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Apparat zur katalytischen Oxydation von Schwefelwasserstoff in Brenngasen
Es ist bekannt, den in Brenngasen enthaltenen Schwefelwasserstoff mittels Sauerstoffs
oder sauerstoffhaltiger Gase unter überleiten über Katalysatoren zu oxydieren; hierbei
ist es vorteilhaft, unter milden Reaktionsbedingungen zu arbeiten, so daß eine Rückbildung
der entstandenen Reaktionsprodukte zu Schwefelwasserstoff nicht eintritt. Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist eine für die Ausführung dieses Verfahrens geeignete
Vorrichtung. Diese besteht aus mehreren, von außen heizbaren oder kühlbaren neben-
oder hintereinandergeschalteten Kontaktrohren, die durch Mischräume für das Gas
miteinander verbunden sind, in denen Brausen für einen stufenweisen Zusatz an Kühl-,
Heiz- oder Reaktionsgasen oder -dämpfen münden, und daß die Kontaktrohre gegebenenfalls
mit Kontaktmassen verschiedener Konzentration gefüllt sind.
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Im folgenden soll der Kontaktapparat an Hand der beiliegenden Skizze
näher erläutert werden.
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Der Kontaktapparat i zerfällt in zwei Abteilungen, von denen der obere
Teil als Vorwärmeraum a für die katalytisch zu behandelnden Rohgase dient. Die Gase
können durch Stutzen 3 zugeführt werden und steigen um die Rohre q. unter Aufnahme
von Wärme hoch. Durch die oberen Öffnungen 5 der Außenrohre 4 gelangen die Gase
in den Vorwärmeraum 6, wo sie . in direkten Wärmeaustausch mit den Kontaktrohren
7 treten. Durch die unteren Öffnungen 8 gelangt das Gas in einen schmalen Mischraum
9, in dem eine Luft- bzw. Sauerstoffbrause io angebracht ist. Hier kann dem Gas
mittels Regulierung des Hahnes ii Luft zugesetzt werden. Die Gas-Luft-Mischung streicht
jetzt durch die mit Kontaktmasse gefüllten Rohre 1z, der Luftzusatz durch die Brause
io wird so bemessen, daß die Reaktionen in den ersten Kontakträumen i2 nicht so
heftig einsetzen. In diesem Sinne wird auch die Zusammensetzung der für diese Kontaktrohre
erforderlichen Katalysatoren gewählt. Gelangen die Gase z. B. mit so niederer Temperatur
in die Kontaktmasse, daß der Schwefelwasserstoff noch nicht einsetzt, so eignet
sich zur Einleitung der Reaktion eine höher konzentrierte Kontaktsubstanz. Wenn
die Oxydation des Schwefelwasserstoffes in der ersten Kontaktschicht in Gang gebracht
ist, so kann durch die Regulierung des Luftzutritthahnes i i diese für einen Dauerbetrieb
aufrechterhalten werden. Sobald die Temperatur zu stark steigen sollte, wird die
Luftzufuhr gedrosselt und im anderen Falle gesteigert. Auf diese Weise hat man durch
die Regulierung eines einzigen Hahnes den ganzen Kontaktprozeß in der Hand.
Die
katalytische Reaktion 'setzt , also beim Durchstreichen des Gases durch die erste
Kontaktschicht. 12 ein und gelangt in einen zweiten mit einer Luftbrause
13 ausgestatteten Zwischenraum 1q.. Hier wird der Rest der für eine quantitative
Umsetzung erforderlichen Luft zugesetzt. Das Gas tritt hierauf in die Öffnungen
15 der Rohre 7 ein, und beim Durchstreichen derselben findet die vollständige Reaktion
statt. Die hierin befindliche Kontaktmasse wird ebenfalls so gewählt, daß eine möglichst
gleichförmige Reaktion über die ganze Höhe der Masse stattfindet.
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Falls die Konzentration des Schwefelwasserstoffes in dem zu reinigenden
Gas so hoch ist, daß bei dessen Umsetzung eine sehr große Temperatursteigerung eintritt,
so kann man durch die Brausen io, 13 auch kalte Gase zur Abkühlung zuführen.
Diese Anordnung kann nun je nach dem Reaktionsverlauf der vorzunehmenden katalytischen
Prozesse beliebig fortgesetzt werden, so. daß anstatt der hier angegebenen zwei
Luftzuführungen, auch mehrere treten können.
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Sollte die den Rohgasen in dem Wärmeaustauscher 16 und in dem Kontaktapparat
i zugeführte Wärme nicht ausreichen, um die Gase auf die notwendige Reaktionstemperatur
zu bringen, so ,wird in dem unteren Teil des Kontaktapparates eine Beheizung 17
vorgesehen. Je nach Bedarf kann hier eine entsprechende Zusatzwärmemenge zugeführt
werden. Zweckmäßig bildet man in solchen Fällen den untersten Kontaktraum nicht
als Röhrenapparat 12 aus, sondern läßt die Kontaktrohre 12 fehlen und füllt den
mit den Heizelementen durchzogenen Teil der unteren Hälfte des Kontaktapparates
mit Katalysatormasse aus. Die Regulierung kann bei dieser Arbeitsweise neben der
Innehaltung bestimmter Temperaturen der Beheizungseinrichtung auch durch eine entsprechende
Luftverteilung auf die beiden Luftbrausen zo, 13 vorgenommen werden.
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Wie bei fast allen katalytischen Prozessen besteht auch bei der Oxydation
des Schwefelwasserstoffes eine feste Beziehung zwischen Berührungsdauer der Reaktionsgase.
und der Höhe der Reaktionstemperatur, derart, dag bei Verringerung der Berührungsdauer
die Reaktionstemperatur gesteigert werden muß und umgekehrt. Auf dieser Tatsache
fußend, kann die Berührungsdauer der Reaktionsgase der jeweiligen Temperaturhöhe
in den einzelnen Lagen der Kontaktschicht dadurch ausgeglichen werden, dag die Kontaktrohre
einerseits stetig oder absatzweise verjüngt werden, andererseits kann -dasselbe
in parallelwandigen Rohren durch die Anordnung der Kontaktkörper verschiedener Korngröße
erreicht werden. Werden die Apparate aus einem oder mehreren unterteilten Kontaktröhrensystemen
zusammengesetzt, so lassen sich die verjüngten Rohre gut ineinanderpassen, weil
der ankommende Gasstrom jeweils in die erweiterte Seite der Rohre eindringt und
diese durch die Anordnung des Apparates die einzelnen nachgeschalteten Kontaktschichten
jeweils im entgegengesetzten Sinne durchläuft. In dem abgebildeten Apparat tritt
das Gas, von oben kommend, bei der Öffnung 18 auf der erweiterten Seite des Kontaktrohres
ein und durchstreicht dieses infolge der Verjüngung desselben mit zunehmender Geschwindigkeit
nach unten. Das Gas kehrt dann nach seinem Austritt in den Mischraum 1q. nach oben
um und gelangt hier wieder von der erweiterten Seite aus in das zweite Kontaktrohr
i9.
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Ist dagegen die bei der Reaktion frei werdende Wärme so groß, daß
diese von dem in dem Wärmeaustauscher 16 vorgewärmten Gas nicht weggenommen werden
kann, so kann auch kaltes Gas durch den Stutzen 3 zugeführt werden. Ist die Wärmeabfuhr
auch dann noch zu gering, so benutzt man den Stutzen 2o zur Gaszuführung. Genügt
auch die Kühlung durch kaltes Gas nicht, so wird die Kontaktmasse durch die Siebe
2,1 unterteilt, um auf -diese Weise nach- jeder Um-Setzung eine möglichst weitgehende
Abkühlung zu erreichen. Falls der Schwefelrvasserstoffgehalt der zu reinigenden
Gase sich in normalen Grenzen, d. h. zwischen 5 bis 15 g pro Kubikmeter,
bewegt, so wird bei der Oxydation desselben eine -Temperatursteigerung von 75 bis
2oo° erzielt. Diese hierbei entstehende Wärmemenge kann durch ein Röhrenbündel genügend
abgeführt werden. Infolgedessen kann in diesem Fall das Röhrenbündel 12 - wegfallen
und nur die Kontaktrohre 7 zur Umsetzung benutzt werden. Bei der Durchführung katalytischer
Prozesse in Kontaktrohrsammelapparaten ist es notwendig, auch auf einen einigermaßen
gleichmäßigen Gasdurchgang in dem ganzen System zu achten. Diese Gleichförmigkeit
kann durch Anbringen beliebiger Drosselstellen 22 erreicht werden.
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Die Vorteile der beschriebenen Einrichtung zur Oxydation von Schwefelwasserstoff
bestehen darin, daß die bei der Reaktion auftretende Reaktionswärme, die zu einer
so starken Erhitzung des Gases führt, dag das bei der OXy dation entstandene Schwefeldioxyd
durch die reduzierenden Gasbestandteile, wie Wasserstoff, Kohlenoxyd usw., wieder
in Schwefelwasserstoff zurückverwandelt wird, direkt von den Reaktionsrohren abgeführt
wird, so daß die Rückbildung von Schwefelwasserstoff vermieden wird.