DE2230678A1 - Verfahren zur gleichzeitigen behandlung zweier gasstroeme, von denen einer schwefelwasserstoff und der andere schwefeldioxid enthaelt - Google Patents

Verfahren zur gleichzeitigen behandlung zweier gasstroeme, von denen einer schwefelwasserstoff und der andere schwefeldioxid enthaelt

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DE2230678A1
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Description

  • Verfahren zur gleichzeitigen Behandlung zweier Gasströme, von denen einer Schwefelwasserstoff und der andere Schwefeldioxid enthält Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein kontinuierliches, in sich geschlossenes Verfahren zur Behandlung von zwei Gasströmen , von denen einer S02 und der andere H2S enthält, um die Gasströme zu reinigen und elementaren Schwefel zu produzieren. Spezieller betrifft die vorliegende Erfindung ein Kombinationsverfahren, bei dem ein erster Gasstrom, der H2S enthält, mit einer wässrigen Absorbenslösung, die ein alkalisches Reagens enthält, in einem Gaswäscher gewaschen wird, um H2S daraus zu entfernen, und ein zweiter Gasstrom, der SOL enthält, in einem Gaswäscher ähnlichen Typs mit einer Absorbenslösung gewaschen und gleichzeitig mit einem Reduktionsmittel umgesetzt wird, das wirksam ist, um absorbiertes SO, in die entsprechende Thiosulfatverbindung umzuwandeln. Die resultierenden angereicherten Absorbenslösungen, die aus den Gaswaschstufen gewonnen werden, werden dann miteinander vermischt und Reduktionsbedingungen unterzogen, die die Bildung von Polysulfid bewirken. Anschliessend wird das Polysulfid zersetzt, um elementaren Schwefel, Schwefelwasserstoff und eine regenerierte Absorbenslösung zu ergeben. Der Schwefelwassers stoff wird dann der H2S-Gaswaschstufe zugeführt, und die regenerierte Absorbenslösung wird zu den Gaswaschstufen zurückgeführt.
  • Auf vielen Gebieten der modernen Industrie treten üblicher weise Situationen ein, in denen zwei Typen von Gasströmen, die Schwefelverunreinigungen enthalten, in der gleichen chemischen, petrochemischen oder Erdölraffinerieanlage oder in enger Nachbarschaft zueinander behandelt werden müssen.
  • Eine der Gasstromtypen enthält HS als Verunreinigung, unddie andere enthält S02 als Verunreinigung. Gasströme, die H2S enthalten, sind ziemlich üblich auf vielen Gebieten der Industrie verfügbar. Ein Beispiel ist die Natrugasindustrie, wo der H2S-GehaL bestimmter Gasströme, die aus natürlichen Lagern oder Quellen in vielen Bereichen der Welt gewonnen werden, oft zu hoch ist, um industriell optimal annehmbar zu sein. Ein anderes Beispiel eines üblicherweise zur Verfügung stehenden H2S-haltigen Gasstromes ist mit der koksherstellenden Industrie verbunden, wo Stadtgas oder Leuchtgas, das unannehmbare Mengen an H2S enthält, gewöhnlich durch destruktive Destillation bituminöser Kohle#mit einem hohen Schwefelgehalt produziert wird. Noch ein anderes Beispiel ist die Herstellung von Wassergas oder Synthesegas, wo es nicht unüblich ist, Gasströme zu produzieren, die wesentliche Mengen an H2S enthalten, indem man Wasserdampf über eine Schicht von weißglühendem Koks leitet, der kleinere Mengen Schwefel enthält. Häufiger tritt diese erste Gasstromtype in der Erdölraffinerieindustrie auf, da das hauptsächlich verwendete Rohmaterial, Rohöl, typischerweise eine kleinere Menge Schwer fel enthält, und zwar haubsächlich in der Form organischer Schwefelverbindungen. Während des Verlaufs der zahlreichen Verfahren, denen das Rohöl oder Fraktionen hiervon unterzogen werden, werden ein oder mehrere Gasströme, die 1125 enthalten, ziemlich üblich durch Aufspaltung der Kohlenstoff-Schwefelbindungen in Anwesenheit von Wasserstoff bei relativ hohen Temperaturen produziert. Diese Reaktion tritt allgemein in vielen Kohlenwasserstoffumwandlungsverfahren auf, die in der typischen Erdölraffinerie angewendet werden, wie beim Hydrokracken, Hydrodesulfurieren, katalytischen Reformieren, thermischen Kracken, katalytischen Kracken, Hydroraffinieren und bei ähnlichen Verfahren. ähnlich ist die zweite Gasstromtype, die SO, enthält, als Nebenprodukt zahlreicher wichtiger Industrieverfahren in großem Umfang verfügbar. Eine der verschiedenen üblichen Quellen für einen SO2-haltigen Gasstrom ist mit der Verbrennung von schwefelhaltigen Brennstoffen in Verbrennungsmaschinen, Heizanlagen, Wasserdampfkochern und ähnlichen Umwandlungsanlagen zur Bildung von Feuerungsabgas- oder Rauchgasströmen, die wesentliche Mengen an SchwefeldioxiQbnthalten, verbunden. L.hnliche Gasströme, die S02 enthalten, werden außerdem allgemein in zahlreichen weitverbreiteten Industrieverfahren produziert, wie beim Schmelzen schwefelhaltiger Erze, der Synthese von Schwefelsäure, der Sulfonierung von Kohlenwasserstoffen, der Gewinnung von Koks, der Produktion von elementarem Schwefel in einem Claus-Verfahren, der Produktion von Papier über ein Holzpulpeverfahren und bei ähnlichen Industrieverfahren. Kurz gesagt, liegt auf der Hand, daß diese beiden Gasstromtypen in großem Umfang der modernen Industrie zur Verfügung stehen und in enger Nachbarschaft zuteinander ziemlich üblich auftreten. Beispielsweise in der Rohölraffinerieindustrie werden SO 2-haltige Gasströme während der Regenerierung von Katalysatoren, während der Produktion von Wärme und Nutzenergie für den Betrieb der verschiedenen Anlagen und während verschiedener Oxidationsverfahren, die mit unterschiedlichen schwefelhaltigen Kohlenwasserstoffströmen durchgeführt werden, produziert. Andererseits werden schwefelwasserstoffhaltige Ströme typischerweise als Nebenströme oder Schleppströme in solchen elementaren Verfahren, wie beim Hydroraffinieren und bei ähnlichen Verfahren, gebildet. In der Vergangenheit wurde die Behandlung dieser bei n Typen von Strömen zur Entfernung ihrer jeweiligen Schwefelverunreinigungen oft als getrennte und einzelne Probleme betrachtet. Wegen der wachsenden Aufmerksamkeit, die die öffentlichkeit den ernsten Umweltverschmutzungsproblemen schenkt, die durch unachtsames Freisetzen dieser mit Schwefel verunreinigten Gasströme verursacht werden besteht ein Bedarf an einem Behandlungssystem, das gleichzeitig beide dieser Gasstromtypen in einer bequemen und einfachen Weise behandeln kann.
  • Demnach besteht das der Erfindung zugrundeliegende Problem in der gleichzeitigen Behandlung dieser beiden Gasstromtypen, um die Schwefelverunreinigungen aus beiden Gas strömen in hochwirksamer und wirtschaftlicher Weise zu entfernen. Ein anderer Aspekt des Problems ist-der, diese beiden Gasstrom typen zu behandeln, ohne sie miteinander zu vermischen, um eine Verunreinigung des einen oder beider dieser Gasströme mit unerwünschten Komponenten aus dem anderen Strom zu verhindern.
  • Noch ein anderer Aspekt des Problems ist der, daß es erwünscht ist, die Schwefelverunreinigungen in der Form von elementarem Schwefel wiederzugewinnen, da dieser einen großen Markt besitzt. Ein damit verbundenes Problem besteht darin, ein Verfahren zur Behandlung dieser beiden Ströme in einem kontinuierlichen, in sich geschlossenenVerfahren bezüglich der Absorbenslösung zu bekommen. Außerdem sollte die Menge an unerwünschten, schlecht verarbeitbaren Sulfatnebenprodukten, die in dem Verfahren gebildet werden, auf einem Minimum gehalten werden.
  • Es wurde nun ein bequemes und einfaches Verfahren zur gleichzeitigen Behandlung dieser beiden Gasströme mit einer Unterdrückung unerwünschter Sulfatnebenprodukte und mit einer Produktion von elementarem Schwefel gefunden. Kurz gesagt, umfaßt das Verfahren eine Reihe voneinander abhängiger und miteinander verbundener Stufen einschließlich einer ersten Gaswäschestufe, die mit dem H2S-haltigen Gasstrom arbeitet, um einen eine Sulfidverbindung enthaltenden Auslaufwasserstrom zu bilden, einer zweiten Gaswäschestufe, die mit dem SO haltigen Gasstrom arbeitet, um einen eine Thiosulfatverbindung enthaltenden Auslaufstrom zu bilden, einer Reduktionsstufe, die diese beiden Auslaufströme miteinander umsetzt, um einen anderen Auslaufstrom zu bilden, der eine Polysulfidverbindung enthält, und einer Polysulfidzersetzungsstufe, die das resultierende Polysulfid unter Bildung von elementarem Schwefel, Schwefelwasserstoff und einer regenerierten Absorbenslösung zersetzt. Wenigstens ein Teil des resultierenden Schwefelwasserstoffes aus der Zersetzungsstufe wird dann zu der H2S-Gaswäschestufe geführt, und die regenerierte Absorbenslösung wird zu beiden Gaswäschestufen zurückgeführt. Der Kern dieses Verfahrens besteht in der Idee einer Verwendung eines Reduktionsmittels in der S02-Gaswaschstufe, um darin Thiosulfat zu bilden. Die Verfügbarkeit von Thiosulfat als eines der Produkte aus den Gaswaschstufen gestattet dann, daß die Reduktionsstufe eine einfache thermische Reaktion ist, bei der Sulfid mit Thiosulfat unter Bildung einer Polysulfidverbindung in einer hochwirksamen und selektiven Weise umgesetzt wird. Außerdem wurde festgestellt, daß der Schwefelwasserstoff, der durch die Zersetzung des Polysulfidproduktes der Reduktionsstufe gebildet wird, wirksam wiedergewonnen werden kann, indem man ihn zu der H2S-Gaswaschstufe führt. Einige der Vorteile, die mit diesem Verfahren verbunden sind, sind folgende: (1) Elementarer Schwefel wird selektiv produziert, wobei entsprechend die Bildung von unerwünschten, schlecht zu handhabenden Sulfat-, nebenprodukten auf einem Minimum gehalten wird. (2) Es werden letht zu handhabende wässrige Lösungen verwendet, um sowohl das 1125 wie auch das SO zu entfernen. (3) Die Absorbenslösung wird nach Art einer geschlossenen Schlaufe oder eines geschlossenen Kreislaufs verwendet. (4) In der Regenerier.
  • stufe ist kein katalysator erforderlich, was offensichtlich Probleme einer Deaktivierung oder Regenerierung von Katalysatoren, die sonst auftreten würden, vermeidet. (5) Die Regenerierstufe arbeitet bei relativ milden Bedingungen, die die Energiekosten und Anlagekosten auf ein Minimum herabsetzen. (6) Das in der S02-Gaswaschstufe verwendete Reduktionsmittel kann aus einer Reihe innerer Quellen in dem Verfahren ausgewählt werden. (7) Die Erfordernisse für die Aufarbeitung des alkalischen Reagens und Wasser liegen bei einem Minimum. (8) Die 1125 Gaswaschstufe wird zu zwei Zwecken angewendet, einmal zur Gaswäsche des eingespeisten H2S-haltigen Gasstromes und zum anderen zur Rückgewinnung der Nebenprodukte der Polysulfidzersetzungsstufe.
  • Es ist demnach ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung, ein kontinuierliches, in sich geschlossenes Verfahren zur gleichzeitigen Gaswäsche eines ersten 1125 enthaltenden Gasstromes und eines zweiten S02 enthaltenden Gasstromes zu bekommen, um beide dieser Gasströme zu reinigen und elementaren Schwefel zu produzieren. Ein anderes Ziel besteht darin, die Menge an alkalischem Mittel, das für die Bildung unerwünschter, schlecht zu handhabender Sulfatnebenprodukte bei einem solchen Gaswäscheverfahren verbraucht wird, auf ein Minimum zu senken. Noch ein anderes Ziel besteht darin, ein Verfahren zur Gaswäsche dieser beiden unterschiedlichen Arten von verunreinigten Gasströmen zu erhalten, das mit einer kontinuierlichen Regenerierung der angereicherten Gaswäschelösungen, welche aus den Gaswaschstufen gewonnen wefibn, arbeiten kann, so daß eine in sich qeschlossene Arbeitsweise bezüglich der Gaswaschlösung erhalten wird.
  • Noch ein anderes Ziel der Erfindung ist es, ein ombinationsverfahren zur Gaswäsche zweier Gasströme, von denen einer S02 und der andere H25 enthält, zu bekommen, wobei dieses Verfahren relativ einfach, wirksam und wirtschaftlich sein soll.
  • Kurz zusammengefaßt besteht die vorliegende Erfindungtiach einer Ausführungsform in einem Verfahren zur gleichzeitigen Behandlung eines ersten 1125 enthaltenden Gasstromes und eines zweiten S02 enthaltenden Gasstromes zur Entfernung von SOL und 1125 aus den betreffenden Gasströmen und zur Bildung von elementarem Schwefel, und dieses Verfahren besteht darin, daß man (a) den ersten Gasstrom mit einer wässrigen Absorbenslösung, die ein alkalisches Reagens enthält, behandelt und so einen ersten behandelten Gasstrom, der eine verminderte Menge an 1125 enthält, sowie einen Auslaufwasserstsm, der eine wasserlösliche Sulfidverbindung enthält, bildet, (b) den zweiten Gasstrom mit einer wässrigen Absorbenslösung, die ein alkalisches Reagens enthält, und mit einem Reduktionsmittel, das aus fein zerteiltem Schwefel, einer Polysulfidverbindung, einer wasserlöslichen Sulfidverbindung oder einem Gemisch hiervon besteht, behandelt und so einen zweiten behandelten Gasstrom, der eine verminderte Menge an SOL enthält, und einen Auslaufwasserstrom, der eine wasserlösliche Thiosulfatverbindung ent hält, bildet, (c) die Auslaufwasserströme aus den Stufen (a) und (b) unter Bildung eines eine Polysulfidverbindung enthaltenden Auslaufstromes reduziert, (d) wenigstens einen Teil des Polysulfid enthaltenden Auslaufstromes aus der Stufe (c) unter Bildung von elementarem Schwefel, Schwefelwasserstoff und einer regenerierten Absorbenslösung zersetzt, (e)wenigstens einen Teil des resultierenden Schwefelwasserstoffes zu der Stufe (a) führt und (f) getrennte Anteile der regenerierten Absorbenslösung zu den Stufen (a) und (b) führt.
  • Andere Ausführungsformen und Vorteile der vorliegenden Erfin dung betreffen zusätzliche Einzelheiten bezüglich spezieller Einspeisströme, Austrittsströme, Bedingungen und mechanischer Einrichtungen in Verbindung mit jeder der wesentlichen und bevorzugten Stufen. Diese sind nachfolgend im einzelnen im Zusammenhang mit den wesentlichen und bevorzugten Stufen des vorliegenden Verfahrens beschrieben.
  • Die bei dem vorliegenden Verfahren verwendete Gaswaschlösung ist allgemein als eine wässrige Absorbenslösung gekennzeichnet, die ein geeignetes alkalisches Mittel enthält. Unter der Bezeichnung "alkaliches Mittel oder Reagens" sollen auch übliche alkalische Mittel verstanden werden, wie Ammoniumhydroxid, die Alkalihydroxide, die sasserlöslichen Erdalkalihydroxide sowie Salze schwacher Säuren, wie Ammoniumcarbonat, die Alkalicarbonate und die Erdalkalicarbonate. Außerdem können Salze schwacher organische Säuren verwendet werden, wie Ammonium-, Alkali- oder Erdalkalisalze üblicher Carbonsäuren. Von den Alkalimetallreagentien sind Natriumhydroxid, Natriumcarbonat, Kaliumhydroxid und Kaliumcarbonat besonders bevorzugt. In den meisten Fällen erhält man ausgezeichnete Ergebnisse, wenn das alkalische Reagens Ammoniumhydroxid oder Ammoniumcarbonat ist. Es sei festgestellt, daß der Gedanke der vorliegenden Erfindung auch die Verwendung von Gemischen üblicher alkalischer Reagentien, wie solcher, die oben erwähnt sind, einschließt. Außerdem liegt es innerhalb des Erfindungsgedankens, als alkalisches Reagens Gemische normaler und saurer Salze üblicher alkalischer Reagentien, wie ein Gemisch eines Bicarbonatsalzes und eines normalen Carbonatsalzes von Ammoniak, der Alkalimetalle und der Erdalkalkmetalle, zu verwenden. Die Menge an alkal- chen Reagens, die in der wässrigen Absorbenslösung enthalten ist, ist nicht kritisch und kann aus einem relativ breiten Bereich ausgewählt werden. Im allgemeinen bekommt man gute Ergebnisse mit einer wässrigen Absorbenslösung, die etwa 1 bis etwa 30 Gew.-% des alkalischen Mittels enthält, obwohl gegebenenfalls auch Lösungen verwendet werden können, die eine Menge des alkalischen Mittels bis zur Löslichkeitsgrenze des betreffenden Reagens bei den in den Gaswaschstufen aufrechterhaltenen Bedingungen enthalten.
  • Der H2S enthaltende eingespeisteGasstrom, der der H2S-Gaswaschstufe zugeführt wird, kann aus einer Reihe unterschiedlicher Quellen stammen und kann beispielsweise ein Stadtgas, ein 51-gas, ein Wassergas, ein Naturgas oder ein Raffineriegasstrom sein. Um eine Verwirrung zu vermeiden, seien einige der verschiedenen Typen von Gasströmen, die in diese Stufe eingespeist werden können, folgendermaßen definiert: (1) Ein Stadtgas oder Leuchtgas ist ein Gemisch von Gasen, das durch destruktive Destillation von Sohle produziert wird. (2) Ein ölgas ist ein Gas, das aus Erdöl durch Umsetzung von 61-dämpfen und Wasserdampf bei hohen Temperaturen stammt. (3) Ein Wassergas oder Synthesegas ist ein Gas, das durch Zersetzung von Wasserdampf gewonnen wird, indem man diesen über eine Schicht von weißglühendem Koks oder weißglühender Kohle leitet, und in anderen Fällen wird es durch die Reduktion von Wasserdampf mit niedermolekularen Kohlenwasserso#n bei hoher Temperatur gewonnen. (4) Ein Naturgas ist ein Gemisch niedermolekularer, in der Natur gasförmiger Nohlenwasserstoffe, die typischerweise 1 bis 4 Kohlenstoffatome enthalten. (5) Ein Raffineriegas ist ein Gemisch normalerweise gasförmiger niedermolek#rer Kohlenwasserstoffe, die typischerweise zusammen mit Wasserstoff vorliegen, und wird bei der Umwandlung und Destillation von Kohlenwasserstoffen produziert. Der dieser Stufe zugeführte Gasstrom enthält H2S in einer Menge im Bereich von etwa 0,01 Vol.-% bis zu etwa 50 Vol.-% oder mehr. Typischerweise liegt die in diesem Gasstrom enthaltene H2S-Menge bei etwa 1 bis etwa 15 Vol.-%. Es bei festgestellt, daß es ein Merkmal des vorliegenden Verfahrens ist, daß ein Teil dieses ersten Gasstromes aus der nachfolgend beschriebenen Polysulfidzersetzungsstufe stammt.
  • Die in dieser H2S-Gaswaschstufe angewendeten Bedingungen sind herkömmliche Bedingungen und umfassen allgemein relativ niedrige Temperaturen und relativ hohe Drücke. Typischerweise erhält man gute Ergebnisse bei einer Temperatur von 10 bis etwa 660C (50 bis 1,500F) und einem Druck im Bereich von etwa 1 bis etwa 500 Atmosphären. Beispielsweise erhält man ausgezeichnete Ergebnisse bei einer Temperatur von etwa 21 0C (700F) und einem Druck von etwa 10 Atmosphären. Ein anderer wesentlicher Parameter bei dem Betrieb dieser Gaswaschstuf e ist das Verhältnis is Volumens des H2S-haltigen Gases, das dieser Stufe zugeführt wird, zu der Menge der wässrigen Absorbenslösung, die durch diese Stufe zirkuliert. Gewöhnlich ist die Auswahl eines speziellen Wertes dieses Parameters eine Funktion des anfänglichen H2S-Gehaltes des Gasstromes, des H2S-ASeiles, der in der Gaswaschstufe aus diesem Gasstrom entfernt wird, der spezifischen Beladungskapazität des ausgewählten Absorbens, der Wirksamkeit des Absorptionsturmes und der speziellen Temperatur und des speziellen Druckes, die für die Verwendung in dieser Stufe ausgewählt wurden. Bei der Betrachtung aller dieser Faktoren wird das Verhältnis gewöhnlich aus dem ziemlich breiten Bereic#ntsprechend etwa 100 : 1 bis etwa 10.000 : 1 ausgewählt.
  • In der 5O2-Gaswaschstufe wird der SOL enthaltende eingespeiste Gasstrom innig mit einem anderen Anteil der wässrigen Absorbenslösung und mit einem geeigneten Reduktionsmittel, das nachfolgend beschrieben ist,in Kontakt gebracht. Der zu dieser Stufe geführte eingespeiste Gasstrom ist typischerweise ein Feuerungsabgas oder Rauchgas. Ein typisches Rauchgas enthält beispielsweise etwa 1 bis etwa 10% 02, etwa 5 bis etwa 15 oder mehr CO2, etwa 3 bis etwa 10% oder mehr H20, etwa 0,05 bis 5%oder mehr SOL und relativ große Mengen N2. In einigen Fällen enthält dieser zu dieser Stufe eingespeiste Gas strom Kohlenmonoxid und Stickstoffoxide. Insgesamt ist es für ein gutes Arbeiten des vorliegenden Verfahrens erforderlich, daß die danvorliegenden Verfahren zugeführte Menge an S02 etwa die Hälfte der Nettomenge an H2S beträgt, die aus dem ersten Gasstrom in der H2S-Gaswaschstufe extrahiert wird. Das heißt, insgesamt ist es erforderlich, daß ein halbes Mol SO, als Einspeisung zu dem vorliegenden Verfahren je Mol des dem Verfahren zugeführten 1125 zugeführt wird. Wenn folglich ungenügend S02 vorhanden ist, liegt es innerhalb des Erfindungsgedankens, die erforderliche Menge an S02 durch Abbrennen eines Teils des aus der nachfolgend beschriebenen Polysulfidzersetzungsstufe erhaltenen Schwefelproduktes zu entwickeln. Wenn entsprechend ungenügend 1125 für das vorliegende Verfahren zur Verfügung steht, kann dieses nach irgendeiner dem Fachmann be-~kannten Methode entwickelt werden, beispielsweise kann es aus dem Schwefelprodukt der vorliegenden Erfindung nach irgendeiner bekannten Methode zur Umsetzung von Schwefeldampf mit Wasserstoff, Kohlenwasserstoffen oder Wasserdampf unter Bildung von H25 gebildet werden. Natürlich kann in vielen Fällen der Betrieb der Gaswaschstufen leicht derart eingestellt werden, daß die aus den beiden Gasströmen extrahierte Menge an H2S und SO in dem geeigneten Verhältnis liegt.
  • Beide dieser Gaswachstufen können in üblichen Gaswäscherzonen in irgendeiner geeigneten Weise durchgeführt werden, wie beispielsweise auch in mehreren Stufen. Die Gaswaschlösung kann in die Gaswaschzone entweder in aufwärts gerichteter oder in abwärts gerichteter Fließrichtung geführt werden, und dr eingespeiste Gasstrom kann gleichzeitig in die Gaswäscherzone in Gleichstromrichtung zu der Gaswaschlösung eingeführt werden.
  • Ein besonders bevorzugtes Verfahren verwendet Abwärtsfluß der Gaswaschlösung mit Gegenstromfluß des Gasstromes, der behandelt werden soll. Die Gaswaschzone ist vorzugsweise eine herkömmliche Gas-Flüssigkeitskontaktzone, die geeignete Einrichtungen enthält, um einen innigen Kontakt zwischen einem absteigenden Flüssigkeitsstrom und einem aufsteigenden Gasstrom zu erhalten.
  • Geeignete Kontakteinrichtungen sind Austauschböden, Ablenkbleche und irgendwelche der verschiedenen Packungsmaterialien, die dem Fa:h#nr bekannt sind. Bei dieser Gegenstromarbeitsweise wird ein behandelter Gasstrom vom oberen Bereich der Gaswaschzone abgezogen, und eine angereicherte Gaswaschlösung wird vom unteren Bereich derselben abgezogen.
  • Die S02-Gaswasehstufe wird allgemein unter herkömmlichen Gaswaschbedingungen durchgeführt, die auf der Grundlage der Eigenschaften des speziell benutzten alkalischen Reagens, des Schwefeldioxidgehaltes des eingespeisten Gasstromes, des Anteils des in der Gaswaschstufe zu entfernenden Schwefeldioxids und der physikalischen Eigenschaften der Gaswaschzone ausgewählt. Gewöhnlich arbeitet die S02-Gaswaschstufe bei einer relativ niedrigen Temperatur von etwa 20 bis 1500C, einem relativ niedrigen Druck, der typischerweise nahe Atmosphärendruck liegt, und bei einem Volumenverhältnis von eingespeistem Gasstrom zu Gaswaschlösung von etwa 100 : 1 bis etwa 10.000 : 1.
  • Wenn-der eingespeiste Gasstrom ein Verbrennungsabgasstrom oder Rauchgasstrom ist, müssen gewöhnlich Einrichtungen zur Kühlung des eingespeisten Gasstromes vorgesehen sein, um den Gas strom vor seiner Einführung in die Gaswaschstufe auf ene relativ niedrige Temperatur zu bringen. Da der typische Betrieb der Gaswaschstufe die Verarbeitung großer Gasvolumina mit einem Gehalt nur einer relativ kleinen Menge Schwefeldioxid einschließt, ist es weiterhin bevorzugt, daß der Druckabfall in der Gaswaschzone auf einem Minimum gehalten wird, so daß es nicht erforderlich ist, große Gasvolumina zu komprimieren, um den Druckabfall in der Gaswasc-hzone auszugleichen.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Betrieb der SO2-Gaswaschstufe durch die Einführung eines Reduktionsmittels, bestehend aus feinteiligem Schwefel, einer Polysulfidverbindung, einer wasserlöslichen Sulfidverbindung oder einem Gemisch derselben, in die Gaswaschzone modifiziert. Bei einer#Arbeitsweise der SO2-Gaswaschstufe wird feinteiliger Schwefel als Reduktionsmittel benutzt, und es ist bevorzugt, daß der Schwefel in einer Teilchengröße von etwa 10 bis etwa 250 Mikron vorhanden ist, wobei man die besten Ergebnisse mit Teilchen von etwa 25 bis etwa 100 Mikron erhält. Typischerweise ist es eine gute Praxis, den Schwefel in die Gaswaschstufe über einen Wasserstrom einzuführen, der einen Schlamm von feinteiligem Schwefel in einer Menge von etwa 1 bis etwa 75 Gew.-% enthält, obwohl auch gegebenenfalls irgendein anderes geeignetes Mittel zur Einspritzung feinteiliger Feststoffe benutzt werden kann.
  • Ein bevorzugtes Verfahren besteht in der Zugabe der erforderlichen Schwefelmenge zu der Gaswaschlösung, bevor diese in die Gaswa-schzone eintritt. Bei dieser ersten Arbeitsweise ist es bevorzugt, auch ein Netzmittel in die Gaswaschzone einzuführen, um den guten Kontakt des elementaren Schwefels mit dem absorbierten SOL zu erleichtern. Geeignete Netzmittel: die Salze der Alkylarylsulfonate, wie das Natriumsalz von Dodecylbenzolsulfonat, sulfonierte Fettsäureester, C12-Cl6-Alkylsulfate, C12-C 16-Alkylsulfonate, A#lpolyoxyäthylenalkohole, Athylenoxidkondensationsprodukte von Alkylphenolen, quaternäre Ammoniumsalze, wie Octadecyldimethylbenzylammoniumchlorid und ähnliche Netzmittel. Das Netzmittel wird vorzugsweise in einer relativ kleinen Menge entsprechend etwa 0,01 bis etwa 1 Gew.-% des absorbierten S02, das umgesetzt wird, benutzt. Die Menge an elementarem Schwefel, die bei der ersten Arbeitsweise der S02-Gaswaschstufe benutzt wird, sollte ausreichen, um wenigstens ein Atom Schwefel je Molekül des absorbierten 502 zuzuführen, wobei die bevorzugten Mengen etwa 1 Es etwa 3 Atomen Schwefel je Mol absorbiertes S02 entsprechen. Eine bevorzugte Quelle für den elementaren Schwefel bei dieser Ariftsweise ist ein Teil des Schwefelproduktes der Polysulfidzersetzungsstufe.
  • Bei der zweiten Arbeitsweise dieser S02-Gaswaschstufe ist das Reduktionsmittel eine Polysulfidverbindung. Geeignete Polysulfidverbindungen sind etwa die Ammonium-, Alkali- und Erdalkalipolysulfide. Die besten Ergebnisse erzielt man gewöhnlich mit Ammoniumpolysulfid. Die Polysulfidverbindung wird gewöhnlich der Gaswaschstufe in der Form einer wässrigen Lösung zugeführt, die etwa 1 bis etwa 50 Gew.-% der Polysulfidverbindung enthält. In der Tat besteht ein bevorzugtes Verfahren in der Zugabe der Polysulfidverbindung zu der Gaswaschlösung, bevor diese in die Gaswaschzone eintritt. Es sei festgestellt, daß, wenn das Reduktionsmittel eine Polysulfidverbindung ist, kein Netzmittel erforderlich ist, um einen guten Kontakt mit der Sulfitverbindung zu bekommen. Die Menge der in die SO2-Gaswaschstufe bei dieser Arbeitsweise eingeführten Polysulfidverbindung reicht vorzugsweise aus, umwenigstens die stöchiometrische Menge zu liefern, die für die Umsetzung zwischen dieser Verbindung und dem absorbierten S02 zur Bildung der entsprechenden Thiosulfatverbindung erforderlich ist.
  • In dem typischen Fall, wo die Polysulfidverbindung 4 Atome elementaren Schwefels und 1 Atom Sulfid (wie beispielsweise (NE4)2S5) enthält, liegt die stöchiometrische Menge bei 1/6 Mol Polysulfid je Mol des absorbierten S02, wobei ein bevorzugter Wert bei etwa 1/4 bis etwa 3/4 odeqtnehr Mol Polysulfid je Mol absorbiertes S02 liegt. Eine bevorzugte Quelle für das Polysulfidreduktionsmittel bei dieser Arbeitsweise ist ein Anteil des Ausfluß stromes aus der nachfolgend beschriebenen Reduktionsstufe.
  • In einer dritten Arbeitsweise dieser S02-Gaswaschstufe ist das Reduktionsmittel eine wasserlösliche Sulfidverbindung. Geeignete wasserlösliche Sulfidverbindungen sind Schwefelwasserstoff, Ammoniumsulfid, Ammoniumhydrogensulfid und die Sulfidsalze und Hydrogensulfidsalze der Alkali- und Erdalkalimetalle. Diese wasserlösliche Sulfidverbindung wird vorzugsweise in die Gaswaschzone eingeführt, indem man sie der Gaswaschlösung vor deren Eintritt in die Zone zusetzt. Die besten Ergebnisse erzielt man gewöhnlich bei dieser letzten Arbeitsweise dieser Rufe, wenn der Sulfidreaktionspartner Schwefelwasserstoff oder Ammoniumhydrogensulfid ist. Die Menge des Sulfidreaktionspartners, die bei dieser Arbeitsweise der Gaswaschstufe zugeführt wird, ist wenigstens ausreichend, um 0,5 Mol Sulfidverbindung je Mol des absorbierten SO zu liefern, wobei man die besten Ergebnisse bei einem Molverhältnis entsprechend etwa 0,6 bis 1,5 oder mehr erhält. Ahnlich erzielt man bei dieser dritten Arbeitsweise gewöhnlich die besten Frgebnisset wenn der pH-Wert der aus diessr ç Stu#,e abgezogenen Auswaschlösung im Bereich von etwa 4 bis etwa 7 liegt. Eine bevorzugte Quelle für das Reduktionsmittel bei dieser Arbeitsweise ist ein Teil des Auslauf stromes aus der H2S-Gaswaschstufe oder ein Teil des Kopfstromes aus der Polysulfidzersetzungsstufe.
  • Die in dieser S02-Gaswaschstufe benutzten Bedingungen sind allgemein als Reaktionsbedingungen zu beschreiben, die wirksam sind, um Thiosulfat zu bilden, und die eine Temperatur von etwa 20 bis etwa 15O0C, einen ausreichenden Druck um die Gaswaschlösung in der flüssigen Phase zu halten, und eine Kontaktzeit entsprechend etwa 0,05 bis 1 oder mehr Stunden umfassen.
  • Im allgemeinen ist die für die erwünschte Reaktion erforderliche Kontaktzeit eine Funktion des benutzten Reduktionsmittels, wobei relativ hurze Kontaktzeitèn von etwa 1 bis 5 Minuten in dem Fall ausreichen, wo das Reduktionsmittel eine Polysulfidverbindung ist. Die anderen beiden Typen von Reduktionsmitteln erfordern eine relativ längere Kontaktzeit im Bereich von etwa 0,5 bis etwa 1 Stunde. Bei Betrachtung aller dieser Faktoren fÜr den Betrieb dieser SO2-Gaswaschstufe erhält man gewöhnlich die besten Ergebnisse, wenn das Reduktionsmitbi eine Polysulfidverbindung und speziell Ammoniumpolysulfid oder eine Sulfidverbindung, wie Schwefelwasserstoff oder Ammoniumhydrogensulfid ist. Es sei festgestellt, daß die Menge an unerwünschten Sulfatverbindungen, die sich in dieser S02-Gaswaschstufe bildet, wesentlich geringer ist als diejenige, die sich dann bildet, wenn diese Stufe ohne das Reduktionsmittel arbeitet, typischerweise wird die Sulfatmenge um einen Faktor von wenigstens 2 vermindert.
  • Anschliessend an die 1125 und S02-Gaswaschstufen werden die darin produzierten Auslaufströme miteinander vermischt, und das resultierende Gemisch wird zu der Hauptreduktionsstufe der vorliegenden Erfindung geführt. Die besten Ergebnisse erzielt man gewöhnlich in dieser Reduktionsstufe, wenn die Mengen dieser beiden Auslaufströme sorgfältig so eingestellt werden, daß das Molverhältnis von Sulfid zu Thiosulfat in der Reduktionsstufe im Bereich von etwa 2 : 1 bis etwa 20 : 1 liegt, wobei der wirtschaftlich optimale Bereich bei etwa 2 : 1 bis etwa 10 : 1 liegt. Im allgemeinen ist es bevorzugt, in dieser Reduktionsstufe mit relativ großen Mengen an Sulfidreaktionspartner im Vergleich zu der Menge des Thiosulfatreaktionspartners zu arbeiten, um eine hohe Umwandlung der Thiosulfatverbindung zu gewährleisten. Beispielsweise wurden ausgezeichnete Ergebnisse bei Thiosulfatmolverhältnissen von 2,4: 1, 3,8 : 1 und 7,5 : 1 erzielt. Die in dieser Redukiionsstufee benutzten Bedingungen sind allgemein als Reduktionsbedingungen gekennzeichnt, die relativ härter als die in der S02-Gaswaschstufe benutzten Bedingungen sind. Die Bedingungen werden so ausgewählt, daß man die Bildung von Polysulfid erreicht, und allgemein umfassen diese Bedingungen eine Temperatur von etwa 100 bis etwa 3700C, wobei die besten Ergebnisse bei einer Temperatur von etwa 125 bis etwa 2500C erzielt werden, einen Druck, der ausreicht, um eine Flüssigphasenbedingung in dieser Stufe aufrecht zu erhalten, und allgemein einen Druck im Bereich von etwa 6,8 bis etwa 340 atü (100 bis 5000 psig), eine Kontaktzeit von etwa 0,1 bis etwa 1 Stunde und einen pH-Wert von etwa 7 bis etwa 12, wobei der bevorzugte pH-Wert bei etwa 9 bis 11 liegt. Ausgezeichnete Ergebnisee erhält in in dieser Stufe, wenn der wasserlösliche Sulfidreaktionspartner Ammoniumhydrogensulfid und die wasserlösliche Thiosulfatverbindung Ammoniumthiosulfat ist, bei einer Temperatur von 2000C, einem Druck von 17 atü (250 psig), einer Kontaktzeit von 6 Minuten und einem pH-Wert von 10.
  • Nach dieser Reduktionsstufe wird aus ihr ein Polysulfid enthaltender wässriger Auslaufstrom abgezogen, und wenigstens ein Teil desselben wird einer Polysulfidzersetzungsstufe unterzogen. Wie oben erklärt wurde, wird bei einer Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens ein Teil dieses Stromes zu der S02-Gaswaschstufe geführt. Es kann in dieser Stufe irgendein geeignetes Verfahren angewendet werden, das dem Fachmann für die Zersetzung eher Polysulfidverbindung bekanntist.Ein annehmbares Verfahren besteht in der Zugabe eines sauren Materials, wie Kohlendioxid, zu diesem Auslaufstrom in einer ausreichenden Menge, um den pH-Wert der Iiisung auf einen Wert unterhalb 7 herabzusetzen. Eine andere Methode besteht darin, den Auslauf auf eine kritische Temperatur in einem geschlossenen Kessel zu erhitzen, wie in der USA-Patentschrift 1 783 725 gezeigt ist. Ein bevorzugtes Verfahren für eine Verwendung in dieser Stufe besteht darin, daß man den polysulfidhaltigen Auslaufstrom thermischen Zersetzungsbedingungen unterzieht, die wirksam sind, um einen Schwefelwasserstoff und Wasser enthaltenden Kopfstrom und einen alkalisches Reagens und elementaren Schwefel enthaltenden Bodenstrom zu produzieren. Geeignete Polysulfidzersetzungsbedingungen sind eine Temperatur von etwa 100 bis 20000 und ein Druck von etwa 0,07 bis etwa 5,1 atü (etwa 1 bis etwa 75 psig). Indem Fall, wo Ammoniumhydroxid als alkalisches Reagens verwendet wird, ist es erforderlich, die Polysulfidzersetzungsstufe derart zu betreiben, daß eine relativ niedrige Temperatur in der Spitze der Zersetzungszone aufrecht erhalten wird. Gewöhnlich erreicht man dies in herkömmlicher Weise durch Verwendung eines Teils des Bodenwasserst#mes aus der Zone zur Kühlung der Spitze der Säule und zur Verhinderung, daß N3 übergeht. Ausgezeichnete Ergebnisse erhielt man bei der Zersetzung von Ammoniumpolysulfid, indem man 20 Vol.-% des polysulfidhaltigen Aslaufstromes als Kopf strom bei einer Temperatur von 1400C und einem Druck von 2,7 atü (40 psig) nahm. Allgemein kann diese Stufe in einer Destillationszone durchgeführt werden, worin 2S aus der polysulfidhaltigen Lösung mit Hilfe eines geeigneten aufsteigenden Gasstromes, wie Wasserdampf, Stickstoff, Luft und Kohlendioxid, aus gestreift wird, wobei dieser Gasstrom typischerweise am Boden der Destillationszone eingespritzt wird. Natürlich können auch in der Destillationszone aufsteigende Dämpfe entwickelt werden, indem man dem Boden derselben Hitze mit Hilfe einer Wasserdampfschlange oder eines herkömmlichen Aufkochers zuführt. Wenn die am Boden der Destillationszone benutzte TemzEatur geringer als der Schmelzpunkt von Schwefel ist, liegt der in dieser Stufe produzierte elementare Schwefel in der Form eines Schlammes fester Teilchen in dem aus dieser Zone abgezogenen wässrigen Bodenstrom vor. Dieser schwefelhaltige wässrige Strom kann irgendeiner in der Technik bekannten Methode zur Entfernung eines Feststoffes aus einer Flüssigket unterzogen werden, wie einer Filtratian, einem Absetzverfahren, einem Zentrifugieren oder dergleichen, um Schwefel daraus zu entfernen und eine regenerierte wässrige Absorbenslösung zu bilden Andererseits, wenn die in dieser Stufe benutzte Zersetzungstemperatur größer als der Schmelzpunkt von Schwefel ist, kann der Bodenstrom aus der Destillationszone ein Gemisch von flüssigem Schwefel in einem wässrigen Strom sein. Dieses Gemisch kann dann zu einer Absetzzone geführt werden, worin man den flüssigen Schwer sich absetzen und eine getrennte Schwefelphase bilden läßt. In diesem letzteren Fall kann die Abtrennung von flüssigem Schwefel von der regenerierten wässrigen Absorbenslösung gegebenenfalls in dem unteren Bereich der Destillationskolonne erfolgen, indem man sich am Boden der Zone eine flüssige Schwefelphase ansammeln läßt und sie als einen Bodenstrom getrennt abzieht. Der regenerierte wässrige Absorbensstrom wird dann als Seitenstrom abgezogen. Aus dieser Zersetzungsstufe erhält man einen 1125 enthaltenden Kopfdampfstrom, einen Schwefelproduktstrom und einen Strom von regenerierter wässriger Absorbenslösung. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird wenigstens ein Teil des H2S enthaltenden Kopfstromes zu der H2S-Gaswaschzone geführt, worin er erneut absorbiert und durch das Verfahren zirkuliert wird. Bei einer Arbeitsweise der SO 2-Gaswaschstufe wird ein Teil dieses 1125 enthaltenden Dampfstromes zu der SO 2-Gaswaschstufe geführt, um dieser wenigstens einen Teil des erforderlichen Reduktionsmittels zuzuführen. Ähnlich wird die regenerierte Absorbenslösung in zwei getrennte Anteile geteilt, die dann zu den H S-2 und S02-Gaswaschstufen recirkuliert werden. In einigen Fällen kann ein Schleppstrom aus diesem regenerierten Absorbensstrom abgezogen werden, um das in der Reduktion gebildete Nettowasser zu entfernen. In vielen Fällen wird jedoch Wasser aus dem System mit dem behandelten Gasstrom verloren, da dieser doch sehr selten mit Wasser gesättigt ist, wenn er zu den Gaswaschstufen geführt wird. In diesem letzteren Fall kann es erforderlich sein, daß eine kleinere Menge Wasser zu der regenerierten Absorbenslösung zugesetzt wird, um Verluste in den Gaswaschstufen zu kompensieren. Da die Selektivität für Polysulfid in der Reduktionsstufe recht gut ist, ist die Menge an unerwünschten Sulfataebenprodukten, die in diesem regenerierten Absorbensstrom vorhanden ist, ziemlich klein. Typischerweise ist die Menge an in der SO 2-Gaswaschstufe und in der Reduktionsstufe gebildetem Sulfat kleiner als 5% des gesamten Schwefelproduktes aus dem Sytem und typischerweise weniger als 1%. Obwohl diese Menge an unerwünschtem Sulfatnebenprodukt recht klein ist, sammelt sie sich zu irgendeinem Zeitpunkt in der zirkulierenden Absorbenslösung bis zu einem Punkt an, wo sie nach irgendeiner bekannten Methode, wie durch Kristallisation, Ausfällung durch Zugabe eines geeigneten Reagens, wie Calciumoxid, oder durch Abziehm und Verwerfen eines geeigneten Schleppstromes, entfernt werden muß.
  • Nach der breiten Kennzeichnung der wesentlichen Stufen des vorliegenden Verfahrens wird nun auf die Zeichnung Bezug genommen, um ein Ausführungsbeispiel einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im einzelnen zu erklären. Die Zeichnung enthält lediglich das verwendete Fließbild, ohne daß beabsichtigt ist, Einzelheiten über Heizeinrichtungen, Kühleinrichtungen, Pumpen, Kompressoren, Ventile und Kontrolleinrichtungen darzustellen, mit Ausnahme solcher Einrichtungen, deren Kenntnis wesentlich für das Verständnis der vorliegenden Erfindung ist oder die dem Fachmann in der Gasbehandlungstechnik nicht selbstverständlich sind.
  • In der Zeichnung titt ein H2S enthaltender Gasstrom in das Verfahren über Leitung 1 ein und wird bei der Verbindung der Leitungen 13 und 1 mit einem H2S-reichen Kopf strom vermischt, der aus der Zone 11 erhalten wurde und nachfolgend noch erklärt wird. Das resultierende Gemisch wird dann in den unteren Bereich der ersten Gaswaschzone 2 eingeführt. Da es erforderlich ist, die Reduktionszone 9 mit einem wesentlichen Uberschuss an Sulfidreaktionspartner zu betreiben, wird die in das System über Leitung 1 eingeführte Menge an H2S gewöhnlich etwa 10 bis 25% der Gesamtmenge betragen, die in Zone 2 eingeführt wird. Die Zone 2 ist ein senkrecht aufgestellter Turm, der geeignete Einrichtungen enthält, die einen innigen Kontakt zwischen einem aufsteigenden Gasstrom und einem absteigenden Flüssigkeitsstrom bewirken. Geeignete Kontaktmittel sind perforierte Platten, Prallbleche, Packungsmaterialien, wie Raschig-Ringe und dergleichen. Auch wird in den oberen Bereich der Zone 2 über Leitung 14 eine wässrige Absorbenslösung eingeführt, die Ammoniumhydroxid enthält, Die in dem wässrigen Absorbensstrom enthaltene Menge an alkalischem Reagens liegt bei etwa 10 Gew.-%. Im allgemeinen ist es erforderlich, ausreichend NH3 über Leitung 14 einzuspritzen, um wenigsens' 1 Mol NH3 je Mol H2S, das in die Zone 2 über Leitung 1 eintritt, vorzusehen, und vorzugsweise liegt dieser Wert bei etwa 1 bis 5 oder mehr Mol NH3 je Mol H2S. Die in dem vereinigten Gasstrom, der in den unteren Bereich der Zone 2 über Leitung 1 eintritt, enthaltene Menge an H S beträgt etwa 8 Vol.-%.
  • 2 Die Zirkulationsgeschwindigkeit der wässrigen Absorbenslösung in Beziehung zu der Geschwindigkeit, mit der der Gasstrom in die Zone 2 eingespritzt wird, wird so ausgewählt, daß man einen flüssigen Auslaufstrom produziert, der etwa 7,5 Gew.-% Schwefel in der Form von Ammoniumhydrogensulfid enthält. Dieser wässrige Auslaufstrom wird aus der Zone 2 über Leitung 4 abgezogen und zu der Reduktionszone 9 geführt. Ein behandelter Gasstrom wird ebenfalls vom oberen Bereich der Zone 2 über Leitung 3 abgezogen und enthält wesentlich weniger H2S als der eingespeiste Gasstrom. Die Zone 2 arbeitet bei einer relativ niedrigen Temperatur und einem relativ hohen Druck. Typischerweise erhält man ausgezeichnete Ergebnisse bei einer Temperatur von etwa 21 0C (700F) und einem Druck von etwa 10 Atmosphären.
  • Wendet man sich nun dem SO -haltigen Gasstrom zu, so ist zu 2 sagen, daß dieser in das System über Leitung 5 eintritt und in den unteren Bereich der zweiten Gaswaschzone 6 eingeführt wird. Dieser S02-haltige Gasstrom ist ein Verbrennungsabgasstrom, den man bei der Verbrennung einer schwefelhaltigen Kohle bei erl6htet- rtleaseratur erhält. Das Verbrennungsabgas enthält 5% 021 12% C02, 6% H20, 75% N2 und 2% 502. Außerdem wird in die Zone 6 eine wässrige Absorbenslösung mit einem Gehalt von etwa 10 Gew.-t Ammoniushidroxid eingeführt, und diese tritt in den ~erden Bereich der Zone 6 über Leitung 16 ein.
  • Die zweite Gaswaschzone ist eine gewöhnliche Gas-Flüssigkeitskontaktzone, die der Zone 2 ähnlich ist. Sie enthält übliche Mittel zur Bewirkung eines innigen Kontaktes zwischen dem aufsteigenden Gasstrom und dem absteigenden Flüssigkeitsstrom.
  • Ein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung ist jenes, daß ein Reduktionsmittel ebenfalls in die Zone 6 in einer derart berechneten Menge eingeführt wird, daß es mit dem absorbierten S02 unter Bildung von Thiosulfat reagiert. Dieses Reduktionsmittel kann aus einer Reihe unterschiedlicher Quellen innerhalb des laufenden Verfahrens erhalten werden.
  • Beispielsweise ist eine Quelle ein Teil des H2S-haltigen Kopfdampfstromes, den man aus der Zersetzungszone 11 erhält. Er wird in die Zone 6 über die Leitungen 13, 23 und 5 geführt, wenn das Ventil 24 sich in der offenen Stellung befindet und sich die Ventile 18, 20 und 22 in der geschlossenen Stellung befinden. Eine andere Quelle für das Reduktionsmittel ist ein Teil des Ammoniumhydrogensulfid enthaltenden Auslaufstromes, der aus der Zone 2 über Leitung 4 abgezogen wird. In dem in der Zechnung erläuterten Fall wird es über die Leitungen 4, 17 und 16 in die Zone 6 geführt, während Ventil 18 in der offenen Stellung sich befindet und die Ventile 24, 22 und 20 sich in der geschlossenen Stellung befinden. Noch eine andere Quelle für das Reduktionsmittel für die Verwendung in der Zone 6 ist ein Teil des in der Zersetzungszone 11 gebildeten Schwefelproduktes. Es wird in die Zone 6 über die Leitungen 12, 19 und 16 geführt, während das Ventil 20 offen ist und die Ventile 24, 18 und 22 geschlossen sind. Schließlich ist eine Quelle für das Reduktionsmittel innerhalb des geschlossenen Verfahrens auch ein Teil von polysulfidhaltigem Auslaufstrom, der in der Zone 9 gebildet wurde. Dieser wird zu der Zone 6 über die Leitungen 10, 21 und 16 geführt, wenn das Ventil 22 offen ist und die Ventile 24, 18 und 20 geschlossen sind.
  • Natürlich können auch Gemische dieser Reduktionsmittel verwendet werden, wenn dies erwünscht ist. Unabhängig von der Quelle des erforderlichen Reduktionsmittels wird dieses in die Zone 6 in einer solchen lenge eingeführt, daß diese ausreicht, mit dem absorbierten S02 unter Bildung von Ammoniumthiosulfat zu reagieren. Wenn beispielsweise das Reduktionsmittel Schwefelwasserstoff oder Ammoniumhydrogensulfid ist, wird es in die Zone 6 in ausreichenden Mengen eingeführt, damit 0,5 llol Sulfid je Mol absorbiertes SO, reagieren. Die Zone 6 arbeitet bei einer Temperatur von 66 0C (1500F) und bei einem Druck von etwa Atmosphärendruck. Die Menge an wässriger Absorbenslösung, die über Leitung 16 zu der Zone 6 zirkuliert, wird so ausgewählt, daß man ein Volumenverhältnis von eingespeistem Gasstrom zu Absorbenslösung von etwa 500 : 1 erhält. Ein behandelter Gasstrom, der wesentlich weniger 502 enthält als der einaespeiste Gasstrom, wird dann aus der Zone 6 über Leitung 7 abgezogen. Ähnlich wird ein Auslaufwasserstrom, der Ammoniumthiosulfat und Ammoniumhydrogensulfid enthält, aus der Zone 6 über Leitung 8 abgezogen, mit dem Auslaufstrom aus der Zone 2 an der Verbindung der Leitung 8 mit der Leitung 4 vermischt, und das resultierende Gemisch gelangt über Leitung 4 zu der Reduktionszone 9. Der flüssige Auslaufstrom aus der Zone 6 enthält etwa 1 Gew.-t Schwefel als Ammoniumthiosulfat. Außerdem enthält er Ammoniumsulfat in einer Menge entsprechend weniger als 5% des in Zone 6 absorbierten SO2.
  • Die Reduktionszone 9 ist ein herkömmlicher thermischer Reaktor, der so konstruiert ist, daß ein inniger Kontakt zwischen den beiden flüssigen Strömen erfolgt, die in diese Zone eingespeist werden. Mit herkömmlichen Mitteln wird die Zone 9 auf eine Temperatur von 200 0C und einen Druck von 44 atü (560 psig) gehalten. Außerdem werden die Fließgeschwindigkeiten der in die Zone 9 eingespeisten Ströme so ausgewählt, daß man eine Verweil zeit von etwa 6 minuten erhält. De Mengen an Ammoniumhydrogensulfid und Ammoniumthiosulfat, die in die Zone 9 eingespeist werden, sind ausreichend, um ein Molverhältnis von Ammoniumhydrogensulfid zu Ammoniumthiosulfat von 7,5 : 1 zu erhalten. Außerdem liegt der pH-Wert des Gemisches der Auslaufströme, die in die Zone 9 eintreten, bei etwa 10. Ein wässriger Auslaufstrom wird dann aus der Zone 9 über Leitung 10 abgezogen, und eine Analyse hiervon zeigt, daß 13% des in diese Zone eingespeisten Ammoniumhydrogensulfids darin umgesetzt wurden und daß 100% Ammoniumthiosulfat darin umgesetzt wurden. Außerdem zeigt die Analyse, daß 99,5% des in Zone 9 umgewandelten Materials in Ammoniumpolysulfid umgewandelt wurden, wobei weniger als 0,5% in unerwünschtes, schlecht zu verarbeitendes Ammoniumsulfat umgewandelt wurden. Der wässrige Strom, der aus der Zone 9 abgezogen wurde, enthält daher große Mengen an Ammoniumpolysulfid, unumgesetztes Ammoniumhydrogensulfid und die Spurenmenge an Ammoniumsulfat.
  • Der resultierende, Ammoniumpolysulfid enthaltende Auslaufstrom wird aus der Zone 9 über Leitung 10 abgezogen und zu der Zersetzungszone 11 geführt. In der Zone 11 wird das Ammoniumpolysulfid zersetzt und ergibt HzS, elementaren Schwefel und eine regenerierte Absorbenslösung. Vorzugsweise ist die Zone 11 eine Destillationszone, die bei einer Bodentemperatur von 1400C und einem Druck von etwa 2,7 atü (40 psig) arbeitet, um einen liopf strom, der H2S, 1120 und eine kleinere Menge 4H3 enthält, einen Seitenstrom, der regenerierte wässrige Absorhenslösung mit einem Gehalt wesentlicher engen an Ammoniumhydroxid und relativ kleiner engen Ammoniumhydrogensulfid umfaßt, sowie einen Bodenstrom, der elementaren Schwefel umfaßt, zu produzieren. Allgemein kann diese Zersetzung bequem durchgeführt werden, indem man 20 bis 30 Vol.-% des Beschickungsstromes, der über Leitung 10 in die Zone 11 eintritt, am Kopf abnimmt.
  • Außerdem ist es erforderlichg eine relativ niedrige Temperatur an der Spitze der Zone 11 aufrechtzuerhalten, um zu verhindern, daß wesentliche Mengen an r;H3 von dort übergehen.
  • Dies erfolgt bequem durch Einspritzen eines relativ kühlen Wasserstromes, wie eines Teils des wässrigen Seitenstromes aus der Zone ll, in die Spitze der Zone 11, um NH3 aus dem dampfförm;igt;en :Kr#£rstrom auszuwaschen. Der Schwefel-Bodenstrom aus der Zone 11 wird von dort über Leitung 12 abgezogen und stellt das Hauptprodukt des vorliegenden Verfahrens dar. Der Seitenstrom, der die regenerierte wässrige Absorbenslösung enthält, wird aus der Zone 11 über LeiXstg 14 abgezogen, und in einigen Fällen wird ein Teil hiervon über Leitung 15 aus dem System entfernt, um das Produktwasser daraus zu entfernen.
  • Wie oben erklärt wurde, sind in den meisten Fällen die in das vorliegende System eingespeisten Gasströme jedoch nicht mit Wasser gesättigt. Folglich geht Wasser aus dem System in den Gasströmen verloren und sammelt sich nicht in dieser regenerierten Absorbenslösung an. Somit muß in vielen Fällen zusätzliches Wasser dem Verfahren über Leitung 15 zugesetzt werden. In jedem Fall wird die regenerierte Absorbenslösung aber Leitung 14 zu der Verbindung der Leitung 14 mit der Leitung 16 geführt, wo sie in zwei Teile geteilt wird, wobei der erste Teil über Leitung 14 zu der Zone 2 und der zweite Teil über Leitung 16 zu der Zone 6 geführt wird, wie oben geklärt wurde. In einigen Fällen geht alkalisches Reagens aus dem System in der Gaswaschzone verloren, so daß Ammoniak dem System über Leitung 15 als Ergänzung zugesetzt wird.
  • Rehrt man zu dem Kopfdampf strom zurück, der in Zone 11 produziert wird, so ist zu sagen, daß dieser über Leitung 13 aus dieser Zone abgezogen und zu der Leitung 1 geführt wird, wo er mit dem eingespeisten H2S-haltigen Gasstrom vermischt wird, wie oben erklärt wurde. Dieser Kopfgasstrom enthält im wesentlichen das gesamte H2S, das produziert wird, wenn das Polysulfidzersetzt wird. Außerdem enthält er wesentliche Zusätze an Wasserdampf und eine relativ kleine Menge an Ammoniak. Es ist ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung, daß die Gaswaschzone 2 verwendet wird, nicht nur den eingespeisten Gasstrom, sondern auch diesen Kopfdampf strom auszuwaschen.
  • Das oben beschriebene Verfahren arbeitet während eines langen Zeitraumes, und es wurde gefunden, daß die Ansammlung vqn unerwünschten Ammoniumsulfatverbindungen in der wässrigen Absorbenslösung recht klein im Vergleich mit der Menge ist, die bei einem ähnlichen Verfahren beobachtet wurde, wo die S02-Gaswaschstufe so lief, daß gerade das SO, absorbiert wurde, ohne daß ein Versuch gemacht wurde, es in der Gaswaschzone in Thiosulfat umzuwandeln. Außerdem werden etwa 95% der Schwefel -reaktionspartner in den Zonen 2 und 6 in elementaren Schwefel umgewandelt.

Claims (9)

  1. Patentansprüche
    TI Verfahren geichzeitigen Behandlung zweier Gasströme, von denen einer H2S und der andere SO enthält, unter Entfernung von S02 und 1125 aus den betreffenden Strömen und Bildung von elementarem Schwefel, dadurch gekennzeichnet, daß man (a) den 1125 enthaltenden Gasstrom mit einer ein alkalisches Reagens enthaltenden wässrigen Absorbenslösung behandelt und so einen ersten behandelten Gasstrom mit einer verminderten Menge an HZS und einen eine wasserlösliche Sulfidverbindung enthaltenden Auslaufwasserstrom produziert, (b) den S02 enthaltenden Gasstrom mit einer ein alkalisches Reagens enthaltenden wässrigen Absorbenslösung und mit einem Reduktionsmittel, das aus feinteiligem Schwefel, einer Polysulfidverbindung und/oder einer wasserlöslichen Sulfidverbindung besteht, behandelt und dabei einen zwei ten behandelten Gasstrom mit einer verminderten S02-Mange sowie einen eine wasserlösliche Thiosulfatverbindung enthaltenden Auslaufwasserstrom produziert, (c) die Auslaufwasserströme aus den Stufen (a) und (b) unter Bildung eines Auslaufstromes, der eine Polysulfidverbindung enthält, reduziert, (d) wenigstens einen Teil des Polysulfid enthaltenden A#slaufstromes aus der Stufe (c) unter Bildung von elementarem Schwefel, Schwefelwasserstoff und einer regenerierten Absorbenslösung zersetzt, (e) wenigstens einen Teil des resultierenden Schwefelwasserstoffes zu der Stufe (a) führt und (f) getrennte Anteile der regenerierten Absorbenslösung zu den Stufen (a) und (b) führt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als alkalisches Reagens Ammonium-, Alkali- oder Erdalkalicarbonate und/oder -hydroxide verwendet.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als alkalisches Reagens Amrnoniumhydroxid und/oder Ammoniumcarion#### verwendet.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als Reduktionsmittel in Jr Stufe (b) einen Teil des in der Stufe (d) gebildeten elemewearen Schwefels verwendet.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als Reduktionsmittel in der Stufe (b) einen Teil des in der Stufe (c) gebildeten Auslaufstromes verwendet.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als Reduktionsmittel in der Stufe (b) einen Teil des in der Stufe (a) gebildeten Auslaufwasserstromes verwendet.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als Reduktionsmittel in der Stufe (b) einen Teil des in der Stufe (d) gebildeten Schwefelwasserstoffes verwendet.
  8. 3. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man in der Stufe (b) bei einer Temperatur von etwa 20 bis etwa 150°C und einem Druck arbeitet, der die wässrige Absorbenslösung in der flüssigen Phase hält.
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man in der Stufe (c) bei einer Temperatur von etwa 100 bis etwa 3700C und einem Druck arbeitet, der das Gemisch der Auslaufwasserströme in der flüssigen Phase hält.
    L e e r s e i t e
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US10589223B1 (en) * 2019-04-18 2020-03-17 Saudi Arabian Oil Company Method and apparatus for treating a sulfur dioxide containing stream by hydrogen sulfide in aqueous conditions

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