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Herstellung hochkonzentrierter Schwefelsäure aus Schwefeltrioxyd und
Wasserdampf enthaltenden Gasen Zur Niederschlagung von Schwefelsäuredämpfen ist
bereits die Verwendung einer elektrischen Gasreinigung vorgeschlagen. Zu diesem
ZAveck wurden völlig abgekühlte Schwefelsäurenebel in die elektrische Gasreinigung,
im folgenden kurz E. G. R. genannt, eingeführt und elektrostatisch ausgeschieden.
Hierbei ist jedoch eine genaue Dosierung des Wasserdampfgehalts erforderlich, weil
infolge der Abkühlung -aller Wasserdampf zusammen mit der Säure in der E. G. R.
ausgeschieden wird. Falls daher feuchte Gase behandelt werden, in denen ein über-
die zur Bildung von Schwefelsäure hinausgehender Wasserdampfgehalt vorhanden ist,
kann nur eine verdünnte Säure gewonnen werden, die dann auf besonderem Wege weiter
konzentriert werden muß. Es findet sich dann auch der Vorschlag, diese Säure der
Reinigungsapparatur zuzuführen, ohne daß jedoch hierdurch eine Konzentrierung ermöglicht
wird.
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Zur Kondensation von Schwefelsäuredämpfen ist in neuerer Zeit dann
weiterhin ein Verfahren ausgearbeitet worden, bei dem die Kondensation auch in Gegenwart
überschüssigen Wasserdampfs fraktioniert unter Einhaltung gewisser Bedingungen erfolgen
kann. Zur Vermeidung einer Nebelbildung müssen jedoch diese Bedingungen ziemlich
streng eingehalten werden.
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Gegenstand der Erfindung ist nun ein kombiniertes Verfahren der Kondensation
von Schwefelsäure mit nachfolgender elektrischer Niederschlagung etwa entstehender
Schwefelsäurenebel, bei der die Gewinnung hochkonzentrierter Säure auch unabhängig
von der Einhaltung der genauen Kondensationsbedingungen möglich ist. Dieses Verfahren
besteht darin, die heißen, vom Kontakt kommenden Gase in einen Rieselturm mit Kühlflüssigkeit
zu leiten, dabei jedoch unmittelbar hochkonzentrierte Schwefelsäure zu gewinnen.
Zu diesem Zweck werden die S 03- .und H2.0 haltigen Gase zunächst unter solchen
Bedingungen durch den Rieselturm geleitet, daß eine Kondensation von freiem Wasser
praktisch noch nicht eintritt. Die hierbei auftretenden Schwefelsäurenebel werden
dann in einer nachgeschalteten elektrischen Niederschlagsapparatur bei solchen Temperaturen
abgeschieden, bei denen die Wassermenge, die über die zur Kühlung in dem Berieselungsturm
erforderliche hinausgeht, zusammen mit den Gasen abgeführt wird, während die gleichzeitig
anfallende verdünnte Schwefelsäure unmittelbar über den Rieselturm geleitet wird.
Unter diesen
Bedingungen erfolgt in diesem Turm gleichzeitig eine
Abkühlung der zu kondensierenden Gase unter teilweiser unmittelbarer Kondensation
der Schwefelsäure sowie im übrigen eine Konzentration der Berieselungssäure, so
daß in diesem Turm unmittelbar Schwefelsäure in hochkonzentrierter Form gewonnen
wird.
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Der Berieselungsturm selbst ist dabei nach Art eines Gloverturms eingerichtet.
Die feuchten, vom Kontakt kommenden S 03haltigen Gase treten in diesen Turm unten
mit einer Temperatur von etwa 3oo bis 4oo° ein und werden hierin ohne Rücksicht
auf etwa sich bildende Schwefelsäurenebel mit so viel Wasser bzw. verdünnter Säure
berieselt, daß sich ein Teil der Schwefelsäure unter Abkühlung kondensiert. Die
aus dem Turm entweichenden Schwefelsäurenebel werden dann zusammen mit einem Teil
des vorhandenen Wasserüberschusses in einer verbleiten elektrischen Gasreinigung
niedergeschlagen und die hier sich abscheidende verdünnte Säure direkt dem Berieselungsturm
zugeführt. Die Restgase werden zusammen mit einer ihrer Temperatur entsprechenden
Menge Feuchtigkeit ins Freie gelassen. Der größte Teil des Kühlwassers befindet
sich also im Kreislauf, da er im Berieselungsturm verdampft, in der E. G. R. mit
Schwefelsäurenebeln niedergeschlagen und von hier dem Berieselungsturm wieder zugeführt
wird. Es ist nur erforderlich, die mit den Gasen laufend zugeführten überschüssigen
Wasserdampfmengen sowie das im Berieselungsturm jeweils zugesetzte Frischwasser
mit den Endgasen aus der E. G. R. abzuführen. Je nach dem Ausmaß der in der E. G.
R. durch die natürliche Luftkühlung stattfindenden Abkühlung kann die Temperatur
der Endgase natürlich etwas höher oder niedriger sein. Man hat es aber in der Hand,
durch die Verwendung der Frischwasserzufuhr im Berieselungsturm alle Schwankungen
auszugleichen. Der Berieselungsturm selbst wird in seinen Ausmaßen so gehalten,
daß Zeit für die Verdampfung des zugesetzten Wassers ist.
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Auf diese Weise wird die Wärme der in dem Berieselungsturm aufsteigenden
Gase, die sich aus der fühlbaren Wärme und der Bildungswärme der H2 S 04 zusammensetzt,
ausgenutzt zur Konzentrierung der aus der E. G. R. kommenden verdünnten Säure. Man
kann also selbst große Mengen Säure schnell und in einer relativ unempfindlichen
Apparatur in hochkonzentrierter Form niederschlagen, ohne daß man von der Abkühlungsgeschwindigkeit
der Gase abhängt. Die Menge der dem Berieselungsturm jeweilig v an außen neu zugeführten
Berieselungsflüssigkeit wird natürlich um dasjenige Maß herabgesetzt, das der Kühlarbeit
der aus der E. G. R. kommenden verdünnten Säure entspricht.
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Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß zur Kühlung
Wasser in reiner oder in Form verdünnter Säuren im Überschuß zu der für die H2 S
04 Bildung erforderlichen Menge herangezogen werden känn. Hierin liegt eine für
das gute Arbeiten der elektrischen Gasreinigung wichtige Maßnahme, weil die elektrostatische
Niederschlagung der H2 S 04 Nebel bei Gegenwart überschüssigen Wasserdampfs besser
durchgeführt werden kann.
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An Hand einiger Beispiele sei das Verfahren noch näher erläutert.
Beispiel i Es wurde ein Hüttengas mit 3 VolumproZent S02, io Volumprozent Sauerstoff
und .4 Volumprozent H20 nach der Befreiung von mechanischen Verunreinigungen über
einen Kontakt geleitet, der aus Vanadinoxyd, Kaliumoxyd und Kieselsäure bestand.
Hier wurde SO, zu S 03 umgewandelt. Die mit 35o° aus dem Kontakt austretenden
Gase wurden in einen mit Füllkörpern ausgesetzten Turm am unteren Ende eingeleitet.
Zur Abkühlung der Gase bis auf ioo° und zur gleichzeitigen Bildung von tropfbar
flüssiger Schwefelsäure wurde die hierbei frei werdende Wärmemenge durch Wasserverdampfung
abgeführt. Bei der Inbetriebnahme wurde zunächst auf den Turm Wasser aufgegeben,
und zwar in solchen Mengen, daß auf i t Schwefelsäure i t Wasser angewandt wurde.
Durch die plötzlich benötigte Verdampfungswärme tritt im Gas eine teilweise Übersättigung
an H2 S 04 ein, so daß sich Nebel bilden. Zwei Drittel des im Kontaktapparat gebildeten
S 03 wurden im Berieselungsturm niedergeschlagen. Ein Drittel entwich mit dem Wasserdampf
und den Abgasen zusammen. Die Wasserdampf- und Schwefelsäurenebel enthaltenden Abgase
traten mit ioo° in eine feucht arbeitende elektrische Gasreinigung ein. Hier wurden
die Schwefelsäurenebel praktisch vollständig niedergeschlagen, und bei 30° entwich
ein S 03 und H2 S 04 freies Gas aus der E. G. R. mit nahezu 3i/2 Volumprozent Wasser.
Das in der E. G. R. gebildete Kondensat lief wieder auf den Berieselungsturm und
diente so wieder als Kühlmedium, indem beim Herunterrieseln das Wasser verdampfte,
die Säure sich konzentrierte. Am unteren Ende des ersten Berieselungsturmes fiel
eine Säure mit einer Konzentration von 971/2 % Ha SO, an.
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Die Austrittstemperatur der Gase, welche die E. G. R. verlassen, wurde
auf etwa 30° gehalten. Der natürliche Sättigungsgrad bei
dieser
Temperatur bringt es mit sich, daß mehr Feuchtigkeit in den Endgasen abgeführt wird,
als an überschüssigem Wasser über die zur Bildung hochprozentiger Schwefelsäure
erforderliche Menge vorhanden ist. Diebe Bedingungen wurden aber bewußt eingehalten,
um auf jeden Fall die Sicherheit zu haben, daß die im Berieselungsturm anfallende
Säure hochprozentig ist. Es ist einfacher, das in der E. G. R. zuviel abgeführte
Wasser als Frischwasser dem Berieselungsturm neu zuzugeben, . weil hierdurch erheblich
besser der Betrieb etwaigen Schwankungen angepaßt werden kann. Bei den vorstehend
geschilderten Bedingungen betrug die Zugabe an Frischwasser etwa 175 kg je Tonne
produzierte Schwefelsäure.
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Beispiel 2 Ein Gas, welches 3 Volumprozent SO,
neben 8 Volumprozent
02 enthielt und durch Waschen mit Wasser zwischen 45 und 5o° von Staub befreit war,
enthielt etwa io VolumprozentWasserdampf. Das Gasgemisch wurde durch Wärmeaustausch
gegen ein vorhandenes heißes Gas auf 42o° gebracht und nunmehr über einen Kontakt,
wie in Beispiel i angegeben, geleitet. Nach der Oxydation des SO 2 zu
SO, trat das Reaktionsgemisch mit 38o° in einen Waschturm unten ein. Zu Anfang
wurde, wie in Beispiel i angegeben, der Turm durch Aufgabe von je einer Tonne Wasser
für je eine zu produzierende Tonne Schwefelsäure gekühlt. Die entweichenden schwefelsäurenebelhaltigen
Gase wurden in einer naß arbeitenden E. G. R. von den Schwefelsäurenebeln befreit.
Die Temperatur der aus der E. G. R. austretenden Gase betrug 40°. Die hier niedergeschlagene
verdünnte Schwefelsäure würde wieder auf den Berieselungsturm gegeben und diente
zur Kühlung der heißen Gase. Durch die Abgastemperatur von 4o' am Ende der E. G.
R. wurden je produzierte Tonne Schwefelsäure rund 6o kg Wasser zuviel im Gas fortgeführt,
die in Farm von Frischwasser wieder auf den Berieselungsturm gegeben wurden. Die
am unteren Ende des Berieselungsturmes abgezogene Produktionssäure enthielt 97,5
% H2 S O,.