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Vorrichtung zum Abkühlen von Gasen (Ouenche) unter Bildung eines korrosiven Kondensates

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abkühlen von heißen Gasen (Quenche) unter Bildung eines korrosiven Kondensats, die einen druckbeständigen Behälter und mindestens ein korrosionsbeständiges innenliegendes Gasführungsrohr aufweist, sowie ein Verfahren zum Abkühlen von Gasen, die korrosive Kondensate bilden, das die genannte Vorrichtung verwendet.

Viele chemische Prozesse, die unter Druck betrieben werden, beinhalten einen Schritt des raschen Abkühlens heißer Gase unter partieller oder vollständiger Kondensation derselben, bei denen das sich bildende Kondensat äußerst korrosiv ist. Einen solchen Schritt des raschen Abkühlens bezeichnet man gemeinhin als „Quenchen" (die erfindungsgemäße Vorrichtung wird im folgenden daher gelegentlich auch als erfindungsgemäße Quenche bezeichnet). Beim Quenchen wird im allgemeinen das heiße Gas mit einer vergleichsweise großen Menge eines Kühlmediums, das auch aus dem eigentlichen Kondensat bestehen kann, in Kontakt gebracht und dabei teilweise oder vollständig kondensiert. Die entstehenden Kondensate sind vielfach hochkorrosiv. Dabei stellt der Kontakt mit dem noch heißen trockenen Gas mit den Materialien der Quenche im allgemeinen noch kein Problem dar. Korrosionsprobleme entstehen jedoch dort, wo heiße kondensierte feuchte Phase in Kontakt mit den Materialien der Quenche kommt. In diesen Bereichen müssen Temperaturen insbesondere von oberhalb von etwa 110 ⁰ C vermieden werden, da sonst Korrosion einsetzt. Im Falle von Prozessen, die nur unter geringen Drücken betrieben werden, kann das Problem im allgemeinen dadurch gelöst werden, dass man die Quenche aus einem korrosionsbeständigen Material konstruiert, wie beispielsweise Keramik, Kunststoff oder Graphit. So beschreibt beispielsweise die am 14.5.2006 unter http://www.sglcarbon.com/gs/prodser/process/pdf/pe_201_d.pdf abrufbare Broschüre

„KOLONNEN, DIE REIHENWEISE PERFEKT GEBAUT SIND" der SGL ACOTEC GmbH auf Seite 26 eine Quenche, die vollständig aus Graphit gefertigt ist. Solche Quenchen aus Graphit sind nur bei niedrigen überdrücken zugelassen. Ist ein Quenchen bei höheren Drücken erforderlich, bedarf es jedoch eines dafür zugelassenen Materials. Derartige Materialien, wie beispielsweise legierte Stähle oder Sonderwerkstoffe sind jedoch in einigen Fällen nicht dauerhaft korrosionsbeständig oder so teuer, dass ihr Einsatz wirtschaftlich nicht vertretbar ist. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand daher in der Bereitstellung einer Vorrichtung zum Abkühlen von heißen, unter Druck stehenden Gasen (Quenche), die dabei teilweise oder vollständig kondensieren und ein äußerst korrosives Kondensat bilden (gegebenenfalls zusammen mit dem umgebenden Kühlmedium).

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt durch die Bereitstellung einer Vorrichtung zum Abkühlen von heißen Gasen (Quenche), die eine druckbeständige Wand und mindestens ein korrosionsbeständiges, innenliegendes Gasführungsrohr aufweist. Durch die Verwendung einer Kombination von druckbeständiger Wand und korrosionsbeständigem, innenliegenden Gasführungsrohr gelingt es, die druckbeständige aber nicht korrosionsbeständige Wand vor der Einwirkung von kondensierter Phase bei höherer Temperatur weitgehend zu schützen und somit deren Korrosionswirkung zu reduzieren. Dadurch kann die Quenche einerseits überhaupt erst unter Druck betrieben werden und andererseits sind als druckfeste Materialien konventionelle preiswerte Materialien, wie die üblichen Stahllegierungen, die im Kessel- und Apparatebau verwendet werden, nutzbar.

Heiße Gase im Sinne der Erfindung meint insbesondere solche mit einer Temperatur von etwa 100 bis 2000° C, bevorzugt solche einer Temperatur im Bereich von 110 bis 1000 ⁰ C . Dabei kann es sich beispielsweise um Abgase und Rauchgase aus Verbrennungsprozessen aller Art handeln, bei deren Kondensation mit Wasser hochkorrosive Flüssigkeiten gebildet werden. Es kann sich weiterhin um heiße Prozessgase chemischer Synthese-Verfahren handeln, wie beispielsweise das Prozessgas eines Deacon-Verfahrens (Katalysierte Oxidation von HCl mit Sauerstoff unter Bildung von Chlor und Wasser), etc.

Mit der erfindungsgemäßen Quenche gelingt es, die genannten heißen Gase je nach Eintrittstemperatur auf beispielsweise unterhalb von 100 ⁰ C (Temperatur am Gasaustritt der Quenche) abzukühlen.

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Abkühlen von heißen Gasen (Quenche), die eine druckbeständige Wand und mindestens ein korrosionsbeständiges, innenliegendes Gasführungsrohr aufweist.

Bevorzugt ist eine Vorrichtung zum Abkühlen von heißen Gasen mindestens aufweisend einen Gaseinlass, einen druckbeständigen Behälter mit der druckbeständigen Wand, einer Kontaktzone, einem Sumpfbereich und einem Kopfbereich für die Aufnahme eines Kondensats, einem Auslass für das abgekühlte Gas, einem Umpumpkreislauf, der Kondensat aus dem Sumpfbereich über einen

Wärmetauscher in den Kopfbereich fordert, wobei die Kontaktzone aus einem oder mehreren

Kontaktrohren besteht, in denen Kondensat mit dem heißen Gas in Kontakt gebracht wird und wobei das Kontaktrohr das korrosionsbeständige innen liegende Gasführungsrohr bildet.

Weiter bevorzugt ist eine Ausführung der neuen Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist , dass der Gaseinlass im Sumpfbereich und der Gasauslass im Kopfbereich des Behälters angebracht ist, so dass das Gas im Kontaktrohr im Gegenstrom mit dem Kondensat im Kontaktrohr in Kontakt gebracht wird.

Bevorzugt ist auch eine alternative Vorrichtung, bei der der Gaseinlass im Kopfbereich und der Gasauslass im Sumpfbereich des Behälters angebracht ist, so dass das Gas im Mitstrom zum Kondensat im Kontaktrohr in Kontakt gebracht wird.

In einer besonders bevorzugten Ausführung der Vorrichtung besteht die druckbeständige Wand der Vorrichtung aus einem Material, das ausgewählt wird aus der Gruppe, die besteht aus: Stahl, Stahllegierungen, insbesondere mit Chrom, Nickel oder Molybdän, Tantal und Tantallegierungen, wobei die Materialien gegebenenfalls mit Kunststoff oder anderen metallischen Werkstoffen ausgekleidet oder mindestens teilweise beschichtet sind.

Das korrosionsbeständige innen liegende Gasführungsrohr besteht insbesondere bevorzugt aus einem Material, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die besteht aus: Graphit und Modifikationen davon, Keramik, insbesondere Siliciumcarbid und Siliciumnitrid, aus Quarzglas oder aus Kunststoffen, insbesondere aus Fluor enthaltenden Polymere, besonders bevorzugt aus Tetrafluoφerfluoralkoxyvinylether-Copolymerisat (PFA), Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyvinylidenfluorid (PVDF) oder Poly(ethylencochlortrifiuorethylen) (ECTFE).

In einer besonders vorteilhaften Ausführung der Vorrichtung ist der Gaseinlassstutzen druckfest ausgebildet und thermisch isoliert und/oder beheizbar.

In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführung der Vorrichtung weist der Sumpfbereich und/oder der Kopfbereich des Behälters mindestens in den vom Gas berührten Teilen eine zusätzliche korrosionsbeständige Wand oder Beschichtung auf.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Vorrichtung ist der Zwischenraum zwischen der druckfesten Wand und der korrosionsbeständigen Wand mit einem Schutzgas, insbesondere mit Inertgas, beaufschlagbar.

Eine andere besonders bevorzugte Ausführung der Vorrichtung ist so gestaltet, dass die Gasführungsrohre im Betrieb auf ihrer Außenseite von gekühltem Kondensat umgeben sind, das am oberen Ende der Gasführungsrohre in die Gasführungsrohre hineinfließt.

Eine weitere besonders bevorzugte Ausführung der Vorrichtung ist so gestaltet, dass sich die druckbeständige Wand im Betrieb mindestens zum Teil in Kontakt mit dem Kondensat befindet.

Eine weitere besonders bevorzugte Ausführung der Vorrichtung ist so gestaltet, dass sich im Betrieb zwischen der druckbeständigen Wand und den Gasführungsrohren Kondensat befindet.

Besonders bevorzugt ist weiterhin eine Ausführung der neuen Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass im oberen Teil der Gasführungsrohre Düsen zum Einspritzen und

insbesondere Verdüsen von gekühltem Kondensat angeordnet sind wobei insbesondere im Betrieb das zu kühlende Gas im Gleichstrom zum Kondensat geführt wird.

Weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Abkühlen von heißen, korrosiven Gasen.

Bevorzugt ist die Verwendung der neuen Vorrichtung, in der die heißen Gase eine Temperatur im Bereich von 100 bis 2000 ⁰ C, bevorzugt im Bereich von 110 bis 1000 ⁰ C aufweisen.

Das heiße Gas ist insbesondere ein Produktgas einer katalysierten Gasphasenoxidation von HCl und Sauerstoff ist und enthält insbesondere bevorzugt HCl und Wasser.

Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zum Abkühlen heißer Gase, insbesondere einer Temperatur im Bereich von 100 bis 2000 ⁰ C unter Verwendung der vorgenannten erfindungsgemäßen Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass das heiße Gas im Gegenstrom oder Mitstrom durch das oder die Gasführungsrohre der Vorrichtung geleitet wird und durch Kontakt mit dem Kondensat gekühlt wird.

Bevorzugt ist ein Verfahren, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck der Gasflüssigkeitskontaktzone bis 1000 bar beträgt.

Besonders bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem das zu kühlende Gas Chlorwasserstoff und Wasser enthält und insbesondere Produktgas einer Gasphasenoxidation von HCl mit Sauerstoff ist, wobei das Gas im Bereich der Gasführungsrohre bis zur Kondensation von HCl und Wasser gekühlt wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine druckbeständige Wand auf. Druckbeständig im Sinne der Erfindung bedeutet insbesondere druckbeständig oberhalb eines überdrucks von 0,5 bar, bevorzugt oberhalb von 6 bar, noch bevorzugter oberhalb von 10 bar bis zu einem Druck von etwa 1000 bar. Die druckbeständige Wand der Vorrichtung besteht bevorzugt aus einem Material, das ausgewählt wird aus der Gruppe der üblichen Stahllegierungen, die im Kessel- und Apparatebau verwendet werden, auch aus Werkstoffen, die bewusst mit Chrom, Nickel, Molybdän legiert sein können, sowie aus Werkstoffen wie Tantal und Legierungen, deren Beständigkeit durch Verbinden mit Edelmetallen wie Platin und/oder Palladium weiter erhöht werden. Diese üblichen Materialien können auch mit Kunststoffen wie insbesondere fluorenthaltende Polymere, wie PFA, PTFE, PVDF, HALAR-Typen etc. oder mit metallischen Werkstoffen wie Tantal ausgekleidet sein.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist mindestens ein korrosionsbeständiges, innenliegendes Gasführungsrohr auf. Wenn in der vorliegenden Anmeldung die Begriffe „Gasführungsrohr" oder

„Gasführungsrohre" verwendet werden, so bedeutet dies stets ein oder mehrere Gasführungsrohre.

Die Gasführungsrohre dienen dazu, das heiße Gas, das aus einem ebenfalls druckbeständigen

Gaseinlassstutzen in die Quenche gelangt, aufzunehmen und darin abzukühlen. Dadurch wird insbesondere der Kontakt der heißen kondensierten Phase mit der druckbeständigen, aber im allgemeinen nicht korrosionsbeständigen Außenwand bereits weitgehend vermieden. Die Gasführungsrohre sind in der erfindungsgemäßen Vorrichtung im allgemeinen im wesentlichen senkrecht angeordnet.

Die korrosionsbeständigen, innenliegenden Gasführungsrohre bestehen bevorzugt aus einem Material, dass aus der Gruppe ausgewählt wird, die besteht aus: Graphit und Modifikationen davon, Keramik wie Siliciumcarbid, Siliciumnitrid, Quarzglas, Kunststoffe wie fluorenthaltende Polymere, wie PFA, PTFE, PVDF, Halar-Typen usw.

Die korrosionsbeständigen, innenliegenden Gasführungsrohre bestehen im Allgemeinen aus einem Material, das nicht druckbeständig ist, also insbesondere überdrücken oberhalb von 0,5 bar, bzw. besonders oberhalb von etwa 6 bar nicht widersteht.

Die erfϊndungsgemäße Vorrichtung erlaubt es preiswerte Materialien zu einer druckfesten, korrosionsbeständigen Vorrichtung zu kombinieren.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist im Allgemeinen einen ebenfalls druckfesten Gaseinlassstutzen auf. Der Gaseinlassstutzen muss druckfest sein, braucht aber nicht aus einem besonders korrosionsbeständigem Material zu bestehen, da das eintretende heiße noch nicht kondensierte, trockene Gas im allgemeinen nicht korrosiv ist. Die Korrosivität tritt erst auf, wenn kondensierte insbesondere feuchte wässrige Phase bei erhöhten Temperaturen auf den insbesondere metallischen Werkstoff trifft. Bei Bedarf kann der Gaseinlassstutzen beheizt werden, um eine Kondensation des eintretenden Gases bereits in diesem Bereich zu verhindern. Der Gaseinlassstutzen befindet sich in der im Gleichstrom betriebenen Ausführungsform in der erfindungsgemäßen Vorrichtung zweckmäßig oberhalb der korrosionsbeständigen, innenliegenden Gasführungsrohre und steht nicht im Kontakt mit der umlaufenden Kühlflüssigkeit, um eine Korrosion des Gaseinlassstutzen zu vermeiden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung sieht bevorzugt Mittel vor, die einen Kontakt der druckbeständigen Wand mit kondensierter Phase bei höheren Temperaturen von insbesondere mehr als 110 ⁰ C vermeiden. Dies sind im allgemeinen die Bereiche der Vorrichtung, bei der relativ hohe Temperaturen, wie von insbesondere mehr als 110 ⁰ C in feuchter Umgebung auftreten, wie es beispielsweise in Bild 3 im Bereich zwischen Gaseinlassstutzen 3 und druckbeständiger Wand 5 der Fall ist.

In einer bevorzugten Vorrichtung der Erfindung wird als ein Mittel, um einen Kontakt von korrosionsanfälligen Teilen der Vorrichtung, insbesondere der druckbeständigen Wand mit

- o - kondensierter Phase bei höheren Temperaturen von insbesondere mehr als 110 ⁰ C zu vermeiden, eine Zuleitung für ein Sperr- bzw. Inertgas im Bereich zwischen druckbeständiger Wand und Gaseinleitungsstutzen verwendet. Das Sperrgas verhindert, dass heißes eintretendes Gas in Gegenwart von kondensierter Phase in Kontakt mit den korrosionsanfälligen Teilen kommt. Eine bevorzugte Ausfuhrungsform dieser Mittel für eine im Gleichstrom betriebene erfindungsgemäße Quenche zeigt Bild 3. Wie Bild 3 zeigt, können zusätzlich Strömungsleitungsvorrichtungen, wie der Innenkegel 7 vorgesehen werden, um den Kontakt von heißem Gas mit der Wand im Bereich der Kühlflüssigkeit zu vermeiden.

Eine weitere bevorzugte Ausfuhrungsform dieser Mittel für eine im Gegenstrom betriebene erfindungsgemäße Quenche zeigt Bild 1.

Ein bevorzugtes Sperrgas in der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann beispielsweise ein Inertgas, wie Stickstoff oder ein Edelgas sein. In einem Prozessgas eines Deaconprozesses ist es bevorzugt Sauerstoff, der sich ohnehin in diesem Prozessgas in großen Mengen befindet.

In einer bevorzugten Vorrichtung der Erfindung sind die korrosionsbeständigen Gasführungsrohre zumindest teilweise von einer Kühlflüssigkeit umgeben. Diese Kühlflüssigkeit tritt weiterhin bevorzugt am oberen Teil der Gasführungsrohre in die Gasführungsrohre hinein. Am unteren Ende der Gasführungsrohre wird die Kühlflüssigkeit aufgenommen und nach Abkühlen in der Vorrichtung umgepumpt bzw. zurückgeführt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist im allgemeinen so beschaffen, dass sich mindestens ein Teil, im allgemeinen der größere Teil der druckbeständigen Wand in Kontakt mit der umlaufenden Kühlflüssigkeit befindet. Dadurch wird wirkungsvoll verhindert, dass in diesem Bereich eine Korrosion der im allgemeinen nicht oder wenig korrosionsbeständigen druckhaltenden Wand stattfindet, da die dazu erforderlichen Temperaturen in diesen Bereichen im allgemeinen nicht erreicht werden.

Bevorzugt ist die erfindungsgemäße Vorrichtung so ausgestaltet, dass sich zwischen der druckbeständigen Wand und den Gasführungsrohren die umlaufende Kühlflüssigkeit befindet, die am oberen Ende in die Gasführungsrohre eintritt und unten gesammelt und umgepumpt wird.

In der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. im erfindungsgemäßen Verfahren wird als Kühlflüssigkeit insbesondere Wasser oder eine wässrige Säure, wie verdünnte Salzsäure verwendet. Weiterhin sind andere prozessspezifische Waschmittel, wie etwa Alkohole oder etwa wässrige Aminlösungen denkbar.

In einer Ausfuhrungsform der Vorrichtung, wie sie beispielsweise in Bild 3 gezeigt ist, wird das eintretende heiße Gas im Gleichstrom zur Kühlflüssigkeit geführt. In einer solchen im Gleichstrom

betriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtung weist diese im oberen Teil der Gasführungsrohre zusätzlich Düsen zum Einspritzen der Kühlflüssigkeit auf.

In einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung, wie sie beispielsweise in Bild 1 gezeigt ist, wird das eintretende heiße Gas im Gegenstrom zur Kühlflüssigkeit geführt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist im allgemeinen zum Abkühlen von heißen Gasen einer Temperatur im Bereich von 100 bis 2000° C, bevorzugt im Bereich von 110 bis 1000 ⁰ C (gemessen am Gaseinlassstutzen) geeignet ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist im allgemeinen so beschaffen, dass sie zum Betrieb bei überdrücken im Bereich von 0,5 bis 1000 bar, bevorzugt bei 6 bis 1000 bar geeignet ist.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Abkühlen heißer Gase, das die vor- und nachstehend beschriebene Vorrichtung verwendet. Dieses Verfahren kann bevorzugt in einem überdruckbereich zwischen 6 bis 1000 bar betrieben werden. Weiterhin liegt die Temperatur des eintretenden Gases bevorzugt im Bereich von 110 bis 1000° C.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren beispielhaft näher erläutert.

Bild 1 zeigt eine schematische Darstellung einer im Gegenstrom von Flüssigkeit und zu quenchendem Gas betriebenen speziellen erfindungsgemäßen Vorrichtung, wie sie beispielsweise zur erfindungsgemäßen Abkühlung von heißen, partiell oder auch vollständig kondensierenden Gasen mit korrosiven Eigenschaften des heißen Kondensats eingesetzt werden kann. Dem Fachmann ist klar, dass einzelne dort offenbarte Merkmale auch Aufnahme in den allgemeineren Kontext der Patentansprüche finden können bzw. mit diesen kombiniert werden können.

Der heiße Gasstrom 1, der unter anderem Chlorwasserstoff und Wasser enthält (Stickstoff 11 Gew%, Sauerstoff 27 Gew%, Kohlendioxid 9 Gew%, Chlor 39 Gew%, Wasser 9 Gew%, und Chlorwasserstoff 5 Gew%), tritt dabei in den unteren Teil (Sumpfbereich 31) des Quench-Apparats 2 ein. Nach Abkühlung und Kondensation tritt der kalte Gasstrom 3 am oberen Teil (Kopfbereich 32) durch den Auslass 33 aus. Im mittleren Teil der Quenche 2 wird der Gasstrom durch Rohre 4 geführt. Die Rohre stehen in einer Flüssigkeit 5, hier Salzsäure, die aus gesammeltem, gekühltem Kondensat des Gasstroms 1 besteht. Die Rohre 4 werden an ihrer Unterseite in einem Rohrboden 20 gefasst. An ihrem oberen Ende werden sie durch ein Stützgitter 24 fixiert. Dieses Stützgitter erlaubt einen freien Durchtritt der Flüssigkeit 5. Die Flüssigkeit 5 wird aus dem Sumpf 6 der Quenche 2 über eine Kreislaufleitung 7 mit der Pumpe 8 in deren mittleren Teil gefördert. Die Flüssigkeit tritt durch den Flansch 25 am unteren Ende der Rohre 4 in die Quenche 2 wieder ein. überschüssige Flüssigkeit 9 wird abgezogen. Zur Kühlung der Flüssigkeit in der Kreislaufleitung dient der Wärmeübertrager 10.

Im mittleren Teil der Quenche 2 läuft die Flüssigkeit 5 am oberen Ende der Rohre 4 in diese hinein und rinnt an der Rohrinnenseite im Gegenstrom zum aufsteigenden Gasstrom hinab.

Damit die Flüssigkeit 5 dabei gleichmäßig auf der Rohrinnenseite verteilt werden kann, ist es üblich, die Stirnseite der Rohre 4 wie in Bild 2 gezeigt z.B. mit Zacken 11 auszuführen. Es kann jedoch auch jede andere Art von Flüssigkeitsverteilung wie zum Beispiel Schlitze, die axial oder tangential in das obere Ende der Rohre eingearbeitet sind, verwendet werden.

Der Gasstrom wird nun durch die herabrinnende Flüssigkeit gekühlt und seine kondensierbaren Bestandteile partiell oder auch vollständig kondensiert.

Es muss dabei verhindert werden, dass heißes Kondensat mit den Teilen der Quenche 2 in Berührung kommt, die es korrosiv angreift. Ein solches Kondensat ist hier heiße Salzsäure. Ein korrosiver Angriff muss z.B. beim Gaseintrittsstutzen 12 oder der Wand 13 der Quenche oder dem Rohrboden 20 verhindert werden.

Dies ist z.B. beim Gaseintrittsstutzen 12 durch eine Reihe von Maßnahmen möglich: Zunächst wird der Stutzen 12 durch eine Beheizung dagegen geschützt, dass an ihm das eintretende Gas

kondensiert. In Bild 1 ist dazu beispielsweise ein Doppelmantel 14 skizziert, der über den Stutzen 15 mit einem Heizmedium, wie z.B. Dampf, oder Heißwasser oder auch einem Wärmeträgeröl versorgt wird. über den Stutzen 16 kann das Heizmedium wieder abgezogen werden. Eine alternative Beheizungsmöglichkeit wäre z.B. ein elektrischer Heizleiter, der um den Stutzen 12 gewickelt werden könnte.

Um eine Benetzung des Stutzens 12 mit Kondensat, das aus den Rohren 4 tropft zu vermeiden, sind weitere Maßnahmen nötig: Zunächst müssen die Rohre 4 einen deutlichen Abstand vom Stutzen 12 aufweisen. Dies ist in Bild 1 dadurch gelöst, dass die Rohre 4 nicht den gesamten Querschnitt der Quenche 2 ausfüllen, sondern nur einen Teil. Dieser Teil ist so bemessen, dass ein Spritzschutz 17 zwischen Stutzen 12 und Rohren 4 installiert werden kann. Dieser Spritzschutz wird auf der einen Seite mit heißem Gas und auf der anderen mit Kondensat beaufschlagt. Deshalb kann nicht ausgeschlossen werden, dass sich das Kondensat aufheizt und eine Temperatur annimmt, die zu einem korrosiven Angriff auf das Material des Spritzschutzes führt. Da der Spritzschutz keine Wand nach außen darstellt, wird an ihn nicht die Anforderung gestellt, druckfest zu sein. Er kann deshalb aus einem Material hergestellt werden, das nicht druckfest ist, aber sehr wohl stabil ist gegenüber heißen, korrosiven Flüssigkeiten wie heißer Salzsäure. Beispielsweise kommen dafür Siliciumcarbid oder Siliciumnitrid oder andere geeignete keramische Werkstoffe oder Kunststoffe in Frage.

Um eine Benetzung der Wand 13 mit heißem, korrosiven Kondensat zu vermeiden, ist der mittlere Teil der Quenche 2, in dem die Rohre 4 angeordnet sind, mit kaltem Kondensat geflutet. Das kalte Kondensat ist im Gegensatz zum heißen Kondensat nicht so korrosiv, so dass geeignete metallische Werkstoffe, die druckfest, aber nicht zu korrosionsfest sind, dafür verwendet werden können.

Im oberen Teil der Quenche 2, oberhalb der Rohre 4, ist die Wand 13 zwar nicht mehr durch kaltes Kondensat geschützt, aber hier ist das Gas bereits abgekühlt, so dass kein heißes Kondensat mehr entstehen kann.

Im unteren Teil 31 der Quenche 2, unterhalb der Rohre 4, sind wieder mehrere Maßnahmen zu treffen, um Korrosion an der Wand 13 zu vermeiden. Zunächst muss verhindert werden, dass heißes Gas aus dem Eintrittsstutzen 12 an die Wand gelangt. Dazu wird der Stutzen 12 durch ein zylindrisches Rohr 18 geführt. Das Rohr 18 kann von heißem, korrosiven Kondensat, das aus den Rohren 4 tropft, benetzt werden und muss daher aus einem Material hergestellt sein, das stabil ist gegenüber heißen, korrosiven Flüssigkeiten. Da das Rohr 18 nicht drucktragend ist, kommen dafür wieder die gleichen Materialien in Frage wie für den Spritzschutz 17. Um zu vermeiden, dass heißes Gas unter dem Rohr 18 durchströmt und an die Wand 13 gelangt, steht das Rohr 18 in der Sumpfflüssigkeit 6 auf einem Tragring 19. Damit heißes Gas nicht zwischen Rohr 18 und

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Rohrboden 20 hindurchströmt und an die Wand 13 gelangt, wird das Rohr 18 mit einer Federkonstruktion 21 an den Rohrboden 20 gepresst.

Da diese Pressung nicht zu einer völligen Abdichtung führt und weil der Stutzen 13 durch eine öffnung in das Rohr 18 gesteckt ist, können weitere Maßnahmen getroffen werden, um die Entstehung von heißem, korrosiven Kondensat an der unteren Wand 13 zu verhindern. Dazu wird über den Stutzen 22 ein Sperrgas 23 in den Raum zwischen der unteren Wand 13 und dem Rohr 18 geleitet. Dieses Sperrgas kann ein Inertgas wie Stickstoff oder Argon sein, es könnte aber auch Luft oder Kohlendioxid zum Einsatz kommen. Die Art des Sperrgases hängt von seiner Eignung im Prozess ab, für den die Quenche verwendet wird. Für einen HCl-Oxidationsprozess (Deacon- Prozess) kann ein weiteres, besonders geeignetes Sperrgas Sauerstoff sein, da dieses Gas im Prozess zur Oxidation von HCl-Gas zu Chlor verwendet wird und daher keine Fremdkomponente darstellt.

Das Sperrgas verhindert nun, dass ein Teil des Gasstroms 1, nachdem es den Stutzen 12 verlassen hat, zwischen Rohr 18 und Wand 13 strömt. Die Gasströmung wird dadurch verhindert, dass das Sperrgas 23 nur durch den Spalt zwischen Rohrboden 20 und Rohr 18 sowie durch den Spalt zwischen dem Stutzen 12 und der öffnung im Rohr 18 in den Innenraum der Quenche strömen kann. Da es durch diese beiden Spalte strömen muss, hindert es das eintretende Gas 1 am Durchströmen der beiden Spalte in der Gegenrichtung.

Auch der Rohrboden 20 wird durch ein Bündel von Maßnahmen gegen heißes, korrosives Kondensat geschützt. Auf der einen Seite des Rohrbodens 20 steht das gekühlte Kondensat, das ebenfalls den Rohrboden kühlt. Heiße Gase können zwar auf der anderen Seite kondensieren, allerdings bildet sich durch die Kühlung des Rohrbodens ein kalter Kondensatfilm, der einen Schutz gegen die darauf kondensierte, heiße, korrosive Flüssigkeit darstellt.

Die Kühlung des Rohrbodens kann durch weitere Maßnahmen verbessert werden. So kann der Rohrboden z.B. einen Kupferkern enthalten, der eine besonders hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist und damit zu einer besonders kleinen Temperaturdifferenz zwischen der kühlen Seite des Rohrbodens, auf der das gekühlte Kondensat steht, und der warmen Seite, an der das Gas kondensiert, führt.

Eine weitere Maßnahme kann darin bestehen, dass der Rohrboden selbst gekühlt wird. Er kann dazu z.B. aus zwei Scheiben hergestellt werden, wobei in die eine Seite der ersten Scheibe nutförmige Kanäle eingearbeitet werden. Die zweite Scheibe wird dann auf die Seite der ersten Scheibe gelegt, in die die Kanäle eingearbeitet sind. Nach geeigneter Verbindung der beiden Scheiben, z.B. durch Schrauben, weist der Rohrboden nun Kanäle auf, die von einem Kühlmittel durchströmt werden können.

Weiterhin sind die Rohre 4 nicht bündig in den Rohrboden 20 gesteckt, sondern ragen ein Stück aus dem Rohrboden hinaus. Dadurch werden die heißen Gase nicht unmittelbar am Rohrboden in die Rohre geführt, sondern in einem Abstand dazu. Dies hat den Vorteil, dass die heißen Gase am Eintritt in die Rohre keinen unmittelbaren Kontakt zum Rohrboden haben. Weiterhin wird die Stelle, an der die Rohre 4 durch den Rohrboden 20 geführt werden, durch einen Flüssigkeitsfilm gegen die hohe Gastemperatur geschützt.

Die Rohre 4 selbst sind dem Angriff durch korrosive, heiße Kondensate ausgesetzt. Da sie aber, genauso wie der Spritzschutz 17 und das Rohr 18 nicht drucktragend sein müssen, können sie aus denselben Materialien wie diese gefertigt werden.

In Bild 3 ist ein Prinzipbild eines Apparates zur erfindungsgemäßen Abkühlung von heißen, partiell oder auch vollständig kondensierbaren Gasen dargestellt, bei dem das zu kühlende sowie zu kondensierende Gas und die Kühlflüssigkeit im Gleichstrom geführt werden. Dem Fachmann ist klar, dass einzelne dort offenbarte Merkmale auch Aufnahme in den allgemeineren Kontext der Patentansprüche finden können bzw. mit diesen kombiniert werden können.

Der in der erwähnten Abbildung skizzierte und im folgenden näher beschriebene Apparat kann insbesondere zur Abkühlung und Kondensation von Gasen eingesetzt werden, deren heiße Kondensate, z.B. wässrige Salzsäure, korrosive Eigenschaften besitzen.

Das zu kühlende bzw. zu kondensierende Gas 1 tritt über einen als Einsteckrohr ausgeführten Stutzen 3 in den oberen Teil 32 des Quench-Apparates 2 ein. Von dort aus gelangt das noch immer heiße Gas direkt in ein korrosionsbeständiges Innenrohr 4 des Apparates. Da dieses Bauteil nicht druckbeständig, sondern lediglich formstabil sein muss, kommen hier neben beispielsweise keramischen Werkstoffen auch temperaturbeständige Kunststoffe in Frage. Das Einsteckrohr 3 und das Innenrohr 4 sind konzentrisch zueinander angeordnet, wobei der Innendurchmesser des Einsteckrohrs 3 typischerweise etwas kleiner, höchstens aber ebenso groß ist, wie der des korrosionsbeständigen Innenrohrs 4. Zwischen dem Innenrohr 4 und dem druckfesten Mantel 5 des Apparates befindet sich Kühlflüssigkeit 6, die kontinuierlich umgepumpt wird. Am oberen Ende des Innenrohres läuft die Kühlflüssigkeit 6 über und bildet auf der Innenseite des Innenrohres 4 einen Film, der einerseits das korrosionsbeständige Material des Innenrohres 4 vor zu hohen Temperaturen schützt und andererseits eine kalte Oberfläche für die Abkühlung und Kondensation des heißen Gases zur Verfügung stellt. Der vertikale Abstand zwischen dem Einsteckrohr 3 für die Gaszufuhr und dem korrosionsbeständigen Innenrohr 4 muss demnach so groß sein, dass ein ungehindertes Ablaufen der Flüssigkeit über die Innenrohr-Oberkante auch bei schwankenden Betriebszuständen gewährleistet ist. Hierfür kann es sinnvoll sein, die Rohroberkante des Innenrohres 4, wie in Bild 3 gezeigt, gezackt auszuführen. Zudem ist ein Kontakt zwischen der

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überlaufenden Kühlflüssigkeit 6 und dem heißen Einsteckrohr 3 unbedingt zu vermeiden, da dies zu Korrosion im betroffenen Bereich des Einsteckrohrs 3 führen kann.

Um weiterhin zu verhindern, dass heißes Gas durch den Spalt zwischen Einsteckrohr 3 und Innenrohr 4 an den druckhaltenden Mantel 5 des Apparates gelangt, wird ein trockenes Sperrgas 8 beständig in den Raum oberhalb des Spaltes gefördert, so dass sich ein hinreichend kaltes Gaspolster bildet und das abzukühlende Heißgas in das Innenrohr 4 gedrängt wird. Ein zusätzlich installierter Innenkegel 7 aus korrosionsbeständigem Material sorgt für eine vorteilhafte Strömungsführung für das Sperrgas. Die Auswahl eines geeigneten Sperrgases 8 ist im wesentlichen von den Gegebenheiten des Gesamtprozesses abhängig. Grundsätzlich möglich erscheinen jedoch vor allem Inertgase wie Stickstoff oder Argon, aber auch Luft oder Kohlendioxid. Im speziellen Fall eines HCl-Oxidationsprozesses (Deacon-Prozess) bietet es sich an, Sauerstoff als Sperrgas 8 einzusetzen, da dieser bei der Oxidation von HCl-Gas zu Chlor ohnehin im Prozess benötigt wird und demnach keine zusätzliche Komponente darstellt.

Neben dem Einströmen von heißem Gas in den Mantelbereich ist auch eine unerwünschte Abkühlung und Teilkondensation bereits innerhalb des Einsteckrohrs 3 bzw. an dessen

Innenwänden zu vermeiden. Hierzu kann es dann kommen, wenn zum Beispiel der Sperrgasstrom

8 für eine deutliche Abkühlung auf der Innenseite des gaszuführenden Einsteckrohrs 3 sorgen würde. Um dem entgegenzuwirken, ist die Wand des Einsteckrohrs 3 mit einer geeigneten

Isolierung 9 zu versehen. Unter Umständen ist eine zusätzliche Beheizung beispielsweise mittels Heizdampf oder auch elektrischer Energie vorzusehen.

Im oberen Teil des Innenrohres 4, allerdings unterhalb der Rohroberkante, sind schließlich eine oder mehrere Sprühdüsen 10 angeordnet, mit deren Hilfe Kühlflüssigkeit im Gasraum fein verteilt wird. Die Anordnung von Sprühdüsen kann auch in mehreren Ebenen untereinander erfolgen. Hierdurch kommt es zu einem intensiven Kontakt des zu kühlenden und zu kondensierenden Gases mit dem Kühlmedium, was zu einer schlagartigen Temperaturabsenkung sowie zu einer teilweisen oder gegebenenfalls auch vollständigen Kondensation des Gases führt. Die Sprühdüsen 10 sowie die im Innenrohr 4 liegende Zuführleitung und Düsenbefestigung selbst sind aus einem temperatur- und gleichzeitig korrosionsbeständigen Material auszuführen, da hier, ähnlich wie im Gaseintrittsbereich des Innenrohres 4, das heiße Gas auf von Kühlflüssigkeit bzw. Kondensat benetzte Bauteile trifft. Dagegen kann die Zuführleitung zu den Sprühdüsen in der Nähe der druckfesten Außenwand 5 aus dem gleichen Material ausgeführt werden, wie diese selbst, da hier die Temperatur etwa bei der des Kühlmittels liegt. Eine vollständige, druckfeste Abdichtung im Bereich des Durchtrittes der Zuführleitung zu den Sprühdüsen 10 durch das Innenrohr 4 ist nicht erforderlich.

Anschließend gelangt das inzwischen abgekühlte Gas gemeinsam mit der Kühlflüssigkeit bzw. dem Kondensat in den unteren Teil des Quench- Apparates der zur Trennung von Gas- und Flüssigphase dient. Hier kommt es nun erstmalig zum Kontakt zwischen Gas bzw. Kondensat und der druckfesten Außenwand 5 des Apparates. Aufgrund der bereits erfolgten Abkühlung von Gas und Kondensat im Innenrohr 4 ist jedoch der Einsatz eines Materials möglich, das bei einer deutlich geringeren Temperatur als der des Heißgases korrosionsbeständig ist.

Das nicht kondensierte, jedoch abgekühlte Gas 11 verlässt den Apparat über einen Gasaustritt 12. Einrichtungen zur Führung der Gasströmung 13, zum Beispiel Umlenkbleche, können hierbei dafür sorgen, dass möglichst wenig Kondensat- bzw. Kühlmittelflüssigkeit mit dem Gasstrom ausgetragen wird.

Die vom abgekühlten Gas abgeschiedene Flüssigkeit wird im Sumpf 14 des Apparates gesammelt und von dort aus mit Hilfe einer Pumpe 15 abgezogen. Ein Teil der Flüssigkeit wird als Kühlmittel über eine Kreislaufleitung zunächst zu einem Wärmetauscher 17 gefördert, dort auf ein festgelegtes Temperaturniveau abgekühlt und schließlich als Kühlmittel wieder den Sprühdüsen 10 und dem überlauf zwischen druckfestem Mantel 5 und Innenrohr 4 zugeführt. Eine geeignete Regelung sorgt dafür, dass die im System befindliche Kühlmittelmenge etwa konstant bleibt. Die durch die Kondensation als überschuss anfallende Flüssigkeitsmenge wird als Kondensat 16 abgezogen.