JPS62138311A - 三酸化硫黄の吸収による濃硫酸の製造法及びこれに用いる装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は硫酸に三酸化硫黄を吸収させることによる富化
（濃）硫酸の製造法及びこれに用いる装置に関する。

代表的な接触法で二酸化硫黄から硫酸を製造するに当っ
ては、二酸化硫黄乾燥カスを得、これを二酸化硫黄の実
質的に全てが三酸化硫黄に転化される一連の触媒床に通
送する。次いで三酸化硫黄を１個以上の吸収塔で硫酸に
吸収させて富化硫酸流を生成する。

代表的には、触媒による転化床からの三酸化硫黄ガス流
は５〜１３容量％の三酸化硫黄を含有し、これを１６０
〜２６０℃の程度の温度に普通冷却してから吸収段階に
通送する。三酸化硫黄は例えは煉瓦て裏張りした充填材
付きの吸収塔内で硫酸との向流吸収によりガス流から取
出される。

二酸化硫黄の吸収によって発生ずる熱量のきわめて大き
いこと及び流出ガス流中に未吸収の三酸化硫黄が産生さ
れるのを防止する必要性の結果として、過度に高温て腐
食性の酸を回避しようとするならば吸収塔は大量の酸処
理流を必要とする。

更には、十分に大量の吸収剤酸流を用いることによって
広範囲の酸濃度を回避するのか望ましい。

代表的には、酸生成物の取出し流は吸収塔の充填材及び
補助配管内に収容される循環酸流のわずか５〜１０％を
表わし得る。経済的に利用し得る物質を用いると、酸の
温度は例えば１２０℃までの範囲にある。

吸収塔の充填材を通って向流式による下向きの酸流と上
向きのガス流とを用いると、２つの流体か相互作用し且
つ互いに通送するに十分な空の空間を与えしかもガス流
が充填材を通っての液体の逸出を妨害する「洪水Ｊ　（
ｆｌｏｏｄｉｎｇ）として知られる状況を回避するよう
に吸収塔を設計することが必要とされる。この問題はガ
スが先ず充填材に入来する場合には最も重大である。何
故ならば、これはガス流がガスに存在する三酸化硫黄に
より最大であり、且つ最高温（即ち最低密度）である場
合であるからであり、最大容量のガスが充填材中の空隙
空間を通って流れる。問題を複雑にするのは酸が下部の
充填材領域でガスから三酸化硫黄の大部分を吸収する結
果として下向きの液体流がまた下部充填材領域で最大で
あることである。

現在の設計の吸収塔では、充填材の全ての表面が湿潤さ
れて三酸化硫黄の最大の吸収を行うように充填材上に入
来する吸収用酸を散布するために、充填材の頂部に分配
器を必要とする。

慣用の吸収塔の重大な欠点は、高温の塔外壁及び煉瓦の
後にある高温裏張りが存在しないためには塔内に肉厚の
煉瓦裏張りを必要とすることである。例えば高温ガス（
１６０〜２８０’ｌ：）を煉瓦裏張りに直接隣接する塔
の下部領域に供給し、下部領域は断続的にのみ湿潤され
るので不利である。かＮる煉瓦裏張りのために塔の経費
が増大し、適当に取付けるのが困難である。

更には例えば酸吸収による三酸化硫黄の取出に満足させ
ねばならない２つの相反する要件がある。用いた硫酸で
決定した濃度及び温度範囲を超えることなくガスから三
酸化硫黄を全体的に取出す必要性があり且つ９９．９％
及びそれ以上に接近する効率値までガス中の三酸化硫黄
の実質的に全てを取出す別の必要性がある。

第１の必要性は塔中の充填材の１５〜２０％即ち入口ガ
スに接触する充填材の第１の部分に相当する底部で通常
達成される。この要件は塔の直径を決定し、かくして塔
経費の重要な因子である。

充填材の残りの８０〜８５％は環境当局により要求され
た高度の値にまで三酸化硫黄の吸収に作用し、そのため
大きな直径の塔又は大きな酸流を用いる必要性はない。

即ち、吸収塔が原基の残りの部分に関して上部で特大で
あり、しかも該上部でのガス密度及びガス流及び酸流が
特大である点で慣用の吸収塔には別の欠点かある。

二重吸収系を用いる最近の硫酸製造法は、２つの吸収塔
を有し、その各々には前記の欠点がある。

吸収塔の寸法及び塔の充填材領域での酸の循環率が慣用
の大きさ以下に低下された吸収塔及び吸収法を提供する
のが本発明の１目的である。

より薄い裏張りを用い得るか又は煉瓦の裏張りを用いな
いように塔の底部における構成部材に対するガスの悪影
響を減少させるのが、本発明の別の目的である。

従って本発明の１つの要旨によると、次の構成部材； （ａ）　　外壁、（ｂ）外壁の下方部分内の硫酸噴霧室
、（ｃ）外壁内の前記の硫酸噴霧室より上方にある充填
材付き三酸化硫黄吸収帯域、（ｄ）硫酸流を前記の噴霧
室内へ噴霧させる装置、（ｅ）三酸化硫黄含有高温ガス
流を前記の噴霧室へ供給して三酸化硫黄涸渇ガス流を製
造する装置、（ｆ）前記の三酸化硫黄涸渇ガス流を前記
の充填材入り吸収帯域に供給する装置、（ｇ）硫酸流を
前記の充填材入り吸収帯域に供給する装置、（ｈ）前記
の噴霧室及び吸収帯域から硫酸流を収集する装置及び（
ｉ）前記の充填材入り吸収帯域から得られるガス流を収
集する装置とを有してなる三酸化硫黄吸収塔が提供され
る。

本発明の好ましい実施形式では、前記吸収塔の外側に設
けられしかも前記の硫酸噴霧室に接続した側方噴霧室を
更に有してなる、前記の吸収塔を提供する。

別の要旨では、本発明は三酸化硫黄を含有する高温ガス
流から濃硫酸を製造する方法において、次の諸工程； （ａ）　　前記のガス流を吸収塔内に設置した硫酸噴霧
室に供給し、 （ｂ）　　第１の再循環硫酸流を前記内噴霧室で噴霧し
て前記ガス流から三酸化硫黄の大部分を該再循環硫酸中
に吸収させこれによって第１の硫酸富化流と三酸化硫黄
が涸渇したガス流とを製造し、 （ｃ）　　三酸化硫黄が涸渇したガス流を吸収塔内の前
記噴霧室より上方にある充填材入りの三酸化硫黄吸収帯
域に供給し、 （ｄ）　　第２の再循環硫酸流を前記の三酸化硫黄吸収
帯域に供給して前記の三酸化硫黄涸渇ガス流中に残留し
ている三酸化硫黄の実質的に全てを吸収させ、これによ
って第２の硫酸富化流と三酸化硫黄を実質的に含有しな
いガス流とを製造し、 （ｅ）　　前記の第１の硫酸富化流と第２の硫酸富化流
とを収集し、 （ｆ）　　前記の三酸化硫黄を実質的に含有しないガス
流を収集することからなることを特徴とする濃硫酸の製
造法を提供する。

噴霧室及び充填材入りの吸収帯域に供給した第１の再循
環酸流及び第２の再循環酸流は、それぞれ直接の共通供
給源から入来できあるいは、各々が硫酸全製造プラント
内に見出される適当で別個の酸回路から放出できる。例
えば、充填材入りの吸収帯域への再循環酸は最初の又は
最終の乾燥塔の酸回路から又はこれらの回路の組合せか
ら供給できる。噴霧室に供給した酸は前記の充填材入り
吸収帯域の酸供給源の何れかから又はなお別個の回路か
ら放出できる。２つの供給酸は、噴霧室への酸容量を充
填材入り吸収帯域への酸容量よりも大きくしながら共通
の循環用酸の供給源から放出するのが好ましい。

即ち、本発明の好ましい具体例では、前記の第１の再循
環硫酸流が共通の再循環硫酸流の大部分を構成し、前記
の第２の再循環硫酸流が共通の再循環硫酸流の小部分を
構成した前記の濃硫酸製造法が提供される。

充填した吸収帯域及び噴霧室に供給した再循環酸の相対
量は、酸の温度及び所望の富化酸流の濃度によって決定
される。通常の操作条件下では、噴霧室への酸流の所要
量は充填した吸収帯域への酸流の所要量を通常越えるも
のである。黙しながら、エネルギーの回収又は他の状況
が重要である場合には、逆もまた真実であるように相対
的な流１の関係を変化させ得るのが可能である。かＳる
１つの場合は噴霧室からきわめて高温の酸が望ましい時
にそうであり、これは噴霧室への供給再循環酸の容量を
減少させることを必要とする。

２つの酸富化流は塔内で合して酸の混合物として放出す
るかあるいは別個に充填材入りの吸収帯域及び噴霧室か
ら生ずる別個の流れとして塔から流出できる。２つの酸
富化流を合した前者の場合には、本発明の方法に関する
限りはこれによって「共通の」酸移動回路が生ずると考
えられる。他方、「別個の」回路なる用語は充填材入り
吸収帯域及び噴霧室から出て来る酸富化流が直接混合さ
れることはないことを意味する。

即ち、吸収塔の２つの別個の領域で生じた富化酸は互い
に合することができ及び／又は硫酸全プラント内を循環
する他の適当な酸と合し得ることが見出された。

好ましい具体例では、充填材入り吸収帯域からの富化酸
を噴霧室に通送させ、かくして噴霧室からの富化酸と合
するようになる。

本発明をより良く理解し得るために、本発明の好ましい
具体例を添附図面を参照しながら単に例として以下に記
載する。

第１図は本発明の三酸化硫黄吸収塔の垂直断面図解図で
あり、第２図は第１図の吸収塔内に配置した硫酸噴霧器
の配列の断面図解図であり、第３図は硫酸噴霧器の側方
配列を備えた第１図の吸収塔の垂直断面図解図であり、
第４図、第５図及び第６図は本発明の吸収塔と組合せた
硫酸循環系の図解図である。

第１図に示した吸収塔は、頂部に流出ガス出口１２及び
底部に高温ガス人口１３及び酸出口１４を有する炭素鋼
製外壁１１を有してなる。

外壁１１はその下方部分に耐酸煉瓦製の内部張り１５及
びセラミック支持材１６を有し、これらは外壁の底部と
一緒になって硫酸Ｉ］１ｌＩｎ室１７の形状を定める。

噴霧室内には酸の人口１９から導通する酸分散噴霧器１
８の配列が配置しである。支持材１６より上方の外壁１
１内にはセラミックサドル充填材を充填した三酸化硫黄
吸収帯域２０があり、該充填材を通ってガス及び酸は滲
出してこれら同志の十分で緊密な接触を達成できる。

外壁１１はその上部に酸の入口２１及び鋳鉄製の酸分配
器２２を有し、その上方には不銹鋼製フレームに収容し
たガラス繊維製のミスト除去器２３がある。

第２図は圧力降下の低い複数のノズル２４を有する複数
の平行管として構成された硫酸噴霧器１８の配列を示す
。噴霧器の別配列は噴霧室内にノズルの放射配列として
配置できる。

噴霧室１７内に硫酸を噴霧する装置を構成する噴霧配列
は別の具体例では向流、併流又は交差流の流れとして酸
を生ずる。何故ならば硫酸以上に三酸化硫黄の背圧は存
在しないからである。代表的には噴霧器の配列は検査し
得るか又は取換え得るものである。

第３図は本発明のより好ましい吸収塔を示し、第１図の
外壁１１に鋼製で且つ耐酸煉瓦２６で裏張りした高温ガ
ス導管２５を取付けるように第１図の外壁を改良しであ
る。高温ガス導管２５の側面は吸収塔の外側に設けた側
方噴ｎ室２７の外形を定め、該噴霧室２７内には酸噴霧
器２８の側方配列がある。

第３図の吸収塔の別形式では、噴霧器の配列を外側に拡
大した下方に流れる垂直導管内に配置して吸収塔に入来
する前の高温三酸化硫黄ガスを処理できる。

第４図は吸収塔と組合せた再循環した硫酸の共通回路を
示し、それぞれ噴霧室及び充填吸収帯域からの第１の富
化硫酸流及び第２の富化硫酸流を吸収塔内で合し、ポン
プタンク２つに流出させる。タンク２９からの酸は熱交
換器３０を通して冷却してからそれぞれ噴霧室１７及び
充填材入り吸収帯域２０に多量及び少量再循環させる。

生成物の取出し系統３１は図示した如く適当に配置しで
ある。

第５図は別形式の再循環した硫酸の共通回路を示し、熱
交換器３０は噴霧室への酸流取出し地点より後で充填材
入り吸収帯域の入口より前に配設しである。か＼る装置
によると再循環用の全体の酸が多量であることにより場
合によってはより高い温度を達成し得る。

第６図は充填材入りの吸収帯域及び噴霧室用の別個の酸
循環回路を示す。噴霧室用の別個の供給及び酸回路によ
ってエネルギーの回収を高くしながらより高温の富化硫
酸を製造できる。

操業に当っては、本発明の吸収塔は代表的な２．０ＯＯ
５ＴＰＤ硫酸プラントに用いる第１の吸収器を表わし、
これは１２％二酸化硫黄の９３％転化から得られた２０
０℃の三酸化硫黄ガス流を収容する。

第１図及び第４図を参照するに、全般的な４．０００１
１ＳＧＰＭの共通の再循環酸流か８０℃で９８．５％の
濃度で吸収塔に入来する。再循環酸流の大部分（２５０
０，ｇｐｍ）を噴霧室に供給し、小部分（１５００ｇｐ
ｍ）を充填材入り吸収帯域に供給する。

図示した具体例では充填材入り吸収帯域を横切る吸収塔
の直径は６１０ｃｍの寸法を有し、代表的な７，６２ｃ
ｍのサドル形充填材のわずか３６６ｃｍの深さを必要と
する。これは三酸化硫黄除去の同じ性能を達成するのに
慣用設計の吸収塔で充填材の深さが６１０ｃｍであるこ
とを必要とするのと対照すべきである。

出口１４を通って吸収塔の底部から出て行く酸は例えば
１２０℃で出て行き９９．２％の濃度を有する。三酸化
硫黄吸収効率は例えば９９．９９％より高い。

改良法では、第１図及び第５図を参照するに、充填材太
り吸収帯域の入口２１を通って吸収塔に入来する再循環
硫酸は噴霧室の人口１９を通って入来する再循環硫酸よ
りも低温である。入口１９を通る酸流は１００℃にのみ
冷却でき然るに入口２１を通る酸流は８０℃に冷却でき
る。この場合には、両方のｍ流を８０℃に冷却した第１
の例示法で見られる如く全熱（ｔｏｔａｌ　ｈｅａｔ）
のわずか５１％と対照すると全熱の８４％が１００℃以
上の熱移動について利用できる。

再循環酸流の２つの仕事の分離による熱取出しの利点は
慣用の単−塔の概念では存在しない有意な設計の融通性
を可能とする。

即ち、本発明によって提供される硫酸中の三酸化硫黄吸
収の改良は充填材に入来する前にガス流から三酸化硫黄
を予備吸収するのに酸を吸収する噴霧液の使用にあるこ
とが見られ、しかもかよる噴霧液は代表的には充填材の
下方の空間にしかも場合によっては入口のガス導管に配
設される。噴霧液に用いた酸流は吸収系における再循環
酸の大部分であり、再循環酸の小部分を用いて吸収塔の
充填材を１概する。

多数の利点が前記した予備吸収法から生ずる。

第１に、噴霧液を用いた最初のガス帯域中の煉瓦又は金
属に冷却酸を連続的に１概し、これは煉瓦の後方にある
裏張りを保護する。またより薄い煉瓦の裏張りを使用で
きこれは投下経費を節約する。

別の具体例では、本発明の実施に当って吸収塔の最初の
ガス帯域に最近開発された耐蝕金属を用いると耐酸煉瓦
を完全に排除することを考慮する。

第２の利点はガス流の低下と高いガス密度と充填材上に
必要とされる液体流の低下との結果としてより小さな寸
法の吸収塔を用いることに在る。

例えば吸収塔の直径は本発明の方法について２５％まで
減少させ得る。

第３の利点は分配系における酸流の低下に在り、これに
よってより小さな管体及び塔の頂部の同様物を使用でき
る。

なお別の利点は、充填材上への濯讃を変化させずにおき
ながら三酸化硫黄吸収の変化に応じて噴霧液への酸流を
変化させる能力にある。慣用の分配器は流れを容易には
細化させられないが然るに低圧で又は必要に応して個々
のノズルを遮断しなから操作し得る噴霧系を設計できる
。この利点はエネルギーの再生を吸収法で実施しようと
するならば特に有用である。

なお別の利点は低い温度が必須でない、唄露液と組合せ
た主要な熱取出操作を、良好な冷却が必要とされる充填
材での冷却から分離したことに在る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の三酸化硫黄吸収塔の垂直断面図解図
であり、第２図は第１図の吸収塔内に配器した硫酸［１
ｉ露器の配列の断面図解図であり、第３図は硫酸噴霧器
の側方配列を備えた第１図の吸収塔の垂直断面図解図で
あり、第４図〜第６図は本発明の吸収塔と組合せた硫酸
循環系の図解図である。図中１１は外壁、１２は流出ガ
ス出口、１３は高温ガス入口、１４は酸出口、１５は内
部内張り、１６はセラミック支持材、１７は硫ｉ噴霧室
、１８は噴霧器、２０はＳＯ３吸収帯域、２２は酸分配
器、２４はノズル、２７は側方噴霧室、２９はポンプタ
ンク、３０は熱交換器をそれぞれ表わす。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、三酸化硫黄を含有する高温ガス流から濃硫酸を製造
   する方法において、次の諸工程； （ａ）前記のガス流を吸収塔内に設置した硫酸噴霧室に
   供給し、 （ｂ）第１の再循環硫酸流を前記噴霧室内で噴霧して前
   記ガス流から三酸化硫黄の大部分を該再循環硫酸中に吸
   収させこれによって第１の硫酸富化流と三酸化硫黄が涸
   渇したガス流とを製造し、 （ｃ）三酸化硫黄が涸渇したガス流を吸収塔内の前記噴
   霧室より上方にある充填材入りの三酸化硫黄吸収帯域に
   供給し、 （ｄ）第２の再循環硫酸流を前記の三酸化硫黄吸収帯域
   に供給して前記の三酸化硫黄涸渇ガス流中に残留してい
   る三酸化硫黄の実質的に全てを吸収させ、これによって
   第２の硫酸富化流と三酸化硫黄を実質的に含有しないガ
   ス流とを製造し、 （ｅ）前記の第１の硫酸富化流と第２の硫酸富化流とを
   収集し、 （ｆ）前記の三酸化硫黄を実質的に含有しないガス流を
   収集することからなることを特徴とする濃硫酸の製造法
   。 ２、前記の第１の再循環硫酸流は再循環した共通の硫酸
   流の大部分を構成し、前記の第２の再循環硫酸流は再循
   環した共通の硫酸流の小部分を構成する特許請求の範囲
   第１項記載の方法。 ３、前記の第１の硫酸富化流と第２の硫酸富化流とを合
   する特許請求の範囲第１項記載の方法。 ４、前記吸収塔の外側に設けられしかも前記の硫酸噴霧
   室に接続した側方噴霧室内で前記のガス流を前記の第１
   の再循環硫酸流の一部と共に噴霧させてから前記のガス
   流を前記の硫酸噴霧室に供給する特許請求の範囲第１項
   〜第３項の何れかに記載の方法。 ５、次の構成部材； （ａ）外壁、（ｂ）外壁の下方部分内の硫酸噴霧室、（
   ｃ）外壁内の前記の硫酸噴霧室より上方にある充填材付
   き三酸化硫黄吸収帯域、（ｄ）硫酸流を前記の噴霧室内
   へ噴霧させる装置、（ｅ）三酸化硫黄含有高温ガス流を
   前記の噴霧室へ供給して三酸化硫黄涸渇ガス流を製造す
   る装置、（ｆ）前記の三酸化硫黄涸渇ガス流を前記の充
   填材入り吸収帯域に供給する装置、（ｇ）硫酸流を前記
   の充填材入り吸収帯域に供給する装置、（ｈ）前記の噴
   霧室及び吸収帯域から硫酸流を収集する装置及び（ｉ）
   前記の充填材入り吸収帯域から得られるガス流を収集す
   る装置とを有してなる三酸化硫黄吸収塔。 ６、前記吸収塔の外側に設けられしかも前記の硫酸噴霧
   室に接続した側方噴霧室を更に有してなる特許請求の範
   囲第５項記載の吸収塔。