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Verfahren zum Auswaschen und Gewinnen von Schwefeldioxyd und gegebenenfalls
anderen schwach löslichen sauren Gasen Zum Auswaschen von verhältnismäßig schwach
konzentrierten und schwach löslichen, sauren Gasbestandteilen, beispielsweise von
Schwefeldioxyd, sind eine Reihe von Verfahren bekannt, denen eine unterschiedliche
Zielsetzung zugrunde liegt. Auf der einen Seite sollen Gase gereinigt, d. h. deren
lästige Bestandteile entfernt werden, während auf der anderen Seite der betreffende
Bestandteil, z. B. der Schwefelgehalt, der zum Teil sehr beträchtlichen Gasmengen
in eine brauchbare Form übergeführt und gewonnen werden soll.
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Wenn das Schwefeldioxyd in bekannter Weise durch Wasser oder wässerigeLösungen
aus Rauchgasen und ähnlichen industriell anfallenden Gasgemischen entfernt werden
soll, ergibt sich wegen der sehr geringer Konzentrationen (z. B. weniger als 0,5
Volumprozent S 02) und wegen der geringen Löslichkeit des Schwefeldioxyds, die nur
einige g/1 Wasser beträgt, ein beträchtlicher Wasserverbrauch. Ferner kann das Waschwasser
durch Austreiben der aufgenommenen Gase regeneriert werden, wobei wegen der geringen
Löslichkeit des SO, allerdings erhebliche Wärmemengen erforderlich sind.
Diese Nachteile werden zwar bei Verwendung der neuerdings erprobten anorganischen
oder organischen Lösungsmittel vermiieden. Diese Lösungsmittel, wie z. B. Gemische
organischer Basen, sind aber teuer. Außerdem haben sie im allgemeinen zu hohe Dampfdrücke,
die einen ständigen Lös.ungsmittelverbrauch bedingen, so daß sie für den genannten
Zweck kaum in Frage kommen.
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Wenn in :gleichfalls bekannter `'eise das Schwefeldioxyd mittels einer
wässerigen Lösung von Ammoniumsulfit und Ammoniumbisulfit gebunden wird, werden
einige der genannten Nachterle vermieden. Soll jedoch in wechselnden Konzentrationen
bzw. mit zeitlich veränderlichen Gasmiengen anfallendes Schwefeldioxyd gewonnen
werden, ergeben s'ic'h bei Anwendung aller bisher bekannten Verfahren besonders
große Schwierigkeiten.
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Diese Schwierigkeiten und Nachteile werden dadurch beseitigt, daß
gemäß der Erfindung aus. einer Lösung, die zunächst in einer Waschapparatur mit
Schwefeldioxyd und anderen Gasbestandteilen schwach angereichert wird, in einer
Entgasungsanlage durch Wärme und/oder Unterdruck ein erheblicher Teil des aufgenommenen
Schwefeldioxyds ausgetrieben wird, und daß die aus dieser Entgasurngsapparatur austretende
Lösung, die noch weitere aus dem Gase aufgenommene und nutzbar zu machende Bestandteile
enthält, einem Ionenaustauscher zugeführt und schließli.ch wieder zur Waschapparatur
zurückgeleitet wird. Als Lösungsmittel kann. Wasser oder zweckmäßigerweise eine
schwach saure bzw. alkalische wässerige Lösung benutzt werden. Es ist zwar bekannt,
daß man Bisulfitlösungen, die durch Aufnahme von SO,
in. alkalischen Lösungen
erhalten wurden., mit Hilfe von Austauscher:n wied@e@rbeleben kann. Dabei gewinnt
man das S 02 in Form einer wässerigen Lösung der Alkali.salze der schwefligen Säure.
Bei dem Verfahren der vorliegenden: Erfindung jedoch ist das Ziel die. Gewinnung
gasförmigen Schwefeldioxyds.
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Gegebenenfalls können die Gase zunächst in einer ersten Waschstufe
mit schwach saurer und in einer zweiten Stufe mit schwach alkalischer Lösung ausgewaschen
werden, die zur Gewinnung des restlichen Schwefeldioxydgehaltes einem Anionenaustauscher
zugeführt wird. In einem solchen Anionenaustauscher werden die alkalischen Bestandteile
des Lösungsmittels nicht gebunden; dieses Lösungsmittel kann also der zweiten Waschstufe
wieder zugeführt werdien.
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Da hinter dem Austreibet zur Nutzbarmachung der nicht entgastem, noch
gelösten Schwefelverbindungen ein Ionenaustauscher verwendet wird, der auch das
aus den Rauchgasen in die Waschflüssigkeit übergehende und beim Entgasen in der
Waschflüssigkeit verbleibende Schwefeltrioxyd bindet, ist die weitere Verarbeitung
auch dieses Bestandteiles der Rauchgase auf Ammonsulfit bzw. -sulfat ermöglicht.
Da nämlich mittels eines lonenaustausdhers Säuren aus wässerigen Lösungen entfernt
werden 'önnen, ergibt das Verfahren gemäß der Erfindung eine praktisch vollständige
Ausnutzung der gelösten bzw. gebundenen Gasbestandteile. Außerdem entfällt auch
der bisherige Nachteil, das unter Verzicht auf die restlose Schwefelgewinnun:
g
ein Teil der Waschflüssigkeit abgeführt und durch Frischwasser ersetzt werden mußte,
um eine zu starke Anreicherung des Lösungsmittels mit Schwefeltrioxyd zu vermeiden.
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In der Zeichnung ist eine Anlage zur Ausführung des Verfahrens gemäß
der Erfindung schematisch dargestellt.
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SChwefel.dioxydhaltige Gase werden über eine Leitung 1 und einen Wärmeaustausdher
2 einer Auswaschapparatur 3 zugeführt. Diese Apparatur kann aus einer Füllkörper-
bzw. G.lockenbodenkolonne bestehen, es können aber .auch rotierende Wascher nach
Art der Zentrifugalwaseher verwendet werden. In dieser Waschapparatur, die auch
mehrstufig ausgebildet sein kann, wird das Gas im Gegenstrom mit einer Waschflüssigkeit
von Schwefeldioxyd, von Teilen des Sohwefeltrioxyds und: anderen Gasbestandteilen
befreit. Das gereinigte Gas verlä-ßt die Apparatur 3 über eine Entnahmeleitung 4.
Die in einem ersten Kühler 6a mit gewöhnlichem Kühlwasser und sodann in einem zweiten:
Kühler 6 b durch Kühlsole auf etwa 0 bis 10° C abgekühlte Waschflüssigkeit
wird der Auswaschapparatur 3 über eine Leitung 5 zugeführt.
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Die mit Schwefeldioxyd und: anderen Bestandteilen beladene Waschflüssigkeit
läuft aus der Waschapparatur 3 über eine Leitung 7 ab .und: wird in
einem Wärmeaustausdher 8 auf etwa 35 bis 40° C vorgewärmt. In einem weiteren Wärmeaustauscher
2 kann die Waschflüssigkeit durch die gegebenenfalls im Rohgas enthaltene fühlbare
Wärme noch weiter vorgewärmt werden. Schließlich wird die Waschflüssigkeit über
Leitungen 9 d bzw. 9 b verschiedenen Stellen einer Entgasungsapparatur
10 zugeführt, die aus einer Füllkörper- oder Glockenbodenkolonne bestehen
kann. In dieser Kolonne wird beispielsweise mittels eines Fallrohres 11 ein Vakuum
aufrechterhalten. Selbstverständlich sind auch die an sich bekannten Vakuumpumpen
für diesen Zweck verwendbar. Die Entgasungsapparatur 10 wird z. B. durch
eine Heizrohrschlange 23 mit Dampf beheizt. Gegebenenfalls kann die erforderliche
Wärme auch durch unmittelbares Einblasen von Dampf zugeführt werden.
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Die entstehenden Dämpfe werden in einem Absdheider oder Dephlegmator
12, dem ein Kühlmittel zugeführt wird., von dem mitgeführten Wasserdampf weitgehend
befreit und dann weiter aufbereitet, z. B. in einem Trockner auf reines Schwefeldioxyd,
oder sie gelangen in eine Anlage zur Erzeugung von Schwefelsäure. Die aus der Entgasungsapparatur
10
ablaufende Waschflüssigkeit gibt im Wärmeaustausdher 8 ihre fühlbare
Wärme zum großen Teil an die zur Entgasungsapparatur 10 strömende Flüssigkeit
ab und läuft über Leitung 13 und eine der Leitungen 14a oder 14b einem der Ionenaustauscher
15 a oder 15 b zu, in denen sich eine Ionenaustauschermasse
befindet.
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Die aus diesen Austauschern ablaufende Flüssigkeit enthält kein Schwefeldioxyd
und auch kein Schwefeltrioxyd bzw. nur zulässige Spuren dieser Bestandteile, sie
wird über die Leitung 5 den Kühlern und anschließend der Waschapparatur 3
wieder zugeführt. Damit ist der Waschflüssigkeitskreislauf geschlossen.
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Wenn die Aufnahmefähigkeit eines der Austauscher 15 a bzw.
15 b erschöpft ist, wird er abgeschaltet und in bekannter Weise regeneriert.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel wird dem betreffenden Ionenaustauscher durch
eine Leitung 24 ein Regeneriermittel, z. B. Ammoniak, zugeführt. Die dabei über
eine Leitung 16 ablaufende Lösung kann einer nicht dargestellten Anlage zugeführt
werden, in der sie weiterhin z. B. auf Amtnonsulfit oder Ammonsulfat und Schwefel
verarbeitet wird. Es ist auch je nach den Erfordernissen des Betriebes möglich,
die bei der Regeneration erhaltene Lösung mit einer starken Säure, z. B. Schwefelsäure
oder Salpetersäure, zu zersetzen und dabei ein beliebiges Ammonsalz zu gewinnen.
Die Lösung kann aber auch über einen Wärmeaustauscher 21 in einer Destillationsanlage
17 aufbereitet werden. In dieser Anlage wird das bei der Regenerierung entstandene
Ammonsulfit zerlegt in Ammoniak, das einer Leitung 18 entnommen werden kann,
und in Schwefeldioxyd, das mit Wasserdampf vermischt ist und über eine Leitung
19 der gemeinsamen Verarbeitungsstelle des Schwefeldioxyds zugeführt wird.
Das aus der Destillationsanlage 17 über eine Leitung 20 und einen Wärmeaustauscher
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abfließende Wasser ist nahezu frei von Verunreinigungen und kann z. B.
zum Ansetzen der Regenerierflüssigkeit dienen. Eine weitere Möglichkeit zur Regeneration
des erschöpften Ionenaustauschers besteht darin, daß man durch Anlegen eines elektrischen
Feldes das Schwefeldioxyd austreibt und dadurch den Ionenaustauscher wieder belebt.