FI121271B - Menetelmä vedyn ja rikkihapon valmistamiseksi - Google Patents

Description

MENETELMÄ VEDYN JA RIKKIHAPON VALMISTAMISEKSI KEKSINNÖN ALA

Esillä oleva keksintö kohdistuu menetelmään vedyn ja väkevän rikkihapon 5 tuottamiseksi samanaikaisesti rikkipitoisesta syötteestä.

KEKSINNÖN TAUSTA

Maailmanlaajuinen energian tarpeen kasvu ja tarve hallita kasvihuone-päästöjä voi johtaa uuden ja yleismaailmallisen energialähteen, vedyn 10 tuotantoon. Nykyisin suurin osa energiantuotannosta tulee hiilivedyistä: öljy (18 %), hiili (30 %) ja luonnonkaasu (48 %) ja vain noin 4 % elektrolyysillä hajotetusta vedestä. Pitkällä aikavälillä katsottuna ennustettu fossiilisten polttoaineiden puute jättää vain veden ja ehkä uusiutuvan biomassan varteenotettaviksi vaihtoehdoiksi vedyn tuotantoon.

15

Termokemiallisten, vettä hajottavien syklien tutkiminen alkoi noin 40 vuotta sitten ja siitä lähtien on aiheesta julkaistu sadoittain teknisiä artikkeleja. Yli 200 termokemiallista sykliä on raportoitu ja lukuisa määrä niistä on määritetty kvantitatiivisesti tietokonemallinnuksina. On myös kehitetty hakuohjelma, 20 joka käyttää vain vapaita muodostumisenergioita uusien termokemiallisten syklien löytämiseksi.

Eräitä suurimmista ponnisteluista näiden syklien kehittämiseksi on tehty Joint Research Centressä Isprassa (Varese, Italia). Euroopan Unionin 25 Ministerineuvosto hyväksyi ohjelman ja se kattoi jakson 1973-1983. Eräässä toisessa kymmenvuotisohjelmassa USA:ssa (Gas Research Institute) tehtiin hyvin yksinkertainen arvio 200 erillisestä termokemiallisesta syklistä ja lopulta kahdeksaa sykliä operoitiin onnistuneesti materiaalikierrätyksineen niiden periaatteellisen toiminnan osoittamiseksi.

Kaikkein lupaavin tapa valmistaa vetyä ilman hiilidioksidin muodostumista on hajottaa vesi auringosta saatavan korkean lämpötilan energialla, 30 2 ydinenergian tai termokemiallisissa sykleissä muodostuvan jätelämmön avulla. Niissä vesi hajotetaan vedyksi ja hapeksi kemian avulla, joka käyttää välituotteita, joita kierrätetään ja tarvittava energia tuodaan lämpönä. Noin 100 termokemiallista sykliä on löydetty. Neljä niistä on asetettu 5 jatkotutkimuksiin: ensimmäisenä hybridi-rikki-sykli - ‘Westinghouse-sykli’, ja sitten kolme sen läheistä haastajaa, Ispra Mark 13 hybridisykli, UT-3 -sykli ja rikki-jodi (S-l) sykli.

Lukuun ottamatta UT-3-sykliä pääreaktio kaikkein lupaavimmissa ίο termokemiallisissa prosesseissa on rikkihapon hajottaminen (1), mikä on endoterminen ja tapahtuu korkeassa lämpötilassa.

H2S04 = H20 + S02 + 1/2 02 (1) Tätä reaktiota täydennetään muilla reaktioilla, jotka puolestaan sulkevat termokemiallisen syklin eri variaatioineen kuten: 15 Westinghouse Electric Corporationin tavoitteena oli kehittää sykli, jota kutsutaan hvbridi-rikkisvkliksi (HyS prosessi), koska yksi reaktioista (2) on sähkökemiallinen.

2H20 + S02 + (sähkö) = H2SO4 + H2 (2)

Hybridi-rikki-sykliä kuvataan esimerkiksi US patentissa 4412895.

20

General Atomics kehitti rikki-jodisykliä ja määritteli olosuhteet, missä Bunsen-reaktion tuotteet vesi, jodi ja rikkidioksidi muodostavat kaksi faasia, toinen Hl-rikas ja toinen hfeSCVrikas. Sykli, joka sisältää Bunsen-reaktion (3) ja hajoamisreaktioon (4), tunnetaan nykyisin myös GA-prosessina. 25 Menetelmää on kuvattu esimerkiksi US-patentissa 4,089,940.

2H20 + S02 + l2 = H2SO4 + 2HI (3) 2HI = l2 + H2 (4)

Ispra Mark 13 on hybridisykli ja täydellinen penkkipilot-mittakaavan jatkuva 30 prosessi rakennettiin ja oli toiminnassa Isprassa. Tämän syklin reaktiot ovat: 2H20 + SO2 + Br2 = H2S04 + 2HBr (5) 2HBr + (elec) = Br2 + H2 (6) 3 UT-3 prosessi, joka on keksitty Tokion yliopistossa 1970-luvulla ja jonka JAERI (Japan Atomic Energy Research Institute, Ibaraki, Japan) on valinnut jatkokehitykseensä, muodostuu neljästä kaasu-kiinteä reaktiosta: kaksi Ca-5 yhdisteiden reaktiota (7), (8) ja kaksi Fe-yhdisteiden reaktioita (9), (10). Tätä prosessia operoidaan syklisesti, jolloin kiintoaineet jäävät reaktioastioihinsa ja kaasuvirtaus katkaistaan, kun reaktio on edennyt riittävän pitkälle.

CaBr2 + H20 = CaO + 2HBr (7)

CaO + Br2 = CaBr2 + ΛΑ 02 (8) ίο Fe304 + 8HBr = 3FeBr2 + 4H20 + Br2 (9) 3FeBr2 + 4H20 = Fe304 + 6HBr + H2 (10)

Edellä olevista neljästä termokemiallisesta syklistä Ispra Mark 13-sykliä ei ole tutkittu enää viime vuosina ja sama koskee adiabaattista UT-3-sykliä, 15 joka ei myöskään ole enää JAERI’n tutkimuskohteena tällä alueella. Siten viime aikoina S-l ja HyS-syklit ovat olleet suosittuja maailmassa verrattuna muihin termokemiallisiin sykleihin, joita on tutkittu viimeisen 35 vuoden aikana.

20 Termokemiallisten syklien eniten energiaa vaativa osa on syklin aikana muodostuvan H2S04:n hajotus (S02+H20+1/202). Alkuperäinen keksintö samoin kuin myöhemmät S-l-syklin kehitysversiot esittävät ydinenergiaa ensisijaiseksi lämmönlähteeksi ja samoin on tilanne myös HyS-prosessissa.

25 Koko rikki-jodisyklille on laskettu alueella η = 47-56 % olevia tehokkuuksia (vetyä termisesti) ja on osoitettu, että termokemiallisilla sykleillä on mahdollisuus saada koko systeemin tehokkuus nousemaan yli 40%:n. Tämä on paljon vähemmän kuin tehokkuus elektrolyysissä, jossa tuotetaan vetyä vettä hajottamalla. Sähköllä tehtävän konversion (vetyä sähköllä) tehokkuus 30 on nykyisin noin 80 %.

4

Rikki-jodisykli (S-l) voidaan jakaa seuraaviin reaktioihin (11)-(17), joissa suluissa olevat lämpötilat ovat likiarvioita ja riippuvat paineesta, joka ei välttämättä ole yhtenäinen syklin eri osissa. Käytännön stökiömetriat ovat: 5 (9I2)i + (S02)g + (16H20)i (2HI +10H2O + 8I2), + (H2S04 + 4H20), [120°C] (11) L2: (2HI + 10H20 + 8l2),^(2HI)g + (10H20 + 8l2)i [230°C] (12) 10 (2HI)g -> H2 + (l2)i [330°C] (13)

Li: (H2S04 + 4H20)i ^ (H2S04)i + (4H20)g [300°C] (14) (H2S04),(H2S04)g [360°C] (15) 15 (H2S04)g ^ (S03)g + (H20)g [400°C] (16) (S03)g-> (S02)g + 1/202 [870°C] (17)

Reaktio (11), nimeltään Bunsen-reaktio, muodostaa ensimmäisen osan. Se 20 etenee eksotermisesti nestefaasissa ja tuottaa kahta toisiinsa liukenematonta hapanta vesifaasia, joiden koostumukset on merkitty sulkuihin: Lrfaasi, joka on vesipitoinen rikkihappoliuos ja L2-faasi, joka on Hlx-faasi, ja joka on vetyjodidin, jodin ja veden seos. Bunsen-reaktio, siten kuin se on kirjoitettu kaavassa (11), sisältää ylimäärin sekä vettä että jodia 25 verrattuna stökiömetrisiin määriin. Veden ylimäärä tarvitaan tekemään reaktio spontaaniksi ja jodin ylimäärä saa aikaan faasien erottumista, mikä on prosessin avaintekijä. Kyseiset ylimäärät ovat kuitenkin ei-toivottuja syklin seuraavassa Hlx-osassa samoin kuin energiataseen kannalta.

30 Reaktiot (14)-(17) kuuluvat toiseen vaiheeseen. Reaktiot (15)-(17) etenevät kaasufaasissa ja tuottavat H20:ta, S02:ta ja 02:ta. Nämä kaasut 5 jäähdytetään ennenkuin ne kuplitetaan Bunsen-reaktoriin hapen erottamiseksi S02:sta ja H20:sta. Vaihtoehtoisesti happi voidaan erottaa kaasusta ennen sen menemistä Bunsen-reaktoriin. Hl-hajotus reaktion (13) mukaisesti pitää suorittaa edellä olevassa Bunsen-reaktiossa syntyneestä 5 ΗΙχ-seoksesta. Happovaihe tuntuu olevan syklin parhaiten tunnettu osuus, koska siitä on kokemusta rikkihappoteollisuudessa. Rikkihappo konsentroidaan sarjassa paisuntahaihduttimia alkaen matalasta paineesta. Sen jälkeen siitä poistetaan vesi ennen kuin SO3 hajotetaan S02:ksi. Hajotus tapahtuu vain osittain ja hajoamaton S03 yhdistyy uudelleen veden kanssa, 10 jolloin on mahdollisuus ottaa sen lämpösisältö talteen.

Kolmas vaihe muodostuu reaktioista (12) ja (13). Reaktiossa (12) Hl erotetaan L2:sta. Tämä erotus on syklin kaikkein kriittisin vaihe. Reaktio (13) on Hl:n terminen hajotus. On myös ehdotettu, että reaktiot (12) ja (13) 15 suoritettaisiin samassa reaktiivisessa tislauskolonnissa.

Hybridi-rikkiprosessi (HyS, Westinghouse-prosessi) on kokonaan nesteessä tapahtuva kaksivaiheinen termokemiallinen sykli, johon kuuluu vedyn tuotto elektrolyyttisesti ja toisena prosessivaiheena rikkihapon hajotus. Näiden 20 kahden reaktion nettotulos on veden hajoaminen aineosikseen eli vedyksi ja hapeksi.

Systeemissä on kolme pääprosessivaihetta: -S02-depolarisoitu elektrolyysiallas kaasumaisen vedyn ja vesi-25 rikkihapposeoksen valmistamiseksi, - rikkihapon väkevöimis- ja hajotusvaihe, ja - 02:n erotus S02:sta ennen S02:n johtamista takaisin elektrolyysialtaaseen.

HyS-prosessin ensimmäinen vaihe käsittää vedyn tuotannon 30 sähkökemiallisessa kennossa reaktion (18) mukaan. Rikkidioksidi hapettuu sähkökemiallisen kennon anodilla samalla kun protonit pelkistyvät katodilla 6 muodostaen vetyä. Kennossa käytettävä elektrolyytti on rikkihappo ja rikkidioksidia käytetään anodin huuhteluun.

S02 + 2 H20 H2SO4 + H2 [sähkökemiallinen, 80-120°C] (18) 5

Teoreettinen tasapainojännite, mikä vaaditaan veden hajottamiseksi standardiolosuhteissa (25°C, ääretön laimennus) on E°h2/h2o = 1-23 V, ja kaupalliset suorat veden elektrolyyttiset hajottimet, joiden pitää ottaa huomioon systeemin tehokkuus ja ylijännite, toimivat alueella 1.8-2.6 V per 10 kenno. Rikkidioksidin läsnäolo depolarisoi anodia ja pienentää reversiibeliä jännitettä verrattuna siihen, mitä tarvitaan suoraan veden dissosiaatioon.

Hapon hajotusvaiheeseen kuuluu useita prosessivaiheita, kuten esikuumen-nus, hapon väkevöinti, hapon haihdutus, hapon dissosiointi ja rikkitrioksidin 15 hajotus, kuten on esitetty aikaisemmin reaktioissa (15) - (17). Tämä prosessivaihe on yhteinen kaikille rikkiin perustuville termokemiallisille sykleille ja niinpä niitä tuloksia, mitä on saatu tämän vaiheen kehittämisessä rikki-jodiprosessissa, voidaan suoraan soveltaa myös HyS-sykliin.

20 Rikkihapon hajotusyksikön jälkeen happi, joka on termisesti hajotettu S03:sta, poistetaan virtauksesta. Erotettu rikkidioksidi kierrätetään elektrolyysialtaaseen ja happi käytetään joko jossakin muussa prosessissa tai johdetaan ulos.

25 Edellä kuvatut alkuperäiset termokemialliset syklit on kehitetty ydinenergian käyttöä silmälläpitäen ja S02:n hyväksikäyttöä ilman kierrätystä ja rikkihapon hajotusta ei ole käsitelty tässä yhteydessä.

Tekniikan tasossa on kuvattu JP 2005219033:ssä menetelmä, jossa 30 poistetaan rikin oksidia kaasusta ja käytetään sitä vedyn ja rikkihapon tuotantoon. Rikkioksidia sisältävä kaasu poistetaan uunista, sellaisesta kuin hiilen/öljynpolttokattilasta, metallin raffinointiuunista ja rikkiuunista. Rikkiok- 7 sidia sisältävä kaasu saatetaan kontaktiin bromin ja veden kanssa, jolloin syntyy rikkihappoa ja vetybromidia (HBr) sisältävää kaasua ja vettä. Rautabromidi (FeBr2) ja vesi saatetaan reagoimaan rautaoksidin (Fe304), vetybromidin ja vedyn muodostamiseksi. Rautaoksidi ja vetybromidi 5 reagoitetaan bromin ja rautabromidin muodostamiseksi. Bromia käytetään kontaktiin rikkioksidikaasun ja rautabromidia vedyn muodostamiseksi. Menetelmä näyttää olevan UT-3-prosessin modifikaatio.

JP 8071365 koskee menetelmää hapetus/pelkistyssysteemin käyttämiseksi io poistokaasuissa olevan rikin oksidin rikinpoistoon rikkihapon ja vedyn tuottamiseen sivutuotteina. Poistokaasu saatetaan kontaktiin rikkidioksidia absorboivan liuoksen kanssa, jossa on veteen liuennutta jodia. Liuos muodostaa kaksi kerrosta kevyen faasin sisältäessä rikkihappoa ja raskaan faasin vetyjodidia. Vetyjodidi elektrolysoidaan vedyn ja jodin tuottamiseksi. 15 Erotettu jodi käytetään uudelleen rikkidioksidikaasun absorboimiseen. Rikki-happopitoinen kevyt faasi väkevöidään. Menetelmä on Sl-prosessin modifikaatio ilman rikkihapon hajotusta.

Molemmat viitatut japanilaiset menetelmät tuottavat vedyn lisäksi 20 rikkihappoa. Kuitenkin jokaisen kevyessä faasissa olevan rikkihappomoolin (H2SO4/H2O) mukana on 5 moolia vettä, mikä tarkoittaa, että happo on laimeaa happoa, joka ei ole kaupallinen tuote. JP 8071365:ssä sanotaan, että rikkihappo konsentroidaan, mutta ei sanota, miten se tapahtuu. Kuten on tunnettua, väkevöiminen vettä haihduttamalla ei onnistu kuin 60 mooli-25 %:iin (» 90 p-%) asti ja kaupallista tuotetta (100 p-%) varten happo pitää konsentroida rikkihappotehtaalla. Niinpä rikkihapon tuotanto kyseisellä menetelmällä ei ole mahdollista ilman yhteyttä rikkihappotehtaaseen.

KEKSINNÖN TARKOITUS

30 Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on välttää rikkihapon kierrätys ja hajottaminen vedyn tuotannossa. Rikkihapon hajottamisen sijasta keksintö kohdistuu menetelmään, jossa rikkidioksidikaasu käytetään samanaikaisesti 8 vedyn ja konsentroidun rikkihapon (100 p-%) tuottamiseen. Jakamalla rikkidioksidikaasuvirta kahteen osaan voidaan välttää riippuvuus mistään rikkihappotehtaasta, jolloin ensimmäinen osavirta johdetaan vedyn ja rikkihapon tuotantoon ja toinen osavirta rikkitrioksidin tuotantoon, jota 5 rikkitrioksidia käytetään konsentroimaan rikkihappo väkeväksi rikkihapoksi (100 p-%).

KEKSINNÖN YHTEENVETO

Keksinnön olennaiset piirteet käyvät esille oheisista patenttivaatimuksista.

10

Esillä oleva keksintö kohdistuu menetelmään kaasumaisen vedyn ja väkevän rikkihapon tuottamiseksi samanaikaisesti rikkidioksidikaasusta ja vedestä. Rikkidioksidikaasuvirta jaetaan kahdeksi erilliseksi osavirraksi, ensimmäinen osavirta johdetaan veden hajotukseen vedyn ja rikkihapon tuotannon 15 osittaisessa termokemiallisessa syklissä ja toinen osavirta syötetään hapettamaan rikkidioksidi rikkitrioksidiksi.

Osittainen termokemiallinen sykli viittaa tässä sykliin, jossa ei ole rikkihapon hajotuksen korkean lämpötilan vaihetta.

20

Osittaisessa termokemiallisessa syklissä muodostunutta rikkihappoa väkevöidään ensin haihduttamalla. Lopullinen konsentrointi väkeväksi rikkihapoksi (100 p-%) tapahtuu toisen osavirran rikkidioksidin hapettumistuotteena saadulla rikkitrioksidilla. Ensimmäiseen osavirtaan 25 johdetun rikkidioksidin määrä on vähintään 40 % koko määrästä. Toisen virran määrä riippuu haihdutusvaiheesta tulevan rikkihapon väkevyydestä tai väkevöintiasteesta.

Rikkidioksidin lähde voi olla mikä tahansa teknisesti toteuttamiskelpoinen 30 raaka-aine, kuten elementtirikki tai vetysulfidi, jotka konvertoidaan rikkidioksidiksi. Hapetin on edullisesti happi. Lähteenä voidaan käyttää myös rikkidioksidia, joko rikin polton tuloksena tai sivutuotetta sulfidisulatolta tai - 9 pasutolta tai teollisen prosessinkaasunpuhdistuslaitoksen S02:n väkevöinti-vaiheesta. Menetelmän raaka-aineena voidaan käyttää myös mitä tahansa muuta rikkilähdettä, joka voidaan konvertoida rikkidioksidiksi. Sulfidi on edullisesti ainakin yksi ryhmästä: kupari-, nikkeli-, sinkki-, lyijy- tai 5 rautasulfidi.

Esillä olevassa menetelmässä käytettävä osittainen termokemiallinen sykli voi olla mikä tahansa mahdollisista prosesseista, jotka käyttävät rikkiä ainesosanaan ja rikkihappoa välituotteena, kuten rikki-jodisykli tai hybridi-10 rikkisykli.

KUVALUETTELO

Kuva 1 esittää prosessikaavion eräästä keksinnön mukaisesta edullisesta menetelmästä, is kuva 2 esittää prosessikaavion eräästä toisesta keksinnön mukaisesta edullisesta menetelmästä, ja kuva 3 esittää prosessikaavion kolmannesta keksinnön mukaisesta edullisesta menetelmästä.

20 KEKSINNÖN YKSITYISKOHTAINEN SELOSTUS

Tekniikan tason mukaisten menetelmien päähaitta on ollut rikkihapon hajotuksen vaatima suuri energian kulutus, sillä se kuluttaa karkeasti yli 60% koko vedyn tuotannon lämpöenergiasta ja veden hajotukseen käytetään vähemmän kuin 40%. Viitattujen japanilaisten patenttijulkaisujen 25 menetelmissä vältetään rikkihapon hajotus, mutta niiden mukainen tuotanto pitää kuitenkin tapahtua rikkihappotehtaan yhteydessä, koska tuotettu rikkihappo ei sellaisenaan ole kaupallista tuotetta.

Esillä olevan menetelmän mukainen keksintö tuo esiin uuden 30 mahdollisuuden valmistaa itsenäisesti ja kustannustehokkaasti sekä vetyä että väkevää rikkihappoa (100 p-%).

10

Prosessikaavioiden valossa on esitetty joitakin edullisia prosessivaihtoehtoja. Kuvassa 1 on käytetty elementtirikkiä rikkidioksidin raaka-aineena. Rikin lähteenä voidaan kuitenkin käyttää myös vetysulfidia. Rikki konvertoidaan rikkidioksidiksi polttamalla sitä hapen kanssa rikkiuunissa 1.

5

Muodostetun rikkidioksidin ensimmäinen osavirta ja mahdollisesti pieni määrä happea, jota on käytetty ylimäärin, johdetaan Vetylinjalle ja siellä yhdistämis-ja sekoitusreaktoriin 2, jonne syötetään vettä ja kierrätetty vetyjodidin, elementaarisen jodin ja veden seos. Ensimmäisen osavirran ίο määrä on vähintään 40 % koko rikkidioksidivirrasta.

Yhdistetty rikkidioksidin, veden ja jodin sekä sen yhdisteiden seos johdetaan niin kutsuttuun Bunsen-reaktoriin 3. Bunsen-reaktio (11) toimii veden ja myös jodin ylimäärässä, jotta saadaan reaktiotuotteet H2SO4 ja Hl erilleen kahden 15 toisiinsa liukenemattoman faasin (H2SO4/H2O ja Hl/I2/H20) muodossa.

Reaktiolämpötila on noin 120 °C. Muodostuneen kahden faasin erotus tapahtuu settlerissä 4. Raskas faasi, joka sisältää vetyjodidin, jodin ja veden johdetaan erotus- ja hajotusvaiheeseen 5. Kevyt faasi, joka muodostuu laimeasta rikkihaposta ja vedestä, johdetaan haihdutusvaiheeseen 6.

20

Jokaista kevyen faasin (H2SO4/H2O) rikkihappomoolia seuraa alussa ylimäärä vettä, tyypillisesti 4-5 moolia. Jäljelle jäävä happo (20 mooli% = 57 p-%) konsentroidaan kaupallisiin luokkiin. Väkevöinnin ensimmäinen osa tapahtuu haihdutusvaiheessa 6. Tämä tehdään vähintään 40 mooli-%:iin 25 («78 p-%) ja edullisesti ainakin 60 mooli-%:iin («90 p-%) viiden paisuntahaihduttimen sarjassa (neljä kuumennettua haihdutinta 7,5 barin paineessa ja yksi adiabaattinen haihdutin 3 bar:iin asti), ja sitten happo kulkee 1 atnrssä olevan höyrystimen kautta happotehtaan absorptiotorneihin. Puhdas vesi poistetaan haihduttimien yläosasta ja 30 palautetaan Bunsen-reaktoriin 3. Matalapainehöyryä hapon jäähdytyksestä absorptioyksikössä käytetään happoväkevointivaiheessa (paisuntahaih- 11 duttimet). Korkeammat happoväkevyydet vaativat korkeapainehöyryä, jota saadaan rikin poltosta.

On edullista käyttää puhdasta happea (02 = 100%) nestemäisen 5 elementtirikin poltossa S02:n muodostamiseksi. Tämä antaa enemmän tehokkuutta Bunsen-reaktorille ja se mahdollistaa myös konvertoitumattoman S02:n ja hapen syötön takaisin rikinpolttouuniin.

Rikkiuunissa 1 muodostetun rikkidioksidin toinen osavirta johdetaan ίο Rikkihappoinaan ja edelleen rikkidioksidin konversiovaiheeseen 7. Rikkihappolinjassa on edullista käyttää paineistettua puhdasta happea S02:n konversiossa S03:ksi. Tämän tyyppinen absorptiotekniikan käyttö on välttämätöntä, sillä S-l-vaiheesta tuleva matalaväkevyyksinen happo johtaisi väistämättömästi voimakkaaseen sumun muodostukseen.

15

Prosenteissa ainakin puolet tuotetusta S02:sta menee S-l-vaiheeseen vähintään 78 p-%:sen hapon tuottamiseen. Jäljelle jäävä osa, toinen osavirta menee suoraan konversiovaiheeseen ja konvertoidaan S03:ksi. Tuotettu rikkitrioksidi absorboidaan haihdutusvaiheesta 6 kierrätettyyn rikkihappoon 20 absorptiovaiheessa 8. Absorptiovaiheessa rikkihapon pitoisuus nostetaan tasolle 100 p-%. Kuten on aikaisemmin todettu, suhde, jossa S02 syötetään kumpaankin linjaan, riippuu täysin haihdutuslinjan tehokkuudesta.

Konversiovaiheen 7 painekontaktin on suunniteltu käyttävän avointa 25 teknologiakonseptia, jossa yksittäiset prosessivaiheet suoritetaan putkissa ja putkistoissa mieluummin kuin erillisissä astioissa. Modifioidun happotehtaan pääomakustannukset vastaavat kuitenkin konventionaalisen happotehtaan kustannuksia. Tuotantokustannukset ovat kilpailukykyiset tekniikan tason kanssa.

Kuva 2 esittää prosessikaaviota, jossa rikkipitoinen raaka-aine on kupari-sulfidirikaste, joka poltetaan liekkiuunissa 9 happipitoisen kaasun avulla 30 12 kuparikiveksi ja rikkidioksidikaasuksi. On selvää, että sulfidi voi myös olla jokin muu sulfidi tai että pasuttoa voidaan käyttää sulaton sijasta. Muodostettu rikkidioksidikaasu jaetaan kahteen osavirtaan ja käsitellään samalla tavalla kuin on esitetty kuvan 1 tapauksessa.

5

Myös kuvan 3 prosessikaaviossa rikkipitoinen raaka-aine on kuparisulfidi-rikaste, joka poltetaan liekkiuunissa 9 ja muodostettu rikkidioksidikaasu jaetaan kahteen osavirtaan, kuten on selitetty edellä, mutta vedyn tuotantoon S02:sta kuuluu veden elektrolyyttinen hajotus elektrolyysikennossa 10. Vety ίο tuotetaan siten käyttämällä osittaista HyS-sykliä. Vedyn lisäksi tuotetaan myös rikkihappoa, joka johdetaan haihdutusvaiheeseen 6 ja käsitellään kuten kuvan 1 yhteydessä on kuvattu.

On selvää, että osittaista HyS-linjaa voidaan käyttää myös silloin, kun 15 rikkidioksidin lähde on elementtirikki kuten on kuvattu kuvassa 1 tai lähde on jokin muu mahdollinen edellä mainittu.

20 25

Claims (12)

1. Menetelmä kaasumaisen vedyn ja rikkihapon tuottamiseksi samanaikaisesti rikkidioksidikaasusta ja vedestä, tunnettu siitä, että 5 rikkidioksidikaasuvirta jaetaan kahdeksi osavirraksi, joista ensimmäinen syötetään yhdessä veden kanssa osittaiseen termokemialliseen sykliin vedyn ja rikkihapon tuottamiseksi ja toinen osavirta syötetään hapetukseen rikkidioksidin hapettamiseksi rikkitrioksidiksi, jota käytetään ensimmäisestä osavirrasta ίο muodostetun rikkihapon väkevöimiseen.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että muodostunutta rikkihappoa väkevöidään ensin haihduttamalla.

3. Patenttivaatimusten 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että konsentroitua rikkihappoa konsentroidaan edelleen väkeväksi rikkihapoksi (100 p-%) toisesta osavirrasta hapettamalla muodostetun rikkitrioksidin avulla.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ensimmäisen osavirran määrä on ainakin 40% koko rikkidioksidi-kaasuvirran määrästä.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 25 rikkidioksidikaasun lähde on elementtirikki tai vetysulfidi, jotka konvertoidaan hapen kanssa rikkidioksidiksi.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että rikkidioksidikaasun lähde on sulfidisulaton sivutuote. 30

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että rikkidioksidikaasun lähde on sulfidipasuton sivutuote.

8. Patenttivaatimuksen 6 tai 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sulfidi on ainakin yksi ryhmästä: kupari-, nikkeli-, sinkki-, lyijy- tai rautasulfidi. 5

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että rikki-dioksidikaasun lähde on teollisen prosessikaasupuhdistuslaitoksen rikkidioksidin väkevöintivaiheesta. ίο

10. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että osittainen termokemiallinen sykli vedyn tuottamiseksi on rikki-jodi (S-l)-sykli.

11. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että osit- 15 täinen termokemiallinen sykli vedyn tuottamiseksi on elektrolyyttinen hybridi-rikki (HyS)-sykli. ^.Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että rikkidioksidin hapetukseen käytetään puhdasta happea. 20