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DE1442773A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Temperaturregelung in Reaktionsoefen mittels ueberhitztem Dampf - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Temperaturregelung in Reaktionsoefen mittels ueberhitztem Dampf

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DE1442773A1
DE1442773A1 DE19631442773 DE1442773A DE1442773A1 DE 1442773 A1 DE1442773 A1 DE 1442773A1 DE 19631442773 DE19631442773 DE 19631442773 DE 1442773 A DE1442773 A DE 1442773A DE 1442773 A1 DE1442773 A1 DE 1442773A1
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Germany
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steam
reaction
superheated steam
exchangers
temperature
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Application number
DE19631442773
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Alberto Junginger
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Montedison SpA
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Montedison SpA
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Publication date
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Description

  • VERFAHREN UMD VORRICHTUNG ZUR TEMPERATURREGELUNG IN REAKTIONS-ÖFEN MITTELS ÜBERHITZTEM DAMPF.
  • Wenn Wärme aus Reaktionsöfen abgeführt werden soll, in denen exotherme chemische Reaktionen stattfinden, und wenn insbesondere die Reaktion zwischen Gasen mit Hilfe von Fixbettkatalysatoren erfolgt, wird der Katalysator im allgemeinen in verschiedene Schichten unterteilt. Aus dem Reaktionsmedium zwischen jeder Schicht wird die überschüssige Wärme so abgeführt, daß die Temperatur Werte annimmt, die für eine hohe Reaktionsgeschwindigkeit und eine gute Syntheseausbeute am geeignetsten sind.
  • Für diesen Zweck sind verschiedene Verfahren verwendet worden; entweder wurde die Wärme mit dem einströmenden Medium durch Wärme-austauscher, die auf der einen Seite von dem zu katalysierenden Medium und auf der anderen Seite von dem bereits umgesetzten Medium durchströmt wurden, oder durch von Kühlflüssigkeiten durch laufenen Wärmeaustauschern abgeführt.
  • Wenn beispielsweise Schwefelsäure aus Schwefel hergestellt wird, kann die zur Verdünnung (aus Gleichgewichtsgründen) des Besohickungsgases bestimmte trockene Luft als Kühlmittel dienen Besteht ein Interesse daran, die bei der Reaktion erzeugte Wärme zurückzugewinnen, kann eine siedende Flüssigkeit, im allgemeinen Wasser, als Mittel zur Wärmeabführung dienen, vorausgesetzt, daß die Reaktionstemperatur genügend hoch ist, um einen Dampf mit ausreichend hohem Druck für gewöhnliche Anwendungen zu erhalten. Dieses Verfahren verursacht jedoch einige Schwierigkeiten in der Temperaturregelung des Reaktionsmediums.
  • Wegen der konstanten Siedetemperatur der Kühlflüssigkeit, die aus offensichtlichen Gründen den Druck konstant halten muß, kann die Temperatur durch Veränderung der in den Kühler einfließenden Flüssigkeitsmenge mittels eines Kreislaufsystems eingestellt werden.
  • In diesem Falle jedoch ist ein Mischer für das erneute Einströmen des Mediums in den Reaktionsofen notwendig, um die gleichmäßige Temperatur der im Kreislauf und der durch den Kühler strömenden Fraktion wiederherzustellen. Andere Systeme, die jedoch alle eine gewisse Kompliziertheit aufweisen, können ebenfalls verwendet werden, Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Abführung überschüssiger Wärme mittels überhitztem Dampf.
  • Nach der vorliegenden Erfindung wird das gesamte Medium Kühlern zugeführt, wobei auf der anderen Seite Wasserdampf oder ein anderer Dampf mit einem Druck zirkuliert, der einer Siedetemperatur entspricht, die niedriger als jene an irgendeiner ielle des Reaktionsofens vorhandene ist. Der einströmende Dampf ist vorzugsweise gesättigt. Dieser Dampf ist auf Kosten der Reaktionswärme überhitzt Nach geraumen Durchströmen im Austauscher wird der Dampf einem Heißdampfkühler zugeleitet, wo er mit Wasser gemischt wird, dessen Verdampfung den Überhitzungsgrad verringert.
  • Der Dampf kann vorzugsweise im Gegenstrom mit dem Reaktionsmedium durch verschiedene zwischen den zu katalysierenden Schichten angeordnete Austauscher strömen.
  • Zwischen zwei aufeinander folgende Schichten können sogar mehrere Austauscher parallel angeordnet werden, von denen jeder unterteilte Rohrbündel oder Spiralen aufweist, zwischen denen die überhitzer angeordnet sind.
  • Die Uberhitzer zwischen den verschiedenen Austauschern sind gleiohartig angeordnet. Die Anzahl und Lage der Heißdampfkühler ist derart, daß die günstigste Reaktionstemperatur im Reaktionsmedium erhalten wird.
  • Werden mehrere Austauscher parallel angeordnet, ist es ratsam, den die entsprechenden Abschnitte verlassenden Dampf aufzufangen und einem einzigen Reißdampfkähler zuzuführen. Nach Ableitung der Uberhitze wird der Dampf vor dem Einströmen in den folgenden Abschnitt der parallelen Austauscher unterteilt.
  • Die Fließgeschwindigkeit des Wassers in den verschiedenen Heißkühlern wird manuell oder automatisch geregelt, so daß der Dampf die geeignete Temperatur innehat, die für das Medium günstig ist. Die Überhitze des Dampfes am Auslaß des letzten Austauschers kann für weitere Verwendungszwecke auf einen entsprechend günstigen Wert verringert werden.
  • Die Vorteile der vorliegenden Erfindung sind zahlreich. Die Reaktionswäre wird zur Erzeugung von überhitztem Dampf verwendet, da das gesamte eingeführte Wasser oder die Flüssigkeit verdampft und am Auslaß als überhitzter Dampf gewonnen wird. Die Einstellung der verschiedenen Schichten des Ofens erfolgt in einer im wesentlichen unabhängigen Weise; dies ist verschieden von den Verfahren, in denen Austauscher zwischen dem- ein- und ausströmenden Medium verwendet werden, wobei die von dem ausströmenden medium ab geführte Wärme wieder in das Innere des Reaktionsofens übertragen wird. Andererseits ist die Temperaturregleung sehr einfach, da es genügt, die Fließgeschwindigkeit in den Wasserüberhitzern zu ändern und dies leicht automatisch erfolgen kann.
  • Das reagierende Medium behält eine gleichmäßige Temperatur in dem gesamten vollständig durch die Austauscher strömenden Gut, ohne daß ein Teil davon im Gegenstrom fließen muß.
  • Hinsichtlich der Temperaturregelung mittels verdampfender Flüssigkeiten besteht beim Zerstören des austauschers auch der Vorteil, daß kein Katalysator überschwemmt wird, wobei dieses Überschwemmen unangenehmer als das Einströmen Ton überhitztem Dampf ist.
  • Die Austauscher können dank ihres geringen Gewichts und Raumbedarfs, der für dieses Verfahren ausreichend ist, unmittelbar am Reaktionsofen und sogar tarin angeordnet werden sumal kein Gegenstrom-System vorhanden ist.
  • Das Verfahren ist für Regelung von Reaktionsöfen besonders geeignet, wenn tau zu katalysierende Medium gasförmig iet ut die exetherme Reaktion bei kohen Temperaturen erfelgt, wie beispielsweise in Kontaktöfen zur Herstellung von schwefelsäure.
  • Gesättigter Rekuperatorendampf ist in der gesamten Anlage im allgemeinen verfügbar. Diese äußere Quelle ist jedoch entbehrlich, falls dies erwünscht ist, wenn die Rückführung von etwas austretendem Dampf möglich ist, beispielsweise mittels einer Dampf strahlpumpe, in der der überhitzte Dampf mit dem zugeführten Wasser gemischt wird, so daß er im wesentlichen gesattigt erneut in den ersten Austauscher eintritt, Eine Ausführungsform der apparativen Einrichtung, wie sie zur erfindungsgemäßen Tem-eraturregelung verwendet werden kann, ist in Form eines Beispiels nachstehend erläutert. Natürlich beschränkt diese Anordnung den erfindungsgedanken nicht, da auch andere Ausführungsformen möglich sind. Die beiliegende Zeichnung bezieht sich lediglich auf einen Fall als Beispiels wobei Schwefeltrioxyd aus einer Mischung von Schwefeldioxyd und Luft hergestellt wird.
  • 11 wird anfgenommen, daß die Temperatur ausreicht, um die Mischung zu zu zünden. Die Mischung wird in den Reaktionsofen oben eiqeftihrt und tritt nach Durchströmen von drei Katalysatorenschichten C1, C2, C3 am Boden aus, Das Gas wird jedoch nach der Schicht C1 einem Austauscher S zugeleitet, wo SB vor Erreichen der ßohioht C2 einer Kühlung unterliegt. Nach der Schicht 2 strömt das Gas in einen Austauscher R, von dem es durch di. letzte Schicht C3 strömt und schließlich das Gefäß verläßt, um weiteren Verfahrnesschritten unterworfen in werden.
  • Die Austauscher R und 5 sind Röhrensysteme, in die der Dampf unter Druck geleitet wird. Es ist wahlweise möglich, den Wärmegehalt des austretenden Gases auszunutzen, um gesättigten Dampf zur Verwendung als Kühlmittel in den Austauschern zu erhalten.
  • Der gesättigte Dampf von E tritt in ein erstes Röhrenbündel R1 des Austauschers R ein, wo er durch Wärmeentug des Gases überhitzt wird. Beim Verlassen von R strömt der Dampf in den Eeißdampfkühler D1, in den Wasser von M kommend eingespritzt wird, dessen Durchflußgeschwindigkeit durch ein Ventil V1 (automatisch oder manuell geregelt) eingestellt wird.
  • Das Maß der Überhitze-Abführung wird entsprechend der Gastempsratur verändert, wie am Austauscherauslaß geprüft wird. Nach dem Heißdampfkühler D1 tritt der Dampf erneut in den Austauscher ein und strömt durch das Röhrenbündel R2; dann wird die Überhitze erneut verringert.
  • In der beiliegenden Zeichnung sind zwei Röhrenbündel R1, R2 vorgesehen, wohingegen drei (Sts 52 und S3) in 5 zu sehen sind. Natürlich kann die Anzahl der Röhrenbündel und Austauscher entsprechend den Anfordernungen des Verfahrens verändert werden.
  • Die verschiedenen. Röhrenbündel wurden in Reihe entlang dem Dampfverlauf verbunden; sie. können natürlich auch parallel oder in kombinierter weise angeordnet werden. Am Auslaß dec Röhrenbündels S3 strömt der überhitzte Dampf durch den Heißdampfkühler D5 wo die letzte Überhitzung entsprechend den anschließenden Anforderungen an den Dampf eingestellt wird, und verläßt das System bei U. Die Menge des bei U austretenden überhitzten Dampfes ist selbstverständlich größer als die bei E eintretende.
  • Die Katalysatorenschichten und folglich auch die Überhitzer und Heißdampfkühler können natürlich von der in der Zeichnung dargestellten Zahl verschieden sein, die nur ein Beispiel darstellt und die Erfindung nicht einschränkt.
  • Beispeil In einer Anlage zur Herstellung von 100 t/Tag Schwefelsäure wird das in der beiliegenden Zeichnung besohriebene System verwendet. Die Durchflußgeschwindigkeiten und Temperaturen sind in Tabelle 1 aufgeführt und sollen mit den entsprechenden Werten von Tabelle 2 verglichen werden, die sich auf ein herkömmliches Verfahren beizieht, nach dem die Reaktionswärme unter Einleiten in Anstausoher abgeführt wurde, in denen auf der anderen Seite die kalte trockene Luft zur Verdünnung der aus dem Ofen ko:aenden Reaktionsgase strönt, bevor diese in den Reaktionsraum gelangen0 Wie ein Vergleich der Tabellen zeigt, ist die bei U austretende Menge an überhitzten Dampf gemäß der vorliegenden Erfindung wesentlich größer als die bei E eintretende (Dampferzeugung); im Gegensatz dazu wird bei dem herkömmlichen Verfahren Wärme en die Lift getragen, die in den Reaktionaraum zusammen itt den Gas gelangt; sobald eine stärkere Kühlung des eintretenden dases notwandig ist, muß die Kesselflaohe vergrößert werden. Selbst wenn man die Oberfläohenvergrößerung nicht berücksichtigt, ist die Austauscherfläche viel größer als diejenige gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • TABELLE 1 Regelung mittels überhitzem Dampf
    Gas Dampf Oberfläche m2
    Menge Temperatur °C Menge Temperatur °C
    Nm3/h eintritt Austritt Nme/h Eintritt Austritt
    R1 13,450 445 420 2,440 209 290 43
    R2 13,450 470 445 2,570 230 308
    S1 13,550 490 440 2,780 230 283
    S2 13,550 540 490 3,180 230 370 110
    S3 13,550 590 540 3,730 242 380
    TABELLE 2 Regelung mittels Luft
    Gas Dampf Oberfläche m2
    Menge Temperatur °C Menge Temperatur °C
    Nm3/h Eintritt Austritt Nm3/h Eintritt Austritt
    1. Austauscher 13,450 512 420 7,000 65 254 120
    2. Austauscher 13,550 590 480 7,000 254 470 300

Claims (4)

  1. Patentansprüche t Vosfahren zur Temperaturregelung in Reaktionsöfen für exotherme Reaktionen mittels Wärmeaustausch zwischen Reaktionsmedium und Kühlflüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß der Austausch zwischen dem gesamten Reaktionsmedium und einem Dampf (Wasserdampf oder anderer Dampf) bei einem Druck erfolgt, dem eine 8iedetemperatur entspricht, die unter derjenigen Temperatur liegt, die in irgendeinem Punkt des Reaktionsofens besteht.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der einströmende Dampf gesättigt ist.
  3. 3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, da Austauscher (R,B) für den Wärmeanstausch zwischen Reaktionsmedium und dem kühlenden Dampf in Form von Röhrensystemen (R1, R2 ; vorgesehen sind, wobei zwischen den Röhren Heißdampfkühler (D1, D2.......;) zur Abführung der Überhitze des Kühldampfes eingesohaltet sind, der im allgemeinen mit Wasser (M) einer einstellbaren Durchflußgeschwindigkeit (V1 v20....) gespeisst wird, und wobei die Austauscher und Heißdampfkühler in bezug auf den Reaktionsofen entweder innen oder außen vorgesehen sind.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Leitflächen zwischen den aufeinanderfolgenden Reaktionsabsohnitten angeordnet sind, die das Reaktionsmedium durch die Austauscher (R,S) leiten.
DE19631442773 1962-04-13 1963-04-08 Verfahren und Vorrichtung zur Temperaturregelung in Reaktionsoefen mittels ueberhitztem Dampf Pending DE1442773A1 (de)

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