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Verfahren zur Gewinnung von hochprozentigen Gasgemischen von Schwefeldioxyd und Luft.
Die Gewinnung von reinem Schwefeldioxyd aus Röstgasen von Schwefelerzen oder Verbrennungsgasen von Schwefel geschieht in bekannter Weise, indem man das in diesen Gasen enthaltene Schwefeldioxyd in Wasser löst und dann durch Erhitzen der Lösung auf Siedetemperatur und Einblasen von Dampf wieder austreibt. Nach Kondensation des Dampfes erhält man annähernd 1000/oiges Schwefeldioxydgas.
Zur Weiterverarbeitung auf Kontaktschwefelsäure und Oleum wurde in früherer Zeit das so gewonnene reine Schwefeldioxyd mit dem dreifachen Volumen Luft gemischt und dann durch Überleiten des Gemisches über eine platinhaltige Kontaktsubstanz bei geeigneter Tempe- ratur in Schwefelsäureanhydrid übergeführt, welches durch Schwefelsäure absorbiert wird.
Obwohl dieses Verfahren gegenüber der später eingeführten direkten Verarbeitung von gereinigten Röstgasen grosse Vorzüge besass, so musste es doch aufgegeben werden, weil sich das Erhitzen der dünnen wässrigen S02-Lösung auf Siedetemperatur trotz umfangreicher Rück- gewinnung von Wärme zu teuer stellte. Man gebrauchte für die Gewinnung von lOO/'y reinem Schwefeldioxyd aus Röstgasen etwa 150 kg Kohle. Dieser Aufwand an Kohle und umfang-
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austreibung des Schwefeldioxydgases aus der Lösung und die Herstellung des Gasgemisches für den Schwefelsäureprozess nach dem im folgenden beschriebenen Verfahren bewirkt.
Wird beispielsweise ein Röstgas von 6 Volumenprozent SO2-Gahalt in aufsteigender Richtung durch einen 20 m hohen, mit Koksstücken gefüllten Turm geleitet, der mit der gerade erforderlichen Menge Wasser berieselet wird, so erhält man bei kühler Temperatur eine Lösung von
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Dieser Vorgang verläuft nach dem Henry Daltonschen Gasabsorptionsgesetz, nach welchem sich in jedem Punkte des Turmes ein Gleichgewichtszustand zwischen der Spannung des Schwefeldioxyds im Gase und in der Flüssigkeit herstellen muss.
Wenn man nun die im ersten Turm erhaltene SO2-Lösung auf einen zweiten Rieschturm aufgibt, durch welchen die erforderliche Menge frischer Luft in aufsteigender Richtung gesaugt wird, so muss der Prozess in umgekehrter Richtung verlaufen. Man wird alsdann unten eine annähernd von Schwefeldioxyd befreite Flüssigkeit und oben ein Gasgemisch von SOg und Luft erhalten. Da selbstverständlich bei der beschränkten Zeitdauer der Berührung stets eine gewisse Spannungsdifferenz zwischen dem SO2-Gehalt der Flüssigkeit und des Gases vorhanden sein muss, so wird man beim kalten Arbeiten niemals unter gewöhnlichen Verhältnissen einen ebenso reichen SO-Gehalt im Gasgemisch erlangen können, als der in den ursprünglichen Röstgasen war.
Eine solche Arbeitsweise kann trotz der grossen Reinheit der erzielten Gasmischung keinen praktischen Wert haben.
Der Erfindung gemäss wird nun die Gewinnung eines reichen und reinen Gasgemisches von S02 und Luft auch ohne Erhitzung der Schwefeldioxydiösung in der Weise erzielt. dass die Absorption des Sehwefeldioxyds aus den Ursprungsgasen unter Überdruck elwa nach dem Verfahren des österreichischen Patentes Nr. 103233 erfolgt und die Wiederaush'eibung ans der (kalten) wässrigen Lösung mittels eines Luftstromes unter Atmosphärendruck oder geringem
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Minderdruck, welcher durch die Ansaugung der beizumischenden Lufl ifi'vorgerufen wir < L
Man kann auf diesem Wege nicht nur Gasmischungen von 200/0 SO" und oo/o Luft erhalten.
sondern auch solche von noch höherem Gehalt, was von dem angewandten Absorptionsdruck abhängigist. Da indessen ein Gehalt von 25 Volumenprozent SO2 nicht überschritten werden dard. weil sonst der Sauerstoffgehalt der Mischung für den Oxydationsprozess nicht mehr ausreichen würde. so müsste ein höherer SOg-Gehalt durch weitere Beimischung von Luft wieder herabgesetzt werden, sofern das Gasgemisch für den Schwefelsäurekontaktprozess benutzt werden soll.
Für die Gewinnung von Gasgemischen von 18-20 Volumenprozent SO2 auf haltem Wege müssen die Lösungen einen Gehalt von etwa 30-35 kg SO2 im Kubikmeter besitzen. Aus mässig er- wärmten Lösungen von beispielsweise 25 C erreicht man diesen Gehalt der Gase, jedoch bereits bei einem Gehalt der Lösung von 25 Z- SOg je Kubikmeter. Dieser Gehalt lässt sich aus normalen Röstgasen unter Anwendung eines Überdruckes von etwa 3 Atmosphären erzielen.
Bei ärmeren Gasen muss ein entsprechend höherer Absorptionsdruck angewendet werden. Man kann aber auch mit einem geringeren SO2-Gehalt der Lösungen arbeiten. denn es ist nicht notwendig, für den Kontaktprozess selbst mit kalten Gasen zu arbeiten. Da die Reaktionswärme so reicher Gase ausreichend ist, den Prozess im Gange zu halten, so ist es nur nötig. die
Kontaktmasse bei Beginn auf Reaktionstemperatur anzuwärmen.
Eine zur Ausführung des Verfahrens geeignete Apparatur ist in der Zeichnung beispiels- weise dargestellt.
Ein Kompressor A ist mit 3 Zylindern versehen, dem Dampfzylinder a, dem Kom- pressionszylinder b und dem Expansionszylinder c. Der letztere hat den Zweck, die Spannkraft der nicht absorbierten Gase in bekannter Weise für den Betrieb des Kompressors wieder nutzbar zu machen. Damit dies in ausreichender Weise geschehen kann, ist in die Leitung vom Absorber zum Expansionszylinder der Erwärmungsapparat B eingeschaltet, welcher ent- weder mit verfügbarer Abhitze geheizt werden kann oder eine direkte Feuerung erhält. Der
Dampfzylinder a kann selbstverständlich durch elektrischen Antrieb oder eine andere beliebige
Kraftübertragung ersetzt werden.
Die vom Kompressionszylinder b durch die Leitung cl angesaugten, vorher gf reinigten Röstgase werden im komprimierten Zustande durch die Leitung e nach dem Röhrenkessd C geführt, in welchem sie ihre Kompressionswärme abgeben, zweckmässig an die vorn Absorber D durch die Leitung g kommenden Gase, die hienach durch Leitung h zu ihrer weiteren Erwärmung in das Röhrensystem des Erhitzers B geangen und von diesem durch Leitung i zum Expansionszylinder c.
Vom Apparat C treten die gekühlten komprimierten Gase durch Leitung f unten in den unter angemessenem Überdruck gehaltenen Absorber D ein, welcher mit kleinstüekigem Koks oder anderm geeigneten Material gefüllt ist, das durch das Rohr k mit Wasser bereiselt wird.
Die sich im unteren Teil des Absorbers ansammelnde SO2-Lösung. deren StandMhe an einem Glase erkennbar ist, wird durch den in D herrschenden Druck durch die Leitung/, regulierbar durch ein eingeschaltetes Ventil, auf die Höhe des Entgasungsturmes E2 eines gewöhnlichen Bleimantelturmes, getrieben. In diesem, der ebenfalls mit kleinstückigem Koks od. dgl. gefüllt ist, wird die herabrieselnde Flüssigkeit einem aufsteigenden Luftstrom entgegengeführt. der durch das Gebläse F mittels Leitung 1n durch die unten im Turm E befindliche Öffnung JI angesaugt wird.
Die Stärke des Luftstromes wird so bemessen, dass möglichst SO-reiche Gasgemische erzielt werden, soweit dies entsprechend der Stärke der Sous-Lösung nach dem Henry Daltonschen Gesetz angängig ist. Die von ihrem S02-Gehalt annähernd befreite Flüssigkeit gelangt durch Rohr o stetig zum Abfluss. In den Fällen, in welchen die $02-Lösung nach dem Herabrieseln durch einen Turm nicht genügend entgast ist, kann man sie noch auf einen zweiten Turm heben und auch über dessen Füllung noch herabrieseln lassen. Die Luft muss dann im Gegenstrom zur Flüssigkeit nacheinander durch beide Türme geführt werden.
Falls überschüssiger Abdampf vorhanden ist, könnte dieser der für die Entgasung der SO2-Lösung angesaugten Luft beigemischt werden. Er würde aber durch die herabrieselnde kalte Flüssigkeit bereits in der untersten Zone des Turmes niedergeschlagen werden und die Wirkung haben, dass die in der Lösung verbliebene kleine restliche SOs-Menge noch etwas weiter herabgesetzt wird. Das erzielte Maximum des SO-Gehaltes der Gase ist auch in einem solchen Falle lediglich von der Temperatur und dem Gehalt der vom Absorber kommenden SO2-Lösung abhängig.
Da die Gase bei ihrem Austritt aus der kalten Lösung nur einen geringen Wassergehalt besitzen, so kann eventuell auf ihre vollständige Trocknung verziehtet werden. Auch ihre Vorwärmung ist entbehrlich, wenn mit hohem S02-Gehalt. soweit zulässig, gearbeitet wird. Die Gase gelangen dann unmittelbar vom Gebläse F durch Rohr in den Kontaktofen G, welcher vorher auf Reaktionstemperatur angeheizt ist. Derselbe kann mit einem Kühlmantel r vershen sein oder auch zwischen der ersten und zweiten Kontaktschicht ein eingebautes Rohrsystem
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Luft oder der kalten Abgase der Druckabsorption zwecks Vorwärmung vor ihrer weiteren Erwärmung erfolgen.
Beim Arbeiten mit Gasen von geringerem S02-GehaIt können auch diese zu ihrer Vorwärmung durch den Kühlmantel oder das Rohrsystem in bekannter Weise geleitet werden, bevor sie in die erste Kontaktschicht eintreten. Durch Rohr q gelangen die Gase in die SOs-AbsorptionsanIage.
Der wirtschaftliche Wert des Verfahrens besteht darin, dass man mit seiner Hilfe auch alle Gase anstandslos verarbeiten kann, deren unmittelbare Verarbeitung nach dem Kontakt- verfahren auf Schwierigkeiten stösst. Es sind dies namentlich solche Rüstgase, welche gas- förmige Kontaktgifte enthalten, die nach dem elektrostatischen Reinigungsverfahren nicht abge- schieden werden können. Während in solchen Fällen bald ein Zurückgehen der Wirkung der Kontaktsubstanz eintritt, behält diese beim Arbeiten mit den nach dem neuen Verfahren gewonnenen, reinen Gasgemischen unbegrenzte Zeit ihre volle Wirksamkeit.
Als ein weiterer Vorteil des Arbeitens nach dem Verfahren ist anzusehen, dass an Stelle der beim Röst- oder Schwefelverbrennungsprozess bereits zur Hälfte verbrauchten Luft wieder frische Luft getreten ist, welche noch ihren unverbrauchten Sauerstoffgehalt besitzt.
Man kann daher durchschnittlich mit der dreifachen Gasstärke und ohne Vorwärmung der Gase arbeiten, wodurch der Umfang der Kontaktapparatur eine derartige Verminderung erfährt. dass dadurch die Kosten der Kompressions-und Absorptionsanlage ausgeglichen werden. Beim Betriebe fallen die Kosten der Vorwärmung der Gase weg, die bei znrückgegangener Kontaktwirkung und dünnen Gasen oft sehr hoch sind. An ihre Stelle treten die geringeren Kosten der Erwärmung der unter Druck befindlichen Abgase vor ihrer Expansion in der Maschine. Für diesen Zweck stehen Metallhütten meist Abhitzen von Reduktions- oder Schmelzöfen kostenlos zur Verfügung.
Die Erfindung ist nicht auf das vorbeschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Das Verfahren lässt sich vorteilhaft auch für andere Zwecke als den Schwefelsäurekontaktprozess verwenden, wo es darauf ankommt, reine SOg-Luftgemische von möglichst hoher Konzentration zu erhalten (wie z. B. für den Hargreavesprozess).