DE69813528T2

DE69813528T2 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von gasförmigen schwefeltrioxid

Info

Publication number: DE69813528T2
Application number: DE69813528T
Authority: DE
Inventors: W. Brian MacARTHUR; A. Walter JESSUP; C. John CHITTENDEN
Original assignee: Chemithon Corp
Current assignee: Chemithon Corp
Priority date: 1997-01-24
Filing date: 1998-01-20
Publication date: 2004-04-08
Anticipated expiration: 2018-01-21
Also published as: US6572835B1; ID19747A; ZA9711084B; ATE237554T1; DE69813528D1; WO1998032694A1; CO5021146A1; AR015346A1; HK1023107A1; EP0966398B1; AU5925198A; DK0966398T3; EP0966398A1; ES2197459T3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von gasförmigem Schwefeltrioxid gemäß Ansprüchen 1 und 30.
Gasförmiges Schwefeltrioxid (SO₃) hat viele Verwendungen. Bei einer solchen Verwendung reagiert schwefelförmiges Trioxid mit einem organischen Reaktionspartner (z. B. Alkylbenzol), um ein Sulfonat zu erzeugen, das zur Herstellung von Reinigungsmitteln verwendet wird. Gasförmiges Schwefeltrioxid wird auch verwendet, um Abgase (z. B. von Stromversorgungskesseln) zu konditionieren, um die Entfernung von Flugasche aus den Abgasen zu erleichtern.
Typischerweise wird SO₃ durch Reagieren von Schwefel und Luft in einem Schwefelbrenner hergestellt, um ein erstes Gemisch bestehend im wesentlichen aus Schwefeldioxid (SO₂) und Luft zu erzeugen. Dieses erste Gasgemisch wird dann in einen Katalysator geleitet, in dem das SO₂ in dem ersten Gemisch in SO₃ umgewandelt wird, um ein zweites Gemisch bestehend im wesentlichen aus SO₃ und Luft zu erzeugen, welches aus dem Umwandler entzogen und zu einer Stelle geleitet wird, an der das SO₃ in dem zweiten Gemisch mit einem organischen Reaktionspartner reagiert, um ein Sulfonat zu erzeugen (in einem Beispiel einer Verwendung), oder an der das SO₃ verwendet wird, um Abgase zu konditionieren, um die Entfernung von Flugasche zu vereinfachen (in einem anderen Beispiel).
Es gibt einen Temperaturbereich (z. B. 780–850°F (416–454°C)), der günstig ist, um die katalytische Umwandlung von SO₂ in SO₃ anzuregen. Wenn die Temperatur von SO₂ in dem ersten Gemisch entweder oberhalb oder unterhalb dieses Temperaturbereiches ist, ist es schwierig, wenn nicht unmöglich, die katalytische Umwandlung von SO₂ in SO₃ in Gang zu bringen. Im Allgemeinen hat das erste Gemisch (SO₂ und Luft) eine Temperatur oberhalb des günstigen Temperaturbereichs, wenn das erste Gemisch den Schwefelbrenner verlässt. Als Ergebnis wird das erste Gemisch herkömmlicherweise zwischen dem Schwefelbrenner und dem Umwandler einer Kühlung unterzogen. Die Kühlung wird typischerweise durch Leiten des ersten Gemisches zum Beispiel entweder durch einen Strahlungskühler oder einen Wärmetauscher erreicht. Ein Gemisch von SO₂ und Luft, das so gekühlt worden ist, gelangt in den Umwandler mit einer Temperatur in dem für die Anregung der Umwandlung von SO₂ in SO₃ günstigen Bereich.
Die Minimaltemperatur zum Anregen der katalytischen Umwandlung von SO₂ in SO₃ (der Schwellwert oder Zündpunkt) variiert mit dem in dem Umwandlungsprozess verwendeten Katalysator und kann zum Beispiel in dem Bereich von 380–420°C (715–788°F) liegen. Wenn die Umwandlungsreaktion einmal in Gang gebracht (gezündet) ist, kann sie bei Temperaturen aufrechterhalten werden, die unter den Zündpunkt fallen können.
Die Umwandlung von SO₂ in SO₃ ist eine Gleichgewichtsreaktion (SO₂ + ½O₂ ↔ SO₃). In einem typischen kommerziellen Prozess wird der zum Umwandeln von SO₂ in SO₃ benötigte Sauerstoff durch die Luft in dem ersten Gemisch (SO₂ und Luft) bereitgestellt. Der Prozentsatz von SO₂, der in SO₃ umgewandelt werden kann, variiert mit der Temperatur und mit der Konzentration (dem Partialdruck) der gasförmigen Ausgangsreaktionspartner (SO₂ und O₂). Je niedriger die Temperatur in dem Temperaturbereich ist, in dem die Umwandlungsreaktion stattfindet, um so größer ist die Umwandlung von SO₂ in SO₃. Für eine gegebene Konzentration von Reaktionsmitteln und unter der Annahme, dass die Umwandlungsreaktion im Gleichgewicht erfolgt, gibt es einen theoretischen Umwandlungsanteil von SO₂ in SO₃ bei jeder Temperatur in dem Bereich, in dem die Umwandlung aufrecht erhalten werden kann. Der Umwandlungstemperaturbereich hat eine Maximal- und eine Minimaltemperatur. Die maximale theoretische Umwandlung findet bei der Minimaltemperatur statt, bei der die Umwandlung aufrecht erhalten werden kann. In Abhängigkeit von der Konzentration der Reaktionspartner kann die maximale theoretische Umwandlung 99% oder mehr betragen, zum Beispiel bei einer minimalen Aufrechterhaltungstemperatur von 400°C (752°F). In herkömmlichen kommerziellen Prozessen ist der tatsächliche Umwandlungsprozentsatz (die Förderleistung) üblicherweise eine Annäherung an den theoretischen Umwandlungsprozentsatz, d. h. etwas unterhalb des theoretischen Umwandlungsprozentsatzes; die Nähe der Annäherung wird durch eine Vielzahl von Parametern beeinflusst, wie beispielsweise die Gasverteilung in dem den Katalysator enthaltenden porösen Bett, die Gasgeschwindigkeit durch dieses Bett und die Aktivität des Katalysators.
Wie oben erwähnt, gibt es eine Maximaltemperatur, bei der die Umwandlungsreaktion aufrecht erhalten werden kann, und die maximale Aufrechterhaltungstemperatur sinkt, wenn der Umwandlungsprozentsatz steigt. Zum Beispiel erreicht die Umwandlungsreaktion in Abhängigkeit von der Konzentration der Ausgangsreaktionsmittel bei einer Temperatur von etwa 500°C (1.112°F) ein Gleichgewicht, wenn der theoretische SO₃-Anteil etwa 70% beträgt; eine niedrigere Temperatur von z. B. etwa 480°C (896°F) oder darunter kann erforderlich sein, um eine theoretische Umwandlung von 95% zu erzielen; und eine Temperatur von etwa 400°C (752°F) kann erforderlich sein, um eine theoretische Umwandlung von 99% zu erzielen. Ein Beispiel der Konzentrationen von Reaktionspartnern zum Erzielen der in dem obigen Teil dieses Absatzes beschriebenen Ergebnisse weist etwa 10,5 Vol.-% SO₂ und 10,4 Vol.-% O₂ auf. Im Allgemeinen steigt bei einer gegebenen Temperatur der theoretische Umwandlungsanteil, wenn der SO₂-Ausgangsanteil sinkt und der O₂-Ausgangsanteil steigt.
Die Umwandlung von SO₂ in SO₃ ist eine exotherme Reaktion, die eine beträchtliche Wärmemenge erzeugt, was wiederum die Temperatur der durch den Umwandler strömenden Gase auf eine Temperatur nahe oder über der Temperatur, bei der die Umwandlung aufrecht erhalten werden kann, erhöht. Zusätzlich steigt bei fortlaufender Umwandlungsreaktion der Anteil von SO₃ in dem Gastrom, was wiederum ein Absenken der Temperatur des Gasstromes erfordert, um die Umwandlung weiter stattfinden zu lassen. Diese zwei Faktoren, d. h. das Erhöhen der Temperatur und das Erhöhen des SO-₃ Anteils erfordern das Kühlen des Gasstromes, um den Anteil von SO₃ in dem Gasstrom weiter zu erhöhen.
Um das gesamte oder im wesentlichen das gesamte SO₂ in SO₃ umzuwandeln, war es deshalb üblich, kommerzielle Umwandlungsprozesse in zwei oder mehr Umwandlungsstufen durchzuführen, in denen das teilweise umgewandelte Gasgemisch von einer Stufe zwischen dieser Stufe und der nächsten Stufe einer Kühlung unterzogen wird. Typischerweise wurde das Kühlen durch Leiten des teilweise umgewandelten Gasgemisches durch entweder einen Strahlungskühler oder einen Wärmetauscher außerhalb des Umwandlungsgefäßes realisiert. Alternativ wird das teilweise umgewandelte Gemisch zwischen den Stufen mit einem Kühlfluid wie beispielsweise Kühlluft verdünnt, was zusätzlich zu dem Kühlen des teilweise umgewandelten Gasgemisches notwendigerweise die Konzentration von SO₂ und SO₃ in dem teilweise umgewandelten Gasgemisch reduziert und sein Volumen erhöht.
Das Kühlen zwischen den Stufen reduziert die Temperatur des Gasstroms auf eine Temperatur, bei welcher die katalytische Umwandlung in Gang gesetzt und dann für eine Weile aufrecht erhalten werden kann, wobei nicht vergessen wird, dass, wenn eine Umwandlung einmal wieder fortschreitet, die Temperatur und der Anteil von SO₃ in dem Gasstrom beide ansteigen, was evtl. wieder Hindernisse für eine weitere Umwandlung erzeugt, wie oben beschrieben.
Ein Umwandler, der zwei Umwandlungsstufen zusammen mit einer einzelnen Kühlstufe dazwischen verwendet, kann unter geeigneten Umständen bis zu etwa 97% des SO₂ in SO₃ umwandeln. Ein Gasgemisch, in dem bis zu etwa 97% des SO₂ in SO₃ umgewandelt worden sind, ist zur Verwendung in der Konditionierung von Abgasen akzeptabel. Wenn jedoch das SO₃ als Sulfoniermittel eingesetzt werden soll, ist es häufig wünschenswert, ein Gasgemisch zu verwenden, in dem 99% (oder mehr) des SO₂ in SO₃ umgewandelt worden sind. In einem solchen Fall verwendet der Umwandler drei Umwandlungsstufen (oder mehr) mit einer Kühlstufe zwischen der ersten und der zweiten Umwandlungsstufe und einer weiteren Kühlstufe zwischen der zweiten und der dritten Umwandlungsstufe, usw..
Ein Gasgemisch bestehend im wesentlichen aus Luft und SO₃ wird üblicherweise gekühlt, nachdem es den Umwandler verlässt und bevor das SO₃ darin als Sulfoniermittel verwendet wird. Typischerweise wird das den Umwandler verlassende Gasgemisch nicht um ein beträchtliches Maß gekühlt, wenn das SO₃ als Abgaskonditioniermittel verwendet wird.
Ein Beispiel eines herkömmlichen Prozesses zur Herstellung von SO₃ zur Verwendung als Sulfoniermittel ist in der veröffentlichten britischen Patentanmeldung GB 2,088,359 A beschrieben. Ein Beispiel eines herkömmlichen Prozesses zur Herstellung von SO₃, das als Konditioniermittel für Abgase eingesetzt wird, ist in dem US Patent Nr. 5,244,642 beschrieben. Auf die in diesen beiden Veröffentlichungen beschriebenen Gegenstände wird hierdurch Bezug genommen.
Bei den oben beschriebenen Prozessen zur Herstellung von gasförmigem SO₃ gibt es Nachteile. Diese Nachteile entstehen aus der Notwendigkeit, das erste Gasgemisch zwischen dem Schwefelbrenner und dem Umwandler einer Kühlung zu unterziehen; der Notwendigkeit, das der Umwandlung unterliegende Gasgemisch zwischen den Umwandlungsstufen einer Kühlung zu unterziehen; und der Notwendigkeit, den Umwandler mit mehreren Umwandlungsstufen zu versehen. Diese Notwendigkeiten bringen beträchtliche Ausgaben für eine Kühlausrüstung und die zugehörigen Rohrleitung mit sich und sie vergrößern wesentlich den durch das das SO₃ herstellende Ausrüstungspaket belegten Raum.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung vermeidet die Unzulänglichkeiten der oben beschriebenen herkömmlichen Prozesse und Vorrichtungen durch Verwenden eines Verfahrens und einer Vorrichtung, welche die Notwendigkeit für eine Kühlausrüstung zwischen dem Schwefelbrenner und dem Umwandler und zwischen Umwandlungsstufen des Umwandlers beseitigen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das erste Gemisch, bestehend im wesentlichen aus Schwefeldioxid und Luft, von dem Schwefelbrenner direkt zu dem Katalysator geleitet, ohne das erste Gemisch zwischen dem Schwefelbrenner und dem Katalysator zu kühlen. Der Katalysator weist ein Gefäß mit mehreren beabstandeten Kanälen mit jeweils einem stromaufwärtigen Ende und einem stromabwärtigen Ende und jeweils mit einem Mittel zum Katalysieren der Umwandlung von SO₂ in SO₃ auf. Der Umwandler enthält auch einen stromaufwärtigen Verteiler an den stromaufwärtigen Enden der Kanäle zum Empfangen des gasförmigen Gemisches mit SO₂ und Luft und zum Leiten von Teilen des ersten Gemisches in die stromaufwärtigen Enden der Kanäle, um mehrere Ströme mit dem ersten Gemisch an den stromaufwärtigen Kanalenden zu bilden.
Das SO₂ in dem ersten Gemisch wird in SO₃ umgewandelt, wenn die Ströme durch die Kanäle fließen, um in den Strömen ein zweites Gemisch, bestehend im wesentlichen aus SO₃ und Luft, an den stromabwärtigen Enden der Kanäle zu erzeugen. Jeder der Ströme wird im wesentlichen kontinuierlich gekühlt, wenn er durch seinen Kanal strömt und wenn das SO₂ darin einer Umwandlung in SO₃ unterliegt. In dem Umwandler ist an den stromabwärtigen Enden der Kanäle ein stromabwärtiger Verteiler zum Empfangen und Kombinieren der Ströme angeordnet, wenn sie aus den Kanälen strömen.
Das Kühlen der Ströme, wenn sie durch die Kanäle strömen, wird ohne Einleiten eines Kühlmediums in irgendeinen der Ströme und ohne Verteilen irgendeines der Ströme außerhalb der Kanäle in dem Gefäß durchgeführt. Jeder Strom wird im wesentlichen sofort bei Eintritt in das stromaufwärtige Ende eines Kanals gekühlt und im wesentlichen fortlaufend entlang im wesentlichen der gesamten Länge des Kanals von seinem stromaufwärtigen Ende zu seinem stromabwärtigen Ende einer Kühlung unterzogen. Die Kanäle sind durch eine Vielzahl von beabstandeten Rohrelementen definiert, die durch Kontaktieren der Außenfläche jedes Rohrelementes mit einem Fluidkühlmedium (z. B. Kühlluft) entlang im wesentlichen der gesamten Länge des Rohrelements von seinem stromaufwärtigen Ende zu seinem stromabwärtigen Ende gekühlt werden.
Jeder Kanal weist einen anfänglichen, stromaufwärtigen Kühlabschnitt und eine einzelne, fortlaufende, ununterbrochene Umwandlungsstufe mit einem stromaufwärtigen und einem stromabwärtigen Ende auf. Die Umwandlungsstufe endet in den meisten Ausführungsbeispielen an dem stromabwärtigen Kanalende und hält das gesamte Katalysatormittel, dem das SO₂ in dem Umwandler unterzogen wird. In einem Aus führungsbeispiel kann der Kanal auch einen stromabwärtigen Kühlabschnitt mit einem stromaufwärtigen Ende, welches mit dem stromabwärtigen Ende der Umwandlungsstufe in Verbindung steht und an dem stromabwärtigen Ende des Kanals endet, enthalten.
Das Kühlen gemäß der vorliegenden Erfindung hält den Gasstrom auf einer Temperatur, die eine Umwandlung des SO₂ in SO₃ im wesentlichen fortlaufend von dem stromaufwärtigen Ende zu dem stromabwärtigen Ende der Umwandlungsstufe und bis die Umwandlung von SO₂ und SO₃ 95% übersteigt, wobei typischerweise ein Ergebnis von 97% SO₃ oder mehr hergestellt wird, aufrecht erhält; ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugt ein Ergebnis, das den maximalen theoretischen Umwandlungsanteil erreicht, (d. h. einen Umwandlungsanteil von 99% übersteigt), wobei zum Beispiel ein Ergebnis von 99% erzeugt wird.
Weil zwischen dem Schwefelbrenner und dem Umwandler kein Kühlgerät vorhanden ist und weil zum Kühlen des die Umwandlung durchlaufenden Gasgemisches außerhalb des Umwandlers kein Kühlgerät vorhanden ist, können das Schwefelbrennergefäß und das Umwandlergefäß im Vergleich zu dem Abstand zwischen diesen Gefäßen in einer derartige Kühlgeräte einsetzenden Vorrichtung relativ nahe zusammen positioniert werden. Analog ist die Länge der Leitung zwischen dem Schwefelbrenner und den Umwandlern entsprechend klein. Dies reduziert den durch das gesamte das SO₃ produzierende Packet belegten Raum beträchtlich, was wünschenswert ist.
Die vorliegende Erfindung kann über einen weiten Bereich von SO₂-Konzentrationen, z. B. 4–12%, eingesetzt werden. (Hierbei sind, wenn SO₂- und SO₃-Anteile in Prozent ausgedrückt sind, die Prozente jeweils Vol.-%.) Ausrüstungs- und Verarbeitungshilfsmittel, die zur Herstellung von SO₂-Anteilen am oberen Ende des obigen Bereichs (und höher) eingesetzt werden können, sind in den zwei oben genannten Patentveröffentlichungen beschrieben. Je höher die SO₂-Konzentration ist, umso kleiner ist das Volumen der Verarbeitungsausrüstung und der Rohrleitungen, die zum Abwickeln des das SO₂ enthaltenden Gasstromes benötigt werden. Wenn wie in diesem Fall der Anteil von in SO₃ umgewandeltem SO₂ hoch ist (z. B. 97% und höher), ist die SO₃-Konzentration im wesentlichen die gleiche wie die SO₂-Konzentration, und ohne eine Verdünnung des SO₃ mit Kühlluft ist das Volumen der Verarbeitungsausrüstung und der Rohrleitungen, die zum Abwickeln des das SO₃ enthaltenden Gasstromes benötigt werden, relativ klein. Je kleiner das Volumen der Verarbeitungsausrüstung und der Rohrleitungen ist, die zum Abwickeln der Gasströme benötigt werden, umso kleiner sind die Kapitalaufwendungen und umso kleiner ist der durch die Verarbeitungsausrüstung beanspruchte Raum, was alles wünschenswert ist.
Weitere Merkmale und Vorteile sind dem beanspruchten und offenbarten Verfahren und der Vorrichtung inhärent oder werden für den Fachmann aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Zusammenhang mit den beiliegenden schematischen Zeichnungen offensichtlich.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Flussdiagramm eines ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendenden Verfahrens;
1A ist eine Teilseitenansicht des nahen Abstandes zwischen einem Schwefelbrenner und einem Umwandler bei Verwendung der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine vertikale Querschnittsdarstellung eines Umwandlers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei einige Teile des Umwandlers entfernt sind;
3 ist eine Draufsicht des Umwandlers von 2;
4 ist eine horizontale Querschnittsdarstellung durch den Umwandler zwischen den stromaufwärtigen und den stromabwärtigen Enden der Umwandlungskanäle;
5 ist eine vergrößerte vertikale Querschnittsdarstellung des stromaufwärtigen Endes eines Umwandlungskanals;
6 ist eine vergrößerte Unteransicht des stromaufwärtigen Endes eines Umwandlungskanals;
7 ist eine vertikale Querschnittsdarstellung des Umwandlers ähnlich 2, wobei einige Teile entfernt sind und andere, nicht in 2 dargestellte Teile gezeigt sind;
8 ist eine vergrößerte, vertikale Querschnittsdarstellung einer Fahrstrecke, die an dem Umwandlergefäß angebracht ist und zum Erzielen eines Zugangs zu dem Inneren des Umwandlergefäßes benutzt wird;
9 ist eine vergrößerte Stirnansicht der in 8 dargestellten Fahrstrecke;
10 ist eine vergrößerte Teil-Querschnittsansicht eines Teils des Umwandlers;
11 ist eine vertikale Teil-Querschnittsdarstellung ähnlich 7 eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung; und
12 ist eine schematische Teil-Darstellung des Ausführungsbeispiels von 11.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Bezug nehmend zunächst auf 1, 1A, 2 und 7 reagieren Schwefel und Luft in einem Schwefelbrenner 20, um ein erstes Gemisch, bestehend im wesentlichen aus Schwefeldioxid (SO₂) und Luft zu erzeugen. Die folgende Erläuterung nimmt zu Veranschaulichungszwecken eine SO₂-Konzentration von 8% an. Das erste Gemisch wird von dem Schwefelbrenner 20 durch eine Leitung 21 zu einem katalytischen Umwandler bzw. Katalysator 22 geleitet. Der Umwandler 22 weist ein Gefäß 23 mit mehreren Kanälen 24 auf, die jeweils durch ein Rohrelement 25 (nur eines von diesen ist in 2 und 7 dargestellt), definiert sind. Jeder Kanal 24 besitzt ein stromaufwärtiges und ein stromabwärtiges Ende 26 bzw. 27, und jeder Kanal enthält bei 31, 32 (7) Mittel zum Katalysieren der Umwandlung von SO₂ in SO₃. Jeder Kanal 24 weist eine Umwandlungsstufe auf, die durch den Teil des Kanals definiert ist, welcher die Katalysatoren bei 31, 32 enthält.
Der Umwandler 22 weist einen stromaufwärtigen Verteiler 28 auf, der mit dem stromaufwärtigen Ende 26 jedes Kanals 24 in Verbindung steht. Der stromaufwärtige Verteiler 28 empfängt das erste Gasgemisch und leitet einen Teil des ersten Gasgemisches in das stromaufwärtige Ende 26 jedes Kanals 24, um an den stromaufwärtigen Kanalenden 26 mehrere, das erste Gemisch enthaltende Ströme zu bilden.
Jeder Strom strömt durch einen jeweiligen Kanal 24 von seinem stromaufwärtigen Kanalende 26 zu seinem stromabwärtigen Kanalende 27. Wenn ein Strom durch seinen Kanal 24 strömt, wird das SO₂ darin in der Anwesenheit des Katalysators bei 31, 32 in SO₃ umgewandelt; die Umwandlung erzeugt in dem Strom ein zweites Gemisch, bestehend im wesentlichen aus SO₃ und Luft an dem stromabwärtigen Kanalende 27. Jeder Strom wird gekühlt, wenn er durch seinen Kanal 24 strömt und wenn das SO₂ in dem Strom einer Umwandlung in SO₃ unterliegt. Das Kühlen des Stromes ist von dem stromaufwärtigen Kanalende 26 zu dem stromabwärtigen Kanalende 27 im wesentlichen fortlaufend. Die Umwandlung von SO₂ in SO₃ wird ohne Unterbrechung von dem stromaufwärtigen Ende zu dem stromabwärtigen Ende der Umwandlungsstufe bei 31, 32 aufrecht erhalten.
Der Umwandler 22 weist einen stromabwärtigen Verteiler 29 auf, der mit dem stromabwärtigen Ende 27 jedes Kanals 24 in Verbindung steht. Der Verteiler 29 empfängt und kombiniert die Ströme, wenn sie aus den Kanälen 24 strömen.
Das erste Gasgemisch (SO₂ und Luft) gelangt durch eine Einlassöffnung 19, die mit dem Einlassverteiler 28 in Verbindung steht, in den Umwandler 22. Das zweite Gasgemisch (z. B. 8% SO₃ enthaltend) wird aus dem Umwandler durch eine Auslassöffnung 30, die mit dem stromabwärtigen Verteiler 29 in Verbindung steht, entzogen. Das Gasgemisch, welches den Umwandler 22 durch die Auslassöffnung 30 verlässt, wird durch Leitungen 34–35 (1) weg von dem Umwandler 22 in eine stromabwärtige Richtung zum Kontakt mit einem weiteren Fluidstrom, der ein Material enthält, mit dem das SO₃ oder auf welches das SO₃ reagieren wird (z. B. wie bei einer Sulfonierreaktion oder wie bei der Konditionierung von Abgasen) geleitet.
In einem Ausführungsbeispiel kann das Gasgemisch in der Leitung 34 in der Leitung 35 mit Prozessluft von einer Prozessluft-Hauptleitung 41 kombiniert werden, um die Konzentration von SO₃ in dem Gemisch zu verdünnen (z. B. von 8% auf 4%). Verdünnungsluft strömt von einer Leitung 41 durch eine Zweigleitung 141 mit einem Ventil 142 zum Regeln der Strömung von Verdünnungsluft. Eine verdünnte SO₃-Konzentration kann in Fällen wünschenswert sein, in denen das Gasgemisch von SO₃ und Luft gekühlt wird und als Sulfoniermittel verwendet wird.
Wenn das SO₃/Luft-Gemisch in einem Sulfonierprozess verwendet werden soll, wird das Gemisch gekühlt und eine Spur eines kondensierten Oleumbeschlags wird herausgefiltert. Oleum ist mit überschüssigem SO₃ gesättigte Schwefelsäure (H₂SO₄); Oleum wird erzeugt, wenn das SO₃ in dem Gemisch mit restlichem H₂O reagiert, das beim Kühlen des Gemisches aus dem Gemisch kondensiert ist.
Wie am besten in 1A veranschaulicht, ist der Abstand zwischen dem Schwefelbrenner 20 und dem Umwandler 22 relativ klein, und die Länge der Leitung 21, welche den Schwefelbrenner 20 und den Umwandler 22 verbindet, ist entsprechend kurz. Zusätzlich gibt es kein Kühlgerät irgendeiner Art zwischen dem Schwefelbrenner 20 und dem Umwandler 22, das eine beträchtliche Kühlung des ersten Gasgemisches erzeugen könnte, wenn es zwischen dem Schwefelbrenner und dem Umwandler strömt. In einer Anordnung mit einem solchen Kühlgerät würde der Abstand zwischen dem Schwefelbrenner und dem Umwandler im Vergleich zu dem in 1A veranschaulichten Abstand relativ groß werden, um das Kühlgerät aufzunehmen; und die Länge der Leitung zwischen dem Schwefelbrenner und dem Umwandler wird im Vergleich zu der in 1A veranschaulichten Länge der Leitung 21 entsprechend groß.
Als Ergebnis der Verwendung einer Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung strömt das erste Gasgemisch von dem Schwefelbrenner 20 in den Katalysator 22 ohne Unterziehen des ersten Gemisches einer deutlichen Kühlung an irgendeiner Stelle zwischen dem Schwefelbrenner und den Kanälen 24 in dem Umwandler 22.
Wie zuvor in Verbindung mit dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel erwähnt, wird der Umwandler 22 ohne Verwenden eines separaten Kühlgeräts zwischen dem Schwefelbrenner 20 und dem Umwandler 22 eingesetzt. Jedoch kann es Situationen geben, in denen der Umwandler 22 mit einem solchen Kühlgerät verwendet wird, z. B. wenn der Umwandler 22 einen herkömmlichen Umwandler in einem bereits ein separates Kühlgerät zwischen dem Schwefelbrenner und dem Umwandler enthaltenden existierenden System ersetzt; der Einsatz des Umwandlers 22 ist in vielen Arten von SO₃ herstellenden Systemen vorteilhaft und ist nicht auf Systeme ohne separates Kühlgerät beschränkt.
Die Rohrelemente 25 in dem Umwandler 22 und die durch die Rohrelemente strömenden Ströme werden durch Einleiten eines kalten Fluidkühlmediums in das Innere des Umwandlergefäßes 23 durch Einlässe 37, 38 und dann Entziehen des erwärmten Fluidmediums durch einen Auslass 39, nachdem das Fluidmedium außerhalb der Rohrelemente Wärme entzogen hat, gekühlt. Als Ergebnis werden die Ströme in den Kanälen 24 ohne Einleiten eines Kühlmediums in irgendeinen der Ströme und ohne Verteilen irgendeines der Ströme außerhalb des Umwandlergefäßes 23, in dem die Kanäle 24 und die Gasströme vollständig enthalten sind, gekühlt.
In dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Fluidkühlmedium-Einlässe 37, 38 und der Auslass 39 vertikal mit dem Einlass 19 ausgerichtet dargestellt, durch den das Gasgemisch von dem Schwefelbrenner 20 strömt. In dem in dem Flussdiagramm (1) dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Einlässe 37, 38 und der Auslass 39 nicht vertikal ausgerichtet mit dem Einlass 19 gezeigt.
Jeder Kanal 24 weist eine einzelne, fortlaufende, ununterbrochene Umwandlungsstufe bei 31, 32 auf, die an dem stromabwärtigen Kanalende 27 endet und den gesamten Katalysator enthält, dem das SO₂ in dem Umwandler 22 unterzogen wird. Die Umwandlung von SO₂ in SO₃ in der einzelnen Umwandlungsstufe übersteigt typischerweise 97% zu dem Zeitpunkt, zu dem ein Strom sein stromabwärtiges Kanalende 27 erreicht (z. B. eine Umwandlung von 99%).
Wieder Bezug nehmend auf 1 werden nun der Prozess und die Ausrüstung, die darin dargestellt sind, in mehr Einzelheiten beschrieben. Schwefel von einer Schwefelquelle 42 wird durch eine Leitung 43 in das stromaufwärtige Ende des Schwefelbrenners 20 geleitet. In dem Ausführungsbeispiel von 1 ist der Schwefelbrenner 20 vertikal angeordnet; ein waagerecht angeordneter Schwefelbrenner kann auch verwendet werden. Prozessluft von einer Prozessluftquelle 44 strömt durch eine Prozessluft-Hauptleitung 41 und dann durch eine Zweigleitung 45 mit einem Regelventil 46 zu einem Heizer 47, in dem die Luft erwärmt werden kann, bevor sie in den Schwefelbrenner 20 gelangt. Luft strömt von dem Heizer 47 durch eine Leitung 48 mit einem Ventil 49 zu dem stromaufwärtigen Ende oder dem oberen Ende des Schwefelbrenners 20. Die Temperatur der Prozessluft in der Leitung 48 wird durch ein Temperaturmesselement 51 gemessen, welches ein Signal an eine Steuerung 52 schickt, welche den Heizer 47 steuert. In den Schwefelbrenner 20 gelangende Luft wird während des Hochlaufs des in 1 dargestellten Systems erwärmt.
Die durch die Zweigleitung 45 strömende Menge Prozessluft wird durch das Ventil 46 reguliert, welches seinerseits durch eine Steuerung 56 gesteuert wird, welche als Reaktion auf ein Signal von einem Temperaturmesselement 55 arbeitet, welches die Temperatur des ungekühlten ersten Gasgemisches misst, welches durch die den Schwefelbrenner 20 mit dem Umwandler 22 verbindende Leitung 21 strömt. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das Prozessluft-Strömungsregelventil 46 als Reaktion auf die Strömung des Schwefels in den Schwefelbrenner 20 auf bestimmte vorgegebene Strömungsraten des Schwefels geregelt werden; eine Anordnung dieser Art ist in dem obigen US-Patent Nr. 5,244,642 beschrieben.
Wie zuvor erwähnt, gibt es zwischen dem Heizer 47 und dem Schwefelbrenner 20 auf der Leitung 48 ein Ventil 49. Das Ventil 49 ist normalerweise offen, aber schließt automatisch, wenn es eine Fehlfunktion des Gebläses (nicht dargestellt) gibt, das Prozessluft von einer Luftquelle 44 liefert. Das Schließen des Ventils 49 verhindert den Rückstau von korrodierenden Schwefeloxiden von einer Stelle nach dem Ventil 49 in den Luftheizer 47 und das Luftzufuhrsystem vor dem Heizer 47 und schützt dadurch alles vor dem Ventil 49 vor Korrosion.
Das in den Umwandler 22 durch Einlässe 37, 38 eingeleitete Fluidkühlmedium wird durch ein Luftgebläse 57 vorgesehen, welches Kühlluft durch eine Leitung 58 mit einem Regelventil 59, das durch eine Steuerung 60 gesteuert wird, welche als Reaktion auf ein Signal von einem Temperaturmesselement 61 arbeitet, welches die Temperatur des Gasstromes misst, bevor es der Umwandlung in dem Kanal 24 unterliegt, in den Einlass 37 bläst.
Die Kühlluft von dem Gebläse 57 gelangt durch eine Leitung 62 mit einem Regelventil 63, welches durch eine Steuerung 64 gesteuert wird, welche als Reaktion auf ein Signal von einem Temperaturmesselement 65 arbeitet, das die Temperatur des den Umwandler 22 durch die Leitung 34 verlassenden zweiten Gasgemisches misst, in den Einlass 38.
Während gewisser Perioden, in denen es kein heißes erstes Gasgemisch aus SO₂ und Luft, das in den Umwandler 22 eindringt, und keine Umwandlung von SO₂ in SO₃ mit der zugehörigen Erzeugung von Wärme gibt, ist es wünschenswert, sonst eine erhöhte Temperatur in den Kanälen 24 des Umwandlers 22 vorzusehen; das Vorsehen einer solchen erhöhten Temperatur ist während des Hochlaufes und eines Standby-Betriebs für das in 1 dargestellte System wünschenswert. Eine erhöhte Temperatur über Umgebungstemperatur ist hilfreich, bis zu 850°F (454°C). Eine bevorzugte Temperatur ist etwa 800°F (427°C), eine Temperatur in der Mitte eines Temperaturbereichs (780– 850°F (416–454°C)), die zur Anregung der katalytischen Umwandlung von SO₂ in SO₃ günstig ist. Die Kanäle 24 können von Umgebungsluft auf eine Temperatur in dem günstigen Temperaturbereich durch die Wärme von dem ersten Gasgemisch erwärmt werden, wenn dieses Gemisch durch die Kanäle nach dem Hochlauf oder eines Standby-Betriebs des Systems strömt; aber hierbei gibt es eine Verzögerung beim Erreichen der gewünschten Temperatur. Das Versehen der Kanäle 24 mit einer erhöhten Temperatur während des Hochlaufs und eines Standby-Betriebs beseitigt oder reduziert diese Verzögerung.
Die Ausrüstung zum Aufrechterhalten einer erhöhten Temperatur in den Kanälen 24 des Umwandlers 22 während eines Hochlaufs oder eines Standby-Betriebs weist ein Heizgerät 68 und eine Kreislaufschleife mit Komponentenleitungen 69 und 70 auf. Luft mit Umgebungstemperatur wird durch eine Einlassleitung 71 in das Gebläse 57 gezogen und in das Heizgerät 68 geleitet, in dem die Luft erwärmt wird. Heiße Luft verlässt das Heizgerät 68 durch eine Leitung 72, aus welcher die Luft in Zweigleitungen 58 und 62 strömt, die mit den Umwandlereinlässen 37 bzw. 38 in Verbindung stehen. Erwärmte Luft wird während des Hochlaufs und des Standby-Betriebs aus dem Umwandler 22 durch den Auslass 39 gezogen und strömt durch die Umlaufkomponentenleitungen 69, 70 in die Einlassleitung 71 des Gebläses 57. Wenn heiße Luft zu dem Umwandler 22 zurückgeleitet wird, wird ein Ventil 74 auf der Umlaufleitung 70 in einem offenen Zustand gehalten, und ein Ventil 75 auf einer Leitung 69 nach ihrer Verbindung mit der Leitung 70 wird in einem geschlossenen Zustand gehalten. Die Temperatur der das Heizgerät 68 durch die Leitung 72 verlassenden Luft wird durch ein Temperaturmesselement 78 gemessen, welches ein Signal zu einer Steuerung 77 zum Steuern des Heizgeräts 68 schickt.
Wenn das heiße erste Gasgemisch in den Umwandler 22 strömt, wird es nicht länger notwendig, die Kanäle 24 des Umwandlers 22 künstlich zu erwärmen; das Ventil 74 auf der Umlaufleitung 70 wird dann geschlossen, und das Ventil 75 auf der Leitung 69 nach ihrer Verbindung mit der Leitung 70 wird geöffnet. Dieses bläst das den Umwandler 22 durch den Auslass 39 verlassende Fluidmedium in die Atmosphäre.
Das Volumen von Kühlluft, das zum Kühlen der durch die Kanäle 24 strömenden Ströme erforderlich ist, wenn das SO₂ einer Umwandlung in SO₃ unterliegt, ist wesentlich größer als das Volumen von erwärmter Luft, die zum Halten der Kanäle 24 auf der gewünschten Temperatur während des Hochlaufs oder des Standby-Betriebs erforderlich ist. In einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist das Gebläse 57 ein Zusatzgebläse, das kleiner ist als ein Hauptgebläse 157 und von diesem getrennt und beabstandet ist, welches nicht mit dem Heizgerät 68 und den Umlaufleitungen 69, 70 verbunden ist. In jenen Ausführungsbeispielen, in denen das Gebläse 57 ein Zusatzgebläse ist, ist das Hauptgebläse 157 durch eine an dem Heizgerät 68 vorbei laufende Leitung 172 direkt mit der Leitung 72 verbunden, und die Einlassleitung 171 zu dem Gebläse 157 hat keine Verbindung zu der Umlaufleitung 70. Das kleinere Zusatzgebläse wird während des Hochlaufs und des Standby-Betriebs benutzt; das größere Hauptgebläse 157 wird während der Erzeugung von SO₃ aus SO₂ verwendet. Es gibt ein Ventil 173 auf Leitung 172 und ein Ventil 174 auf Leitung 72 zwischen dem Heizgerät 68 und der Verbindung der Leitung 172 mit der Leitung 72. Wenn das Hauptgebläse 157 arbeitet, ist das Ventil 173 offen und das Ventil 174 ist geschlossen. Wenn das Zusatzgebläse 57 arbeitet, ist das Ventil 173 geschlossen und das Ventil 174 ist offen.
Die in 1 dargestellte Ausrüstung enthält eine Anzahl von Leitungsreduzierstücken. Es gibt ein Leitungsreduzierstück 80 auf der Umlaufleitung 70 nahe Ihrer Verbindung mit der Leitung 69; und es gibt ein weiteres Leitungsreduzierstück 61 auf der Leitung 70 nahe ihrer Verbindung mit der Leitung 71. Es gibt ein Leitungsreduzierstück 82 auf der Lufteinlassleitung 62 nahe ihrer Verbindung mit der Leitung 72; und es gibt ein Leitungsreduzierstück 83 auf der Prozessluft-Zweigleitung 141 nahe der Verbindung der Leitung 141 mit der Umwandler-Auslassleitung 35. Wie in 1 dargestellt, verjüngt sich jedes Leitungsreduzierstück von einem weiten Ende zu einem engen Ende. Eine Leitung, die mit einem Leitungsreduzierstück angrenzend an das nahe Ende des Leitungsreduzierstücks in erbindung steht, hat einen kleineren Querschnitt als der Querschnitt der Leitung, die mit dem Leitungsreduzierstück an ihrem weiten Ende in Verbindung steht.
Das in 1, 2 und 7 dargestellte Ausführungsbeispiel des Umwandlers 22 ist vertikal angeordnet. In anderen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann der Umwandler horizontal angeordnet sein. Bei dem Ausführungsbeispiel des vertikal angeordneten Umwandlers 22 ist das stromaufwärtige Ende des Umwandlers am Boden des Umwandlergefäßes; alternativ kann das stromaufwärtige Ende am oberen Ende des Gefäßes sein, wodurch die Strömung der Gasgemische durch den Umwandler vertikal nach unten sein würde.
Der Kühlfluidstrom durch den Umwandler kann in der gleichen Richtung wie der Strom der Gasgemische durch den Umwandler sein (Gleichströmung); alternativ kann der Kühlfluidstrom in einer Richtung entgegen der Strömungsrichtung der Gasströme sein (Gegenströmung). Jede Art Strömung, Gleichströmung oder Gegenströmung, kann in allen Anordnungen des Umwandlers, sowohl vertikal als auch horizontal, eingesetzt werden.
In dem Ausführungsbeispiel von 1 ist der Schwefelbrenner 20 beabstandet von dem Umwandler 22 dargestellt. In anderen Ausführungsbeispielen können der Schwefelbrenner und der Umwandler als einzelnes fortlaufendes Gefäß konstruiert sein, z. B. kann der Schwefelbrenner vertikal mit dem Umwandler 22, entweder über oder unter dem Umwandler 22 gestapelt sein; oder der Schwefelbrenner und der Umwandler können beide als Teile eines einzigen fortlaufenden Gefäßes horizontal angeordnet sein. In einem Ausführungsbeispiel einer vertikalen Anordnung, bei der der Schwefelbrenner unterhalb des Umwandlers ist, würden Schwefel und Prozessluft in den Schwefelbrenner angrenzend an den Boden des Schwefelbrenners eindringen, und das erste Gasgemisch (SO₂ und Luft) würde das obere Ende des Schwefelbrenners durch eine Auslassöffnung, die direkt mit dem stromaufwärtigen Verteiler 28 des Umwandlers in Verbindung steht, verlassen. Bei einer vertikalen Anordnung, bei der der Schwefelbrenner über dem Umwandler ist, würde die gesamte, zuvor beschriebene Anordnung invertiert werden; und in einem horizontal angeordneten System würde die zuvor beschriebene vertikale Anordnung um 90° um eine vertikale Ebene gedreht werden.
Der Umwandler 22 und seine Komponenten werden nun unter Bezugnahme auf 2–7 in mehr Einzelheiten beschrieben. Das Umwandlergehäuse 23 ist vertikal angeordnet und weist ein oberes und ein unteres Ende auf. Der stromaufwärtige Verteiler 28 ist angrenzend an den Gefäßboden angeordnet, und der stromabwärtige Verteiler 29 ist an grenzend an das obere Ende des Gefäßes angeordnet. Die Kanäle 24 sind vertikal angeordnet und komplett in dem Gefäß 23 zwischen dem stromaufwärtigen Verteiler 28 und dem stromabwärtigen Verteiler 29 positioniert. Der Umwandler kann eine sehr große Anzahl von Kanälen 24 enthalten, einundfünfzig solcher Kanäle sind in 4 gezeigt.
Jeder der Kanäle 24 ist durch ein längliches Rohrelement 25 definiert, das in einer beabstandeten Beziehung zu den anderen Rohrelementen angeordnet ist (4). Das Umwandlergefäß 23 hat eine Außenschale, die ein Inneres definiert, in dem die Rohrelemente 25 positioniert sind. Jedes Rohrelement 25 besteht aus einem nicht-isolierten, thermisch leitfähigen Material, wie beispielsweise einem hochtemperaturfesten Edelstahl. Die Außenschale des Umwandlergefäßes 23, die keinem der Gasgemische ausgesetzt ist, besteht aus einem nicht-rostfreien Kohlenstoffstahl, typischerweise einem Kesselblechstahl. Der stromaufwärtige Verteiler 28 und die Leitung 21, welche den Schwefelbrenner 20 und den Umwandler 22 verbindet, sind dem SO₂-Gas mit einer relativ hohen Temperatur (z. B. 677°C (1.250°F) oder höher) ausgesetzt und bestehen aus einem hochtemperaturfesten Edelstahl. Der stromabwärtige Verteiler ist dem SO₃-Gas bei einer niedrigeren Temperatur (z. B. 443°C (830°F) oder niedriger) ausgesetzt und kann in Abhängigkeit von der Abwesenheit einer korrodierenden Umgebung in dem Verteiler 29 zum Beispiel aus dem gleichen Kohlenstoffstahl wie die Außenschale des Umwandlergefäßes 23 bestehen; oder der Verteiler 29 kann aus Edelstahl wie der stromaufwärtige Verteiler 28 bestehen.
Das stromabwärtige Ende 27 des Kanals 24 ist offen und steht mit dem stromabwärtigen Verteiler 29 in Verbindung. Das stromaufwärtige Ende 26 des Kanals ist mit einem Aufsatz 89 (5–6) mit einem Boden 90, der mehrere Schlitze 91 enthält, durch welche das erste Gasgemisch, bestehend im wesentlichen aus SO₂ und Luft in den Kanal 24 aus dem stromaufwärtigen Verteiler 28 eindringt, abgedeckt. Der Aufsatz 89 ist an dem Rohrelement 25 an dem stromaufwärtigen Kanalende 26 durch ein Paar bajonettartiger Verbindungen, die jeweils aus einem rechtwinkligen Schlitz 92 in der Seitenwand des Aufsatzes 89 und einem Stift 93 an dem Rohrelement 25 angrenzend an das stromaufwärtige Ende 26 des Kanals 24 bestehen, lösbar befestigt. Ein kleiner Drehgriff 94 am Boden des Aufsatzes 89 erleichtert das manuelle Drehen des Aufsatzes 89, um ihn an dem Rohrelement 25 zu befestigen und ihn davon zu lösen.
Bezug nehmend auf 7 weist jeder Umwandlungskanal 24 eine einzelne, fortlaufende, ununterbrochene Stufe bei 31, 32 auf, die an dem stromabwärtigen Kanalende 27 endet. Jeder Kanal 24 weist auch einen stromaufwärtigen Kühlabschnitt 97 auf, der sich von dem stromaufwärtigen Kanalende 26 weiter erstreckt und mehrere Mischkugeln 99 zum Mischen von SO₂ und Luft in dem Strom des ersten Gasgemisches, wenn der Strom durch den stromaufwärtigen Kühlabschnitt 97 des Kanals strömt, enthält. Die Mischkugeln 99 sind oberhalb des Aufsatzes 89 gehalten.
Nach den Mischkugeln 99 verlaufend und darüber gehalten, ist ein Hochtemperatur-Katalysator in dem Kanal 24 bei 31 angeordnet und bildet einen Teil der einzelnen, ununterbrochenen, fortlaufenden Umwandlungsstufen des Kanals 24. Der Hochtemperatur-Katalysator bei 31 erstreckt sich weiter zu einer Kanalmittelstelle 100 (7), die zwischen dem stromaufwärtigen und dem stromabwärtigen Kanalende 26, 27 liegt. Oberhalb des Hochtemperatur-Katalysators ist bei 32 ein hochaktiver Katalysator gehalten, der sich von der Kanalmittelstelle 100 weiter zu dem stromabwärtigen Kanalende 27 erstreckt.
Der Kanal 24 besitzt Außenwände, die durch das Rohrelement 25 definiert sind. Die Kugeln 99 in dem stromaufwärtigen Kühlabschnitt 97 mischen nicht nur das SO₂ und die Luft in dem durch den stromaufwärtigen Kühlabschnitt 97 strömenden Gasstrom, sondern leiten auch Wärme von diesem Strom an die Kanalwände, wenn der Strom durch den stromaufwärtigen Kühlabschnitt 97 strömt.
Die Kugeln 99 bestehen aus einem Hochtemperatur-Glasurzement und betragen typischerweise ein Inch im Durchmesser. Der stromaufwärtige Kühlabschnitt 97 erstreckt sich typischerweise entlang des stromaufwärtigen Drittels der Länge des Kanals 24. Der Hochtemperatur-Katalysator bei 31 ist typischerweise ein herkömmliches, im Handel erhältliches Material und erstreckt sich entlang eines Kanalabschnittes, welcher etwa die nächsten 20–25% der Länge des Kanals 24 bildet. Der hochaktive Katalysator bei 32 ist typischerweise ein herkömmliches, im Handel erhältliches Material und belegt zusammen mit dem Katalysator bei 31 etwa zwei Drittel der Länge des Kanals 24. Das meiste der Umwandlung von SO₂ in SO₃ in dem durch den Kanal 24 strömenden Strom findet in diesem Teil des Kanals, der durch den Hochtemperatur-Katalysator bei 31 belegt ist, statt. Der hochaktive Katalysator schließt die Umwandlung von SO₂ in SO₃ ab. Die Umwandlung von SO₂ in SO₃ übersteigt am stromabwärtigen Kanalende 27 typischerweise 97% (z. B. ein Ertrag von 99%).
Ein Beispiel von Kugeln 99 besitzt die folgende Zusammensetzung:

Bestandteil	Gew.-%
Siliziumdioxid	64,1
Aluminiumoxid	29,3
Titanoxid	1,2
Eisen(III)-Oxid	0,8
Kalziumoxid	0,7
Magnesiumoxid	0,7
Kaliumoxid	1,2
Natriumoxid	1,2

Die vorhergehenden zwei Absätze beschreiben ein Beispiel einer Größe, Form und Zusammensetzung für die Teilchen (Kugeln 99) in dem stromaufwärtigen Kühlabschnitt 97. Teilchen mit anderen Größen, Formen und Zusammensetzungen können anstelle der Kugeln 99 in dem stromaufwärtigen Kühlabschnitt 97 verwendet werden, sofern die in dem Kühlabschnitt 97 eingesetzten Teilchen im wesentlichen die Misch- und Wärmeleitungsfunktionen der Kugeln 99 durchführen.
Ein Beispiel eines im Handel erhältlichen Hochtemperatur-Katalysators zur Verwendung bei 31 ist ein Ringmaterial, das von der BASF-Corporation, Mt. Olive, NJ, unter dem allgemein bekannten chemischen Namen Vanadium-Pentoxid-Katalysator erhältlich ist und als Bestandteile gebrannte Diatomeenerde, Vanadiumoxid, Kaliumoxid und Natriumoxid enthält.
Ein Beispiel eines im Handel erhältlichen, hochaktiven Katalysators zur Verwendung bei 32 ist ebenfalls ein Ringmaterial, das von der BASF-Corporation unter dem allgemein bekannten chemischen Namen Vanadium-Katalysator erhältlich ist und als Bestandteile gebrannte Diatomeenerde, Vanadiumoxid, Kieselsäure, Schwefel, Cristobalit (SiO₂) und Sulfatsalze von Natrium und Kalium enthält.
Zusätzlich zu den in den vorherigen zwei Absätzen beschriebenen Katalysatoren können andere im Handel erhältliche Katalysatoren, die herkömmlicherweise für die Umwandlung von SO₂ in SO₃ eingesetzt werden, bei 31 und 32 verwendet werden.
Ein Strom des ersten Gasgemisches gelangt in den Kanal 24 am stromaufwärtigen Kanalende 26 mit einer Temperatur, die wesentlich höher als der Temperaturbereich ist, der für die Anregung der katalytischen Umwandlung von SO₂ in SO₃ günstig ist (z. B. 780–850°F (416–454°C)). Insbesondere verlässt das erste Gasgemisch den Schwefelbrenner 20 mit einer Temperatur von z. B. etwa 1.250°F (677°C) oder sogar höher. Die Temperatur des Stroms des ersten Gasgemisches wird in dem stromaufwärtigen Kühlabschnitt 97 des Kanals 24 auf eine Temperatur in dem Bereich gekühlt, der für die Anregung der Umwandlung von SO₂ in SO₃ günstig ist. Somit gelangt der Gasstrom in die Umwandlungs stufe mit einer Temperatur, die typischerweise etwa 820°F (438°C) beträgt. Wenn der Gasstrom durch den Hochtemperaturkatalysator bei 31 und durch den hochaktiven Katalysator bei 32 strömt, wird der Gasstrom fortlaufend gekühlt, um die Temperatur des Gasstromes von dem stromaufwärtigen Ende zu dem stromabwärtigen Ende der Umwandlungsstufe bei 31, 32 in einem Temperaturbereich zu halten, der die Umwandlung von SO₂ in SO₃ in dem Gasstrom aufrecht erhält.
Das meiste der durch die Umwandlung von SO₂ in SO₃ erzeugten Wärme wird erzeugt, wenn der Strom durch den Hochtemperaturkatalysator bei 31 strömt. Eine geringere Wärmemenge wird erzeugt, wenn der Strom sich durch den hochaktiven Katalysator bei 32 bewegt. Demgemäß sind die Kühlanforderungen für den Teil der Umwandlungsstufe bei 31 größer als die Kühlanforderungen für jenen Teil der Umwandlungsstufe bei 32. Analog sind die Kühlanforderungen in dem stromaufwärtigen Kühlabschnitt 97 des Kanals 24 größer als die Kühlanforderung in jenem Teil der Umwandlungsstufe bei 32. Die Art und Weise, in der die vorliegende Erfindung diese Kühlanforderungen erfüllt, wird nun unter Bezugnahme auf 2, 4 und 7 beschrieben.
Wie zuvor beschrieben, wird ein Fluidkühlmedium in das Innere des Umwandlergefäßes 23 zwischen dem stromaufwärtigen Verteiler 28 und dem stromabwärtigen Verteiler 29 durch die Einlässe 37, 38 eingeleitet. Im Inneren des Umwandlergefäßes 23 sind zwischen dem stromaufwärtigen Verteiler 28 und dem stromabwärtigen Verteiler 29 mehrere horizontal angeordnete, plattenartige Ablenkbleche 102 angeordnet. Jedes Ablenkblech 102 hat eine Vielzahl von Öffnungen, durch welche sich die vertikal angeordneten Rohrelemente 25 erstrecken (4). (Das Gefäß 23 in 4 wurde um 90° um eine senkrechte Achse bezüglich der Anordnung des Gefäßes 23 in 2 und 7 gedreht).
Unter weiterer Bezugnahme auf 4 besitzt jedes Ablenkblech 102 eine konvex gekrümmte Kante 103, die entlang eines Hauptteils des Umfangs der kreisförmigen Innenfläche 105 gegen die kreisförmige Innenfläche 105 des Umwandlungsgefäßes 23 stößt. Jedes Ablenkblech 102 besitzt auch eine gerade Kante 104, die von einem kleineren Teil der kreisförmigen Innenfläche 105 des Gefäßes in einer nicht-anstoßenden Beziehung beabstandet ist. Der nicht-angestoßene Teil der Gefäßinnenfläche 105 und die gerade Kante 104 des Ablenkbleches 102 definieren eine Öffnung, durch welche das Fluidkühlmedium passieren kann.
Die Ablenkbleche 102 sind in ihrer waagerechten Anordnung durch eine verikal angeordnete Halteanordnung 106 (2 und 7) gehalten, deren Einzelheiten in 10 dargestellt sind. Jedes Ablenkblech 103 besitzt eine Öffnung 109 zum Aufnehmen einer Gewindestange 110, welche sich zwischen dem oberen Ende des stromaufwärtigen Verteilers 28 und dem unteren Ende des stromabwärtigen Verteilers 29 erstreckt. Die Stange 110 steht mit mehreren Muttern 111 in Gewindeeingriff, die jeweils unter einem Ablenkblech 103 liegen und dieses halten. Die Ablenkbleche 103 sind durch rohrförmige Abstandselemente 112 vertikal beabstandet, die jeweils ein unteres Ende 113, das auf einem Ablenkblech 103 ruht, und ein oberes Ende 114, welches unter eine Mutter 111 greift, besitzen.
Wie in 2, 4 und 7 dargestellt, überlappt eine gerade Kante 104 eines Ablenkbleches in einem gegebenen Ablenkblech mit den Ablenkblechen über und unter dem Ablenkblech, welches die gerade Kante trägt. Durch Staffeln der Ablenkbleche 102 in der in 2, 4 und 7 gezeigten Weise definieren die Ablenkbleche einen kurvigen Strömungspfad mit. einer Vielzahl von miteinander verbundenen, benachbarten Pfadteilen 118, die jeweils in einer Richtung quer zu der Richtung verlaufen, in welcher sich der Kanal 24 von dem stromaufwärtigen Kanalende 26 zu dem stromauwärtigen Kanalende 27 erstreckt (2 und 7). Bezug nehmend auf 2 besitzt jeder Teil 118 des kurvigen Strömungspfades ein stromaufwärtiges Ende 130 und ein stromabwärtiges Ende 131, und jeder Pfadteil 118 erstreckt sich von seinem stromaufwärtigen Ende 130 zu seinem stromabwärtigen Ende 131 in einer Richtung entgegen der Richtung, in welcher ein angrenzend verbundener Pfadteil verläuft.
Wie zuvor bemerkt, wird jeder Kanal 24 durch ein Rohrelement 25 mit einer Außenfläche definiert, und Fluidkühlströme werden durch ein Luftgebläse 57 durch jeden der Einlässe 37 und 38 des Umwandlungsgefäßes geblasen. Der untere Kühllufteinlass 37 und die Ablenkbleche 120 wirken zusammen, um einen ersten Fluidkühlstrom in Kontakt mit der Außenfläche jedes Rohrelements 25 im wesentlichen fortlaufend von einer ersten Kanalstelle angrenzend an das stromaufwärtige Ende 26 bis zu einer zweiten Kanalstelle stromab der ersten Kanalstelle und entsprechend einer Stelle 98, bei welcher die Kühlkugeln 99 auf den Hochtemperaturkatalysator 31 treffen, zu leiten. Die Stelle 98 ist im wesentlichen horizontal mit dem oberen Kühllufteinlass 38 ausgerichtet. Ein zweiter Fluidkühlstrom, der eine Kühlluft von dem Gebläse 57 bildet, strömt von dem oberen Einlass 38 in das Umwandlungsgefäß 23 und vermischt sich mit dem ersten Fluidkühlstrom an der Stelle 98. Jene stromab des oberen Einlasses 38 positionierten Ablenkbleche 102 leiten das Gemisch der Fluidkühlströme in Kontakt mit der Außenfläche der Rohrelemente 25 im wesentlichen fortlaufend von der zweiten Kanalstelle 98 zu einer dritten Kanalstelle angrenzend an das stromabwärtige Kanalende 27.
Die Wände jedes Rohrelementes 25 bilden die Wände des entsprechenden Kanals 24. Jene Ablenkbleche, die zwischen dem stromaufwärtigen Verteiler 28 und der zweiten Kanalstelle 98 positioniert sind, bilden eine Konstruktion zum Leiten des ersten Fluidkühlmediums in Kontakt mit den Kanalwänden des stromaufwärtigen Kühlabschnitts 97 des Kanals, d. h. des die Mischkugeln 99 enthaltenden Kanalabschnitts.
Jene Ablenkbleche 102, die zwischen der zweiten Kanalstelle 98 und dem stromabwärtigen Kanalende 27 positioniert sind, bilden eine Konstruktion zum Leiten des Fluidkühlgemisches in Kontakt mit den Kanalwänden der Umwandlungsstufe bei 31, 32.
Der stromaufwärtige Kühlabschnitt des Kanals 24 bildet etwa ein Drittel der Länge des Kanals 24, wobei die Umwandlungsstufe 31, 32 etwa zwei Drittel der Länge des Kanals 24 bildet. Die vertikalen Abstände zwischen (a) jenen Ablenkblechen 102, die entlang des stromaufwärtigen Kühlabschnitts des Kanals angeordnet sind, sind kleiner als die vertikalen Abstände zwischen (b) jenen Ablenkblechen 102, die entlang des Teils der Umwandlungsstufe bei 32 angeordnet sind, welcher den hochaktiven Katalysator enthält. Der vertikale Abstand zwischen (c) jenen Ablenkblechen 102, die entlang des Teils der Umwandlungsstufe bei 31 (den Hochtempteraturkatalysator enthaltend) angeordnet sind, ist ein allmählicher Übergang von (a) dem vertikalen Abstand zwischen den entlang des stromaufwärtigen Kühlabschnitts des Kanals angeordneten Ablenkblechen und (b) dem vertikalen Abstand zwischen den entlang dem Teil der Umwandlungsstufe bei 32 (den hochaktiven Katalysator enthaltend) angeordneten Ablenkblechen.
Wie zuvor bemerkt, gelangt der Strom des ersten Gasgemisches (SO₂ und Luft) in das stromaufwärtige Kanalende 26 mit einer Temperatur höher als der Temperaturbereich, der zum Anregen der katalytischen Umwandlung von SO₂ in SO₃ günstig ist, und die Umwandlungsreaktion ist, wenn sie einmal in Gang gebracht ist, exotherm und erhöht die Temperatur des Gasstromes in Abwesenheit eines Dämpfungsmittels. Durch Verwenden der Konstruktion und Ausrüstung, wie oben beschrieben, wird der Gasstrom zunächst auf eine Temperatur in dem für die Anregung der katalytischen Umwandlung günstigen Temperaturbereich gekühlt, und er wird in einem Temperaturbereich gehalten, der die Umwandlung von SO₂ in SO₃ fortlaufend ohne Unterbrechung von dem stromaufwärtigen Ende zu dem stromabwärtigen Ende der Umwandlungsstufe bei 31, 32 aufrecht erhält.
Der Gasstrom wird zunächst in dem stromaufwärtigen Kanalabschnitt 97 zwischen dem stromaufwärtigen Kanalende 26 und einer Stelle 98 im wesentlichen weniger als die Hälfte zu dem stromaufwärtigen Kanalende 97 zunächst auf eine Temperatur in dem günstigen Temperaturbereich gekühlt. Der Gasstrom wird dann den gesamten Weg zu dem stromabwärtigen Kanalende 27 in einem Temperaturbereich gehalten, der die Umwandlung im wesentlichen fortlaufend nach dem stromaufwärtigen Kanalabschnitt 97 aufrecht erhält. In dem Ausführungsbeispiel von 7 ist die Stelle 98 das stromaufwärtige Ende der Umwandlungsstufe des Kanals, und das stromabwärtige Kanalende 27 ist das stromabwärtige Ende der Umwandlungsstufe des Kanals.
Die durch die Einlässe 37, 38 eingeleiteten Fluidkühlströme sind typischerweise Luft mit der Umgebungstemperatur. Der erste Fluidkühlstrom, eingeleitet am Einlass 37, hat an der ersten Kanalstelle angrenzend an das stromabwärtige Kanalende 26 einen Volumendurchfluss groß genug zum Kühlen des Stroms in dem Kanal 24 auf eine Temperatur in dem günstigen Temperaturbereich in dem stromaufwärtigen Kanalabschnitt 97. In der Zeit jedoch, in welcher der erste Fluidkühlstrom die zweite Kanalstelle 98 erreicht, besitzt der erste Fluidkühlstrom eine Temperatur höher als seine Ausgangstemperatur; und diese höhere Temperatur ist unzureichend, um die Temperatur des Oxid enthaltenden Gasstromes in dem Kanal 24 in einem Temperaturbereich zu halten, der die Umwandlung im wesentlichen fortlaufend von der zweiten Kanalstelle 98 zu der dritten Kanalstelle an dem stromabwärtigen Kanalende 27 aufrecht erhält. Die in dem vorherigen Satz beschriebene Unzulänglichkeit wird durch Mischen des ersten Fluidkühlstroms mit einem durch den Einlass 38 eingeleiteten zweiten Fluidkühlstrom behoben. Der zweite Fluidkühlstrom besitzt an der zweiten Kanalstelle 98 einen Volumendurchfluss groß genug zum Erzeugen einer Temperatur in dem Gemisch der Fluidkühlströme, welche die Temperatur des Oxid enthaltenden Gasstroms in dem Kanal 24 in einem Temperaturbereich hält, der die Umwandlung im wesentlichen fortlaufend von der zweiten Kanalstelle 98 zu der dritten Kanalstelle an dem stromaufwärtigen Kanalende 27 aufrecht erhält.
Wie zuvor erwähnt, wird der Volumendurchfluss des durch den Einlass 37 in das Innere des Umwandlungsgefäßes 23 gelangenden Fluidkühlmediums durch ein Signal von einem Temperaturmesselement 61 geregelt (1), dessen Position in 2 in mehr Einzelheiten gezeigt ist. Dieser Teil des in 2 dargestellten Temperaturmesselements 61 enthält ein Thermoelement 116, welches in dem Kanal 24 angrenzend an die zweite Kanalstelle 98 (7) angeordnet ist, eine Stelle, die auch das stromabwärtige Ende des stromaufwärtigen Kanalabschnitts 97 bildet. Ein vertikal angeordneter elektrischer Leiter 117, geeignet geschützt vor der Umgebung in dem Kanal 24, verläuft von dem Thermoelement 116 durch das obere Ende des Umwandlers 22 nach oben zur Verbindung mit einem Teil des Temperaturmesselements 61, welches in 1 oder 2 nicht dargestellt ist, aber welches einen herkömmlichen Aufbau besitzt und eine Temperaturanzeige enthält.
In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel gibt es drei zusätzliche Temperaturmesselemente 84, 85, 86, die dem Umwandler 22 zugeordnet sind. Jedes dieser Temperaturmesselemente enthält ein Bündel von mehreren Thermoelementen, die jeweils in dem gleichen Kanal 24 an jeweiligen, vertikal beabstandeten Stellen angeordnet sind. Der Zweck dieser Thermoelemente besteht darin, die Temperatur in dem Kanal an vertikal beabstandeten Stellen zwischen dem stromabwärtigen Kanalende 27 und dem stromaufwärtigen Kanalende 26 zu messen. Jedes Thermoelement ist von herkömmlicher Konstruktion und besitzt zugeordnete herkömmliche Komponenten zum Anzeigen der durch das spezielle Thermoelement gemessenen Temperatur. Alle Temperaturmesselemente 84, 85, 86 sind voneinander und von dem Temperaturmesselement 61 beabstandet, wie in 3 dargestellt. Die Temperaturmesselemente 84, 85, 86 sind optional und können in anderen Ausführungsbeispielen in der vorliegenden Erfindung weggelassen werden.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann das Kühlfluid durch den Einlass 38 eingeleitet und in zwei Kühlunterströme aufgespaltet werden: ein erster solcher Unterstrom strömt wie in dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel weiter zu dem Auslass 39, und der zweite Unterstrom strömt zu einer Öffnung 37 weiter, durch welche der zweite Unterstrom gezogen und dann in die Atmosphäre geblasen wird. Das bei dem Einlass 38 eingeleitete und an der Öffnung 37 entzogene Kühlfluid führt die Kühlfunktion für den stromaufwärtigen Kanalabschnitt 97 (2) durch. Das bei 38 eingeleitete und bei 39 entzogene Kühlfluid kühlt die den Katalysator enthaltenden Kanalabschnitte 31, 32.
Bei dem in dem vorherigen Absatz beschriebenen Ausführungsbeispiel ist ein Mengenventil 63, welches in dem Ausführungsbeispiel von 1 auf der mit dem Einlass 38 verbundenen Einlassleitung 62 ist (siehe 1), von der Leitung 62 entfernt und an der Leitung 69, die mit dem Auslass 39 verbunden ist, platziert; ein Mengenventil 59, das auf einer mit der Öffnung 37 verbundenen Leitung 58 ist, wird auf der Leitung 58 gehalten. Das Mengenventil 59 wird durch das gleiche System wie in dem in 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel, nämlich das mit dem Ventil 59 über das Temperaturmesselement 61 und die Steuerung 60 verbundene Thermoelement 116 (2) geregelt. Das Ventil 63 (bei dem in dem vorherigen Absatz beschriebenen Ausführungsbeispiel von Leitung 62 zu Leitung 69 bewegt) wird durch das gleiche System wie in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel, nämlich das über die Steuerung 64 mit dem Ventil 63 verbundene Temperaturmesselement 65 geregelt. In dem in dem vorherigen Absatz beschriebenen Ausführungsbeispielen gelangt das gesamte Kühlfluid durch den Einlass 38 in das Innere des Umwandlungsgefäßes 23, und der Strom des Kühlfluids zu den Auslässen 37 und 39 wird durch das Drosseln der Ventile 59 bzw. 63 gesteuert.
11 und 12 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei welchem der Kanal 24 eine stromabwärtige Kühlstufe oder einen stromabwärtigen Kühlabschnitt 197 enthält, der nach der Umwandlungsstufe bei 31, 32 positioniert ist. Die stromabwärtige Kühlstufe 197 besitzt ein stromaufwärtiges Ende 217 und ein stromabwärtiges Ende entsprechend dem stromabwärtigen Ende 27 des Kanals 24. Die stromabwärtige Kühlstufe 197 ist ähnlich dem stromaufwärtigen Kühlabschnitt 97 und enthält Kühlkugeln 99 oder dergleichen, die in der gleichen Weise wie die Kühlkugeln 99 in dem stromaufwärtigen Kühlabschnitt 97 funktionieren.
Die stromabwärtige Kühlstufe 197 wird durch ein in den Umwandler durch ein Kühlfluideinlass 137 an einer Stelle angrenzend an das stromaufwärtige Ende 217 der stromabwärtigen Kühlstufe 197 eingeleitetes Kühlfluid (z. B. Luft) gekühlt. Das bei 137 eingeleitete Kühlfluid wird durch horizontal gestaffelte und vertikal beabstandete Ablenkbleche 102 entlang eines kurvigen Pfades, der an einem Kühlfluidauslass 139 an einer Stelle angrenzend an das stromabwärtige Ende 27 des Kanals 24 endet und durch den das Kühlfluid aus dem Umwandler gezogen wird, geleitet.
Die Strömungsrate des Kühlfluids zu dem Einlass 137 wird durch ein Ventil 163 an einer mit dem Einlass 137 in Verbindung stehenden Leitung 162 gesteuert. Das Ventil 163 wird durch eine Steuerung 164 durch das Temperaturmesselement 65 geregelt, welches die Temperatur in der Leitung 34 von dem Umwandlerauslass 30 angrenzend an den Auslass 30 misst; diese Temperatur ist im wesentlichen die gleiche wie die Temperatur an dem stromabwärtigen Ende 27 der stromabwärtigen Kühlstufe 197. Als eine Alternative zu dem Messen der Temperatur in Leitung 34 angrenzend an den Auslass 30 kann man in dem Ausführungsbeispiel von 11 die Temperatur in dem Kanal 24 an seinem stromabwärtigen Ende 27, welches auch das stromabwärtige Ende der stromabwärtigen Kühlstufe 197 ist, messen. Bezug nehmend auf 1 ist die Leitung 162 mit der Leitung 72 verbunden, welche ihrerseits mit dem Gebläse 157 (oder 57) verbunden ist. Die Verbindung der Leitung 162 mit der Leitung 72 ist stromab der Verbindung der Leitung 72 mit der Leitung 62 (1 und 12).
Ein angrenzend an das stromaufwärtige Ende 217 der Kühlstufe 197 positioniertes Thermoelement 216 misst dort die Temperatur; diese Temperatur wird an ein Temperaturmesselement 165 übertragen, welches ein Signal an die Steuerung 64 schickt, welche ein Regelventil 63 an der mit dem Kühlluft 38 verbundenen Leitung 62 einstellt.
Der Kühlfluidstrom zu dem Einlass 37 wird in dem Ausführungsbeispiel von 11–12 in der gleichen Weise wie in dem Ausführungsbeispiel von 1, 2 und 7 geregelt. Ein Ventil 59 auf der zu dem Einlass 37 führenden Leitung 58 wird durch eine Steuerung 60 durch ein Temperaturmesselement 61, welches mit einem angrenzend an das stromaufwärtige Ende 98 der Umwandlungsstufe 31, 32 angeordneten Thermoelement 116 verbunden ist (2 und 7), geregelt.
Das an den Einlässen 37 und 38 eingeleitete Kühlfluid wird angrenzend an das stromaufwärtige Ende 98 der Umwandlungsstufe 31, 32 kombiniert (7). In einer Variante des Ausführungsbeispiels von 11 ist der Auslass 39 weggelassen, und die zwei Kühlfluide, die an den Einlässen 37, 38 eingeleitet und dann bei 98 kombiniert werden (7), werden bei 217 mit einem an dem Einlass 137 eingeleiteten Fluid kombiniert (11); die kombinierten Fluide von 37, 38 und 137 werden dem Umwandler durch den Auslass 139 entzogen (11). Wenn die bei 37 und 38 eingeleiteten Kühlfluide stromab zu dem Einlass 137 strömen, unterliegen sie einer Erwärmung, da sie die Rohrelemente 25 und das Gasgemisch in den Kanälen 24 kühlen.
In einer weiteren Variante des Ausführungsbeispiels von 11 wird der Auslass 39 behalten und zum Entziehen des bei 37 und 38 eingeleiteten Fluids verwendet. Dieser Teil des Inneren des Gefäßes 23 mit der stromabwärtigen Kühlstufe 197 des Kanals 24 ist von den stromaufwärtigen Teilen des Inneren des Umwandlungsgefäßes 23 durch eine Dichtplatte 138 getrennt, und nur das bei dem Einlass 137 eingeleitete Fluid wird am Auslass 139 entzogen. Bei dieser Variante wird das bei dem Einlass 137 eingeleitete Kühlfluid nicht mit den an den Einlässen 37 und 38 eingeleiteten Fluiden gemischt, die bei Erreichen des Auslasses 39 erwärmt worden sind und die, wenn sie mit dem an dem Einlass 137 eingeleiteten Fluid gemischt werden, etwas dessen Kühlkapazität absorbieren könnten.
Wieder Bezug nehmend auf die rohrförmigen Fahrstrecken 120, 121 zum Bereitstellen eines Zugangs zu dem stromaufwärtigen bzw. dem stromabwärtigen Verteiler 28, 29 enthält jede Fahrstrecke einen entfernbaren Stopfen, (nachfolgend beschrieben) zum Verhindern einer übermäßigen Erwärmung der rohrförmigen Fahrstrecke insbesondere an ihrem äußeren Ende. Die Fahrstrecken erlauben einen Zugang in die Verteiler 28, 29 zum Einführen der Mischkugeln 99 und der Katalysatoren bei 31, 32 in die Kanäle 24. Die Kanäle 24 werden zunächst mit Mischkugeln und Katalysatoren geladen, nachdem der Umwandler 22 an seiner Betriebsposition installiert worden ist. Nachdem die Kanäle 24 mit den Mischkugeln und den Katalysatoren geladen worden sind, werden die Fahr strecken 120, 121 verschlossen und zum Beispiel in der nachfolgend beschriebenen Weise verstopft.
Wie in 7–9 dargestellt, weist jede Fahrstrecke 120, 121 einen Rohrabschnitt 123 mit einem inneren Ende, das mit einem jeweiligen Verteiler 28 oder 29 in Verbindung steht, und einem äußeren Ende, um welches ein Flansch 124 angeordnet ist, an dem eine Verschlussplatte (nicht dargestellt) angebracht ist, welche eine Dichtung (ebenfalls nicht dargestellt) zwischen die Verschlussplatte und den Flansch 124 nimmt, auf. Das Innere des rohrförmigen Fahrstreckenabschnitts 123 wird durch ein Stopfen mit einem inneren Abschnitt 126, einem äußeren Abschnitt 127 und einem Übergangsabschnitt 128 zwischen dem inneren und dem äußeren Abschnitt gefüllt.
Jeder der Stopfenabschnitte 126, 127, 128 besteht aus einem jeweiligen gießbaren Material, welches vor Ort in die Fahrstrecke gegossen wird. Jeder Stopfenabschnitt besteht aus einem warmfesten Material. Der Stopfenabschnitt 126 ist der wärmebeständigste und ist ein feuerfestes Material. Der Stopfenabschnitt 127 hat eine geringere Wärmebeständigkeit als der Stopfenabschnitt 126 und ist ein wärmeisolierendes Material. Der Stopfenabschnitt 128 besteht aus einem Material, das einen Wärmewiderstand zwischen dem des Stopfenabschnitts 126 und dem Stopfenabschnitts 127 besitzt. Jeder Stopfenabschnitt 126, 127, 128 kann mit einer Kanone eingesetzt werden, die herkömmlicher weise zum Einsetzen von gießbaren, warmfesten, oder feuerfesten Materialien verwendet wird.
Die warmfesten Stopfenabschnitte verhindern eine übermäßige Erwärmung und eine Wärmedehnung des Rohrabschnitts 123 und des Flansches 124 während der Herstellung von SO₃. Dies erlaubt die Abdichtung der Verbindung zwischen dem Flansch 124 und seiner Verschlussplatte mit einem relativ geringen Druck im Vergleich zu dem Druck, der für eine Fahrstrecke ohne Stopfenabschnitte 126, 127, 128 erforderlich ist; es erlaubt auch die Verwendung einer weniger teuren Sorte von Material für den Flansch 124 (z. B. Kohlenstoffstahlplatte anstelle von Edelstahl).

Ein Beispiel eines gießbaren feuerfesten Materials für den Stopfenabschnitt 126 ist ein Material, das von North American Refractories Co., Cleveland, Ohio unter dem allgemein bekannten chemischen Namen gießbarer Feuerton erhältlich ist und der 10–30 Gew.-% kristallines Silicamaterial (mit Quartz, Christobalit und Tridymit) enthält. Weitere Bestandteile (der Rest) enthalten die folgenden, jeweils als Anteil des Rests.

Bestandteil	Gew.-% des Rests
Aluminiumoxid-Silikat	60,0–100,0
wässriges Aluminiumoxid-Silikat	5,0–10,0
wasserbindender Zement	10,0–30,0
organische Fasern	0,1–1,0
amorphes Silikamaterial	1,0–5,0

Ein Beispiel eines gießbaren, wärmeisolierenden Materials für den Stopfenabschnitt 127 ist ebenfalls ein Material, das von der North American Refractories Co. unter dem allgemein bekannten chemischen Namen isolierende, gießbare Aluminiumoxid-Silikamasse erhältlich ist und welches weniger als 15% der in dem vorherigen Absatz beschriebenen kristallinen Silikamasse enthält. Weitere Bestandteile (der Rest) enthalten das folgende, jeweils als Anteil des Rests.

Bestandteil Gew.-% des Rests

Aluminiumoxid-Silikat weniger als 50

wässriges Aluminiumoxid-Silikat weniger als 10

wasserbindender Zement weniger als 40

Silikamaterial weniger als 20
Der äußere Stopfenabschnitt 127 enthält Ausnehmungen 130, 131, um einen Zugang zu Stangen 132 bzw. 133 vorzusehen. Jede Stange 132, 133 hat abgewandte Enden, die in dem äußeren Stopfenabschnitt 127 eingebettet sind, und bildet einen Handgriff, der gegriffen werden kann, um den Stopfen aus der Fahrstrecke zu entfernen, um einen Zugriff durch die unverstopfte Fahrstrecke zu einem angrenzenden Verteiler 28, 29 zu erlauben.
Zusätzliche Informationen betreffend die Verarbeitung und Vorrichtungsdetails, die bei der Herstellung von gasförmigem Schwefeltrioxid verwendet werden, sind in den zwei oben in dem Abschnitt „Hintergrund der Erfindung" erwähnten Patentveröffentlichungen beschrieben. In dem Maße, in dem die Offenbarungen in jenen Veröffentlichungen mit dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung übereinstimmen, kann der dort offenbarte Gegenstand in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden.
Die obige detaillierte Beschreibung wurde nur zum besseren Verständnis gegeben, und keine unnötigen Einschränkungen sollten daraus abgeleitet werden, da Modifikationen daran für den Fachmann offensichtlich sind.

Claims

Verfahren zur Herstellung von Schwefeltrioxid (SO₃), wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Bereitstellen eines ersten Gasgemisches, bestehend im wesentlichen aus Schwefeldioxid (SO₂) und Luft aus einer Quelle für das Gemisch; Leiten eines das erste Gasgemisch enthaltenden Stroms durch mehrere Rohrkanäle mit jeweils einem stromaufwärtigen und einem stromabwärtigen Ende; Versehen jedes der Rohrkanäle mit einer einzelnen ununterbrochenen Umwandlungsstufe mit einem stromaufwärtigen und einem stromabwärtigen Ende; Versehen der Umwandlungsstufe mit einem Katalysator zum Katalysieren der Umwandlung von SO₂ in SO₃; Versehen jedes der Rohrkanäle mit einem stromaufwärtigen Kanalabschnitt frei von einem Katalysator zwischen dem stromaufwärtigen Ende des Rohrkanals und dem stromaufwärtigen Ende der Umwandlungsstufe; Leiten des ersten Gasgemisches von der Quelle zu der Umwandlungsstufe ohne Erwärmen des ersten Gasgemisches zwischen der Quelle und dem stromaufwärtigen Ende der Umwandlungsstufe; Umwandeln von wenigstens 95% des SO₂ in dem ersten Gasgemisch in SO₃, wenn der Strom durch die einzelne Umwandlungsstufe strömt, um ein zweites Gasgemisch bestehend im wesentlichen aus SO₃ und Luft an dem stromabwärtigen Ende der Umwandlungsstufe zu erzeugen; Durchführen der gesamten Umwandlung von SO₂ in SO₃ in der einzelnen Umwandlungsstufe; Halten des gasförmigen, Oxid enthaltenden Stroms in im wesentlichen fortlaufendem, ununterbrochenem Kontakt mit dem Katalysator zwischen dem stromaufwärtigen und dem stromabwärtigen Ende der Umwandlungsstufe; Kühlen des gasförmigen, Oxid enthaltenden Stroms durch Unterziehen des Stroms einer Kühlluft im wesentlichen fortlaufend zwischen dem stromaufwärtigen Ende des Rohrkanals und dem stromabwärtigen Ende der Umwandlungsstufe ohne Verdünnen des Stroms mit der Kühlluft, während der ununterbrochene Kontakt zwischen dem Strom und dem Katalysator aufrecht erhalten wird; Erzeugen von Wärme als Ergebnis der Umwandlung; und Versehen des ersten gasförmigen Gemisches von der Quelle mit einer Gastemperatur an dem stromaufwärtigen Ende des Rohrkanals, die (a) eine Kühlung zwischen dem stromaufwärtigen Ende des Rohrkanals und dem stromaufwärigen Ende der Umwandlungsstufe erfordert, um die Umwandlung in der Umwandlungsstufe auszulösen, und (b) zusammen mit der durch die Umwandlung erzeugten Wärme die Kühlung durch die Kühlluft im wesentlichen fortlaufend zwischen dem stromaufwärtigen Ende des Rohrkanals und dem stromauwärtigen Ende der Umwandlungsstufe erfordert, um wenigstens 95% des SO₂ in dem ersten gasförmigen Gemisch in SO₃ in der einzelnen Umwandlungsstufe umzuwandeln; wobei sämtliche der zuvor genannten Schritte zusammenwirken, um wenigstens 95% des SO₂ in SO₃ in der einzelnen Umwandlungsstufe umzuwandeln, während die nicht-verdünnende Kühlluft als Fluid-Kühlmedium für den gasförmigen, Oxid enthaltenden Strom benutzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der Kühlschritt aufweist: Halten des gasförmigen, Oxid enthaltenden Stroms in einem Temperaturbereich, der die Umwandlung des SO₂ in SO₃ ohne Unterbrechung fortlaufend unterhält, wenn der Strom durch die einzelne Umwandlungsstufe strömt und bis die Umwandlung des SO₂ aus dem ersten Gasgemisch in SO₃ 97% in der einzelnen Umwandlungsstufe übersteigt.
Verfahren nach Anspruch 1, mit Bereitstellen des ersten Gasgemisches bei einer Temperatur durch Reagieren von Schwefel und Luft in einem Schwefelbrenner; Leiten des ersten Gasgemisches bei etwa der Temperatur von dem Schwefelbrenner zu einem katalytischen Umwandler; Trennen des ersten Gasgemisches in mehrere Ströme in dem katalytischen Umwandler; Versehen des katalytischen Umwandlers mit den mehreren Kanälen, die jeweils ein stromaufwäriges und ein stromabwärtiges Ende und jeweils eine der einzelnen Umwandlungsstufen aufweisen; Leiten jedes der Ströme des ersten Gasgemisches durch einen jeweiligen Kanal von dem stromaufwärtigen Kanalende zu dem stromabwärigen Kanalende; Umwandeln des SO₂ in dem ersten Gasgemisch in SO₃, wenn die Ströme durch die Kanäle strömen, um in jedem der Ströme das zweite Gasgemisch bestehend im wesentlichen aus SO₃ und Luft an den stromabwärigen Enden der Kanäle zu erzeugen; fortlaufendes Kühlen jedes gasförmigen, Oxid enthaltenden Stroms, wenn er durch seinen Kanal strömt und wenn das SO₂ darin einer Umwandlung in SO₃ unterzogen wird, wobei der Kühlschritt den Schritt des Unterwerfen des Stroms der Kühlluft enthält; Kombinieren der Ströme des zweiten gasförmigen Gemisches stromabwärts der stromabwärtigen Enden der Kanäle; und Leiten der kombinierten Ströme des zweiten Gasgemisches aus dem Umwandler.
Verfahren nach Anspruch 3, bei welchem jeder der Kanäle eine einzelne, fortlaufende, ununterbrochene Umwandlungsstufe aufweist, die bei dem stromabwärtigen Kanalende endet und den gesamten Katalysator enthält, welchem der SO₂ enthaltende Strom in dem Umwandler unterworfen wird; und die Umwandlung von SO₂ in SO₃ in der einzelnen Stufe einen Ertrag hat, der zu dem Zeitpunkt, wenn der Strom das stromabwärtige Kanalende erreicht, 97% übersteigt.
Verfahren nach Anspruch 4, bei welchem 99% des SO₂ in SO₃ umgewandelt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, bei welchem der in das stromaufwärtige Kanalende gelangende gasförmige, Oxid enthaltende Strom eine Temperatur aufweist, die höher als der Temperaturbereich ist, der für die Auslösung der katalytischen Umwandlung von SO₂ in SO₃ durch den Katalysator in den Kanälen bevorzugt ist; und der Kühlschritt das Kühlen des gasförmigen, Oxid enthaltenden Stroms auf eine Temperatur in dem günstigen Temperaturbereich und das Halten des gasförmigen, Oxid enthaltenden Stroms in einem Temperaturbereich, der kontinuierlich die Umwandlung des SO₂ in SO₃ unterhält, wenn der Strom durch die Umwandlungsstufe strömt und bis die Umwandlung von SO₂ in SO₃ 97% übersteigt, aufweist.
Verfahren nach Anspruch 6, bei welchem der gasförmige, Oxid enthaltende Strom in einem stromaufwärtigen Kanalabschnitt zwischen dem stromaufwärtigen Ende des Kanals und einer Stelle zwischen dem stromaufwärtigen und dem stromauwärtigen Kanalende anfänglich auf die Temperatur in dem für die Auslösung der Umwandlung günstigen Temperaturbereich gekühlt wird; und der gasförmige, Oxid enthaltende Strom dann im wesentlichen kontinuierlich stromabwärtig des stromaufwärtigen Kanalabschnitts den gesamten Weg bis zu dem stromabwärtigen Kanalende in dem die Umwandlung unterhaltenden Temperaturbereich gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 7, bei welchem das Kühlen der gasförmigen, Oxid enthaltenden Ströme ohne Einleiten eines Fluid-Kühlmediums in irgendeinen der gasförmigen, Oxid enthaltenden Ströme und ohne Umleiten irgendeines der gasförmigen, Oxid enthaltenden Ströme aus den Kanälen durchgeführt wird; jeder der Kanäle durch ein Rohrelement mit einer Außenseite definiert ist; und der Kühlschritt das Kontaktieren der Außenseite mit einem ersten Kühlluftstrom im wesentlichen fortlaufend von einer ersten Kanalstelle angrenzend an das stromaufwärtige Ende des Kanals bis zu einer zweiten Kanalstelle stromabwärtig des ersten Kanalabschnitts und stromaufwärtig des stromabwärtigen Kanalendes aufweist.
Verfahren nach Anspruch 8, bei welchem der Kühlschritt ferner aufweist: Mischen eines zweiten Kühlluftstroms mit dem ersten Kühlluftstrom an der zweiten Kanalstelle; und Kontaktieren der Kanalaußenseite mit einem Gemisch des ersten und des zweiten Kühlluftstroms im wesentlichen fortlaufend von der zweiten Kanalstelle zu einer dritten Kanalstelle angrenzend an das stromabwärtige Kanalende.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, bei welchem das Rohrelement aus einem unisolierten, wärmeleitenden Material besteht.
Verfahren nach Anspruch 9, bei welchem der erste Kühlluftstrom eine Ausgangstemperatur an der ersten Kanalstelle und einen Volumendurchfluss aufweist, die ausreichend sind, um den gasförmigen, Oxid enthaltenden Strom in dem Kanal auf eine Temperatur in dem zur Auslösung der Umwandlung günstigen Temperaturbereich zu kühlen, wenn der gasförmige, Oxid enthaltende Strom durch den stromaufwärtigen Kanalabschnitt strömt; der erste Kühlluftstrom in dem Kanal einer Erwärmung auf eine erhöhte Temperatur an der zweiten Kanalstelle unterzogen wird, die höher als die Ausgangstemperatur des ersten Kühlluftstroms ist und die unzureichend ist, um den ersten Kühlluftstrom die Temperatur des gasförmigen, Oxid enthaltenden Stroms in dem Kanal in dem die Umwandlung unterhaltenden Temperaturbereich im wesentlichen fortlaufend von der zweiten Kanalstelle zu der dritten Kanalstelle ohne das Mischen des ersten Kühlluftstroms mit dem zweiten Kühlluftstrom halten zu lassen; und der zweite Kühlluftstrom eine Ausgangstemperatur an der zweiten Kanalstelle und einen Volumendurchfluss hat, die ausreichend sind, um in dem Gemisch der Kühlluftströme eine Temperatur zu erzeugen, welche die Temperatur des gasförmigen, Oxid enthaltenden Stroms in dem Kanal in dem die Umwandlung unterhaltenden Temperaturbereich im wesentlichen fortlaufend von der zweiten Kanalstelle bis zu der dritten Kanalstelle hält.
Verfahren nach Anspruch 3, bei welchem jeder der Kanäle eine einzelne, fortlaufende, ununterbrochene Umwandlungsstufe aufweist, die an dem stromabwärtigen Kanalende endet; das Verfahren das Unterwerfen jedes gasförmigen, Oxid enthaltenden Stroms einem Hochtemperaturkatalysator in der Umwandlungsstufe entlang eines Kanalabschnitts, der stromabwärtig des stromaufwärtigen Kanalendes und stromaufwärtig des stromabwärtigen Kanalendes ist, aufweist; und das Verfahren ferner das Unterwerfen des gasförmigen, Oxid enthaltenden Stroms einem hochaktiven Katalysator in der Umwandlungsstufe entlang eines Kanalabschnitts zwischen dem Hochtemperaturkatalysator und dem stromabwärtigen Kanalende aufweist.
Verfahren nach Anspruch 12, bei welchem der stromaufwärtige Kanalabschnitt stromaufwärtig des Hochtemperaturkatalysators ist.
Verfahren nach Anspruch 13, ferner mit dem Mischen des SO₂ und Luft in den gasförmigen Strom, wenn der Strom durch den stromaufwärtigen Kanalabschnitt strömt.
Verfahren nach Anspruch 12, bei welchem die einzelne Umwandlungsstufe den gesamten Katalysator enthält, dem der SO₂ enthaltende gasförmige Strom in dem Umwandler unterzogen wird; und die Umwandlung von SO₂ in SO₃ in der einzelnen Umwandlungsstufe einen Ertrag hat, der 97% übersteigt.
Verfahren nach Anspruch 15, bei welchem 99% des SO₂ in SO₃ umgewandelt werden.
Verfahren nach Anspruch 3, bei welchem der Umwandler einen Behälter mit den Kanälen aufweist; und das Kühlen der gasförmigen, Oxid enthaltenden Ströme ohne Einleiten eines Fluid-Kühlmediums in irgendeinen der gasförmigen, Oxid enthaltenden Ströme und ohne Umleiten irgendeines der gasförmigen, Oxid enthaltenden Ströme aus den Kanälen in den Behälter durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 17, bei welchem das Kühlen der gasförmigen, Oxid enthaltenden Ströme in den Kanälen aufweist: Leiten eines ersten Kühlluftstroms in den Umwandler an einer ersten Stelle angrenzend an das stromaufwärtige Ende jedes Kanals; Messen der Temperatur des gasförmigen, Oxid enthaltenden Stroms in einem Kanal angrenzend an das stromaufwärtige Ende der Umwandlungsstufe in dem Kanal; und Regeln des Stroms des ersten Kühlluftstroms in den Umwandler entsprechend der angrenzend an das stromaufwärtige Ende der Umwandlungsstufe in dem Kanal gemessenen Temperatur.
Verfahren nach Anspruch 18, bei welchem das Kühlen der gasförmigen, Oxid enthaltenden Ströme in den Kanälen ferner aufweist: Leiten eines zweiten Kühlluftstroms in den Umwandler an einer zweiten Stelle, die zwischen der ersten Stelle und den stromabwärtigen Kanalenden ist und die angrenzend an das stromaufwärtige Ende der Umwandlungsstufe ist; Messen der Temperatur des zweiten Gasgemisches, das aus dem Umwandler strömt; und Regeln des Stroms des zweiten Kühlluftstroms in den Umwandler entsprechend der Messung der Temperatur des zweiten Gasgemisches.
Verfahren nach Anspruch 19, mit Kühlen der gasförmigen, Oxid enthaltenden Ströme in den Kanälen mit dem ersten Kühlluftstrom im wesentlichen fortlaufend von der ersten Stelle bis zu der zweiten Stelle; Mischen des ersten Kühlluftstroms mit dem zweiten Kühlluftstrom, um ein Gemisch der Kühlluftströme zwischen der ersten Stelle und den stromabwärtigen Kanalenden zu erzeugen; und Kühlen der gasförmigen, Oxid enthaltenden Ströme in den Kanälen mit dem Gemisch der Kühlluftströme im wesentlichen fortlaufend von der zweiten Stelle bis zu den stromabwärtigen Kanalenden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, bei welchem der Strom jedes der Kühlluftströme durch den Umwandlerbehälter in der gleichen Richtung wie der Strom der gasförmigen, Oxid enthaltenden Ströme durch die Kanäle ist.
Verfahren nach Anspruch 17, bei welchem das Kühlen der gasförmigen, Oxid enthaltenden Ströme in den Kanälen aufweist: Einleiten eines Kühlluftstroms in den Umwandler an einer Stelle angrenzend an die stromaufwärtigen Enden der Umwandlungsstufe an den Kanälen; Entziehen wenigstens eines Teils des Kühlluftstroms aus dem Umwandler an einer Stelle angrenzend an die stromaufwärtigen Enden der Kanäle; Messen der Temperatur des gasförmigen, Oxid enthaltenden Stroms in einem Kanal angrenzend an das stromaufwärtige Ende der Umwandlungsstufe in dem Kanal; und Regeln des Entziehens des Kühlluftstroms aus dem Umwandler an der Stelle angrenzend an die stromaufwärtigen Enden der Kanäle entsprechend der in dem Kanal angrenzend an das stromaufwärtige Ende der Umwandlungsstufe darin gemessenen Temperatur.
Verfahren nach Anspruch 22, bei welchem das Kühlen der gasförmigen, Oxid enthaltenden Ströme in den Kanälen ferner aufweist: Teilen des Kühlluftstroms in zwei Unterströme; Entziehen eines Unterstroms an der Stelle angrenzend an die stromaufwärtigen Enden der Kanäle; Entziehen des anderen Unterstroms an einer Stelle angrenzend an die stromabwärtigen Enden der Kanäle; Messen der Temperatur des zweiten Gasgemisches, das aus dem Umwandler strömt; und Regeln des Entziehens des anderen Unterstroms an der Stelle angrenzend an die stromabwärtigen Enden der Kanäle entsprechend der in dem aus dem Umwandler strömenden, zweiten Gasgemisch gemessenen Temperatur.
Verfahren nach Anspruch 17, bei welchem das Kühlen der gasförmigen, Oxid enthaltenden Ströme in den Kanälen aufweist: Leiten eines ersten Kühlluftstroms in den Umwandler an einer Stelle angrenzend an die stromaufwärtigen Enden der Umwandlungsstufen in den Kanälen; Leiten eines zweiten Kühlluftstroms in den Umwandler an einer Stelle angrenzend an die stromabwärtigen Enden der Kanäle; Kombinieren der Kühlluftströme an der Stelle angrenzend an die stromaufwärtigen Enden der Umwandlungsstufen; Entziehen der kombinierten Kühlluftströme aus dem Umwandler an einer Stelle angrenzend an die stromaufwärtigen Enden der Kanäle; Messen der Temperatur des gasförmigen, Oxid enthaltenden Stroms in einem Kanal angrenzend an das stromaufwärtige Ende der Umwandlungsstufe in dem Kanal; Regeln des Stroms des ersten Kühlluftstroms in den Umwandler entsprechend der Temperatur in dem gasförmigen, Oxid enthaltenden Strom; Messen der Temperatur des zweiten Gasgemisches, das aus dem Umwandler strömt; und Regeln des Stroms des zweiten Kühlluftstroms in den Umwandler entsprechend der Temperatur des zweiten Gasgemisches.
Verfahren nach Anspruch 17, bei welchem jeder der Kanäle eine zwischen (a) dem stromabwärtigen Ende der Umwandlungsstufe in dem Kanal und (b) dem stromabwärtigen Kanalende angeordnete stromabwärtige Kühlstufe aufweist, wobei die stromabwärtige Kühlstufe ein stromaufwärtiges und ein stromabwärtiges Ende besitzt, und bei welchem das Kühlen der gasförmigen, Oxid enthaltenden Ströme in den Kanälen aufweist: Leiten eines ersten Kühlluftstroms in den Umwandler an einer ersten Stelle angrenzend an das stromaufwärtige Ende jedes Kanals; Leiten eines zweiten Kühlluftstroms in den Umwandler an einer zweiten Stelle angrenzend an das stromaufwärtige Ende der Umwandlungsstufe; Leiten eines dritten Kühlluftstroms in den Umwandler an einer dritten Stelle angrenzend an das stromaufwärtige Ende der stromabwärtigen Kühlstufe; Messen der Temperatur des gasförmigen, Oxid enthaltenden Stroms in einem Kanal angrenzend an das stromaufwärtige Ende der Umwandlungsstufe in dem Kanal; Regeln des Stroms des ersten Kühlluftstroms entsprechend der angrenzend an das stromaufwärtige Ende der Umwandlungsstufe gemessenen Temperatur; Messen der Temperatur des gasförmigen, Oxid enthaltenden Stroms in einem Kanal angrenzend an das stromabwärtige Ende der Umwandlungsstufe in dem Kanal; Regeln des Stroms des zweiten Kühlluftstroms in dem Umwandler entsprechend der angrenzend an das stromabwärtige Ende der Umwandlungsstufe gemessenen Temperatur; Messen der Temperatur des gasförmigen, Oxid enthaltenden Stroms in einem Kanal angrenzend an das stromabwärtige Ende der stromabwärtigen Kühlstufe in dem Kanal; und Regeln des Stroms des dritten Kühlluftstroms in den Umwandler entsprechend der an dem stromabwärtigen Ende der stromabwärtigen Kühlstufe gemessenen Temperatur.
Verfahren nach Anspruch 25, mit Kombinieren des ersten und des zweiten Kühlluftstroms an der zweiten Stelle; Kombinieren des dritten Kühlluftstroms mit dem ersten und dein zweiten Kühlluftstrom an der dritten Stelle; und Entziehen der kombinierten Kühlluftströme aus dem Umwandler an einer vierten Stelle angrenzend an das stromabwärtige Ende der stromabwärtigen Kühlstufe.
Verfahren nach Anspruch 25, mit Kombinieren des ersten und des zweiten Kühlluftstroms an der zweiten Stelle; Entziehen des kombinierten ersten und zweiten Kühlluftstroms aus dem Umwandler an einer Stelle, die stromaufwärtig der dritten Stelle und angrenzend an das stromabwärtige Ende der Umwandlungsstufe ist; und Entziehen des dritten Kühlluftstroms aus dem Umwandler an einer vierten Stelle angrenzend an das stromabwärtige Ende der stromabwärtigen Kühlstufe.
Verfahren nach Anspruch 1, mit Bereitstellen des ersten Gasgemisches bei einer Temperatur durch Reagieren von Schwefel und Luft in einem Schwefelbrenner; Leiten des ersten Gasgemisches von dem Schwefelbrenner zu einem stromaufwärtigen Abschnitt des katalytischen Umwandlers; Teilen des ersten Gasgemisches in mehrere Ströme an dem stromaufwärtigen Abschnitt des katalytischen Umwandlers; Versehen des katalytischen Umwandlers mit den mehreren Kanälen jeweils mit einem stromaufwärtigen Ende und einem stromabwärtigen Ende und jeweils mit einer der einzelnen Umwandlungsstufen; Leiten jedes der Ströme des ersten Gasgemisches durch einen jeweiligen Kanal von dem stromaufwärtigen Kanalende zu dem stromabwärtigen Kanalende; Durchführen einer anfänglichen Kühlung jedes der mehreren Ströme des ersten Gasgemisches; Umwandeln des SO₂ in jedem der mehreren Ströme des ersten Gasgemisches in SO₃, wenn die Ströme durch die Kanäle strömen, um in jedem der Ströme das zweite Gasgemisch bestehend im wesentlichen aus SO₃ und Luft an den stromabwärtigen Enden der Kanälen zu erzeugen; fortlaufendes Kühlen jedes gasförmigen, Oxid enthaltenden Stroms, wenn er durch seinen Kanal strömt und wenn das SO₂ darin einer Umwandlung in SO₃ unterzogen wird; wobei der fortlaufende Kühlschritt den Schritt des Unterwerfens des Stroms der Kühlluft; das Kombinieren der Ströme des zweiten Gasgemisches stromabwärtig der stromabwärtigen Enden der Kanäle; und das Leiten der kombinierten Ströme des zweiten Gasgemisches aus dem Umwandler aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Quelle für das erste Gasgemisch ein Schwefelbrenner ist; und der Schritt des Bereitstellens des ersten Gasgemisches das Reagieren von Schwefel mit Luft in dem Schwefelbrenner aufweist.
Vorrichtung zur Herstellung von Schwefeltrioxid (SO₃) aus Schwefeldioxid (SO₂) in einer einzelnen Umwandlungsstufe, wobei die Vorrichtung die folgenden Elemente aufweist: eine Einrichtung zum Bereitstellen eines ersten Gasgemisches bestehend im wesentlichen aus Schwefeldioxid (SO₂) und Luft aus einer Quelle; einen katalytischen Umwandler mit mehreren Rohrkanälen jeweils mit einem stromaufwärtigen Ende und einem stromabwärtigen Ende; wobei jeder der Rohrkanäle eine einzelne, ununterbrochene Umwandlungsstufe mit einem stromaufwärtigen und einem stromabwärtigen Ende aufweist; wobei die Umwandlungsstufe einen Katalysator und eine Einrichtung zum Halten des Katalysators in einer im wesentlichen fortlaufenden, ununterbrochenen Anordnung von dem stromaufwärtigen Ende zu dem stromabwärtigen Ende der Umwandlungsstufe aufweist; wobei der Katalysator eine Einrichtung zum Katalysieren der Umwandlung von SO₂ in SO₃ aufweist; wobei jeder der Rohrkanäle einen stromaufwärtigen Kühlabschnitt frei von dem Katalysator zwischen dem stromabfwärtigen Ende des Rohrkanals und dem stromaufwärtigen Ende der Umwandlungsstufe aufweist; eine Einrichtung zum Leiten des ersten Gasgemisches von der Quelle zu der Umwandlungsstufe ohne Erwärmen des ersten Gasgemisches zwischen der Quelle und der Umwandlungsstufe; eine Einrichtung, die einen das erste Gasgemisch enthaltenden Strom durch die Umwandlungsstufe strömen lassen kann; wobei die einzelne Umwandlungsstufe eine Einrichtung zum Umwandeln des SO₂ in dem ersten Gasgemisch in SO₃ aufweist, wenn der Strom durch die einzelne Umwandlungsstufe strömt, um ein zweites Gasgemisch bestehend im wesentlichen aus SO₃ und Luft an dem stromabwärtigen Ende der Umwandlungsstufe zu erzeugen; wobei die Umwandlungsstufe eine Einrichtung zum Halten des gasförmigen, Oxid enthaltenden Stroms in im wesentlichen fortlaufenden, ununterbrochenen Kontakt mit dem Katalysator zwischen dem stromaufwärtigen und dem stromabwärtigen Ende der Umwandlungsstufe aufweist; wobei die einzelne Umwandlungsstufe eine Einrichtung zum Durchführen der gesamten Umwandlung von SO₂ in SO₃, die in der Vorrichtung stattfindet, aufweist; eine Einrichtung zum Bereitstellen von Kühltuft; und eine Einrichtung zum Kühlen des gasförmigen, Oxid enthaltenden Stroms durch Unterwerfen des Stroms der Kühlluft im wesentlichen fortlaufend zwischen dem stromaufwärtigen Ende jedes Rohrkanals und dem stromabwärtigen Ende der Umwandlungsstufe in dem Kanal ohne Verdünnen des Stroms mit der Kühlluft, während der ununterbrochene Kontakt zwischen dem Strom und dem Katalysator aufrecht erhalten wird; wobei die Umwandlungsstufe eine Einrichtung zum Erzeugen von Wärme als Ergebnis der Umwandlung aufweist; wobei die Einrichtung zum Bereitstellen des ersten Gasgemisches eine Einrichtung zum Versehen des Gasgemisches mit einer Gastemperatur an dem stromaufwärtigen Ende des Rohrkanals aufweist, die (a) ein Kühlen zwischen dem stromaufwärtigen Ende des Rohrkanals und dem stromaufwärtigen Ende der Umwandlungsstufe erfordert, um eine Umwandlung in der Umwandlungsstufe auszulösen, und (b) zusammen mit der bei der Umwandlungsstufe erzeugten Wärme das Kühlen durch die Kühlluft im wesentlichen fortlaufend zwischen dem stromaufwärtigen Ende des Rohrkanals und dem stromabwärtigen Ende der Umwandlungsstufe erfordert, um wenigstens 95% des SO₂ in dem ersten Gasgemisch in SO₃ in der einzelnen Umwandlungsstufe umzuwandeln; wobei alle der zuvor genannten Elemente eine Einrichtung zum Zusammenwirken aufweisen, um wenigstens 95% des SO₂ in der einzelnen Umwandlungsstufe in SO₃ umzuwandeln, während die nicht-verdünnende Kühlluft als Fluid-Kühlmedium für den gasförmigen, Oxid enthaltenden Strom benutzt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 30, bei welcher der Umwandler aufweist: eine stromaufwärtige Verteilereinrichtung, die mit den stromaufwärtigen Enden der Kanäle zum Empfangen des ersten Gasgemisches mit SO₂ und Luft und zum Leiten eines Teils des ersten Gemisches in jedes stromaufwärtige Kanalende in Verbindung steht, um mehrere Ströme mit dem ersten Gemisch an den stromaufwärtigen Kanalenden zu bilden; und eine stromabwärtige Vereilereinrichtung, die mit den stromabwärtigen Enden der Kanäle zum Aufnehmen und Kombinieren der Ströme, wenn sie aus den Kanälen strömen, in Verbindung steht.
Vorrichtung nach Anspruch 31, bei welcher die Quelle einen Schwefelbrenner stromaufwärtig des Umwandlers aufweist; der Schwefelbrenner eine Einrichtung zum Erzeugen des ersten Gasgemisches bei einer Temperatur aufweist; und die Leitungseinrichtung einer Einrichtung zum Leiten des ersten Gasgemisches in den Umwandler bei etwa der Temperatur aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 31 oder 32, bei welcher der Umwandler einen Behälter mit den Kanälen aufweist; und die Einrichtung zum Kühlen jedes gasförmigen, Oxid enthaltenden Stroms eine Einrichtung hierfür ohne Einleiten eines Fluid-Kühlmediums in irgendeinen der gasförmigen, Oxid enthaltenden Ströme und ohne Umleiten irgendeines der gasförmigen, Oxid enthaltenden Ströme aus den Kanälen in den Behälter aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 31, bei welcher der Umwandler einen Behälter mit den Kanälen aufweist; und jede Umwandlungsstufe an dem stromabwärtigen Ende des Kanals mit der Umwandlungsstufe endet.
Vorrichtung nach Anspruch 32, bei welcher die einzelne Umwandlungsstufe eine Einrichtung zum Enthalten des ganzen Katalysators aufweist, dem der SO₂ enthaltende, gasförmige Strom in dem Umwandler unterzogen wird; wobei sämtliche der zuvor genannten Elemente eine Einrichtung zum Zusammenwirken aufweisen, um in der einzelnen Umwandlungsstufe mehr als 97% des SO₂ in SO₃ umzuwandeln.
Vorrichtung nach Anspruch 31, bei welcher die Einrichtung zum Bereitstellen des Gasgemisches eine Einrichtung zum Versehen des Gemisches mit einer Gastemperatur an dem stromaufwärtigen Kanalende höher als der Temperaturbereich, der für die Auslösung der katalytischen Umwandlung von SO₂ in SO₃ durch den Katalysator in den katalytischen Umwandlungskanälen günstig ist, aufweist, und bei welcher die Kühleinrichtung (a) eine Einrichtung zum Kühlen des gasförmigen, Oxid enthaltenden Stroms auf eine Temperatur in dem günstigen Temperaturbereich, und (b) eine Einrichtung zum Halten des gasförmigen, Oxid enthaltenden Stroms in einem Temperaturbereich, der kontinuierlich eine Umwandlung des SO₂ in SO₃ unterhält, wenn der Strom durch die Umwandlungsstufe strömt, aufweist; wobei sämtliche der zuvor genannten Elemente eine Einrichtung aufweisen, die zusammenwirken, um in der einzelnen Umwandlungsstufe wenigstens 97% des SO₂ in SO₃ umzuwandeln.
Vorrichtung nach Anspruch 36, bei welcher die Einrichtung zum Kühlen des gasförmigen, Oxid enthaltenden Stroms auf die Temperatur in dem für die Auslösung der Umwandlung günstigen Temperaturbereich eine Einrichtung hierfür an einem stromaufwärtigen Kanalabschnitt zwischen dem stromaufwärtigen Ende des Kanals und einer Stelle zwischen dem stromaufwärtigen und dem stromabwärtigen Kanalende aufweist; und die Einrichtung zum Halten des gasförmigen, Oxid enthaltenden Stroms in dem die Umwandlung unterhaltenden Temperaturbereich eine Einrichtung hierfür im wesentlichen fortlaufend stromabwärtig des stromaufwärtigen Kanalabschnitts bis zu dem stromabwärtigen Kanalende aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 36, bei welcher der Umwandler einen Behälter mit den Kanälen aufweist; jeder der Kanäle durch ein Rohrelement mit einer Außenfläche definiert ist; die Kühleinrichtung eine Einrichtung zum Kühlen jedes gasförmigen, Oxid enthaltenden Stroms ohne Einleiten eines Fluid-Kühlmediums in irgendeinen der gasförmigen, Oxid enthaltenden Ströme und ohne Umleiten irgendeines der gasförmigen, Oxid enthaltenden Ströme aus den Kanälen in den Behälter aufweist; und die Kühleinrichtung ferner eine Einrichtung zum Leiten eines ersten Kühlluftstroms in Kontakt mit der Außenfläche im wesentlichen fortlaufend von einer ersten Kanalstelle angrenzend an das stromaufwärtige Ende des Kanals bis zu einer zweiten Kanalstelle stromabwärtig der ersten Kanalstelle und stromaufwärtig des stromabwärtigen Kanalendes aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 38, bei welcher die Kühleinrichtung ferner aufweist: eine Einrichtung zum Mischen eines zweiten Kühlluftstroms mit dem ersten Kühlluftstrom an einer zweiten Kanalstelle; und eine Einrichtung zum Leiten eines Gemisches des ersten und des zweiten Kühlluftstroms in Kontakt mit der Außenfläche im wesentlichen fortlaufend von der zweiten Kanalstelle zu einer dritten Kanalstelle angrenzend an das stromabwärtige Kanalende.
Vorrichtung nach Anspruch 38 oder 39, bei welchem das Rohrelement aus einem unisolierten, wärmeleitenden Material besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 38 oder 39, und ferner mit einer Ausrüstung zur Verwendung, wenn die Einrichtung, welche das erste Gasgemisch aus SO₂ und Luft durch die Umwandlungsstufe strömen lassen kann, nicht arbeitet, wobei die Ausrüstung aufweist: eine Einrichtung zum Einstellen der Temperatur jedes der Kühlluftströme vor dem Kontaktieren des Kühlluftstroms mit einer Kanalaußenseite.
Vorrichtung nach Anspruch 41, und mit einer Einrichtung zum Umleiten des Gemisches der Kühlluftströme weg von dem Kontakt mit dem Kanal an der dritten Kanalstelle; einer Einrichtung zum Zurückleiten eines Teils des umgeleiteten Gemisches zurück zu der ersten und der zweiten Kanalstelle; und einer Einrichtung zum Einstellen der Temperatur des zurückgeführten Teils, bevor er die erste und die zweite Kanalstelle erreicht.
Vorrichtung nach Anspruch 42, und mit einer Einrichtung zum Mischen des zurückgeführten Teils mit der nicht-zurückgeführten Kühlluft, bevor der zurückgeführte Teil die erste und die zweite Kanalstelle erreicht.
Vorrichtung nach Anspruch 31, bei welcher der Umwandler einen Behälter mit den Kanälen aufweist; jede Umwandlungsstufe an dem stromabwärtigen Ende des Kanals mit der Umwandlungsstufe endet; die Umwandlungsstufe eine Einrichtung zum Aufnehmen eines Hochtemperaturkatalysators zwischen dem stromaufwärtigen Kanalende und einer mittleren Kanalstelle, die zwischen dem stromaufwärtigen und dem stromabwärtigen Kanalende ist, aufweist; und die Umwandlungsstufe ferner einen hochaktiven Katalysator zwischen der mittleren Kanalstelle und dem stromabwärtigen Kanalende aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 44, bei welcher der stromaufwärtige Kühlabschnitt stromaufwärtig des Hochtemperaturkatalysators ist; und der stromaufwärtige Kühlabschnitt eine Mischeinrichtung zum weiteren Mischen des SO₂ und Luft in dem gasförmigen Strom, wenn der gasförmige Strom durch den stromaufwärtigen Kühlabschnitt strömt, aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 45, bei welcher jeder Kanal einen Hochtemperaturkatalysator zwischen dem stromaufwärtigen Kanalende und der mittleren Kanalstelle enthält; jeder Kanal einen hochaktiven Katalysator zwischen der mittleren Kanalstelle und dem stromabwärtigen Kanalende enthält; jeder stromaufwärtige Kühlabschnitt die Mischeinrichtung enthält; die einzelne Umwandlungsstufe den gesamten Katalysator enthält, in dem der SO₂ enthaltende, gasförmige Strom in dem Umwandler unterzogen wird; und alle der zuvor genannten Elemente eine zusammenwirkende Einrichtung aufweisen, um zwischen dem stromaufwärtigen und dem stromabwärtigen Kanalende der einzelnen Umwandlungsstufe mehr als 97% des SO₂ in SO₃ umzuwandeln.
Vorrichtung nach Anspruch 31, bei welcher jeder der Kanäle durch ein Rohrelement mit einer Außenseite definiert ist; und die Kühleinrichtung eine Einrichtung zum Leiten eines ersten Kühlluftstroms in Kontakt mit der Außenseite im wesentlichen fortlaufend von einer ersten Kanalstelle angrenzend an das stromaufwärtige Ende des Kanals zu einer zweiten Kanalstelle stromabwärtig der ersten Kanalstelle und stromaufwärtig des stromabwärtigen Kanalendes aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 47, bei welcher die Kühleinrichtung aufweist: eine Einrichtung zum Mischen eines zweiten Kühlluftstroms mit dem ersten Kühlluftstrom an der zweiten Kanalstelle; und eine Einrichtung zum Leiten eines Gemisches der Kühlluftströme in Kontakt mit der Außenseite im wesentlichen fortlaufend von der zweiten Kanalstelle zu einer dritten Kanalstelle angrenzend an das stromabwärtige Kanalende.
Vorrichtung nach Anspruch 48, bei welcher der Umwandler einen Behälter mit den Kanälen aufweist; jeder Kanal in einer im wesentlichen geradlinigen Richtung von dem stromaufwärtigen Kanalende zu dem stromabwärtigen Kanalende verläuft; und jede der Leitungseinrichtungen eine in dem Behälter enthaltene und zum Definieren eines kurvigen Pfades in dem Behälter für die Kühlluftströme zusammenwirkende Drosseleinrichtung aufweist; wobei der kurvige Pfad eine Vielzahl von verbundenen, angrenzenden Pfadteilen aufweist, die jeweils in einer Richtung quer zu der Richtung, in welche der Kanal verläuft, verlaufen; wobei jeder Pfadteil ein stromaufwärtiges Ende und ein stromabwärtiges Ende besitzt; und wobei jeder Pfadteil von seinem stromaufwärtigen Ende zu seinem stromabwärtigen Ende in einer Richtung entgegengesetzt zu der Richtung verläuft, in welche ein angrenzender, verbundener Pfadteil verläuft.
Vorrichtung nach Anspruch 49, bei welcher jeder der Kanäle durch ein längliches Rohrelement definiert ist, das in einer beabstandeten, parallelen Beziehung zu den anderen Rohrelementen angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 31, bei welcher jeder der Kanäle durch ein längliches Rohrelement definiert ist, das in einer beabstandeten Beziehung zu den anderen Rohrelementen angeordnet ist; der Umwandler einen Behälter mit einer Außenschale aufweist, die ein Inneres definiert, in dem die Rohrelemente angeordnet sind; die Rohrelemente aus Edelstahl bestehen; und die Außenschale aus nicht-rostfreiem Kohlenstoffstahl besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 31, bei welcher der Umwandler einen vertikal angeordneten Behälter mit einem Paar vertikal beabstandeter Behälterenden aufweist; die stromaufwärtige Verteilereinrichtung angrenzend an eines der Behälterenden angeordnet ist; die stromabwärtige Verteilereinrichtung angrenzend an das andere der Behälterenden angeordnet ist; und die Kanäle vertikal angeordnet und in dem Behälter zwischen der stromaufwärtigen Verteilereinrichtung und der stromabwärtigen Verteilereinrichtung angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 52, bei welcher die Quelle einen Schwefelbrenner zum Reagieren von Luft und Schwefel zur Erzeugung des ersten Gasgemisches aufweist, bei welcher der Schwefelbrenner einen vertikal angeordneten Behälter mit einem Paar vertikal beabstandeter Behälterenden; eine Einlasseinrichtung angrenzend an eines der Behälterenden zum Einleiten von Luft und Schwefel in den Schwefelbrenner; eine Auslasseinrichtung angrenzend an das andere der Behälterenden zum Entziehen des ersten Gasgemisches bei einer Temperatur aus dem Schwefelbrenner; und eine Einrichtung in dem Behälter zwischen der Einlasseinrichtung und der Auslass einrichtung, die eine Reaktionszone zum Reagieren von Schwefel und Luft zur Erzeugung von SO₂ definiert, aufweist; der vertikal angeordnete Umwandlerbehälter und der vertikal angeordnete Schwefelbrennerbehälter in angrenzender Weise nebeneinander angeordnet sind; die Leitungseinrichtung eine Leitung zum direkten Verbinden der Auslasseinrichtung des Schwefelbrennerbehälters mit der stromaufwärtigen Verteilereinrichtung des Umwandlers zum Liefern des ersten Gasgemisches in dem Umwandler bei etwa der Temperatur aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 53, bei welcher der Abstand zwischen dem Schwefelbrennerbehälter und dem Umwandlerbehälter im Vergleich zu dem Abstand dieser Behälter in einer Kombination davon, die eine speziell zum Kühlen des ersten Gasgemisches zwischen den Behältern gewidmete Kühlausrüstung benutzt, relativ klein ist; und die Länge der Leitung im Vergleich zu der Länge einer solchen Leitung in einer die Kühlausrüstung benutzenden Kombination relativ klein ist.
Vorrichtung nach Anspruch 31, bei welcher jeder Kanal aufweist: Kanalwände; wobei die Umwandlungsstufe an dem stromabwärtigen Kanalende endet; der stromaufwärtige Kühlabschnitt eine Mischeinrichtung (a) zum Mischen des SO₂ und von Luft in dem Gasstrom und (b) zum Leiten von Wärme von dem Gasstrom an die Kanalwände, wenn der Gasstrom durch den stromaufwärtigen Kühlabschnitt strömt, aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 55, und mit einer Einrichtung zum Kontaktieren eines ersten Kühlluftstroms mit den Kanalwänden des stromaufwärtigen Abschnitts des Kanals; einer Einrichtung zum Mischen eines zweiten Kühlluftstroms mit dem ersten Kühlluftstrom an dem stromaufwärtigen Ende der Umwandlungsstufe, um ein Kühlgemisch zu bilden; und einer Einrichtung zum Kontaktieren des Kühlluftgemisches mit den Kanalwänden der Umwandlungsstufe.
Vorrichtung nach Anspruch 31, bei welcher der Umwandler einen Behälter mit den Kanälen aufweist und die Einrichtung zum Kühlen jedes gasförmigen, Oxid enthaltenden Stroms aufweist: eine Einrichtung zum Kühlen jedes gasförmigen, Oxid enthaltenden Stroms ohne Einleiten eines Fluid-Kühlmediums in irgendeinen der gasförmigen, Oxid enthaltenden Ströme und ohne Umlenken der gasförmigen Oxid enthaltenden Ströme aus den Kanälen in den Behälter; eine Einrichtung zum Leiten eines ersten Kühlluftstroms in den Umwandler an einer ersten Stelle angrenzend an das stromaufwärtige Ende jedes Kanals; eine Einrichtung zum Messen der Temperatur des gasförmigen, Oxid enthaltenden Stroms in einem Kanal angrenzend an das stromaufwärtige Ende der Umwandlungsstufe in dem Kanal; und eine Einrichtung zum Regeln des Stroms des Kühlluftstroms in den Umwandler entsprechend der angrenzend an das stromaufwärtige Ende der Umwandlungsstufe in dem Kanal gemessenen Temperatur.
Vorrichtung nach Anspruch 57, bei welcher die Einrichtung zum Kühlen jedes gasförmigen, Oxid enthaltenden Stroms ferner aufweist: eine Einrichtung zum Leiten eines zweiten Kühlluftstroms in den Umwandler an einer zweiten Stelle, die zwischen der ersten Stelle und den stromabwärtigen Kanalenden ist und die angrenzend an das stromaufwärtige Ende der Umwandlungsstufe ist; eine Einrichtung zum Messen der Temperatur des zweiten Gasgemisches, das aus dem Umwandler strömt; und eine Einrichtung zum Regeln des Stroms des zweiten Kühlluftstroms in den Umwandler entsprechend der Messung der Temperatur des zweiten Gasgemisches.
Vorrichtung nach Anspruch 58, bei welcher die Einrichtung zum Kühlen jedes gasförmigen, Oxid enthaltenden Stroms mit dem ersten Kühlluftstrom eine Einrichtung hierfür im wesentlichen fortlaufend von der ersten Stelle bis zu der zweiten Stelle aufweist; der Umwandler eine Einrichtung zum Mischen des ersten Kühlluftstroms mit dem zweiten Kühlluftstrom aufweist, um ein Gemisch der Kühlluftströme zwischen der zweiten Stelle und den stromaufwärtigen Kanalenden zu erzeugen; und die Einrichtung zum Kühlen jedes gasförmigen, Oxid enthaltenden Stroms ferner eine Einrichtung hierfür mit dem Gemisch der Kühlluftströme im wesentlichen fortlaufend von der zweiten Stelle zu den stromabwärtigen Kanalenden aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 57 bis 59, bei welcher der Umwandler aufweist: eine Einrichtung zum Leiten des Stroms jedes der Kühlluftströme durch den Umwandlerbehälter in der gleichen Richtung wie der Strom der gasförmigen, Oxid enthaltenden Ströme durch die Kanäle.
Vorrichtung nach Anspruch 31, bei welcher der Umwandler einen Behälter mit den Kanälen aufweist und die Einrichtung zum Kühlen der gasförmigen, Oxid enthaltenden Ströme in den Kanälen aufweist: eine Einrichtung zum Kühlen jedes gasförmigen, Oxid enthaltenden Stroms ohne Einleiten eines Fluid-Kühlmediums in irgendeinen der gasförmigen, Oxid enthaltenden Ströme und ohne Umleiten der gasförmigen, Oxid enthaltenden Ströme aus den Kanälen in den Behälter; eine Einrichtung zum Einleiten eines ersten Kühlluftstroms in den Umwandler an einer Stelle angrenzend an die stromaufwärtigen Enden der Umwandlungsstufe in den Kanälen; eine Einrichtung zum Entziehen wenigstens eines Teils des ersten Kühlluftstroms aus dem Umwandler an einer Stelle angrenzend an die stromaufwärtigen Enden der Kanäle; eine Einrichtung zum Messen der Temperatur des gasförmigen, Oxid enthaltenden Stroms in einen Kanal angrenzend an das stromaufwärtige Ende der Umwandlungsstufe in dem Kanal; und eine Einrichtung zum Regeln des Entziehens des ersten Kühlluftstroms aus dem Umwandler an der Stelle angrenzend an die stromaufwärtigen Enden der Kanäle entsprechend der in dem Kanal angrenzend an das stromaufwärtige Ende der Umwandlungsstufe darin gemessenen Temperatur.
Vorrichtung nach Anspruch 61, bei welcher die Einrichtung zum Kühlen der gasförmigen, Oxid enthaltenden Ströme in den Kanälen ferner aufweist: eine Einrichtung zum Teilen des ersten Kühlluftstroms in zwei Unterströme; eine Einrichtung zum Entziehen eines Unterstroms an der Stelle angrenzend an die stromaufwärtigen Enden der Kanäle; eine Einrichtung zum Entziehen des anderen Unterstroms an einer Stelle angrenzend an die stromabwärtigen Enden der Kanäle; eine Einrichtung zum Messen der Temperatur des zweiten Gasgemisches, das aus dem Umwandler strömt; und eine Einrichtung zum Regeln des Entziehens des anderen Unterstroms an der Stelle angrenzend an die stromabwärtigen Enden der Kanäle entsprechend der in dem zweiten Gasgemisch, das aus dem Umwandler strömt, gemessenen Temperatur.
Vorrichtung nach Anspruch 31, bei welcher der Umwandler einen Behälter mit den Kanälen aufweist und die Einrichtung zum Kühlen der durch die Kanäle strömenden gasförmigen, Oxid enthaltenden Ströme aufweist: eine Einrichtung zum Kühlen jedes gasförmigen, Oxid enthaltenden Stroms ohne Einleiten eines Fluid-Kühlmediums in irgendeinen der gasförmigen, Oxid enthaltenden Ströme und ohne Umleiten der gasförmigen, Oxid enthaltenden Ströme aus den Kanälen in den Behälter; eine Einrichtung zum Leiten eines ersten Kühlluftstroms in den Umwandler an einer Stelle angrenzend an die stromaufwärtigen Enden der Umwandlungsstufen in den Kanälen; eine Einrichtung zum Leiten eines zweiten Kühlluftstroms in den Umwandler an einer Stelle angrenzend an die stromabwärtigen Enden der Kanäle; eine Einrichtung zum Kombinieren der Kühlluftströme an der Stelle angrenzend an die stromaufwärtigen Enden der Umwandlungsstufen; eine Einrichtung zum Entziehen der kombinierten Kühlluftströme aus dem Umwandler an einer Stelle angrenzend an die stromaufwärtigen Enden der Kanäle; eine Einrichtung zum Messen der Temperatur des gasförmigen, Oxid enthaltenden Stroms in einem Kanal angrenzend an das stromaufwärtige Ende der Umwandlungsstufe in dem Kanal; eine Einrichtung zum Regeln des Stroms des ersten Kühlluftstroms in den Umwandler entsprechend der Messung der Temperatur in dem gasförmigen, Oxid enthaltenden Strom; eine Einrichtung zum Messen der Temperatur des zweiten Gasgemisches, das aus dem Umwandler strömt; und eine Einrichtung zum Regeln des Stroms des zweiten Kühlluftstroms in den Umwandler entsprechend der Messung der Temperatur des zweiten Gasgemisches.
Vorrichtung nach Anspruch 31, bei welcher der Umwandler einen Behälter mit den Kanälen aufweist und jeder Kanal eine stromabwärtige Kühlstufe aufweist, die zwischen (a) dem stromabwärtigen Ende der Umwandlungsstufe in den Kanal und (b) dem stromabwärtigen Kanalende angeordnet ist, wobei die stromabwärtige Kühlstufe ein stromaufwärtiges und ein stromabwärtiges Ende aufweist, und bei welcher die Einrichtung zum Kühlen der durch die Kanäle strömenden gasförmigen, Oxid enthaltenden Ströme aufweist: eine Einrichtung zum Kühlen jedes gasförmigen, Oxid enthaltenden Stroms ohne Einleiten eines Fluid-Kühlmediums in irgendeinen der gasförmigen, Oxid enthaltenden Ströme und ohne Umlenken der gasförmigen, Oxid enthaltenden Ströme aus den Kanälen in den Behälter; eine Einrichtung zum Leiten eines ersten Kühlluftstroms in den Umwandler an einer ersten Stelle angrenzend an das stromaufwärtige Ende jedes Kanals; eine Einrichtung zum Leiten eines zweiten Kühlluftstroms in den Umwandler an einer zweiten Stelle angrenzend an das stromaufwärtige Ende der Umwandlungsstufe; eine Einrichtung zum Leiten eines dritten Kühlluftstroms in den Umwandler an einer dritten Stelle angrenzend an das stromaufwärtige Ende der stromabwärtigen Kühlstufe; eine Einrichtung zum Messen der Temperatur des gasförmigen, Oxid enthaltenden Stroms in einem Kanal angrenzend an das stromaufwärtige Ende der Umwandlungsstufe im Kanal; eine Einrichtung zum Regeln des Stroms des ersten Kühlluftstroms entsprechend der an dem stromaufwärtigen Ende der Umwandlungsstufe gemessenen Temperatur; eine Einrichtung zum Messen der Temperatur des gasförmigen, Oxid enthaltenden Stroms in einem Kanal angrenzend an das stromabwärtige Ende der Umwandlungsstufe in dem Kanal; eine Einrichtung zum Regeln des Stroms des zweiten Kühlluftstroms in den Umwandler entsprechend der angrenzend an das stromabwärtige Ende der Umwandlungsstufe gemessenen Temperatur; eine Einrichtung zum Messen der Temperatur des gasförmigen, Oxid enthaltenden Stroms in einem Kanal angrenzend an das stromabwärtige Ende der stromabwärtigen Kühlstufe in dem Kanal; und eine Einrichtung zum Regeln des Stroms des dritten Kühlluftstroms in den Umwandler entsprechend der an dem stromabwärigen Ende der stromabwärtigen Kühlstufe gemessenen Temperatur.
Vorrichtung nach Anspruch 64, und mit einer Einrichtung zum Kombinieren des ersten und des zweiten Kühlluftstroms an der zweiten Stelle; einer Einrichtung zum Kombinieren des dritten Kühlluftstroms mit dem ersten und dem zweiten Kühlluftstrom an der dritten Stelle; und einer Einrichtung zum Entziehen der kombinierten Kühlluftströme aus dem Umwandler an einer vierten Stelle angrenzend an das stromabwärtige Ende der stromabwärtigen Kühlstufe.
Vorrichtung nach Anspruch 64, und mit einer Einrichtung zum Kombinieren des ersten und des zweiten Kühlluftstroms an der zweiten Stelle; einer Einrichtung zum Entziehen des kombinierten ersten und zweiten Kühlluftstroms aus dem Umwandler an einer Stelle, die stromaufwärtig der dritten Stelle und angrenzend an das stromabwärtige Ende der Umwandlungsstufe ist; und einer Einrichtung zum Entziehen des dritten Kühlluftstroms aus dem Umwandler einer vierten Stelle angrenzend an das stromabwärtige Ende der stromabwärtigen Kühlstufe.
Vorrichtung nach Anspruch 30, und mit einer Einrichtung in dem stromaufwärtigen Kühlabschnitt der Rohrkanäle zum Kühlen des ersten Gasgemisches.