DE2506438A1 - Verfahren zur thermischen spaltung von abfallschwefelsaeure - Google Patents
Verfahren zur thermischen spaltung von abfallschwefelsaeureInfo
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Description
Davy Powergas GmbH
5 Köln 41
Aachener Str. 958
5 Köln 41
Aachener Str. 958
Verfahren zur thermischen
von Abial!schwefelsäure
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermischen Spaltung von
Abfallschwefelsäure durch Eindüsen in ein Ultraschallfeld bei gleichzeitiger Verbrennung eines Brennstoffs, wie HeIzOl1 Heizgas
und/oder Schwefel, bei Temperaturen im Bereich von 800 bis 1500 0C,
Es ist bekannt, Abfallschvmfeisäuren, die neben Wasser organische
Verunreinigungen und/oder anorganische Salze, wie z.B. Sulfate des Ammoniums, Eisens oder Natriums, enthalten, durch Eindüsen in einen
Reaktionsraum zu spalten, der durch gleichzeitige Verbrennung eines Brennstoffs in dem angegebenen Temperaturbereich gehalten
wird. Die Säure wird dabei im allgemeinen durch Druck- oder Drehzerstäuber zentral in den gewöhnlich zylindrischen Reaktionsraum
eingedüst, während mehrere Ölbrenner radial oder tangential in den
Raktionsrauin hineinbrennen.
Es ist auch schon bekannt, die Eindüsung der Säure in den Spaltofen
mit Ultraschall Zerstäubern vorzunehmen, durch welche die mechanische
Verdüsung durch ein Ultraschallfeld im Raum vor der Düse noch verstärkt wird. Hierbei ist ein gewöhnlicher Heizölbrenner zentral
an der Stirnseite des Ofens, jedoch getrennt von den Ultraschallzerstäubern angeordnet. Dabei ist an die Stirnseite eine Breunmuffel
angeschlossen, in der schon eine weitgehende Verbrennung vor sich
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geht, so daß die verdüste Säure mit überwiegend ausgebrannten
Verbrennungsgasen in Kontakt kommt. Diese Brenneranordnung erfordert erhebliche Kosten für Brennrauffei und Ölbrenner.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens
und einer Vorrichtung zur thermischen Spaltung von Abfallschwefelsäure,
bei denen die apparativen Kosten wesentlich gesenkt werden können. Darüber hinaus soll auch die SOp-Konzentration
im Spaltgas gesteigert und so der Aufwand für die Weiterverarbeitung des SO- verringert werden.
ei.
Das Verfahren zur thermischen Spaltung von Abfallschwefelsäure durch Eindösen in ein Ultraschallfeld bei gleichzeitiger Verbrennung
eines flüssigen oder gasförmigen Brennstoffs bei Temperaturen im Bereich von 800 bis I3OO C ist erfindungsgemäE dadurch
gekennzeichnet, daß man den Brennstoff und die Säure in das Ultraschallfeld eindüst. Es wurde gefunden, daß auf die besonderen
Ölbrenner verzichtet werden kann, wenn man den Brennstoff, insbesondere Heizöl, ebenso wie die Säure in das Ultraschallfeld
eindüst. Dabei bedient man sich zweckmäßigerweise des gleichen Ultraschallzerstäubers.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß man
ein Gemisch aus Heizöl und Säure, insbesondere eine Dispersion von öl in Säure, herstellt und dieses Gemisch in das Ultraschallfeld
eindüst. Die Dispergierung des mengenmäßig im Unterschuß erforderlichen Heizöls in der Säure kann in Apparaten erfolgen,
die für die Dispergierung einer Flüssigkeit in einer mit dieser nicht mischbaren anderen Flüssigkeit gebräuchlich sinä f z.B. in
einer Mischdüse.
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Nach einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist
vorgesehen, daß man den Brennstoff und die Säure gleichseitig durch getrennte Düsenöffnungen in das Ultraschallfeld einsprüht.
Hierbei kommt eine Dreistoff-Ultraschalldüse zur Anwendung, durch
welche das Heizöl, die Abfallschwefelsäure und das Schallgas getrennt .voneinander abströmen. Die beiden Flüssigkeiten, deren
Sprühkegel sich im allgemeinen überlagern, werden im Ultraschallfeld zu Tröpfchen einer Größe im Bereich von 1 bis 200 u, insbesondere
zwischen 40 und 80 η aufgelöst. Die Verbrennung des 01s
sowie die Wasserverdampfung und Spaltung der Säure erfolgen daher sehr rasch. Sowohl bei der getrennten Eindüsung von Heizöl und
Säure als auch bei der Eindüsung einer Öl-in-Saure-Dispersion
ergibt sich daher der Vorteil eines verkleinerten Spaltreaktions-Volumens
im Vergleich zu der bekannten Konstruktion, bei der das Heizöl durch besondere Brenner außerhalb des Schallfeldbereiches
verbrannt wird.
Die Anordnung der Düsen für Heizöl und Säure in Bezug auf den Schallgenerator ist von sekundärer Bedeutung. Zweckmäßigerweise
wird die Säure zentral und das Heizöl konzentrisch um die Säure herum verdüst. Auch die umgekehrte Anordnung, nämlich zentrale
Heizölverdüsung mit einem konzentrischen Säurestrahl, ist möglich, Zweckmäßigerweise umgibt die Resonanzkammer sowohl Säure- als auch
Heizöldüsen.
Nach der bevorzugten Ausführungsfprm des Verfahrens führt man
Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherte Luft als Schallgas und zur Verbrennung zu. Während normalerweise die Verbrennung von
Heizöl oder Heizgas mit Sauerstoff auch in einem Spaltofen für Abfallschwefeisäure zu so hohen Temperaturen (über 2000 0C) führt,
daß gewöhnliche Ölbrenner und die Feuerraumauskleidung Schaden nehmen, liegt die Verbrennungstemperatur bei dem erfindungsgeroäßen
Verfahren unter Verwendung von Sauerstoff wesentlich niedriger. Dies ist darauf zurückzuführen, daß durch die innige Mischung
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von Abfallschwefelsäure und Brennstoff die endotherme Säurespaltung
und die exotherme Ölverbrennung auf engstem Räume nebeneinander
verlaufen und sich daher auch lokal keine unerwünscht hoher: Temperaturen im Gasraum ausbilden können.
Vorzugsweise hält man in dem den Spaltofen verlassenden Gas eine (^-Konzentration von 1 bis 9 Vol.-%, insbesondere von 2 bis 4
Vol.-% ein. Die Spalttemperatur beträgt vorzugsweise 900 bis
1100 0C und die Verweilzeit 0,1 bis 5 Sekunden, vorzugsweise
1 bis 4 Sekunden.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren unter Verwendung von Sauerstoff
oder mit Sauerstoff angereicherter Luft ergibt sich eine Reihe von Vorteilen. Der Brennstoffverbrauch ist geringer, da
das Spaltgas weniger inerte Gase enthält. Der sonst übliche Luftvorwärmer ist nicht mehr nötig. Die zur weiteren Verarbeitung bestimmte
Spaltgasmenge ist um bis zu etwa 40 % geringer als bei der üblichen Verbrennung mit Luft, und die SOp-Konzentration im
Spaltgas ist dementsprechend größer. Das hat bis zu etwa 50 %
geringere Kosten für die Anlage zur Verarbeitung des S0~ zu Schwefelsäure zur Folge. Auch die dazu benötigte elektrische
Energie ist um ca. 30 % kleiner.
Die Zerstäuberdüse zur Durchführung des Verfahrens besteht aus einem Ultraschallgenerator mit einer stirnseitig angeordneten
ringförmigen Resonanzkammer, einer Leitung für die Zuführung des Schallgases und einem Umkehrkörper für die Umlenkung des Schallgasstromes
aus der Zuführungsleitung in die Resonanzkammer, sowie aus einer von der Resonanzkammer umgebenen Düse für die Säure,
und ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der Säuredüse eine Mischdüse zur Bildung des Säure/Brennstoffgemisches vorgeschaltet
oder zwischen Säuredüse und Resonanzkammer eine Brennstoffdüse angeordnet ist. Durch die Mischdüse, beispielsweise
eine nach dem Venturiprinzip arbeitende Düse, wird das Heizöl in der Säure fein verteilt. Dar. so erhaltene Gemisch wird dann
durch die Säuredüse in das Ultraschall feld eingesprüht. Bei der
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anderen Ausführungsform ist am Zerstäuberkopf neben der Säuredüse
eine Brennstoffdüse vorgesehen. In diesem Falle werden Brennstoff
und Säure erst im Ultraschallfeld vermischt.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 die schematische Darstellung eines Spaltofens für Abfallschwefelsäure
und
Fig* 2 einen Ultraschallzerstäuber für die gleichzeitige Zerstäubung
von Abfallschwefelsäure und Heizöl.
Der vertikale Spaltofen 10 trägt an seiner Decke 10 einen Ultraschallzerstäuber
12, dem über Leitung 16 von einem Gebläse 14 durch ein Luftfilter 15 angesaugte, mit Sauerstoff angereicherte
Luft als Schallgas zugeführt wird. Die zu zerstäubende Abfallschwefelsäure wird durch Leitung 18 einer an sich bekannten Mischdüse
13 zugeführt, in der mit dem durch Leitung I7 zugeführten
Heizöl eine Öl-in-Säure-Dispersion gebildet wird, die kontinuierlich
dem Kopf des Zerstäubers 12 zufließt. Die Abfallsäure wird in dem durch die Feuerbrücke 11 abgeteilten Ofenraum unter Bildung
eines SO^-haltigen Gases gespalten. Das vollständig ausgebrannte
Spaltgas verläßt den Spaltofen über Leitung I9 und geht
beispielsweise zu einer Schwefelsäurefabrik.
Fig. 2 zeigt den Kopf 1 einer Ultraschallzerstäuberdüse für Abfall
Schwefelsäure und Heizgas, die dann zur Anwendung kommt, wenn Säure und Brennstoff ohne Vormischung dem Zerstäuber zugeführt
werden. Das zentrale Rohr 2 dient der Zuleitung der zu spaltenden .Säure; an das vordere Rohrende schließt sich eine Druckzerstäuberdüse
5 an. Durch den Ringkanal 3 wird ds.s Heizgas zugeführt,
das durch die Ringöffnung 6 in das Ultraschallfeld vor dem Düsenkopf austritt. Durch den äußeren Ringkanal 4 strömt das Schallgas
zu, wird durch die Umlenkfläche 8 in die Resonanzkammer 7 umgelenkt und erze\igt das die "Vernebelung und Durchinischung bewirkende
Ultraschallfeld.
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In einem Ofen zur Spaltung von Abfallschwefelsäure, die bei der
Methylmethacrylatherstellung angefallen war, werden 23,1 t/h
Abfallsäure durchgesetzt. Die Säure enthält etwa 11,3 Gew.~% H2SO4, 53,5 Gew.-% M4HSO4, 1,0 Gew.-% (NH4)2SO4, 2,0 Gew.~%
Disulfonsäure, 1,6 Gew.-% andere organische Bestandteile und
30,6 Gew»-% Wasser. Die Zerstäubung der Säure erfolgt mit eineir:
bekannten Ultraschallzerstäuber. Das Heizöl wird getrennt hiervon durch sechs radial in den Ofenraum gerichtete Brenner verbrannt.
Der Luftbedarf beträgt 11 570 Nnr/h, der Ölverbrauch
unter Einschlu? des für die Luftvorwärmung benötigten Öls
4 120 kg/h. Es fallen stündlich 72 700 Nm5/h feuchtes Spaltgas
mit 4,2 Vol.-% SO2 und 3,1 Vol.-% O2 an. Nach dem Trocknen stehen
50 380 NmVh Gas mit 6,0 YoI.-% SO ? und 4,5 Vol.-% O2 zur
Verfugung. Der Energieverbrauch unter Einschluß der Schwefelsäureanlage
beträgt 40 000 Kwh/d.
Es wird die gleiche Menge Abfallschwefelsäure mit gleicher Zusammensetzung
wie im Vergleichsbeispiel zusammen mit 2,38 t/h Heizöl durch eine Ultraschallzerstäuberdüse in den Spaltofen
eingedüst. Das Heizöl wurde vor der Verdüsung in der Abfallsäure dispergiert. Der Spaltofen arbeitete ohne Ölbrenner. Zur
Beschallung wurden 8 100 Nm^/h Luft verwendet, der 5 300 Nur/h
Sauerstoff zugesetzt wurden (Op-Gehalt des Schallgases etwa 51 Vol.-%). Es fielen 36 725 Nm5/h feuchtes Spaltgas mit 8,4
Vol.-% SO2 und 2,3 YoI.-% O2 an. Nach dem Trocknen standen für
die Weiterverarbeitung 16 350 NmVh Gas mit 18,9 Vol.-% SO2 und
5,2 Vol.-% O2 zur Verfügung. Der -Energieverbrauch unter Einschluß
der Schwefelsäureanlage beträgt 25 000 KWh/d, Die Anlagekosten
liegen bei etwa 67 % der nach dem Vergleichsbeispiel erforderlichen Änlagekosten.
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Es wurde die gleiche Kenge Abfallschwefelsäure der gleichen Zusammensetzung
wie im Vergleichsbeispiel durch eine Ultraschall™ Zerstäuberdüse in den Spaltofen eingesprüht, wobei wie im Beispiel
1 das Heizöl in der Säure vor der Versprühung dispergiert wurde. Zur Beschallung und Verbrennung wurden 6 900 Nnr/h Sauerstoff
zugeführt. Die Verbrennung erfolgte ohne Ölbrenner ausschließlich im Ultraschallfeld vor dem Zerstäuber. Der Ölverbrauch
betrug insgesamt 2,3 t/h. Es fielen 30 180 NmVh feuchtes
Spaltgas mit 10,2 Vol.-% SO2 und 2,8 YoI.-% O2 an. Nach dem Trocknen
standen.10 100 Nm5/h Gas mit 30,5 Vol.-% SO2 und 8,4 Vol.-%
O2 zur Verfugung.
Aus den Beispielen ist ersichtlich, daß man nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren ein wesentlich konzentrierteres SOp-haltiges Gas erhält, dessen Veiterverarbeitung beispielsweise zu Schwefelsäure
geringere Betriebs- und Investitionskosten erfordert als das weniger konzentrierte Gas des Vergleichsbeispiels.
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Claims (6)
- Davy Pcwergas GmbH
Köln 41
Aachener Str. 958Patentansprüche(ij, Verfahren zur thermischen Spaltung von Abfallschwefelsäure unter Bildung eines SOp-haltigen Gases durch Eindüsen in ein Ultraschallfeld bei gleichzeitiger Verbrennung eines Brennstoffs, wie Heizöl, Heizgas und/oder Schwefel, bei Temperaturen im Bereich von 800 bis 1300 0C, dadurch gekennzeichnet, daß man den Brennstoff und die Säure in das Ultraschallfeld eindüst. - 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß manein Gemisch aus Heizöl und Säure, insbesondere eine Dispersionvon Öl in Säure, herstellt und dieses Gemisch in das Ultraschallfeld eindüst.
- 3· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Brennstoff und die Säure gleichzeitig durch getrennte Düsenöffnungen eindüst.
- 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man den Brennstoff konzentrisch um die Säure in das Ultraschallfeld eindüst.
- 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherte Luft als Schallgas oder Sekundärluft zuführt.60983 S /0858
- 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß man in dem den Spaltofen verlassenden Gas eine Op-Konzentration von 1 bis 9 Vol.-%, insbesondere von 2 bis M- Vol.-# einhält.7· Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bestehend aus einem Ultraschallgenerator mit einer stirnseitig angeordneten ringförmigen Resonanzkaicmer, einer Leitung für die Zuführung des Schallgases und einem Urnkehrkörper für die Umlenkung des Schallgasstromes aus der Zuführungsleitung in die Resonanzkammer, sowie aus einer von der Resonanzkammer umgebenen Düse für die Säure, dadurch gekennzeichnet, daß der Säuredüse (12) ein Mischer O 5) zur Bildung des Säure/Brennstoff-Gemisches vorgeschaltet oder zwischen Säuredüse (5).und Resonanzkammer (7) eine Brennstoffdüse (6) angeordnet ist.609835/0858Leerse ite
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