[发明专利]用于混合气体的方法和装置

说明书

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。