特許 5914631 硫酸の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5914631

(24)【登録日】2016年4月8日

(45)【発行日】2016年5月11日

(54)【発明の名称】硫酸の製造方法

(51)【国際特許分類】

   C01B 17/80 20060101AFI20160422BHJP

   B01D 5/00 20060101ALI20160422BHJP

【ＦＩ】

   C01B17/80 Z

   B01D5/00 A

【請求項の数】13

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2014-503011(P2014-503011)

(86)(22)【出願日】2012年3月16日

(65)【公表番号】特表2014-512264(P2014-512264A)

(43)【公表日】2014年5月22日

(86)【国際出願番号】EP2012001183

(87)【国際公開番号】WO2012136307

(87)【国際公開日】20121011

【審査請求日】2015年2月6日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】590000282

【氏名又は名称】ハルドール・トプサー・アクチエゼルスカベット

(74)【代理人】

【識別番号】100069556

【弁理士】

【氏名又は名称】江崎 光史

(74)【代理人】

【識別番号】100111486

【弁理士】

【氏名又は名称】鍛冶澤 實

(74)【代理人】

【識別番号】100139527

【弁理士】

【氏名又は名称】上西 克礼

(74)【代理人】

【識別番号】100164781

【弁理士】

【氏名又は名称】虎山 一郎

(72)【発明者】

【氏名】レケ・マス

(72)【発明者】

【氏名】ハンセン・ヘルボ・アナス

(72)【発明者】

【氏名】ラスムセン・ユウル・アナス

【審査官】 廣野 知子

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５０−００９５９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５１−０９７５９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表平０３−５０４７１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０２９７６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０３−２４７５０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０２６１５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−０９６３０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６０−２２１３０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１０−５０８２２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−０６３１０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表平０９−５０７２０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１４６６３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−１９７３０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５９−０１８１０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−１０８１０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６２−１４１０３０（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０１Ｂ １７／６９−１７／９８

Ｂ０１Ｄ １／００−８／００

Ｂ０１Ｂ １／００−１／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

プロセスガス側及び伝熱媒体側を有する、硫酸を製造するための凝縮装置であって、
前記凝縮装置は、凝縮側のインレットへ０．１〜３０モル％のＳＯ_２及びＳＯ_３を含有する高温の供給プロセスガスを供給するために構成されており、かつ、
冷却されたプロセスガスを、プロセスガス側のアウトレットから回収するようさらに構成されており、かつ、
該凝縮装置の一端に近接する位置で硫酸又は発煙硫酸の凝縮物を回収するよう、さらに構成されており、かつ、
前記凝縮装置は、ガラス又はセラミックのような耐腐食性の材料によって分離されたプロセスガス側及び伝熱媒体側を有し、かつ、
前記凝縮装置は、冷温伝熱媒体インレット及び加熱された伝熱媒体アウトレットを有するように構成されたプロセスガス冷却区域、及び、
前記プロセスガスを再加熱するよう構成された、該プロセスガス冷却区域の下流のプロセスガス再加熱区域に、分割されたプロセスガス側を有することを特徴とし、
その際、再加熱区域の下部と冷却区域の上部とを熱的に分離するように、該伝熱媒体の流れを制限するように構成されている、上記の凝縮装置。

【請求項2】

前記凝縮装置が、前記プロセスガス再加熱区域のプロセスガス側が、加熱された伝熱媒体からの熱エネルギーを受容するように構成されている、請求項１に記載の凝縮装置。

【請求項3】

前記再加熱区域中で前記伝熱媒体及び前記プロセスガスが向流で流れるように構成される、請求項２に記載の凝縮装置。

【請求項4】

前記再加熱区域中で、前記伝熱媒体及び前記プロセスガスが直交流で作用するように構成される、請求項２に記載の凝縮装置。

【請求項5】

前記耐腐食性の材料がガラス又はセラミックである、請求項１〜４のいずれか一つに記載の凝縮装置。

【請求項6】

ガラス管の内面上のプロセスガスの流れ、及び前記ガラス管の外側面上の伝熱媒体の流れを有するように構成された、１つ又はより多くの前記ガラス管を含む、請求項５に記載の凝縮装置。

【請求項7】

ガラス管の内面上の伝熱媒体の流れ、及び前記ガラス管の外側面上のプロセスガスの流れを有するように構成された、１つ又はより多くの前記ガラス管を含む、請求項５に記載の凝縮装置。

【請求項8】

凝縮区域及び再加熱区域の伝熱媒体側の伝熱媒体の流れを分離する流れ制限要素をさらに含む、請求項１〜７のいずれか一つに記載の凝縮装置。

【請求項9】

プロセスガス中の硫酸及び／又は発煙硫酸を凝縮する方法であって、
（ｉ）供給プロセスガスを、インレット温度が硫酸の露点を上回る、請求項１〜６のいずれか一つに記載の硫酸凝縮装置を通過させる工程、
（ｉｉ）該プロセスガスを硫酸の露点未満に冷却する工程、
（ｉｉｉ）硫酸を凝縮して回収する工程、及び
（ｉｖ）前記凝縮装置内で前記プロセスガスを硫酸の露点を上回るまで再加熱する工程、
を含む、上記の方法。

【請求項10】

前記工程（ｉｖ）における再加熱後の凝縮装置からのアウトレットにおける前記プロセスガスの温度が、硫酸の露点より少なくとも１０℃高い、請求項９に記載の方法。

【請求項11】

プロセスガス中の硫酸及び／又は発煙硫酸の製造方法であって、
（ａ）０．１〜３０モル％のＳＯ_２及びＳＯ_３を含有する供給プロセスガスを供給する工程、
（ｂ）該供給プロセスガスを、１つ又はより多くの触媒床においてＳＯ_２がＳＯ_３へ酸化される、第１のＳＯ_２転化工程を通過させる工程、
（ｃ）前記第１のＳＯ_２転化工程からのＳＯ_３含有プロセスガスを、プロセスガスの硫酸の露点を０〜１００℃上回る温度に冷却する工程、及び
（ｄ）第１の凝縮装置においてプロセスガス中の硫酸を凝縮させる工程、
を含み、
その際、前記凝縮装置が請求項９又は１０に記載の方法に従って運転される、上記の方法。

【請求項12】

（ｅ）前記工程（ｄ）から得られるプロセスガス流をさらに再加熱し、
（ｆ）そしてこのプロセスガスを、１つ又はより多くの触媒床において残存するＳＯ_２がＳＯ_３へ酸化される第２のＳＯ_２転化工程を通過させる工程、
（ｇ）前記プロセスガスを、その硫酸の露点を０〜１００℃上回る温度に冷却する工程、及び
（ｈ）前記プロセスガスを引き続き最終凝縮装置へ送る工程、
をさらに含み、その際、凝縮装置（ｄ）及び（ｈ）の少なくとも１つが、請求項１０又は１１に記載の方法に従って操作される、請求項１１に記載のプロセスガス中の硫酸及び／又は発煙硫酸の製造方法。

【請求項13】

酸化剤が、Ｏ_２リッチガスの形態で添加される、請求項１１又は１２に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、下流の凝縮問題を回避するように設計された凝縮装置、及びそのような凝縮装置、すなわち、そのような硫酸凝縮装置を採用する、０．１〜３０％ＳＯ_２及びＳＯ_３（ＳＯｘ）を有する供給ガスからの濃厚化硫酸及び発煙硫酸の製造方法に関する。供給ガスは、硫黄及び硫黄化合物の燃焼由来、金属硫化物の燃焼に起因するＳＯ_２ガスの湿式スクラビング由来、使用済み硫酸及び硫酸塩の熱再生由来、又はＨ_２Ｓリッチな煙道ガスの燃焼から製造されるガス由来であって良い。供給ガス中のＳＯｘの９９．９９５％までは、典型的に、９５〜９９．５重量％濃厚化硫酸及び／又は２５重量％までのＳＯ_３を有する発煙硫酸として回収できる。本発明の方法は、硫酸液滴が凝縮しない凝縮装置外部の条件を確実にすることによる、高温硫酸液滴によるプロセス設備の腐食を防止することに関する。

【背景技術】

【0002】

３０体積％までのＳＯ_２を含有する強ＳＯ_２ガスから、中間ステップ及び最終の吸収又は濃厚化ステップの両方を含む方法において、ＳＯ_３の中間吸収又はＨ_２ＳＯ_４の濃厚化を伴う二段階触媒ＳＯ_２−転化によりに９９．９％以上のＳＯ_２転化率で濃厚化硫酸を製造することは公知である。原理上、気相中のＳＯ_３は、液相中のＳＯ_３の吸収によって液相へ移動させ、その一方で、Ｈ_２ＳＯ_４蒸気は、冷却剤としての循環酸と直接接触させるか、又はガスが、その露点未満に冷却され、そして酸が空冷されたガラス管の表面上に凝縮する流下膜式凝縮装置において、硫酸の露点未満にガスを冷却して凝縮させることで液相へ移動させる。

【0003】

本出願人の米国特許第７，３６１，３２６号明細書（特許文献１）は、３０％までのＳＯ_２及び約１超のＨ_２Ｏ／ＳＯ_２比の供給ガスから濃厚化硫酸を製造するための二重凝縮法を開示している。該方法の第１の工程では、ＳＯ_２のほとんどがＳＯ_３へ転化され、引き続いてプロセスガスを中間凝縮装置へ送り、そこで、循環酸によって冷却される充填塔中か、又は垂直な空冷されるガラス管中で、該管中のプロセスガスの上昇流又は下降流のいずれかにより、ＳＯ_３及びＨ２ＳＯ_４蒸気を濃厚化硫酸として濃縮する。後者は、高速ガス速度におけるフラッディングを回避するための任意の選択肢として言及されているが、低濃度（７０〜８５重量％）の硫酸が製造されるという欠点をもたらすため、９５重量％以上の所望の硫酸濃度を達成するために、後続の濃厚化段、例えば、充填塔を必要とする。中間凝縮装置から排出されるプロセスガスは、第２のＳＯ_２転化工程へ送られ、その後、最終的な粒子添加下での湿式濃厚化段へ送られる。

【0004】

従来技術において、凝縮装置ガラス管から流出するプロセスガスは、凝縮装置自体の本質に起因して、凝縮条件又はそれに近い条件のガスである。凝縮された濃厚化Ｈ_２ＳＯ_４は非常に腐食性である。したがって、プロセスレイアウトのこのセクションには、少なくとも凝縮条件が、例えば空気で希釈するか又はプロセス流を加熱することによって解消されるまで、表面を裏打ちするか、又はガラス製の高価な設備が必要とされる。

【0005】

同様に、他の構成を有する凝縮装置からのアウトプットは、凝縮装置のすぐ下流における、負の化学効果又は腐食効果を伴う望ましくない凝縮に関連する場合ある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】米国特許第７，３６１，３２６号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

それゆえ、本発明の目的は、中間設備を、凝縮という負の結果を解消するように設計しなければならず、例えば、凝縮する硫酸条件に耐える必要性があるという従来技術に関する欠点を解決することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

この目的は、凝縮装置から下流の設備へと流れるプロセスガスが凝縮しないよう、凝縮し得る成分を含有するプロセスガスを、凝縮条件を超える温度に再加熱するセクションを含む凝縮装置を提供することによって達成され、腐食凝縮性液の場合、該設備は標準的な炭素鋼から製造できる。

【0009】

本発明の目的のため、以下の術語を適合させるべきである。

【0010】

ガスの成分の露点は、その成分がガス混合物から凝縮する温度／圧力である。

【0011】

条件Ｙにおいて凝縮し得る１つ又はより多くの成分を含有する、条件Ｘにおけるガスは、条件Ｘ（温度及び圧力）においてはガス状であるが、条件Ｙ（より低い温度及び／又はより高い圧力）では、ガスの一部が液体として凝縮に到る組成物であると理解されるべきである。条件が言及されない場合、すなわち、１つ又はより多くの凝縮し得る成分を含有するガスの場合、条件Ｙは、大気圧及び室温であると見なされ、かつ、条件Ｘは、ガスが“露点を上回る”、すなわち、凝縮しない、より高い温度及び／又はより低い圧力にあると見なされる。凝縮し得るガスという語は室温及び大気圧における、１つ又はより多くの凝縮し得る成分を含有するガスと理解されるべきである。

【0012】

凝縮装置は、暖かいプロセスガスが凝縮し得る成分を含有する場合に、この成分が凝縮装置内部で凝縮するよう、暖かいプロセスガスと伝熱媒体との間で熱交換を生じさせるプロセスユニットであると理解されるべきである。

【0013】

凝縮装置の凝縮側又はプロセスガス側は、凝縮し得る成分を含有するプロセスガスの流れが、凝縮が実際に起こるような条件とは関係なく流れるよう構成された凝縮装置の側であると理解されるべきである。

【0014】

凝縮装置の伝熱媒体側は、伝熱媒体が流れる凝縮装置の側であると理解されるべきである。

【0015】

凝縮物は、凝縮し得る成分を含有するガスの冷却によって形成された液体であると理解されるべきである。位置に関して、上流は、典型的な運転の間のインレットに近い位置にあると理解されるべきである。

【0016】

位置に関して、下流は、典型的な運転の間のアウトレットに近接した位置にあると理解されるべきである。

【0017】

凝縮装置ユニットについて、上流セクション及び下流セクションは、伝熱媒体ではなく、プロセスガス側の典型的な流れ方向によって画定されるべきである。上流のプロセスガス冷却区域は、凝縮装置へのプロセスガスのインレットに近接した、凝縮装置のプロセスガス側の区域であると理解されるべきである。下流のプロセスガス冷却区域は、凝縮装置からのプロセスガスのアウトレットに近接した、凝縮装置のプロセスガス側の区域であると理解されるべきである。

【0018】

プロセスガス再加熱区域は、プロセスガスが再加熱される、凝縮装置のプロセスガス側の区域であると理解されるべきである。

【0019】

向流は、流れが対向する方向、又は実質的に対向する方向にある２つの流れであると理解されるべきである。

【0020】

直交流は、流れが直交する方向又は実質的に直交する方向にある２つの流れであると理解されるべきである。

【0021】

本発明全体にわたり、化学化合物は、化学式、化学名又は慣用名で呼ぶことができる。これらは完全に同義であると理解されるべきであり、また、本発明の術語における差異は特別な意味を持たない。

【0022】

凝縮問題を防止するという目的は、プロセスガス側及び伝熱媒体側を有する凝縮装置であって、
該凝縮装置は、凝縮側のインレットへの凝縮し得る成分を含有する高温プロセスガスを供給するために構成されており、かつ、
冷却されたプロセスガスを、凝縮側のアウトレットから回収するようさらに構成されており、かつ、
凝縮装置の一端に近接する位置で凝縮物を回収するよう、さらに構成されており、かつ、
該凝縮装置は、冷温伝熱媒体インレット及び加熱された伝熱媒体アウトレットを有するように構成されたプロセスガス冷却区域、及び、
該プロセスガスを再加熱するよう構成された、該プロセスガス冷却区域の下流のプロセスガス再加熱区域に分割されたプロセスガス側を有し、凝縮装置を出るプロセスガスが実質的に非凝縮であるという利点を伴う上記の凝縮装置により、本発明に従って達成される。

【0023】

さらなる実施形態において、プロセスガス再加熱区域のプロセスガス側は、加熱された伝熱媒体からの熱エネルギーを受容するように構成され、凝縮装置中に放出された熱を回収することにより、改善された熱効率をもたらす。

【0024】

さらなる実施形態は、伝熱媒体及びプロセスガスが、再加熱区域中で、向流で流れるように構成され、伝熱媒体からプロセスガスへの改善された伝熱をもたらす。

【0025】

さらなる実施形態において、凝縮装置は、伝熱媒体及びプロセスガスが再加熱区域中で、直交流で作用するように構成され、再加熱区域の簡単な物理構成をもたらす。

【0026】

さらなる実施形態において、凝縮装置は、凝縮物がプロセスガスインレット近接で回収されるように構成され、改善された凝縮効率をもたらし、それにより、その後の凝縮物の濃厚化を防止する。

【0027】

さらなる実施形態において、凝縮物は硫酸又は発煙硫酸を含み、硫酸又は発煙硫酸の製造法に特別な利点をもたらす。

【0028】

さらなる実施形態において、凝縮装置は、プロセスガス側が、ガラスによって熱交換媒体から分離されるよう構成され、凝縮装置における耐腐食性の高い範囲をもたらすという利点を伴う。

【0029】

さらなる実施形態において、凝縮装置はガラス管を含み、該ガラス管は、その内面上にプロセスガスの流れを、かつ、そのガラス管の外側面上に伝熱媒体の流れを有し、プロセスガス側と、大きな表面積の伝熱媒体側との間における熱界面をもたらす。

【0030】

さらなる実施形態において、凝縮装置はガラス管を含み、該ガラス管は、その内面上に伝熱媒体の流れを、かつ、そのガラス管の外側面上にプロセスガスの流れを有し、凝縮物の回収とは独立した、ガラス管の物理的配向、例えば、水平にガラス管を装着するのを可能にする。

【0031】

さらなる実施形態において、凝縮装置は、凝縮区域と再加熱区域の伝熱媒体側上で伝熱媒体の流れを分離する流れ制限要素をさらに含み、凝縮区域と再加熱区域とを熱分離するという利点を伴う。

【0032】

さらなる実施形態において、流れ制限要素は、金属板に取り付けられた１つ又はより多くの安定化要素を含み、流れ制限要素の高圧安定性が得られる一方で、同等の圧力安定性を有する巨大な板と比較して、限られた量の材料しか必要としない。

【0033】

さらなる実施形態において、凝縮装置は、１つ又はより多くの乱流強化要素をさらに含み、プロセスガスと管壁との改善された接触をもたらすという利点を伴う。

【0034】

さらなる実施形態において、凝縮装置は、１つ又はより多くの固定要素、例えば個々のインデントをさらに含み、管内部の配置要素を、最小限の管の変更で固定する手段が提供される。

【0035】

さらなる実施形態において、凝縮装置は、より小さい内側断面積を有するガラス管のセクションである固定ショルダーをさらに含み、管の外形全体を損なうことなく管内部の配置要素を固定する手段を提供する。

【0036】

さらなる実施形態において、該１つ又はより多くの乱流強化要素は、該固定要素からの懸垂により固定されるよう構成され、乱流強化要素の重量による、液滴の合体要素の変形を防止する。

【0037】

さらなる実施形態において、該１つ又はより多くの乱流強化要素は、該固定要素上におくことによって固定されるよう構成され、乱流強化要素中の引張り応力を防止するという利点を伴う。

【0038】

さらなる実施形態において、凝縮装置は、液滴合体要素をさらに含み、プロセスガスの再加熱の前に凝縮物を最大化できるよう、ミスト及び液滴を合体させる。

【0039】

さらなる実施形態において、該固定要素は、液滴合体要素の動きが制限されるように液滴合体要素と係合し、プロセスガスの再加熱の前に凝縮を最大化できる位置に液滴合致要素が固定される。

【0040】

さらなる実施形態において、凝縮装置は、液滴合体要素の動きを制限するよう構成された制限要素さらに含み、液滴合体要素の位置がさらに固定されるという利点を伴う。

【0041】

固定要素として管ショルダーホルダーを有する凝縮装置のさらなる実施形態において、制限要素は、狭い端部と広い端部とを有し、かつ、その広い端部が、制限要素の動きが制限されるように管壁の固定ショルダーと機械的に係合して使用されるように構成された、１つ又はより多くのシート型要素をさらに含み、結合された液滴合体要素及び固定要素にわたり最小限の追加の圧力損失で、液滴合体要素の位置を固定するという利点をもたらす。

【0042】

固定要素としての１つ又はより多くの管インデント（ｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎｓ）を有する凝縮装置のさらなる実施形態において、制限要素は、リング型要素をさらに含み、該リング型要素はその外周が、制限要素の動きが制限されるように、制限要素と機械的に係合させるのに使用されるよう構成されるという利点を伴う。

【0043】

本発明の代替的な実施は、プロセスガス中の硫酸及び／又は発煙硫酸を凝縮する方法であって、
（ｉ）プロセスガスを、本発明による硫酸凝縮段を通過させる工程であって、インレット温度が硫酸の露点を超える、該工程、
（ｉｉ）プロセスガスを、硫酸の露点未満に冷却する工程、
（ｉｉｉ）硫酸を凝縮し、そして回収する工程、及び
（ｉｖ）プロセスガスを、凝縮装置段で硫酸の露点を上回るまで再加熱する工程、
を含む、該方法であり、下流の凝縮の危険性を取り除くため、凝縮装置下流の耐腐食性材料の必要性を低減する従来技術を超える利点をもたらす。

【0044】

さらなる実施形態において、工程（ｉｖ）における再加熱後の凝縮装置段からのアウトレットにおけるプロセスガスの温度は、硫酸の露点を少なくとも１０℃超えており、十分な安全マージンで下流の凝縮の危険性が取り除かれるため、凝縮装置下流の耐腐食性材料の必要性を低減する。

【0045】

本発明のさらなる代替的な実施は、プロセスガス中の硫酸及び／又は発煙硫酸の製造方法に関し、該方法は、
（ａ）０．１〜３０モル％のＳＯ_２を含有する供給プロセスガスを提供する工程、
（ｂ）該供給プロセスガスを、１つ又はより多くの触媒床においてＳＯ_２がＳＯ_３へ酸化される、第１のＳＯ_２転化工程を通過させる工程、
（ｃ）前記第１のＳＯ_２転化工程からのＳＯ_３含有プロセスガスを、プロセスガスの硫酸の露点を０〜１００℃上回る温度に冷却する工程、及び
（ｄ）前記凝縮装置段が本発明の方法に従って操作される、第１の凝縮段におけるプロセスガス中の硫酸を凝縮させる工程、
を含む、該方法であり、硫酸を製造するための本発明に利点をもたらす。

【0046】

本発明のさらなる実施形態において、プロセスガス中の硫酸及び／又は発煙硫酸の製造方法は、
（ｅ）前記工程（ｄ）から得られるプロセスガス流をさらに再加熱し、
（ｆ）そしてこのプロセスガスを、１つ又はより多くの触媒床において残存するＳＯ_２がＳＯ_３へ酸化される第２のＳＯ_２転化工程を通過させる工程、
（ｇ）前記プロセスガスを、その硫酸の露点を０〜１００℃上回る温度に冷却する工程、及び
（ｈ）前記プロセスガスを引き続き最終凝縮段へ送る工程、
をさらに含み、その際、凝縮装置の工程（ｄ）及び（ｈ）の少なくとも１つが、本発明の方法に従って操作され、高いレベルの二酸化硫黄が排除されるという利点を伴う。

【0047】

さらなる実施形態は、プロセスガスの第２の触媒ユニットへのインレット温度を、３５０〜４７０℃、好ましくは３５０〜４００℃、又は好ましくは３５０〜３７０℃の範囲内にすることに関し、触媒床の要求を満たす一方で、最適な熱平衡を確保し、かつ、過剰温度を最小限にし、これはＳＯ２／ＳＯ_３平衡を最適にする。

【0048】

さらなる実施形態は、第２の触媒ユニットへのプロセスガスのインレット温度を、４００〜４７０℃、好ましくは４００〜４５０℃の範囲内にし、高い反応率をもたらし、それにより、小さい触媒床を可能にする。

【0049】

さらなる実施形態は、Ｏ_２リッチガス、例えば純粋なＯ_２の形態の酸化剤の添加に関し、大気と比較してより少ない不活性ガスの添加を可能にし、これは結果としてプロセス設備の寸法を低減するため費用を低減する。

【0050】

本発明のこれら及びその他の特徴は、添付の図面を参照する、非制限的実施例として与えられる以下の好ましい形態の実施形態の説明から明らかとなる。

【図面の簡単な説明】

【0051】

【図1】図１は、従来技術の、ＳＯ_２含有プロセスガスからＨ_２ＳＯ_４を製造するためのプロセスレイアウトを示す図である。

【図2】図２は、本発明の凝縮装置を用いた、本発明の実施形態による、ＳＯ_２含有プロセスガスからＨ_２ＳＯ_４を製造するためのプロセスレイアウトを示す図である。

【図3】図３は、本発明のいくつかの実施形態で使用される凝縮装置管を示す図である。

【図4】図４は、本発明のいくつかの実施形態で使用される固定要素を含む管を示す図である。

【図5】図５は、本発明のいくつかの実施形態で使用される制限要素の例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0052】

ＳＯ_２酸化及び後続の濃厚化硫酸の凝縮のための、２つの凝縮工程を採用する従来技術の方法が図１に示される。プロセスの基本的工程は、第１の触媒反応器１４０中での第１の触媒の存在下でのＳＯ_２の酸化、中間凝縮装置１４２中での、生成されたＳＯ_３の硫酸としての凝縮、第２の触媒反応器１４４中での残存するＳＯ_２の酸化、及び実質的に清浄なプロセスガスが大気へ送出可能になる前の最終凝縮装置１４６中での、残存及び生成されたＳＯ_３のさらなる凝縮を含む。

【0053】

プロセスにおいて、温度制御は重要である。というのも、１４０及び１４２におけるＳＯ_２のＳＯ_３への発熱触媒酸化に最小温度が要求される一方で、より高い温度ではＳＯ_２の部分が酸化されないよう、ＳＯ_２とＳＯ_３との間の平衡を高い温度は制限されるからである。さらに、Ｈ_２Ｏ及びＳＯ_３から容易に形成されるＨ_２Ｏ_４は液体状態では非常に腐食性であるが、気体状態ではそうではないため、その性質に起因して露点を下回る温度を要する凝縮まで、露点超にＨ_２ＳＯ_４含有プロセスガスを維持するのが望ましく、そのため、ガラス管のような耐腐食性材料が必要である。具体的には、プロセスは、触媒床へのインレット温度が、３７０〜５００℃の範囲内になるよう、かつ、凝縮装置１４２へのインレット温度が、硫酸の露点を、５〜１００℃、好ましくは１０〜７０℃、又はより好ましくは２０〜５０℃、例えば約３０℃上回るように設計される。

【0054】

プロセスの具体的な実施形態において、プロセスガス１００は、第１の触媒反応器１４０へ送られ、そこで、ＳＯ_２の大部分の酸化が起こる。この第１の触媒反応器は、１つの触媒床又は多数の触媒床を有するよう設計することができ、二酸化硫黄の量が多すぎる場合、ＳＯ_２とＳＯ_３との間の平衡によって第１の凝縮装置１４２へのインレットプロセスガス１０２が制限されないよう、低減された温度で反応を行うために、例えば、熱交換機１３０及び１３２で反応熱を回収するのが望ましい。

【0055】

中間凝縮装置１４２では、ＳＯ_３がＨ_２ＳＯ_４として凝縮される場合、アウトレット１０６におけるＳＯ_３の濃度は腐食が発生するのに十分高い。

【0056】

中間凝縮装置１４２は、典型的な温度である２９０℃で凝縮装置に進入するプロセスガス１０２を冷却するように構成される。典型的には、冷却は、空気１２０のような、プロセスガスよりも低い温度の伝熱媒体との熱交換によって行われる。凝縮装置１４２は、腐食性の凝縮し得る成分を含み得るプロセスガス及び凝縮物に適合するように構成されなければならず、耐腐食性、例えば、ガラス管又はセラミック管のようなその他の耐腐食性材料から製造されるか、又は保護コーティングで裏打ちされる。

【0057】

典型的には、冷却区域１５０は熱交換機であり、そこでは空気のような伝熱媒体が、プロセスガスに対して向流で流れる。向流で流れることの利点は、プロセスガスの流れの方向で温度が低減され、それにしたがって、凝縮の可能性が増大する点である。それにより、凝縮の最大レベルが得られる。

【0058】

典型的には、凝縮装置は、プロセスガスインレット１０２に垂直に、底部に取り付けられ、凝縮した液体は底部１１４で収集されるが、プロセスガス流が非常に早い場合、凝縮した液体の流れ及びガスは、フラッディングを回避するべく共流とするのが好ましいであろう。

【0059】

従来技術によれば、凝縮装置は、凝縮装置のすべての位置における条件が、凝縮し得る成分の露点又はそれに近いものであるように運転された。これは、凝縮装置のすべての位置（インレットの直後を除く）における温度が凝縮条件であり、かつ、さらなる下流では温度が常に低いことから、向流運転の自然の結果である。

【0060】

さて、図２に示すように、従来技術の代替物が開発され、これは、本発明による凝縮装置１４２を含み、そこでは、プロセスガス冷却区域１５０の後に、プロセスガスが加熱されるプロセスガス再加熱区域１５２が続く。再加熱を確実に成功させるためには、冷却区域の伝熱媒体は再加熱区域から分離されなければならない。これを行う一つの方法は、冷却区域から再加熱区域への伝熱媒体の流れを遮断することである。次に、熱源を加熱区域に提供しなければならない。熱を再加熱区域１５２に提供する可能な方法は、加熱された伝熱媒体をライン１２２において凝縮装置の上流セクションから凝縮装置の下流端のプロセスガス再加熱区域１５２の伝熱媒体側へ移動させ、そして、プロセスガスに関して交差流、共流又は向流のような流れ構成において、プロセスガスをプロセスガス側上で加熱することである。

【0061】

Ｈ_２ＳＯ_４／ＳＯ_３凝縮物製造のための本発明の具体的な実施形態において、プロセスガス側及び伝熱媒体側は、耐腐食性を与えるために、一方の面を流れるガラス管によって分離することができる。

【0062】

一実施形態において、伝熱媒体の流れはガラス管の内側であってよく、管の外側面では硫酸が凝縮される。この構成において、伝熱媒体の流れは、管の連結によって画定され、そしてそれゆえ、凝縮装置のどのセクションが伝熱媒体を回収するかの制御が簡単である。この構成では、最大乱流流の生成により加熱管が最適な熱交換率を有するよう、加熱管は好ましくは水平に配置される。凝縮装置壁は、この構成では高度に耐腐食性の材料で作製されなければならない。

【0063】

代替的な実施形態において、ガラス管の内側の流れは、凝縮し得るＨ_２ＳＯ_４を含有するプロセスガスであり、それにより、凝縮は管の内側で生じ、かつ、凝縮物は、凝縮装置の底部区域内に集められ、これは、ガスインレット、すなわち、凝縮装置の端部隣接部のレベル以下であることができる。この場合、伝熱媒体側上の流れ制限要素１５４は、プロセスガスを冷却区域１５０中で冷却するための冷温伝熱媒体を、確実にプロセスガス再加熱区域１５２の伝熱媒体側に進入させるのに貢献する。加熱された伝熱媒体が、再加熱区域へ送られる時、流れ制限要素１５４の低温側に対する圧力は、典型的に、その高温側よりも高い場合があり、そのため、流れ制限要素１５４は、たとえ絶対的な気密性が要求されなくても、伝熱媒体について実質的に流れ漏れがないよう、例えば、ＰＴＦＥ又はＰＦＡを含むフルオロポリマーのような耐腐食性材料のガスケットを設けることによって、設計されなければならない。

【0064】

あるいはまた、加熱された伝熱媒体以外のその他の熱源を、再加熱区域１５２の熱源として使用することができ、これは、主として他の高温プロセスガスであるが、電加のようなその他の加熱手段のいずれも使用できる。

【0065】

プロセスガスが、ガラス管内部を流れる凝縮装置について、熱交換媒体面上の流れ制限要素１５４を隔壁管シートとして作製でき、該シートには、管に整合した穴が配置される。具体的には、隔壁管シートは、鋼板又は鋼板をベースとし安定化剤を有するウエハ構造物から作製できる。凝縮し得る成分が腐食性である場合、板は、耐腐食性鋼か又はその他の耐腐食性材料のいずれかから作製できるか、又は、適当な材料、例えば、ＰＴＦＥ又はＰＦＡを含むフルオロポリマーで表面を保護することができる。

【0066】

ＳＯ_３凝縮の特定のプロセスについての従来技術において、凝縮装置は、典型的には、ガラスのような耐腐食性材料から作製された管から製造される。管は典型的には円形である。管の内側には、らせん状構造物のような乱流強化要素が、伝熱及び凝縮を助成するのにしばしば設置され、そして、凝縮し得る液体の凝縮を助成するのに材料のプラグが設けられる。

【0067】

本開示に従うＨ_２ＳＯ_４／ＳＯ_３凝縮のための特定のプロセスに関して、凝縮装置のプロセスガス側は、耐腐食性材料、典型的にはガラス管から作製されるが、セラミック又は被覆された材料管又はその他の幾何学的形状の構造物もまた使用できる。管は典型的には円形であるが、その他の適当な形状を有していてもよい。図３に示されるように、管３００は、乱流を形成することによって最小限の圧力損失で伝熱を助成するよう取り付けられる、らせん状構造物３０６のような乱流強化要素を有するように構成することができる。さらに、管は、デミスターのような液滴合体要素３０２、すなわち、液滴形成を助成して、凝縮し得る液体を凝縮されるのに設けられた材料のプラグをさらに有するように構成することができる。凝縮装置中に加熱区域を導入することによって、好ましくは管は、冷却セクションの下流端に近接して配置された液滴合体要素を有するように構成され、そして、管は、さらに、加熱セクション中に配置される第２の乱流強化要素３０４、３０８を有するように構成することができる。

【0068】

本発明の凝縮装置を、プロセスガスがガラス管３００の内側を流れる凝縮プロセスで使用する場合、管の内側に、らせん状構造物３０４、３０６、３０８、並びに液滴合体要素３０２のようなプロセス支持要素を含むように構成するのが有益であろう。これらのプロセス支持要素は、本発明の作用工程には必須ではないが、これらの存在は本発明の効率に貢献し得る。さらに、凝縮装置の特定の構成は、これらのプロセス支持要素を正確な位置に維持するための要素を含むことができる。そのような凝縮プロセス強化要素は、その他の凝縮プロセスでも有利に使用することができる。

【0069】

硫酸のような腐食性の凝縮し得る液体の凝縮の場合、プロセス支持要素は、ＰＴＦＥ又はＰＦＡを含むフルオロポリマーのような高度に耐腐食性材料から有利に作製することができる。

【0070】

凝縮装置管の凝縮区域のアウトレットに近接して液滴合体要素３０２を配置することができる。その一方で、液滴合体要素に亘る圧力損失が低いことが重要であり、また、凝縮された液体が再加熱して蒸発しないが、凝縮物の液滴として収集されるのを確実にするため、液滴合体要素が、加熱区域の前に凝縮し得る要素のミスト及び液滴の有意な部分を収集可能であることも重要である。

【0071】

乱流強化要素の配置は、管中の固定要素によって確実にすることができる。これらの固定要素は、図４に示されるように、個々のインデント（ｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎｓ）４０６又ガラス管の径を低減させることによって形成されたショルダー部４１０を含む、ガラス管の内径の１つ又はより多くの部分的又は完全制限部を含むことができる固定要素は、乱流強化要素の位置が、乱流強化要素を固定要素上に載置させるか、又は固定要素から懸垂させて固定されるよう、乱流強化要素３０４、３０６、３１２の上流端又は下流端に配置することができる。

【0072】

凝縮プロセスガスが、液滴凝縮要素の位置を移動させないように、液滴合体要素３０２の動きを制限することもまた有利である。図３及び図４に示されるように、これは、ショルダー部３１０、４１０の形成を含む、１つ又はより多くの管のインデント３０６、３１０、４０６、４１０によって得ることができる。さらに、凝縮装置は、液滴合体要素３０２が、該１つ又はより多くの管のインデントに接触し、かつ、液滴合体要素を支持する追加の制限要素３０６上に載置されるように構成することができる。あるいは、図３Ａに示されるように、乱流強化要素３０４が、液滴合体要素３０２の位置を固定させる。図５には、そのような追加の制限要素の特定の実施例が示されており、該要素は、１つ又はより多くのインデント上に載置されるように構成されたリング、例えば５００及び５０２、又は管のショルダー構造物、管壁とわずか数カ所でのみ接触する制限要素、例えば、管構造物５０４上に載置されるよう構成された板、交差型要素５０６、突起部５０８を有するリング又は、周囲に液滴合体要素を配置できる細長い要素５１０を含む。これらの要素に共通するのは、液滴合体要素の位置が十分に画定されて、液滴が再加熱区域に進入する前に凝縮が完了するよう、これらが、液滴合体要素の自由な動きを制限することである。

【0073】

本発明の凝縮装置のさらに有利な使用は、スタック前の最終凝縮装置として使用される場合を含む。従来技術において、この位置で高温の希釈空気を添加して、Ｈ_２ＳＯ_４の凝縮を防止するのが共通する慣行であったが、本発明による、凝縮装置中の伝熱媒体内の熱エネルギーの再利用は、これらの問題を回避するのにより効率的である。

【実施例】

【0074】

第１の例示的実施形態
従来技術による第１の例示的実施形態は、Ｈ_２Ｓ含有排ガスの処理は、該ガスをＷＳＡ硫酸プラント中で処理することを含む。プロセスは３つの工程を含む。
Ａ）燃焼、Ｈ_２ＳをＳＯ_２に酸化
Ｂ）ＳＯ_２転化、ＳＯ_２をＯ_２と反応させて、ＳＯ_３へ転化
Ｃ）凝縮、ＳＯ_３を水和してＨ_２ＳＯ_４とし（ｇ）、そしてＨ_２ＳＯ_４へ凝縮する（ｌ） プロセスは、表１に示すプロセス条件下で図１に従って操作される。それにより、凝縮装置からのプロセスガスのアウトレット温度は硫酸の露点を下回り、凝縮装置の下流では耐腐食性材料が必要とされる。

【0075】

【表1】

プロセスガスは、硫酸の露点を約１８℃下回る１１０℃で凝縮装置を出る。そのため、ガスは硫酸の液滴を含み、これは非常に腐食性である。

【0076】

実施例２
本発明に従う、第２の例示的実施形態を図２及び表２に示す。この場合、条件は第１の例示的実施形態に対応するが、凝縮装置は、凝縮装置からのプロセスガスのアウトレット温度が、硫酸の露点を上回るよう、本発明に従って、例えば、再加熱区域を用いて運転される。それにより、凝縮装置の下流では耐腐食性材料を使用する必要性はない。

【0077】

【表2】

この実施例におけるプロセスガスは、硫酸の露点より約５０℃高い１８０℃で凝縮装置を出る。それゆえ、ガスは乾燥しており、もはや腐食性ではない。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】