DE4304143A1 - Verfahren zur Reinigung von Abluft insbesondere von Zellwollfabriken durch Rückgewinnung von CS¶2¶ und H¶2¶S - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die Abluft von Zellwollfabriken enthält größere Mengen von Verunreinigungen. Insbesondere handelt es sich hierbei um Schwefelwasserstoff, Schwefelkohlenstoff und Kohlendioxid. Um diese schädlichen Stoffe nicht in die Umwelt zu entlassen, ist es dringend erforderlich, derartige Abluft bzw. Abgase zu reinigen. Da es sich hierbei um meist recht große Abluftmengen im Bereich von 30 000 bis 100 000 m³/h handelt, sind natürlich entsprechend große Mengen an schädlichen Verunreinigungen darin enthalten. So kann man davon ausgehen, daß mit diesen Abluftmengen stündlich bis zu 8 g/m³ Schwefelkohlenstoff bzw. 1 g/m³ Schwefelwasserstoff bzw. Kohlendioxid an die Umwelt abgegeben werden würden.

Es sind verschiedene Verfahren bekannt, um Schwefelwasser­ stoff, Schwefelkohlenstoff und Kohlendioxid aus der Abluft zu entfernen. So wird beispielsweise Schwefelwasserstoff mittels Natronlauge unter Bildung von Natriumsulfit und Wasser aus der Abluft herausgewaschen. Nach diesem Waschvorgang erfolgt eine Behandlung des Abluftgases mit Aktivkohle. Zu diesem Zweck wird die gesamte Gasmenge über Aktivkohle geleitet, die bis zu einem gewissen Grad den Schwefelkohlenstoff adsorbiert. Für dieses Verfahren sind mindestens zwei größere Behälter erforderlich, um in bestimmten Zeitabständen jeweils einen Behälter abschalten zu können und durch Einblasen von Wasser­ dampf den Schwefelkohlenstoff aus der Aktivkohle auszutreiben und anschließend kondensieren zu können.

Nach neueren Verfahren reinigt man die Abluft lediglich nur mit Aktivkohle. Hierzu wird die Abluft zuerst über ein Aktiv­ kohlebett geleitet, in welchem der Schwefelwasserstoff unter Anlagerung von Sauerstoff als Schwefel unter Bildung von Wasser an die Aktivkohle abgeschieden wird. Anschließend wird dann das Abgas über eine zweite Aktivkohleschicht geleitet, wobei Schwefelkohlenstoff durch die Aktivkohle adsorbiert wird. Nachteilig an diesem Verfahren ist, daß in gewissen Zeitabständen der Adsorber abgeschaltet werden muß, um durch Spülung mit Inertgas den Sauerstoffgehalt im Aktivkohlebett zu reduzieren. Danach wird das Aktivkohlebett mit Schwefelkohlen­ stoff behandelt, um den Schwefel herauszulösen. Anschließend erfolgt eine Behandlung mit Wasserdampf, um den adsorbierten Schwefelkohlenstoff zu desorbieren. Durch anschließende Kühlung wird der Schwefelkohlenstoff enthaltende Wasserdampf kondensiert und der flüssige Kohlenstoff abgesondert. Bevor das Aktivkohlebett nach der Wasserdampfspülung wieder in den Adsorptionsprozeß eingeschaltet werden kann, muß die Aktiv­ kohle mittels Luft getrocknet und abgekühlt werden.

Nachteilig an diesem Verfahren zur Abluftreinigung ist, daß die Reinigung mittels Aktivkohle einen großen Apparateaufwand und einen relativ hohen Energiebedarf erfordert. Recht aufwendig ist auch die Wiedergewinnung von Schwefelwasserstoff und Schwefelkohlenstoff aus dem Aktivkohlebett, da die Anlage für die gesamte Gasmenge dimensioniert werden muß, um einen hohen Adsorptionsfaktor zu erzielen und demzufolge auch recht große Dampfmengen erforderlich sind, um die adsorbierten Stoffe aus dem Aktivkohlebett zurückzugewinnen. Dieses Verfahren mit seinem relativ hohen Energiebedarf und relativ großen Dampfmengen weist einen annähernden Rückgewinnungsgrad von ca. 97% Schwefelkohlenstoff und 96 bis 98% Schwefel, der im Schwefelwasserstoff enthalten ist, auf.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, das bei wesentlich niedrigerem Energiebedarf und erheblich verringertem Apparateaufwand einen hohen Rückgewinnungsgrad von Schwefelkohlenstoff und Schwefelwasserstoff aufweist.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß der Lehre des Patentanspruchs 1 gelöst.

Der wesentliche Gedanke der Erfindung liegt darin, daß die Abluft durch Berieseln mit Wasser intensiv gewaschen wird, wobei Schwefelkohlenstoff und Schwefelwasserstoff durch das Waschwasser aufgenommen werden. Dieses Waschwasser wird einem Vakuumentgaser zugeführt und in diesem im Vakuum entspannt, so daß das Waschwasser die aufgenommene Gasmenge wieder abgibt. Die im Vakuumentgaser freiwerdende Entspannungsgasmenge enthält Schwefelwasserstoff, Schwefelkohlenstoff, Wasserdampf und Kohlendioxid.

Zur Entfernung des im Entspannungsgas enthaltenen Wasserdampfes wird dieses Entspannungsgas anschließend weitgehend kondensiert und die im Kondensator freiwerdende Gasmenge komprimiert und so abgekühlt, daß die kondensierbaren Stoffe gewonnen werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Rückgewinnung von Schwefelwasserstoff und Schwefelkohlenstoff aus der Abluft wird das Wasser zum Berieseln bzw. zum intensiven Waschen der Abluft mit einem Vakuumentgaser im Kreislauf geführt, wobei es durch Wasser­ verdampfung abgekühlt wird und die im Wäscher bzw. Adsorber aufgenommene Gasmenge wieder abgibt. Die freiwerdende Entspannungsgasmenge, bestehend aus H₂S, CS₂, H₂O und CO₂ wird nun einem Oberflächenkondensator zugeführt, so daß die in der Entspannungsgasmenge enthaltene Wasserdampfmenge zum Großteil durch das Kühlwasser des Oberflächenkondensators kondensiert wird.

Die Abluft aus dem Oberflächenkondensator wird nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung durch einen Dampf­ strahlapparat abgesaugt, komprimiert und einem zweiten Ober­ flächenkondensator zugeleitet, um den in dieser Abluftmenge noch enthaltenen Wasserdampf zu kondensieren. Die Abluftgas­ menge wird in jeder Oberflächenkondensationsstufe gegenüber der ursprünglichen Gesamtgasmenge wesentlich reduziert.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist dieser zweite Oberflächenkondensator in den Wasch­ wasserkreislauf des Wäschers oder Adsorbers mit eingebunden, so daß die mittels Dampfstrahllüfter aus dem ersten Ober­ flächenkondensator abgesaugte unkondensierte Gasmenge das Umlaufwasser über diesen zweiten Oberflächenkondensator erwärmt und gleichzeitig ein Teil des Wasserdampfes der geförderten Gasmenge kondensiert wird. Mit anderen Worten, es erfolgt eine Kondensation des Entspannungsgases in einem zwei­ ten Oberflächenkondensator durch Kühlung mit dem Umlaufwasser des Wäschers, wobei dieses Umlaufwasser um ca. 2 bis 3°C erwärmt wird.

Die verbleibende Gasmenge aus dem zweiten Oberflächen­ kondensator wird einem weiteren, dritten Oberflächen­ kondensator zugeführt, wobei der noch vorhandene Wasser­ dampfanteil mittels Kühlwasser gekühlt, kondensiert und somit weiterhin reduziert wird.

Dem dritten Oberflächenkondensator ist eine Vakuumpumpe nach­ geschaltet, um die verbleibende Gasmenge auf Atmosphären­ spannung zu komprimieren und das Gasgemisch einem weiteren Oberflächenkondensator zuzuführen. Die Entspannungsgasmenge wird abschließend in diesem Oberflächenkondensator mittels Kältesole gekühlt und kondensiert. An diesen letzten Ober­ flächenkondensator schließt sich nach einer bevorzugten Ausführungsform ein Abscheider zur Trennung der Schwefel­ kohlenstoffanteile vom Wasser an.

Die Ausbeute an Schwefelkohlenstoff kann nach einer bevorzug­ ten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung dadurch erhöht werden, daß die dem letzten Oberflächenkondensator vorgeschaltete Vakuumpumpe das Gasgemisch stärker komprimiert. Eine weitere Möglichkeit, um die Ausbeute an Schwefelkohlen­ stoff zu erhöhen, besteht darin, das Entspannungsgasgemisch zwischen drittem und viertem Oberflächenkondensator mit Schwefelsäure zu berieseln, um den Wassergehalt zu reduzieren, was wiederum den Vorteil mit sich bringt, daß die Gefahr einer Vereisung der Kühlflächen bei der Abschlußkondensation nicht gegeben ist.

Da in diesem Verfahrensschritt das Gas nur noch lediglich 0,1 bis 0,2% des ursprünglich zu reinigenden Abgases beträgt, besteht hier nunmehr auch eine recht kostengünstige Möglichkeit, die verbleibende Gasmenge über einen Aktivkohle­ filter zu leiten, um den darin enthaltenen Schwefelkohlenstoff weiter zu gewinnen bzw. den Schwefel aus dem Schwefelwasser­ stoff zu gewinnen.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß die zu reinigende Abluftmenge in den einzelnen Kondensationsstufen jeweils verringert wird, so daß in der abschließenden Verfahrensstufe nur noch ein Restanteil der zu reinigenden Abluft zu behandeln ist. Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Wärme­ energie des unkondensierten Gases nach der ersten Konden­ sationsstufe zum Aufheizen des Umlaufwassers eingesetzt wird, so daß durch diese nachgenutzte Energie eine große Energie­ einsparung zu verzeichnen ist, welche die Wirtschaftlichkeit der Anlage insgesamt erheblich verbessert.

Die Erfindung ist im folgenden anhand eines Ausführungs­ beispiels in Verbindung mit zwei Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt die

Fig. 1 ein Blockschaltbild der Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Rück­ gewinnung von Schwefelwasserstoff und Schwefel­ kohlenstoff aus der Abluft mit vier Oberflächen­ kondensatoren; und

Fig. 2 eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens, bei welchem zwischen drittem und viertem Ober­ flächenkondensator mit Schwefelsäure berieselt wird.

Die Rückgewinnung von Schwefelwasserstoff und Schwefelkohlen­ stoff aus der Abluft, insbesondere aus der Abluft von Zell­ wollfabriken, erfolgt durch intensives Waschen der Abluft mit Wasser, Entspannen der Wassermenge im Vakuum und Kondensieren des freiwerdenden Gases zur weitestgehenden Abtrennung von Wasserdampf, um die zu reinigende Gasmenge so weit wie möglich zu reduzieren.

Die Abluft einer Zellwollfabrik, beispielsweise 40 000 m³/h, wird mit einer Temperatur von mindestens 35°C und einem Ge­ halt von 8 g/m³ Schwefelkohlenstoff und einem Gehalt von 1 g/m³ Schwefelwasserstoff wird über eine Rohrleitung 1 einem Wäscher 2 zugeführt und dort mit Wasser bei einer Temperatur von 30°C intensiv berieselt. Im Wäscher oder Adsorber 2 werden Schwefelwasserstoff bzw. Schwefelkohlenstoff aus dem Abgas adsorbiert, wobei das Umlaufwasser bei einer Temperatur von 30°C 1,9 g/l Schwefelkohlenstoff aufnimmt. Bei einem Aufkommen von 40 000 m³ Abluft/h sind also 168 m³ Wasser pro Stunde notwendig, um den in der Abluft enthaltenen Schwefel­ kohlenstoffanteil von ca. 8 g/m³ bzw. von 1 g/m³ Schwefel­ wasserstoff und Kohlendioxid aus der Abluft auszuwaschen und zu adsorbieren. Das Umlaufwasser nimmt neben dem Schwefelkohlenstoff ebenfalls den Schwefelwasserstoff auf.

Das Umlaufwasser wird über eine Leitung 4 dem Entspanner oder Entgaser 3 zugeführt und darin unter Vakuum um 2 bis 4°C abgekühlt. Durch die Wasserverdampfung im Vakuum werden die im Umlaufwasser enthaltenen Gase zu mindestens 99% ausgetrieben. Die ausgetriebene, freiwerdende Gasmenge wird über eine Rohr­ leitung 11 einem Oberflächenkondensator 10 zugeführt.

Durch eine Pumpe 6 wird über die Leitung 5 das Wasser aus dem Entspanner oder Entgaser 3 angesaugt und durch die Leitung 7 durch einen Oberflächenkondensator 8, der ebenfalls die Funk­ tion eines Aufwärmers hat, gefördert und über die Leitung 9 erneut dem Wäscher 2 zugeführt.

Diesem Oberflächenkondensator 8 wird über einen Dampfstrahl­ lüfter 13 die aus dem Oberflächenkondensator 10 abgesaugten unkondensierten Gase mit einer höheren Temperatur als das Umlaufwasser zugeführt, so daß hier ein Wärmeaustausch vom unkondensierten Gas bzw. Wasserdampf an die Umlaufwassermenge stattfindet. Das Umlaufwasser wird dabei auf eine Temperatur von ca. 31°C erwärmt.

Eine weitere Erwärmung des Umlaufwassers erfolgt im Wäscher 2 durch Abkühlung der ständig über die Leitung 1 zuströmenden Abgasmenge. Je nach Eintrittstemperatur der Abgase in den Wäscher kann das in Umlauf gehaltene Wasser um mindestens 0,5°C durch Abkühlen der Gasmenge erwärmt werden.

Da das Umlaufwasser im Entspanner 3 um mindestens 2 bis 4°C abgekühlt werden muß, um eine ausreichende Entgasung zu gewährleisten, ist es erforderlich, dem Umlaufwasser ständig zusätzlich Wärme zuzuführen. Diese zusätzliche Wärme wird wie vorab beschrieben über den Oberflächenkondensator 8 dem Umlauf-Wasserkreislauf zugeführt. Über die Rohrleitung 9 wird das im Oberflächenkondensator erwärmte Wasser wiederum dem Wäscher oder Adsorber 2 zugeführt, um anschließend wiederum mit dem Vakuumentspanner oder Entgaser 3 und dem Oberflächen­ kondensator 8 im Kreislauf geführt zu werden.

Die im Entspanner 3 freiwerdende Gasmenge wird über die Rohr­ leitung 11 in den Oberflächenkondensator 10 geleitet und darin durch Kühlwasser, welches am Kühlwasserzufluß 12 in den Ober­ flächenkondensator eingeleitet wird, abgekühlt. Der in der Entspannungsgasmenge enthaltene Wasserdampf wird im Ober­ flächenkondensator 10 zum größten Teil kondensiert und abgeführt.

Je nach Kühlwassertemperatur, die im Jahresmittel bei annähernd 18°C liegt, erfolgt die Kondensation der Ent­ spannungsgasmenge bei ca. 47 mbar. Ein Dampfstrahlentlüfter 13 fördert die unkondensierbaren Gase aus dem Kondensator 10 und komprimiert diese auf ca. 100 mbar in den Kondensator 8. Mit dieser komprimierten unkondensierbaren Gasmenge erfolgt im Kondensator 8 über die Leitung 14 ein Aufheizen der Umlauf­ wassermenge des Wäschers 2 so weit, daß die Umlaufwassermenge mit der aus der Abluft aufgenommenen Wärme eine Temperatur von ca. 31,5°C erreicht, mit der sie aus dem Wäscher austritt.

Der im Oberflächenkondensator 8 nicht kondensierte Wasser­ dampf und die unkondensierbaren Gase werden nunmehr über die Rohrleitung 15 in den Oberflächenkondensator 16 gefördert, der über Rohrleitungen 17 und 18 mit Kühlwasser beaufschlagt wird.

Im Oberflächenkondensator 16 wird die im Entspannungsgas noch enthaltene Wasserdampfmenge in Abhängigkeit von der Kühl­ wassertemperatur auf ca. 4 bis 6% herunterkondensiert. Eine Vakuumpumpe 20 saugt über die Rohrleitung 19 die Restgasmenge aus dem Oberflächenkondensator 16 ab und komprimiert diese auf Atmosphärenspannung.

Bei der Anwendung von Wasserringvakuumpumpen wird, um eine Schwefelkohlenstoffkondensation in der Vakuumpumpe 20 zu vermeiden, die Gastemperatur in der Vakuumpumpe und damit auch die Kühlwassertemperatur der Flüssigkeit in der Wasserring­ vakuumpumpen so hoch gehalten, daß dem Teildruck des Schwefel­ wasserstoffes entsprechend keine Kondensation von Schwefel­ kohlenstoff stattfinden kann.

Über die Leitung 21 wird nun das Restgas dem Oberflächen­ kondensator 22 zugeführt. Dieser ist über Rohrleitungen 23 und 24 mit Kältesole von -1°C beaufschlagt, welche sich durch das eintretende Restgas auf ungefähr 0°C erwärmt. Dies hat den Vorteil, daß bei der Schwefelkohlenstoffkondensation bzw. bei der Kondensation der restlichen Wasserdampfmenge keine Vereisung an den Kühlrohren stattfinden kann.

Über eine Rohrleitung 25 werden die nicht kondensierbaren Bestandteile aus dem Kondensator 22 abgeführt.

In der nach Fig. 2 bevorzugten Ausführungsform wird um die CS₂-Ausbeute zu erhöhen in die Rohrleitung 21 eine Schwefel­ säureberieselung 26 eingeschaltet. Dies hat den Vorteil, daß durch die Schwefelsäureberieselung der Wasserdampfgehalt in der Gasmenge auf ein Minimum reduziert werden kann und somit bei der nachträglichen Abkühlung des Gases keine Vereisung stattfindet. Der gleiche Effekt bei geringerer Abkühlung der Gasmenge im Oberflächenkondensator 22 kann dadurch erreicht werden, daß die Gasmenge durch die Vakuumpumpe 20 auf einen höheren Druck, beispielsweise 5 bar, komprimiert wird und die nachfolgende Kondensation mit Sole von -1°C erfolgt.

Es ist jedoch auch möglich, die nunmehr verbleibende Restgas­ menge von 0,1 bis 0,2% der ursprünglichen Abgasmenge nach der Vakuumpumpe 20 über einen Aktivkohlefilter zu leiten, um darin die noch restliche CS₂-Menge wieder zu gewinnen bzw. Schwefel aus dem Schwefelwasserstoff zu gewinnen. Da die Restgasmenge ein Minimum der ursprünglichen Abgasmenge beträgt, ist der Kostenaufwand für den Aktivkohleanteil entsprechend dieser geringen Gasmenge minimal.

Claims (9)

1. Verfahren zur Rückgewinnung von Schwefelwasserstoff und Schwefelkohlenstoff aus der Abluft, insbesondere der Abluft von Zellwollfabriken, dadurch gekennzeichnet, daß die Abluft intensiv mit Wasser berieselt wird, wobei das Wasser anschließend im Vakuum entspannt und der im Entspannungsgas enthaltene Wasserdampf weitgehend kondensiert wird, das freiwerdende Gas weiter komprimiert und so abgekühlt wird, daß die kondensierbaren Stoffe gewonnen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser zum Berieseln der Abluft über einen Vakuumentgaser im Kreislauf geführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die im Vakuumentgaser freiwerdende Entspannungsgasmenge mehrfach kondensiert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der im entspannten Gas enthaltene Wasserdampf unter Zwischenschalten eines Dampfstrahlapparates oder auf der Ausgangsseite einer Vakuumpumpe unter Druckerhöhung kondensiert wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das komprimierte Gas zur Reduzierung der Wasserdampfmenge abschließend mit Schwefelsäure berieselt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Entspannungsgasmenge abschließend zur Gewinnung der Kondensatprodukte durch Kältesole gekühlt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das im Kreislauf geführte Wasser zum Berieseln der Abluft durch die Entspannungsgasmenge aufgeheizt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gasgemisch zur Erhöhung der Ausbeute vor der jeweiligen Kondensationsstufe auf einen Druck größer als 1 bar komprimiert wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Kondensat aus der letzten Kondensationsstufe zur Trennung der Kondensatbestandteile über einen Abscheider geleitet wird.