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Verfahren zur katalytischen Oxydation von Schwefelwasserstoff in Gasen
""°1!'S'ist bekannt, Gase von Schwefelwasserstoff dadurch zu befreien, daß man den
Schwefelwasserstoff durch katalytische Oxydation in, Schwefeldioxyd umwandelt und
dieses durch Auswaschen, insbesondere mit Ammoniakfuridi',oder Amm@onthionat, aus
dem Gas entfernt. Die Temperatur für die katalytische Oxydation des Schwefelwasserstoffs
liegt bei etwa 3oo bis 55o°, so daß es erforderlich ist, das Rohgas auf diese Temperatur
vorzuwärmen. Für diesen Zweck hat man seither Wärmeaustauscher benutzt, üi denen
die vom Katalysator kommenden heißen Gase einen großen Teil ihres Wärmeinhaltes
an das Rohgas abgeben. Es hat sich nun aber gezeigt, daß in solchen Wärmeaustauschern
sich nach einiger Zeit Abscheidungen fester Stoffe bilden, die den Gas- und Wärmedurchgang
beeinträchtigen und zu Betriebsstörungen Anlaß geben. Insbesondere entstehen diese
Schwierigkeiten bei teer- oder ölhaltigen Gasen, z. B. Schwel- und Destillationsgasen.
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Eine nähere Untersuchung dieser Erscheinungen hat nun gezeigt, daß
die Abscheidungen fester Stoffe nur in den Teilen der Wärmeaustauscher auftreten,
in denen die vom Katalysator kommenden Gase schon auf eine verhältnismäßig niedrige
Temperatur, z. B. auf 2oo° oder darunter, abgekühlt sind. Die Abscheidungen bestehen
teilweise aus Salzen, die sich aus Ammoniak und'Schwefeldioxyd bilden, zum Teil
aber auch aus Ruß und Teer.
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Es wurde gefunden, daß man diese Schwierigkeiten vermeiden kann, wenn
man die Ausnutzung der Wärme des vom Katalysator kommenden Gases für die Erhitzung
des Rohgases bis zu einer Abkühlung des heißen Gases auf etwa Zoo' in üblicher Weise
und die weitere Abkühlung des vom Katalysator kommenden Gases in :einem unteren
Teil des mit Röhrenkühlern ausgestatteten _ Wärmeaustauschers vornimmt, in dem die
sich abscheidenden festen Stoffe mittels Reinigungsvorrichtungen, z. B. mit Spül-
oder Kratzvorrichtungen, entfernt werden. Zweckmäßig arbeitet man hier mit Röhrenkühlern,
deren Röhrenbündel mit Wasser oder vorteilhafter mit der für die Auswaschung des
Gases dienenden, im Kreislauf geführten Sulfitthionatlösung dauernd oder zeitweise
bespült werden können. Unter Umständen kann aber auch eine Spülung mit Teer .oder
Teerölfraktionen erfolgen.
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Man kann aber auch so verfahren, daß man auf die Ausnutzung des Wärmeinhaltes
der vom Katalysator kommenden Gase für die Erhitzung des Rohgases teilweise verzichtet,
also so arbeitet, daß eine Ausnutzung der Wärme des vom Katalysator kommenden
Gases
für die Erhitzung des Rohgases höchstens bis zu einer Abkühlung des heißen Gases
auf etwa 2oo° erfolgt. In diesem Falle genügt allerdings die dem Rohgas zugeführte'
Wärmemenge nicht, um es auf die Reaktion;s-,' temperatur zu bringen. Man muß daher
deixl Rohgas nach dem Durchgange durch den-Wärmeausta:uscher noch weitere Wärmemengen
zuführen, was auf unmittelbaremoder mittelbarem Wege erfolgen kann. Sao kann man
das Gas noch durch einen weiteren Wärmeaustauscher leiten, in dem es durch ein anderes
heißes Gas als das vom Katalysator kommende Gas auf die Reaktionstemperatur erwärmt
wird. Man kann aber auch eine unmittelbare Erhitzung durch.einen in den Gasstrom
eingebauten Brenner mittels sog. umgekehrter Flamme vornehmen, wobei also ein Teil
des zu erhitzenden Gases verbrannt wird. Dieser ist indessen recht gering, da die
in Frage kommenden Gase, wie Schwel- und Destillationsgase, in der Regel einen recht
hohen Heizwert haben. Bei einer solchen unmittelbaren Beheizung m@uß man entweder
die Flammentemperatur so einstellen oder das Gas nach Überstreichen der Flamme durch
eine genügend lange Mischstrecke leiten, daß kein Teil des Gases an der Stelle,
wo der Zusatz des für die katalytische Oxydation erforderlichen sauerstoffhaltigen
Gases, z. B. Luft, erfolgt, eine über der Reaktionstemperatur liegende Temperatur
hat, da andernfalls die katalytische Umsetzung des Schwefelwasserstoffs zu Schwefeldioxyd
nicht vollständig verlaufen würde.
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Wenn man auf die AnwendLUlg von Wärrneaustauschern teilweise verzichtet
und die fehlende Wärme dem Gas durch. unmittelbare Beheizung zuführt, so hat man
auch noch die Möglichkeit, dem Gas Teer, Teeröl oder Mineralöle u. dgl. zuzusetzen,
wobei am Katalysator neben der Oxydation des SchwefelwAserstoffs gleichzeitig eine
Krackung dieser Stoffe unter Bildung von niedrig siedenden Kohlenwasserstoff en
erfolgt.
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Unter Umständen ist es zweckmäßig, bei der Anwendung des Verfahrens
auf Destillationsgase zunächst das Ammoniak in einem Vorwäscher zu entfernen, hierauf
das Benzol auszuwaschen und dann erst das Gas der katalytischen Oxydation nach Erhitzung
mittels umgekehrter -Flamme zu unterwerfen. Hierdurch wird der Vorteil erzielt,
daß durch die Verdünnung des Gases durch die zugesetzte Luft die Benzolauswaschung
nicht beeinflußt wird.
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Wenn man auf die Ausnutzung des Wärmeinhaltes der vom Katalysator
kommenden Gase für die Erhitzung des Rohgases teilweise verzichtet, so gelangen
die katalytisch' behandelten Gase noch in heißem Zustande in Berührung mit den Waschflüssigkeiten.
Ihr Wärmeinhalt wird dann zu einem großen Teil für die Umwandlung der primär gebildIeten
Ammoniumsalze in Ammoniumsulfat nutzbar gemacht.
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Beispiel i i o ooo cbm Kokereigas mit einem Gehalt von 6 g Ammoniak,
io bis i i g Schwefelwasserstoff und 0,4g Teer pro Kubikmeter werden stündlich
zunächst in einem Wärmeaustauscher mit den vom Katalysator kommenden 55J C heißen
Gasen auf eine Temperatur von 250'C erwärmt. Hierauf wird in dein< Gasstrom
durch einen geeigneten Brenner eine umgekehrte Flamme unterhalten, durch die stündlich
9o cbm Kokereigas mit etwa 6oo cbm Luft verbrannt werden. Die Temperatur des Gases
steigt hierbei auf etwa 35o bis 360° C. Das Gas wird nun über eine Mischstrecke
geleitet, an deren Ende Temperaturausgleich eingetreten ist, so daß alle Teile des
Gases und die Vorrichtung eine einheitliche Temperatur zeigen. Hierauf werden stündlich
etwa 8oo cbm Luft zugefülgt; und das Gemisch wird über den Katalysatcir geleitet,
wobei der Schwefelwasserstoff .9,i Schwefeldioxyd, der Teer zu niedrig siedenden
Kohlenwasserstoffen umgesetzt wird und die Temperatur auf 550'C steigt. In
dem Wärmeaustauscher wird das Gas ,auf etwa 28o bis 3oö.° C abgekühlt; es gelangt
mit dieser Temperatur in den Wäscher, der mit Sulfitthionatlösung berieselt wird.
Auch nach längerer Betriebszeit bilden sich in dein Wärmeaustauscherund den übrigen
Vorrichtungen-keine Verkrustungen. Beispiel e i o ooo cbm !:Kokereigas der in Beispiel
i genannten Zusammensetzung werden stündlich zunächst in einem Wärmeaustauschervon
25 auf ioo° erwärmt, und zwar zum Teil durch den Wärmeinhalt des vom Katalysator
kommenden, in einem Wärmeaustauscher bereits abgekühlten Gases und zum anderen Teil
durch die Wärme der im Kreislauf geführten Sulfitthionatlösung, mit der der Wärmeaustauscher
berieselt wird. Das auf ioo° erhitzte Gas gelangt dann in einen zweiten Wärmeaustauscher,
in dem es durch die vom Katalysator kommenden heißen Gase auf 35o° erwärmt wird.
Durch die dauernde Spülung des bei verhältnismäßig niedriger Temperatur arbeitenden
ersten Wärmeaustauschers wird die Abscheidung fester Stoffe in diesem vermieden,
so daß auch nach langer Zeit keine Betriebsstörungen auftreten. Die weitere Behandlung
des Gases erfolgt in der in Beispiel i beschriebenen Weise.