DE1948754C3 - Schwefelverbrennung - Google Patents

Description

sam erzielt werden, wenn das Verfahren zur Herstellung von Schwefeldioxid durch stufenweise Verbrennung von ElementaiMrhweM mit sauerstoffhaltigen Gasen gemäß der Erfindung in der Weise geleitet wird, daß der Elementarschwefe! zunächst mit stochiometrischem Sauerstoffunterschuß in einein Zerstäubungsbrenner verbrannt und die gebildeten, Schwefeldioxid und Elememnrschwefel enthaltenden Gase nach Abkühlung mit sauerstoffhaltigen Gasen unterhalb 100(F C nachverbrannt werden. Durch Be- »o schränkung der Temperaturen für die Nachverbrennung auf Werte unterhalb 1000° C ist Gewähr dafür gegeben, daß die Bildung praktisch stickoxidfreier Gase über den gesamten Prozeß aufrechterhalten wird.

Vorzugsweise erfolgt die Aufteilung der insgesamt zur Schwefelverbrennung erforderlichen sauerstoffhaliigen Gase in der Weise, daß 70 bis 95 ^u.0 in der Verbrennungsstufe, 30 bis 5" π in der Nachverbrennungsstufe 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 Reaktionswarme 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 Wärmeaustauschfläche auskommt.

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

Bei Schwankungen in der Abnahme des erzeugten schwefeldioxidhaltigen Gases, die bei bekannten Verfahren durch Veränderung der Austauschflächen der Wärmeaustauscher berücksichtigt werden muß. läßt sich beim erfmdungsgemäßen Verfahren die Aufteilung der sauerstoffhaltigen Gase in einfacher Weise verändern, so daß bei konstanten Wärmeaustauschflächen 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°/o, wie sie zur Schwefelsäuregewinnung nach dem Kontaktverfahren üblich sind, empfiehlt sich die weitere erforderliche Zufuhr sauerstoffhalt.iger Gase außerhalb der Nachverbrennungszone in einer Gasmischvorrichtung.

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

Im allgemeinen wird es zweckmäßig sein, das erfindungsgemäße Verfahren in der Weise auszuführen, daß die Verbrennungsgase beim Austritt aus dem Wärmeaustauscher eine bestimmte Menge an Elementarschwefel enthalten. Diese Schwefelmenge läßt sich vorteühaiterwpise dadurch einstellen, daß die Schwefelverbrennung in eine Hauptverbrennungsstufe 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 de.i Schwefeltaupunkt des jeweiligen Verbrennungsgases nicht unterscheiden dürfen.

Zur Verbrennung des Schwefels kommen die an sich bekannten Zerstäubungsbrenner zur Anwendung, wie beispielsweise in der deutschen Patentschrift 1 178 407 beschrieben.

Die den Schwefelofen verlassenden Gase haben je nach dem Grad der Verbrennung Temperaturen von etwa 1300 bis 1600⁰C und einen Gehalt von 10 bis 20OgZNm* Schwefel. Der Sauerstoffgehalt der Verbrennungsgase ist praktisch Null.

Als Wärmeaustauscher finden bekannte Einrichtungen Anwendung, insbesondere Abhitzekessel zur Dampfgewinnung.

Die Nachverbrennung der den Wärmeaustauscher verlassenden Gase erfolgt in einer ausgemauerten oder berohrten Kammer, die als getrennte bauliche Einheit dem Wärmeaustauscher nachgeschaltet oder im Gasaustritt des Wärmeaustauschers, also als bauliche Einheit mit dem Wärmeaustauscher angeordnet ist.

Die Abbildung zeigt in schematischer Darstellung den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens a's Vorstufe zur Herstellung von Schwefelsäure.

Elementarschwefel wird in flüssiger Form über die Leitung 1 dem Verbrennungsofen 2 zugeführt. Das sauerstoffhaltige Gas, ζ. B. Luft, mit Sauerstof 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 Elementarschwefel enthaltenden Gase mit über Leitung 7 zugeführten sauerstoffhaltigen Gasen, in der Mischvorrichtung 8 die Zumischung weiterer über die Leitung 9 herbeigeführter sauersloffhaltiger Gase bis zur gewünschten Schwefeldioxidkonzentration. Über die Leitung 10 gelangt das schwefeidioxidhaltige Gas schließlich zum Kontaktkessel 11.

An Hand der folgenden Beispiele wird das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert.

Beispiel 1

Das Beispiel veranschaulicht die Herstellung eines 10 Volumprozent Schwefeldioxid enthaltenden Gases zur Weiterverarbeitung auf Schwefelsäure.

Einem Zerstäubungsbrenner 2 wurden über die Leitung 1 stündlich 8400 kg Elementarschwefel in flüssiger Form und 27 500 Nm³ 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 Nm³/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 1600⁰C heißes unc 20,6 Volumprozent Schwefeldioxid enthaltendes Gai mit einem Gehalt von etwa 20 g/Nm^:I dampfförmigerr 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 zui Nachverbrennung des Elementarschwefels wurden 215ONm³Zh und in der Mischvorrichtung 8 übei

ίο Leitung 9 4150Nm³/h 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 (1)

grund. Dies soll durch Verbrennung des Schwefels Patentansprüche: zwecks Erniedrigung der hierbei auftretenden Temperatur bei Gegenwart eines Überschusses von

1. Verfahren zur Herstellung von Schwefel- Schwefeldampf gegebenenfalls unter Überdruck vordioxid durch stufenweise Verbrennung von 5 genommen werden (deutsche Patentschrift 437 910) Elementarschwefel mit sauerstoffhaltigen Gasen, bzw. erreicht werden, iüdem Sauerstoff oder Luft in dadurch gekennzeichnet, daß der EIe- erhitztem Zustand in Form feiner Bläschen durch mentarschwefel zunächst mit stöchiometrischem heißen flüssigen Schwefel hindurchgeleitet wird Sauerstoffunterschuß in einem Zerstäubungs- (deutsche Patentschrift 539 640). Bei dem Verfahren brenner verbrannt und die gebildeten, Schwefel- io der deutschen Patentschrift 968 066. soll ein bei der dioxid und Elementarsehwefel enthaltenden Gase Schwefelverbrennung häufig auftretender Restgehalt nach Abkühlung mit sauerstoffhaltigen Gasen des Elementarschwefels im Verbrennungsgas verunterhalb 1000° C nachverbrannt werden. mieden werden, indem eine spezielle Aufteilung der

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

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

stoffhaltigen Gase in der Weise erfolgt, daß 70 Elementarsehwefel enthaltendes SO.,-Gas nach Ver-

bis 95°i) in der Verbrennungsstufe ;ind 30 bis lassen des Ofens bzw. des Verbrennungsraumes mit

5"u in der Nachverbrennungsstufe zugesetzt überschüssiger Luft durch heiße metallische Rohre

werden. so zu leiten. Die Rohre können in der Gaszone bzw.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch direkt über der Feuerzone, aber auch afs Rost angekennzeichnet, daß die angestrebte Endtempera- geordnet werden, mit dem Ziel, Reaktionswärme tür der Verbrennungsgase durch die Aufteilung dem Ofen bzw. dem Verbrennungsraum zu entziehen, der insgesamt zur Schwefelverbrennung erforder- Dies ist naturgemäß nur möglich, wenn dabei die liehen sauerstoffhaltigen Gase eingestellt wird. 25 Reaktionswärme von den Schwefeldioxid, Elementarsehwefel und Sauerstoff enthaltenden Gasen aufgenommen wird.

De' Vorschlag gemäß deutscher Patentschrift

262 326 besteht darin, mit geringen Verbrennungs-

30 luftmengen ein Gemisch herzustellen, das vorwiegend

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Her- sublimierten Schwefel neben verhältnismäßig wenig

stellung von Schwefeldioxid durch stufenweise Ver- Schwefeldioxid enthält. Dieses Gemisch wird dann

brennung von Elementarsehwefel mit sauerstoff- unter Zuführung von Sekundärluft zu Schwefeldioxid

haltigen Gasen. verbrannt.

Zur Herstellung von Schwefeldioxid sind zahl- 35 LJm den Wärmeinhalt der bei der Schwefelreiche Verfahren bekannt, deren überwiegender Teil verbrennung entstehenden Verbrennungsgase geauf die Abröstung 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, tarschwefel abgestellt ist. Ais Röstofen sind insbe- den Schwefel mit einem Teilstrom vorgetrockneter sondere Etagen-, Wirbelschicht- und Drehrohrofen, 40 Lull zu verbrennen, den so erhaltenen Gasstrom in als Verbrennungsofen für Elementarsehwefel eben- einem Wärmeaustauscher zu kühlen und nach dem falls Wirbelschichtofen, vorzugsweise aber Zer- Wärmeaustausch mit einem zweiten Strom vorstäubungsbrenner unterschiedlichster Bauart, ge- getrockneter Luft zu verdünnen und der Kontaktbräuchlich, anlage zuzuführen (USA.-Patentschrift 3 147 074).

Mit den Rost- bzw. Verbrennungsverfahren wird 45 Die bekannten und älteren Verfahren haben den eine möglichst vollständige Abröstung bzw. Ver- Nachteil, daß die Schwefelverbrennung nur mit einer brennung dies Schwefels zu schwefeldioxidhaltigen geringen Durchsatzleistung durchgeführt werden 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 Überhitzerplatte, die eine bestimmte 50 einem anderen Nachteil behaftet. Mit steigender Gasführung erzwingt und ein Entweichen von Durchsatzleistung, die sich in der Regel — ins-Schwefelstaub oder -dämpfen verhindert, anzuordnen besondere wenn mit mit Sauerstoff angereicherter {deutsche Patentschrift 1 183 703), pulverförmigen Luft oder Sauerstoff gearbeitet wird — in einer Schwefel so in einen Luft- oder Sauerstoffstrom ein- höheren Schwefeldioxidkonzentration im Verbren-Euführen, daß der Schwefel im Moment des Zu- 55 nungsgas auswirken, steigt auch die Verbrennungs- $ammentreffens mit dem Luft- oder Sauerstoffstrom temperatur. Mit steigender Verbrennungstemperatur tntzündet und sofort verbrannt wird (deutsche wird aber auch die Bildung von Stickoxiden bePatentschrift 1915961. bestimmte Strömungswege günstigt, d.h., die heute gebräuchlichen Prozesse «nd -richtungen der Reaktionspartner einzuhalten liefern ein schwefeldioxidhaltiges 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

heiten von Schwefelofen zum Inhalt (deutsche oder sei es in der erzeugten Schwefelsäure, und

Auslegeschriften 1049 366. 1050 320, 1079 011, schaffen andererseits beachtliche Korrosionsprobleme.

1 087 577. 1 133 348, 1 153 730, 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

reinen, d. h. von Schwefeltrioxid freien Schwefel- Durchsatzleistung und der Herstellung eines reinen

dioxidgases aus Elementarsehwefel in den Vorder- schwefeldioxidhaltigen Verbrennungsgases gemein-