Przedmiotem wynalazku jest wezel kontaktowy instalacji do produkcji kwasu siarkowego o duzej wydajnosci, w szczególnosci z pirytu lub gazów prazalmiczych metoda kontaktowa w ukladzie jed- nostofpniowej lub dwustopniowej konwersji.Znane sa i obecnie powszechnie stosowane w fa¬ brykach kwasu siarkowego wezly kontaktowe zlo¬ zone z pojedynczych, pionowych, cylindrycznych aparatów kontaktowych oraz wewnetrznych lub zewnetrznych wymienników ciepla gaz—gaz lub ciecz—gaz. Aparaty kontaktowe maja cztery lub piec warstw katalizatora ulozonego na poziomych pólkach, które usytuowane sa jedna nad druga i oddzielone od siebie przeponami ' wypuklymi, wkleslymi lub plaskimi.Wymienniki ciepla zewnetrzne typu gaz—gaz wy¬ konywane sa na ogól jako plaszczowo-rurowe z przegrodami w przestrzeni miedzyrurowej wzgle¬ dnie jaiko wymienniki plytowe lub blokowe. (Opis patentowy polski 95 920; „Kwas siarkowy", Porad¬ nik inzyniera i Technika, WNT, 1975).Znane sa równiez z opisu wynalazku ZSRR 233 631 aparaty kontaktowe czteropólkowe z pio¬ nowymi warstwami katalizatora zlokalizowanymi na poziomej przeponie, na której równiez umiesz¬ czony jest wewnetrzny, poziomy wymiennik cieple.Poszczególne, plaskie, pionowo ustawione warstwy katalizatora rozmieszczone sa skosnie wzgledem siebie tworzac klinowe wloty i wyloty gazu.Aparaty kontaktowe z wewnetrznymi wymien- 10 15 20 30 2 nikami ciepla gaz—gaz stosowane sa w instala¬ cjach doswiadczalnych lub fabrykach kwasu siar¬ kowego o malych wydajnosciach to jest w tych przypadkach kiedy wymiary aparatów i wymien¬ ników ciepla sa nieduze. Natomiast dla instalacji o duzych wydajnosciach stosowane sa wylacznie zewnetrzne wymienniki ciepla, gdyz ich wymiary i ciezary sa tak duze, ze ze wzgledów konstrukcyj¬ nych nie mozna ich wbudowac wewnatrz apara¬ tów kontaktowych.Do wad i niedogodnosci dotychczas stosowanych wezlów kontaktowych, szczególnie w instalacjach o duzej wydajnosci nalezy: — zle rozprowadzanie gazu na calym przekroju pólki aparatu kontaktowego — zdolnosc filtracyjna pólki prowadzaca do osa¬ dzania sie pylów zawartych w gazie, oraz pylów powstalych w wyniku scierania sie katalizatora co powoduje szybki wzrost oporu przeplywu gazu przez pólki — plaskie ruszty pólek pracuja w strefie naj¬ wyzszych temperatur — wskutek czego zmniejsza sie ich wyttrzymalosc mechaniczna co odpowiednio ogranicza wymiary aparatu kontaktowego — kontakt poreakcyjnego gazu ze scianami apa¬ ratu powoduje koniecznosc stosowania stali stopo¬ wych i zwiekszenia zuzycia materialów konstruk¬ cyjnych powodujace wzrost strat ciepla — koniecznosc stosowania warstw kwarcu pod i nad warstwa katalizatora prowadzi do zwiekszc- 114 902114902 3 4: nia oporu pólek i wzrostu obciazenia pólek i cale¬ go aparatu — stosowanie zewnetrznych wymienników ciepla gaz—gaz prowadzace do znacznego zwiekszenia powierzchni zabudowy, ilosci fundamentów, gazo¬ ciagów, konstrukcji stalowych, opodesitowan, zuzy¬ cia materialów izolacyjnych itp. oraz do zwieksze¬ nia strat ciepla i oporów przeplywu gazu; Wy¬ mienniki ciepla plaszczowo-rurowe z przegrodami w przestrzeni miedzyrurowej moga byc stosowa¬ ne przy nieduzych predkosciach gazu w tej prze¬ strzeni i maja duza podzialke rur wynikajaca z duzych oporów przeplywu gazu. W zwiazku z tym globalny wspólczynnik wymiany ciepla w tych wymiennikach jest aiski i wynosi okolo 10-f^ 12 kcal/m2 h°C wskutek czego potrzebne sa bar¬ dzo duze powierzchnie wymiany ciepla. Prowadzi to do duzych wymienników ciepla i duzych ich ilosci, szczególnie w instalacjach kwasu siarko¬ wego z pirytu lub gazów prazainiczych przy za¬ stosowaniu dwustopniowej konwersji.Istota wezla kontaktowego wedlug wynalazku polega na zastosowaniu w tym wezle dowolnej ilosci oddzielnych aparatów kontaktowych, pola¬ czonych funkcjonalnie gazociagami. Kazdy aparat kontaktowy zawiera jedna warstwe katalizatora i wymiennik ciepla, które osadzone sa we wspól¬ nym korpusie. Warstwa katalizatora ma ksztalt pionowego cylindra i osadzona jest bezposrednio na fundamencie, zas wymiennik ciepla usytuowa¬ ny jest w przestrzeni otoczonej przez te warstwe, przy czym pomiedzy zewnetrznym plaszczem wy¬ miennika ciepla a warstwa katalizatora utworzony jest pierscieniowy kanal do przeplywu gazu prze- reagowanego w tej warstwie.Wloty gazu doprowadzanego na warstwe kontak¬ towa sa uksztaltowane w postaci spiralnej kierow¬ nicy osadzonej na korpusie aparatu kontaktowego.Zaleta wezla kontaktowego wedlug wynalazku jest: — zwiekszenie stopnia wykorzystania kataliza¬ tora dzieki równomiernemu rozprowadzaniu gazu na jego powierzchni, a tym samym zmniejszenie ilosci katalizatora — latwe zasypywanie i wymiana katalizatora — zabezpieczenie przed zasypywaniem sie py¬ lem warstw katalizatora co uzyskano dzieki stycz¬ nemu wprowadzeniu gazu i pionowemu usytuowa¬ niu warstwy katalizatora — uzyskanie korzystnych warunków wymiany ciepla w wewnetrznych wymiennikach pierscienio¬ wych (zmniejszenie powierzchni wymiany ciepla, strat ciepla, zwiekszenie predRosci przeplywu ga¬ zu) wskutek wykorzystania zewnetrznych plasz¬ czy wymienników jako elementów wymiany ciepla, brak przegród w przestrzeni miedzyrurowej, zasto¬ sowanie pierscieniowych wlotów i wylotów gazu — latwosc wykonania i montazu wezla kontakto¬ wego, mala powierzchnia zabudowy, znaczne zmniejszenie ilosci gazociagów, konstrukcji stalo¬ wych, opodestowan itp. — latwy dostep do wszystkich elementów wy¬ posazenia wezla kontaktowego co ulatwia montaz, obsluge i remonty.Przedmiot wynalazku pokazany jest w przykla¬ dzie wykonania na rysunkach, na których fig. 1'.' przedstawia schemat wezla kontaktowego, fig. 2 — aparat kontaktowy jednowarstwowy, w przekroju wzdluznym, a fig. 3 — ten sam aparat w prze¬ kroju poprzecznym.Jak uwidoczniono na fig. 1 w sklad wezla kon¬ taktowego wchodza cztery oddzielne aparaty Kon¬ taktowe 1, 2, 3 i 4. Kazdy aparat zawiera jedna warstwe katalizatora odpowiednio Klt K2, K3 i K4 oraz wymiennik ciepla odpowiednio Wi, W2, W3 i W4, które umieszczone sa we wspólnym korpu¬ sie. Aparaty kontaktowe 1, 2, 3 i 4 polaczone sa ze soba gazociagami tworzac zamknieta jednostke funkcjonalna wezla kontaktowego.Aparat kontaktowy (fig. 2) zawiera korpus 5, w którym umieszczona jest pionowa, cylindryczna warstwa katalizatora Kx oraz wymiennik ciepla Wi. Warstwa katalizatora Kx utrzymywana jest za pomoca konstrukcji wsporczej 6, skladajacej sie z ram stalowych i kratownic zeliwnych przy¬ slonietych siatka stalowa (nie pokazane na ry¬ sunku). Katalizator zasypywany jest do konstrukcji wsporczej 6 króccem 7, wysypywanie zas katali¬ zatora nastepuje króccem 8. Warstwa katalizatora Kx wspiera sie bezposrednio ha fundamencie 9.Wymiennik ciepla Wi usytuowany jest w prze¬ strzeni otoczonej warstwa katalizatora Ki i kon¬ centrycznie w stosunku do tej warstwy tak, ze miedzy nimi wydzielony jest pierscieniowy ka¬ nal 10. Wymiennik Wa wsparty jest na podporach 11 i zaopatrzony jest w króciec 12 doplywu gazu do przestrzeni miedzyrurowej oraz króciec 13 od¬ plywu gazu z tej przestrzeni.W sklad wymiennika ciepla Wi wchodzi plaszcz zewnetrzny 14 i przepona wewnetrzna 15, miedzy którymi jest pierscieniowa przestrzen miedzyruro- wa, zamknieta pierscieniowymi dnami sitowymi: górnym dnem 16 i dolnym 17. Przepona wewne¬ trzna 15 stanowi zarazem kierownice przeplywu gazu.- Na korpusie 5 usytuowana jest spiralna kierow¬ nica 18 gazu doprowadzanego do aparatu kontak¬ towego. W pobocznicy korpusu 5 wykonane sa otwory 19 doplywu gazu na warstwe katalizatora Klt skomunikowane z kierownica 18. Korpus 5 zamkniety jest dnem 20 wspartym na fundamen¬ cie 21.W górnej czesci korpusu 5 usytuowany jest kró¬ ciec 22 wylotowy gazu z przestrzeni rurowej wy¬ miennika Wj.Dzialanie wezla kontaktowego wedlug wynalaz¬ ku, przy zastosowaniu gazu otrzymywanego ze spalania pirytu, w ukladzie dwustopniowej kon¬ wersji z dwoma aparatami kontaktowymi dla kaz¬ dego stopnia — jest nastepujace.Ochlodzony i oczyszczony gaz zawierajacy SO2 o stezeniu okolo 9% wprowadzany jest gazocia¬ giem 23 do przestrzeni miedzyrurowej wymiennika ciepla W4 skad gazociagiem 24 kierowany jest do przestrzeni miedzyrurowej wymiennika ciepla Wi. W wymiennikach W4 i W2 gaz podgrzewa sie do temperatury zaplonu stosowanego kataliza¬ tora, a nastepnie doprowadzany jest gazociagiem 25 na pierwsza warstwe katalizatora Ki, po przej¬ sciu której S02 % utlenia sie czesciowo do S03. Z 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 605 kolei gaz zawierajacy mieszanine S02 i S03 omywa plaszcz zewnetrzny wymiennika Wi, przeplywa przez rurki tego wymiennika ochladzajac sie, a nastepnie skierowany jest gazociagiem 26 na druga warstwe katalizatora K2, na której w wyniku re¬ akcji zwieksza sie przemiana S02 w S03, po czym gaz przeplywa przez rurki wymiennika ciepla W2 ochladzajac sie czesciowo i zostaje przeslany gazo¬ ciagiem 27 na pierwszy stopien absorpcji (niepo- kazany na rysunku).Po miedzystopniowym zaabsorbowaniu S03 — gaz zawierajacy reszte S02 wprowadzany jest ga¬ zociagiem 28 na drugi stopien konwersji do apa¬ ratu kontaktowego 3, skad po przeplynieciu przez przestrzen miedzyrurowa wymiennika ciepla W8 skierowany jest gazociagiem 29 do przestrzeni miedzyrurowej wymiennika W2. W wymiennikach W3 i W2 gaz zostaje podgrzany a nastepnie ga¬ zociagiem 30 wprowadzany jest na trzecia warstwe katalizatora K3f na której dokonuje sie dalsza przemiana S02 w S08, po czym gaz przeplywa przez rurki wymiennika ciepla W3, ochladza sie czesciowo i doprowadzany jest gafociagiem 31 na czwarta warstwe katalizatora K4 gdzie nastepuje calkowita przemiana S02 w S03. Z kolei gaz prze¬ plywa przez rurki wymiennika W4, ochladzajac sie czesciowo i jest. skierowany gazociagiem 32 na drugi stopien absorpcji.W ten sposób zrealizowany jest pelny obieg gazu w wezle kontaktowym.W poszczególnych jednowarstwowych aparatach kontaktowych 1, 2, 3 i 4 (spelniajacych funkcje pólek dotychczasowych aparatów) — zachodzi adia¬ batyczna przemiana S02 w S03 w kolejnych war¬ stwach katalizatora oraz wymiana ciepla gazu przedreakcyjneg© i poreakcyjnego w wymienni¬ kach ciepla. I tak nip. uprzednio przygotowany gaz wprowadzany jest do aparatu kontaktowego 1 króc¬ cem 12 i poprzez pierscieniowy wlot 33 doplywa do przestrzeni miedzyrurowej wymiennika Wi oslonietej z jednej strony przepona wewnetrzna 15, a z drugiej plaszczem zewnetrznym 14. W wyniku wymiany ciepla z gazem plynacym w rurach wy¬ miennika Wi — nastepuje podgrzanie gazu w prze¬ strzeni miedzyrurowej, po czym gaz ten, poprzez pierscieniowy wylot gazu 34 i króciec wylotowy 13 wyprowadzany jest na zewnatrz aparatu, a na¬ stepnie gazociagiem 25 skierowany do spiralnej kierownicy 18 skad poprzez otwory 19 w korpusie 5 doprowadzany jest stycznie i równomiernie na cala powierzchnie warstwy katalizatora Ki.Po przejsciu przez warstwe katalizatora gaz cze¬ sciowo utleniony do S08, przeplywa przez kanal 10, ulegajac czesciowemu ochlodzeniu, w wyniku wymiany ciepla poprzez plaszcz zewnetrzny 14, a nastepnie dalszemu ochlodzeniu w czasie prze¬ plywu przez runki wymiennika ciepla Wi.L4 902 6 W ten sposób przereagowany i ochlodzony gaz wyprowadzany jest z aparatu króccem 22, a na¬ stepnie jest przekazywany odpowiednimi gazocia¬ gami do kolejnych aparatów w wezle kontakto- 5 wym. W wyniku zawirowania gazu w kierownicy spiralnej 18 nastepuje separacja pylów zawartych w gazie. Zasypywanie katalizatora do aparatu od¬ bywa sie przez krócce 7, a wysypywanie przez krócce 8. 10 Opisane wyzej dzialanie aparatu kontaktowego 1 odnosi sie równiez do pozostalych aparatów w we¬ zle kontaktowym, przy czym róznice konstrukcyj- no-funkcjonalne polegaja na zmianach w dopro¬ wadzaniu i odprowadzaniu gazu do wymienników 15 ciepla oraz zwiazanych z tymi zmianami w usy- f tuowaniu przeslony wewnetrznej 15 i krócca wy¬ lotowego gazu 22.Wezel kontaktowy wedlug wynalazku moze byc stosowany równiez w instalacji do produkcji kwa- 20 su siarkowego z siarki.Wymienniki ciepla Wi, W2, W8, W4 zastosowane w aparatach kontaktowych 1, 2, 3, 4 moga byc wykonywanej oddzielnych segmentów, które two¬ rza, odpowiednio do mozliwosci wykonawczych 25 i montazowych — zespoly rur i den sitowych, la¬ czonych trwale ze soba, np. przez zespawanie, na miejscu montazu aparatu. 30 Zastrzezenia patentowe 1. Wezel kontaktowy instalacji do produkcji kwasu siarkowego o duzej wydajnosci, w szczegól¬ nosci z pirytu lub gazów prazalniczych . metoda 35 kontaktowa w ukladzie jedno- lub dwustopniowej Konwersji, znamienny tym, ze sklada sie z oddziel¬ nych aparatów kontaktowych (1, 2, 3, 4) -zawiera¬ jacych jedna warstwe katalizatora (Klf K2, K8, K4) i wymiennik ciepla (Wlf W2, W8, W4) umieszczone 40 we wspólnym korpusie (5). 2. Wezel kontaktowy wedlug zastrz. 1, znamien¬ ny tym, ze kazda warstwa katalizatora (Klf K2» Ks, K4) ma ksztalt pionowego cylindra i osadzona jest bezposrednio na fundamencie (9). l5 3. Wezel kontaktowy wedlug zastrz. 1, znamien¬ ny tym, ze w przestrzeni otoczonej przez war¬ stwe katalizatora (Klf K2, K8, K4) umieszczony jest wymiennik ciepla (W^ W2, W8, W4), przy czym pomiedzy zewnetrznym plaszczem (14) tego wy- i0 miennika a warstwa katalizatora utworzony jest pierscieniowy kanal (10) do przeplywu gazu. 4. Wezel kontaktowy wedlug zastrz. 1, znamien¬ ny tym, ze wlot gazu na warstwe katalizatora (Klf K2, K8, K4) w aparacie kontaktowym (1, 2, U 3, 4) uksztaltowany jest w postaci spiralnej kie¬ rownicy (18) osadzonej na korpusie (5) aparatu kontaktowego.114 902 Ak'^j& Fig.1114 902 19 5 Fig. 3 PL