DE69403758T2

DE69403758T2 - Verfahren zur Entfernung von elementarem Schwefel aus einem Gasstrom

Info

Publication number: DE69403758T2
Application number: DE69403758T
Authority: DE
Inventors: Johannes Borsboom; Jan Adolf Lagas
Original assignee: Comprimo BV; Gastec NV
Current assignee: Worley Nederland BV
Priority date: 1993-11-30
Filing date: 1994-11-29
Publication date: 1997-09-18
Anticipated expiration: 2014-11-30
Also published as: ATE154334T1; GR3024671T3; RU94042251A; ES2105498T3; JPH08224438A; EP0655414B1; CN1108146A; NL9302081A; CA2136382A1; CN1046096C; CA2136382C; FI945584A0; EP0655414A1; US5807410A; RU2102121C1; DK0655414T3; SG48311A1; DE69403758D1; ZA949067B; FI945584A

Description

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen von elementarem Schwefel, der in einem Gas in Form von Dämpfen und/oder mitgerissenen Teilchen vorhanden ist, bei dem das zu behandelnde Gas abgekühlt wird.
Verschiedene Verfahren zum Entfernen von schwefelhaltigen Verbindungen aus Gasströmen sind bekannt. Ein wohlbekanntes Verfahren ist das sogenannte Claus-Verfahren. Gemäß diesem Verfahren wird in einer thermischen Stufe Schwefelwasserstoff mit Sauerstoff aus der Luft teilweise oxidiert, um Schwefeldioxid zu bilden. Dann findet in der thermischen Stufe und zwei oder drei katalytischen Stufen die Reaktion statt, durch die aus dem gebildeten Schwefeldioxid und dem restlichen Schwefelwasserstoff Schwefel und Wasser gebildet werden. Der Schwefelgewinnungsgrad des konventionellen Claus-Verfahrens beträgt maximal 97 bis 98 %. Dieser Prozentsatz ist in diesem Zweig der Technik relativ niedrig, was zu dem Bedarf nach Verfahren führte, nach denen der Grad der Rückgewinnung erhöht werden kann.
Mit dem neuerdings entwickelten Superclaus-Verfahren können theoretische Schwefelrückgewinnungsprozentsätze bis zu 99,5 % erreicht werden. Dieses Verfahren verwendet einen Reaktor, der stromabwärts von zwei oder drei Claus-Reaktoren angeordnet ist, und bei dem der restliche Schwefelwasserstoff selektiv zu Schwefel oxidiert wird. In der Praxis ergibt das Superclaus-Verfahren, bei dem die Oxidationsstufe mit Gas implementiert wurde, welches drei Claus-Reaktoren durchlaufen hat, Schwefelgewinnungsprozentsätze von etwa 99,3 %.
Es ist gefunden worden, daß etwa 0,4 % der 0,7 % Restschwefel in dem Endgas der Superclaus-Anlage in Form von elementarem Schwefel vorhanden ist, während die anderen Schwefelverbindungen hauptsächlich in Form von Schwefelwasserstoff und Schwefeldioxid vorhanden sind.
Der Effektivitätsverlust der Schwefelgewinnung mit Hilfe einer Claus-Anlage als Resultat von in dem Restgas vorhandenem elementaren Schwefel beträgt bei einer Restgastemperatur von 150ºC etwa 0,7 bis 0,9 %.
Die behördlichen Anforderungen hinsichtlich der Effizienz von Entschwefelung werden zunehmend strenger. Die deutschen Behörden fordern beispielsweise, daß Schwefelgewinnungsanlagen mit einer Schwefelproduktion von über 50 Tonnen/Tag eine Entschwefelungseffizienz von mindestens 99,5 % aufweisen.
Zur weiteren Erhöhung der praktischen Effizienz von beispielsweise einer Superclausanlage ist es möglich, auf ein anderes Verfahren überzugehen, beispielsweise auf das SCOT-Verfahren. Mit Hilfe dieses Verfahrens werden Schwefelverbindungen, die noch in dem Claus-Restgas vorhanden sind, mit Hilfe von organischen Verbindungen entfernt. Allerdings ist ein solches Verfahren sehr kostspielig, wobei die Gerätschaften zur Inbetriebnahme dieses Verfahrens relativ groß sind.
US-A-3 551 113 betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Schwefel aus Schwefelwasserstoff enthaltenden Gasströmen Bei diesem Verfahren wird ein Kondensator verwendet, wobei ein elementaren Schwefel enthaltender Gasstrom indirekt mit Wasser gekühlt wird. Der Gasstrom wird in den oberen Bereich des irgendwie geneigten Kondensators eingebracht. Das Gas, welches den Kondensator verläßt, soll eine Temperatur von etwa 150ºC haben. Das bedeutet, daß nur flüssiger Schwefel kondensiert werden kann, der abwärts fließt (im Gleichstrom mit dem behandelten Gasstrom).
Erfindungsgemäß ist nun gefunden worden, daß höhere Prozentsätze der Schwefelgewinnung erreicht werden können, wenn schwefelhaltiges Gas in einem Wärmetauscher abgekühlt wird, dessen Wand eine Temperatur hat, die niedriger als der Erstarrungspunkt von Schwefel und höher als der Taupunkt von Wasser ist, falls dieses in dem Gas vorhanden ist.
Möglicherweise läßt sich eine Erklärung für die zugrundeliegenden Prinzipien dieser Erfindung in den Produkteigenschaften von elementarem Schwefel im allgemeinen finden, da diese Substanz den größeren Anteil des Restschwefelgehalts des Endgases einer Schwefelgewinnungsgases bildet, beispielsweise einer Superclaus-Anlage.
Aus Kirk-Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, 3. Ausgabe, Band 22, John Wiley & Sons, Seiten 78 ff. ist bekannt, daß flüssiger elementarer Schwefel bei atmosphärischem Druck bei 114,5ºC in der monoklinen Kristallform kristallisiert, die eine Dichte von 1,96 g/cm³ aufweist. Außerdem ist bekannt, daß fester Schwefel bei atmosphärischem Druck und 95ºC in die rhombische Form mit einer Dichte von 2,07 g/cm³ übergeht. Möglicherweise bildet der Unterschied der Dichten dieser beiden Kristallformen den Schlüssel zu der vorliegenden Erfindung.
Die vorliegende Erfindung kann dann die Tatsache ausnutzen, daß die Dichte bei jedem Phasenübergang in der Kristallform (amorph T monoklin T rhombisch) plötzlich zunimmt und das Volumen der Menge an festem Schwefel demnach von amorph zu monoklin um etwa 2 % und von monoklin zu rhombisch um etwa 6 % abnimmt. Als Resultat dieser plötzlichen Volumenveränderungen kann sich fester Schwefel von einer Oberfläche lösen, an der er sich abgesetzt hat. Es wird betont, daß diese Theorie eine mögliche Erklärung der Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens ist. Diese theoretische Erklärung kann daher nicht als die vorliegende Erfindung einschränkend angesehen werden.
Das Verfahren zum Entfernen von elementarem Schwefel, der in dem Gas in Form von Dämpfen und/oder mitgerissenen Teilchen vorhanden ist, bei dem das zu behandelnde Gas abgekühlt wird, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß das zu behandelnde Gas in einen Wärmetauscher an dessen unterem Ende eingebracht wird, daß sichergestellt ist, daß mit Hilfe der Temperatur und/oder der Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmediums die Wand des Wärmetauschers eine Temperatur unter dem Erstarrungspunkt von Schwefel und über dem Taupunkt von Wasser, falls vorhanden, hat, das in dem Gas vorhanden ist, so daß das Gas auf eine Temperatur zwischen dem Taupunkt des Wassers und 120ºC abgekühlt wird, und das der abgesetzte Schwefel im Gegenstrom zu dem zu behandelnden Gas unter Einfluß der Schwerkraft entfernt wird.
Es ist zu beachten, daß Verfahren und Apparatur aus dem Stand der Technik bekannt sind, bei der das Ausfällen von Schwefeldämpfen in Feststoffform ausgenutzt wird.
US-A-4 526 590 beschreibt beispielsweise ein Verfahren und eine Apparatur zur Gewinnung von Schwefeldämpfen aus Claus-Prozeßgas. Hierfür wird das Prozeßgas an einer kalten Oberfläche in einem Wärmetauscher abgekühlt, um den größeren Teil der Schwefeldämpfe in fester Form auszufällen. Der Wärmetauscher wird von Zeit zu Zeit durch Erwärmen von festem Schwefel gestrippt. Während dieses Erwärmens wird der ausgefällte Schwefel in die flüssige Phase gebracht, wonach der Schwefel aus dem Wärmetauscher herausfließt. In einem zweiten Kühlabschnitt wird der in dem Prozeßgas vorhandene Wasserdampf kondensiert. Ungeachtet der Tatsache, daß das Verfahren kompliziert ist, ist es ein Nachteil, daß die Kondensation von Verfahrenswasser zu schwerwiegenden Korrosions- und Blockierungsproblemen führt. Somit ist das Verfahren nach US-A-4 526 590 nicht in die Praxis eingeführt worden.
US-A-4 391 791 lehrt eine komplizierte Apparatur, in der Schwefel in flüssiger Form in einer ersten Kühlzone kondensiert wird und nachfolgend nach Transport in eine zweite Kühlzone in dem festen Zustand überführt wird. Der feste Schwefel wird während des Vertauschens der Bedingungen in der ersten und der zweiten Kühlzone entfernt, wodurch der feste Schwefel verflüssigt wird. Die Kühlzonen sind horizontal angeordnet, wobei die Apparatur eine große Anzahl von Ventilen enthält.
FR-A-2 572 952 betrifft ein Verfahren zur Reinigung von Rauchgasen. Schwefelhaltige Rauchgase mit einer Temperatur von 450 bis 1200ºC werden einer raschen Kühlstufe unterworfen, die ein Gas mit einer Temperatur von etwa 140ºC ergibt. Nachfolgend wird dieses Gas auf eine Temperatur unter der Erstarrungstemperatur von Schwefel abgekühlt. Diese zweite Kühlstufe wird nicht unter Verwendung von Wärmetauschern durchgeführt.
US-A-2 876 070 und US-A-2 876 071 beschreiben ein ähnliches Verfahren wie das, welches in US-A-4 526 590 beschrieben wurde, aber ohne Kondensation von Wasserdampf. Charakteristisch für die Anlagen, die in diesen Verfahren verwendet werden, ist die Anwesenheit von Absperrventilen, die periodisch geschlossen werden. Wenn die Absperrventile in der geschlossenen Stellung sind, können die verwendeten Wärmetauscher aus dem Betrieb genommen werden, um den festen Schwefel von den Wärmetauscherrohren durch Erwärmen auf über die Schmelztemperatur von Schwefel zu entfernen.
Ein wichtiger Nachteil dieser Verfahren, der im Stand der Technik erkannt wird, liegt in der Anwesenheit von Absperrventilen in den Hauptströmen der verwendeten Anlagen. Solche Absperrventile führen zu hohen Investitionskosten, verursachen Druckabfall, führen zu Problemen bei Betrieb und Wartung und sind anfällig für Fehlfunktionen.
Bei Berücksichtigung der mit bekannten Verfahren verbundenen Probleme, die die Ausfällung von festem Schwefel verwenden, insbesondere die Blockierungsprobleme, ist die vorherrschende Sichtweise in der Technik, daß ein zu behandelnder Gasstrom, in dem Restschwefel vorhanden ist, auf eine Temperatur abgekühlt werden muß, die mindestens über dem Erstarrungspunkt von Schwefel liegt. In diesem Fall verflüssigt sich der Schwefel. Indem sichergestellt wird, daß der Wärmetauscher einen Neigungswinkel mit der horizontalen Ebene bildet, kann der verflüssigte Schwefel abwärts in einen Sumpf fließen. In diesen konventionellen Schwefel-Kondensatoren fließt der flüssige Schwefel in Gleichstrom mit dem Gas nach unten.
Wenn diese Kondensierungstechnik verwendet wird, wird nicht der gesamte Schwefel aus dem zu behandelnden Gas entfernt. Dies liegt im wesentlichen an dem viel höheren Dampfdruck des Schwefels in flüssigem Zustand im Vergleich mit dem von Schwefel in festem Zustand. Im Fall von Schwefel in flüssigem Zustand ist der Dampfdruck um einen Faktor von etwa 10 höher. Mit Werten illustriert sinkt der Dampfdruck des Schwefels von 8,0 Pa bei 130ºC auf 0,7 Pa bei 100ºC.
Die in den konventionellen Schwefel-Kondensatoren und in den bekannten kalten Wärmetauschern auftretenden Probleme treten nicht auf, wenn das erfindungsgemäße Verfahren verwendet wird.
Die Erfindung betrifft ein einfaches kontinuierliches Verfahren zur Entfernung von Schwefel aus Gasströmen, die Schwefeldämpfe und/oder mitgerissene Schwefelteilchen enthalten.
Ohne sich auf eine spezielle Theorie festzulegen wird die folgende Erklärung für das erfindungsgemäße Verfahren gegeben:
Wenn ein zu behandelndes Gas in einen schrägen Wärmetauscher an dessen unterem Ende geleitet wird und dieses Gas mit einem Kühlmedium abgekühlt wird, wobei die Wand des Wärmetauschers eine Temperatur unter dem Erstarrungspunkt von Schwefel und über dem Taupunkt von Wasser, falls vorhanden, das in dem Gas vorhanden ist, aufweist - was alles erfindungsgemäß der Fall ist - wird erwartet, daß die folgenden Vorgänge stattfinden.
Der Schwefel wird auf der Wand in Form von festem, amorphen Schwefel oder flüssigem Schwefel abgesetzt - was alles von der Schwefelzufuhr aus der Gasphase abhängt. Der Schwefel in flüssiger Form wird langsam fest unter Bildung von im wesentlichen amorphem Schwefel. In Abhängigkeit von der Wechselwirkung zwischen der Temperatur des Gases und der Temperatur der Wand geht der amorphe Schwefel zuerst in Schwefel in der monoklinen Form über. Die Dichte von amorphem Schwefel, 1,92 g/cm³, ist deutlich über 2 % niedriger als die Dichte von monoklinem Schwefel. Bei weiterem Abkühlen bildet monokliner Schwefel nachfolgend rhombischen Schwefel. Dieser Phasenübergang wird wie oben erwähnt von einer relativ großen Volumenabnahme des kristallinen Schwefels begleitet. Als Resultat der oben beschriebenen Volumenänderungen lösen sich Schwefelkristalle von der Wand und fallen unter Einfluß der Schwerkraft aus dem Wärmetauscher.
Die Umkristallisation von amorphem Schwefel zu monoklinem Schwefel und dann zu rhombischem Schwefel läuft relativ langsam ab. Als Resultat daraus benötigt die Bildung des monoklinen und nachfolgend rhombischen Schwefels auf der kalten Wärmetauscher wand etwas Zeit. Insbesondere löst sich Schwefel in der rhombischen Kristallform durch Schrumpfen von der Wand und fällt dann ab. Normalerweise wird der ganze Wärmetauscher zuerst mit Schwefel bedeckt.
Wie bekannt ist, hat Schwefel in der festen Form eine starke Isolationswirkung. Dies trägt zu dem Umstand bei, daß Schwefel, der in direktem Kontakt mit der Wand ist, nicht durch das heiße Gas stark erwärmt wird, welches durch den Wärmetauscher geleitet wird, so daß dieser feste Schwefel die Temperatur der Wand annimmt und somit eher in die rhombische Form übergeht. Auf der anderen Seite der Schwefelschicht, die in Kontakt mit dem heißen Gas ist, etabliert sich ein stabiler Zustand, bei dem Schwefeldämpfe und Schwefelteilchen, die weiter abgetrennt werden sollen, nicht sublimieren (erstarren), sondern kondensieren. Dieser flüssige Schwefel mit einer Temperatur von etwa 114,5ºC fließt nach unten.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine effektive Schwefelabtrennung mittels einer Kombination von Erstarrung, Absetzen und Kondensation erreicht, wobei das Verfahren nur gelegentlich unterbrochen werden muß, um überschüssigen erstarrten Schwefel von dem Wärmetauscher zu entfernen, um so die vollständige Blockierung zu verhindern. Wenn die Temperatur des Gases, das den Wärmetauscher verläßt, auf über 120ºC ansteigt, wird nicht mehr der gesamte Schwefel auf der Wärmetauscherwand abgesetzt. Zur (automatischen) Steuerung der Kühlung des Wärmetauschers kann die Veränderung der Temperatur des austretenden Gases herangezogen werden.
Als Kühlmedium können Luft, Wasser oder jedes andere geeignete Medium verwendet werden. Erwärmte Kühlluft oder erwärmtes Kühlwasser können oft für andere Zwecke verwendet werden. Beispielsweise wird erwärmte Luft oft als Verbrennungsluft für einen thermischen oder katalytischen Nachbrenner verwendet.
In Abhängigkeit von dem verwendeten Kühlmedium und der Temperatur des Kühlmediums kann im Gleichstrom oder im Gegenstrom gekühlt werden. Wenn Außenluft als Kühlmedium verwendet wird, wird Kühlen im Gleichstrom eingesetzt, um zu vermeiden, daß die Wandtemperatur unter den Taupunkt von in dem zu behandelnden Gas vorhandenem Wasser, falls vorhanden, absinkt.
Wie oben konstatiert werden die Temperatur und/oder die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmediums so gewählt, daß der Taupunkt des Wassers des Prozeßgases nicht erreicht wird. Dies bedeutet, daß die Temperatur des Prozeßgases und der abkühlenden Wand mindestens so hoch bleiben sollen, daß keine Kondensation von Wasser auftritt. Es ist klar, daß dies in Hinsicht auf die Menge an Schwefel, die pro Zeiteinheit und per Flächeneinheit abgetrennt werden kann, Grenzen setzt. Es ist allerdings von kritischer Bedeutung, die Kondensation von Wasser zu verhindern.
In der Tat ist wohlbekannt, daß saure Gase und insbesondere SO&sub2; wasserlöslich sind und so ein Kondensat mit einem sehr hohen Säuregrad erzeugen können. Dieses Kondensat ist besonders korrosiv und erfordert säurebeständige und somit teure Baumaterialien. Zudem reagieren H&sub2;S und SO&sub2;, wobei beide Verbindungen in dem zu behandelnden Gas vorhanden sind, miteinander in der wäßrigen Phase unter Bildung von elementarem Schwefel. Dieser elementare Schwefel ergibt in Wasser eine kolloidale Lösung, die sogenannte Wackenroder Lösung, die nicht auf wirtschaftliche Weise verarbeitet werden kann.
Der Taupunkt des Wassers hängt von der Zusammensetzung und dem Druck des zu behandelnden Gases ab und ist leicht experimentell bestimmbar. Für Prozeßgas aus einer Claus-Anlage, das im allgemeinen etwa 30 Vol.% Wasserdampf enthält, beträgt der Taupunkt des Wassers etwa 70ºC bei atmosphärischem Druck.
Das Gas in dem erfindungsgemäßen Verfahren wird im wesentlichen auf eine Temperatur zwischen dem Taupunkt des Wassers und 120ºC abgekühlt, der Temperatur, bei der Schwefel flüssig wird.
Es ist bevorzugt, daß sichergestellt ist, daß die Wand eine Temperatur hat, die mindestens 2ºC über dem Taupunkt des Wassers liegt. Dieser Temperaturspielraum gleicht Schwankungen in der Zusammensetzung des zu behandelnden Gases und somit des Taupunkts von Wasser aus. Gleichzeitig liefert dieser Spielraum den Vorteil, daß die Kondensation von schwefliger Säure, H&sub2;SO&sub3;, deren Taupunkt genau über dem von Wasser liegt, verhindert wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist sichergestellt, daß die Wand des Wärmetauschers eine Temperatur von höchstens 95,5ºC aufweist. Möglicherweise geht monokliner Schwefel dann in die rhombische Form über.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann in geeigneter Weise durchgeführt werden, wenn das zu behandelnde Gas, welches zu dem Wärmetauscher geleitet wird, eine Temperatur zwischen 120ºC und 300ºC aufweist.
Im Prinzip kann das erfindungsgemäße Verfahren auf jedes Gas angewendet werden, in dem elementarer Schwefel vorhanden ist. Es ist allerdings praktisch, wenn ein größerer Anteil der Schwefelverbindungen bereits aus dem zu behandelnden Gas entfernt worden ist. Normalerweise kommt das zu behandelnde Gas aus einer Schwefelgewinnungsanlage.
Der in der vorliegenden Erfindung verwendete Wärmetauscher kann im wesentlichen jeder Wärmetauscher oder Sublimator sein, so lange das zu behandelnde Gas an der Unterseite eingebracht werden kann und der feste oder flüssige Schwefel unter Einfluß der Schwerkraft entnommen werden kann. In hohem Maße geeignet ist die Verwendung eines Rohr- oder Plattenwärmetauschers.
Ein solcher Rohr- oder Plattenwärmetauscher muß schräg angeordnet sein, wobei der Winkel mit der horizontalen Ebene vorzugsweise mehr als 45º beträgt.
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß der Rohr- oder Plattenwärmetauscher vertikal angeordnet ist.
Wenn ein Wärmetauscher verwendet wird, der vertikal angeordnete Rohre oder Platten umfaßt, wird die Abtrennung von Schwefel gefördert, wenn der Gasstrom durch den Wärmetauscher hindurch turbulent ist. Dies sorgt für optimalen Kontakt zwischen dem Gas und der Wand, die mit Schwefel bedeckt sein kann oder nicht.
Im allgemeinen muß sichergestellt sein, daß die Gasgeschwindigkeit ausreichend hoch ist, um eine Reynolds-Zahl größer als 2000 bis 3000 aufrecht zu erhalten. Eine zu hohe Gasgeschwindigkeit verhindert, daß der gebildete flüssige Schwefel aus dem Wärmetauscher unter Einfluß der Schwerkraft ausfließt, da sich der Gasstrom im Gegenstrom zu dem zu entnehmenden Schwefel bewegt.
Ein turbulenter Gasstrom ist für schräge Platten oder Rohre keine Vorbedingung. In diesem Fall kann die Gasströmung laminar sein, da der elementare Schwefel, der in dem Gasstrom vorhanden ist, die Wand in jedem Fall erreicht.
Zudem ist es vorteilhaft, wenn ein Wärmetauscher verwendet wird, dessen Wände eine absolute Rauheit von weniger als 0,05 mm aufweisen, da bei Umkristallisation zu der rhombischen Kristallform sich der Schwefel am leichtesten aus einem Wärmetauscher mit Wänden löst, die so glatt wie möglich sind.
Zur Vergrößerung der abkühlenden Oberfläche in einem Wärmetauscher können sich auf oder in der Wand des Wärmetauschers Vorsprünge befinden. Die Form dieser Vorsprünge ist nicht kritisch, so lange sichergestellt ist, daß Fragmente von festem Schwefel nicht blockiert werden, wenn sie unter dem Einfluß der Schwerkraft entfernt werden. Für erfindungsgemäße Zwecke zulässige Vorsprünge können beispielsweise spitz und abwärts gerichtet sein.
Das erfindungsgemäße Verfahren führt zu einer effektiven Schwefelabtrennung mittels einer Kombination aus Erstarrung, Absetzen und Kondensation. Dieses Verfahren wird im Prinzip kontinuierlich eingerichtet.
Es bleibt jedoch möglich, daß gelegentlich eine Störung auftritt. Wenn eine solche Störung zu Blockierungen führt, kann sie einfach und schnell entfernt werden. Die Kühlung des Wärmetauschers kann abgeschaltet werden oder ein Fluid mit hoher Temperatur kann durch das Kühlsystem geleitet werden, um sicherzustellen, daß der feste Schwefel in die flüssige Form übergeht und abfließen kann. Diese Stufe wird geeigneterweise in einer so kurzen Zeit wie möglich durchgeführt, damit es nicht nötig ist, das Schwefelentfernungsverfahren anzuhalten.
Wenn sich der feste Schwefel nicht von der Wand des Wärmetauschers löst, kann dieses Verfahren durch Erzeugen von Vibrationen an dem gesamten Wärmetauscher von Zeit zu Zeit mittels einer geeigneten Vibriervorrichtung beschleunigt werden.
Die Abmessungen und Form des Wärmetauschers sind nicht kritisch, solange ein Abstand zwischen den Wänden des Wärmetauschers verbleibt, daß sich ein stabiles Gleichgewicht einstellen kann, ohne zu Blockierungen zu führen.
Vorzugsweise werden Wärmetauscher, die in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden, aus korrosionsfesten Materialien hergestellt. Sehr geeignete Materialien sind Aluminium und rostfreier Stahl.
Die vorliegende Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, wobei:
Figur 1 eine Ausführungsform der Erfindung zeigt, in der ein vertikal angeordneter Wärmetauscher verwendet wird; und
Figur 2 eine andere Ausführungsform zeigt, in der ein geneigter Wärmetauscher verwendet wird.
In Figur 1 wird durch Leitung 1 Außenluft mittels Ventilator 2 angesaugt, der ausreichend Kühlluft im Gleichstrom mittels Leitung 3 durch Wärmetauscher 4 leitet.
Vorheizer 18 und/oder Wärmetauscher 17 liefern eine geeignete Lufteinlaßtemperatur der Kühlluft, um die Kondensation von Wasserdampf auf der Einlaßseite des Prozeßgases zu vermeiden.
Das zu kühlende Prozeßgas, welches Schwefeldämpfe und mitgerissene Schwefelteilchen enthält, wird durch Leitung 5 in Einlaßkammer 6 des Wärmetauschers 4 eingespeist.
Der kondensierte Schwefel wird durch Leitung 7 entnommen. Das Prozeßgas wird durch die Wärmetauscherrohre 8 zu der Auslaßkammer 9 geleitet, die wasserdampfbeheizte Spiralen 10 umfaßt. Die Auslaßkammer des Wärmetauschers umfaßt ein Heizelement, um die Ablagerung von festem Schwefel zu verhindern.
Das Prozeßgas verläßt Wärmetauscher 4 über Leitung 11, die mit einem wasserdampfbeheizten Mantel 12 versehen ist, zu dem Wasserdampf durch Leitung 13 geführt wird. Das Kondensat dieser Wasserdampfheizung wird durch Leitung 14 abgelassen.
Die Kühlluft fließt im Gleichstrom durch Wärmetauscher 4, wobei Unterteilungen 15 sicherstellen, daß eine angemessene Wärmeübertragung zwischen dem Kühlmedium und dem Prozeßgas stattfindet. Die erwärmte Luft verläßt Wärmetauscher 4 durch Leitung 16.
Die Menge an zuzuführender Kühlluft wird durch Regelventil 20 in einer solchen Weise geregelt, daß die erwärmte Kühlluft in Leitung 16 eine solche Temperatur hat, daß auch jegliche Kondensation von Wasser am Auslaß des Wärmetauschers 4 auf der Prozeßgasseite verhindert wird.
Der Luftvorheizer 18 kann verwendet werden, um den Wärmetauscher von erstarrtem Schwefel zu strippen, falls erforderlich. An diesem Ende wird Wasserdampf durch Leitung 19 in den Luftvorheizer 18 eingespeist und die Temperatur der Außenluft wird noch weiter erwärmt, bevor die Luft durch Wärmetauscher 4 geleitet wird.
Die in Figur 2 beschriebene Ausführungsform verwendet das Kühlen mit Kühlwasser als Kühlmedium, welches im Gegenstrom zu dem zu kühlenden Gas zugeführt wird.
Das zu kühlende Prozeßgas wird über Leitung 1 in Wärmetauscher 3 eingespeist und dann durch Leitungen 4 von Wärmetauscher 3 geleitet. Das Prozeßgas wird über Einlaßkammer 2 eingebracht, wo auch der kondensierte Schwefel über Leitung 7 entnommen wird. Das abgekühlte Gas verläßt den Wärmetauscher 3 über Auslaßkammer 5 und Leitung 8. Das Kühlwasser wird durch Leitung 9 zugeführt und mit Wärmetauscher 13 und Wasserdampfheizer 14 auf die geeignete Temperatur gebracht.
Das Kühlwasser bewegt sich unter der Führung von Prallelementen 6 an der Außenseite der Kühlrohre 4 entlang.
Die Kühlwassertemperatur der Einlaßleitung 10 und der Auslaßleitung 11 ist ausreichend hoch, um die Kondensation von Wasser in den Leitungen 4 zu vermeiden. Das Kühlwasser wird durch Leitung 12 abgelassen.
Die Kühlwasserdurchflußrate wird mit Ventil 15 geregelt, welches durch die Kühlwassertemperatur in Leitung 11 geregelt wird.
Unter Bezugnahme auf das Beispiel wird das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert.

Beispiel

Eine Menge an Prozeßgas, das aus einer Schwefelgewinnungsanlage kam, wurde in den in Figur 1 beschriebenen Wärmetauscher eingespeist. Dieses Gas in einer Menge von 884 kg/h hatte eine Temperatur von 138ºC, einen Absolutdruck von 1,1 bar und enthielt 1,0 kg/h Schwefeldämpfe und 1,7 kg/h mitgerissene Schwefelteilchen in Form von Tröpfchen. Als Kühlmedium wurde vorgeheizte Außenluft im Gleichstrom verwendet. Die Menge an Kühlluft betrug 2000 kg/h bei einer Einlaßtemperatur von 50ºC. Der Wärmetauscher umfaßte 33 glatte, vertikal angeordnete Aluminiumrohre mit einer Rohrlänge von 2,3 m und einem Innendurchmesser von 45 mm. Diese Bedingungen führten zu einem turbulenten Strömungsprofil mit einer Reynolds-Zahl von 11300. Die Temperatur der Rohrwand betrug 75ºC auf der Einlaßseite und 77ºC auf der Auslaßseite. Das Prozeßgas wurde somit auf 105ºC abgekühlt.
Die Menge an Kühlluft wurde in Abhängigkeit von der Auslaßtemperatur des Prozeßgases geregelt.
Von dem Schwefel, der in dem Prozeßgas in Form von Schwefeldämpfen und Schwefeltröpfchen vorhanden war, wurden 2,5 kg/h aus dem Prozeßgas entfernt, was 92 % des zugeführten Schwefels entspricht. Der größere Anteil dieses Schwefels floß von dem Wärmetauscher in Form von flüssigem Schwefel ab.
Der Wärmetauscher wurde alle drei Tage regeneriert. Hierfür wurde die Temperatur der Kühlluft mit Hilfe des Luftvorheizers auf 138ºC erwärmt. Während dieser 15 minütigen Regenerierungsprozedur wurde der in den Leitungen vorhandene feste Schwefel geschmolzen und entnommen.

Claims

1. Verfahren zum Entfernen von elementarem Schwefel, der in einem Gas in Form von Dämpfen und/oder mitgerissenen Teilchen vorhanden ist, bei dem das zu behandelnde Gas abgekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das zu behandelnde Gas in einen Wärmetauscher an dessen unterem Ende eingebracht wird, daß mit Hilfe der Temperatur und/oder der Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmediums sichergestellt ist, daß die Wand des Wärmetauschers eine Temperatur unter dem Erstarrungspunkt von Schwefel und über dem Taupunkt von in dem Gas vorhandenem Wasser, falls vorhanden, aufweist, so daß das Gas auf eine Temperatur zwischen dem Taupunkt des Wassers und 120ºC abgekühlt wird, und daß der abgesetzte Schwefel im Gegenstrom zu dem zu behandelnden Gas unter dem Einfluß der Schwerkraft entfernt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sichergestellt ist, daß die Wand eine Temperatur hat, die mindestens 2ºC über der Kondensationstemperatur des Wassers liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand eine Temperatur von höchstens 95,5ºC aufweist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zu behandelnde Gas eine Temperatur zwischen 120ºC und 300ºC aufweist.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zu behandelnde Gas von einer Schwefelgewinnungsanlage kommt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein rohr- oder plattenförmiger Wärmetauscher verwendet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der rohr- oder plattenförmige Wärmetauscher schräg angeordnet ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der rohr- oder plattenförmige Wärmetauscher vertikal angeordnet ist.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wärmetauscher verwendet wird, dessen Wände eine absolute Rauheit von weniger als 0,05 mm aufweisen.