DE1948754B2

DE1948754B2 - Schwefelverbrennung

Info

Publication number: DE1948754B2
Application number: DE19691948754
Authority: DE
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1969-09-26
Filing date: 1969-09-26
Publication date: 1973-04-05
Also published as: RO59277A; NL7012104A; DE1948754A1; FI52838C; ES383541A1; FI52838B; CH542149A; CA930930A; DK131815B; FR2062545A5; DK131815C; AT297747B; SE372494B; BE756612A; SU383268A3; GB1316849A; NO131027C; NO131027B; ZA705356B

Description

enthallenden Gase nach Abkühlung mit sauer- Schwefelverbrennung häufig auftretender Restgehali

stolThaltiuen Gasen unterhalb 1000 C nach- d-s Elementarsehwefels im Verbrennungsgas ver

\erbranm werden. imedu. ,,..J^, :nde~ -±v: -—"..llo Anfteilim.' cie:

2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch ge- Verbrennungsluft in einen Primär- und zwei Sekimkennzeichnet. daß die Aufteilung der insgesamt 15 därströme vorgenommen wird.

zur Schwefelverbrennung erforderlichen "sauer- Die deutsche Patentschrift 249 330 sieht vor. noch

slolThaltigen i.nse in der Weise erfolgt, daß 70 Elemeniarschwefel enthaltendes SO.-Gas nach Veibis 95 " » in der Verbrennungsstufe und 30 bis lassen des Ofens bzw. des Verbrennungsraumes mit 5" ., in der Nachverbremnmgsstufe zugesetzt überschüssiger Luft durch heiße metallische Rohre werden. " "' 20 zu leiten. Die Rohre können in der Gaszone bzw.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2. dadurch direkt über der Feuerzone, aber auch als Rost angekennzeiehnet. daß die angestrebte F.ndtempera- geordnet werden, mit dem Ziel. Reaktionswärme tür der Verbrennungsgase "durch die Aufteilung dem Ofen bzw. dem Verbrennungsraum zu entziehen, uer insgesamt zur Schwefelverbrennung erforder Dies ist n^nnu-mäß nur möglich, wenn dabei die liehen sauerstolThaltigen Gase eingestellt wird. 25 Reaktionswärme von den Schwefeldioxid. Elemeniarschwefel und SauerstoiT einhaltenden Gasen aufgenommen wird.

Der Vorschlag gemäß deutscher Patentschrift

262 326 besteht darin, mit geringen Vcrbrennungs-

30 iuftmengen ein Gemisch herzustellen, das vorwiegend

Die Erfindung betrifft ein Venahren zur Her- sublimierten Schwefel neben verhältnismäßig wenig Stellung von Schwefeldioxid durch stufenweise Ver- Schwefeldioxid enthält. Dieses Gemisch wird dann brennung von Elementarschwefel mit sauerstoff- unter Zuführung von Sekundärluft zu Schwefeldioxid halt igen Gasen. verbrannt.

Zur Herstellung von Schwefeldioxid sind zahl- 35 Um den Wärmeinhalt der bei der Schwefelreiche Verfahren bekannt, deren überwiegender 1 eii verbrennung enisiehciidcn Verbrennungsgas 2·.· auf die Abrüstung schwefelhaltiger Erze, insbeson- winnen und ein für die Katalyse zu Schwefeltrioxid dere von Pyriten, und die Verbrennung von Elemen geeignetes Gas herstellen zu können, ist es bekannt, tarschwefcl abgestellt ist. Als Röstofen sind insbe- ilen Schwefel mit einem Teilstrom vorgetrockneter sondere Etagen-. Wirbelschicht- und Drehrohröfen. 40 Luft zu verbrennen, den so erhaltenen Gasstrom in als Verbrennungsöfen für Elementarschwefel eben- einem Wärmeaustauscher zu kühlen und nach dem falls Wirbelschichtöfen, vorzugsweise aber Zer- Wärmeaustausch mit einem zweiten Strom vorsläubungsbrenner unterschiedlichster Bauart, ge- ;ictrockneter Luft zu verdünnen und der Kontaktbräuchlich. " anlage zuzuführer. (USA.-Patentschrift 3 147 074).

Mit den Rost- bzw. Verbrennungsverfahren wird 4.=, Die bekannten und älteren Verfahren haben den eine möglichst vollständige Abrüstung bzw. Ver- Nachteil, daß die Schwefelverbrennung nur mit einer brennung des Schwefels zu schwcfeldioxidhaUigen gerinnen Durchsatzleistung durchgeführt weiden Gasen angestrebt. Um dieses Ziel zu erreichen, ist es kann. Die neueren Verfahren bzw. Vorrichtungen bekannt, im Schwefelofen mit Druckluftbetrieb eine vermeiden zwar diesen Nachteil, sind dafür aber mit waagerechte Üherhilzerplatte. die eine bestimmte 50 einem anderen Nachteil behaftet. Mit steigender Gasführung erzwingt und ein Entweichen von Durchsatzleistung, die sich in der Regel — ins-Seliwcfelstaiib oder -dämpfen verhindert, anzuordnen besondere wenn mit mit SauerstoiT angereicherter (deutsche Patentschrift 1 183 703). pulverlormigen Luft oder Sauerstoff gearbeitet wird — in einer Schwefel so in einen Luft- oder Sauerstoffslrom ein- höheren Schwefeldioxidkonzentration im Vcrbrenzuführen, daß der Schwefel im Moment des Zu- 55 nurmsgas auswirken, steigt, auch die Verbrennungssüi",r.".er.tre!Tcn^ mit den Luft cdcr S-U'jr-to!Tf^t.r^>'^>m t.->mnpmtur Mit <;iHor»nrlpr Wrbrennuniistemperatur entzündet und sofort verbrannt wird (deutsche wird aber auch die Bildung von Stickoxiden bePatentschrift 191596), bestimmte Strömungswege günstigt. d.h.. die heute gebräuchlichen Proz.esse und -richtungen der Reaktionspartner einzuhalten liefern ein schwefeklioxidhaltiges Gas. das erhebliche (deutsche Patentschriften 262 326. 367 843. 376 544. 60 Mengen Stickoxide enthalten "kann. Derartige Stick-711 537, 944 488). oxide sind einerseits die Quelle für Verunreinigungen

Zahlreiche Vorschläge haben konstruktive Einzel- im Endprodukt, sei es im flüssigen Schwefeldioxid heilen von Schwefelofen zum Inhalt (deutsche oder sei es in der erzeugten Schwefelsäure, und Auslegeschriften !049 366, 1050 320, 1079 011. schaffen andererseits beachtliche Korrosionsprobleme. 1 087 577, 1 133 348, I 153 730, 1 178 407). Weitere 65 Es wurde nun gefunden, daß sich diese Nachteile Verfahren stellen die Herstellung eines möglichst vermeiden lassen und daß die Vorteile einer hohen ■'i-'iien. d. h. von Schwefeltrioxid freien Schwefel- Durchsatzlcistung und der Herstellung eines reinen dio\idcases aus Elementarschwefel in den Vorder- schwefeldioxidhaltigcn Verbrennungsgases gemein-

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sam erzielt werden, wenn das Verfahren zur Herstellung von Schwefeldioxid durch stufenweise Verbrennung von Elementarschwefel mit sauerstoffluiltigen Gasen gemäß der Erfindung in der Weise geleitet wird, daß der Elementarschwefel zunächst mit stöchiomeirischem Sauerstou'unterschuß verbrannt und die gebildeten. Schwefeldioxid unc' Eiementarscnwefel enthaltenden Gase nach Abkiihlung mit sauerstofThaltigen Gasen unterhalb 1000- C nachverbrannt werden. Durch Beschränkung der Temperaturen für die Nachverbrennung auf Werte unterhalb K)Oi) C ist Gewähr dafür gegeben. daß die Bildung praktisch stickoxidl'reier Gase über ilen gesamten Prozeß aufrechterhalten wird.

Vorzugsweise erfolgt die Aufteilung der insgesamt zur Schwefelverbrennung erforderlichen sauerstolThaltigen Gase in der Weise, daß 70 bis '.'5" ο in der Verbrennungsstufe. 30 bis 5 ° 1. in der \':ich\erbrennungsstufe zugesetzt werden.

Die erfindungsgemäße Arbeitsweise hat neben dem bereits erwähnten Vorteil eine Reihe weiterer Vorzüge. Da bei der Nachverbrennung im allgemeinen nur — auf den Gesamtprozeß bezogen — geringe Schwefelmengen umgesetzt werden und damit die entstehende Reaktionswärme gering ist. tritt keine wesentliche Temperaturveränderung durch die Nachverbrennung ein; das bedeutet, daß die aus dem Wärmeaustauscher austretenden Gase eine höhere Temperatur als sonst beispielsweise zur Weitergabe an die Kontaktanlage haben dürfen und infolgedessen der Wärmeaustauscher mit einer geringen Wärmeaustausehfläche auskommt.

Je nach der z. B. für die Kontaktanlage gewünschten Schwefeldioxidkonzentration kann die Temperatür des aus dem Wärmeaustauscher austretenden Gases so eingestellt werden, daß nach der Zumischung von sauerstofthaltigen Gasen zur Nachverbrennung die für die Kontaktanlage günstigste Temperatur der Gasmischung erhalten wird.

Bei Schwankungen in der Abnahme des erzeugten schwcfeldioxidhaltigen Gases, die bei bekannten Verfuhren durch Veränderung der Avistauschflächen der Wärmeaustauscher berücksichtigt werden muß. läßt sich beim erfindungsgemäßen Verfahren die Aufteilung der sauerstofThalligen Gase in einfacher Weise verändern. so daß oei konstanten Wärmeaustausch- !lachen die Temperatur des aus dem Wärmeaustauscher austretenden Gases durch das Ausmaß der Nachverbrennung auf den erforderlichen Wert eingestellt werden kann.

Sofern Gase erwünscht sind, deren Schwefeldioxidkonzentration wesentlich unterhalb der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erreichbaren Konzentration liegt, beispielsweise Gase mit einer Schwefeldioxidkonzentration im Bereich von 8 bis 12 ⁰Zo, wie sie zur Schwefelsäuregewinnung nach dem Kontaktverfahren UDlicil SlllU. cliipueliii an.li J^, '....liCiC Ο/· forderliche Zufuhr sauerstoffhaltiger Gase außerhalb der Nachverbrennungszone in einer Gasmisch-Vorrichtung.

Eine weitere Möglichkeit der Temperatureinstellung ist dadurch gegeben, daß die sauerstoffhaltigcn Gase für die Nachvcrbrennungs- und/oder Verdünnungsstufe vorgewärmt werden.

Tm allgemeinen uird es zweckmäßig sein, das erfindungsgemäße Verfahren in der Weise auszuführen. daß die Vcrbrenmingsgase beim Austritt aus dem Wärmeaustauscher eine bestimmte Menge an Elementarschwefel enthalten. Diese Schwefelmenge läßt sich vorteilhafterweise dadurch einstellen, daß die Schwefelverbrennung in eine Hauptverhrennungsstufe und eine Nebenverbrennungsstufe mit der Möglichkeit der Feinregulierung aufgeteilt wird.

Die technisch sinnvolle Schwefelmenge im aus der Verbrennungsstufe austretenden Verbrennungsgas richtet sich nach der Temperatur der Austauschflächen im Wärmeaustauscher bzw. umgekehrt, indem die Austauschflächen den Schwefeltaupunkt des jeweiligen Verbrennungsgases nicht unterscheiden dürfen.

Zur Verbrennung des Schwefels kommen die an sich bekannten ui'en zui Anwendung, [i-jvc-rzugt sind Zerstäubungsbrenner, wie beispielsweise in der deutschen Patentschrift 1 17S4O7 beschrieben.

Die den Schwefelofen verlassenden Gase haben je nach dem Grad der Verbrcr-ung Temperaturen von etwa 1300 bis 1600 C uno einen Gehalt von 10 bis 200 g Nm^:i Schwefel. Der SauerstoiTgeimii der Verbrennungsgase ist praktisch Null.

Als Wärmeaustauscher finden bekannte Imri.htuntien Anwendung, insbesondere Abhitzekessel zur Dampfgewinnung.

Die iNaeiisciLnennung der den WiirmeLi'istmisehei verlassenden Gase erfolgt in einer ausgemauerten oder berührten Kammer, die als getrennte bauliche Einheit dem Wärmeaustauscher nachgeschaliet oder im Gasaustritt des Wärmeaustauschers, also als bauliche Einheit mit dem Wärmeaustauscher angeordnet ist.

Die Abbildung zeigt in schemaüscher Darstellung den Ablauf des" erfindungsgemäßen Verfahrens als Vorstufe zur Herstellung von Schwefelsäuie.

Elementarschwefel wird in llüssiger Form über die Leitung 1 dem Verbrennungsofen 2 zugeführt. Das sauerstoffhaltige Gas, z. B. Luft, mit Sauerstot angereicherte Luft oder Sauerstoff, wird über die Leitung 3 zugeführt. Die heißen Elementarschwefel enthaltenden Verbrennugsgase gelangen über die Leitung 4 zwecks Kühlung in den Wärmeaustauscher 5. In der Vorrichtung 6 erfolgt die Nachverbrennung der noch Elementarschwefe! enthaltenden Gase mit über Leitung 7 zugeführten sauerstoH-haltigen Gasen, in der Mischvorrichtung 8 die Zumischung weiterer über die Leitung 9 herbeigeführter sauersioffhaitiger Gase bis zur gewünschten Schwefeldioxidkonzentration. Über die Leitung 10 gelangt das schwefeldioxidhaHige Gas schließlich zum Kontaktkessel 11.

An Hand der folgenden Beispiele -.vird das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert.

Beispiel 1

Das Beispiel veranschaulicht die Herstellung eines H) Volumprozent Schwefeldioxid enthaltenden Gases

Einem Zerstäubungsbrennei 2 wurden über die Leitung 1 stündlich 8400 kg Elementarschwefel in flüssiger Fcrm und 27 500 Nm^:i Luft aufgegeben. Die Verbrennug lieferte ein etwa 1600^: C heißes und 20.6 Volumprozent Schwefeldioxid enthaltendes Gas mit einem Gehalt von etwa 20 g/Nm³ dampfförmigem Schwefel. Das sauerstofffreie Gas gelangte über die Leitung 4 in den Abhitzekessel 5, in dem es auf etwa 750° C abgekühlt wurde. In der Vorrichtung 6 zur Nachverbrennung des Elementarschwefels wurden über Leitung 7 4400 Nm^:1/h und in der Mischvorrich-

tung 8 über Leitung 9 25 600 NmVh Luft zugeführt. Das über die Leitung 10 dem Kontaktkessel zuzuleitende Gas hatte eine Temperatur von etwa 450° C und eine Schwefeldioxidkonzentration von etwa 10 Volumprozent. Die stündlich anfallende Menge betrug 57 500 Nm³ Gas bzw. 16,8 t Schwefeldioxid.

Beispiel 2

Das Beispiel veranschaulicht die Herstellung eines z. B. für Sulfurierungsreaktionen in der organischen Chemie bestimmten, 18 Volumprozent Schwefeldioxid enthaltenden Gases.

Einem Zerstäubungsbrenner 2 wurden über die Leitung 1 stündlich 8350 kg Elementarschwefel in flüssiger Form und 25 700 Nm³ Luft aufgegeben. Die Verbrennung lieferte ein etwa 1600° C heißes und 20,6 Volumprozent Schwefeldioxid enthaltendes Gas mit einem Gehalt von etwa 20 g/Nm³ dampfförmigem Schwefel. Das sauerstofffreie Gas gelangte über die Leitung 4 in den Abhitzekessel 5, in dem es auf etwa 440° C abgekühlt wurde. In der Vorrichtung 6 zur Nachverbrennung des Elementarschwefels wurden 2150Nm³/h und in der Mischvorrichtung 8 über Leitung 9 4150 NmVh Luft zugeführt. Das über die Leitung 10 dem weiteren Verbrauch zugeleitete Gas hatte eine Temperatur von 450° C und eine Schwefeldioxidkonzentration von etwa 18 Volumprozent. Die stündlich anfallende Menge betrug 32 000 Nm³ Gas bzw. 16,7 t Schwefeldioxid.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

i 948 754 ^

1 2

grund. Dies soll durch Verbrennung des Schwefels

Patentansprüche: zwecks Erniedrigung der hierbei auftretenden Temperatur bei Gegenwart eines Überschusses von

1 Verfahren v.ur Herstellung von Schwefel- Schwefeldampf gegebenenfalls unter Überdruck vor-

dioxid durch stufenweise Verbrennung von 5 genommen werden (deutsche Patentschrift 437 910)

Elemeniarschwefel mit sauersioffhaltigen "Gasen. b/.w. erreicht werden, indem SauerstoiT oder Lutt m

dadurch gekennzeichnet, daß der erhitztem Zustand in Form feiner Bläschen durch

Elemeniarschwefel zunächst mit stöehiometri- heißen flüssigen Schwefel hindurchgeleitet wird

schein SauerstoiTunterschuß verbrannt und die ge- (deutsche Patentschrift 539 640). Bei dem Verfahren

bildeten. Schwefeldioxid und Elementarschwefel io der deutschen Patentschrift 968 066 soll ein bei de: