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Verfahren zur Abtrennung von Schwefelsäuredämpfen aus Gasen der Schwefelwasserstoffverbrennung
Bei der Verbrennung von Schwefelwasserstoff zu Schwefeldioxyd werden besonders bei
Gegenwart von Cyanwasserstoff und Naphthalin beträchtliche Mengen des Schwefelwasserstoffes
in Schwefeltrioxyd übergeführt.
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In einer großtechnisch betriebenen Schwefelwasserstoffverbrennungsanlage,
in welcher Schwefelwasserstoff aus einer Pottasche-Druckwäsche mit etwa 7o bis 75
Volumprozent HZS, 7 bis ro Volumprozent HCN und z g Naphthalin/Nm3 verbrannt wurde,
enthielt das Verbrennungsgas nach Abkühlung in einem Abbitzekessel auf 30o bis 450°C
neben 6 bis zo Volumprozent Schwefeldioxyd o,8 bis 1,3 Volumprozent Schwefeltrioxyd.
Bei der nachfolgenden Kühlung und Kondensation des Verbrennungswassers in mit Wasser
oder dünner Schwefelsäure berieselten Kühl- und Waschtürmen geht der größte Anteil
des Schwefeltrioxyds in das Waschwasser über, während der Rest des Schwefeltrioxyds
zur Bildung schwer kondensierbarer Nebel neigt. Da die heißen Verbrennungsgase bis
zu 12 Volumprozent Wasserdampf enthalten, kann das bei der Verbrennung entstehende
Schwefeltrioxyd bei einer Kühlung und Waschung der Gase mit Wasser nur in Form schwer
verwertbarer dünner Schwefelsäure gewonnen werden. Außerdem sind die dabei auftretenden
schwer kondensierbaren feuchten Schwefelsäurenebel meistens nur auf elektrostatischem
Wege zur Abscheidung zu bringen. Die Bildung von Schwefeltrioxyd bei der Verbrennung
stellt daher in diesen Fällen einen wirtschaftlichen Verlust dar.
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Bei der Kühlung und Waschung von Röstgasen, die gegenüber den Schwefelwasserstoffverbrennungsgasen
nur
wenig Wasser enthalten, ist es bekannt, die Gase mit Schwefelsäure von 62,5 bis
78 °% in einem ersten Turm und mit Säure von 16,4 bis 22,4 °f ° (15 bis 2o0 B6)
in einem zweiten Turm zu berieseln. Die von den Türmen ablaufenden Säuren haben
beim ersten Turm eine Temperatur von go bis iio°C, beim zweiten Turm 35 bis 45°C.
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Nach Kühlung gehen die Säuren auf den Turm zurück. Im ersten Turm
verdampft im wesentlichen Wasser aus der Säure, im zweiten Turm wird das Wasser
zum großen Teil wieder kondensiert. Es muß ständig verdünnte Säure vom zweiten Turm
zum ersten Turm übergeben werden und aus dem ersten Kreislauf ständig Säure abgestoßen
werden, damit konstante Betriebsbedingungen aufrechterhalten bleiben.
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Dieses Verfahren ist mit den sehr wasserhaltigen Schwefelwasserstoffverbrennungsgasen
ohne weiteres nicht durchführbar, da schon im ersten Turm verdünnte Schwefelsäure,
anstatt zu verdampfen, kondensieren kann.
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Auch die bekannte Kondensation von Schwefelsäure hinter einem Kontaktapparat
führte zu keiner brauchbaren Anweisung für die Abscheidüng von HZS04 Dämpfen aus
HZS-Verbrennungsgasen. Die hierfür nötige langsame Abkühlung erfordert verhältnismäßig
große Apparate aus einem Material, das über 140°C gegen hochkonzentrierte Säuren
beständig ist. Außerdem ist das Verfahren nur bis herab zu i Volumprozent S03 erprobt.
Sofern die Kühlung durch Berieselung mit Schwefelsäure in einmaligem Durchgang unterstützt
wird, muß diese Schwefelsäure mindestens 8o°/°ig sein, um ein Abschrecken der Gase
zu vermeiden. Außerdem wird nur mit der ein- bis dreifachen Menge des Kondensats
berieselt. Der Temperatur der Säure wird keine Bedeutung beigemessen. Bei der verhältnismäßig
kleinen Säuremenge bekommt man Temperaturen der ablaufenden Säure von weit über
140°C, was erhebliche Materialschwierigkeiten bereitet. Eine solche Berieselung
ist nur bei Gasen mit 4 und mehr Volumprozent 112 SO, beschrieben worden.
Es besteht deshalb kein Anreiz, das Verfahren auf H,S-Verbrennungsgase mit weniger
als i Volumprozent 112S04 zu übertragen.
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Es wurde nun gefunden, daß es nicht nur darauf ankommt, innerhalb
gewisser Temperatur- und Konzentrationsbereiche zu arbeiten, sondern daß eine Kühlung
von HZS-Verbrennungsgasen und Auswaschung des darin enthaltenen 112 S 04 Gehaltes
durch Berieseln mit im Kreislauf geführter Schwefelsäure möglich ist, ohne die Hauptmenge
des Wassers zu kondensieren.
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Um die Konzentration der Berieselungssäure immer auf gleicher Höhe
zu halten, macht man den Wasserdampfteildruck der Säure durch Regulierung der Temperatur
und der Konzentration gleich dem Wasserdampfpartialdruck des zu kühlenden Gases,
nachdem die nötige Menge Verdünnungswasser zur Bildung von Schwefelsäure der Kreislaufkonzentration
auskondensiert wurde. Dadurch erspart man einen besonderen Wasserzusatz. Wählt man
die Temperatur der Kreislaufsäure höher als etwa 85°C und die Konzentration zwischen
62,5 und 78 °/°, so ist die Abscheidung des Schwefeltrioxyds aus dem Gas fast vollständig.
Im folgenden wird das Verfahren an Hand zweier Beispiele erläutert.
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Beispiel i Das H,S-Verbrennungsgas enthält 6,o6 Volumprozent S02,
o,67 Volumprozent 112 S04 und 7,37 VOlUmprozent H20. Berieselt man dieses Gas mit
78°/°iger Schwefelsäure, so kondensiert man zweckmäßig aus ioo Volumteileri dieses
Gases o,67 Volumteile HIS04 und
Volumteile 11z0 zu 78°/°iger Säure. Das Gas enthält dann noch in ioo -1,o3 - o,67
= 98,3 Teilen 7,37 - 1,03 = 6,34 Volumteile H20. Dies sind 6,45 Volumprozent,
entsprechend einem Partialdruck von 49 Torr. Dieser wird von 78°/°iger Schwefelsäure
bei 118,7°C erreicht.
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Das 400°C heiße Gas wird unten in einen Turm geleitet und tritt aus
diesem Turm mit etwa iig°C aus. Der Turm wird mit Schwefelsäure von 78 °/° berieselt,
die Temperatur der auf den Turm gegebenen Säure beträgt, wie oben errechnet, 118,7°C.
Das oben abziehende Gas enthält entsprechend dem Wasserdampfpartialdruck der aufgegebenen
Säure 6,45 Volumprozent H20. Entsprechend der im vorigen Absatz durchgeführten Berechnung
muß die vom Turm ablaufende Säure aus Gründen der Mengenbilanz die gleiche Konzentration
haben wie die aufgegebene. Ihre Menge ist jedoch um den Betrag der abgeschiedenen
78°/°igen Säure größer. Dieser Betrag wird kontinuierlich abgestoßen, so daß die
aufgegebene Menge der Säure immer gleich groß ist.
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Die Säure nimmt den Wärmeinhalt des Gases zwischen 400 und i2o°C und
die Kondensationswärme der abgeschiedenen 78°/°igen Schwefelsäure auf. Die Säure
läuft deshalb heißer als 118,7°C vom Turm ab. Die umgepumpte Säuremenge wird so
gewählt, daß diese Temperaturdifferenz etwa io°C beträgt, damit die Säuretemperatur
nicht zu hoch wird. In einem Kühler wird die Säure dann wieder auf ii8,7° C gekühlt.
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Innerhalb der Türme liegen die Verhältnisse so, daß im unteren Teil
des Turmes ständig Wasser aus der Säure verdampft und im oberen Teil ständig Wasser
kondensiert. Dadurch wird der Wärmeaustausch zwischen Gas und Säure sehr begünstigt.
Die Temperatur der Säure nimmt von oben nach unten ständig zu. Die Konzentration
nimmt von oben nach unten zunächst infolge der Kondensation des im unteren Turmteil
verdampften Wassers ab. Die Temperaturzunahme erfolgt schnell. Bald kommt die Kondensation
zum Stillstand und geht in eine Verdampfung über, die Säure wird wieder konzentriert,
die Temperatur steigt nur noch wenig. Diese Temperatur- und Konzentrationsverteilung
stellt sich so ein, daß entsprechend der Mengen- und Wärmebilanz eine Säure von
78()/, mit einer Temperatur von etwa i--9'C abfließt. Die abfließende Säure ist
also nicht im Gleichgewicht mit dem eintretenden Gas.
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Beispiel 2 Das Schwefelwasserstoffverbrennungsgas hat folgende Zusammensetzung:
g,go Volumprozent S02,
0,70 Volumprozent 112S04 und 11,31 Volumprozent 11z0.
Es wird mit 630%iger .Säure berieselt. Das den
Turm verlassende
Gas hat demnach einen Wassergehalt
| von 11,31 - 37 - 98 - 0'7 = 11,31 -2,24
= 9,07 Volum- |
| 63. 18 |
| teile in 100 - 2,24 - 0,7 = 97,o6 Volumteilen oder |
9,35 °%. Dies entspricht einem Partialdruck von 71,o Torr.
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Die zugehörige Säuretemperatur ist 83°C. Die umgepumpte Säuremenge
kann in diesem Fall kleiner als im Beispiel i sein, da eine Erwärmung um 40°C ohne
weiteres zugelassen werden kann. Der Säurekühler ist so bemessen, daß eine Kühlung
der aufzugebenden Säure auf 83°C gewährleistet ist. Die übrigen Verhältnisse entsprechen
denen des Beispiels 1.
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Die weitere Aufarbeitung dieses Gases auf Kontaktschwefelsäure kann
ohne Zwischenschaltung eines elektrostatischen Naßfilters erfolgen, ohne daß nebelnde
Endgase auftreten.