DE2201632C3 - Verfahren zur Herstellung eines Schwefeldioxyd enthaltenden Gases - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines Schwefeldioxyd enthaltenden Gases

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Description

3 4
gen durch Verbrennung zu vereinfachen und kosten- erhaltene trockene Ammoniumsulfat kann noch bis zu mäßig zu verbessern. Insbesondere soll die aufwendige 10 Gewichtsprozent H1O enthalten. Ein gewisser, geKristallisation des Ammoniumsulfats in Kristallisato- ringer Feuchtigkeitsgehalt verhindert die sonst leicht ren vor der Verbrennung in Fortfall kommen. folgende Ammoniakabspaltung. Um diese zu vermei-
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe b;i dem ein- 5 den, soll die Temperatur des schon weitgehend trockegangs genannten Verfahren dadurch gelöst, daß die nen Ammoniumsulfats 250=C nicht übersteigen. Das Ammoniumsulfatlösung durch direkten Wärmeaus- feste Ammoniumsulfat wird aus dem Eindampfer tausch mit dem heißen Verbrennungsgas unter Ab- beispielsweise mit Hilfe einer Schnecke ausgetragen scheidung von festem Ammoniumsulfat eingedampft und durch eine geeignete Fördervorrichtung, beispiels- und das abgeschiedene Ammoniumsulfat als Brei oder io weise ein Förderband, oder pneumatisch dem Verfestes KristaJlisat verbrannt wird. Die Ausnutzung des brennungsofen zugeführt.
heißen Gases zur Eindampfung der Lösung und Kri- Das heiße Gas kann nach Verlassen der Verbrenstallisation des Ammoniumsulfats läßt die bisher be- nungsstufe in wenigstens einem Wärmeaustauscher, nutzten Kristallisatoreii in Fortfall kommen und erfor- insbesondere einem Abhitzekessel, gekühlt und dann dert weder Dampf noch Vakuum. Das Wasser der 15 mit der einzudampfenden Ammoniumsulfatlösung in Ammoniumsulfat-Lösung verdampft in das Verbren- Berührung gebracht werden. So kann ein Teil der nungsgas, wobei sich das Gas zugleich abkühlt. Aus Verbrennungswärme zur Vorwärmung des Sauerstoff der Ammoniumsulfat-Lösung entsteht in der Ein- enthaltenden Gases oder in Sonderfällen zur Dampfdanipfungsstufe festes Ammoniumsulfat, das als Sus- erzeugung ausgenutzt werden. Dabei ist zu beachten, pension oder Brei noch Wasser enthält oder in fester, »o daß die Temperatur des Gases bei Berührung mit im wesentlichen wasserfreier Form anfallen kann. Der festem Ammoniumsulfat, d. h. gegen Ende der EinBrei oder das feuchte Salz wird direkt der Verbrennung dampfung, 240 bis 280°C nicht übersteigt, da oberhalb zugeführt. Durch weitere Kühlung des Verbrennungs- dieses Temperaturbereiches die Ammoniakabspaltung gases kann aus diesem das Wasser wieder abgeschieden merklich wird. Bei höherer Gastemperatur geht ein werden. »5 Teil des Ammoniaks in die Gasphase über. Durch
Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird anschließende Wäsche mit Schwefelsäure kann das die Ammoniumsulfatlösung bis auf 20 bis 45 Ge- Ammoniak aus dem Gas wieder entfernt werden, wichtsprozent Wasser eingedampft und der dabei Neben dem Ammoniumsulfat ist dann die ammoniumentstandene Ammoniumsulfat-Kristallbrei verbrannt. sulfathaltige Waschsäure zusätzlich zu verbrennen. Entsprechend dem Wassergehalt des Ammoniumsulfat- 30 Die Ammoniakabspaltung kann auch dadurch verbreis ergibt sich bei der Verbrennung ein Mehr- hindert werden, daß der Ammoniumsulfat-Lösung verbrauch an Brennstoff im Vergleich zu der bereits vor der Eindampfung etwas Schwefelsäure zugesetzt vorgeschlagenen Verbrennung von festem Ammonium- wird. Nach einer bevorzugten Ausführungsform der sulfat. Der Kristallbrei kann mit Hilfe von Preßluft Erfindung wird das heiße Gas im Gleichstrom mit der in den Verbrennungsofen eingedüst werden. Er kann 35 einzudampfenden Ammoniumsulfat-Lösung durch den auch durch Aufgabe auf eine rotierende Scheibe oder Eindampfer geführt. Die Eindampfung im Gleichstrom auf andere Weise in dem Verbrennungsofen fein ver- erfolgt besonders schonend, so daß die Gastemperatur teilt werden. verhältnismäßig hoch gewählt werden kann, ohne daß
Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung merkliche Mengen Ammoniak abgespalten werden,
wird die Ammoniumsulfat-Lösung bis auf eine Suspen- 40 Zweckmäßigerweise geht man bei der Eindampf ung sion mit 30 bis 50 Gewichtsprozent Wasser einge- von einer etwa 32- bis 40gewichtsprozentigen Ammodampft, das bei der Eindampfung gebildete feste niumsulfat-Lösung aus, die beispielsweise bei der Ammoniumsulfat von der Mutterlauge abgetrennt Beckmannsehen Umlagerung von Cyclohexanonoxim und verbrannt und die Mutterlauge in die Eindampf ung zu Caprolactam und anschließender Neutralisation des zurückgeführt. Das Ammoniumsulfat wird am besten 45 Umlagerungsgemisches mit Ammoniak anfällt. Dardurch Schleudern von der Mutterlauge getrennt, jedoch über hinaus können auch Ammoniumsulfat-Lösungen können auch Drehfilter verwendet werden. Der Feuch- aus anderen Verfahren verarbeitet werden, beispielstigkeitsgehalt des durch Schleudern abgetrennten weise eine neutrale oder gegebenenfalls schwach saure Ammoniumsulfats liegt im allgemeinen unter 20 Ge- Ammoniumsulfat-Lösung aus der Herstellung von wichtsprozent, vorzugsweise unter 10 Gewichtsprozent 50 Acrylnitril, Methacrylnitril und anderen Nitrilen.
H2O, so daß bei dieser Arbeitsweise in der Verbrennung Das die Eindampfungsstufe mit einer Temperatur der geringste spezifische Brennstoffverbrauch gegeben zwischen etwa 100 und 25O0C verlassende Gas enthält ist. Die Rückführung der Mutterlauge ermöglicht die das gesamte durch die Ammoniumsulfat-Lösung in den quantitative Spaltung des in der eingesetzten Lösung Prozeß eingetragene und durch die Verbrennung ententhaltenen Ammoniumsulfats. Die Mutterlauge wird 55 standene Wasser; es dient somit als Trägermedium zur getrennt oder zusammen mit frischer Ammonium- Entfernung des Wassers aus der Eindampfungsstufe. sulfatlösung wieder in den Verdampfer eingeführt. Vor der Verarbeitung des SO2-haltigen Gases zu
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung Schwefelsäure muß das Wasser weitgehend aus dem wird die Ammoniumsulfatlösung durch Versprühen in Gas entfernt werden. Zu diesem Zweck wird das SO2 den heißen Verbrennungsgasstrom im wesentlichen bis 60 enthaltende Verbrennungsgas nach Passieren der Einzur Trockne eingedampft und das trockene Ammo- dampfungsstufe auf 30 bis 50"C gekühlt. Hierbei wird niumsulfat verbrannt. Der Grad der Verdampfung, der enthaltene Wasserdampf größtenteils kondensiert, d. h., ob eine Suspension, ein Brei oder trockenes Kri- Das auskondensierte Wasser enthält noch SO2, zu slallisat in der Eindampfungsstufe erhalten wird, dessen Entfernung das Kondensat in einer Stripperhängt von dem Zerteilungsgrad der Ammoniumsulfat- 65 kolonne mit Luft behandelt werden kann. Die mit Lösung, der Verbrennungsgasteniperatur bei Eintritt SO2 beladene Luft wird zweckmälJigerweise als Vcrin ilen Verdampfer und der Berührungszeit zwischen brennungsluft für die Ammoniumsulfat-Verbrennung Lösune und Gas ab. Das nach dieser Arbeitsweise verwendet.
Da das Verbrennungsgas außer SO2 stets auch etwas SO3 enthält, entstehen im kondensierten Wasser einige Prozente Schwefelsäure, die das eventuell abgespaltene Ammoniak aus dem Gas bindet. Auf diese Weise gelangt in den Gastrockenturm kein Ammoniak, und die erzeugte konzentrierte Schwefelsäure bleibt frei von Ammoniakstickstoff.
Vorzugsweise ist vorgesehen, daß das SO2-haltige Gas nach der Verwendung zur Eindampfung der Ammoniumsulfat-Lösiing mit Schwefelsäure in Berührung gebracht wird. Der Kontakt mit der Schwefelsäure dient dazu, eventuell abgespaltenes Ammoniak aus dem Gasstrom auszuwaschen und in die Verbrennungsstufe zurückzuführen.
Um die Stickoxid-Bildung bei der Verbrennung gering zu halten, wird der O2-Gehalt des Verbrennungsgases am Ausgang des Verbrennungsofens vorzugsweise auf einem Wert zwischen 1 und 10 Volumprozent gehalten. Sofern geringe Mengen Stickoxide gebildet und in der erzeugten Schwefelsäure unter Bildung von Nitrosylschwefelsäure gelöst werden, kann diese durch Zusatz geeigneter Chemikalien, wie Hydrazin oder Amidosulfonsäure, gereinigt werden. Die Verweilzeit des zu verbrennenden Ausgangsmaterials im Verbrennungsofen liegt vorzugsweise zwischen 0,2 und 20 Sekunden. Als Brennstoff können beispielsweise Erdgas, Heizöl, insbesondere ein schwefelreiches Heizöl, Schwefelwasserstoff und Schwefel dienen. Diese Brennstoffe können allein oder gemeinsam eingesetzt werden. Als Sauerstoff enthaltendes Gas wird Luft, mit Sauerstoff angereicherte Luft oder im wesentlichen reiner Sauerstoff verwendet.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand des schematischen Fließbildes erläutert.
Die Ammoniumsulfat-Lösung gelangt durch Leitung 4 zum Kopf eines Sprühturms 3, dem zugleich durch Leitung 13 das im Wärmeaustauscher 2 vorgekühlte Verbrennungsgas zugeführt wird. Im Sprühturm 3 verdampft das Wasser der Ammoniumsulfat-Lösung unter Abscheidung von festem Salz, das am Boden des Turms ausgetragen wird und nach Zerkleinerung (nicht dargestellt) durch Leitung 9 dem Verbrennungsofen 1 zugeführt wird. Dem Ofen 1 wird zugleich durch Leitung 10 Heizöl und durch Leitung 11 Luft zugeführt. Im Ofen wird das Ammoniumsulfat vollständig verbrannt.
Das Abgas gelangt durch Leitung 12, Wärmeaustauscher 2, Leitung 13, Eindampfturm 3 und Leitung 5 in den Kühlturm 6, in dem der überwiegende Teil des Wasserdampfes des Gases durch direkte Berührung mit kaltem Wasser kondensiert wird. Das von Wasser weitgehend befreite Gas verläßt den Kühlturm 6 durch Leitung 7 und steht zur Herstellung von Schwefelsäure zur Verfugung. Die durch den Kühlturm 6 laufende verdünnte Schwefelsäure wird ständig im Kreislauf geführt und durch den direkten Kühler 8 auf eine Temperatur von etwa 35 0C gehalten. Eine der Wasserkondensation in dem Turm 6 entsprechende Menge verdünnter Schwefelsäure wird bei 14 aus dem Kreislauf abgezogen.
Das erfindungsgemäß hergestellte SO,-haltige Gas wird zweckmäßigerweise durch Kontaktoxydation zu Schwefelsäure verarbeitet Die Schwefelsäure kann bei der Herstellung organischer Verbindungen wieder eingesetzt werden, z. B. bei der Beckmannschen Umlagerung von Cyclohexanonoxim oder bei der Wäsche NH3-haltiger Gase.
Beispiel 1
4997 kg/h einer 37,8%igen Ammoniumsulfat-Lösuni werden mit einer Temperatur von 503C in einem Leer turm verdüst, in dem 7590 Nm3/h vorgekühltes Ver brennungsgas mit einer Temperatur von 690°C in Gleichstrom zu der Lösung abwärts strömt. Das Ver brennungsgas besteht aus 4,1 Volumprozent SO2 4,3 Volumprozent CO2; 3,3 Volumprozent O2; 32,4Vo
ίο Iumprozent H2O und 55,9 Volumprozent N2. In Sumpf des Eindampfungsturms fallen 2517 kg/h einei Ammoniumsulfat-Maische an, die 75 Gewichtsprozen Ammoniumsulfat in fester oder gelöster Form enthält Den Eindampfungsturm verlassen 10820 Nm3/h Ga:
is mit 2,9 Volumprozent SO2; 3,0 Volumprozent CO2
2.3 Volumprozent O2; 52,6 Volumprozent H2O unc 39,2 Volumprozent N2 und mit etwa 1100C. Durct Kühlung und anschließende Behandlung mit Schwefel säure wird das Wasser aus ihm entfernt. Es fallen etwi
ao 5540 Nm3 trockenes Gas mit 6,1 Volumprozent SO2
6.4 Volumprozent CO2; 4,9 Volumprozent O2 unc 82,6 Volumprozent N2 an.
Die 2517 kg/h 75%ige Ammoniumsulfat-Maisch« wird in einem Verbrennungsofen mit 210 kg/h Heizö
»5 mit einem unteren Heizwert von etwa 10 000 kcal/kj und 4960 Nm3/h auf 5000C vorgewärmter Luft be etwa 1000°C verbrannt. Dabei fallen die obenerwähn ten 7590 Nm3/h Verbrennungsgas an, die nach Zwi schenkühlung auf 690°C zur Eindampfung der Am moniumsulfat-Lösung dienen.
Beispiel 2
Es werden 4997 kg/h einer 50cC warmen 37,8%igei Ammoniumsulfat-Lösung mit 4816 kg/h Mutterlauge die 51,8 Gewichtsprozent Ammoniumsulfat enthält gemischt und in einen Leerturm eingedüst. Durch der Turm werden 6786 Nm3/h Verbrennungsgas im Gleich strom zu der einzudampfenden Lösung geführt. Dii Temperatur des Verbrennungsgases am Eintritt de:
Turms beträgt 88O0C. Es besteht aus 4,6 Gewichts prozent SO2; 3,3 Gewichtsprozent O2; 62,0 Gewichts prozent N2; 5,0 Gewichtsprozent CO2 und 25,0 Ge wichtsprozent H2O. Die eingedüste Lösung gibt in Turm Wasser an das Verbrennungsgas ab, so daß in
4S Sumpf 6742 kg/h einer Ammoniumsulfat-Suspensioi anfallen, die 65 Gewichtsprozent Ammoniumsulfat ir fester und gelöster Form enthält. Aus dem Turn werden ferniT 10 786 Nm3/h Gas abgezogen, da: 2,9 Gewichtsprozent SO2, 2,1 Gewichtsprozent O2 39,0 Gewichtsprozent N2, 3,2 Gewichtsprozent CO und 52,8 Gewichtsprozent H2O enthält. Nach dei Wasserentfernung durch Kühlung und Wäsche mi Schwefelsäure steht ein Gas mit 6,15 Gewichtsprozen SO2 zur Verfugung, das zu Schwefelsäure verarbeite werden kann.
Die Ammoniumsulfat-Suspension wird in einei Zentrifuge in 1926 kg/h festes Ammoniumsulfat mi 2 Gewichtsprozent H2O und 4816 kg/h einer 51,8ge wichtsprozentigen Ammoniumsulfat-Lösung getrennt Diese Ammoniumsulfat-Lösung wird wie oben erwähn in den Eindampfungsturm zurückgeführt. Das fest« Ammoniumsulfat wird in einem Ofen mit 218 kg/1 Heizöl (Hu = 10 000 kcal/kg) und 4918 Nm3/h Luf von 200C bei etwa 1000°C verbrannt. Dabei fallet 6786 Nm3/h Verbrennungsgas an, die nach Kühlung auf 88O0C zur Eindampfung der Ammoniumsulfat Lösung dienen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

tes gefärbtes Ammoniumsulfat zur Folge haben. Es Patentansprüche- ist bekannt, die beider Caprolactam-Herstellung an- " fallende Ammoniumsulfat-Lösung vor der Kristallisation zur Herstellung eines Düngemittels einer thermi-
1. Verfahren zur Herstellung eines Schwefeldi- 5 sehen Druckbehandlung zu unterziehen (deutsche Ausoxyd enthaltenden Gases aus einer wäßrigen legeschrift 1284 954) oder sie mit Aluminiumsulfat Ammoniumsulfat enthaltenden Lösung, die bei und dem Natriumsalz der Äthylendiamintetraessigder Synthese organischer Verbindungen als Neben- säure zu behandeln (italienische Patentschrift 678 180). produkt anfällt, durch Verbrennen mit einem Brenn- An organischen Bestandteilen reiche Ammoniumsulfatstoff und einem Sauerstoff enthaltenden Gas bei io Lösungen aus der Caprolactam-Herstellung können Temperaturen zwischen 800 und 12500C, da- nachdenniederländischenPatentanmeldungen6516058 durch gekennzeichnet, daß die Am- und 65 16059 eingedampft und dadurch von den orgamoniumsulfat-Lösung durch direkten Wärmeaus- nischen Bestandteilen getrennt und dann zur Kristallitausch mit dem heißen Verbrennungsgas unter sation gebracht werden. Alle diese Maßnahmen erhö-Abscheidung vom festem Ammoniumsulfat einge- 15 hen zwar die Qualität des erzeugten Ammoniumsulfats, dampft und das abgeschiedene Ammoniumsulfat Sie befriedigen jedoch nicht, weil die Verwendung des als Brei oder festes Kristallisat verbrannt wird. Ammoniumsulfats als Düngemittel nur noch sehr
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- beschränkt möglich ist.
zeichnet, daß die Ammoniumsulfat-Lösung bis auf Aus der deutschen Offenlegungsschrifl 1 916 149 ist
20 bis 45 Gewichtsprozent Wasser eingedampft ao es auch schon bekannt, das bei der Umlagerung von
und der dabei entstandene Ammoniumsulfat-Brei Cyclohexanonoxim mit Schwefelsäure entstehende
verbrannt wird. Gemisch mit Metalloxyd an Stelle von Ammoniak zu
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- neutralisieren, die dabei gebildeten Metallsulfate zu zeichnet, daß die Ammoniumsulfat-Lösung bis auf den Metalloxyden und Schwefeldioxyd reduzierend zu eine Suspension mit 30 bis 50 Gewichtsprozent »5 spalten, das Metalloxyd zur Neutralisation wiederWasser eingedampft, das bei der Eindampfung zuverwenden und das Schwefeldioxyd zu Schwefelgebildete feste Ammoniumsulfat von der Mutter- säure zu verarbeiten, die wieder bei der Umlagerung lauge abgetrennt um! verbrannt wird und die eingesetzt wird. Dieses Verfahren hat den Nachteil, Mutterlauge in die Eindampfung zurückgeführt daß die Neutralisation mit Metalloxyden langsamer wird. 3° vor sich geht als mit Ammoniak und man von der
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, allseits benutzten Neutralisation mit Ammoniak abdadurch gekennzeichnet, daß das heiße Gas nach gehen muß.
Verlassen der Verbrennungsstufe in wenigstens Aus der deutschen Auslegeschrift 1 246 693 ist es einem Wärmeaustauscher, insbesondere einem auch schon bekannt, aus schwefelsauren Ammonium-Abhitzekessel, gekühlt und dann mit der einzu- 35 sulfat-Lösungen bestehende Rückstände der Methyidampfenden Ammoniumsulfat-Lösung in Beruh- methacrylat-Herstellung zu verbrennen. Diese Rückrung gebracht wird. stände enthalten wesentliche Mengen freier Schwefel-
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, säure, so daß in dem Verbrennungsofen eine stark dadurch gekennzeichnet, daß das heiße Gas im saure Atmosphäre herrscht, zumal noch im Abgas Gleichstrom mit der einzudampfenden Ammonium- 40 des Ofens unzersetzte Schwefelsäure enthalten ist. Der sulfat-Lösung durch den Eindampfer geführt wird. Säureüberschuß verhindert, daß freies Ammoniak aus
dem Ofen entweichen kann. Bei der Spaltung von säurefreiem Ammoniumsulfat in Form eines Breies oder feuchten Feststoffes mußte man dagegen damit
45 rechnen, daß ein ammoniakhaltiges Spaltgas anfällt,
da Ammoniak schon unter relativ milden Bedingungen von dem Ammoniumsulfat abgegeben wird und insbesondere Ammoniumsulfat in dieser Auslegeschrift als zur Schwefelsäure-Herstellung unbrauchbarer Roh-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung 50 stoff qualifiziert wird.
eines Schwefeldioxyd enthaltenden Gases aus einer Schließlich wurde in der deutschen Patentanmeldung
wäßrigen Ammoniumsulfat enthaltenden Lösung, die P 21 07 910.7 schon vorgeschlagen, festes feinteiliges bei der Synthese organischer Verbindungen, wie z. B. Ammoniumsulfat bei Temperaturen zwischen 800 und Caprolactam, als Nebenprodukt anfällt, durch Ver- 125O°C zu Schwefeldioxyd, Wasserdampf und Stickbrennen mit einem Brennstoff und einem Sauerstoff 55 stoff zu verbrennen und dabei in dem aus dem Verenthaltenden Gas bei Temperaturen zwischen 850 brennungsraum austretenden Gas eine Sauerstoff- und 12500C. konzentration zwischen 1 und 10 Volumprozent ein-
Die Synthese einiger organischer Verbindungen, zuhalten. Um zu dem für die Verbrennung erforderinsbesondere die des e-Caprolactams, über Cyclo- liehen festen Ammoniumsulfat zu kommen, muß aus hexanonoxim ist mit einem Zwangsanfall von Ammo- 60 der primär anfallenden Ammoniumsulfat-Lösung das niumsulfat verbunden, dessen Menge beispielsweise je Salz auskristallisiert werden. Diese Kristallisation nach Verfahren etwa 1 bis 4 t/t Caprolactam betragen erfolgt im allgemeinen in einem aufwendigen dreikann. Dieses Ammoniumsulfat beeinflußt die Wirt- stufigen Kristallisator und erfordert beträchtliche schaftlichkeit der Herstellung dieser organischen Ver- Kosten durch Dampfverbrauch und Vakuumhaltung. bindungen nachteilig, da sich nur beschränkte Ver- 65 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Wertungsmöglichkeiten bieten. Eine unmittelbare Ver- Rückgewinnung des Schwefeldioxyds aus bei der Wendung als Düngemittel ist nicht möglich, weil die Synthese organischer Verbindungen, insbesondere von enthaltenen Verunreinigungen ein schlecht kristallisier- ε-Caprolactam, anfallenden Ammoniumsulfat-Lösun-
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