DE4014415A1 - Vorrichtung zur katalytischen oxidation der schaedlichen bestandteile in einem abgekuehlten traegergas eines verfahrenstechnischen prozesses - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur katalytischen Oxidation der für die Umwelt schädlichen Bestandteile in einem abgekühlten Trägergas eines verfahrenstechnischen Prozesses gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Patent­ anspruchs 1.

Bei einer Reihe von verfahrenstechnischen Prozessen, bei­ spielsweise bei der Herstellung von Phthalsäure-Anhydrid oder Maleinsäure-Anhydrid, kann das gewünschte Produkt nicht vollständig aus dem Trägergas gewonnen werden. Es verbleiben im Trägergas eine geringe Menge des Produktes sowie insbeson­ dere Kohlenwasserstoff-Anteile, die sich im Verfahrensprozeß ebenfalls nicht umsetzen ließen. Diese Kohlenwasserstoff- Anteile gelangen dann zusammen mit dem Trägergas über den Kamin der verfahrenstechnischen Anlage ins Freie und stellen dadurch für die Umwelt eine Belastung dar.

Aufgrund des sich ständig erhöhenden Bewußtseins in Sachen Umweltschutz verlangen die Emissionsvorschriften vieler Länder, daß die vorerwähnten Produktreste sowie die Kohlen­ wasserstoff-Anteile vor dem Überführen des Trägergases in die Umgebung zur Vermeidung schädlicher Umwelteinflüsse beseitigt werden. Hierfür steht bislang die thermische Ver­ brennung und die katalytische Oxidation zur Verfügung.

Obwohl bei der thermischen Verbrennung aufgrund der hohen Verbrennungstemperaturen sowohl die Produktreste als auch die Kohlenwasserstoff-Anteile einwandfrei verbrannt werden, zeigt sich dennoch der Mangel, daß gleichzeitig eine große Menge für die Umwelt ebenfalls schädlicher Stickoxide ent­ stehen. Grund hierfür ist der in der Verbrennungsluft ent­ haltene hohe Stickstoffanteil. Mithin hat sich in der Praxis die bei niedrigeren Temperaturen ablaufende katalytische Oxi­ dation mehr und mehr durchgesetzt, weil hierbei die Produkt­ reste sowie die Kohlenwasserstoff-Anteile beseitigt, jedoch keine zusätzlichen Stickoxide freigesetzt werden.

In diesem Zusammenhang zählt eine Vorrichtung zum Stand der Technik, bei welcher das mit Produktresten sowie Kohlen­ wasserstoff-Anteilen beladene Trägergas vor der Beaufschla­ gung des Katalysators mit dem aus dem Katalysator tretenden Reingas in einen Wärme austauschenden Kontakt gebracht wird, um die sogenannte Anspringtemperatur des Katalysators zu erreichen. D. h., es wird die bei der Oxidation bewirkte Temperaturerhöhung des Reingases genutzt, um im Wärmeaus­ tausch mit dem Trägergas dieses auf die notwendige Anspring­ temperatur zu bringen. Dazu gelangt ein einstufiger Rohr­ bündel-Wärmeaustauscher zum Einsatz, in welchem das Träger­ gas im Querstrom zum Reingas geführt wird.

Ein derartiger Wärmeaustauscher ist jedoch mit dem Nachteil behaftet, daß der Aufwand für die kanalisierte Führung des Trägergases und des Reingases durch die notwendigen Umlen­ kungen der Gaskanäle vor und hinter dem Wärmeaustauscher sehr hoch ist, und zwar insbesondere unter Berücksichtigung dessen, daß nicht selten Volumenströme von 100 000 Nm³/h zu bewältigen sind.

Ein weiterer Mangel der bekannten Vorrichtung besteht darin, daß häufig Betriebsunterbrechungen stattfinden, welche den Gesamtprozeß gefährden. Ursache dieser Betriebsunterbrechun­ gen ist das aus dem Hauptprozeß stammende mit Reststoffen beladene voll gesättigte Trägergas, welches sich in Bezug auf das ausgefällte Produkt am Taupunkt befindet. Dadurch ist nicht zu vermeiden, daß geringe Mengen des ausgefällten Produkts in fein verteilter tropfenförmiger oder fester Form mitgeführt werden und die Wärmeaustauschflächen belegen. Desweiteren können Korrosionen und/oder Verstopfungen ein­ treten.

Ausgehend von der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 be­ schriebenen Vorrichtung liegt der Erfindung das Problem zugrunde, diese so zu verbessern, daß ihr Betreiben größt­ mögliche Flexibilität bei hoher Wartungsfreundlichkeit und guter Zugänglichkeit gewährleistet und daß in gleicher Weise wirtschaftliche und verfahrens- sowie sicherheitstechnische Belange berücksichtigt werden.

Die Lösung dieses Problems besteht nach der Erfindung in den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmalen.

Ein bedeutender Vorteil der Erfindung ist die erhebliche Reduzierung des Aufwands für die kanalisierte Führung des Trägergases und des Reingases. Durch die Verwendung von Wärmerohren können diese beiden Gasströme nunmehr im gesam­ ten Wärmeaustauschbereich parallel und nebeneinander geführt werden. Hierzu sind lediglich geradlinige Gaskanäle erfor­ derlich, die auch nur eine Zwischenwand zur Trennung der Gasströme benötigen. Diese kann zugleich eine tragende Funk­ tion für die Wärmerohre übernehmen. Die beiden geradlinigen Gaskanäle brauchen ausschließlich im Bereich hinter dem Katalysator durch einen einfachen 180°-Krümmer miteinander verbunden zu werden. Dieser Sachverhalt führt somit zu einer sehr kompakten Vorrichtung, die in Abhängigkeit von den jeweiligen örtlichen Verhältnissen sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Anordnung betrieben werden kann. Folglich werden die Einsatzmöglichkeiten der erfindungsge­ mäßen Vorrichtung außerordentlich vergrößert.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist auch die Mehr­ stufigkeit der Wärmeenergie-Rückführanordnung aus Wärmeroh­ ren. Eine solche Ausbildung erlaubt es, die beiden Komponen­ ten jeder Austauschstufe, d. h. den vom Reingas beaufschlag­ ten Abkühlteil einerseits sowie den vom Trägergas beauf­ schlagten Aufheizteil andererseits gezielt, d. h. flexibel den jeweiligen Prozeßbedingungen entsprechend anpassen zu können.

In diesem Zusammenhang ist es ferner von erheblicher Bedeu­ tung, daß insbesondere die in Strömungsrichtung des Träger­ gases liegende erste Austauschstufe hinsichtlich des Größen­ verhältnisses der Wärme austauschenden Oberflächen von Auf­ heizteil zu Abkühlteil so ausgebildet ist, daß die Arbeits­ temperatur im Innern der Wärmerohre erhöht und stark in die Nähe der höheren Gastemperatur gerückt wird. Diese Maß­ nahme führt demzufolge in den vom Trägergas beaufschlagten kritischen Wärmerohrabschnitten zu einer erhöhten Rohrwand­ temperatur und damit auch zu einer erheblich höheren Sicher­ heit.

Ein weiterer besonderer Vorteil der Erfindung wird in der Funktion der Wärmerohre als Vorwärmer des im eigentlichen verfahrenstechnischen Prozeß der Produktgewinnung abgekühl­ ten Trägergas einerseits und als Nachkühler des Reingases für die katalytische Oxidation andererseits als Gleichrich­ ter für den Gasvolumenstrom gesehen, was eine optimale Aus­ nutzung der Umsetzungsmöglichkeiten bei der Oxidation im Katalysator bedeutet.

Die Umsetzungsgeschwindigkeit bei der Oxidation der Kohlen­ wasserstoff-Anteile im Trägergas ist in starkem Maße abhän­ gig von der örtlichen Strömungsgeschwindigkeit des Träger­ gases im Katalysator. Ist diese örtliche Strömungsgeschwin­ digkeit ungleichförmig, so erfolgen auch ungleiche Umsetzun­ gen. D. h. der Katalysator arbeitet mit örtlich unterschied­ lichen Wirkungsgraden. Hierbei erbringen Orte mit höherer Gasgeschwindigkeit einen geringeren Wirkungsgrad als Orte mit geringerer Geschwindigkeit. Um einen gewünschten Wir­ kungsgrad zu erreichen, ist es daher wichtig, eine möglichst gleichmäßige Durchströmgeschwindigkeit im Katalysator zu sichern. Dies wird erfindungsgemäß durch die Anordnung des Katalysators unmittelbar und geradlinig hinter dem Aufheiz­ teil der in Strömungsrichtung des Trägergases liegenden letzten Austauschstufe (Endstufe) gewährleistet. Dabei tra­ gen die Wärmerohre ihrerseits mit ihrer Eigenschaft der über ihre Länge völlig gleichmäßigen Temperaturverteilung zur optimalen Ausnutzung der Eigenschaften des Katalysators bei.

Durch den Einsatz von Wärmerohren können in idealer Weise Wärme aus dem Reingas hinter dem Katalysator rückgewonnen und das Trägergas vor dem Katalysator vorgewärmt werden, wobei die Wärmerohre sowohl eine gleichmäßige Temperaturver­ teilung als auch eine gleichmäßige Geschwindigkeitsvertei­ lung über den gesamten Querschnitt des Katalysators gewähr­ leisten. Die Umsetzungsgeschwindigkeit im Katalysator ist nämlich gleichermaßen von der örtlichen Temperatur des durch­ strömenden Trägergases abhängig, d. h. Orte mit höherer Gastemperatur erreichen einen höheren Umsetzungsgrad als Orte mit niedrigerer Gastemperatur.

Ein weiterer Vorteil der Wärmerohre liegt in ihrer völligen Unabhängigkeit voneinander. Da jedes Wärmerohr ein geschlos­ senes arbeitsfähiges System darstellt, ist im Falle einer irgendwie begründeten Beschädigung eines Wärmerohrs, sei es durch Korrosion oder durch einen anderweitigen örtlichen evtl. zufallsbedingten Einfluß, wie z. B. eine fehlerhafte Schweißnaht an einem Wärmerohr usw., nicht mit dem Ausfall eines kompletten Aufheizteils oder Abkühlteils zu rechnen. Es fällt nur das eine beschädigte Wärmerohr aus, dessen Leistung lediglich einen Bruchteil der Gesamtleistung aus­ macht und dessen Ausfall somit nicht zu einer wesentlichen Störung der katalytischen Oxidation führt.

Die Erfindung erlaubt es also, ein mit einer Temperatur von häufig um etwa 50°C herangeführtes Trägergas durch die bei der katalytischen Oxidation im Katalysator anfallende zusätzliche Wärmeenergie auf die sogenannte "Anspringtempe­ ratur" des Katalysators von etwa 300°C aufzuheizen, ohne daß der hierfür erforderliche Heizenergiebedarf von außen zugeführt werden müßte. Andererseits gestattet es die Erfin­ dung, das den Katalysator verlassende Reingas auf die gün­ stige Kamintemperatur von etwa 100°C bis 120°C abzukühlen.

Die zunehmende Anzahl der Wärmerohre in den einzelnen Aus­ tauschstufen in Strömungsrichtung des Trägergases erlaubt eine noch feinfühligere Anpassung der einzelnen Austausch­ stufen an die jeweiligen Prozeßbedingungen (Anspruch 2). So kann eine vorteilhafte Ausführungsform beispielsweise darin bestehen, daß bei einer dreistufigen Wärmeenergie- Rückführanordnung die erste Austauschstufe aus einem in Strömungsrichtung schmalen Bündel von ca. 8 bis 12 Rohr­ reihen besteht. Die zweite Austauschstufe ist in diesem Fall mit etwa 20-24 Rohrreihen bestückt, während die dritte und letzte Austauschstufe mit etwa 30-36 Rohrreihen ausgerüstet ist. Je wärmer die Gasströme sind, um so mehr Rohrreihen sind in der jeweiligen Austauschstufe vorhanden.

Eine bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Grund­ gedankens besteht in den Merkmalen des Anspruchs 3. Diese Ausbildung trägt dem Sachverhalt Rechnung, daß in der ersten Austauschstufe ein möglichst großes Oberflächenverhältnis zwischen dem Abkühlteil und dem Aufheizteil erreicht werden soll. Die Berippung im Abkühlteil ist vergleichweise eng gehalten, um die notwendige große Austauschfläche zu erzie­ len. Auch soll die Abreinigung der von dem Trägergas beauf­ schlagten Wärmerohrabschnitte erleichtert werden.

Während in der ersten Austauschstufe die Wärmerohrabschnitte im Aufheizteil unberippt sind, sieht die zweite Austausch­ stufe von beispielsweise insgesamt drei Austauschstufen zweckmäßig bereits berippte Wärmerohrabschnitte im Aufheiz­ teil vor. Im Hinblick auf die Tatsache, daß aber auch die zweite Austauschstufe immer noch ein gewisses Restrisiko für Verschmutzung und Belegung trägt, ist jedoch der Rippen­ abstand im Aufheizteil größer als im Abkühlteil bemessen. Die evtl. notwendig werdende Abreinigung wird hierdurch er­ leichtert.

Die unmittelbar vor dem Katalysator liegende dritte Aus­ tauschstufe, auch Endstufe genannt, die bevorzugt im Tempe­ raturbereich oberhalb von 130°C arbeitet und daher nur noch weitgehend trockene Trägergase verarbeiten muß, kann sowohl im Aufheizteil als auch im Abkühlteil mit hocheffizienten berippten Wärmerohrabschnitten identischer Größe und glei­ chem Abstand versehen werden.

Wegen der im Aufheizteil der ersten Austauschstufe noch herrschenden geringen Temperatur und aufgrund der deshalb hohen Aggressivität der vom Trägergas mitgeführten Säure­ tröpfchen werden gemäß Anspruch 4 die unberippten Wärmerohr­ abschnitte vorteilhaft aus einem korrosionsfesten Material gebildet.

In diesem Zusammenhang kann es ferner vorteilhaft sein, wenn entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 5 die unberippten Wärmerohrabschnitte mit einer Kunststoffbeschichtung aus einem säurebeständigen Material versehen sind. Bei diesem Material kann es sich um Polytetrafluorethylen, Polyvinyl­ idenfluorid oder Polyfluorethylen handeln.

Da im Aufheizteil der in Strömungsrichtung des Trägergases liegenden ersten Austauschstufe das Trägergas mit Rest­ tropfen oder Festkörperteilchen des Produkts beladen ist und zusätzlich aggressive Säurebestandteile und sonstige risiko­ behaftete Reststoffe mitführt, dient die erste Austausch­ stufe als Sicherheitsstufe und Vorabscheider und ist gemäß den Merkmalen des Anspruchs 6 zusätzlich mit wenigstens einer Wasch- und Reinigungsstufe gekoppelt.

Nach den Merkmalen des Anspruchs 7 können die Wärmerohre jeder Austauschstufe einzeln oder gruppenweise in einer Zwischenwand auswechselbar gelagert sein, welche den das Trägergas führenden Gaskanal von dem das Reingas führenden Gaskanal trennt. Auf diese Art und Weise können entweder jedes einzelne Wärmerohr oder in Gruppen zusammengefaßte Wärmerohre bei Bedarf problemlos ausgewechselt werden. Die Lagerung der Wärmerohre in der den das Trägergas führenden Gaskanal von dem das Reingas führenden Gaskanal trennenden Zwischenwand trägt mit zu einer weiteren Vereinfachung der Gesamtvorrichtung bei.

Die konischen Stützkragen entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 8 erlauben es sowohl bei einem einzelnen Wärmerohr als auch bei zu Gruppen zusammengefaßten Wärmerohren, die Wärmerohre relativ einfach auswechseln zu können. Die Koni­ zität der Stützkragen einerseits und der daran angepaßten Ausnehmungen in der Zwischenwand andererseits gestattet es neben einer einwandfreien Abdichtung des das Trägergas füh­ renden Gaskanals von dem das Reingas führenden Gaskanal auch, diese Lagerung als einen Fixpunkt für die thermische Dehnung der Wärmerohre zu wählen. Die Wärmerohre können sich dann nach beiden Seiten frei unter dem Einfluß unterschied­ licher Temperaturen ausdehnen.

Die Stützkragen können nach Anspruch 9 mit Konusflächen in die Ausnehmungen eingepaßt sein. Das Einpassen kann bei einer vertikalen Anordnung der Wärmerohre ausschließlich durch Schwerkraft erfolgen.

Werden hingegen die Wärmerohre in annähernd horizontaler Ebene, d. h. in unter etwa 3° bis 5° leicht geneigter Lage eingebaut, so können die Merkmale des Anspruchs 10 von Vor­ teil sein. Der Dichtsitz wird hierbei durch mindestens eine Anpreßfeder gewährleistet.

Entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 11 kann jeder Stütz­ kragen aber auch mit einem konischen Gewinde in die zugeord­ nete Ausnehmung dicht eindrehbar sein.

Die Merkmale des Anspruchs 12 dienen dazu, dem unvermeid­ baren Restrisiko zu begegnen, das dadurch gegeben ist, daß Produktreste oder andere schädliche Bestandteile im Träger­ gas mitgeführt werden. Die gut zugänglichen Wartungsöffnun­ gen erlauben eine problemlose Begutachtung und evtl. Reini­ gung unmittelbar vor Ort.

Die Kompensatoren entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 13 berücksichtigen das unterschiedliche Ausdehnungsverhalten der einzelnen Gaskanalabschnitte aufgrund der dort jeweils herrschenden unterschiedlichen Temperaturen.

Im Anspruch 14 ist ein Wärmeaustauscher gekennzeichnet, mit dessen Hilfe Wärme aus dem den Katalysator verlassenden Reingas ausgekoppelt werden kann. Dies geschieht z. B. dann, wenn das Trägergas im Katalysator auf eine Temperatur ge­ bracht worden ist, die erwarten läßt, daß das Reingas nach dem Durchlaufen der Abkühlteile sämtlicher Austauschstufen eine Temperatur aufweist, die höher ist als die Temperatur, mit der das Reingas in den Kamin überführt werden soll.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen veranschaulichten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 in der Seitenansicht, teilweise im Schnitt, eine Vorrichtung zur katalytischen Oxidation des Trägergases eines verfahrenstechnischen Prozesses;

Fig. 2 in der Ansicht, teilweise im Schnitt, eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung zur katalytischen Oxidation eines aus einem verfahrenstechnischen Prozeß stammenden Trägergases;

Fig. 3 in vergrößerter schematischer Darstellung die Ausbildung und Lagerung von in der Vor­ richtung der Fig. 1 verwendeten Wärmerohren und

Fig. 4 die Anordnung und Lagerung eines Wärmerohrs in der Vorrichtung gemäß Fig. 2.

In der Fig. 1 ist mit 1 eine Vorrichtung zur katalytischen Oxidation der für die Umwelt schädlichen Bestandteile in einem abgekühlten Trägergas TG eines verfahrenstechnischen Prozesses bezeichnet. Bei diesem Prozeß kann es sich bei­ spielsweise um die Herstellung von Phthalsäure-Anhydrid handeln.

Die Vorrichtung 1 umfaßt zwei zueinander parallel verlaufen­ de, sich geradlinig erstreckende Gaskanäle 2, 3, die an einem Ende durch einen U-förmigen Bogen 4 miteinander ver­ bunden sind. Der Gaskanal 2 dient zur Führung des Träger­ gases TG und der Gaskanal 3 zur Führung eines Reingases RG. Die anderen Enden der Gaskanäle 2, 3 sind über konische Stutzen 5, 6 mit im Durchmesser verringerten Gasleitungen 7, 8 verbunden. In die Gasleitungen 7, 8 sind Absperrklappen 9 eingegliedert. Zwischen den Absperrklappen 9 und den koni­ schen Stutzen 5, 6 sind die Gasleitungen 7, 8 über eine Querleitung 10 miteinander koppelbar. In die Querleitung 10 ist eine Absperrklappe 11 eingegliedert.

Im Längsverlauf der Gaskanäle 2, 3 sind Kompensatoren 12 vorgesehen, um unterschiedlichen Wärmedehnungen der einzel­ nen Gaskanalabschnitte Rechnung zu tragen.

Die Gaskanäle 2, 3 sind durch eine dreistufige Wärmeenergie- Rückführanordnung 13 miteinander wärmeübertragend verbunden. Jede Austauschstufe I, II, III der Wärmeenergie-Rückführan­ ordnung 13 besteht aus einer Anzahl von Wärmerohren 14, welche die Gaskanäle 2, 3 quer durchsetzen. Jede Austausch­ stufe I, II, III besteht dadurch aus einem Abkühlteil 15 im Gaskanal 3 und einem Aufheizkanal im Gaskanal 2. Beim Ausführungsbeispiel sind in der den konischen Stutzen 5, 6 benachbarten ersten Austauschstufe I elf Rohrreihen, in der dazu mit Abstand angeordneten zweiten Austauschstufe II zweiundzwanzig Rohrreihen und in der dritten und letzten Austauschstufe III (Endstufe) dreiunddreißig Rohrreihen mit Wärmerohren 14 angeordnet.

Neben den Austauschstufen I, II, III sind dicht verschließ­ bare Wartungsöffnungen 17 in den Wänden der Gaskanäle 2, 3 vorgesehen.

Ferner ist aus der Fig. 1 erkennbar, daß nach dem Aufheiz­ teil 16 der dritten Austauschstufe III ein Gasbrenner 18 in den Gaskanal 2 integriert ist. Mit Abstand zum Gasbrenner 18 schließt sich ein Katalysator 19 an. Zwischen dem Gas­ brenner 18 und dem Katalysator 19 ist wiederum eine ver­ schließbare Wartungsöffnung 17 in der Wand des Gaskanals 2 angeordnet.

Schließlich zeigt die Fig. 1 noch, daß zwischen dem die beiden Gaskanäle 2, 3 verbindenden Bogen 4 und dem Abkühl­ teil 15 der letzten Austauschstufe III ein zusätzlicher Wärmeaustauscher 20 in den Gaskanal 3 eingegliedert ist.

Die in der Fig. 2 dargestellte Vorrichtung 1a zur kataly­ tischen Oxidation der umweltschädlichen Bestandteile eines Trägergases eines verfahrenstechnischen Prozesses entspricht vom konstruktiven Aufbau her im wesentlichen der Vorrichtung 1 der Fig. 1. Ein Unterschied besteht lediglich darin, daß die Vorrichtung 1a senkrecht gestellt ist und daß die Wärmerohre 14 in den drei Austauschstufen I, II, III zur Horizontalen unter einem Winkel von etwa 3° bis 5° geneigt angeordnet sind. Ferner fehlen die Kompensatoren 12.

Aus der Fig. 3 ist die Lagerung der Wärmerohre 14 in den drei Austauschstufen I, II, III der Vorrichtung 1 zu erken­ nen. Es ist zu sehen, daß die Wärmerohre 14 mit ihren mitt­ leren Längenabschnitten mit Stützkragen 21 in die den das Trägergas TG führenden Gaskanal 2 von dem das Reingas RG führenden Gaskanal 3 trennende Zwischenwand 22 auswechselbar eingepaßt sind. Die Stützkragen 21 weisen umfangsseitig Konusflächen 23 auf, welche an Ausnehmungen 24 in der Zwischenwand 22 angepaßt sind.

Des weiteren ist zu erkennen, daß die Wärmerohrabschnitte 25 im Aufheizteil 16 der in Strömungsrichtung des Trägergases TG ersten Austauschstufe I unberippt und die Wärmerohrab­ schnitte 26 im Abkühlteil 15 berippt sind. Die unberippten Wärmerohrabschnitte 25 bestehen aus einem korrosionsfesten Material. Sie können, wie in strichpunktierter Linienführung angedeutet ist, mit einer Kunststoffbeschichtung 27 aus einem säurebeständigen Material versehen sein.

Die Wärmerohre 14 der zweiten Austauschstufe II sind sowohl im Abkühlteil 15 als auch im Aufheizteil 16 berippt. Aller­ dings ist der Rippenabstand in den Wärmerohrabschnitten 29 im Abkühlteil 15 geringer als in den Wärmerohrabschnitten 28 im Aufheizteil 16 bemessen, so daß die Wärme austauschen­ de Oberfläche der Wärmerohrabschnitte 29 im Abkühlteil 15 größer als die der Wärmerohrabschnitte 28 im Aufheizteil 16 ist.

In der dritten und letzten Austauschstufe III sind die Wärmerohrabschnitte 30 im Aufheizteil 16 und im Abkühlteil 15 mit in der Größe und im Abstand identischen Rippen be­ stückt.

Bei der Vorrichtung 1a der Fig. 2, in welcher die Wärme­ rohre 14 leicht geneigt zur Horizontalen angeordnet sind, erfolgt gemäß Fig. 4 eine Anpassung der Stützkragen 21 an die Ausdehnungen 24 der Zwischenwand 22 mit Hilfe einer Feder 31, die sich einerseits über einen Teller 32 an der Berippung 33 der Wärmerohre 14 und andererseits an einem Widerlager 34 abstützt, das über Schraubbolzen 35 an der Außenwand 36 des Gaskanals 2 festgelegt ist. Die Wärmerohre 14 durchsetzen in diesem Fall sowohl die Außenwand 36 des Gaskanals 2 als auch die Außenwand 38 des Gaskanals 3. Die auch die Berippung 33 berücksichtigenden Öffnungen 39 in den Außenwänden 36 und 38 sind zur Umgebung hin durch Vorsatz­ gehäuse 40 hermetisch abgedichtet.

Den Fig. 1 und 2 ist darüberhinaus noch zu entnehmen, daß den Wärmerohrabschnitten 25 im Aufheizteil 16 der in Strö­ mungsrichtung des Trägergases TG ersten Austauschstufe I eine Wasch- und Reinigungseinrichtung 27 vorgeordnet ist.

Im praktischen Einsatz wird das aus dem Hauptprozeß stammen­ de Trägergas TG über die Gasleitung 7 und den konischen Stutzen 5 in den Gaskanal 2 eingeleitet. Da die Anspringtem­ peratur des Katalysators 19 erst etwas unterhalb 300°C ansetzt, ist es erforderlich, das Trägergas TG bei Beginn des Wärmeaustauschprozesses zunächst mit Hilfe des Gasbren­ ners 18 vor dem Katalysator 19 aufzuwärmen und mehrfach im geschlossenen Kreis durch die Vorrichtung 1, 1a zu füh­ ren. Dazu werden die Absperrklappen 9 in den Gasleitungen 7, 8 verschlossen und die Absperrklingen 11 in der Querleitung 10 geöffnet.

Hat das Trägergas TG die notwendige Temperatur erreicht, wird die Absperrklappe 11 in der Querleitung 10 geschlossen, und es werden die Absperrklappen 9 in den Gasleitungen 7, 8 wieder geöffnet. Das Trägergas TG durchströmt dann die einzelnen Aufheizteile 16 der Austauschstufen I, II und III und wird dort stufenweise auf die Betriebstemperatur des Katalysators 19 erwärmt.

Dem den Katalysator 19 verlassenden Reingas RG wird in den Abkühlteilen 15 der Austauschstufen I, II, III Wärme entzo­ gen und über die Wärmerohre 14 auf die Aufheizteile 16 über­ tragen. Auf diese Weise kann das Trägergas TG auf die notwen­ dige Betriebstemperatur des Katalysators 19 aufgeheizt wer­ den, wohingegen das Reingas RG auf eine Temperatur abgekühlt wird, die es ermöglicht, das Reingas RG mit der gewünschten Temperatur von etwa 100°C bis 120°C in den Kamin überfüh­ ren zu können.

Ist das Trägergas TG im Katalysator 19 so hoch erhitzt wor­ den, daß das Reingas RG auch nach dem Durchströmen der Ab­ kühlteile 15 der Austauschstufen I, II und III eine Tempe­ ratur aufweist, die über der für die Abgabe in die Umgebung günstigen Temperatur von etwa 100°C bis 120°C liegt, so wird über den Wärmeaustauscher 20 soviel Wärme aus dem Rein­ gas RG ausgekoppelt, daß die gewünschte Abgabetemperatur gewährleistet werden kann.

Bezugszeichenaufstellung

 1 Vorrichtung
 1a Vorrichtung
 2 Gaskanal
 3 Gaskanal
 4 Bogen
 5 Stutzen
 6 Stutzen
 7 Gasleitung
 8 Gasleitung
 9 Absperrklappen in 7, 8
10 Querleitung
11 Absperrklappe in 10
12 Kompensatoren
13 Wärmeenergie-Rückführanordnung
14 Wärmerohre
15 Abkühlteile
16 Aufheizteile
17 Wartungsöffnungen
18 Gasbrenner
19 Katalysator
20 Wärmeaustauscher
21 Stützkragen
22 Zwischenwand
23 Konusflächen
24 Ausnehmungen in 22
25 Wärmerohrabschnitte in 16 v. I
26 Wärmerohrabschnitte in 15 v. I
27 Beschichtung v. 25
28 Wärmerohrabschnitte in 16 v. II
29 Wärmerohrabschnitte in 15 v. II
30 Wärmerohrabschnitte in III
31 Feder
32 Teller
33 Berippung v. 14 in Fig. 4
34 Widerlager
35 Schraubbolzen
36 Außenwand v. 2
37 Wasch- und Reinigungseinrichtung
38 Außenwand v. 3
39 Öffnungen in 36 u. 38
40 Vorsatzgehäuse
I Austauschstufe
II Austauschstufe
III Austauschstufe
TG Trägergas
RG Reingas

Claims (14)

1. Vorrichtung zur katalytischen Oxidation der für die Um­ welt schädlichen Bestandteile in einem abgekühlten Trägergas (TG) eines verfahrenstechnischen Prozesses, bei welcher das in die Umgebung zu überführende Reingas (RG) hinter dem Katalysator (19) mit dem Trägergas (TG) vor dem Kataly­ sator (19) über einen Rohrbündel-Wärmeaustauscher (13) im Wärme austauschenden Kontakt steht, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Trägergas (TG) und das Reingas (RG) in Gaskanälen (2, 3) durch eine mindestens zwei­ stufige Wärmeenergie-Rückführanordnung (13) aus Wärmerohren (14) miteinander verbunden sind, wobei das Größenverhältnis der Wärme austauschenden Oberflächen von Aufheizteil (16) zu Abkühlteil (15) jeder Austauschstufe (I, II, III) in Strö­ mungsrichtung des Trägergases (TG) von Austauschstufe (I, II) zu Austauschstufe (II, III) abnimmt und der Katalysator (19) unmittelbar hinter dem Aufheizteil (16) der letzten Austauschstufe (III) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Anzahl der Wärmerohre (14) in Strömungsrichtung des Trägergases (TG) von Austauschstufe (I, II) zu Austauschstufe (II, III) zunimmt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Wärmerohrabschnitte (25) im Aufheizteil (16) der in Strömungsrichtung des Trägergases (TG) ersten Austauschstufe (I) unberippt und die Wärmerohr­ abschnitte (26) im Abkühlteil (15) berippt sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die unberippten Wärmerohrabschnitte (25) aus einem korrosionsfesten Material bestehen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die unberippten Wärmerohrab­ schnitte (25) mit einer Kunststoffbeschichtung (27) aus einem säurebeständigen Material versehen sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß mindestens den Wärmerohrabschnitten (25) im Aufheizteil (16) der in Strö­ mungsrichtung des Trägergases (TG) ersten Austauschstufe (I) eine Wasch- und Reinigungseinrichtung (37) zugeordnet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Wärmerohre (14) jeder Austauschstufe (I, II, III) einzeln oder gruppen­ weise in einer Zwischenwand (22) auswechselbar gelagert sind, welche den das Trägergas (TG) führenden Gaskanal (2) von dem das Reingas (RG) führenden Gaskanal (3) trennt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß die Wärmerohre (14) in ihren mittleren Längenabschnitten einzeln oder grup­ penweise mit umfangsseitig konischen Stützkragen (21) verse­ hen sind, welche in an die Stützkragen (21) angepaßten Aus­ nehmungen (24) in einer Zwischenwand (22) auswechselbar gelagert sind, welche den das Trägergas (TG) führenden Gas­ kanal (2) von dem das Reingas (RG) führenden Gaskanal (3) trennt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Stützkragen (21) mit Konusflächen (23) in die Ausnehmungen (24) eingepaßt sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Stützkragen (21) durch einstellbare Federkraft (31) in die Ausnehmungen (24) einge­ paßt sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Stützkragen (21) mit konischen Gewinden in die Ausnehmungen (24) eindrehbar sind.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß im Bereich neben den Austauschstufen (I, II, III) und dem Katalysator (19) dicht verschließbare Wartungsöffnungen (17) in den Wänden der das Trägergas (TG) und das Reingas (RG) führenden Gaskanäle (2, 3) vorgesehen sind.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, daß in die das Trägergas (TG) bzw. das Reingas (RG) führenden Gaskanäle (2, 3) Kompensatoren (12) integriert sind.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, da­ durch gekennzeichnet, daß in den das Reingas (RG) führenden Gaskanal (2) zwischen dem Katalysator (19) und dem Abkühlteil (15) der dem Katalysator (19) be­ nachbarten Austauschstufe (III) ein Wärmeaustauscher (20) eingegliedert ist.