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Verfahren zur Reinigung der Abluft von Viskosespinnmaschinen Zur
Herstellung von Fasern, Fäden und Folien aus Cellulosehydrat nach dem Viskoseverfahren
wird die nach bekannten Verfahren erhältliche Viskose durch Spinndüsen in ein Fällbad
gedrückt. Das Fällbad enthält als wesentliche Bestandteile Wasser, Schwefelsäure,
Natriumsulfat und Zinksulfat.
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Die Spinnviskose enthält in erster Linie Cellulosexanthogenat, dessen
Substitutionsgrad (Gamma-Wert) vom angewendeten Herstellungsverfahren für die Viskose
bzw. von der gewünschten Qualität des Spinnproduktes abhängig ist. Weiterhin enthält
sie Natriumhydroxyd, Natriumcarbonat und anorganische Schwefelverbindungen, beispielsweise
Natriumtrithiocarbonat, wobei die letztgenannten Verbindungen während der Herstellung
der Spinnviskose als Nebenprodukte gebildet werden.
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Beim Spinnprozess findet die Koagulation und teilweise Regeneration
des Cellulosexanthogenates statt. In Funktion der Lochzahl der eingesetzten Spinndüse
wird ein mehr oder weniger starkes Spinnkabel, bzw. je nach der Dimensionierung,
verschiedene Folien erhalten. Das Spinnkabel oder die Folie enthält noch zu diesem
Zeitpunkt gebundenen und teilweise adsorbierten Schwefelkohlenstoff. Während der
Koagulation und Regeneration wird das freie Alkali in Natriumsulfat übergeführt,
und gleichzeitig wird dabei und durch Nebenreaktionen des Natriumcarbonats
sowie
den anorganischen Schwefelverbindungen H2S, CS2 und C02 in Freiheit gesetzt. In
Abhängigkeit von den Arbeitsbedingungen sind 0,1 bis 0,8 g H2S pro m3 und 0,5 bis
6,0 g CS2 pro m3 verdünntes Abgas enthalten.
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Um die vorgeschriebenen MAK-Werte am Arbeitsplatz zu erreichen, ist
es notwendig, die oben genannten Verbindungen aus der Luft zu entfernen. Es ist
bekannt, diese Gase im allgemeinen mit einem Ventilator abzusaugen. Dabei tritt
eine starke Verdünnung mit Luft ein.
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Die so erhaltenen verdünnten Spinnereiabgase müssen über aufwendige
Absorptions- bzw. Adsorptionsanlagen geführt werden, um vor allem zu vermeiden,
dass der giftige und geruchsintensive Schwefelwasserstoff in die Atmosphäre gelangt.
Der Erlös der dabei zurückgewonnenen Rohstoffe, wie Schwefel und Schwefelkohlenstoff,
deckt den finanziellen Aufwand für die Rückgewinnung bei weitem nicht.
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Dabei ist weiterhin zu beachten, dass bei den üblichen Reinigungs-
und Rückgewinnungsverfahren der Auswascheffekt für den Schwefelwasserstoff nicht
genügt, um die von den jeweiligen Behörden erlaubte maximale Ausgangskonzentration
beim Ausstossen in die Luft nicht zu überschreiten.
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Es ist bekannt, dass die bei der Herstellung von Viskosezellwolle
benützten Spinnbäder eine gewisse Menge Schwefelwasserstoff und Schwefelkohlenstoff
lösen bzw. absorbieren können.
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Der Lösungskoeffizient von Schwefelwasserstoff und Schwefelkohlenstoff
in den Spinnbädern ist klein. In der pro Einheit versponnene Viskose überlicherweise
verwendeten Spinnbadmenge
wird nur ein kleiner Teil der zu entfernenden
Gase gelöst, während der Hauptanteil des gebildeten Schwefelwasserstoffes und frei
werdenden Schwefelkohlenstoffes in die Luft entweicht und aus der Spinnmaschine
abgesaugt werden muss.
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Der Gedanke, die beim Spinnprozess freiwerdenden Gase durch wesentliche
Erhöhung des Spinnbadvolumens im Spinnbad zu lösen, konnte zwar auftauchen, seine
Durchführung erschien aber unmöglich, da dabei erhebliche Schwierigkeiten vorausgesehen
werden konnten. Es war zu erwarten, dass bei den erhöhten Durchflussmengen im Spinntrog
erstens Turbulenzen entstehen, die zu Störungen des Spinnprozesses führen, und zweitens
die dadurch bedingte Untermischung mit Luft wieder eine Entgasung, d.h. Freisetzung
von Schwefelwasserstoff und Schwefelkohlenstoff, bewirken würde. Weiterhin würde
durch die Erhöhung der Spinnbadmenge die Aufbereitungsanlage durch die hohen Durchflussgeschwindigkeiten
zu stark belastet, wodurch die Aufbereitung der Spinnlösung nicht mehr gewährleistet
wäre.
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Es wurde nun gefunden, dass diese Schwierigkeiten durch entsprechende
Führung des Spinnbadkreislaufes und durch entsprechende Ausbildung des Spinnbadtroges
behoben werden können, so dass bei erhöhtem Spinnbadumlauf praktisch aller frei
werdende Schwefelwasserstoff und Schwefelkohlenstoff vom Spinnbad absorbiert werden
kann.
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Die Erfindung betrifft demnach ein Verfahren zur Reinigung der Abluft
von Viskosespinnmaschinen unter Gewinnung von Schwefelkohlenstoff und Schwefelwasserstoff,
das dadurch gekennzeichnet ist, dass man ein für die Absorption der während des
Koagulations- und Re#ge - Re-generationsprozesset#ntsteben#n--Gaße -ausreichendes
Volumen
des Spinnbades vorlegt, welches man in einem geschlossenen Kreislauf unter Luftausschluss
führt und ausserhalb des Spinntroges entgast.
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Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung
des obigen Verfahrens, welche die üblichen Elemente einer Viskosespinninaschine
aufweist und dadurch gekennzeichnet ist, dass der Uebergang vom Spinnbadtrog zum
Spinnbadrücklaufbehälter als Siphon ausgebildet ist.
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Fig. 1 stellt einen Querschnitt durch eine bevorzugte Ausgestaltung
des Spinnbadtroges dar. Das Spinnbad wird in eine Vorkammer (1) gepumpt, aus der
es in den Spinntrog (2) gelangt.
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Der Spinnbadtrog (2) ist, verglichen mit den bisher verwendeten Trögen
eng und tief gebaut, damit auf engstem Raum möglichst viele Spinnstellen untergebracht
werden können, was für die möglichst vollständige Absorption der Spinngase notwendig
ist.
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Zudem wird durch diese aus und eine turbulenzfreie Badführung erreicht.
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² Ueblicherweise werden auf einer Grundfläche von 450 cm des Spinnbadtroges
ca. l8#000 den gesponnen. Erfindungsgemäss wird diese Zahl auf vorzugsweise 54'000
erhöht, was eine Zunahme von 200 % bedeutet. Gleichzeitig wird die Höhe des Spinnbadtroges
zweckmässig so erhöht, dass eine Verweilzeit des Spinnkabels im Spinnbad von mindestens
1,5 Sekunden erreicht wird.
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Wesentlicher Bestandteil des Spinnbadtroges (2) ist die Vorrichtung
zur Rückführung des Spinnbades in den Spinnbadrücklaufbehälter (3). Diese ist als
Siphon (4) ausgebildet, wodurch verhindert wird, dass beim Ueberströmen des Spinnbades
vom Spinnbadtrog (2) in den Rücklaufbehälter (3)
Luft in die Spinnbadflüssigkeit
gelangen kann, was dann zur Teilentgasung führen würde.
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Geringe Mengen H2S bzw. C525 die nicht vom Spinnbad absorbiert werden
bzw. durch Entgasung freigesetzt werden, werden über dem Spinnbadtrog (2) durch
die Entlüftungsleitungen (5) mit geringem Unterdruck in den Entgaser des Spinnbadkreislaufes
gesaugt.
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Um eine Abdichtung des Spinnbadraumes gegenüber dem Galettenteil der
Spinnmaschine zu erreichen, ist ein Tauchverschluss (6) vorgesehen. Dadurch wird
der Luftzutritt in den Spinnbadraum verhindert. Dabei wird die Absaugung des Galettenraumes
zweckmässig so eingestellt, dass während der Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens
ein geringer Unterdruck im Spinnbadraum vorhanden ist.
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Der vereinfachte Spinnbadkreislauf wird in Fig. 2 schematisch dargestellt.
Die Badflüssigkeit gelangt von der Aufbereitung in den Tieftank (7) und mittels
einer Spinnbadpumpe (8) und durch einen Wärmeaustauscher (9) in den Spinnbadtrog
(2).
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In letzterem wird sie mit den zu absorbierenden Gasen beladen und
wird über dem Rücklaufbehälter (3) zum Entgaser (10) geführt. Ein Teil der entgasten
Badflüssigkeit wird dann der Aufbereitung, der andere Teil dem Tieftank (7) zugeführt.
Die freien Gase werden über Wasserabscheider (11) und Vakuumpumpe (12) der weiteren
Verwertung zugeleitet.
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Da eine Spinnbadmenge verwendet wird, welche den beim Spinnprozess
freiwerdenden Schwefelwasserstoff und Schwefelkohlenstoff praktisch vollständig
absorbieren kann, liegt, verglichen mit den üblichen Verfahren, ein Mehrfaches an
Badflussigkeit vor. So beträgt das Verhältnis Faser : Flüssigkeit bei
bekannten
Verfahren etwa 1 : 200; erfindungsgemäss wird ein Verhältnis von 1 : 500 bevorzugt.
Die hohe Flüssigkeitsmenge würde die Aufbereitungsanlage übermässig belasten. Um
eine solche Belastung ohne übermässige Vergrösserung der Aufbereitungsanlage zu
vermeiden, wird zweckmässig nur ein Teil der Badflüssigkeit in einem separaten Kreislauf
der Aufbereitung zugeführt. In der Aufbereitungsanlage wird die Badkonzentration
wieder eingestellt. Sie weist vorzugsweise einen Verdampfer, einen Na2S 0 4-Kristallisator
sowie Zuführungsstellen für Chemikalien auf.
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Das aus dem Entgaser (10) abgeführte Gas besteht im wesentlichen aus
Schwefelwasserstoff und Schwefelkohlenstoff. Es enthält weiterhin Kohlendioxyd,
wobei dieser Gehalt abhängig ist vom Carbonatgehalt der Natronlauge in der Viskose.
Weiterhin sind durch unvermeidliche Undichtigkeiten geringe Mengen Luft enthalten.
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Das fast luft freie Abgas kann infolge der hohen Konzentration an
Schwefelwasserstoff und Schwefelkohlenstoff wirtschaftlich zur Rückgewinnung wichtiger
Rohstoffe aufgearbeitet werden.
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Zur Rückgewinnung des Schwefelkohlenstoffes kann eine Oelabsorptionsanlage
vorgesehen werden. Das aus dieser Anlage kommende Abgas, welches praktisch frei
von Schwefelkohlenstoff ist, kann dann zu S02 verbrannt und dann über eine einfache
Nasskatalyse-Anlage zu Schwefelsäure verarbeitet werden. Beide rückgewonnenen Rohstoffe,
Schwefelkohlenstoff und Schwefelsäure, können wieder in den Fabrikationsprozess
zurückgeführt werden.
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Das Abgas aus der Oelabsorptionsanlage kann auch durch Gewinnung von
elementarem Schwefel in einer Clausofenanlage verwertet werden.
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Weiterhin kann das gesamte Abgas aus dem Entgaser (10) oder nur das
Abgas nach der Oelabsorptionsanlage zu SO, verbrannt werden, das dann durch Umsetzung
mit Wassergas elementaren Schwefel ergibt.
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Anhand eines Beispiels soll das erfindungsgemässe Verfahren näher
erläutert werden: Die Löslichkeit in Spinnbädern üblicher Zusammensetzung beträgt:
für Schwefelwasserstoff etwa 80 bis 120 mg/l für Schwefelkohlenstoff etwa 80 bis
100 mg/l Für die Produktion von 11000 kg Fasern werden üblicherweise ca. 200 m3
Spinnbad umgepumpt.
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Bei der Koagulation der Viskose im Spinnbad werden etwa 53 kg Schwefelkohlenstoff
und 44 kg Schwefelwasserstoff bei der Produktion von 1'000 kg Fasern in der Spinnmaschine
gebildet bzw. in Freiheit versetzt.
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Die im internen Kreislauf umgepumpte Spinnbadmenge beträgt ca. 600
in3. Beim Umpumpen dieser Spinnbadmenge in der vorher beschriebenen Art konnten
im Spinnbad etwa 41 kg Schwefelwasserstoff und 50 kg Schwefelkohlenstoff absorbiert
werden.
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In der Ab luft der Spinnmaschine waren nur noch geringe Mengen Schwefelwasserstoff
und Schwefelkohlenstoff enthalten. Der H 2S-Gehalt lag unter 150 mg/m³ Nach der
Vakuumentlüftung des Spinnbades und dem Abscheiden mitgerissenen Wassers fiel ein
Abgas folgender Zusammensetzung an: H2S : 39,0 Vol.-% CS2 : 18,5 Vol.-% CO, : 32,0
Vol.-Luft : 10,5 Vol.-% Aus diesem Abgas wird der Schwefelkohlenstoff in einer Waschanlage
mit Paraffinöl herausgewaschen und zurückgewonnen.
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Das danach verbleibende Restgas enthält etwa 47,5 Vol.-% H2S und 39
Vol.-% C02, Rest Luft. Dieses Gas wird zu S02 verbrannt und anschliessend in einer
Nasskatalyse zu H2S04 aufgearbeitet.
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Je 1'000 kg Fasern werden nach dem oben beschriebenen Verfahren etwa
50 kg Schwefelkohlenstoff und etwa 110 kg H2S04, berechnet als 100 %, zurückgewonnen,
die beide in den Fabrikationsprozess ohne jede weitere Aufbereitung zurückgeführt
werden können.
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Das aus dem Spinnbad kommende Faserkabel enthält die üblichen Mengen
an gebundenem bzw. absorbiertem Schwefelkohlenstoff. Die Rückgewinnung dieser Schwefelkohlenstoffmengen
wird nach bekannten Verfahren vorgenommen, wobei es von Vorteil ist, dass hierbei
praktisch keine Schwefelwasserstoffmengen stören können.