DE102019005628B9 - Process for the purification of sulphide-containing raw materials and the simultaneous extraction of elemental sulfur - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Entschwefelung von wässrigen mehrphasigen Mischungen aus Wasser und schwefelhaltigen organischen Substanzen und nicht wasserlöslichen Substanzen, dadurch gekennzeichnet, dass negativ geladener Schwefel in einer Reaktion, die zugleich in der wässrigen und der nicht-wässrigen Phase stattfindet, mit Hilfe von Schwefelhalogeniden und Basen zu elementarem Schwefel umgesetzt wird, der aus dem Gemisch als Feststoff abgetrennt werden kann.Process for the desulfurization of aqueous multiphase mixtures of water and sulfur-containing organic substances and non-water-soluble substances, characterized in that negatively charged sulfur in a reaction that takes place simultaneously in the aqueous and the non-aqueous phase, with the help of sulfur halides and bases to elementary Sulfur is reacted, which can be separated from the mixture as a solid.
Description
Schwefelhaltige Verbindungen sind in der Natur allgegenwärtig. Sie kommen unter anderem in Proteinen, Erdöl, Erdgas und Gülle vor. Während Schwefel für den Pflanzenwuchs und auch für Tiere essentiell sind, sind sie in Erdöl und Erdgas schädlich. Schwefelverbindungen im Erdöl oder Erdgas verbrennen bei der thermischen Nutzung zu Schwefeldioxid, das mit der Feuchtigkeit der Abgase oder auch der Luft zu schwefliger Säure und dann zu Schwefelsäure reagiert. Auch wenn Gülle in Biogasanlagen fermentiert wird und das entstehende Gas in Gasmotoren zu Stromgewinnung verbrannt wird, müssen der Schwefel und seine Verbindungen vor dem Verbrennen aus den Brennstoffen entfernt werden. Zurzeit wird für Erdöl die katalytische Hydrodesulfurierung verwendet.Sulfur-containing compounds are ubiquitous in nature. They occur in proteins, petroleum, natural gas and liquid manure, among other things. While sulfur is essential for plant growth and also for animals, it is harmful in petroleum and natural gas. When used thermally, sulfur compounds in crude oil or natural gas burn to form sulfur dioxide, which reacts with the moisture in the exhaust gases or the air to form sulphurous acid and then to sulfuric acid. Even if liquid manure is fermented in biogas plants and the gas produced is burned in gas engines to generate electricity, the sulfur and its compounds must be removed from the fuels before they can be burned. Catalytic hydrodesulphurisation is currently used for petroleum.
Üblicherweise sind Volumen und Masse der Stoffe, die aus dem Prozess mit dem Schwefel ausgeschleust werden müssen, deutlich größer als die Menge an Schwefel, die im zu reinigenden Stoff enthalten ist.Usually, the volume and mass of the substances that have to be removed from the process with the sulfur are significantly greater than the amount of sulfur contained in the substance to be cleaned.
Wird der Schwefel vor der Verbrennung oder vor Gebrauch der schwefelhaltigen Rohstoffe, zum Beispiel Erdöl, Erdgas oder Gülle, am Beginn der Wertschöpfungskette entfernt, dann muss die gesamte zu reinigende Rohstoffmenge erhitzt werden. Um die im Rohstoff in Verdünnung vorliegenden Schwefelverbindungen aufzukonzentrieren, muss die gesamte Rohstoffmenge auf die Verfahrenstemperatur von 300°C bis 400°C gebracht werden, um die Trennwärme, die gleich ist wie die Mischungsenthalpie, aufbringen zu können. Zusätzlich muss noch Aminlösung eingesetzt werden, um den zu Schwefelwasserstoff reduzierten Schwefel aus dem Rohstoff zu entfernen. Ein weiterer Nachteil des Verfahrens ist es, dass die Hydrodesulfurierung auf einem Festbettreaktor stattfindet, der natürlich im Laufe der Zeit seine katalytischen Eigenschaften verliert und ersetzt werden muss. Das Erhitzen der gesamten Rohstoffmenge auf 300 °C bis 400°C, nur um drei oder vier Prozent Schwefel abtrennen zu können, ist sehr energieaufwendig und deshalb teuer.If the sulfur is removed at the beginning of the value chain before combustion or before the sulfur-containing raw materials are used, for example crude oil, natural gas or liquid manure, then the entire amount of raw material to be cleaned must be heated. In order to concentrate the diluted sulfur compounds in the raw material, the total amount of raw material must be brought to the process temperature of 300 ° C to 400 ° C in order to be able to generate the heat of separation, which is the same as the enthalpy of mixing. In addition, amine solution must be used to remove the sulfur, which has been reduced to hydrogen sulfide, from the raw material. Another disadvantage of the process is that the hydrodesulfurization takes place on a fixed bed reactor, which naturally loses its catalytic properties over time and has to be replaced. Heating the entire amount of raw material to 300 ° C to 400 ° C just to be able to separate three or four percent sulfur is very energy-consuming and therefore expensive.
Zur Entfernung von Schwefel aus Erdgas ist bekannt, Kohlenstoffdioxid und Schwefelwasserstoff zusammen mit einer Base wie N-Methyl-Pyrrolidon (Purisol-Verfahren) in einem hochsiedenden Lösungsmittel zu binden. Bei der physikalischen Abtrennung, beispielsweise dem Sulfinol-Prozess, wird eine hochsiedende polare organische Flüssigkeit, die etwas Wasser enthält, eingesetzt. Beim Sulfinol-Prozess verwendet man als Lösungsmittel eine Mischung aus Diisopropanolamin (DIPA), Tettrahydrothiophenoldioxid (Sulfolan) und Wasser. Der Schwefelwasserstoff aus dem Erdgas wird unter hoher Hitze mit Sauerstoff zu Schwefel umgesetzt.To remove sulfur from natural gas, it is known to bind carbon dioxide and hydrogen sulfide together with a base such as N-methyl-pyrrolidone (Purisol process) in a high-boiling solvent. For physical separation, for example the sulfinol process, a high-boiling polar organic liquid that contains some water is used. The sulfinol process uses a mixture of diisopropanolamine (DIPA), tetrahydrothiophenol dioxide (sulfolane) and water as the solvent. The hydrogen sulfide from the natural gas is converted into sulfur under high heat with oxygen.
Bis heute wird laufend versucht, den obigen Prozess zu verbessern. Hier sei beispielhaft auf die
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Bekannt ist ebenfalls, dass es möglich ist, durch Behandlung von bekannten Katalysatoren mit Dischwefeldichlorid deren Leistungsfähigkeit und Standvermögen zu verbessern, wie es in zwei weiteren US- Patentschriften dargelegt wird. In der
Eine weitere bekannte Möglichkeit ist es, den Schwefel aus dem Abgas nach einer Verbrennung von schwefelhaltigen Treibstoffen zu entfernen. So wird bei den Scrubbern, die den Schwefel aus dem Treibstoff oder Schweröl nach der Verbrennung aus dem Abgas herausfiltern, Calciumsulfat produziert und aus dem Prozess herausgeschleust, eine Vermehrung der herauszuschleusenden Stoffe auf das 4,25-fache bewirkt. Die Rentabilität des Verfahrens ist nur gegeben, weil das entstehende Calciumsulfat in der Bauindustrie als Gips verarbeitet werden kann.Another known possibility is to remove the sulfur from the exhaust gas after burning sulfur-containing fuels. In scrubbers, which filter the sulfur from the fuel or heavy oil from the exhaust gas after combustion, calcium sulfate is produced and discharged from the process, causing the substances to be discharged to be increased by a factor of 4.25. The process is only profitable because the calcium sulphate produced can be processed as gypsum in the construction industry.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen, insbesondere den Anfall großer Mengen an mit dem Schwefel auszuschleusenden Produkten zu vermeiden. Ferner soll der für die Entschwefelung erforderliche Energieeintrag möglichst gering sein. Außerdem soll die Entschwefelung nach Möglichkeit ohne Verwendung von Katalysatoren auskommen können.The object of the present invention was to eliminate the disadvantages of the prior art, in particular to avoid the accumulation of large amounts of products to be discharged with the sulfur. Furthermore, the energy input required for desulfurization should be as low as possible. In addition, the desulfurization should be able to manage without the use of catalysts if possible.
Erstaunlicherweise hat es sich gezeigt, dass es möglich ist, organische Schwefelverbindungen und auch Schwefelwasserstoff aus Erdgas, Erdöl, Erdölprodukten und auch Biogas, im folgenden Rohstoff genannt, quantitativ zu entfernen, indem in einer chemischen Reaktion der in den Rohstoffen enthaltene Schwefel mit einer theoretischen Oxidationszahl kleiner eins zu elementarem Schwefel oxidiert wird, wobei die notwendige Reaktionsenthalpie durch die gleichzeitige Zugabe von Basen und Schwefelhalogeniden erfolgt. Die Reaktion läuft dabei bei pH-Werten zwischen 4 und 7, bevorzugt zwischen 5 und 6, besonders bevorzugt bei pH-Wert 5,5, quantitativ ab. Für die Einstellung des bevorzugten pH-Wertes ist es vorteilhaft, Base und Schwefelhalogenid simultan zu dem zu reinigenden Rohstoff zuzugeben. Hierfür ist es sinnvoll, den Rohstoff mechanisch zu bewegen. Dies kann durch Rühren erfolgen oder durch Verrieseln oder Versprühen.Surprisingly, it has been shown that it is possible to quantitatively remove organic sulfur compounds and also hydrogen sulfide from natural gas, petroleum, petroleum products and also biogas, hereinafter referred to as raw material, by using a chemical reaction, the sulfur contained in the raw materials is oxidized to elemental sulfur with a theoretical oxidation number of less than one, whereby the necessary enthalpy of reaction occurs through the simultaneous addition of bases and sulfur halides. The reaction takes place quantitatively at pH values between 4 and 7, preferably between 5 and 6, particularly preferably at pH 5.5. To set the preferred pH, it is advantageous to add base and sulfur halide simultaneously to the raw material to be cleaned. For this it makes sense to move the raw material mechanically. This can be done by stirring or by trickling or spraying.
Im Labor wird die zu entschwefelnde Lösung, die Schwefelwasserstoff oder ein Mercaptan oder eine Aminoschwefelsäure oder auch ein schwefelhaltiges Protein enthält, stark gerührt, zum Beispiel mit einem Propellerrührwerk oder einem Magnetrührstab.In the laboratory, the solution to be desulphurized, which contains hydrogen sulphide or a mercaptan or an aminosulphuric acid or a sulfur-containing protein, is stirred vigorously, for example with a propeller stirrer or a magnetic stir bar.
Wird zum Beispiel ein nicht wasserlösliches flüssiges Mercaptan umgesetzt, dann muss während der gesamten Reaktionszeit so stark gerührt werden, dass sich eine instabile Emulsion oder auch eine Suspension bildet. Liegen die beiden Phasen nebeneinander vor mit einer scharfen, deutlich sichtbaren Trennlinie, dann findet die Reaktion nicht oder nur teilweise oder zu langsam statt.If, for example, a liquid mercaptan that is not soluble in water is reacted, then during the entire reaction time it must be stirred so vigorously that an unstable emulsion or suspension is formed. If the two phases are present next to one another with a sharp, clearly visible dividing line, then the reaction does not take place or takes place only partially or too slowly.
Deshalb ist die Verwendung eines Homogenisators statt der anderen Rührwerke bevorzugt. Homogenisatoren werden von der Fa. Bosch für den Küchenbereich angeboten oder auch von der Fa. IKA für Laboratorien. Zu der gerührten oder homogenisierten Flüssigkeit wird Dischwefeldichlorid tropfenweise zugegeben. Der pH-Wert der Flüssigkeit sinkt durch die entstehende Salzsäure ab. Wenn der pH-Wert unter 5,5 absinkt, wird tropfenweise 1 molare Natronlauge zugegeben. Die Zugabe der Natronlauge erfolgt so, dass auf 1 g zugesetztem Dischwefeldichlorid ungefähr 15 ml einer 1 molaren Natronlauge zugesetzt werden. Die genaue Menge variiert mit der Vorlage, die entschwefelt werden soll. Es bildet sich ein gelber Niederschlag aus Schwefel, der abgetrennt werden kann. Der unangenehme Geruch der Schwefelverbindungen ist verschwunden.It is therefore preferable to use a homogenizer instead of the other agitators. Homogenizers are offered by Bosch for the kitchen area or by IKA for laboratories. Disulfur dichloride is added dropwise to the stirred or homogenized liquid. The pH of the liquid drops due to the hydrochloric acid that is formed. When the pH falls below 5.5, 1 molar sodium hydroxide solution is added dropwise. The sodium hydroxide solution is added in such a way that approximately 15 ml of a 1 molar sodium hydroxide solution are added to 1 g of added disulfur dichloride. The exact amount varies with the original that is to be desulfurized. A yellow precipitate of sulfur forms, which can be separated off. The unpleasant smell of the sulfur compounds has disappeared.
Die Entfernung von Schwefelwasserstoff und organischen Sulfiden aus Rohöl oder Erdgas kann insbesondere erfolgen, indem als Reagenzien Dischwefeldichlorid oder andere Schwefelhalogenide und Basen in einer Mehrphasenreaktion eingesetzt werden.The removal of hydrogen sulfide and organic sulfides from crude oil or natural gas can in particular take place by using disulfur dichloride or other sulfur halides and bases as reagents in a multiphase reaction.
Das übliche Gemisch von Erdöl und Erdgas, das bei Sekundärförderung gewonnen wird, wird zusammen mit dem Förderwasser gefördert. Dabei sind Schwefelwasserstoff und organische Sulfide sowohl in der Wasserphase als auch in der hydrophoben Phase gelöst.The usual mixture of crude oil and natural gas, which is obtained from secondary production, is pumped together with the production water. Hydrogen sulfide and organic sulfides are dissolved both in the water phase and in the hydrophobic phase.
Zur Entfernung des unerwünschten Schwefels in der Ölphase wird die Hauptmenge des Wassers in einem Absetztank abgetrennt, indem die oben aufsitzende Ölphase abgeschöpft wird. Dieser Prozess ist seit vielen Jahren bekannt. Die in dem Öl emulgierte Menge an Förderwasser ist ausreichend, um die Reaktion in einem separaten Rührtank durchzuführen, dem dann in dem Prozess wieder ein Absetztank folgt, in dem der gebildete elementare Schwefel sich absetzt.To remove the unwanted sulfur in the oil phase, most of the water is separated off in a settling tank by skimming off the oil phase on top. This process has been known for many years. The amount of feed water emulsified in the oil is sufficient to carry out the reaction in a separate stirred tank, which is then followed again in the process by a settling tank in which the elemental sulfur formed settles.
Die Entfernung von gasförmigen Schwefelverbindungen des negativ geladenen Schwefels, wie zum Beispiel Schwefelwasserstoff oder niedermolekularen Mercaptanen oder niedermolekularen Thioethern aus Erdgas, ist möglich mit Gaswäschern. Gaswäscher werden zurzeit weltweit eingesetzt zur Entfernung unerwünschter Begleitstoffe von Gasen. Wird in den zu reinigenden Gasstrom Schwefelhalogenid, bevorzugt Dischwefeldichlorid oder ein anderes Schwefelchlorid oder ein Mischung von Schwefelhalogeniden, vernebelt und danach die notwendige Base in den Gasstrom oder in die wässrige Phase gesprüht, um in der wässrigen Phase im Wäscher einen leicht sauren pH-Wert von 5 bis 6 einzuhalten, kann das erfindungsgemäße Verfahren auch zur Entfernung von unerwünschten Schwefelverbindungen aus gasförmigen Produktströmen verwendet werden. Das erfindungsgemäße Verfahren findet dann im Gaswäscher statt, in dem zwischen zu reinigendem Produktgas und den beiden Komponenten zur Schwefelentfernung ein inniger Kontakt hergestellt wird. Dabei ist es unerheblich, wie der Gaswäscher im Einzelnen ausgebaut ist, wichtig ist nur ein inniger Kontakt der flüssigen wässrigen Phase mit der gasförmigen hydrophoben Produktphase. So ist es möglich, Gaswäscher zu verwenden, bei denen die gasförmige Produktphase eine Packung von Rieselkörpern passieren muss. Die üblicherweise in diesen Gaswäschern von oben nach unten rieselnde wässrige Phase fungiert gleichzeitig als Transportmedium, um den ausgefallenen Schwefel aus dem Gaswäscher zu entfernen. Wird die gasförmige Produktphase, die bereits das Schwefelhalogenid enthalten kann, gasförmig in einer kontinuierlichen wässrigen Phase verteilt und steigt blasenförmig in dem kontinuierlichen wässrigen Medium zur Oberfläche auf, dann kann der entstandene elementare Schwefel auf dem Boden gesammelt werden und von dort entfernt werden.The removal of gaseous sulfur compounds of negatively charged sulfur, such as hydrogen sulfide or low molecular weight mercaptans or low molecular weight thioethers from natural gas, is possible with gas scrubbers. Gas scrubbers are currently used around the world to remove unwanted substances from gases. If sulfur halide, preferably disulphur dichloride or another sulfur chloride or a mixture of sulfur halides, is atomized into the gas stream to be cleaned, and then the necessary base is sprayed into the gas stream or into the aqueous phase, in order to achieve a slightly acidic pH of in the washer in the aqueous phase 5 to 6, the process according to the invention can also be used to remove undesired sulfur compounds from gaseous product streams. The process according to the invention then takes place in the gas scrubber, in which intimate contact is established between the product gas to be purified and the two components for sulfur removal. It is irrelevant how the gas scrubber is constructed in detail, only an intimate contact of the liquid aqueous phase with the gaseous hydrophobic product phase is important. It is possible to use gas scrubbers in which the gaseous product phase has to pass through a packing of trickles. The aqueous phase, which usually trickles from top to bottom in these gas scrubbers, also functions as a transport medium to remove the precipitated sulfur from the gas scrubber. If the gaseous product phase, which may already contain the sulfur halide, is distributed in gaseous form in a continuous aqueous phase and rises in the form of bubbles in the continuous aqueous medium to the surface, then the resulting elemental sulfur can be collected on the ground and removed from there.
Einer der Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass die Entschwefelung ohne Katalysatoren erfolgt. Deshalb sind keine teuren Apparate notwendig und es können keine teuren Katalysatoren vergiftet und unbrauchbar gemacht werden. Die Erfindung zeigt, dass es unnötig ist, die Base für die Entschwefelung von Flüssigkeiten, die Schwefel der Oxidationsstufen -1 oder -2 enthalten, durch Zugabe von Schwefelverbindungen der Oxidationsstufen +1, +2 oder höher als Katalysatorträger in den Reaktionsbehälter einzubringen. Durch die Neutralisationsreaktion mit einer Base, entweder auf dem Katalysatorträger oder in Lösung, ist die entstehende Reaktionswärme so groß, dass die Reaktion auch dann vollständig und stöchiometrisch abläuft, wenn die Entfernung des Schwefels unter Sauerstoffzutritt erfolgt:
Auch die Verwendung von Stickstoffbasen der unterschiedlichsten Art ist möglich:
Auch die Verwendung von Aminen ist möglich, aber energetisch nicht so stark bevorzugt:
Die Entfernung von Schwefel aus Thioethern erfolgt nach der folgenden Bruttogleichung:
Auch eine andere Reaktion ist parallel möglich:
Allgemein kann formuliert werden:
In allen obigen Gleichungen bedeuten R1 als auch R2 entweder einen Alkylrest, einen Arylrest oder ein Wasserstoffatom. Dabei können der Alkylrest oder der Arylrest an einer oder mehreren Stellen substituiert sein. Die beiden Alkyl- oder Arylreste müssen nicht identisch sein und es ist auch möglich, dass an einem Schwefelatom ein Alkyl- und ein Arylrest oder ein Alkylrest und ein Wasserstoffatom oder ein Arylrest und ein Wasserstoffatom gebunden sind.In all of the above equations, R 1 and R 2 are either an alkyl radical, an aryl radical or a hydrogen atom. The alkyl radical or the aryl radical can be substituted in one or more places. The two alkyl or aryl radicals do not have to be identical and it is also possible for an alkyl and an aryl radical or an alkyl radical and a hydrogen atom or an aryl radical and a hydrogen atom to be bonded to a sulfur atom.
Ebenso ist die Verwendung der anderen oben erwähnten Basen möglich.The other bases mentioned above can also be used.
Die Reaktion erzeugt elementaren Schwefel, der als Feststoff aus dem Rohstoff entfernt werden kann.The reaction produces elemental sulfur, which can be removed from the raw material as a solid.
An Stelle von Dischwefeldichlorid können auch andere Schwefelhalogenide verwendet werden, so zum Beispiel Schwefeldichlorid. Allerdings ist die Verwendung von Schwefeldichlorid mit einem hohen administrativen Aufwand verbunden, da Schwefeldichlorid Vorstufe für die Synthese von Senfgas ist.Instead of disulfur dichloride, other sulfur halides can also be used, for example sulfur dichloride. However, the use of sulfur dichloride is associated with high administrative costs, since sulfur dichloride is a precursor for the synthesis of mustard gas.
Die Schwefelbromide sind nicht ausreichend stabil, um als Rohstoff für den Entschwefelungsprozess zu dienen. Schwefeljodid, auch Jodschwefel genannt, ist eine feste Verbindung. Wegen dieser Eigenschaften ist die Verwendung von flüssigen Schwefelchloriden bevorzugt.The sulfur bromides are not stable enough to be used as raw material for the desulfurization process. Sulfur iodide, also called iodine sulfur, is a solid compound. Because of these properties, the use of liquid sulfur chlorides is preferred.
Dabei ist es vorteilhaft, einen innigen Kontakt zwischen den beiden Phasen herzustellen. Ein inniger Kontakt und damit eine kurze Verfahrensdauer bewirken, dass die notwendigen Apparate kleiner gebaut werden können als bei einer Reaktionsführung, bei der der Kontakt zwischen den Phasen durch ein Ankerrührwerk erfolgt, wenn nämlich die Phasen durch einen Propellerrührer oder, besonders bevorzugt, durch einen Homogenisator in Kontakt gebracht werden. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Oxidationskomponente, üblicherweise das Dischwefeldichlorid, direkt in den Homogenisator dosiert wird. Wird dann auch die pH-Regulierungskomponente, also die Base, direkt in denselben Homogenisator dosiert, kann die Entschwefelung auf engstem Raum durchgeführt werden und ist deshalb auch für die Entschwefelung von Rohöl und Rohgasen auf Förderplattformen geeignet.It is advantageous to establish intimate contact between the two phases. Intimate contact and thus a short process duration mean that the necessary apparatus can be built smaller than with a reaction procedure in which the contact between the phases is carried out by an anchor stirrer, namely when the phases are carried out by a propeller stirrer or, particularly preferably, by a homogenizer be brought into contact. It is particularly advantageous if the oxidation component, usually the disulfur dichloride, is metered directly into the homogenizer. If the pH regulating component, i.e. the base, is then dosed directly into the same homogenizer, the desulphurisation can be carried out in a very small space and is therefore also suitable for the desulphurisation of crude oil and raw gases on production platforms.
Für eine vollständige und rasche Umsetzung der Schwefelverbindungen mit dem Oxidationsmittel zu elementarem Schwefel ist eine große Kontaktfläche notwendig. Die große Kontaktfläche wird dadurch hergestellt, dass zum Beispiel durch Rühren die nicht wasserlösliche Phase, die das Oxidationsmittel Schwefelhalogenid enthält, in innigen Kontakt mit der wässrigen Phase gebracht wird.A large contact area is necessary for complete and rapid conversion of the sulfur compounds with the oxidizing agent to elemental sulfur. The large contact area is produced by bringing the water-insoluble phase, which contains the oxidizing agent sulfur halide, into intimate contact with the aqueous phase, for example by stirring.
Zur Erzielung einer großen Kontaktfläche zwischen hydrophiler Phase und hydrophober Phase kann es hilfreich sein, dem Reaktionsgemisch weitere Stoffe außer der Base und dem Oxidationsmittel, zum Beispiel dem Dischwefeldichlorid, zuzufügen. Zum einen können dies Stoffe sein, die die Oberflächenspannung zwischen den beiden Phasen so verringern, dass die Phasen sich mit geringerem Energieaufwand besser ineinander verteilen lassen. Zum anderen können dies Stoffe sein, die die Phasengrenze zwischen den beiden Phasen stabilisieren oder auch Stoffe, die beides bewirken.To achieve a large contact area between the hydrophilic phase and the hydrophobic phase, it can be helpful to add other substances to the reaction mixture in addition to the base and the oxidizing agent, for example the disulfur dichloride. On the one hand, these can be substances that reduce the surface tension between the two phases in such a way that the phases can be better distributed within one another with less energy expenditure. On the other hand, these can be substances that the Stabilize the phase boundary between the two phases or substances that cause both.
Deshalb kann es vorteilhaft sein, das erfindungsgemäße Verfahren auf Rieselkörpern stattfinden zu lassen, die selber nicht an der Reaktion teilnehmen, also keine katalytische Wirkung haben.It can therefore be advantageous to allow the process according to the invention to take place on trickle bodies which themselves do not take part in the reaction, that is to say have no catalytic effect.
Üblicherweise werden sowohl zur Verminderung der Oberflächenspannung als auch für eine Stabilisierung der Phasengrenzen Tenside verwendet. Als Tenside können alle chlorstabilen Tenside verwendet werden, wie zum Beispiel die endgruppenverschlossenen Tenside, wie zum Beispiel endgruppenverschlossene Ethylen-Butylenglycol-Blockpolymere oder endgruppenverschlossene Alkyl-Ethylenoxid-Propylenoxid- oder endgruppenverschlossene Ethylenoxid-Butylenoxid-Tenside. Letztere sind unter dem Namen Plurafac® seit vielen Jahren im Handel.Usually, surfactants are used both to reduce the surface tension and to stabilize the phase boundaries. All chlorine-stable surfactants can be used as surfactants, such as, for example, end-group-capped surfactants, such as, for example, end-group-capped ethylene-butylene glycol block polymers or end-group-capped alkyl-ethylene oxide-propylene oxide or end-group-capped ethylene oxide-butylene oxide surfactants. The latter have been on the market for many years under the name Plurafac ®.
Auch die Verwendung von anionischen oder auch kationischen Tensiden ist möglich. So lässt sich sowohl durch die bekannten Alkylarylsulfonsäuren als auch durch die Benzalkoniumchloride oder die Didecyldimethylammoniumchloride, die hier nur beispielhaft genannt werden sollen, die Größe der Grenzflächen zwischen einer hydrophilen Phase und einer hydrophoben Phase vervielfachen und so die Reaktionsgeschwindigkeit der chemischen Reaktion vervielfachen.The use of anionic or cationic surfactants is also possible. Both the known alkylarylsulfonic acids and the benzalkonium chlorides or didecyldimethylammonium chlorides, which are only to be mentioned here as examples, can multiply the size of the interfaces between a hydrophilic phase and a hydrophobic phase and thus multiply the reaction rate of the chemical reaction.
Die Verwendung von Aminen kann deshalb besonders bevorzugt sein, weil die entstehenden Aminsalze sich an der Phasengrenze anlagern und so die Verteilung der wässrigen und der hydrophoben Phase ineinander verbessern. Deshalb kann es besonders vorteilhaft sein, als Base neben Alkali-, Erdalkali- oder Erdmetallhydroxiden auch Amine in derselben Reaktion zu verwenden. Die neben den Metallhydroxiden zugesetzten Amine ersetzen bei dieser Variante die nichtionischen oder anionischen Tenside oder auch quaternäre Ammoniumverbindungen.The use of amines can therefore be particularly preferred because the amine salts formed accumulate at the phase boundary and thus improve the distribution of the aqueous and the hydrophobic phase in one another. It can therefore be particularly advantageous to use amines as bases in the same reaction in addition to alkali, alkaline earth or earth metal hydroxides. The amines added in addition to the metal hydroxides replace the nonionic or anionic surfactants or quaternary ammonium compounds in this variant.
Der ausgefällte Schwefel ist ein Rohstoff, der verkauft oder selbst genutzt werden kann. So ist Schwefel ein essentielles Element, das notwendig als Dünger verwendet werden muss, um Pflanzenwuchs zu fördern und so eine gute Ernte zu sichern. Eine weitere Anwendung ist in der Pharmazie und der Heilkunde. Eine dritte in der Stahlindustrie als Legierungselement für Spezialstähle. Die Hälfte des weltweit gewonnenen Schwefels wird in der Landwirtschaft benötigt. Dabei steigt der Bedarf in China und Indien am stärksten.The precipitated sulfur is a raw material that can be sold or used yourself. Sulfur is an essential element that must be used as a fertilizer to promote plant growth and thus ensure a good harvest. Another application is in pharmacy and medicine. A third in the steel industry as an alloying element for special steels. Half of the sulfur extracted worldwide is used in agriculture. The demand in China and India is increasing the most.
Es kann vorteilhaft sein, nur ein Drittel des erzeugten Schwefels aus dem Prozess auszuschleusen und die Hauptmenge von zwei Dritteln wieder zu Dischwefeldichlorid umzusetzen, das dann wieder in den Prozess eingeschleust wird. Diese Prozessführung ist eine bevorzugte Variante. Die Umsetzung von elementarem Schwefel zu Dischwefeldichlorid an sich ist bekannt. Die Herstellung von Dischwefeldichlorid aus dem in der Reaktion erzeugtem elementaren Schwefel ist aber insoweit von Vorteil, da Transportwege gespart werden und die erzeugten Schwefelchloride nicht chemisch genau definiert sein müssen. Wenn statt eines reinen Dischwefeldichlorids eine Mischung von Dischwefeldichlorid und Schwefeldichlorid auf dem Betriebsgelände erzeugt wird, kann diese Mischung verschiedener Schwefelchloride ohne weitere Reinigung oder Trennung der Komponenten direkt wieder zur Entschwefelung eingesetzt werden. Dies kann das Reaktionsvolumen, die Behältervolumen und die Transportmengen reduzieren, ohne dass Schwefeldichlorid verwendet werden muss.It can be advantageous to discharge only a third of the sulfur produced from the process and to convert the majority of two thirds back into disulfur dichloride, which is then reintroduced into the process. This process management is a preferred variant. The conversion of elemental sulfur to disulfur dichloride is known per se. The production of disulfur dichloride from the elemental sulfur produced in the reaction is advantageous in that it saves transport routes and the sulfur chlorides produced do not have to be precisely defined chemically. If, instead of a pure disulfur dichloride, a mixture of disulfur dichloride and sulfur dichloride is produced on the company premises, this mixture of different sulfur chlorides can be used again for desulfurization without further purification or separation of the components. This can reduce the reaction volume, container volumes and transport volumes without the need to use sulfur dichloride.
Ausführungsbeispiele:Embodiments:
Beispiel 1:Example 1:
Zu 100 g Schweröl mit einem Schwefelgehalt von dreieinhalb Prozent werden 50 g destilliertes Wasser in einen 500 ml Erlenmeyerkolben gegeben. Beide Substanzen werden gemeinsam auf bis zu 70 °C erwärmt, bis das Schweröl flüssig ist. Danach wird eine pH-Messkette in die Lösung getaucht.50 g of distilled water are added to 100 g of heavy oil with a sulfur content of three and a half percent in a 500 ml Erlenmeyer flask. Both substances are heated together to up to 70 ° C until the heavy oil is liquid. Then a pH measuring chain is immersed in the solution.
Die beiden Flüssigkeiten werden mit einem Magnetrührstab gerührt. Die entstehende Emulsion wird mit 1 n Natronlauge auf pH 9 eingestellt. Zu der Emulsion wird Dischwefeldichlorid aus einer Bürette tropfenweise zugegeben. Der pH-Wert sinkt auf pH 6 bis 5 oder noch tiefer. Durch tropfenweise Zugabe weiterer Natronlauge wird der pH-Wert auf 5,5 bis 6 gehalten.The two liquids are stirred with a magnetic stir bar. The resulting emulsion is adjusted to pH 9 with 1N sodium hydroxide solution. Disulfur dichloride is added dropwise from a burette to the emulsion. The pH value drops to pH 6 to 5 or even lower. The pH value is kept at 5.5 to 6 by adding further sodium hydroxide solution drop by drop.
Für die Titration werden 14 bis 15 g Dischwefeldichlorid und 220 ml 1 n Natronlauge verbraucht.14 to 15 g of disulfur dichloride and 220 ml of 1N sodium hydroxide solution are used for the titration.
Es fallen sieben Gramm elementarer Schwefel aus und können abfiltriert werden. Der gewonnene Schwefel kann als Rohstoff verwendet werden.Seven grams of elemental sulfur precipitate and can be filtered off. The sulfur obtained can be used as raw material.
Nach dem Absetzen der wässrigen Phase kann das schwefelfreie Öl abdekantiert werden.After the aqueous phase has settled, the sulfur-free oil can be decanted off.
Beispiel 2:Example 2:
250 ml frische Rindergülle mit einem Trockengewicht von 50 g und einem Schwefelgehalt von 0,35 Prozent werden in einen Erlenmeyerkolben verbracht. Der pH-Wert der Gülle beträgt 6,7. Es werden unter Rühren 1,4 bis 1,5 g Dischwefeldichlorid langsam zugetropft. Gleichzeitig wird mit 1 n Natronlauge der pH-Wert bei pH 6,5 bis 7 stabilisiert.250 ml of fresh cattle manure with a dry weight of 50 g and a sulfur content of 0.35 percent are placed in an Erlenmeyer flask. The pH of the manure is 6.7. 1.4 to 1.5 g of disulfur dichloride are slowly added dropwise with stirring. At the same time, the pH value is stabilized at pH 6.5 to 7 with 1N sodium hydroxide solution.
Es werden 1,4 g elementarer Schwefel abgeschieden und 22 ml 1 n Natronlauge verbraucht.1.4 g of elemental sulfur are deposited and 22 ml of 1N sodium hydroxide solution are consumed.
Wird die Suspension in einer Biogasanlage vergoren, ist das gewonnene Biogas frei von Schwefelverbindungen. Der ausgefällte Schwefel verbleibt in der Suspension und kann als Dünger dienen.If the suspension is fermented in a biogas plant, the biogas obtained is free of sulfur compounds. The precipitated sulfur remains in the suspension and can be used as fertilizer.
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