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Verfahren und Vorrichtung zur Konzentration von Abfallschwefelsäure
Die Verarbeitung der in der Benzol- und Erdölindustrie anfallenden Abfallschwefels<<ure
erfolgte bisher vorzugsweise so, daß durch Verdünnung der Säure mittels Dampf oder
Wasser zunächst der größte Teil der Verunreinigungen abgeschieden wurde. Während
verdünnte Schwefelsäure üblicher Beschaffenheit zum Zwecke der Hochkonzentration
als Rücklauf auf den Deflegmator eines Hochkonzentrationsgefäßes gegeben wird, kann
dieses wärmewirtschaftlich günstige Verfahren nicht ohne weiteres auf stark verunreinigte
Abfallsäure, insbesondere die der Erdöl- und Benzolindustrie angewendet werden,
weil die bei der Erhitzung sich abscheidendenVerunreinigungen, wie koksartige Stoffe,
den Deflegmator in kurzer Zeit verstopfen würden.
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Aus diesem Grunde ist die restlose Entfernung der in den Abfallschwefelsauren
vorhandenen Verunreinigungen vor der Hochkonzentration erforderlich. Entsprechend
den vorgeschlagenen Verfahren kann die Reinigung der verdünnten Abfallschwefelsäure
auf chemischem Wege oder durch Erhitzen erfolgen.
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Im letzteren Falle wird die Säure nach ihrer Verdünnung zur Abscheidung
der teerigen Bestandteile zunächst auf eine mittlere Konzentration gebracht und
zwecks Entfernung der durch die Konzentration verkohlten Verunreinigungen wieder
verdünnt, um dann erst endgültig hochkonzentriert zu werden. Mit dieser zweimaligen
Verdünnung ist natorgemäß ein großer Bedarf an Brennstoff verbunden.
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Ein anderer Weg besteht darin, die verdünnte Säure in heiße kochende
Schwefelsäure zu leiten, die sich in einer Destillationsblase befindet. Hierbei
oxydieren sich die Verunreinigungen und eine klare verdünnte Säure destilliert über.
Diese Säure kann dann in einem besonderen Arbeitsgang auf eine beliebig hohe Konzentration
gebracht werden. Zur Durchführung dieses Verfahrens ist einmal Brennstoff erforderlich,
um die konzentrierte Säure, in welche die verunreinigte Säure eingeleitet wird,
auf dem Siedepunkt zu halten und die Destillation zu ermöglichen, und zweitens muß
für die Konzentration der destillierten Säure abermals Brennstoff aufgewandt werden.
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Erfindungsgemäß wird eine Vereinfachung und Verbilligung des Verfahrens
zur Konzentration verunreinigter und verdünnter Abfallsäure dadurch erzielt, daß
die Zerstörung der Verunreinigungen durch Einleiten der Abfallschwefelsäure in kochende
konzentrierte Säure und die Konzentration in einem Arbeitsgang erfolgt, so daß die
Destillation der Säure und die getrennt von der Reinigung durchgeführte Hochkonzentration
in Fortfall kommen.
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Nach dem Verfahren der Erfindung wird die mittels der von der Konzentration
herrührenden Abdämpfen und Heizungsabgasen vorkonzentrierte Abfallschwefelsäure
in den Kessel einer Pauling - Hochkonzentrations-
Einrichtung geleitet,
in dem konzentrierte Schwefelsäure ständig kocht. Die nötige Verstärkung der im
Kessel sich befindlichen kochenden Schwefelsäure wird dadurch erreicht, daß auf
den Deflegmator ein Rücklauf gegeben wird, der die Abscheidung der Schwefelsäure
aus den Dämpfen im Deflegmator herbeiführt.
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Um die Verdampfarbeit für diesen Rücklauf nicht unnütz aufzuwenden,
dienen die Deflegmatordämpfe zur Vorkonzentration der Abfallsäure im Vakuum.-- Die
Vakuumstufe besteht aus zwei bezüglich des Dampfweges hintereinandergeschalteten
Teilen. Der eine Teil soll aus dem Heizdampf ein reines Kondensat liefern, `welcher
als Rücklauf für den Deflegmator dient. Der andere Teil wird dann . mit dem restlichen
Dampf beheizt, nachdem der Dampf zuvor durch Ausblasen der mittelsAbdämpfen oder
Heizungsabgasen vorgewärmten Rohsäure in einem Gegenstromapparat benutzt worden
ist. Das Kondensat aus diesem Teil enthält alle übelriechenden Destillate aus der
Rohsäure und darf deshalb nicht als Rücklauf benutzt werden.
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Es ist schon vorgeschlagen worden, die aus dem Deflegmator eines Hochkonzentrationskessels
entweichenden Wasserdämpfe in einer besonderen Kolonne zur Denitrierung eines Schwefelsäure
- Salpetersäure - Gemisches zu verwenden; aber auch nach diesem Verfahren erfolgt
die Konzentration der von der Denitrierung herrührenden Schwefelsäure durch Aufgabe
auf den Deflegmator, während das vorliegende Verfahren durch Einleiten der verdünnten
und verunreinigten Schwefelsäure in den Kochkessel gekennzeichnet ist, so daß von
vornherein zur Erreichung einer hochkonzentrierten Säure andere Maßnahmen als die
bisher angewandten erforderlich werden.
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Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die entsprechend der Erfindung
durch die Deflegmatordämpfe -im Vakuum vorkonzentrierte Säure in einet- zweiten
Stufe durch die Heizungsabgase des Hochkonzentrationskessels weiter vorzukonzentrieren,
bevor die Säure in die kochende Schwefelsäure eingeleitet wird.
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Der Wasserdampf aus der zweiten Stufe der Vorkonzentration, der, wie
der Deflegmatordampf, unter atmosphärischem Druck steht, kann seinerseits zunächst
dazu benutzt werden, um die zugeführte Rohsäure vorzuwärmen. Soweit der Wasserdampf
der zweiten Stufe der Vorkonzentration für die Vorwärmung nicht erforderlich ist,
wird er mit dem Wasserdampf des Deflegmators vereinigt und gleichfalls für die Beheizung
der Vakuumvorkonzentration verwendet.
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An Hand der beiliegenden Zeichnung, die eine für die Durchführung
des Verfahrens geeignete Einrichtung wiedergibt, wird nachstehend ein Ausführungsbeispiel
des Verfahrens näher beschrieben.
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Die Einrichtung besteht einerseits aus der eigentlichen Hochkonzentrationsapparatur,
die sich aus dem Kochkessel i und dem Deflegmator 2 zusammensetzt, und andererseits
aus der Vorkonzentration, die aus den unter Vakuum stehenden Konzentrationskörpern
3 und 4 und aus der unter atmosphärischem Druck stehenden Konzentrationseinrichtung
5 besteht.
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Die Rohsäure, die eine Konzentration von etwa 3o bis 35 °/o H=S 04
hat, wird aus dem Vorratsbehälter 6 durch Leitung 7 in den Vorwärmer 8 geleitet,
der mit dem, aus dem Konzentrationskörper 5 durch Rohrleitung 9 austretenden Wasserdampf
beheizt wird. Die in demVorwärmer auf etwa 95° vorgewärmte Säure gelangt durch Leitung
io in die Ausblasekolonne li, in die unten durch Leitung 1.2. der in dem Teil 4
der Vakuumkonzentration nicht kondensierte Heizdampf tritt. Die Säure fließt, nachdem
sie durch die Ausblasung von den flüchtigen organischen Bestandteilen befreit worden
ist, durch Leitung 13 in das Zwischengefäß 14. Aus diesem Zwischengefäß 14 wird
die Säure durch das in der Vorkonzentration herrschende Vakuum mittels der Leitungen
15 und 16 in die Verdampfer 3 und 4 eingesaugt. Hier wird die Säure auf etwa
.43 °lo HIS04 verstärkt und tritt dann durch Leitung 17 in die unter atmosphärischem
Druck stehende Eindampfeinrichtung 5, für deren Beheizung die Heizungsabgase der
Hochkonzentration in dein Temperaturgefälle von etwa 5oo bis 300°C benutzt werden.
Die Säure wird hier auf etwa 5o bis 55° /o HL S 04 konzentriert. Durch das Eintauchrohr
18 kommt sie in den Kochkessel i, in dem sich kochende, etwa 95 bis 96°1Q starke
Schwefelsäure befindet.
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In dem Deflegmator 2 werden die Schwefelsäuredämpfe des Kochkessels
durch einen mittels Leitung i9 aufgegebener! Rücklauf in Schwefelsäure und Wasserdampf
zerlegt. Der Wasserdampf tritt aus dein Deflegmator durch Leitung 2o und dient,
vermehrt um den aus dem Säurevorwärmer 8 durch Leitung 2i kommenden Wasserdampf,
zur Beheizung der Vakuumkonzentration 4. Das hier aus dem. Heizdampf gebildete Kondensat
gelangt durch Leitung i9 als Rücklauf auf den Deflegmator 2.
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Die in der Vorkonzentration 4 nicht verbrauchte Dampfmenge wird durch
Leitung i2 in die Ausblasekolonne ii und von hier durch Leitung 22 in dieVorkonzentration
3 geführt; um schließlich durch Leitung 23 als unreines Kondenswasser-abgeleitet
zu werden.
Das in den Apparaten 3 und ¢ herrschende Vakuum wird
durch den mit der Vakuumpumpe 24. verbundenen Fallrohrkondensator 25 erzeugt, an
den die Apparate durch die Leitungen 26 und 27 bzw. 28 angeschlossen sind.
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Aus dein Kochkessel i gelangt eine klare, hochkonzentrierte Säure
durch Leitung 29 in den Säurekühler 30 und von hier an den weiteren Ort der
VerNvendung.
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Damit die in dem Hochkonzentrationskessel einlaufende Säure in dem
Eintauchrohr 18 nicht ins Kochen gerät und dadurch den Zutritt der Säure in den
Kessel versperrt, besteht das Eintauchrohr aus zwei ineinanderbesteckten Rohren.
Der Zwischenraum zwischen den beiden Rohren ist mit einer ruhenden Schicht starker
Schwefelsäure gefüllt, die von unten in den Ringraum eintritt. Das äußere Rohr ragt
über den Säurespiegel hinaus und ist an seinem über dem Säurespiegel liegenden Teil
mit Löchern versehen, so daß in dein Ringraum entstehender Dampf in den Dampfraum
des Kessels entweichen kann.
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Die in dem Ausführungsbeispiel angegebene Führung der Säure, Wasserdämpfe
und Heizgase kann natürlich abgeändert werden. Beispielsweise ist es möglich, den
für eine Ausblasung der Rohsäure erforderlichen Dampf auch durch Entnahme des Dampfes
aus Leitung 9 oder ao zu gewinnen oder die :@usblasung durch die Heizungsabgase
vorzunehmen. Enthält die Rohsäure überhaupt nur wenig flüchtige Bestandteile, so
wird man von jeder Ausblasung absehen. In diesem Fall wird die vorgewärmte Rohsäure
aus dem Vorwärmer 8 direkt in das Zwischengefäß 1q. geleitet. Für die Führung des
Heizdampfes ist eine Änderung nicht unbedingt erforderlich, da er ohne Nachteil
durch die außer Betrieb gesetzte Ausblasekolonne i i und Leitung a2 in die Vakuumkonzentration
3 gelangen kann.