DE2454533A1 - Rueckgewinnung von elementarschwefel aus schwefeldioxydhaltigen abgasen - Google Patents

Rueckgewinnung von elementarschwefel aus schwefeldioxydhaltigen abgasen

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DE2454533A1
DE2454533A1 DE19742454533 DE2454533A DE2454533A1 DE 2454533 A1 DE2454533 A1 DE 2454533A1 DE 19742454533 DE19742454533 DE 19742454533 DE 2454533 A DE2454533 A DE 2454533A DE 2454533 A1 DE2454533 A1 DE 2454533A1
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Manankumar S Mehta
Michael Witte
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Description

  • "Rückgewinnung von Elementarschwefel aus schwefeldioxydhaltigen Abgasen" Die Erfindung betrifft das Entziehen von Schwefeldioxyd aus Gasströmen und insbesondere ein verbessertes Verfahren für die kontinuierliche Abtrennung von Schwefeldioxydanteilen aus Industrieabgasen sowie die Rückgewinnung der in diesen enthaltenen Schwefelanteile.
  • Die ständig grösser werdende Emission von Schwefeldioxyd in die Atmosphäre, die weitestgehend die Folge der Verbrennung von schwefelhaltigen fossilen Brennstoffen, beim Schmelzen von Metallen sowie bei der Erzeugung elektrischer Energie ist, bringt so ernstliche Probleme im Hinblick auf die öffentliche Gesundheit und die Beschädigung von Sacheigentum mit sich, dass ein wirksames und praktikables Entziehen von Schwefeldioxyd aus derartigen industriellen Abgasen zu einem Hauptanliegen in dem umfassenden Bemühen um das Durchführen des Umweltschutzes wird. Die Grösse und Bedeutung des Problems haben zu einer konzentrierten und beschleunigten Anstrengung auf breiter Ebene in den letzten Jahren geführt, um hochwirksame, billige und kommerziell durchführbare Verfahren zur Realisierung einer solchen Schwefeldioxydentziehung zu entwickeln.
  • Die einschlägige technische Literatur ist gespickt mit den verschiedensten Vorschlägen und Anregungen darüber, wie man dieses Wunschziel erreichen könnte. Wenngleich diesen mannigfaltigen Anstrengungen vom rein chemischen Standpunkt unterschiedliche Erfolge beschieden waren, ist es bis heute dennoch nicht gelungen, unter kommerziellen Gesichtspunkten ein hochwirksames, kontinuierlich durchführbares und billiges System zu schaffen, das im wesentlichen den bei vorhandenen industriellen Abgassystemen (Abgasaufbereitungssystemen) gegebenen physikalischen Parametern Rechnung trägt und des weiteren zur Anwendung in einem weiten Rahmen leicht anpassbar ist.
  • Kurz ausgedrückt handelt es sich bei der vorliegenden Erfindung um ein verbessertes Verfahren für die selektive Abtrennung von Schwefeldioxydanteilen aus einem schwefeldioxydhaltigen Industrieabgasstrom, wie er beispielsweise beim Schmelzen von Metallen entsteht, und zwar durch selektive Absorption desselben in gemischten Phosphatsalzlösungen mit anschliessender Rückgewinnung von Schwefel aus der absorbierenden Lösung und deren Regenerierung als Vorbereitung für den erneuten Kontakt mit dem schwefeldioxydführenden Abgasstrom. Genauer gesagt ist es erfindungsgemäss vorgesehen, unter Umgebungsbedingungen einen schwefeldioxydhaltigen Gasstrom in einen absorbierenden Kontakt zu bringen mit selektiv zusammengesetzten Lösungen aus gemischten Phosphatsalzen, um eine gezielte Abtrennung der Schwefeldioxydanteile aus dem Gasstrom zu bewirken, gefolgt von einer direkten Rückgewinnung von Elementarschwefel aus der schwefeldioxydangereicherten Lösung in Verbindung mit einer Regenerierung der schwefeldioxydarmen und rekonstituierten gemischten Phosphatsalzlösung, die anschliessend in einen erneuten absorbierenden Kontakt mit dem schwefeldioxydhaltigen Abgasstrom gebracht wird. Im Einzelnen sieht die Erfindung vor, einen schwefeldioxydhaltigen Gasstrom in absorbierenden Kontakt mit einer beschränkten und mindestens teilrückgeführten absorbierenden Lösung aus einem Gemisch besonders zusammengesetzter Mono- und Diphosphatsalze zu bringen, gefolgt von einer Reduktionsbehandlung der absorbierten S02-Anteile zu Elementarschwefel durch Umsetzen mit H2S, sowie der Regenerierung der absorbierenden gemischten Phosphatsalzlösung, die anschliessend in einen erneuten absorbierenden Kontakt mit dem schwefeldioxydhaltigen Abgasstrom gebracht wird.
  • Zu den Vorteilen dieser Erfindung gehören die Schaffung eines wirtschaftlichen Verfahrens zur Abtrennung von einfach rückgewinnbaren Schwefeldioxydanteilen aus einem schwefeldioxydhaltigen Gasstrom wie z. B. aus industriellen Abgasen; die Möglichkeit der Nutzung einfach kontrollierbarer betrieblicher Parameter und somit ein vereinfachter automatischer Betriebsablauf über längere Zeiträume hinweg; die Möglichkeit einer wirtschaftlichen Nutzung verfügbarer Abhitzeanteile in bestimmten betrieblichen Phasen des Verfahrens; und eine grundsätzliche betriebliche Verträglichkeit mit den physikalischen Parametern (betriebliche Anpassungsfähigkeit an die physikal ischen Parameter) bestehender konventioneller Industrie-Abgassysteme .
  • Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten Verfahrens für die wirtschaftliche Abtrennung von Schwefeldioxydanteilen aus Industrieabgasen.
  • Weiter betrifft die Erfindung die Schaffung eines Verfahrens für die selektive Abtrennung von Schwefeldioxydanteilen aus schwefeldioxydhaltigen Gasströmen sowie Rückgewinnung derselben in der Form hochreinen Elementarschwefels .
  • Weitere Zielsetzungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, den Ansprüchen und der beigefügten Zeichnung, die den Anforderungen des Patentgesetzes entsprechend die Grundzüge des erfindungsgemässen Verfahrens in Verbindung mit der schematisch dargestellten Vorrichtung zur Durchführung der erfindungsgemässen Verfahrensmassnahmen aufzeigen.
  • Die beigefügte Zeichnung ist ein Fliesschema, das bestimmte betriebliche Verfahrensschritte entsprechend den Grundgedanken der Erfindung veranschaul icht.
  • Erfindungsgemäss ist vorzugsweise ein Absorptionsverfahren vorgesehen, bei dem eine selektiv zusammengesetzte Lösung aus gemischten Mono- und Diphosphatsalzen in einen innigen absorbierenden Kontakt mit einem schwefeldioxydhaltigen Abgasstrom gebracht wird, um aus diesem eine selektive Abtrennung von Schwefeldioxydanteilen zu bewirken, und anschliessend diese Schwefeldioxydanteile einer Reduktionsbehandlung unter Herstellung sowohl eines hochreinen Elementarschwefelproduktes sowie einer regenerierten gemischten Phosphatsalzlösung für die nachfolgend erneute Kontaktierung mit dem schwefeldioxydhaltigen Abgasstrom zu unterziehen.
  • Wenngleich die bisherigen Erfahrungen zeigen, dass eine besonders zusammengesetzte gemischte Lösung aus Mono- und Diammoniumphosphat bevorzugt als absorbierendes Medium verwendet werden sollte, erscheinen bestimmte organische Ammon iumphosphate wie Alkyl- und Arylammon iumphosphate, und bestimmte besonders zusammengesetzte anorganische Phosphate wie Mono- und Dinatriumorthophosphate wegen ihrer besseren als im Grenzbereich akzeptierbaren Reaktionsgeschwindigkeit bei sowohl der Absorption wie auch der Desorption von Schwefeldioxyd, ihrer hohen Wasserlöslichkeit und ihrer generellen Stabilität unter den gegebenen Einsatzbedingungen ebenfalls grundsätzlich anwendbar.
  • In der bevorzugten Anwendung der Erfindung wird für die Absorption der Schwefeldioxydanteile aus dem Abgasstrom eine besonders zusammengesetzte gemischte Mono- und Diammoniumphosphatlösung eingesetzt. Die betriebliche Wirtschaftlichkeit bedingt, dass eine solche gemischte Mono-/ Diammoniumphosphatsalzlösung unter Umgebungsbedingungen so nahe am Sättigungszustand gehalten wird, wie dies in der Absorptionsphase des Verfahrens überhaupt-möglich ist; wie an anderer Stelle dieser Beschreibung noch zu erläutern sein wird, ist dies die betriebliche Niedrigtemperaturzone des Systems, wenngleich diese niedrigere Temperatur so ausreichend über der des wasserdampfgesättigten und schwefeldioxydhaltigen behandelten Gasstroms liegt, dass unerwünschte Wasserdampfkondensationen hierin auf ein Minimum reduziert, wenn nicht gar verhindert werden. Von grösserer Bedeutung ist jedoch die erforderliche quantitative Proportionierung von Mono- zu Diammoniumphosphat in einer solchen Lösung infolge ihrer deutlich unterschiedlichen Absorptions- bzw. Desorptionseigenschaften. Nach Möglichkeit soll in dieser Lösung die Mischungskonzentration ca. 300 - 500 g/l Mono- zu ca. 30 - 125 g/l Diammoniumphosphat betragen und das Gewichtsverhältnis Mono- zu Diammoniumphosphat in der absorbierenden Lösung im Bereich von ca. 4 : 1 bis ca. 10 : 1 liegen, wobei die Verhältnisse im unteren Bereich von ca. 4: 1 bis ca. 6 : 1 als bevorzugt gelten.
  • Wenngleich zur Zeit noch keine genaue Kenntnis herrscht, so wird doch angenommen, dass die beschriebenen Anteile von Mon- zu Diammoniumphosphaten und die Vorhaltung einer im wesentlichen gesättigten Lösung derselben dergestalt sind, dass sie ihren Niederschlag in einer hochwirksamen und leichten thermischen Desorption der hierin enthaltenen Schwefeldioxydanteile finden bei einer minimalen Einbusse an Trägerreagensmittel infolge Oxydation oder sonstigen Aufschlusses und dennoch ein brauchbares Trägerreagens ergeben, das geeignet ist, eine quantitativ zufriedenstellende und trotzdem qualitativ selektiv beeinflussbare Absorption von Schwefeldioxyd vorrangig vor anderen in Versorgungs- und Abgasen normalerweise anstehenden sauren Gasen, z. B. Kohlenmonoxyd und Kohlendioxyd, zu bewirken.
  • Es wird angenommen, dass entsprechend der bevorzugten Anwendungsform der Erfindung die in der Absorptionsphase des Zyklus bei der Abtrennung von Schwefeldioxydanteilen aus einem wasserdampfgesättigten Gasstrom ablaufenden Reaktionen wie folgt sind: Zu den organischen Am inphosphaten, die zumindest eine gewisse Affinität hinsichtlich der Abtrennung von SO, aufweisen, gehören die Phosphatsalze und vorzugsweise Gemische der Phosphatsalze von Äthanolamin, Diäthanolamin und Triäthanolamin; Phosphate von Dimethylanilin wie und Phosphate von tertiären Octylaminen wie z. B. R>NH2-Phosphat, wobei R eine aliphatische Gruppe mit einer grossen Anzahl von Kohlenatomen darstellt wie beispielsweise in Bei den anorganischen Phosphaten haben bestimmte Erdalkaliphosphatgemische eine deutliche Affinität hinsichtlich der Abtrennung von SO2 gezeigt, besonders ein Gemisch aus Mono- und Dinatriumorthophosphat sowie Gemische aus Mono- und Dikaliumorthophosphat. Im Gegensatz zu "früheren" Bemühungen auf diesem Gebiet (Avezbukh und Strezhnev, Chem. Abs., P 7549 (a) 1940) haben wir nunmehr Festgestellt, dass ein geringes Verhältnis von Na zu PO, vorteilhaft ist und dass eine relativ niedrige Konzentration von PO4, SO4 wirksam absorbiert wird. Es wird angenommen, dass die Reaktionen in der Absorptionsphase des Zyklus wie folgt ablaufen: Bei einem Verhältnis Nai zu PO4 von ca. 1. 175 : 1 und einer Konzentration von 3.635 Mol PO4 auf 100 Mol H2O (pH-Wert 4.3 - 4.6) erreichte die Absorption von SO2 bei einer Absorptionstemperatur von 60 bis 65,500 einen Wert von 6 bis 7 % (SO2-Gewicht zu Lösungsmenge). Die Kaliumphosphate haben sich für die SO2-Abtrennung in ähnlichen Molkonzentrationen als etwa wirkungsgleich erwiesen, wobei angenommen wird, dass die Reaktionen in der Absorptionsphase wie folgt sind: In Anwendung der vorliegenden Erfindung wird die SO2-angereicherte absorbierende Lösung mit H2S4as oder sonstigen geeigneten Reduktionsmitteln behandelt, um eine Direktreduktion der enthaltenen Schwefelanteile zu Elementarschwefel zu bewirken. Die Grundreaktion beinhaltet: Ein direkter Kontakt einer schwefeldioxydangereicherten gemischten Natriumphosphat-Absorptionslösung mit H H2S-Gas ergibt eine hohe Ausbeute an ausgefälltem Elementarschwefel. Die Reaktion umfasst die Produkte aus den Gleichungen (3) und (4), nämlich: Ähnlich sind die Reaktionen bei den Kaliumsalzen, nämlich: In einem spezifischen Beispiel wurden 232.0 g H3PO4 (85%) und 94.0 g NaOH mit Wasser auf ein Volumen von 1200 ccm unter ständigem Rühren bis auf einen pH-Wert von 4.3 - 4.5 verdünnt; anschliessend wurde SO2-Gas bei einer Temperatur von 65.5 bis 66.50C bis zur Sättigung in diese Lösung eingesetzt. Sodann wurde H2S-Gas durch die schwefeldioxydangereicherte Lösung geblasen, wobei die Schwefelausfällung unter exothermen Bedingungen bei 65.5 bis 73°C erfolgte. Die Ausbeute betrug ca. 100 g trockenen Ausfällproduktes, die schätzungsweise einer Schwefelmenge von ca. 94 g entsprechen.
  • Eine solche Direktreduktion von absorbiertem Schwefeldioxyd aus einer gemischten Ammoniumphosphat-Absorptionslösung ist ebenfalls vorgesehen.
  • Die Grundreaktion entspricht im wesentlichen der durch die vorstehende Gleichung (8) ausgewiesenen Reaktion modifiziert durch Einbeziehung des (NH4)-Radikals (-Rests) in diese.
  • Die Regenerierung und Rekonstituierung der absorbierenden Lösungen zur nachfolgenden Kontaktierung des schwefeldioxydhaltigen Gasstroms lassen sich in gewissen Anlagen vereinfachen, indem zunächst einmal die SO2-Anteile von diesen thermisch abgetrennt und sodann die abgetrennten SO2-Anteile mit H2S reduziert werden statt die SO2-angereicherte absorbierende Lösung,wie im vorstehenden offenbart> der direkten Einwirkung von H2S auszusetzen.
  • Wahlweise ist eine Vordesorption der selektiv absorbierten Schwefeldioxydanteile aus der bevorzugten wässerigen Lösung aus Mono- und Diammoniumphosphat auf einfache Weise durch thermische Trennung in der betrieblichen Hochtemperaturzone des Systems möglich, wobei entweder ein schwefeldioxydreicher Inertgasstrom oder ein nasses Schwefeldioxydgas zusammen mit einer regenerierten gemischten Mono-/Diammoniumphosphatlösung gebildet wird, die man nachfolgend im Absorptionszyklus erneut in Kontakt mit dem schwefeldioxydhaltigen Gasstrom bringt.
  • Betriebsmässig erscheint es wünschenswert, die thermisch induzierte Desorption in Gegenwart einer minimalen Sauerstoffmenge durchzuführen, um eine nichtumkehrbare Oxydation des anstehenden Ammoniumbisulfids in eine Bisulfatform, nämlich zu verhindern und die gewünschte thermisch induzierte Regeneration der gemischten Mono-/Diammon iumphosphatsal zlösung, nämlich: mit effektiven Mindestverlusten hiervon infolge Oxydation oder sonstiger Faktoren zu ermöglichen. Wie ersichtlich, kann das im austretenden Gasstrom vorhandene SO2 in der vorbeschriebenen Weise anschliessend gesammelt und mit H2S behandelt werden.
  • Es erhellt sich, dass bei der thermisch induzierten Abtrennung organischer Phosphatsalze und gemischter Natriumphosphatsalze, wie vorstehend offenbart, im wesentlichen ähnliche Reaktionen zu verzeichnen sind.
  • Wie in der Patentanmeldung Nr. , eingereicht am der gleichen Anmelderin beschrieben, kann diese thermisch induzierte Desorption unter Einsatz von Heissdampf bewirkt werden, der nicht nur die erforderliche Wärmezufuhr sicherstellt, sondern auch dazu dienen kann, eine neutrale sauerstoffbeschränkte Atmosphäre zu schaffen und den Verfahrensablauf bei so ausreichend hoher Temperatur zu gewährleisten, dass die Kondensation von Wasserdampf ausgeschlossen ist, zumindest in einem Ausmass, welches Menge und resultierende Konzentration der wässerien gemischten Phosphatlösungen, die als Trägerreagensmittel für das System dienen, wesentlich beeinträchtigen würde.
  • Die thermische Abtrennung kann auch unter Einsatz von Wärme aus irgendeiner anderen geeigneten Quelle, beispielsweise unter Verwendung von Abhitze aus der Anlage, in welcher das zu behandelnde Abgas entsteht, durchgeführt werden, um die schwefeldioxydangereicherte Absorptionslösung unter Bildung von trockenem SO2 und Wasser zu verdampfen. Bei dieser Abwandlung muss natürlich Wasser zugesetzt werden, um die absorbierende Lösung ordnungsgemäss zu rekonstituieren, bevor sie erneut mit dem zu behandelnden Abgasstrom in Kontakt gebracht wird.
  • Der kontinuierliche Betrieb eines Systems unter Einbeziehung des offenbarten Verfahrens mit hohem Wirkungsgrad bedingt die Vorhaltung des selektiv zusammengesetzten Trägerreagens in der Absorptionsphase des Systems. Wie nunmehr aus den voraufgeführten Absorptions- und Desorptionsgleichungen ersichtlich, erfolgen in den Fällen, da die thermische Abtrennung von der H2S-Behandlung stattfindet, die einzelnen Vorgänge möglichst so, dass die Zugabe bzw. der Verlust von Wasser während der Absorptions- und Desorptionsphasen auf ein Mindestmass reduziert, wenn nicht gar völlig verhindert wird. Zu den vorgenannten Zwecken ist das schwefeldioxydhaltige Abgas in dem Augenblick, wo es in einen absorbierenden Kontakt mit der selektiv zusammengesetzten wässerigen gemischten Phosphatlösung gelangt, mit Wasserdampf zu sättigen und desweiteren auf einer Temperatur zu halten, die niedriger ist als die Temperatur dieser absorbierenden Salzlösung. In Fällen, wo das zu behandelnde Abgas aus einem Nasswäscher oder einem sonstigen Nassabscheider für Teilchensubstanzen kommt, wird das Abgas für gewöhnlich in dem erforderlichen wasserdampfgesättigten Zustand sein, der keine weitere Regulierung des Wasserdampfgehaltes mehr bedingt. In anderen Fällen wiederum, da die Teilchenabscheidung unter Einsatz von Trockenabscheidern durchgeführt wurde, beispielsweise indem der Abgasstrom durch eine Beutelfilterstation geleitet wird, besteht normalerweise die Notwendigkeit der Zugabe einer genügend grossen Menge von Wasserdampf in den Gasstrom, um diesen unter den hier vorgegebenen Umgebungsbedingungen in den wasserdampfgesättigten Zustand zu versetzen.
  • Ebenso sollte kein Wasser zugesetzt oder nach Möglichkeiten der basischen Trägerreagenslösung in der Desorptionsphase kein Wasser entzogen werden, was durch gemeinsame Verwendung von Heissdampf als thermisches Abzieh- oder Abtrennmittel in Verbindung mit einer Erhöhung der Temperatur der schwefeldioxydführenden Teile der Trägerreagenslösung vor den eigentlichen Desorptionsabläufen vereinfacht wird mit dem Ziel, unerwünschte Dampfkondensationen hierin auf ein Minimum zu verrigern, wenn nicht gar vollständig zu unterdrücken. Wasserverluste aus dem System, wie sie beispielsweise in der Desorptionsphase auftreten können, werden über eine Zusatzwasserleitung oder dergleichen auf einfache Weise kompensiert.
  • In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bedingt ein wirtschaftlicher Betrieb den Einsatz einer solchen selektiv zusammengesetzten gemischten wässerigen Lösung aus Mono- und Diammoniumphosphat mit einer so hohen Salzkonzentration, wie dies die jeweilige Anlage überhaupt zulässt. Tatsächlich sollten die Vorgänge möglichst unter Verwendung einer derartigen Lösung ablaufen, die unter Umgebungsbedingungen möglichst so nahe am Sättigungspunkt liegt, wie dieser unter Ausschluss einer wesentlichen Kristallisation in der Absorptionsphase, welche wegen der Temperatur des zu behandelnden Abgases am Einlass als Zone der niedrigsten Temperaturen innerhalb des Systems zu gelten hat, mit Sicherheit vorgehalten werden kann. Somit muss die Temperatur der selektiv zusammengesetzten gemischten wässerigen Mono-/Diammoniumphosphatlösung auf einem Wert gehalten werden, welcher genau so gross ist wie oder höher als die Eintrittstemperatur des zu behandelnden Abgases, vorzugsweise sogar mindestens 50C darüber, und zwar sowohl am Abgaseintrittspunkt in die Absorptionszone als auch beim Hindurchströmen der Abgase durch dieselbe. Alle Trägerreagenslösungstemperaturen in den sonstigen Bereichen des Systems liegen merklich über diesem Mindestwert.
  • Gemäss der Zeichnung, die ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel zeigt, wird ein wasse rdampfgesättigter schwefel dioxydhaltig er Gasstrom, beispielsweise Industrieabgas aus einem Schmelzofen oder dergleichen, mit beispielsweise einer Temperatur von ca. 49 bis 6000 bei 1 in den unteren Teil einer generell mit der Bezugsziffer 2 bezeichneten Gas-Flüssigkeit-Kontaktvorrichtung wie eines Wäschers oder dergleichen eingeleitet. Eine im wesentlichen gesättigte wässerige Lösung aus ca. 4 Teilen Monoammoniumphosphat auf 1 Teil Diammoniumphosphat sowie mit einem pH-Wert im Bereich von ca. 4.5 bis 6.0 wird vorzugsweise mit einer Temperatur, die mindestens 50C über der Temperatur des behandelten Gases liegt, in den oberen Teil der Gas-Flüssigkeit-Kontaktvorrichtung 2 in dem mit der Bezugsziffer 3 bezeichneten Punkt eingeführt, um dort mit dem anstehenden schwefeldioxydhaltigen Abgas einen innigen absorbierenden Kontakt einzugehen. Vorzugsweise erfolgt der Gas-Flüssigkeitsstrom in der Kontaktvorrichtung 2 nach dem Gegenstromprinzip, und es tritt das von Schwefeldioxyd befreite Abgas an der Oberseite 4 der Vorrichtung aus.
  • Die austretende Trägerreagenslösung, die nunmehr die absorbierten Schwefeldioxydanteile führt und einen geringeren pH-Wert aufweist, tritt am Boden der Gas-Flüssigkeit-Kontaktvorrichtung 2 aus und wird in einem Zwischenbehälter 5 gesammelt, der vorzugsweise beheizt ist, um Temperaturabfälle der Trägerreagenslösung und eine nachteilige Kristallisation der Feststoffbestandteile derselben zu verhindern. Diese austretende Trägerreagenslösung kann intermittierend oder kontinuierlich durch einen anschliessenden Filter 6 geleitet werden, um die Abscheidung aller Kristallite oder sonstigen Feststoffe oder Teilchensubstanzen aus derselben sicherzustellen.
  • Ein vorbestimmter Anteil der austretenden Trägerreagenslösung wird durch die Pumpe 7 über den Zwischenbehälter 9 direkt in die Gas-Flüssigkeit-Kontaktvorrichtung 2 zurückgeführt, um die hierin absorbierten Schwefeldioxydmengen zu erhöhen, weil eine solche selektiv zusammengesetzte Trägerreagenslösung normalerweise bei einem einzigen Durchgang durch die Kontaktvorrichtung 2 nicht die maximal mögliche Schwefeldioxydmenge aufnimmt. Die Menge der solcherart zurückzuführenden Trägerreagenslösung wird für jede gegebene Anlage gesondert festgelegt, um den Betriebsablauf mit einem realistisch maximalen Grad von Schwefeldioxydabsorption durchzuführen und eine in die Desorptionsstufe übergebbare austretende Lösung zu schaffen, welche entsprechend den Reaktionsmechanismen der vorstehenden Formeln (1) und (2) weitgehend mit Schwefeldioxyd gesättigt ist.
  • Diese schwefel dioxydhal tige austretende Trägerreagenslösung wird von der Pumpe 7 auch durch die Leitung 10 in einen Wärmetauscher 11 gedrückt, welcher zweckmässigerweise mit der im behandelten Industriegasstrom anstehenden Abhitze gefahren wird und in dem die Lösungstemperatur bei atmosphärischem Druck möglichst bis auf unmittelbar unterhalb des Siedepunktes der Lösung, beispielsweise auf ca. 99 bis 104 C, erhöht wird. Die resultierende temperaturerhöhte Trägerreagenslösung wird sodann über die Leitung 12 in den oberen Teil einer zweiten Gas-Flüssigkeit-Kontaktvorrichtung 13 eingeleitet, in welcher die Desorption der Schwefeldioxydanteile durch thermische Abtrennung am Siedepunkt der Trägerreagenslösung, d. h. bei 102 bis 1040 C, im Gegenstromkontakt mit bei 14 zugesetztem Heissdampf bewirkt wird. Die bevorzugte Ablaufform ist durch geringe oder keine Dampfkondensation im Desorptionsaggregat 13 gekennzeichnet, was auf wirksame Weise dadurch bewerkstelligt werden kann, dass der aus diesem Aggregat austretende Dampf immer noch überhitzt ist.
  • Wie dies die voraufgeführten Gleichungen (8) und (9) beweisen, treten die abgetrennten Schwefeldioxydanteile zusammen mit dem Wasserdampf und dem Heissdamp als Träger für diese über die Leitung 15 aus dem Desorptionsaggregat in einer Form aus, die eine weitere Umwandlung in eine verdünnte Schwefligsäurelösung im Kondensator 20 zulässt. - Diese verdünnte Lösung wird an ein Reaktionsgefäss 21 übergeben, in das zur Reduktion der SO2-Anteile zu Elementarschwefel H2S-Gas eingeleitet wird. Der ausgefällte Schwefel wird von Zeit zu Zeit aus dem Gefäss 21 abgezogen und, soweit erforderlich, zu einem verkaufsfähigen Produkt von beträchtlichem Wert weiterbehandelt. Die über die Leitung 16 aus dem Desorptionsaggregat 13 austretende regenerierte bzw. rekonstituierte Trägerreagenslösung mit nunmehr einem pH-Wert von 4.5 bis 6 ca. wird vorzugsweise durch den Wärmetauscher 11 geleitet, um vor ihrer Wiedereinleitung mit Hilfe der Pumpe 17 in die Leitung 8 zwecks Rückführung in den Zwischenbehälter 9 und in das Absorptionsaggregat 2 zusammen mit der vorbestimmten Menge der von der Pumpe 7 direkt zugesetzten Trägerreagenslösung ihrer Temperatur zu reduzieren.
  • Der Zwischenbehälter 9, der über die Leitung 18 mit Zusatzwasser oder sonstigen Reaktionsmitteln beschickt werden kann, erleichtert die Überwachung und entsprechende Änderung von Temperatur, Konzentration und pH-Wert der gemischten wässerigen Lösung aus Mono- und Diammoniumphosphat auf die jeweils erforderlichen Werte vor ihrer Rückführung in das Absorptionsagg regat 2.
  • Statt mit Heissdampf wie vorbeschrieben kann die thermische Abtrennung der SO2-angereicherten Lösung auch durch Verdampfung erfolgen, und zwar entweder durch eine Teilverdampfung für die selektive Abtrennung der enthaltenen SO 2-Anteile oder durch eine Vollverdampfung zur Herstellung eines sulfatergänzten verfeinerten Phosphatproduktes. In beiden Fällen kann die SO2-haltige austretende Flüssigkeit in der vorbeschriebenen Weise zur Rückgewinnung von Elementarschwefel hieraus mit H2S behandelt werden.
  • Wenngleich im allgemeinen ein wässeriges Medium als Trägerreagens-Beförderungsmedium oder Lösungsmittel für die zur Betrachtung anstehende Salzlösung vorgesehen ist, braucht es sich hierbei nicht um Wasser allein zu handeln. Es kann eine organische Komponente, vorzugsweise eine inerte organische Flüssigkeit, mitenthalten, obgleich die überwiegende Komponente des wässerigen Mediums, d. h. mindestens 50 oder 60, vorzugsweise 75 oder 80 Gewichtsprozente, aus Wasser bestehen sollte. Zwar gibt es zur Zeit noch keine genaue Kenntnis über die entsprechenden Wirkungen, doch wird angenommen, dass solche organische Flüssigkeiten nicht nur den pH-Wert des jeweiligen Systems beeinflussen, sondern dieses auch verträglicher gestalten in solchen Fällen, da das Absorptions-Desorptionssystem auf dem Einsatz von organischen statt oder zusätzlich zu anorganischen Ammoniumphosphaten basiert.
  • Die folgenden Beispiele dienen der Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung und stellen keinerlei Einschränkung derselben dar. In einer Laborversuchsanordnung mit beschränktem Flüssigkeitsvolumen wurde Druckluft mit Schwefeldioxydzusatz als Versuchsgasgemisch in einer Zusammensetzung, welche einem Industrieabgas oder Rauchgas generell verwandt war und enthielt: Bestandteil Vol.-% Gew.-% N2 64.06 67.0 °2 14.43 17.26 H2O 19.57 13.17 SO, 0.36 0.86 Rest 1.57 1.71 aus verschiedenen Gasen wie CO2 und sonstigen Bestandteilen, wie diese normalerweise in Druckluft zu finden sind, im Gegenstrom bei einer Gastemperatur von ca. 65.500 mit einer durch eine Absorptionszone rezirkulierten wässerigen Salzlösung in Kontakt gebracht. Zu Beginn des Versuchslaufs hatte die Salzlösung eine mittlere Eingangszusammensetzung von 450 g/l NH4H2PO4 und 100 g/l (NH4)2HPO4, ein Gewichtsverhältnis NH4H2PO4 zu (NH4)2HPO4 von 4.5 1, ein entsprechendes Molverhältnis NH3 zu H3PO4 von 1.162: 1, und ein spezifisches Gewicht von 1.25 bezogen auf 60 0. Die mittlere Temperatur der Salzlösung am Eintritt zur Absorptionszone betrug ca. 8100 und am Austritt ca. 7200. Der aus der Absorptionszone austretende Abgasstrom wies eine Temperatur von 6000 auf.
  • Bei der grössen- und flüssigkeitsvolumenmässig beschränkten Laboreinrichtung war der Gesamtwirkungsgrad des Systems, d. h. SO2-Rückgewinnung/in das System eingesetzte SO2 Gesamtmenge, wie folgt: Versuch Nr. Gesamtwirkungsg rad L/G Desorptionsmittel 1 70 28 Heissdampf 2 63 20 Heissdampf 3 62.7 28 heisser Stickstoff 4 63 25 Erhitzen mittels elektrischer Spule wobei L/G eine Verhältnisziffer ist, welche die Gallonenmenge Lösung 3 3 3 (1 Gallone = 3.7854 1) pro 1000 Fuss (1 Fuss = 0.0283 m ) behandelten gesättigten Gases darstellt. Das thermisch abgetrennte Produkt ist in jedem Falle in einem für die Rückgewinnung von Elementarschwefel durch Behandlung mit H2S>wie vorbeschrieben, geeigneten Zustand.
  • Dem Fachmann ist ohne weiteres klar, dass eine Erhöhung des L/G-Verhältnisses über den durch die physikalischen Kapazitäten der Laborversuchsanordnung hier beschränkten Wert hinaus natürlich eine deutliche Erhöhung des Gesamtwirkungsgrades zur Folge hat.

Claims (7)

  1. "Rückgewinnung von Elementarschwefel aus schwefel-
  2. dioxydhaltigen Abgasen Patentansp rüche 0 Verfahren zur Abtrennung von Schwefeldioxydanteilen aus einem schwefeldioxydhaltigen Industrieabgasstrom, d a d u r c h 9 e k e n n -z e i c h n e t, dass ein schwefeldioxydhaltiger Gasstrom in einen absorbierenden Kontakt mit einer Lösung aus gemischten Phosphatsalzen gebracht wird, um die Abtrennung von Schwefeldioxydanteilen aus dem Gasstrom zu bewirken; und dass die absorbierten Schwefeldioxydantei le mit Schwefelwasserstoff umgesetzt werden, um den in ihnen enthaltenen Schwefel zu Elementarschwefel zu rereduzieren 2. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die absorbierende Flüssigkeit eine Lösung aus Mono- und Diammoniumphosphat ist, deren Gewichtsverhältnis Mono- zu Diammoniumphosphat im Bereich von ca. 4 1 bis ca. 10 1 liegt.
  3. 3. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die absorbierende Flüssigkeit eine Lösung aus gemischten Erdalkaliorthophosphaten aus dem Bereich der Mono- und Dinatriumorthophosphat - sowie der Mono- und Dikaliumorthophosphat-Gruppe ist.
  4. 4. Verfahren zur Abtrennung von Schwefeldioxydanteilen aus einem schwefeldioxydhaltigen Industrieabgasstrom,d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, dass ein schwefeldioxydhaltiger Gasstro m in einen absorbierenden Kontakt mit einer Lösung aus gemischten Phosphatsalzen gebracht wird, um die Abtrennung von Schwefeldioxydanteilen aus diesem Gasstrom zu bewirken; dass die abgetrennten Teilmengen dieser schwefeldioxydangereicherten Lösung zur Abscheidung der hierin enthaltenen Schwefeldioxydanteile erhitzt werden; und dass die von Schwefeldioxyd befreite austretende Lösung erneut in einen absorbierenden Kontakt mit dem wasserdampfgesäftigten schwefeldioxydhaltigen Gasstrom gebracht wird.
  5. 5. Verfahren gemäss Anspruch 4, dadu rc#h gekennzeichnet, dass die abgetrennten Schwefeldioxydanteile mit Schwefelwasserstoff umgesetzt werden, um den hierin enthaltenen Schwefel zu Elementarschwefel zu reduzieren.
  6. 6. Verfahren gemäss Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die absorbierende Flüssigkeit eine Lösung aus Mono- und Diammoniumphosphat ist, deren G rundgewichtsverhältn is Mono- zu Diammoniumphosphat im Bereich von ca. 4: 1 bis ca. 10 : 1 liegt.
  7. 7. Verfahren gemäss Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die absorbierende Flüssigkeit eine Lösung aus gemischten Erdalkaliorthophosphaten aus dem Bereich der Mono- und Dinatriumorthophosphat- sowie der Mono- und Dikaliumorthophosphat#ruppe ist.
    L e e r s e i t e
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0162532A1 (de) * 1984-02-27 1985-11-27 Stauffer Chemical Company Verfahren zur Absorption von SO2 mit einem Phosphatabsorbent

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EP0162532A1 (de) * 1984-02-27 1985-11-27 Stauffer Chemical Company Verfahren zur Absorption von SO2 mit einem Phosphatabsorbent

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