KR20000023700A - 황산의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
촉매 SO2산화로부터 적어도 1 : 1의 몰 비로 SO3와 H2O를 함유하고 300 내지 600 ℃ 온도인 기체 혼합물이 수득된다. 기체 혼합물이 응축기를 통하여 통과하고, 혼합물이 냉각 유체에 의해서 180 내지 240 ℃의 온도로 응축기의 배출구에서 간접적으로 냉각된다. 이 공정에서, 이론적으로 가능한 황산 적어도 50 %가 형성되고 응축되며 취출된다. 응축기로부터 취출된 냉각 유체가 적어도 130 ℃의 온도로 가열되었고, 이렇게하여 이의 에너지 함량이 사용될 수 있다. 응축기로부터 취출된 SO3함유 기체가 60 내지 120 ℃의 농황산과 접촉하여 농황산 산물이 생성된다.
Description
황산생산의 다수의 변형방법 및 다수 공정 단계, 예를 들면, 촉매적 SO2산화에 대한 세부사항이 문헌[참조: Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5th Edition, Vol. A25, pp. 647 - 664]에 기재되어 있다. 본 발명의 목적은 가능한한 저비용으로 황산을 생산하는 것이다. 이 방법은 촉매적 SO2산화로부터 생겨난 증기 함유 기체 혼합물의 에너지 사용을 허용한다.
본 발명은 SO3와 H2O를 적어도 1 : 1의 몰비로 함유하고 300 내지 600 ℃의 온도로의 촉매적 SO2산화로부터 생겨난 증기 함유 기체 혼합물로부터 황산을 생산하는 방법에 관한 것이다.
본 방법의 양태가 도면에 관하여 설명될 것이다:
도 1은 본 공정의 흐름도.
도 2는 정전기 침전기로서 고안된 응축기 도시도.
라인(1)을 통하여 (도 1 참조), SO2함유 기체, 예를 들면, 황 연소 또는 SO2원으로부터의 기체가 공급된다. 보통, 기체는 또한 증기와 공기를 함유한다. 라인(1)의 기체는 촉매 SO2산화를 위해 제 1 플랜트(2)에서 처리된다. 이러한 유형의 플랜트는 공지되어 있다. 보통 400 내지 600 ℃의 온도에서 SO3및 증기를 함유하는 기체 혼합물은 라인(3)을 통하여 플랜트(2)를 떠나고 우선 기체 혼합물의 예비-냉각을 제공하는 간접 냉각기(4)를 통하여 통과한다. 보통 라인(3)의 기체 혼합물은 또한 SO2를 함유한다. 냉각기(4)에서, 기체 혼합물은 300 ℃의 온도로 냉각되어 응축이 아직 일어나지 않는다. 냉각기(4)는 에너지 회수를 위해 편리하지만, 절대적으로 필요하지는 않다.
라인(6)내 증기 함유 기체 혼합물은 300 내지 600 ℃ 범위의 온도와 0.8 내지 2 bar의 압력을 갖는다. 이러한 기체 혼합물이 응축기(7)에서 황산이 응축되는 180 내지 240 ℃ 범위의 온도로 냉각된다. 응축기(7)는 주입 챔버(7a), 거의 수평인 관 다발(7b), 냉각 유체를 위한 공급 라인(7c), 냉각 유체 챔버 (7d) 및 배출구 챔버(7e)를 포함한다. 편리하게는, 냉각 유체가 열 교환기(12)에서 응축기(7)로 들어가기 전에 예열된다. 응축기에서 적어도 130 ℃, 바람직하게는 적어도 150 ℃ 온도로 가열된 냉각 유체는 라인(9)을 통하여 배출된다. 물이 라인(7c)을 통하여 냉각 유체로서 공급될 경우, 약 3 내지 10 bar의 압력에서 라인(9)을 통하여 배출된 증기가 생성된다. 도면에 도시된 공정에서, 증기는 팽창 터빈(10)으로 유동하고 발전기(11)를 구동시킨다.
SO3및 증기를 함유하는 기체 혼합물이 관(7b)을 통하여 유동하고 그 공정에서 냉각되지만, 먼저 증기상 황산이 형성된다. 관(7b)에서 추가의 냉각 동안, 형성된 황산이 응축하고 먼저 약 98 내지 100 % H2SO4함량을 갖는 배출구 챔버(7e)로 유동한 다음, 라인(14)을 통하여 수집 탱크(15)로 유동한다. 응축기(7)내 조건은 존재하는 SO3와 H2O로부터 형성될 수 있는 이론적으로 가능한 황산의 적어도 50 %, 바람직하게는 적어도 80 %가 응축되고 취출되도록 선택된다.
배출구 챔버(7e)로부터, 잔여 SO3를 함유하는 기체 혼합물이 라인(16)을 통하여 취출되고, 기체 혼합물은 보통 또한 O2, SO2및 황산 증기를 함유한다. 이러한 기체 혼합물이 SO3흡수기 역할을 하는 Venturi 스크러버 유형의 제 1 접촉대(18)로 유동한다. 농황산이 라인(19)을 통하여 공급되고 제 1 접촉대(18)로 분무된다. 배출된 황산이 라인(20)을 통하여 수집 탱크(15)로 유동한다. 잔존하는 기체는 연결 통로(21)를 통하여 제 2 접촉대(22), 패킹층(23)을 갖는 SO3흡수 컬럼 및 농황산을 위한 공급 라인(24)으로 유동한다. 대(22)에서 기체는 아래로 떨어지는 황산과 접촉하여 위로 유동한다. 제 2 접촉대(22)의 하부 부분으로부터 농황산이 수집 탱크(15)로와 마찬가지로 라인(26)을 통하여 유동한다. 탱크(15)로부터 농황산이 라인(27)에 의해서 취출되고, 냉각된 황산의 온도가 60 내지 120 ℃, 보통 70 내지 100 ℃의 범위로 되는 간접 냉각기(28)를 통과한다. 냉각된 황산의 일부가 라인(30)을 통하여 산 산물로서 배출되고, 반면에 주요 부분이 라인(24)을 통하여 제 2 접촉대(22)로, 라인(19)을 통하여 제 1 접촉대(18)로 순환한다. 보통, 라인(27)내 황산의 농도는 97 내지 99.5 중량% H2SO4범위이다. 라인(16)내 상대적으로 적은 기체량인 경우에, 도면에 도시되어 있지 않지만, 제 1 접촉대(18)가 생략될 수 있고, 기체가 제 2 접촉대(22)의 하부로 간접적으로 통과될 수 있다.
제 2 접촉대(22)에서 위로의 잔여 기체 유동은 미스트 제거기(34)에 도달한 다음 라인(35)을 통하여 접촉대를 떠난다. 이러한 기체는 사실 SO3, 증기 및 황산 증기를 함유하지 않고, 무엇보다도 여전히 SO2와 O2를 함유한다. 잔여 기체가 380 내지 420 ℃의 주입구 온도로 가열되고 후속 제 2 플랜트(37)가 촉매 SO2산화를 위해 필요한 열 교환기(36)를 통과한다. 황산의 추가 생성을 위해서, 형성된 SO3함유 기체가 라인(38)을 통하여 도면에 상세하게 도시되지 않은 예를 들면, 그자체로 공지된 방식으로 작동하는 최종 흡수 단계(39)로 공급되고: 라인(38)내 기체는 140 내지 200 ℃로 간접 냉각되며, 패킹층을 함유하는 SO3흡수 컬럼에서 농황산(98 내지 99.5 중량% H2SO4)과 함께 떨어진다. 그러나, 플랜트(37)와 단계(39)는 일부 경우에 필요하지 않고, 무엇보다도 모두 환경 규정의 준수를 제공한다. 플랜트(37)와 단계(39) 대신에, 그자체로 공지된 기체 스크러빙 방법을 또한 사용할 수 있다.
도 2에 개략적으로 도시된 응축기(7)의 변형은 습식 정전기 침전기로서 설계되어 있다. 주입 챔버(7a)에서, 라인(6)을 통하여 제공된 증기 함유 기체 혼합물이 정전기 침전기의 효율에 중요한 기체의 수분을 증가시키기 위해서 라인(40)과 분배기(41)로부터 황산과 함께 분무된다. 정전기 침전기는 예를 들면, 기체 혼합물을 유동하는 관으로서 설계된 다수의 침전 전극(42)을 포함한다. 침전 전극에 연계된 이온화기 와이어(43) 형태의 카운터-전극이 점선으로 표시되어 있다. 침전 전극 주위를 유동하는 냉각 유체가 라인(7c)을 통하여 안으로 라인(9)을 통하여 밖으로 유동한다. 정전기적 침전기에 의해서, 미스트 방울이 기체 혼합물로부터 매우 효율적으로 제거된다. 도 1과 함께 설명되는 바와 같이 기체 및 응축된 황산은 통로(44)를 통하여 기체가 라인(16)을 통해 배출되고 추가의 처리로 투입되는 배출 챔버(7e)로 유동한다. 황산은 라인(14)을 통하여 배출되고(도 1 참조), 라인(40)을 통하여 부분적으로 재순환된다.
본 발명에 따라서, 이것은 SO3와 증기를 함유하는 기체 혼합물이 응축기를 통과하고, 여기에서 기체 혼합물은 응축기의 배출구에서 180 내지 240 ℃의 온도로 냉각 유체에 의해서 간접 냉각되며, 여기에서 이론적으로 가능한 황산의 적어도 50 %가 형성되고 응축되고 배출되며, 적어도 130 ℃의 온도로 가열된 냉각 유체가 응축기로부터 취출된다는 점과 SO3함유 기체 혼합물이 응축기로부터 취출되고, 기체 혼합물이 60 내지 120 ℃의 온도에서 농황산과 접촉하며, 농황산 산물이 취출된다는 점에서 상기의 방법으로 달성된다. 응축기에 사용된 냉각 유체는 액체이거나 기체일 수 있고, 이것은 예를 들면 냉각수 또는 공기일 수 있다.
응축기로 공급된 냉각 유체가 물일 경우, 귀중한 산물인 2.5 내지 10 bar의 증기가 응축기에서 생성된다. 이 증기는 예를 들면, 전기 에너지를 생성하는 터Q빈을 작동시키기 위해서 사용될 수 있다. 응축기에서의 간접 냉각이 기체(예를 들면, 공기)에 의해서 수행될 경우, 가열된 기체의 에너지는 또한 응축기 외면 상에서 유용하게 통과될 수 있고, 예를 들면, 예비 가열된 공기가 연소 공기로서 사용될 수 있다.
바람직하게는, 이론적으로 가능한 황산의 적어도 80 %가 응축기에서 형성되고, 응축물로서 취출된다. 이러한 황산은 보통 적어도 97 중량%의 H2SO4농도를 갖는다.
도면의 도 1에 따라서 물이 냉각제로서 응축기(7)에 공급되고 포화된 증기가 라인(9)에 의해서 취출되는 플랜트가 사용된다. 일부의 경우에, 물은 열 교환기(12)에서 승온으로 예열된, 105 ℃의 온도에서 공급된 보일러 공급수이다. 플랜트 부품(10, 11, 37 및 39)은 생략된다. 데이터가 부분적으로 계산되었다.
실시예 1
매일 110 톤의 H2SO4생산을 위해서 야금 기원의 SO2기체를 사용하고, SO2의 촉매작용을 위해서 통상적인 플랜트(2)에 충진시킨다. 다양한 라인내 기체량, 기체 성분 및 온도가 표 1에 표시되어 있다.
라인 | 3 | 6 | 16 | 35 |
가스량 (Nm3/h) | 11,517 | 11,151 | 9,726 | 9,626 |
SO3(kg/h) | 3,480 | 2,175 | 179 | <0.1 |
H2O (kg/h) | 792 | 498 | - | - |
H2SO4(kg/h) | - | 1,599 | 517 | <0.2 |
온도 (℃) | 465 | 380 | 200 | 80 |
3,500 kg/h 양의 냉각수가 응축기(7)로 들어가기 전에 라인(14)내 응축물과 함께 간접 열 교환을 통하여 140 ℃로 예열된다. 라인 (9)을 통하여, 7 bar의 3,356 kg/h 포화 증기가 취출된다.
실시예 2
매일 500 톤의 H2SO4생성을 위해서 아연 농축물의 하소로부터의 SO2함유 하소 기체가 사용된다. 접촉대(18)는 생략된다.
라인 | 3 | 6 | 16 | 35 |
가스량 (Nm3/h) | 59,859 | 56,886 | 52,233 | 51,459 |
SO3(kg/h) | 15,400 | 4,774 | 1,024 | - |
H2O (kg/h) | 3,363 | 972 | - | - |
H2SO4(kg/h) | - | 13,017 | 2,220 | < 0.6 |
온도 (℃) | 490 | 320 | 205 | 80 |
라인(35)내 기체가 열 교환기(4)를 통과한다. 12,130 kg/h 양으로 응축기(7)로 들어오는 보일러 공급수를 150 ℃로 예열한다. 7 bar의 10,178 kg/h 포화 증기가 생성되고 라인(9)을 통하여 취출된다.
실시예 3
오일 정제소의 탈황 플랜트로부터의 산 기체를 가공한다. 기체와 함께 액체 황을 기체를 SO3로 진하게 하기 위해서 연소시킨다. 냉각기(4)는 42 bar의 포화 증기의 360 ℃로의 과열을 제공한다.
라인 | 3 | 6 | 16 | 35 |
가스량 (Nm3/h) | 13,206 | 13,138 | 12,349 | 12,277 |
SO3(kg/h) | 1,528 | 1,282 | 96 | <0.5 |
H2O (kg/h) | 332 | 277 | - | - |
H2SO4(kg/h) | 439 | 740 | 198 | <0.1 |
온도 (℃) | 420 | 390 | 185 | 75 |
123 ℃로 예열한 후 응축기(7)로 들어가는 물 2.675 kg/h로부터, 5 bar의 2,620 kg/h 포화 증기가 생성된다. 냉각기(36)에서 42 bar의 2,600 kg/h 포화 증기가 253 ℃로부터 360 ℃로 과열된다.
실시예 4
1일 1,500 톤 H2SO4의 생산을 위해서 금광석 하소 플랜트로부터의 SO2기체를 사용한다.
라인 | 3 | 6 | 16 | 35 |
가스량 (Nm3/h) | 108,277 | 103,268 | 83,720 | 82,235 |
SO3(kg/h) | 48,395 | 30,490 | 3,980 | < 2.0 |
H2O (kg/h) | 10,267 | 6,238 | - | - |
O2(kg/h) | 12,524 | 12,524 | 12,524 | 12,524 |
H2SO4(kg/h) | - | 21,934 | 1,757 | < 1.2 |
온도 (℃) | 463 | 370 | 190 | 85 |
141 ℃로 예열된 40,000 kg/h 보일러 공급수로부터, 라인(9)를 통하여 취출되는 7 bar의 38,700 kg/h 양의 포화 증기가 생성된다.
Claims (6)
- SO3와 증기를 함유하는 기체 혼합물이 응축기를 통과하고, 혼합물이 180 내지 240 ℃의 응축기의 배출구에서의 온도로 냉각 유체에 의해서 간접적으로 냉각되며, 이론적으로 가능한 황산 적어도 50 %가 형성되고 응축되고 배출되며, 적어도 130 ℃의 온도로 가열된 냉각 유체가 응축기로부터 취출됨과 SO3함유 기체 혼합물이 응축기로부터 취출되고, 기체 혼합물이 60 내지 120 ℃의 온도에서 농황산과 접촉하며, 농황산 산물이 취출됨을 특징으로 하는, SO3와 H2O를 적어도 1 : 1의 몰 비로 함유하고 300 내지 600 ℃ 온도로의 촉매 SO2산화로부터 생겨난 증기 함유 기체 혼합물로부터 황산 생성방법.
- 제 1 항에 있어서, 이론적으로 가능한 황산 적어도 80 %가 형성되고 응축되며 배출됨을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 또는 2 항에 있어서, 응축기로 공급된 냉각 유체가 물이고, 2.5 내지 10 bar의 증기가 응축기로부터 취출됨을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항에 있어서, SO3및 증기를 함유하는 기체 혼합물이 응축기로 도입되기 전에 응축물의 형성없이 예비-냉각에 투입됨을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 응축기가 냉각된 전극을 갖는 정전기 침전기로서 고안됨을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 내지 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 응축기로부터 취출된 냉각 유체의 에너지 함량이 적어도 부분적으로 전기 에너지로 전환됨을 특징으로 하는 방법.
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