DE2050580B2 - Vorrichtung zur Absorption von gasförmigen Bestandteilen - Google Patents

Vorrichtung zur Absorption von gasförmigen Bestandteilen

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Description

befindliche wallende Schicht durchströmt (FR-PS 15 22 360, IT-PS 8 54 671).
Aus der FR-OS 20 01277 ist es bekannt, die Absorption in einer ersten Stufe in einem vertikalen Venturiabsorber durchzuführen, wobei Gas und Schwefelsäure im oberen Teil eingedüst werden, direkt unter dem Venturi ein Sumpf angeordnet ist, in den Schwefelsäure abgeschieden wird, und eine horizontale normale Verbindungsleitung oberhalb des Sumpfes und unterhalb des Venturiabsorbers angeordnet ist und zu einer in einem Turm angeordneten zweiten Absorptionsstufe führt In der zweiten Absorptionsstufe sind eine oder mehrere wallende Schichten von Schwefelsäure auf gasdurchlässigen Platten angeordnet, die von dem aufsteigenden Gas durchströmt werden. Entweder ist jede Platte mit einem Zu- und Ablauf versehen, oder die Schwefelsäure rieselt von Platte zu Platte, wobei sie im freien Fall durch die freien Zwischenräume zwischen den Platten fällt
Diese Verfahren vermeiden die Nachteile der vorher geschilderten Verfahren, haben jedoch noch einen beträchtlichen Druckabfall.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Absorption mit geringem Druckverlust, geringerer Säurebeaufschlagung, geringeren Investitions- und Betriebskosten sowie hohem Durchsatz auf kleiner Fläche durchzuführen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die horizontale Verbindung der ersten Absorptionsstufe zur zweiten Absorptionsstufe venturiartig ausgebildet ist, in dem Turm der zweiten Absorptionsstüfe eine Füllkörperschicht von 0,8 bis 2,5 m Höhe angeordnet ist, oberhalb der Füllkörperschicht Vorrichtungen zum Aufsprühen von Schwefelsäure angeordnet sind und am Boden des Turmes ein Sumpf aus abgeschiedener Schwefelsäure angeordnet ist. Die Höhe der Füllkörperschicht ist bezogen auf sattelförmige, keramische 3-ZoIl-Füllkörper oder auf andere Füllkörper mit entsprechender Oberfläche.
Eine vorzugsweise Ausgestaltung besteht darin, daß eine Eindüsungsvorrichtung für Schwefelsäure in das Einlaßende der venturiartig ausgebildeten Verbindung angeordnet ist. Die separate Eindüsung der Absorptionsflüssigkeit in den horizontal angeordneten Venturiabsorber erfolgt, wenn das erfindungsgemäße Verfahren bei einer Normalkatalyse von SOrhaltigen Gasen angewendet wird, da dann die Gase sehr viel SO3 enthalten, wenn bei einer Katalyse mit Zwischenabsorption sehr hohe Absorptionsgrade gefordert werden oder wenn in dem senkrecht angeordneten Venturiabsorber Oleum erzeugt wird.
Ein vorzugsweises Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung besteht darin, daß in der ersten Absorptionsstufe 90—98% der gasförmigen Bestandteile aus dem gasförmigen Medium absorbiert werden.
Eine vorzugsweise Ausgestaltung besteht darin, daß die Schwefelsäure mit einem Druck von 8 bis 20 m Flüssigkeitssäule in den Venturiabsorber der ersten Absorptionsstufe eingedüst wird. Dabei ist als Flüssigkeitssäule eine Säule derselben Absorptionsflüssigkeit zu verstehen. In diesem Druckbereich wird eine besonders gute Absorptionsleistung erzielt.
Zweckmäßigerweise wird das gasförmige Medium vor Verlassen der zweiten Absorptionsstufe durch einen Tropfenabscheider geleitet. Dieser Tropfenabscheider kann ein- oder mehrstufig ausgebildet sein und besteht vorzugsweise aus Wiremesh-Filtern. Bei mehrstufiger Ausbildung ist zweckmäßig die erste Stufe aus Füllkörpern oder Lochböden zur Tropfen verdichtung zu bilden.
Eine vorzugsweise Ausgestaltung besteht darin, daß bei der Absorption von SO3 aus dem gasförmigen Medium die Menge und Konzentration der in die erste Absorptionsstufe zugegebenen Schwefelsäure so eingestellt wird, daß die Temperatur der Schwefelsäure am Ende des ersten Venturiabsorbers 100-1800C beträgt Dadurch ergibt sich die Möglichkeit die von der Absorptionssäure aufgenommene Wärmemenge bei guter Vorabsorption wirtschaftlich zu verwerten, 2. B. zur Speisewasservorwärmung.
Eine vorzugsweise Ausgestaltung besteht darin, daß die Konzentration der zugegebenen Schwefelsäure 94-98 Gew.-% beträgt
Vorzugsweise beträgt bei der Absorption von SO3 aus dem gasförmigen Medium die Konzentration der in die zweite Absorptionsstufe zugegebenen Schwefelsäure 98,5-99,1 Gew.-%.
Eine vorzugsweise Ausgestaltung besteht darin, daß die Berieselungsdichte der in die zweite Absorptionsstufe zugegebenen Schwefelsäure 3 — 1 OmVm2 · h, bezogen auf den freien Querschnitt der zweiten Absorptionsstufe, beträgt.
Eine weitere vorzugsweise Ausgestaltung besteht darin, daß die Gasgeschwindigkeit in der zweiten Absorptionsstufe auf 1,8—3,5 m/sec, bezogen auf den freien Querschnitt der zweiten Absorptionsstufe, eingestellt wird.
w Mit diesen Maßnahmen ergeben sich gute Absorptionswerte bei maximalen Betriebsbedingungen.
Wenn die Erzeugung einer schwachen Schwefelsäure mit einer Konzentration von z.B. 76—80Gew.-% erfolgen soll, dann kann diese in der ersten Absorptions-
y> stufe eines Trockners erzeugt werden.
Vorteilhafterweise wird die Absorptionssäure der ersten und zweiten Absorptionsstufe eines Trockners und der ersten Absorptionsstufe eines SO3-Absorbers in einen gemeinsamen Säurekreislauf geleitet, da dann nur
4(i ein Pumpensystem erforderlich ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird an Hand der Figuren und Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Ausführungsbeispiel 1 (Fig. 1):
> Das Beispiel wurde für die Absorption von Feuchtigkeit und SO3 mittels Schwefelsäure unter Erzeugung von Schwefelsäure entsprechend 100 t Monohydrat/Tag aus SOrhaltigen Schwefelverbrennungsgasen berechnet.
'« Über Filter 1 und Leitung 2 werden mit dem Gebläse 3 12 630 NmVh Luft mit 200C und 80% wasserdampfgesättigt angesaugt und über Leitung 4 in einen Trockner gedrückt und dort mittels Schwefelsäure die Feuchtigkeit absorbiert. Die erste Absorptionsstufe (Vortrock-
'j nungsstufe) besteht aus einem senkrechten Venturiabsorber 5 und einem horizontalen Venturiabsorber 6. Die zweite Absorptionsstufe (Nachtrocknungsstufe) besteht aus einem senkrechten Turm 7, in dem Füllkörper 8 in einer Schichtdicke von 1,5 m und ein Wiremesh-Tropfenabscheider 9 angeordnet sind. In den Venturiabsorber 5 wird über Leitung 10 Schwefelsäure mit einer Konzentration von 97,6 Gew.-% in einer Menge von 15 rr>Vh und mit einem Druck von 16 m Flüssigkeitssäule im Gleichstrom eingedüst. Ein großer Teil der Schwefelsäure wird im Sumpf Il unter dem Venturiabsorber 5 mit einer Temperatur von 660C abgeschieden. Die Luft und die restliche Schwefelsäure treten durch den als Nachwirbler arbeitenden Venturiabsorber 6 in
den Turm 7. Etwa 97% des in der Luft vorhandenen Wasserdampfes werden in der Vortrocknungsstufe von der Schwefelsäure absorbiert. Über Leitung 12 wird Schwefelsäure von 97,6 Gew.-% in einer Menge von 7 mVh auf der Füllkörperschicht 8 verteilt und rieselt der aufsteigenden Luft entgegen. Die Berieselungsdichte beträgt dabei 6 mW ■ h, bezogen auf den freien Querschnitt des Turmes 7. Die Schwefelsäure fällt mit einer Temperatur von 51°C in den Sumpf 13 am Boden des Turmes 7. Die Luft strömt durch den Tropfenabscheider 9 und verläßt über Leitung 14 den Trockner mit einer Temperatur von 50° C und einem Wasserdampfgehalt von 40 mg/Nm3.
Die getrocknete Luft wird in die nicht dargestellte Schwefelverbrennungsanlage geleitet. Aus der Sch we- ι? felverbrennungsanlage tritt ein Gas mit 7,5 Vol.-°/o SO2 in die Kontaktanlage 15, wo es in bekannter Weise katalytisch zu 98% SO3 umgesetzt wird. Das umgesetzte Gas wird in einer Menge von 12 168 NmVh mit einer Temperatur von 200°C über Leitung 16 in einen SO3-Absorber geleitet.
Die erste Absorptionsstufe (Vorabsorptionsstufe) besteht aus einem senkrechten Venturiabsorber 5a und einem horizontalen Venturiabsorber 6a. Die zweite Stufe besteht aus einem senkrechten Turm 7a, in dem Füllkörper 8a in einer Schichtdicke von 1,5 m und ein Wiremesh-Tropfenabscheider 9a angeordnet sind. In den Venturiabsorber 5a wird über Leitung 10a Schwefelsäure mit einer Konzentration von 97,6 Gew.-% in einer Menge von 32 mVh und mit einem Druck von 16 m Flüssigkeitssäule im Gleichstrom eingedüst. Ein großer Teil der Schwefelsäure wird mit einer Temperatur von 130° C und einer Konzentration von 99 Gew.-% im Sumpf 11a unter dem Venturiabsorber 5a abgeschieden. Der Absorptionsgrad im Venturiabsorber 5a beträgt etwa 95% des Ausgangsgehaltes an SO3. Das Gas und die restliche Schwefelsäure treten in den horizontalen Venturiabsorber 6a, in den über Leitung 27 Schwefelsäure mit einer Konzentration von 98,9Gew.-% und einer Temperatur von 70° C in einer ·"> Menge von 32 m3/h und mit einem Druck von 16 m Flüssigkeitssäule im Gleichstrom eingedüst wird. Der Absorptionsgrad im Venturiabsorber 6a beträgt 4,7% des Ausgangsgehaltes an SO3. Die eingedüste Schwefelsäure erwärmt sich auf 820C. Über Leitung 12a wird Schwefelsäure mit einer Konzentration von 98,9 Gew.-%, einer Temperatur von 70° C und in einer Menge von 11 m3/h auf der Füllkörperschicht 8a verteilt und rieselt dem aufsteigenden Gas entgegen. Die Berieselungsdichte beträgt dabei 10 m3/m2 ■ h, bezogen auf den freien Querschnitt des Turmes 7a. Die Schwefelsäure fällt mit einer Temperatur von 75°C in den Sumpf 13a am Boden des Turmes 7a. Das Gas strömt durch den Tropfenabscheider 9a und verläßt über Leitung 14a den Absorber mit einer Temperatur von 70° C und einem SO3-Gehalt von 70 mg/Nm3.
Die Säure aus dem Sumpf 11 fließt über Leitung 17 in den als Pumpenvorlage ausgebildeten Sumpf 13. Über Leitung 18, Pumpe 19 und Leitung 20 wird die Säure in den Säurekühler 21 gedrückt und dort auf 50° C gekühlt h° Die Säure aus dem Sumpf 11a läuft über Leitungen 22 und 23 ebenfalls in den Sumpf 13. Der Sumpf 13a ist ebenfalls als Pumpenvorlage ausgebildet Die Säure aus diesem Sumpf wird über Leitung 18a, Pumpe 19a und Leitung 20a in den Säurekühler 21a gedruckt und dort "· auf 70° C abgekühlt Über Leitungen 24 und 25 wird das für die Erzeugung der gewünschten Konzentration der Produktionssäure fehlenden Verdünnungswasser in den Sumpf 13a und 11 eingeleitet. Über Leitung 26 wird au: dem Sumpf 13a eine Menge Schwefelsäure abgeleitet die der im Sumpf 13a anfallenden Teilproduktion ar Schwefelsäure entspricht. Diese Menge wird übe: Leitung 23 in den Sumpf 13 geleitet. Die gesamt! Schwefelsäureproduktion wird über Leitung 27 mi einer Konzentration von 97,6 Gew.-% und eine: Temperatur von 50° C entnommen.
Ausführungsbeispiel 2 (F i g. 2):
Das Beispiel wurde für die Absorption von Feuchtig keit und SO3 mittels Schwefelsäure unter Erzeugunj von Schwefelsäure entsprechend 100 t Monohy drat/Tag aus SO2-haltigen Röstgasen berechnet.
Übereinstimmende Verfahrensschritte wurden ent sprechend der F i g. 1 positioniert. Es werden nachfol gend nur die Verfahrensbedingungen für diese Verfah rensschritte angegeben.
11 050 NmVh Röstgas mit 8,5 Vol.-% SO2, 40°C unc 100% wasserdampf gesättigt in Leitung 4. Schwefelsäure mit einer Konzentration von 97,1 Gew.-% in einei Menge von 33 mVh in Leitung 10. Temperatur der Säure im Sumpf 11 75° C. Absorptionsgrad in der Vortrocknerstufe 97% des im Gas enthaltenen Wassers. lOmVr Schwefelsäure in Leitung 12. Temperatur der aus dei Füllkörperschicht 8 austretenden Schwefelsäure 67° C.
Das getrocknete Gas mit 70 mg/Nm3 Wassergehalt wird über Leitung 14 von dem Gebläse 28 aus derr Trockner abgesaugt und über Leitung 29 in die erste Stufe 30 einer Kontaktanlage gedrückt, dort zu 85% dei SO2-Gehalt zu SO3 umgesetzt und dann über Leitung 31 in den Zwischenabsorber 32 geleitet, wo eine weitgehende Zwischenabsorption des SO3-GehaItes mittel: Schwefelsäure erfolgt. Anschließend wird das Gas übei Leitung 33 in die zweite Stufe 34 der Kontaktanlag« geleitet, in welcher ein Endumsatz von SO2 zu SO3 vor 99,5% des ursprünglichen SO2-Gehaltes erfolgt Übei Leitung 35 werden 20,5 mVh Schwefelsäure mit einei Konzentration von 97,1 Gew.-% und einer Temperatui von 50° C in den Zwischenabsorber 32 geleitet und übei Leitung 36 mit einer Temperatur von 150° C wieder ir den Sumpf 13 des Trockners zurückgeleitet
9 830 NmVh Gas mit einer Temperatur von 180° C ir Leitung 16.15 mVh Schwefelsäure mit einer Konzentration von 97,1 Gew.-% in Leitung 10a. Temperatur der Säure im Sumpf 11a 100° C. Venturiabsorber 6a wird ohne Säureeindüsung betrieben Absorptionsgrad im Vorabsorber 97% des SO3-Gehaltes. 12,5 mVh Schwefelsäure mit einer Konzentration von 99 Gew.-% und einer Temperatur von 70° C in Leitung 12a. Temperatur der aus der Füllkörperschicht 8a austretenden Säure 86° C. Gastemperatur in Leitung 14a 70° C. Schwefelsäure mit einer Konzentration von 97,1 Gew.-% und Temperatur von 50° C in Leitung 27.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen in folgenden Punkten:
Durch die Kombination von Gleich- und Gegenstromabsorption ist es möglich, in der Gleichstrom-Stufe mit wenig Absorptionsflüssigkeit und geringer Pumpenleistung den Hauptteil der Absorption und damit auch der Abfuhr der entstehenden Wärme durchzuführen. Die entstehende Wärme kann ausgenutzt werden. Infolge der geringen Menge an Absorptionsflüssigkeit kann die erste Absorptionsstufe klein gehalten oder mit geringem Druckverlust betrieben werden. Die im Gegenstrom betriebene zweite Absorptionsstufe ermöglicht anschließend eine Feinabsorption mit wenig Absorptionsflüssigkeit, da ein
optimaler Konzentrationsbereich in der ganzen Stufe eingehalten werden kann. Diese Kombination ermöglicht eine Arbeitsweise mit geringem Druckverlust und hohem Durchsatz. So kann die Gasgeschwindigkeit z. B. gegenüber der reinen Gegenstromabsorption von 0,5—1,2 m/secauf 1,8—3,5 m/sec erhöht werden.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche: den freien Querschnitt der zweiten Absorptionsstufe, eingestellt wird
1. Vorrichtung zur Absorption von SO3 oder Feuchtigkeit aus gasförmigen Medien mittels Schwefelsäure als Absorptionsflüssigkeit, bestehend aus einer ersten Absorptionsstufe mit einem vertikalen Venturiabsorber mit Zuführungsleitung für das Gas und Eindüsungsvorrichtung für die Schwefelsäure im oberen Teil des Venturiabsorbers, einem direkt unter dem Venturi angeordneten Sumpf aus abgeschiedener Schwefelsäure, einer unterhalb des vertikalen Venturiabsorbers und oberhalb des Sumpfes aus Schwefelsäure angeordneten horizontalen Verbindung zu einer in einem Turm angeordneten zweiten Absorptionsstufe, vd a durch gekennzeichnet, daß die horizontale Verbindung der ersten Absorptionsstufe zur zweiten Absorptionsstufe venturiartig ausgebildet ist, in dem Turm der zweiten Absorptionsstufe eine Füllkörperschicht von 0,8 bis 2,5 m Höhe angeordnet ist, oberhalb der Füllkörperschicht Vorrichtungen zum Aufsprühen von Schwefelsäure angeordnet sind, und am Boden des Turmes ein Sumpf aus abgeschiedener Schwefelsäure angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Eindüsungsvorrichiung für Schwefelsäure in das Einlaßende der venturiartig ausgebildeten Verbindung angeordnet ist.
3. Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Absorptionsstufe 90 bis 98% der gasförmigen Bestandteile aus dem gasförmigen Medium absorbiert werden.
4. Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwefelsäure mit einem Druck von 8 bis 20 m Flüssigkeitssäule in den Venturiabsorber der ersten Absorptionsstufe eingedüst wird.
5. Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Absorption von SO3 aus dem gasförmigen Medium die Menge und Konzentration der in die erste Absorptionsstufe zugegebenen Schwefelsäure so eingestellt wird, daß die Temperatur der Schwefelsäure am Ende des ersten Venturiabsorbers 100 bis 1800C beträgt.
6. Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich- so net, daß die Konzentration der zugegebenen Schwefelsäure 94 bis 98 Gew.-% beträgt.
7. Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Absorption von SO3 aus dem gasförmigen Medium die Konzentration der in die zweite Absorptionsstufe zugegebenen Schwefelsäure 98,5 bis 99,1 Gew.-% beträgt.
8. Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeich- wi net,, daß die Berieselungsdichte der in die zweite Absorptionsstufe zugegebenen Schwefelsäure 3—10 mVm2 · h. bezogen auf den freien Querschnitt der zweiten Absorptionsstufe, beträgt.
9. Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung nach ·■ > einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasgeschwindigkeit in der zweiten Absorptionsstufe auf 1,8 bis 3,5 m/sec, bezogen auf Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Absorption von SO3 oder Feuchtigkeit aus gasförmigen Medien mittels Schwefelsäure als Absorptionsflüssigkeit, bestehend aus einer ersten Absorptionsstufe mit einem vertikalen Venturiabsorber mit Zuführungsleitung für das Gas und Eindüsungsvorrichtung für die Schwefelsäure im oberen Teil des Venturiabsorbers, einem direkt unter dem Venturi angeordneten Sumpf aus abgeschiedener Schwefelsäure, einer unterhalb des vertikalen Venturiabsorbers und oberhalb des Sumpfes aus Schwefelsäure angeordneten horizontalen Verbindung zu einer in einem Turm angeordneten zweiten Absorptionsstufe.
Für die Absorption von SO3 oder Feuchtigkeit aus Gasen mittels Schwefelsäure sind verschiedene Verfahren bekannt
Es ist bekannt, die Absorption in Absorptions- und Trockentürmen durchzuführen. Diese bestehen aus säurefest ausgekleideten und mit Schikanen oder Füllköroerri versehenen Türmen, in denen das Gas aufsteigt und die Absorptionssäure von oben im Gegenstrom herunterrieselt. Diese Verfahren haben den Nachteil, daß sie eine beträchtliche Höhe benötigen, große Investitionskosten erfordern und ein großes Gewicht haben. Außerdem muß die Absorbersäure relativ hoch gepumpt werden und die maximale Gasgeschwindigkeit ist begrenzt, da sonst Stauungen der von oben nach unten rieselnden Säure verursacht werden.
Die Verfahren der Tauchabsorption, bei denen das Gas mittels eines Rohres oder einer Glocke in die Absorptionssäure eingeleitet wird, durch die Säure aufsteigt und dann den Absorber wieder verläßt (DRP 1 33 247, DRP 1 33 933, DRP 2 11 999, DBP 8 82 539, USP 6 92 018, USP 7 22 981, USP 7 37 233), fanden keinen Eingang in die Praxis, da sie sich nicht für große Durchsatzleistungen eignen.
Die Absorption in Schaumabsorbern erfordert zur Erzielung eines guten Absorptionsgrades mehrere hintereinandergeschaltete Stufen, so daß ebenfalls eine größere Bauhöhe erforderlich ist (Chem. Technik, 16, 1964, Seite 35/).
Es ist auch bekannt, die Absorption in Venturiabsorbern durchzuführen. Bei diesen Verfahren ist bei vergleichbaren Absorptionsgraden die für den Gastransport und Flüssigkeitszufuhr notwendige Energie bei Verwendung eines Venturiabsorbers sehr hoch oder es müssen zur Herabsetzung der notwendigen Energie mehrere Venturiabsorber hintereinandergeschaltet werden. Bei der Hintereinanderschaltung werden die Venturiabsorber nacheinander mit dem Gas und Absorbersäure beaufschlagt, wobei die Absorbersäure nach jedem Venturiabsorber abgetrennt wird (US-PS 34 32 264; »Khimia i khimicheskaya tekhnologia«, Band 7, Nr. 5,1964, Seite 852-854).
Es ist ferner bekannt, die Absorption in einem Venturiabsorber mit einer nachgeschalteten Schicht der Absorptionssäure auf einer gasdurchlässigen Platte durchzuführen, wobei das den Venturiabsorber verlassende Gas die gasdurchlässige Platte und die darauf
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