专利名称：混合气体的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种通过在转化器中混合两种不同温度和/或成分的 气体而用含有S02的气体生产S03的方法以及实现该方法的装置。
背景技术：
本发明涉及硫酸的生产。通常地，硫酸主要由所谓的双吸方法生
产，该方法在Ullmann的工业化学百科全书(Encyclopedia of Industrial Chemistry )第5版第A25巻第635至700页有描述。首先， 包含二氧化硫的开始气体在转化器的多个连续接触级中至少部分地与
氧反应，根据下面公式以获得三氧化硫。 S02+l/202 ~> S03+98KJ
然后生产出的包含三氧化硫的气体被供给到吸收器中，并在那转 化为硫酸。二氧化硫到三氧化硫的氧化在有催化剂的情况下进行，催 化剂通常包含作为活性成分的五氧化二钒，并且工作范围为约380°C 至640°C。当超过640。C时，五氧化二钒催化剂会发生不可逆转的损坏， 在低于380。C时，五氧化二钒是非活性的。由于过程强烈放热，进入 接触级的气体入口温度为约400°C。在显然低的入口温度下，反应不 会开始，而在一个非常高的入口温度下，在反应过程中温度升高从而 催化剂会被损坏。然而，也可以使用其它具有高的工作温度的催化剂， 例如EP1047497B1或DE10023178A1所述的。为了获得高的产量，反 应分几个级完成，在各个级之间，工艺气体都通过集成的换热器冷却，
以为下一个接触级获得合适的气体入口温度。通常，这种转化器包括 四到五个接触级，在上面所提到的双吸收方法中，穿过多个(例如为 三个)接触级的工艺气体提供给中间吸收塔，在中间吸收塔中S03转 变为硫酸、发烟硫酸或者液态S03，因此工艺气体中S03的浓度又降低。在加热到所要求的工艺温度后，然后工艺气体提供给转化器的其 它接触级，此后到最后的吸收。
提供给转化器的工艺气体的量和S02浓度频繁波动。在常规的转 化器中，由于在第一催化阶段所达到的高的温度，S02浓度通常被限
定在约12体积％，在DE10249782A1所述工艺中，通过再循环的包含 S03的气体，使用较高的S02浓度。再循环限制了第一接触级的反应， 结果热量在这里产生。
由于入口气体的波动，需要控制接触物质入口处的温度。这通过 经由支路导管提供冷的包含S02的气体实现。在上面所提到的包含 S03气体的再循环中，混合比也必须调整。因此，不同温度和/或成分 的气体必须在转化器中不同的点混合。即使是同样成分的气体，温度 差会导致不同的粘度，这会使得混合困难。然而，为了工艺的效率， 需要均质气体混合。如果在接触物质的入口没有达到气体的充分均质 性，就会存在这样的区域，在这些区域中当穿过接触级时S02不会转 化成S03，因此转化器的效率将受损。在含有过多的S02的区域中， 过热可能导致催化剂受损。据发现在硫酸装置的导管中混合不同温度 的气体不是一个快速的、自发的过程。由于不同的粘度，气体彼此之 间相互平行的流动，而没有混合(所谓的层流)。
为了解决这个问题，目前的工艺水平提供了局部压力损失，这导 致具有高度流态化的湍流。但是由于系统中能获得的或者允许的整体 压力损失因为装置技术的原因而受到限制或者必须受到限制，因此在 很多情况下这种解决方案是不充分的。
发明内容
因此，本发明的目的是提高转化器中两种不同温度和/或成分的气 体混合的均质性，减少或防止所谓的层流。
这个目的通过本发明基本上已经实现，其中包含S02的第一气流 通过中央供给管引入到转化器，穿过设置在中央供给管周围的集成换 热器，第二气流通过直接在集成换热器之前或之后设置在转化器中的环状管供给，第二气流通过多个开口从环形管中排出，并送入第一气 流，因此与第一气流混合，然后所获得的气体混合物被提供到转化器
的接触级，在该接触级中在催化剂上S02至少部分地转化为so3。因
此，通过环状管，第二气流在多个点送入第一气流，因此完成好的混
合。由于第二气流(例如为包含S02的低温气体)仅仅部分地穿过设
置在转化器上游的装置，因此可获得相对于混合物的较高的压力，借 此压力损失也可被增加和/或控制。通过这种对压力或压力损失的这种 调整或控制，因此混合和混合质量可被调整或控制。如果第二气体为 再循环的三氧化硫，则其压力可通过鼓风机或类似物被增加，因此， 与常规方法相比，这里同样可获得相对于混合物的较高的压力，并且 压力损失可增加。通过这种鼓风机，也可以调节或有选择性地调控压 力或压力损失。通过这样调整或控制压力或压力损失，混合质量也可 被调整和控制。优选的，混合装置中的压力损失被最优化，以获得充 分的湍流和混合质量，而没有大的压力损失。
在本发明的优选方面中，当第二气流逆流送入第一气流时，获得 特别好的混合结果。这样附加的湍流产生，这促进了混合。然而，还
可以或附加地同向送入第二气流到第一气流中。如DE10249782A1所 述的，在包含S03的气体的再循环中，第一气流包含超过13体积％的 S02，第二气流包含3-40体积％的S03，根据本发明的改进，优选是 5-25体积％的S03。第一气流也可包含SO;j，例如1-10体积％的S03， 但是优选包含小于1体积％的so3。
在本发明的另一实施例中，混合室的气流可被引导，例如通过导 向板或环状管的气体入口，因此，例如像旋涡一样的物流在混合室中 产生。
如果没有包含so3的气体的再循环，根据本发明转化器第 一接触 级的入口温度通过第二气流调节，第二气流包括达到30体积％的S02， 尤其是达到12体积％的S02，并具有0到400。C的温度，优选为80 到300°C，更优选为100到120°C。该气流可以作为支路围绕常规的换 热器流过，以提高第一气体的温度，因此，它具有比第一气体高的压力。在支路中，可以并入控制或调节压力的装置，例如鼓风机或节流 阀或流阻器，借此混合可被额外地控制。
根据本发明，笫二气流的体积流率小于第一气流的体积流率，为
第一气流的20-60%，优选为￡50%，更优选为￡30%。
用于在转化器中混合两种气体以用包含so2的气体生产so3的本 发明的装置，尤其是用来执行上述方法的装置，包括用于第一气体的 供给管和用于第二气体的环状管，该第一气体被引入到转化器中，并 穿过集成换热器，该集成换热器围绕中央供给管设置，该环状管在转 化器中直接在换热器之前或之后设置在混合室中，其中环状管包括多 个开口，以将第二气体排出到混合室中。
在本发明的优选实施例中，第一气体从上方或下方引入到转化器 中，并在转向之后穿过优选设置在中央供给管周围的集成换热器，然 后进入布置在换热器上方的混合室。然而，气体可从上方或下方以直 线方式引入换热器，而没有转向。环状管也优选布置在用于第一气体 的中央供给管的周围。除了简单的流动引导之外，这使转化器和混合 装置具有紧凑的结构。
为了逆流引导第二气流进入第一气流，环状管中的孔面向换热器。 因此，第二气流优选从环状管向下方排出。如果第二气流同向送入第 一气流，则环状管中的孔背对换热器，因此，第二气流从环状管向上 方排出。当然，相应的开口 (其可被设计成孔或缝等)可既布置在环 状管的底面又布置在环状的顶面或侧面。开口可以设置成并排的几排， 以增加所提供的第二气流的量。优选的，开口相对于竖直方向具有20 到70度的倾角，尤其优选是30到60度。开口可具有不同的大小或形 状，例如根据到供给管的距离而不同。也可以通过另外的装置(例如 挡板、焊缝等等)改变开口或者改变围绕开口或来自开口的气流。这 种变化也可仅涉及到单个开口或单组开口 。此外可为单个开口或单組 开口提供闭合装置，以具有调节或控制装置，尤其是在部分载荷操作 中。
根据本发明的一个优选方面，提供两个到七个，尤其是提供三个
7同心环状管，第二气体从中排出。因此也可增加第二气流的量。环状 管可位于不同的竖直高度。
为了有利于装置切换，根据本发明环状管与用于第二气体的共同 供给管相连。发现用于第二气体的共同供给管至少部分地围绕第一气 体的中央供给管导向是有利的，并且多个向下导向的连接管连接供给 管和环状管是有利的。结果，第二气体在多个点同时被引入到转化器， 其中实现转化器优选的对称构型和流动优选的对称导向。然而对本发 明来说要点是气体相当均匀的混合和在转化器中的均匀分布，为了这 个目的，必要时可以不对称。
根据本发明，每个连接管通过供给口与所有的环状管相连，以比 较容易地供给。
根据本发明的另一方面，该装置具有导管以供给气体到混合器中， 所述导管可调节或控制导管内的气流的体积流率和/或压力和/或压力 损失。这种控制可通过鼓风机等和/或控制压力损失的装置(例如为导 流片、喷嘴或流阻器)来实现。
本发明的改进、优点和可能的应用可通过以下具体实施例的描述 和附图获得。所描述的和/或图示的所有特征本身或任何组合形成本发 明的主题，独立于它们的权利要求的包含物或它们的背景参考文献。
图1示出根据本发明的实施例带有混合气体的装置的用含S02的
气体生产S03的转化器的示意剖面图，图中示出气流； 图2示出将第二气流引入第一气流的区域； 图3示出根据本发明的装置的环状管的部分俯视图；且 图4示出沿图3中的IV-IV线截取环状管的剖视图。
具体实施例方式
图1所示的将S02转化为S03的转化器1包括从Kl到K5总共 五个接触级，催化剂(具体是包含五氧化二钒的催化剂)设置在其中，以将S02转化为S03。在穿过从K1到K3三个接触级后，所获得的包 含so3的气体供给到未图示的热回收装置和中间吸收装置，以至少部 分地从工艺气体中去除三氧化硫。然后包含so2的工艺气体在底部再 次供给到转化器，以穿过接触级K4和K5。本发明主要用于在转化器 1的第一区域的Kl到K3接触级实现，因此下面的描述被限制在这个 区域。在可选择的实施例(未图示)中，本发明的混合方法也可在转 化器的第二区域(从K4到K5的接触级)实现。
包含S02的气体通过中央供给管2供给到转化器1中，该包含S02 的气体从顶部到底部穿过供给管，并在供给管的下端通过挡板3转向 180°。因此，第一气体从底部到顶部穿过第一换热器WT1,并排出到 设置在换热器WT1之上的混合室4，该第一换热器具体构成为管式换 热器。
第二气体(例如为再循环的包含S03的工艺气体或者比第一气体 温度低的包含S02的气体)通过供给管5和邻接的连接管6同样被引 入到混合室4，并与第一气体混合，连接管6通过供给口 7与围绕中 央供给管2延伸的环状管8相连。这里供给管5围绕中央供给管2引 导，例如在转化器l的外面，例如为四分之三环形，其中连接管从供 给管5向下分出支路，并进入转化器1。第二气体从中排出的环状管8 直接设置在集成换热器WT1之后，即没有互连的另外的装置。
通过导管9，另外的例如冷的或热的包含S02的气体可以被供给 并在进入转化器1之前与包含so3的气体混合。
然后气体混合物流过第一接触级Kl，接着穿过集成的换热器 WT1，以使在Kl接触级由于放热反应而升高温度的工艺气体的温度 冷却到适合进入第二接触级K2的约400。C的温度，同时加热通过中央 供给管2提供的包含S02的第一气体。在穿过第二接触级K2后，工 艺气体依次穿过集成换热器WT2，以冷却到适合于第三接触级K3的 约为400。C的入口温度，在穿过第三接触级K3后通过出口 10从转化 器1抽出，并供给到中间吸收装置。
要注意的是以上所描述的包括使第一气流在进入换热器WT1前转向的结构对于包含多个换热器的转化器是优选的。可选择的，可从 上方或下方供给气体，其中在换热器的出口进行混合。
在图2和图4中，详细示出了混合第一和第二气体的装置。在图 2中，第一气体从下方进入第一换热器WT1，然后排出到混合室4中。 经过连接管6和供给口 7，第二气体送入环状管8，从该环状管通过多 个开口 11 (参照图4)向下方排入到混合室4中。这里开口 11布置成 几排孔，这几排孔可以相互偏移的布置，因此第二气体作为多个小流 送入第一气体，并且由于逆流送入所引起的湍流，可容易地与第一气 体混合。在这里未示的另一个具体实施例中，除了设置在环状管8下 表面的开口 11或代替设置在环状管8下表面的开口 11，相应的开口 也可设置在环状管8的上表面，以同向地将第二气体送入到第一气体 中。
可从图3得出，三个同心环状管8围绕中央供给管2布置，环状 管通过均匀分布在转化器1周围的四个连接管6和供给口 7供给有第 一气体。
通过本发明，可实现两种气流的均质混合，因此位于第一接触级 Kl的入口的工艺气体的成分和温度可容易的调整。
在气体进入转化器之前混合两种气流在本发明的范围之内。在这 种情况下，在混合气体进入转化器1之前提供混合室4和环状管8的 结构。附图标记列表
1 转化器
2 中央供给管
3 挡板
4 混合室
5 供给管
6 连接管
7 供给口
8 环状管
9 支路管
10 出口
11 开口 Kl-K5接触级 WT1-WT3 集成换热器
权利要求
1、用于在转化器中混合两种不同温度和/或成分的气体以用包含SO2的气体生产SO3的方法，其中包含SO2的第一气流通过中央供给管被引入到转化器中，并穿过集成换热器，其中第二气流通过直接在集成换热器之前或之后设置在转化器中的环状管供给，第二气流通过多个开口从该环状管中排出并送入第一气流，因此与第一气流混合，其中所获得的气体混合物随后被提供到转化器的接触级，在该接触级中在催化剂上SO2至少部分地转化为SO3。
2、 如权利要求l中所述的方法，其特征在于第二气流逆流送入到 第一气流中。
3、 如权利要求1或2中所述的方法，其特征在于第二气流同向送 入到第一气流中。
4、 如上述权利要求任意一项所述的方法，其特征在于第一气流包 含多于13体积％的S02，第二气流包含5到25体积％的S03。
5、 如权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于第二气流包 含直到13体积°/。的S02,具有80到300。C的温度，优选为100到120°C。
6、 如上述权利要求任意一个所述的方法，其特征在于第二气流小 于第一气流。
7、 用于在转化器(1)中混合两种气体以用包含S02的气体生产 S03的装置，尤其是执行上述任意一个权利要求所述方法的装置，包 括用于第一气体的供给管(2)和用于第二气体的环状管(8)，该第一 气体被引入到转化器(1)中，并穿过集成换热器(WT1)，该环状管 直接在集成换热器(WT1)之前或之后设置在混合室(4)中，其中 环状管(8)包括多个开口 (11)，以将第二气体排出到混合室(4)中。
8、 如权利要求7所述的装置，其特征在于第一气体被引入到转化 器(1)中，穿过集成换热器(WT1)，该集成换热器优选围绕中央供 给管(2)设置。
9、 如权利要求7或8所述的装置，其特征在于环状管(8)围绕用于第一气体的中央供给管(2)设置。
10、 如权利要求7到9任一项所述的装置，其特征在于混合室(4) 设置在换热器(WT1)之上或之下。
11、 如权利要求7到10任一项所述的装置，其特征在于环状管(8 ) 中的开口 (11)面向换热器(WT1)。
12、 如权利要求7到11任一项所述的装置，其特征在于环状管(8 ) 中的开口 (11)背对换热器(WT1)。
13、 如权利要求7到12任一项所述的装置，其特征在于在环状管 (8)的上表面和/或下表面上设置有一排或多排孔，第二气体通过这些 孔排出。
14、 如权利要求7到13任一项所述的装置，其特征在于，设置多 个，具体是三个同心的环状管(8)，第二气体从环状管排出。
15、 如权利要求7到14任一项所述的装置，其特征在于环状管(8) 与用于第二气体的共同供给管(5)连接。
16、 如权利要求15所述的装置，其特征在于用于第二气体的共同 供给管(5)至少部分地围绕用于第一气体的中央供给管(2)引导， 多个向下延伸的连接管(6)连接共同供给管(5)和环状管(8)。
17、 如权利要求16所述的装置，其特征在于连接管(6)均通过 供给口 (7)与所有的环状管(8)连接。
全文摘要
在转化器中混合两种不同温度和/或成分的气体，以用包含SO<sub>2</sub>的气体生产SO<sub>3</sub>时，包含SO<sub>2</sub>的第一气流通过中央供给管被引入到转化器中，并穿过设置在中央供给管周围的集成换热器，第一气流从下向上穿过中央供给管。第二气流通过设置在集成换热器上方的环状管提供，第二气流通过多个开口从该环状管中排出并送入第一气流，因此与第一气流混合。然后，所获得的气体混合物被提供到转化器的接触级，在其中在催化剂上SO<sub>2</sub>至少部分地转化为SO<sub>3</sub>。
文档编号C01B17/00GK101679037SQ200880019767
公开日2010年3月24日 申请日期2008年6月6日 优先权日2007年6月13日
发明者D·卡切罗·芬托萨, K-H·道姆, W·沙尔克 申请人:奥图泰有限公司