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Verfahren zur Reinigung von Röstgasen zur Herstellung von Schwefelsäure
Bei der Herstellung von Schwefelsäure ist die Reinigung der Röstgase ein wesentlicher
Teil der Anlagen und erfordert verhältnismäßig umfangreiche und kostspielige Irnstallationen.
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Vielfach werden die Rohgase zwecks Reinigung zunächst einer elektrischen
Entstaubung zugeführt, aus der sie mit etwa 300 bis 350° C austreten, aber noch
geringe Staubmengen neben bei dieser Temperatur gasförmigem Arsentrioxyd enthalten.
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Insbesondere bei Anlagen, die nach dem Kontaktverfahren arbeiten,
werden diese Gase nunmehr einem System von jiVaschtürmen zugeführt, in dem sie mit
verdünnter Schwefelsäure- gewaschen werden. Bei dieser Wäsche tritt gleichzeitig
eine Kühlung ein, und das nunmehr kolloid vorliegende Arsentrioxyd wird in soggenannten
naßelektrischen Gasreinigern abgeschieden.
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Es ist bekannt, daß eine gröbere Form des sich kondensierenden Ase
0s die spätere Absoheidung erleichtert. Als Maßnahme zur Förderung einer Vergröberung
ist es bekannt, die Abkühlung allmählich und nicht sprunghaft vorzunehmen. Ebenso
ist es bekannt, die Staubteilchen durch Wasser zu beschweren, indem man Wasserdampf
im Gas sich kondensieren läßt, wobei die Staubteilchen als Kondensationskeime wirken.
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Kondensationsbedingungen, die für die Beladung von Staub oder Flüssigkeitsteilchen
mit Wasser besonders günstig sind, erreicht man durch Mischung zweier Gasströme,
deren Wassergehalt stabil gasförmig vorliegt, deren Mischung aber (ohne äußere Kühlung)
eine Temperatur ergibt, die unter dem Taupunkt des Wasserdampfgehaltes des Gasgemisches
liegt. Dadurch entsteht innerhalb des gesamten Gasvolumens Kondensationsbereitschaft.
Dies ist ein wesentlicher Unterschied gegenüber üblichen Kühlmaßnahmen zur Erzielung
einer Wasserkondensation. Sowohl bei direkter Kühlung als auch bei indirekter Kühlung
erfolgt die Kühlung und somit die Wasserkondensation in überwiegendem Maße an der
Oberfläche des Kühlmittels bzw. der Kühlfläche. Dabei wird ein wesentlich geringerer
Anteil des insgesamt sich kondensierenden Wassers an den Staubteilchen niedergeschlagen
als in dem oben geschilderten Fall, in dem im gesamten Gasvolumen durch Gasmischung
Übersättigung an Wasserdampf entsteht. Nach der vorliegenden Erfindung ist es nun
möglich, die Gasreinigung von Schwefelsäureanlagen so zu gestalten, daß damit große
wirtschaftliche Vorteile verbunden sind. Es ist überraschend, daß Bedingungen aufgefunden
werden konnten, die einerseits eine bessere Abscheidung der Verunreinigung trotz
Vereinfachung der Apparaturen bringen, andererseits aber auch keine ins Gewicht
fallende Komplikation des Kühlvorganges der Gase bringen und außerdem keine unwirtschaftlich
hohen Druckverluste bedingen. Durch die Erfindung wird ein Vorurteil überwunden
und gezeigt, daß man die für den Reinigungseffekt ausschlaggebende Übersättigung
auch dann erreichen kann,. wenn man die Gase in bekannter Weise mit verdünnter Schwefelsäure
wäscht. Es trifft also nicht zu, daß man für die Anwendung des Prinzips der >sTaupunktunterschreitung
durch Gasmischung« gezwungen ist, an Stelle von verdünnter Schwefelsäure Wasser
(oder extrem verdünnte Schwefelsäure) zu verwenden. Erfindungsgemäß wird bei der
Gasreinigung folgendermaßen verfahren: In den vorgereinigten Röstgasen wird durch
entsprechende Maßnahmen ein Wasserdampfgehalt aufrechterhalten oder hergestellt,
der einem Taupunkt von über 60' C entspricht. Anschließend wird der Gasstrom
geteilt und ein Teilstrom direkt oder indirekt so weit gekühlt, daß nach der Mischung
beider Gasströme sich eine Temperatur von 45 bis 55° C ergibt. Durch die möglichst
rasch und vollständig herbeigeführte Mischung der Gasströme erfolgt Kondensation
von Wasser, wobei die Staubteilchen von den Wassertröpfchen aufgenommen werden.
Diese Arbeitsweise unterscheidet sich grundsätzlich von jenen Verfahren, die eine
Vergröberung von Teilchen durch allmähliche Kühlung herbeiführen.
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Durch das neue Verfahren ist es durch eine einfache Maßnahme möglich,
in einem Gas mit z. B. etwa 0,5 g Staub je Kubikmeter mehr als 10 g Wasser niederzuschlagen,
wodurch jedes Staubteilchen im Gas mit einem Vielfachen seines Eigengewichtes mit
Wasser beladen wird. Dadurch wird eine wesentliche.Verein.-fachung der nachfolgenden
Gasfiltration ermöglicht.
Man kann mit Vorteil auch höhere Taupunkte
als 60° C vor der Teilung des Gasstromes herstellen. Zweckmäßigerweise wählt man
70 bis 80° C als Taupunkt. Wenn man nunmehr die Hälfte des Gasstromes auf mindestens
40° C kühlt und mit dem Rest vereinigt, werden je Kubikmeter mehr als 20 g Wasser
kondensiert, und man erreicht relativ leicht abscheidbare Nebel, deren Tröpfchen
die vorhandenen Gasverunreinigungen praktisch vollständig aufgenommen haben.
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Die nach der Vereinigung der geteilten Gasströme mit kondensiertem
Wasser beschwerten Staubteilchen lassen sich durch eine vereinfachte Elektrofiltration
oder auch durch Venturiwäscher niederschlagen.
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Während es bisher erforderlich war, die gekühlten Gase in meist zweistufigen
Naßelektrofiltern zu entnebeln, ermöglicht die Einhaltung der erfindungsgemäßen
Bedingungen die Anwendung einer vereinfachten einstufigen Elektrofiltration. Die
relativ einfachen und billigen Installationen, die zur Ausführung der erfindungsgemäßen
Maßnahmen erforderlich sind, erlauben die Einsparung von mindestens 501/o der teuren
Naßelektrofilteranlagen. Wie im letzten Abschnitt noch beschrieben wird, bringt
eine weitere Ausgestaltung der Erfindung durch Kombination mit anderen Entnebelungsverfahren
einen völligen Wegfall der Naßelektrofilter.
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Zur Einstellung des Taupunktes von über 60° C hat es sich als zweckmäßig
erwiesen, die Gase in einem leeren oder gefüllten Waschturm mit einer Schwefelsäure
unter 40% H2 S 04 im Kreislauf zu berieseln.
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Zum Kühlen des einen Teilgasstromes eignet sich besonders ein indirekter
Gaskühler. In diesem Gaskühler scheidet sich ein Kondensat ab, das man vorteilhafterweise
in den Kühlmittelkreislauf des ersten Kühlturmes einführt oder in den Turm eindöst.
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Die Röstgase brauchen nicht erst in den direkten Gaskühlern auf einen
Taupunkt von über 60° C gebracht zu werden; man kann die Befeuchtung der Gase auch
schon im Röstofen oder an irgendeiner folgenden Stelle des Gasstromes vornehmen,
z. B. beim Austritt aus dem Abhitzekessel. Bei kalten Röstgasen kann man den Taupunkt
auch durch Einblasen von Wasserdampf auf über 60° C hinaufsetzen.
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Das Verfahren läßt sich auch derart ausführen, daß man die Teilung
der Gasströme schon vor der Gaskühlung vornimmt, insbesondere sehr große Anlagen
werden manchmal in Form von zwei parallelen Teilanlagen erstellt. Dabei ergibt sich
die Möglichkeit, das erfindungsgemäße Verfahren so auszuführen, daß eine Teilanlage
den Taupunkt im Gasstrom auf über 60° C einstellt, die andere Teilanlage den Taupunkt
ihres Gasstromes unter 40° C absenkt. In diesem Fall können die Gasströme vereinigt
werden, oder man zweigt je eine Gashälfte aus einer Teilanlage ab und vereinigt
sie mit der jeweils anderen Gashälfte der zweiten Anlage. Überraschende Vorteile
bringt auch die Kombination des neuen Verfahrens zur Wasserbeladung der Staubteilchen
mit einem besonderen Verfahren zur Niederschlagung der Nebeltröpfchen. Durch die
bisher genannten Maßnahmen erreicht man derart günstige Abscheidungsbedingungen,
daß man an Stelle einer elektrischen Naßreinigung mit Vorteil auch eine einfache
Druckentspannung von über 30 mm WS im Gasstrom zur Abscheidung der wasserbeladenen
Staubteilchen heranziehen kann.
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Es ist bekannt, daß eine Druckentspannung des Gasstromes die Vergröberung
und Niederschlagung von Nebeltröpfchen begünstigt, aber erst eine Anwendung dieser
Maßnahmen im Zusammenhang mit der hier beschriebenen Erfindung bringt einen wesentlichen
Vorteil gegenüber bekannten Verfahren der Röstgasreinigung.
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Überraschend günstige Abscheidungsergebnisse werden erzielt, wenn
man die Druckentspannung durch Einschalten von Filterkerzen oder eines Düsenbodens
in den Gasstrom herbeiführt und wenn die Poren oder Düsenöffnungen mindestens den
doppelten Durchmesser der im Gas vorhandenen Nebelteilchen besitzen und die Anzahl
der Düsen oder Poren so gewählt wird, daß der @ Druckverlost größer als 30 mm WS
ist.
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Im allgemeinen vermeidet man vor der Gasreinigung eine Verdünnung
der Gase, um die Dimensionen der Reinigungsanlage klein zu halten. Die Vorteile
des neuen Verfahrens sind aber so groß, daß auch eine Verdünnung vor der letzten
Gasfiltration noch wirtschaftliche Vorzüge gegenüber älteren Verfahren bringt. An
Stelle einer Teilung des Gasstromes kann man daher die Erfindung auch dadurch anwenden,
daß man als eine Komponente, deren Temperatur erfindungsgemäß über 60 oder unter
40° C liegen muß, Luft verwendet.