DE2423832A1

DE2423832A1 - Entfernung von schwefel aus abgasen

Info

Publication number: DE2423832A1
Application number: DE2423832A
Authority: DE
Inventors: Eugene Wainer
Original assignee: Horizons Research Inc
Current assignee: Horizons Research Inc
Priority date: 1973-05-21
Filing date: 1974-05-16
Publication date: 1974-12-19
Also published as: JPS5049163A; US4014981A

Description

Dipl,lng. P. WIRTH · Dr. V. SCHMIED-KOWARZIK DlpL-lng. G. DANNENBERG · Dr. P. WEINHOLD - Dr. D. GUDEL

281134 BFRANKFURTAMMAIN

TELEFON (0611J

287014 GR. ESCHENHEIMER STRASSE

75/8.

Wd/Eh

HORIZONS RESEARCH INCORPORATED 23800 Mercantile Road Cleveland, Ohio 44122 U.S.A.

Entfernung von Schwefel aus Abgasen

Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einer Verringerung der Umweltverschmutzung durch Elektrizitätswerke und andere industrielle Anlagen, bei denen stark schwefelhaltige Brennstoffe verwendet werden und gasförmige Verbrennungsprodukte , anfallen, deren Schwefelgehalt für das Ablassen in die Atmosphäre unerwünscht hoch ist.

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Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf ein Verfahren zur physikalischen Behandlung heisser Verbrennungsprodukte, bei dem die Schwefeloxyde wirksam von den übrigen festen und gasförmigen Bestandteilen getrennt und anschliessend in einem chemischen Verfahren wiedergewonnen werden, wobei sie die durch die Ver brennung erzeugte Wärme beibehalten.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Verringerung der Umweltverschmutzung, die durch das Verbrennen von Brennstoffen mit hohem Schwefelgehalt in industriellen Anlagen, wie Elektrizitätswerken, Fabriken und Hochöfen, auftritt.

Weiterhin sollen die mit Schwefel angereicherten Gase .in noch heissem Zustand für eine Reihe chemischer Verfahren verwendet werden, deren Wirtschaftlichkeit durch den Wärmegehalt der wiedergewonnenen Gase verbessert- wird.

Schliesslich sollen bestimmte, keinen Schwefel enthaltende Gase in relativ reiner Form aus den Schornsteinabgasen gewonnen und in den Handel gebracht werden, wodurch das Verfahren wirtschaftlich noch ansprechender wird.

In Tabelle I ist das relative spezifische Gewicht der Gase angegeben, die normalerweise durch Verbrennung von z.B. Kohle erhalten werden. Ausserdem sind aus dieser Tabelle die Prozentsatz-Bereiche der verschiedenen, bei der Verbrennung von z.B. schwefelhaltiger Kohle entstehenden Gase zu ersehen. Biese Prozent-

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sätze nennen den üblichen Anteil dieser Gase und können stark variieren, wobei nicht nur die jeweils verwendete Kohle oder der sonstige Brennstoff eine Rolle spielt sondern auch die Art und Weise in der die Verbrennung durchgeführt wird. Einige Kohlen enthalten z.B. soviel Schwefel, dass der Anteil der schwefelhaltigen Gase in den Verbrennungsprodukten durchaus mehr als 5 i» betragen kann. Bei richtig durchgeführter Verbrennung erhält das Industrie-Abgas*wenig oder überhaupt kein Kohlenmonoxyd. Industrie-Abgase*bestehen also — abgesehen von den schwefelhaltigen Gasen — in der Hauptsache aus einer grösseren Menge Kohlendioxyd und einer kleineren Menge Stickstoff und Luft.

Tabelle I
Prozentualer Anteil verschiedener Gase in Industrie-Abgasen*

Menge in den Industrie-Abgasen*

Gas	Molekular gewicht
SO,	80
so₂	64
CO₂	44
CO	28 ~
N₂	28
Luft	29

( 0,1

bis 5,0

60 bis 80 1» 0 bis 5 Ιο

18 bis 35 #

Betrachtet man lediglich die Schwefeloxyde in den Verbrennungsprodukten aus.schwefelhaltigen Brennstoffen, so ist Schwefeldioxyd bei weitem die grösste Komponente dieser Schwefeloxyde, und * Schornsteingas "stackgas"

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Schwefeltrioxyd ist nur in kleinen Mengen und häufig überhaupt nicht anwesend.

Es sind bereits verschiedene Verfahren zur Entfernung von Schwefeloxyden aus Verbrennungsgasen bekannt. Bei einem der am häufigsten untersuchten Verfahren werden die Schwefeloxyde in einem basischen Material absorbiert, z.B. in einer Aufschlämmung aus Kalkmilch oder in Magnesiumoxyd. Soll das Verfahren wirtschaftlich sein, so muss die Base wiedergewonnen und zurückgeführt werden; hierbei werden schwefelhaltige Gase freigesetzt und müssen wieder verwendet werden, ohne dass die Atmosphäre, Seen, Flüsse, andere Gewässer oder der "Boden verschmutzt werden.

Auch andere Verfahren, bei denen die Schwefeloxyde physikalisch in einem porösen Material absorbiert werden, sind nur dann wirtschaftlich, wenn das Absorptionsmittel erneut verwendet wird.

Alle Verfahren erfordern Wärme, um zur Sicherung der Wirtschaftlichkeit des Verfahrens die Schwefeloxyde freizusetzen und die Base oder das Absorptionsmittel zurückzuführen. Die Erzeugung dieser Wärme trägt jedoch erneut zu dem Problem der Umweltverschmutzung bei.

Das erfindungsgemässe Verfahren vermeidet die Nachteile der bekannten Verfahren, und es wird wie folgt durchgeführt:

Zuerst werden die heissen Verbrennungsprodukte einer Behandlung zur Entfernung der Feststoffe ausgesetzt, wobei Plugasche und

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andere feste Teilchen von den heissen Gasen getrennt werden. Solche Behandlungen sind bekannt, und sie umfassen die elektrostatische Abscheidung,Zyklonabscheider,Prallplatten und andere bekannte Vorrichtungen, mit deren'Hilfe Peststoffe auf physikalischem Wege von den Gasen getrennt werden können, ohne dass die Gase wesentlich abgekühlt werden.

Dann werden die heissen Gase in eine mit ultrahoher Geschwindigkeit arbeitende Gas-Zentrifuge geleitet und dort praktisch quantitativ in leichtere und schwerere Gase getrennt. Die Schwefeloxyde, die wesentlich schwerer sind als Kohlendioxyd, Sauerstoff, Stickstoff und Kohlenmonoxyd werden als praktisch reine Fraktion erhalten und können in gleicher Weise verwendet werden wie z.B. die heissen Schwefeloxyde, die durch Verbrennen von elementarem Schwefel gewonnen werden.

Die bekannte, mit ultrahoher Geschwindigkeit arbeitende Gas-Zentrifuge besteht im allgemeinen aus einer besonders geformten Spindel, die mit ungewöhnlich hoher Geschwindigkeit innerhalb eines stationären Gehäuses rotiert. Um diese Vorrichtung wirksam auszunutzen, lässt man die Spindel meist mit einer Geschwindigkeit rotieren, die knapp unterhalb des Punktes liegt, an· dem die Spindel durch die auf sie einwirkende Zentrifugalkraft auseinanderfliegen würde. Eine andere Vorrichtung, die keine beweglichen Teile aufweist, kann ebenfalls zur Erzielung einer fast quantitativen Trennung der schwefelhaltigen Gase von den übrigen Gasen

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in den Verbrennungsprodukten verwendet werden. Hierbei handelt es sich um einen Gas-Zyklonabscheider, durch den die Gase mit sehr hoher Geschwindigkeit geleitet werden. Diese Vorrichtung ist nicht so wirksam wie die Ultrahochgeschwindigkeitszentrifuge, aber der gewünschte Trennungsgrad lässt sich erzielen, indem man mehrere Zyklonabscheider mit Trennungsschlitzen in Reihe schaltet und so betreibt, dass das Produkt die gewünschte Reinheit aufweist.

Die Art und Weise, in der die Gase getrennt und gereinigt werden, kann wie folgt dargestellt werden:

Ausgangsmischung
(1. Trennstufe) ν

meist leichte meist schwere

etwas schwere etwas leichte

2. Trennstufe

mehr leichte mehr schwere mehr leichte mehr schwere weniger schwere weniger leichte weniger schwere weniger leichte

I ι

zusammengeben und weiter trennen

I \>

durchweg schwere leichte schwere schwere schwere .leichte und eini- und eini- und eini- und einige leichte ge schwere ge leichte ge leichte

Durch eine ausreichende Anzahl von Stufen kann — getrennt von dem leichteren Stickstoff und Kohlenoxyden — eine relativ

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reine schwere Fraktion erhalten werden, die alle Schwefeloxyde enthält.

Falls erwünscht, können auch Bestandteile der Stickstoff-Kohlenoxyd-Mischung gewonnen und in den Handel gebracht werden. Das Kohlendioxyd kann z.B. gewonnen und zu Trockeneis verarbeitet

werden. Bei der Herstellung von Trockeneis aus dieser Fraktion wird die Kühlung der Mischung nicht durch die Anwesenheit von Stickstoff, Sauerstoff und Luft beeinträchtigt, da alle Bestandteile der Luft, nämlich Stickstoff und Sauerstoff, bei dem Verfahren als Gase verbleiben und ohne Verschmutzungsgefahr in die •Atmosphäre abgelassen werden können.

Gemäss einem Verfahren zur Verwendung der gewonnenen Schwefeloxyde wird die heisse Mischung aus SO2 und SO, in noch heissem Zustand mit Luft gemischt und über trockenes NaCl geleitet,wodurch auf folgende Weise Chlor und ein Salz-Kuchen erhalten wird:

2 C⁰J + ^s02 ^{+ 2 NaG1} —* ^C12 ⁺ und Z~°-7 + SO, + 2 NaCl —> Cl₂ +

Das Chlor kann als Gas oder Flüssigkeit verwendet oder in bekann-

ter Weise in HCl umgewandelt werden.

Eine weitere Verwendungsmöglichkeit besteht darin, die heisse Mischung aus SO₂ und SO·* mit Luft zu mischen und in bekannter Weise über einen Katalysator zu führen; hierdurch wird SO, er-

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halten, das dann in Wasser absorbiert wird und konzentrierte Schwefelsäure liefert.

In Abhängigkeit von der Lage des Werkes, das die schwefelhaltigen Verbrennungsgase erzeugt, kann die Herstellung von Schwefelsäure sich als durchaus wirtschaftlich erweisen, da die Frachtkosten reduziert werden oder entfallen, die das sonst billige Produkt häufig unnötig verteuern. Bei Gasen mit relativ geringem Gehalt an Schwefeldioxyd — wie er normalerweise in Industrie-Abgasen aus stark schwefelhaltigen Brennstoffen anzutreffen ist — ist die Umwandlung dieser Abgase in das erforderliche Sehwefeltrioxyd, das dann in Wasser absorbiert wird und die konzentrierte Schwefelsäure liefert, nur dann wirtschaftlich, wenn die Konzentration des Schwefeltrioxyds in den Abgasen wenigstens etwa 10 % und vorzugsweise etwa 20 ^beträgt.

- Patentansprüche -

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Verringerung der Umweltverschmutzung, die durch das Verbrennen schwefelhaltiger Brennstoffe hervorgerufen wird, dadurch gekennzeichnet, dass man:

die schwefelhaltigen Brennstoffe verbrennt und dadurch heisse Verbrennungsprodukte erzeugt, die Schwefelverbindungen enthaltenj

wenigstens einen grossen Teil dieser Schwefelverbindungen in heissem Zustand durch rein physikalische Mittel von den Verbrennungsprodukten, die noch erhöhte Temperaturen aufweisen, trennt; und die Schwefelwerte in diesen. Verbindungen gewinnt, indem man die Verbindungen chemisch zu den gewünschten Schwefelprodukten umsetzt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die physikalische Trennung durch eine mit ultrahoher Geschwindigkeit arbeitende Zentrifuge oder durch wenigstens einen Gas-Zyklonabscheidern,vorzugsweise eine Reihe von Gas-Zyklonabscheidern durchgeführt wird.

3* Verfahren nach Anspruch 1-2, dadurch gekennzeichnet, dass als Schwefelverbindung wenigstens ein Schwefeloxyd aus der GruppesSOg und SO, wiedergewonnen wird.

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4. Verfahren nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass vor der physikalischen Abtrennung der Schwefelverbindungen von den heissen Verbrennungsprodukten Feststoffe, die vorzugsweise Flugasche umfassen, von den heissen Verbrennungsprodukten getrennt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwefelwerte in den Verbrennungsprodukten wiedergewonnen werden, indem man die Schwefelverbindungen, die noch Verbrennungswärme aufweisen, über erhitztes NaCl führt und Natriumsulfat und Chlor-Gas erhält, worauf das Chlor-Gas und das Natriumsulfat getrennt gewonnen werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwefelwerte in den Verbrennungsprodukten durch Umwandlung in Schwefelsäure wiedergewonnen werden.

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