DE2435611C3

DE2435611C3 - Verfahren zum Entfernen von Schwefeldioxid aus Verbrennungsabgasen

Info

Publication number: DE2435611C3
Application number: DE2435611A
Authority: DE
Inventors: Andre Saint-Quen Salauen; Rene Gambais Trempu
Original assignee: Compagnie Industrielle de Telecommunication CIT Alcatel SA
Current assignee: Alcatel CIT SA
Priority date: 1973-07-26
Filing date: 1974-07-24
Publication date: 1978-09-28
Also published as: FR2274556A2; DK399274A; RO65912A; BE817789A; JPS5232863B2; NL7410136A; DE2435611A1; NL162568B; NL162568C; FR2271170A2; DK146120C; CA1034739A; FR2276260B2; IT1016693B; FR2271170B2; FR2276260A2; SE7409601L; CH599046A5; NO136077B; IE39808B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen von Schwefeldioxid aus Verbrennungsabgasen mit Hilfe einer wäßrigen, manganhaltigen Waschflüssigkeit in Gegenwart von Sauerstoff unter Bildung von Schwefelsäure.

Das sich mit der Reinigung von Rauch und Gasen von Schwefelverbindungen ergebende Problem ist gut bekannt. Es stellt sich insbesondere bei Anlagen, die einen stark schwefelhaltigen Brennstoff verbrauchen, wie beispielsweise Heizöl oder Dieselkraftstoff.

Aus der US-PS 20 21 936 ist ein Verfahren zur Entfernung von Schwefeldioxid aus Abgasen bekannt, deren Waschlösung Manganionen entweder allein oder zusammen mit Eisenionen enthält Ist nur Mangan vorhanden, dann beträgt dessen Konzentration höchstens 280 Milligramm pro Liter. Die erzeugte Schwefelsäure kann entweder mit Eisen oder Eisenoxid neutralisiert werden, oder sie wird durch Verdampfung mit Hilfe von außen zugeführter Wärme konzentriert. Dieses Verfahren ist für eine Anwendung im industriellen Maßstab ungeeignet, da die Oxydationsgeschwindigkeit verhältnismäßig niedrig ist und damit ein Waschturm großer Höhe benötigt wird. Außerdem hat sich gezeigt, daß die Waschflüssigkeit durch vom Abgas mitgeführte Rußpartikeln irreversibel beeinträchtigt wird.

Aus der FR-OS 21 32 186 ist weiter ein Verfahren zur Reinigung von Abgasen bekannt, das aus zwei getrennten Schritten besteht: In einem ersten Schritt werden die Abgase mit einer schwefligen Waschlösung derart in Kontakt gebracht, daß das Schwefligsäureanhydrid von der Lösung absorbiert wird. In einem zweiten Schritt wird schließlich dieses Anhydrid durch Luft oxydiert und bildet in Gegenwart eines Oxydationskatalysators, der in der Waschlösung enthalten ist, Schwefelsäure.

Dieser Oxydationskatalysator besteht aus Fe³⁺-lonen mit einem Gewichtsanteil zwischen 0,1 und 0,25%, denen gegebenenfalls noch Mn²⁺-Ionen bis zu einigen hundert ppm zugefügt sind. Die Schwefelsäurekonzentration der Waschlösung muß verhältnismäßig gering gehalten werden, da sonst die Oxydationsgeschwindigkeit des Schwefligsäureanhydrids zu gering wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile der bekannten Verfahren zu vermeiden und ein Verfahren anzugeben, bei dem die Höhe der Waschtürme wesentlich reduziert werden kann, bei dem die Waschflüssigkeit durch eventuell vom Abgas mitgeführtc Rußpartikel nicht beeinträchtigt wird und bei dem eine Schwefelkonzentration erreicht wird, die ohne weitere Behandlungen für den Transport und Verkauf geeignet ist

Diese Aufgabe wird beim Verfahren zum Entfernen von Schwefeldioxid aus Verbrennungsabgasen mit Hilfe einer wäßrigen, manganhaltigen Waschflüssigkeit in Gegenwart von Sauerstoff unter Bildung von Schwefelsäure erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Waschflüssigkeit verwendet wird, die durch Schütteln

ίο von 0,5 bis 10 g Mangandioxid-Hydrat, 20 bis 500 g Mangansulfat-Hydrat, 100 bis 1000 g Schwefelsäure und der ausreichenden Menge von Wasser für einen Liter hergestellt worden ist.

Vorzugsweise wird die Waschflüssigkeit gefiltert, wobei das Oxid abgeschieden wird.

Die Erfindung wird nunmehr anhand einiger Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf 3 Zeichnungen näher erläutert, die je eine Ausführungsform einer Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens darstellen.

Aus Gründen der leichteren Verständlichkeit werden in den Figuren die Wege der Waschflüssigkeit und damit im Zusammenhang stehender Flüssigkeiten mit durchgezogenen Strichen, die Wege der Gase gestrichelt, die Wege des Wasserdampfs strichpunktiert und die Wege der Wärmeträger-Flüssigkeit in doppelten Strichen darges'ellt.

Gemäß F i g. 1 wird in einem Kessel 1 beispielsweise ein Schweröl verbrannt. Die sich daraus ergebenden

jo heißen Verbrennungsgase, die Schwefligsäureanhydrid enthalten, werden zunächst entlang einem Pfeil Fl zu einem Wärmetauscher 2 geleitet (dessen Rolle weiter unten erklärt wird), dann entlang einem Pfeil F2 in einen Behälter 3, in dem sie mit beispielsweise durch einen Ventilator 4 herbeigeschaffter Luft gemischt werden, wobei dieser Strom durch ein Pfeil F3 dargestellt wird. Diese Mischung wird anschließend entlang einem Pfeil F4 praktisch zur Basis eines Waschturms 5 transportiert, der in seinem oberen Bereich die kontinuierlich an seiner Basis entnommene Waschflüssigkeit empfängt; dieser Kreislauf wird mit Hilfe einer Pumpe 6 aufrechterhalten und durch eine Leitung F5 dargestellt. Der Turm 5 ist beispielsweise mit Raschigringen (nicht dargestellt) ausgerüstet, mit denen ein optimaler Kontakt zwischen dem zu reinigenden Gas und der Waschflüssigkeit hergestellt werden soll, wobei die gereinigten Gase gemäß einem Pfeil F6 in die Umgebungsatmosphäre abgeleitet werden.

Darüber hinaus wird ein Teil der Waschflüssigkeit, der der Menge von Schwefelsäure entspricht, die sich aus der Oxydation des Schwefligsäureanhydrids ergibt, kontinuierlich an der Basis des Turms 5 entnommen und entlang einem Pfeil F7 zu einem Filter 7 geleitet, dessen Rolle darin besteht, den Ruß abzuscheiden, der entlang einem Pfeil FS entfernt wird. Ein Pfeil F9 zeigt an, daß die Waschflüssigkeit anschließend in einen Pufferbehälter 8 geleitet wird, dessen Aufgabe darin besteht, den Durchsatz zu regeln; anschließend wird die Waschflüssigkeit entlang einem Pfeil FlO einem ersten Evaporator 9 zugeführt. Dieser Evaporator soll eine erste Konzentration der Flüssigkeit herbeiführen, die anschließend entlang einem Pfeil FH zu einem Pufferbehälter 10 und dann entlang einem Pfeil F12 zu einem

b5 zweiten Evaporator 11 geschickt wird, wo sie von neuem konzentriert wird. Die so konzentrierte Flüssigkeit wird anschließend entlang einem Pfeil F13 in einen Pufferbehälter 12 geleitet und anschließend entlang

einem Pfeil F14 einem Filter 13 zugeführt, das einerseits das Mangansulfat abtrennt, das entlang einem Pfeil F15 in einen Behälter 14 verbracht wird, und andererseits die konzentrierte Schwefelsäure abtrennen soll, die entlang einem Pfeil F16 in ein Auffanggefäß 15 ge'angt.

Darüber hinaus wird mit doppelten Strichen F17 der Kreislauf einer wärmetransportierenden Flüssigkeit dargestellt, die die dem Wärmetauscher 2 durch die Gase und den Rauch gelieferten Kalorien zu den Evaporatoren 9 und 11 transportiert, wo die Konzentration der Schwefelsäure durchgeführt wird. Der bei einer solchen Konzentration entstehende Wasserdampf wird entlang von Pfeilen F18 und F19 zu einem Kondensator 16 geleitet, von wo er in flüssiger Form entlang einem Pfeil F20 zum Filter 13 fließt, wo er der Mangansulfatausfällung zugesetzt wird, die -dadurch wieder in Lösung gebracht und in den Behälter 14 geleitet wird. Diese Lösung wird ihrerseits entlang einem Pfeil F21 der Basis des Waschturms 5 wieder zugeleitet. Aus F i g. 1 ist zu ersehen, daß der Kondensator 16 und die Evaporatoren 9 und 11 mit Hilfe einer Vakuumpumpe 17 unter leichtem Unterdruck gehalten werden.

Darüber hinaus zeigt ein Pfeil F22, daß mindestens ein Teil der Verbrennungsgase, die vom Wärmetauscher 2 stammen, mit der Flüssigkeit des Filters 7 in Berührung gebracht und anschließend entlang einem Pfeil F23 der Basis des Turms 5 zusammen mit der aus dem Behälter 3 stammenden Mischung zugeführt werden. Gemäß einer nicht dargestellten Variante können die aus dem Filter 7 stammenden Gase zum Eingang des Behälters 3 geleitet werden.

Schließlich deutet ein Pfeil F24 an, daß die aus der Vakuumpumpe 17 stammende Luft, die Lösungströpfchen enthalten kann, der Basis des Turms 5 zugeleitet wird.

Das in einer solchen Anlage durchführbare Verfahren kann folgendermaßen erklärt werden:

Zu Beginn des Reinigungsverfahrens wird an der Basis des Waschturms 5 die Waschflüssigkeit eingeführt. Diese Flüssigkeit wird im Waschturm 5 (gemäß der Leitung F5) mit den mit Luft vermengten und aus dem Behälter 3 entlang dem Pfeil F4 eingeleiteten Gasen in Berührung gebracht. Das Schwefligsäureanhydrid der Gase oder des Rauchs löst sich in der Waschflüssigkeit auf und bildet dabei eine Komplexverbindung, die unter Vorhandensein des Sauerstoffs der Luft ein starkes Oxydiermittel (beispielsweise einen Mangansulfatkomplex) bildet, dfls rasch das Schwefligsäureanhydrid oxydiert und in Schwefelsäure überführt.

Der Schwefelsäuretiter der Waschlösung steigt folglich an. Wenn dieser Titer einen vorbestimmten Wert erreicht, also während der kontinuierlichen Arbeitsweise, beginnt man an der Basis des Turms 5 einen Waschflüssigkeitsanteil zu entnehmen, der dem absorbierten Schwefligsäureanhydrid entspricht. Folglich bleibt der Schwefelsäuregehalt der Waschflüssigkeit konstant.

Die so entnommene, in 7 wie zuvor angegeben gefilterte und entlang FIO weitergeleitete Waschflüssigkeit wird in den Evaporatoren 9 und 11 konzentriert, um in 15 konzentrierte Schwefelsäure zu ergeben. Dem Mangansulfat, das im Filter 13 aus der kontinuierlich dem Turm 5 entnommenen Waschflüssigkeit abgeschieden wird, wird entlang dem Pfeil F20 Wasser zugeführt, das der Kondensation entstammt und im Kondensor 16 wie oben beschrieben kondensiert wurde. Eine solche Lösung wird im Behälter 14 (Pfeil F15) gesammelt und dann dem Turm 5 entlang dem Pfeil F21 wieder zugeführt. Es ist auch festzustellen, daß die Schwefelsäurekonzentration der Waschflüssigkeit (und der in den Evaporatoren 9 und 11 konzentrierten Lösung) so ist, daß allein die Wärme des Rauchs und der Gase ausreicht, um im Gefäß 15 handelsüblich konzentrierte Schwefelsäure zu erhalten, ohne daß in irgendeiner Form von außen zusätzliche Kalorien zugeführt werden müssen.

ίο Darüber hinaus wurde weiter oben darauf hingewiesen, daß mindestens ein Teil der Gase entlang dem Pfeil F22 im Filter 7 mit der entnommenen Waschflüssigkeit in Berührung gebracht wird, bevor sie entlang dem Pfeil F23 der Basis des Turms 5 zugeleitet wird. Ein solcher

ι5 Vorgang bewirkt, daß bestimmte Manganverbindungen, die unter bestimmten Bedingungen das Verfahren zur Konzentration und Trennung der Säure stören und die hergestellte Säure verunreinigen können, reduziert werden.

Als Anhaltspunkt wird im folgenden ein konkretes Beispiel einer Wasch- und Reinigungsanlage für Gase beschrieben, das gemäß F i g. 1 erstellt wurde.

Im Kessel 1 wird schweres Heizöl Nr. 2 mit 3,5% Schwefelgehalt verbrannt.

Die aus dem Kessel 1 stammenden Gase und Rauch, die in den Wärmetauscher 2 gelangen, haben eine Temperatur von 160°, enthalten einen Luftüberschuß von 30% und weisen folgende Zusammensetzungen und folgenden Durchsatz auf:

CO₂ 477 mVStd.

H₂O 369 mVStd.

N₂ 3347 mVStd.
O₂ 214mVStd.

SO₂ 7,5 m³/Std.

insgesamt ein Durchsatz von 4414 mVStd.

Wenn die Gase den Wärmetauscher 2 verlassen, beträgt ihre Temperatur etwa 80° C.

Im Behälter 3 wird dem Rauch und den Gasen Luft in einer Menge von 6000 mVStd. zugesetzt.

Am Ausgang des Behälters 3 weisen die Gase folgende Zusammensetzung und folgende Durchsätze auf:

CO₂ 477 mVStd.

H₂O 369 nWStd.

N₂ 8087 mVStd.

O₂ 1474m³/Std.

SO₂ 7,5 mVStd.

d. h. insgesamt 10 415 nvVStd.

Die gereinigten, aus dem Turm 5 gemäß dem Pfeil F6 austretenden Gase weisen eine Zusammensetzung und einen Durchsatz auf, die praktisch gleich den zuvor genannten sind, außer einer Änderung im Schwefelgehalt:

SO₂

1 p.p.m., d.h. 0,01 mVStd.
(Höchstwerte).

Der prozentuale Anteil von Gasen, die entlang dem Pfeil F22 in das Filter 7 gelangen, stellt etwa 10% des in den Behälter 3 gelangenden Gasdurchsatzes dar.

Die dem Turm 5 entlang dem Pfeil F7 entnommene Waschflüssigkeit weist einen Durchsatz von 200 I/Std. auf.

Cie Schwefelsäure wird im Auffanggefäß 15 mit 20,8 1/Std. erhalten und weist eine Dichte von 1,73, eine Konzentration von etwa 80% und einen MnSO₄-Gehalt von etwa 6 g/l auf, der periodisch ersetzt werden muß.

Die im Behälter 14 aufgefangene Lösung, die entlang dem Pfeil F21 dem Kreislauf wieder zugeführt wird, fließt mit 200 I/Std. und mit einem Gehalt von 3,875 kg MnSO₄ pru Stunde.

Die verschiedenen Konstruktionstule der Vorrichlung werden aus Stoffen hergestellt, die der Aggressivität der verschiedenen Flüssigkeiten und Gase widerstehen, insbesondere aus Polyvinylchlorid. Nachfolgend werden ihre Hauptkennzeichen angegeben:

Turm 5:

Höhe 3 Meter. Durchmesser 2.9 Meter, über eine

Höhe von 1 Meter mit Raschigringen ausgestattet.
Pumpe 6:

Leistung 200 mVStd. bei 4 Meter Pumphöhe.
Filter 7:

Kontinuierlich arbeitend mit automatischem Waschen des Filterelements.
Evaporator 9:

Konzentriert HjSOj auf 60% bei einem Unterdruck

von 30 mm Quecksilbersäule.
Evaporator 11·

Konzentriert H)SOj auf 80% bei einem Unterdruck

von 30 mm Quecksilbersäule.
Filter 13:

Trommeltyp oder horizontal in Abschnitte unterteilt.
Vakuumpumpe 17:

Leistung 400 mVStd. bei einem Druck von 30 mm

Quecksilbersäule.
Wärmetauscher 2:

Zwei Wärmestufen (120° und 8O⁰C). Wärmeträger:

Öl.
Ventilator 4:

Durchsatz 6000 mVStd. bei einem Druck von 50 mm Wassersäule.

Bei der Beschreibung der folgenden Figuren werden gleiche Bezugszeichen wie in F i g. 1 für Elemente gleicher Bedeutung verwendet.

In der zweiten, in F i g. 2 dargestellten Ausführungsform wird wieder ein Kessel 1 vorgesehen, der beispielsweise ein Schweröl Nr. 2 verbrennt. Die sich daraus ergebenden heißen Verbrennungsgase enthalten Schwefligsäureanhydrid und werden zunächst entlang dem Pfeil Fl zu einem Wärmetauscher 2 geleitet (dessen Rolle weiter unten erklärt wird), dann entlang dem Pfeil F2 in einen Behälter 3. in dem sie mit Luft gemischt werden, die beispielsweise von einem Ventilator 4 stammt, dessen Luftdurchsatz durch den Pfeil F3 symbolisiert wird. Diese Mischung wird dann entlang dem Pfeil F4 zur Basis eines Waschturms 5 geführt, der in seinem oberen Bereich die kontinuierlich an seiner Basis entnommene Waschflüssigkeit empfängt, wobei dieser Waschflüssigkeitskreislauf mit Hilfe einer Pumpe 6 aufrechterhalten und durch eine Leitung F5 dargestellt wird. Der Turm 5 ist beispielsweise mit Raschigringen (nicht dargestellt) als Füllkörper ausgestattet, mit denen ein optimaler Kontakt zwischen dem zu reinigenden Gas und der Waschflüssigkeit hergestellt werden soll; die gereinigten Gase werden entlang dem Pfeil F6 in die Umgebungsatmosphäre abgelassen.

Ferner wird ein Teil der Waschflüssigkeit, der der sich aus der Oxydation des Schwefligsäureanhydrids ergebenden Schwefelsäuremenge entspricht, kontinuierlich an der Basis des Turms 5 entnommen und einem Filter 7 entlang dem Pfeil F7 zugeleitet, der den Ruß herausfiltern soll, der entlang dem Pfeil FS ausgeschieden wird. Der Pfeil F9 zeigt an. daß die Flüssigkeit ir einen Pufferbehälter 8 fließt, der den Durchsatz regulieren soll, und dann entlang dem Pfeil FlO zu einem ersten Evaporator 9. Dieser Evaporator führt , eine erste Konzentrierung der Flüssigkeit durch, die anschließend entlang dem Pfeil FIl zu einem Pufferbehälter 10 geleitet und dann entlang dem Pfei F12 zu einem zweiten Evaporator Il geführt wird, wo sie ein zweites Mal konzentriert wird. Die so

in konzentrierte Flüssigkeit wird entlang dem Pfeil F13 in einen Pufferbehälter 12 geleitet und dann entlang den Pfeil F14 zu einem Filter 13, das einerseits da; Mangansulfat, das in einen Behälter 14 entlang dem Pfei F15 geleitet wird, und andererseits die konzentrierte Schwefelsäure trennen soll, die entlang dem Pfeil F16 ir einen Behälter 15 gelangt.

Ferner wird durch die doppelten Pfeile F17 dei Umlauf einer wärmetransportierenden Flüssigkeit dar gestellt, mit der die vom Wärmetauscher 3 von der Gasen und vom Rauch gelieferten Kalorien zu der Evaporatoren 9 und 11 geführt werden, wo die Konzentration der Schwefelsäure erfolgt. Der sich au« einer solchen Konzentration ergebende Wasserdamp strömt entlang den Pfeilen F18 und F19 zu einerr Kondensor 16 und fließt von dort in flüssiger Form entlang dem Pfeil F20 zum Filter 13, wo er dei Mangansulfatausfällung zugesetzt wird, die so in Lösung gebracht und in den Behälter 14 transportiert wird Diese Lösung wird ihrerseits entlang dem Pfeil F21 ar

in die Basis des Waschturms 5 zurückgeleitet. Es is festzustellen, daß der Kondensator 16 und die Evaporatoren 9 und 11 mit Hilfe einer Vakuumpumpe 17 unter Unterdruck gehalten werden.

Darüber hinaus zeigt der Pfeil F22, daß ein Teil der

s"> Verbrennungsgase, die vom Wärmetauscher 2 stammen durch die Flüssigkeit im Filter 7 geblasen und danr entlang F23 zusammen mit der aus dem Behälter 3 stammenden Mischung der Basis des Turms 5 zugeführ wird. Gemäß einer nicht dargestellten Variante könner

■»" die aus dem Filter 7 stammenden Gase auch derr Eingang des Behälters 3 zugeführt werden.

Der Pfei! F24 gibt an. daß die aus der Vakuumpumpe 17 stammende Luft, die Lösungströpfchen enthalter kann, der Basis des Turms 5 zugeführt wird.

J5 Abweichend von der Ausführungsform gemäß Fi g. 1 kann hier ein Behälter 18 einen bestimmten Anteil beispielsweise ein Viertel der im Turm 5 verwendeter Waschflüssigkeit aufnehmen, wobei dieser Anteil ir diesem Behälter während einer bestimmten Zeit ruhi

")!> oder reift, wie es im folgenden näher erläutert wird. Zi diesem Zweck wird der Transport der Waschflüssigkeii in dem Behälter mit Hilfe einer ersten Pumpe 19 entlang dem Pfeil F25 durchgeführt, während eine zweite Pumpe 20 die Flüssigkeit nach ihrem Reifen wieder ir den Turm 5 zurückleitet, wie es durch den Pfeil F2t angedeutet ist.

Ein solches Verfahren kann wie folgt erläuter

werden:

Zu Beginn des Reinigungsprozesses wird der Basi« des Turms 5 eine Waschflüssigkeit zugeführt, die wie folgt erhalten wird: während etwa 1 Stunde wird eine Mischung geschüttelt, die wie folgt Zusammengesetz· ist:

Mangandioxid-Hydrat 10 g

Mangansulfat-Hydrat 100g

Schwefelsäure (H₂SO₄) 500 g

Wasser,
in ausreichender Menge für !Liter

Dann wird diese Waschflüssigkeit gefiltert.

Der durch eine optische Dichtmessung festgestellte Gehalt an Oxydierungsmittel des Filtrals betragt 51 Milliäquivalcntc Sauerstoff pro Liter.

Eine andere Mischung enthält;

Mangandioxid! lydrat
M angansulfat-Hydrat

HjSO₄

H₂O. ausreichende Menge für

0.5 g 100g 500 g

1 Liter

Die Mischung wird während 30 Minuten geschüttelt und dann gefiltert.

Der Gehalt an Oxydierungsmittel beträgt 9.2 Milliäquivalente Sauerstoff pro Liter.

Es kann auch folgende Mischung eingesetzt werden:

Mangandioxid-Hydrat

Mangansulfat-Hydrat

H₂SO₄

H2O, ausreichende Menge für

0,6 g 80 g 200 g 1 Liter

Die Mischung wird während 1 Stunde geschüttelt und dann gefiltert.

Der Gehalt an Oxydierungsmittel beträgt 4,7 Milliäquivalente Sauerstoff pro Liter.

Es sei jedoch festgestellt, daß es nicht unbedingt notwendig ist,das Mangandioxyd abzutrennen.

Die Mischungsanteile können in den folgenden Grenzen schwanken:

Mangandioxid-Hydrat

Mangansulfa'-Hydrat

H2SO4

H2O, ausreichende Menge für

0,5 bis 10 g 20 bis 500 g 100 bis 1000 g

1 Liter

Ganz gleich, welche Mischung verwendet wird. Die der Basis des Turms 5 zu Beginn zugeführte Waschflüssigkeit kann aus dem wie oben angegeben erhaltenen Filtrat bestehen, das mit Wasser oder Schwefelsäurelösung verdünnt wird, so daß diese Waschflüssigkeit praktisch folgende Mengen von MnSO₄und H₂SOenthält:

MnSO₄
H₂SO₄

10 bis 20 g/l

100 g/l mindestens

Diese Waschflüssigkeit wird im Turm 5 (entlang deim Pfeil FS) mit den mit Luft vermengten und entlang dem Pfeil F 4 aus dem Behälter 3 stammenden Gasen in Berührung gebracht. Das Schwefligsäureanhydrid der Gase oder des Rauchs bildet dabei eine Komplexverbindung, die bei Vorhandensein des Luftsauerstoffs ein wirksames Oxydiermittel bildet, das das Schwefligsäureanhydrid rasch oxydiert und in Schwefelsäure umwandelt

Folglich steigt der Schwefelsäuretiter der Waschlösung an. Wenn dieser Titer einen vorbestimmten Wert erreicht, also im kontinuierlichen Betrieb, beginnt man an der Basis des Turms 5 eine Flüssigkeitsmenge zu entnehmen, die dem absorbierten Schwefligsäureanhydrid entspricht. Auf diese Weise bleibt also der Schwefelsäuregehalt der Waschflüssigkeit konstant

Die so entnommene Flüssigkeit wird im Filter 7 wie zuvor angegeben gefiltert, entlang dem Pfeil FlO transportiert und in den Evaporatoren 9 und 11 konzentriert um im Auffanggefäß 15 konzentrierte Schwefelsäure zu ergeben. Dem im Behälter 14 nach dem Filtern der kontinuierlich dem Turm 5 entnommenen Flüssigkeit erhaltenen Mangansulfat wird entlang dem Pfeil F 20 Wasser zugesetzt, das bei der Kondensation entsteht und im Kondensator 16, wie

ι bereits anhand von Fig. 1 beschrieben, kondensiert wird. Eine solche Lösung wird dem Turm 5 entlang dem Pfeil F21 wieder zugeführt. Es sei ebenfalls festgestellt, daß die Schwefelsäurekonzentration der Waschflüssigkeit und der konzentrierten Lösung in den Evaporatoren 9 und 11 so ist, daß allein die Wärme der Verbrennungsgasc und des Rauchs ausreichen, um im Auffanggefäß 15 eine handelsüblich konzentrierte Schwefelsäure zu erhalten, ohne daß von außen zusätzlich Kalorien zugeführt werden müssen.

r> Wie bereits darauf hingewiesen, wird mindestens ein Teil der Gase entlang dem Pfeil F22 im Filter 7 mit der entnommenen Flüssigkeit in Berührung gebracht, bevor er entlang dem Pfeil F23 der Basis des Turms 5 zugeleitet werden. Dieser Umweg bewirkt, daß bestimmte Manganverbindungen reduziert werden.

Wie bereits erwähnt, läßt sich in bestimmten Fällen feststellen, daß die Geschwindigkeit der Oxydation des Schwefligsäureanhydrids durch die Waschflüssigkeit zu Beginn des Reinigungsverfahrens sehr rasch vor sich

2") geht und dann beträchtlich abnimmt; diese Geschwindigkeitsabnahme äußert sich nach einer Zeit von etwa 30 bis 60 Minuten. Jedoch genügt es, wie es überraschenderweise festgestellt wurde, die Lösung während etwa einer Stunde ruhen zu lassen, damit sie ihre Anfangsoxydationsfähigkeit wieder erreicht.
So seien als Beispiel folgende Resultate genannt:
Nach zehnstündigem Betrieb enthält eine wie zuvor angegeben vorbereitete Waschflüssigkeit 140 g/l H₂SO₄ und 20 Milliäquivalente Sauerstoff pro Liter. Sie weist

J5 eine optische Dichte von 0,200 bis 500 Nanometer (nm) auf.

Nachdem die Waschflüssigkeit nach dem letzten Durchgang der mit SO₂ versetzten Gase 3 Stunden geruht hat, beträgt die optische Dichte 0,375, nach 96 Stunden 0,985. Der Gehalt an Oxydierungsmittel ist bei etwa 20 Milliäquivalenten pro Liter geblieben. Diese Erscheinungen der Erhöhung der Aktivität der katalytischer! Waschflüssigkeit durch das Ruhen werden ausgenutzt, um das Reinigungssystem für Gase zu verbessern, um den Prozeß zu stabilisieren und die Abmessungen der Waschtürme sowie die Durchsätze der für einen gegebenen Schwefligsäureanhydriddurchsatz notwendigen Waschflüssigkeit zu verringern.
Zu diesem Zweck wird nach jeweils 30- bis 60minütiger Betriebsdauer an der Basis des Turms 5 etwa ein Viertel oder die Hälfte oder ein dazwischenliegender Volumenanteil der im Waschturm 5 verwendeten Waschflüssigkeit entnommen und mit Hilfe der Pumpe 19 entlang dem Pfeil F25 dem Behälter 18 zugeleitet. Diese Flüssigkeit wird in dem Behälter 18 während mindestens einer Stunde ruhen gelassen, beispielsweise 1 bis 3 Stunden. Nach dieser Ruhe- bzw. Reifephase der Flüssigkeit wird sie von neuem mit Hilfe der Pumpe 20 entlang dem Pfeil F26 in den Turm 5 geleitet.

Nach 30- bis 60minütiger Betriebsdauer wird von neuem ein Flüssigkeitsanteil entnommen und in der oben beschriebenen Abfolge behandelt.
Im folgenden wird ein konkretes Beispiel für eine Wasch- und Reinigungsanlage für Gas gegeben, das gemäß dieser Ausführungsform hergestellt wurde; bestimmte Daten dieser Anlage wurden bereits weiter oben beschrieben.

Im Kessel I wird ein Schweröl Nr. 2 mit 3,5% ichwefelgehalt verbrannt. Die aus 1 stammenden Gase jnd der Rauch gelangen mit einer Temperatur von IbO" η den Wärmetauscher 2, weisen einen Luftüberschuß /on 30% auf und haben folgende Zusammensetzungen jnd Durchsätze:

CO,	477mVStd.
H,O	369mVStd.
N,	3347 mVStd.
O,	214mVStd.
SO,	7,5m'/Std.

insgesamt also einen Durchsatz von 4414 mVStd.

Die aus dem Wärmetauscher 2 austretenden Gase befinden sich auf einer Temperatur von etwa 80⁰C.

Irr Behälter 3 weisen die Gase folgende Zusammensetzung und Durchsätze auf:

CO,	477 mVStd.
H₂O	369 m^J/Std.
N₂	8087 mVStd.
O,	1474m^J/Std.
SO₂	7,5 mVStd.

20

insgesamt ein Durchsatz von 10 415 m^J/Std.

Die aus dem Turm 5 entlang dem Pfeil F6 ins Freie austretenden gereinigten Gase weisen eine Zusammensetzung und einen Durchsatz auf, der den zuvor genannten praktisch gleicht, mit der Ausnahme, daß der SOj-Gehalt jetzt beträgt:

SO₂

1 p.p.m. gleich 0,01 mVStd.
(Höchstwerte)

J5

Der Prozentsatz der entlang dem Pfeil F22 in das Filter gelangenden Gase beträgt etwa 10% des in den Behälter 3 eintretenden Gasdurchsatzes.

Die Schwefelsäure wird im Auffanggefäß 15 mit 20,8 I/Std. erhalten; sie weist eine Dichte von 1,73 und eine Konzentration von etwa 80% auf und enthält etwa 6 g/l MnSO4, die periodisch ersetzt werden müsssen.

Die im Behälter 14 aufgefangene und entlang dem Pfeil F21 zurückgeführte Lösung fließt mit 200 Litern pro Stunde und 3,875 kg MnSÜ4 pro Stunde.

Entsprechend dem Verfahren dieser Ausführungsform wird zu Beginn des Reinigungsprozesses der Turm 5 mit 5000 Litern Waschflüssigkeit gefüllt, die gemäß dem weiter oben angegebenen Verfahren bereitet wurde.

Außerdem werden bei kontinuierlichem Betrieb alle 30 Minuten 2000 Liter der Waschflüssigkeit an der Basis des Turms entnommen, die man eine Stunde lang im Behälter 18 ruhen läßt, bevor sie dem Turm wieder zugeführt wird.

Die verschiedenen Bauteile der Vorrichtung entsprechen denen der Fig. 1. Der Behälter 18 besitzt ein Fassungsvermögen von 30001.

Bei der in F i g. 3 dargestellten dritten Ausführungsform verbrennt ein Kessel 50 beispielsweise ein e>o Schweröl Nr. 2. Die sich dabei ergebenden SO2-haltigen heißen Verbrennungsgase werden zunächst entlang einem Pfeil F50 einem Wärmetauscher 51 (dessen Rolle weiter unten erklärt wird) zugeführt und dann der Basis eines Vorwaschturms 52 entlang einem Pfeil F51. Dieser Vorwaschturm empfängt in seinem oberen Bereich insbesondere die kontinuierlich an seiner Basis entnommene Waschflüssigkeit; der Waschflüssigkeitskrcislauf wird mit Hilfe einer Pumpe 53 aufrechterhalten und durch eine Leitung F52 geführt. Der Vorwaschturm 52 ist beispielsweise mit Raschigringen (nicht dargestellt) ausgestattet, mit denen ein optimaler Kontakt zwischcm dem Gas und der Waschflüssigkeit hergestellt werden soll.

Die Gase werden anschließend entlang dem Pfeil F53 in einen Behälter 54 geleitet, in dem sie mit aus einem Ventilator 55 stammender Luft gemischt werden; der Luftstrom wird durch den Pfeil F54 dargestellt. Diese Mischung wird dann entlang dem Pfeil F55 der Basis eines Waschturms 56 zugeleitet, der in seinem oberen Bereich die kontinuierlich in seiner Basis über eine Leitung F56 entnommene Waschflüssigkeit empfängt; dieser Umlauf wird mit Hilfe einer Pumpe 57 bewirkt. Der Turm 56 ist ebenfalls mit Raschigringen (nicht dargestellt) ausgestattet, mit denen ein optimaler Kontakt zwischen den zu reinigenden Gasen und der Waschflüssigkeit hergestellt werden soll; die gereinigten Gase werden in die Umgebungsatmosphäre entlang dem Pfeil F57 abgelassen.

Ferner wird ein Teil der Waschflüssigkeit, der der sich aus der Oxydation des Schwefligsäureanhydrids des Rauchs und der Gase ergebenden Schwefelsäuremenge entspricht, kontinuierlich an der Basis des Turms 56 entnommen und dem Vorwaschturm 52 zugeführt; dieser Transport wird mit Hilfe einer Dosierpumpe 58 bewirkt und verläuft durch eine Leitung F58.

Die den Vorwaschturm 52 verlassende Flüssigkeit wird anschließend entlang dem Pfeil F59 einem Filter 59 zugeleitet, das den Ruß entfernen soll, der entlang dem Pfeil F60 abgeschieden wird. Der Pfeil F61 zeigt an, daß die Flüssigkeit in einen Pufferbehälter 60 geleitet wird, der den Flüssigkeitsdurchsatz regulieren soll, und dann entlang dem Pfeil F62 in einen Evaporator 61. Die Aufgabe dieses Evaporators besteht darin, eine zweite Konzentration der Flüssigkeit zu bewirken (die erste wurde im Vorwaschturm 52 erreicht); die Flüssigkeit fließt dann entlang dem Pfeil F63 in einen Pufferbehälter 62 und dann entlang dem Pfeil F64 in ein Filter 63, das einerseits das Mangansulfat, das entlang dem Pfeil F65 in einen Behälter 64 transportiert wird, und andererseits die konzentrierte Schwefelsäure voneinander trennt, die entlang dem Pfeil F66 einem Auffanggefäß 65 zugeführt wird.

Ferner stellen die Doppelpfeile F67 den Kreislauf einer wärmetransportierenden Flüssigkeit dar, durch die die vom Wärmetauscher 51 durch die Gase und den Rauch gelieferten Kalorien dem Evaporator 61 zugeführt werden, in dem die endgültige Konzentration der Schwefelsäure erfolgt. Der sich aus dieser Konzentration ergebende Wasserdampf gelangt entlang dem Pfeil F67a in einen Kondensor 66 und fließt von dort in flüssiger Form entlang dem Pfeil F68 in das Filter 63, wo er der Mangansulfatausfällung zugesetzt w'.rd, die dadurch in Lösung geht und in den Behälter 64 fließt Diese Lösung wird ihrerseits entlang dem Pfeil F69 der Basis des Waschturms 56 zugeführt Es sei darauf hingewiesen, daß der Kondensor 66 und der Evaporator 61 mit Hilfe einer Vakuumpumpe 67 unter Unterdruck gehalten werden.

Schließlich deutet der Pfeil F70 an, daß die aus der Unterdruckpumpe 67 stammende Luft die Lösungströpfchen enthalten kann, der Basis des Waschturms 56 zugeführt wird.

Das in dieser Anlage durchzuführende Verfahren kann wie folgt erklärt werden:

Zu Beginn des Reinigungsprozesses wird der Basis

des Waschturms56die Waschflüssigkeit zugeführt.

Diese Waschflüssigkeit wird im Waschturm 56 (entlang der Leitung F56) mit den im Vorwaschturm 52 vom Ruß befreiten, anschließend mit Luft gemischten und aus dem Behälter 54 entlang des Pfeils F55 austretenden Gasen in Berührung gebracht. Das Schwefligsäureanhydrid des Rauchs oder der Gase löst sich in der Lösung und bildet dabei eine komplexe Verbindung, die unter Beisein von Luftsauerstoff ein wirksames Oxydierungsmittel (beispielsweise einen Manganisulfatkomplex) bildet, das das Schwefligsäurc- nnhydrid rasch oxydiert und in Schwefelsäure umwandelt.

Der Schwefelsäuretiter der Waschlösung steigt Folglich an.

Wenn dieser Titer einen vorbestimmten Wert erreicht, beginnt man, von der Basis des Turms 56 eine Flüssigkeitsmenge abzuziehen, die dem absorbierten Schwefligsäureanhydrid entspricht. Folglich bleibt der Schwefelsäuregehalt der Waschflüssigkeit konstant.

Die so entnommene Flüssigkeit wird über die Leitung F58dem Vorwaschturm 52 zugeführt, in dem einerseits der von den Gasen, die entlang dem Pfeil F51 eintreten, mitgerissene Ruß entfernt wird. Andererseits wird diese Flüssigkeit ein erstes Mal konzentriert, so daß der Schwefelsäuretiter etwa 40% erreicht.

Der sich bei dieser Konzentration ergebende Wasserdampf wird zum Waschturm 56 mitgerissen.

Ferner kommt es im Vorwaschturm 52 durch das Schwefligsäureanhydrid zu einer Reduktion von störenden Manganverbindungen.

Die dem Vorwaschturm 52 wie zuvor angegeben entnommene, entlang dem Pfeil F59 dem Filter 59, in dem sie von Ruß befreit wird, zugeführte Flüssigkeit wird im Evaporator 61 erneut konzentriert, um im Auffanggefäß 65 eine auf etwa 80% konzentrierte Schwefelsäure zu ergeben. Dem nach dem Filtern im Filter 63 der kontinuierlich dem Turm 52 entnommenen Flüssigkeit im Behälter 64 erhaltenen Mangansulfat wird entlang dem Pfeil F68 das Wasser zugesetzt, das aus der Konzentration und der Kondensation im Kondensator 66 wie oben angegeben stammt. Eine solche Lösung wird dem Turm 56 entlang dem Pfeil F69 wieder zugeführt. Es ist außerdem zu bemerken, daß die Schwefelsäurekonzentration lediglich mit der Wärme des Rauchs und der Verbrennungsgase erreicht wird. So erhält man im Auffanggefäß 65 eine handelsüblich konzentrierte Schwefelsäure, ohne daß von außen irgendwelche zusätzliche Kalorien zugeführt werden müssen.

Als Anhaltspunkt wird anschließend ein konkretes Beispiel einer Gas-Wasch- und Reinigungsanlage beschrieben, die das eben beschriebene Verfahren verwirklicht

Im Kessel 50 wird ein Schweröl Nr. 2 mit 3,5% Schwefelgehalt verbrannt.

Die dabei entstehenden Gase und der Rauch gelangen mit einer Temperatur von 160° C in den Wärmetauscher 51, enthalten einen 30%igen Luftüberschuß und weisen folgende Zusammensetzung und Durchsätze auf:

CO₂	477 mVStunde
H₂O	369 mVStunde
N₂	3347 mVStunde
O₂	214 mVStunde
SO₂	7,5 mVStunde

Die aus dem Wärmetauscher 51 kommenden Gase haben beim Eintritt in den Vorwaschturm eine Temperatur von etwa 100⁰C und treten aus ihm mit einerTemperauir von etwa 6O¹¹C wieder aus.

Im Behälter 54 werden die Verbrennungsga.se und der Rauch mit Luft mit 6000 mVStunde versetzt.

Am Ausgang des Behälters 54 haben die Gase folgende Zusammensetzung und weisen folgende Durchsätze auf:

co,	477 mVStunde
HO	560 mVStunde
N,	8087 mVStunde
ο,	1474 mVStunde
so>	7,5 mVStunde

insgesamt einen Durchsatz von 10 600 mVStunde.

Die den Turm 56 entlang dem Pfeil F57 verlassenden 2» gereinigten Gase weisen eine Zusammensetzung und einen Mengendurchsatz auf, die praktisch gleich den zuvor genannten sind, außer dem SOvGehalt:

SO₂

1 p.p.m.,d. h. 0,01 mVStunde.

insgesamt einen Durchsatz von 4414 mVStunde.

Die Schwefelsäure wird im Auffanggefäß 65 mit 20,8

Liter/Stunde erhalten und weist eine Dichte von 1,73 sowie eine Konzentration von etwa 80% auf und enthält etwa 6 g/Liter MnSO4, die periodisch ersetzt werden müssen.

Die im Behälter 64 gesammelte und entlang dem Pfeil F69 zurücktransportierte Waschflüssigkeit fließt mit 200 Litern und 3,875 kg MnSO₄ pro Stunde.

Die verschiedenen Bestandteile der Vorrichtung sind aus Materialien gefertigt, die der Aggressivität der verschiedenen verwendeten Gase und Flüssigkeiten widerstehen, insbesondere aus Polyvinylchlorid. Im nachfolgenden werden die Hauptmerkmale dieser Bestandteile angegeben:

Turm 52:

Höhe 3 m. Durchmesser 2 m, über eine Höhe von 0,75 m mit Raschigringen ausgestattet.
Turm 56:
Höhe 3 m. Durchmesser 2,9 m, über eine Höhe von

1 m mit Raschigringen ausgestattet.
Pumpe 57:

Leistung 200 bis 400 mVStunde bei 4 m Pumphöhe. Pumpe 53:

Leistung 100 mVStunde bei 4 m Pumphöhe.

Filter 59:

kontinuierlich arbeitend mit automatischem Waschen des Filterelements.
Evaporator 61:
konzentriert H₂SO₄ auf 80% bei einem Unterdruck

von 30 mm Quecksilbersäule.
Filter 63:

Trommelfilter oder Filter mit horizontalen Unterteilungen.
Vakuumpumpe 67:

Leistung 100 mVStunde bei einem Druck von 30 mm Quecksilbersäule. Wärmetauscher 51:

mit einer Temperaturstufe (160° und 110° C), Wärmeträger Öl.

Ventilator 55:

Leistung 6000 mVStunde bei einem Druck von 50 mm Wassersäule.

Es sei besonders darauf hingewiesen, daß der Einsatz des Vorwaschturms 52 außer der Abscheidung von Rußteilchen, die mit den Verbrennungsgasen und dem Rauch mitgerissen werden, auch einer ersten Konzentration der Schwefelsäure auf 40% dient. Diese Besonderheit ermöglicht es einerseits, lediglich einen einzigen Evaporator 6t einzusetzen, und andererseits, einen Wärmetauscher 51 mit einer Stufe zu verwenden, also mit einer geringeren thermischen Leistung als im F?!l ohne Vorwasehturm.

Wie an anderer Stelle erwähnt, kann man insbesondere beobachten, daß die Reaktion aufhört, wenn die Schwefligsäureanhydridmenge einen kritischen Wert überschreitet.der von den Arbeitsbedingungen abhängt.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren sollte der Schwefligsäureanhydrid-Durchsatz oder, anders ausgedrückt, der Durchsatz der zu reinigenden Gase von einer bestimmten Anzahl weiterer Parameter abhängen. Am günstigsten ist es. wenn dieser Durchsatz proportional zum Quadrat der Sauerstoffkonzentration der in den Waschturm 5 (Fig. 2 und 1) oder 56 (Fig. 3) eintretenden Gase ist.

Es ist weiter günstig, wenn der Schwefligsäureanhydrid-Durchsatz proportional zum Volumen der dynamischen Zurückhaltung der Waschflüssigkeit im Waschturm 5 bzw. 56 ist.

Im folgenden wird die allgemeine Reaktion naher erläutert.

Es ist bekannt, daß in der chemischen Verfahrenstechnik das Volumen der dynamischen Zurückhaltung (nachfolgend mit VRD bezeichnet) durch das Flüssigkeitsvolumen bestimmt wird, das zu jedem Augenblick in einem Apparat vorhanden ist. wenn dieser kontinuierlich mit dieser Flüssigkeit gespeist wird.

Ein solcher Parameter hängt insbesondere vom Flüssigkeitsdurchsatz sowie von den Organen im Gerät ab.

In dem erfindungsgemäß eingesetzten Waschturm 5 bzw. 56 hängt das VRD also vom Durchsatz der Waschflüssigkeit und von der im Turm verwendeten Füllkörperfüllung ab. In dem Fall, wo diese Füllkörperfüllung aus Uaschigringen besteht, ist die VRD proportional zur Oberflache dieser Ringe.

Angesichts der soeben geäußerten Überlegung könnte man also meinen, daß der Schwefligsäureanhydrid-Durchsatz um so höher ist. je höher die VRD und die Sauerstoffkonzentration in den Gasen sind.

jedoch nehmen die Druckverluste ebenfalls in Abhängigkeit von der VRD und vom Gasdurchsatz zu.

Es ist daher notwendig, einen Grenzwert für den Druckverlust festzusetzen und die Hauptparameter des Prozesses zu regeln oder, besser, zu optimieren in Abhängigkeit von diesem Wert, wobei es selbstverständlich ist. daß die vom Turm 5 bzw. 56 entlang den Pfeilen F6 bzw. F57 in die IJmgebungsluft abgelassenen gereinigten Gase nicht mehr als 20 p.p.m. Schwefligsäureanhydrid enthalten dürfen, wobei in der Praxis etwa 1 p.p.m. erreicht wird.

In den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen wurde der Wert des Druckverlustes auf 60 mm Wassersäule (was einem normalerweise in einem Kessel zulässigen Wert entspricht) festgesetzt und daher die optimalen Bedingungen tür die Reinigung eines Gases bestimmt, das n.ich der Reinigung höchstens 20 p.p.m. Scliw efligsäurcanludrid enthält.

I erner sei angenommen, daß in dem Kessel ein schweres Heizöl Nr. 2 mit 3,5% Schwefelanteil verbrannt wird.

Unter diesen Bedingungen kann mau folgende Relation aufstellen:

= 0,03(O₂)-' - VRD + A

wobei

D den Schwefligsäureanhydrid-Durchsatz in Litern pro Stunde und pro m³ Querschnitt des Turms 5 bzw. 56 bezeichnet.

(O:) bezeichnet die Sauerstoffkonzentration in den Gasen in % beim Eintritt in den Turm 5 bzw. 56 (zwischen 10 und 21% Sauerstoff).

VRD wird in Litern der Lösung pro m² Turmquerschnitt angegeben.

A ist eine Konstante, die dem Schwefligsäureanhydrid-Durchsatz entspricht, der direkt durch die Oxydierungsmittel der Flüssigkeit oxydiert wird ohne zuvor manganisulfitische Komplexverbindungen zu bilden. Für mit Raschigringen ausgestattete Waschtürme beträgt der Wert für A, wie herausgefunden wurde, bei normalen Betriebsbedingungen etwa 550.

Ausgehend von dieser im Experiment herausgefundenen Relation, wird anschließend die Optimierungsart - > der verschiedenen Parameter des Verfahrens erläutert:

a) Man bestimmt zunächst eine Turmausstattung, die durch ihre Geometrie und spezifische Oberfläche bestimmt ist. beispielsweise Raschigringe mit

jo gegebenen Abmessungen.

b) Man bestimmt für verschiedene Füllkörperbauhöhen pro Einzelabschnitt des Turms die Gasdurchflüsse und die Flüssigkeitsdurchsätze, die einen Druckverlust von 60 mm Wasssersäule ergeben.

j-. c) Es werden die Werte der VRD des Füllkörpers pro Turmabschniti in Abhängigkeit der Flüssigkeitsdurchsätze für jede Füllkörperhöhe bestimmt.

d) Für jeden der in c) bestimmten VRD-Werte werden mit Hilfe der obengenannten Relation in Abhängig-

4(i keit von der Sauerstoffkonzentration die Schwefligsäureanhydrid-Durchsätze berechnet, die unter stabilen und wirksamen Betriebsbedingungen oxydiert werden können.

e) Der maximale Schwefligsäureanhydrid-Durchsatz 5 ist gemäß der obenerwähnten Relation um so höher, e höher VRD und die Sauerstoffkonzentration sind, jedoch nimmt der Druckverlust entsprechend zu. Daher wird für jeden VRD-Wert gemäß d) (dem ein gegebener Flüssigkeitsdurchsatz und eine gegebene Füllkörperhöhe entsprechen) der Gasdurchsatz bestimmt, der einen Druckverlust von 60 mm Wassersäule gemäß b) ergibt. Diesem Gasdurchsatz entspricht gemäß d) ein Schwefligsäureanhydrid-Grenzdurchsatz und eine optimale Sauerstoffkonzentration.

f) Die gemäß e) erhaltenen Werte geben die Maximaleinheitsdurchsätze von Schwefiigsäureanhydrid für verschiedene Parameterwerte an: Füllkörperhöhe, Sauerstoffkonzentration der Gase,

hii Einheitsdurchsatz der Flüssigkeit, wobei jedesmal

die Bedingung des Druckverlustes von 60 mm Wassersäule gewahrt bleibt, die durch die Betriebskenndaten der Kessel vorgeschrieben sind. Unter den Werten gemäß e) wird derjenige ausgewählt, für den der Schwelligsäureanhydrid-Durchsatz der höchste ist; diesem Durchsatz entsprechen bestimmte Paranicterwerte: I üllkorperhöhe. Sauerstoffkonzentration und [jn/elflüssigkcitsdurchsatz.

g) Die gemäß f) bestimmten Werte werden auf einen Einheitsquerschnitt von 1 m² bezogen. Ausgehend von diesen Werten, ist es leicht, eine Reinigungsanlage zu berechnen, die unter optimalen Bedingungen arbeitet Betrachtet man beispielsweise einen Kessel, der einen maximalen gegebenen Schweflig-

säureanhydrid-Durchsatz ergibt (dieser Durchsatz kann durch den stündlichen maximalen Verbrauch von Schweröl durch den Kessel und den Höchstgehalt an Schwefel im Schweröl bestimmt werden), so wird die Reinigungsanlage wie folgt berechnet:

Füllkörperhöhe = in f) bestimmt, Sauerstoffkonzentration der Gase = in 0 bestimmter Wert,

Querschnitt des Turms =

m² · maximaler SO₂-Durchsatz des Kessels maximaler SO₂-Durchsatz gemäß 0

Lösungsdurchsatz = Einheitsdurchsatz gemäß f) · Turmquerschnitt.

h) Die gemäß f) bestimmten Parameter hängen ab von den Kenndaten der Füllkörper (spezifische Oberfläche, Hohlraumverhältnis ...). Wie in den nachfolgenden Beispielen gezeigt, sind für den Fall von Raschigringen die Turmvolumen und -höhen um so niedriger und der Turmquerschnitt um so größer, je größer die spezifische Oberfläche ist. Die Wahl eines Füllkörpers ist abhängig von den lokalen Baubedingungen (insbesondere verfügbare Höhe und Flächen) sowie abhängig von wirtschaftlichen Überlegungen, wie beispielsweise dem Materialpreis.

Nachfolgend werden einige praktische Ausführungsbeispiele aufgezeigt.

1. B e i s pi el

Es werden Raschigringe mit einem Durchmesser von mm und einer Höhe von 15 mm verwendet.

Ihre spezifische Oberfläche beträgt 292 m²/m^J.

Unter optimalen Bedingungen ist der Schwefligsäureanhydrid-Durchsatz 1080 Liter/Std./m² Querschnitt.

Der gesamte Gasdurchsatz des in den Turm eintretenden Gases beträgt 1300 mVStd./m² Querschnitt.

Die Sauerstoffkonzentration in den Gasen beträgt 13 Volumenprozent.

Die Höhe des Füllkörpers beträgt 1 Meter.

Der Waschflüssigkeitsdurchsatz beträgt 40 in V Std./m² Querschnitt.

Für eine Anlage, die 300 kg/Std. Schweröl Nr. 2 mit 3.5% Schwefelgehalt verbraucht, weist der Waschturm folgende Abmessungen auf:

Querschnitt	7 in²
Durchmesser	3 Meter
Füllkörperhöhe	1 Meter
Volumen	7 m³
Waschflüssigkeitsdurchsatz	280 mVStd

Der Waschflüssigkeitsdurchsatz beträgt 50 m³/ Std7m² Querschnitt.

Für eine Anlage, die 300 kg/Std. Schweröl Nr. 2 mit 3,5% Schwefelgehalt verbrennt, weist der Waschturm folgende Abmessungen auf:

30

2. B c i s ρ i e I

Es werden Raschigringe eingesetzt, deren Durchmesser 25 mm und deren Höhe 25 mm beträgt.

Ihre spezifische Oberfläche beträgt 195 ni²/m^!.

I Inter optimalen Bedingungen ist der Schwefligsüureanhuii'.d-Durchsaiz 1 ! I 5 l.iter/Std./m^:(,HiersLhniu

Der gesamte Gasdurchsatz der :ii den I urn ι eintretenden Gase beträft 1560 in '.'Std.'ni- Querschnitt.

Die Sauerstol'lkonzcr'iralioii der fiase belrjgl I j.b Volumenprozent.

Die lüllkömerhöhe ist 1.40 m.

Querschnitt

Durchmesser

Füllkörperhöhe

Volumen

Waschflüssigkeitsdurchsatz

3. B e i s ρ i e 1

6,7 m²
2,90 m
1,4 m
9,4 m³
335 mVStd.

Es werden Raschigringe mit einem Durchmesser von 50 mm und einer Höhe von 50 mm verwendet.

1 hre spezifische Oberfläche beträgt 98 m²/m³.

Unter optimalen Bedingungen ist der Schwefligsäureanhydrid-Durchsatz 1290 Liter/Std./m² Querschnitt.

Der gesamte Gasdurchsatz des in den Turm eintretenden Gases beträgt 1835 m'/Std./m² Querschnitt.

Die Sauerstoffkonzentration der Gase beträgt 14 Volumenprozent.

Die Höhe des Füllkörpers beträgt 2,5 m.

Der gesamte Waschflüssigkeitsdurchsatz beträgt 65 mVStd./in² Querschnitt.

Bei einer Anlage, die 300 kg/Std. Schweröl Nr. 2 mit 3,5% Schwefelgehah verbraucht, weist der Waschturm folgende Abmessungen auf:

Querschnitt 5,85 m²

Durchmesser 2,73 m

Füllkörperhöhe 2,5 m

Volumen 14,6 in'

Waschflüssigkeitsdurchsatz 380 mVStd.

4. Be i s ρ i c 1

Es werden keine Raschigringe oder irgendein anderer Füllkörper benutzt, sondern die Waschflüssigkeit wird im Turm entgegen der Strömungsrichtung der Gase versprüht. Die Dispersionsbedingungen entsprechen einer theoretischen spezifischen Füllkörperohcrfläche von 66 In²Zm'.

l'ntcr optiiii.'ilen Bedingungen ist der Schwefligsäure a η hyd rid-Durchsatz i ^v)40 1. it er /S id. in-'Querschnitt.

Der gesamte Gasdurvhsatz der in den Turin eintretender Gase betrag! 3400 mV.Sld./m-Querschnitt

Die Sauevstolfkon/entration der Gase betrügt 15.2 Volumenprozent.

-.7

Die Turmhöhe beträgt 4 m.

Der Waschflüssigkeitsdurchsatz beträgt 100 mV StdVm² Querschnitt

Bei einer Anlage, die 300 kg/Std. Schweröl Nr. 2 mit 3,5% Schwefelgehalt verbraucht, weist der Waschturm folgende Abmessungen auf:

Querschnitt	3,86 m²
Durchmesser	2,2 m
Turmhöhe	4 m
Volumen	1514 m³
Waschflüssigkeitsdurchsatz	386 mVStd.

In aüen Fällen erhält man so einen maximalen Schwefligsäureanhydridanteil von 20p.p.m. in den gereinigten Gasen, wobei der Druckverlust 60 mm Wassersäule beträgt

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gelingt eine wirksame Entfernung von Schwefeldioxid aus Verbrennungsabgasen, wobei gleichzeitig direkt verwendbare konzentrierte Schwefelsäure erzeugt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere bei industriellen Kesselaniagen angewendet werden, die Brennstoffe mit einem hohen Schwefelderivatanteil verbrennen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Entfernen von Schwefeldioxid aus Verbrennungsabgasen mit Hilfe einer wäßrigen, manganhaltigen Waschflüssigkeit in Gegenwart von Sauerstoff unter Bildung von Schwefelsäure, dadurch gekennzeichnet, daß eine Waschflüssigkeit verwendet wird, die durch Schütteln von 0,5 bis 10 g Mangandioxid-Hydrat, 20 bis 500 g Mangansulfat-Hydrat, 100 bis 1000 g Schwefelsäure und der ausreichenden Menge von Wasser für einen Liter hergestellt worden ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Waschflüssigkeit gefilteri wird.