DE2153098A1

DE2153098A1 - Verfahren zur Herstellung von Gips aus Schwefeldioxid enthaltenden Abgasen

Info

Publication number: DE2153098A1
Application number: DE19712153098
Authority: DE
Inventors: Tomijiro; Funabashi Isao; Sugai Masayoshi; Iwaki Fukushima Morita (Japan)
Original assignee: Kureha Corp
Current assignee: Kureha Corp
Priority date: 1970-10-26
Filing date: 1971-10-25
Publication date: 1972-04-27
Also published as: GB1334185A; CA950169A; DE2153098B2; US3840638A

Description

KUREHA KAGAKU KOGYO KABUSHIKI KAISHA,
Tokyo, Japan

" Verfahren zur Herstellung von Gips aus Schwefeldioxid enthaltenden Abgasen "

Priorität: 26. Oktober 1970, Japan, Nr. 94 125/1970

Die Erfindung betrifft ein verbessertes und in wirtschaftlicher V/eise durchzuführendes Verfahren aur Herstellung von Gips aus Schwefeldioxid enthaltenden Abgasen, wobei diese Abgase mit einer Alkalisulfitlösung kontaktiert werden.

Man hat bereits grosse Anstrengungen unternommen um die in den verschiedensten Industrieanlagen und Fabriken anfallenden Abgase zu behandeln, beispielsweise die in Heizkraftwei'ken entstehenden heissen Abgase. Eine solche Behandlung ist nicht nur im Hinblick auf eine Verringerung der Luftverseuchung erforderlich, was eines der schwerwiegendsten Probleme in der ganzen Welt ist, sondern auch deshalb, um die in solchen Abgasen enthaltenen Stoffe noch nutzbringend als Rohstoffe für die chemische Industrie einzusetzen . Da jedoch die aus Industrieanlagen und Fabriken erhaltenen Abgase nur eine sehr geringe Konzentration an Schwefeldioxid enthalten und ausserdem die zu behandelnde Menge an Abgas · riesig gross ist, konnte die Entschwefelung derartiger Abgase

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immer noch nicht in befriedigender V/eise gelöst v/erden und dieses bedeutsame technische Problem ist immer noch Gegenstand vielfältiger Untersuchungen und Entwicklungsarbeiten.

Es sind zwei verschiedene Arbeitswelsen bekannt, um das in Abgasen enthaltene Schwefeldioxid in Gips zu überführen. Bei der einen Arbeitsweise lässt man Calciumhydroxid oder Calciumcarbonat mit dem Schwefeldioxid unter Bildung von Calciumsulfit reagieren, welches anscnliessend oxydiert wird. Gernäss der zweiten Arbeitsweise wird Calciumcarbonat in Pulverform in dem Abgas dispergiert und reagiert dort direkt mit dem im Abgas gleichfalls vorhandenen Sauerstoff unter Bildung von Gips.

Diese beiden bekannten Arbeitsweisen zeigen jedoch bestimmte Schwierigkeiten bei der Durchführung in der Praxis. Bei -dor Verwendung von Calciumhydroxid oder Calciumcarbonat nuss man nämlich mit einer Aufschlämmung arbeiten, wodurch sich die Gefahr einer Verstopfung in der verwendeten Absorptionsanlage ergibt. Pallö man jedoch Calciumcarbonat direkt in Pulverform in dem Abgas dispergiert, bestent auch hier die Gefahr einer Blockierung des Abgasschornsteins und ausserdem ist es nicht leicht, den gebildeten Gipo aus den Abgasen abzutrennen.

Insbesondere eine Verstopfung der Absorptionsvorrichtung tritt in der Praxis häufiger auf und lässt sich nur unter Vorsichtsmaßnahmen vermeiden.

Aufgabe der Erfindung war es daher, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Gips aus Schwefeldioxid enthaltenden Abgasen zur Verfugung zu stellen, bei dem die vorstehend erwähnten Schwie-

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rigkeiten und nachteile nicnt auftreten.

Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung von Gips aus Schwefeldioxid enthaltenden Abgasen ist dadurch gekennzeichnet, dass man die bis auf eine Temperatur von etwa 150 bis 180 C abgekühlten Gase

a) in einer ersten Verfahrensstufe von Staubteilchen so weit als möglich befreit und gleichzeitig auf einen Feuchtigkeitsgehalt von 15 bis 60 Prozent bei einer Temperatur von etwa 80 bis 95°C einstellt,

b) dieses konditionieiüe Gas mit einer wässrigen Alkalisulfitlösung kontaktiert,

c) die beladene, saures Alkalisulfit enthaltende und gleichzeitig aufkonzentrierte Lösung mit Calciumcarbonat oder Calciumhydroxid umsetzt,

d) die gebildeten Culciumsulfitkristalle abtrennt und mit V/asser auswäscht,

e) eine dio Calciumsulfitfalle enthaltende Aufschlämmung mit einer geringen Luftmenge oxydiert und

f) aus der wässrigen Aufschlämmung den gebildeten Gips abtrennt.

Gcmäss einer bevoi-zugten Aus führung s form wird die in der "Verfahrensstufe d) abgetrennte wässrige Alkalisulfitlösung im Kreislauf in die Absorptionsstufe b) zurückgeführt.

Weiterhin wird gemäiis einer bevorzugten Aus führung s form der Erfindung die in der Verfahrensstufe f) abgetrennte wässrige Phase zur Herstellung der die CaIeiumsu]fitkristalle enthaltenden Aufs chi ämmuiiß ν erwende t.

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Das erfindungsgemässe Verfahren wird anhand"des in der Zeichnung dargestellten Fliessdiagramms erläutert.

Um ein wirtschaftlich gut durchführbares Verfahren zur Herstellung von Gips aus Abgasen realisieren zu können, müssen die folgenden Gesichtspunkte vor allem beachtet werden:

1) Die Absorptioneanlage darf auf keinen Fall verstopft oder blockiert werden;

2) die für die Durchführung des Verfahrens erforderliche Wassermenge muss wohl ausgewogen sein und

3) die Reinheit des erhaltenen Gipses und die Kristallstruktur desselben muss den üblichen Qualitätsanforderungen entsprechen.

Um den vorstehenden Bedingungen zu genügen, wird im erfindungsgemässen Verfahren für die Absorption des Schwefeldioxids kein Calciumhydroxid oder Calciumcarbonat verwendet, sondern statt dessen arbeitet man mit einer wässrigen Alkalisulfitlösung, welche anschliessend mit Calciumcarbonat oder Calciumhydroxid weiter umgesetzt wird.

Geraäös dem Verfahronsschema des Fliessdiagramms werden die Abgase zunächst in eine Vorkammer der Absorptionsanlage A eingespeist, in welcher der Staub abgeschieden und der Feuchtigkeitsgehalt des Abgases entsprechend eingestellt wird. In dieser Vorkammer 1 wird das Abgas mit Wasser gewaschen, welches über eine Pumpe 3 im Kreislauf geführt wird und dabei werden Russteilchen und andere Feinstoffe aus dem Gas abgeschieden und gleichzeitig die Temperatur, des Abgases bis auf einen Wert im Bereich von ■ 80 bis 95 C herabgesetzt, sowie die relative Feuchtigkeit auf

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¹ einen Wert im Bereich von 15 bis 60 Prozent'eingestellt. Eine Temperatur von unterhalb 80⁰C ist nicht günstig, v/eil dann die Feuchtigkeitsverdampfung in dem eigentlichen Absorptionsabschnitt 2 der Absorptionsanlage A relativ gering ist. Andererseits darf die Temperatur des Abgases auch nicht über 95°C liegen, v/eil sich sonst das in dem Abgas enthaltene Schwefeldioxid nur schlecht durch die Alkalisulfitlösung auswaschen lässt. Ausserdem ist die Staubabscheidung bei einem .relativen 'Feuchtigkeitsgehalt unterhalb 15 Prozent nicht sehr wirksam und ein Feuchtigkeitsgehalt oberhalb von 60 Prozent muss deshalb vermieden werden, weil sonst die Konzentration der Alkalisulfitlösung zu stark herabgesetzt wird.

Da3 so von Staubteilchen befreite und konditionierte Abgas wird an3chliessend in den eigentlichen Absorptionsabschnitt 2 der . Anlage eingespeist, der mit Füllkörpern angefüllt ist. In diesem Absorptionsabschnitt 2 wird das in dem Abgas enthaltene Schwefeldioxid mit einer etwa 20prozentigen wässrigen Lösung eines Alkalisulfits kontaktiert, beispielsweise einer wässrigen Lösung von Natriumsulfit oder Kaliumsulfit, welche über die Kreislaufpumpe 4 und eine Zufuhrpumj)e 8 in den oberen Teil des AbsorptionsabBchnittes eingespeist wird. Das in dem Abgas enthaltene Schwefeldioxid wird durch diesen Gas-Flüs3igkeitskontakt als saures Alkalisulfit ausgewaschen und in chemischer Form gebunden. Gleichzeitig wird die Alkaliöulfitlösung durch die Berührung mit dem heissen Abgas aufkonzentriert. Sie gelangt dann über die Förderpumpe 5 in einen Zersetzungsreaktor 6, wobei die Konzentration an saurem Alkalisulfit etwa 8 Prozent und die Konzentration an neutralem Alkalisulfat etwa 15 Prozent beträgt.

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In diesem Zersetzungareaktor wird die beladene Alkalisulfitlö-. sung mit einer Calciumcarbonat oder Calciumhydroxid enthaltenden Aufschlämmung umgesetzt, welche in einem Reaktor 9 hergestellt und über Pumpe 10 mit einer Temperatur von etwa 50 his 90⁰C in den Zersetzungsreaktor 6 eingespeist wird. Falls für diese Urnsetzung Calciumcarbonat verwendet wird, muss eine Möglichkeit vorgesehen werden, um das freigesetzte Kohlendioxid aus dem Reaktor 6 zu entfernen oder einem anderen Verfahren zuzuführen, in welchem dieses Kohlendioxid als Rohstoff eingesetzt werden kann.

Die in dem Zersetzungsreaktor 6 entstandene Mischung aus Calciumsulfitkristallen und Alkalisulfitlösung wird dann in einem weiteren Reaktor 7 aufgetrennt und die Caloiumsulfitkristalle werden dort ausgewaschen. Die abgetrennte Alkalisulfitlösung wird zusammen mit Waschflüssigkeit, die über die Leitung 7a zugeführt worden ist, mittels der Förderpumpe 8 wieder in den Absorptionr,-abschnitt 2 der Absorptionsanlage A zurückgeführt. Die ausgewaschenen Calciumsulfitkristalle werden in einen weiteren Reaktor 11 eingespeist, in welche/neine etwa 5prozentige Aufschlämmung von Calciumsulfit hergestellt wird. Diese Aufschlämmung v/ird dann über Förderpumpe 12 in den Oxydationsturm 13 eingespeist. Die Aufschlämmung durchströmt diesen Oxydationsturm 13 von oben nach unten und gleichzeitig v/ird von unten über Leitung 13a Luft eingeblasen, welche dann mit der entgegenströmendem Aufschlämmung unter Bildung von Gips reagiert.

Die Gipsaufschlämmung wird in eine Trennanlage 14 eingespeist und dort werden die Gipskristalle abgeschieden, während die abfiltrierte Flüssigkeit über Förderpumpe 15 in den Reaktor 11 zu-

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rückgeführt wird, in welchem die zu oxydierende Calciumsulfitaufachlämmung hergestellt wird. Das erfindungsgemässe Verfahren bietet den wesentlichen Vorteil, dass in der Absorptionsanlage A keinerlei Verstopfung eintreten kann, dass ausserdem sowohl die Alkalisulfitlauge als auch das zusätzlich benötigte Wasser im Kreislauf in dje verschiedenen Verfahrensstufen zurückgeführt werden können und dass ausserdem die benötigte Wassermenge gut ausgewogen ist. Daher ermöglicht es das erfindungsgemässe Verfahren in einfacher und wirtschaftlicher Weise_/ den Schwefeldioxidgehalt von Abgasen für die Gipsherstellung auszunutzen.

Ausführungsbeispiel

Ein Abgas mit einer Temperatur von 17O⁰C, welches 0,15 Volumenprozent Scnwefeldioxid, 10 Volumenprozent Kohlendioxid, 4 Volumenprozent Sauerstoff und 15 Volumenprozent Feuchtigkeit enthält, wird mit einem Durchsatz von 250 Um /Std. in eine Absorptionsanlage eingespeist. Das Abgas wird zunächst mittels umlaufenden Wassers (80 Liter/Std.) in einer Vorkammer von Staubteilchen befreit und gleichzeitig wird die relative Feuchtigkeit in dieser Vorkammer so eingestellt, dass sie 32 Prozent bei einer Gastemperatur von 90 C beträgt. Der in dem Abgas enthaltene Staub wird in einer Menge von etwa 60 Prozent abgetrennt.

Das so konditionierte Abgas .wird anschliessend in den eigentlichen Absorptionsabschnitt der Anlage eingespeist, wo es mit 47 kg/Stö. einer auf 60 C gehaltenen Absorptionsflüssigkeit kontaktiert wird, welche 18 Gewichtsprozent Natriumsulfit enthält und am Kopf des Absorptionsabschnittes durch eine Dispergiervorrichtung in dem aufströmenden Abgas fein verteilt wird.

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Gleichzeitig mit der Absorption des Schwefeldioxids in dieser Alkalisulfitlösung erfolgt eine Verdampfung von Feuchtigkeit aus dem Abgas in einer Menge von 7,2 kg/Std.. Durch diese Absorptionsbehandlung werden je Stunde 41 kg einer beladenen Lösung erhalten, welche 8 Gewichtsprozent saures Natriumsulfat und 15 Gewichtsprozent Natriumsulfit enthält. Das am Kopf der Absorptionsanlage abgezogene Abgas hat eine Temperatur von 60 C, ist praktisch mit Feuchtigkeit gesättigt und zeigt nur noch eiiio Schwefeldioxidkonzentration von 0,0085 Volumenprozent. Der ursprüngliche Schwefeldioxidgehalt des Abgases ist also praktisch um 94-,6 Prozent verringert worden.

Die beladone Alkalisulfitlösung wird dann in einen Zersetzungsreaktor eingespeist und dort mit einer 20gewichtsprozentigen Aufschlämmung von Calciumhydroxid bei einer Temperatur von 80 C unter ständigem Rühren umgesetzt, wobei das Holverhältnis von saurem Natriumsulfit zu Calciumhydroxid 2,2 : 1 beträgt. Auf diese Weise werden 2,4 kg Calciumsulfit gebildet.

Diese Reaktionsmischung wird darm .in eine Trennvorrichtung überführt, v/o die Lösung von den CaIciumsulfitkristallen abgetrennt und die Kristalle mit ßiner äquivalenten V/asserrnenge ausgewaschen v/erden und das Wanchwasser abfHtriert wird. Die abfiltrierte Flüssigkeit besteht aus einer 17,2 Gewichtsprozent Katriumsulfit enthaltenden Lösung, welche mittels einer Förderpumpe in den Absorptionsabschnitt zurückgeführt wird und wo diese Lösung nach Verdampfen von 7,2 kg/Stunde Wasser erneut zum Kontaktieren dea Schwefeldioxid enthaltenden Abgases eingesetzt wird.

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'Die ausgev/aschenen Calciumsulfitkristalle werden in einen weiteren Reaktor überführt, in dem unter Wascerzusatz eine 5gewiehts~ prozentige Aufschlämmung hergestellt wird. Diese Aufschlämmung wird mit einer entsprechenden Förderpumpe in den Kopf des Oxydationsturms eingespeist, in den gleichzeitig am Boden Luft mit einem Durchsatz von 2 Hm /Std. über eine Düse eingeblasen wird, so dass die Oxydati onsreaktion bei einer Temperatur von 80 C abläuft. Die oxydierte Aufschlämmung wird am Boden des Turmes abgezogen und einer Trennanlage zugeführt, in der Calciumsulfatdihydrat in einer Menge von 2,7 kg/Std. in trockener Form anfällt. Dieser Gips zeigt gut ausgebildete planare Kristalle und der Reinheitsgrad beträgt 9ö,4 Prozent.

Die hierbei erhaltene Wassermenge wird im Kreislauf zurückgeführt, um die zu oxydierende Calciunisulfitaufschlämmung herzustellen.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Gips aus Sehwefeldiuxid enthaltenden Abgasen, dadurch gekennzeichnet, dass ηιειη die bis auf eine Temperatur von etwa 150 bis 180⁰G abgekühlten Gase

a) in einer ersten Verfahrensstufe von Staubteilchen soweit als möglich befreit und gleichzeitig auf einen relativen Feuchtigkeitsgehalt von 15 bis 60 Prozent bei einer Temperatur von etwa BO bis 95 C einstellt,

b) dieses konditionierte Gas mit einer wässrigen Alkalisulfitlösung kontaktiert,

c) die beladene, saures Alkalisulfit enthaltende und gleichzeitig aufkonzentrierte Lösung mit Calciumearbonat oder Calciumhydroxid umsetzt,

d) die gebildeten Calciumsulfitkristalle abtrennt und mit Wasser auswäscht,

e) eine die Calciumsulfitkristalle enthaltende Aufschlämmung mit einer geringen Luftmenge oxydiert und

f) aus der wässrigen Aufschlämmung den gebildeten Gips abtrennt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Verfahrensstufe d) abgetrennte wässrige Alkalisulfitlösung im Kreislauf in die Absorptionsstufe b) zurückgefünrt. wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadLurch gekennzeichnet, dass die in der Verfahrensstufe f) abgetrennte wässrige Phase zur Herstellung der die Calciumsulfitkristalle enthaltenden Aufschlämmung verwendet wird.

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