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Verfahren zur Verarbeitung von Schwefelwasserstoff durch Verbrennung
desselben mit sauerstoffhaltigen Gasen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren
zur Verarbeitung von Schwefelwasserstoff durch Verbrennung desselben mit Sauerstoff
oder sauerstoffhaltigen Gasen.
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Es ist bekannt, die Verbrennung durch entsprechende Bemessung des
Sauerstoffzusatzes entweder nach der Gleichung
| 2 H2 S -I- 02->:2 H20 +2 S |
oder nach der Gleichung
durchzuführen. Im ersten Falle kann durch Kühlung der Reaktionsgase der Schwefel
in flüssiger Form gewonnen werden. Im zweiten Falle können die Reaktionsgase durch
weitere Oxydation zu Schwefeltrioxyd und Schwefelsäure umgesetzt werden. Da die
genannten Reaktionen aber gleichzeitig nebeneinander auftreten, enthalten die Restgase
in beiden Fällen außer unverbranntem Schwefelwasserstoff ein Gemisch von Schwefeldioxyd
und Schwefeldämpfen, dessen Beseitigung Schwierigkeiten bereitet. Es ist vorgeschlagen
worden, die Abgase durch Wärmeaustausch auf Temperaturen zu bringen, die eine völlige
Umsetzung der
Schwefelbestandteile zu Schwefeldiokyd in einem geeigneten
Kontakt ermöglichen. Hierbei wurden aber die Wärmeaustauscher infolge Verstopfungen
durch Schwefelaablagerung und Korrosionen in kurzer Zeit unbrauchbar. Bei Ableitung
der Abgase in einen Kamin traten in diesem ähnlich Erscheinungen auf, ganz abgesehen
von der großen Belästigung der Umgebung durch die schwefelhaltigen Abgase. Daß ferner
die durch den Kamin abgeführten Schwefelmengen einen reinen Verlust darstellen;
bedarf keiner weiteren Erläuterung.
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Die Erfindung bezweckt, die Nachteile der bekannten Verfahren in einfacher
Weise zu vermeiden und eine praktisch vollkommene Verarbeitung des Schwefelwasserstoffes
zu ermöglichen. Die Erfindung besteht im wesentlichen in der Durchführung nachstehender
Maßnahmen. Ein Teil des Schwefelwasserstoffes wird mit einer zur Bildung von Schwefel
ausreichenden Menge Sauerstoff verbrannt, worauf aus den Reaktionsgasen durch deren
Kühlung Schwefel in flüssiger Form ausgeschieden wird. Dabei kann selbstverständlich
die Reaktionswärme in einem Dampfkessel od. dgl. ausgenutzt werden. Zweckmäßig wird
der Druck im Kessel so hoch gehalten, daß die von den Reaktionsgasen durchströmten
Kesselrohre eine Temperatur von etwa 12o bis 15o° haben. Hierbei schlägt sich der
Schwefel zum größten Teil dünnflüssig an den Wandungen nieder und kann aus dem Kessel
abgezogen werden. Man kann die Reaktionsgase auch unmittelbar durch Einspritzen
von Wasser kühlen oder auch die mittelbare und die unmittelbare Kühlung nebeneinander
anwenden.
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Sowohl die Umsetzung des Schwefelwasserstoffes zu Schwefel als auch
dessen Abscheidung gehen nur teilweise vor sich, wobei bei Temperaturen von 12o
bis i5o° ein Wirkungsgrad von etwa 7o% erzielt wird. Die restlichen Mengen der schwefelhaltigen
Stoffe verbleiben aber in den Abgasen. Diese Abgase müssen zu ihrer weiteren Verarbeitung
mittels katalytischer Oxydation auf die erforderliche Reaktionstemperatur gebracht
werden. Hierzu wird der Rest des Schwefelwasserstoffes mit ausreichendem Sauerstoffüberschuß
zu Schwefeldioxyd verbrannt und den bereits abgekühlten Reaktionsgasen des ersten
Teilstromes zugesetzt. Das hierdurch genügend aufgeheizte Gemisch der Reaktionsgase
beider Teilströme wird dann anschließend der katalytischen Oxydation zur Bildung
von Schwefeldioxyd unterworfen.
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Diese Oxydation wird zweckmäßig in einem aus Eisen, Nickel, Kupfer
oder deren Verbindungen bestehenden Kontakt durchgeführt, der in einem geeigneten
Kontaktträger, wie Bimsstein, Koks, Ton od. dgl. untergebracht ist. Je nach der
Art des verwendeten Kontaktes liegt die Reaktionstemperatur zwischen Zoo und d.oo°,
im allgemeinen bei etwa 300 bis 35o°.
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Das erzeugte Schwefeldioxyd kann in bekannter Weise durch weitere
katalytische Oxydation zu Schwefeltrioxyd und durch anschließende Wäsche mit heißer
Schwefelsäure zu Schwefelsäure umgesetzt werden. Je nach dem Wassergehalt der Gase,
der an sich diese Umsetzungen nicht stört, wird die Temperatur der heißen Schwefelsäure
auf i 5o bis 28o° gehalten. Das erzeugte Schwefeldioxyd kann aus den Abgasen der
ersten katalytischen Oxydation auch durch deren Auswaschen mit einer alkalischen,
regenerierbaren Flüssigkeit und anschließendes Abtreiben der gesättigten Lösung
in reiner Form gewonnen werden. Man kann auch in bekannter Weise das Schwefeldioxyd
zu Ammonsulfit-, -b.isulfitlauge aufarbeiten, aus der dann durch Druckerhitzung
Ammonsulfat und Schwefel gewonnen «erden können.
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Es ist bereits bekannt, schwefelwasserstoffhaltiges Gas in zwei Teilströme
zu unterteilen, den einen Teilstrom mit einer zur Bildung von Schwefel ausreichenden
Sauerstoffmenge zu verbrennen und die Reaktionsgase nach Abscheidung des anfallenden
Schwefels mit dem zweiten Teilstrom zu vereinigen. Das entstehende Gasgemisch besitzt
eine zur katalytischen Oxydation des in ihm vorhandenen Schwefelwasserstoffes nicht
genügend hohe Temperatur und soll daher nach dem erwähnten Verfahren in einem zweiten
Verbrennungsofen zu Schwefeldioxyd verbrannt «erden. Zur Erfassung des etwa in den
Reaktionsgasen diese Ofens noch enthaltenen restlichen Schwefelwasserstoffes müßte
man die Reaktionsgase anschließend einer katalytischen Oxydation unterwerfen. Erfahrungsgemäß
schwankt der Schwefelwasserstoffgehalt zu verarbeitender technischer Gase innerhalb
ziemlich weiter Grenzen. Das aus der Vereinigung des zweiten Teilstromes mit den
Reaktionsgasen des ersten Teilstromes entstehende Gasgemisch strömt daher dem Verbrennungsofen
mit einer sich ständig ändernden Schwefelwasserstoffkonzentration zu. Da diese die
Verbrennungstemperatur im Ofen beeinflußt, kann man aus dem Ofen auch nur ein Reaktionsgas
schwankender Endtemperatur abziehen und müßte es erst vor Eintritt in den Katalysatorraum
durch entsprechende Kühlung oder Aufheizung auf eine gleichbleibende und günstigste
Oxydationstemperatur bringen. Das läßt sich praktisch auf selbsttätigem Wege nicht
durchführen.
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Im Gegensatz dazu erhält man bei dem erfindungsgemäßen Verfahren durch
Einregelung des Mengenverhältnisses zwischen dem ersten und zweiten Teilstrom stets
ein Gasgemisch gleichbleibender und günstigster Temperatur für die nachfolgende
katalytische Oxydation. So kann ohne weiteres ein entsprechendes Verteilungsorgan
zur Mengenregelung der beiden Teilströme von einem Temperaturfühler, der in die
Zuleitung des Gasgemisches zum Katalysatorraum eingebaut ist, automatisch betätigt
werden. Ist beispielsweise die Temperatur zü hoch, so wird selbsttätig der zweite
Teilstrom unter entsprechender Vermehrung des ersten Teilstromes abgedrosselt. Auf
diese Weise lassen sich alle Schwankungen im Schwefelwasserstoffgehalt des Ausgangsgases
selbsttätig ausgleichen. Dem Katalysatorraum strömt ein Gasgemisch mit zwar unterschiedlicher
Schwefelwasserstoffkonzentration aber stets gleichbleibender Temperatur
zu.
Dadurch hat man die Gewähr, daß bei der katalytischen Oxydation der gesamte im Gasgemisch
vorhandene Schwefelwasserstoff restlos umgesetzt wird.
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Ausführungsbeispiel In der Zeichnung ist eine zur Durchführung des
Verfahrens nach der Erfindung dienende Anlage schematisch dargestellt, deren Wirkungsweise
im folgenden näher beschrieben ist.
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56o m3 eines aus etwa 50% Schwefelwasserstoff und 5o % Kohlensäure
bestehenden Gasgemisches, das aus einer nassen Gasreinigungsanlage stammt, werden
in zwei Teilströme von 480 und 8o m3 aufgeteilt. Der erste Teilstrom wird einem
Brenner 1 durch Leitung 2 zugeführt und unter Zusatz von etwa 6oo m3 Luft aus Leitung
24 verbrannt. Die fühlbare Wärme der Reaktionsgase wird in einem Dampfkessel 3 ausgenutzt,
der auf einem Druck von etwa 2 atü gehalten wird. Durch Leitung 5 wird der Dampfkessel
mit Wasser gespeist, während der erzeugte Dampf durch Leitung 6 abgeführt wird.
An den Kesselrohren, die auf etwa 13O° gehalten werden, schlägt sich der erzeugte
Schwefel dünnflüssig nieder und kann durch Leitung 4 abgezogen werden. Stündlich
werden etwa 22,5 kg Schwefel abgeschieden, was einem Wirkungsgrad der Anlage von
etwa 70% entspricht. Die Restgase, die noch Schwefelwasserstoff, Schwefeldioxyd,
Schwefel- und Wasserdämpfe enthalten, verlassen den Dampfkessel 3 durch Leitung
9.
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Die restlichen 8o m3 des Ausgangsgases werden einem zweiten Brenner
7 durch Leitung 8 zugeführt und mit etwa 300 m3 Luft aus Leitung 24 vornehmlich
zu Schwefeldioxyd verbrannt. Die heißen Verbrennungsgase werden einer Mischstrecke
1o durch Leitung 11 zugeführt, in die auch die Ableitung 9 des Dampfkessels 3 mündet.
Durch die fühlbare Wärme der Verbrennungsgase wird das Gasgemisch in der Mischstrecke
1o auf etwa 35o° aufgeheizt. Dem Gasgemisch werden noch 76 m3 Luft durch die in
die Leitung 11 mündende Leitung 21 zugesetzt. Aus der Mischstrecke 1o gelangt das
Gasgemisch in einen Kontakt 22, der beispielsweise aus mit Nickelnitrat getränktem
Bimsstein besteht. Hier werden durch katalytische Oxydation der restliche Schwefelwasserstoff
und Schwefel zu Schwefeldioxyd umgesetzt. Nach Verlassen des Kontaktes 22 gelangt
das Gasgemisch in den Kühlschacht 12 eines Vanadinkontaktes 13. Durch Aufnahme der
Reaktionswärme wird das Gasgemisch im Kühlschacht auf etwa 45o° vorgewärmt, strömt
in das Innere des Kontaktes 13 und durchstreicht die Kontaktschichten 14 unter Bildung
von Schwefeltrioxyd. Die Abgase verlassen den Kontakt 13 unten und gelangen durch
Leitung 15 in einen Wascher 16. Hier wird das Schwefeltrioxyd durch heiße Schwefelsäure,
die in Leitung 20 über einen Behälter 18 mittels Pumpe 19 im Umlauf gehalten wird,
zu Schwefelsäure umgesetzt. Die Restgase entweichen aus dem Wascher 16 durch Leitung
17, während die nicht für den Kreislauf benötigte Schwefelsäure durch Leitung 23
abgeführt werden kann. Es werden stündlich 485 kg 920/0i-er Schwefelsäure erzeugt.