DE2524124A1 - Verfahren zur reinigung schwefelwasserstoffhaltiger abgase - Google Patents

Verfahren zur reinigung schwefelwasserstoffhaltiger abgase

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Dieter Dr Huellstrung
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    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46Removing components of defined structure
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Description

  • Verfahren zur Reinigung schwefelwasserstoffhaltiger Abgase Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung schwefelwasserstoffhaltiger Gase, die gegebenenfalls auch Schwefeldioxid und/oder organische Verbindungen enthalten können. Der Schwefelwasserstoff wird in einer gepufferten, mehrwertige organische Säure enthaltenden wäßrigen Lösung in Gegenwart von S02 gemaß der Bruttoreaktion: zu festem Schwefel umgesetzt, während die organischen Verbindungen gegebenenfalls mit einem solchen Anteil an Schwefelwasserstoff, der gemäß der vorgenannten Brutto-Gleichung zur Umwandlung des Schwefelwasserstoffs mit Schwefeldioxid zu Schwefel notwendig ist, thermisch zu Kohlendioxid Wasser und gegebenenfalls SO2 zersetzt werden0 Je nach der Herkunft der Gase können die organischen Verbindungen gegebenenfalls auch selbst Schwefel enthalten, wodurch dann entsprechend dem Schwefelgehalt dieser Verbindungen im thermisch zersetzten Gas ein entsprechender Schwefeldioxidgehalt resultiert.
  • Zur Aufbereitung schwefelwasserstoffhaltiger Gase wurden verschiedene Verfahren vorgeschlagen, wie z. B. die Absorption in alkalischen Waschmitteln unter Umwandlung des Schwefelwasserstoffs zu Sulfiden oder Hydrogensulfiden, die gegebenenfalls oxydierende Adsorption an Aktivkohle, die thermische Oxydation der Abgase mit einer anschließenden Entfernung des Szhwereldioxids, die Absorption in organischen Lösungsmitteln, das sogenannte Claus-Verfahren sowie die Absorption in schwach alkalischer wäßriger Lösung und Oxydation des Schwefelwasserstoffs mit Luftsauerstoff in Gegenwart von Katalysatoren, wie z.B. Anthrachinondisulfonsäure und Natriumvanadat beim Stretford-Prozeß.
  • Da immer mehr Abluftströme mit zum Teil erheblichen Schwefelgehalten entschwefelt werden müssen, wird es zunehmend schwieriger, solche Verfahren wirtschaftlich einzusetzen, bei denen Schwefelchemikalien, wie z.B. Natriumhydrogensulfid, Natriumsulfit, Natriumsulfat usw. entstehen. Der Zwangsanfall an diesen Schwefelchemikalien läßt sich zumindest langfristig nicht wieder in den Wirtschaftsprozeß einschleusen. Auf der anderen Seite ist die problemlose Deponie solcher Stoffe ohne weitere chemische Umsetzungen unmöglich. Es sind daher solche Prozesse vorteilhaft, bei denen der Schwefel elementar anfällt, da Schwefel einerseits technisch in großen Mengen eingesetzt wird und andererseits als inertes Material bis zu seiner Verwendung ohne zu großen Aufwand gelagert werden kann. Für Gase mit einem relativ hohen Schwefelwasserstoffgehalt hat daher der Claus-Prozeß eine erhebliche praktische Bedeutung erlangt.
  • Beim Claus-Verfahren wird ein Teilstrom des schwefelwasserstoffhaltigen Gases thermisch - zur Erzeugung von SO, behandelt, um mit diesem so erhaltenen Schwefeldioxid den verbliebenen Anteil an NS im Abgas katalytisch zu Schwefel umzusetzen.
  • Da für die Umsetzung von 2 Mol Schwefelwasserstoff 1 Mol Schwefeldioxid notwendig sind, sind beim Claus-Prozeß die hohen Anforderungen an die Regelung der Mengenverhältnisse nachteilig. Wenn das Abgas nach Menge und Konzentration an Schwefelwasserstoff, Sauerstoff und gegebenenfalls organischen Schadstoffen stark schwankt, ist eine aufwendige Gaspufferung notwendig. Im allgemeinen wird ferner aus Sicherheitsgründen eine Nachbehandlung der Endgase erforderlich sein.
  • Das eingangs erwähnte Stretford-Verfahren, bei dem ebenfalls Schwefel anfällt, ist in dieser Hinsicht zwar einfacher zu handhaben, nachteilig ist hier jedoch die geringe Wasserlöslichkeit der Absorptionschemikalien und die relativ geringe Reaktionsgeschwindigkeit. So lassen sich nur maximal etwa 0,5 g Schwefelwasserstoff pro Liter Waschlösung und Umlauf absorbieren. Daher sind für höhere Schwefelwasserstoffkonzentrat ionen extrem große und technisch kaum beherrschbare spezifische Waschmittelmengen erforderlich, für konzentrierte Gase bis zu 760 1 Lösung pro 2 Abgas. Bei stoßweisem Abgasanfall oder schwankenden Abgaskonzentrationen müssen wegen der Reaktionszeit von mindestens 20 Minuten ständig die für das Maximum erforderlichen Lösungsmengen umgepumpt werden.
  • US-Patentschrift 2 563 437 beschreibt ein Verfahren, bei dem zunächst aus H28 hergestelltes SO, bis zu einer Konzentration von etwa 5, vorzugsweise 1 bis 2 Gewichtsprozent in einer wäßrigen Lösung absorbiert wird, die kleine Mengen an Aluminiumsulfat und Schwefelsäure enthält. Diese Lösung wird dann anschließend in einer zweiten Stufe mit H2S umgesetzt, aus der der Schwefel in filtrierbarer Form anfallen soll.
  • Eine Weiterentwicklung dieses Verfahrens, bei dem als Absorptionslösung eine auf pH 4 bis 6 gepufferte wäßrige organische Säure, wie Zitronensäure, Milchsäure, Maleinsäure, Weinsäure, Oxalsäure, Glutarsäure und andere enthaltende wäßrige Lösung verwendet wird, beschreibt das Verfahren der US-Patentschrift 2 729 543. Bei diesem bekannten Verfahren wird der Absorptionslösung außerdem Thiosulfat und Alkali zugegeben, um für die zweite Stufe die Umsetzungsgeschwindigkeit zwischen H2S und S02 zu beschleunigen. Ferner wird aus dem gleichen Grunde die Oxydation des Schwefelwasserstoffs bei Temperaturen von 400 bis zum Kochpunkt der Reaktionslösung durchgeführt. Gemäß dieser US-Patentschrift reagiert bei pH-Werten von 4 bis 6 das Schwefeldioxid zunächst mit einem Unterschuß an Schwefelwasserstoff sehr schnell gemäß der Gleichung zu Thioschwefelsäure. Die zur Schwefelbildung führende Reaktion gemäß der Brutto-Gleichung H2S203 + 2H2S = 4S + 3H20 verläuft wesentlich langsamer und die Geschwindigkeit dieser Reaktion kann nach den Ausführungen der US-Patentschrift 2 729 543 maßgeblich durch die Konzentration an Thioschwefelsäure und die Reaktionstemperatur beeinflußt werden. Eine Verbesserung des an sich bekannten Verfahrens zur Umsetzung von H2S mit SO, in gepufferten organischen, mehrwertige Säuren enthaltenden Lösungen wird daher dadurch erzielt, daß in der Absorptionslösung eine Thiosulfatkonzentration von bis zu etwa 3 bis 3,5 Mol/l eingestellt wird, während in der zweiten Stufe -der Regeneration der S02-haltigen Absorptionslösung - die Umsetzung mit H2S bei erhöhten Temperaturen erfolgt, wobei der Schwefelwasserstoff bis maximal zur stöchiometrisch notwendigen Menge - bezogen auf S02 - zugesetzt wird. Ein Überschuß an H2S ist nach dieser Literaturstelle sorgfältig zu vermeiden, um in der nach Abscheidung des Schwefels wieder in den Absorptionsschritt zurückgeführten Lösung die Bildung von Schwefel zu vermeiden.
  • Dieses bekannte Verfahren wurde im wesentlichen zur Reinigung SO,-haltiger Abgase entwickelt. So kann während der SO2 -Absorption mit Volumenverhältnissen von Gas zu Flüssigkeit von etwa 100 : 1 bis 5000 : 1 gearbeitet werden. Eine 0,5 molare wäßrige Lösung von Natriumsulfosuccinat mit einem pH-Wert von etwa 4,5 entfernte z.B. bei einem Gas : Flüssigkeit -Volumenverhältnis von 1700 : 1 den S02-Gehalt des Abgases von 0,25 Volumenprozent auf 0,05 Volumenprozent. Umgekehrt kann dieses Verfahren natürlich auch zur Entfernung von Schwefelwasserstoff aus Abgasen verwendet werden. Hier ist jedoch zu beachten, daß bei der sogenannten Regeneration der 802 -halt igen Lösung relativ lange Kontaktzeiten mit dem Schwefelwasserstoff (bis zu 15 Minuten) notwendig sind.
  • Gemäß US-Patentschrift 3 757 488 soll es möglich sein, aus Abgasen, die sowohl Schwefelwasserstoff als auch Schwefeldioxid enthalten, das Schwefeldioxid selektiv zu absorbieren, wenn man zur Behandlung der Abgase eine wäßrige Lösung verwendet, die auf einen pH von 4 bis 6 eingestellt wurde und die im übrigen mehrwertige organische Säuren, wie z.B. Zitronensäure, Maleinsäure, Milchsäure usw. in einer Konzentration von etwa 5 bis zu 95 % enthält.
  • Bei einem pH-Wert von 5,7 wurde z.B. eine vollständige Absorption von S02, hingegen keine Absorption von H2S beobachtet, während bei Annäherung an den Neutralpunkt die H2S-Absorption anstieg.
  • In Hydrocarbon Processing 53 (1974) Heft 4, Seiten 75 bis 77, wird ein Verfahren zum Nachreinigen von Abgasen aus Claus-Anlagen beschrieben, bei denen die Abgase zunächst thermisch zersetzt werden, um alle im Abgas enthaltenden Schwefelverbindungen in S02 zu überführen. Dieses Gas wird dann mit einer wäßrigen Natriumcitrat-Zitronensäure-Lösung gewaschen, die Waschlösung anschließend mit Schwefelwasserstoff regeneriert, wobei elementarer Schwefel ausfällt, der aus der im Kreislauf geführten Lösung abfiltriert wird.
  • Das Verfahren der deutschen Offenlegungsschrift 2 432 749 betrifft im wesentlichen ein Verfahren zur Regenerierung Schwefeldioxid enthaltender Absorptionslösungen mit Schwefelwasserstoff, wobei als Absorbens bevorzugt wäßrige Lösungen von Natriumphosphat, Natriumcitrat oder Gemische derselben mit pH-Werten zwischen etwa 3 und 4 verwendet werden. Hauptziel dieses bekannten Verfahrens ist es, das wäßrige, schwefeldioxidhaltige Absorbens kontinuierlich schnell mit gasförmigem Schwefelwasserstoff umzusetzen und die Ablagerung von Schwefel in der Reaktionszone selbst auf ein Minimum zu reduzieren. Durch Wirbelstromvermischung von Gas und Flüssigkeit wird eine Regeneration der Absorptionsflüssigkeit bei einer Kontaktzeit von 4 Sekunden erreicht, wobei jedoch, um Konzentrationsschwankungen an k aus auszugleichen, Verweilzeiten in der Regenerationszone von 10 bis 300 Sekunden vorgeschlagen werden. Zur vollständigen Regenerierung der Absorptionsflüssigkeit werden, bezogen auf Schwefeldioxid, stöchiometrische Überschüsse an Schwefelwasserstoff - insbesondere 5 bis 50 % - in den Regenerator eingebracht.
  • Es wurde nun gefunden, daß sich die oben besdhriebenen Verfahren auch bei sehr hohen Anforderungen an die Reinheit des Restgases wesentlich vereinfachen lassen bei gleichzeitig guter Regelbarkeit des Prozesses auch bei stoßweisem Anfall der Abgase mit unterschiedlichen Schwefelwasserstoffkonzentrationen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden wäßrige, mit anorganischen Basen, wie z. B. Natronlauge oder Kalilauge auf pH-Werte zwischen 2und 6 abgepufferte Lösungen organischer mehrwertiger Säuren, wie z.B. Oxalsäure, Malonsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Maleinsäure, Fumarsäure, Citraconsäure, Phthalsäure oder deren Gemische, Schwefelwasserstoff und Schwefeldioxid, gleichzeitig in feinverteilter Form zugeführt, wobei Schwefel elementar ausfällt. Besonders vorteilhaft ist dabei eine Ausführungsform, bei der das Schwefeldioxid durch Verbrennen von einem Teil des Schwefel wasserstoffs erzeugt wird und dieses Schwefeldioxid gemeinsam mit dem Schwefelwasserstoff in einen ersten Absorber eingeleitet wird. In dieser ersten Absorptionszone erfolgt die Umsetzung von Schwefeldioxid und Schwefelwasserstoff, vorzugsweise unter angenähert stöchiometrischen Bedingungen, jedoch im zeitlichen Mittel mit einem Mindestüberschuß von NS im austretenden Gas von 0,05 bis 2 Volumenprozent, vorzugsweise 0,5 %. Das sich aus der nachfolgenden Verbrennung des Schwefel wasserstoffanteils mit zugemischter Luft ergebende Rauchgas mit einem überschuß an Schwefeldioxid wird aus der Verbrennungszone direkt einem zweiten Absorber zugeleitet, dem die Waschlösung des ersten Absorbers nach Abtrennen des ausgefallenen Schwefels zuläuft. Diese Waschlösung wird dann im Kreislauf zum ersten Absorber zurückgeführt. Das aus dem ersten Absorber austretende, noch mehr als 0,05 Volumenprozent Schwefelwasserstoff enthaltende Gas wird zweckmäßigerweise zusammen mit dem zur direkten Schwefeldioxiderzeugung abgezweigten Teilstrom in eine Brennkammer gegeben, so daß das gesamte Abgas mindestens einmal die Brennkammer durchläuft und damit alle organischen Schadstoffe zersetzt werden, während das Endgas nach Durchlaufen des zweiten Absorbers nur noch Kohlendioxid, Wasser und Spuren Schwefeldioxid enthält.
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit ein Verfahren zur Entfernung von Schwefelwasserstoff, gegebenenfalls Schwefeldioxid und/oder organische Verbindungen aus Gasen, bei dem die Schwefelverbindungen in festen elementaren Schwefel überführt werden durch Behandlung der Gase mit einer wäßrigen, durch Basenzusatz gepufferten Lösung, die organische mehrwertige Säuren einer Dissoziationskonstante zwischen 10 2 und 10 5 enthält, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß a) das Gas mit einem Schwefelwasserstoff-Schwefeldioxid-Molverhältnis von etwa gleich oder größer 2 : 1 in einer ersten Absorptions- und Reaktionszone bei Temperaturen 0 von 10 bis 100 C in feinverteilter Form mit einer durch Basenzusatz auf einen pH-Wert zwischen 2 und 6 abgepufferten wäßrigen Lösung einer oder mehrerer der organischen mehrwertigen Säuren in Berührung gebracht; b) der aus der Lösung in fester Form anfallende Schwefel zumindest aus einem Teilstrom der Lösung entfernt; c) das die Stufe a) verlassende Gas gegebenenfalls im Gemisch mit bisher unbehandelten Gasen zur Umwandlung der in den Gasen enthaltenden Schwefelverbindungen zu Schwefeldioxid sowie zur Oxydation eventuell vorhandener organischer Verbindungen zu Kohlendioxid und Wasser auf Temperaturen von etwa 7000C bis 10000C erhitzt; d) das S02-haltige Rauchgas von Stufe c) gegebenenfalls in einer solchen Teilstrommenge, als sie zur Einstellung des in der Stufe a) gewünschten Schwefelwasserstoff-Schwefeldioxid-Molverhäitnisses erforderlich ist, der Stufe a) zugeführt; e) der verbleibende Rauchgas-Teilstrom von c) zur möglichst quantitativen S02-Absorption in einer zweiten Absorptionsstufe e) mit der die Stufe b) verlassenden Lösung behandelt; und f) die S02-haltige Lösung der Stufe e) in die Stufe a) zurückgeführt wird.
  • Als organische mehrwertige Säuren werden bevorzugt Oxal-, Malon-, Glutar-, Adipin-, Malein-, Fumar-, Citracon- und/oder Phthalsäuren verwendet. Nicht nur aus wirtschaftlichen, sondern auch aus technischen Gründen wird bevorzugt ein Gemisch organischer mehrwertiger Säuren verwendet, das etwa 40 bis 60 % Glutarsäure, 15 bis 30 % Adipinsäure und etwa 20 bis 40 ß Bernsteinsäure enthält. Ein solches Gemisch wird technisch auch als undestillierte Glutarsäure bezeichnet. Es wurde gefunden, daß bei Verwendung eines solchen Säuregemisches auch bei mehrtägigem Betrieb einer Versuchsanlage keine Lauge zur pH-Wert-Stabilisierung zugegeben werden mußte und demnach auch keine Nebenprodukte auftreten. Es mußte daher weder Natriumsulfat noch Natriumthiosulfat ausgeschleust werden.
  • Außer dem geringen Chemikalienverbrauch und der Verwendung technisch leicht zugänglicher organischer Säuren besitzt das erfindungsgemäße Verfahren noch eine Reihe weiterer Vorteile.
  • Das Molverhältnis Schwefelwasserstoff zu Schwefeldioxid muß nicht ständig möglichst genau auf einen Wert von 2 : 1 geregelt werden, sondern nur im zeitlichen Mittel, da die Waschlösung ein erhebliches Puffervermögen besitzt. Die Kapazität sowohl der ersten als auch der zweiten Stufe ist relativ groß und es können auch große Gasmengen mit relativ kleinen Gehalten an Schwefelwasserstoff und S02 behandelt werden. So kann z.B.
  • ein Abgas mit einem Schwefelwasserstoffgehalt von 80 Volumenprozent und einem SO2-Gehalt von 3 Volumenprozent, das durch Zugabe zu van SO2-haltigem Abgas auf ein H2S :S02 -Molverhältnis von etwa 2 : 1 und damit auf einen H2S-Gehalt von 15,85 und einem SO2-Gehalt von 7,73 Volumenprozent eingestellt wurde, bei einer spezifischen Gasbelastung im Absorber a) von max.
  • 150 m3 Gas/m2 Querschnitt und Stunde und einem Volumenverhältnis von eingeleitetem Gas : zugeführter (d.h. umgepumpter) Flüssigkeit von 40 und bei einer Kontaktzeit von -v5 Sekunden fast quantitativ zu Schwefel umgesetzt werden, wobei der Schwefel unter diesen Strömungsbedingungen flotiert und im oberen Teil der Absorptions- und Reaktionszone in Form einer leicht filtrierbaren Suspension anfällt. Im allgemeinen wird der pH-Wert der Reaktionslösung durch Zugabe üblicher Alkalien wie Natronlauge, Kalilauge, Soda oder Pottasche auf einen pH-Wert von 2 bis 6, vorzugsweise von 3,3 bis 3,9 eingestellt.
  • Die Temperatur der Reaktionslösung in der ersten Stufe wird 0 bei etwa 300C bis zum Siedepunkt der Lösung, vorzugsweise bei 4000 bis 6000 gehalten. Je nach dem Schwefelwasserstoffgehalt des Abgases kann das Volumenverhältnis Gas : Absorptionsflüssigkeit in relativ weiten Bereichen schwanken. Da im Gegensatz zu den bekannten Verfahren die Absorption von H2S und SO? sowie deren Reaktion und Umsetzung zum Schwefel in der Kolonne a) gleichzeitig erfolgt, hängt das erforderliche Volumenverhältnis von eingeleitetem Gas zu umgepumpter Flüssigkeit nur von folgenden Bedingungen ab: 1) von der erreichbaren Schwefelkonzentration in der durch Flotation am Kopf der Kolonne a) erzeugten Suspension und 2) von der in der Kolonne e) zu absorbierenden S02-Restmenge.
  • Für die Forderung 1) sind etwa 15 1/ion? (H,S + S02) entsprechend 100 100g 8/1 Lösung erforderlich. Aus der Forderung 2) ergeben sich dann größere Volumenverhältnisse, d.h. größere spezifische Umpumpmengen, wenn mehr als 5 % des gesamten S02 im Absorber e) von der Lösung aufgenommen werden mUssen. Im allgemeinen liegt das Volumenverhältnis von eingespeister Gasmenge zu umgepumpter Flüssigkeitsmenge im Absorber a) zwischen 8 : 1 und 60 : 1, vorzugsweise zwischen 30 : 1 und 40 : 1, wobei die Kontaktzeiten des Gases im allgemeinen zwischen 3 und 30 Sekunden, vorzugsweise zwischen 4 und 6 Sekunden liegen.
  • Durch die thermische Behandlung des die erste Absorptionsstufe verlassenden Abgases werden alle eventuell im auszuwaschenden Gas vorhandenen organischen Verbindungen zersetzt. Die thermische Zersetzung erfolgt in einer Brennkammer, in der gegebenenfalls durch Zumischen von flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen eine Temperatur von oberhalb 7000C bis zu 10000C aufrechterhalten wird.
  • Durch die Kombination von zwei Absorptionsstufen mit einer Verbrennungskammer ist das System gegen Schwankungen der Menge und der Zusammensetzung der zu reinigenden Abgase sehr unempfindlich, da ein momentan vorhandener Überschuß an S02 in der zweiten Absorptionszone entfernt und ferner die erste Absorptionszone verlassendes überschüssiges H2S in der Verbrennungskammer zu S02 umgewandelt wird, das entweder der ersten oder aber der zweiten Absorptionszone zugeleitet wird, entsteht in jedem Fall ein Endgas hoher Reinheit, das weniger als 1 ppm Schwefelwasserstoff und maximal 0,1 Volumenprozent Schwefeldioxid enthält.
  • Das Verfahren ist apparativ einfach durchführbar und besteht im wesentlichen (siehe Figuren 1 bis 3) aus zwei Absorbern (1) und (2), einer Verbrennungskammer (3) sowie ein oder zwei Filtern (4) zur Schwefelabtrennung. Es können auch mehrere solcher Aggregate parallel oder hintereinander geschaltet werden. In diesen Figuren haben die angegebenen Ziffern die nachfolgende Bedeutung: 1 = erster Absorber 2 = zweiter Absorber 3 = Brennkammer gegebenenfalls mit Wärmetauscher 4 = Schwefelfilter, -dekanter 5 = Kühler (Kondensator) 6 = zu behandelndes Abgas 7 = Luft zuführung 8 = gereinigtes Abgas 9 = Schwefel austrag 10 = Alkalizufuhr 11 = Waschwasser 12 = Zufuhr frischer Absorptionslösung 13 = gekühltes Rauchgas - Teilstrom zum ersten Absorber 14 = gekühltes Rauchgas - Teilstrom zum zweiten Absorber 15 = Teilstrom des zu behandelnden Abgases 16 = Abgas aus erstem Absorber 17 = vorgewärmtes Abgas aus erstem Absorber 18 = Rauchgas 19 = Luft 20 = Kondensat In einigen speziellen Ausführungsformen wird das Verfahren anhand der Figuren 1 bis 3 näher erläutert. Figur 1 beschreibt eine Verfahrensweise zum Behandeln eines nur H2S und N2 enthaltenden Abgases. Das ankommende Abgas (6) mit im Mittel 80 % Schwefelwasserstoff, Rest N2, wird im Verhältnis von 27,1 : 72,9 aufgeteilt, Der größere Teilstrom gelangt in den Absorber (1), der als Gasblasenwäscher mit Gas-Dispergierrührer ausgebildet ist. Die Waschflüssigkeit besteht aus einer Lösung von 10 g undestillierter Glutarsäure ( ~ 50 % Glutarsäure, 20 % Adipinsäure und 30 % Bernsteinsäure) Je 1 Wasser, eingestellt mit Natronlauge auf pH 3,5. Ihre Temperatur wird auf 580c gehalten. Das den Absorber (1) oben verlassende, noch 0,576 Volumenprozent Schwefelwasserstoff enthaltende Gas (16) wird mit dem kleineren Teilstrom des Rohabgases (15) zusammen mit einer, bezogen auf die H2S-Menge bei (6), 2,62-fachen Luftmenge (7) in der Brerinkammer mit Vorwärmung auf 4500C (3) geleitet (17) und dort bei 7800C zu einem 2,42 % Schwefeldioxid, 15,55 % Wasserdampf, 1,76 % Sauerstoff, Rest Stickstoff, enthaltenden Rauchgas umgesetzt. Anschließend wird das Rauchgas (18) im Kühler (5) auf 480c abgekühlt, wobei 0,565 kg Wasser/Nin? zugeführten H28 auskondensieren (20). Das Rauchgas wird etwa im Verhältnis 20,7 : 79,3 aufgeteilt. Die 79,3 % werden über eine Regelkiappe und einen Ventilator in den Absorber (1) zurückgeführt (13). Die restlichen 20,7 ffi des Rauchgases (14) werden in den kleineren Absorber (2) geleitet und dort entsprechend dem pH-Wert der Lösung bei 480c bis auf 0,04 Volumenprozent Schwefeldioxid gereinigt (8). Die spezifische Gasbeladung beträgt in beiden Absorbern 150 m3/m2 Querschnitt x Stunde und der Flüssigkeitsumlauf 25 l/2 H2S.
  • Der im Absorber (1) nach der Brutto-Reaktion gebildete elementare Schwefel wird unter diesen Verfahrensbedingungen im Absorber (1) flotiert und kann mit einem Teil der Flüssigkeit als gut flitrierbare Suspension am Kopf des Absorbers (1) abgenommen werden. Die im Drehfilter (4) gefilterte Absorptionslösung wird dem Absorber (2) zur Restabsorption des Schwefeldioxids zugeführt. Die dann mit Schwefeldioxid angereicherte Lösung fließt wieder in den Absorber (1) zurück. Der Schwefel wird gewaschen ( und bei (9) abgenommen.
  • Durch Wahl des Verhältnisses der Teilströme (13) : (14) und deren Temperatur hinter dem Kühler (5) lassen sich die Temperaturen in den Absorbern (1) und (2) und damit auch der Wasserhaushalt so steuern, daß das gesamte bei der Reaktion entstehende Wasser als Kondensat (20) und als Dampf mit dem Rauchgas bei (8) abgeführt werden. Entsprechend der Bildung von geringen Mengen an Natriumthiosulfat oder Natriumsulfat wird dem Absorber (1) Natronlauge (lo) pH-Wert-geregelt zudosiert. Im vorliegenden Fall war dies jedoch auch nach einem Betrieb von mehr als 100 Stunden noch nicht nötig. Verluste an organischen Säuren, z.B. mit dem abgefilterten Schwefel (9) werden durch geregelte Zugabe von frischer Absorptionslösung (12) ausgeglichen.
  • Im Beispiel der Figur 2 wird das erfindungsgemäße Verfahren für die Behandlung eines Abgases, das neben Schwefelwasserstoff noch eine erhebliche Schwefeldioxidmenge enthält, und einer Spuren Schwefelwasserstoff enthaltenden Abluft, die als Verbrennungsluft dient, erläutert. Das Abgas (6) mit im Mittel 59,0 Volumenprozent #S, 29,3 Volumenprozent S02 und 11,7 Volumenprozent N2 wird unten in den Hauptabsorptionsturm (1) geleitet und dort mit einem Dispergierrührer feinverteilt mit einer Gasbelastung von etwa 50 m3/m2 Querschnitt x Stunde und einer mittleren Verweilzeit der Gasblasen in der Absorptionslösung von etwa 5 bis 10 Sekunden. Die Zusammensetzung der Absorptionslösung ist die gleiche wie im Beispiel 1, ihre Temperatur wird auf 600c gehalten. Das den Absorber (1) oben verlassende Abgas (t6) enthält neben 0,5 % H25 nur noch Spuren von 502. Es wird ohne Vorwärmung zusammen mit der auf 4500C vorgewärmten, schadstoffhaltigen Verbrennungsluft (7), die 0,267 Volumenprozent H2 enthält, und Erdgas als Brennstoff in die Brennkammer (3) geleitet. Volumenverhältnis Abgas (6) : Abluft (7) : Erdgas = 1 : 0,87 : 0,0355.
  • Das aus der Brennkammer mit 7850C austretende Rauchgas (18) hat die Zusannensetzung 3,08 Volumenprozent C02 0,294 Volumenprozent S02, 9,1 Volumenprozent H20, 10,5 Volumenprozent 02, Rest N2. Es wird mit der, bezogen auf das Abgas (6) 2,04-fachen Luftmenge (19) vermischt und mit einer Temperatur von 2400C in die Kolonne (2) geleitet. Dort wird bei 600c das S02 bis auf 0,04 Volumenprozent im Rauchgasaustritt (8) ausgewaschen.
  • Flüssigkeitsumlauf, Schwefelfilterung (4), Waschung (11) und Abnahme (9) sowie Chemikalienzugabe (10 und 12) entsprechen dem Beispiel 1.
  • Die in der Brenzikammer dem Gas zugeführte Verbrennungswärme dient zum Zersetzen des Schwefelwasserstoffes sowie eventuell vorhandener weiterer organischer Schadstoffspuren in den Gasströmen (7) und (16) sowie zum AbfUhren des Reaktionswassers von 0,524 kg/m) des Abgasstromes (6) durch Verdunsten aus der Kolonne (2) in den Rauchgasstrom (8).
  • Im Beispiel der Figur 3 wird das erfindungsgemäße Verfahren für die Behandlung eines Abgasstromes (6), der neben Schwefelwasserstoff noch im Mittel 6,23 Volumenprozent Kohlenoxidsulfid und 6,23 Volumenprozent Athylmerkaptan als Beispiel für schwefelhaltige Schadstoffbeimischungen näher erläutert. Die Verbrennungsluft (7) enthält 0,175 Volumenprozent Kohlenoxidsulfid und 0,175 Volumenprozent Xthylmerkaptan.
  • Das gesamte Abgas (6) wird in den mit einem Gasdispergierrührer ausgerüsteten Absorber (1) geleitet. Die Waschlösung ist die gleiche wie im Beispiel 1. Der Gasaustritt (16) am Absorber (1) hat bei 530C folgende Zusammensetzung: 1,13 Volumenprozent H2S, 0,338 Volumenprozent CoS; 0,338 Volumenprozent C2H5SH; 3,18 Volumenprozent C02; 1,92 Volumenprozent 02; 14,12 Volumenprozent H20, Spuren S02, Rest N2. Das Gas (16) wird wegen der Explosionsgefahr ohne Vorwärmung in die Brennkammer (3) geleitet zusammen mit der, bezogen auf das Abgasvolumen (6), 5,93 fachen, auf 4500c, vorgewärmten Abluftmenge (7). Das die Brennkammer (3) mit 7800C verlassende Rauchgas (18) hat folgende Zusammensetzung: 1,405 Volumenprozent S02; 12,58 Volumenprozent u 0; 3,25 Volumenprozent C02; 1,96 Volumenprozent 02, Rest N2. Es wird im Kühler (5) auf 480C abgekühlt, wobei 0,365 kg Wasser/m3 des bei (6) zugeführten Abgases auskondensieren (20). Das Rauchgas wird im Verhältnis 75,6 : 24,4 aufgeteilt. Die 75,6 % werden über eine Regelklappe und einen Ventilator in den Absorber (1) zurückgeführt (13). Die restlichen 24,4 % des Rauchgases (14) werden in den kleineren Absorber (2) geleitet und dort bei 480C bis auf 0,04 Volumenprozent Schwefeldioxid gereinigt. Die spezifische Gasbeladung beträgt in beiden Absorbern 150 in?/m2 Querschnitt . h und der Flüssigkeitsumlauf 75 l/2 des in (6) zugeführten Schwefelwasserstoffs.
  • Die Abscheidung des Schwefels (4), das Waschen (11), der Austrag (9) und die Chemikalienzugaben (10) und (12) entsprechen ebenso wie der Austrag des Reaktionswassers, teilweise als Kondensor (20) und teilweise als Brüden mit dem Abgas (8), dem Beispiel Figur 1.

Claims (7)

Patentansprüche:
1) Verfahren zum Entfernen von Schwefelwasserstoff, gegebenenfalls Schwefeldioxid und/oder organischen Verbindungen aus Gasen, bei dem die Schwefelverbindungen in festen elementaren Schwefel überführt werden durch Behandlung der Gase mit einer wäßrigen, durch Basenzusatz gepufferten Lösung, die organische mehrwertige Säuren einer Dissoziationskonstante zwischen l0#2 und lO 5 enthält, dadurch gekennzeichnet, daß a) das Gas mit einem Schwefelwasserstoff-Schwefeldioxid-Molverhältnis von etwa gleich oder größer 2 : 1 in einer ersten Absorptions- und Reaktionszone bei Temperaturen von 10 bis 10000 in feinverteilter Form mit einer durch Basenzusatz auf einen pH-Wert zwischen 2 und 6 abgepufferten wäßrigen Absorptionslösung einer oder mehrerer der organischen mehrwertigen Säuren in Berührung gebracht; b) der aus der Lösung in fester Form anfallende Schwefel zumindest aus einem Teilstrom der Lösung entfernt; c) das die Stufe a) verlassende Gas gegebenenfalls im Gemisch mit bisher unbehandelten Gasen zur Umwandlung der in den Gasen enthaltenden Schwefelverbindungen zu Schwefeldioxid sowie zur Oxydation eventuell vorhandener organischer Verbindungen zu Kohlendioxid und Wasser auf Temperaturen von etwa 70000 bis 100000 erhitzt; d) das S02-haltige Rauchgas von Stufe c) gegebenenfalls in einer solchen Teilstrommenge, als sie zur Einstellung des in der Stufe a) gewünschten Schwefelwasserstoff-Schwefeldioxid-Molverhältnisses erforderlich ist, der Stufe a) zugeführt; e) der verbleibende Rauchgas-Teilstrom von c) zur möglichst quantitativen S02-Absorption in einer zweiten Absorptionsstufe e) mit der die Stufe b) verlassenden Lösung behandelt; und f) die S02-haltige Lösung der Stufe eß in die Stufe a) zurückgeo wird.
2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als organische mehrwertige Säuren Oxal-, Malon-, Glutar-> Adipin-, Malein-> Fumar-, Citracon- und/oder Phthalsäure verwendet werden.
3) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als organische mehrwertige Säuren ein Gemisch aus 40 bis 60 ffi Glutarsäure, 15 bis 30 % Adipinsäure und 20 bis 40 X Bernsteinsäure verwendet werden.
4) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorptionslösung auf einen pH-Wert von 3,3 bis 3,9 eingestellt wird.
5) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorptionslösung bei einer Temperatur von 40 bis 600c gehalten wird.
6) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumenverhältnis von eingespeister Gasmenge zu umgepumpter Flüssigkeitsmenge im Absorber zwischen 8 : 1 und 60 : 1, vorzugsweise zwischen 30 : 1 und 40 : 1 liegt.
7) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufenthaltszeit der Gase im Absorber zwischen 3 und 30 Sekunden, vorzugsweise zwischen 4 und 6 Sekunden liegen.
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DE3415150A1 (de) 1984-04-21 1985-10-31 Hölter, Heinz, Dipl.-Ing., 4390 Gladbeck No(pfeil abwaerts)x(pfeil abwaerts)-waschung hinter rauchgasentschwefelungsanlagen
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