DE2348108A1

DE2348108A1 - Verfahren und vorrichtung zur absorption von so tief 3

Info

Publication number: DE2348108A1
Application number: DE19732348108
Authority: DE
Inventors: Karl Heinz Dipl Ing Doerr; Hugo Grimm; Lothar Dipl Ing Dr Reh; Karel Dipl Ing Vydra
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1973-09-25
Filing date: 1973-09-25
Publication date: 1975-04-03
Also published as: JPS5059295A; CA1037224A; GB1487830A; FR2244711A1; IT1022243B; SE7412006L; ZA744092B; ES428170A1; AU7137374A; US3950493A

Description

METALLGESELLSCHAFT Frankfurt/M., den 24.Sept.73

Aktiengesellschaft Schr/MSchu

Prov. Nr. 7253 LC

Verfahren und Vorrichtung zur Absorption von SO,

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Absorption von SO, aus SO,-haltigen Kontaktgasen mittels Schwefelsäure in einem Venturi-Absorber unter Abführung von Reaktionswärme durch Wärmeaustausch.

Bei der Herstellung von Schwefelsäure nach dem Kontaktverfahren wird das entstandene SO, mittels Schwefelsäure absorbiert. Bei der Normalkatalyse wird das SOp-haltige Gas in mehreren hintereinandergeschalteten Kontakthorden katalytisch behandelt, der S02~Gehalt dabei weitgehend zu. SO, umgesetzt und nach Verlassen des Kontaktkessels absorbiert. Bei dem Verfahren der Doppelkatalyse erfolgt nach der ersten Kontaktstufe eine Zwischenabsorption des gebildeten SOp. Das Gas wird in der zweiten Kontaktstufe weiter umgesetzt, und nach Verlassen des Kontaktkessels wird das in dor zweiten Kontaktstufe gebildete SO, im End-Absorber absorbiert. Es können auch mehrere Zwischenabsorptionen vorgenommen werden.

Bei der Absorption wird die Schwefelsäure durch die frei werdende Reaktionswärme und durch den Wärmeinhalt der zugeführten SO,-haltigen Gase aufgeheizt. Eine entsprechende Wärmemenge muß wieder aus der Säure durch Kühlung abgeführt werden.

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Die Abführung der Wärme erfolgt im allgemeinen in der Weise, daß die Schwefelsäure nach der Absorption aus dem Absorber geleitet und in Rieselkühlern oder Luftkühlern gekühlt wird (DT-OS 2 026 818, DT-OS 2 018 761, US-PS 3 432 264). Infolge der geringen Temperaturerhöhung des Kühlmediums ist eine wirtschaftliche Gewinnung der abgeführten Wärmemenge nicht möglich, und die Färme wird vernichtet.

Es ist auch bekannt, die Schwefelsäure in einer Pumpenvorlage zu kühlen (DT-AS 2 208 393) oder Wärme aus einer vom Gas durchströmten, wallenden Schwefelsäure-Schicht abzuführen (DT-OS 1 571 772). Auch bei diesem Verfahren ist eine nutzbringende Wärmegewinnung nicht vorgesehen.

Weiterhin ist es bekannt, die aus dem Absorber abfließende Schwefelsäure in Speisewasservorwärmern abzukühlen und dabei das Speisewasser aufzuheizen (DT-OS 1 567 697, DT-OS 1 567 716). Da jedoch das Temperaturgefälle relativ gering ist und der Wärmeübergang nicht groß ist, müssen die Speisewasservorwärmer große Austauschflächen haben. Außerdem ist der Wasserbedarf pro m Säure groß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Teil der bei der*Absorption entstehenden Reaktionswärme auf wirtschaftliche Weise abzuführen und nutzbringend zu verwerten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Teil der Misch- und Reaktionswärme im unteren Teil des Venturi-Absorbers durch indirekten Wärmeaustausch zwischen der Gas-Schwefelsäure-Phase und einem durch Kühlelemente geleiteten Kühlmedium aus dem Venturi-Absorber abgeführt wird.

Die Mischwärme entsteht durch Vermischung des heißen SO₇,-haltigen Gases mit der Schwefelsäure und die Reaktionswärme

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durch die Absorption des SO, in der Schwefelsäure. Das Gas und die Schwefelsäure werden am Kopf des Venturi-Absorbers eingeleitet. Die Kühlelemente sind in dem sich erweiternden Teil des Venturi-Absorbers und/oder unterhalb des Teiles angeordnet, jedoch oberhalb des Sumpfes aus Schwefelsäure am Boden des Venturi-Absorbers, falls dieser vertikal angeordnet ist. Die Fläche der Kühlelemente und die durchgeleitete Menge an Kühlmedium richtet sich nach der Durchsatzleistung des Absorbers und den Eintrittstemperaturen in dem Absorber. Die Kühlelemente bestehen aus korrosionsbeständigem Material. Eine weitere Kühlung der Säure - falls erforderlich - erfolgt in bekannter Weise.

Eine vorzugsweise Ausgestaltung besteht darin, daß durch die Wärmeabführung die Temperatur der Gas-Schwefelsäure-Phase beim Austritt aus dem Bereich der Kühlelemente bis auf etwa 120" ⁰C gesenkt wird. Bis zu dieser Temperatur bestehen gute Verhältnisse in bezug auf den Wärmeaustausch und den Absorptionsgrad. ' ■

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung besteht darin, daß als· Kühlmedium Speisewasser verwendet wird. Die Verwendung von Speisewasser ergibt eine gute Kühlung und eine gute Verwendungsmöglichkeit der abgeführten Wärmemenge.

Eine bevorzugte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht aus einem vertikalen Venturiabsorber mit Zuleitungsvorrichtungen für das Gas und die Schwefelsäure am Kopf des Venturi, einem Schwefelsäuresumpf unter der Austrittsöffnung des Venturi und einer waagerechten Ableitung für die Gase oberhalb des Sumpfes in einem vertikalen Absetzraum und ist dadurch gekennzeichnet, daß im unteren Teil des Venturi oberhalb der waagerechten Ableitung für die Gase flüssigkeitsdurchströmte Kühlelemente angeordnet sind. Diese Anordnung

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ergibt eine gute Absorption und gute und einfache Wärmeabführung.

Die Erfindung wird anhand der Fig^urund des Beispiels näher and beispielsweise erläutert.

Die Figur veranschaulicht ein Fließschema der Erfindung. In die obere Öffnung des Venturi-Absorbers 1 wird SO,-haltiges Gas, das aus einem Kontaktkessel oder einem Zwischenkühler kommen kann, eingeleitet. Über die Leitung 2 wird die zur Absorption bestimmte Schwefelsäure zugeführt und mittels Düse 3 versprüht. Unterhalb der Sprühzone "befinden sich Kühlelemente 4, die von Flüssigkeit, insbesondere Wasser, durchströmt werden. An diese Kühlelemente gibt die mit SO, aufgestärkte Schwefelsäure einen wesentlichen Teil der Reaktionsund Mischwärme ab. Während im Bodenraum 5 des Venturi-Absorbers 1 die Schwefelsäure abgeschieden wird, gelangen die von SO, im wesentlichen befreiten Gase über eine Venturi-förmig ausgestaltete, waagrechte Ableitung 6 in einen vertikalen Absetzraum 7· Nach Durchgang durch einen Tröpfchenabscheider verlassen sie den Absetzraum 7.

Die im Bodenraum 9 aus Schwefelsäuretröpfchen gebildete Schwefelsäure wird über eine Verbindungsleitung 10 mit der Schwefelsäure im Bodenraum 5 des Venturi-Absorbers 1 vereinigt und gelangt von dort in eine Pumpenvorlage 11, von der sie vermittels einer Pumpe 12 über Leitung 2 der Düse 3 erneut zugeführt wird. In Leitung 2 ist ein Kühler geschaltet, mit dem der Schwefelsäure die erforderliche Wärmemenge entzogen werden kann.

Aufgestärkte Schwefelsäure wird dem Absorptionssystem über Leitung 14 entnommen. Frische verdünnte Schwefelsäure kann

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beispielsweise über Leitung 15 in die Pumpenvorlage eingebracht werden.

Ausführungsbeispiel

Der Vorrichtung gemäß Figur wurden über die obere Öffnung des Venturi-Absorbers 1 77.500 Nnr/h Gas von 200 ⁰C und mit einem Gehalt von 9»46 Vol.9*> SO^ zugeführt. Sie wurden

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mit 168,5 m /h Schwefelsäure, die eine Konzentration von 97,5 Gew.% und eine Temperatur von 70 ⁰C aufwies,besprüht. Die Schwefelsäure-Gas-Mischung hatte oberhalb der Kühlelemente 4 eine Temperatur von 16O ⁰C.

Durch die Kühlelemente 4 wurde Kesselspeisewasser mit einer Temperatur von 30 ⁰C in Mengen von 50 m /h zugeführt. Dieses Kesselspeisewasser erwärmte sich durch die vorbeigeführte Gas-Flüssigkeit-Mischung auf 95 ⁰C, während sich die unterhalb der Kühlelemente austretende Gas-Flüssigkeit-Mischung auf 130 ⁰C abkühlte.

Die im Bodenraum 5 gesammelte und in die Pumpenvorlage 11 überführte Schwefelsäure, die aufgrund der Vermischung mit Schwefelsäure aus dem Absetzraum 7 eine Mischtemperatur von 120 ⁰C aufwies, wurde im Kühler 13 auf 70 ⁰C rückgekühlt und erneut zur Absorption von SO^ in den Venturi-Absorber 1 versprüht.

Über die Leitung 14 wurden stündlich 33,1 nr Schwefelsäure mit einer Konzentration von 98,8 Gew.% abgezogen. Gleichzeitig wurden über Leitung 15 15,9 m Schwefelsäure einer Konzentration von 97,5 Gew.% zugeführt.

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Die hauptsächlichen Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß es möglich ist, einen Teil der bei der Absorption entstehenden Wärmemenge in wirtschaftlicher Weise und mit geringem technischen Aufwand nutzbringend zu gewinnen. Infolge des großen Temperaturgefälles und des guten Wärmeüberganges werden die erforderlichen Kühlflächen verkleinert
und die Menge des benötigten Kühlmediums verringert. Außerdem begünstigen die Kühlelemente die Absorption.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Absorption von SO, aus SO^-haltigen Kontaktgasen mittels Schwefelsäure in einem Venturi-Absorber unter Abführung von Reaktionswärme durch Wärmeaustausch, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Misch- und Reaktionswärme im unteren Teil des Venturi-Absorbers durch indirekten Wärmeaustausch zwischen der Gas-Schwefelsäure-Phase und einem durch? Kühlelemente geleiteten Kühlmedium aus dem Venturi-Absorber abgeführt wird.

?.. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Wärmeabführung die Temperatur der Gas-Schwefelsäure-Phase beim Austritt aus den Kühlelementen bis auf etwa '120 ⁰C gesenkt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlmedium Speisewasser verwendet wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3 bestehend aus einem vertikalen Venturiabsorber mit Zuleitungsvorrichtungen für das Gas und die Schwefelsäure am Kopf des Venturi, einem Schwefelsäuresumpf unter der Austrittsöffnung des Venturi und einer waagerechten Ableitung für die Gase oberhalb des Sumpfes in einen vertikalen Absetzraum, dadurch gekennzeichnet, daß im unteren Teil des Venturi oberhalb der waagerechten Ableitung für die Gase flüssigkeitsdurchströmte Kühlelemente angeordnet sind.

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