DE10006990B4 - Anlage zur Rückgewinnung von Säuren aus metallhaltigen Lösungen dieser Säuren - Google Patents

Abstract

Anlage zur Rückgewinnung von Säuren aus einer metallhaltigen Lösung dieser Säuren, vorzugsweise von HCl und Fe- Verbindungen, durch Verdampfung und pyrolytische Aufspaltung in Säuren und Metalloxide in einem Reaktor, mit dem Reaktor (1) und einer diesem nachgeschalteten Absorptionskolonne (12), dadurch gekennzeichnet, dass im Reaktor (1) vor dem Ausgang des Abgasstromes ein zentraler Düsenstock (4) zur Abkühlung des Abgasstroms auf eine Temperatur von 110°C bis 400°C im Wärmeaustausch mit der dem Reaktor zugeführten Lösung vorgesehen ist und dem Reaktor (1) im Abgasstrom ohne Einschaltung eines Zyklons mindestens zwei Strahlwäscherstufen, jeweils aus Strahlwäscher (6, 13, 20) und Pumpe (7, 10), nachgeschaltet sind, von denen der Differenzdruck zur Abgasförderung ohne Einschaltung eines Abgasventilators aufgebracht wird, wobei der erste Strahlwäscher (6), von dem gleichzeitig Staub und Säuredampf ausgewaschen wird, an den Abgasausgang des Reaktors angeschlossen ist und der zweite Strahlwäscher (13, 20) an den Abgasausgang der dem ersten Strahlwäscher (6) nachgeschalteten Absorptionskolonne (12) angeschlossen...

Description

• Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Rückgewinnung von Säuren aus metallhaltigen Lösungen dieser Säuren, vorzugsweise von HCl und Fe-Verbindungen, durch Verdampfung und pyrolytische Aufspaltung in Säuren und Metalloxide in einem Reaktor.
• Wässrige Lösungen von Metallverbindungen und Säuren, insbesondere HCl und Fe-Verbindungen, werden in einem beheizten Reaktor, oft einem Sprühreaktor, thermisch zersetzt. Die dabei entstehenden Produkte wie Säuren, Oxide und Abgase werden im Reaktor getrennt. Die Abgase mit den dampfförmigen Säuren werden beispielsweise in einem Zyklon nachgereinigt, einem Venturi gekühlt und die Säuren in Kolonnen ausgewaschen. Das Oxid wird aus dem Reaktor ausgetragen, gekühlt und entsorgt bzw. weiter behandelt. Die Abgase werden, je nach Bedarf in mehreren Reinigungsstufen gereinigt. Als Waschflüssigkeit kann reines Wasser, FeCl₂- Lösung oder eine Alkalilösung eingesetzt werden. Der Transport der Abgase im System erfolgt mittels eines Abgasventilators. Ein derartiges System ist z.B. aus der EP 0 635 586 BI bekannt.
• Derartige Anlagen sind sehr aufwendig und erfordern viele Stufen, wodurch kleinere Anlagen unwirtschaftlich werden. Die Emissionswerte, insbesondere von Cl₂ und Staub werden oft überschritten und können nur durch zusätzlichen Aufwand, wie FeCl₂- oder alkalischem Abgaswäscher und zusätzlichem Venturi-Staubwäscher eingehalten werden. Weiters führen Kristallisations- und Anbackungsprobleme, beispielsweise durch Si-Ablagerungen aus der Abbeize, durch die Rufkonzentrierung im Venturi hervorgerufen, zu Anlagenausfällen und erheblichen Wartungsarbeiten.
• Aus der AT 353 566 ist eine Anlage zur thermischen Zersetzung wässriger, salzsaurer Eisen(III)-Chloridlösungen bekannt, in der die Lösungen in einem Reaktor versprüht werden, die festen Zersetzungsprodukte mechanisch, insbesondere in einem Zyklon, von den Gasen abgetrennt werden und der Chlorwasserstoff in üblicher Weise, z.B. durch adiabatische Absorption, in Wasser oder einer wässrigen Lösung zu Salzsäure verarbeitet wird. Gemäß EP 0 775 760 A1 , die ein Verfahren und eine Anlage zur Gewinnung bzw. Rückgewinnung von Säuren betrifft, gelangen die Sprühröstgase aus dem Reaktor nach Passieren eines Zyklons, eines Strahwäschers und eines weiteren Abscheiders in eine Kondensationsstufe und eine Absorptions- und/oder Kondensationskolonne, an die weitere Absorptions- bzw. Kondensationskolonnen und ein Gaswäscher anschließen können. Für den zum Gastransport durch die Anlage notwendigen Unterdruck sorgt ein Abgasventilator, welcher dem Gaswäscher nachgeschaltet ist.
• Aufgabe der Erfindung ist es, ein möglichst kompakte, auf das Notwendige reduzierte und dabei betriebssichere Anlage der eingangs erwähnten Art zu schaffen.
• Diese Aufgabe wird durch eine Anlage mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen erreicht. Vorteilhafte Ausführungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
• In der Anlage gemäß der Erfindung werden das Abgas des Reaktors durch mindestens zwei Strahlwäscher gefördert und gleichzeitig Staub und Säuredämpfe ausgewaschen. Durch die Förderleistung der Strahlwäscher wird ein Abgasventilator ersetzt.
• Die Abgastemperatur des Reaktors beträgt 110°C–400°C, vorzugsweise 150°C–200°C, um den Energieverlust zu minimieren, und den Staubübertrag zu reduzieren. Dies wird durch die Anordnung des Reaktorkopfes, Düsenstockes und der Düsen erzielt. Auf einen Zyklon zur Staubabscheidung und einer Energierückgewinnungsstufe aus dem Reaktorabgas wird daher verzichtet.
• Der erste Strahlwäscher wird vorzugsweise mit Regenerat betrieben. Die noch heißen Abgase des Reaktors werden dabei abgekühlt und weitertransportiert.
• Nach der ersten Wäsche erfolgt eine Absorption, wobei die Temperatur der Absorption 70°C–90°C, vorzugsweise 78°C–87°C, beträgt und die Absorption adiabatisch erfolgen können.
• Das Abwasser aus dem zweiten Gaswäscher kann der Absorptionskolonne als Absorptionsflüssigkeit zugeführt werden.
• Ferner kann Waschwasser aus der Beize der Absorptionskolonne als Absorptionsflüssigkeit zugeführt werden.
• Die erfindungsgemäße Anlage weist somit mindestens zwei Strahlwäscher auf, die dem Reaktor nachgeschaltet sind, um statt des Abgasventilators den erforderlichen Differenzdruck zur Abgasförderung aufzubringen, wobei im Reaktor vor dem Ausgang des Abgasstromes ein zentraler Düsenstock vorgesehen ist, der ermöglicht, da er direkt vor dem Reaktorabgasausgang angeordnet ist, die Reaktorabgastemperatur besonders gut abzukühlen.
• In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist für den Abgasstrom ein Tauchrohr am Reaktorkopf vorgesehen, um die Staubabscheidung und Wärmeausnutzung zu verbessern.
• In einer günstigen Weiterbildung der Erfindung ist der zweite Strahlwäscher in die Absorptionskolonne integriert, um das Bauteil kompakter und preisgünstiger zu gestalten.
• In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zur Oxidnachröstung im Reaktorunterteil eine Nachröstzone z.B. mit Krählwerk oder danach, z.B. Drehrohrofen, Fließbett oder beheizter Förderer, vorgesehen, um die Oxidqualität und Betriebssicherheit zu verbessern.
• In einer günstigen Ausgestaltung der Erfindung wird zur Frischwasseraufgabe eine Zweistoffdüse vorgesehen, um die Abgasqualität und Betriebssicherheit zu verbessern.
• Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen beispielhaft beschrieben, wobei
• 1 ein Schema einer erfindungsgemäßen Anlage, 2 eine Variante von 1, 3 eine Ansicht eines Düsenstockes, 3a Schnitt eines Düsenstockes und 4 einen Ausschnitt aus dem Kopfbereich des Reaktors darstellt.
• 1 zeigt eine Anlage zur Rückgewinnung von Säuren aus metallhaltigen Lösungen dieser Säuren mit einem Sprühröstreaktor 1. Die wäßrigen Lösungen der Metallverbindungen, insbesondere HCl-, Fe-Verbindungen, werden in diesem Reaktor 1 verdampft und thermisch zersetzt. Die Abbeize aus dem Beizbad 2 wird durch eine Pumpe 3 direkt in den Sprühröstreaktor 1 eingesprüht. So wird eine FeCl₃-Bildung im Reaktoraufgabekonzentrat vermieden, die als Katalysator für Cl₂-Bildung wirkt und zusätzlich zur Erosolstaubbildung führt. Weiters können dadurch störende Si-Abscheidungen im Venturisystem vermieden werden.
• Durch den Einsatz eines zentralen Düsenstockes 4 kann die Abgastemperatur sehr niedrig gehalten werden und zwar zwischen 110°C und 400°C, vorteilhaft zwischen 150°C und 200°C. In der Brennerzone 5 des Reaktors 1 wird das Oxid bei einer Temperatur zwischen 550°C und 800°C zu Metalloxiden fertig geröstet. Die dabei entstehenden Produkte wie Säuren, Oxide und Abgase werden im Reaktor 1 getrennt. Die Abgase, die auch die dampfförmigen Säuren enthalten, werden mit Regenerat in der ersten Strahlwäscherstufe, bestehend aus dem Strahlwäscher 6 und der Regeneratpumpe 7, abgekühlt und Staub und Säuredampfe größtenteils schon ausgewaschen. Ein Teilstrom 8 des Regenerates wird wieder in den Beizbehälter 2 zurückgeführt. Die Abgase aus dem Strahlwäscher 6 werden einer Absorptionskolonne 12 zugeführt. In dieser adiabatischen Kolonne 12 erfolgt weitgehend die Absorption der verbliebenen Säuren. Die Säurekonzentration wird mittels Pumpe 10 und Regelventil 11 für den Kreislauf der Absorptionsflüssigkeit eingestellt. Das Abgas wird in einem zweiten Strahlwäscher bestehend aus dem Strahlwäscher 13 und der Pumpe 10 weiter gereinigt. Eine letzte Reinigung erfolgt in der Abgasleitung 14. Als Waschwasser wird Frischwasser 15 verwendet. Das Frischwasser 15 kann vorzugsweise durch eine Zweistoffdüse 16 in den Abgasstrom eingedüst werden. Im Abscheider 17 wird das gereinigte Abgas von der Flüssigkeit getrennt und durch einen Kamin 18 an die Atmosphäre abgegeben. Das Oxid wird aus dem Reaktor 1 ausgetragen, gekühlt und einer Pelletierung 19 zugeführt. Es kann auch eine Oxidnachröstung z.B. in einer dem Reaktor 1 nachgeordneten und mit diesem verbundenen Nachröstzone oder in einem Drehrohrofen, Fließbett oder beheiztem Förderer, wie z.B. Schnecke, erfolgen. Mit einer derartigen Anlage können weitere Absorptionsstufen und vor allem der bisher erforderliche, aufwendige Abgasventilator eingespart werden. Durch die gute Reinigung des Abgases in der Anlage können das vorhandene HCl, Cl₂ und Staub im Abgas praktisch vermieden werden.
• Eine weitere Variante der Erfindung ist in 2 dargestellt. Zur weiteren Reduktion des Platzbedarfes wird hier eine kombinierte Absorptionskolonne 12 mit integriertem Strahlwäscher 20 eingesetzt. Die Absorption erfolgt hierbei im Außenteil der Kolonne. Das durch diesen Außenteil geleitete Abgas wird im Kopfteil 21 der Absorptionskolonne umgeleitet und durch den Strahlwäscher 20 geführt. Diesem wird auch Frischwasser 15 bzw. Spülwasser 22 zugeführt. Zur gänzlichen Reinigung kann noch eine weitere Wäsche 16 mittels Frischwasser 15 erfolgen. Die Frischwassermenge und Spülwassermenge wird entsprechend der gewünschten Säurekonzentration zugeführt. Die Anlage arbeitet abwasserfrei. Alternativ kann für einen Teil des Kolonnen-Absorptionswassers auch Waschwasser aus der Beize verwendet werden.
• 3 zeigt einen Ausschnitt aus dem Kopfteil des Reaktors 1. In diesem Teil ist zentral der Düsenstock 4 angebracht. Durch diesen Düsenstock 4 wird die metallhaltige Lösung in den Reaktor 1 eingedüst. Das Abgas wird durch einen Ringspalt, der durch ein Tauchrohr 23, das am Reaktordeckel angebracht ist und teilweise über den Düsenstock 4 reicht und Düsenstock 4 gebildet wird, aus dem Reaktor 1 abgeleitet und einer Abgasleitung 24 zugeführt. Durch diese Konstruktion wird ein Teil der Wärme des Abgases zur Aufwärmung der Lösung, verwendet. Die Abgastemperatur kann daher sehr niedrig gehalten werden und zwar zwischen 110°C bis 400°C, vorteilhaft zwischen 150°C und 200°C. Die Verdampfung der eingedüsten Lösung erfolgt im Reaktor 1 erst weiter unten in der Brennerzone.
• Die Erfindung ist nicht durch obige Beispiele beschränkt. In der Anlage können z.B. auch Mischsäure, HF, HNO₃, Fe, Cr, Ni- oder Mg, Co-Verbindungen behandelt werden. Auch können vor oder nach der Absorptionskolonne Wärmetauscher zur Wärmerückgewinnung aus den Abgasen vorgesehen sein.
• Durch die Erfindung werden nicht nur die Zahl der Verfahrensstufen reduziert und der Abgasventilator eingespart, sondern es ergibt sich insgesamt eine Reduktion der Bauteil- bzw. Ausrüstungskosten, des Platzbedarfes und des Stahlgerüstes sowie eine Reduktion der Wartungskosten, Montage- und Inbetriebnahmekosten.

Claims (5)

1. Anlage zur Rückgewinnung von Säuren aus einer metallhaltigen Lösung dieser Säuren, vorzugsweise von HCl und Fe- Verbindungen, durch Verdampfung und pyrolytische Aufspaltung in Säuren und Metalloxide in einem Reaktor, mit dem Reaktor (1) und einer diesem nachgeschalteten Absorptionskolonne (12), dadurch gekennzeichnet, dass im Reaktor (1) vor dem Ausgang des Abgasstromes ein zentraler Düsenstock (4) zur Abkühlung des Abgasstroms auf eine Temperatur von 110°C bis 400°C im Wärmeaustausch mit der dem Reaktor zugeführten Lösung vorgesehen ist und dem Reaktor (1) im Abgasstrom ohne Einschaltung eines Zyklons mindestens zwei Strahlwäscherstufen, jeweils aus Strahlwäscher (6, 13, 20) und Pumpe (7, 10), nachgeschaltet sind, von denen der Differenzdruck zur Abgasförderung ohne Einschaltung eines Abgasventilators aufgebracht wird, wobei der erste Strahlwäscher (6), von dem gleichzeitig Staub und Säuredampf ausgewaschen wird, an den Abgasausgang des Reaktors angeschlossen ist und der zweite Strahlwäscher (13, 20) an den Abgasausgang der dem ersten Strahlwäscher (6) nachgeschalteten Absorptionskolonne (12) angeschlossen ist.
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für den Abgasstrom ein Tauchrohr (23) am Reaktorkopf vorgesehen ist.
3. Anlage nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Strahlwäscher (20) in die Absorptionskolonne (12) integriert ist.
4. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Oxidnachröstung im Reaktorunterteil eine Nachröstzone z.B. mit Krählwerk oder danach, z.B. Drehrohrofen, Fließbett oder beheizter Förderer, vorgesehen ist.
5. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Frischwasseraufgabe eine Zweistoffdüse (16) vorgesehen ist.