JPH07108767B2 - 接触式硫酸製造装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は接触式硫酸製造装置の改良に関する。

〔従来の技術〕

従来の硫酸製造に当っては、二酸化硫黄（以下SO₂と略
す）と酸素（以下O₂と略す）を含有する高温ガスより廃
熱ボイラーにて熱回収をする熱回収工程と、ダスト及び
砒素、水銀等の不純物除去するガス精製工程と、バナジ
ウム系触媒を多段に充てんした転化器でSO₂を三酸化硫
黄（以下SO₃と略す）に酸化する転化工程と、SO₃を硫酸
水溶液に吸収して製品硫酸を製造する吸収工程が組合わ
せて使用されている。SO₂を含有するガス源としては
銅、亜鉛、鉛、ニッケル等の各種精錬ガス、又は純硫黄
もしくはH₂Sガスを燃焼炉にて燃焼させて得られる燃焼
ガスが使用される。前者の精錬ガスの場合にはガス中に
シリカ、アルミ、鉄等の酸化物やナトリウム、マグネシ
ウム、カルシウム等の硫酸塩を主体とするダストが含ま
れているため、サイクロン、電気集塵器、スクラバー等
から成るガス精製工程にてこれらが除去される。またガ
ス中には砒素、弗素等酸化工程の触媒毒となる成分も含
まれる場合があり、これらも精製工程にてとり除かれ
る。しかしながら精製工程での除去効率は100％ではな
いため後段の転化器には相当量のダストが同伴される。
一方、純硫黄を燃焼する場合には、通常ガス中のダスト
含有量が少ないためガス精製工程は設置されない。しか
し純硫黄燃焼の場合でも原料硫黄中に僅かながら存在す
る灰分よりダストが発生しやはり後段の転化器に同伴さ
れる。

転化器には初期には粒状触媒が充填されていたが、最近
は第４図に示すようなリング状触媒30あるいは花弁状の
触媒が主として充填されている。触媒形状は触媒層の初
期圧損を低減するとともに、前述のとおり、原料ガス中
に同伴されるダスト及び鋼板内面の酸化による酸化鉄、
硫酸鉄を主成分とするダストによる閉塞を防止するため
に、各種のものが探索されてきた。触媒層は通常３〜５
層の複層よりなり、前段の触媒層出口より反応後のガス
が一旦転化器外に抜き出され、熱交換器により温度調整
後再び後段の触媒層入口に戻される。これはSO₃生成時
の発熱によるガス温度の過度の上昇を避けて高い転化率
を得るためである。また、転化器の中間で反応ガス中の
SO₃を吸収塔で除去し再度ガスを転化器にもどす二段接
触（ダブルコンタクト）法が主流となっており、これも
高転化率を得るための工夫の一つである。

最後に硫酸製造のためのSO₃の吸収工程では高温の反応
ガスを硫酸水溶液と接触させて所定濃度の製品硫酸が得
られる。

〔発明が解決しようとする課題〕

前述したとおり、転化器には原料ガスに同伴された相当
量のダストが入る。このダストは大部分が触媒層に付着
するため、運転時間の経過と共に通気圧損が上昇してし
まう。そのため通気圧損に見合ったブロワーの設置を余
儀なくされブロワーの運転動力費用もかさむのが欠点で
あった。通気圧損が大幅に上昇すると定格ガス流量での
操業が困難となるので従来は定期的に転化器より触媒を
抜きだし、ふるい分けによるダストの分離除去を行なう
必要があった。ダスト除去作業中は運転を停止するため
稼動率の低下を招く欠点があった。そこで触媒の形状を
粒状よりリング状あるいは花弁状に変更する等触媒層で
の初期通気圧損を低減すると共に、ダストによる閉塞を
防止して経時的通気圧損の上昇を緩和する試みが従来よ
り種々なされ、ある程度改善はされてきたが根本的な解
決にはいたらず、前述の欠点が依然として残っているの
が現状である。

また、従来触媒を充填している転化器は堅型であり転化
器内に設けた複数のトレイ上に粒状、リング上又は花弁
状の触媒を積載し原料ガスを通気する方式が一般的であ
る。この際、前述のとおりSO₂の転化率を上げるため各
触媒層の出口よりガスが一旦転化器外へ抜き出され熱交
換器により温度調整後、再び転化器に戻され後段の触媒
層に導入される。そのため堅型の転化器中間段と地上の
熱交換器間に高所を通る複雑な接続ダクトが引きまわさ
れ設備費削減の障害となっていた。

さらに既設の硫酸製造プラントの製造容量を増大させる
要求が生じた場合、従来の方法では触媒量すなわち転化
器そのものを大容量のものに変える改修となるため、簡
便な触媒追加方法が待たれるところであった。

本発明は以上のような問題点を解決しようとするもので
ある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、接触式硫酸製造装置に於いて、二酸化イオウ
と酸素を含有する原料ガスを通気するダクト中に、複数
のガス貫通孔を備え、同ガス貫通孔の形状が格子状また
はハニカム状であり、貫通孔の相当直径が4.4mm以上15m
m以下、開孔率が40％以上70％以下の硫酸用ガス平行流
型触媒を単層又は複層充填したことを特徴とするもので
ある。

〔作用〕

本発明では、原料ガスの通気ダクト内に格子状又はハニ
カム状のガス貫通孔をもつ硫酸用のガス平行流型触媒を
用いることによって、同触媒に入ったガスは各貫通孔に
分配されたあと貫通孔の中を隔壁に沿って流れる。

第４図に示したような従来型の触媒に比較し、ガス平行
流型触媒ではガスは各貫通孔を形成する隔壁にそって整
流された状態で流れるため、通気圧損は本質的に低く、
ガス流速が比較的速い範囲まで低圧損の状態を維持でき
るのでダクト内への設置が可能である。

またこのガス平行流型触媒は横置きにしても触媒層が崩
れることは無く、従来、粒状触媒を積載するために転化
器内に設けられたトレイは不必要となる。

さらに、本発明者は、ガス貫通孔の相当直径、開孔率を
選定することにより、ガス平行流型触媒ではダスト閉塞
が少なくSO₂を高効率で転化することができることを見
い出した。

すなわち、ガス貫通孔の相当直径が4.4mm以上15mm以
下、開孔率が40％以上70％以下とすれば、従来の触媒と
同一またはそれ以上の転化効率をもち、かつ初期圧損が
低く、ダスト閉塞のしにくいために圧損の経時的増加も
小さい触媒層をダクト内に充填できることが判明した。

ガス貫通孔の相当直径が4.4mm未満では原料ガス中に含
まれるダストによる閉塞が起りやすく、また圧力損失も
大きくなり従来の触媒の欠点解消には結びつかない。ま
た貫通孔の相当直径が15mmを越えると単位体積あたりの
触媒表面積が小さくなるため大容量の触媒が必要となり
実用上得策でない。

一方、貫通孔の開孔率が40％未満では圧力損失が大きく
端面に於けるダストの閉塞も起きやすく通気圧損の経時
的上昇も大となる。一方開孔率が70％を越えると隔壁が
薄くなり必要な強度が得られないので実用上好ましくな
い。

以上に鑑み、本発明では、ガス貫通孔の相当直径を4.4m
m以上15mm以下、開口率が40％以上70％以下とすること
によって、従来の触媒と同一またはそれ以上の転化効率
をもち、かつ初期圧損が低く、ダスト閉塞が起りがたく
圧損の経時的増加も小さく、強度が高い触媒層をもつ接
触式硫酸製造装置が得られる。

〔実施例〕

本発明の一実施例を第１図ないし第３図によって説明す
る。

本実施例は水平ダクト１中に格子状ガス平行流型触媒を
４層充填した例である。図示しない硫黄燃焼炉及び廃熱
ボイラーを経たSO₂及びO₂を含むガスは、第１図中矢印
で示すように水平ダクト１内を流れ、同水平ダクト１に
充填された第１触媒層ａより順次第４触媒層ｄに供給さ
れる。触媒層ａ〜ｄには第２図にその断面を示すように
隔壁12によって仕切られた複数の矩形の貫通孔11をもつ
格子状のガス平行流型の硫酸用触媒10、又は第３図にそ
の断面を示すように隔壁22によって仕切られた六角形の
複数の貫通孔21をもつハニカム状のガス平行流型の硫酸
用触媒20が充填されている。

また、第１図において、２、３、４、５、６、７は、そ
れぞれダクト１に開口するダクトで温度調整用に反応後
のガスを引き抜いて図示しない熱交換器に導き、冷却さ
れたガスを熱交換器からダクト１に戻すようになってい
る。

また触媒10、20のガス貫通孔11、21の相当直径は4.4mm
以上15mm以下開孔率は40％以上70％以上となるように選
定されている。

本実施例では、触媒10又は20に入ったガスは各ガス貫通
孔11又は21に分配され、ガス貫通孔の中を隔壁12又は22
を沿って流れ、この際ガス中のSO₂がSO₃に転化される。
触媒を出たガスはダクト２、４又は６を通って熱交換器
に入り、冷却された上でダクト３、５又は７を通って水
平ダクト１に戻され後流側の触媒に導入される。

本実施例は、以上の通り水平ダクト内に平行流型の格子
状触媒10又はハニカム状触媒20が複数層配設しているた
めに、トレイ等を必要とすることなく触媒を充填するこ
とがなく、また触媒層が崩れるおそれもない。

また、触媒のガス貫通孔11又は21の相当直径は4.4mm以
上15mm以下開孔率は40％以上70％以下に選定されている
ために、初期圧損が低く、ダスト閉塞を起すことがない
と共に、従来の粒状、リング状等の触媒と同一またはそ
れ以上のSO₂の転化率を得ることができる。しかも水平
ダクト１内に触媒層が設けられているために、転化器を
設ける必要がなく設備費用が削減される。

また更に、本実施例は、従来の堅型転化器と異なり、ダ
クト１に触媒を充填しているために、同ダクト１の極く
近傍に熱交換器を配置できるため、熱交換器との接続ダ
クトの高所に引きまわすことが不要であり、その距離も
最短にでき、これによって設備不要の削減が可能とな
る。

なお、上記実施例ではダクト内に触媒層を設けて所定の
転化率を得ることにより、従来の転化器の不用となる場
合を示したが、本発明はこれに限定されるものではな
い。すなわち従来の転化器の上流及び／又は下流のダク
ト中にガス平行流型触媒を充填し、SO₂転化量を増大す
ることが可能である。

既設プラントの容量増大を行なう際には敷地の制約があ
る場合が多いが、このように転化器の上流及び／又は下
流のダクト内へ触媒を設置する場合には、余分な敷地を
必要としないことからその実施が極めて容易である。

〔実験例〕

硫黄燃焼式硫酸製造プラントに於いて、転化器入口から
流量30Nm³/hのガスを80mm角のダクトで引き抜き、この
中に第２図に示した格子状触媒を充填し、該ダクトの前
後で通気圧損と酸化率を測定し第１表の結果を得た。酸
化率はダクト出入口ガス中のSO₂濃度を測定することに
より行なった。また触媒は４層として各層入口のガス温
度は熱交換器により制御した。ガス貫通孔の形状は格子
状であり相当直径は8.3mm、開孔率は64％である。全触
媒長さは4mとした。

格子状触媒の主触媒物質はV₂O₅とし、助触媒としてK,Na
を使用して調整した。

〔比較例〕

実施例と同一のダクト中に従来形のリング状触媒を実施
例と同一層長充填し同様に通気圧損と酸化率を測定し
た。入口ガス条件、触媒各層入口温度は実験例と同一と
なるように制御した。得られた結果を第２表に示す。

実験例と比較例を較べると、SO₂転化率は両者ほぼ同一
ながら、本発明になる格子状触媒では通気圧損が著しく
低減できる効果のあることが確認された。

また数ケ月の連続運転を行ない通気圧損の上昇割合を調
べると、比較例では初期圧損の1.5倍まで上昇したのに
対し実験例の圧損上昇は1.1倍以下であった。本結果よ
り格子状触媒を充填した場合にはダストが閉塞しにく
く、通気圧損の経時的増大も小さいという効果が確認さ
れた。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明は次の効果を奏することが
できる。

（１） 格子状又はハニカム状の平行流型の硫酸用触媒
を単層又は複数層設けることによって、トレイ等を必要
とせず、また崩れることのない触媒層をうることができ
る。

（２） ダクト内に触媒層が設置されるために、必ずし
も転化器を必要とせず、また熱交換器をダクト近傍に設
けることができ設備費を低減させることができる。

（３） 格子状又はハニカム状の平行流型の触媒の複数
のガス貫通孔の相当直径は4.4mm以上15mm以下、開口率
は40％以上70％以下としているために、初期圧損が小さ
く、圧損の経時的の増加も小さくすると共にSO₂の転化
率を従来の触媒と同等又はそれ以上とすることができ
る。

（４） 既存の転化器に本発明による装置を付加する場
合には、余分な敷地を必要とせずにプラントの容量を増
大することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を模式的に示す断面図、第２
図及び第３図はそれぞれ同実施例に使用される格子状及
びハニカム状の平行流型触媒の断面図、第４図は従来の
リング状触媒の説明図である。 １……水平ダクト、a,b,c,d……触媒層 10……格子状触媒、11……ガス貫通孔 12……隔壁、20……ハニカム状触媒 21……ガス貫通孔、22……隔壁

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】二酸化イオウと酸素を含有する原料ガスを
   通気するダクト中に、複数のガス貫通孔を備え、同ガス
   貫通孔の形状が格子状またはハニカム状であり、ガス貫
   通孔の相当直径が4.4mm以上15mm以下、開孔率が40％以
   上70％以下の硫酸用ガス平行流型触媒を単層または複数
   層充填してなることを特徴とする接触式硫酸製造装置。