DE60203438T2

DE60203438T2 - Verfahren zur Herstellung von Schwefeldioxid

Info

Publication number: DE60203438T2
Application number: DE60203438T
Authority: DE
Inventors: Javier Angel Perez Garcia
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-05-31
Filing date: 2002-05-30
Publication date: 2006-02-16
Anticipated expiration: 2022-05-31
Also published as: CA2387875A1; EP1262451B1; EP1262451A3; PT1262451E; ATE292091T1; DK1262451T3; EP1262451A2; US6875413B2; ES2241963T3; BR0202058A; BR0202058B1; US20020197573A1; AR033774A1; DE60203438D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Schwefeldioxid.
Bei der Herstellung von Schwefeldioxid erfolgt im allgemeinen die Verbrennung von Schwefel in einer Verbrennungskammer mit Trockenluft zu einem Gas mit 80% Stickstoff (V/V) und 18% SO₂ (V/V), wobei der Rest aus Sauerstoff und Inertgasen besteht. Dieses Gas wird anschließend bei einer Temperatur von –50°C und einem Druck von 0,8 bar verflüssigt. Bei höherer Temperatur wird zur Verflüssigung des Gases ein höherer Druck benötigt. Der bei der Verflüssigung dieses Gases erreichte SO₂-Rückgewinnungswirkungsgrad beträgt etwa 75%. Das restliche nicht verflüssigte SO₂-Gas und der nicht verbrennte überschüssige Sauerstoff sowie andere Inertgase müssen aus der Produktleitung entfernt werden. Wird diese Mischung an die Atmosphäre abgeführt, so kommt es zu starker Umweltbelastung, zu deren Verringerung ein aufwendiges Neutralisationsverfahren erforderlich ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Schwefeldioxid durch Verbrennung von Schwefel und Reinsauerstoff, wodurch ein Gas mit einer SO₂-Konzentration von 80% (V/V) oder darüber und ohne an die Atmosphäre abzuführende Inertgase herstellbar ist, wodurch die Umweltbelastung auf Werte unterhalb der von Umweltschutznormen geforderten gesenkt wird. Durch diese hohe Konzentration an SO₂ wird auch eine bessere Ausbeute der SO₂-Rückgewinnung durch Verflüssigung ermöglicht.
Insbesondere wird ein Verfahren bereitgestellt, bei dem Schwefeldioxid durch Verbrennung von Schwefel und Reinsauerstoff hergestellt wird, der zur Aufrechterhaltung der Verbrennung bei weniger als 1200°C in einem im Kreislauf geführten vorgekühlten Verbrennungsgas verdünnt wird.
Gemäß dem vorliegenden Verfahren wird elementarer Schwefel geschmolzen und auf solch einer Temperatur gehalten, dass er aufgrund seiner Viskosität zu einem Schwefelbrenner, vorzugsweise bei etwa 140°C, gefördert werden kann. In der Verbrennungskammer eines Kessels erfolgt die Verbrennung des geschmolzenen Schwefels mit in kaltem Verbrennungsgas verdünntem Reinsauerstoff. Das Verbrennungsgas entsteht dadurch, dass man eine Fraktion des anfallenden Verbrennungsgases, das etwas unverbrauchten Sauerstoff enthalten kann, im Kreislauf führt. Der Zweck der Rückführung des Verbrennungsgases besteht darin, das aus der Verbrennungskammer austretende Gas auf einer niedrigen Temperatur zu halten, vorzugsweise unter 1200°C, da sonst die Verbrennung von Schwefel und Reinsauerstoff im stöchiometrischen Verhältnis zu einer zu hohen Temperatur (über 5000°C) führen würde. Das so erhaltene Verbrennungsgas kann etwa 80% SO₂ (V/V) oder mehr aufweisen.
Das aus der Verbrennungskammer kommende Gas wird beim Durchqueren des Kessels auf etwa 180°C abgekühlt. Hierdurch entsteht Dampf mit etwa 4 bar, der vorzugsweise als Heizmittel in den Schwefelverflüssigungsbehältern dient.
Das Verbrennungsgas wird etwa auf Raumtemperatur abgekühlt und von Feuchtigkeit und Schwefelteilchen gereinigt, indem man es vorzugsweise durch einen luftgekühlten Wärmeaustauscher leitet, in dem es auf 80°C abgekühlt, und dann durch einen Absorptionsturm mit Schwefelsäure leitet, in dem es unter Entfernung der Feuchtigkeit und der Schwefelteilchen auf Raumtemperatur abgekühlt wird. Die im Turm verwendete Schwefelsäure kann mit einem wassergekühlten Wärmeaustauscher bei Raumtemperatur gehalten werden. Das so gereinigte Gas wird durch einen Schwefelsäuretropfenabscheider geleitet.
Bis zu diesem Punkt steht die beschriebene Gesamtleitung unter Unterdruck, da die Kreislaufführung der Gase durch Ansaugen mit einem Gebläse erfolgt, das die Gasmasse in Richtung des Verbrennungsofens (70–95% der Masse, vorzugsweise etwa 80%) und in Richtung der Kühlanlage (die restlichen 5–30%, vorzugsweise etwa 20%) drückt.
Aus der Kühlanlage erhält man flüssiges SO₂ und eine nicht kondensierbare gasförmige Mischung aus SO₂ und unverbrauchtem Sauerstoff, das durch den Unterdruck vom Gebläse angesaugt wird. Durch die Temperaturerniedrigung in dieser gasförmigen Mischung gelingt es, die Temperatur des zur Verbrennungskammer des Kessels zurückgeführten Verbrennungsgases noch weiter zu senken. Das gesamte Gaskreislaufsystem wird dadurch in einem komplett geschlossenen System geführt.
Aufgrund der entstehenden hohen Konzentration an SO₂ lässt sich je nach dem Betriebsdruck und den Temperaturbedingungen der Anlage ein hoher Wirkungsgrad an SO₂-Rückgewinnung durch Verflüssigung in der Kühlanlage erzielen. So lässt sich z.B. bei 20°C und 0,8 bar eine 95%ige Rückgewinnung des im 80%igen SO₂-Gas enthaltenen SO₂ erzielen. Die gleiche Rückgewinnungsrate ist mit 80%igem SO₂-Gas bei 20°C und 3,4 bar bzw. bei –10°C erzielbar.
In einem Beispiel besteht das Verbrennungsgas aus etwa 16% Sauerstoff und 84% SO₂-Gas (V/V). Bei dem letzteren Prozentanteil lässt sich das SO₂ sehr leicht verflüssigen, so dass sich bei –10°C ein Rückgewinnungswirkungsgrad von 95% SO₂ erzielen lässt. Der SO₂-Gehalt in 84%igem SO₂ (V/V) ließe sich auch bei 20°C und 5 bar verflüssigen, wodurch der Wirkungsgrad des Systems noch weiter erhöht wird.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung sei auf die nachfolgende Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand von 1 verwiesen, in der ein genereller bevorzugter Verfahrensablauf dargestellt ist.
Wie aus 1 ersichtlich, entsprechen die Strömungsleitungen 1 und 2 Schwefel bzw. Reinsauerstoff. Der Schwefel in Strömungsleitung 1 wird im Wärmeaustauscher 3 aufgeschmolzen und fließt in Richtung des Schwefelbrenners im Kessel 4. Das im Kessel 4 anfallende, durch Ansaugen mit dem Gebläse 7 verdrängte Verbrennungsgas wird zum Wärmeaustauscher 5 und dann durch einen Reinigungskühler 6 geleitet. Vom Gebläse 7 wird die Verbrennungsgasmasse in Richtung eines Verzweigungspunkts 8 getrieben, an dem ein Teil des Gases zum Mischpunkt 9 gefördert wird, an dem der Strömungsleitung 2 zugeführter Sauerstoff zugemischt und die so angereicherte Mischung zum Kessel 4 gefördert wird. Der restliche Teil des Gases am Verzweigungspunkt 8 wird zur Kühlanlage 10 gefördert. Hierdurch entsteht ein Produktstrom 11 in Form von flüssigem SO₂, wobei eine nicht kondensierbare gasförmige Mischung zurückbleibt, die durch den Unterdruck des Gebläses 7 angesaugt und über den Mischpunkt 12 dem Kreislauf wieder zugeführt wird.
Verfahren zur Herstellung von Schwefeldioxid
Es wird ein Verfahren zur Herstellung von Schwefeldioxid durch Verbrennung von Schwefel und Reinsauerstoff in einem geschlossenen System bereitgestellt, bei dem eine hohe Ausbeute an zurückgewonnenem SO₂ erzielt und die Umweltbelastung auf Werte unterhalb der standardüblichen Anforderungen gesenkt wird. Zur Aufrechterhaltung der Verbrennung bei weniger als 1200°C wird der Reinsauerstoff vor der Verbrennung in einem im Kreislauf geführten, vorgekühlten Verbrennungsgas verdünnt. Das Verbrennungsgas wird gekühlt, gereinigt und verflüssigt, wobei der nicht verflüssigte Gasanteil in einem geschlossenen System zurückgeführt wird. Hierdurch erhält man ein Verbrennungsgas mit hohem SO₂-Gehalt, z.B. 84% SO₂ (V/V), das sich leicht mit hohem SO₂-Rückgewinnungswirkungsgrad, z.B. 95% bei –10°C verflüssigen lässt. Vorzugsweise wird Schwefel (1) im Wärmeaustauscher (3) geschmolzen und in der Verbrennungskammer des Kessels (4) mit Sauerstoff (2) verbrennt. Das vom Gebläse (7) angesaugte Verbrennungsgas wird im Wärmeaustauscher (5) und Reinigungskühler (6) gekühlt. Am Verzweigungspunkt (8) wird ein Teil des Gases zum Mischpunkt (9) zurückgeführt, an dem der Reinsauerstoff (2) zugemischt wird. Der restliche Teil des Gases wird in der Kühlanlage (10) unter Bildung von flüssigem Schwefeldioxid (11) verflüssigt, wodurch eine nicht kondensierbare gasförmige Mischung zurückbleibt, die über den Mischpunkt (12) wieder dem Kreislauf zugeführt wird. 1

Claims

Verfahren zur Herstellung von Schwefeldioxid durch Verbrennung von Schwefel und Reinsauerstoff, das folgende Schritte umfasst: Schmelzen von elementarem Schwefel; Verbrennung des geschmolzenen Schwefels in der Verbrennungskammer eines Kessels mit Reinsauerstoff, das in kaltem Verbrennungsgas verdünnt ist; Kühlung des aus der Verbrennungskammer kommenden Verbrennungsgases im Kessel; weitere Kühlung und Reinigung des gekühlten Verbrennungsgases, indem man es durch einen Absorptionsturm mit Schwefelsäure, in dem die Schwefelsäure bei Raumtemperatur gehalten wird, sowie durch einen Schwefelsäuretropfenabscheider leitet, wobei ein kalter gereinigter Gasstrom entsteht, und einen Teil des kalten gereinigten Gasstroms zwecks Verdünnung des Reinsauerstoffs zur Verbrennungskammer zurückführt; Kondensation des restlichen Teils des kalten gereinigten Gasstroms in einer Kühlanlage, wobei flüssiges SO₂ und eine nicht kondensierbare gasförmige Mischung aus SO₂ und unverbrauchtem Sauerstoff entsteht, wobei der eine Teil bzw. der restliche Teil des kalten gereinigten Gasstroms mit einem Gebläse zur Verbrennungskammer bzw. zur Kühlanlage gefördert und die nicht kondensierbare gasförmige Mischung durch den Unterdruck des Gebläses angesaugt und mit dem kalten gereinigten Gasstrom gemischt wird, wodurch das gesamte Gaskreislaufsystem in einem geschlossenen Kreislauf geführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der elementare Schwefel geschmolzen und dann mit dem in kaltem Verbrennungsgas verdünntem Reinsauerstoff verbrannt wird und das aus der Verbrennungskammer austretende Gas bei einer Temperatur unterhalb 1200°C gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das entstehende Verbrennungsgas zu mindestens 80% aus SO₂ (V/V) besteht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verbrennungsgas gereinigt und auf eine Temperatur nahe Raumtemperatur gekühlt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei 70% bis 95% des kalten gereinigten Gasstroms zur Aufrechterhaltung der Verbrennung zur Verbrennungskammer zurückgeführt und mit Reinsauerstoff angereichert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei 5% bis 30% des kalten gereinigten Gasstroms zur Gewinnung des flüssigem SO₂ und der nicht kondensierbaren Mischung aus SO₂ und unverbrauchtem Sauerstoff zur Kühlanlage geleitet werden.