DE2814748A1

DE2814748A1 - Verfahren zur gewinnung von konzentriertem schwefeldioxyd aus schwefeldioxyd enthaltenden abgasen

Info

Publication number: DE2814748A1
Application number: DE19782814748
Authority: DE
Inventors: Sune Bengtsson
Original assignee: Svenska Flaktfabriken AB
Current assignee: FLAEKT 13134 NACKA SE AB
Priority date: 1977-04-12
Filing date: 1978-04-05
Publication date: 1978-10-19
Also published as: AT353291B; SE7704193L; SE405109B; CA1100290A; ATA253178A; DE2814748C2; US4181506A

Description

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Die Literatur beschreibt mehrere Verfahren zur Rückgewinnung von Schwefel dioxyd aus Rauchgasen unter Verwendung von kaltem Wasser als Absorbens. In der Kemisk Tidskrift Nr. 1, 1970, Seite 3^-38, z.B. wird ein Verfahren zur Konzentrierung von schwefeldioxydhaltigen Schmel^zwerksgasen mit einem SO--Gehalt von k,5 % beschrieben. Die Absorption wird bei einem Druck von 1,2 bar in Brackwasser, das normal eine Temperatur von unter 5 C hat, ausgeführt. Die Gewinnung reinen Schwefeldioxyds erfolgt danach durch Austreibung bei ca. 110 C mit offenem Dampf, Kondensierung des mitfolgenden Wasserdampfes in indirekten Kondensatoren, Trocknung mit konzentrierter Schwefelsäure und abschliessender .Kondensierung von Schwefeldioxyd in flüssiger Form bei ca. -15 C. Für dieses Verfahren sind grosse Kaltwassei— mengen erforderlich. Unter der Voraussetzung jedoch, dass diese Forderung erfüllt werden kann, und reichlich Dampf vorhanden ist, ist dieses Verfahren bedeutend energiesparsamer als das vorstehend beschriebene. Der Dampfverbrauch für das Austreiben wird mit 18 bis 27 t/h oder 3 bis k,5 t Dampf/t SCL angegeben.

Es sind mehrere Verfahren zum Austreiben von absorbiertem SO- unter Vakuum bekannt. In der deutschen Patentschrift 1 667 7^5 und der deutschen Auslegeschrift 1 567 ^62 werden zwei Verfahren für mehrstufige Desorption von SO-von Wasser beschrieben, bei denen das S0--haltige Wasser durch eine Anzahl Austreibungsstufen geleitet wird, die unter allmählich zunehmendem Vakuum arbeiten. Das auf jeder einzelnen Stufe ausgetriebene SO- und der Dampf werden zur vorhergehenden Stufe zurückgepumpt. Auf diese Weise wurde gewonnen, dass im Vergleich mit dem Anschliessen jeder Stufe an eine Pumpe, die SO- gegen Atmosphärendruch herauspumpen würde, eine bedeutend verminderte Druckdifferenz überwunden werden musste. Um eine so gute Austreibung von SO₂ zu erhalten, dass das Absorbens in einer neuen Absorption angewendet werden kannjf geschlossenes Verfahren)_;scheinen derart extrem niedrige Drücke erforderlich zu sein, dass diese Verfahrer, kaum zur praktischen Anwendung kommen können.

Ein weiteres Verfahren zur SO--Rückgewinnung durch Absorption in Wasser und anschliessende Vakuumdesorption ist in der deutschen Auslegeschrift 1 769 beschrieben. In diesem Verfahren, das wasserseitig offen ist, kann die Austreibung von SO- mit Dampf ausgeführt werden, der aus dem Wärmegehalt in dem in drr Absorpt ion;,c i nhr-i t behandelten Rohgas erzeugt wurde. Um mit dieser

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verhältnismässig geringen Dampfmenge eine zufriedenstellende ^ zu bewirken, muss jedoch die Absorptionsflüssigkeit vor dem Austreiben durch Zusatz von Schwefelsäure angesäuert werden. Nach dem Austreiben muss die schwefelsäuresaure Absorptionsflüssigkeit mit Soda neutralisiert werden, bevor sie in den Rezipienten abgegeben werden kann. Dieses Verfahren is deshalb mit beträchtlichen Betriebskosten in Form hohen Chemikalienverbrauches und unerwünschter Rezipientbelastung verbunden.

Ein Nachteil der Wasserabsorptionsverfahren für SO« ist, dass das (absorbens nicht für neue Absorption erneut im Umlauf gebracht wird, d.h. solche Verfahren sind wasserseitig offen. Um ein Schliessen eines SO^-Absorptionsprozesses praktisch zu ermöglichen, ist ein wirksameres Absorbens als Wasser erforderlich. In der Ullman Encyklopädie der Technischen Chemie (196*0. Band 15, Seite 418-420, werden zwei Verfahren für SCL-Rückgewinnung beschrieben, die auf der Flüssigkeitsseite im wesentlichen geschlossen sind. Im ersten beschriebenen Prozess wird Dimethylani1 in, und im zweiten beschriebenen Prozess eine XyIidin-Wassermischung für die SO^-Absorption angewendet. Sowohl Dimethylani1 in als auch Xylidin müssen jedoch als sehr giftig bezeichnet werden, was bei der Hantierung und für ungewünschte Abgaben bedeutende Risiken mit sich bringt. Die Verfahren haben deswegen in der Praxis relativ wenig Anwendung gefunden.

Ein Verfahren, bei dem eine Natriumzitratlösung für SCL-Absorption angewendet wird, ist in der U.S. Patentschrift 3 886 069 beschrieben. Sie beschreibt einen Prozess für Desorption von S(L mit offenem Dampf in einer Austreibkolonne. Die ausströmende SO~-Wasserdampfmischung wird zur Kondensierung des zugeführten Desorptionsdampfes gekühlt. Damit wird der latente Wärmegehalt konventionell zum Kühlmittel im Kondensator überführt und kann nicht langer für weitere SCL-Austreibung ausgenutzt werden. Dies ist das herkömmliche Verfahren bei Austreibung einer absorbierten Gaskomponente mit Dampf. In der zuletzt beschriebenen Prozessgestaltung können aufgrund von Dampfkondensat ion im Austreiber leicht Probleme mit der Wasserbilanz auftreten. Es ist deshalb zweckmässig, den Austreibungsdampf (offenen Dampf) nicht direkt dem Austreiber zuzuführen, sondern einem Aufkocher, wo Austreibungsdampf durch indirekten Kontakt mit Lösung vom Sumpfauslass des Austreibers erzeugt wird. Ein grosser Vorteil des beschriebenen Prozesses liegt in der relativen Einfachheit des Aufbaues, den er gegenüber den meisten vorbeschriebenen Prozessen hat. Ein wesentlicher Nachteil jedoch ist der relativ hohe spezifische Dampfverbrauch für Gase, die niedrige SO₂ -Konzentrationen enthalten, und die daraus resultierenden hohen Betriebskosten. 0(39842/0808

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Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, ein Absorptions/Austreibungsverfahren vorzuschlagen, das nicht den vorgenannten hohen Energieverbrauch hat. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, das die Kennzeichen gem. den beigefügten Patentansprüchen aufweist. Der Erfindung liegt die überraschende Entdeckung zugrunde, dass der Energieverbrauch in Form von Dampf auf entscheidende Weise in einem Absorptions/Austreibungsprozess gem. der zuletzt beschriebenen Ausführung dadurch gesenkt werden kann, dass für Austreibung angewendeter Dampf zusammen mit ausgetriebenem S0„ komprimiert wird, was zur Folge hat, dass auströmender Dampf zur Produktion von Dampf für Austreibung in einem Aufkocher ausgenutzt werden kann. Bei dem erfindungsgemässen Verfahren wird zuerst Schwefeldioxyd enthaltendes Rohgas in einem Absorptionsturm, vorzugsweise mit Gegenstromkontakt Gas - Flüssigkeit, behandelt. Das im Absorbens gelöste Schwefeldioxyd wird dann in einer Austreiberkolonne durch Zuführung von Dampf zu einem mit der Austreiberkolonne verbundenen Aufkocher ausgetrieben. Das Austreiben kann gem. der Erfindung bei Vakuum, bei atmosphärischem oder bei einem etwas erhöhten Druck ausgeführt werden. Für einen niedrigen Dampfverbrauch nach dem Verfahren ist besonders wichtig, dass die in den Austreiber eingehende Lösung ungefähr dieselbe Temepratur hat, wie sie am Boden des Austreibers herrscht. Dies kann dadurch bewirkt werden, dass die Austreibung bei einem Vakuum ausgeführt wird, das der Absorptionstemperatur entspricht, oder dass vom Absorptionsturm abgehende Lösung wirksamen Wäriretausch mit vom Austreiber kommender Lösung ausgesetzt, und dass in den Austreiberturm eingehende Lösung vorerwärmt wird.

Die vom Oberteil des Austreibers abgehende Dampf-SO^-Mischung wird von einem druckerhöhendeji Gerät zu einem Aufkocher gesaugt, wo der Dampf zum Kondensieren gebracht wird. Gleichzeitig wird im Aufkocher Dampf von niedrigerer Temperatur und niedrigerem Druch erzeugt und bildet effektiven Dampf für die eigentliche Austreibung. Das druckerhöhende Gerät kann ein mechanischer Kompressor sein, in welchem Fall eine geringere Menge Zusatzdampf erforderlich ist, vorzugsweise wird jedoch zum Zweck der Druckerhöhung ein Dampfejektor angewendet, da bei Anwendung eines mechanischen Kompressors grosse Materiülprobleme vorliegen und ausserdem sehr hohe Investitionskosten notwendig sind. Bei Anwendung eines Dampfejektors ist nur ein Bruchteil der für einen mechanischen Kompressor erforderlichen Investition notwendig, und die Materialprobleme sind bedeutend geringer. Ausserdem können Dampfejektoren für praktisch jede beliebige Massenstrom konstruiert werden. Oer Dampfejektor muss jedoch von einem Dampf getrieben werden, diesen Druck höher ist als der Druck der Saugmischung. Bei Anwendung von Dampfejektor wird nicht aller Dampf Im Aufkocher kondensiert. Der Aufkocher wird deshalb in diesem Fall an einen Kondensator zur Kondensierung

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des Überschussdampfes angeschlossen. Nach der Kondensrerung von Dampf verbleibt ein SO₂ ^-GaS, das eine geringe Menge Restfeuchtigkeit und Inertgas enthält. Dieses konzentrierte Schwefel dioxydgas kann als eine Folge des Verfahrens z.B. nach Trocknung zur Herstellung von flüssigem SchwefeTdfoxyd in einer Kühlanlage angewendet werden, ferner zur Herstellung von Schwefelsäure in einer Kontaktanlage oder zur Herstellung von elementarem Schwefel in einer Claus-Anlage.

Aufgrund der Erfindung kondensiert der Hauptteil des Dampfes vom Austreiber auf die beschriebene Weise im Aufkocher, der somit auch als Kondensator dient. Die Notwendigkeit eines Kondensators wird deshalb gem. dem beschriebenen Verfahren auf einen bedeutend kleineren Endkondensator reduziert, order kann ganz in Fortfall kommen. Infolgedessen wird auch der Kühlwasserverbrauch stark vermindert, wodurch bedeutend verminderte Investitionskosten im Vergleich mit herkömmlichen Prozessen für Austreibung mit Wasserdampf entstehen.

Der Verbrauch von Dampf für eine spezifische SO^-Austreibung und ein bestimmtes Kompressionsverhältnis (Verhältnis zwischen Enddruch und Saugdruch) in einem Dampfejektor nimmt mit steigendem Dampfdruch ab. In einer Prozessgestaltung gem. der Erfindung wird der Dampfverbrauch gegenüber herkömmlichem Austreibungsprozess um 30 - 70 % gesenkt.

Bei einem Absorptions/Desorptionsverfahren für SO₅ gem. der Erfindung können mehrere Ausführungsformen in Betracht kommen. Bei Reinigung relativ kalter Gase ist es z.B. zweckmässig, SO₉ bei niedriger Temperatur zu absorbieren und die Austreibung danach bei bedeutend höherer Temperatur auszuführen. In 'diesem Fall ist effektiver Wärmetausch der zwischen den Absorptions- und Austreibertürmen umlaufenden Flüssigkeitsströme erforderlich. Bei S0_?-Rückgewinnung aus heissen Gasen, d.h. Gärtemperaturen über ca. 130 C, hat es sich jedoch im allgemeinen als zweckmässiger erwiesen, die Absorption und die Austreibung bei im wesentlichen derselben Temperatur vorzunehmen. Bei dieser Ausführungsform wird ein der Flüssigkeitstemperatur im System entsprechendes Vakuum im Austreiber angebracht, wodurch ein Wärmetausch der Flüssigkeitsströme zwischen Absorber und Austreiber ganz in Fortfall kommen kann. Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Austreibung innerhalb des Temperaturbereiches ^O - 130°C vorzunehmen, was für die Systeme Wasserdampf - wasserhaltige Lösungen annähernd einem absoluten Druck von 0,07 bis 2,7 bar entspricht.

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Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Figur veranschaulicht. Sie zeigt schematisch das Verfahren gem. der vorliegenden Erfindung. Von Staub gereinigtes schwefeldioxydhaltiges Gas wird über eine Leitung 1 zu einem Absorptionsturm 2 geleitet, und gereinigtes Gas wird über eine Leitung 3 abgeleitet. Zum Absorptionsturm wird über eine Leitung k das Absorbens geleitet, in den das Schwefeldioxyd aufgenommen und über eine Leitung 5 zu einem eventuellen Wärmetauscher 6 und weiter über eine Leitung 7 zum Abtreiber 8 geleitet wird. Im Austreiber wird die Lösung durch Zuführung von Dampf über eine Leitung 9 von SCL befreit. Die SCL-arme Lösung wird vom Austreiber durch den Aufkocher 10 geleitet, wo Dampf für die Austreibung erzeugt wird. Ein für die Absorption notwendiger Flüssigkeitsstrom wird über eine Leitung 11 zu einem eventuellen Wärmetauscher 6 geleitet, bevor die Lösung über die Leitung k in den Absorptionsturm aufgenommen wird. Die S0₂~Dampfmischung geht vom Austreiber 8 über eine Leitung 12 zu einem druckerhöhenden Gerät 13 ab. Wenn dieses druckerhöhende Gerät aus einem Dampfejektor besteht, v/ird Treibdampf über die Leitung I^ zugeführt. 1st das druckerhöhende Gerät ein mechanischer Kompresssor, wird Zusatztdampf über eine Leitung 15 zugeführt. Der gesamte SO--Dampfstrom wird über eine Leitung 16 in den Aufkocher 10 geleitet. Im Aufkocher kondensieret ein bedeutender Teil des Dampfes. S0_? und verbleibender Dampf werden über eine Leitung 17 zum Kühler 18 zur Kondensierung von Wasserdampf geleitet, und von diesem geht ein konzentriertes SO₂-GaS über eine Leitung 19 ab. Vom Aufkocher 10 geht ein Kondensatstrom in einer Leitung 20 ab, der zum Vorwärmer 21 und weiter in einer Leitung 22 zurück zur Leitung 7 geleitet wird. Das von der Leitung 19 abgehende konzentrierte S0₂~Gas kan gem. vorerwähnten Verfahren zu flüssigem SOn, konzentrierter Schwefelsäure oder elementarem Schwefel aufgearbeitet werden.

Die Erfindung kann durch folgendes Beispiel veranschaulicht werden: In den Absorptionsturm wurde ein Abgas von 100 000 m Norm/h mit einer S0₂~Konzentration von £j000 ppm eingeführt. 90 % des S0--Gehaltes wurden in einem Strom von Absorptionsflüssigkeit von 300 m /h absorbiert. Die SO„-Konzentration in der flüssigkeit betrug 0,070 kmol/rn .

Bei einer herkömmlichen Ausführung der Austreibung ergaben sich folgende Dampf vtM lirnuchsrahl cn :

U (J UH Λ 2 1 0 ü 0 β

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Hit Dampfzusatz im Austreiber von I8,'i t/h konnte der SCL-Gehalt in der Flüssigkeit auf 0,001A kmol/m bei einem Druch im Austreibersumpf von 0,20 bar absolut gesenkt werden. Der Dampfzusatz entspricht einem spezifischen Dampfverbrauch von ]k t/t rückgewonnenem SO-.

In einer Prozessgestaltung gem. der Erfindung betrug der Druck im Austreibersumpf auch 0,20 bar absolut, und die Temperatur war 60 C. Aufgrund der Druckverluste im Austreiber war der Druck im Oberteil des Austreibers 0,19 bar absolut, d.h. 0,01 bar niedriger als im Sumpf. Vom Austreiber ging ein Gas mit einem Dampfteildruck von I87 mbar und einem S0~-Teildruck von h,Q mbar ab, was 17,3 t/h H₂O und 1,32 t/h SO₂ entspricht.

Im Aufkocher wurde eine mittlere Temperaturdifferenz von 7 C und gleichzeitig dieselbe Austreibungseffizienz, d.h. Senkung des SO^-Gehaltes der Lösung, wie bei herkömmlicher Austreibungsausführung gewünscht. Dies wurde dadurch erreicht, dass der Druck der vom Austreiber abgehenden S0„-Dampfmischung von 0,19 bar auf 0,30 bar im Dampfejektor erhöht wurde. Die für diesen Zweck erforderliche Menge von 20 bar Treibdampf betrug 9>9 t/h, was einem spezifischen Dampfverbrauch von 1 ,k t/t S0„ entspricht. Der Dampfverbrauch wurde damit um ca hj % gesenkt. Die Dampfkosten werden mit sKr. 30:-/t berechnet, und die erzielte Ersparnis beträgt deshalb bei einer berechneten Betriebszeit von 8OOO h/Jahr sKr. 2,06 Mio/Jahr.

Für eine Anlage, die für einen Treibdampf'druck von 6 bar konstruiert war, wurden 11,5 t/h Dampf verbraucht, um diesel be S0₂"Austrei bung und Kompression im Ejektor zu erhalte. Die Dampfeinsparung in diesem Fall beträgt ca. 37>5 % oder ca. sKr. 1,66 Mio/Jahr. Wie aus diesen Beispielen herforgeht, sinkt der Verbrauch von Treibdampf mit höherem Treibdampfdruck.

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Claims

Aktiebolaget Svenska Fläktfabriken Nacka, Schweden Verfahren zur Gewinnung von konzentriertem Schwefeldioxyd aus Schwefeldioxyd enthaltenden Abgasen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von konzentriertem Schwefeldioxyd aus Schwefeldioxyd enthaltenden Abgasen durch Behandlung des Gases mit Wasser oder wässerigen Lösungen von Schwefeldioxyd-bindenden Stoffen, z.B. Natriumzitrat, in einer Absorptionsvorrichtung. In der Literatur sind verschiedene Systeme für Konzentrierung schwefeldioxydhaltiger Gase beschrieben. Den meisten bekannten Verfahren ist ein sehr hoher spezifischer Energieverbrauch gemein, da dieser meistens im Verhältnis zu dem zu behandelnden Gasstrom und nicht zum Schwefeldioxydstroni steht. Infolgedessen verlangt die Rückgewinnung von Schwefel aus Rauchgasen bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe, sog. SO^-armen Abgasen von Metal 1schrnelzwerken, Claus-Anlagen, Schwefelsäurefabriken und anderen SO~-abgebenden industriellen Prozessen sehr viel Energie. Als Beispiel kann ein Verfahren genannt werden, das in Ullman Encykiopädie der Technischen Chemie (196*0, Band 15, Seite *»20, beschrieben ist. Bei diesem Verfahren wird Schwefeldioxyd flüssiger Form aus Röstgasen durch Kompression und Kühlung des gesamten Röstgasstromes auf ca, -60°C rückgewonnen. Abgesehen vom hohen Energieverbrauch dieses Verfahrens ist die für den Zweck erforderliche Ausrüstung aufgrund des hohen Druckes teuer. 809842/0808 ORIGINAL INSPECTED " 28147*8 Patentansprüche

1. Verfahren zur Gewinnung von konzentriertem Schwefeldioxyd aus Schwefeldioxyd enthaltenden Abgasen durch Behandlung des Gases mit V/asser oder wässerigen Lösungen von Schwefeldioxydbindenden Stoffen, z.B. Natriumzitratlösung, in einer Absorptionsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass das absorbierte Schwefeldioxyd in einer Austreibkolonne mit Dampf ausgetrieben wird, der durch Komprimierung der vom Austreiber abgehenden Dampf-SCL-Mischung erzeugt wird, und Dampf veranlasst wird, wenigstens teilweise in einem Wärmetauscher (Aufkocher) zu kondensieren, wo in den Austreiber eingehender Dampf erzeugt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompression vom Austreiber ausströmender Dampf-SO--Mischung in einem Ejektor ausgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompression vom Austreiber ausströmender Dampf-SO--Mischung in einem mechanischen Kompressor ausgeführt wird.

h. Verfahren nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur im Austreiber vorzugsweise zwischen kO und 130°C gehalten wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1-31 dadurch gekennzeichnet, dass die Dampf-SOo-Mischung nach dem Aufkocher zu einem Kühler geleitet wird, wo der Hauptteil des verbleibenden Dampfes kondensiert wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kondensat vom Aufkocher und Kühler zu der S0_?-haltigen Lösung zurückgeleitet wird, die oben am Austreiber eingeführt wird.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehende Lösung vom Austreiber Wärmetausch mit in den Austreiber eingehender schwefeldioxydreicher Lösung ausgesetzt wird.

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8. Verfahren nach den Ansprüchen t-8, dadurch gekennzeich net, dass die Temperatur der Kondensate (des Kondensates) vom Aufkocher und/oder Kühler vor ihrer (seiner) Enführung oben am Austreiber erhöht wird.

9. Verfahren nach den Ansprüchen T-8, dadurch gekennzeich net, dass die Temperatur der in den Austreiber eingehenden Lösung nach ihrem Wärmetausch mit vom Austreiber abgehender Lösung erhöht wird.

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