DE102016212144A1

DE102016212144A1 - Dephlegmatorsystem zur Reduzierung des Schwefelsäuregehalts im Abwasser bei der Konzentrierung von Schwefelsäure

Info

Publication number: DE102016212144A1
Application number: DE102016212144.8A
Authority: DE
Inventors: Peter Pataky; Hansjürgen Winterbauer; Keith Bundil
Original assignee: Plinke GmbH
Current assignee: Plinke GmbH
Priority date: 2016-07-04
Filing date: 2016-07-04
Publication date: 2018-01-04

Abstract

Ein erfindungsgemäßes Dephlegmatorsystem zur Reduzierung des Schwefelsäuregehalts im Abwasser bei der Konzentrierung von Schwefelsäure besteht aus: einer Dephlegmatorkolonne, einer Schwefelsäurezirkulationspumpe, und einer Vorrichtung, welche eine Kühlung der umlaufenden Schwefelsäure ermöglicht, wobei die Elemente des Dephlegmatorsystems derart ausgestaltet und miteinander verbunden sind, dass Schwefelsäure über die Dephlegmatorkolonne zirkuliert wird, die zu reinigenden Wasserdampf-Schwefelsäurebrüden aus der Schwefelsäurekonzentrierung am Sumpf der Dephlegmatorkolonne eingeleitet und im Gegenstrom zur umlaufenden Schwefelsäure über die Dephlegmatorkolonne geleitet werden, wodurch die umlaufende Schwefelsäure die Schwefelsäureanteile der Brüden absorbiert und kondensiert, Wasserdampf, der nur noch entsprechend dem Dampfdruck der umlaufenden Schwefelsäure geringe Mengen an Schwefelsäure enthält, am Kopf der Dephlegmatorkolonne austritt, und die durch die Absorption/Kondensation erhaltene überschüssige Schwefelsäure zur Schwefelsäurekonzentrierung abläuft. Als Vorrichtung, welche eine Kühlung der umlaufenden Schwefelsäure erlaubt, ist vorzugsweise ein Wärmeaustauscher oder eine Zuleitung für Wasser oder Prozess-Kondensat vorhanden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Dephlegmatorsystem zur Reduzierung des Schwefelsäuregehalts im Abwasser bei der Konzentrierung von Schwefelsäure sowie ein entsprechendes Verfahren unter Verwendung eines solchen Systems.
Schwefelsäure hat zahlreiche Anwendungen in der Chemieindustrie. Zum Einsatz kommt hierbei meist konzentrierte Schwefelsäure, die während der Einsatzes Wasser aufnimmt und als verdünnte Schwefelsäure aus dem Prozess ausgeschleust wird. Diese verdünnte Schwefelsäure wird in den meisten Fällen wieder durch Abdampfen von Wasser aufkonzentriert und entweder in den Produktionsprozess zurückgefahren oder als konzentrierte Schwefelsäure vermarktet. Aufgrund des hohen Schwefelsäuredampfdruckes, speziell bei Schwefelsäurekonzentrationen über 80 Masse-% H₂SO₄, kommen bei den Konzentrierverfahren Dephlegmatoren zur Reduzierung von Schwefelsäureanteilen im Abwasser zum Einsatz.
Die GB 276972 (A) beschreibt den Einsatz eines Dephlegmators bei der Konzentrierung von Schwefelsäure, wobei die Brüden im Gegenstrom zu der dünnen Schwefelsäure geleitet werden, die aufkonzentriert werden soll. Auch in der GB 572328 (A) wird der Einsatz eines Dephlegmators beschrieben, bei dem ebenfalls die Brüden im Gegenstrom zu der dünnen Schwefelsäure geleitet werden, die aufkonzentriert werden soll, Die US 4409064 (A) beschreibt ein Verfahren zu Konzentrierung von Schwefelsäure, bei dem die Brüden aus der Schwefelsäurekonzentrierung durch einen Demister geleitet werden, der mit Wasser oder Schwefelsäure besprüht wird.
Wenn die Schwefelsäurekonzentration der zu konzentrierenden Schwefelsäure allerdings bereits über 90 Masse-% liegt, müsste diese, um die benötigte Dephlegmator-Wirkung zu erzielen, entweder mit Wasser verdünnt werden oder aber der Dephlegmator müsste mit großen Wassermengen betrieben werden. Beide Alternativen führen zwar zu einer Reduzierung des Schwefelsäuregehaltes im Abwasser, verursachen aber auch einen unverhältnismäßig hohen zusätzlichen Energiebedarf, da das zugegebene Wasser zusätzlich verdampft werden muss.
Aufgabe der hier beschriebenen Erfindung war es, ein System für die Hochkonzentrierung von Schwefelsäure zu entwickeln, das auch bei einer Eingangskonzentration von 90 Masse-% H₂SO₄ oder höher mit wirtschaftlich vertretbarem Betriebsmittelverbrauch einsetzbar ist.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Gegenstände gemäß den Patentansprüchen. Ein erfindungsgemäßes Dephlegmatorsystem zur Reduzierung des Schwefelsäuregehalts im Abwasser bei der Konzentrierung von Schwefelsäure ist dadurch gekennzeichnet, dass es aus:

a) einer Dephlegmatorkolonne,
b) einer Schwefelsäurezirkulationspumpe und
c) einer Vorrichtung, welche eine Kühlung der umlaufenden Schwefelsäure ermöglicht, besteht, wobei die Elemente des Dephlegmatorsystems derart ausgestaltet und miteinander verbunden sind, dass
d) Schwefelsäure über die Dephlegmatorkolonne zirkuliert wird,
e) die zu reinigenden Wasserdampf-Schwefelsäurebrüden aus der Schwefelsäurekonzentrierung am Sumpf der Dephlegmatorkolonne eingeleitet und im Gegenstrom zur umlaufenden Schwefelsäure über die Dephlegmatorkolonne geleitet werden, wodurch
f) die umlaufende Schwefelsäure die Schwefelsäureanteile der Brüden absorbiert und kondensiert,
g) Wasserdampf, der nur noch entsprechend dem Dampfdruck der umlaufenden Schwefelsäure geringe Mengen von < 5, vorzugsweise < 1 Massen-% an Schwefelsäure enthält, am Kopf der Dephlegmatorkolonne austritt, und
h) die durch die Absorption/Kondensation erhaltene überschüssige Schwefelsäure zur Schwefelsäurekonzentrierung abläuft.

Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe wurden zunächst Versuche durchgeführt, bei der Schwefelsäure mit 90 Masse-% H₂SO₄ aufkonzentriert wurde und die Wasser-Schwefelsäurebrüden im Gegenstrom in einer Füllkörperkolonne mit Wasser und Schwefelsäure unterschiedlicher Konzentration gewaschen wurden. Den Versuchsaufbau zeigt . Die zu konzentrierende Schwefelsäure [1] wird kontinuierlich am Kopf einer Rektifizierkolonne K1 aufgegeben. Am Sumpf der Kolonne K1 läuft die Schwefelsäure [2], die in K1 einen Teil der Schwefelsäure aus den Wasser-Schwefelsäurebrüden aufgenommen hat, ab und wird in einen Verdampfer V1 geleitet. Dort wird die Schwefelsäure auf 98 Massen-% H₂SO₄ konzentriert. Die dabei erzeugten Wasser-Schwefelsäurebrüden [3] werden am Sumpf der Kolonne K1 zugeführt. Die konzentrierte Schwefelsäure 98 Massen-% H₂SO₄ [4] läuft aus dem Verdampfer V1 kontinuierlich ab. Am Kopf der Kolonne K1 treten Wasser-Schwefelsäurebrüden [5] aus, mit einem H₂SO₄-Anteil der dem Schwefelsäuredampfdruck über 90 Massen-%-iger Schwefelsäure entspricht. Dieser beträgt bei Atmosphärendruck ca. 12 Massen-%. Dieser Aufbau entspricht bis hierher dem Stand der Technik. Für die Versuche wurde eine Dephlegmatorkolonne D1 nachgeschaltet. Die Wasser-Schwefelsäurebrüden [5] aus der Rektifizierkolonne K1 werden am Sumpf der Dephlegmatorkolonne D1 eingeleitet und im Gegenstrom zur Waschflüssigkeit [6] geführt. Die Schwefelsäure [8], die H₂SO₄ aus den Wasser-Schwefelsäurebrüden aufgenommen hat, läuft dem Kopf der Rektifizierkolonne K1 zu. Die Wasserbrüden [7], die am Kopf der Dephlegmatorkolonne D1 austreten, weisen nur noch einen geringen Schwefelsäuregehalt (ca. 0,8 Massen-% H₂SO₄) auf. Diese werden im Wärmetauscher W1 kondensiert. Inertgase [9] werden aus dem Wärmetauscher W1 abgeleitet. Das Kondensat [10] fließt kontinuierlich ab. Als Waschflüssigkeit wurde Wasser und Schwefelsäure im Konzentrationsbereich von 1 Massen-% bis 88 Massen-% eingesetzt. Die Versuche wurden in einem Druckbereich zwischen 5 mbar_a und 1500 mbar_a durchgeführt.
Bei der ersten Versuchsreihe wurde der Volumenstrom an Waschflüssigkeit [6], die der Dephlegmatorkolonne D1 zugegeben wurde, bei allen Versuchen gleich gewählt, um eine vergleichbare Flüssigkeitsbelastung in der Dephlegmatorkolonne D1 zu erhalten. Da sich bei gleicher Aufgabemenge an 90 Massen-%-iger Schwefelsäure [1] durch die Zugabe der Waschflüssigkeit [6] die Verdampfungsleistung und dadurch die Dampfbelastung der Dephlegmatorkolonnen ändern würde, wurde die Aufgabemenge an 90 Massen-%-iger Schwefelsäure [1] jeweils so eingestellt, dass bei den Versuchen eine vergleichbare Verdampfungsleistung gegeben war. Der Schwefelsäuregehalt im Kondensat [10] wurde durch Titration bestimmt. Hierbei ergaben sich erwartungsgemäß die niedrigsten Schwefelsäuregehalte im Kondensat [10] bei Betrieb mit Wasser als Waschflüssigkeit. Allerdings wird bei gleicher Verdampfungsleistung hier die geringste Produktmenge erhalten, wodurch diese Betriebsweise nicht wirtschaftlich ist.
Bei der zweiten Versuchsreihe wurde der Volumenstrom an Waschflüssigkeit [6], die der Dephlegmatorkolonne D2 zugegeben wurde jeweils variiert. Die Aufgabemenge an 90 Massen-%-iger Schwefelsäure [1] wurde jeweils so eingestellt, dass sich für alle Versuche die gleiche Produktleistung an 98 Massen-%-iger Schwefelsäure [4] ergab. D. h. die Aufgabemenge an 90 Massen-%-iger Schwefelsäure [1] wurde jeweils um den Schwefelsäureanteil der aufgegebenen Waschflüssigkeit [6] reduziert. Der Schwefelsäuregehalt im Kondensat [10] wurde wieder durch Titration bestimmt.
Überraschenderweise wurde bei den Versuchen festgestellt, dass hier die niedrigsten Schwefelsäureverluste nicht wie erwartet mit Wasser als Waschflüssigkeit erzielt wurden, sondern mit Schwefelsäure im Konzentrationsbereich zwischen 70 Massen-% und 88 Massen-%. Dies ist eventuell auf die sehr hohe Dampfbelastung bei den niedrigeren Schwefelsäurekonzentrationen zurückzuführen, durch die die Verweilzeit und die Trennleistung reduziert werden und dadurch die Schwefelsäuregehalte in den Brüden höher liegen als entsprechend dem Dampfdruck zu erwarten wäre, Auch wurde überraschenderweise festgestellt, dass selbst bei sehr niedrigen Schwefelsäuregehalten, wie sie bei reinem Wasser als Waschflüssigkeit erhalten werden allein aufgrund der Tatsache, dass mehr Wasser verdampft wird, insgesamt mehr Schwefelsäure mit den Wasserbrüden ausgetragen wird als dies bei Waschflüssigkeiten mit größer 70 Massen-% Schwefelsäure und entsprechend höherem Schwefelsäuregehalt der Fall ist.
Auf Basis dieses unerwarteten Ergebnisses reifte der Gedanke, erfindungsgemäß Schwefelsäure in einem Konzentrationsbereich zwischen 70 Massen-% H₂SO₄ und 88 Massen-% H₂SO₄ partiell aus den Wasser-Schwefelsäurebrüden auszukondensieren und diese dann als Waschflüssigkeit in der Dephlegmatorkolonne zu nutzen. Erfindungsgemäß wird dies überraschenderweise einfach dadurch gelöst, dass Schwefelsäure mittels einer Pumpe über eine Dephlegmatorkolonne zirkuliert wird und diese Schwefelsäure auf geeignete Temperaturen gekühlt wird. Hierzu wird eine Vorrichtung vorgesehen, welche eine Kühlung der umlaufenden Schwefelsäure ermöglicht.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine derartige Vorrichtung ein Wärmeaustauscher, über welchen die umlaufende Schwefelsäure geleitet und darin indirekt mit Kühlwasser auf Siedetemperatur gekühlt wird. zeigt den geänderten Versuchsaufbau mit dem erfindungsgemäßen Dephlegmatorsystem bestehend aus Dephlegmatorkolonne D2, Schwefelsäurezirkulationspumpe P1 und Wärmeaustauscher W2.
Die zu konzentrierende Schwefelsäure [11] mit 90 Massen-% H₂SO₄ wird kontinuierlich am Kopf einer Rektifizierkolonne K2 aufgegeben. Am Sumpf der Kolonne K2 läuft die Schwefelsäure [12], die in K2 einen Teil der Schwefelsäure aus den Wasser-Schwefelsäurebrüden aufgenommen hat, ab und wird in einen Verdampfer V2 geleitet. Dort wird die Schwefelsäure auf 98 Massen-% H₂SO₄ konzentriert. Die dabei erzeugten Wasser-Schwefelsäurebrüden [13] werden am Sumpf der Kolonne K2 zugeführt. Die konzentrierte Schwefelsäure mit 98 Massen-% H₂SO₄ [14] läuft aus dem Verdampfer V2 kontinuierlich ab. Am Kopf der Kolonne K2 treten Wasser-Schwefelsäurebrüden [15] aus.
Dieser Aufbau entspricht bis hierher wieder dem Stand der Technik. Hier wurde nun das erfindungsgemäße Dephlegmatorsystem bestehend aus Dephlegmatorkolonne D2, Schwefelsäurezirkulationspumpe P1 und Wärmeaustauscher W2 nachgeschaltet.
Die Wasser-Schwefelsäurebrüden [15] aus der Kolonne K2 werden am Sumpf der Dephlegmatorkolonne D2 eingeleitet und im Gegenstrom zur Waschflüssigkeit [16] geführt. Die Waschflüssigkeit [16] wird mittels der erfindungsgemäßen Pumpe P1 zirkuliert und mittels des erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers W2 gekühlt. Die Zirkulationsmenge wird dabei so gewählt, dass sich eine für die Dephlegmationskolonne sinnvolle Flüssigkeitsbeladung ergibt. Bei der Ausführung als Füllkörper oder Packungskolonne liegt die Flüssigkeitsbelastung erfindungsgemäß im Bereich zwischen 2 m³/m²h und 40 m³/m²h. Je nach Ausführung der Dephlegmatorkolonne kann auch eine geringere Umlaufmenge ausreichen. Die Kühlleistung wird so eingestellt, dass diese der Energieabfuhr entspricht, die für die partielle Kondensation der Schwefelsäure notwendig ist. Dies lässt sich erfindungsgemäß überraschenderweise sehr einfach dadurch lösen, dass die Kühlleistung über die Temperatur der umlaufenden Schwefelsäure geregelt wird und der Sollwert der Temperaturregelung so eingestellt wird, dass er der Siedetemperatur der gewünschten Schwefelsäurekonzentration bei Betriebsdruck entspricht. Alternativ kann die Regelung erfindungsgemäß auch über eine Konzentrationsmessung der umlaufenden Schwefelsäure erfolgen. Die durch partielle Kondensation erhaltene überschüssige Schwefelsäure [18] läuft dem Kopf der Kolonne K2 zu. Die Wasserbrüden [17], die am Kopf der Dephlegmatorkolonne D2 austreten, weisen nur noch einen geringen, bevorzugt unter 1 Massen-% liegenden Schwefelsäuregehalt auf. Diese werden im Wärmetauscher W3 kondensiert. Inertgase [19] werden aus dem Wärmetauscher W3 abgeleitet. Das Kondensat [20] fließt kontinuierlich ab.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das erfindungsgemäße Dephlegmatorsystem als Kühlvorrichtung eine Zuleitung für Wasser oder Prozesskondensat auf, welches zur Kühlung der umlaufenden Schwefelsäure zugesetzt wird. zeigt den geänderten Versuchsaufbau mit dem erfindungsgemäßen Dephlegmatorsystem bestehend aus Dephlegmatorkolonne D3 und Schwefelsäurezirkulationspumpe P2.
Die zu konzentrierende Schwefelsäure [21] mit 90 Massen-% H₂SO₄ wird kontinuierlich am Kopf einer Rektifizierkolonne K3 aufgegeben. Am Sumpf der Kolonne K3 läuft die Schwefelsäure [22], die in K3 einen Teil der Schwefelsäure aus den Wasser-Schwefelsäurebrüden aufgenommen hat ab und wird in einen Verdampfer V3 geleitet. Dort wird die Schwefelsäure auf 98 Massen-% H₂SO₄ konzentriert. Die dabei erzeugten Wasser-Schwefelsäurebrüden [23] werden am Sumpf der Kolonne K3 zugeführt. Die konzentrierte Schwefelsäure mit 98 Massen-% H₂SO₄ [24] läuft aus dem Verdampfer V3 kontinuierlich ab. Am Kopf der Rektifizierkolonne K3 treten Wasser-Schwefelsäurebrüden [25] aus.
Dieser Aufbau entspricht bis hierher wieder dem Stand der Technik. Hier wurde nun das erfindungsgemäße Dephlegmatorsystem bestehend aus Dephlegmatorkolonne D3 und Schwefelsäurezirkulationspumpe P2 nachgeschaltet.
Die Wasser-Schwefelsäurebrüden [25] aus der Rektifizierkolonne K3 werden am Sumpf der Dephlegmatorkolonne D3 eingeleitet und im Gegenstrom zur Waschflüssigkeit [26] geführt. Die Waschflüssigkeit [26] wird mittels der erfindungsgemäßen Pumpe P2 zirkuliert und durch Zugabe von Wasser oder Prozesskondensat [31] gekühlt. Die Zirkulationsmenge wird dabei so gewählt, dass sich eine für die Dephlegmationskolonne sinnvolle Flüssigkeitsbeladung ergibt. Bei der Ausführung als Füllkörper oder Packungskolonne liegt die Flüssigkeitsbelastung erfindungsgemäß im Bereich zwischen 2 m³/m²h und 40 m³/m²h. Je nach Ausführung der Dephlegmatorkolonne kann auch eine geringere Umlaufmenge ausreichen. Die Wasser- oder Prozesskondensatzugabe wird so eingestellt, dass diese der Energieabfuhr entspricht, die für die partielle Kondensation der Schwefelsäure notwendig ist. Dies lässt sich erfindungsgemäß sehr einfach dadurch lösen, dass die Wasserzugabe über die Temperatur der umlaufenden Schwefelsäure geregelt wird und der Sollwert der Temperaturregelung so eingestellt wird, dass er der Siedetemperatur der gewünschten Schwefelsäurekonzentration bei Betriebsdruck entspricht.
Alternativ kann die Regelung erfindungsgemäß auch über eine Konzentrationsmessung der umlaufenden Schwefelsäure erfolgen. Die durch partielle Kondensation erhaltene überschüssige Schwefelsäure [28] läuft dem Kopf der Rektifizierkolonne K3 zu. Die Wasserbrüden [27], die am Kopf der Dephlegmatorkolonne D3 austreten, weisen nur noch einen geringen Schwefelsäuregehalt auf. Diese werden im Wärmetauscher W3 kondensiert. Inertgase [29] werden aus dem Wärmetauscher W3 abgeleitet. Das Kondensat [30] fliest kontinuierlich ab. Ein Teil des Kondensats [31] kann erfindungsgemäßen an Stelle von Wasser dem Dephlegmatorsystem zugeführt werden.
Mit den oben beschriebenen erfindungsgemäßen Versuchsaufbauten wurden weitere Versuche durchgeführt, um die Funktionsweise zu bestätigen. Bei den Versuchen wurde die Konzentration der umlaufenden Schwefelsäure [16, 26] im Konzentrationsbereich von 70 Massen-% H₂SO₄ bis 88 Massen-% H₂SO₄ variiert. Die Versuche wurden wieder in einem Druckbereich zwischen 5 mbar_a und 1500 mbar_a durchgeführt. Auch wurde die Konzentration der zu konzentrierenden Schwefelsäure [11, 21] zwischen 88 Massen-% H₂SO₄ bis 97 Massen-% variiert.
Die Versuche haben bestätigt, dass es mit dem erfindungsgemäßen Dephlegmatorsystem möglich ist, niedrige Schwefelsäureverluste im Abwasser zu erzielen. Die Kühlung über Wärmeaustauscher bzw. durch Wasserzugabe wird erfindungsgemäß über die Schwefelsäureumlauftemperatur oder eine Konzentrationsmessung so geregelt, dass möglichst die gesamte Schwefelsäure aber wenig Wasser aus den Brüden aufgenommen wird. Da nur so viel Energie, wie für die partielle Kondensation der Schwefelsäure benötigt wird, aus dem System abgeführt wird und dies erfindungsgemäß über die Temperatur oder Konzentrationsregelung der umlaufenden Schwefelsäure genau eingestellt werden kann, kann das erfindungsgemäße Dephlegmatorsystem auch wirtschaftlich sinnvoll betrieben werden. Für die wirtschaftliche Betriebsweise wird in den meisten Anwendungsfällen die Konzentration der umlaufenden Schwefelsäure bevorzugt im Bereich zwischen 80 Massen-% H₂SO₄ bis 85 Massen-% H₂SO₄ eingestellt. Niedrigere Konzentration bringt niedrigere Schwefelsäuregehalte im Abwasser hat aber entsprechend höheren Energiebedarf. Höhere Konzentration bringt einen etwas niedrigeren Energiebedarf, aber die Schwefelsäuregehalte im Abwasser sind entsprechend höher. Je nach Anforderungen kann daher der Betrieb erfindungsgemäß im Bereich zwischen 70 Massen-% H₂SO₄ und 88 Massen-% H₂SO₄ erfolgen.
Der Betriebsdruck der Dephlegmatorkolonne am Brüdeneintritt ist vorzugsweise gleich dem Betriebsdruck der Schwefelsäurekonzentrierung und liegt erfindungsgemäß zwischen 5 mbar_a und 1500 mbar_a. Die Kühlung, bevorzugt über Wärmeaustauscher oder Wasser- oder Prozesskondensatzugabe, wird so geregelt, dass die Temperatur der umlaufenden Schwefelsäure am Ablauf der Dephlegmatorkolonne Siedetemperatur hat. Für die erfindungsgemäßen Konzentrations- und Druckbereiche ergibt sich damit ein erfindungsgemäßer Temperaturbereich zwischen 43°C (70 Masse-%, 5 mbar_a) und 266°C (88 Masse-%, 1500 mbar_a). Alternativ kann die Regelung der Kühlung auch über eine Konzentrationsmessung der umlaufenden Schwefelsäure erfolgen.
Als Material für das erfindungsgemäße Dephlegmatorsystem eignen sich prinzipiell alle Materialien, die gegenüber heißer Schwefelsäure korrosionsbeständig sind. Die Dephlegmatorkolonne besteht beispielsweise aus emailliertem Stahl und ist als Füllkörperkolonne mit Glasfüllkörpern oder als Packungskolonne mit Glaspackungen ausgeführt. Alternativ kann die Dephlegmatorkolonne als Bodenkolonne, insbesondere aus hoch siliziumhaltigem Eisenguss ausgeführt sein. Die erfindungsgemäße Dephlegmatorkolonne sollte mindestens 2 theoretische Trennstufen aufweisen, bevorzugt 3 bis 5. Mehr Trennstufen stören zwar die Betriebsweise nicht, verbessern aber auch nicht die Dephlegmatorwirkung. Die erfindungsgemäße Schwefelsäurezirkulationspumpe kann beispielsweise aus hoch siliziumhaltigem Eisenguss oder PFA (Polyfluoralkoxy-Polymer) gefertigt sein. Als Material für den erfindungsgemäßen Schwefelsäurekühler/Wärmeaustauscher eignet sich beispielsweise hoch siliziumhaltiger Eisenguss, Siliziumcarbid oder Tantal. Die angegebenen Materialien sind nur Beispiele und sollen das Patent nicht einschränken. Andere korrosionsfeste Materialien können erfindungsgemäß auch zum Einsatz kommen.
Die Auslegungsgrundlagen für die Festlegung des Durchmessers, der eingesetzten Einbauten und benötigten Schütthöhen für die Dephlegmatorkolonne im erfindungsgemäßen Dephlegmatorsystem sind bevorzugt die gleichen, die auch für Gegenstromwaschkolonnen nach dem Stand der Technik eingesetzt werden.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Reduzierung des Schwefelsäuregehalts im Abwasser bei der Konzentrierung von Schwefelsäure, welches in einem wie oben beschriebenen erfindungsgemäßen Dephlegmatorsystem zum Einsatz kommt. Bei diesem Verfahren sind folgende Schritte umfasst:

a) Schwefelsäure wird über die Dephlegmatorkolonne zirkuliert,
b) die zu reinigenden Wasserdampf-Schwefelsäurebrüden aus der Schwefelsäurekonzentrierung werden am Sumpf der Dephlegmatorkolonne eingeleitet und
c) die umlaufende Schwefelsäure absorbiert und kondensiert die Schwefelsäureanteile der Brüden und
d) leitet sie im Gegenstrom zu der umlaufenden Schwefelsäure, wobei
e) die umlaufende Schwefelsäure gekühlt wird,
f) Wasserdampf, der nur noch entsprechend dem Dampfdruck der umlaufenden Schwefelsäure geringe Mengen von < 5, bevorzugt < 1 Massen-% an Schwefelsäure enthält, am Kopf der Dephlegmatorkolonne austritt und
g) durch die Absorption/Kondensation erhaltene überschüssige Schwefelsäure zur Schwefelsäurekonzentrierung zurückgeführt wird.

Wie oben bereits für das System beschrieben, ist es erfindungsgemäß bevorzugt, die umlaufende Schwefelsäure zur Kühlung indirekt über einen Wärmeaustauscher zu führen oder aber eine entsprechende Kühlung durch Zugabe von Prozesskondensat oder/und Wasser zu bewirken. Auch alle übrigen Erläuterungen zur Funktionsweise des erfindungsgemäßen Dephlegmatorsystems sind für das erfindungsgemäßs Verfahren ebenso zutreffend. Auf diese Erläuterungen wird daher hiermit explizit Bezug genommen.
Bevorzugt wird der Betriebsdruck der Dephlegmatorkolonne am Brüdeneintritt gleich dem Betriebsdruck der Schwefelsäurekonzentrierung, nämlich wiederum bevorzugt auf zwischen 5 mbar_a und 1500 mbar_a, eingestellt. Ferner ist es bevorzugt, die Schwefelsäurekonzentration der umlaufenden Schwefelsäure auf zwischen 70 Masse-% und 88 Masse-%, bevorzugt zwischen 80 Masse-% und 85 Masse-%, einzustellen.
Die umlaufende Schwefelsäure wird im Hinblick auf ihre Temperatur erfindungsgemäß so eingestellt, dass sie am Ablauf der Dephlegmatorkolonne bevorzugt Siedetemperatur aufweist, das heißt zwischen 43°C (70 Masse-%, 5 mbar) und 266°C (88 Masse-%, 1500 mbara) aufweist.
Wie oben im Rahmen der Erläuterungen der Funktionsweise bereits ausführlich beschrieben, kann in bevorzugten Ausführungsformen die Kühlung abhängig von der Säurekonzentration geregelt werden. Das erfindungsgemäße Dephlegmatorsystem bzw. Verfahren kann auch bei einer mehrstufigen Schwefelsäurekonzentrierung eingesetzt werden, bei der beispielsweise die Verdampfungsstufe für die Hochkonzentrierung der Schwefelsäure bei einem niedrigeren Betriebsdruck als die anderen Verdampfungsstufen betrieben wird und damit ein direkter Zulauf der Schwefelsäure niedrigerer Konzentration zu einer Dephlegmatorkolonne auf Grund der Überhitzung nicht möglich ist. Wird das erfindungsgemäße Dephlegmatorsystem bei einer mehrstufigen Schwefelsäurekonzentrierung eingesetzt, kann die überschüssige Schwefelsäure aus dem Dephlegmatorsystem auch in die Konzentrierstufe geleitet werden, in der die Konzentration der Schwefelsäure ähnlich ist.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.
Anwendungsbeispiel 1:
Bei der Entschwefelung von Abgasen aus der Petrochemie fallen 1000 kg/h Schwefelsäure mit 95 Massen-% H₂SO₄ an. Diese Schwefelsäure soll auf 98 Massen-% H₂SO₄ konzentriert werden, damit sie vermarktet werden kann. Der prinzipielle Aufbau der Gesamtanlage ist in dargestellt. Die 1000 kg/h Eingangsschwefelsäure [32] werden zur Energierückgewinnung zunächst entsprechend dem Stand der Technik in Wärmeaustauscher W4 gegen die ablaufende Produktschwefelsäure auf ca. 160°C vorgewärmt und dann am Kopf der Rektifizierkolonne K4 aufgegeben. Die Kolonne ist aus emailliertem Stahl und als Füllkörperkolonne mit Raschig-Ringen aus Glas ausgeführt. Flüssigkeitsverteiler und Auflagerost sind aus hoch siliziumhaltigem Stahlguss. Der Kolonnendurchmesser beträgt DN 600. Dadurch ergibt sich eine Flüssigkeitsbelastung von ca. 2 m³/m²h. Die gesamte Anlage wird bei einem Betriebsdruck von 60 mbar_a betrieben. Die Schwefelsäure fließt im Gegenstrom zu den Brüden [34] aus Verdampfer V4, die einen Schwefelsäureanteil von ca. 61 Massen-% H₂SO₄ aufweisen und nimmt einen Teil der Schwefelsäure auf. Die aus K4 ablaufende Schwefelsäure [33] wird im Verdampfer V4 auf 98 Masse-% H₂SO₄ konzentriert, dann zur Vorwärmung der Eingangssäure in Wärmeaustauscher W4 genutzt und anschließend mittels Wärmeaustauscher W5 auf ca. 40°C Lagertemperatur gekühlt. Es werden 969 kg/h Produkt erhalten. Die Brüden [36] aus Kolonne K4 weisen einen Schwefelsäureanteil von ca. 24 Massen-% H₂SO₄ auf. Diese werden in das erfindungsgemäße Dephlegmatorsystem geleitet und am Sumpf der erfindungsgemäßen Dephlegmatorkolonne D4 zugeführt. Die Dephlegmatorkolonne D4 ist aus emailliertem Stahl und als Füllkörperkolonne mit 20 mm Raschig-Ringen aus Borosilikatglas ausgeführt. Die Füllkörperschütthöhe beträgt 3 m. Flüssigkeitsverteiler und Auflagerost sind aus hoch siliziumhaltigem Stahlguss. Der Kolonnendurchmesser beträgt DN 300.
Als Waschflüssigkeit [37] wird 82 Massen-%-ige Schwefelsäure gewählt. Diese wird mittels der erfindungsgemäßen Schwefelsäurezirkulationspumpe P3 im Gegenstrom zu den Brüden [36] über die Dephlegmatorkolonne D4 zirkuliert und durch Zugabe von Prozesskondensat [42] gekühlt. Es werden ca. 2 m³/h umgewälzt, wodurch sich eine Flüssigkeitsbelastung der Dephlegmatorkolonne D4 von ca. 28 m3/m2h ergibt.
Die Kühlleistung wird über die Temperatur der umlaufenden Schwefelsäure festgelegt. Die Solltemperatur wurde auf 132°C am Auslauf der Dephlegmatorkolonne D3 eingestellt und über die Zugabe von Prozesskondensat [42] zur umlaufenden Schwefelsäure geregelt. Damit ergibt sich bei einem Betriebsdruck von 60 mbar_a eine Schwefelsäurekonzentration von 82 Massen-% H₂SO₄ in der umlaufenden Schwefelsäure [37]. Durch diese Regelung wird Schwefelsäure mit 82 Massen-% H₂SO₄ partiell aus den zuströmenden Brüden [36] auskondensiert.
Für die Kühlung wurden bei dieser Betriebsweise 8 kg/h Prozesskondensat [42] zugegeben.
Die durch partielle Kondensation erhaltene überschüssige Schwefelsäure [39] läuft dem Kopf der Rektifizierkolonne K4 zu. Die Wasserbrüden [38], die am Kopf der Dephlegmatorkolonne D4 austreten, weisen nur noch einen geringen Schwefelsäuregehalt von ca. 0,6 Massen-% H₂SO₄ auf. Diese werden im Wärmetauscher W6 kondensiert. Inertgase [40] werden aus dem Wärmetauscher W6 abgeleitet und zur Vakuumerzeugung angesaugt. Für die Vakuumerzeugung können beispielsweise Flüssigkeitsringvakuumpumpen oder auch Strahler eingesetzt werden. Das Kondensat [41] fliest als Abwasser kontinuierlich ab. Es werden 31 kg/h Abwasser mit 0,6 Massen-% H₂SO₄ erhalten. Bei der Betriebsweise wurden nur 8 kg/h Prozesskondensat eingesetzt. Mit einer so geringen Wasseraufgabe könnte aber kein Demister oder Dephlegmator entsprechend dem Stand der Technik betrieben werden. Auch ist eine Regelung zum Einstellen niedriger Schwefelsäuregehalte entsprechend dem Stand der Technik nur mit entsprechend großen Mengen an Waschflüssigkeit möglich, da eine ausreichende Flüssigkeitsbeladung für eine sichere Abtrennung der Schwefelsäure benötigt wird.
Da die partiell auskondensierte Schwefelsäure im System verbleibt und wieder verdampft wird, ergibt sich ein entsprechender zusätzlicher Wärmebedarf von ca. 6 kW für die Beheizung des Verdampfers V4. Bei einer Gesamtheizleistung von ca. 100 kW entspricht dies 6%.
Anwendungsbeispiel 2:
Bei der Rückkonzentrierung von Abfallschwefelsäure fallen 5000 kg/h Schwefelsäure mit 90 Massen-% H₂SO₄ an. Diese Schwefelsäure soll auf 93 Massen-% H₂SO₄ konzentriert werden, damit sie in den Produktionsprozess zurückgefahren werden kann. Der prinzipielle Aufbau der Anlage ist in dargestellt. Die 5000 kg/h Eingangsschwefelsäure [43] werden direkt in den Verdampfer V5 zugegeben und dort auf 93 Masse-% H₂SO₄ konzentriert. Die gesamte Anlage wird bei einem Betriebsdruck von 50 mbar_a betrieben.
Es werden 4838 kg/h Produkt [44] erhalten. Die Brüden [45] aus Verdampfer V5 weisen einen Schwefelsäureanteil von ca. 15 Massen-% H₂SO₄ auf. Diese werden in das erfindungsgemäße Dephlegmatorsystem geleitet und am Sumpf der erfindungsgemäßen Dephlegmatorkolonne D5 zugeführt. Die Dephlegmatorkolonne D5 ist aus emailliertem Stahl und als Füllkörperkolonne mit 30 mm Raschig-Ringen aus Borosilikatglas ausgeführt. Die Füllkörperschütthöhe beträgt 3 m. Flüssigkeitsverteiler und Auflagerost sind aus hoch siliziumhaltigem Stahlguss. Der Kolonnendurchmesser beträgt DN 700.
Als Waschflüssigkeit [46] wird 80 Massen-%-ige Schwefelsäure gewählt. Diese wird mittels der erfindungsgemäßen Pumpe P4 im Gegenstrom zu den Brüden [45] über die Dephlegmatorkolonne D5 zirkuliert. Es werden ca. 15 m³/h umgewälzt wodurch sich eine Flüssigkeitsbelastung der Dephlegmatorkolonne D5 von ca. 39 m³/m²h ergibt. Die Kühlleistung wird Ober die Temperatur der umlaufenden Schwefelsäure festgelegt. Die Solltemperatur wurde auf 120°C am Auslauf der Dephlegmatorkolonne D5 eingestellt und über die Zugabe von Prozesskondensat [51] zur umlaufenden Schwefelsäure geregelt. Damit ergibt sich bei einem Betriebsdruck von 50 mbar_a eine Schwefelsäurekonzentration von 80 Massen-% H₂SO₄ in der umlaufenden Schwefelsäure [46]. Durch diese Regelung wird Schwefelsäure mit 80 Massen-% H₂SO₄ partiell aus den zuströmenden Brüden [45] auskondensiert. Für die Kühlung wurden bei dieser Betriebsweise 13 kg/h Prozesskondensat [51] zugegeben.
Die durch partielle Kondensation erhaltene überschüssige Schwefelsäure [47] läuft dem Verdampfer V5 zu. Die Wasserbrüden [48], die am Kopf der Dephlegmatorkolonne D5 austreten, weisen nur noch einen geringen Schwefelsäuregehalt von ca. 0,5 Massen-% H₂SO₄ auf. Diese werden im Wärmetauscher W7 kondensiert. Inertgase [49] werden aus dem Wärmetauscher W7 abgeleitet und zur Vakuumerzeugung angesaugt. Für die Vakuumerzeugung wird eine Flüssigkeitsringvakuumpumpe eingesetzt. Das Kondensat [50] fliest als Abwasser kontinuierlich ab. Es werden 162 kg/h Abwasser mit 0,5 Massen-% H₂SO₄ erhalten.
Bei der Betriebsweise wurden nur 13 kg/h Prozesskondensat eingesetzt. Mit einer so geringen Wasseraufgabe könnte aber ebenfalls kein Demister oder Dephlegmator entsprechend dem Stand der Technik betrieben werden. Auch ist eine Regelung zum Einstellen niedriger Schwefelsäuregehalt entsprechend dem Stand der Technik nur mit entsprechend großen Mengen an Waschflüssigkeit möglich, da eine Ausreichende Flüssigkeitsbeladung für eine sichere Abtrennung der Schwefelsäure benötigt wird.
Bei der Betriebsweise wurden durch die Wasseraufgabe ca. 9 kW Wärmeleistung für den Betrieb des erfindungsgemäßen Dephlegmatorsystems abgeführt. Da die partiell auskondensierte Schwefelsäure im System verbleibt und wieder verdampft wird, ergibt sich ein entsprechender zusätzlicher Wärmebedarf von 9 kW für die Beheizung des Verdampfers V5. Bei einer Gesamtheizleistung von ca. 300 kW entspricht dies 3%.
Anwendungsbeispiel 3:
Bei der Entschwefelung von Abgasen aus der Petrochemie fallen 1000 kg/h Schwefelsäure mit 95 Massen-% H₂SO₄ an. Diese Schwefelsäure soll auf 98 Massen-% H₂SO₄ konzentriert werden, damit sie vermarktet werden kann. Der prinzipielle Aufbau der Gesamtanlage ist in dargestellt. Die 1000 kg/h Eingangsschwefelsäure [52] werden zur Energierückgewinnung zunächst entsprechend dem Stand der Technik in Wärmeaustauscher W8 gegen die ablaufende Produktschwefelsäure auf ca. 160°C vorgewärmt und dann am Kopf der Rektifizierkolonne K6 aufgegeben. Die Kolonne ist aus emailliertem Stahl und als Füllkörperkolonne mit Raschig-Ringen aus Glas ausgeführt. Flüssigkeitsverteiler und Auflagerost sind aus hoch siliziumhaltigem Stahlguss. Der Kolonnendurchmesser beträgt DN 600. Dadurch ergibt sich eine Flüssigkeitsbelastung von ca. 2 m³/m²h. Die gesamte Anlage wird bei einem Betriebsdruck von 60 mbar_a betrieben. Die Schwefelsäure fließt im Gegenstrom zu den Brüden [54] aus Verdampfer V6, die einen Schwefelsäureanteil von ca. 61 Massen-% H₂SO₄ aufweisen und nimmt einen Teil der der Schwefelsäure auf. Die aus K6 ablaufende Schwefelsäure [53] wird im Verdampfer V6 auf 98 Masse-% H₂SO₄ konzentriert, dann zur Vorwärmung der Eingangssäure in Wärmeaustauscher W8 genutzt und anschließend mittels Wärmeaustauscher W9 auf ca. 40°C Lagertemperatur gekühlt. Es werden 969 kg/h Produkt erhalten. Die Brüden [56] aus Kolonne K6 weisen einen Schwefelsäureanteil von ca. 24 Massen-% H₂SO₄ auf. Diese werden in das erfindungsgemäße Dephlegmatorsystem geleitet und am Sumpf der erfindungsgemäßen Dephlegmatorkolonne D6 zugeführt. Die Dephlegmatorkolonne D6 ist aus emailliertem Stahl und als Füllkörperkolonne mit 20 mm Raschig-Ringen aus Borosilikatglas ausgeführt. Die Füllkörperschütthöhe beträgt 3 m. Flüssigkeitsverteiler und Auflagerost sind aus hoch siliziumhaltigem Stahlguss. Der Kolonnendurchmesser beträgt DN 300.
Als Waschflüssigkeit [57] wird 82 Massen-%-ige Schwefelsäure gewählt. Diese wird mittels der erfindungsgemäßen Pumpe P5 im Gegenstrom zu den Brüden [56] über die Dephlegmatorkolonne D6 zirkuliert und mittels des erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers W10 gekühlt. Es werden ca. 2 m³/h umgewälzt wodurch sich eine Flüssigkeitsbelastung der Dephlegmatorkolonne D6 von ca. 28 m³/m²h ergibt.
Die Kühlleistung wird über die Temperatur der umlaufenden Schwefelsäure festgelegt. Die Solltemperatur wurde auf 132°C am Auslauf der Dephlegmatorkolonne D6 eingestellt und über die Kühlwassermenge zum Wärmetauscher W10 geregelt. Damit ergibt sich bei einem Betriebsdruck von 60 mbar_a eine Schwefelsäurekonzentration von 82 Massen-% H₂SO₄ in der umlaufenden Schwefelsäure [57]. Durch diese Regelung wird Schwefelsäure mit 82 Massen-% H₂SO₄ partiell aus den zuströmenden Brüden [56] auskondensiert. Als benötigte Kühlleistung ergaben sich bei dieser Betriebsweise 6 kW.
Die durch partielle Kondensation erhaltene überschüssige Schwefelsäure [59] läuft dem Kopf der Rektifizierkolonne K6 zu. Die Wasserbrüden [58], die am Kopf der Dephlegmatorkolonne D6 austreten, weisen nur noch einen geringen Schwefelsäuregehalt von ca. 0,6 Massen-% H₂SO₄ auf. Diese werden im Wärmetauscher W11 kondensiert. Inertgase [60] werden aus dem Wärmetauscher W11 abgeleitet und zur Vakuumerzeugung angesaugt. Für die Vakuumerzeugung können beispielsweise Flüssigkeitsringvakuumpumpen oder auch Strahler eingesetzt werden. Das Kondensat [61] fließt als Abwasser kontinuierlich ab. Es werden 31 kg/h Abwasser mit 0,6 Massen-% H₂SO₄ erhalten. Bei der Betriebsweise wurden 6 kW Wärmeleistung für den Betrieb des erfindungsgemäßen Dephlegmatorsystems abgeführt. Dies entspräche umgerechnet einer Wasseraufgabe von ca. 8 kg/h. Mit einer so geringen Wasseraufgabe könnte aber kein Demister oder Dephlegmator entsprechend dem Stand der Technik betrieben werden. Auch ist eine Regelung zum Einstellen niedriger Schwefelsäuregehalte im Abwasser entsprechend dem Stand der Technik nur mit entsprechend großen Mengen an Waschflüssigkeit möglich, da eine ausreichende Flüssigkeitsbeladung für eine sichere Abtrennung der Schwefelsäure benötigt wird.
Da die partiell auskondensierte Schwefelsäure im System verbleibt und wieder verdampft wird, ergibt sich ein entsprechender zusätzlicher Wärmebedarf von 6 kW für die Beheizung des Verdampfers V6. Bei einer Gesamtheizleistung von ca. 100 kW entspricht dies 6%.
Anwendungsbeispiel 4:
Bei der Rückkonzentrierung von Abfallschwefelsäure fallen 5000 kg/h Schwefelsäure mit 90 Massen-% H₂SO₄ an. Diese Schwefelsäure soll auf 93 Massen-% H₂SO₄ konzentriert werden, damit sie in den Produktionsprozess zurückgefahren werden kann. Der prinzipielle Aufbau der Anlage ist in dargestellt. Die 5000 kg/h Eingangsschwefelsäure [62] werden direkt in den Verdampfer V7 zugegeben und dort auf 93 Masse-% H₂SO₄ konzentriert. Die gesamte Anlage wird bei einem Betriebsdruck von 50 mbar_a betrieben.
Es werden 4838 kg/h Produkt [63] erhalten. Die Brüden [64] aus Verdampfer V7 weisen einen Schwefelsäureanteil von ca. 15 Massen-% H₂SO₄ auf. Diese werden in das erfindungsgemäße Dephlegmatorsystem geleitet und am Sumpf der erfindungsgemäßen Dephlegmatorkolonne D7 zugeführt. Die Dephlegmatorkolonne D7 ist aus emailliertem Stahl und als Füllkörperkolonne mit 30 mm Raschig-Ringen aus Borosilikatglas ausgeführt, Die Füllkörperschütthöhe beträgt 3 m. Flüssigkeitsverteiler und Auflagerost sind aus hoch siliziumhaltigem Stahlguss. Der Kolonnendurchmesser beträgt DN 700.
Als Waschflüssigkeit [65] wird 80 Massen-%-ige Schwefelsäure gewählt. Diese wird mittels der erfindungsgemäßen Pumpe P6 im Gegenstrom zu den Brüden [64] über die Dephlegmatorkolonne D7 zirkuliert und mittels des Erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers W12 gekühlt. Es werden ca. 15 m³/h umgewälzt wodurch sich eine Flüssigkeitsbelastung der Dephlegmatorkolonne D7 von ca. 39 m³/m²h ergibt. Die Kühlleistung wird über die Temperatur der umlaufenden Schwefelsäure festgelegt. Die Solltemperatur wurde auf 120°C am Auslauf der Dephlegmatorkolonne D7 eingestellt und über die Kühlwassermenge zum Wärmetauscher W8 geregelt. Damit ergibt sich bei einem Betriebsdruck von 50 mbar_a eine Schwefelsäurekonzentration von 80 Massen-% H₂SO₄ in der umlaufenden Schwefelsäure [65]. Durch diese Regelung wird Schwefelsäure mit 80 Massen-% H₂SO₄ partiell aus den zuströmenden Brüden [64] auskondensiert. Als benötigte Kühlleistung ergaben sich bei dieser Betriebsweise 9 kW.
Die durch partielle Kondensation erhaltene überschüssige Schwefelsäure [66] läuft dem Verdampfer V7 zu. Die Wasserbrüden [67], die am Kopf der Dephlegmatorkolonne D7 austreten, weisen nur noch einen geringen Schwefelsäuregehalt von ca. 0,5 Massen-% H₂SO₄ auf. Diese werden im Wärmetauscher W13 kondensiert. Inertgase [68] werden aus dem Wärmetauscher W13 abgeleitet und zur Vakuumerzeugung angesaugt. Für die Vakuumerzeugung wird eine Flüssigkeitsringvakuumpumpe eingesetzt. Das Kondensat [69] fließt als Abwasser kontinuierlich ab. Es werden 162 kg/h Abwasser mit 0,5 Massen-% H₂SO₄ erhalten. Bei der Betriebsweise wurden 9 kW Wärmeleistung für den Betrieb des erfindungsgemäßen Dephlegmatorsystems abgeführt. Da die partiell auskondensierte Schwefelsäure im System verbleibt und wieder verdampft wird, ergibt sich ein entsprechender zusätzlicher Wärmebedarf von 9 kW für die Beheizung des Verdampfers V7. Bei einer Gesamtheizleistung von ca. 300 kW entspricht dies 3%.
Mit dem erfindungsgemäßen Dephlegmatorsystem bestehend aus Dephlegmatorkolonne, Schwefelsäurezirkulationspume und gegebenenfalls Wärmeaustauscher zur Kühlung der umlaufenden Schwefelsäure besteht nun die Möglichkeit den Schwefelsäuregehalt im Abwasser bei der Konzentrierung von Schwefelsäure maßgeblich zu reduzieren. Verglichen zum Stand der Technik wird bei dem erfindungsgemäßen Dephlegmatorsystem wesentlich weniger Energie benötigt. Auch kann verglichen zum Stand der Technik mit dem erfindungsgemäßen Dephlegmatorsystem die Schwefelsäurekonzentration im Abwasser einfach und konstant niedrig geregelt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

GB 276972 A [0003]
GB 572328 A [0003]
US 4409064 A [0003]

Claims

Dephlegmatorsystem zur Reduzierung des Schwefelsäuregehalts im Abwasser bei der Konzentrierung von Schwefelsäure, dadurch gekennzeichnet, dass das Dephlegmatorsystem besteht aus: a) einer Dephlegmatorkolonne, b) einer Schwefelsäurezirkulationspumpe, und c) einer Vorrichtung, welche eine Kühlung der umlaufenden Schwefelsäure ermöglicht, wobei die Elemente des Dephlegmatorsystems derart ausgestaltet und miteinander verbunden sind, dass d) Schwefelsäure über die Dephlegmatorkolonne zirkuliert wird, e) die zu reinigenden Wasserdampf-Schwefelsäurebrüden aus der Schwefelsäurekonzentrierung am Sumpf der Dephlegmatorkolonne eingeleitet und im Gegenstrom zur umlaufenden Schwefelsäure über die Dephlegmatorkolonne geleitet werden, wodurch f) die umlaufende Schwefelsäure die Schwefelsäureanteile der Brüden absorbiert und kondensiert, g) Wasserdampf, der nur noch entsprechend dem Dampfdruck der umlaufenden Schwefelsäure geringe Mengen von < 5, bevorzugt < 1 Massen-% an Schwefelsäure enthält, am Kopf der Dephlegmatorkolonne austritt, und h) die durch die Absorption/Kondensation erhaltene überschüssige Schwefelsäure zur Schwefelsäurekonzentrierung abläuft.
Dephlegmatorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Vorrichtung, welche eine Kühlung der umlaufenden Schwefelsäure erlaubt, ein Wärmeaustauscher vorhanden ist, über welchen die umlaufende Schwefelsäure geleitet und darin indirekt mit Kühlwasser auf Siedetemperatur gekühlt wird oder eine Zuleitung für Wasser oder Prozess-Kondensat vorhanden ist.
Dephlegmatorsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dephlegmatorkolonne, die Schwefelsäurezirkulationspumpe und der ggf. vorhandene Wärmeaustauscher aus gegenüber heißer Schwefelsäure korrosionsfestem Material ausgeführt sind.
Dephlegmatorsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dephlegmatorkolonne als Füllkörperkolonne mit Glasfüllkörpern, als Packungskolonne mit Glaspackungen oder als Bodenkolonne aus hochsiliziumhaltigen Eisenguss ausgeführt ist.
Dephlegmatorsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwefelsäurezirkulationspumpe aus hoch siliziumhaltigem Eisenguss oder PFA (Polyfluoralkoxy-Polymer), oder/und der Wärmetauscher aus hochsiliziumshaltigem Eisenguss, Siliziumcarbid oder Tantal ausgeführt ist.
Verfahren zur Reduzierung des Schwefelsäuregehalts im Abwasser bei der Konzentrierung von Schwefelsäure, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Dephlegmatorsystem nach einem der Ansprüche 1–5 a) Schwefelsäure über die Dephlegmatorkolonne zirkuliert wird, b) die zu reinigenden Wasserdampf-Schwefelsäurebrüden aus der Schwefelsäurekonzentrierung am Sumpf der Dephlegmatorkolonne eingeleitet und c) im Gegenstrom zu der umlaufenden Schwefelsäure geleitet werden, wobei d) die umlaufende Schwefelsäure die Schwefelsäureanteile der Brüden absorbiert und kondensiert, e) die umlaufende Schwefelsäure gekühlt wird, f) Wasserdampf, der nur noch entsprechend dem Dampfdruck der umlaufenden Schwefelsäure geringe Mengen von < 5, bevorzugt < 1 Massen-% an Schwefelsäure enthält, am Kopf der Dephlegmatorkolonne austritt, und g) durch die Absorption/Kondensation erhaltene überschüssige Schwefelsäure zur Schwefelsäurekonzentrierung zurückgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die umlaufende Schwefelsäure indirekt über einen Wärmeaustauscher oder durch Zugabe von Prozess-Kondensatz oder/und Wasser gekühlt wird, und insbesondere, dass die Temperatur der umlaufenden Schwefelsäure so geregelt wird, dass sie am Ablauf der Dephlegmatorkolonne Siedetemperatur hat, d. h. zwischen 43°C (70 Masse-%, 5 mbar_a) und 266°C (88 Masse-%, 1500 mbar_a) liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebsdruck der Dephlegmatorkolonne am Brüdeneintritt gleich dem Betriebsdruck der Schwefelsäurekonzentrierung, bevorzugt auf zwischen 5 mbar_a und 1500 mbar_a, eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Säurekonzentration der umlaufenden Schwefelsäure auf zwischen 70 Masse-% und 88 Masse-%, bevorzugt zwischen 80 Masse-% und 85 Masse-%, eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer mehrstufigen Schwefelsäurekonzentrierung die überschüssige Schwefelsäure aus dem Dephlegmatorsystem in die konzentrierte Stufe geleitet wird, in der die Konzentration der Schwefelsäure ähnlich ist.