-
Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von Schwefeldioxyd aus verunreinigtem
Schwefel Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Gewinnung
von Schwefeldioxyd aus Schwefel, der mit anorganischen und/oder organischen Stoffen,
wie z. B. Bitumen, Teer oder Asche, verunreinigt ist.
-
Es ist bekannt, daß die Verbrennung von mit solchen Stoffen verunreinigtem
Schwefel erhebliche Schwierigkeiten bereitet. Beim Verbrennen von verunreinigtem
Schwefel an der Luft wird dieser beim Zusammenschmelzen sehr bald von einer Haut
der enthaltenen Verunreinigungen überzogen, die die Schwefelflamme zum Erlöschen
bringt und damit die Verbrennung hemmt. Schon sehr geringe Mengen von Brennstoffen,
z. B. Spuren von Bitumen, Teer und Asche, genügen zur Unterbindung der weiteren
Verbrennung.
-
Die Verbrennung des geschmolzenen, mittels Druckluft oder Dampf verdüsten
Schwefels kann nicht befriedigen, teils wegen der kostspieligen Anlagen sowie auch
deren Unterhaltung. In solchen Anlagen treten leicht Verkrustungen an den Heizflächen
der Schmelzbehälter, Verstopfungen der Zuleitungsrohre und Düsen und Ansätze von
Verbrennungsrückständen an der gesamten Ofenwand auf. Durch mechanische Bewegung
oder Luftdurchrührung des geschmolzenen Schwefels kann nicht verhindert werden,
daß wegen der Anreicherung insbesondere der Aschenbestandteile im Verbrennungsrückstand
die Verbrennung nur unvollständig erfolgt. Vielfach ist man gezwungen, den nicht
ausgebrannten Verbrennungsrückstand nochmals gesondert, z. B. im Schwefelkiesofen,
abzurösten. Auch die Austragung des unvollkommen erschöpften Verbrennungsrückstandes
ist oft beschwerlich, vor allem bei angestrebter kontinuierlicher Arbeitsweise.
-
Bisher wurden Horizontal- oder Kesselöfen mit und ohne komplizierten
Einbauten vorgeschlagen. Zwecks gleichmäßiger Verbrennung bringt man in solchen
Ofen den Schwefel zum Schmelzen, setzt diesen in Brand und läßt seitlich eingeführte
Luft die gesamte Oberfläche des geschmolzenen Schwefels gleichmäßig bestreichen.
Meist gelingt dies nur unvollkommen, da Luft, um die Verbrennung zu unterhalten,
in großem Überschuß zugesetzt werden muß.
-
Auch durch eingebaute Querwände sowie Luftverteilungszungen kann nicht
vermieden werden, daß ein Teil der Verbrennungsluft in den oberen Ofenraum entweicht
und sich der Verbrennung entzieht. Die Folge sind ungleichmäßiger Ofengang sowie
im S 02-Gehalt wechselnde Verbrennungsgase mit Beimischung von Sublimationsschwefel.
Die hier genannten Schwierigkeiten treten in der Hauptsache in Horizontalöfen auf.
-
Es ist eine Vorrichtung bekannt, in die feingepulverter Schwefel mit
Druckluft in einen hocherhitzten Horizontalofen eingeblasen und zu Schwefeldioxyd
verbrannt wird. Luft und Schwefel werden dabei im Gleichstrom geführt. Da bei dieser
Ofenkonstruktion zwecks Vermeidung der vorgenannten Schwierigkeiten an eine besonders
gute indirekte Wärmeleitung gedacht ist, hat man diesen Horizontalofen mit mehreren
konzentrisch ineinander angeordneten Zylinderrohren nur wenig verschiedenen Durchmessers
und mit an den Enden versetzt angebrachten Querwänden versehen, so daß der mit Verbrennungsluft
eingedüste Schwefel unter mehrfachem Richtungswechsel durch die aus den Zylinderwänden
gebildeten engen Ringkanäle hindurchgepreßt wird und hierbei verbrennt. Für mit
Bitumen, Teer und Asche verunreinigten Schwefel ist ein solcher Ofen nicht brauchbar,
da an den Zylinderzwischenwänden schon nach kurzer Zeit Verkrustungen eintreten
würden, die nur nach Stillsetzung des Ofens und völliger Demontage entfernt werden
könnten.
-
Es ist auch bekannt, Schwefel in stückiger Form über eine Förderschnecke
und ein mit Rüttelvorrichtung versehenes Sieb in einen rechtwinklig dazu orientierten,
horizontal gelagerten Röhrenofen hineinfallen zu lassen. Durch an der Stirnseite
des Ofens aufgegebene Gase wird das Material durch den Ofen geführt und verbrannt.
Die eigentliche Verbrennungszone befindet sich direkt unterhalb des Siebes. Dies
hat den Nachteil, daß die gesamte Siebfläche der Strahlungswärme der Verbrennungszone,
das sind 1000 bis 1200°C, ausgesetzt ist, so daß der feste stückige Schwefel in
sich verklebt, zum Teil schon auf der Siebfläche schmilzt und diese zum Verkleben
bringt. Eine dosierte Schwefelaufgabe in den Verbrennungsraum hinein wird dadurch
in Frage gestellt.
Ganz abgesehen davon, daß auch die Zufuhr an
Verbrennungsluft entsprechend der wechselnden Schwefelaufgabe ständig nachgeregelt
werden müßte, ist die Herstellung bestimmter S 02-Konzentrationen mit dieser Vorrichtung
in kontinuierlicher Weise nicht möb lich. Außerdem wird der Innenraum des Ofens
für den Verbrennungsvorgang nicht genügend genutzt. Stark Bitumen, Teer und anorganische
Bestandteile enthaltender Schwefel ,wird an der der Siebfläche gegenüberliegenden
Wand des Ofens haftenbleiben und zu erheblichen Verkrustungen führen, die den kontinuierlichen
Ablauf des Verfahrens dadurch ebenfalls in Frage stellen.
-
Durch Verwendung des erfindungsgemäß in bestimmter Weise hinsichtlich
seiner Dimensionierung, der Einführung der Rohstoffe, Beheizungsart sowie Austragung
der Umsetzungsstoffe konstruierten, von Prallwänden im wesentlichen freien Schachtofens
gelingt es, die Nutzbarmachung von unreinem Schwefel unter Gewinnung von S 02 in
kontinuierlicher sowie technisch-wirtschaftlich einfacher Arbeitsweise durchzuführen,
unter Behebung der bisherigen Schwierigkeiten und Nachteile. Dies gelingt dadurch,
daß man den auf die erforderliche Korngröße von etwa 0,2 bis 3 mm Durchmesser zerkleinerten
Rohschwefel zwecks Erzeugung von SO, in einen zweckmäßig runden und ausreichend
hoch vorerhitzten Schachtofen entsprechender Bauhöhe an der Ofendecke mittels Verbrennungsdruckluft
über einen Trichter mit weitem Einlauf oder eine Düse mit weiter Öffnung eindöst,
so daß ein Verkleben der Aufgabevorrichtung überhaupt nicht möglich ist. Der Schwefel
entzündet sich unter Schmelzung und Bildung feinster in Verbrennungsgas dispergierter
brennender Schwefeltröpfchen, die beim Abstreichen nach der Ofensohle vollständig
ausbrennen. Auch die Verbrennung der enthaltenen organischen Verunreinigungen erfolgt
hierbei praktisch vollständig, v-ährend sich die Aschenbestandteile auf der Ofensohle
absetzen und kontinuierlich ausgetragen werden, je nach den enthaltenen Mengen,
oder bei geringen Mengen als Flugstaub. mit den Verbrennungsgasen abstreichen, aus
denen sie in einem dem Ofen nachgeschalteten Zyklon oder Filter, z. B. Elektrofilter,
gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einer in der Praxis üblichen Staubkammer,
abgetrennt werden können.
-
Zwecks Anheizung des Ofens auf Zünd- bzw. Betriebsterngeratär weist
dieser im oberen Teil der Schachtwandung in bestimmter Höhe unterhalb der Ofendecke
einen horizontalen Ringkanal auf, der mit nach innen gerichteten Gasaustrittsöanungen
(Schlitze) versehen ist. Deren Anordnung und Größe wird zweckmäßigerE.-eise so ausgebildet,
daß das Gas tangential in den Ofenraum eintritt und eine rotierende Bewegung in
diesem hervorruft. Hierdurch wird der streukegelförmig eingedüste Schwefel über
den ganzen Verbrennungsraum verteilt und je nach dem Grad der Verunreinigung momentan
oder langsam verbrannt. Lias zur Verwendung kommende Heizgas wird z. B. in einer
vorgeschalteten Kammer, z. B. auch durch Verbrennung von Generatorgas, H2 S-haltigen
Gasen oder z. B. Heizöl sowie auch geschmolzenem reinem Schwefel erzeugt und in
den vorerwähnten Ringkanal tangential eingeführt. Diese Anordnung gestattet die
ständige Verbrennung von H2 S-Gaser# zur zusätzlichen Getvinnung von S02. Ferner
kann bei Verbrennung von unreinem Schwefel Fait schlechter Zündfähigkeit ständig
zusätzlich geheizt werden. Zweckmäßig wird die Heizgaszufuhr durch einen im Ofen
eingebauten Thermostaten mengenmäßig gesteuert. Zur Temperaturregulierung des Ofens
kann neben der Luft zum Eindüsen des Schwefels ein weiterer Teil dieser als zusätzliche
Verbrennungsluft durch im Ofenmantel angeordnete Öffnungen eingeführt werden. Nach
erfolgter Aufheizung des Schachtes kann die Heizgaszuführung abgestellt und die
Eintragung des Schwefels in Gang gesetzt werden. Zwecks sicherer Zündung empfiehlt
sich die Anordnung einer gegebenenfalls ständig brennenden Stichflamme im oberen
Schachtofen.
-
Die völlige Verbrennung des Schwefels ist hierbei ausschließlich eine
Funktion des Zerteilungsgrades und des Dispersionsgrades des eingetragenen Schwefels
in den Ofen, ferner der Ofenhöhe bzw. -länge sowie der Geschwindigkeit des Durchsatzes
des Verbrennungsgemisches durch den Ofenschacht. Zwecks Gewährleistung der vollständigen
Verbrennung etwa auch enthaltener größerer Schwefelkörner können beispielsweise
einzelne Prallflächen, ein Rost oder einzelne entsprechend groß gelochte, horizontale
Platten aus keramischem Material im Ofenschacht über dessen vollen OOuerschnitt
in der Nähe des Gasaustritts angeordnet werden, wobei die Löcher der einzelnen Platten
gegen die Löcher der anderen Platten versetzt sind. Die im Betriebsgang des Ofens
auf den ebenen Flächen der Platten auftreffenden, noch nicht verbrannten Schwefelkörner
bzw. -tröpfchen kleben sofort fest und brennen dann völlig ab. Zweckmäßig werden
etwa in Höhe der oberen Plattenebene Stock- bzw. Räumlöcher in der Schachtwandung
angeordnet, zwecks gelegentlicher Entfernung etwa gebildeter Aschenablagerungen
auf den Platten. Das gleiche gilt für die Schachtwandung an der Ofensohle, an der
gegebenenfalls die Austragung des Aschenrückstandes auch kontinuierlich bewirkt
werden kann.
-
Wesentlich für den kontinuierlichen Ablauf des Verbrennungsvorgangs
ist auch die vorwiegend in vertikaler Richtung schon von der Schwefel-intragsvorrichtung
aus folgende pneumatische Förderung des Schwefels, da der Auftrieb durch die Verbrennungsgase
und das gebildete S 02 in einer Richtung wirksam wird.
-
Die Schwefeleintragung erfolgt z. B. mittels einer am unteren Austragsende
eines über bzw. vor dem Ofen aufgestellten Schwefelvorratsbehälters angeordneten
Austragsvorrichtung in der Weise, daß das konische Austragsende des Einlauftrichters
von einem weiter dimensionierten düsenförmig ausgebildeten Hohlkonus umfaßt wird,
der an einen exzentrisch ausgebildeten ,Ringkanal angeschlossen ist, in den die
Verbrennungsluft zweckmäßig tangential eingeführt wird. Dieser untere Düsenkonus
kann z. B. an seiner unteren Öffnung mit schraubenförmig angeordneten Leitflächen
oder Rippen versehen sein, um eine zusätzliche Drallwirkung hervorzurufen. Diese
Drallwirkung kann verstärkt werden durch Rotation des unteren Düsenteiles bzw. Rotierung
eines Propellers unterhalb der Austrittsöffnung. Zur Mengenregelung der Verbrennungsluft
ist die Schwefeleintragsvorrichtung so ausgebildet, daß der Einlauftrichter in vertikaler
und horizontaler Richtung verstellt werden kann. Im Betriebsgang dispergiert die
Verbrennungsdruckluft den aus dem Vorratsbehälter ausgetragenen Schwefel gleichförmig
als Streukegel in den Schachtofen. Zwecks Regulierung der Schwefelzuführung außer
durch die Verbrennungsdruckluft verschiedener Drucksfärke ist im Innenraum des Schwefelbehälters
etwa an seinem konischen Austragsende noch ein Konuskörper angeordnet, zweckmäßig
mit schneckenförmigen Drallfurchen, der sowohl vertikal einstellbar als auch um
seine Vertikalachse regelbar drehbar ist.
Obwohl die hohe Strahlungsintensität
des Ofenraumes nach der Ofendecke durch die Schmelz- und Verdampfungswärme des eingedüsten
Schwefels im oberen Schachtofenraum stark gemildert wird, ist es gegebenenfalls
zur Vermeidung der Abzunderung der Metallteile der Eintragsvorrichtung zweckmäßig,
die der Strahlung ausgesetzten Stellen mit Wasserkühlmänteln zu versehen, und zwar
auch unter Berücksichtigung des Umstandes, daß diese Metallteile durch die hindurchstreichende
kalte Druckluft bereits gekühlt werden.
-
Eine weitere Ausführungsform des Schachtofens besteht darin, daß sowohl
die Eintragung des Schwefels als auch die Gasführung in der Richtung entgegen der
Schwerkraft von unten nach oben durchgeführt wird. Die Anordnung der Vorrichtung
des Schwefeleintrages und der Heizgaseinführung wird dann im unteren Teil des Ofens
vorgesehen, während die vorerwähnten Prallflächen in den obersten Teil des Ofens
eingebaut werden. Die Druckwirkung der eingeblasenen Verbrennungsluft wird in diesem
Fall durch den thermischen Auftrieb unterstützt. Unverbrannte Schwefeltröpfchen
werden durch den aufsteigenden Gasstrom in einen Schwebezustand versetzt, wodurch
sich eine längere Verweilzeit für vollständiges Abbrennen ergibt. Unverbrannte Rückstände,
soweit sie nicht mit dem Gas fortgetragen werden, werden ebenfalls unten ausgetragen.
Ein besonderer Vorteil bei dieser Anordnung ist die Bedienung des Ofens in Bodenhöhe
und der Fortfall des Schwefeltransportes nach oben.
-
Zum Schluß wird darauf hingewiesen, daß naturgemäß die Einführung
des Schwefels in den Ofen mittels der einen oder der anderen der beispielsweise
angeführten Vorrichtungen gemäß Abb. 2 oder 4 sowohl von oben als auch von unten
mit entsprechend zweckmäßiger Druckförderung des Schwefels im Fördertrichter bewirkt
werden kann. Es können aber auch beliebig andere mechanische oder pneumatische Einführvorrichtungen
verwandt werden.
-
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung dienen die Abb. 1 bis 4, in
denen Ausführungsformen beispielsweise und schematisch dargestellt sind.
-
In Abb. 1 bedeutet 1 den mit hochfeuerfestem Material ausgemauerten
und aus einem zylindrischen Eisenmantel bestehenden Ofen mit Schwefeleindüsvorrichtung
2 am oberen Ende und Gasaustrittsstutzen 3 am unteren Ende. Auf unterschiedliche
Höhen verteilt enthält der Ofen Ringkanäle 4 mit tangential angeordneten Schlitzen
5 für Heizgase bzw. Verbrennungsluft. Im untersten Ofenteil befinden sich übereinander
angeordnete keramische Einbauten 6, durch die die Nachverbrennung des noch unverbrannten
Schwefels unterstützt wird. An der Bodensohle und jeweils über den keramischen Einbauten
sind Räumlöcher 7 zum Entfernen der Verbrennungsrückstände bzw. Aschenablagerungen
angeordnet.
-
Abb. 2 zeigt die Eindüsvorrichtung 2 in größerem Maßstab. Der Einfülltrichter
8 für den körnigen Schwefel enthält einen Verdrängungskörper 9 zur Dosierung des
in den Ofen ablaufenden Schwefels. Durch den spiralförmigen Ringkanal 10 wird sekundäre
Verbrennungsluft zur Förderung des aus dem Einfalltrichter 8 zulaufenden Schwefels
geführt. Bei der Austrittsöffnung 11 tritt der durch die sekundäre Verbrennungsluft
geförderte Schwefel in Form eines Streukegels in den Ofenschacht ein. Der untere
Teil des spiralförmigen Ringkanals 10 ist zum Zwecke der Wasserkühlung doppelwandig
12 ausgestaltet. Abb.3 zeigt den Ringkanal 4 mit den tangential angeordneten Schlitzen
5 für die Heizgase bzw. für die Verbrennungsluft im Querschnitt.
-
Abb.4 zeigt eine Schwefeleindüsvorrichtung, durch die der Schwefel
aus dem Fülltrichter 13 zusammen mit den durch das Gebläse 14 geförderten Verbrennungs-
oder Heizgasen von unten oder auch von oben in den Ofen eingedüst werden kann. In
ersterem Falle befinden sich am oberen Ende des Ofens der Gasaustrittsstutzen, durch
den das ausgebrannte Material mit ausgetragen wird. Gemäß den Erfordernissen sind
gegebenenfalls im unteren Ofenteil entsprechend Abb. 1 Räumlöcher 7 für die Verbrennungsrückstände
vorhanden. Die keramischen Einbauten befinden sich im ersteren Falle in der oberen
Ofenhälfte.