DE4014415C2 - Vorrichtung zur katalytischen Oxidation der schädlichen Bestandteile in einem abgekühlten Trägergas 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.

In der Zeitschrift "ENERGIE SPEKTRUM", November 1988 wird auf den Seiten 22 und 24 unter der Überschrift "Hundert- und ein-Wasser" ein Wärmerohrsystem für ein Müllheizkraftwerk, und zwar die Wärmerückgewinnung aus den heißen Rauchgasen nach der Entstickungsanlage beschrieben. Danach wird dem heißen Abgas auf dem Wege zum Kamin Wärme entzogen und unter Verwendung von Wärmerohren an das entschwefelte Rohgas vor dem Katalysator übertragen. Dazu sind die einzelnen Wärmerohre zu Modulen zusammengefaßt. Jedes Modul hat ein eigenes selbsttragendes Gehäuse und wird vorab montagefertig zusammengebaut. Die Trennung der Gaskanäle im Bereich der Wärmerohre erfolgt durch eine mit temperaturbeständiger und leicht flexibler Stampfmasse ausgefüllte doppelte gasdichte Trennwand.

Durch diesen Stand der Technik wird dem Fachmann lediglich die Anregung vermittelt, zum Aufheizen von Rohgas vor dessen Eintritt in einen Katalysator heißes Reingas zu verwenden. Über diese Größe der Wärme austauschenden Flächen der einzelnen Module wird nichts ausgesagt. Es wird auch kein Hinweis auf die Anzahl der Wärmerohre in den verschiedenen Modulen und über die spezielle Gestaltung der diversen Wärmerohrabschnitte in den Aufheizteilen und Abkühlteilen gegeben. Über die Lagerung der Wärmerohre in den Modulen ist ebenfalls nichts ausgesagt.

In der Zeitschrift "Power", 1988, Heft 6, Seiten B-68 und B-70 werden unter der Überschrift "Air heaters and economizers" Anregungen vermittelt, wie die Oberfläche von Wärmerohren an die Erfordernisse eines eintretenden Gasstroms angepaßt werden kann.

Aus dieser Druckschrift, aus der Zeitschrift "Chemie-Ingenieur- Technik", 62 (1990) Nr. 1, Seiten 48 bis 50 sowie aus der DE-OS 34 42 967 kann der Fachmann überdies allgemeine Anregungen entnehmen, wie ein Wärmetauscher an die jeweiligen Betriebsverhältnisse angepaßt werden kann.

Schließlich ist es aus der Zeitschrift "CAV", 1987, Februar, Heft 2, Seiten 22 und 24 bekannt, zur Wärmeauskopplung aus einem Wärmeträgerkreislauf einen weiteren Wärmetauscher anzuordnen.

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.

Die beiden geradlinigen Gaskanäle brauchen gemäß der Erfindung ausschließlich im Bereich hinter dem Katalysator durch einen einfachen 180°-Krümmer miteinander verbunden zu wenden. 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 ihre Einsatzmöglichkeiten erheblich vergrößert.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist die besondere Art der Mehrstufigkeit der Wärmeenergie-Rückführanordnung. Diese Ausbildung erlaubt es daher, die beiden Komponenten jeder Austauschstufe, d. h. den vom Reingas beaufschlagten Abkühlteil einerseits sowie den vom Trägergas beaufschlagten Aufheizteil andererseits gezielt, d. h. flexibel den jeweiligen Prozeßbedingungen entsprechend anpassen zu können.

Ferner ist es von Bedeutung, daß insbesondere die in Strömungsrichtung des Trägergases erste Austauschstufe hinsichtlich des Größenverhältnisses der Wärme austauschenden Oberflächen von Aufheizteil zu Abkühlteil so ausgebildet ist, daß die Arbeitstemperatur im Innern der Wärmerohre erhöht und stark in die Nähe der höheren Gastemperatur gerückt wird. Diese Maßnahme führt demzufolge in den vom Trägergas beaufschlagten kritischen Wärmerohrabschnitten zu einer erhöhten Rohrwandtemperatur und damit auch zu einer erheblich höheren Sicherheit.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung wird in der Funktion der Wärmerohre als Vorwärmer des im eigentlichen verfahrenstechnischen Prozeß der Produktgewinnung abgekühlten Trägergases einerseits und als Nachkühler des Reingases für die katalytische Oxidation andererseits als Gleichrichter für den Gasvolumenstrom gesehen, was eine optimale Ausnutzung der Umsetzungsmöglichkeiten bei der Oxidation im Katalysator bedeutet.

Die Umsetzungsgeschwindigkeit bei der Oxidation der Kohlenwasserstoff- Anteile im Trägergas ist in starkem Maße abhängig von der örtlichen Strömungsgeschwindigkeit des Trägergases im Katalysator. Ist diese örtliche Strömungsgeschwindigkeit ungleichförmig, so erfolgen auch ungleiche Umsetzungen. Das heißt, der Katalysator arbeitet mit örtlich unterschiedlichen Wirkungsgraden. Hierbei erbringen Orte mit höherer Gasgeschwindigkeit einen geringeren Wirkungsgrad als Orte mit geringerer Geschwindigkeit. Um einen gewünschten Wirkungsgrad zu erreichen ist es daher wichtig, eine möglichst gleichmäßige Durchströmgeschwindigkeit im Katalysator zu sichern. Dies wird durch die Anordnung des Katalysators unmittelbar und geradlinig hinter dem Aufheizteil der in Strömungsrichtung des Trägergases letzten Austauschstufe (Endstufe) gewährleistet. Dabei tragen die Wärmerohre aufgrund ihrer Eigenschaft der über ihre Länge völlig gleichmäßigen Temperaturverteilung zur optimalen Ausnutzung der Eigenschaften des Katalysators mit 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 Temperaturverteilung als auch eine gleichmäßige Geschwindigkeitsverteilung über den gesamten Querschnitt des Katalysators gewährleisten. Die Umsetzungsgeschwindigkeit im Katalysator ist nämlich gleichermaßen von der örtlichen Temperatur des durchströmenden Trägergases abhängig, d. h. Orte mit höherer Gastemperatur erreichen einen höheren Umsetzungsgrad als Orte mit niedrigerer Gastemperatur.

Die Erfindung erlaubt es, 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 Anspringtemperatur des Katalysators von etwa 300°C aufzuheizen, ohne daß der hierfür erforderliche Heizenergiebedarf von außen zugeführt werden muß. Andererseits gestattet es die Erfindung, das den Katalysator verlassende Reingas auf die günstige Kamintemperatur von etwa 100°C bis 120°C zu kühlen.

Die zunehmende Anzahl der Wärmerohre in den einzelnen Austauschstufen in Strömungsrichtung des Trägergases erlaubt darüber hinaus eine feinfühlige Anpassung der einzelnen Austauschstufen an die jeweiligen Prozeßbedingungen. 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 Rohrreihen 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.

Die unberippten Wärmerohrabschnitte im Aufheizteil der ersten Austauschstufe und die berippten Wärmerohrabschnitte im zugehörigen Abkühlteil tragen 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 hierbei vergleichsweise eng gehalten, um die notwendige große Austauschfläche zu erzielen. Auch soll die Abreinigung der von dem Trägergas beaufschlagten Wärmerohrabschnitte erleichtert werden.

Während in der ersten Austauschstufe die Wärmerohrabschnitte im Aufheizteil unberippt sind, sieht die zweite Austauschstufe von beispielsweise insgesamt drei Austauschstufen zweckmäßig bereits berippte Wärmerohrabschnitte im Aufheizteil 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 Rippenabstand im Aufheizteil größer als im Abkühlteil bemessen. Die evtl. notwendig werdende Abreinigung wird hierdurch erleichtert.

Die unmittelbar vor dem Katalysator liegende dritte Austauschstufe, auch Endstufe genannt, die bevorzugt im Temperaturbereich oberhalb von 130°C arbeitet und daher nur noch weitgehend trockene Trägergase bearbeiten muß, kann sowohl im Aufheizteil als auch im Abkühlteil mit hocheffizienten berippten Wärmerohrabschnitten identischer Größe und gleichem Abstand versehen werden.

Wegen der im Aufheizteil der ersten Austauschstufe noch herrschenden geringen Temperatur und aufgrund der deshalb hohen Aggressivität der vom Trägergas mitgeführten Säuretröpfchen werden die unberippten Wärmerohrabschnitte vorteilhaft aus einem korrosionsfesten Material gebildet und mit einer Kunststoffbeschichtung aus einem säurebeständigen Material versehen. Bei diesem Material kann es sich um Polytetrafluorethylen, Polyvinylidenfluorid oder Polyfluorethylen handeln.

Da im Aufheizteil der in Strömungsrichtung des Trägergases liegenden ersten Austauschstufe das Trägergas mit Resttropfen oder Festkörperteilchen des Produkts beladen ist und zusätzlich aggressive Säurebestandteile und sonstige risikobehaftete Feststoffe mitführt, dient die erste Austauschstufe zudem als Sicherheitsstufe und Vorabscheider und ist daher zusätzlich mit wenigstens einer Wasch- und Reinigungseinrichtung gekoppelt.

Die Wärmerohre jeder Austauschstufe sind einzeln oder gruppenweise in der Kanalzwischenwand auswechselbar gelagert, 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 konischen Stützkragen entsprechend den Merkmalen des Patentanspruchs 2 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 Patentanspruch 3 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 Patentanspruchs 4 von Vor­ teil sein. Der Dichtsitz wird hierbei durch mindestens eine Anpreßfeder gewährleistet.

Entsprechend den Merkmalen des Patentanspruchs 5 kann jeder Stütz­ kragen aber auch mit einem konischen Gewinde in die zugeord­ nete Ausnehmung dicht eindrehbar sein.

Die Merkmale des Patentanspruchs 6 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 Patentanspruchs 7 berücksichtigen das unterschiedliche Ausdehnungsverhalten der einzelnen Gaskanalabschnitte aufgrund der dort jeweils herrschenden unterschiedlichen Temperaturen.

Im Patentanspruch 8 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 Katalysator 19 in den Gaskanal 2 integriert ist. Zwischen dem Aufheizteil 16 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 37 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 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
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 (8)

1. Vorrichtung zur katalytischen Oxidation der für die Umwelt schädlichen Bestandteile in einem abgekühlten Trägergas (TG) eines verfahrenstechnischen Prozesses, bei welcher das in die Umgebung zu überführende Reingas (RG) und das Trägergas (TG) in einen Katalysator (19) aufweisenden Gaskanälen (3, 2) parallel zueinander geführt und das Reingas (RG) hinter dem Katalysator (19) mit dem Trägergas (TG) vor dem Katalysator (19) durch eine Wärmeenergie-Rückführanordnung (13) aus eine Kanalzwischenwand (22) durchsetzenden Wärmerohren (14) mit einem Aufheizteil (16) im Gaskanal (2) und einem Abkühlteil (15) im Gaskanal (3) wärmeleitend miteinander verbunden sind, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• a) das Größenverhältnis der Wärme austauschenden Oberflächen von Aufheizteil (16) zu Abkühlteil (15) jeder Austauschstufe (I, II, III) nimmt in Strömungsrichtung des Trägergases (TG) von Austauschstufe (I, II) zu Austauschstufe (II, III) zu;
• b) der Katalysator (19) ist unmittelbar hinter dem Aufheizteil (16) der letzten Austauschstufe (III) angeordnet;
• c) die Anzahl der Wärmerohre (14) nimmt in Strömungsrichtung des Trägergases (TG) von Austauschstufe (I, II) zu Austauschstufe (II, III) zu;
• d) die Wärmerohrabschnitte (25) im Aufheizteil (16) der in Strömungsrichtung des Trägergases (TG) ersten Austauschstufe (I) sind unberippt und die Wärmerohrabschnitte (26) im Abkühlteil (15) dieser Austauschstufe (I) sind berippt;
• e) die unberippten Wärmerohrabschnitte (25) bestehen aus einem korrosionsfesten Material und/oder sind mit einer Kunststoffbeschichtung (27) aus einem säurebeständigen Material versehen;
• f) mindestens den Wärmerohrabschnitten (25) im Aufheizteil (16) der in Strömungsrichtung des Trägergases (TG) ersten Austauschstufe (I) eine Wasch- und Reinigungseinrichtung (37) zugeordnet ist.
• g) die Wärmerohre (14) jeder Austauschstufe (I, II, III) einzeln oder gruppenweise in der Kanalzwischenwand (22) auswechselbar gelagert.

2. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmerohre (14) in ihren mittleren Längenabschnitten einzeln oder gruppenweise mit umfangsseitig konischen Stützkragen (21) versehen sind, welche in an die Stützkragen (21) angepaßten Ausnehmungen (24) in der Kanalzwischenwand (22) auswechselbar gelagert sind.

3. Vorrichtung nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützkragen (21) mit Konusflächen (23) in die Ausnehmungen (24) eingepaßt sind.

4. Vorrichtung nach Patentanspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützkragen (21) durch einstellbare Federkraft (31) in die Ausnehmungen (24) eingepaßt sind.

5. Vorrichtung nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützkragen (21) mit konischen Gewinden in die Ausnehmungen (24) eindrehbar sind.

6. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich neben den Austauschstufen (I, II, III) und dem Katalysator (19) dicht verschließbare Wartungsöffnungen (17) in den Wänden der Gaskanäle (2, 3) vorgesehen sind.

7. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in die Gaskanäle (2, 3) Kompensatoren (12) integriert sind.

8. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in den das Reingas (RG) führenden Gaskanal (2) zwischen dem Katalysator (19) und dem Abkühlteil (15) der dem Katalysator (19) benachbarten Austauschstufe (III) ein Wärmeaustauscher (20) eingegliedert ist.