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Verfahren zur Herstellung von alkalisulfit- und/oder alkalihydrogensulfithaltigen
Lösungen Die Herstellung von alkalisulfit- und/oder alkalihydrogensulfithaltigen
Lösungen durch Umsetzung S02-haltiger Gase mit alkalischen Lösungen ist bekannt.
Man läßt hierbei, um eine möglichst vollständige Ausnutzung des SO2-Gehaltes der
Gase zu erzielen, die Gase den alkalischen Lösungen entgegenströmen, beispielsweise
indem in einem Turm mit Füllkörpern dem von unten eintretenden Gas die Alkalilösung
von oben entgegenrieselt, oder indem das Gas durch einen oder durch mehrere hintereinandergeschaltete
Tauchwascher, durch die im Gegenstrom die Alkalilösung läuft, geleitet wird. Diese
Verfahren benötigen nicht nur große Reaktionsräume, in denen das Gas mit der Lösung
umgesetzt wird, sondern es ergeben sich auch lange Einwirkungszeiten zwischen Gas
und Flüssigkeit. Es ist selbstverständlich, daß die notwendigen Reaktionsräume und
die benötigte Einwirkungszeit um so größer werden, je geringer der Gehalt der Gase
an Schwefeldioxyd ist. Auch ist es bei diesen Verfahren unvermeidbar, daß bei dem
Hindurchleiten eines sauerstoffhaltigen Gases durch die alkalische Flüssigkeit eine
mehr oder weniger starke Oxydation unter Bildung von Sulfat stattfindet. Diese Oxydation
tritt um so mehr in Erscheinung, je weniger S 02 die zur Verwendung kommenden Gase
enthalten und je größer die Sauerstoffkonzentration in den Gasen ist. (Insbesondere
das Verhältnis 02:S 02 in dem Gas spielt hierfür eine wesentliche Rolle.) Würde
man z. B. versuchen, mit Hilfe eines solchen Turmverfahrens den S 02-Gehalt der
Abgabe von Schwefelsäurefabriken, in denen das 02:S 02-Verhältnis bis zu
50: 1 betragen kann, durch Absorption in Alkalilösungen zu Sulfit bzw. Hydrogensulfit
umzusetzen, so benötigte man hierzu Türme, die mindestens gleich groß sind wie die
bei der Absorption S 03-haltiger Gase der Schwefelsäurefabriken verwendeten Türme,
und man würde eine sulfit- und/oder hydrogensulfithaltige Lösung erhalten, die stark
durch Sulfat verunreinigt ist.
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Es wurde nun gefunden, daß man die Entstehung von Sulfat bei der Umsetzung
von schwefeldioxydhaltigen Gasen mit hohem Sauerstoffgehalt mit alkalischen Lösungen
vermeidet, wenn man die alkalische Lösung in dem schnell bewegten Gas fein verteilt
und alsbald nach der Umsetzung die Flüssigkeit aus dem Gas abscheidet. Unter Alkalisulfit
und Alkalihydrogensulfit verstehen wir Verbindungen der Formeln Me (I)2 S 03 oder
Me (I) H S 03, in denen Me(I) das Ion eines Alkalimetalls, beispielsweise Natrium
oder Kalium, oder auch das Ammoniumion bedeutet. Die Abscheidung der umgesetzten
Lösung soll alsbald nach der Umsetzung erfolgen, d. h., die Lösung wird nach Passieren
der Umsetzungszone mit üblichen Vorrichtungen aus dem Gasstrom abgeschieden. Unter
alkalischen Lösungen verstehen wir wäßrige Lösungen, die Alkaliverbindungen, z.
B. Natrium- oder Kaliumhydroxyd, -carbonat, -hydrogencarbonat oder -sulfit, einzeln
und/oder im Gemisch, enthalten. Die feine Verteilung der alkalischen Flüssigkeit
im schnell bewegten S 02-haltigen Gas kann z. B. in einem Venturirohr oder in einem
Ventilator vorgenommen werden. Der Ventilator hat sich für das vorliegende Verfahren
als besonders geeignet erwiesen, da in ihm bei hoher Geschwindigkeit des Gases die
alkalische Lösung im Gleichstrom mit fast gleich großer Geschwindigkeit eingetragen
und sofort verteilt wird. Selbst bei der hohen Geschwindigkeit im Ventilator erfolgt
der Umsatz zwischen der alkalischen Lösung und dem. S 02-Gehalt der Gase rasch und
praktisch vollständig. Die alkalische Lösung und der Sauerstoff des Gases kommen
nur während der sehr kurzen Verweilzeit im Ventilator miteinander in Berührung.
Diese Zeit genügt nicht für eine merkliche Oxydation bzw. Sulfatbildung. Unmittelbar
nach dem Passieren des Ventilators wird die umgesetzte Flüssigkeit durch einen Sammler
oder Abscheider der Einwirkung des Luftsauerstoffs entzogen und dadurch eine weitere
Sulfatbildung vermieden. Der Ventilator hat gegenüber dem Venturirohr den Vorteil,
daß er mit geringerem Energieaufwand betrieben werden kann. Er ist Transportmittel
für das Gas und zugleich Reaktionsraum zwischen dem S 02-Gehalt der Gase und der
alkalischen Lösung. Um das Venturirohr zum Umsatz zwischen dem S 02-haltigen Gas
und der alkalischen Lösung benutzen zu können, muß dem Gas erst mit Hilfe eines
Ventilators
oder einer ähnlichen Vorrichtung die nötige Beschleunigung
erteilt werden.
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Im Falle der Verwendung der S 02-haltigen Abgase einer Schwefelsäurefabrik
hat das vorliegende Verfahren den besonderen Vorteil, daß hierbei auch verdünnte
alkalische Lösungen, die sich meist einer wirtschaftlichen Nutzung entziehen, verwendet
werden können. Die Abgase der Schwefelsäurefabrikation sind vollständig trocken
und nehmen bei dem Umsatz mit der alkalischen Lösung in dem Ventilator eine von
der Temperatur der Abgase und der alkalischen Lösung abhängige Menge Wasser auf,
so daß aus den dünnen und daher wertlosen alkalischen Ausgangslösungen konzentrierte
alkalisulfit- bzw. hydrogensulfithaltige Lösungen entstehen, die für weitere technische
Verwendungszwecke brauchbar sind.
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Es sind zahlreiche Verfahren zur feinen Verteilung von Flüssigkeiten
in Gasströmen bekannt. Dabei gelingt es jedoch nicht, die Flüssigkeit nach der Umsetzung
rasch aus dem Gas abzuscheiden. Bei der Umsetzung alkalischer Lösungen mit Sauerstoff
oder Schwefeldioxyd enthaltenden Gasen ist eine starke Verunreinigung des entsprechenden
Alkalisulfits durch Alkalisulfat zu erwarten. Beispiel 1 In einem Ventilator (Durchmesser
.des Läufers 70 cm, 2800 U/min) werden pro Stunde 1000 Nm3 eines Gases mit einem
Gehalt von 0,48 Volumprozent S02 und einer Temperatur von 50°C mit 75 1 einer
Natriumcarbonatlösung, die einer 10,16gewichtsprozentigen NaOH-Lösung äquivalent
ist, zur Reaktion gebracht. Es wird eine Lösung erhalten, die insgesamt 15,05 Gewichtsprozent
SO, in Form von Nag S 03 und NaHSO3 und 0,62 Gewichtsprozent Natriumsulfat
bei einem p$-Wert von 5,5, enthält. Beispiel 2 In der im Beispiel 1 beschriebenen
Weise werden pro Stunde 1000 Nm3 eines Gases, das 0,36 Volumprozent S 02 enthält,
mit 1001 einer Natriumsulfitlösung, die 8,36 Gewichtsprozent SO, als Nag
S 03 und 1,06 Gewichtsprozent Natriumsulfat (p$ = 12,5) enthält, zur Reaktion gebracht.
Es wird eine Lösung mit einem Gesamt-SO.-Gehalt von 17,12 Gewichtsprozent erhalten,
die 0,79 g Nag S 03, 27 g Na H S 03 und 0,98 g Nag S 04 in 100 g Lösung enthält
(pg = 4,75). Beispiel 3 In der im Beispiel 1 und 2 beschriebenen Weise werden pro
Stunde 1000 Nm3 eines Gases, das 0,51 Volumprozent SO, enthält, mit 1001
einer Natriumsulfitlösung, die 7,6 Gewichtsprozent SO,
als Na2S03, 0,71 Gewichtsprozent
Natriumsulfat und 5,54 Gewichtsprozent freies Alkali (NaOH) enthält, zur Reaktion
gebracht. Es wird eine Lösung mit einem Gesamt-S 02-Gehalt von 20,84 Gewichtsprozent
erhalten, die 8,96 g Na2S03, 26,5 g NaHS03 und 0,75 g Na2S04 in 100 g Lösung enthält
(pA = 6,05).