DE2419096A1

DE2419096A1 - Verfahren und vorrichtung zur vermeidung von korrosion in einem mehrstufigen kontakt-absorptionsprozess zur herstellung von schwefelsaeure

Info

Publication number: DE2419096A1
Application number: DE19742419096
Authority: DE
Inventors: Jun Timothy Jones Browder
Original assignee: Ralph M Parsons Co
Current assignee: Parsons Government Services Inc
Priority date: 1973-04-23
Filing date: 1974-04-20
Publication date: 1974-11-14
Also published as: JPS509593A; FR2226358A1; GB1470335A; BE814042A; GB1470334A; FR2226358B3; NL7405426A; IT1011766B; JPS5942236B2; CA1079481A

Description

Anmelder /.NH: THE RALPH M. PARSONS COMPANY
Aktenzeichen : Neuanmeldung

The Ralph M. Parsons Company,
eine Gesellschaft nach den Gesetzen des Staates Nevada, 617 West Seventh Street, Los Angeles, California 90017 (V.St.A.)

Verfahren und Vorrichtung zur Vermeidung von Korrosion in einem mehrstufigen Kontakt-Absorptionsprozess zur Herstellung von Schwefelsäure

Die Erfindung betrifft mehrstufige Kontakt-Absorptions-Prozesse zur Herstellung von Schwefelsäure, insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Vermeidung von Korrosion in diesen Prozessen.

In den letzten zehn Jahren wurden zahlreiche nach dem mehrstufigen Kontakt-Absorptions-Verfahren arbeitende Anlagen zur Schwefelsäureherstellung konstruiert und gebaut. Bei diesem chemischen Prozess wird ein Schwefeldioxyd und Sauerstoff enthaltender Gasstrom durch mehrere katalytische Konversionsstufen geführt, um einen wesentlichen Anteil des in ihm enthaltenen Schwefeldioxyd in Schwefeltrioxyd umzuwandeln; dabei wird die durch die exothermische Aktion erzeugte Wärme durch mehrfache Zwischenkühlung entfernt.

Danach passiert der Gasstrom eine Zwischenabsorptionsstufe, in der das gebildete Schwefeltrioxyd aus dem Gasstrom absorbiert wird. Als Absorbermedium wird

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üblicherweise Schwefelsäure mit einer Konzentration von 98 - 99 % verwendet. Bei einigen Prozessen wird die Schwefelsäure mit einer erhöhten Temperatur verwendet, um einen Teil der Wärme zu liefern, die erforderlich i.it, um den nachfolgenden Konversionsstufen zugeführten Restgasstrom auf die zu Einleitung der katalytisehen Reaktion erforderliche Temperatur zu bringen. Nachdem der Restgasstrom auf die erforderliche Temperatur gebracht worden ist, wird er der oder den nächsten Katalytstufen zugeführt, die das restliche Schwefeldioxyd in Schwefeltrioxyd umformen, um es anschließend aus dem Gasstrom zu absorbieren; schließlich wird der verbleibende Restgasstrom in die Atmosphäre abgeblasen.

Abhängig von der Anzahl der verwendeten Konversionsund Absorptions-Stufen lassen sich extrem.hohe Gesamtkonvers ions stufen erzielen. Schwefeldioxyd zu Schwefeltrioxyd Konversionsraten von z.B. 99,9 % sind erzielbar.

Ein Problem besteht in der Ausrüstung und den Rohrleitungen zum Rückführen des Gasstromes von einem Zwischenabsorber zu einem sog. "kalten" Wärmetauscher, der allein oder in Verbindung mit anderen Wärmetauschern eingesetzt ist, um den Gasstrom auf die zurEinleitung der nächsten katalytischen Konversionsstufe oder Stufen erforderlichen Temperatur vorzuwärmen.

Infolge des Vorhandenseins von Säurenebel und der Kondensation von in dem Gasstrom enthaltenen Schwefelsäuredampf treten in diesen Rohrleitungen extreme Korrosionsprobleme auf, sowohl durch Kondensation von Schwefelsäuredampf am Eintritt des Wärmetauschers als auch durch Kondensation von Schwefelsäurenebel an Stellen, an denen Schwefelsäurenebel-Eliminatoren unwirksam betrieben werden.

Da der den Zwischenabsorber verlassende Gasstrom sich im Gleichgewicht mit der in dem Zwischenabsorber verwendeten Säure befindet, enthält er freie Schwefelsäure, die an kalten metallischen Oberflächen mit Temperaturen unter dem Taupunkt der Schwefelsäure kondensiert und dadurch zu extremen Korrosionsproblemen führt.

Ferner kann sich Schwefelsäurenebel infolge einer unzureichenden Trocknung der Prozessluft bzw. Prozessgases bilden, durch die Wasserdampf mit dem später im Prozess gebildeten Schwefeltrioxyd reagieren kann. Die als Aerosol existierenden freien Partikel des Säurenebels können infolge der Strömungsturbulenz in der Rohrleitung zum "kalten" Wärmetauscher ausfallen und dann an den Innenflächen des Wärmetauschers haften bleiben, wo sie zu zusätzlichen Korrosionsproblemen führen.

Es ist bekannt, daß viele nach dem mehrstufigen Kontakt-Absorptions-Verfahren arbeitende Anlagen zur Herstellung von Schwefelsäure unter schwerwiegenden Korrosionsproblemen, z.B. in den Rohrleitungen und den "kalten" Wärmetauschern leiden; einige dieser Komponenten wurden bereits nach 6-9 monatigem Betrieb vollständig zerstört. Dadurch treten beträchtliche Verluste sowohl durch die zerstörten Komponenten als auch durch die zum Ersetzen der zerstörten Komponenten erforderliche Ausfallzeit auf.

Bisher wurde keine praktische Lösung dieser Probleme gefunden.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Vermeidung der Korrosion in mehrstufigen Kontakt-Absorptions-

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Anlagen zur Schwefelsäureherstellung vorgeschlagen, um die Lebensdauer der den Gasstrom von einem Zwischenabsorber zu und durch mindestens einen Wärmetauscher führenden Komponenten auf 10 - 15 Jahre oder mehr zu verlängern.

Es hat sich gezeigt, daß sich Korrosion in den von einem in den Prozess eingesetzten Zwischenabsorber zu dem nächsten zur Vorwärmung des Gases auf seine zum Einleiten der katalytisehen Reaktion erforderlichen Temperatur eingesetzten Wärmetauscher führenden Rohrleitungen vermeiden läßt, wenn den Rohrleitungen soviel externe Wärme zugeführt wird, daß der Prozessgasstrom auf einer Temperatur oberhalb des Taupunktes der Schwefelsäure oder des in dem Gasstrom enthaltenen Schwefeltrioxyd und Wasser gehalten wird.

Wenn in dem der Zwischenabsorptionsstufe folgenden Wärmetauscher Korrosionsprobleme durch Säurenebel auftreten, wird eine am Eintrittsende des Wärmetauschers angeordnete offene Zone vorgeschlagen, die ein Volumen relativ stagnierend strömenden Gases bei eine Temperatur enthält, die ausre; ht, die Wärmetauscheroberfläche auf einer Temperatur oberhalb der Kondensationstemperatur der Schwefelsäure zu halten, um die Kondensation von Schwefelsäure und Schwefelsäurenebel an den Wärmetauscherflachen zu verhindern.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen ausführlich beschrieben. ;s zeigt:

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Fig. 1 Einen Querschnitt der von einem Zwischenabsorber zu Mantelseite des nächsten oder des "kalten" Wärmetauscher führenden Rohrleitung mit Einrichtungen zur Zuführung externer Wärme in den dem Wärmetauscher zuströmenden Gasstrom und einen Querschnitt der Beruhigungszone im Wärmeaustauscher, die eine heiße Zone zur Verdampfung von Schwefelsäurenebel bildet;

Fig. 2 Eine alternative Ausführungsform gem.Fig.1, bei der das Prozessgas durch die Rohre des Wärmetauschers strömt.

Erfindungsgemäß wird eine Modifikation des mehrstufigen Kontakt-Absorptions-Verfahrens zur Schwefelsäureherstellung vorgeschlagen.

Erfindungsgemäß wird zunächst die Korrosion in den Rohrleitungen eliminiert, die den Gasstrom vo.n einer Zwischenabsorption des gebildeten Schwefeltrioxyds zu einem nächsten oder "kalten" Gas/Gas-Wärmetauscher führen, in dem der Gasstrom vor seiner Einspeisung in eine nächste katalytische Oxydationsstufe vollständig oder teilweise auf seine zum Einleiten der katalytischen Oxydation erforderlichen Temperatur aufgeheizt wird.

Erfindungsgemäß werden ferner Maßnahmen vorgeschlagen, um das Ablagern oder Ablagerungen von' Schwefelsäure um Schwefelsäurenebel in dem Wärmeaustauscher selbst durch die Schaffung einer stagnierenden oder quasistagnierenden Hochtemperaturzone elimiinert. Die Hochtemperaturzone verhindert sowohl die Kondensation von Schwefelsäure als auch die Ablagerung von Schwefelsäurenebel auf ausgewählten Wärmetauscherflächen und damit die Korrosion dieser Flächen.

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Die zu lösenden Probleme sind aus einer Betrachtung der typischen Betriebsfunktion einer mehrstufigen Kontakt-Absorptions-Schwefelsäureanlage ersichtlich. Nachdem ein Schwefeldioxyd und Sauerstoff enthaltender Gasstrom mehrere katalytische Konversionsstufen mit Zwischenkühlung zwischen den Stufen passiert hat, wird er einer Zwischenabsorptionskolonne zugeführt, die als Absorbermedium 98 - 99 %ige Schwefelsäure enthält.

In der Zwischenabsorptionskolonne wird dem Gasstrom das gebildete Schwefeltrioxyd entzogen; danach passiert der Gasstrom einen Gas/Gas-Wärmetauscher, um ihn vollständig oder teilweise auf eine zum Einleiten der Konversion des restlichen Schwefeldioxyds in Schwefeltrioxyd in einer oder mehrerer katalytischer Konversionsstufen erforderliche Temperatur vorzuwärmen. Abschließend wird das aus dem restlichen Schwefeldioxyd gebildete Schwefeltrioxyd in einer Endabsoptionsstufe oder Stufen dem Gasstrom entzogen.

Als Beispiel wird eine Anlage mit einer Kapazität von 1.200 t/d Schwefelsäure beschrieben. Sie besitzt eine von dem Zwischenabsorber zu dem nächsten oder "kalten" Gas/Gas-Wärmetauscher führende Rohrleitung. Der Wärmetauscher wärmt den Gasst. m nach der erfolgten Zwischenabsorption vollständig oder teilweise auf die zum Einleiten der katalytj sehen Konversion in der oder den nächsten Katalytstufen erforderlichen Temperatur vor.

Bei einer Anlage dieser Kapazität besitzt die Rohrleitung üblicherweise einen Durchmesser von ungefähr 2 m und eine Länge von ungefähr 20 m; sie bildet dadurch eine externe Wärmeaustauschfläche von ungefähr

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13Om, durch die Wärmeverluste durch Konvektion und

Strahlung an die Umgebung auftreten.

Unter normalen Betriebsbedingungen strömt von dem Zwischenabsorber eine Gasmenge von ungefähr 2.ooo Nm /min bzw. ungefähr 150 t/h durch die Rohrleitung. Bei einer üblichen Gastemperatur am Zwischenabsorberaustritt von ungefähr 80 ⁰C, einer Umgebungstemperatur von 0 ⁰C und einer Windgeschwindigkeit von ungefähr 8 km/h in der Normalen zur Rohrleitung und einer spezifischen Wärme des Prozessgases von 0,56 joule/gr wird der Prozessgasstrom in Abhängigkeit von anderen klimatischen Bedingungen, wie z.B. Wolkendecke, Tageszeit, Nachtzeitbedingi
abgekühlt.

Zeitbedingungen o.dgl., um mindestens 2 C oder mehr

Unter diesen Bedingungen betragen die Wärmeverluste der Rohrleitung selbst ungefähr 360 W/m oder ungefähr 100 kW für·die gesamte Länge von 20 m . Der die Zwischenabsoptionskolonne verlassende Gasstrom befindet sich naturgemäß im Sättigungszustand mit dem Schwefelsäur eab sorber. Aus den bekannten Zustandsdaten für sich im Sattdampfzustand befindliche Schwefelsäure ist ersichtlich, daß bei einer 98,6 %ige H₂SO^ enthaltenden Absorptionskolonne durch eine Abkühlung des Gases in der Rohrleitung um ungefähr 2 ⁰C der Dampfdruck der Schwefelsäure von 0,04 mmllg auf ungefähr 0,035 mmHg reduziert wird.

Das entsprich: einer Reduktion eines lar.tialdruckes des Schwefelsäuredampfes um ungefähr 0,005 mmHg.

Die Wnrmeverluste wirken sich auf zwei Arten aus; 1. als Reduktion der Eigenwärme des Prozesngases durch eine Abkühlung des Prozessgasstromes und

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2. als eine Reduktion der latenten Verdampfungswärme durch eine Kondensation von Schwefelsäure aus der Gasphase in die Flüssigkeitsphase im Gasstrom.

Unter diesen Bedingungen lassen sich ungefähr 3 kg/h Schwefelsäure aus der Dampfphase in die Flüssigkeitsphase kondensieren. Die Schwefelsäure kondensiert in kleinen Tropfen, die sich an den metallischen Oberflächen sowohl der kalten Rohrleitung als auch des Wärmetauschers zu einem Film flüssiger Schwefelsäure anlagern.

Bei dieser Kondensationsrate kondensieren ungefähr 27 t/a Schwefelsäure, die sich in der Rohrleitung und dem Gas/Gas-Wärmetauscher ansammeln. Diese Schwefelsäure muß ers ■ 'eder wieder in die Gasphase zurückverdampft oder durch Drainageanschlüsse entfernt werden.

Wenn die Schwefelsäure jedoch zunächst kondensieren kann, kommt flüssige Schwefelsäure mit einer Konzentration von ungefähr 98,6 % in Berührung mit metallischen Oberflächen. In Schwefelsäureanlagen bestehen die Rohrleitungen und die Wärmetauscherrohre üblicherweise aus Kohlenstoffstahl. Aus den bekannten Korrosionstabellen für Kohlenstoffstahl "i ißt sich entnehmen, daß die Korrosionsrate für 98,6 %ige Schwefelsäure bei über 150 C mehr als 0,5 mm/a beträgt. Daraus ergibt sich, daß die Rohrleitungen und die Wärmetauscherrohre unter normalen Betriebsbedingungen nur eine sehr begrenzte Lebensdauer von ungefähr 6-8 Monaten besitzen, da die Rohrleitungen und die Wärmetauscherrohre üblichem weise eine Wanddicke von 0,3 - 0,35 mm besitzen.

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Um die durch Kondensation von Schwefelsäure auftretenden Korrosionsprobleme zu eliminieren, führt gem. Fig. 1 u. 2 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Rohrleitung 10 von einem Zwischenabsorber (nicht dargestellt) zu einem Gas/Gas-Wärmetauscher 12. Eine die Rohrleitung 10 umgebende Wärmequelle übeträgt an den Gasstrom eine Wärmemenge, die ausreicht, um den Gasstrom auf einer Temperatur oberhalb des Taupunktes der Schwefelsäure zu halten.

Die in Fig. 1 u. 2 dargestellte Ausführungsform der Wärmequelle besteht aus schraubenförmig mit Abstand zueinander um die Rohrleitung 10 angeordneten Rohren 14. Bei einer alternativen Ausführungsform besteht die Wärmequelle aus mit Abstand zueinander um die Peripherie der Rohrleitung 10 entlang ihrer Achsrichtung angeordneten Rohren. Durch die Rohre 14 strömt Dampf, "Dowtherm" oder ein ähnliches Wärmetransportmittel. Zwischen den Rohren 14 besteht ein von dem Wärmetransportmittel durch die Rohre 14 beheizter Luftspalt 16.

Zwischen den Rohren 14 und einer äußeren Isolierschicht 20 ist eine Verstärkungsschicht 18 angeordnet, um den Luftspalt 16 aufrecht zu erhalten. Die Isolierschicht 20 reduziert den Wärmebedarf des Systems und stellt sicher, daß sich der Luftspalt 16 zwischen den Rohren 14 auf einer Übertemperatur befindet, so daß Wärme in das durch die Rohrleitung 10 strömende Gas fließt.

Im allgemeinen reicht die durch die Rohre 14 zugeführte Wärme aus, um den Luftspalt 16 zwischen den Rohren und der Isolation 20 mindestens ungefähr 50 - 100 ⁰C

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über der Durchschnittstemperatur des Gasstromes zu halten, um einen ausreichenden Wärmestrom von der externen Wärmequelle zu der inneren Oberfläche der das Prozessgas führenden Leitung sicherzustellen und dadurch die Kondensation von Schwefelsäure zu verhindern.

Bei einer alternativen Ausführungsform kann die externe Wärmequelle statt der Rohr 14 aus einer elektrischen Widerstandheizung bestehen; bei einer weiteren alternativen Ausführungsform kann sie einfach aus einem zweiten die Rohrleitung 10 umgebenden Rohrmantel bestehen, durch den ein Wärmetransportmittel strömt.

Der zuletzt genannte zweite Rohrmantel ist die am wenigsten bevorzugte Ausführungsform, da die Gefahr besteht, daß bei Leckagen Wärmetransportmedium in die Schwefelsäureanlage eintritt und diese verschmutzt.

Durch den Kunstgriff zwischen der Zwischenabsorberkolonne und dem Wärmetauscher 12 einen positiven Wärmestrom in den Gasstrom aufrechtzuerhalten, um das Prozessgas auf einer Temperatur über dem Taupunkt der Schwefelsäure zu halten, wird sowohl in der Rohrleitung als auch im Wärmetauscher 12 durch Kondensation von Schwefelsäure hervorgerufene Korrosion verhindert. Dadurch wird die Lebensdauer sowohl teurer als auch für den Betrieb des mehrstufigen Kontakt-AbSorptionsprozesses zur Herstellung von Schwefelsäure wichtiger Komponenten verlängert.

Obwohl die die Rohrleitung 10 umgebende externe Wärmequelle die Kondensation von Schwefelsäure im Beharrungszustand der Anlage vernindert, kann doch noch bei Betriebszustandsänderungen in der Anlage eine Kondensation

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von Schwefelsäure und anderen kondensierbaren Schwefelverbindungen auftreten. Diese Betriebszustandsänderungen können während des Anfahrens oder während eines Ausfalls der externen Heizungsquelle der Rohrleitung auftreten; zur Vorbeugung ist eine unmittelbar vor dem Wärmetauscher 12 die Peripherie der Rohrleitung 10 umgebende Sperre 19 vorgesehen, um entlang der Rohrleitung 10 strömendes Kondensat zu sammeln und seinen Eintritt in den Wärmetauscher 12 zu verhindern. Der Kondensatsperre 19 ist ein Drainageanschluß 21 mit einem Drainageventil 23 zugeordnet, durch dessen Öffnen sich angesammeltes Säurekonzentrat o.dgl. von der Rohrleitung 10 ableiten läßt.

Der Drainageanschluß 21 dient ferner zu Überwachung des durch die Rohrleitung 10 strömenden Gases. Wenn während des Betriebes der Anlage beim Öffnen des Ventiles 23 nur Gasaustritt, weiß der Operateur mit Sicherheit, daß die Innenfläche der Rohrleitung trocken und frei von Kondensat ist; tritt dagegen jedoch Flüssigkeit aus, dann ist dies ein Anzeichen für auftretende Kondensation, durch die eine zusätzliche Wärmezufuhr zur Rohrleitung 10 erforderlich wird, um die Kondensation zu vermeiden; oder e ist einfach ein Anzeichen dafür, daß eine BetriebszuF¹andsänderung aufgetreten ist.

Ein weiteres Korrosionsproblem in der Rohrleitung oder dem Wärmeaustauscher ist die Kondensation von Schwefelsäure und die Ansammlung und Kondensation von Schwefelsäurenebel an den Wärmetauscherflächen. Schwefelsäurenebel ist ein Aerosol kleiner Schwefelsäurepartikel, die eixiör Kondensat sperre oder einer ähnlichen der Austrittsleitung des Zwischenabsorbers zugeordneten Vorrichtung entkommen können.

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Erfindungsgemäß wird ferner ein verbesserter "kalter" Gas/Gas-Wärmetauscher eingesetzt, dessen Konstruktion die Ablagerung von Schwefelsäure und Schwefelsäurenebelpartikeln auf den Wärmetauscherflächen und die damit verbundene Korrosion der Wärmetauscherflächen verhindert.

Ein typischer Gas/Gas-Wärmeaustauscher besteht aus einer Gaseintrittskammer, die einer Gaseintrittsleitung angeschlossen ist, und einer Gasaustrittskammer, die einer Gasaustrittsleitung angeschlossen ist. Die Ein- und die Austrittskammer sind durch mehrere Strömungskanäle, die z.B. durch Rohre oder mit Abstand zueinander angeordnete Platten gebildet sind, miteinander verbunden. Die Strömungskanäle sind von einer mit einer GaseiriLjrittsleitung und einer GasaustrittGleitung verbundenen Umhüllung umgeben, die den Gasstrom durch die Strömungskanäle führt, in denen er von einem in der Umhüllt...g um die Strömungskanäle strömenden Gas auf ^ :ieizt oder abgekühlt wird.

Typische Ausführungsformen dieser Gas/Gas-Wärmeaustauscher sind Rohr- oder Platten-Wärmeaustauscher.

In vielen Prozessen, wie z.B. bei dem mehrstufigen Kontakt-AbsorpLionsprozess enthält -^ aufzuheizende Gasstrom an den Wärmetauscherflächen insbesondere am Eintritt des Gasstromes in den Wärmetauscher kondensierbare Bestandteile; ein Beispiel ist, wie bereits erwähnt, der vi., dem Zwischo-nab: > >rber zurückkehrende Gasstrom.

In Fig. 1 wird der von dem Zwischenabsorber kommende Gasstrom der Mantelseite des Wärmeaustauschers 12 zugeführt, um Wärme mit dem von einer katalytischen

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Konversionsstufe kommenden, durch die Rohre 30 des Wärmetauschers strömenden Gases auszutauschen.

In der Ausfiiiirungsform gem. Fig. 2 wird das von dem Zwischenabsorber kommende Gas durch die Rohre 30 des Wärmetauschers 12 geführt, um Wärme mit dem von einer Konversionsstufe kommenden, durch die Mantelseite des Wärmeaustauschers 12 geführten Gases auszutauschen.

Bei beiden Ausführungsformen besteht der Wärmetauscher aus einem äußeren Mantel 22 und einer Eintrittsleitung für das von einer oder mehrerer Konversionsstufen kommende Gas, einerEintrittskammer 26 entweder für das von einer Konversionsstufe kommende oder.für das von einem Zwischenabsorber kommende Gas, und einer oberen Rohrplatte 28 über die die Enden der Rohre 30 normalerweise gebördelt sind. Über eine untere Rohrplatte 32 sind die unteren Enden der Rohre 30 gebördelt, um eine Austrittskammer 34 mit einem Gasaustritt zu weiteren Wärmetauschern oder katalytischen Konversionsstufen durch eine Leitung AO zu bilden.

Bei der Ausführungsform gem. Fig. 1 wird das mit einer Temperatur von ungefähr 75 C aus dem Zwischenabsorber austretende Gas /«uf der Mantelseite des Wärmetauschers auf eine Temperatur von ungefinr 400 C vorgewärmt, während es uurch Strömungskanäle 36 zu der Austrittsleitung 38 und zu dei nächsten Konversionsstufe strömt; dabei ist angenommen, daß nur 1 Wärmubauscher eingesetzt ist, um das Gas auf seine zur Einleitung der katalytischen Reaktion erforderliche Temperatur vorzuwärmen. Wenn mehr als 1 Wärmetauscher eingesetzt sind, tritt infolge einer Reduktion der Wärmetauscherflär'.e das Gas mit e ■ ner niedrigeren Temperatur aus.

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Ein aus einer katalytischen Konversionsstufe austretender Gasstrom mit einer Temperatur von ungefähr 480 - 560 ⁰C strömt durch die Rohre 30 des Wärmeaustauschers 12, um Wärme an das aus dem Zwischenabsorber austretende Gas zu übertragen und es auf eine seine katalytische Reaktion einleitende Temperatur von ungefähr 400 C vorzuwärmen.

Da die Temperatur des aus dem Zwischenabsorber in den Wärmeaustauscher 12 eintretenden Gasstromes unter die Kondensationstemperatur der Schwefelsäure im System absinken kann, besteht die Gefahr, daß aller mitgeführter Schwefelsäurenebel infolge von Strömungsturbulenzen o. dgl. sich an den Rohren 30 un>' der Rohrplatte 32 ablagert oder kondensiert und dadurch ihre Korrosion bewirkt.

Um diese Gefahr auszuschließen, ist erfindungsgemäß zwischen den Rohrplatten 28 und 32 ein offenes Leitblech 42 angeordnet. Das Leitblech 42 bildet zwischen sich und ■ r Rohrplatte 32 eine stagnierende Gaszone 44. Durch die hohe Temperatur des durch die Rohre 30 strömenden Gases wird die stagnierende Gaszone 44 auf einer Temperatur oberhalb der Kondensationstemperatur des Schwefelsäurenebels von ungefähr 310 ⁰C gehalten. Im Gasstrom enthaltener Schwefelsäurenebel kondensiert und fällt durch lie Öffnungen im Leitblech 42 in die Zone 44; infolge der hohen Temperatur ±i. der Zone 44 verdampft der Schwefelsäurenebel wieder in den Gasstrom, so daß ein Ablagern und Mitreißen von Schwefelsäurenebel und die uamit verbundenen Korrosionsprobleme im Wärmetauscher 12 vermieder werden.

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Ferner stellt die Beruhigungszone kk in Verbindung mit der Rohrleitung 10 sicher, daß durch einen positiven Wärmestrom in den Gasstrom die in ihm enthaltene Schwefelsäure immer im Dampfzustand gehalten wird, so daß dadurch ihre Kondensation an den Rohren und auf der Rohrplatte 32 und die damit verbunden Korrosionsprobleme vermieden werden.

Bei der Ausführungsform Gem. Fig. 2 tritt das von dem Zwischenabsorber kommende Gas in die Eintrittskammer 2.6 ein, um durch die Rohre 30 zu strömen. In den Rohren 30 tritt es in Wärmeaustausch mit einem durch die Eintrittsleitung 24 auf die Mantelseite des Wärmetauschers 12 eintretenden Gasstromes mit einer Temperatur von ungefähr 375 - 410 C. Das aus den Rohren 30 in die Austrittskammer 34 austretende Gas strömt dann durch eine Leitung 40 zu weiteren Absorbern oder Wärmetauschern.

Da die Rohre 30 üblicherweise durch eine Bördeloperation mit den Rohrplatten verbunden sind, bestehen bei der Ausführungsform gem. Fig. 2 auf der oberen Rohrplatte 28 Vertiefungen, in der η Schwefelsäure und Schwefelsäurenebel kondensieren und sich ansammeln können; in gleicher /eise können sie an den Wänden der Eintrittskammer· 26 kondensieren und sich ansammeln. Um dies .-.u verhindern, wird ein Teil des von der Konversionsstufe kommenden Gasstromes mit einer Temperatur von ungefähr 375 - 410 C durch eine isolierte externe Bypassle. ag -₍8 oder einen gleichwertigen internen Bypass (nicht dargestellt) in die·Zone 44 eingespeist, die durch den Einfluß des Leitbleches 42 mit quasi— stagnierendem Gas gefüllt bleibt. Die in die Zone

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eingespeiste Bypassmenge beträgt ungefähr 3 - 20 % der gesamten Gasmenge.

Bei einer alternativen Ausführungsform ist ein Teil des Leitbleches 42 weggelassen, damit sich ein Strom hochti- nperaturigen Konvertergases quer zu den Rohren 30 zur Austrittsleitung 46 einstellt. Die Wirkung ist jedoch die gleiche, d.h. die Rohre 30, die Rohrplatte 28 und die Wände der Eintrittskammer werden auf einer Temperatur gehalten, die ausreicht, um Kondensation von Schwefelsäure und Schwefelsäurenebel zu verhindern.

Diese erfindungsgemäßen Maßnahmen halten den oberen Teil der Rohre 30 und insbesondere die Rohrplatte 28 und die uenachbarten Wände der Eintrittskammer 26 auf einer Temperatur unterhalb der Kondensationstemperatur von Schwefelsäure und Schwefelsäurenebel, so daß alle Sclwefeisäure und aller Schwefelsäurenebel, die sich an diesen Oberflächen ablagern könnten, zurück in den von dem Zwischenabsorber kommenden Gasstrom verdampft werden. Dadurch werden die Korrosion sowohl der Rohrplatte 28 und der Rohre 30 als auch der benachbarten Wände der Sintrittskammer 26 verhindert.

Gemäß Fig. P i~t vorzugsweise der gesamte Wärmeaustauscher 12 isoliert, um die o.g. Maßnahmen zur Vermeii.ung von Korrosion zu unterstützen.

Bei der .Ausführungsform gem. Fig. 1 wird die Wiederverdampfi,; der Schwefelsäure und des Schwefelsäurenebels zurück in den Gasstrom indirekt durchgeführt, während bei der Ausführungsform gem. Fig. 2 die Wiederverdampfung direkt durchgeführt wird. Bei beiden Ausführungsformen jedoch wird die Wiederverdampfung

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fhirch eine Hochtempera tür zone 44 bewirkt, die die Temperatur der Teile des Wärmetauschers, die normalerweise einer Korrosion durch Kondensation von Schwefelsäure oder Ansammlung von Schwefelsäurenebel unterliegen, derart anhebt, daß sie frei von korrosiven Kondensaten gehalten v/erden.

Plattenwärmetauscher sind erfindunfcsgernäß mit dem Leitblech 42 ähnlichen Leiteinrichtungen ausgerüstet, die zwischen den Platten an den den mit den Kammern verbundenen Plattenseiten gegenüberliegenden Plattenseiten angeordnet sind.

Die erfindungsfemäße Verbesserung der Gas/Gas-Wärmetauscher besteht also in der Schaffung einer Zone im Wärmetauscher, deren Temperatur durch einen Strom heißen Irozessgases, z.B. Konverteraustrittsgas, oberhalb der Kondensationstemperatur korrosiver Best;· ^!teile, z.B. Schwefelsäure und Schwefelsäurenebel, gehalten wird, um Korrosion infolge von Kondensation oder Ansammlung dieser korrosiven Bestandteile auf den Wärmetauscherflächen zu vermeiden.

Die Erfindung besteht also in der Zuführung von externer Wärme in in einer Rohrleitung von dem Zwischenabsorber zu dem die Temperatur des Restschwefeldioxyd enthaltenden Prozessgasstromes auf die zur Einleitung seiner katalytischen Reaktion in einem mehrstufigen Kontakt-Absorptions-Prozess zur Herstellung von Schwefelsäure erforderlichen Temperatur eingesetzten Wärmetauschers, um die Temperatur des Prozessgasstromes über dem Taupunkt der Schwefelsäure zu halten und dadurch die Korrosion sowohl in der Rohrleitung als auch in dem Wärmetauscher zu verhindern.

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Die Erfindung besteht ferner in der Schaffung einer auf einer Temperatur oberhalb der Kondensationsteiüperatur von Schwefelsäure gehaltenen Zone in dem der Zwischenabsorptionsstufe unmittelbar folgenden Wärmetauscher, um die Kondensation von Schwefelsäurenebel auf den Wärmetauscherflächen zu verhindern.

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Claims

Ansprüche

Verfahren zur Herstellung von Schwefelsäure und Oleum in einem mehrstufigen Kontakt-Absorptions-Prozess, bei dem ein Schwefeldioxyd und. Sauerstoff enthaltender Prozessgasstrom zunächst durch mehrere katalytische Kontaktstufen geführt wird, in denen Schwefeldioxyd in Schwefeltrioxyd umgeformt wird, wobei zwischen den Kontaktstufen eine Zwischenkühlung stattfindet, um die exothermische Wärme der Reaktion zu entfernen, als nächstes durch mindestens 1 Absorptionskolonne geführt wird, in der das gebildete Schwefeltrioxyd dem Gasstrom durch Kontakt mit mindestens Schwefelsäure entzogen wird, und dann durch eine Rohrleitung einem Gas/Gas-Wärmetauscher zugeführt wird, in dem der Gasstrom mindestens teilweise auf eine zu seiner Einspeisung in mindestens eine zusätzliche katalytische Kontaktstufe erforderliche Temperatur gebracht wird, in der das Restschwefeldioxyd in Schwefeltrioxyd umgewandelt wird, das abschließend dem Gasstrom entzogen wird, bevor er in die Atmosphäre abgegeben wird^ dadurch gekennzeichnet, daß ein positiver externer Wärmestrom in die von einer Absorptionskolonne zu einem Wärmetauscher (12) führende Rohrleitung (10) aufrechterhalten wird, um den Gasstrom auf einer Temperatur oberhalb des Taupunktes der von dem Gasstrom mitgeführten Schwefelsäure und dadurch die Schwefelsäure in der Gasphase zu halten, so daß Korrosionen der Rohrleitunr (10) infolge von Kondensation von Schwefelsäure an ihren Oberflächen vermieden wird.

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2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die externe Wärmezufuhr durch ein durch mehrere mit Abstand zueinander angeordnete, mit der Rohrleitung (10) in Berührung stehende Rohre (14) strömendes Wärmetransportmedium erfolgt; und daß die Rohre (14) derart von einer Verstärkungsschicht (18) und einer äußeren Isolationsschicht (20) umgeben sind, daß zwischen den Rohren (14) ein durch das durch die Rohre (14) strömende Wärmetransportmedium beheizter Luftspalt (16) besteht.
3. Verfahren nach Anspruch 2 dadurch gekannzeichnet, daß der Luftspalt (16) durch das durch die Rohre (14) strömende Wärmetransportmedium ungefähr 50 - 100 C über der Temperatur des durch die Rohrleitung (10) strömenden Prozessgases gehalten wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeträgermedium Dampf ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4 dadurch gekennzeichnet, daß der von der Rohrleitung (10) zugeführte Prozessgasstr«. λ in der Nähe einer in dem Wärmetauscher (12) angeordneten Hochtemperaturzone (44) in den Wärmetauscher (12) eingespeist wird; und daß die Hochtemperaturzone (44) durch einen Prozessgasstrom von einer Konversionsstufe durch den Wärmetauscher (12) auf einer Temperatur oberhalb der Kondensationstemperatur von Schwefelsäure gehalten wird, um die Kondensation von Schwefelsäure auf den Wärmetauscherflächen zu verhindern.

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6. Verfahren nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß in der Hochtemperaturzone (44) das Gas in Stagnation gehalten wird; und. daß die Hochtemperaturzone (44) durch indirekte Wärmeübertragung von von einer Konversionsstufe kommenden, durch den (las/Gas-Wärmetauscher (1?) strömenden Gas beheizt wird.
7. Verfahren nac' Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß die Hochtempera türzone (44) direkt von mindestens einem Teil des von einer Konversionsstufe kommenden, durch die Uochtemperati._;-zone (44) strömenden Gases beheizt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, daß ungefähr 3 - ?O % des gesamten von einer Konversionsstufe kommenden Gasmengenstromes durch die Hochtemperaturzone geführt werden.
9. "Wärmetauscher zur "Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-8 mit einer mit einer Gaseintrittsleitung ausgerüsteten Gaseintrittskammer, einer mit einer Gasaustrjttsleitung ausgerüsteten Gasaustrittskammer, mehreren mit Abstand zueinander angeordneter, die Gaseintrittskammer mit der Gasaustrittskammer verbindenden Strömungskanälen für einen ersten Gasstrom von der Eintrittskamraer zur Austrittskammur und einem die Strömungskanäle umgebenden einen Strömungskanal für einen zweiten Gasstrom um die Kanäle zum indirekten Wärmeaustausch bildenden Mantel mit einem Gaseintritt und einem Gasaustritt, in dem ein relativ kalter korrosive kondensierbare Bestandteile enthaltender Gasstrom durch indirekten Wärmeaustausch

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mit einem Hochtemperaturgasstrom auf eine erhöhte Temperatur vorgewärmt wird, gekennzeichnet durch eine in der Nähe des Eintritts (10) des relativ kalten Gasstromes in den Wärmetauscher (12) angeordnete, durch den Hochtemperaturgasstrom durch den Wärmetauscher (12) auf einer Temperatur oberhalb der Kondensationstemperatur der korrosiven Bestandteile gehaltene Hochtemperaturzone (44).
10. Wärmetauscher nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, aaß rii-r relativ kalte Gasstrom der mindestens kondensierbare. Schwefelsäure enthaltende Austrittsgasstrom eines Schwefeltrioxydabsorbers eines mehrstufigen Kontakt-Absorptionsprozesses zur Herstellung von -:wy.feisäure ist; und daß der Hochtempera türgas. rom der Austrittsgasstrom einer Schwefeldioxyd in Schwefeltrioxyd umformenden FOnversjonsntufe ist.
11. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 9 oder 10 zur Verhinderung der Kondensation von in dem relativ kalten Gasstrom von einer ersten Quelle enthaltenen kondensierbaren korrosiven Bestandteile! durch Aufheizung Γ eine erhöhte Temperatur durch

eiuen Hochtemperatat gasstrom von einer zweiten Quelle, gekennzeichnet durch eine Gaseintrittskammer (26^ mit einer Gaseintrittsleitung (24) für den Hochtemperaturgasstrom; durch eine Gasaustrittskammer (34) mit einer Gasaustrittsleitung (40Ϊ für den durch indirekten Wärmeaustausch mit dem relativ kalten Gasstrom abgekühlten Hochtemperatur gas strom; durch mehrere mit Abstand zueinander angeordnete, die Gaseintrittskammer (26)

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mit der Gasaustrittskammer (3^) verbindende, den Hochtemperaturgasstrom von der Eintrittskammer (26) zur Austrittskammer (34) führende Strömungskanäle (30); durch einen die Strömungskanäle (30) umgebenden, mit einem mit Abstand von der Gasaustrittskammer (34) angeordneten Eintritt (10) für das relativ kalte Gas und einem stromabwärts von dem Eintritt (10) angeordneten Gasaustritt (38) ausgerüsteten, das relativ kalte Gas in indirekten Wärmeaustausch mit dem durch die Strömungskanäle (30) strömenden Hochtemperaturgases führenden Mantel (22); durch ein zwischen dem Eintritt (10) für das relativ kalte Gas und der Austrittskammer (34) mit Abstand von der Austrittskammer (3A) und den Strömungskanälen (30) angeordnetes, zwischen sich und der Gasaustrittskammer (34) eine durch den Hochtemperaturgasstrom durch die Strömungskanäle (30) auf eine Temperatur oberhalb der Koij.lensationstemperatur der in dem relativ kalten Gasstrom enthaltenen korrosiven kondensierbaren Bestandteile gehaltene Zone (44) bildendes Leitblech (42).
12. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 9 und 10 zum Verhindern von Kondensation von kondensierbaren korrosiven Bestandteilen in einem relativ kalten Gasstrom von einer ersten Quelle durch Vorwärmung durch einen Hochtemperaturgasstrom von einer zweiten Quelle auf eine erhöhte Temperatur, gekennzeichnet durch eine mit einer ersten Gaseintrittsleitung (10) für das relativ kalte Gas ausgerüsteten Eintrittskammer (26); durch eine mit eip.. r ersten Gasaustrittsleitung (40) für das durch indirekten Wärmeaustausch mit dem Hoch-

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temperaturgasstrom vorgewärmte relativ kalte Gas ausgerüstete Austrittskammer (34); durch mehrere mit Abstand zueinander angeordnete, die Gaseintrittskammer (26) mit der Gasaustrittskammer (34) verbindende, das relativ kalte Gas aus der Eintrittskammer (26) in die Austrittskamrner (34) führende Sifrömungskanäle (30); durch einen die Strömungskanäle (30) umgebenden, mit einer zweiten Gaseintrittsleitung (24) für den Hoc>temperaturgasstrom und einer mit Abstand zu der zweiten Gaseintrittsleitung (24) angeordneten zweiten Gasaustrittsleitung (46), den Hochtemperaturgasstrom in indirekten Wärmeaustausch mit den durch die Strömungskanäle (30) strömenden relativ kalten Gasstrom bringenden Mantel (22); und durch ein zwischen dem zweiten Gaseintritt (24) für den Hochtemperaturgasstrom und der Eintrittskammer (?6) mit Abstand zu der Eintrittskammer Γ26) und den Stromungskanälen (30) angeordnetes, zwischen sich und der Eintrittskammer (26) eine η treh durch eine Bypassleitung (48) geführten Teil des Hochtemperalurgasstromes auf einer Temperatur ( «erhalb der Kondensationstemperatur der korrosiven kondensi !.rbaren Bestandteile des in die Eintritts-Kammer {.'£) und die Strömungskanäle (30) eintretende·, relativ kalten Gasstromes Hochtemperaturzone (44) bildendes Leitblech (42).

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