DE2153098C3 - Verfahren zur Herstellung von Gips aus Schwefeldioxid enthaltenden Abgasen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein verbessertes und in wirtschaftlicher Weise durchzuführendes Verfahren zur 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 Heizkraftwerken 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 immer noch nicht in befriedigender Weise gelöst werden und dieses bedeutsame technische Problem ist immer noch Gegenstand vielfältiger Untersuchungen und Entwicklungsarbeiten.

Es sind zwei verschiedene Arbeitsweisen 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 anschließend oxydiert wird. Gemäß 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 der Verwendung von Calciumhydroxid oder Calciumcarbonat muß man nämlich mit einer Aufschlämmung arbeiten, wodurch sich die Gefahr einer Verstopfung in der verwendeten Absorptionsanlage ergibt. Falls man jedoch Calciumcarbonat direkt in Pulverform in dem Abgas dispergiert, besteht auch hier die Gefahr einer Blockierung des Abgasschornsteins und außerdem ist es nicht leicht, den gebildeten Gips 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 Verfügung zu stellen, bei dem die vorstehend erwähnten Schwierigkeiten und Nachteile nicht 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 18O⁰C 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 konditionierte Gas' mit einer wäßrigen Alkalisulfitlösung kontaktiert,

c) die beladene, saures Alkalisulfit enthaltende und gleichzeitig aufkonzentrierte Lösung mit Calciumcarbonat 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.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die in der Verfahrensstufe d) abgetrennte wäßrige Alkalisulfitlösung im Kreislauf in die Absorptionsstufe b) zurückgeführt.

Weiterhin wird gemäß einer bevorzugten Ausführungüform der Erfindung die in der Verfahrensstufe f) abgetrennte wäßrige Phase zur Herstellung der die Calciumsulfitkristalle enthaltenden Aufschlämmung verwendet.

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 Absorptionsanlage 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 Calci-

umcarbonat verwendet, sondern statt dessen arbeitet man mit einer wäßrigen Alkallsulfitlösuns, welche anschließend mit Calciumcarbonat oder Calciumhydroxid weiter umgesetzt wird.

Gemäß dem Verfahrensschema 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 werdsn 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 einen Wert im Bereich von 15 bis 60 Prozent eingestellt. Eine Temperatur von unterhalb 8O⁰C ist nicht günstig, weil dann die Feuchtigkeitsverdampfung in dem eigentlichen Absorptionsabschnitt 2 der Absorptionsanlage A relativ gering ist. Andererseits darf die Temperatur des Abgases auch nicht über 95⁰C liegen, weil 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.

Das so von Staubteilchen befreite und konditionierte Abgas wird anschließend 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 Zufuhrpumpe 8 in den oberen Teil des Absorptionsabschnittes eingespeist wird. Das in dem Abgas enthaltene Schwefeldioxid wird durch diesen Gas-Flüssigkeitskontakt als saures Alkalisulfit ausgewaschen und in chemischer Form gebunden. Gleichzeitig wird die Alkalisulfitlösung 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 Alkalisulfit etwa 15 Prozent beträgt.

In diesem Zersetzungsreaktor wird die beladene Alkalisulfitlösung mit einer Calciumcarbonat oder Calciumhydroxid enthaltenden Aufschlämmung umgesetzt, welche in einem Reaktor 9 hergestellt und über Pumpe 10 mit einer Temperatur von etwa 50 bis 90⁰C in den Zersetzungsreaktor 6 eingespeist wird. Falls für diese Umsetzung 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 Calciumsulfitkristalle 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 Absorptionsabschnitt 2 der Absorptionsanlage A zurückgeführt. Die ausgewaschenen Calciumsulfitkristalle werden in einen weiteren Reaktor 11 eingespeist, in welchem eine etwa Sprozentige Aufschlämmung von Calciumsulfit hergestellt wird. Diese Aufschlämmung wird dann über Förderpumpe 12 in den Oxydationsturm 13 eingespeist. Die Aufschlämmung durchströmt diesen Oxydationsturm 13 von oben nach unten und gleichzeitig wird von unten über Leitung 13a Luft eingeblasen, welche dann mit der entgegenströmenden Aufschlämmung unter Bildung von Gips reagiert.

Die Gipsaufschlämmung wird in eine Trennanlage 14 eingespeist und dort werden die Gipskristalle abgeschieden, während die abfiltrierte Füssigkeit über Förderpumpe 15 in den Reaktor 11 zurückgeführt wird, in welchem die zu oxydierende Calciumsulfitaufschlämmung 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 die 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.

Beispiel 1

Ein Abgas mit einer Temperatur von 170⁰C, welches 0,15 Volumenprozent Schwefeldioxid, 10 Volumenprozent Kohlendioxid, 4 Volumenprozent Sauerstoff und 15 Volumenprozent Feuchtigkeit enthält, wird mit einem Durchsatz von 250 NmVStd. 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 90⁰C 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/Std. einer auf 6O⁰C gehaltenen Absorptionsflüssigkeit kontaktiert wird, welche 18 Gewichtsprozent Natriumsulfit enthält und am Kopf des Absorptionsabschnittes durch eine Dispergiervorrichtung in dem aufströmenden Abgas fein verteilt wird.

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 Natriumsulfit und 15 Gewichtsprozent Natriumsulfit enthält. Das am Kopf der Absorptionsanlage abgezogene Abgas hat eine Temperatur von 6O⁰C, ist praktisch mit Feuchtigkeit gesättigt und zeigt nur noch eine Schwefeldioxidkonzentration vor 0,0083 Volumenprozent. Der ursprüngliche Schwefeldioxidgehalt des Abgases ist also praktisch um 94,6 Prozent verringert worden.

Die beladene 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 Molverhältnis von saurem Natriumsulfit zu Calciumhydroxid 2,2 :1 beträgt. Auf diese Weise werden 2,4 kg Calciumsulfit gebildet.

Diese Reaktionsmischung wird dann in eine Trennvorrichtung überführt, wo die Lösung von den Calciumsulfitkristallen abgetrennt und die Kristalle mit einer äquivalenten Wassermenge ausgewaschen werden und das Waschwasser abfiltriert wird. Die S abfiltrierte Flüssigkeit besteht aus einer 17,2 Gewichtsprozent Natriumsulfit 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 des Schwefeldioxid enthaltenden Abgases eingesetzt wird.

Die ausgewaschenen Calciumsulfitkristalle werden in einen weiteren Reaktor überführt, in dem unter Wasserzusatz eine 5gewichisprozentige Aufschläm- i$ mung 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 NmVStd. über eine Düse eingeblasen wird, so daß die Oxydationsreaktion bei einer Temperatur von 80⁰C 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 98,4 Prozent.

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

Beispiel 2

Ein Abgas mit einer Temperatur von 170⁰C, welches 0,15 Volumenprozent Schwefeldioxid, 10 Volumenprozent Kohlendioxid, 4 Volumenprozent Sauerstoff und 15 Volumenprozent Feuchtigkeit enthüll, wird mit einem Durchsatz von 250 NmVStd. 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 8 Prozent bei einer Gastemperatur von 90° C betrügt.

Das so konditionicrtc Abgas wird anschließend in den eigentlichen Absorptionsabschnitt der Anlage eingcspeist, wo es mit 71 kg/Std. einer auf 6O⁰C gehaltenen Absorptionsflüssigkeit kontaktiert wird, welche 10 Gewichtsprozent Natriumsulfit enthält und am Kopf des Absorptionsabschnittes durch eine Dispergiervorrichtung in dem aufströmenden Abgas fein verteilt wird.

Gleichzeitig mit der Absorption des Schwefeldioxids in dieser Alkalisulfitlösung erfolgt eine Verdampfung von Feuchtigkeit aus dem Abgas in einer Menge von 7,1 kg/Std. Durch diese Absorptionsbehandlung werden je Stunde 65 kg einer beladcnen Lösung erhalten, welche 5 Gewichtsprozent saures Natriumsulfat und 8 Gewichtsprozent Natriumsulfit enthält Das am Kopf der Absorptionsanlage abgezogene Abgas hat eine Temperatur von 62⁰C, ist praktisch mit Feuchtigkeit gesättigt und zeigt nur noch eine Schwefeldioxidkonzentration von 0,0095 Volumenprozent

Die beladene Alkalisulfillösung wird dann in einen Zersetzungsreaktor eingespeist und dort mit einer 20gewichtsprozentigen Aufschlämmung von Calciumhydroxid bei einer Temperatur von 8O⁰C unter ständigem Rühren umgesetzt, wobei das Molverhältnis von saurem Natriumsulfit zu Calciumhydroxid 2 :1 beträgt. Auf diese Weise werden stündlich 2,4 kg Calciumsulfit gebildet.

Diese Reaktionsmischung wird dann in eine Trennvorrichtung überführt, wo die Lösung von den Calciumsulfitkristallen abgetrennt und die Kristalle mit einer äquivalenten Wassermenge ausgewaschen werden und das Waschwasser abnitriert wird. Die abfiltrierte Flüssigkeit besteht aus einer 9,8 Gewichtsprozent Natriumsulfit enthaltenden Lösung, welche mittels einer Förderpumpe in den Absorptionsabschnitt zurückgeführt wird, wo diese Lösung nach Verdampfer von 7,1 kg/Stunde Wasser erneut zum Kontaktieren des Schwefeldioxid enthaltenden Abgases eingesetzt wird.

Die ausgewaschenen Calciumsulfitkristalle werden in einen weiteren Reaktor überführt, in dem unter Wasserzusatz eine 5gewichtsprozentige Aufschlämmung hergestellt wird. Diese Aufschlämmung wird mil einer entsprechenden Förderpumpe in den Kopf de« Oxydationsturms eingespeist, in den gleichzeitig arr Boden Luft über eine Düse cingeblascn wird, so daß die Oxydationsreaktion bei einer Temperatur von 85⁰C abläuft. Die oxydierte Aufschlämmung wird am Boder des Turmes abgezogen und einer Trennanlage züge führt, in der Calciumsulfatdihydrat in einer Menge vor 2,7 kg/Std. in trockener Form anfallt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Gips aus Schwefeldioxid enthaltenden Abgasen, dadurch gekennzeichnet, daß man die bis auf eine Temperatur von etwa 150 bis 180° C 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 80 bis 95° C einstellt,

b) dieses konditionierte Gas mit einer wäßrigen Alkalisulfitlösung kontaktiert, is

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

d) die gebildeten Calciumsulfitkristalle abtrennt und mit Wasser auswäscht, ϊο

e) eine die Calciumsulfitkristalle enthaltende Aufschlämmung mit einer geringen Luftinenge 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) zurückgeführt wird.

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

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