用于混合气体的方法和装置.pdf

当在转化器中混合两种不同温度和/或组成的气体以由含二氧化硫的气体生产三氧化硫时，将第一气体流从下面引入到混合室中，而将第二气体流从上面逆流引入到该混合室中。通过向上引导的连接管道，将在所述混合室中得到的气体混合物从所述混合室中排出，并提供给集成在所述转化器中的换热器。

1.  用于在转化器中混合两种不同温度和/或组成的气体以由含二氧化硫的气体生产三氧化硫的方法，其中第一气体流以第一方向、特别是从下面引入到混合室中，其中第二气体流以与第一方向相反的方向、特别是从上面逆流引入所述混合室中，其中通过在第一方向上延伸的连接管道将在混合室中得到的气体混合物从所述混合室中排出，特别是从底部引导到顶部，并提供给集成在所述转化器中的换热器。

2.  根据权利要求1的方法，其特征在于，第二气体流从下面通过中央供应管道引入到所述转化器中，然后径向向外偏转基本上180°，以使得它向下进入包围所述供应管道的所述混合室。

3.  根据权利要求1的方法，其特征在于，所述第二气体流通过孔排列进入所述混合室。

4.  根据权利要求1的方法，其特征在于，所述第一气体是含二氧化硫和三氧化硫的工艺气体，所述第二气体是例如较低温度的另一含二氧化硫的气体或具有例如较高三氧化硫浓度的另一含三氧化硫的气体或其温度和三氧化硫浓度都与第一气体不同。

5.  根据上述任一权利要求的方法，其特征在于，所述第二气体流小于所述第一气体流。

6.  一种用于在转化器中混合两种气体以由含二氧化硫的气体生产三氧化硫的装置，特别是用于执行根据上述任一权利要求的方法的装置，包括：混合室(12)，其中第一气体流以第一方向、特别是从下面引入该混合室(12)中；用于第二气体流的供应管道(8)，其中所述混合室(12)以围绕供应管道(8)的环的形式提供，并与供应管道(8)连接；和连接管道(13)，其自混合室(12)以第一方向、特别是从底部到顶部延伸，并将混合室(12)与集成的换热器(WT2)连接起来。

7.  根据权利要求6的装置，其特征在于，连接管道(13)作为浸没管突出到混合室(12)中。

8.  根据权利要求6或7的装置，其特征在于，在混合室(12)之前提供前置室(10)，所述第二气体流的供应管道(8)向所述前置室(10)开放，并且所述前置室(10)通过多孔板(11)与混合室(12)隔开。

9.  根据权利要求8的装置，其特征在于，所述连接管道(13)延伸通过所述多孔板(11)。

10.  根据权利要求8的装置，其特征在于，所述连接管道(13)延伸通过所述前置室(10)。

11.  根据权利要求6至10中任一项的装置，其特征在于，在所述连接管道(13)的外部提供环盘(14)。

12.  根据权利要求6至11中任一项的装置，其特征在于，提供多个连接管道(13)，它们优选沿所述混合室(12)的周边均匀分布。

用于混合气体的方法和装置
本发明涉及用于在转化器中混合两种不同温度和/或组成的气体以由含二氧化硫的气体生产三氧化硫的方法，并涉及用于执行这一方法的设备。
本发明关注的是硫酸生产。传统上，硫酸大多是通过所谓双重吸收方法生产的，该方法描述于《乌尔曼工业化学百科全书》第5版第A25卷第635至700页。首先，含有二氧化硫的起始气体至少部分地与氧气在转化器的多个连续接触级中按下式反应得到三氧化硫。
SO₂+1/2O₂→SO₃+98KJ
生产出的含三氧化硫的气体然后提供给吸收器并在那里转化成硫酸。二氧化硫到三氧化硫的氧化在催化剂的存在下进行，所述催化剂通常含有五氧化二钒作为活性组分，并具有从大约380℃至640℃的工作范围。而在高于640℃的温度下发生催化剂的不可逆的损害，在低于380℃的温度下催化剂没有活性。由于该方法强烈放热，所以进入到接触级中的气体入口温度必须在约400℃。在一个明显较低的入口温度下，反应不启动，而在高很多的入口温度下，温度在方法中升高得如此之多以致于催化剂被损坏。然而，也有可能使用允许较高的工作温度的其它催化剂，如从EP 1047497B1或DE 10023178A1所知的。为获得高产率，将反应分为几级进行，在各级之间，各工艺气体通过集成的换热器冷却，以便为下一接触级实现合适的气体入口温度。通常，这样的转化器包括四至五个接触级，和在上述双重吸收方法中，已经通过多个(例如三个)接触级的工艺气体被提供给中间吸收塔，三氧化硫在其中转化为硫酸、发烟硫酸或液体三氧化硫，从而工艺气体中的三氧化硫浓度再次降低。一旦加热到所需的工艺温度时，就将该工艺气体供应到转化器的下一接触级，之后供应给最后的吸收。
供应给转化器的工艺气体受数量和二氧化硫浓度的频繁波动之困扰。虽然在传统转化器中，由于在催化的第一步中取得的高温而使二氧化硫浓度通常限制在大约12(体积)％，但在DE 10249782A1中说明的方法通过再循环含三氧化硫的气体提供了使用较高的二氧化硫浓度。该再循环限制了在第一接触级中的反应，作为结果，限制了在那里产生的热量。
由于入口气体的波动，要求控制在接触物质入口处的温度。这是通过用旁路管道提供冷的含有二氧化硫的气体而实现的。在上述含三氧化硫的气体的再循环中，混合比例也必须调整。因此，不同温度和/或组成的气体必须在转化器中在不同的点处混合。即便是相同成分的气体，温差也导致了不同的粘度，使得混合困难。然而，为了工艺效率，要求实现均匀的气体混合。如果在接触物质入口处没有实现气体的足够均匀性，就会有当通过接触级时二氧化硫没有转化为三氧化硫的区域，因此使得转化器的效率受损。在二氧化硫含量过高的区域，过热可能会导致催化剂的损害。人们发现，在硫酸工厂的管道中混合不同温度的气体不是快速的和自发的过程。由于不同的粘度，气体相互并行流动而没有混合(所谓的分流)。
为了解决这一问题，现有技术是提供局部的压力损失，它导致了带有高程度流化的湍流。但是，这个方案在很多情况下是不充分的，因为由于工厂技术的原因，系统中可获得的或允许的整体压力损失是有限的，或者必须被限制。
因此，本发明的目的在于提高转化器中的两种不同温度和/或组成的气体的混合物的均匀性并减少或防止所谓的分流。
利用本发明，这个目的基本上得到解决之处在于：第一气体流以第一方向、特别是从下面引入到混合室中，第二气体流以与第一方向相反的方向、特别是从上面逆流引入到混合室中，且通过在第一方向上延伸的连接管道将在混合室中得到的气体混合物从混合室中排出、特别是从底部引导到顶部，并提供给集成在该转化器中的换热器。通过将两个气体流逆流引导为一个位于另一个之上，湍流产生，这保证了两个气体流的充分混合。
根据本发明的优选方面，第二气体流从下面通过中央供应管道引入到转化器中，然后径向向外偏转基本上180°，以使得它向下流入包围供应管道的混合室中。
根据本发明的开发，这里的第二气体流通过孔排列进入混合室，以使得它被分开并作为多个小气体流进入混合室。由此促进了与从下面来的第一气体流的混合。
适应生产三氧化硫的转化器的通常的设计，根据本发明，所述第一气体是含二氧化硫和三氧化硫的工艺气体，例如它是从中间吸收再循环而来的，和所述第二气体是例如较低温度的另一含二氧化硫的气体或具有例如较高三氧化硫浓度的另一含三氧化硫的气体或其温度和三氧化硫浓度都与第一气体不同。所述第二含二氧化硫的气体也可以含三氧化硫，例如1至10(体积)％的三氧化硫，但优选含有少于1％的三氧化硫。含三氧化硫的气体通常也含有一定量的二氧化硫。
根据本发明，第二气体流少于第一气体流，并占第一气体流的20％至70％，优选为≥50％。
一种用于在转化器中混合两种气体以由含二氧化硫的气体生产三氧化硫的创新性装置，其可特别用于执行上述方法，包括：混合室，其中第一气流被以第一方向、特别是从下面引入该混合室中；用于第二气体流的供应管道，其中所述混合室以围绕所述供应管道的环的形式提供，并与所述供应管道连接；和连接管道，其自所述混合室以第一方向、特别是向顶部延伸，并将所述混合室与集成的换热器连接起来。
根据本发明的优选方面，连接管道作为浸没管突出到混合室中。因此，第二气流在通过连接管道从混合室排放前，必须首先克服第一(主)气体流的阻力来穿越该混合室。由此促进了两个气体流的均匀混合。
根据本发明的特别优选的开发，在混合室上方提供前置室，所述第二气体流的供应管道向所述前置室开放，并且前置空通过渗透性分开设备例如多孔板与混合室隔开。通过多孔板，将第二气体流分为多个较小的气体流，这促进了与第一气体流的充分混合。根据本发明，从混合室沿第一方向、特别是向顶部延伸的所述连接管道延伸通过所述多孔板和前置室。在这里，术语多孔板不应一定要理解为有开口的板，而是可以为各种安排，例如焊接的网格、铆接的金属条或一个放在另一个之上的其他材料。开口可以是圆的、角形的或作为槽而存在或呈不同的形状。类似地，这种开口可以例如取决于开口离开浸没管的距离而具有不同的大小和形状。此外，有可能在所谓的多孔板之上存在导气设备或结构，例如片、焊缝。
在本发明的又一实施方案中，在混合室中的气体流可以被引导板或被所述渗透性的分开设备的入气口所引导，以便例如在混合室中得到如同漩涡的物流，或者该物流在混合室内有不同的方向。
在本发明思想的另一实施方案中，如果气体的体积流量改变了，所述渗透性的分开设备和/或第一气体的供应管道可以在横截面区域中被控制，以维持均匀的混合。
为了在混合室中产生额外的湍流，在连接管道的外部提供了环盘。因此，防止了沿连接管道流动的第二气作流的一部分直接在浸没管末端转向并未经混合而通过连接管道排出。第一气体流的这一部分撞击环盘，以产生额外的湍流并保证了与第一气体流的彻底混合。该环盘不必像绕着连接管道的环面。有可能是，该环盘有不规则的边界，例如一个锯齿或正弦曲线。这个环盘也可以有一些进一步的导向板或类似物，以产生例如在混合室中的一个卷流或不同的流向。
为了实现从环形混合室到在混合室上面同样以环的形式提供的集成的换热器中的均匀的转移，根据本发明，提供多个连接管道，优选其沿混合室的周边均匀分布，气体混合物通过所述多个连接管道排放。
本发明的开发、优点和可能的应用也可以从下面的实施方案的描述和从附图而得到。所说明的所有特征和/或说明本身或任何组合形成了本发明的主题，与其被包括在权利要求中或其后备参考中无关。
在图中：
图1图示了根据本发明用气体混合设备由含二氧化硫的气体生产三氧化硫的转化器的截面表示。
图2示出了根据用气体混合设备的图1的细节II的放大部分，其中示出了气体流。
如图1所示的将二氧化硫转化为三氧化硫的转化器1包括总共5个接触级K1至K5，其中提供了催化剂、特别是含有五氧化二钒的催化剂来将二氧化硫转化为三氧化硫。
通过中央供应管道2，含二氧化硫的气体被从上面引入到转化器1中并通过偏转板3偏转180°，以使得它从底部到顶部穿越以围绕着中央供应管道2的环的形式安排的集成的换热器WT1。在换热器WT1之上，气体可以通过这里未具体描述的供应设备4来提供，以调整供应给第一接触级K1的气体混合物的温度和/或组成。该工艺气体然后通过接触级K1至K3，并在接触级K1和K2之后，它由集成的换热器WT1及WT2冷却到分别适宜于每一相继的接触K2和K3的入口区域的约400℃的入口温度，然后通过出口5提供给未图示的热回收设备和中间吸收。
本发明是针对转化器1的下部的气体与接触级4和5的混合，所以转化器1的上部不需要在这里更具体地说明。接触级K1至K3及换热器WT1和WT2中的工艺参数对应于通常的硫酸厂的工艺参数。
在这里没有图示的中间吸收之后，具有例如300至320℃的温度的包含二氧化硫且可能含有三氧化硫的工艺气体通过在转化器1的低端的入口6被引入到环管7内，并从底部到顶部穿过集成的换热器WT3。
通过中央供应管道8，具有例如100至200℃的温度的较冷的含二氧化硫的气体被从下面送入转化器中，并从底部到顶部穿过同一集成的热交换器，直到第二气体通过偏转板9送到外面进入前置室10为止，前置室10是以围绕中央供应管道8的环的形式提供的。在底部，前置室10被多孔板11关闭，多孔板11包括以孔、槽或类似物形式的多个开口。多孔板11将前置室10与混合室12隔开，该混合室12在集成的换热器WT3的上面提供并以环的形式包围中央供应管道8。通过环管7供应的第一气体从下面进入混合室12，而通过前置室10提供的第二气体从上面进入。因此，这两个气体流相互逆流撞击，这导致了彻底的混合。
连接管道13从上面延伸通过前置室10和多孔板11开口进入混合室12，该连接管构成浸没管，且例如具有约800毫米的直径，明显突出到混合室12中500毫米。
由图2可知，环盘14在多孔板11之下在连接管13的外部提供。因此，通过多孔板11进入混合室12的第二气体撞击环盘14，因此产生额外的湍流，这促进了与第一气体的混合。
第二气体，其体积流量明显小于第一气体的体积流量、例如小50％，首先要穿过混合室12，然后才能通过连接管道13与第一气体流一起排出到顶部。以这种方式，实现了第二气体流到第一气体流的均匀的混合。
通过连接管道13，气体混合物被从混合室12排放到顶部，并通过集成的换热器WT2，在其中用离开第二接触级K2的工艺气体通过换热器加热该气体混合物，使得它有适宜于进入接触级K4的温度。可以通过来自上方的中央管道14提供其它含二氧化硫的气体，以调整第四接触级K4的入口温度。该气体然后穿过接触级K4，并在通过出口15提供给未图示的热回收系统和最后的吸收之前，在集成的换热器WT3中再次冷却到适于进入第五接触级K5的约400℃的温度。
在可供替代的实施方案中，气体流以相反的方式被引入，即第一气体流从上面引入而第二气体流从下面引入。
附图标记列表：
1转化器
2中央供应管道
3偏转板
4供应装置
5出口
6入口
7环管
8中央供应管道
9偏转板
10前置室
11多孔板
12混合室
13连接管道
14环盘
15管道
16出口
K1-K5接触级
WT1-WT3集成的换热器