DE3310779A1

DE3310779A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von schwefelsaeure

Info

Publication number: DE3310779A1
Application number: DE19833310779
Authority: DE
Inventors: Peter Carl 2970 Hoersholm Sehestedt Schoubye
Original assignee: Haldor Topsoe AS
Current assignee: Topsoe AS
Priority date: 1982-03-25
Filing date: 1983-03-24
Publication date: 1983-09-29
Also published as: SE8301537D0; CA1205614A; FR2523948A1; GB2117368A; SE8301537L; DK155723C; DK155723B; GB2117368B; JPS5918103A; DK136182A; GB8308081D0

Description

ft <1

Anwaltsakte: 32 725 ~ S ~~

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Schwefelsäure, wobei in einem als Wärmeaustauscher konstruierten Schwefelsäureturm, der eine Vielzahl von äußerlich gekühlten vertikalen säurefesten Rohren aufweist, ein Gasstrom mit einer Temperatur von 240 bis 330⁰C, der Schwefeltrioxid und Schwefelsäuredampf in einer Gesamtmenge von bis zu 10 Vol.-% und Wasserdampf in einer Menge von bis zu 50 Vol.-% enthält, wobei die untere Grenze des Verhältnisses Wasserdampf/SO₃ 1:1 ist, aufwärts durch die vertikalen Rohre geführt wird, um Schwefelsäure als einen an den inneren Rohrwänden abwärts fließenden Flüssigkeitsfilm zu kondensieren.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Aus der US-PS 4 348 373 ist ein Verfahren zur Herstellung von Schwefelsäure bekannt, bei welchen in einem Schwefelsäureturm ein Gasstrom, der Schwefeltrioxid und Schwefelsäuredampf in einer Gesamtmenge von bis zu 10 Vol.-% und bis zu 50 VoI.-% Wasserdampf (d.h. Dampf) enthält, im Gegenstrom mit gebildeter flüssiger Schwefelsäure durch eine Konzentrationszone, welche Füllkörper enthält, die mit Schwefelsäuretröpfchen benetzt sind, und nachfolgend eine Absorptionszone, worin Schwefelsäuredampf in rückgeführter Schwefelsäure auf damit benetzten Füllkörpern absorbiert wird, geführt wird. Es wird eine wesentliche Verringerung der Menge an erzeugtem Schwefelsäure-Nebel erzielt, wenn in dem Schwefelsäureturm derartige Temperaturbedingungen aufrechterhalten werden, daß die Rückführsäure vom Turm bei einer Temperatur T₄ ⁰C entfernt wird, welche

durch die Formel

T₄ > 140 + 6o( + ß + 0,2(T₁-T₀)

bestimmt wird, worin ot die Konzentration in Vol.-% von SO-. + H_SO₄-Dampf in dem Einlaßgas ist, welches in den Turm eintritt, ß die Konzentration des Wasserdampfes in demselben Einlaßgas bedeutet, T₁ die Temperatur desselben Einlaßgases in ⁰C und T-, den Taupunkt des Schwefelsäuredampfes in demselben Einlaßgas darstellt. Die stark reduzierte Menge an Säurenebel bewirkt, daß Filter für das Auslaßgas, die in dem Zugrohr des Turms angeordnet sind, kleiner dimensioniert werden können als ansonsten notwendig, wenn zur gleichen Zeit Gehalte von Säurenebel unterhalb von 5 bis 10 mg/Nm³ in dem Auslaßgas in diesen Filtern erhalten werden, und schließlich werden sie lediglich zu einem geringen Grad beladen, wodurch der Druckabfall und somit der Energieverbrauch in dem Turm wesentlich verringert werden. Darüber hinaus kann der Durchmesser des Turms verringert werden und eine Füllung zum Abfangen der Säuretropfen kann durch eine einfache Entnebelungsvorrichtung ersetzt werden. Die Füllkörper können größer gestaltet werden, wodurch ebenfalls der Druckabfall verringert wird.

Jedoch bringt das zuvor beschriebene Verfahren noch bestimmte Nachteile mit sich.

Einer dieser Nachteile besteht darin, daß die Rückführsäure normalerweise mit Wasser gekühlt werden muß, wodurch die durch Abkühlung des Gases und Kondensation der Schwefelsäure erzeugte Wärme im allgemeinen im Kühlwasser verlorengeht oder lediglich als Warmwasser zur Beheizung von Häusern verwendet werden kann.

Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß das Zirkulationssystem für die Schwefelsäure mit Säurekühlern und Pumpen, die dazu gehören, eine große Investition darstellt und Schwierigkeiten beim Betrieb und Aufrechterhaltung bewirken kann.

Ein dritter Nachteil besteht darin, daß die im obersten Bereich in der Kondensationszone zirkulierende Schwefelsäure Wasserdampf aus der Gasphase absorbiert und im Falle eines großen Überschusses an Wasserdampf in dem Gas bringt das eine große Wärmeerzeugung mit sich, die auf das Auslaßgas vom Turm übertragen wird, wodurch das Auslaßgas eine Temperatur erhält, die bis zu 50° höher als diejenige des Kühlers ist und so hoch wird, daß verhältnismäßig teure Konstruktionsmaterialien für den Nebelfilter erforderlich sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, die zuvor beschriebenen Nachteile zu überwinden und zur gleichen Zeit einen geringen Grad an Säurenebel-Bildung aufrechtzuerhalten. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, indem die Rohre in dem Schwefelsäureturm mit Luft gekühlt werden, die über mindestens eine Einlaßöffnung in der Nähe des Turmkopfes eingelassen wird und über mindestens eine Auslaßöffnung in der unteren Hälfte des Turmes ausgelassen wird, wobei die Kühlung mittels der Fließgeschwindigkeit der Kühlluft reguliert wird und den Abstand vom Boden des Turms, an dem sie ausgelassen wird, so daß die Kühlluft aus dem Turm bei einer Temperatur T₄ ⁰C ausgelassen wird, die durch die Formel

T₄ > 125 + 6o< + ß + 0,2(T₁-T₀)

bestimmt wird, worin </ die Konzentration in Vol.-% von SO + H₂SO₄-Dampf in dem Speisegas strom ist, der dem Turm

-ε -

zugeführt wird, ß die Konzentration in Vol.-% an Wasserdampf in demselben Speisegas, T₁ die Temperatur desselben Speisegases in ⁰C und T, der Taupunkt des Schwefelsäuredampfes in demselben Speisegas in ⁰C ist, wobei die Schwefelsäure als ein Flüssigkeitsfilm kondensiert wird, der an der Innenwand der Rohre abwärts fließt, wobei die Flüssigkeit durch Kontakte mit dem heißen Speisegas zu einer Konzentration von 93 bis 98 Gew.-% H„SO. konzentriert wird.

Dadurch wird erreicht, daß die erzeugte Wärme der Verfahrensluft oder den Verfahrensgasen bei Temperaturen in der Nähe von 200⁰C übertragen wird, wodurch die Wärme in einer wertvolleren Weise verwendet werden kann, z.B. zum Vorwärmen der Verfahrensluft oder der Verfahrensgase, wodurch die Dampferzeugung entsprechend erhöht wird, oder zur Konzentration verdünnter Schwefelsäure in Anlagen, wo das hier beschriebene Verfahren zur Wiederaufbereitung verbrauchter Schwefelsäure verwendet wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist auf den gleichen Grundsätzen wie der technische Hintergrund insoweit aufgebaut, als die Bildung von Säurenebel betroffen ist, d.h. daß Säurenebel vermieden wird, wenn der gashaltige Schwefelsäuredampf nirgendwo in Kontakt kommt mit Oberflächen/ die kälter als 20 bis 50° unterhalb des Taupunktes der Schwefelsäure des Gases liegen.

Die Erfindung betrifft auch die Vorrichtung, die derart gestaltet ist, daß sie einen Wärmeaustauschturm, der mit Kopf- und Bodenabdeckungen, einem Bündel vertikaler säurefester Rohre und zwei horizontalen Rohrblechen, die drei Abteilungen des Turmes bilden, welche nicht direkt miteinander in Verbindung stehen, versehen ist, wobei die obere Abteilung durch das obere Rohrblech und die Kopfabdeckung

• · β

* « O - C Be- *

definiert wird und mit dem Inneren der Rohre in Verbindung steht und mit einer Abzugsöffnung versehen ist, das Mittelteil, welches durch die zwei Rohrbleche definiert ist, an seinem obersten Teil mit mindestens einer Einlaßöffnung für Kühlgas und in seiner unteren Hälfte mit mindestens einer Auslaßöffnung für Kühlgas versehen ist, und das untere Abteil, welches durch das mittlere Rohrblech und die Bodenabdeckung definiert ist, welches mit dem Inneren der Rohre in Verbindung steht, und mit einer Einlaßöffnung für Speisegas versehen ist. Die Vorrichtung ist natürlicherweise auch mit Ventilen, Pumpen und anderen Einrichtungen ausgestattet, um genaue Gas- und Flüssigkeits-Geschwindigkeiten und genaues Kühlen der Kühlluft zu gewährleisten, einschließlich der Mittel zur Lenkung des Auslasses der Kühlluft bei gewünschten Niveaus oberhalb des Turmbodens und Mitteln zur Kontrolle der Fließrichtungen.

Das charakteristische Merkmal der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß die Kühlrohre sich unterhalb des unteren Rohrbleches in das untere Abteil hinein erstrecken. Dadurch wird gewährleistet, daß der untere Teil des Rohrbündels nicht von außen gekühlt wird, wodurch das Verfahren zur Konzentration der Schwefelsäure verbessert wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung werden nachfolgend in größeren Einzelheiten unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.

Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Fig. 2 zeigt einen Teil eines Rohres und das unterste Rohrblech in der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung.

— 6 —

Fig. 3 zeigt eine Pilot-Anlage, in welcher die in dem Beispiel beschriebenen Versuche durchgeführt wurden.

Ein Einlaßgas, welches bis zu 50 % H₃O und bis zu 10 % H^SO.-Dampf und SO., enthält, und mit einer unteren Grenze des Verhältnisses von Wasserdampf zu SO₃ von 1:1 wird in den Turm durch ein säurebeständiges Rohr 1 in ein Abteil oder eine Kammer 2 eingespeist, von wo das Gas weiter nach oben durch säurebeständige Rohre 7 wandert.

In dem Teil der Rohre 7, der zwischen den Rohrblechen 5 und 10 angeordnet ist, und als Kondensationszone bezeichnet wird, wird das Gas gekühlt und die Schwefelsäure kondensiert an der Innenwand der Rohre als ein abwärts fließender Flüssigkeitsfilm, der nach Passieren der Kondensationszone zu 94 bis 98 %-iger Schwefelsäure durch Hindurchführen durch eine Konzentrationszone konzentriert wird. In der bevorzugten Ausführungsform setzt sich die Konzentrationszone zusammen aus dem unteren Teil der Rohre 7, welcher in dieser Ausführungsform sich unter das untere Rohrblech 5 in einer Länge a in die Kammer 2 hinein erstreckt, wo keine äußere Kühlung der Rohre 7 stattfindet. Wenn die Rohre 7 sich in die Kammer oder das Abteil 2 hinein erstrecken, so erstrecken sie sich vorzugsweise in einer Länge von 0,4 bis 0,8 m hinein.

Die Erstreckung der Rohre 7 in die Kammer 2 unterhalb des unteren Rohrbleches 5 ist, wie erwähnt wurde, die bevorzugte Ausführungsform; jedoch ist es auch möglich, die Rohre 7 so anzuordnen, daß sie am unteren Rohrblech enden und in anderer Weise gewährleisten, daß das untere Ende davon nicht äußerlich gekühlt wird. In gleicher Weise ist es möglich, die Konzentration des flüssigen Films nach dessen Durchlauf durch die Rohre, z.B. über Füllkörper, die in

Kammer 2 angeordnet sind, durchzuführen.

Die Rohre 7 haben typischerweise einen inneren Durchmesser von 25 bis 35 mm und können im Prinzip aus beliebigem säurefesten Material hergestellt sein, welches eine thermische Leitfähigkeit von mindestens 0,5 kcal/h besitzt und welches die benötigten mechanischen Eigenschaften unter den aktuellen Bedingungen aufweist. Ein bevorzugtes Rohrmaterial ist Glas.

Am Rohrblech 5 befinden sich Gas und Flüssigkeit im Dampfdruck-Gleichgewicht bezüglich H_?O und H₂SO. am Taupunkt der Säure, der typischerweise zwischen 230 und 26O⁰C liegt in Abhängigkeit von den Gehalten an H_O und H₂SO. in dem Gas.

Die Dampf phasen-Hydrolyse von SO->, die möglicherweise in dem Speisegas abläuft, verläuft rasch bis zum Abschluß in dem unteren Teil der Rohre 7, so daß H SO.-Dampf gebildet wird.

Die Kühlluft wird durch einen Einlaßkanal oder öffnung 12 (eine Vielzahl derartiger Einlasse kann vorhanden sein) am oberen Teil des Mittelabteils, welches durch die beiden Rohrbleche definiert ist, eingeführt und passiert die Außenfläche der Rohre 7 derart, daß deren wirksame Kühlung gewährleistet wird. Danach wird die Luft durch ein oder mehrere Auslaßkanäle oder öffnungen 13 und 14, die in der unteren Hälfte des Mittelabteils des Turrrö angeordnet und vorzugsweise auf unterschiedlichen Niveaus angeordnet, d.h. in unterschiedlichen Höhen oberhalb des Rohrbleches 5, ausgelassen. Eine wirksame Kühlung kann beispielsweise unter Zuhilfenahme horizontaler Führungsplatten 9, die schräg zu den Rohren 7 angeordnet sind, sich jedoch nicht über den gesamten Querschnitt des Turms erstrecken, gewähr-

-A-

leistet werden. Dadurch ist es erfindungsgemäß möglich, das Mittelabteil in untereinander gelegene Abteile zu unterteilen, so daß die Kühlluft vom Kopf abteilungsweise in einem diagonalen Fluß entlang den Rohren und abwärts strömt. Um den Kühleffekt in dem kritischen unteren Teil der Kondensationszone zu ermöglichen, können geeignete Regulierungsmittel, wie Ventile (nicht dargestellt) vorhanden sein, um den Auslaß eines Teils der Kühlluft über die Auslaßöffnung 14 etwas oberhalb der Auslaßöffnung 13 zu erlauben. In ähnlicher Weise ist es möglich, die gesamte Menge der Kühlluft über die öffnung 14 auszulassen, wodurch ein Kühlen des unteren Teils der Rohre 7 in der Kondensationszone vermieden wird. Jedoch wird erfindungsgemäß der Hauptteil der Kühlluft über die untere öffnung ausgelassen. Zur Vermeidung von Säurenebel wurde als bedeutsam herausgefunden, daß die Temperaturdifferenz zwischen den Flüssigkeitsfilm auf der Innenseite der Rohre 7 und dem aufwärts strömenden Gas unterhalb einer bestimmten Grenze liegt, die am niedrigsten am Boden der Rohre 7 ist, wo die Gasphasenkonzentration der Schwefelsäure am höchsten ist. Die zulässige Temperaturdifferenz kann am Kopf des Turms beträchtlich höher liegen, eine Tatsache, die in dem beschriebenen Experiment in größeren Einzelheiten erläutert wird.

In Fig. 2 ist ein radiales Temperaturprofil dargestellt, welches nach bekannten Prinzipien berechnet wurde, durch den unteren Teil der Kondensationszone. 70 bis 80 % der gesamten Temperaturdifferenz zwischen der Kühlluft und dem Gas in den Rohren ist über dem Gasfilm auf der Innenseite der Rohre vorhanden, da die Gasgeschwindigkeit hier an keiner Stelle 5 bis 6 πι/sec überschreiten muß. Es wurde gefunden, daß der Schwefelsäure-Flüssiqkeitsfilm durch den Gasstrom bei höheren Gasgeschwindigkeiten aufwärts befördert wird; hierdurch wird ein Teil der Schwefelsäure mit dem Flüssig-

9 -

keitsfilm nach oben gefördert und tritt aus dem Rohr in Form von Tröpfchen in dem Gasstrom aus. Durch Experimente wurde gefunden, daß.diese kritische Gastemperatur praktisch dieselbe ist für alle Rohrdurchmesser von 20 bis 45 mm.

Erfindungsgemäß wird der Säureturm vorzugsweise derart dimensioniert, daß eine maximale Lineargeschwindigkeit von 5 m/sec in dem Teil der Rohre erreicht wird, wo der Flüssigkeitsfilm an kondensierter Schwefelsäure im Gegenstrom mit dem Gas abwärts fließt, wobei die Geschwindigkeit gerade oberhalb der unteren Rohröffnungen am höchsten ist, wo Gastemperaturen von 250 bis 270⁰C erwartet werden können. Die Berechnung von Länge und Anzahl der Rohre 7 wird auf der Basis von bekannten Prinzipien zur Berechnung von Wärmetransportzahlen mit und ohne Kondensation an der Rohrwand durchgeführt.

Das in dem Beispiel beschriebene Experiment zeigt, daß bei Rohren mit einem Innendurchmesser von 35 mm eine im wesentlichen vollständige Konzentration der Säure erreicht wird, wenn die Länge a der Rohre 7 unterhalb des unteren Rohrbleches 5 bei etwa 6 00 mm oder mehr liegt.

Die Tabelle faßt die Ergebnisse der Experimente zur Kondensation von Schwefelsäuredampf nach den zuvor beschriebenen Prinzipien in Glasrohren mit einem Innendurchmesser von 35 oder 25 mm unter Verwendung eines Speisegases für den Glasrohrturm, das 10 % H₃O und 1,0, 3,5 oder 6 % H₂SO₄-Dampf enthält und in einem Experiment 3 0 % H_O enthält, zusammen. Die Gasgeschwindigkeit in den Glasrohren betrug 4,5 bis 5 m/sec, berechnet bei 250⁰C. Die Einlaßtemperatur des zum Glasrohrturm geleiteten Gases betrug in allen Experimenten 290 bis 300⁰C. Die Auslaßtemperatur betrug 100 bis

- 10 -

120°C, was mehr als die übliche Temperatur ist, aus Gründen des Energiehaushalts, wie es in industriellen Anlagen erwünscht ist. Die hohe Austrittstemperatur beruht auf der Tatsache, daß verhältnismäßig kurze Glasrohre für die Experimente ausgesucht wurden, d.h. Rohre mit einer Länge von 4,5 m. Dies ist jedoch ohne jegliche Konsequenz für die Untersuchung der Bildung von Säurenebel, da der Säurenebel ausschließlich in dem Teil der Glasrohre gebildet wird, wo die Säure kondensiert, da praktisch nicht mehr Säure kondensiert werden kann, wenn die Gastemperatur lediglich etwa 100 bis 120⁰C oder weniger beträgt; in ähnlicher Weise können, wie zuvor erwähnt wurde, die Temperaturdifferenzen viel größer sein, ohne daß die Bildung von Säurenebel durch Kondensation bewirkt wird, wenn die Gasphase bei niedrigen Temperaturen gesättigt ist.

Der Tabelle ist zu entnehmen, daß die Temperatur T. der Kühlluft um die Rohre herum in dem unteren Teil der Kühlzone (oberhalb des unteren Rohrbleches) danach bestimmt wird, ob wesentliche Mengen an Säurenebel in dem Auslaßgas vorhanden sind. Während der Experimente konnte beobachtet werden, daß der Säurenebel gerade oberhalb des unteren Rohrbleches gebildet wurde und daß er offensichtlich unbeeinflußt durch das Rohr hindurch austrat, wenn er einmal gebildet wurde. Darüber hinaus wurde gefunden, daß bei einer höheren Temperatur T. gearbeitet werden mußte, je mehr Schwefelsäur edampf und Wasserdampf in dem Gas vorhanden waren, um die Bildung von Säurenebel zu vermeiden. Qualitativ ist dies der Situation recht ähnlich, die in der zuvor angegebenen US-Patentbeschreibung angegeben wird, nach welcher das Kühlmittel anstelle von Luft zirkulierende Schwefelsäure in direktem Kontakt mit dem Gas in einem Rieselturm war. Im wesentlichen besteht der Unterschied darin, daß bei der Verwendung von Luft als Kühlmittel der Betrieb bei einer

- 11 -

Auslaßtemperatur des Kühlmittels durchgeführt werden kann, die hier etwa 15⁰C niedriger ist als bei der Verwendung von Säure in dem Rieselturm, was nachfolgend genauer beschrieben wird. Auf der Basis dieser experimentellen Ergebnisse ist es möglich, die nachfolgende Gleichung zur Bestimmung der Temperatur T. der Luft, die aus dem Schwefelsäureturm austritt, aufzustellen, wobei die Temperatur T₄ derart ist/ daß oberhalb dieser Temperatur gearbeitet werden sollte, um größere Mengen an Säurenebel in dem Verfahrensgas ', welches aus dem Turm austritt, zu vermeiden:

T₄ > 125 + 6* + ß - 0,2(T₁-T₀)⁰C .

Darin bedeutet o( die Konzentration in Vol.-% von SO₃ + H^SO.-Dampf in dem Einlaßgas zu dem Turm, ß die Konzentration in Vol.-% an Wasserdampf in demselben Einlaßgas, T. die Temperatur desselben Einlaßgases in ⁰C und T, den Taupunkt des Schwefelsäure-Dampfes in demselben Einlaßgas in ⁰C.

Ein Teil der Erklärung für die Tatsache, daß die kritischen Werte von T₄ hier bei etwa 15⁰C niedriger als für den Rieselturm liegen, ist wahrscheinlich die Tatsache, daß die kritische Temperatur in Wirklichkeit die Temperaturdifferenz T_fi-T_ zwischen dem Flüssigkeitsfilm auf der Innenwand der Glasrohre und der Temperatur in der Kondensations-Gasphase (vgl. Fig. 2) ist. T₂ liegt üblicherweise 5 bis 10⁰C oberhalb von T,, berechnet für das Ein^aßgas, da eine gewisse Verdampfung an Säure in der Konzentrationszone stattfindet in Abhängigkeit von der Überschußtemperatur des Einlaßgases; die Gleichung berücksichtigt dies durch den Teil 0,2(T₁-T^). Bezüglich T_g wird die Gleichung

T₆ = T₄ - ΔΤ

- 12 -

angewendet; Λ T bedeutet darin die Summe des Temperaturabfalls über den Gasfilm auf der Luftseite und den Temperaturabfall durch die Rohrwand. Δ Τ ist darüber hinaus annähernd die Temperaturdifferenz, die in bekannten Verfahren für die Wärmetransport-Werte in der Testaufstellung berechnet wird, die ferner den Wärmetransport-Werten für Schwefelsäuretürme gemäß der Erfindung zur industriellen Verwendung entspricht. Es kann erwartet werden, daß für Schwefelsäuretürme mit besseren oder schlechteren Wärmeübergangs-Bedingungen an der Kühlseite der Rohre Randwerte von T. erwartet werden müssen, die entsprechend höher oder geringer sind als die gemäß der obigen Gleichung berechneten Werte. Die Wärmeübergangs-Bedingung im Inneren der Rohre spielt im Gegensatz dazu kaum eine wesentliche Rolle für den kritischen Wert von T. zur Bildung von Säurenebel.

Beispiel

Die Versuche wurden unter Verwendung des in Fig. 3 dargestellten Schwefelsäureturms durchgeführt. Die Versuche wurden mit drei Glasrohren in einer Länge von 4,5 m und einem Außendurchmesser von 40 mm und einem Innendurchmesser von 35 mm (40/35-Rohre), oder einem Außendurchmesser von 28 mm und einem Innendurchmesser von 25 mm (28/25-Rohre), durchgeführt. Bei drei 40/35-Rohren lag der Speisegasstrom bei etwa 29 Nm³/h und bei drei 28/25-Rohren betrug er etwa 14 Nm³/h, in beiden Fällen entsprechend einer linearen Geschwindigkeit in den Rohren von etwa 4,5 m/sec, berechnet bei 250⁰C. Das Speisegas wurde durch Vermischen von SO₂ und Luft, Vorheizen und Zugabe von Dampf aufwärts vom Konverter 33 hergestellt, in welchem etwa 95 % des SO„ in bekannter Weise bei 4 00 bis 450⁰C über einem Vanadium-Katalysator in SO₃ überführt wurden. Nach der Abkühlung auf T₁ in einem

- 13 -

• tu»* » ·

Wärmeaustauscher 34 wurde das Gas in den Turm 3 5 geführt, aufwärts durch drei Glasrohre 36, über einen gestauchten Rest auf ein Rohrblech 37 und aus den Rohren heraus durch eine Auslaßöffnung 38. Die Temperatur T~ innerhalb eines der Glasrohre wurde mittels eines 3 mm starken Wärmemeßstabes aus Glas gemessen, der am Kopf 39 des Turms herausgelassen wurde. Die Kühlluft wurde am Kopf durch eine Einlaßöffnung 4 0 eingeführt und nach unten im Gegenstrom zu dem Verfahrensgas geleitet. Die Kühlluft wurde bei der Auslaßöffnung 41 unter einer Temperatur T₄ ausgelassen, wobei es notwendig war, einen Teil der Luft über eine andere Auslaßöffnung 42 abzulassen, die in einem größeren Abstand oberhalb vom Rohrblech 37 als die öffnung angeordnet war, insbesondere dann, wenn hohe T«-Werte erhalten werden sollten. Die kondensierte Säure wurde über ein Überlauf-Rohr ausgelassen. Um hinreichend gute Wärmetransport->Werte zu erhalten waren auf der Luftseite die Glasrohre mit etwa 2 mm starkem Stahldraht umwickelt mit einer Windung pro 10 cm. Der Mantel 44 bestand aus Glas und war durch 150 mm Mineralwolle isoliert. Die Konzentration an Säurenebel wurde durch Abfiltrieren aller Flüssigkeitströpfchen aus einem Gas bekannten Volumens mittels eines Glasfaserfilters und Titration der Schwefelsäure, die in der abfiltrierten Flüssigkeit vorhanden war, gemessen. Zwei bis vier Messungen wurden für jeden Satz von Arbeitsparametern, die in der Tabelle dargestellt sind, durchgeführt. Die Messungen waren innerhalb einer Unsicherheitsgrenze von _+ 30 % reproduzierbar.

Es wurde gefunden, daß eine Rohrlänge von 4 00 mm unterhalb der Rohrplatte nicht hinreichend war, um eine Maximalkonzentration an H₂SO- in der Säure zu erreichen und daß etwa 600 mm Konzentrationszone benötigt wurden, um eine Säurestärke zu erhalten, die weiter nicht wesentlich durch

- 14

Verlängerung der Konzentrationszone bei Gasgeschwindigkeiten von etwa 4,8 m/sec gesteigert werden konnte.

TABELLE

Innendurch messer der	% (H₂SO₄)	β	^Td	^Ti	^T4	Säurenebel
Glasrohre	1		⁰C	⁰C	⁰C	er H SO /Nm 2 4
35 mm	ti	10	228	290	130	5
It	Il	It	Il	Il	150	0,2
M	Il	Il	Il	Il	160	0,1.
ti	It	It	It	Il	180	0,08
Il	3,5	It	Il	It	200	0,08
35 mm	Il	10	237	290	140	5
Il	It	Il	Il	It	160	1
It	»	Il	Il	Il	180	0,1
ti	It	Il	Il	Il	200	0,1
ti	6,0	30	245	Il	180	0,2
35 mra	ti	10	245	300	170	5
tt	It	Il	Il	It	190	0,1
Il	It	It	It	Il	200	0,1
Il	3,5	Il	It	ti	210	0,1
25 mm	Il	10	237	290	130	2
Il	Il	It	Il	Il	150	1
Il	ti	Il	Il	Il	170	0,05
Il	It	ti	Il	190	0,05

Claims

* ο BERG $ϊλί>£· - -SCjHWAÖt··. ^ SANDMAIR PATENTANWÄLTE MAULRKlRCHtRSTRASSE 45 8000 MUNCHfN 80 Anwaltsakte: 32 725 HALDOR TOPS0E A/S Lyngby / Dänemark Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Schwefelsäure Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Schwefelsäure,.wobei in einem als Wärmeaustauscher konstruierten Schwefelsäureturm, der eine Vielzahl von äußerlich gekühlten vertikalen säurefesten Rohren (7) aufweist, ein Gasstrom mit einer Temperatur von 240 bis 330⁰C, der Schwefeltrioxid und Schwefelsäuredampf in einer Gesamtmenge von bis zu 10 Vol.-% und Wasserdampf in einer Menge von bis zu 50 Vol.-% enthält, wobei die untere Grenze des Verhältnisses von Wasserdampf zu SO₃ 1:1 ist, aufwärts durch die vertikalen Rohre (7) geführt wird, um Schwefelsäure zu kondensieren, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre mit Luft gekühlt werden, die über minde-

«(089)98 82 72-74 lelex; 5 24 560 BFRGd Bankkonten Bayri Veiwnshank München 4!i3 KiU (Ul / 700 707/Oj

Tplporamme (cat)lel- Telekomerer. (089)983049 Hvtiu-Bank Munc lien 441017? Ki>0 (Hl / 700?00i1i .Switt CnIi- HYKiM I

stens eine Einlaßöffnung (12) in der Nähe des Turmkopfes eingeführt und über mindestens eine Auslaßöffnung (13, 14) in der unteren Hälfte des Turms ausgelassen wird, wobei die Kühlung mittels der Fließgeschwindigkeit der Kühlluft reguliert wird und den Abstand vom Boden des Turms, an dem sie ausgelassen wird, so daß die Kühlluft aus dem Turm bei einer Temperatur T₄ ⁰C ausgelassen wird, die durch die Formel

T₄ > 125 + 6<χ + ß + 0,2(T₁-T₀)

bestimmt wird, worin oi die Konzentration in Vol.-% von SO₃ + H₃SO₄-Dampf in dem Speisegas ist, welches dem Turm zugeführt wird, ß die Konzentration in Vol.-% an Wasserdampf in demselben Speisegas, T₁ die Temperatur desselben Speisegases in ⁰C und T, der Taupunkt des Schwefelsäuredampfes in demselben Speisegas in ⁰C ist, wodurch die Schwefelsäure als ein Flüssigkeitsfilm kondensiert wird, der an der Innenwand der Rohre abwärts fließt, wobei die Flüssigkeit durch Kontakt mit dem heißen Speisegas zu einer Konzentration von 93 bis 98 Gew.-% H₃SO₄ konzentriert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß in den Rohren (7) kondensierte Schwefelsäure in einem Teil der Rohre (7) konzentriert wird, der nicht äußerlich gekühlt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Lineargeschwindigkeit des Gases in dem Teil der Röhren, wo der Flüssigkeitsfilm von kondensierter Schwefelsäure in Gegenrichtung zum Gas abwärts fließt, etwa 5 m/sec beträgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , daß die Kühlluft durch mindestens zwei Auslaßöffnungen (13, 14) in unterschiedlichen Abständen vom Turmboden ausgelassen wird, wobei der Hauptteil der Kühlluft über die unterste dieser Öffnungen (13) ausgelassen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 4, gekennzeichnet durch die Verwendung eines durch horizontale Führungsplatten (9) in eine Anzahl von untereinander angeordneten Abteilungen unterteilten Turmes, wobei die Kühlluft vom Kopf abteilungsweise in guerlaufendem Fluß entlang den Rohren abwärts von einem Abteil zum nächsten niedrigeren Abteil geführt wird, bis sie ausgelassen wird.

6. Vorrichtung zur Herstellung von Schwefelsäure nach dem in Anspruch 2 beanspruchten Verfahren, umfassend einen Wärmeaustauschturm, der mit Kopf- und Bodenabdeckungen, einem Bündel vertikaler säurefester Rohre(7) und zwei horizontalen Rohrblechen (5, 10), die drei Abteilungen des Turmes bilden, welche nicht direkt miteinander in Verbindung stehen, wobei die obere Abteilung durch das obere Rohrblech (10) und die Kopfabdeckung definiert wird und mit dem Inneren der Rohre in Verbindung steht und mit einer Abzugsöffnung (15) versehen ist, das Mittelteil, welches durch die zwei Rohrbleche (5, 10) definiert ist, an seinem obersten Teil mit mindestens einer Einlaßöffnung (12) für Kühlgas und in seiner unteren Hälfte mit mindestens einer Auslaßöffnung (13, 14) für Kühlgas versehen ist und das untere Abteil 12), welches durch das untere Rohrblech

(5) und die Bodenabdeckung definiert ist, mit dem Inneren der Rohre (7) in Verbindung steht und mit minde-

stens einer Einlaßöffnung (1) für Speisegas versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (7) sich unterhalb des unteren Rohrbleches (5) in das untere Abteil (2) hinein erstrecken.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Rohre (7) sich in das untere Abteil (2) in einer Länge von 0,4 bis 0,8 ra hinein erstrecken.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (7) Glasrohre sind.