DE2107910C3 - Verfahren zur Verbrennung von Ammoniumsulfat - Google Patents
Verfahren zur Verbrennung von AmmoniumsulfatInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbennung von Ammoniumsulfat zu Schwefeldioxid, Wasserdampf
und Stickstoff.
Eine Reihe von chemischen Verfahren, wie z. B. verschiedene Verfahren zur Herstellung von Caprolactam,
sind mit einem Zwangsanfall von Ammoniumsulfat (NH4J2SO4 verbunden, für das praktisch keine
Verwertungsmöglichkeit besteht. Die Verwendung als Düngemittel ist in den Ländern, wo dieses Salz in
großen Mengen anfällt, nicht mehr möglich.
Aus der deutschen Auslegeschrift 1 229 995 ist es bereits bekannt, aus Ammoniumsulfat bei 350 bis
C Ammoniak abzuspalten und das entstandene Ammoniumhydrogensulfat durch Reduktion bei etwa
bis 550 C in Schwefeldioxid und Animoniumsulfat
zu spalten. Dieses Verfahren gestattet auch die Wiedergewinnung von Ammoniak und ist daher geeinget,
wenn man auf die Rückführung von Ammoniak in den vorgeschalteten Prozeß Wert legt.
Aus den deutschen Patentschriften 1 199 243 und 1 706 404 ist die Spaltung ammoniumsuifathaltiger
Abfallschwefelsäure bei Temperaturen oberhalb 900 T bekannt, wobei das in der Säure gelöste Ammonium-Ion
in 'wesentlichen zu Stickstoff und Wasser verbrannt wird, so daß ein praktisch stickoxidfreies SO2-haltiges
Gas entsteht. Dieses Verfahren eignet sich beispielsweise zur Verbrennung von Abfallschwefelsäuren
die bei der Herstellung von Acrylaten anfallen.
Die deutsche Auslegeschrift 1 246 693 beschreibt die
Verbrennung einer stark schwefelsauren, Ammoniumsulfat und Arnmoniumhydrogensuifat enthaltenden
\bfa!l-Lösung aus der Herstellung von Methylmethacrylat. Der Säureüberschuß dieses Einsat7stoffes
bewirkt, daß das Ammoniak im Ofenraum festgehalten wird und begünstigt so die Oxydation des Ammoniaks
zu Stickstoff. Dagegen wird Ammoniumsulfat als zur Herstellung von Schwefelsäure unbrauchbarer Rohstoff
qualifiziert, da das Ammonium dazu neigen soll, sich mit dem Sulfat wieder zu vereinigen, so daß sich
niedrige SO„-Ausbeuten ergeben sollen. Außerdem soll Ammoniumsulfat auch zur Stickoxyd-Bildung
neigen und deshalb zu einer unreinen Schwefelsäure führen.
Außerdem ist es aus der deutschen Auslegeschrift 1 467 005 bekannt, die bei der Amminoakwäsche des
Endgases von Schwefelsäurekontaktanlagen anfallenden, hauptsächlich Ammoniumsulfit und daneben
Ammonsulfat enthaltenden Waschlösungen in den Ofen einzudüsen, in dem das SO2-haltige Gas für die
Schwefelsäureherstellung erzeugt wird. Rückschlüsse auf die Verbrennung von Ammoniumsulfat unter Bildung
von Schwefeldioxyd lassen sich hieraus nicht ziehen, da wegen des überwiegenden Gehaltes dieser
Lösungen an 4'vertigem Schwefel im wesentlichen nur eine Ammoniak-Oxydation notwendig ist, während
bei der Ammoniumsulfat-Verbrennung auch der gesamte Schwefel zur 4wertigen Stufe reduziert werden
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens zur Verbrennung von
festem Ammonmmsulfat, das bei verschiedenen Prozessen,
beispielsweise bei derCaprolactam-Herstellung, zwangläufig in größeren Mengen anfällt.
Es wurde nun gefunden, daß Ammoniumsulfat in Schwefeldioxid, Wasserdampf und Stickstoff gespalten
wird, wenn man erfindungsgemäß das feste feinteilige Ammoniumsulfat bei Temperaturen zwischen 800 und
1250 C zusammen mit einem kohlenstoffhaltigen Brennstoff verbrennt und dabei in den aus dem Verbrennungsraum
austretenden Gasen eine Sauerstoffkonzentration zwischen 1 und 10 Volumprozent einhält.
Unter diesen Bedingungen verbrennt das Ammoniumsulfat bzw. das gegebenenfalls intermediär
gebildete Ammoniak und Arnmoniumhydrogensuifat vollständig zu Schwefeldioxid, Wasserdampf und
Stickstoff, ohne daß merkliche Mengen Stickoxide gebildet werden. Das gebildete Verbrennungsgas kann
in geeigneter Weise, beispielsweise durch Kontaktkatalyse zu Schwefelsäure oder Oleum, weiter verarbeitet
werden.
Nach der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Ammoniumsulfat bis auf eine Korngröße
zwischen 0,01 und 1,0 mm, insbesondere zwischen 0,02 und 0,2 mm, gemahlen. Eine derartige Feinzerkleinerung
gestattet eine gleichmäßige Eintragung des Ammoniumsulfats in den Verbrennungsraum und eine
schnelle Verbrennung der einzelnen Sulfatteilchen.
Vorzugsweise wird das Ammoniumsulfat bei einer Temperatur zwischen 950 und 1150 C verbrannt. In
diesem Temperaturbereich verläuft die Verbrennung in der Weise, daß in dem Verbrennungsgas weder
Ammoniak noch Stickoxide in merklicher Menge auftreten. Zweckmäßigerweise wird dabei in den aus dem
Verbrennungsraum austretenden Gasen eine O2-Konzentration
zwischen 2 und 5 Volumprozent eingehalten.
Es ist weiterhin vorgesehen, daß das feinteilige Ammoniumsulfat mit einem Luftstrom in den Verbrennungsraum
eingeblasen wird. Bei einem zylinderförmigen Verbrennungsraum wird aus Ammoniumsulfat
beispielsweise axial von einer Stirnseite her eingeb'.asen, während die Brenner in der Mantelfläche
radial oder tangential in den Verbrennungsraum gerichtet angeordnet sind. Diese Ammoniumsulfat-Einblasung
ist sowohl bei stehendem Verbrennungsofen von der Decke her als auch bei liegendem Ofen von
einer Stirnseite her möglich. Selbstverständlich können Ammoniumsulfat-Einblasung und Brenner auch in
anderer Weise zueinander angeordnet sein, wenn gewährleistet ist, daß die Ammoniumsulfat-Teilchen in
die Verbrennungszone des Ofens gelangen.
Es ist vorzugsweise vorgesehen, daß das Ammoniumsulfat mit einer Luftmenge von 0,1 bis 0,5 Nm3
Luft/kg Ammoniumsulfat in den Verbrennungsraum eingeblasen wird. Bei dieser Beladung ist eine
gleichmäßige Zuführung des Sulfats in die Verbrennungszone gewährleistet, ohne daß schon durch die
Einblasung unnötig viel Luft in den Verbrennungsraum gelangt. Die eigentliche für die Verbrennung erforderliche
Luft wird hiervon getrennt an den Brennern zugeführt. Zur besseren Hinlenkung aes Ammoniumsulfat-Teilchenstroms
zur Verbrennungszone ist es zweckmäßig, daß das feinteilige Ammoniumsulfat durch eine in den Verbrennungsraum hineinragende
Lanze der Flamme zugeführt wird. Die Lanze kann in den Verbrennungsraum mehr oder weniger weit eingeführt
werden, so daß entsprechend ihrem Streubereich die gesamte Verbrennungszonc gleichmäßig
mit Ammoniumsulfat beaufschlagt wird. Dabei kann es sich als zweckmäßig erweisen, die Lanze zur Vermeidung
vorzeitiger Ammoniak-Abspaltung zu kühlen.
Der Luftstrom zur Förderung des AmmoiJumsulfais
kann zur Verbesserung der Wärmewirtschaft wie auch zur Vergleichsmäßigung der Sulfatförderung vorgewärmt
werden, wobei jedoch ein genügender Temperaturabstand von dem Zersetzungsbereich des Ammoniumsulfate
eingehalten werden soll. Zweckmäßigerweise wird man den Förderluftstrom nur auf eine
Temperatur bis zu 200uC vorwärmen.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird in dem Verbrennungsraum zugleich
Schwefel verbrannt. Hierdurch wird der SO2-Gehalt
des Verbrennungsgases aufgestärkt, und es werden Schwefel-Verluste ausgeglichen. Im übrigen wird man
als kohlenstoffhaltigen Brennstoff zweckmäßigerweise ein schwefelreiches Heizöl einsetzen, um so einen für
die Kontaktkatalyse brauchbaren SO2-Gehalt im Verbrennungsgas
zu erreichen. Auch andere schwefelhaltige Abfallstoffe, wiez. B. organische Verbindungen
und/oder Ammoniumverbindungen enthaltende Abfallschwefelsäuren können mitverbrannt werden.
Die Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht beispielsweise aus einer Hauptverbrennungskammer
und einer sich an diese anschließende Nachverbrennungskanimer. Beide zylinderförmige
Verbrennungskammern sind vertikal angeordnet und an ihren unteren Enden miteinander verbunden.
Der Gasstrom geht vom Oberteil der Hauptverbrennungskammer abwärts, vom Unterteil dieser Kammer
durch den Verbindungskanal in die Nachverbrennungskammer und in dieser wieder aufwärts. Ein Teil
der Verbrennungsluft kann in der Nachverbrennungskammer zugeführt.
Andere Ofenarten sind zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ebenfalls brauchbar. So ist
zo es beispielsweise möglich, die Ammoniumsulfat-Verbrennung
in einer einzigen Verbrennungkammer mit horizontaler Achse durchzuführen.
Die Einblasung des Ammoniumsulfats braucht nicht in axialer Richtung zu erfolgen, sondern ist auch
tangential möglich. Die Eingabe des Sulfats ohne Förderluft, beispielsweise durch geeignete Fallrohre
von der Decke eines senkrecht stehenden Ofens, ist möglich, wenn eine gleichmäßige Beaufschlagung der
Verbrennungszone gewährleistet ist. Die Zufuhr des Ammoniumsulfats zu den Fallrohren kann durch
geeignete Dosiervorrichtungen, beispielsweise Zellenräder erfolgen.
Die Eingabe des Ammoniumsulfats in den gegebenenfalls vorgewärmten Förderlufisirom erfolgt in
i.gelbarer Weise beispielsweise mit Hilfe einer Schnekke,
eines Zellenrades oder ähnlicher einstellbarer Dosierorgane.
Ausfuhrungsbeispiel
ineincmdurchVerbrennungvonHeizölauf 1050 Cgehaltenen
Ofen werden stünd'ich etwa 1972 kg Ammoniumsulfat, 12,2 kg Schwefel und etwa 226 kg Heizöl verbrannt.
Die Verbrennungsluft für das Heizöl wird auf etwa 500 C vorgewärmt. Die Heizölverbrennung erfolgt
mit einem Luftüberschuß von 1,84. Das Ammoniumsulfat wird vor der Eingabe in den Förderluftstrom auf
eine Korngröße unter 0,1 mm gemahlen und in einer Menge von 2,5 kg je Nm3 Förderluft mit Hilfe einer
Förderschnecke in diese eindosiert.
Das etwa 1040 C heiße Verbrennungsgas wird nach
Passieren eines Abhitzekessels, in dem Dampf mit 55 atü erzeugt wird, weiter gekühlt, mit Luft versetzt
und getrocknet. Man erhält stündlich etwa 5850 N,3 trockenes Gas mit etwa 5,9 Volumprozent SO.,,
4,0 Volumprozent CO2. 8,8 Volumprozent Oa und
81,3 Volumprozent N2. Dieses Gas kann in bekannter Weise zu Schwefelsäure verarbeitet werden. Man
erhält stündlich etwa 150Π kg H2SO1.
Claims (9)
1. Verfahren zur Verbrennung von Ammoniumsulfat zu Schwefeldioxid, Wasserdampf und Stickstoff,
dadurch gekennzeichnet, daß das feste feinteilige Ammoniumsulfat bei Temperaturen
zwischen 800 und 1250°C zusammen mit einem kohlenstoffhaltigen Brennstoff verbrannt
und dabei in aus dem Verbrennungsraum austretenden Gasen eine Sauerstoffkonzentration zwischen
1 und 10 Volumprozent eingehalten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ammoniumsulfat bis auf eine
Korngröße zwischen 0,01 und 0,5 mm gemahlen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ammoniumsulfat bei
einer Temperatur zwischen 950 und 1150 C verbrannt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den aus dem Verbrennungsraum
austretenden Gasen eine (^-Konzentration zwischen 2 und 5 Volumprozent eingehalten
wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das feinteilige Ammoniumsulfat
mit einem Luftstrom in den Verbrennungsraum eingeblasen wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Verbrennungsraum
zugleich Schwefel verbrannt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche I bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das feinteilige Ammoniumsulfat
durch eine in den Verbrennungsraum hineinragende Lanze der Flamme zugeführt wird.
S. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß der Förderluftstrom auf eine Temperatur bis zu 200 C vorgewärmi wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche ! bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Ammoniumsulfat
mit einer Luftmenge von 0,1 bis 0,5 Nm3 Luft/kg Ammoniumsulfat in den Verbrennungsraum eingeblasen
wird.
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