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Verfahren zum Rösten von Pyriten für die Schwefelsäureherstellung
Die Erfindung bezieht sich auf chemische Vorgänge, bei welchen eine exotherme Reaktion
unter gleichzeitigem Verbrauch z. B. von Luft oder anderen Gasen oder Dämpfen, die
eine oder mehrere Reaktionskomponenten bilsden, verläuft.
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Die bei der Reaktion entstehende Wärme wird entweder bei der weiteren
Verarbeitung der Reaktionsprodukte verbraucht oder muß aus der Einrichtung entfernt
werden.
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In letzter= Falle erfolgt die Wärmeableitung in verschiedenster Weise.
Manchmal kann die Wärme zur Dampferzeugung oder zu anderen Zwecken verwendet werden.
In anderen Fällen ist eine solche Ausnutzung nicht möglich, und die Reaktionswärme
wird dann meistens mit dem Kühlwasser in den Abfall geleitet.
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Falls die Reaktionswärme zur Dampferzeugung dient, wird der Dampf
entweder zu technologischen Zwecken oder zur Erzeugung von elektrischer Energie
in einem Turbogenerator mit einer Kondensationsdampfturbine verwendet. Der Wärmewirkungsgrad
einer solchen Einrichtung ist allerdings gewöhnlich nicht allzu hoch, denn meistens
wind Dampf von niedrigem Druck erzeugt. In elektrische Energie wird ein verhältnis'mäßi'g
geringer Teil der Wärme umgewandelt. Der größere Teil wird im Kondensator ins Kühlwasser
abgeführt, dessen Verbrauch dann infolge Einführung der sekundären Erzeugung von
elektrischer Energie bedeutend erhöht wird. Außerdem ist die Verwendung von Wasser
oder Dampf zum Abkühlen der Reaktionsprodukte unvorteilhaft, denn hei eventuellen
Undichtheiten kann das Wasser mit den Reaktionsprodukten aggressive Verbindungen
bilden, die eine Korrosion der Einrichtung verursachen.
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Als Beispiel des bisherigen nicht zufriedenstellenden Zustandes kann
die Erzeugung von Schwefelsäure aus armen Pyriten dienen. Das arme Roherz wird zuerst
flotiert, das bereicherte Konzentrat getrocknet und in Röstöfen geröstet. Beim Rösten
wird eine bedeutende Wärmemenge freigesetzt - z. B. 1200 kcal je Kilogramm Pyrit
-, die aus dem Ofen einerseits durch die Röstgase von hoher Temperatur - etwa 800
bis 900° C -, andererseits durch feste Rückstände -Abbrände - und ferner durch Verluste
in die Umgebung abgeführt werden. Die Schwefeldioxyd enthaltenden Röstgase werden
vor der weiteren Verarbeitung in einem zur Erzeugung von Wasserdampf dienenden Abwärmekessel
abgekühlt. Die Abnutzung des Wasserdampfes für technologische Zwecke in der Erzeugung
von Schwefelsäure selbst ist nicht möglich. Wenn keine andere geeignete Verbrauchsstelle
zur Verfügung steht, bleibt zu dessen Ausnutzung nur die Erzeugung von elektrischer
Energie mittels einer Kondensationsturbine übrig, die mit all den oben angeführten
Nachteilen behaftet ist. Es sind bereits Anlagen bekanntgeworden, mit denen man
den Mängeln des obengenannten Verfahrens, die insbesondere in der Korrosionsgefahr,
ungenügender Wärmeausnutzung und großem Kühlwasserverbrauch bestehen, entgegengewirkt
hat.
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Zunächst hat man als Treibmittel für -die Kraftmaschine, die die Abwärme
.der Reaktionsgase in kinetische Energie umwandeln soll, einen Stoff benutzt, der
selbst als Partner für die im Reaktionsraum zu erzeugende Reaktion in Frage kommt,
vorzugsweise Frischluft. Diese Frischluft wurde vorkomprimiert und danach in einem
Wärmeaustauschprozeß von den heißen Abgasen des Reaktionsraumes und auch von den
festen Rückständen des chemischen Prozesses aufgeheizt und expandierte in einer
Turbine, die den Kompressor und mit dem verbleibenden Leistungsüberschuß einen Erzeuger
elektrischer Energie antrieb. Die die Turbine verlassende Frischluft wurde dem Reaktionsraum
mindestens teilweise zugeführt und nahm als Reaktionspartner an dem chemischen Prozeß
teil, wobei ihr restlicher Wärmeinhalt ausgenutzt wurde.
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Von dem in diesen Anlagen benutzten Prinzip der Abwärmeverwertung
exothermer chemischer Reaktionen geht die vorliegende Erfindung aus und hat sich
die Aufgabe gestellt, diese bei der Herstellung von Schwefelsäure aus Pyriten schon
bekannte A#bwärmeausnutzung weiter zu verbessern, so daß sie
insbesondere
für die Verarbeitung von armen Pyriten geeignet ist.
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Bei der Schwefelsäureherstellung erfolgt zunächst im Röstofen die
Oxydation des Schwefels zu S02 und anschließend die Oxydation von S 02 zu s03 im
Kontaktkessel. Die- Erfindung hat erkannt, daß in Anlagen der oben beschriebenen
Gattung die Abwärme in diesem Spezialfall besonders günstig verwertet wird, wenn
der Teilbetrag der durch die Abwärme des Reaktionsprozesses aufgeheizten, aus der
Turbine abgeführten Frischluft, der für die Teilnahme an der erstgenannten Reaktion..
(S -zu S02) im Reaktor nicht erforderlich :ist, -zur Teilnahme an der zweitgenannten
Reaktion S02 zu S03 im Kontaktkessel herangezogen wird.
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Zum Rösten von Pvriten zur Schwefelsäureerzeugung unter Benutzung
der Wärme der Röstgase zur Krafterzeugung mit Hilfe einer Gasturbine, welche mit
für 'die Reaktion benötigten und mit Hilfe der heißen Reaktionsgase aufgeheiztem
und vorkompri mierten Frischgas betrieben wird, und aus der das Frischgas mindestens
teilweise in den Reaktionsraum eingeleitet wird, schlägt die Erfindung daher ein
Verfahren vor, bei dem ein Teil der für den Reaktionsrahm nicht benötigten Frischgase
aus der Turbine unmittelbar in den Kontaktkessel für die Schwefelsäurefabrikation;
in dem -die Oxydation von S02 zu S03 erfolgt, zugeführt wird.
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Um eine noch günstigere Wärmeausnutzung zu erreichen, kann gemäß einer
Weiterbildung der Erfindung zur Erwärmung des Frischgases zusätzlich der für sich
bekannte Wärmeaustausch mit den festen Röstrückständen herangezogen werden.
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Von den durch das erfindungsgemäße Verfahren erzielten Vorzügen werden
im folgenden die wesentlichsten genannt: 1. Verminderung des Luftüberschusses im
Röstofen. 2. Erhöhung der Temperatur im Röstofen beim Rösten von armen Pyriten.
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3. Verkleinerung der Abmessungen aller Anlagen, welche zwischen dem
Röstofen und dem Kontaktkessel vorgesehen sein müssen.
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4. Verbesserung des Wirkungsgrades der ganzen Anlage, da die Wärmeverluste
bedeutend kleiner gehalten werden können.
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Weitere Vorzüge betrieblicher Natur werden weiter unten besprochen,
nachdem .der Verfahrensablauf an Hand eines in der Zeichnung schaubildlich dargestellten
Ausführungsbeispieles einer hierzu verwendbaren Anlage beschrieben worden ist.
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Der Kompressor 1 liefert die auf einen geeigneten Druck - z. B. 5
ata - komprimierte Luft, die durch den Wäremeaustauscher 2 hindurchtritt und im
Erwärmer 3 die aus dem Röstofen 6 austretenden Röstgase bzw. auch Abbrände abkühlt.
Die auf eine hohe Temperatur erwärmte Luft expandiert in der Luftturbine 4, wo sie
Arbeit verrichtet. Die Turbine 4 treibt den Kompressor 1 an und durch den Leistungsüberschuß
den elektrischen Generator 5. Ein Teil der aus der Turbine 4 austretenden Warmluft
wird in den Ofen 6 zum Rösten von Pyrit geleitet, während mit dem Rest im Wärmeaustauscher
2 komprimierte Luft vorgewärmt wird. Diese verbleibende Luft wird entweder in die
Atmosphäre weitergeleitet oder kann z. B. zum Trocknen, Heizen oder für andere technologische
Zwecke verwendet werden. Im Falle der Erzeugünä -von. Schwefelsäure durch das Kontaktverfahren
kann die warme Luft aus der Turbine 4 unmittelbar in den nicht gezeichneten Kontaktkessel
eingeführt werden.
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In dem dargestellten Beispiel wird Wasser nur zum Zwischenkühlen :der
Luft bei deren Komprimieren verwendet, und zwar im Wärmeaustauscher 7-Kühler. Der
Kühlwasserverbrauch ist hier also bedeutend geringer als bei einer Kondensationsdampfturbine,
und bei der Verwendung eines nicht gekühlten Kompressors entfällt der Verbrauch
überhaupt. Keinesfalls kann hier Wasser mit den Röstgasen in Berührung kommen, mit
.denen es eine die Korrosion der Vorrichtung hervorrufende -.-aggressive Verbindung
bilden könnte; wie -dies bei den bisherigen Ausführungen der Fall ist.
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Die Verwendung von vorgewärmter Luft -zum Rösten ist vorteilhaft,
da die erforderliche Temperatur im Röstofen 6 z. B. durch Rezirkulation der abgekühlten
Röstgase oder durch Verwendung eines ärmeren Pyrits geregelt werden kann, wodurch
weitere Ersparnisse bei dessen Vorbehandlung erreicht werden können. Die Kombination
einer Gegendruck-Luftturbine mit einem Röstofen gemäß der Erfindung ist insbesondere
bei den neueren Ofentypen vorteilhaft, z. B. bei Verflüssigungsöfen oder Schmeelzherdöfen,
denn in einem solchen Falle ermöglicht sie eine unmittelbare Verarbeitung von sehr
armen Pyriten ohne die Notwendigkeit einer vorherigen Flotation. d. h. unter bedeutend
verringerten Erzeugungskosten.
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Die erfindungsgemäße Anordnung kann verschiedenartig kombiniert werden.
Im gegebenen Falle kann man z. B. das Luftturbinenaggregat 4, 1, 5 an mehrere Öfen
6 anschließen. Dadurch wird eine Erhöhung der Wirtschaftlichkeit und ein gleichmäßigerer
Gang der Luftturbine 4 erreicht, wobei die einzelnen Öfen 6 zwecks Reparaturen u.
dgl. unabhängig aus dem Betrieb abgestellt werden können.