專利名稱：用于混合氣體的方法和裝置的制作方法
用于混合氣體的方法和裝置本發(fā)明涉及用于在轉(zhuǎn)化器中混合兩種不同溫度和/或組成的氣體
以由含二氧化石克的氣體生產(chǎn)三氧化硫的方法，并涉及用于執(zhí)行這一方法的i殳備。
本發(fā)明關(guān)注的是硫酸生產(chǎn)。傳統(tǒng)上，硫酸大多是通過所謂雙重吸收方法生產(chǎn)的，該方法描述于《烏爾曼工業(yè)化學(xué)百科全書》第5版第A25巻第635至700頁。首先，含有二氧化硫的起始氣體至少部分地
與氧氣在轉(zhuǎn)化器的多個連續(xù)接觸級中按下式反應(yīng)得到三氧化硫。
S02 + 1/2 02 ~> SOs + 98 KJ
生產(chǎn)出的含三氧化硫的氣體然后提供給吸收器并在那里轉(zhuǎn)化成硫酸。二氧化硫到三氧化硫的氧化在催化劑的存在下進行，所述催化劑通常含有五氧化二釩作為活性組分，并具有從大約380。C至640。C的工作范圍。而在高于64(TC的溫度下發(fā)生催化劑的不可逆的損害，在低于380。C的溫度下催化劑沒有活性。由于該方法強烈放熱，所以進入到接觸級中的氣體入口溫度必須在約400。C。在一個明顯較低的入口溫度下，反應(yīng)不啟動，而在高很多的入口溫度下，溫度在方法中升高得如此之多以致于催化劑被損壞。然而，也有可能使用允許較高的工作溫度的其它催化劑，如從EP 1 047 497 Bl或DE 100 23 178 Al所知的。為獲得高產(chǎn)率，將反應(yīng)分為幾級進行，在各級之間，各工藝氣體通過集成的換熱器冷卻，以便為下一接觸級實現(xiàn)合適的氣體入口溫度。通常，這樣的轉(zhuǎn)化器包括四至五個接觸級，和在上述雙重吸收方法中，已經(jīng)通過多個(例如三個)接觸級的工藝氣體被提供給中間吸收塔，三氧化硫在其中轉(zhuǎn)化為硫酸、發(fā)煙硫酸或液體三氧化硫，從而工藝氣體中的三氧化硫濃度再次降低。 一旦加熱到所需的工藝溫度時，就將該工藝氣體供應(yīng)到轉(zhuǎn)化器的下 一接觸級，之后供應(yīng)給最后的吸收。供應(yīng)給轉(zhuǎn)化器的工藝氣體受數(shù)量和二氧化硫濃度的頻繁波動之困 擾。雖然在傳統(tǒng)轉(zhuǎn)化器中，由于在催化的第一步中取得的高溫而使二
氧化硫濃度通常限制在大約12 (體積)％,但在DE 102 49 782 Al 中說明的方法通過再循環(huán)含三氧化硫的氣體提供了使用較高的二氧化 疏濃度。該再循環(huán)限制了在第一接觸級中的反應(yīng)，作為結(jié)果，限制了 在那里產(chǎn)生的熱量。
由于入口氣體的波動，要求控制在接觸物質(zhì)入口處的溫度。這是 通過用旁路管道提供冷的含有二氧化硫的氣體而實現(xiàn)的。在上述含三 氧化疏的氣體的再循環(huán)中，混合比例也必須調(diào)整。因此，不同溫度和/ 或組成的氣體必須在轉(zhuǎn)化器中在不同的點處混合。即便是相同成分的 氣體，溫差也導(dǎo)致了不同的粘度，使得混合困難。然而，為了工藝效 率，要求實現(xiàn)均勻的氣體混合。如果在接觸物質(zhì)入口處沒有實現(xiàn)氣體 的足夠均勻性，就會有當(dāng)通過接觸級時二氧化硫沒有轉(zhuǎn)化為三氧化硫 的區(qū)域，因此使得轉(zhuǎn)化器的效率受損。在二氧化硫含量過高的區(qū)域， 過熱可能會導(dǎo)致催化劑的損害。人們發(fā)現(xiàn)，在硫酸工廠的管道中混合 不同溫度的氣體不是快速的和自發(fā)的過程。由于不同的粘度，氣體相 互并行流動而沒有混合(所謂的分流)。
為了解決這一問題，現(xiàn)有技術(shù)是提供局部的壓力損失，它導(dǎo)致了 帶有高程度流化的湍流。但是，這個方案在很多情況下是不充分的， 因為由于工廠技術(shù)的原因，系統(tǒng)中可獲得的或允許的整體壓力損失是
有限的，或者必須被限制。
因此，本發(fā)明的目的在于提高轉(zhuǎn)化器中的兩種不同溫度和/或組成 的氣體的混合物的均勻性并減少或防止所謂的分流。
利用本發(fā)明，這個目的基本上得到解決之處在于第一氣體流以 第一方向、特別是從下面引入到混合室中，第二氣體流以與第一方向 相反的方向、特別是從上面逆流引入到混合室中，且通過在第一方向 上延伸的連接管道將在混合室中得到的氣體混合物從混合室中排出、 特別是從底部引導(dǎo)到頂部，并提供給集成在該轉(zhuǎn)化器中的換熱器。通過將兩個氣體流逆流引導(dǎo)為一個位于另一個之上，湍流產(chǎn)生，這保證 了兩個氣體流的充分混合。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選方面，第二氣體流從下面通過中央供應(yīng)管道引
入到轉(zhuǎn)化器中，然后徑向向外偏轉(zhuǎn)基本上180° ,以使得它向下流入 包圍供應(yīng)管道的混合室中。
根據(jù)本發(fā)明的開發(fā)，這里的第二氣體流通過孔排列進入混合室， 以使得它被分開并作為多個小氣體流進入混合室。由此促進了與從下 面來的第一氣體流的混合。
適應(yīng)生產(chǎn)三氧化硫的轉(zhuǎn)化器的通常的設(shè)計，根據(jù)本發(fā)明，所述第 一氣體是含二氧化硫和三氧化硫的工藝氣體，例如它是從中間吸收再 循環(huán)而來的，和所述第二氣體是例如較低溫度的另 一含二氧化硫的氣 體或具有例如較高三氧化硫濃度的另一含三氧化硫的氣體或其溫度和 三氧化硫濃度都與第一氣體不同。所述第二含二氧化硫的氣體也可以 含三氧化硫，例如1至10 (體積)％的三氧化硫，但優(yōu)選含有少于1 %的三氧化硫。含三氧化硫的氣體通常也含有一定量的二氧化硫。
根據(jù)本發(fā)明，第二氣體流少于第一氣體流，并占第一氣體流的20% 至70%，優(yōu)選為>50%。
一種用于在轉(zhuǎn)化器中混合兩種氣體以由含二氧化硫的氣體生產(chǎn)三 氧化硫的創(chuàng)新性裝置，其可特別用于執(zhí)行上述方法，包括混合室， 其中第一氣流被以第一方向、特別是從下面引入該混合室中；用于第 二氣體流的供應(yīng)管道，其中所述混合室以圍繞所述供應(yīng)管道的環(huán)的形 式提供，并與所述供應(yīng)管道連接；和連接管道，其自所述混合室以第 一方向、特別是向頂部延伸，并將所述混合室與集成的換熱器連接起 來。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選方面，連接管道作為浸沒管突出到混合室中。 因此，第二氣流在通過連接管道從混合室排放前，必須首先克服第一 (主)氣體流的阻力來穿越該混合室。由此促進了兩個氣體流的均勻 混合。根據(jù)本發(fā)明的特別優(yōu)選的開發(fā)，在混合室上方提供前置室，所述 第二氣體流的供應(yīng)管道向所述前置室開放，并且前置空通過滲透性分 開設(shè)備例如多孔板與混合室隔開。通過多孔板，將第二氣體流分為多 個較小的氣體流，這促進了與第一氣體流的充分混合。根據(jù)本發(fā)明， 從混合室沿第一方向、特別是向頂部延伸的所述連接管道延伸通過所 述多孔板和前置室。在這里，術(shù)語多孔板不應(yīng)一定要理解為有開口的 板，而是可以為各種安排，例如焊接的網(wǎng)格、鉚接的金屬條或一個放 在另一個之上的其他材料。開口可以是圓的、角形的或作為槽而存在 或呈不同的形狀。類似地，這種開口可以例如取決于開口離開浸沒管 的距離而具有不同的大小和形狀。此外，有可能在所謂的多孔板之上 存在導(dǎo)氣設(shè)備或結(jié)構(gòu)，例如片、焊縫。
在本發(fā)明的又一實施方案中，在混合室中的氣體流可以被引導(dǎo)板 或被所述滲透性的分開設(shè)備的入氣口所引導(dǎo)，以便例如在混合室中得 到如同漩渦的物流，或者該物流在混合室內(nèi)有不同的方向。
在本發(fā)明思想的另一實施方案中，如果氣體的體積流量改變了 ， 所述滲透性的分開設(shè)備和/或第 一 氣體的供應(yīng)管道可以在橫截面區(qū)域 中被控制，以維持均勻的混合。
為了在混合室中產(chǎn)生額外的湍流，在連接管道的外部提供了環(huán)盤。 因此，防止了沿連接管道流動的第二氣作流的 一部分直接在浸沒管末 端轉(zhuǎn)向并未經(jīng)混合而通過連接管道排出。第 一 氣體流的這一部分撞擊 環(huán)盤，以產(chǎn)生額外的湍流并保證了與第一氣體流的徹底混合。該環(huán)盤 不必像繞著連接管道的環(huán)面。有可能是，該環(huán)盤有不規(guī)則的邊界，例 如一個鋸齒或正弦曲線。這個環(huán)盤也可以有一些進一步的導(dǎo)向板或類 似物，以產(chǎn)生例如在混合室中的 一 個巻流或不同的流向。
為了實現(xiàn)從環(huán)形混合室到在混合室上面同樣以環(huán)的形式提供的集 成的換熱器中的均勻的轉(zhuǎn)移，根據(jù)本發(fā)明，提供多個連接管道，優(yōu)選 其沿混合室的周邊均勻分布，氣體混合物通過所述多個連接管道排放。
7本發(fā)明的開發(fā)、優(yōu)點和可能的應(yīng)用也可以從下面的實施方案的描 述和從附圖而得到。所說明的所有特征和/或說明本身或任何組合形成 了本發(fā)明的主題，與其被包括在權(quán)利要求中或其后備參考中無關(guān)。
在圖中


圖1圖示了根據(jù)本發(fā)明用氣體混合設(shè)備由含二氧化硫的氣體生產(chǎn) 三氧化硫的轉(zhuǎn)化器的截面表示。
圖2示出了根據(jù)用氣體混合設(shè)備的圖1的細節(jié)II的放大部分，其 中示出了氣體流。
如圖1所示的將二氧化硫轉(zhuǎn)化為三氧化硫的轉(zhuǎn)化器1包括總共5 個接觸級Kl至K5，其中提供了催化劑、特別是含有五氧化二釩的催 化劑來將二氧化硫轉(zhuǎn)化為三氧化硫。
通過中央供應(yīng)管道2,含二氧化硫的氣體被從上面引入到轉(zhuǎn)化器1 中并通過偏轉(zhuǎn)板3偏轉(zhuǎn)180° ，以使得它從底部到頂部穿越以圍繞著 中央供應(yīng)管道2的環(huán)的形式安排的集成的換熱器WT1。在換熱器WT1 之上，氣體可以通過這里未具體描述的供應(yīng)設(shè)備4來提供，以調(diào)整供 應(yīng)給第一接觸級K1的氣體混合物的溫度和/或組成。該工藝氣體然后 通過接觸級K1至K3， 并在接觸級K1和K2之后，它由集成的換熱器 WT1及WT2冷卻到分別適宜于每一相繼的接觸K2和K3的入口區(qū)域的 約400。C的入口溫度，然后通過出口 5提供給未圖示的熱回收設(shè)備和 中間吸收。
本發(fā)明是針對轉(zhuǎn)化器1的下部的氣體與接觸級4和5的混合，所 以轉(zhuǎn)化器1的上部不需要在這里更具體地說明。接觸級K1至K3及換 熱器WT1和WT2中的工藝參數(shù)對應(yīng)于通常的硫酸廠的工藝參數(shù)。
在這里沒有圖示的中間吸收之后，具有例如300至3"。C的溫度 的包含二氧化硫且可能含有三氧化硫的工藝氣體通過在轉(zhuǎn)化器1的低 端的入口 6被引入到環(huán)管7內(nèi)，并從底部到頂部穿過集成的換熱器 WT3。
通過中央供應(yīng)管道8，具有例如100至20(TC的溫度的較冷的含 二氧化硫的氣體被從下面送入轉(zhuǎn)化器中，并從底部到頂部穿過同 一集成的熱交換器，直到第二氣體通過偏轉(zhuǎn)板9送到外面進入前置室10 為止，前置室10是以圍繞中央供應(yīng)管道8的環(huán)的形式提供的。在底部， 前置室IO被多孔板11關(guān)閉，多孔板11包括以孔、槽或類似物形式的 多個開口。多孔板11將前置室10與混合室12隔開，該混合室12在 集成的換熱器WT3的上面提供并以環(huán)的形式包圍中央供應(yīng)管道8。通 過環(huán)管7供應(yīng)的第一氣體從下面進入混合室12，而通過前置室10提 供的第二氣體從上面進入。因此，這兩個氣體流相互逆流撞擊，這導(dǎo)
致了徹底的混合。
連接管道13從上面延伸通過前置室10和多孔板11開口進入混合 室12，該連接管構(gòu)成浸沒管，且例如具有約800毫米的直徑，明顯突 出到混合室12中500毫米。
由圖2可知，環(huán)盤14在多孔板11之下在連接管13的外部提供。 因此，通過多孔板11進入混合室12的第二氣體撞擊環(huán)盤14，因此產(chǎn) 生額外的湍流，這促進了與第一氣體的混合。
笫二氣體，其體積流量明顯小于第一氣體的體積流量、例如小50 %，首先要穿過混合室12,然后才能通過連接管道13與第一氣體流 一起排出到頂部。以這種方式，實現(xiàn)了第二氣體流到第一氣體流的均 勻的混合。
通過連接管道13，氣體混合物被從混合室12排放到頂部，并通 過集成的換熱器WT2，在其中用離開第二接觸級K2的工藝氣體通過換 熱器加熱該氣體混合物，使得它有適宜于進入接觸級K4的溫度。可以 通過來自上方的中央管道14提供其它含二氧化硫的氣體，以調(diào)整第四 接觸級K4的入口溫度。該氣體然后穿過接觸級K4，并在通過出口 15 提供給未圖示的熱回收系統(tǒng)和最后的吸收之前，在集成的換熱器WT3 中再次冷卻到適于進入第五接觸級K5的約400。C的溫度。
在可供替代的實施方案中，氣體流以相反的方式被引入，即笫一 氣體流從上面引入而第二氣體流從下面引入。
附圖標(biāo)記列表
1轉(zhuǎn)化器2中央供應(yīng)管道 3偏轉(zhuǎn)板 4供應(yīng)裝置 5出口 6入口 7環(huán)管
8中央供應(yīng)管道
9偏轉(zhuǎn)板
IO前置室
11多孔板
12混合室
13連接管道
14環(huán)盤
15管道
16出口
Kl-K5接觸級
WT1-WT3集成的換熱器
權(quán)利要求
1.用于在轉(zhuǎn)化器中混合兩種不同溫度和/或組成的氣體以由含二氧化硫的氣體生產(chǎn)三氧化硫的方法，其中第一氣體流以第一方向、特別是從下面引入到混合室中，其中第二氣體流以與第一方向相反的方向、特別是從上面逆流引入所述混合室中，其中通過在第一方向上延伸的連接管道將在混合室中得到的氣體混合物從所述混合室中排出，特別是從底部引導(dǎo)到頂部，并提供給集成在所述轉(zhuǎn)化器中的換熱器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，第二氣體流從下面通過中央供應(yīng)管道引入到所述轉(zhuǎn)化器中，然后徑向向外偏轉(zhuǎn)基本上180° ,以使得它向下進入包圍所述供應(yīng)管道的所述混合室。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述第二氣體流通過孔排列進入所述混合室。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述笫一氣體是含二氧化硫和三氧化硫的工藝氣體，所述第二氣體是例如較低溫度的另 一含二氧化硫的氣體或具有例如較高三氧化硫濃度的另 一含三氧化硫的氣體或其溫度和三氧化硫濃度都與第 一氣體不同。
5. 根據(jù)上述任一權(quán)利要求的方法，其特征在于，所述第二氣體流小于所述第一氣體流。
6. —種用于在轉(zhuǎn)化器中混合兩種氣體以由含二氧化硫的氣體生產(chǎn)三氧化硫的裝置，特別是用于執(zhí)行根據(jù)上述任一權(quán)利要求的方法的裝置，包括混合室(12)，其中第一氣體流以第一方向、特別是從下面引入該混合室(12)中；用于第二氣體流的供應(yīng)管道(8)，其中所述混合室(12)以圍繞供應(yīng)管道(8)的環(huán)的形式提供，并與供應(yīng)管道(8)連接；和連接管道(13),其自混合室(l2)以第一方向、特別是從底部到頂部延伸，并將混合室(12)與集成的換熱器(WT2)連接起來。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6的裝置，其特征在于，連接管道(13)作為浸沒管突出到混合室(12)中。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6或7的裝置，其特征在于，在混合室(12)之前提供前置室(10 ),所述第二氣體流的供應(yīng)管道(8 )向所述前置室(10)開放，并且所述前置室(10)通過多孔板(11)與混合室(12)隔開。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8的裝置，其特征在于，所述連接管道(13)延伸通過所述多孔板(11)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8的裝置，其特征在于，所述連接管道(13)延伸通過所述前置室(10)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求6至10中任一項的裝置，其特征在于，在所述連接管道(13 )的外部提供環(huán)盤(14 )。
12. 根據(jù)權(quán)利要求6至11中任一項的裝置，其特征在于，提供多個連接管道(13)，它們優(yōu)選沿所述混合室(12)的周邊均勻分布。
全文摘要
當(dāng)在轉(zhuǎn)化器中混合兩種不同溫度和/或組成的氣體以由含二氧化硫的氣體生產(chǎn)三氧化硫時，將第一氣體流從下面引入到混合室中，而將第二氣體流從上面逆流引入到該混合室中。通過向上引導(dǎo)的連接管道，將在所述混合室中得到的氣體混合物從所述混合室中排出，并提供給集成在所述轉(zhuǎn)化器中的換熱器。
文檔編號C01B17/765GK101687641SQ200880019768
公開日2010年3月31日 申請日期2008年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月13日
發(fā)明者D·卡切羅維托薩, K-H·道姆, W·沙爾克 申請人:奧圖泰有限公司