecht stehender Zylinder aufweisen.

Die DE-OS 23 37 958 beschreibt einen weiteren Typ von Konver­ tern für die Oxidation von Schwefeldioxid zu Schwefeltrioxid, der eine Hülse, ein Zentralrohr und ringförmige Katalysator­ betten, die aus Stahl hergestellt sein können, aufweist, bei dem die beiden nacheinander von dem Gas durchströmten Typen von Katalysatorbetten zur Oberflächenvergrößerung jeweils in Sätze von vier Teilbetten aufgeteilt wurden, die parallel von dem zugeführten Gas durchströmt werden.

Weitere Konverter oder Reaktoren zur Durchführung exothermer chemischer Reaktionen anderer Art, die bezüglich einzelner Merkmale den Konvertern für die Schwefelsäureherstellung entsprechen können, sind ferner beschrieben in der DE-AS 15 42 073, der DE-OS 16 67 221, DE-OS 22 50 036, DE-OS 27 25 895, DE-OS 27 42 204 und der GB-PS 10 65 044.

Die in der Industrie verwendeten Konverter leiden unter einer Anzahl von beträchtlichen Nachteilen. Solche Nach­ teile sind beispielsweise die folgenden:
Die äußere Hülse des Konverters besteht normalerweise aus Kohlenstoffstahl, der typischerweise mit Aluminium bespritzt ist, um eine Oxidation bei hohen Temperaturen zu verhindern. Da die höchsten Temperaturen im ersten Katalysatorbett erzeugt werden, ist es nötig, das erste Katalysatorbett an der Oberseite des Turms anzuordnen. Wenn das erste Katalysatorbett auf diese Weise angeordnet wird, dann ist über dem ersten Katalysatorbett keine Belastung vorhanden, weshalb Brüche weniger wahrschein­ lich auftreten. Da das Metall der Hülse rund um das erste Katalysatorbett auf eine Temperatur erhitzt wird, bei der sie geschwächt wird und sich häufig ausbaucht, hat die Anordnung des ersten Katalysatorbetts an der Oberseite des Konverters viele wichtige bauliche Vortei­ le. Dabei wird aber der Schmutz des den Konverter betre­ tenden Gases durch das erste Katalysatorbett eingefangen, da der Katalysator klebrig ist und der Schmutz an ihm haften bleibt. Weil Schmutzansammlungen das Katalysator­ bett verstopfen, muß das erste Katalysatorbett öfters als die anderen gereinigt werden. Die Anordnung des ersten Katalysatorbetts an der Oberseite des Konverters, übli­ cherweise viele Meter hoch in der Luft, erfordert eine Intensivierung des Reinigungsverfahrens und macht die Rei­ nigung schwierig.

Sollte außerdem das erste Katalysatorbett auf Grund von zu hohen Temperaturen zusammenbrechen, ein Fall, der hin und wieder eintritt, dann fällt der Inhalt des ersten Betts auf das darunterliegende Bett, was zu einem lawinenartigen Zusammenbruch innerhalb des Konverterturms führen kann. Es bestünden deshalb auch Vorteile, wenn es möglich wäre, das erste Bett auf der Unterseite des Konver­ ters anzuordnen.

Ein weiterer Nachteil gegenwärtig üblicher Konverterkon­ struktionen liegt darin, daß die Katalysatorbetten selbst oftmals auf einer Reihe von Gußeisenplatten ruhen, die im allgemeinen die Form eines gleichseitigen Dreiecks auf­ weisen und die auf der Unterseite des Konverters durch eine Anzahl von Gußeisensäulen abgestützt sind. Die nächsten Ka­ talysatorbetten und Trennplatten ruhen ihrerseits auf dem nächsten Niveau. Der "Wald" von Gußeisenplatten und Guß­ eisensäulen ergibt extrem hohe Baukosten und verkompli­ ziert die Wartung und Reinigung der Betten.

Da außerdem Gußeisentrennplatten nicht geschweißt werden können, werden sie normalerweise durch eine Packung aus einem Asbestseil gegenüber der Hülse ab­ gedichtet. Weil aber schwefeldioxid-reiche Gase im Konver­ ter im allgemeinen einen höheren Druck als an Schwefeldi­ oxid ärmere Gase aufweisen, findet ein Überströmen von schwefeldioxid-reichen Gasen an den Konverterbetten vor­ bei statt, was die Umwandlung verringert und die Verun­ reinigung erhöht.

Als Alternative zu Strukturen von Säulen und dreieckigen Platten wurden Konverter hergestellt, die Gußeisen- oder Weichstahlplatten aufweisen, die auf Balken zwischen einem Zentralrohr und der äußeren Hülse ruhen. Wenn Gußeisen verwendet wird, dann treten die eben bereits beschriebenen Abdichtungsschwierigkeiten auf. Wenn Stahltrennplatten ver­ wendet werden, dann können sie zwar geschweißt werden, aber die Schweißnähte reißen auf Grund eines Durchhängens der Platten beim Gebrauch. Sie können wieder geschweißt werden, dies verursacht aber Kosten für das gesonderte Schweißen und erhöht beträchtlich die Ruhezeit des Konverters.

Ein anderer Faktor, der bei einer Konverterkonstruktion zu beachten ist, liegt darin, daß Katalysator in die Ka­ talysatorbetten eingebracht und aus den Katalysatorbetten entnommen werden muß und das Gas über den Katalysatorbetten eingeführt und unter diesen abgeführt werden muß, so daß über und unter jedem Bett Räume belassen werden müssen. Die Höhe dieser Räume wird in der Praxis im allgemeinen durch die Notwendigkeit bestimmt, daß sich Leute inner­ halb der Räume frei bewegen können (um Katalysator ein- und auszubringen und für Wartungszwecke). Eine solche Höhe ist oftmals kleiner als die Gaseintritts- und Gasaus­ trittskanäle. Deshalb werden solche Eintritts­ kanäle in den Konverter oftmals in eine elliptische oder rechteckige Form abgewandelt, eine teure Sache. Aber auch bei dieser Anordnung werden beträchtliche Schwierigkeiten angetroffen, eine gute Gasverteilung innerhalb des Konver­ ters zu erzielen. Die hohen lokalen Gasgeschwindigkeiten, die üblicherweise auftreten, können das Katalysatorbett physikalisch stören, was ein schlechtes Verhalten zur Folge hat. Aus diesem Grunde ist es üblich, das Katalysatorbett mit einer oberen Schicht aus schützenden Steinen zu bedecken. Steine erhöhen übermäßig das Gewicht und stören die Reini­ gung des Katalysators.

Ein weiterer Nachteil von üblicherweise verwendeten Konver­ tern ist darin zu sehen, daß sie auf I-Trägern ruhen und daß sie sich auf den Trägern vor- und zurückbewegen können, um die Expansion auszugleichen. Aus diesem Grunde ist der genaue Standort des Konverters mit einer Unsicherheit von bis zu 10 cm behaftet. Dies verursacht äußerst starke Span­ nungen in den Rohren, die mit dem Konverter verbunden sind.

Schließlich besteht ein weiterer Nachteil der gegenwärtig verwendeten Konverter darin, daß das aus dem ersten Kata­ lysatorbett aus tretende Gas eine sehr hohe Temperatur (typischerweise mehr als 600°C) aufweist, so daß im Austritts­ rohr aus dem ersten Katalysatorbett ein Balg vorgesehen werden muß. Der Balg verursacht Wartungsschwierigkeiten und nimmt weiterhin einen großen Raum ein, so daß ein Konverter mit 10 m Durchmesser einen Raum von 17 bis 18 m Durchmesser benötigt, um die Zugangs- und Ausgangsrohre unterzubringen.

Zur Überwindung der geschilderten Nachteile wird durch die vorliegende Erfindung ein Konver­ ter vorgeschlagen, der sich aus dem vorstehenden Patent­ anspruch 1 ergibt. Vorteilhafte Weiterbildungen des er­ findungsgemäßen Konverters können den Unteransprüchen entnommen werden.

Eine genauere Darstellung des erfindungsgemäßen Konver­ ters ergibt sich aus der folgenden Beschreibung der Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine teilweise aufgeschnittene perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Konverters;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Teils der Katalysatorträgeranordnung des Konverters von Fig. 1;

Fig. 3 einen Vertikalschnitt durch den Konverter von Fig. 1;

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines Teils einer Katalysatorträgerplatte des Konverters von Fig. 1;

Fig. 5 einen Vertikalschnitt durch einen Teil dem Katalysatorträgeranordnung des Konverters von Fig. 1;

Fig. 6 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 3, wobei je­ doch gegenüber dem Konverter von Fig. 1 eine andere Abwandlung vorgenommen ist.

Die Fig. 1 und 3 zeigen einen allgemein mit 10 be­ zeichneten Konverter, der eine Hülse 12 aufweist. Die Hülse 12 hat typischerweise einen Durchmesser von 9-12 m und eine Höhe von 12-15 m und ist aus einem zähen Material hergestellt, welches seine Festigkeit bis zu den im Kon­ verter auftretenden Maximaltemperaturen (ungefähr 600°C) Weitgehend beibehält. Rostfreier Stahl wird bevorzugt, aber es können auch andere geeignete Materialien, wie z. B. Titan oder Titanlegierungen, verwendet werden. Wenn rost­ freier Stahl für einen Konverter mit den angegebenen Ab­ messungen verwendet wird, dann liegt die Stärke des rost­ freien Stahls typischerweise zwischen 4,75 und 6,25 mm. Es hat sich gezeigt, daß bei der zu beschreibenden Kon­ struktion eine Hülse aus rostfreiem Stahl mit dieser ge­ ringen Stärke sich nicht ausbeult, obwohl üblicherweise eine Hülse aus Kohlenstoffstahl mit 25 mm Stärke sich stark ausbeult. Die Beschreibung der bevorzugten Ausfüh­ rungsform erfolgt anhand von rostfreiem Stahl.

Innerhalb der Hülse 12 sind vier Katalysatorbetten 14-1, 14-2, 14-3 und 14-4 angeordnet, wobei durch alle das Pro­ zeßgas hindurchgeführt wird. Jedes der Katalysatorbetten 14-1 bis 14-4 ist ringförmig und befindet sich zwischen der äußeren Hülse 12 und einem inneren Zentralrohr 16, das ebenfalls aus rostfreiem Stahl besteht.

Jedes der Katalysatorbetten 14-1 bis 14-4 ruht auf einer ringförmigen Trägerplatte 18-1 bis 18-4. Die Trägerplatten 18-1 bis 18-4 besitzen Löcher 19 (in Fig. 2 mit 153 bezeichnet), damit Gas hindurchgehen kann. Sie besitzen - von oben ge­ sehen - eine konkave Form (die noch näher beschrieben wird), ein übermäßiges Durchhängen zu vermeiden, wenn sie den sind und erhitzt werden. Die Trägerplatten 18-1 bis sind rund um ihren inneren Rand an das innere Zentral­ rohr 16 und mit mit ihrem äußeren Rand (mit Ausnahme der Platte 18-1) an die äußere Hülse 12 angeschweißt.

Die Katalysatorbetten sind durch Trennplatten 20, 22, 24, die ebenfalls aus rostfreiem Stahl bestehen, getrennt. Die oberen beiden Trennplatten 20, 22 besitzen ebenfalls - von oben gesehen - eine konkave Form, um ein späteres übermäßiges Durchhängen zu vermeiden. Die oberste Trenn­ platte 20 ist mit ihrem Außenrand und ihrem Innenrand an die Hülse 12 bzw. das Zentralrohr 16 angeschweißt. Die mittlere Trennplatte 22 ist mit ihrem äußeren Rand an der äußeren Hülse 12 und mit ihrem inneren Rand an einem Kaltgasverteilungskanal 26 (der noch zu beschreiben ist) angeschweißt, wobei letzterer durch im Abstand ange­ ordnete Pfosten 28 (Fig. 1) auf einem radial auswärts vor­ springen Ring 30, der an das Zentralrohr 16 angeschweißt ist, gehalten wird.

Die Trennplatte 24 zwischen den Betten 14-1 und 14-4 ist ebenfalls mit ihrem äußeren und ihrem inneren Rand an die Hülse 12 bzw. das Zentralrohr 16 angeschweißt, ist aber nach oben und nicht nach unten ausgebaucht. Auch die Aus­ bauchung nach oben verhindert ein übermäßiges Durchhängen bei Gebrauch.

Die Seite des ersten Betts 14-1 ist durch eine Seitenplatte 32 begrenzt, die von der Trennplatte 24 sich in Form eines umgekehrten Kegelstumpfs nach unten und innen neigt. Die Trägerplatte 18-1 des ersten Betts ist mit ihrem äußeren Rand an der Seitenplatte 32 angeschweißt. Eine nach unten ausgebauchte Bodenplatte 34 ist mit ihrem äußeren und inneren Rand an der Unterseite der Seitenplatte 32 bzw. am Zentralrohr 16 angeschweißt. Eine zweite Seitenplatte 36, die ebenfalls die Form eines umgekehrten Kegelstumpfs auf­ weist, umgibt den unteren Teil der Seitenplatte 32. Der obere Rand der zweiten Seitenplatte 36 ist mit der Hülse 12 verschweißt. Der untere Rand der Seitenplatte 36 ist an eine sich nach oben und innen neigende ringförmige Verbin­ dungsplatte 38 angeschweißt, die ihrerseits an der Seiten­ platte 32 angeschweißt ist. Die Hülse 12, die Seitenplatten 32 und 36 und die Verbindungsplatte 38 bilden gemeinsam eine ringförmige Kammer 40, die das erste Bett 14-1 um­ gibt.

Gas 42, das zu konvertierendes Schwefeldioxid enthält, betritt das erste Bett 14-1 über eine große Eintrittsöffnung 44, die die äußere Hülse 12 durchquert und sich bei 46 in die ringförmige Kammer 40 öffnet. Das eintretende Gas strömt rund um die Kammer 40 und wendet sich nach oben, wie dies durch Pfeile 48 angedeutet ist, und fließt dann durch um den Abstand verteilte Löcher 50, die in der Seiten­ platte 32 über dem ersten Bett 14 angeordnet sind, radial nach innen. Das Gas wendet sich dann nach unten durch das erste Bett 14-1, strömt unter dem ersten Bett vorbei und fließt dann in das Zentralrohr 16, und zwar über um den Umfang angeordnete Löcher 52 im Zentralrohr.

Der untere Teil des Zentralrohrs 16 enthält eine Kammer 54, die durch eine kreisförmige flache Rohrplatte 56 und eine vertikale ringförmige Platte 58, die sich zwischen einem zentralen Bodenteil 60 und der Rohrplatte 56 er­ streckt, definiert wird. Eine zweite ringförmige Platte 62 in Form eines umgekehrten Kegelstumpfs erstreckt sich zwischen dem Bodenteil 60 und der Rohrplatte 56 und unter­ stützt die Halterung der Rohrplatte. Die Platte 62 enthält eine Reihe von im Umfang angeordneter Löcher 64 für den Gasdurchgang.

Aus der Kammer 54 wandert Gas nach oben durch eine Reihe von Wärmeaustauscherrohren 66 (die in einer Anzahl von Ringen angeordnet sind, wobei aber nur zwei Ringe darge­ stellt sind) zur Oberseite des Konverters. Während des Durchgangs durch die Wärmeaustauscherrohre 66 wird das darin strömende Gas durch ein entgegenströmendes Gas, das durch Pfeile 68 angedeutet ist; abgekühlt. Das abge­ kühlte Gas, welches die Wärmeaustauscherrohre 66 verläßt, wendet sich unter einem kuppelförmigen Konverterdach 70 nach außen und betritt das zweite Konverterbett 14-2. Nach dem Durchgang durch das Bett 14-2, wo eine weitere Konversion stattfindet, verläßt das Gas den Konverter durch eine Austrittsöffnung 72 in der äußeren Hülse 12.

Bei einer üblichen Anwendung des Konverters wird das die Austrittsöffnung 72 verlassende Gas abgekühlt und dann einem Zwischenabsorber (nicht dargestellt) zugeführt, wo Schwefeltrioxid absorbiert wird. Das gekühlte Gas aus dem Zwischenabsorber, welches nach wie vor zu konvertie­ rendes SO₂ enthält, wird dann über eine Eintrittsöffnung 74 an der Oberseite des Konverters wieder in den Konverter 10 eingeführt. Das wieder eintretende Gas ist durch Pfeile 76 angedeutet.

Das abgekühlte Gas, welches durch die Eintrittsöffnung 74 fließt, strömt durch einen oberen Teil 16a des Zentralrohrs 16 mit vermindertem Durchmesser nach unten. Der Teil 16a des Zentralrohrs ist an eine ringförmige obere Rohrplatte 78 angeschweißt, die ihrerseits mit ihrem Rand an der oberen Kante des Zentralrohrs 16 angeschweißt ist. Die Rohrplatte 78 hält die oberen Enden der Rohre 66. Der Teil 16a des Zentralrohrs enthält einen Balg 80, um die unter­ schiedlichen Ausdehnungen des heißen Daches 70 der Hülse 12 und dem kühleren Teil 16a auszugleichen.

Nach Verlassen des Teils 16a mit verringertem Durchmesser wird das Gas durch Scheiben- und Ringleitbleche 82 bzw. 84 an den Wärmeaustauscherrohren 66 vorbeigeleitet, um das abgekühlte Gas aus dem Zwischenabsorber wieder zu erwärmen und das vom ersten Bett 14-1 zum zweiten Bett 14-2 strö­ mende Gas abzukühlen. Die Scheibenleitbleche 82 sind an einem inneren axialen Bypassrohr 86 befestigt, welches sich von etwas oberhalb des oberen Endes des Zentralrohr­ teils 16a nach unten bis etwa zur Höhe des vierten Betts 14-4 erstreckt. Streben 88 halten das Bypassrohr 86 an seiner Oberseite. Die Streben gehen vom oberen Teil 16a des Zentralrohrs aus. Ein Bypassventil 90 ist innerhalb der Oberseite des Bypassrohrs 86 angeordnet, damit ein Teil des abgekühlten Gases aus dem Zwischenabsorber an dem größten Teil der Länge der Wärmeaustauscherrohre 66 vorbeifließen kann, um das Ausmaß der Abkühlung des vom ersten Bett 14-1 zum zweiten Bett 14-2 strömenden Gases zu verringern. Der Bypass wird deshalb vorgesehen, weil der Wärmeaustauscher üblicherweise überdimensioniert ist, so daß er auch nach einer Verschmutzung durch längeren Ge­ brauch ausreichend Kapazität aufweist.

Die Ringleitbleche 84 sind an einer Wärmeaustauscherhülse 92, die innerhalb des Zentralrohrs 16 angeordnet ist und konzentrisch damit verläuft, befestigt. Die Wärme­ austauscherhülse 92 ist an der oberen Rohrplatte 78 auf­ gehängt und endet am untersten Ringleitblech 84 ein gu­ tes Stück über der unteren Rohrplatte 56.

Nachdem das Gas, wie durch Pfeile 94 angezeigt, das letzte Ringleitblech 84 passiert hat, fließt es, die durch Pfeile 96 angedeutet, nach oben durch einen engen ringförmigen Raum 98 zwischen der Hülse 92 und dem Zentralrohr 16. Das Gas betritt dann den Raum über dem dritten Bett 14-3, und zwar durch eine Reihe von um den Umfang verteilten Löchern 100 im Zentralrohr 16.

Das Prozeßgas strömt nach dem Durchgang durch das dritte Bett 14-3, wie durch Pfeile 102 angezeigt, in den Raum über dem vierten Bett 14-4, und zwar durch einen engen Spalt 104 zwischen dem Verteilungs­ kanal 26 und dem Zentralrohr 16. Nachdem das Gas das dritte Bett 14-3 passiert hat, ist nur eine geringfügige Kühlung erforderlich. Diese Kühlung wird typischerweise durch kalte Abschreckluft erreicht, die dem Verteilungskanal 26 über eine Leitung 106 zugeführt wird.

Nachdem das Gas das vierte Bett 14-4 durchströmt hat, ver­ läßt es schließlich den Konverter über eine Austrittsöffnung 108 in der Hülse 12 und wird dann zum Endabsorber (nicht gezeigt) geleitet.

Es ist ersichtlich, daß der Durchmesser der Austrittsöff­ nung 108 größer ist als die Höhe D1 des Raums zwischen der Trägerplatte 18-4 und der Trennplatte 24 unterhalb dieser Trägerplatte. Der Unterschied in der Größe wird dadurch ausgeglichen, daß ein Ausschnitt 110 (Fig. 1) in der Trennplatte 24 vorgesehen wird, dort wo die Trennplatte 24 auf die Ränder der Austrittsöffnung 108 trifft. Die äußeren Ränder des Ausschnitts 110 treffen die Ränder der Öffnung 108 an Punkten 112 (es ist nur ein Punkt 112 gezeigt) und erstrecken sich soweit nach innen, daß die Fläche des Ausschnitts 110 vorzugsweise mindestens genau­ so groß ist wie die Fläche des Teils der Austrittsöffnung 108, der unterhalb der Trennplatte 24 liegt. Eine Über­ gangsplatte 114 mit gekrümmter Form erstreckt sich zwischen den Rändern des Ausschnitts 110 und dem Teil des Umfangs der Austrittsöffnung 108, der unterhalb der Trenn­ platte 24 liegt. Die Übergangsplatte 114 erlaubt einen glatten verhältnismäßig unbeschränkten Gasfluß aus dem engen Raum unterhalb des Betts 14-4 in die Austrittsöffnung 108.

Wie gezeigt, ist der gleiche Aufbau für die Austrittsöff­ nung 72 aus dem Bett 14-2 vorgesehen, d. h., daß ein Ausschnitt 118 in der Trennplatte 20 ausgebildet ist und daß eine Übergangsplatte 120 sich zwischen dem Ausschnitt 118 und dem Teil 122 des Rands der Öffnung 72 erstreckt, der unter­ halb der Trennplatte 20 liegt. Zugangsöffnungen zu den Räumen über und unter den Betten 14-1 bis 14-4 sind durch zylindrische Rohre 124 (Fig. 1) vorgesehen, die an der äußeren Wandung der Hülse 12 angeschweißt und mit Deckeln 126 verschlossen sind. Wenn ein Zugang zum In­ neren des Konverters nötig ist, dann werden die Deckel von den vorspringenden Rohren 124 einfach mit einem Brenner ab­ geschnitten, damit das Wartungspersonal hinein kann. Nach der Wartung werden die Deckel 126 wieder auf die Rohre 124 aufgeschweißt.

Der zentrale Bodenteil 60 des Konverters besteht aus feuer­ festem Beton oder feuerfesten Ziegeln, die ihrerseits auf einer Betonunterlage 128 ruhen, die von Stützen 130 ge­ tragen wird. Horizontale Ringe 132, 134 aus rostfreiem Stahl sind an die Unterseite des Zentralrohrs 16 bzw. der ring­ förmigen Platte 58 angeschweißt, um Auflager für das Zen­ tralrohr 16 und die ringförmige Platte 58 auf dem zentralen Bodenteil 60 zu bilden. Die Ringe 132, 134 können frei auf dem zentralen Bodenteil 60 gleiten, um Ausdehnungen zu er­ möglichen.

Die äußere Hülse 12 wird gesondert von einem Ring 136 aus rostfreiem Stahl gehalten, der auf die Unterseite der Hülse 12 aufgeschweißt und mit Hilfe von Bolzen 138 mit einer ge­ sonderten Betongründung 140 verbunden ist. Die Betongrün­ dung 140 ruht auf Stützen 142. Da die Hülse 12 mit ihrer Unterseite an der Betongründung 140 befestigt ist, liegt die Lage der Unterseite der Hülse 12 fest und ist immer bestimmt. Der obere Teil der Hülse dehnt sich beim Gebrauch radial nach außen, wobei der untere Teil als "Scharnier" wirkt, um welches diese Ausdehnung stattfindet.

Der Bereich zwischen der Betongründung 140 und dem zen­ tralen Bodenteil 60 ist mit zerkleinertem Gestein 144 auf­ gefüllt, welches dazu dient, den heißen unteren Teil des Konverters vom darunterliegenden Boden zu trennen. Wärme­ rohre 146 mit Wärmelamellen 148 erstrecken sich durch das zerkleinerte Gestein und durch die Betonunterlage 128, um überschüssige Wärme zur Atmosphäre abzuführen.

Der beschriebene Aufbau besitzt eine Anzahl von wesent­ lichen Vorteilen.

Erstens wird die Wartung des ersten Katalysatorbetts 14-1 stark vereinfach, weil dieses Katalysatorbett (welches die meiste Wartung braucht) an der Unterseite des Konver­ ters angeordnet ist.

Zweitens wird die Verunreinigung des ersten Betts 14-1 verringert, weil das das erste Bett betretende Gas zu abrupten Richtungsänderungen gezwungen wird, bevor es durch die Löcher 50 hindurch kann, wobei Schmutzteilchen im Gas zum Boden der ringförmigen Kammer 40 abfallen.

Drittens wird weniger Wärme vom ersten Bett 14-1 (welches von allen Betten am heißesten ist) zur äußeren Hülse 12 geführt, da der äußere Rand des ersten Betts 14-1 an der Seitenplatte 32 und nicht an der Hülse 12 anliegt, wodurch die damit verbundene Schwächung der äußeren Hülse verrin­ gert wird. Die heißen Gase unterhalb des ersten Betts 14-1 werden außerdem durch die Seitenplatte 32 daran gehindert, die lastentragende Hülse 12 zu berühren. Schließlich werden auch durch diese Anordnung Wärmeverluste verringert.

Viertens betritt Gas das erste Bett 14-1 von einer Kammer 40, die sich rund um den Umfang des ersten Betts erstreckt, so daß die lokale Geschwindigkeit des Gases, welches das erste Bett betritt, viel geringer ist, als es der Fall ist, wenn das Gas das erste Bett direkt aus einem Kanal betritt. Deshalb ist nur wenig oder gar kein Schutz der Oberseite des ersten Katalysatorbetts mit Hilfe einer Schicht von Steinen erforderlich.

Fünftens ist das üblicherweise komplizierte Balgsystem über­ flüssig, das zum Führen der heißen Gase vom ersten Bett 14-1 aus dem Konverter erforderlich ist, da die heißen Gase aus dem ersten Bett 14-1 über einen inneren axialen Wärmeaus­ tauscher direkt nach oben zum zweiten Bett 14-2 geführt werden. Weiterhin treffen die sich aus dem ersten Bett nach oben bewegenden Gase nach dem Verlassen der Wärme­ austauscherrohre 66 auf das kuppelförmige Dach 70 des Konverters und werden dadurch nach außen geleitet, wodurch auch die lokale Geschwindigkeit des Gases verringert wird, das das zweite Bett 14-2 betritt. Somit ist also der Kata­ lysator im Bett 14-2 ebenfalls weniger durch das Gas ge­ stört, weshalb er weniger oder gar keinen Schutz durch eine Steineschicht braucht.

Sechstens erlauben die vorher hergestellten Trennplatten 20, 22, 24 und die Bodenplatte 34 eine vollständige Ab­ dichtung zwischen den Stufen des Konverters, wobei die Wahrscheinlichkeit von Brüchen in den Schweißnähten stark verringert wird, welche dadurch entstehen, daß die Platten beim Gebrauch durchhängen. Dies verringert die Wahrschein­ lichkeit, daß SO₂ enthaltendes Gas an den Betten des Kon­ verters vorbeiströmt.

Siebtens gestatten die Übergangsplatten 114, 120 zusammen mit den Ausschnitten 110, 118 in den Trennplatten 24, 20 die Verwendung von Austritten mit größerem Durchmesser ohne daß komplizierte hornförmige Kanäle zwischen den Austritts­ kanälen und dem Konverter nötig wären. Hierdurch werden nicht nur die Kosten der Konstruktion, sondern auch der Platz­ bedarf der Anlage verringert, da hornförmige Kanäle einen beträchtlichen Raum brauchen.

Zwar haben die Trennplatten 20, 22 24 und die Bodenplatte 34 üblicherweise eine doppelt gekrümmte Form, d. h. also die Oberfläche eines Rotationskörpers, aber diese Form ist mit großen Abmessungen in der Tat schwierig herzustellen. Deshalb kann man gegebenenfalls die Platten 20, 22, 24, 34 mit einer einfach gekrümmten Form herstellen, d. h. also als eine Reihe von Segmenten ähnlich einem Regenschirm, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist. In Fig. 4 sind die einzelnen Segmente eines Teils einer Trennplatte 20 mit 150 bezeichnet, wobei jedes Segment die Form der Oberfläche eines Rotationskörpers aufweist. Die Segmente 150 sind entlang ihren Rändern 152 zusammengeschweißt, so daß eine nach unten gewölbte regen­ schirmförmige Trennplatte 20 entsteht.

Beim Gebrauch und während der Erhitzung der Trennplatte 20 wird die in Fig. 4 gezeigte Form tatsächlich als nahezu echte doppelt gekrümmte Form durchhängen, ohne daß Spannun­ gen erzeugt werden, welche das Metall oder die Schweißnähte brechen, die entweder zwischen den Segmenten oder zwischen den Segmenten und der Hülse und dem Zentralrohr vorhanden sind.

Die Katalysatorträgeranordnung die näher in den Fig. 2 und 5 gezeigt. Die Katalysatorträgerplatte 18-1 (welche typisch für alle Katalysatorträgerplatten ist) besitzt eine Anzahl Löcher 153 mit beträchtlicher Größe, beispielsweise mit einem Durchmesser von 5 cm bei einem Mittelpunktsabstand von 15 cm. Die Platte 18-1 trägt eine Schicht aus Streckmetall 154 aus rostfreiem Stahl. Das Streckmetall 154 ist sehr grob und kann typischerweise aus einem Blech aus rostfreiem Stahl mit einer Stärke von ungefähr 3,5 mm hergestellt sein. Nach der Verarbeitung in ein Streckmetall besitzt die Platte eine Dicke von ungefähr 9,5 mm mit Rauten 156 der Abmessungen ungefähr 75 mm × 25 mm und mit Ligamenten 158 von ungefähr 3,5 mm × 3,5 mm.

Das Streckmetall 154 trägt eine zweite und weniger grobe Schicht aus Streckmetall 160 aus rostfrei m Stahl, welches typischerweise aus einem Material einer Dicke von etwa 1,2 mm hergestellt ist, eine Stärke der Ligamente von ungefähr 2,5 × 2,5 mm aufweist und Öffnungen bzw. Rauten mit einer Größe von ungefähr 19 mm × 6,25 mm besitzt.

Die obere Schicht des Streckmetalls 160 trägt eine Stein­ schicht 164, welche verhindert, daß Katalysatorstücke 166 den rostfreien Stahl berühren, da der Katalysator die Neigung besitzt, in den Öffnungen jedes Metalls, welches ihn berührt, einzuschmelzen bzw. einzufließen. Wenn das Streckmetall 160 aus einem Material besteht, auf dem der Katalysator nicht fließt, dann können die Steine 164 weggelassen werden.

Das grobe Streckmetall 154 besitzt ungefähr 70% Durchgänge, das feine Streckmetall 160 ungefähr 60% Durchgänge, die Steine 164 ungefähr 50% Durchgänge und der Katalysator 14-1 ungefähr 36% Durchgänge bei zylindrischen Katalysator­ stücken 166 und etwas mehr bei rohrförmigen Katalysator­ stücken. Das Streckmetall 154 gestattet es, daß Gase durch den Katalysator 14-1 und die Steine 164 mit einem minimalen Rückdruck in die Löcher 153 der Trägerplatte 18-1 fließen, wie dies durch Pfeile 168 in Fig. 5 angedeutet ist.

In Fig. 6 beziehen sich mit zwei Apostrophen versehene Bezugszeichen auf die gleichen Teile mit den entsprechenden Nummern der Fig. 1 bis 5. Fig. 6 zeigt einen Konverter für die Verwendung in dem Fall, daß das Schwefeldioxid in einer metallurgischen Anlage und nicht in einer Schwefel­ verbrennungsanlage erhalten wird, wie dies bei den vorher­ gehenden Ausführungsformen vorausgesetzt wurde. Wenn das Schwefeldioxid enthaltende Speisegas aus einer metallurgi­ schen Anlage erhalten wird, dann muß das Gas vor dem Ein­ tritt in den Konverter gereinigt werden und wird deshalb kühler sein als ein Gas, das von einem Schwefelverbrennungs­ ofen kommt. Deshalb betritt das Speisegas nunmehr den Kon­ verter an der oberen Öffnung 74′′ und strömt dann durch den Wärmeaustauscher nach unten, wo es das Gas in den Rohren 66′′ aus dem ersten Bett 14-1′′ abkühlt und selbst vor dem Ein­ tritt in das erste Bett erwärmt wird.

Nachdem das Speisegas, das durch Pfeile 182 angedeutet ist, das letzte Ringleitblech 84′′ passiert hat, betritt es den Raum über dem ersten Bett 14-1′′ über eine Reihe von um den Umfang verteilten Löchern 184 im Zentralrohr 16′′. Die Kammer 54 ist weggelassen, aber die Seitenplatte 32′′ verhindert auch hier, daß das erste Bett und die heißen Gase unter ihm die Hülse 12′′ berühren.

Der Rest des Systems von Fig. 6 ist das gleiche wie das­ jenige von Fig. 1 bis 5, außer daß das Gas aus dem Zwi­ schenabsorber (nicht gezeigt) nunmehr das dritte Bett 14-3′′ über eine Eintrittsöffnung 186 in der Seite der Hülse 16′′ betritt. Um lokale Gasgeschwindigkeiten zu verringern, ist eine zweite Trennplatte 188 vorgesehen, und zwar im Abstand unterhalb der Trennplatte 20′′, so daß dazwischen eine Kammer 189 definiert wird. Das Gas aus der Öffnung 186 strömt durch eine Reihe von um denk Umfang angeordneter Öffnungen 190 in einer kreisförmigen Platte 192, die sich zwischen den Trennplatten 20′′ und 188 erstreckt. Das Gas strömt durch eine Reihe von auf dem Umfang angeordneter Öffnungen 194 und in den Raum über dem Bett 14-3′′.

Da die Öffnungen 186 sich über der Trennplatte 20′′ und unter der Trennplatte 188 erstrecken, sind Ausschnitte 196 bzw. 198 in diese Platten eingeschnitten, wobei weiterhin Übergangsplatten 200 und 202 in diese Ausschnitte einge­ schnitten sind, wie dies bereits weiter oben beschrieben ist.

Claims (9)

1. Konverter für die Umwandlung von SO₂ in SO₃ mit:
einer äußeren Hülse (12) aus einem starken, wärmebeständigen schweißbaren nichtrostenden Stahl;
einem innerhalb der Hülse (12) konzentrisch angeordneten verti­ kalen Zentralrohr (16) aus dem genannten nichtrostenden Stahl;
einer Vielzahl von ringförmigen Katalysatorbetten (14-1, 14-2, 14-3, 14-4) innerhalb der Hülse (12), die so übereinander ange­ ordnet sind, daß das unterste Bett (14-1) das erste Katalysator­ bett in dem Konverter ist, ein zweites der genannten Betten (14-2) an der Oberseite des Konverters angeordnet ist und daß die weiteren Katalysatorbetten (14-3, 14-4) wenigstens ein drittes Bett (14-3) umfassen, das zwischen dem ersten Bett (14-1) und dem zweiten Bett (14-2) angeordnet ist;
einer Vielzahl von gewölbten Trennplatten (20, 22, 24) aus dem genannten nichtrostenden Stahl jeweils zwischen einem Paar von benachbarten Katalysatorbetten sowie einer Vielzahl von Träger­ platten (18-1, 18-2, 18-3, 18-4) aus dem genannten nichtrostenden Stahl, wobei jeweils eine dieser Trägerplatten eines der genannten Katalysatorbetten trägt; und
einer Einrichtung zum Zuführen eines SO₂ enthaltenden Gases zum untersten Katalysatorbett (14-1), einer Einrichtung zum Überfüh­ ren des Gases vom untersten Katalysatorbett (14-1) zu dem zweiten Katalysatorbett (14-2), einer Einrichtung zum Weiterleiten des Gases von dem zweiten Katalysatorbett (14-2) wenigstens zu dem dritten Bett (14-3) der weiteren Betten,
sowie mit einer Einrichtung zum Ableiten des SO₃ enthaltenden Gases aus dem Konverter, nachdem es die Katalysatorbetten durch­ strömt hat,
dadurch gekennzeichnet, daß auch jede der Trägerplatten (18-1, 18-2, 18-3, 18-4) gewölbt ausgebildet ist
und daß der Konverter eine Wärmeaustauscheinrichtung (66) auf­ weist, die sich vertikal innerhalb des Zentralrohrs (16) in axialer Anordnung erstreckt und eine obere Öffnung (74) für die Aufnahme von abgekühltem, SO₂ enthaltendem Gas aufweist, wobei die Wärmeaustauscheinrichtung (66) Mittel zum Überleiten von heißem Gas aus dem ersten Katalysatorbett (14-1) zum zweiten Katalysa­ torbett (14-2) und zum Abkühlen des Gases durch Wärmeaustausch mit dem entgegenströmenden abgekühlten Gas aufweist, und wobei die Wärmeaustauscheinrichtung (66) ferner Mittel (100) zum Über­ führen des abgekühlten Gases nach seiner Erwärmung durch Wärme­ austausch mit dem heißen Gas zu dem dritten Katalysatorbett (14-3) aufweist.

2. Konverter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennplatte (20, 24) über einem darunterliegenden Katalysatorbett (14-1, 14-3) in einem Abstand unterhalb der Trägerplatte (18-2, 18-4) des darüberliegenden weiteren Katalysatorbetts (14-2, 14-4) angeordnet ist, so daß zwischen beiden ein Raum definiert wird, und daß die Hülse (12) unterhalb der Trägerplatte (18-2, 18-4) des weiteren Katalysatorbetts (14-2, 14-4) eine Öffnung (72, 108) aufweist, die einen Gasfluß zwischen dem genannten Raum und dem Raum außerhalb des Konverters ermöglicht, wobei der Durchmesser dieser Öffnung (72, 108) größer ist als die Höhe des Raums zwischen der Trägerplatte (18-2, 18-4) und der Trennplatte (20, 24) und wobei die Trennplatte (20, 24) einen Ausschnitt (118, 110) solcher Art aufweist, daß der Rand dieses Ausschnitts (118, 110) die Ränder der Öffnung (72, 108) trifft, und wobei zwischen dem Rand des Ausschnitts (118, 110) und dem Teil der Öffnung (72, 108), der unterhalb der Trennplatte (20, 24) liegt, eine den Ausschnitt (118, 110) schließende Übergangsplatte (120, 114) aus dem genannten nichtrostenden Stahl, aus dem auch die Trägerplatte besteht, angeordnet ist.

3. Konverter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche des Ausschnitts (118, 110) wenigstens gleich der Fläche desjenigen Teils der Öffnung (72, 108) ist, der unterhalb der Trennplatte (20, 24) liegt.

4. Konverter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß außerdem um das unterste Katalysatorbett (14-1) eine Kammer (40) ausgebildet ist, die sich bis über das erste Katalysatorbett (18-1) erstreckt, und daß die Kammer (40) mit einer Gaseintritts­ öffnung (44) und einer Gasaustrittsöffnung (50) in Form einer Reihe von um den Umfang der Kammer (40) herum angeordneten Löchern in der Kammerwand versehen ist, wobei die Gasaustritts­ öffnung die Kammer (40) mit dem Raum über dem ersten Katalysator­ bett (14-1) verbindet und über der Gaseintrittsöffnung (44) angeordnet ist und die Kammer (40) und die Gaseintritts- (44) und Gasaustrittsöffnung (50) so angeordnet sind, daß Gas, das durch die Gaseintrittsöffnung (44) einströmt, seine Richtung scharf ändern muß, um in die Kammer zu gelangen und zu der Gasaustritts­ öffnung (50) zu strömen, so daß es zu einer Abscheidung von mit dem Gas mitgeschleppten Teilchen kommt.

5. Konverter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Katalysatorbett (14-1) so von der inneren Kammerwand getragen wird, daß der Wärmeübergang zwischen dem untersten Katalysatorbett (14-1) und der Hülse (12) vermindert ist.

6. Konverter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als weiteres Katalysatorbett außer dem dritten Katalysatorbett (14-3) ferner ein viertes Katalysatorbett (14-4) vorhanden ist, das unterhalb des dritten Katalysatorbetts (14-3) angeordnet ist, wobei ferner eine Einrichtung (104) zum Überführen von Gas aus dem dritten Katalysatorbett (14-3) zu dem vierten Katalysatorbett (14-4) vorhanden ist, und wobei weiterhin eine Einrichtung (26, 106) zum Einspritzen von kaltem Abschreckgas in das Gas vorhanden ist, welches vom dritten Katalysatorbett (14-3) zum vierten Katalysatorbett (14-4) strömt.

7. Konverter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Tragen des ersten Katalysatorbetts (14-1) eine Seitenwand (32) in Form eines umgekehrten Kegelstumpfes aufweist, wobei diese Seitenwand (32) einen oberen Rand aufweist, der mit der Hülse (12) verbunden ist, und das erste Katalysatorbett (14-1) von der Seitenwand (32) so getragen wird, daß sie die Hülse (12) vor einem direkten Kontakt mit dem heißen Katalysator im ersten Katalysatorbett (14-1) und vor dem heißen Gas aus dem ersten Katalysatorbett (14-1) schützt.

8. Konverter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Trägerplatten (18-1, 18-2, 18-3, 18-4) eine Anzahl von Öffnungen (153) aufweisen, daß auf diesen Trägerplat­ ten (18-1, 18-2, 18-3, 18-4) ein grobes Streckmetall (154) ange­ ordnet ist und darauf ein feines Streckmetall (160) und darauf Mittel (164) zum Tragen des Katalysators (166) durch das feine Streckmetall (160) auf eine solche Weise, daß ein direkter Kon­ takt des Katalysators (166) mit dem Streckmetall (160) verhindert wird.

9. Konverter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das grobe Streckmetall (154) etwa 70% Durchgangsöffnungen und das feine Streckmetall (160) etwa 60% Durchgangsöffnungen aufweist.