特表 2023-547861 反応炉アセンブリ、硫黄含有廃棄物処理システム、硫黄含有廃棄物の燃焼方法、及び硫黄含有廃棄物再生による硫酸製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-11-14

(54)【発明の名称】反応炉アセンブリ、硫黄含有廃棄物処理システム、硫黄含有廃棄物の燃焼方法、及び硫黄含有廃棄物再生による硫酸製造方法

(51)【国際特許分類】

   C01B 17/50 20060101AFI20231107BHJP

   F23G 5/00 20060101ALI20231107BHJP

   F23G 5/44 20060101ALI20231107BHJP

   F23G 5/50 20060101ALI20231107BHJP

   F23G 7/00 20060101ALI20231107BHJP

   F23G 7/04 20060101ALI20231107BHJP

   C01B 17/74 20060101ALI20231107BHJP

   F27D 7/02 20060101ALI20231107BHJP

   F27D 17/00 20060101ALI20231107BHJP

【ＦＩ】

C01B17/50 A

F23G5/00 D

F23G5/44 Z

F23G5/50 H

F23G7/00 E

F23G7/04 601H

C01B17/74 G

F27D7/02 A

F27D17/00 104D

F27D17/00 104G

F27D17/00 104K

F27D17/00 105A

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023524681

(86)(22)【出願日】2021-10-22

(85)【翻訳文提出日】2023-06-20

(86)【国際出願番号】 CN2021125714

(87)【国際公開番号】W WO2022083737

(87)【国際公開日】2022-04-28

(31)【優先権主張番号】202011148953.4

(32)【優先日】2020-10-23

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(31)【優先権主張番号】202011150297.1

(32)【優先日】2020-10-23

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(31)【優先権主張番号】202110736751.X

(32)【優先日】2021-06-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(31)【優先権主張番号】202110736752.4

(32)【優先日】2021-06-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(31)【優先権主張番号】202121481507.5

(32)【優先日】2021-06-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(31)【優先権主張番号】202110736743.5

(32)【優先日】2021-06-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(31)【優先権主張番号】202110739636.8

(32)【優先日】2021-06-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(31)【優先権主張番号】202110736744.X

(32)【優先日】2021-06-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】503191287

【氏名又は名称】中国石油化工股▲ふん▼有限公司

(71)【出願人】

【識別番号】521165264

【氏名又は名称】中石化南京化工研究院有限公司

(74)【代理人】

【識別番号】110000338

【氏名又は名称】弁理士法人 ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ

(72)【発明者】

【氏名】徐曉燕

(72)【発明者】

【氏名】魏蘭

(72)【発明者】

【氏名】陳英斌

(72)【発明者】

【氏名】王雪▲ウェン▼

(72)【発明者】

【氏名】江碧清

【テーマコード（参考）】

3K062

3K065

3K161

4K056

4K063

【Ｆターム（参考）】

3K062AA23

3K062AB01

3K062AC05

3K062BA02

3K062BB02

3K062BB05

3K062CA01

3K062CB03

3K062DA01

3K062DA22

3K062DA25

3K062DB06

3K062DB08

3K065AA23

3K065AB01

3K065AC05

3K065BA06

3K161AA14

3K161DB32

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3K161FA32

3K161FA38

3K161FA41

3K161FA42

3K161GA14

4K056AA19

4K056BB01

4K056CA20

4K056DA02

4K056DA13

4K056DB05

4K056DB07

4K056DB13

4K063AA13

4K063BA13

4K063CA01

4K063DA08

4K063DA13

4K063DA34

(57)【要約】

本発明は、反応炉アセンブリ及び硫黄含有廃棄物処理システムを開示する。前記反応炉アセンブリは、硫黄含有廃棄物混合液の燃焼反応のための円筒状構造の火炉を含み、前記火炉に連通している燃料ガス入口及びプロセスガス出口が設けられ、前記燃料ガス入口及び前記プロセスガス出口は前記火炉の軸方向に沿って前記火炉の両端にスペースを開けて設けられ、前記燃料ガス入口は前記火炉の軸方向に沿って流れる燃料ガスを前記火炉に供給できるように構成され、前記反応炉アセンブリは、前記火炉の内側壁の周方向に沿って流れる助燃空気を前記火炉に供給できるように構成される助燃空気供給機構を含む。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

反応炉アセンブリであって、
硫黄含有廃棄物が供給されて燃焼反応を行うための円筒状構造の火炉（１１１）と、該火炉（１１１）にそれぞれ連通している燃料ガス入口（１１２）及びプロセスガス出口（１１３）と、を含み、前記燃料ガス入口（１１２）及び前記プロセスガス出口（１１３）は前記火炉（１１１）の軸方向に沿って前記火炉（１１１）の両端にスペースを空けて設けられ、前記燃料ガス入口（１１２）は、前記火炉（１１１）の軸方向に沿って流れる燃料を前記火炉（１１１）に供給できるように構成される、反応炉体（１１０）と、
前記火炉（１１１）の内側壁の周方向に沿って流れる助燃空気を前記火炉（１１１）に供給できるように構成される助燃空気供給機構と、を含む、ことを特徴とする反応炉アセンブリ。

【請求項2】

前記助燃空気供給機構は、前記反応炉体（１１０）に開けられ、それぞれ前記火炉（１１１）に連通している第１助燃空気入口（１４１）及び第２助燃空気入口（１４２）を含み、前記第１助燃空気入口（１１４）及び前記第２助燃空気入口（１１５）は、それぞれ前記火炉（１１１）の周方向における様々な位置で前記火炉（１１１）の接線方向に沿って前記火炉（１１１）に助燃空気を供給できるように構成され、前記第１助燃空気入口（１１４）が供給する助燃空気の流れ方向と前記第２助燃空気入口（１１５）が供給する助燃空気の流れ方向とが同じである、ことを特徴とする請求項１に記載の反応炉アセンブリ。

【請求項3】

前記助燃空気供給機構は前記火炉（１１１）の軸方向に沿ってスペースを空けて分布している複数の助燃空気供給口群を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の反応炉アセンブリ。

【請求項4】

複数の前記助燃空気供給口群には第１空気供給口群（１１４ａ、１１５ａ）と第２空気供給口群（１１４ｂ、１１５ｂ）が含まれ、前記第１空気供給口群（１１４ａ、１１５ａ）は前記燃料ガス入口（１１２）に接近して設けられ、前記第２空気供給口群（１１４ｂ、１１５ｂ）は前記プロセスガス出口（１１３）に接近して設けられ、
前記反応炉アセンブリは、空気が前記第１空気供給口群（１１４ａ、１１５ａ）から入り、前記第１空気供給口群（１１４ａ、１１５ａ）の位置での酸素量が第１酸素量となるように制御するとともに、前記空気が前記第２空気供給口群（１１４ｂ、１１５ｂ）から入り、前記第２空気供給口群（１１４ｂ、１１５ｂ）の位置での酸素量が硫黄含有廃棄物の正常な燃焼による理論酸素量であって前記第１酸素量よりも大きい第２酸素量となるように制御し、さらに、燃料と燃焼対象の硫黄含有廃棄物が前記第１酸素量に対応する１回目の燃焼と前記第２酸素量に対応する２回目の燃焼を含む少なくとも２回の燃焼を行うように制御するように構成された、前記助燃空気供給機構を制御するための制御装置を含む、ことを特徴とする請求項３に記載の反応炉アセンブリ。

【請求項5】

複数の前記空気供給口群には、前記第１空気供給口群（１１４ａ、１１５ａ）と第２空気供給口群（１１４ｂ、１１５ｂ）との間に設けられた少なくとも１つの第３空気供給口群が設けられ、
前記制御装置はさらに、前記空気が前記第３空気供給口群から入り、該第３空気供給口群の位置での酸素量が前記第２酸素量未満となるように制御するように構成される、ことを特徴とする請求項４に記載の反応炉アセンブリ。

【請求項6】

１回目の燃焼において、酸素係数はＸ１であり、温度は１１００～１２５０℃であり、最後の燃焼において、酸素係数はＸ３であり、温度は１０００～１１００℃であり、任意に存在する余剰燃焼において、酸素係数はそれぞれ独立してＸ２であり、温度はそれぞれ独立して１１００～１２００℃であり、かつ、０．５≦Ｘ１≦０．８５、０．７≦Ｘ１＋Ｘ２≦１、１≦Ｘ１＋Ｘ２＋Ｘ３≦１．１５であり、
前記酸素係数とは、酸素モル含有量に換算される前記酸素含有助燃ガスと前記燃料の完全燃焼に必要な酸素モル含有量との比である、ことを特徴とする請求項４に記載の反応炉アセンブリ。

【請求項7】

前記第１酸素量は前記第２酸素量の６０％である、ことを特徴とする請求項４に記載の反応炉アセンブリ。

【請求項8】

前記助燃空気供給機構は、加熱ハウジング（１２１）と電熱機構（１２２）を含む加熱装置（１２０）を含み、
前記加熱ハウジング（１２１）の内部に加熱チャンバ（１２３）を有し、前記加熱ハウジング（１２１）には、前記加熱チャンバ（１２３）に連通している加熱ガス入口（１２４）及び加熱ガス排出口（１２５）がそれぞれ開けられ、前記加熱ガス入口（１２４）は外部のガス源に連通しており、前記加熱ガス排出口（１２５）は前記火炉（１１１）に連通して、該火炉（１１１）に前記助燃空気を供給し、
前記電熱機構（１２２）は、前記加熱チャンバ（１２３）の内部の温度を上昇できるように構成される、ことを特徴とする請求項１に記載の反応炉アセンブリ。

【請求項9】

硫黄含有廃棄物処理システムであって、
硫黄含有廃棄物を燃焼反応させて、二酸化硫黄を含む第１ガスを得る請求項１～８のいずれか１項に記載の反応炉アセンブリ（１００）と、
前記第１ガスから熱エネルギーを回収して、第２ガスを得る熱エネルギー回収ユニット（３００）と、
前記第２ガスを浄化して冷却し、第３ガスを得る浄化冷却ユニットと、
前記第３ガスを乾燥して、第４ガスを得る乾燥ユニット（７００）と、
前記第４ガスを酸化して吸収し、硫酸及び排出ガスを得る酸化吸収ユニット（８００）と、を含む、ことを特徴とする硫黄含有廃棄物処理システム。

【請求項10】

前記反応炉アセンブリ（１００）と前記熱エネルギー回収ユニット（３００）との間に設けられる集塵ユニット（２００）を含み、前記反応炉アセンブリ（１００）により得られた前記第１ガスは、まず、前記集塵ユニット（２００）に入って集塵処理を行い、次に、前記熱エネルギー回収ユニット（３００）に入って前記熱エネルギーを回収され、前記第２ガスを得る、ことを特徴とする請求項９に記載の硫黄含有廃棄物処理システム。

【請求項11】

前記集塵ユニット（２００）は、並列に配置された少なくとも２つのフィルタ群を含み、かつ、フィルタ群ごとに少なくとも１つのフィルタが含まれている、ことを特徴とする請求項１０に記載の硫黄含有廃棄物処理システム。

【請求項12】

前記熱エネルギー回収ユニット（３００）は、廃熱ボイラー（３１０）と蒸気過熱器（３２０）と、を含み、前記廃熱ボイラー（３１０）及び前記蒸気過熱器（３２０）は、いずれも、前記集塵ユニット（２００）により得られたプロセスガスが前記廃熱ボイラー（３１０）及び前記蒸気過熱器（３２０）にそれぞれ入られるように、前記集塵ユニット（２００）に連通しており、かつ、前記廃熱ボイラー（３１０）及び前記蒸気過熱器（３２０）は、前記廃熱ボイラー（３１０）により得られた飽和蒸気が前記蒸気過熱器（３２０）に入られるように、互いに連通している、ことを特徴とする請求項１０に記載の硫黄含有廃棄物処理システム。

【請求項13】

前記浄化冷却ユニットは、順次連通している急冷加湿塔（４００）、多段冷却吸収塔（５００）及び電気デミスター（６００）を含み、前記急冷加湿塔（４００）と前記熱エネルギー回収ユニット（３００）は連通している、ことを特徴とする請求項９に記載の硫黄含有廃棄物処理システム。

【請求項14】

前記急冷加湿塔（４００）は、第１塔体（４１０）とスプレーアセンブリ（４２０）と、を含み、
前記第１塔体（４１０）は、冷却チャンバ（４１１）、チャンバ入口（４１２）及びチャンバ出口（４１３）を含み、前記チャンバ入口（４１２）及び前記チャンバ出口（４１３）は、それぞれ前記第１塔体（４１０）の外壁に開けられ、前記冷却チャンバ（４１１）に連通し、前記チャンバ入口（４１２）は前記第１塔体（４１０）の下部に位置し、前記反応炉アセンブリ（１００）のプロセスガス出口（１１３）からのプロセスガスを受け、前記チャンバ出口（４１３）は前記第１塔体（４１０）の上部に位置し、
前記スプレーアセンブリ（４２０）は前記冷却チャンバ（４１１）内に設けられ、前記スプレーアセンブリ（４２０）は、第１スプレー口（４２１）と第２スプレー口（４２２）を含み、前記第１スプレー口（４２１）は冷却液体を下方にスプレー可能に構成され、前記第２スプレー口（４２２）は冷却液体を上方にスプレー可能に構成され、前記第１スプレー口（４２１）と前記第２スプレー口（４２２）は互いに反対して設けられる、ことを特徴とする請求項１３に記載の硫黄含有廃棄物処理システム。

【請求項15】

前記冷却吸収塔（５００）は、第２塔体（５１０）と、第１吸収層と、第２吸収層と、を含み、
前記第２塔体（５１０）は、垂直方向に沿って設けられ、垂直方向に沿って延びている冷却吸収チャンバを有し、前記第２塔体（５１０）は、それぞれ前記冷却吸収チャンバに連通しているガス供給口及びガス排出口を含み、前記ガス供給口は前記第２塔体の下部に設けられ、前記反応炉アセンブリ（１００）のプロセスガス出口（１１３）からのプロセスガスを受け、前記ガス排出口は前記第２塔体（５１０）の上部に設けられ、
前記第１吸収層及び前記第２吸収層は垂直方向に沿って前記冷却吸収チャンバ内にスペースを空けて設けられ、前記第１吸収層は、前記冷却吸収チャンバ内に吸収液をスプレー可能な第１スプレー機構（５２０）を含み、前記第２吸収層は、前記冷却吸収チャンバ内に吸収液をスプレー可能な第２スプレー機構（５３０）を含む、ことを特徴とする請求項１３に記載の硫黄含有廃棄物処理システム。

【請求項16】

前記酸化吸収ユニット（８００）は、転化装置と、吸収装置と、を含み、
前記転化装置は前記乾燥ユニット（７００）に連通しており、前記乾燥ユニット（７００）により得ら得た前記第４ガスを酸化して、三酸化硫黄含有ガスを得ることに用いられ、
前記吸収装置は、前記転化装置に連通しており、前記三酸化硫黄含有ガスを吸収処理して、前記硫酸及び前記排出ガスを得ることに用いられる、ことを特徴とする請求項９に記載の硫黄含有廃棄物処理システム。

【請求項17】

前記転化装置は転化器（８４０）を含み、前記転化器は、転化器ハウジング（８４１）と、触媒層アセンブリと、熱交換管路（８４５ａ、８４５ｂ）と、を含み、
前記転化器ハウジング（８４１）の内部に転化チャンバを有し、前記転化器ハウジング（８４１）には、それぞれ前記転化チャンバに連通している転化ガス入口（８４２ａ、８４２ｂ）及び転化ガス出口（８４３ａ、８４３ｂ）が開けられ、前記転化ガス入口（８４２ａ、８４２ｂ）は前記反応炉アセンブリ（１００）のプロセスガス出口（１１３）からのプロセスガスを受けることに用いられ、
前記触媒層アセンブリは、少なくとも２つの触媒層（８４４ａ、８４４ｂ、８４４ｃ、８４４ｄ）を含み、複数の前記触媒層（８４４ａ、８４４ｂ、８４４ｃ、８４４ｄ）は前記転化チャンバ内に設けられ、プロセスガスの流れ方向に沿ってスペースを空けて配置され、
前記熱交換管路（８４５ａ、８４５ｂ）の数と前記触媒層（８４４ａ、８４４ｂ、８４４ｃ、８４４ｄ）の数が一致し、前記熱交換管路（８４５ａ、８４５ｂ）は前記転化チャンバ内に少なくとも部分的に位置し、隣接する２つの前記触媒層（８４４ａ、８４４ｂ、８４４ｃ、８４４ｄ）の間に設けられる、ことを特徴とする請求項１６に記載の硫黄含有廃棄物処理システム。

【請求項18】

請求項１～８のいずれか１項に記載の反応炉アセンブリを用いた硫黄含有廃棄物の燃焼方法。

【請求項19】

硫黄含有廃棄物の再生による硫酸製造方法であって、
請求項１８に記載の方法によって、酸素含有助燃ガスの存在下で、燃料と前記硫黄含有廃棄物を前記反応炉アセンブリに導入して、少なくとも２回の燃焼を行い、二酸化硫黄を含む第１ガスを得るステップ（１）と、
前記第１ガスを熱エネルギー回収ユニットに導入して熱エネルギーを回収し、過熱蒸気及び第２ガスを得るステップ（２）と、
前記第２ガスを浄化冷却ユニットに導入して浄化冷却を行い、第３ガスを得るステップ（３）と、
前記第３ガスを乾燥ユニットに導入して乾燥し、第４ガスを得るステップ（４）と、
前記第４ガスを酸化吸収ユニットに導入して酸化吸収を行い、硫酸及び排出ガスを得るステップ（５）と、を含む、ことを特徴とする方法。

【請求項20】

前記硫黄含有廃棄物は廃硫酸、硫黄含有廃液及び硫黄含有廃ガスから選択される少なくとも１種であり、
前記燃料は天然ガス、硫黄、液化炭化水素、硫化水素及び重油有機物から選択される少なくとも１種であり、
前記第１ガス中、二酸化硫黄の含有量は３～１２ｍｏｌ％、ＮＯ_ｘの含有量は１００ｍｇ／Ｎｍ^３以下、酸素の含有量は０．５～５ｍｏｌ％である、ことを特徴とする請求項１９に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【発明の詳細な説明】

【0001】

〔関連出願の相互参照〕
本願は、２０２０年１０月２３日に提出された中国特許出願２０２０１１１４８９５３．４、２０２０１１１５０２９７．１、及び２０２１年０６月３０日に提出された中国特許出願２０２１１０７３９６３６．８、２０２１１０７３６７４４．Ｘ、２０２１１０７３６７５１．Ｘ、２０２１１０７３６７５２．４、２０２１２１４８１５０７．５、２０２１１０７３６７４３．５の利益を主張しており、この８つの出願の内容は引用により本明細書に組み込まれている。

【0002】

〔技術分野〕
本発明は、硫黄含有廃棄物の処理に関し、具体的には、反応炉アセンブリ、硫黄含有廃棄物処理システム、硫黄含有廃棄物の燃焼方法、及び硫黄含有廃棄物再生による硫酸製造方法に関する。

【0003】

〔背景技術〕
石油化学工業と有機合成工業は濃硫酸を触媒として広く使用しており、この過程で大量の廃硫酸が発生する。メタクリル酸メチル（ＭＭＡ）やアクリロニトリル（ＡＮ）の合成のようないくつかの有機合成プロセスは、廃硫酸に加えて約３０～４５ｗｔ％の廃硫酸アンモニウムを生成する。これらの硫黄含有廃棄物は環境汚染が深刻であるため、産業廃酸や硫黄含有廃液を浄化処理して最大限にリサイクルする必要がある。

【0004】

硫黄含有廃棄物の処理方法は主に高温濃縮、溶媒抽出、アルカリ中和及び化学酸化、高温燃焼分解などがある。現在、高温燃焼方法は、徹底的かつ環境に優しいが、燃焼効率が低く、運用コストが高く、操作が複雑であるという問題がある。

【0005】

〔発明の概要〕
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明の目的は、従来技術に存在する問題を解決して、硫黄含有廃棄物を燃焼処理して、窒素酸化物の発生を抑えることができる反応炉アセンブリ及び硫黄含有廃棄物処理システムを提供する。

【0006】

〔課題を解決するための手段〕
上記の目的を達成させるために、本発明は、反応炉アセンブリを提供し、前記反応炉アセンブリは、硫黄含有廃棄物が供給されて燃焼反応を行うための火炉と、該火炉にそれぞれ連通している燃料ガス入口及びプロセスガス出口と、を含み、前記燃料ガス入口及び前記プロセスガス出口は前記火炉の軸方向に沿って前記火炉の両端にスペースを空けて設けられ、前記燃料ガス入口は、前記火炉の軸方向に沿って流れる燃料を前記火炉に供給できるように構成される円筒状構造の反応炉体と、前記火炉の内側壁の周方向に沿って流れる助燃空気を前記火炉に供給できるように構成される助燃空気供給機構と、を含む。

【0007】

好ましくは、前記助燃空気供給機構は、前記火炉の軸方向に沿ってスペースを空けて分布している複数の助燃空気供給口群を含む。

【0008】

好ましくは、複数の前記助燃空気供給口群には第１空気供給口群と第２空気供給口群が含まれ、前記第１空気供給口群は前記燃料ガス入口に接近して設けられ、前記第２空気供給口群は前記プロセスガス出口に接近して設けられ、
前記反応炉アセンブリは、空気が前記第１空気供給口群から入り、前記第１空気供給口群の位置での酸素量が第１酸素量となるように制御するとともに、前記空気が前記第２空気供給口群から入り、前記第２空気供給口群の位置での酸素量が硫黄含有廃棄物の正常な燃焼による理論酸素量であって前記第１酸素量よりも大きい第２酸素量となるように制御し、さらに、燃料と燃焼対象の硫黄含有廃棄物が前記第１酸素量に対応する１回目の燃焼と前記第２酸素量に対応する２回目の燃焼を含む少なくとも２回の燃焼を行い、最終的に二酸化硫黄含有ガスを得るように制御するように構成された、前記助燃空気供給機構を制御するための制御装置を含む。

【0009】

好ましくは、１回目の前記燃焼において、酸素係数はＸ１であり、温度は１１００～１２５０℃であり、最後の燃焼において、酸素係数はＸ３であり、温度は１０００～１１００℃であり、任意に存在する余剰燃焼において、酸素係数はそれぞれ独立してＸ２であり、温度はそれぞれ独立して１１００～１２００℃であり、かつ、０．５≦Ｘ１≦０．８５、０．７≦Ｘ１＋Ｘ２≦１、１≦Ｘ１＋Ｘ２＋Ｘ３≦１．１５であり、前記酸素係数とは、酸素モル含有量に換算される前記酸素含有助燃ガスと前記燃料の完全燃焼に必要な酸素モル含有量との比である。

【0010】

上記の技術案によれば、燃料ガスが前記燃料ガス入口から前記火炉に入って前記火炉の軸方向に沿って流れ、また、前記助燃空気供給機構が前記火炉に供給した助燃空気が前記火炉の内側壁の周方向に沿って流れることができ、これによって、燃料ガスと助燃空気との混合ガスは前記プロセスガス出口に螺旋状に流れ、このため、螺旋状に流れる過程において、混合ガスは前記火炉における滞在時間がより十分になり、硫黄含有廃棄物混合液と十分に燃焼反応することができ、これによって、反応炉アセンブリの燃焼効率が高まり、また、混合ガスが前記火炉により長く滞在できるため、前記燃料ガス入口と前記プロセスガス出口との間の距離が短く、本発明の反応炉アセンブリの小型化が図られる。

【0011】

本発明は、また、
硫黄含有廃棄物を燃焼反応させて、二酸化硫黄を含む第１ガスを得る上記の反応炉アセンブリと、前記第１ガスから熱エネルギーを回収して、第２ガスを得る熱エネルギー回収ユニットと、前記第２ガスを浄化して冷却し、第３ガスを得る浄化冷却ユニットと、前記第３ガスを乾燥して、第４ガスを得る乾燥ユニットと、前記第４ガスを酸化して吸収し、硫酸及び排出ガスを得る酸化吸収ユニットと、を含む硫黄含有廃棄物処理システムを提供する。

【0012】

上記の技術案によれば、本発明による硫黄含有廃棄物処理システム及び反応炉アセンブリを採用することによって、反応炉において、まず、酸素欠乏燃焼が起こり、窒素酸化物の発生が減少し、次に、末端で酸素富化燃焼が起こり、所望の燃焼が行われるが、末端での温度が低いため、窒素酸化物の発生も減少する。窒素酸化物の減少により、プロセスガス中の二酸化硫黄の含有量が向上し、また、所望の燃焼が行われるので、正常なプロセスに影響を与えることはない。

【0013】

本発明は、上記の反応炉アセンブリに基づく硫黄含有廃棄物の燃焼方法、及び上記の硫黄含有廃棄物処理システムに基づく硫黄含有廃棄物再生による硫酸製造方法を提供する。

【0014】

〔発明の効果〕
本発明の積極的な進歩効果は以下のとおりである。本発明は、プロセスの流れをできるだけ短くし、設備をより少なくし、操作をより簡単にし、熱エネルギーの利用率をより高める、廃硫酸と硫黄含有固体廃棄物、硫黄含有廃液、硫黄含有廃ガスの最適化・改良混合処理プロセス、及び装置を提供する。原料中の硫黄元素を再生して９３～１００％の硫酸及び発煙硫酸にする。

【0015】

〔図面の簡単な説明〕
〔図１〕本発明の一実施形態における反応炉アセンブリの概略図である。

【0016】

〔図２〕本発明の反応炉アセンブリの火炉の側面図である。

【0017】

〔図３〕本発明の反応炉アセンブリの火炉の正面図である。

【0018】

〔図４〕本発明の反応炉アセンブリの加熱装置の概略図である。

【0019】

〔図５〕本発明の一実施例による硫黄含有廃棄物処理システムの反応炉燃焼制御方法のフローチャートである。

【0020】

〔図６〕本発明の一実施例による硫黄含有廃棄物処理システムの反応炉燃焼制御方法のフローチャートである。

【0021】

〔図７〕本発明の実施例による硫黄含有廃棄物処理システムのプロセス流れの概略図である。

【0022】

〔図８〕本発明の硫黄含有廃棄物再生による硫酸製造方法のフローチャートである。

【0023】

〔図９〕集塵ユニット及び熱エネルギー回収ユニットの概略図である。

【0024】

〔図１０〕急冷加湿塔の概略図である。

【0025】

〔図１１〕冷却吸収塔の概略図である。

【0026】

〔図１２〕酸化吸収ユニットの概略図である。

【0027】

〔図１３〕転化器の概略図である。

【0028】

〔発明を実施するための形態〕
以下、図面を参照して本発明の具体的な実施形態について詳細に説明する。なお、ここで説明する具体的な実施形態は本発明を説明して解釈するために過ぎず、本発明を限制するものではない。

【0029】

図１～３に示すように、本発明の反応炉アセンブリは、硫黄含有廃棄物の燃焼反応のための、円筒状構造の火炉１１１を有する反応炉体１００を含む。該反応炉体１００には、火炉１１１に連通している燃料ガス入口１１２及びプロセスガス出口１１３がさらに設けられ、燃料ガス入口１１２及びプロセスガス出口１１３は、火炉１１１の軸方向に沿って火炉１１１の両端にスペースを空けて設けられ、燃料ガス入口１１２は、火炉１１１の軸方向に沿って流れる燃料ガスを火炉１１１に供給可能に構成される。反応炉アセンブリ１００はまた、火炉１１１の内側壁の周方向に沿って流れる助燃空気を供給可能に構成される助燃空気供給機構をさらに含む。

【0030】

本発明では、燃料ガスが燃料ガス入口１１２から火炉１１１に入って、火炉１１１の軸方向に沿って流れ、また、助燃空気供給機構が火炉１１１に供給した助燃空気が火炉１１１の内側壁の周方向に沿って流れることができ、これによって、燃料ガスと助燃空気との混合ガスはプロセスガス出口１１３に螺旋状（図２を参照）に流れ、これによって、螺旋状に流れる過程において、混合ガスは火炉１１１における滞在時間がより十分になり、硫黄含有廃棄物混合液と十分に燃焼反応することができ、これによって、反応炉アセンブリの燃焼効率が高まり、また、混合ガスが火炉１１１により長く滞在できるため、燃料ガス入口１１２とプロセスガス出口１１３との間の距離が短く、本発明の反応炉アセンブリの小型化が図られる。

【0031】

なお、助燃空気供給機構は、助燃空気を駆動して火炉１１１において火炉１１１の内側壁の周方向に沿って流動させるために様々な形態に設計されてもよく、例えば、助燃空気供給機構は、助燃空気ノズルとガイドファンを含んでもよく、助燃空気ノズルは火炉１１１に燃空気を供給することに用いられ、ガイドファンは火炉１１１内に設けられて助燃空気の流れ方向を変えて、助燃空気が助燃空気ノズルから出てからガイドファンの案内の下で火炉１１１の内側壁の周方向に沿って流れることを可能にする。コストをさらに削減させ、反応炉アセンブリの構造を簡素化するために、本発明の一実施形態では、助燃空気供給機構は助燃空気入口群を含み、助燃空気入口群は、それぞれ火炉１１１に連通している第１助燃空気入口１１４及び第２助燃空気入口１１５を含み、第１助燃空気入口１１４及び第２助燃空気入口１１５は、それぞれ火炉１１１の接線方向に沿って助燃空気を火炉１１１に供給可能に設けられ、第１助燃空気入口１１４が供給する助燃空気の流れ方向と第２助燃空気入口１１５が供給する助燃空気の流れ方向とが同じである。第１助燃空気入口１１４と第２助燃空気入口１１５のいずれも火炉１１１の内側壁の接線方向に沿って開けられるので、第１助燃空気入口１１４及び第２助燃空気入口１１５から噴出された助燃空気はすべて火炉１１１の内側壁の周方向に流れることができ、これにより、他の部材を省略し、構造を簡素化させるとともに、メンテナンスを容易にする。

【0032】

もちろん、助燃空気入口群は第１助燃空気入口１１４及び第２助燃空気入口１１５に加えて、第３助燃空気入口、第４助燃空気入口などを含んでもよく、これらの助燃空気入口はすべて火炉１１１の同一の径方向平面に位置し、また、同一方向（すなわち、共に時計回り又は反時計回り）に開口して設けられ、このようにして、混合ガスが火炉１１１内で螺旋状に流れることを実現できる。

【0033】

注意すべきものとして、本発明の一実施形態では、図２及び図３に示すように、第１助燃空気入口１１４の開口方向と第２助燃空気入口１１５の開口方向の両方が火炉１１１の軸線方向に垂直であり、つまり、燃料ガスの流れ方向が助燃空気の流れ方向による平面に垂直である。本発明の他の一実施形態では、第１助燃空気入口１１４の開口方向と第２助燃空気入口１１５の開口方向の両方が燃料ガス入口１１２に向かって傾斜し、このような構成によれば、助燃空気が火炉１１１に入って流れる方向が燃料ガスの流れ方向とは逆であるので、助燃空気と燃料ガスがより十分に混合され、混合ガスの流動速度が低下し、火炉１１１における混合ガスの流動時間が増加し、反応炉アセンブリがより小型化するという利点がある。もちろん、例えば燃料ガス入口１１２に向かって２０～４０°傾斜するなど、第１助燃空気入口１１４の開口方向と第２助燃空気入口１１５の開口方向が燃料ガス入口１１２に向かって僅かに傾斜すればよい。

【0034】

助燃空気をより十分に供給するために、本発明の一実施形態では、図２に示すように、助燃空気供給機構は複数の助燃空気供給口群を含み、複数の助燃空気供給口群は火炉１１１の軸方向に沿ってスペースを空けて分布している。図示した好適な実施形態では、反応炉体１００には、２つの前述第１助燃空気入口１１４及び第２助燃空気入口１１５がそれぞれ設けられ、ここで、燃料ガス入口１１２に近い助燃空気入口１１４ａ及び１１５ａは第１空気供給口群を構成し、プロセスガス出口１１３に近い助燃空気入口１１４ｂ及び１１５ｂは第２空気供給口群を構成する。よって、硫黄含有廃棄物の燃焼は第１空気供給口群及び第２空気供給口群から火炉１１１内に導入される助燃空気の量により制御することができる。

【0035】

具体的には、図５に示す硫黄含有廃棄物処理システムの反応炉燃焼制御方法のフローチャートは、ステップＳ１１～１３を含む。

【0036】

ステップＳ１１：前記第１空気供給口群及び前記第２空気供給口群の位置での酸素量を検出する。

【0037】

例えば、第１空気供給口群及び第２空気供給口群に、酸素量を検出するための酸素センサが設けられてもよい。

【0038】

ステップＳ１２：空気が前記第１空気供給口群から入り、前記第１空気供給口群の位置での酸素量が第１酸素量となるように制御する。

【0039】

例えば、第１空気供給口群の位置での酸素量を参照して、第１空気供給口群に空気を補充／減少し、第１空気供給口群の位置での酸素量を第１酸素量にしてもよく、第１酸素量は、例えば硫黄含有廃棄物の正常な燃焼による理論酸素量の６０％であり、これによって、硫黄含有廃棄物は酸素欠乏燃焼を行い、これに含まれる窒素元素を含有する物質、例えば（ＮＨ_４）_２ＳＯ_４及び／又はＮＨ_４ＨＳＯ_４の反応時に窒素酸化物の発生が減少する。

【0040】

ステップＳ１３：前記空気が前記第２空気供給口群から入り、前記第２空気供給口群の位置での酸素量が硫黄含有廃棄物の正常な燃焼による理論酸素量であって前記第１酸素量よりも大きい第２酸素量となるように制御する。

【0041】

例えば、正常な燃焼を実現するために、反応炉の末端における第２空気供給口群に空気を補充し、第２空気供給口群の位置での酸素量を第２酸素量にし、第２酸素量は、例えば硫黄含有廃棄物の正常な燃焼による理論酸素量であって、硫黄含有廃棄物が正常な燃焼を行うようにする。窒素酸化物の発生量が温度に関連し、すなわち、温度が上昇するに伴い増大するため、反応炉の末端において炎心から離れた位置での温度が低い場合、酸素量が十分であるものの、窒素酸化物の発生量が低下する。

【0042】

上記の方法を採用すると、窒素酸化物が減少するため、反応炉内のプロセスガス中の二酸化硫黄の含有量が向上し、また、所望の燃焼が行われるため、正常なプロセスに影響を与えることはない。

【0043】

図６は本発明の別の一実施例による硫黄含有廃棄物処理システムの反応炉燃焼制御方法のフローチャートである。本実施例では、反応炉体は反応炉体の中央部に設けられる第３空気供給口をさらに含み、該方法は、ステップＳ２１～２４を含む。

【0044】

ステップＳ２１：前記第１空気供給口群及び前記第２空気供給口群の位置での酸素量を検出する。

【0045】

ステップＳ２２：空気が前記第１空気供給口群から入り、前記第１空気供給口群の位置での酸素量が第１酸素量となるように制御する。

【0046】

例えば、ステップＳ２１～２２の実施例は上記のステップＳ１１～１２の実施例と類似しており、ここでは詳しく説明しない。

【0047】

ステップＳ２３：前記空気が前記第３空気供給口群から入り、前記第３空気供給口群の位置での酸素量が第３酸素量となるように制御する。該第３酸素量は、例えば第２酸素量の９５％であってもよい。これによっても、硫黄含有廃棄物が酸素欠乏燃焼を行い、これに含まれる窒素元素を含む物質、例えば（ＮＨ_４）_２ＳＯ_４及び／又はＮＨ_４ＨＳＯ_４の反応時に窒素酸化物の発生が減少する。

【0048】

ステップＳ２４：前記空気が前記第２空気供給口群から入り、前記第２空気供給口群の位置での酸素量が硫黄含有廃棄物の正常な燃焼による理論酸素量であって前記第１酸素量よりも大きく、前記第３酸素量よりも大きい第２酸素量となるように制御する。

【0049】

例えば、同様に、正常な燃焼を行うために、反応炉の末端の第２空気供給口群に空気を補充し、第２空気供給口群の位置での酸素量を第２酸素量にし、硫黄含有廃棄物が正常な燃焼を行うようにする。

【0050】

なお、以上では、２つの空気供給口群と３つの空気供給口群を有する実施例だけが記載されているが、反応炉がより多くの空気供給口を有してもよく、例えば複数の第３空気供給口群を有し、これらの空気供給口は同時に空気を供給するようにしてもよく、末端の空気供給口の位置での酸素量が硫黄含有廃棄物の正常な燃焼による理論酸素量であって、残りの空気供給口の位置での酸素量がすべて硫黄含有廃棄物の正常な燃焼による理論酸素量よりも小さければよく、ここでは詳しく説明しない。

【0051】

上記の過程において、燃料と燃焼対象の硫黄含有廃棄物は、前記第１酸素量に対応する１回目の燃焼と前記第２酸素量に対応する２回目の燃焼を含む少なくとも２回の燃焼を行い、最終的に二酸化硫黄含有ガスを得るように制御されている。

【0052】

ここで、１回目の燃焼において、酸素係数はＸ１であり、温度は１１００～１２５０℃であり、最後の燃焼において、酸素係数はＸ３であり、温度は１０００～１１００℃であり、任意に存在する余剰燃焼において、酸素係数はそれぞれ独立してＸ２であり、温度はそれぞれ独立して１１００～１２００℃であり、かつ、０．５≦Ｘ１≦０．８５、０．７≦Ｘ１＋Ｘ２≦１、１≦Ｘ１＋Ｘ２＋Ｘ３≦１．１５であり、前記酸素係数とは、含有される酸素に換算される前記酸素含有助燃ガスのモル量と前記燃料の完全燃焼に必要な酸素のモル量との比である。

【0053】

本発明では、前記酸素係数とは、燃焼ごとに含有される酸素に換算される前記酸素含有助燃ガスのモル量と前記燃料の完全燃焼に必要な酸素のモル量との比であり、ここでは、前記燃料は、前回の燃焼後の剩余燃料ではなく、初期総燃料である。

【0054】

本発明によれば、本発明では、燃焼ごとに前記酸素含有助燃ガスの使用量を制御して、燃焼ごとの酸素係数を調整し、燃焼ごとの他のプロセス条件例えば温度と合わせて、前記硫黄含有廃棄物を十分に燃焼し、二酸化硫黄含有量の高いプロセスガスを得る。

【0055】

さらに、特に窒素元素を含有する反応材料の場合、本発明による方法を採用すると、追加の脱硝処理を必要とせずに、得られたプロセスガス中の窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）の含有量を顕著に低下させることができ、環境に優しく、経済的かつ効率的である。

【0056】

好ましくは、前記１回目の燃焼において、酸素係数はＸ１であり、温度は１１５０～１２５０℃であり、前記最後の燃焼において、酸素係数はＸ３であり、温度は１０５０～１１００℃であり、前記任意に存在する余剰燃焼において、酸素係数はそれぞれ独立してＸ２であり、温度はそれぞれ独立して１１００～１２００℃であり、かつ、０．７≦Ｘ１≦０．８５、０．８≦Ｘ１＋Ｘ２≦１、１≦Ｘ１＋Ｘ２＋Ｘ３≦１．１５である。よって、本発明の発明者は、特に燃焼ごとの反応における酸素係数と温度を前述好ましい範囲内に制御する場合、これらの両方を合わせることにより、前記硫黄含有廃棄物の燃焼がより十分になり、得られた二酸化硫黄を含むプロセスガス中の二酸化硫黄の含有量がより高く、特に窒素元素を含む反応材料の場合、得られたプロセスガス中のＮＯ_ｘの含有量がより低いことを見出した。

【0057】

本発明によれば、前記少なくとも２回の燃焼とは、２回以上（例えば３回、４回、５回）などの複数回の燃焼であってもよい。すなわち、前記任意に存在するとは、前記余剰燃焼が存在してもよいし、存在しなくてもよい。

【0058】

好ましくは、前記燃焼の回数は２～３回である。

【0059】

本発明によれば、注意すべきものとして、前記燃焼が２回である場合、前記１回目の燃焼と前記最後の燃焼のみあり、前記余剰燃焼はない。

【0060】

本発明の１つの好適な特定実施形態によれば、前記燃焼の回数は２回であり、前記方法は、
酸素含有助燃ガスの存在下で、燃料と燃焼対象の硫黄含有廃棄物について１回目の燃焼と２回目の燃焼を順次行い、二酸化硫黄含有ガスを得るステップを含む。

【0061】

好ましくは、前記１回目の燃焼の条件は、酸素係数Ｘ１、温度１１５０～１２５０℃を含み、前記２回目の燃焼の条件は、酸素係数Ｘ３、温度１０５０～１１００℃、かつ、０．７≦Ｘ１≦０．８５、１≦Ｘ１＋Ｘ３≦１．１５を含む。

【0062】

本発明の別の好適な特定実施形態によれば、前記燃焼の回数は３回であり、前記方法は、
酸素含有助燃ガスの存在下で、燃料と燃焼対象の硫黄含有廃棄物について１回目の燃焼、２回目の燃焼及び３回目の燃焼を順次行い、二酸化硫黄含有ガスを得るステップを含む。

【0063】

好ましくは、前記１回目の燃焼の条件は、酸素係数Ｘ１、温度１１５０～１２５０℃を含み、前記２回目の燃焼の条件は、酸素係数Ｘ２、温度１１００～１２００℃を含み、前記３回目の燃焼の条件は、酸素係数Ｘ３、温度１０５０～１１００℃、かつ、０．７≦Ｘ１≦０．８５、０．８≦Ｘ１＋Ｘ２≦１、１≦Ｘ１＋Ｘ２＋Ｘ３≦１．１５を含む。

【0064】

好ましくは、前記酸素含有助燃ガスは、空気（酸素含有量２１ｍｏｌ％）、酸素富化空気（酸素含有量２１～４０ｍｏｌ％）、純酸素、及び液体酸素から選択される少なくとも１種である。本発明の発明者は、酸素含有量の高い酸素富化空気又は純酸素を助燃ガスとすることで、燃料の使用量を大幅に減少させ、また、同じ規模の装置では、より大量の硫黄含有廃物を処理することができ、装置への投資を削減させ、エネルギー消費量や運用コストを下げることができることを見出した。

【0065】

好ましくは、前記硫黄含有廃棄物は、廃硫酸、硫黄含有廃液、及び硫黄含有廃ガスから選択される少なくとも１種である。

【0066】

本発明は、前記硫黄含有廃棄物の由来及び種類を特に制限するものではなく、前記硫黄含有廃液は、例えば液硫、硫酸アンモニウムを含有する硫黄含有廃液、重硫酸アンモニウムを含有する硫黄含有廃液、硫酸鉄を含有する硫黄含有廃液、硫酸メチルを含有する硫黄含有廃液、石膏を含有する硫黄含有廃液などであってもよく、前記硫黄含有廃ガスは、例えば硫化水素、二酸化硫黄及び硫黄成分を含有する他の廃ガスなどであってもよい。好ましくは、前記廃硫酸中の硫酸の質量濃度は５０～９９％である。好ましくは、前記硫黄含有廃棄物の含水量は１５ｗｔ％未満である。

【0067】

本発明の１つの好適な特定実施形態によれば、前記反応炉アセンブリは、前記硫黄含有廃棄物（例えば硫黄含有廃液）を十分に霧化可能に構成される液体スプレーガン１１６をさらに含む。前記硫黄含有廃棄物が前記液体スプレーガン内の高圧霧化風で霧化されてから前記火炉内に噴射され、前記酸素含有助燃ガス及び前記燃料とともに燃焼し、これによって、前記硫黄含有廃棄物の燃焼がより十分になり、プロセスガス中の二酸化硫黄の含有量が向上する。好ましくは、前記液体スプレーガンの圧力は０．４～０．８ＭＰａ、より好ましくは０．５～０．７ＭＰａである。

【0068】

本発明の１つの好適な特定実施形態によれば、前記硫黄含有廃棄物には硫黄含有固体廃棄物（例えば硫黄含有鉱砂）が含有されており、本発明の方法は、前記硫黄含有固体廃棄物について１回の燃焼を行い（燃焼条件：温度８００～１０５０℃）、二酸化硫黄含有ガスＩＩを得るステップと、硫黄含有廃液及び／又は硫黄含有廃ガスについて少なくとも２回の燃焼を行い、二酸化硫黄含有ガスＩを得るステップと、前記二酸化硫黄含有ガスＩＩと前記二酸化硫黄含有ガスＩを併せて本発明の前記二酸化硫黄含有ガスを得るステップと、を含む。

【0069】

本発明によれば、前記燃料は、酸素含有助燃ガスの存在下で、前記硫黄含有廃棄物の燃焼のために熱を供給する高発熱量の可燃材料を燃焼することができる。好ましくは、前記燃料の発熱量は５００ｋｃａｌ／Ｎｍ^３以上、例えば天然ガスの発熱量は９７００ｋｃａｌ／Ｎｍ^３である。

【0070】

好ましくは、前記燃料は、天然ガス、硫黄、液化炭化水素、硫化水素酸性ガス、及び重油有機物から選択される少なくとも１種である。

【0071】

好ましくは、前記液化炭化水素は、液化エチレン、液化エタン、液化プロピレン、液化プロパン、液化ブテン、及び液化ブタンから選択される少なくとも１種である。

【0072】

好ましくは、前記重油有機物は、ガソリン、灯油、軽油から選択される少なくとも１種である。

【0073】

本発明によれば、前記燃料の使用量は、前記硫黄含有廃棄物の使用量に応じて合理的に選択、調整されてもよい。

【0074】

なお、本発明によれば、特に注意すべきものとして、前記硫黄含有廃棄物と前記燃料は同一物質（例えば硫化水素）であってもよく、当業者が理解できるように、前記硫黄含有廃棄物が硫化水素酸性ガスである場合、前記硫化水素酸性ガス自体は燃料として機能することができ、追加の他の燃料を提供する必要はなく、この場合も本発明の発明構想であり、当業者は、これが発明を制限するものであると理解すべきではない。

【0075】

好ましくは、本発明の前記硫黄含有廃棄物の燃焼方法によれば、得られた前記二酸化硫黄含有ガス中、二酸化硫黄の含有量は３～１２ｍｏｌ％、ＮＯ_ｘの含有量は１００ｍｇ／ｍ^３以下、酸素の含有量は０．５～５ｍｏｌ％である。

【0076】

本発明では、燃焼ごとの反応の条件、特に温度及び酸素係数を制御することにより、燃料及び燃焼対象の硫黄含有廃棄物の１回目の燃焼反応は高温と酸素欠乏の条件で行われ、硫黄含有廃棄物が燃焼して二酸化硫黄を生成するとともに、窒素含有材料が酸素欠乏の条件下で窒素ガスを生成する。後続の燃焼は低温及び酸素富化の条件で行われ、これにより、燃料及び硫黄含有廃棄物の十分な燃焼が確保され、しかも、前回の燃焼により生成された窒素ガスが低温のため、さらに反応して窒素酸化物を生成することができない。よって、複数の燃焼反応を合わせることによって、二酸化硫黄の含有量が高く、ＮＯ_ｘ含有量が低いプロセスガスが得られ、得られた前記二酸化硫黄含有ガスには可燃性成分が含有されていない。

【0077】

本発明によれば、好ましくは、前記酸素含有助燃ガス、前記燃料及び前記硫黄含有廃棄物のうちの少なくとも１種は窒素元素を含有する。前記硫黄含有廃棄物は、例えば、重硫酸アンモニウム、硫酸アンモニウムなどの窒素硫黄含有物質であり、前記燃料は、例えば窒素ガスを含有する可燃性材料であり、前記酸素含有助燃ガスは例えば空気である。

【0078】

本発明の１つの好適な特定実施形態によれば、本発明の前記方法は、まず、前記硫黄含有廃棄物を除水処理し、次に、酸素含有助燃ガスの存在下で、燃料とともに少なくとも２回の燃焼を行い、二酸化硫黄含有ガスを得るステップをさらに含む。

【0079】

本発明では、前記除水処理の具体的な操作について特に限定はなく、前記硫黄含有廃棄物のうちの少なくとも水分の一部を除去できればよく、例えば蒸発濃縮により行うことができる。

【0080】

本発明による方法では、特に硫黄含有廃棄物の燃焼条件を制御し、複数回の燃焼反応を互いに合わせることによって、硫黄含有廃棄物の燃焼をより十分にし、二酸化硫黄含有量の高いプロセスガスが得られ、得られた前記二酸化硫黄含有ガスには可燃性成分が含有されない。

【0081】

特に、窒素含有反応材料の場合、本発明による方法を採用すると、特に燃焼ごとの条件を制御することによって、硫黄含有廃棄物の燃焼がより十分になり、二酸化硫黄含有量が高くかつＮＯ_ｘ含有量が低いプロセスガスが得られ、前記窒素含有反応材料中の窒素元素は極めて微量なＮＯ_ｘに加えて、窒素ガスの形態として排出される。本発明による方法を採用することによって、追加の脱硝処理を必要とせずに、得られたプロセスガス中の窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）の含有量を顕著に低下させることができる。

【0082】

以上に基づいて、本発明はまた、
硫黄含有廃棄物を燃焼して、二酸化硫黄含有ガスを得るステップ（１）と、
前記二酸化硫黄含有ガスを酸化して、三酸化硫黄含有ガスを得るステップ（２）と、
前記三酸化硫黄含有ガスを吸収して、硫酸を得るステップ（３）と、を含む、硫黄含有廃棄物を用いた硫酸製造方法を提供する。

【0083】

以下、例をもって本発明について詳細に説明する。

【0084】

特に断らない限り、以下の例に使用される原料はすべて市販品である。

【0085】

特に断らない限り、以下の例はすべて前述反応炉アセンブリにて行われる。２組の助燃ガス入口は前記反応炉の軸方向に沿って分布している（前記反応炉の軸方向において、火炉の直筒段は軸方向の長さがＬ、アスペクト比が４～１０（例えばアスペクト比５）であり、それぞれ火炉の燃料入口側から０．２５Ｌ離れた部位及び火炉のガス排出口側から０．５Ｌ離れた部位に２つの助燃ガス入口が設けられる）。燃焼ごとに必要な酸素含有助燃ガスを提供するために、前記酸素含有助燃ガス入口は、前記火炉の内側壁の接線方向に沿って流れる酸素含有助燃ガスを供給可能に構成される。

【0086】

実施例１Ａ
該実施例に使用される燃料及び化学繊維産業由来の硫黄含有廃棄物の具体的な組成は表１に示され、酸素含有助燃ガスは酸素含有量が２１ｍｏｌ％の空気である。

【0087】

【表1】

【0088】

反応炉を１２００℃に加熱し、常温空気を空気送風機で加圧して、電気加熱炉にて６３０℃に加熱し、助燃ガス入口から反応炉に入れた。液体スプレーガンによって、前記硫黄含有廃棄物を０．６ＭＰａの高圧霧化風で硫黄含有廃棄物入口から反応炉の火炉に噴射した。燃料を燃料入口から反応炉の火炉に導入した。

【0089】

具体的なプロセスは以下のとおりである。

【0090】

硫黄含有廃棄物（６８．２２ｗｔ％廃硫酸＋３１．７８％ｗｔ％硫黄含有廃液）３８．１１ｔ、燃料３９９０ｋｇを、それぞれ硫黄含有廃棄物入口及び燃料入口から反応炉に導入し、火炉の軸方向において、まず、第１酸素含有助燃ガス入口から導入された酸素含有助燃ガスと１回目の燃焼を行い、次に、第２酸素含有助燃ガス入口から導入された酸素含有助燃ガスと２回目の燃焼を行った。ここで、１回目の燃焼の条件は、酸素係数Ｘ１ ０．７、温度１２００℃を含み、２回目の燃焼の条件は、酸素係数Ｘ３、Ｘ１＋Ｘ３＝１．０５、温度１１００℃を含む。二酸化硫黄含有ガスを得た。

【0091】

炉からの二酸化硫黄含有ガス中、二酸化硫黄の含有量は３．８ｍｏｌ％、酸素の含有量は２ｍｏｌ％、ＮＯ_ｘの含有量は１００ｍｇ／Ｎｍ^３以下、二酸化硫黄の転化率は９９ｍｏｌ％であった。

【0092】

実施例１Ｂ
実施例１Ａと類似の方式を採用し、使用される酸素含有助燃ガスが酸素含有量４０ｍｏｌ％の酸素富化空気である以外、残りは実施例１と同様であった。

【0093】

炉からの二酸化硫黄含有ガス中、酸素の含有量は２ｍｏｌ％、二酸化硫黄の含有量は６ｍｏｌ％、ＮＯ_ｘの含有量は８０ｍｇ／Ｎｍ^３以下、二酸化硫黄の転化率は９９ｍｏｌ％であった。

【0094】

実施例２
本実施例で使用される塩素含有廃硫酸及び硫化水素酸性ガスと燃料の具体的な組成は表２に示され、酸素含有助燃ガスは酸素含有量２１ｍｏｌ％の空気であった。

【0095】

【表2】

【0096】

反応炉を１１００℃に加熱して、常温空気を空気送風機で助燃ガス入口から反応炉に入れた。液体スプレーガンによって前記硫黄含有廃棄物を０．７ＭＰａの高圧霧化風で硫黄含有廃棄物入口から反応炉の火炉に噴射し、燃料を燃料入口から反応炉の火炉に導入した。

【0097】

本実施例では、硫黄含有廃棄物は７ｔ（７１．４３ｗｔ％塩素含有廃硫酸＋２８．５７ｗｔ％硫化水素酸性ガス）であり、ここで、ポリテトラヒドロフラン生産装置による塩素含有廃硫酸は水分含有量が４８ｗｔ％であって、不純物含有量が少なく、８５ｗｔ％に蒸発濃縮してから反応炉９に入る。硫化水素酸性ガスは硫黄含有廃ガスであるが、反応炉システムの７０ｍｏｌ％の熱だけを供給し、残りの３０ｍｏｌ％の熱は、補助燃料である天然ガスによって補充された。

【0098】

具体的な反応プロセスは以下のとおりである。

【0099】

廃硫酸を硫黄含有廃棄物入口から反応炉の火炉に導入し、硫化水素酸性ガス及び天然ガスを燃料入口から反応炉の火炉に導入し、火炉の軸方向において、まず、第１酸素含有助燃ガス入口から導入された酸素含有助燃ガスと１回目の燃焼を行い、次に、第２酸素含有助燃ガス入口から導入された酸素含有助燃ガスと２回目の燃焼を行った。ここで、１回目の燃焼の条件は、酸素係数Ｘ１ ０．７５、温度１１５０℃を含み、２回目の燃焼の条件は、酸素係数Ｘ３、Ｘ１＋Ｘ３＝１．０５、温度１０５０℃を含む。二酸化硫黄含有ガスを得た。

【0100】

炉からの二酸化硫黄含有ガス中、酸素の含有量は３ｍｏｌ％であり、二酸化硫黄の含有量は８．５ｍｏｌ％であり、ＮＯ_ｘの含有量は１００ｍｇ／Ｎｍ^３以下であり、二酸化硫黄の転化率は９９ｍｏｌ％であった。

【0101】

実施例３
本実施例で使用される硫黄含有廃棄物及び燃料の具体的な組成は表３に示され、酸素含有助燃ガスは酸素含有量２１ｍｏｌ％の空気である。

【0102】

【表3】

【0103】

反応炉を１２５０℃に加熱して、常温空気を空気送風機で加圧して、電気加熱炉にて４５０℃に加熱して反応炉に入れた。液体スプレーガンによって、前記硫黄含有廃棄物を０．５ＭＰａの高圧霧化風で硫黄含有廃棄物入口から反応炉の火炉に噴射した。燃料を燃料入口から反応炉の火炉に導入した。

【0104】

具体的な反応プロセスは以下のとおりである。

【0105】

硫黄含有廃棄物７．５ｔ（８０ｗｔ％廃硫酸＋２０ｗｔ％硫黄含有鉱砂）中の廃硫酸、燃料１２０ｋｇを、それぞれ、硫黄含有廃棄物入口及び燃料入口から反応炉の火炉に導入し、火炉の軸方向において、まず、第１酸素含有助燃ガス入口から導入された酸素含有助燃ガスと１回目の燃焼を行い、次に、第２酸素含有助燃ガス入口から導入された酸素含有助燃ガスと２回目の燃焼を行った。ここで、１回目の燃焼の条件は、酸素係数Ｘ１ ０．８５、温度１２００℃を含み、２回目の燃焼の条件は、酸素係数Ｘ３、Ｘ１＋Ｘ３＝１．０５、温度１０５０℃を含む。二酸化硫黄含有ガスＩを得た。別の反応炉内に硫黄含有鉱砂を燃焼させ（温度８００℃）、二酸化硫黄含有プロセスガスＩＩを生成した。

【0106】

２つの反応炉からの二酸化硫黄含有混合ガス中、酸素の含有量は５ｍｏｌ％であり、二酸化硫黄の含有量は６ｍｏｌ％であり、ＮＯ_ｘの含有量は１００ｍｇ／Ｎｍ^３以下であり、二酸化硫黄の転化率は９９ｍｏｌ％であった。

【0107】

比較例１
実施例１と類似の方法を採用したが、前記燃焼回数を１回としたことが異なった。

【0108】

具体的には、硫黄含有廃棄物（６８．２２ｗｔ％廃硫酸＋３１．７８％ｗｔ％硫黄含有廃液）３８．１１ｔ、燃料４５８８ｋｇを材料入口から反応炉の火炉に導入し、火炉の軸方向において、第１酸素含有助燃ガス入口から導入された酸素含有助燃ガスと燃焼させた。ここで、燃焼の条件は、酸素係数１．０４、温度１１５０℃を含む。二酸化硫黄含有ガスを得た。

【0109】

炉からの二酸化硫黄含有ガス温度は９５０～１０００℃であり、酸素の含有量は１．８ｍｏｌ％であり、二酸化硫黄の含有量は３．２ｍｏｌ％であり、ＮＯ_ｘの含有量は約５００ｍｇ／Ｎｍ^３であり、二酸化硫黄の転化率は９８．８ｍｏｌ％であった。比較例においては、燃料は実施例１よりも１５ｗｔ％多く消費された。

【0110】

比較例２
実施例１と類似の方法を採用したが、２回の燃焼分解において酸素係数が実施例１と異なり、前記１回目の燃焼の酸素係数Ｘ１は０．９であり、前記２回目の燃焼の酸素係数はＸ３であり、Ｘ１＋Ｘ３＝１．０５である以外、残りを実施例１と同様にして、二酸化硫黄含有ガスを得た。炉からの二酸化硫黄含有ガス中、酸素の含有量は２ｍｏｌ％であり、ＮＯ_ｘの含有量は約２００ｍｇ／Ｎｍ^３であった。

【0111】

さらに、図１及び図４に示すように、助燃空気供給機構は加熱装置１２０と送風機１３０をさらに含んでもよい。加熱装置は、加熱チャンバ１２３と該加熱チャンバ１２３内に設けられた電熱機構１２２とを内部に備える加熱ハウジング１２１を有する。加熱ハウジング１２１には、それぞれ加熱チャンバ１２３に連通している加熱ガス入口１２４及び加熱ガス排出口１２５が開けられ、加熱ガス入口１２４は送風機１３０に連通しており、加熱ガス排出口１２５は反応炉アセンブリの火炉１１１に連通している。電熱機構１２２は、チャンバ１２３の内部が加熱される温度を上昇可能に構成される。加熱ガス入口１２４が送風機１３０に連通しており、加熱ガス排出口１２５が反応炉アセンブリの火炉１１１に連通しているため、電熱機構１２２は加熱チャンバ１２３の内部温度を向上させることができ、よって、送風機１３０からの助燃空気は該加熱装置１２０を経るときに温度が上昇し、火炉１１１に入った助燃空気の温度が６００～６５０℃に達し、反応炉アセンブリの混合ガスの燃焼効率が高まる。

【0112】

図７及び図８に示すように、本発明はまた、
硫黄含有廃棄物を燃焼反応させて、二酸化硫黄を含む第１ガスを得る前述反応炉アセンブリ１００と、
前記第１ガスから熱エネルギーを回収して、第２ガスを得る熱エネルギー回収ユニット３００と、
前記第２ガスを浄化して冷却し、第３ガスを得る浄化冷却ユニットと、
前記第３ガスを乾燥して、第４ガスを得る乾燥ユニット７００と、
前記第４ガスを酸化して吸収し、硫酸及び排出ガスを得る酸化吸収ユニット８００と、を含む、硫黄含有廃棄物処理システムを提供する。

【0113】

以下、実施例によって該処理システムの具体的な操作プロセスについて例示的に説明する。

【0114】

廃硫酸及び硫黄廃液を含む硫黄含有廃棄物（６８．２２ｗｔ％廃硫酸＋３１．７８ｗｔ％硫黄含有廃液）の水分含有量が３６ｗｔ％であるものの、化学繊維産業由来の廃硫酸及び硫黄含有廃液には粒子や不純物が大量含有されているので、濃縮脱水が困難であるため、これらを脱水せずに反応炉体１１０に入れた。

【0115】

（１）硫黄含有廃棄物を液体スプレーガンにて０．６ＭＰａの高圧霧化風で霧化して、反応炉体１１０に噴射し、火炉内の反応温度を１２００℃にし、燃料（天然ガス）によって熱を供給した。酸素含有量２１ｍｏｌ％の空気を用いて助燃を行い、常温助燃空気を送風機１３０で加圧してから、加熱装置１２０にて６３０℃に加熱し、高温助燃空気を、異なる助燃ガス入口１１４、１１５から火炉に導入した。まず、硫黄含有廃棄物を、第１空気供給口群１１４ａ、１１５ａから導入された助燃ガスと１回目の燃焼を行い、次に、第２空気供給口群１１４ｂ、１１５ｂから導入された助燃ガスと２回目の燃焼を行った。ここで、１回目の燃焼の条件は、酸素係数Ｘ１ ０．７、温度１２００℃を含み、２回目の燃焼の条件は、酸素係数Ｘ３、Ｘ１＋Ｘ３＝１．０５、温度１１００℃を含み、炉からの第１ガス中に残った酸素の含有量は２ｍｏｌ％であり、プロセスガスの炉内での滞在時間は５ｓ以上である。

【0116】

（２）炉からの高温プロセスガスについて集塵ユニット２００によって金属ダストを除去し、集塵高温プロセスガスを得た（サイクロン集塵器２１０の操作条件は、供給口温度１１００℃、供給口圧力－１ｋＰａ、サイクロン集塵器の供給口の吸気速度３０ｍ／ｓを含み、セラミックメンブランフィルタ２２０の集塵操作条件は、供給口温度１０５０℃、供給口圧力－１ｋＰａ、セラミックメンブランフィルタ供給口の吸気速度１５ｍ／ｓを含む）。次に、集塵高温プロセスガスが廃熱ボイラー３１０に入って熱が回収され（第１熱交換であって、第１熱交換の条件は、チューブサイドの煙道ガス側の圧力－１．５ｋＰａ、ボイラーの煙道ガス入口温度１０００℃、ボイラーの煙道ガス出口温度３８０℃、シェルサイドの蒸気側の圧力３．８ＭＰａ、温度２４９℃を含む）、１時間あたり３１ｔの３．８ＭＰａ飽和蒸気が生成された。飽和蒸気が蒸気過熱器３２０において固体のない少量の高温プロセスガスと熱交換し（第２熱交換であって、第２熱交換の条件は、煙道ガス側の圧力－１．５ｋＰａ、加熱器の煙道ガス入口温度１０００℃、加熱器の煙道ガス出口温度４５０℃、蒸気側圧力３．８ＭＰａ、温度３５０℃を含む）、熱蒸気１６が得られ、過熱蒸気は蒸気タービンに入って、装置の電気エネルギーが低下する。

【0117】

（３）熱エネルギーを利用済みのプロセスガスは急冷加湿塔４００に入って、断熱加湿により急速冷却を行い、ガス温度が４００℃から７７℃に急冷した。次に、多段パッキンを備えた冷却吸収塔５００に入り、次に、第１吸収層に入って循環水冷却器で洗浄され、３５℃に降温し、次に、第２吸収層に入って洗浄され、冷凍水冷却器で洗浄されて２９℃に降温し、２回の冷却を行ったプロセスガスは電気デミスター６００に入って、三酸化硫黄酸ミストを除去された。

【0118】

（４）三酸化硫黄酸ミストを除去したプロセスガスは乾燥ユニット７００に入って、９３ｗｔ％の濃硫酸で乾燥された。

【0119】

（５）乾燥されたプロセスガスは、二酸化硫黄の含有量が５ｍｏｌ％になり、主送風機８１０によって２０ｋＰａに昇圧してから、第１外部熱交換器８３０、第２熱交換管路８４５ｂ（図１３を参照）に順次入って、熱交換された後、第１転化チャンバに入り、転化器８４０内で第１触媒層８４４ａの反応プロセスガス３７の温度が４１５±５℃に達すると、酸化反応を行った。反応を完了したプロセスガスは、温度が５５５±５℃に達すると、転化器８４０の第１熱交換管路８４５ａのチューブサイドのガスと熱交換を行い、第２触媒層８４４ｂでのプロセスガスの温度が４５５±５℃に達すると、酸化反応を行い、このように、第１転化チャンバにて第１酸化反応が行われ、第１酸化反応の転化率は９６ｍｏｌ％である。第１酸化反応プロセスガス３８は、第１外部熱交換器８３０のチューブサイドを経て熱交換を行った後、温度が１５０℃以上に制御され、多段吸収塔８８０の第１段吸収層に入って第１吸収を１００ｗｔ％硫酸で行い、吸収率は９９．９９ｗｔ％であった。

【0120】

第１吸収を完了したプロセスガスは第２外部熱交換器８７０及び第１熱交換管路８４５ａに順次入って熱交換を行ってから、第２転化チャンバに入った。第３触媒層８４４ｃでの反応プロセスガスの温度が４１５±５℃に達すると、酸化反応を開始させ、反応を完了した三酸化硫黄含有プロセスガスは、第２熱交換管路８４５ｂを経て熱交換を行った後、第４触媒層８４４ｄの温度が４１５±５℃に達すると、酸化反応を開始させ、第２転化チャンバにおいて第２酸化反応を完了し、反応後の４つの触媒層の総転化率は９９．９２ｍｏｌ％であった。次に、転化器８４０の第２転化ガス出口からの第２酸化反応プロセスのガス温度を１３０℃以上に制御して、多段吸収塔８８０の第２段吸収層に入れて第２吸収を９８ｗｔ％硫酸で行い、吸収率は９９．９９ｗｔ％であった。

【0121】

第２吸収を完了したプロセスガスを外部に排出し、該排出ガス中、ＳＯ_２濃度は５０ｍｇ／Ｎｍ^３以下、ＮＯ_ｘ濃度は５０ｍｇ／Ｎｍ^３以下、酸ミストの濃度は５ｍｇ／Ｎｍ^３以下、粒子の濃度は３０ｍｇ／Ｎｍ^３以下である。

【0122】

図９は、上記の硫黄含有廃棄物処理システムの集塵ユニット２００と熱エネルギー回収ユニット３００との接続構造を示し、ここで、熱エネルギー回収ユニット３００は集塵ユニット２００の下流に接続される。前記集塵ユニット２００は、並列に配置された少なくとも２つのフィルタ群を含み、前記フィルタ群ごとに２つのフィルタが含まれており、２つのフィルタは、それぞれサイクロン集塵器２１０及びセラミックメンブランフィルタ２２０であり、前記セラミックメンブランフィルタ２２０は前記サイクロン集塵器２１０の下流に直列接続される。前記サイクロン集塵器２１０のシェルの材質は高合金鋼である。前記サイクロン集塵器２１０の内側壁には断熱層及び耐火層が順次設けられ、前記断熱層の材質は軽量キャスタブル及び／又は軽量耐火煉瓦である。前記耐火層の材質は、コランダム煉瓦、コランダムムライト煉瓦、クロムコランダム煉瓦、及び炭化ケイ素から選択される少なくとも１種である。前記サイクロン集塵器の吸気口は螺旋面の吸気構造である。前記サイクロン集塵器の灰排出口は星型アッシュバルブ構造又はオーバーフロースパイラル構造を採用する。前記熱エネルギー回収ユニット３００は廃熱ボイラー３１０と蒸気過熱器３２０を含み、前記廃熱ボイラー３１０及び前記蒸気過熱器３２０はすべて前記集塵ユニット２００に連通しており、かつ、前記廃熱ボイラー３１０と前記蒸気過熱器３２０は連通しており、これによって、前記廃熱ボイラー３１０で得られた飽和蒸気は前記蒸気過熱器３２０に入ることができる。

【0123】

特定の集塵ユニットと熱エネルギー回収ユニットが組み合わされ、サイクロン集塵器の内側壁に特定の断熱層及び耐火層が順次設けられ、また、特定の装置構造及び組み合わせの形態も採用されることによって、温度の高い粉塵含有煙道ガス（例えば硫黄含有廃棄物の高温燃焼分解プロセスにおいて高温分解炉から排出された、温度が９００～１２００℃と高い二酸化硫黄含有煙道ガス）の設備に対する要件が満たされ、集塵効率が高く、また、粉塵含有高温煙道ガスの集塵装置での熱損失が顕著に低下する。

【0124】

上記の硫黄含有廃棄物処理システムの浄化冷却ユニットは、順次連通している急冷加湿塔４００、多段冷却吸収塔５００、及び電気デミスター６００を含み、前記急冷加湿塔４００と前記熱エネルギー回収ユニット３００は連通している。

【0125】

図１０は急冷加湿塔４００の概略図を示す。該急冷加湿塔４００は第１塔体４１０とスプレーアセンブリ４２０を含み、第１塔体４１０は、冷却チャンバ４１１、チャンバ入口４１２及びチャンバ出口４１３を含み、チャンバ入口４１２及びチャンバ出口４１３は、それぞれ第１塔体４１０の外壁に設けられ、冷却チャンバ４１１に連通しており、チャンバ入口４１２は塔体４１０の下部に位置し、チャンバ出口４１３は塔体４１０の上部に位置する。スプレーアセンブリ４２０は冷却チャンバ４１１内に設けられ、スプレーアセンブリ４２０は第１スプレー口４２１と第２スプレー口４２２を含み、第１スプレー口４２１は、冷却液体を下方にスプレー可能に構成され、第２スプレー口４２２は、冷却液体を上方にスプレー可能に構成され、第１スプレー口４２１と第２スプレー口４２２は互いに反対して設けられる。

【0126】

スプレーアセンブリ４２０の第１スプレー口４２１は、冷却液体を下方にスプレー可能に構成され、第２スプレー口４２２は、冷却液体を上方にスプレー可能に構成され、また、第１スプレー口４２１と第２スプレー口４２２は互いに反対して設けられるため、高温プロセスガスがチャンバ入口４１２から冷却チャンバ４１１に入ってチャンバ出口１３０へ流れるときに、第１スプレー口４２１及び第２スプレー口４２２によってスプレーされた冷却液体は、それぞれ上方と下方の２つの方向において高温プロセスガスを完全に冷却して降温することができ、また、高温プロセスガスの湿度を向上させ、高温プロセスガスを３２０～３５０℃の高温から７５～８０℃に急冷することができ、これによって、プロセスガスを効率的かつ有効に降温することを実現し、システムに発生した抵抗力は小さく、通常１Ｋｐａであり、これにより、硫黄含有廃棄物の処理周期が短縮される。

【0127】

さらに、急冷加湿塔４００は単方向スプレー４３０をさらに含んでもよく、単方向スプレー４３０はスプレーアセンブリ４２０とチャンバ出口４１３との間に設けられ、単方向スプレー４３０は冷却液体を下方にスプレー可能に構成され、これにより、冷却効果が高まる。

【0128】

図１１は冷却吸収塔５００の概略図を示す。該冷却吸収塔は、第２塔体５１０と、第１吸収層と、第２吸収層と、を含み、第２塔体５１０は垂直方向に沿って設けられ、垂直方向に延びている冷却吸収チャンバを有し、第２塔体５１０は、それぞれ冷却吸収チャンバに連通しているガス供給口及びガス排出口を含み、ガス供給口は第２塔体５１０の下部に設けられ、ガス排出口は第２塔体５１０の上部に設けられる。第１吸収層と第２吸収層は垂直方向に沿って冷却吸収チャンバ内にスペースを空けて設けられ、ここで、第１吸収層は冷却吸収チャンバ内に吸収液をスプレーすることができる第１スプレー機構５２０を含み、第２吸収層は冷却吸収チャンバ内に吸収液をスプレーすることができる第２スプレー機構５３０を含む。

【0129】

第２塔体５１０は垂直方向に沿って設けられ、垂直方向に延びている冷却吸収チャンバを有するため、該冷却吸収塔の占有面積が減少し、使用コストが低下する。また、冷却吸収チャンバ内には第１吸収層と第２吸収層が垂直方向に沿ってスペースを空けて設けられるので、第１吸収層は冷却吸収チャンバ内に吸収液をスプレーすることができる第１スプレー機構５２０を含み、第２吸収層は冷却吸収チャンバ内に吸収液をスプレーすることができる第２スプレー機構５３０を含み、このため、プロセスガスはガス供給口から冷却吸収チャンバに入った後、第１スプレー機構５２０によってスプレーされた吸収液及び第２スプレー機構５３０によってスプレーされた吸収液のそれぞれと吸収反応を行い、吸収液はプロセスガス中の三酸化硫黄を十分に吸収し、これにより、プロセスガスを洗浄する効果が得られる。

【0130】

さらに、第２塔体５１０の冷却吸収チャンバ内にセパレータ５１３が設けられていてもよく、該セパレータ５１３によって冷却吸収チャンバは下方から上方へ第１チャンバと第２チャンバに仕切られ、第１吸収層は第１チャンバ内に設けられ、第２吸収層は第２チャンバ内に設けられる。第２塔体５１０には、吸気口５１１と、排気口５１２と、第１チャンバと第２チャンバを連通させる通気口とが開けられ、吸気口５１１は第１チャンバに連通しており、該第１チャンバの下部に位置し、外部のプロセスガスを受けることに用いられ、排気口５１２は第２チャンバに連通しており、該第２チャンバの上部に位置し、プロセスガスを下流の工程に排出することに用いられる。第１スプレー機構５２０及び第２スプレー機構５３０は、それぞれ第１チャンバ及び第２チャンバ内に吸収液をスプレーするとともに冷凍液をスプレー可能に構成され、冷凍液の温度が冷却液の温度よりも低い。このように構成すると、冷凍液によってプロセスガスの温度をさらに低下できるという利点があり、例えば、冷却液の温度は２８～３２℃であり、プロセスガスは第１吸収層を経て洗浄され約３５℃に降温し、次に、温度７～１０℃の冷凍液でさらに降温した後、第２吸収層を経て洗浄され約１５℃に降温することができ、これによって、冷却効果が大幅に高まる。

【0131】

冷却液の利用効率を高め、エネルギーを節約し、生産コストを下げるために、冷却吸収塔５００は水ポンプ５６０と冷却器５７０を含み、これにより、吸収液及び冷凍液は冷却されてから冷却チャンバ内に再循環される。

【0132】

吸収液とプロセスガスとの接触をより十分にするために、第１吸収層は第１パッキン５４０を含んでもよく、第１スプレー機構５２０は吸収液を下方にスプレー可能に構成され、第１パッキン５４０は第１スプレー機構５２０の下方に設けられる。第２吸収層は第２パッキン５５０を含んでもよく、第２スプレー機構５３０は吸収液を下方にスプレー可能に構成され、第２パッキン５５０は第２スプレー機構５３０の下方に設けられる。理解すべきことは、パッキンは様々な材質を採用することができ、吸収液とプロセスガスとをさらに十分に接触できればよく、一実施形態では、第１パッキン５４０及び第２パッキン５５０はポリプロピレンヘリックスリングである。

【0133】

プロセスガスは、浄化冷却及び乾燥ユニット７００による乾燥処理を施された後、酸化吸収ユニット８００に導入され、その中の二酸化硫黄が三酸化硫黄に転化され、この三酸化硫黄が吸収されて硫酸になる。図１２は酸化吸収ユニット８００の概略図を示し、図１３は該酸化吸収ユニット８００の転化器８４０の構造概略図である。

【0134】

該酸化吸収ユニット８００は転化装置と吸収装置を含み、前記転化装置は乾燥ユニット７００に連通しており、乾燥ユニット７００で得られた第４ガス中の二酸化硫黄を酸化し、三酸化硫黄含有ガスを得ることに用いられ、前記吸収装置は転化装置に連通しており、三酸化硫黄含有ガスを吸収処理し、硫酸及び排出ガスを得ることに用いられる。具体的には、図示した好適な実施形態では、酸化吸収ユニット８００は、第１外部熱交換器８３０、第２外部熱交換器８７０、多段吸収塔８８０、第１熱交換器８５０、第２熱交換器８６０、硫酸冷却器８９０、吸収循環ポンプ、及び第１熱交換管路８４５ａと第２熱交換管路８４５ｂに設けられる転化器８４０を含む。点線は昇温管路を表し、実線はプロセス管路を表し、矢印は昇温時の媒体の流通方向を表し、具体的には、以下のように流通する。プロセスガスは送風機８１０によって昇温炉８２０に送られ、その後、第１外部熱交換器８３０に入り、次に、転化器８４０に入り、その後、第２外部熱交換器８７０に入り、最後に、第２熱交換器８６０を経て送風機８１０に戻り、このように、循環が完了する。この昇温過程においては、媒体は送風機８１０、昇温炉８２０及び転化器８４０内を循環し、多段吸収塔８８０に入らず、昇温管路及びプロセス管路は一部が重なるが、プロセスの正常な流れに影響しない。

【0135】

図１３に示す転化器８４０は、転化器ハウジング８４１と、触媒層アセンブリと、熱交換管路８４５ａ、８４５ｂと、を含み、転化器ハウジング８４１の内部に転化チャンバを有し、転化器ハウジング８４１には、それぞれ転化チャンバに連通している転化ガス入口８４２ａ、８４２ｂ及び転化ガス出口８４３ａ、８４３ｂが開けられ、触媒層アセンブリは少なくとも２つの触媒層８４４ａ、８４４ｂ、８４４ｃ、８４４ｄを含み、複数の触媒層は転化チャンバ内に設けられ、プロセスガスの流れ方向にスペースを空けて配置され、熱交換管路８４５ａ、８４５ｂの数と触媒層８４４ａ、８４４ｂ、８４４ｃ、８４４ｄの数とが一致し、熱交換管路は転化チャンバに少なくとも部分的に位置し、隣接する２つの触媒層の間に設けられる。熱交換管路は転化チャンバに位置するように構成され、隣接する２つの触媒層の間に設けられることによって、占有空間を大幅に小さくし、使用コストを効果的に下げることができる。

【0136】

具体的には、該転化器８４０は、転化器ハウジング８４１内に形成された第１転化チャンバと第２転化チャンバ、第１触媒層８４４ａ、第２触媒層８４４ｂ、第３触媒層８４４ｃ、第４触媒層８４４ｄ、第１転化ガス入口８４２ａ、第２転化ガス入口８４２ｂ、第１転化ガス出口８４３ａ及び第２転化ガス出口８４３ｂを含み、第１転化ガス入口８４２ａと第１転化ガス出口８４３ａはすべて第１転化チャンバに連通しており、これにより、プロセスガスは第１転化ガス入口８４２ａから第１転化ガス出口８４３ａに流れることができ、第２転化ガス入口８４２ｂと第２転化ガス出口８４３ｂはすべて第２転化チャンバに連通しており、これにより、プロセスガスは第２転化ガス入口８４２ｂから第２転化ガス出口８４３ｂに流れることができ、第１触媒層８４４ａと第２触媒層８４４ｂはすべて第１転化チャンバ内に設けられ、プロセスガスの流れ方向にスペースを空けて設けられ、第３触媒層８４４ｃと第４触媒層８４４ｄはすべて第２転化チャンバ内に設けられ、プロセスガスの流れ方向にスペースを空けて配置される。

【0137】

本発明では、プロセスガスは、第１転化ガス入口８４２ａから第１転化チャンバに入り、まず、第１触媒層８４４ａと反応し、次に、第２触媒層８４４ｂと反応し、反応完了後、第１転化ガス出口８４３ａから外部の熱交換器に直接入り、反応を完了した三酸化硫黄含有プロセスガスは、外部の熱交換器で熱交換されることにより温度が１５０℃以上に制御され、次に、多段吸収塔の第１段に入る。一次転化の転化率は９５～９６％であり、１００ｗｔ％硫酸で吸収されたところ、吸収率は９９．９９％である。吸収を完了したプロセスガスは、さらに外部の熱交換器を順次通過して熱交換を行い、熱交換後のプロセスガスは、温度が４１５～４２０℃に達し、第２転化ガス入口８４２ｂから第２転化チャンバに入り、まず、第３触媒層８４４ｃと反応し、反応を完了した三酸化硫黄含有プロセスガスは、第２熱交換管路８４５ｂで熱交換されてから、第４層触媒層８４４ｄと反応し、反応後のプロセスガスは、温度が１３０℃以上に制御され、第２転化ガス出口８４３ｂから多段吸収塔の第２段に入る。吸収率は９９．９９％であり、吸収を完了したプロセスガスは外部に排出され、ＳＯ_２濃度は５０ｍｇ／ｍ^３以下、ＮＯ_ｘ濃度は１００ｍｇ／ｍ^３以下、酸ミストは５ｍｇ／ｍ^３以下、粒子濃度は３０ｍｇ／ｍ^３以下である。このため、本発明の転化器には、転化効率が高い利点がある。

【0138】

転化チャンバ内に各触媒層を安定的に設けるために、本発明の一実施形態では、転化器８４０は、第１触媒層８４４ａ、第２触媒層８４４ｂ、第３触媒層８４４ｃ及び第４触媒層８４４ｄにそれぞれ対応する複数の支持アセンブリを含み、支持アセンブリは格子板８４６を含み、格子板８４６の縁部が転化器ハウジング８４１の内側壁に接続されて触媒層を支持する。さらに、支持アセンブリは、触媒層の格子板８４６から離れた側に設けられる耐熱性セラミックボール８４７を含む。本発明では、耐熱性セラミックボール８４７の主な作用は、触媒層を押えて触媒層を格子板８４６上に平坦に被覆し、触媒層が気流により吹き飛ばされて飛散することを防止する。また、耐熱性セラミックボール８４７は、これを経るプロセスガスと熱交換を行い、プロセスガスの温度を、触媒層と反応するのに適切な温度に下げる一方、プロセスガス中の不純物粒子を吸収し、浄化の作用を果たすことができる。

【0139】

上記の反応炉アセンブリ及び硫黄含有廃棄物処理システムに基づいて、本発明はまた、硫黄含有廃棄物の燃焼方法、及び硫黄含有廃棄物再生による硫酸製造方法を提供する。燃焼対象の硫黄含有廃棄物は、廃硫酸、硫黄含有廃液や硫黄含有廃ガスなどであってもよく、燃料は天然ガス、硫黄、液化炭化水素、硫化水素や重油有機物から選択された少なくとも１種であってもよい。燃焼によるプロセスガスでは、二酸化硫黄の含有量は３～１２ｍｏｌ％であり、ＮＯ_ｘの含有量は１００ｍｇ／ｍ^３以下、酸素の含有量は０．５～５ｍｏｌ％である。

【0140】

以上は図面を参照して本発明の好適な実施形態を詳細に説明したが、本発明はこれに限定されない。本発明の技術構想範囲内で本発明の技術案について各種の簡単な変形を行うことができ、不要な重複をしないように、本発明では、各種の可能な組み合わせについて別途説明しない。ただし、これらの簡単な変形及び組み合わせも本発明の開示内容とみなすべきであり、すべて本発明の特許範囲に属する。

【0141】

〔符号の説明〕
１００ 反応炉アセンブリ
１１０ 反応炉体
１１１ 火炉
１１２ 燃料ガス入口
１１３ プロセスガス出口
１１４ 第１助燃空気入口
１１５ 第２助燃空気入口
１１６ 液体スプレーガン
１２０ 加熱装置
１２１ 加熱ハウジング
１２２ 電熱機構
１２３ 加熱チャンバ
１２４ 加熱ガス入口
１２５ 加熱ガス排出口
１３０ 送風機
２００ 集塵ユニット
２１０ サイクロン集塵器
２２０ セラミックメンブランフィルタ
３００ 熱エネルギー回収ユニット
３１０ 廃熱ボイラー
３２０ 蒸気過熱器
４００ 急冷加湿塔
４１０ 第１塔体
４１１ 冷却チャンバ
４１２ チャンバ入口
４１３ チャンバ出口
４２０ スプレーアセンブリ
４２１ 第１スプレー口
４２２ 第２スプレー口
４３０ 単方向スプレー
５００ 冷却吸収塔
５１０ 第２塔体
５１１ 吸気口
５１２ 排気口
５１３ セパレータ
５２０ 第１スプレー機構
５３０ 第２スプレー機構
５４０ 第１パッキン
５５０ 第２パッキン
５６０ 水ポンプ
５７０ 冷却器
６００ 電気デミスター
７００ 乾燥ユニット
８００ 酸化吸収ユニット
８１０ 送風機
８２０ 昇温炉
８３０ 第１外部熱交換器
８４０ 転化器
８４１ 転化器ハウジング
８４２ａ 第１転化ガス入口
８４２ｂ 第２転化ガス入口
８４３ａ 第１転化ガス出口
８４３ｂ 第２転化ガス出口
８４４ａ 第１触媒層
８４４ｂ 第２触媒層
８４４ｃ 第３触媒層
８４４ｄ 第４触媒層
８４５ａ 第１熱交換管路
８４５ｂ 第２熱交換管路
８４６ 格子板
８４７ 耐熱性セラミックボール
８５０ 第１熱交換器
８６０ 第２熱交換器
８７０ 第２外部熱交換器
８８０ 多段吸収塔
８９０ 硫酸冷却器

【図面の簡単な説明】

【0142】

【図1】本発明の一実施形態における反応炉アセンブリの概略図である。

【図2】本発明の反応炉アセンブリの火炉の側面図である。

【図3】本発明の反応炉アセンブリの火炉の正面図である。

【図4】本発明の反応炉アセンブリの加熱装置の概略図である。

【図5】本発明の一実施例による硫黄含有廃棄物処理システムの反応炉燃焼制御方法のフローチャートである。

【図6】本発明の一実施例による硫黄含有廃棄物処理システムの反応炉燃焼制御方法のフローチャートである。

【図7】本発明の実施例による硫黄含有廃棄物処理システムのプロセス流れの概略図である。

【図8】本発明の硫黄含有廃棄物再生による硫酸製造方法のフローチャートである。

【図9】集塵ユニット及び熱エネルギー回収ユニットの概略図である。

【図10】急冷加湿塔の概略図である。

【図11】冷却吸収塔の概略図である。

【図12】酸化吸収ユニットの概略図である。

【図13】転化器の概略図である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【国際調査報告】