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Verfahren zum Abscheiden von Schwefel in flüssiger Form Ein ioft angewandtes
Verfahren zur Abküblung von heißen Gasen Moder Dämpfen besteht darin, daß man in
den Gasen fein verteiltes Wasser zur Verdampfung bringt. Diese Arbeitsweise führt
verhältnismäßig leicht zum Ziel, wenn die zu erreichende Kühltemperatur beträchtlich
über dem Siedepunkt des Verdampfungsmittels liegt. Schwierigkeiten entstehen. aber,
wenn, die Gase auf eine in der Nähe der Siedetemperatur des eingespritzten Kühlmittels
liegende Temperatur heruntergekühlt werden müssen. Dies gilt beispielsweise, wenn
heiße, dampfförmigen Schwefel enthaltende Gase durch eingespritztes Wasser zur Abscheidung
von Schwefel in flüssiger Form auf eine Temperatur von etwa i5o° gebracht werden
sollen, wie es bei Gasen erforderlich ist, die bei der Oxydation von Schwefelwasserstoff
zu Schwefel erhalten werden. Auch wenn man das Wasser mit Hilfe von gut arbeitenden
Zerstäubungsdüsen aufs feinste verteilt und große Verdampfungs'-räume vorsieht,
gelingt es bei der Annäherung an solche niederen Temperaturen nicht mehr, das Wasser
restlos zu verdampfen. Man muß deshalb in diesen Fällen einen größeren Wasserüberschuß
anwenden und das nicht verdampfte Wasser auffangen und abführen. Dabei treten aber
oft solche Schwierigkeiten auf, daß sich die Anwendung des einfachen Einspritzverfährens
verbietet und zur Gaskü;lilung umständliche, indirekte Verfahren zu Hilfe genommen
werden müssen. Da die behandelten Gase meist Schwefeldioxyd in kleineren oder größeren
Mengen enthalten, das in Gegenwart von Wasser die Baustoffe der Vorrichtungen angreift,
ist @es nicht zulässig, daß an irgendeiner Stelle Wasserabscheidungen eintreten,
da sonst die Baustoffe zerstört würden. Auch muß die Wasserabscheidung deswegen
vermieden werden, weil der aus dem Gas abgeschiedene flüssige Schwefel in Berührung
mit dem Wasser erstarren und dadurch zu Verstopfungen führen würde. Besonders aber
ist die Abscheidung von flüssigem Wasser zu vermeiden, wenn die Oxydation des Schwefelwasserstoffs
katalytisch an zwei übereinander angeordneten Kontaktschichten erfolgt, zwischen
denen die Kühlung des Gases durch Einspritzen von Wasser. stattfinden soll. Hier
muß das Einspritzwasser restlos verdampfen, weil sonst Wasser auf die untere Kontaktschicht
auftreffen und diese schädigen würde.
Es wurde nun gefunden, daß
man beim Abscheiden von Schwefel in flüssiger Form aus den bei der Oxydation von
Schwefelwasserstoff zu Schwefel erhaltenen Gasen eii4 wirksame Kühlung mit Wasser
in kleinstem Raum ohne die geschilderten SchwierigkeiteÜ; erzielt, wenn man in die
Gase auf über i oo -, vorzugsweise auf ioo bis i30° erhitztes Wasser in solcher
Menge einspritzt, daß das Wasser praktisch vollständig verdampft.
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Da das Wasser zur Zerstäubung meistens durch enge Düsen gepreßt wird,
befindet es sich dann schon unter höherem Druck, und es ist infolgedessen meist
Bohne weiteres möglich, das Wasser auf Temperaturen über dem dem Gasdruck entsprechenden
Siedepunkt zu erhitzen. Wo Einspritzdüsen benutzt werden, in deren Wasserzuführungsleitung
kein oder ein zu geringer Überdruck vorhanden ist, muß unmittelbar vor die Düsen
ein Drosselventil. oder eine Stauscheibe eingebaut werden, um den notwendigen höheren
Druck hervorzurufen.
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Das Erhitzen des Wassers kann auf beliebige Weise erfolgen, auf indirektem
Wege mit Dampf oder Heizgasen oder direkt, indem in das Wasser unter Benutzung eines
geeigneten Mischers Dampf eingeführt wird. Falls in der Nähe der Einspritzung Dampfkessel
betrieben werden, so stehen oftmals in Form des Kesselspeisewassers oder des Kesselwassers
die gewünschten überhitzten Druckwässer zur Verfügung. Werden besondere Heizvorrichtungen
benutzt, so. richtet man diese in unmittelbarer Nähe der Einspritzung ein, um tunlichst
Temperaturverluste nach der überhitzung zu vermeiden.
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Stehen die zu kühlenden Gase unter normalem Gasdruck, so genügt es
in der Regel, wenn den Einspritzdüsen das zu verdampfende Wasser mit einer Temperatur
von i oo bis 13o° zugeführt wird. Während höhere Wassertemperaturen sich lediglich
dahin auswirken, da13 dann etwas größere Wassermengen verdampft werden müssen, bewirkt
die Unterschreitung der Siedetemperatur des Einspritzwassers sofort eine solche
Verlangsamung der Verdampfungsgeschwindigkeit, daß eine Kühlung der Gase auf niedere
Temperaturen, besonders unter aoo' nicht mehr möglich ist.
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Stehen die Gase unter Druck, dann müssen dem Gasdruck entsprechende
höhere Wassertemperaturen eingehalten werden. Umgekehrt können bei der Kühlung von
Gasen mit geringerem als Atmosphärendruck Wassertemperaturen unter l oo° benutzt
werden.
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Bei der Durchführung des Verfahrens bedient man sich mit Vorteil der
bekannten Maßnahmen zur Unterstützung der Verdampfung, die z. B. in der Benutzung
von feinst zerteilenden Zerstäubungsdüsen, er Anordnung einer Mehrzahl von Düsen,
dem Zerstäuben in verschiedene Richtungen innerhalb des Verdampfers bestehen.
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--:Durch das vorliegende Verfahren erhält 'li@än in jedem Falle eine
schnelle und wirk-' same Kühlung der Schwefel enthaltenden Gase in kleinstem Raum.
Auch in Fällen, in denen die Gase eine so hohe Temperatur aufweisen, beispielsweise
bei der Verbrennung schwefelwasserstoffreicher Gase mit freier Flamme, daß das eingespritzte
Wasser ,auch ohne überhitzung verdampfen würde, bewirkt die überhitzung eine so
beträchtlich schnellere Verdampfung, daß die Verdampferräume auf sehr kleine Inhalte
verkleinert und beträchtliche Ersparnisse an der Vorrichtung erzielt werden können.
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Weiter hat man gegenüber den bekannten Verfahren die Vorteile, daß
ein Angriff der Baustoffe vermieden wird, der durch die schwefelhaltigen Gase bei
Abscheidung von Wasser eintreten würde, und daß Verstopfungen durch Festwerden des
Schwefels vermieden werden.
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Beispiel Es sollen stündlich i o ooo m3 Clausofenkontaktgase von einer
Temperatur von 400 , die i i o g Schwefel im Kubikmeter (bei 400' gemessen) enthalten,
zur Abscheidung des gasförmigen Schwefels in flüssiger Form auf i 5o' gekühlt werden.
Die Gase werden zu diesem Zweck von oben nach. unten durch einen zylindrischen Verdampfer
voll 3 m Durchmesser und 41n Höhe geleitet. An der höchsten Stelle sind in den Verdampfer
von außen symmetrisch drei Wasserrohre eingeführt. Diese reichen jeweils bis nahezu
zur Verdampfermitte; auf jedes Rohr sind in gleichen Abständen je sechs Zerstäubungsdüsen
mit o,9 mm Sprühöffnung aufgeschraubt, jedoch so, daß die Mittellinie der Düsen
abwechselnd nach rechts und nach links um einen Winkel von 30° von der Senkrechten
nach unten absteht. Sämtliche Düsen werden vor dem Einbau sorgfältig auf feinste
Wasserzerstäubung eingestellt. Durch diese Düsen werden in den Verdampfer stündlich
9oo 1 Druckwasser von einer Temperatur von 12 5' eingespritzt.
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Das eingespritzte Wasser verdampft im Verdampferraum restlos. Die
Gase, die den Verdampfer unten über dem Verdampfersumpf verlassen, sind auf i 5o'
abgekühlt, sämtlicher zuvor gasförmige Schwefel ist zur flüssigen Phase kondensiert.
Von dem Schwefel schlägt sich etwa ein Drittel im Verdampfersumpf flüssig nieder
und wird aus diesem durch einen geheizten Überlauf ständig abgezogen; der Rest des
Schwefels wird in einem auf den Verdampferkühler folgenden
Elektrofilter
praktisch vollständig abgeschieden.
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Wird das Einspritzwasser unter sonst glei-' chen Bedingungen, aber
anstatt mit 1250 nur mit einer Temperatur von 9o0 in dem Verdampfer zerstäubt, so
beträgt die Temperatur der Gase beim Verlassen des Verdampfers 25o0, so daß noch
ein beträchtlicher Teil des Schwefels in der Gasphase verbleibt und in dem folgenden
Elektrofilter nicht restlos gewonnen werden kann. Außerdem treten im Verdampfersumpf
fortwährend Verkrustungen und Verstopfungen auf, weil das nicht verdampfte Wasser
sich im Verdampfersumpf ansammelt und Teile des Schwefels zum Erstarren bringt,
so daß es weder möglich ist, den Schwefel restlos zu gewinnen, noch einen geregelten
Betrieb aufrechtzuerhalten.