DE968066C

DE968066C - Process and device for the production of sulfur dioxide

Info

Publication number: DE968066C
Application number: DEK21320A
Authority: DE
Inventors: Karl Lucas
Original assignee: Heinrich Koppers GmbH
Current assignee: Heinrich Koppers GmbH
Priority date: 1954-03-02
Filing date: 1954-03-02
Publication date: 1958-01-16

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Schwefeldioxyd Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Schwefeldioxyd durch Verbrennung von elementarem Schwefel mit Sauerstoff (Luft), wobei die Verbrennungsluft in Form von Primär-und Sekundärluft der Verbrennungseinrichtung zugeführt wird.Method and apparatus for producing sulfur dioxide The invention relates to a process for the production of sulfur dioxide by burning elemental Sulfur with oxygen (air), the combustion air in the form of primary and Secondary air is supplied to the combustion device.

Ein großer Teil der industriell erzeugten Schwefelsäure wird so hergestellt, daß man Schwefeldioxyd an geeigneten Katalysatoren zu Schwefeltrioxyd oxydiert, welches anschließend in Wasser bzw. verdünnter Schwefelsäure bis zur gewünschten Konzentration gelöst wird. Das Schwefeldioxyd stammt dabei zum Teil aus sulfidischen Erzen, insbesondere Eisenerzen, aus denen es durch Rösten gewonnen wird. Es ist aber auch möglich, elementaren Schwefel in geeigneten Einrichtungen zu Schwefeldioxyd zu verbrennen. Nachdem in der Technik der nassen Gasreinigung die Gewinnung von elementarem Schwefel in größtem Umfange realisiert worden ist, steht in diesem Schwefel eine wohlfeile Ouelle für die Herstellung von Schwefeldioxyd zur Verfügung.A large part of the industrially produced sulfuric acid is produced in such a way that sulfur dioxide is oxidized to sulfur trioxide on suitable catalysts, which then in water or dilute sulfuric acid up to the desired Concentration is resolved. The sulfur dioxide comes partly from sulphidic substances Ores, especially iron ores from which it is obtained by roasting. It is but also possible to convert elemental sulfur to sulfur dioxide in suitable facilities to burn. After the extraction of elemental sulfur has been realized to the greatest extent, is in this sulfur an inexpensive source for the production of sulfur dioxide is available.

Für die katalytische Oxydation des Schwefeldioxydes zu Schwefeltrioxyd ist von ausschlaggebender Bedeutung, daß das Schwefeldioxydgas keinen elementaren Schwefel in sublimierter Form enthält. Ein solcher Schwefelanteil würde die für die Oxydation zu Schwefeltrioxyd benutzten Kontakte nach kurzer Zeit unbrauchbar machen. Es existiert deshalb in der einschlägigen Technik das Problem, ein von feinstem Schwefel praktisch völlig freies Schwefeldioxyd durch Verbrennung von elementarem Schwefel mit Luft zu erzeugen.For the catalytic oxidation of sulfur dioxide to sulfur trioxide It is of vital importance that the sulfur dioxide gas does not contain any elemental Contains sulfur in sublimed form. Such a sulfur content would be the for the oxidation to sulfur trioxide used contacts after a short time unusable do. There is therefore a problem in the relevant technology, one of the finest Sulfur practically completely free sulfur dioxide by burning elemental To generate sulfur with air.

Man hat zu diesem Zweck bereits versucht, die für die Verbrennung notwendige Luft - die immer in einem Überschuß angewendet wird, der zwischen 50 und iooo/o beträgt - in zwei Teilströme aufzuteilen, von denen der erste Teilstrom zum Verblasen und zur ersten Reaktion mit dem verflüssigten Schwefel dient, während der zweite Teilstrom der Verbrennungsluft erst mit dem heißen Reaktionsgemisch aus der primären Umsetzung in Berührung gebracht wird.For this purpose, attempts have already been made to divide the air necessary for combustion - which is always used in an excess of between 50 and 100% - into two partial flows, of which the first partial flow is for blowing and for the first reaction with the liquefied sulfur is used, while the second partial flow of the combustion air is only brought into contact with the hot reaction mixture from the primary conversion.

Es ist auch schon vorgeschlagen worden, den Sekundärstrom in mehrere Teilströme aufzuteilen und diese Teilströme nacheinander wirksam werden zu lassen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß auch dann noch ein Restgehalt von Schwefel im Gas von io und mehr mg je m3 nicht zu vermeiden ist, es sei denn, daß man die Aufteilung der Sekundärluft in Teilströme und die Art der Zuführung der Teilströme in der Weise vornimmt, wie sie Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist.It has also been proposed to divide the secondary stream into several Divide partial flows and let these partial flows take effect one after the other. However, it has been shown that even then there is still a residual content of sulfur in the gas of 10 and more mg per m3 is unavoidable unless the division the secondary air in partial flows and the type of supply of the partial flows in the way performs as it is the subject of the present invention.

Es wurde nämlich gefunden, daß man ein praktisch von elementarem Schwefel freies Schwefeldioxydgas dadurch erzeugen kann, daß das Mengenverhältnis der Primärluft zur gesamten Sekundärluft etwa 1 :3 bis 1 :4 beträgt und daß die beiden Teilströme der Sekundärluft in einem Mengenverhältnis von 1 : 7 bis 1 :14 stehen und der kleinere Teilstrom Sekundärluft direkt in die durch die Verbrennung des Schwefels mit der erwärmten Primärluft entstehende Flamme eingeblasen, der größere Teilstrom der Sekundärluft jedoch erst dann dem heißen Reaktionsgemisch beigemischt wird, wenn das Reaktionsgemisch eine heiße Zone von solchen Abmessungen durchlaufen hat, daß der Sauerstoffgehalt der bis dahin zugeführten Primär-und Sekundärluft praktisch vollständig verbraucht ist.Namely, it has been found that one practically consists of elemental sulfur can generate free sulfur dioxide gas that the quantitative ratio of the primary air to the total secondary air is about 1: 3 to 1: 4 and that the two partial flows the secondary air in a proportion of 1: 7 to 1: 14 and the smaller Partial flow of secondary air directly into the through the combustion of the sulfur with the heated primary air, the resulting flame is blown in, the larger part of the secondary air flow however, the hot reaction mixture is only added when the reaction mixture has passed through a hot zone of such dimensions that the oxygen content the primary and secondary air supplied up to that point are practically completely used up is.

Es hat sich herausgestellt, daß der Schwefelgehalt des Schwefeldioxydgases bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens unter einem auch mit feinen analytischen Methoden meßbaren Wert gehalten werden kann.It has been found that the sulfur content of the sulfur dioxide gas when using the method according to the invention under a also with fine analytical Methods measurable value can be kept.

Das erfindungsgemäße Verfahren besteht also im wesentlichen darin, daß die dreistufige Schwefelverbrennung unter bestimmten Volumverhältnissen der verschiedenen Luftströme durchgeführt wird, wobei die zweite Reaktionsstufe, in der der erste Teilstrom der Sekundärluft zur Wirkung kommt, nur eine verhältnismäßig geringfügige Schwefelverbrennung bewirkt. Das Hauptgewicht der Schwefelverbrennung liegt bei der ersten Stufe, in der die Primärluft zur Wirkung kommt, und der dritten Stufe, in welcher die restlose Verbrennung des Schwefels bewirkt wird. Wichtig ist dabei, daß die Einführung des zweiten Sekundärluftstromes in das heiße Reaktionsgemisch in einem nicht zu kleinen Abstand von der Mündung der Verbrennungsdüsen erfolgt, damit das Reaktionsgemisch Gelegenheit hat, zu reagieren und ein gewisses Temperaturgleichgewicht anzunehmen.The method according to the invention essentially consists in that the three-stage sulfur combustion under certain volume ratios of the different air currents is carried out, the second reaction stage, in that the first partial flow of the secondary air comes into effect, only one proportionately causes minor sulfur burn. The main weight of sulfur burning is at the first stage, in which the primary air comes into effect, and the third Stage in which the complete combustion of the sulfur is effected. Important is while that the introduction of the second secondary air stream into the hot reaction mixture takes place at a not too small distance from the mouth of the combustion nozzles, so that the reaction mixture has the opportunity to react and a certain temperature equilibrium to accept.

Die Zufuhr des ersten Sekundärluftstromes erfolgt zweckmäßigerweise in unmittelbarer Nähe des Mundstückes der Düse, durch die der flüssige Schwefel mit der Primärluft in den Reaktionsraum eingeblasen wird. Der zweite Teilstrom der Sekundärluft kann hingegen auf verschiedene Weise in das heiße Reaktionsgemisch eingeführt werden. So ist es beispielsweise möglich, in einem gewissen Abstand von der Mündung der Verbrennungsdüsen einen Hohlring vorzusehen, der den Strom des heißen Reaktionsgemisches umfaßt und der schräg gerichtete Düsen aufweist, durch die der zweite Sekundärluftstrom unter einem gewissen Winkel in das heiße Reaktionsgemisch eingeblasen werden kann.The first secondary air flow is expediently supplied in the immediate vicinity of the mouthpiece of the nozzle through which the liquid sulfur is blown into the reaction chamber with the primary air. The second substream of the Secondary air, on the other hand, can get into the hot reaction mixture in different ways to be introduced. So it is possible, for example, at a certain distance from the mouth of the combustion nozzles to provide a hollow ring that the flow of the hot Comprises reaction mixture and has obliquely directed nozzles through which the second secondary air stream at a certain angle into the hot reaction mixture can be blown in.

Es ist aber auch möglich, die aus feuerfestem Material bestehenden Wände der Reaktionskammer mit parallel zur Achse der Kammer verlaufenden Gaskanälen zu versehen, durch die der zweite Sekundärluftstrom geführt wird, wobei die Einmündung der Gaskanäle in den Reaktionsraum bzw. eine diesem Reaktionsraum nachgeschaltete Kammer so erfolgt, daß die Sekundärluft sich mit dem heißen Reaktionsgemisch vermischen kann. Die zuletzt beschriebene Ausführungsform hat noch den Vorteil, daß einerseits eine Vorwärmung des zweiten Sekundärluftstromes und andererseits eine Kühlung der Reaktionsraumwände erfolgt.But it is also possible to use those made of refractory material Walls of the reaction chamber with gas channels running parallel to the axis of the chamber to provide through which the second secondary air flow is passed, the confluence the gas channels in the reaction space or a downstream of this reaction space Chamber takes place in such a way that the secondary air mixes with the hot reaction mixture can. The embodiment described last has the advantage that on the one hand a preheating of the second secondary air flow and on the other hand a cooling of the Reaction chamber walls takes place.

In den Abbildungen sind Einrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens näher erläutert.In the figures are devices for carrying out the invention Procedure explained in more detail.

Abb. i zeigt einen Schnitt durch eine Verbrennungseinrichtung, bei der der zweite Teilstrom der Sekundärluft durch einen gesonderten Verteilerring zugeführt wird; Abb. 2 und 3 zeigen eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung, bei der der zweite Teilstrom der Sekundärluft durch das feuerfeste Mauerwerk der Reaktionskammer geführt wird.Fig. I shows a section through a combustion device at the second partial flow of the secondary air through a separate distributor ring is fed; Figs. 2 and 3 show another embodiment of the invention Device in which the second partial flow of the secondary air flows through the refractory Masonry of the reaction chamber is performed.

Innerhalb eines Kanals i aus feuerfestem Mauerwerk 2 ist ein keramischer Einsatzkörper 3 angeordnet, der eine sich konisch erweiternde Bohrung 4 aufweist, derart, daß sich diese konische Bohrung zu dem Raum i hin öffnet. Am zulaufenden Ende der konischen Bohrung ist ein zylindrischer Ansatz 5 vorgesehen, in welchen der Düsenkopf 6 einer Verbrennungsdüse 7 eingepaßt ist. Die Verbrennungsdüse 7 besteht aus einem Mantel 8, der sich nach hinten verjüngt. Der flüssige Schwefel wird durch Leitung 9 zugeführt und wird anschließend von der durch Leitung io zugeführten Primärluft erfaßt und zu dem Düsenkopf i i geführt, wo eine feine Zerstäubung des Schwefels mit der Primärluft stattfindet. Zu Beginn des Prozesses wird das primäre Gemisch aus vorgewärmter Primärluft und feinverteiltem Schwefel durch ein äußeres Zündmittel gezündet. Wenn die Verbrennung einmal eingesetzt hat, so reißt sie unter normalen Umständen nicht mehr ab. Die Sekundärluft wird der Einrichtung in zwei Teilströmen zugeführt. Der eine, kleinere Teilstrom gelangt durch Leitung 12 in die Düse 7 und verläßt diese durch Öffnungen 13. Innerhalb des konischen Raumes findet dann eine Einmischung der durch die Öffnungen 13 eingeblasenen Sekundärluft mit dem primären Reaktionsgemisch unter weiterer Verbrennung des Schwefels statt. Der größere Teilstrom der Sekundärluft wird aber durch einen in dem Mauerwerk vorgesehenen Kanal 14 einem Metallring 15 zugeführt, der schräg einwärts gerichtete Düsen 16 aufweist, durch die der zweite Teilstrom der Sekundärluft in einer gewissen Entfernung von dein Ring 15 in das bisher entstandene heiße Reaktionsgemisch geleitet wird. Die Länge des konischen Raumes sowie der Neigungswinkel der Verteilerdüsen 16 sind so zu bemessen, daß das Reaktionsgemisch infolge vollständigen Verbrauches des Sauerstoffs seinen maximalen Temperaturbereich hat, wenn der zweite Teilstrom der Sekundärluft zur Einwirkung gelangt.Inside a channel i made of refractory masonry 2 is a ceramic one Insert body 3 arranged, which has a conically widening bore 4, such that this conical bore opens towards the space i. At the tapering At the end of the conical bore a cylindrical extension 5 is provided in which the nozzle head 6 of a combustion nozzle 7 is fitted. The combustion nozzle 7 consists from a jacket 8 which tapers towards the rear. The liquid sulfur is through Line 9 is supplied and is then supplied by the primary air supplied through line io detected and led to the nozzle head i i, where a fine atomization of the sulfur takes place with the primary air. At the beginning of the process it becomes the primary mixture from preheated primary air and finely divided sulfur by an external ignition agent ignited. Once the combustion has started, it ruptures under normal conditions Circumstances no longer depend. The secondary air is delivered to the facility in two partial flows fed. The one, smaller partial flow passes through line 12 into the nozzle 7 and leaves this through openings 13. Inside the conical space there is then one Mixing of the secondary air blown in through the openings 13 with the primary Reaction mixture takes place with further combustion of the sulfur. The larger part of the stream the secondary air is however through one in the Masonry provided Channel 14 is fed to a metal ring 15, the nozzles 16, which are directed obliquely inward has, through which the second partial flow of the secondary air at a certain distance from your ring 15 is passed into the previously produced hot reaction mixture. The length of the conical space and the angle of inclination of the distribution nozzles 16 are to be dimensioned so that the reaction mixture as a result of complete consumption of oxygen has its maximum temperature range when the second partial flow of the secondary air comes into effect.

In Abänderung der Ausführungsform gemäß Abb. i kann man die Zuleitung des zweiten Teilstromes der Sekundärluft auch durch Kanäle 2o bewirken, die in dem feuerfesten Mauerwerk vorgesehen sind und am rückwärtigen Ende in einen ringförmigen Sammelkanal 21 einmünden, dem die Sekundärluft durch Leitung 22 zugeführt wird. An dem vorderen Ende der Verbrennungseinrichtung sind diese im Mauerwerk vorgesehenen Kanäle, wie bei 23 angedeutet, so nach innen gebogen, daß der zweite Teilstrom der Sekundärluft unter einem gewissen Winkel auf das heiße Reaktionsgemisch aus der bisherigen Umsetzung stößt. Beispiele In der in Abb. i beschriebenen Einrichtung wurde eine Schwefelverbrennung auf folgende Weise durchgeführt: Durch die Verbrennungsdüse wurden stündlich 49 kg geschmolzenen Schwefels, dessen Temperatur i55° betrug, mit 50 m3 Primärluft von 17o° verblasen. Mit der Primärluft wurden gleichzeitig io m3 Luft durch die Sekundärluftdüsen des Brenners und 140 m3 Luft durch die Düsen des hohlen Blechringes in das heiße Reaktionsgemisch eingeführt. Die Temperatur der Sekundärluft betrug 35°. In dem Reaktionsraum herrschte ein leichter Überdruck von etwa ioo mm WS. Es ergab sich ein Verbrennungsgas, dessen Schwefeldioxydgehalt im Mittel 11,6 Volumprozent betrug. Der Schwefelgehalt im Abgas wurde mit o,22 mg je Nm3 bestimmt, wobei noch zu sagen ist, daß nicht mit völliger Sicherheit festgestellt werden konnte, ob der Betrag von o,22 mg ausschließlich elementaren Schwefel umfaßt. Es steht zu vermuten, daß ein "feil dieses Betrages auf nicht verbrennbare Verunreinigungen des Ausgangsschwefels entfällt.In a modification of the embodiment according to Fig. I, the supply of the second partial flow of secondary air can also be effected through ducts 2o which are provided in the refractory masonry and open at the rear end into an annular collecting duct 21, to which the secondary air is fed through line 22. At the front end of the combustion device, these channels provided in the masonry, as indicated at 23, are bent inward so that the second partial flow of the secondary air encounters the hot reaction mixture from the previous reaction at a certain angle. Examples In the device described in Fig. I, sulfur combustion was carried out in the following way: 49 kg of molten sulfur, the temperature of which was 155 °, were blown hourly through the combustion nozzle with 50 m3 of primary air at 170 °. At the same time as the primary air, 10 m3 of air were introduced into the hot reaction mixture through the secondary air nozzles of the burner and 140 m3 of air through the nozzles of the hollow sheet metal ring. The temperature of the secondary air was 35 °. A slight excess pressure of about 100 mm water column prevailed in the reaction space. The result was a combustion gas with an average sulfur dioxide content of 11.6 percent by volume. The sulfur content in the exhaust gas was determined to be 0.22 mg per Nm3, although it should also be said that it could not be ascertained with complete certainty whether the amount of 0.22 mg only includes elemental sulfur. It can be assumed that a part of this amount is due to non-combustible impurities in the starting sulfur.

Bei einem anderen Arbeitsgang wurden stündlich 66 kg Schwefel umgesetzt. Die Menge Primärluft blieb mit 5o,9 m3 je Stunde im wesentlichen unverändert, jedoch wurde der Anteil Sekundärluft, der durch die Verbrennungsdüsen eingegeben wurde, auf 30 m3 je Stunde und der zweite Strom Sekundärluft auf 200 m3 je Stunde erhöht. Im Abgas war ein Schwefeldioxydgehalt von 16 Volumprozent feststellbar. Der Gehalt des Abgases an elementarem Schwefel lag unter der Meßbarkeitsgrenze der verwandten Analysenapparatur.In another operation, 66 kg of sulfur per hour were converted. The amount of primary air remained essentially unchanged at 50.9 m3 per hour, but the proportion of secondary air that was entered through the combustion nozzles was increased to 30 m3 per hour and the second flow of secondary air to 200 m3 per hour. A sulfur dioxide content of 16 percent by volume was detectable in the exhaust gas. The elemental sulfur content of the exhaust gas was below the measurability limit of the analytical apparatus used.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Process for the production of sulfur dioxide by combustion of elemental sulfur with air which is supplied to the combustion device as primary and secondary air, the sulfur being sprayed in a molten state from the primary air into the combustion device and the secondary air being divided into two partial flows, characterized in that, that the ratio of the primary air to the total secondary air is about 1: 3 to 1: 4 and that the two partial flows of the secondary air are in a ratio of about 1: 7 to I: 14 and the smaller partial flow of the secondary air is fed directly into the through the combustion of the sulfur With animal-heated primary air, the resulting flame is blown in, but the second, larger partial flow of secondary air is only added to the hot reaction mixture when the reaction mixture has passed through a hot zone of such dimensions that the oxygen content of the primary and secondary air supplied up to that point is practically completely v is consumed.

2. Device for Implementation of the method according to claim i, characterized in that for the Feeding the second secondary air partial flow into the flow of the hot reaction mixture at a distance from the mouth of the combustion nozzle enclosing a hollow ring (15) is provided, the outlet nozzles (16) pointing in the direction of the flow for the second secondary air.

3. Apparatus for carrying out the method according to claim i, characterized in that in the walls (3) of the reaction chamber (4) made of refractory material, channels are provided parallel to the axis of the chamber, which open into the post-combustion chamber (i) that the secondary air is mixed with the hot reaction mixture. Documents considered: German Patent No. 186 332; British Patent No. i 18 097; U.S. Patent No. 1,464,527; U 11 mann, Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol. 1, 1934 pp. 18I and 183; A. F air 1 ie, "Sulfuric Acid M anuf acture", 1936, pp. 96, 133, 536 and 537; Guide -to Modern Practice in S, ulphur Burning, 1954 p. 114 and 115.