DE102006006460A1

DE102006006460A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Verbrennung von Schwefel

Info

Publication number: DE102006006460A1
Application number: DE102006006460A
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Dipl.-Ing. Daum; Wolf-Christoph Rauser; Wolfram Schalk
Original assignee: Outokumpu Oyj; Outokumpu Technology Oyj
Current assignee: Metso Outotec Oyj
Priority date: 2006-02-10
Filing date: 2006-02-10
Publication date: 2007-08-30
Also published as: WO2007090671A3; CN101378986B; ES2381620T3; US8043597B2; WO2007090671A2; US20090068088A1; CA2640764A1; CA2640764C; PL1981809T3; EP1981809B1; EP1981809A2; ATE534609T1; CN101378986A

Abstract

Bei Verbrennung von Schwefel mit Luft zur Erzeugung von Schwefeldioxid wird Schwefel in einem ersten Abschnitt des Verbrennungsofens mit stöchiometrischem Sauerstoffunterschuss verbrannt. Das im ersten Abschnitt gebildete Schwefeldioxid und unverbrannter Schwefel werden einem an den ersten Abschnitt angrenzenden zweiten Abschnitt des Ofens zugeführt, in dem sie mit Luft nachverbrannt werden. Hierdurch wird eine stickoxidfreie Herstellung von schwefeldioxidhaltigem Gas ermöglicht.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbrennung von Schwefel mit sauerstoffhaltigen Gasen, insbesondere Luft, zur Erzeugung von Schwefeldioxid, wobei einem Ofen Schwefel und Verbrennungsluft zugeführt werden und wobei der Schwefel in einem ersten Abschnitt des Ofens mit stöchiometrischem Sauerstoffunterschuss verbrannt wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Schwefeldioxid dient vornehmlich zur Herstellung von Schwefelsäure und wird im Allgemeinen durch das Abrösten/Schmelzen schwefelhaltiger Erze oder durch die Verbrennung von elementarem Schwefel erzeugt. Die Verbrennung erfolgt in der Regel mit atmosphärischer Luft, es werden aber auch mit Sauerstoff angereicherte Luft oder sogar reiner Sauerstoff eingesetzt. Die Verwendung von reinem Sauerstoff ist in der Schwefelverbrennung aus Kostengründen jedoch meistens nicht sinnvoll. Schwefel selbst wird heutzutage fast ausschließlich in flüssiger Form eingesetzt und im Allgemeinen auch flüssig angeliefert und zwischengelagert. Der flüssige Schwefel wird dem Verbrennungsofen mit Temperaturen von 140 bis 150°C zugeführt, bei denen seine Viskosität niedrig genug ist, um ein Einsprühen über Düsen zu ermöglichen. Um die Verbrennung zu optimieren, wird der flüssige Schwefel im Ofen zerstäubt und gut mit der Verbrennungsluft durchmischt.
Das Verbrennen von Schwefel erfordert gleiche Molmengen von Schwefel und Sauerstoff. Mit Umgebungsluft, die 20,95 Vol.-% O₂ enthält, lässt sich somit bei stöchiometrischer Verbrennung von Schwefel theoretisch ein SO₂-Gas mit maximal 20,5 Vol.-% SO₂ erhalten. Um eine vollständige Verbrennung des Schwefels zu gewährleisten, wird üblicherweise Luft im Überschuss zugeführt. Damit können Probleme durch unverbrannten Schwefel, der in kälteren Teilen der Anlage kondensiert und sich ablagert, vermieden werden. Die überstöchiometrische Verbrennung ist bspw. in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5. Auflage, 1994, Vol. A25, S. 574 f. beschrieben. Die Verbrennung erfolgt in einem horizontal angeordneten zylindrischen Ofen, der feuertest ausgemauert ist und ein an seiner Stirnseite zentral angeordnetes Brennersystem aufweist. Der flüssige Schwefel wird zerstäubt und mit der Verbrennungsluft vermischt und verbrennt in Abhängigkeit von der gewünschten Schwefeldioxidkonzentration bei Temperaturen von 600 bis 1.600°C. An den Schwefelofen schließt sich ein Abhitzekessel an, bevor das Gas einer Schwefelsäurekontaktanlage zugeführt wird. Der Konverter der Kontaktanlage arbeitet in der Regel mit Schwefeldioxideingangskonzentrationen von 10 bis 12 Vol.-%, die ggf. über weitere Ausrüstungen eingestellt werden muss.

Auch die EP 0 762 990 B1 beschreibt die überstöchiometrische Verbrennung von Schwefel.

Bei Verbrennungstemperaturen oberhalb von 1.100°C nimmt die Bildung von Stickoxiden (NO_x) stark zu, auch wenn aufgrund der höheren Schwefeldioxidkonzentration weniger freier Sauerstoff zur Stickoxidbildung zur Verfügung steht. Erst oberhalb einer Schwefeldioxidkonzentration von 18 Vol.-% nimmt die NO_x-Bildung wegen des fehlenden Sauerstoffs wieder ab. Die Bildung von Stickoxiden begrenzt daher die Vorheizung der Verbrennungsgase in herkömmlichen Schwefelverbrennungssystemen, da die Verbrennungstemperatur ansteigt. Dies beeinträchtigt die Wirtschaftlichkeit der Anlagen.

Um Gase mit hohen Schwefeldioxidkonzentrationen und sehr niedrigen NO_x-Gehalten zu erzeugen, wurde bspw. in der DE 19 48 754 eine zweistufige Anlage vorgeschlagen, bei der der Elementarschwefel zunächst mit stöchiometrischem Sauerstoffunterschuss verbrannt wurde. Nach Durchgang durch einen Wärmeaustauscher wurden die gebildeten schwefeldioxid- und schwefelhaltigen Gase anschließend in einer weiteren Vorrichtung mit sauerstoffhaltigen Gasen bei ca. 1000°C nachverbrannt. Diese mehrstufige Installation ist anlagentechnisch jedoch recht aufwendig und daher teuer.

Beschreibung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, mit einfachen Mitteln Gase mit hoher Schwefeldioxidkonzentration herzustellen und gleichzeitig die Bildung von Stickoxiden (NO_x) weitgehend zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird mit der Erfindung im Wesentlichen dadurch gelöst, dass bei einem Verfahren der eingangs genannten Art das im ersten Abschnitt des Schwefelverbrennungsofens gebildete Schwefeldioxid und unverbrannter Schwefel einem an den ersten Abschnitt angrenzenden zweiten Abschnitt des Ofens zugeführt und in dem zweiten Abschnitt des Ofens mit sauerstoffhaltigen Gasen, insbesondere Luft, nachverbrannt werden.

Ähnlich wie bei der DE 19 48 754 erfolgt somit zunächst eine unterstöchiometrische Verbrennung des Schwefels und anschließend eine Nachverbrennung in einer zweiten Kammer. Allerdings ist erfindungsgemäß diese zweite Kammer unmittelbar im Anschluss an die erste Verbrennungskammer des Schwefelofens vorgesehen. Auf einen zwischengeschalteten Wärmeaustauscher, mit welchem bei der DE 19 48 754 die Gastemperatur abgesenkt wird, kann verzichtet werden. Dennoch wird die Bildung von Stickoxiden vermieden, da aufgrund der niedrigen Konzentration des Schwefeldampfes in dem zweiten Abschnitt die Verbrennungstemperatur für die Bildung von Stickoxiden zu niedrig ist. Im ersten Ofenabschnitt wird die NO_x-Bildung durch den Sauerstoffunterschuss ausgeschlossen.

Da es bei der unterstöchiometrischen Verbrennung in dem ersten Abschnitt des Ofens besonders wichtig ist, dass die Gase sehr gut mit dem Schwefel vermischt werden, damit der Sauerstoff vollständig verbraucht und keine Stickoxide gebildet werden können, ist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Verbrennungsluft tangential in den Ofen eingeführt wird. Dies fördert die Verwirbelung in den Verbrennungskammern und damit die Durchmischung der Gase. Der Gasstrom durchläuft den Ofen dann spiralförmig in dessen Axialrichtung.

Erfindungsgemäß können die sauerstoffhaltigen Gase mit parallelem Drehsinn in den ersten und zweiten Abschnitt des Ofens eingeführt werden. Alternativ ist es jedoch auch möglich, die Gase mit gegenläufigem Drehsinn in die erste bzw. zweite Kammer des Ofens einzuführen. Dies erfolgt zweckmäßigerweise, indem die Zufuhrleitung der Verbrennungsluft in die zweite Ofenkammer an der der Zufuhrleitung in die erste Ofenkammer gegenüberliegenden Ofenwand mündet.

Erfindungsgemäß wird die in dem ersten und zweiten Abschnitt des Ofens erhaltene Schwefeldioxidkonzentration durch Regelung der zugeführten Luft- und/oder Schwefelmenge eingestellt. Hierbei werden die Volumenströme vorzugsweise so gewählt, dass in dem ersten Abschnitt des Ofens eine Schwefeldioxidkonzentration von etwa 20 bis 21 Vol.-%. vorzugsweise etwa 20,5 Vol.-% erhalten wird. Oberhalb einer Schwefeldioxidkonzentration von 18 Vol.-% sinkt die Bildung von Stickoxiden aufgrund des niedrigen Gehaltes an freiem Sauerstoff rapide.

In dem zweiten Abschnitt des Ofens wird erfindungsgemäß eine Schwefeldioxidkonzentration von 6 bis 95%, vorzugsweise 12 bis 35 Vol.-% und insbesondere etwa 12 bis 18 Vol.-% erhalten. Wird eine Schwefeldioxidkonzentration von 12 Vol.-% eingestellt, so kann das erhaltene Schwefeldioxid direkt einem Kontaktkessel der Schwefelsäureanlage zugeführt werden. Wird eine Schwefeldi oxidkonzentration von 18 Vol.-% gewählt, so wird sichergestellt, dass aller Schwefel ausgebrannt ist und eine Ablagerung in nachfolgenden Anlageteilen ausgeschlossen. Aufgrund der wesentlich höheren Eingangstemperatur des Abhitzekessels (1.600°C statt 1.150°C) erfordert das Wärmerückgewinnungssystem eine kleinere Wärmetauschfläche, so dass sich die Kapitalkosten verringern. Nach dem Abhitzekessel wird die SO₂-Konzentration durch Zugabe von Luft verringert, wobei die einzustellende Konzentration von der nachfolgenden Ausrüstung abhängt.

Im ersten Abschnitt des Ofens erfolgt die Verbrennung des Schwefels vorzugsweise bei etwa 1.700 bis 1.800°C, während die Verbrennung in dem zweiten Abschnitt des Ofens bei ca. 1.000 bis 1.600°C erfolgt. Eine Verbrennungstemperatur von etwa 1.000°C wird in dem zweiten Abschnitt insbesondere dann gewählt, wenn eine Schwefeldioxidkonzentration von 12 Vol.-% gewünscht wird, während bei einer Schwefeldioxidkonzentration von 18 Vol.-% eine Verbrennungstemperatur von etwa 1.600°C eingestellt wird. In jedem Fall kann aufgrund der niedrigen Konzentration des unverbrannten Schwefels (Schwefeldampfes) in der zweiten Kammer des Ofens eine Verbrennungstemperatur gewählt werden, die so niedrig ist, dass keine Stickoxide gebildet werden.

Um die Durchmischung des Schwefels mit den Verbrennungsgasen zu fördern, wird der Schwefel vorzugsweise in flüssiger Form in den ersten Abschnitt des Ofens eingeführt und beim Eintritt in den Ofen mit Hilfe von Luft zerstäubt. Dies kann erfindungsgemäß mittels Rotationszerstäubern, Ultraschallzerstäubern oder durch Schwefelzuführung über Lanzen erfolgen.

Eine verstärkte Verwirbelung und damit noch bessere Durchmischung der Gase in dem ersten Abschnitt des Ofens wird in Weiterbildung der Erfindung dadurch erreicht, dass der dem ersten Abschnitt des Ofens zugeführte Luftstrom dem Ofen an einer oder mehreren, insbesondere zwei in Axialrichtung des Ofens hintereinander liegenden Positionen zugeführt wird.

Die Erfindung erstreckt sich auch auf eine Vorrichtung zur Verbrennung von Schwefel mit einem Ofen, in dessen Stirnseite ein Brennersystem vorgesehen ist, und mit Leitungen für die Zufuhr von Schwefel sowie sauerstoffhaltigen Gasen, insbesondere Luft, wobei der Ofen einen ersten und einen daran anschließenden zweiten Abschnitt aufweist, denen jeweils sauerstoffhaltige Gase zur Verbrennung des Schwefels zugeführt werden.

Die Leitungen für die Zufuhr der Verbrennungsluft münden vorzugsweise tangential in den ersten und den zweiten Abschnitt, um die Durchmischung des Schwefels und der Verbrennungsluft durch Verwirbelungen zu unterstützen.

In den Leitungen für die Zufuhr der Verbrennungsluft in den ersten und den zweiten Abschnitt sind erfindungsgemäß Regelklappen zur Einstellung der zuzuführenden Volumenströme vorgesehen. Hierbei kann auch das Verhältnis der den einzelnen Kammern zugeführten Volumenströme geregelt werden.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind der erste und der zweite Abschnitt durch ein Wehr voneinander getrennt. Das Wehr unterstützt die Verwirbelung beim Eintreten des den ersten Abschnitt verlassenden Gases in den zweiten Abschnitt und bietet dennoch eine gewisse Trennung der Bereiche, damit die Konzentrationen gezielt eingestellt werden können. Bei einer alternativen bevorzugten Ausführungsform kann auf das Wehr aber auch verzichtet werden, wobei dann die Abgrenzung der Ofenkammern durch die Regelung der den Abschnitten zugeführten Luftströme erfolgt.

Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 zeigt schematisch einen Schnitt durch einen Schwefelverbrennungsofen gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung mit Wehr,

2a zeigt schematisch den Ofen gemäß 1 mit Darstellung des Zufuhrsystems für die Verbrennungsluft,

2b zeigt eine Ansicht auf den Ofen mit Brenneröffnungen,

3a zeigt schematisch einen Schwefelverbrennungsofen gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ohne Wehr,

3b zeigt eine Ansicht auf den Ofen mit Brenneröffnungen,

4a zeigt schematisch einen Schwefelverbrennungsofen gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung mit Wehr,

4b zeigt eine Ansicht auf den Ofen mit Brenneröffnungen

4c zeigt eine Ansicht auf den Ofen mit Brenneröffnungen und Gaszuführung zur 2. Kammer,

5a zeigt schematisch einen Schwefelverbrennungsofen gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung ohne Wehr,

5b zeigt eine Ansicht auf den Ofen mit Brenneröffnungen

5c zeigt eine Ansicht auf den Ofen mit Brenneröffnungen und Gaszuführung zur 2. Kammer,

6 zeigt das Fließschema des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß Beispiel 1 und

7 zeigt das Fließschema des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß Beispiel 2.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

In 1 ist schematisch ein Ofen 1 zur Verbrennung von Schwefel für die Herstellung von Schwefeldioxid gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der Ofen 1 weist eine feuerfest ausgekleidete Ofenwand 2 auf und ist als zylindrischer, horizontal angeordneter Ofen ausgestaltet. Bei beschränktem Platz kann der Ofen aber auch vertikal angeordnet werden.

In der Stirnwand 3 des Ofens 1 sind zwei nicht näher dargestellte Zerstäuber 4 vorgesehen, über welche flüssiger Schwefel, der über eine nicht dargestellte Leitung zugeführt wird, zu kleinen Tröpfchen zerstäubt wird, die mit den Verbrennungsgasen im Ofen vermischt werden, verdampfen und verbrennen. Die Zerstäuber 4 können als Rotationszerstäuber ausgestaltet sein, bspw. in Form des von Lurgi entwickelten Luro-Brenners, wie er in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5. Auflage 1994, Vol. A25, S. 575 dargestellt ist.

Alternativ kann der Zerstäuber als Ultraschallzerstäuber, Druckzerstäuber oder Zweistoffbrenner ausgestaltet sein, wie sie bei der Schwefelverbrennung zur feinen Zerstäubung des Schwefels und guten Durchmischung mit der Verbrennungsluft herkömmlicherweise eingesetzt werden. Bei der dargestellten Ausführungsform sind in der Stirnwand 3 des Ofens 1 zwei Zerstäuber 4 vorgesehen, doch ist es auch möglich, lediglich einen zentral angeordneten Zerstäuber 4 oder drei oder mehr um das Zentrum der Stirnwand 3 verteilte Zerstäuber vorzusehen.

Der Innenraum des Ofens 1 ist in einen ersten Abschnitt 5 (vordere Kammer) und einen zweiten Abschnitt 6 (Nachverbrennungskammer) unterteilt. Zwischen den Abschnitten 5, 6 ist bei der dargestellten Ausführungsform ein Wehr 7 vorgesehen, welches die Abschnitte 5, 6 voneinander trennt, aber einen ausreichend großen Durchgang 8 aufweist, durch welchen das Gasgemisch von dem ersten Abschnitt 5 in den zweiten Abschnitt 6 durchtreten kann. Der Durchmesser des Durchgangs 8 beträgt bspw. etwa 80% des Innendurchmessers des Ofens im ersten oder zweiten Abschnitt 5, 6. Über eine Ausgangsöffnung 9 wird der Ofen 1 mit einem nicht dargestellten Abhitzekessel oder anderen Ausrüstungen verbunden, über welche das Schwefeldioxid enthaltende Gasgemisch bspw. einer Kontaktanlage zur Schwefelsäureherstellung zugeführt wird.

In den ersten Abschnitt 5 münden Zufuhrleitungen 10a, 10b, über welche Verbrennungsluft zugeführt wird. In den zweiten Abschnitt 6 mündet eine Zufuhrleitung 11 ebenfalls für die Zufuhr von Verbrennungsluft. Die Zufuhrleitung 10a, 10b und 11 münden jeweils tangential in den ersten Abschnitt 5 bzw. den zweiten Abschnitt 6, wobei, wie sich insbesondere aus 2b ergibt, die Zufuhrleitung 11 für den zweiten Abschnitt 6 an der den Zufuhrleitungen 10a, 10b gegenüberliegenden Ofenwand in den Ofen 1 mündet. Die Zufuhrleitungen 10a, 10b und 11 werden über ein gemeinsames Zufuhrrohr 12 gemeinsam mit Verbrennungsluft versorgt, wobei über in den Zufuhrleitungen 10, 11 vorgese hene Regelklappen 13 bzw. 14 der jeweils in den Ofen eintretende Volumenstrom geregelt wird. Die Zufuhrleitungen 10a, 10b verzweigen sich hierbei hinter der Regelklappe 13, so dass ihnen ein jeweils im Wesentlichen gleicher Volumenstrom zugeführt wird und an axial hintereinander liegenden Punkten in den ersten Abschnitt 5 des Ofens 1 eingeführt wird.

Der Schwefelverbrennungsofen 1 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist im Wesentlichen wie oben beschrieben aufgebaut. Nachfolgend werden seine Betriebs- und Funktionsweise erläutert.

Dem Ofen 1 wird flüssiger Schwefel mit einer Temperatur von bspw. 140 bis 150°C über die Zerstäuber 4 zugeführt und mit Primärluft zerstäubt. Über die Zufuhröffnungen 10a, 10b wird bspw. getrocknete Umgebungsluft tangential in den ersten Abschnitt 5 eingeführt. Die Luft soll den für die Verbrennung notwendigen Sauerstoff zur Verfügung stellen. Anstelle von Umgebungsluft kann selbstverständlich auch mit Sauerstoff angereicherte Luft oder auch reiner Sauerstoff eingesetzt werden, soweit dies wirtschaftlich vertretbar ist. Wenn in der vorliegenden Anmeldung von Luft die Rede ist, die in den Ofen eingeführt wird, werden daher grundsätzlich alle sauerstoffhaltigen Gase erfasst.

Aufgrund des in axialer Richtung zugeführten und bei Verwendung eines Rotationszerstäubers zudem eine radiale Komponente aufweisenden Schwefelstroms werden der Schwefel und die tangential zugeführte Verbrennungsluft sehr gut durchmischt und bewegen sich spiralförmig in Axialrichtung des Ofens 1.

Über die Zufuhrleitungen 10a, 10b wird Umgebungsluft in einer solchen Menge zugeführt, dass sich in dem ersten Abschnitt 5 ein leichter stöchiometrischer Sauerstoffunterschuss einstellt, vorzugsweise ein Molverhältnis von O₂:S von 0,95 bis 0,99. Dadurch reagiert der Schwefel mit allem zu Verfügung stehenden Sauerstoff, so dass auch bei den während der Verbrennung auftretenden hohen Temperaturen von 1600 bis 1800°C keine Stickoxide (NO_x) gebildet werden.

In dem ersten Abschnitt 5 entsteht ein Schwefeldioxid enthaltendes Gas mit einer Schwefeldioxidkonzentration von ca. 20.5 Vol.-%. Dieses Gas tritt zusammen mit noch unverbranntem Schwefel (Schwefeldampf) durch den Durchgang 8 in den zweiten Abschnitt 6 ein, in welchem durch die Zufuhrleitung 11 eine ausreichende Menge an getrockneter Umgebungsluft zugeführt wird, um den verbleibenden Schwefeldampf vollständig in Schwefeldioxid umzuwandeln.

Die sich ergebende Schwefeldioxidkonzentration kann in Abhängigkeit von der auf den Ofen 1 folgenden Ausrüstung eingestellt werden. So kann die Schwefeldioxidkonzentration bei einer Verbrennung bei ca. 1000°C in dem zweiten Abschnitt 6 auf ca. 12 Vol.-% eingestellt werden, so dass das austretende Gas bereits eine für den Kontaktkessel der Schwefelsäureanlage geeignete Konzentration aufweist. Durch die niedrige Verbrennungstemperatur wird die Bildung von Stickoxiden ausgeschlossen.

Bei einer Verbrennung im zweiten Abschnitt mit Temperaturen von ca. 1.600°C kann eine Gaskonzentration von ca. 18 Vol.-% Schwefeldioxid im Ofenabgas erreicht werden, wodurch sichergestellt ist, dass aller Schwefel im zweiten Abschnitt 6 ausgebrannt ist. Nach dem Abhitzekessel kann dann durch zusätzliche Luftzugabe eine für die Schwefelsäureanlage geeignete Schwefeldioxidkonzentration eingestellt werden.

In den 3 bis 5 sind weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Betriebs- und Funktionsweise dieser Ausführungsformen entspricht im Wesentlichen der Ausführungsform gemäß den 1 und 2, so dass insoweit auf die obige Beschreibung verwiesen wird. Auch werden für gleiche Komponenten gleiche Bezugszeichen verwendet und nachfolgend ledig lich die Unterschiede dieser Ausführungsformen gegenüber der ersten Ausführungsform gemäß den 1 und 2 erläutert.

Die 3a und 3b zeigen eine Ausführungsform ohne das bei der ersten Ausführungsform vorgesehene Wehr 7. Der erste Abschnitt 5 und der zweite Abschnitt 6 werden durch die Regelung der Verbrennungsluftzufuhr mit Hilfe der Regelklappen 13, 14 definiert. Die übrige Funktionsweise der zweiten Ausführungsform entspricht der ersten Ausführungsform.

Die 4a bis 4c zeigen eine dritte Ausführungsform der Erfindung, wobei die Zufuhr der Verbrennungsluft über die Zufuhrleitungen 10a, 10b, 11 zu dem ersten bzw. zweiten Abschnitt 5, 6 nicht über gegenüberliegende Seitenwände des Ofens 1 erfolgt. Vielmehr münden die Zufuhrleitungen 10a, 10b und 11 jeweils auf der gleichen Seite des Ofens 1, so dass der tangential in den Ofen eintretende Luftstrom, welcher sich spiralförmig in Axialrichtung des Ofens 1 vorwärts bewegt, im ersten und zweiten Abschnitt 5, 6 mit paralleler Drehrichtung verläuft. Im Übrigen entspricht die dritte Ausführungsform der ersten Ausführungsform.

Bei der in den 5a bis 5c gezeigten vierten Ausführungsform der Erfindung wird die Verbrennungsluft ähnlich wie bei der dritten Ausführungsform auf der gleichen Seite des Ofens 1 in den ersten bzw. zweiten Abschnitt 5, 6 eingeführt. Allerdings weist der Ofen 1 ähnlich wie bei der zweiten Ausführungsform das bei der ersten und dritten Ausführungsform vorgesehene Wehr 7 nicht auf. Im Übrigen entspricht auch die vierte Ausführung gemäß den 5a bis 5c den vorher beschriebenen Ausführungsformen.

Mit der Erfindung wird durch die zweistufige Ausgestaltung der Schwefelverbrennung mit einer unterstöchiometrischen Verbrennung im ersten Abschnitt 5 und einer anschließenden Verbrennung des im ersten Abschnitt 5 noch nicht verbrannten Schwefels im zweiten Abschnitt 6 ein Gas mit hoher Schwefeldioxidkonzentration erzielt werden, wobei die Bildung von Stickoxiden weitgehend vermieden wird.

Beispiel 1
In 6 ist ein Flussdiagramm der erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt, mit welchem ein schwefeldioxidhaltiges Gas einer Konzentration von 12 Vol.-% Schwefeldioxid erhalten werden kann. Für das Verfahren kann jede der mit Bezug auf die 1 bis 5 beschrieben ersten bis vierten Ausführungsformen eines Schwefelverbrennungsofens eingesetzt werden.
Dem Verbrennungsofen 1 wurden 60,04 t/h Schwefel zugeführt, die mit Hilfe von 14.030 Nm³/h einer Temperatur von 120°C zerstäubt in den Ofen eingeführt wurden. In den ersten Abschnitt 5 des Ofens wurden 175.000 Nm³/h Umgebungsluft einer Temperatur von 120°C zugegeben, während dem zweiten Abschnitt 6 des Ofens 152.518 Nm³/h Umgebungsluft einer Temperatur von 120°C zugeführt wurden.
In dem ersten Abschnitt 5 stellte sich bei einer Verbrennungstemperatur von 1.700 bis 1.800°C eine Schwefeldioxidkonzentration von 20.5% ein, während am Ausgang des zweiten Abschnitts 6 bei einer Verbrennungstemperatur von ca. 1.150°C eine Schwefeldioxidkonzentration von 12 Vol.-% erreicht wurde, die der Eingangkonzentration des Konverters der Schwefelsäureanlage entspricht, so dass das Abgas des Ofens nach Einstellung der gewünschten Temperatur direkt der Schwefelsäureanlage zugeführt werden kann.
Beispiel 2
Bei dem in 7 dargestellten Fließdiagramm eines zweiten Versuchs entsprechen die Bedingungen in dem ersten Abschnitt 5 des Ofens 1 denjenigen des ersten Beispiels. Allerdings wurde die Zufuhr der Verbrennungsluft in dem zweiten Abschnitt 6 auf 38.669 Nm³/h reduziert, so dass sich bei einer Verbrennungstemperatur im zweiten Abschnitt 6 von 1.720°C am Ausgang des Abschnitts 6 eine Schwefeldioxidkonzentration von 18% ergab. Hierdurch wird sichergestellt, dass sämtlicher Schwefeldampf, der aus dem ersten Abschnitt 5 in den zweiten Abschnitt 6 übergetreten ist, ausgebrannt ist.
Da eine Schwefeldioxidkonzentration von 18 Vol.-% nicht für den Eintritt in eine konventionelle Schwefelsäurekontaktanlage geeignet ist, wird durch Zugabe von im Beispiel 113.849 Nm³/h Umgebungsluft eine Temperatur von 120°C die Schwefeldioxidkonzentration wieder auf 12 Vol.-% abgesenkt. Dieses Gasgemisch kann dann der Schwefelkontaktanlage zugeführt werden.

1: Ofen
2: Ofenwand
3: Stirnwand
4: Zerstäuber
5: erster Abschnitt
6: zweiter Abschnitt
7: Wehr
8: Durchgang
9: Ausgangsöffnung
10a, 10b: Zufuhrleitung
11: Zufuhrleitung
12: Zufuhrrohr
13: Regelklappe
14: Regelklappe

Claims

Verfahren zur Verbrennung von Schwefel mit sauerstoffhaltigen Gasen, insbesondere Luft, zur Erzeugung von Schwefeldioxid, wobei einem Ofen Schwefel und Verbrennungsluft zugeführt werden und wobei der Schwefel in einem ersten Abschnitt des Ofens mit stöchiometrischem Sauerstoffunterschuss verbrannt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das im ersten Abschnitt gebildete Schwefeldioxid und unverbrannter Schwefel einem an den ersten Abschnitt angrenzenden zweiten Abschnitt des Ofens zugeführt und in dem zweiten Abschnitt des Ofens mit sauerstoffhaltigen Gasen, insbesondere Luft, nachverbrannt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die sauerstoffhaltigen Gase tangential in den ersten und den zweiten Abschnitt des Ofens eingeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die sauerstoffhaltigen Gase parallel in den ersten und den zweiten Abschnitt des Ofens eingeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die sauerstoffhaltigen Gase gegenläufig in den ersten und den zweiten Abschnitt des Ofens eingeführt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in dem ersten und zweiten Abschnitt des Ofens erhaltene Schwefeldioxidkonzentration durch Regelung der zugeführten Luft- und/oder Schwefelmenge eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Abschnitt des Ofens eine Schwefeldioxidkonzentration von etwa 20 bis 21 Vol.-% erhalten wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zweiten Abschnitt des Ofens eine Schwefeldioxidkonzentration von 6 bis 95 Vol.-%, vorzugsweise etwa 12 bis 18 Vol.-% erhalten wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennung in dem ersten Abschnitt des Ofens bei ca. 1.700 bis 1.800°C erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennung in dem zweiten Abschnitt des Ofens bei ca. 1.000 bis 1.600°C erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwefel dem ersten Abschnitt des Ofens in flüssiger Form zugeführt und beim Eintritt in den Ofen mit Hilfe von Luft zerstäubt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der dem ersten Abschnitt des Ofens zugeführte Luftstrom dem Ofen an einer oder mehreren in Axialrichtung des Ofens hintereinander liegenden Positionen zugeführt wird.
Vorrichtung zur Verbrennung von Schwefel, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem vorzugsweise horizontal ausgerichteten Ofen (1), in dessen Stirnseite ein Brennersystem vorgesehen ist, und mit Leitungen (10a, 10b, 11) für die Zufuhr von Schwefel sowie sauerstoffhaltigen Gasen, insbesondere Luft, dadurch gekennzeichnet, dass der Ofen (1) einen ersten und einen daran anschließenden zweiten Abschnitt (5, 6) aufweist, denen jeweils sauerstoffhaltige Gase zur Verbrennung des Schwefels zugeführt werden.
Ofen nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungen (10a, 10b, 11) für die Zufuhr der Verbrennungsluft tangential in den ersten und den zweiten Abschnitt (5, 6) münden.
Ofen nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungen (10a, 10b, 11) für die Zufuhr der Verbrennungsluft in den ersten bzw. zweiten Abschnitt (5, 6) an gegenüberliegenden Seiten in den Ofen (1) münden.
Ofen nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung (10a, 10b) für die Zufuhr der Verbrennungsluft in den ersten Abschnitt (5) auf der gleichen Seite in den Ofen (1) mündet wie die Leitung (11) für die Zufuhr der Verbrennungsluft in den zweiten Abschnitt (6).
Ofen nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass in den Leitungen (10a, 10b, 11) für die Zufuhr der Verbrennungsluft in den ersten und den zweiten Abschnitt (5, 6) Regelklappen (13, 14) zur Einstellung der zuzuführenden Volumenströme vorgesehen sind.
Ofen nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Abschnitt (5, 6) durch ein Wehr (7) voneinander getrennt sind.
Ofen nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwefel über einen Zerstäuber (4), insbesondere einen Rotations- oder eine Ultraschallzerstäuber, in den ersten Abschnitt (5) eingeführt wird.