JP2021031305A - Diluted sulfuric acid production device and diluted sulfuric acid production method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、希硫酸製造装置及び希硫酸製造方法に関する。 The present invention relates to a dilute sulfuric acid producing apparatus and a dilute sulfuric acid producing method.
硫酸(H2SO4)は、強力な酸であり、大量に製造されて様々な分野で使用されている。硫酸には大別して、硫酸濃度が90質量%以上で表示される工業用濃硫酸と、90質量%未満で表示される工業用希硫酸があり、それぞれ性質が異なる。このうち希硫酸は、強酸性であるが濃硫酸と異なり酸化作用や脱水作用はない一方金属材料他へ強い腐食性を示す。希硫酸は、工業用品や医薬、農薬、試薬など、様々な用途で使用されている。 Sulfuric acid (H 2 SO 4 ) is a strong acid that is produced in large quantities and used in various fields. Sulfuric acid is roughly classified into industrial concentrated sulfuric acid having a sulfuric acid concentration of 90% by mass or more and industrial dilute sulfuric acid having a sulfuric acid concentration of less than 90% by mass, each of which has different properties. Of these, dilute sulfuric acid is strongly acidic, but unlike concentrated sulfuric acid, it does not have oxidative or dehydrating effects, but it is highly corrosive to metal materials and others. Dilute sulfuric acid is used in various applications such as industrial products, pharmaceuticals, pesticides, and reagents.
硫酸の製造には、硫黄を含む原料が必要となる。原料としては、製鉄などに使用されるコークスを製造する過程で発生するガス(COG)からの脱硫廃液及び再生硫黄や、銅精錬工程から排出されるSOx含有ガスなどが使用される。 Raw materials containing sulfur are required for the production of sulfuric acid. As raw materials, desulfurization waste liquid and regenerated sulfur from gas (COG) generated in the process of producing coke used for iron making and the like, SOx-containing gas discharged from the copper refining process, and the like are used.
従来、硫酸の製造方法として、例えば特許文献1の方法が知られている。この文献には、(a)炭素含有燃料を燃焼して硫黄含有材料から二酸化硫黄を形成するための熱を供給し、かつ、純酸素及び30容量%以上の酸素を含有する混合ガスから選択される酸素富化ガスを供給して該燃料の燃焼を支持すること、(b)二酸化硫黄と燃料の燃焼から生ずるガスを含有する混合ガスを形成すること、(c)混合ガスを乾燥し、該混合ガスは乾燥後に30容量%以上の二酸化炭素と16容量%を超える二酸化硫黄を含有すること、などが記載されている。 Conventionally, as a method for producing sulfuric acid, for example, the method of Patent Document 1 is known. In this document, it is selected from (a) a mixed gas that burns a carbon-containing fuel to supply heat for forming sulfur dioxide from a sulfur-containing material, and also contains pure oxygen and 30% by volume or more of oxygen. To support the combustion of the fuel by supplying an oxygen-enriched gas, (b) to form a mixed gas containing sulfur dioxide and the gas generated from the combustion of the fuel, (c) to dry the mixed gas, and the like. It is described that the mixed gas contains 30% by volume or more of carbon dioxide and 16% by volume of sulfur dioxide after drying.
特許文献1の方法では、混合ガスを乾燥する工程を含むため、希硫酸ではなく、硫酸濃度の高い濃硫酸を製造することを目的としている。一般に、希硫酸の製造は、濃硫酸を製造したのちに水で希釈する方法や、硫酸凝縮温度(沸点)を調整できる特殊温度調整機付き硫酸製造装置が採用されている。前者による方法では、水分濃度を調整するために高温の燃焼ガスをいったん100℃未満まで減温除湿させる除湿塔や濃硫酸による脱水作用を利用する乾燥塔などの設備が必要となる。また、このような除湿塔や乾燥塔に続いて、400〜450℃まで再加熱するための機器(熱交換器等)、配管、回転機等の設備が必要となる。一方、後者による方法では、硫酸凝縮温度(沸点)を調整できる非常に高価な特殊温度調整機が必要となる。したがって、このような方法では、希硫酸の製造にコストがかかるという問題がある。 Since the method of Patent Document 1 includes a step of drying the mixed gas, it is an object of producing concentrated sulfuric acid having a high sulfuric acid concentration instead of dilute sulfuric acid. Generally, for the production of dilute sulfuric acid, a method of producing concentrated sulfuric acid and then diluting it with water, or a sulfuric acid production apparatus equipped with a special temperature controller capable of adjusting the sulfuric acid condensation temperature (boiling point) is adopted. The former method requires equipment such as a dehumidifying tower that temporarily cools and dehumidifies the high-temperature combustion gas to less than 100 ° C. and a drying tower that utilizes the dehydration action of concentrated sulfuric acid in order to adjust the water concentration. Further, following such a dehumidifying tower and a drying tower, equipment (heat exchanger, etc.), piping, rotating machine, etc. for reheating to 400 to 450 ° C. are required. On the other hand, the latter method requires a very expensive special temperature controller capable of adjusting the sulfuric acid condensation temperature (boiling point). Therefore, such a method has a problem that the production of dilute sulfuric acid is costly.
本発明の目的は、希硫酸を安価に製造可能な希硫酸製造装置及び希硫酸製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a dilute sulfuric acid production apparatus and a dilute sulfuric acid production method capable of producing dilute sulfuric acid at low cost.
本発明者らは、原料として、硫黄分と窒素分のほか、水分を多く含むものを使用し、酸素濃度が高い酸素含有ガスで原料を燃焼することで、希硫酸を製造できることを見出し、本発明を完成させた。 The present inventors have found that dilute sulfuric acid can be produced by using a raw material containing a large amount of water in addition to sulfur and nitrogen as a raw material and burning the raw material with an oxygen-containing gas having a high oxygen concentration. Completed the invention.
本発明は、硫黄分と、窒素分と、40〜80質量%以上の水分とを少なくとも含む原料を供給する原料供給手段と、酸素濃度が25〜40体積%の酸素含有ガスを生成する酸素含有ガス生成手段と、前記酸素含有ガスで前記原料を燃焼して硫黄酸化物(SOx:ここで、1≦x<3)と、10質量%以上の水分とを含む燃焼ガスを生成する燃焼手段と、前記燃焼ガスを冷却する冷却手段と、前記硫黄酸化物(SOx)を触媒により酸化して三酸化硫黄(SO3)を含む反応ガスを生成する反応手段と、前記反応ガスを冷却して希硫酸を生成する希硫酸生成手段と、を含むことを特徴とする希硫酸製造装置である。 The present invention comprises a raw material supply means for supplying a raw material containing at least sulfur content, nitrogen content, and water content of 40 to 80% by mass or more, and an oxygen-containing gas that produces an oxygen-containing gas having an oxygen concentration of 25 to 40% by volume. A gas generating means and a combustion means for burning the raw material with the oxygen-containing gas to generate a combustion gas containing sulfur oxides (SOx: here, 1 ≦ x <3) and 10% by mass or more of water. , A cooling means for cooling the combustion gas, a reaction means for oxidizing the sulfur oxide (SOx) with a catalyst to generate a reaction gas containing sulfur trioxide (SO 3 ), and a rare reaction means for cooling the reaction gas. A dilute sulfuric acid producing apparatus comprising: a dilute sulfuric acid producing means for producing sulfuric acid.
本発明では、原料として、硫黄分と窒素分のほか、水分を多く含むものを使用し、酸素濃度が高い酸素含有ガスで原料を燃焼することで、一定量以上の水分を含む状態で硫酸を製造している。このため、製造される硫酸は希硫酸となり、従来のように除湿設備や乾燥設備を設けての硫酸を製造する必要がない。したがって、従来と比較して希硫酸の製造にかかるコストを低減することができる。 In the present invention, as a raw material, a material containing a large amount of water in addition to sulfur and nitrogen is used, and by burning the raw material with an oxygen-containing gas having a high oxygen concentration, sulfuric acid is produced in a state of containing a certain amount of water or more. Manufacture. Therefore, the sulfuric acid to be produced becomes dilute sulfuric acid, and it is not necessary to provide a dehumidifying facility or a drying facility to produce sulfuric acid as in the conventional case. Therefore, the cost for producing dilute sulfuric acid can be reduced as compared with the conventional case.
この場合において、前記燃焼手段が900〜1100℃で前記原料を燃焼することが好ましい。 In this case, it is preferable that the combustion means burns the raw material at 900 to 1100 ° C.
従来の硫酸製造プラントでは、燃焼温度は1100℃以上の高温であったが、本発明では酸素濃度が高いため、燃焼温度をより低くすることが可能となり、燃焼コストを低減することができる。また、一般に、酸素濃度を高く、又は燃焼温度を高くすると、窒素酸化物(NOx)などの大気汚染物質が生成しやすくなるが、本発明では高酸素濃度、低温で原料を燃焼しても生成する窒素酸化物の量が比較的少なく、このため環境負荷を低くすることが可能である。したがって、窒素酸化物の除去のための設備が不要あるいは軽微で済むことから、希硫酸の製造コストも低減することができる。 In a conventional sulfuric acid production plant, the combustion temperature is as high as 1100 ° C. or higher, but in the present invention, since the oxygen concentration is high, the combustion temperature can be lowered and the combustion cost can be reduced. In general, when the oxygen concentration is high or the combustion temperature is high, air pollutants such as nitrogen oxides (NOx) are likely to be generated, but in the present invention, they are generated even if the raw materials are burned at a high oxygen concentration and a low temperature. The amount of nitrogen oxides produced is relatively small, which makes it possible to reduce the environmental load. Therefore, since the equipment for removing nitrogen oxides is unnecessary or minimal, the production cost of dilute sulfuric acid can be reduced.
さらに、前記希硫酸生成手段における未反応の二酸化硫黄を除去するガス除去手段を更に備えることが好ましい。 Further, it is preferable to further provide a gas removing means for removing unreacted sulfur dioxide in the dilute sulfuric acid producing means.
このように、未反応の二酸化硫黄を除去するため、二酸化窒素を環境中に放出せずに除害することができる。 In this way, since unreacted sulfur dioxide is removed, nitrogen dioxide can be detoxified without being released into the environment.
この場合、前記ガス除去手段は、前記未反応の二酸化硫黄とアンモニアとを反応させて亜硫酸アンモニウム(NH4HSO3:亜硫安)を生成させ、酸化により硫酸アンモニウム(NH4HSO4)として回収することが好ましい。 In this case, the gas removing means reacts the unreacted sulfur dioxide with ammonia to produce ammonium sulfite (NH 4 HSO 3 : ammonium sulfate), and recovers it as ammonium sulfate (NH 4 HSO 4) by oxidation. Is preferable.
このように、未反応の二酸化硫黄をアンモニアと反応させて亜硫酸アンモニウムを生成し、その後の酸化を行い、硫酸アンモニウムとして回収することができる。 In this way, unreacted sulfur dioxide can be reacted with ammonia to produce ammonium sulfate, which can be subsequently oxidized and recovered as ammonium sulfate.
さらにまた、前記燃焼手段は、一部が開口した格子状レンガを内部に備えた燃焼炉を採用することが好ましい。 Furthermore, it is preferable that the combustion means employs a combustion furnace having a partially open grid-like brick inside.
レンガは加熱すると長時間の熱保有効果を有するため、未反応原料を後燃焼させることができる。また、格子状レンガは適度な開口を有しているため、これが整流効果として原料や酸素含有ガス、燃焼ガスの流れを良好にすることができる。このため、燃焼手段による原料の燃焼を効率的に行うことができる。 Since bricks have a long-term heat retention effect when heated, unreacted raw materials can be post-combusted. Further, since the lattice brick has an appropriate opening, this can improve the flow of the raw material, the oxygen-containing gas, and the combustion gas as a rectifying effect. Therefore, the raw material can be efficiently burned by the combustion means.
また、前記反応手段は、前記触媒が五酸化バナジウム(V2O5)であり、脱硝機能を兼ねることが好ましい。 Further, in the reaction means, it is preferable that the catalyst is vanadium pentoxide (V 2 O 5 ) and also has a denitration function.
このように、反応手段の触媒が五酸化バナジウム(V2O5)であり、脱硝機能を兼ねることで、硫黄酸化物の酸化と窒素分の分解を同時に行うことができる。 As described above, the catalyst of the reaction means is vanadium pentoxide (V 2 O 5 ), and by also having a denitration function, the sulfur oxide can be oxidized and the nitrogen component can be decomposed at the same time.
この場合において、前記反応手段は、前記触媒に加えて助触媒として酸化チタン(TiO2)及び/又は硫酸バナジウム(VOSO4)を含む脱硝触媒を更に備えることが好ましい。 In this case, it is preferable that the reaction means further includes a denitration catalyst containing titanium oxide (TiO 2 ) and / or vanadyl sulfate (VOSO 4) as an auxiliary catalyst in addition to the catalyst.
硫黄酸化物の転化の際には、原料中の燃焼で生じる窒素分(例えば未分解NH3,NO,NO2などのNOx)濃度が比較的高い場合には、助触媒を含まない五酸化バナジウムにおいては窒素分の分解よりも硫黄酸化物の転化が優先して進行する。このため、上記のような助触媒を含む脱硝触媒を設けることで、硫黄酸化物の転化よりも窒素分の分解の反応の方を優先して窒素分の分解を進行させることができる。 During the conversion of sulfur oxides, if the concentration of nitrogen (for example, NOx such as undecomposed NH 3 , NO, NO 2 ) generated by combustion in the raw material is relatively high, vanadium pentoxide without a cocatalyst is used. In, the conversion of sulfur oxides takes precedence over the decomposition of nitrogen components. Therefore, by providing the denitration catalyst containing the co-catalyst as described above, the decomposition of nitrogen can be promoted by giving priority to the reaction of decomposition of nitrogen rather than the conversion of sulfur oxide.
前記反応手段は、複数段に設置した前記触媒を備え、複数段のうち前段の前記触媒により前記硫黄酸化物と前記酸素との発熱反応で昇温する転化後ガスに、外部から誘引した大気を直接混合させて、後段の触媒反応に適する温度にまで降下させることが好ましい。 The reaction means includes the catalyst installed in a plurality of stages, and the atmosphere attracted from the outside to the converted gas whose temperature is raised by the exothermic reaction between the sulfur oxide and the oxygen by the catalyst in the previous stage among the plurality of stages. It is preferable to mix them directly and lower the temperature to a temperature suitable for the catalytic reaction in the subsequent stage.
このように、複数段の触媒の前段で転化後ガスを冷却することで、後段において温度を下げることができる。このため、後段において温度が上がることによる反応速度低下を防ぐことができる。また、空気を外部から直接取り入れることで、冷却効果のほか、転化に必要な酸素の不足分も供給できる。 In this way, by cooling the converted gas in the front stage of the plurality of stages of catalyst, the temperature can be lowered in the rear stage. Therefore, it is possible to prevent a decrease in the reaction rate due to an increase in temperature in the subsequent stage. In addition to the cooling effect, by taking in air directly from the outside, it is possible to supply the shortage of oxygen required for conversion.
前記燃焼手段は、5000kJ/kg未満の原料に前記酸素含有ガスを供給して燃焼し、5000kJ/kg以上の原料に空気を供給して燃焼することが好ましい。 The combustion means preferably supplies the oxygen-containing gas to a raw material of less than 5000 kJ / kg for combustion, and supplies air to a raw material of 5000 kJ / kg or more for combustion.
原料が5000kJ/kg未満の場合、燃焼が不安定になるため、酸素濃度の高い酸素含有ガスを供給して燃焼することで、燃焼を安定させることができる。5000kJ/kg以上の原料の場合は、酸素含有ガスを供給せずに空気により容易に燃焼する。このように、酸素含有ガスを原料ごとに振り分けることで、原料の燃焼を効率的に行うことができる。 If the raw material is less than 5000 kJ / kg, the combustion becomes unstable. Therefore, the combustion can be stabilized by supplying an oxygen-containing gas having a high oxygen concentration to the combustion. In the case of a raw material of 5000 kJ / kg or more, it is easily burned by air without supplying an oxygen-containing gas. By distributing the oxygen-containing gas for each raw material in this way, the raw material can be efficiently burned.
本発明は、硫黄分と、窒素分と、40〜80質量%以上の水分とを少なくとも含む原料を供給する原料供給工程と、酸素濃度が25〜40体積%の酸素含有ガスを生成する酸素含有ガス生成工程と、前記酸素含有ガスで前記原料を燃焼して硫黄酸化物(SOx:ここで、1≦x<3)と、10質量%以上の水分とを含む燃焼ガスを生成する燃焼工程と、前記燃焼ガスを冷却する冷却工程と、前記硫黄酸化物(SOx)を触媒により酸化して三酸化硫黄(SO3)を含む反応ガスを生成する反応工程と、前記反応ガスを冷却して希硫酸を生成する希硫酸生成工程と、を含むことを特徴とする希硫酸製造方法である。 The present invention comprises a raw material supply step of supplying a raw material containing at least sulfur content, nitrogen content, and water content of 40 to 80% by mass or more, and an oxygen content that produces an oxygen-containing gas having an oxygen concentration of 25 to 40% by volume. A gas generation step and a combustion step of burning the raw material with the oxygen-containing gas to generate a combustion gas containing sulfur oxides (SOx: here, 1 ≦ x <3) and 10% by mass or more of water. , A cooling step of cooling the combustion gas, a reaction step of oxidizing the sulfur oxide (SOx) with a catalyst to generate a reaction gas containing sulfur trioxide (SO 3 ), and a rare process of cooling the reaction gas. It is a method for producing dilute sulfuric acid, which comprises a dilute sulfuric acid producing step for producing sulfuric acid.
本発明では、原料として、硫黄分と窒素分のほか、水分を多く含むものを使用し、酸素濃度が高い酸素含有ガスで原料を燃焼することで、一定量以上の水分を含む状態で硫酸を製造している。このため、製造される硫酸は希硫酸となり、従来のように除湿設備や乾燥設備を設けての硫酸を製造する必要がない。したがって、従来と比較して希硫酸の製造にかかるコストを低減することができる。 In the present invention, as a raw material, a material containing a large amount of water in addition to sulfur and nitrogen is used, and by burning the raw material with an oxygen-containing gas having a high oxygen concentration, sulfuric acid is produced in a state of containing a certain amount of water or more. Manufacture. Therefore, the sulfuric acid to be produced becomes dilute sulfuric acid, and it is not necessary to provide a dehumidifying facility or a drying facility to produce sulfuric acid as in the conventional case. Therefore, the cost for producing dilute sulfuric acid can be reduced as compared with the conventional case.
この場合において、前記燃焼工程が900〜1100℃で前記原料を燃焼することが好ましい。 In this case, it is preferable that the combustion step burns the raw material at 900 to 1100 ° C.
本発明では、酸素濃度が高いため、燃焼温度をより低くすることが可能となり、燃焼コストを低減することができる。また、一般に、酸素濃度を高く、又は燃焼温度を高くすると、窒素酸化物(NOx)などの大気汚染物質が生成しやすくなるが、本発明では高酸素濃度、低温で原料を燃焼しても生成する窒素酸化物の量が少なく、このため環境負荷を低くすることが可能である。したがって、窒素酸化物の除去のための設備が不要あるいは軽微で済むことから、希硫酸の製造コストも低減することができる。 In the present invention, since the oxygen concentration is high, the combustion temperature can be lowered and the combustion cost can be reduced. In general, when the oxygen concentration is high or the combustion temperature is high, air pollutants such as nitrogen oxides (NOx) are likely to be generated, but in the present invention, they are generated even if the raw materials are burned at a high oxygen concentration and a low temperature. Since the amount of nitrogen oxides produced is small, it is possible to reduce the environmental load. Therefore, since the equipment for removing nitrogen oxides is unnecessary or minimal, the production cost of dilute sulfuric acid can be reduced.
さらに、前記希硫酸生成工程における未反応の二酸化硫黄を除去するガス除去工程を更に備えることが好ましい。 Further, it is preferable to further include a gas removing step of removing unreacted sulfur dioxide in the dilute sulfuric acid producing step.
このように、未反応の二酸化硫黄を除去するため、二酸化窒素を環境中に放出せずに除害することができる。 In this way, since unreacted sulfur dioxide is removed, nitrogen dioxide can be detoxified without being released into the environment.
この場合、前記ガス除去工程は、前記未反応の二酸化硫黄とアンモニアとを反応させて亜硫酸アンモニウム(NH4HSO3:亜硫安)を生成させ、酸化により硫酸アンモニウム(NH4HSO4)として回収することが好ましい。 In this case, in the gas removal step, the unreacted sulfur dioxide is reacted with ammonia to produce ammonium sulfite (NH 4 HSO 3 : ammonium sulfate), which is then recovered as ammonium sulfate (NH 4 HSO 4) by oxidation. Is preferable.
このように、未反応の二酸化硫黄をアンモニアと反応させて亜硫酸アンモニウムを生成し、その後の酸化を行い、硫酸アンモニウムとして回収することができる。 In this way, unreacted sulfur dioxide can be reacted with ammonia to produce ammonium sulfate, which can be subsequently oxidized and recovered as ammonium sulfate.
さらにまた、前記燃焼工程は、一部が開口した格子状レンガを内部に備えた燃焼炉を採用することが好ましい。 Furthermore, in the combustion step, it is preferable to employ a combustion furnace provided with a partially open grid-like brick inside.
このように、レンガは、加熱すると長時間の熱保有効果を有するため、未燃焼原料を後燃焼させることができる。また、格子状レンガは適度な開口を有しているため、これが整流効果として原料や酸素含有ガス、燃焼ガスの流れを良好にすることができる。このため、燃焼手段による原料の燃焼を効率的に行うことができる。 As described above, since the brick has a heat retention effect for a long time when heated, the unburned raw material can be post-combusted. Further, since the lattice brick has an appropriate opening, this can improve the flow of the raw material, the oxygen-containing gas, and the combustion gas as a rectifying effect. Therefore, the raw material can be efficiently burned by the combustion means.
また、前記反応工程は、前記触媒が五酸化バナジウム(V2O5)であり、脱硝機能を兼ねることが好ましい。 Further, in the reaction step, it is preferable that the catalyst is vanadium pentoxide (V 2 O 5 ) and also has a denitration function.
このように、反応工程の触媒が五酸化バナジウム(V2O5)であり、脱硝機能を兼ねることで、硫黄酸化物の酸化と窒素分の分解を同時に行うことができる。 As described above, the catalyst of the reaction step is vanadium pentoxide (V 2 O 5 ), and by also having the denitration function, the sulfur oxide can be oxidized and the nitrogen component can be decomposed at the same time.
この場合において、前記反応工程は、前記触媒に加えて助触媒として酸化チタン(TiO2)及び/又は硫酸バナジウム(VOSO4)を含む脱硝触媒を更に備えることが好ましい。 In this case, it is preferable that the reaction step further includes a denitration catalyst containing titanium oxide (TiO 2 ) and / or vanadyl sulfate (VOSO 4) as an auxiliary catalyst in addition to the catalyst.
硫黄酸化物の転化の際には、原料中の燃焼で生じる窒素分(例えば未分解NH3,NO,NO2などのNOx)濃度が比較的高い場合には、助触媒を含まない五酸化バナジウムにおいては窒素分の分解よりも硫黄酸化物の転化が優先して進行する。このため、上記のような助触媒を含む脱硝触媒を設けることで、硫黄酸化物の転化よりも窒素分の分解の反応の方を優先して窒素分の分解を進行させることができる。 During the conversion of sulfur oxides, if the concentration of nitrogen (for example, NOx such as undecomposed NH 3 , NO, NO 2 ) generated by combustion in the raw material is relatively high, vanadium pentoxide without a cocatalyst is used. In, the conversion of sulfur oxides takes precedence over the decomposition of nitrogen components. Therefore, by providing the denitration catalyst containing the co-catalyst as described above, the decomposition of nitrogen can be promoted by giving priority to the reaction of decomposition of nitrogen rather than the conversion of sulfur oxide.
前記反応工程は、複数段に設置した前記触媒を備え、複数段のうち前段の前記触媒により前記硫黄酸化物と前記酸素との発熱反応で昇温する転化後ガスに、外部から誘引した大気を直接混合させて、後段の触媒反応に適する温度にまで降下させることが好ましい。 The reaction step includes the catalyst installed in a plurality of stages, and the atmosphere attracted from the outside is introduced into the converted gas whose temperature is raised by the exothermic reaction between the sulfur oxide and the oxygen by the catalyst in the previous stage among the plurality of stages. It is preferable to mix them directly and lower the temperature to a temperature suitable for the catalytic reaction in the subsequent stage.
このように、複数段の触媒の前段で転化後ガスを冷却することで、後段において温度を下げることができる。このため、後段において温度が上がることによる反応速度低下を防ぐことができる。また、空気を外部から直接取り入れることで、冷却効果のほか、転化に必要な酸素の不足分も供給できる。 In this way, by cooling the converted gas in the front stage of the plurality of stages of catalyst, the temperature can be lowered in the rear stage. Therefore, it is possible to prevent a decrease in the reaction rate due to an increase in temperature in the subsequent stage. In addition to the cooling effect, by taking in air directly from the outside, it is possible to supply the shortage of oxygen required for conversion.
前記燃焼工程は、5000kJ/kg未満の原料に前記酸素含有ガスを供給して燃焼し、5000kJ/kg以上の原料に空気を供給して燃焼することが好ましい。 In the combustion step, it is preferable that the oxygen-containing gas is supplied to a raw material of less than 5000 kJ / kg for combustion, and air is supplied to a raw material of 5000 kJ / kg or more for combustion.
原料が5000kJ/kg未満の場合、燃焼が不安定になるため、酸素濃度の高い酸素含有ガスを供給して燃焼することで、燃焼を安定させることができる。5000kJ/kg以上の原料の場合は、酸素含有ガスを供給せずに空気により容易に燃焼する。このように、酸素含有ガスを原料ごとに振り分けることで、原料の燃焼を効率的に行うことができる。 If the raw material is less than 5000 kJ / kg, the combustion becomes unstable. Therefore, the combustion can be stabilized by supplying an oxygen-containing gas having a high oxygen concentration to the combustion. In the case of a raw material of 5000 kJ / kg or more, it is easily burned by air without supplying an oxygen-containing gas. By distributing the oxygen-containing gas for each raw material in this way, the raw material can be efficiently burned.
本発明によれば、希硫酸を安価に製造可能な希硫酸製造装置及び希硫酸製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a dilute sulfuric acid production apparatus and a dilute sulfuric acid production method capable of producing dilute sulfuric acid at low cost.
以下、本発明の実施形態について、その構成を説明する。本発明は、その要旨を変更しない範囲で、適宜変更して実施することが可能である。 Hereinafter, the configuration of the embodiment of the present invention will be described. The present invention can be carried out with appropriate modifications without changing the gist thereof.
1.希硫酸製造装置及び希硫酸製造方法
以下、図1〜図3を参照して、本発明の一実施形態に係る希硫酸製造装置及び希硫酸製造方法について説明する。図1は、希硫酸製造装置40の上流側工程を示す模式図であり、図2は、希硫酸製造装置40の下流側工程を示す模式図である。なお、本発明の「希硫酸」とは、硫酸濃度が90質量%未満の硫酸水溶液を意味し、JIS K1321で規定される「薄硫酸」(硫酸分60〜80質量%)や「精製希硫酸」(硫酸分27〜50質量%)を含む。
1. 1. Dilute Sulfuric Acid Production Equipment and Dilute Sulfuric Acid Production Method Hereinafter, the dilute sulfuric acid production equipment and the dilute sulfuric acid production method according to one embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3. FIG. 1 is a schematic view showing an upstream process of the dilute sulfuric acid producing apparatus 40, and FIG. 2 is a schematic diagram showing a downstream process of the dilute sulfuric acid producing apparatus 40. The "dilute sulfuric acid" of the present invention means an aqueous sulfuric acid solution having a sulfuric acid concentration of less than 90% by mass, and is defined by JIS K1321 as "thin sulfuric acid" (sulfuric acid content 60 to 80% by mass) or "purified dilute sulfuric acid". (Sulfuric acid content 27 to 50% by mass).
本実施形態の希硫酸製造装置40は、原料を供給する手段を含む。本実施形態の原料は、溶融硫黄、脱硫廃液、助燃焼材としての精製COGからなる。原料供給手段は、これらの原料を燃焼炉51に供給する手段である。本実施形態の希硫酸製造装置40は、原料である溶融硫黄を含む原料を供給する管路41aを備える。溶融硫黄は製油所などから回収される硫黄を溶融状態にしたものである。管路41aにはポンプ41bが接続されており、これにより原料が管路41cに移送されて燃焼炉51内に供給される。 The dilute sulfuric acid production apparatus 40 of the present embodiment includes means for supplying a raw material. The raw material of the present embodiment comprises molten sulfur, desulfurization waste liquid, and purified COG as an auxiliary combustion material. The raw material supply means is a means for supplying these raw materials to the combustion furnace 51. The dilute sulfuric acid production apparatus 40 of the present embodiment includes a pipeline 41a for supplying a raw material containing molten sulfur as a raw material. Molten sulfur is sulfur recovered from refineries and the like in a molten state. A pump 41b is connected to the pipeline 41a, whereby the raw material is transferred to the pipeline 41c and supplied into the combustion furnace 51.
また、希硫酸製造装置40は、原料である脱硫廃液を供給する管路42を備える。脱硫廃液は、コークス炉設備などから排出される排ガス(粗COG)中の煤塵や有機物及び硫黄化合物などを取り除く目的で設置された脱硫設備からの廃液である。一般に、脱硫廃液には、遊離の硫黄、遊離のNH3、NH4SCN、(NH4)2S2O3、H2Oなどの成分が含まれる。このうち水(H2O)は、特に規定しないが脱硫廃液全体の50質量%以上となることが多い。管路42は燃焼炉51に連通しており、脱硫廃液も原料として燃焼炉51内に供給される。 Further, the dilute sulfuric acid production apparatus 40 includes a pipeline 42 for supplying a desulfurization waste liquid which is a raw material. The desulfurization waste liquid is waste liquid from the desulfurization equipment installed for the purpose of removing soot, organic substances, sulfur compounds and the like in the exhaust gas (crude COG) discharged from the coke oven equipment and the like. Generally, the desulfurization waste liquid contains components such as free sulfur, free NH 3 , NH 4 SCN, (NH 4 ) 2 S 2 O 3 , and H 2 O. The Among water (H 2 O) is not particularly defined, but it is often a least 50 mass% of the total desulfurization effluent. The pipeline 42 communicates with the combustion furnace 51, and the desulfurization waste liquid is also supplied into the combustion furnace 51 as a raw material.
さらに、希硫酸製造装置40は、助燃焼材としての精製COGを供給する管路43を備える。精製COGは、製鉄などに使用されるコークスを製造する過程で発生するガスである。一般に、精製COGには、H2、N2、O2、CO、CO2、CH4、C2H6、微量の硫黄化合物などの成分が含まれる。管路43も燃焼炉51に連通しており、精製COGも助燃焼材として燃焼炉51内に供給される。 Further, the dilute sulfuric acid production apparatus 40 includes a pipeline 43 for supplying purified COG as an auxiliary combustion material. Refined COG is a gas generated in the process of producing coke used for iron making and the like. In general, purified COG contains components such as H 2 , N 2 , O 2 , CO, CO 2 , CH 4 , C 2 H 6 , and trace amounts of sulfur compounds. The pipeline 43 also communicates with the combustion furnace 51, and the refined COG is also supplied into the combustion furnace 51 as an auxiliary combustion material.
管路41a、ポンプ41b、管路41c、管路42、管路43は、本発明の原料供給手段に該当し、これらの手段により原料供給工程を実現する。これらにより燃焼炉51に供給される原料(溶融硫黄、脱硫廃液、精製COG)は、(NH4)2S2O3などの硫黄分(10〜40質量%)と、NH3などの窒素分(5〜20質量%)と、水分(40〜80質量%)とを含んでいる。本実施形態のように、原料が複数種類(溶融硫黄、脱硫廃液、精製COGの3種類)存在する場合は、水分の含有量は、各原料を混合した状態で計算した値として定義される。 The pipeline 41a, the pump 41b, the pipeline 41c, the pipeline 42, and the pipeline 43 correspond to the raw material supply means of the present invention, and the raw material supply process is realized by these means. The raw materials (molten sulfur, desulfurization waste liquid, purified COG) supplied to the combustion furnace 51 by these are sulfur content (10 to 40% by mass) such as (NH 4 ) 2 S 2 O 3 and nitrogen content such as NH 3. It contains (5 to 20% by mass) and water (40 to 80% by mass). When there are a plurality of types of raw materials (three types of molten sulfur, desulfurization waste liquid, and purified COG) as in the present embodiment, the water content is defined as a value calculated in a state where each raw material is mixed.
管路41cと管路42には、噴霧媒体である圧縮空気を供給する管路44aが接続されている。管路44aには、蒸気加熱器44bが設けられており、加温された空気が管路41cに供給され、これら原料の燃焼効率を高める微噴霧化を行っている。また、希硫酸製造装置40には、空気を供給する管路45aが設けられている。管路45aから供給される空気は、送風機45bを介して管路45cに移送される。 A pipe line 44a for supplying compressed air, which is a spray medium, is connected to the pipe line 41c and the pipe line 42. A steam heater 44b is provided in the pipeline 44a, and heated air is supplied to the pipeline 41c to perform fine spraying to improve the combustion efficiency of these raw materials. Further, the dilute sulfuric acid production apparatus 40 is provided with a pipeline 45a for supplying air. The air supplied from the conduit 45a is transferred to the conduit 45c via the blower 45b.
管路45cには、酸素ガス発生装置(PVSA45d)が設けられており、このPVSA45dから高濃度の酸素が供給される。PVSA45dは、ゼオライト等の吸着剤を使用して空気中の窒素を加圧下で吸着除去し、高純度の酸素を効率的に得る装置である。PVSA45dは、純度90〜93質量%の酸素を発生することが可能である。この酸素は管路45aの空気と混合され、酸素濃度の高い空気として燃焼炉51内に供給される。酸素ガス発生装置45dとしてPSA方式を用いてもよい。またその代替として、既存の酸素ガス配管から分岐して酸素を供給してもよい。 An oxygen gas generator (PVSA45d) is provided in the pipeline 45c, and a high concentration of oxygen is supplied from the PVSA45d. PVSA45d is a device that efficiently obtains high-purity oxygen by adsorbing and removing nitrogen in the air under pressure using an adsorbent such as zeolite. PVSA45d is capable of generating oxygen with a purity of 90-93% by mass. This oxygen is mixed with the air in the pipeline 45a and supplied into the combustion furnace 51 as air having a high oxygen concentration. The PSA method may be used as the oxygen gas generator 45d. Alternatively, oxygen may be supplied by branching from the existing oxygen gas pipe.
管路44a、蒸気加熱器44b、管路41c、管路45a、送風機45b、管路45c、PVSA45dは、本発明の酸素含有ガス生成手段に該当し、これらの手段により酸素含有ガス生成工程を実現する。これらにより燃焼炉51に供給される酸素含有ガスは、25〜40体積%の酸素濃度となっている。 The pipe line 44a, the steam heater 44b, the pipe line 41c, the pipe line 45a, the blower 45b, the pipe line 45c, and the PVSA 45d correspond to the oxygen-containing gas generating means of the present invention, and the oxygen-containing gas generating step is realized by these means. To do. The oxygen-containing gas supplied to the combustion furnace 51 by these means has an oxygen concentration of 25 to 40% by volume.
燃焼炉51(燃焼手段)は、酸素含有ガスで原料を燃焼して硫黄酸化物(SOx)と、10質量%以上の水分とを含む燃焼ガスを生成する燃焼工程を行う。図3は、燃焼炉51の内部構造を示す模式図である。この図に示すように、燃焼炉51の左側には、原料と酸素含有ガスとが供給される供給口51aが設けられており、内部で原料が燃焼されて右側の排出口51bから燃焼ガスが排出される。本実施形態では、図の上段の供給口51aからは、溶融硫黄が供給され、下段の供給口51aからは脱硫廃液が供給され、図示しない供給口からは精製COGが供給される。なお、本実施形態のように原料の種類ごとに別の供給口から原料を供給する態様のほか、あらかじめ原料の一部又は全部を混合した状態で燃焼炉51に原料を供給してもよい。 The combustion furnace 51 (combustion means) performs a combustion step of burning a raw material with an oxygen-containing gas to generate a combustion gas containing sulfur oxides (SOx) and 10% by mass or more of water. FIG. 3 is a schematic view showing the internal structure of the combustion furnace 51. As shown in this figure, on the left side of the combustion furnace 51, a supply port 51a for supplying the raw material and the oxygen-containing gas is provided, and the raw material is burned inside and the combustion gas is discharged from the discharge port 51b on the right side. It is discharged. In the present embodiment, molten sulfur is supplied from the upper supply port 51a in the figure, desulfurization waste liquid is supplied from the lower supply port 51a, and purified COG is supplied from a supply port (not shown). In addition to the mode in which the raw materials are supplied from different supply ports for each type of raw materials as in the present embodiment, the raw materials may be supplied to the combustion furnace 51 in a state where a part or all of the raw materials are mixed in advance.
燃焼炉51の原料供給側には水分蒸発域があり、ここでは主に脱硫廃液中の水分が蒸発する。その右側が可燃物燃焼域で、可燃物である脱硫廃液中の可燃物が燃焼する。これらの間は境界部となっている。可燃物燃焼域と排出口51bとの間には、格子状レンガ51cが設けられている。格子状レンガ51cは、立方体の耐熱レンガを格子状に並べるとともに一部を開口状態としたものである。格子状レンガ51cの開口率は、50%前後とすることが好ましい。格子状レンガ51cは、複数段設けることが多い。 There is a water evaporation region on the raw material supply side of the combustion furnace 51, where the water in the desulfurization waste liquid mainly evaporates. The right side is the combustible material combustion area, and the combustible material in the desulfurization waste liquid, which is a combustible material, burns. There is a boundary between them. A grid-like brick 51c is provided between the combustible material combustion area and the discharge port 51b. The lattice-shaped brick 51c is formed by arranging cubic heat-resistant bricks in a lattice pattern and partially opening the bricks. The aperture ratio of the lattice brick 51c is preferably around 50%. The lattice brick 51c is often provided in a plurality of stages.
本発明の酸素含有ガスでは25〜40体積%の酸素を含んでいるが、仮に大気(21体積%酸素)で燃焼したとすると、境界域での湿ガスベースの燃焼用空気中の酸素濃度は10体積%台レベルに低下する。したがって、この場合は、可燃物(原料)を完全燃焼するには、1000℃以上、好ましくは1100℃の高温状態にする必要がある。 The oxygen-containing gas of the present invention contains 25 to 40% by volume of oxygen, but if it is burned in the atmosphere (21% by volume oxygen), the oxygen concentration in the wet gas-based combustion air in the boundary region will be. It drops to the level of 10% by volume. Therefore, in this case, in order to completely burn the combustible material (raw material), it is necessary to keep the temperature at 1000 ° C. or higher, preferably 1100 ° C.
一方で、本発明では、25〜40体積%の酸素を含む酸素含有ガス(冨酸素空気)である。このため、境界域での湿ガスベースの燃焼用空気中の酸素濃度は20体積%台レベルに低下するものの、通常の大気による原料の燃焼状態が維持できる。したがって、本発明では、燃焼炉51において、1000℃以下、好ましくは950〜1000℃前後の比較的低い温度状態で完全燃焼が達成できる。 On the other hand, in the present invention, it is an oxygen-containing gas (tomi-oxygen air) containing 25 to 40% by volume of oxygen. Therefore, although the oxygen concentration in the wet gas-based combustion air in the boundary region drops to the level of 20% by volume, the combustion state of the raw material in the normal atmosphere can be maintained. Therefore, in the present invention, complete combustion can be achieved in the combustion furnace 51 at a relatively low temperature of 1000 ° C. or lower, preferably around 950 to 1000 ° C.
可燃物燃焼領域の後流に設けられた格子状レンガ51cを設けることで、以下の機能を発揮することができる。格子状レンガ51cは、可燃物燃焼域での空気と可燃物の混合状態に不備が仮に生じた場合においても、可燃物が未燃焼状態での吹き抜け現象を起こさないように、物理的に空気と可燃物との再混合を促し、レンガの保有熱による再燃焼を促進させる機能を持つ。この目的のため、複数段の格子状レンガ51cを設置することが好ましい。また、複数段の格子状レンガ51cの各段開口部は相互に千鳥配列とする。これにより、ガス中のダストはレンガ表面に付着成長して落下するので、最下部には開口部を設けないで落下ダストを蓄積させる複数段の格子状レンガ51cを設置することが好ましい。 By providing the grid-like brick 51c provided in the wake of the combustible material combustion region, the following functions can be exhibited. The lattice brick 51c is physically combined with air so that the combustible material does not cause a blow-by phenomenon in the unburned state even if there is a defect in the mixed state of the air and the combustible material in the combustible material combustion region. It has the function of promoting remixing with combustibles and promoting reburning due to the heat possessed by the bricks. For this purpose, it is preferable to install a plurality of stages of latticed bricks 51c. Further, the openings of the plurality of stages of the grid-like bricks 51c are arranged in a staggered manner. As a result, the dust in the gas adheres to and grows on the brick surface and falls. Therefore, it is preferable to install a plurality of stages of grid-like bricks 51c that accumulate the falling dust without providing an opening at the lowermost portion.
図6は、燃焼炉51に酸素含有ガスを供給する手段の他の実施形態の模式図である。燃焼させる原料のうち、硫黄の供給口51aのバーナーには管路45eから空気を供給する手段を備え、脱硫廃液の供給口51aのバーナーには管路45eから酸素含有ガスを供給する手段を備える。脱硫廃液の発熱量は5000kJ/kg未満と低いため燃焼しにくいが、25〜40体積%の酸素を含んでいる酸素含有ガスをそのバーナーに供給することで燃焼が促進される。一方、溶融硫黄のような発熱量が高い原料に対しては空気を供給するだけでよい。両者は各々独立して燃焼制御することが好ましい。 FIG. 6 is a schematic view of another embodiment of the means for supplying the oxygen-containing gas to the combustion furnace 51. Among the raw materials to be burned, the burner of the sulfur supply port 51a is provided with a means for supplying air from the pipeline 45e, and the burner of the desulfurization waste liquid supply port 51a is provided with a means for supplying oxygen-containing gas from the pipeline 45e. .. Since the calorific value of the desulfurization waste liquid is as low as less than 5000 kJ / kg, it is difficult to burn, but combustion is promoted by supplying an oxygen-containing gas containing 25 to 40% by volume of oxygen to the burner. On the other hand, it is only necessary to supply air to a raw material having a high calorific value such as molten sulfur. It is preferable that both are independently controlled for combustion.
燃焼炉51で生成した燃焼ガスは、排熱ボイラ52(Waste Heat Boiler:WHB)(冷却手段)に移送される。排熱ボイラ52は、純水をボイラ内に給水し、燃焼ガスで蒸発して蒸気を発生するとともに熱交換により燃焼ガスを冷却する冷却工程を行う。これにより、燃焼ガスの温度は380〜460℃、好ましくは420℃程度まで冷却される。 The combustion gas generated in the combustion furnace 51 is transferred to a waste heat boiler 52 (Waste Heat Boiler: WHB) (cooling means). The exhaust heat boiler 52 supplies pure water into the boiler, evaporates with the combustion gas to generate steam, and performs a cooling step of cooling the combustion gas by heat exchange. As a result, the temperature of the combustion gas is cooled to 380 to 460 ° C, preferably about 420 ° C.
排熱ボイラ52で冷却された燃焼ガスは、転化器61(反応手段)に導入される。排熱ボイラ52で冷却された燃焼ガスには、微量の窒素分(例えば、未分解NH3や、NO、NO2などのNOx)が含まれる。転化器61は、複数段(図では三段)に設置した触媒により、燃焼ガス中の二酸化硫黄(SO2)と酸素とを反応させて酸化し、三酸化硫黄(SO3)を含む反応ガスを生成する反応工程を行う。より詳細には、転化器61は、複数段のうち前段の触媒により硫黄酸化物(SOx)と酸素との発熱反応で昇温する転化後ガスに、外部から誘引した大気を直接混合させて、後段の触媒反応に適する温度にまで降下させる手法により、三酸化硫黄(SO3)を含む反応ガスを生成する。 The combustion gas cooled by the exhaust heat boiler 52 is introduced into the converter 61 (reaction means). The combustion gas cooled by the exhaust heat boiler 52 contains a small amount of nitrogen (for example, undecomposed NH 3 and NOx such as NO and NO 2). The converter 61 is a reaction gas containing sulfur trioxide (SO 3 ), which is oxidized by reacting sulfur dioxide (SO 2 ) in the combustion gas with oxygen by a catalyst installed in a plurality of stages (three stages in the figure). Perform a reaction step to produce. More specifically, the converter 61 directly mixes the atmosphere attracted from the outside with the converted gas whose temperature rises due to the exothermic reaction of sulfur oxide (SOx) and oxygen by the catalyst of the previous stage among the plurality of stages. A reaction gas containing sulfur trioxide (SO 3 ) is produced by a method of lowering the temperature to a temperature suitable for the catalytic reaction in the subsequent stage.
図5は、転化器61の内部構造を示す模式図である、図の(a)は側面断面図、(b)は(a)のA−A’断面図、(c)は(b)の破線丸内の拡大図である。この図に示すように、転化器61は、大気の空気を取り入れる主空気管61aと、主空気管61aから器内で分岐する枝空気管61bと、枝空気管61bから器内に空気を送出する空気口61cと、を備えている。 5A and 5B are schematic views showing the internal structure of the converter 61. FIG. 5A is a side sectional view, FIG. 5B is a sectional view taken along the line AA'of FIG. It is an enlarged view in the broken line circle. As shown in this figure, the converter 61 sends out air from the main air pipe 61a that takes in atmospheric air, the branch air pipe 61b that branches from the main air pipe 61a in the vessel, and the branch air pipe 61b into the vessel. It is provided with an air port 61c and the like.
触媒としては、硫酸の製造に使用される公知のものを使用することができ、例えば五酸化バナジウム(V2O5)などを挙げることができる。五酸化バナジウムには、脱硝機能があり、NH3とNOxとを反応させて窒素(N2)と水(H2O)に分解する。このため、本触媒によって三酸化硫黄の生成と、窒素分(NH3及びNOx)の分解を同時に行うことができる。転化器61の第一段では二酸化硫黄(SO2)の60〜80%が酸化反応するので、反応後のガス温度は、500〜600℃、好ましくは540℃程度となる。転化器61の第二段及び第三段で残りの二酸化硫黄(SO2)を三酸化硫黄(SO3)に酸化反応させるが、このいずれの段の入口温度も420℃前後にすることが好ましいため、前段出口ガスに大気を直接混合させて温度調節させている。 As the catalyst, a known catalyst used for producing sulfuric acid can be used, and examples thereof include vanadium pentoxide (V 2 O 5 ). Vanadium pentoxide has a denitration function and reacts NH 3 with NOx to decompose it into nitrogen (N 2 ) and water (H 2 O). Therefore, it is possible to perform the generation of sulfur trioxide by the present catalyst, the nitrogen partial decomposition of (NH 3 and NOx) simultaneously. Since 60 to 80% of sulfur dioxide (SO 2 ) undergoes an oxidation reaction in the first stage of the converter 61, the gas temperature after the reaction is about 500 to 600 ° C, preferably about 540 ° C. The remaining sulfur dioxide (SO 2 ) is oxidized to sulfur trioxide (SO 3 ) in the second and third stages of the converter 61, and the inlet temperature of either stage is preferably around 420 ° C. Therefore, the temperature is controlled by directly mixing the atmosphere with the outlet gas in the previous stage.
なお、転化器61の第一段の上流側(排熱ボイラ52からの燃焼ガスの流入側)に、脱硝触媒を配置してもよく、脱硝触媒としては、五酸化バナジウムに助触媒を混合したものを用いることができる。助触媒としては、酸化チタン(TiO2)や硫酸バナジウム(VOSO4)、あるいはこれらの混合物を挙げることができる。硫黄酸化物の転化の際には、上記のような助触媒を含む脱硝触媒を設けることで、硫黄酸化物の転化よりも窒素分の分解の反応の方が優先して進行して窒素分が分解される。そして、脱硝触媒の後段では、助触媒を含まない五酸化バナジウムによって窒素分の影響を受けにくい状態で硫黄酸化物の転化を効率的に行うことができる。 A denitration catalyst may be arranged on the upstream side of the first stage of the converter 61 (the inflow side of the combustion gas from the exhaust heat boiler 52), and as the denitration catalyst, vanadium pentoxide is mixed with an auxiliary catalyst. Can be used. Examples of the co-catalyst include titanium oxide (TiO 2 ), vanadyl sulfate (VOSO 4 ), or a mixture thereof. When converting sulfur oxides, by providing a denitration catalyst containing the above-mentioned co-catalyst, the reaction of nitrogen decomposition takes precedence over the conversion of sulfur oxides, and the nitrogen content proceeds. It is disassembled. Then, in the subsequent stage of the denitration catalyst, the sulfur oxide can be efficiently converted in a state where it is not easily affected by the nitrogen content by vanadium pentoxide containing no co-catalyst.
転化器61で生成した反応ガスは、排熱ボイラ62に移送されて冷却される。排熱ボイラ62は、上記の排熱ボイラ52と同様の装置を使用することができる。排熱ボイラ62で反応ガスは、250℃前後とされる硫酸露点を避けた温度の300℃程度まで冷却される。なお、この排熱ボイラ62は、エネルギー有効利用の観点から設置が推奨されるが、本発明において必須の装置ではなく、任意に設置することができる。 The reaction gas generated by the converter 61 is transferred to the exhaust heat boiler 62 and cooled. As the exhaust heat boiler 62, the same device as the exhaust heat boiler 52 described above can be used. In the exhaust heat boiler 62, the reaction gas is cooled to about 300 ° C., which is a temperature avoiding the sulfuric acid dew point, which is about 250 ° C. The exhaust heat boiler 62 is recommended to be installed from the viewpoint of effective use of energy, but it is not an essential device in the present invention and can be installed arbitrarily.
次に、図2に示すように、排熱ボイラ62で冷却された反応ガスは、希硫酸生成工程を行う希硫酸塔71(希硫酸生成手段)の塔底部に移送される。希硫酸塔71は、反応ガス中のH2OとSO3を循環硫酸水溶液(H2SO4)に吸収し、製品の希硫酸を生成する装置であり、吸収塔とも呼ばれる。希硫酸塔71の塔内には充填物が充填され、塔上部から硫酸水溶液が充填物に向けて噴霧されており、反応ガスが充填物間を通過する際に硫酸水溶液と接触することでH2OとSO3が硫酸水溶液に吸収される。 Next, as shown in FIG. 2, the reaction gas cooled by the exhaust heat boiler 62 is transferred to the bottom of the dilute sulfuric acid column 71 (dilute sulfuric acid producing means) that performs the dilute sulfuric acid producing step. The dilute sulfuric acid tower 71 is a device that absorbs H 2 O and SO 3 in the reaction gas into a circulating sulfuric acid aqueous solution (H 2 SO 4 ) to generate dilute sulfuric acid for the product, and is also called an absorption tower. The inside of the dilute sulfuric acid column 71 is filled with a filler, and the sulfuric acid aqueous solution is sprayed toward the filler from the upper part of the column, and when the reaction gas passes between the fillers, it comes into contact with the sulfuric acid aqueous solution. 2 O and SO 3 are absorbed in the sulfuric acid aqueous solution.
SO3を吸収した硫酸水溶液は、タンク73に移送され、熱交換器74において、CWS(Cooling Water Supply)、CWR(Cooling Water Return)によって、図示しない冷却塔からの冷却水により冷却されたのち、最終製品としてタンク75に貯留される。タンク75内では、硫酸水溶液の温度は60℃程度まで下がっている。 The aqueous sulfuric acid solution that has absorbed SO 3 is transferred to the tank 73, cooled by CWS (Cooling Water Supply) and CWR (Cooling Water Return) in the heat exchanger 74 with cooling water from a cooling tower (not shown), and then cooled. It is stored in the tank 75 as a final product. In the tank 75, the temperature of the aqueous sulfuric acid solution has dropped to about 60 ° C.
希硫酸塔71の塔頂部からは、硫酸ミストや未反応のSO2などを含むガスが排出される。この排出ガスは、電気集塵器76で回収された硫酸ミストはタンク73に移送されて硫酸水溶液として再利用されるが、残りはガス除去工程を行う除害塔81a(ガス除去手段)に移送される。 Gas containing sulfuric acid mist, unreacted SO 2, and the like is discharged from the top of the dilute sulfuric acid column 71. In this exhaust gas, the sulfuric acid mist recovered by the electrostatic precipitator 76 is transferred to the tank 73 and reused as an aqueous sulfuric acid solution, but the rest is transferred to the abatement tower 81a (gas removing means) for performing the gas removing step. Will be done.
電気集塵器76からの排出ガスは除害塔81aの塔底部に移送され、同じく塔底部から導入されるアンモニア水と接触する。排出ガス中のSO2はアンモニアと反応して亜硫酸アンモニウム(NH4HSO3:亜硫安)が生成する。亜硫酸アンモニウムを含む廃液は、ポンプ82で大部分が除害塔81aに循環返送され、一部はブロワ83からの酸化用エアでインラインミキサーなどを介して空気酸化され、気液セパレータ84を介して硫酸アンモニウム(NH4HSO4)としてタンク85に移送される。除害塔81aからのガスと同伴ミストは、ポンプ86による除害塔81bの循環液で洗浄され、ガスは除害塔81bから排出される。除害後の排出ガスには、SO2は含まれず、N2、O2、CO2及び規制値内NOxのみとなる。 The exhaust gas from the electrostatic precipitator 76 is transferred to the bottom of the abatement tower 81a and comes into contact with the ammonia water also introduced from the bottom of the tower. SO 2 in the exhaust gas reacts with ammonia to produce ammonium sulfite (NH 4 HSO 3 : Ammonium Sulfate). Most of the waste liquid containing ammonium sulfate is circulated and returned to the abatement tower 81a by the pump 82, and a part of the waste liquid is air-oxidized by the oxidizing air from the blower 83 through an in-line mixer or the like, and is passed through the gas-liquid separator 84. It is transferred to the tank 85 as ammonium sulfate (NH 4 HSO 4). The gas from the abatement tower 81a and the accompanying mist are washed with the circulating fluid of the abatement tower 81b by the pump 86, and the gas is discharged from the abatement tower 81b. The exhaust gas after detoxification does not contain SO 2, but only N 2 , O 2 , CO 2 and NOx within the regulation value.
排出ガスは、ブロワ87で吸引/昇圧され、煙突88を介して大気中に排出される。ブロワ87は、本希硫酸製造装置40の個別の装置のすべてについて負圧にする機能を有している。これにより、温度が高く有害なガスが大気に流出することを防止している。また、転化器61において、特別な設備を備えることなく、大気中の空気を誘引する機能も兼ね備えている。以上により、希硫酸製造と排ガス処理が行われる。 The exhaust gas is sucked / boosted by the blower 87 and discharged into the atmosphere through the chimney 88. The blower 87 has a function of creating a negative pressure for all of the individual devices of the dilute sulfuric acid production device 40. This prevents harmful gases from flowing out to the atmosphere due to their high temperature. Further, the converter 61 also has a function of attracting air in the atmosphere without providing any special equipment. As described above, dilute sulfuric acid production and exhaust gas treatment are performed.
2.シミュレーション
(1)希硫酸製造装置全体のシミュレーション
図1、図2の希硫酸製造装置40について、表1に示す設定値に基づき、電解質シミュレータ 「OLI Flowsheet: ESP」(OLI systems社)、汎用プロセスシミュレータ PRO/IITM(AVEVA社)、及び計算ソフトを使用し、シミュレーションを行った。
2. Simulation (1) Simulation of the entire dilute sulfuric acid production equipment For the dilute sulfuric acid production equipment 40 shown in FIGS. 1 and 2, an electrolyte simulator “OLI Flowsheet: ESP” (OLI systems) and a general-purpose process simulator are used based on the set values shown in Table 1. Simulation was performed using PRO / II TM (AVEVA) and calculation software.
図中の各装置について、マテリアルバランス用の設定値は下記表の値を使用した。
原料の脱硫廃液とCOGについて、成分の設定値は下記表の値を使用した。
上記のシミュレーションの結果を下記表に示す。表の「項目」行は、図1、図2におけるひし形で囲まれた数値を示しており、それより下の行はその項目の位置における温度や成分などの結果を示している。 The results of the above simulation are shown in the table below. The "item" row of the table shows the numerical values surrounded by diamonds in FIGS. 1 and 2, and the rows below it show the results such as temperature and component at the position of the item.
この結果から、最終の希硫酸の濃度は58.0質量%(項目22)となることが分かった。また、PVSA45dがなく、燃焼炉51に導入される空気の酸素濃度が大気と同じである希硫酸製造装置40についても同様のシミュレーションを行った。その結果、燃焼炉51から排出される排燃焼ガス(項目6)と転化器入口ガス(項目12)と煙突88へ排出される排ガス(項目31)は、PVSA45dがある場合は、それぞれ10105Nm3/h(下記表)と10105Nm3/h(下記表)と11095Nm3/h(下記表)であった。一方、上記の項目は、PVSA45dがない場合は、それぞれ17350Nm3/hと17350Nm3/hと17861Nm3/hであった。このことから、本発明のようにPVSA45dにより酸素含有ガスの酸素濃度が33体積%と高くすることで、排ガス量を約40%削減できることがわかった。この結果、例えば転化器61の場合、触媒の必要量は単位時間あたりにガスが触媒層に接触する時間の逆数、すなわち空間速度SV(単位、1/hr)がほぼ一定条件下で算出されることから、ガス量を42%低減することで必要触媒量を42%低減することができる。
(2)燃焼炉51のシミュレーション
図3の燃焼炉51について、化学反応シミュレーションソフト「CHEMKIN」(ANSYS社)を使用し、シミュレーションを行った。条件は以下のとおりである。
<計算条件>
・液体の物質はすべて気体に置き換える。
・Sを含む化学種については不活性物質としてN2に置き換える。
・燃焼炉内はプラグフロー流れとする。
・燃焼に伴う発熱は考慮しない。
・PVSAありとPVSAなしのケースで解析を実施する。
(2) Simulation of Combustion Furnace 51 The combustion furnace 51 of FIG. 3 was simulated using the chemical reaction simulation software “CHEMKIN” (ANSYS). The conditions are as follows.
<Calculation conditions>
-Replace all liquid substances with gas.
-For chemical species containing S, replace with N 2 as an inert substance.
・ Plug flow flow inside the combustion furnace.
・ The heat generated by combustion is not considered.
-Perform the analysis with and without PVSA.
燃焼炉51入口の成分は下記表の値を設定した。
上記成分について、シミュレーションの入力値は以下の数値を設定した。
燃焼炉51の計算条件は以下の数値を設定した。
シミュレーションの結果(グラフ)を図4に示す。PVSAなしのケースの炉出口のNO生成量を1としてPVSAありのケースと比較した。この図のNOで示すように、PVSAありのケースの方が、NOx生成量が少ないことがわかる。PVSAなしのケースでは、燃焼炉入口側でCH4、H2、COの燃焼により、NOxが生成されていることが分かった。PVSAありの方が、NOx生成量が低くなる理由としては、PVSAありのケースでは、COGガスのラインから可燃性ガスの流入がほぼないことが原因と推測される。 The result (graph) of the simulation is shown in FIG. The NO production amount at the furnace outlet in the case without PVSA was set to 1, and the case was compared with the case with PVSA. As shown by NO in this figure, it can be seen that the amount of NOx produced is smaller in the case with PVSA. In the case without PVSA, it was found that NOx was generated by the combustion of CH 4 , H 2, and CO on the combustion furnace inlet side. It is presumed that the reason why the amount of NOx produced is lower with PVSA is that in the case with PVSA, there is almost no inflow of flammable gas from the COG gas line.
40 希硫酸製造装置、41a 管路(原料供給手段)、41b ポンプ(原料供給手段)、41c 管路(原料供給手段)、42 管路(原料供給手段)、43 管路(原料供給手段)、44a 管路(酸素ガス含有ガス生成手段)、44b 蒸気加熱器(酸素ガス含有ガス生成手段)、45a 管路(酸素含有ガス生成手段)、45b 送風機(酸素含有ガス生成手段)、45c 管路(酸素含有ガス生成手段)、45d PVSA(酸素含有ガス生成手段)、45e 管路、51 燃焼炉(燃焼手段)、51a 供給口、51b 排出口、51c 格子状レンガ、52 排熱ボイラ(冷却手段)、61 転化器(反応手段)、61a 主空気管、61b 枝空気管、61c 空気口、62 排熱ボイラ、71 希硫酸塔(希硫酸生成手段)、73 タンク、74 熱交換器、75 タンク、76 電気集塵器、81a 除害塔(ガス除去手段)、81b 除害塔(ガス除去手段)、82 ポンプ、83 ブロワ、84 気液セパレータ、85 タンク、86 ポンプ、87 ブロワ、88 煙突 40 Dilute sulfuric acid production equipment, 41a pipeline (raw material supply means), 41b pump (raw material supply means), 41c pipeline (raw material supply means), 42 pipeline (raw material supply means), 43 pipeline (raw material supply means), 44a pipeline (oxygen-containing gas generating means), 44b steam heater (oxygen-containing gas generating means), 45a pipeline (oxygen-containing gas generating means), 45b blower (oxygen-containing gas generating means), 45c pipeline ( Oxygen-containing gas generating means), 45d PVSA (oxygen-containing gas generating means), 45e pipeline, 51 combustion furnace (combustion means), 51a supply port, 51b discharge port, 51c lattice brick, 52 exhaust heat boiler (cooling means) , 61 converter (reaction means), 61a main air pipe, 61b branch air pipe, 61c air port, 62 exhaust heat boiler, 71 dilute sulfuric acid tower (dilute sulfuric acid producing means), 73 tanks, 74 heat exchangers, 75 tanks, 76 Electrostatic collector, 81a abatement tower (gas removal means), 81b abatement tower (gas removal means), 82 pump, 83 blower, 84 gas-liquid separator, 85 tank, 86 pump, 87 blower, 88 chimney
Claims (18)
酸素濃度が25〜40体積%の酸素含有ガスを生成する酸素含有ガス生成手段と、
前記酸素含有ガスで前記原料を燃焼して硫黄酸化物(SOx:ここで、1≦x<3)と10質量%以上の水分とを含む燃焼ガスを生成する燃焼手段と、
前記燃焼ガスを冷却する冷却手段と、
前記硫黄酸化物(SOx)を触媒により酸化して三酸化硫黄(SO3)を含む反応ガスを生成する反応手段と、
前記反応ガスを冷却して希硫酸を生成する希硫酸生成手段と、を含むことを特徴とする希硫酸製造装置。 A raw material supply means for supplying a raw material containing at least sulfur content, nitrogen content, and water content of 40 to 80% by mass or more.
An oxygen-containing gas generating means for generating an oxygen-containing gas having an oxygen concentration of 25 to 40% by volume,
A combustion means for burning the raw material with the oxygen-containing gas to generate a combustion gas containing sulfur oxides (SOx: here, 1 ≦ x <3) and 10% by mass or more of water.
A cooling means for cooling the combustion gas and
A reaction means for generating a reaction gas containing sulfur trioxide (SO 3 ) by oxidizing the sulfur oxide (SOx) with a catalyst.
A dilute sulfuric acid producing apparatus comprising: a dilute sulfuric acid producing means for cooling the reaction gas to produce dilute sulfuric acid.
酸素濃度が25〜40体積%の酸素含有ガスを生成する酸素含有ガス生成工程と、
前記酸素含有ガスで前記原料を燃焼して硫黄酸化物(SOx:ここで、1≦x<3)と10質量%以上の水分とを含む燃焼ガスを生成する燃焼工程と、
前記燃焼ガスを冷却する冷却工程と、
前記硫黄酸化物(SOx)を触媒により酸化して三酸化硫黄(SO3)を含む反応ガスを生成する反応工程と、
前記反応ガスを冷却して希硫酸を生成する希硫酸生成工程と、を含むことを特徴とする希硫酸製造方法。 A raw material supply process for supplying a raw material containing at least sulfur content, nitrogen content, and water content of 40 to 80% by mass or more.
An oxygen-containing gas generation step that produces an oxygen-containing gas having an oxygen concentration of 25 to 40% by volume,
A combustion step of burning the raw material with the oxygen-containing gas to generate a combustion gas containing sulfur oxides (SOx: here, 1 ≦ x <3) and 10% by mass or more of water.
A cooling process for cooling the combustion gas and
A reaction step of oxidizing the sulfur oxide (SOx) with a catalyst to generate a reaction gas containing sulfur trioxide (SO 3), and
A method for producing dilute sulfuric acid, which comprises a dilute sulfuric acid producing step of cooling the reaction gas to produce dilute sulfuric acid.
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