KR20170131616A - So2-함유 가스를 정화하기 위한 연속적인 프로세스 및 장치 - Google Patents

So2-함유 가스를 정화하기 위한 연속적인 프로세스 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 가스의 제1 건조가 없이, SO3(삼산화황)의 합성이 후속되는, 60 내지 99 부피%의 SO2(이산화황) 및 1 내지 40 부피%의 증기를 포함하는 가스를 정화하기 위한 연속적인 프로세스, 및 그러한 방법을 실시하기 위한 장치에 관한 것이다.

Description

SO2-함유 가스를 정화하기 위한 연속적인 프로세스 및 장치
본 발명은, SO3(삼산화황)의 후속 제조를 위해서 공기 또는 산소-부화 공기를 첨가하는, 60 내지 99 부피% SO2(이산화황) 및 1 내지 40 부피% 수증기를 포함하는 가스의 정화를 위한 연속적인 방법, 그리고 또한 이러한 방법을 실시하기 위한 장치에 관한 것이다. 본 발명은 특히 SO3이 후속 생산되는 SO2-함유 가스의 정화를 위한 연속적인 방법 및 장치에 관한 것이고, 60 내지 99 부피%의 SO2-함량을 가지고 1 내지 40 부피%의 수증기 함량을 가지는 SO2-함유 가스가 공기 또는 산소-부화 공기와 혼합되고 관 접촉 장치를 포함하는 장치에 후속하여 공급되며, 그러한 장치는 그 상류에서 SO2 흡수 및 탈착 시스템(재생형 SO2 가스 스크러버(gas scrubber))을 가지고, 그 하류에서 하나 이상의 접촉 스테이지 및/또는 하나 이상의 SO3-흡수기를 갖는다. SO2 흡수 및 탈착 시스템의 상류에, 부가적으로, 예를 들어 급냉부 및 하나 이상의 습식 정전기 필터를 포함하는 습식 가스 스크러버가 있을 수 있다. 관 접촉 장치는 여기에서, 바람직하게, 내부 관 및 외부 관을 가지는 하나 이상의 자켓형 관을 포함하는 수직 열교환기이고, 촉매는 내부 관 내로 도입되어 있고, 한편으로 촉매의 활동도를 유지하기 위해서 그리고 다른 한편으로 촉매에 대한 열 손상을 방지하기 위해서, 열 전달은 내부 관과 외부 관 사이의 공간 내에서 이송되는 매체에 의해서 이러한 내부 관 주위에서 발생된다. 이어서 SO2의 SO3로의 산화에서 발생되는 열은, 중간 회로를 통해서, 관 접촉 장치의 내부 관과 외부 관 사이의 공간 내의 매체에 의해서 흡수되고, 열의 연속적인 제거 또는 공급은 부화 가스의 SO2-함량에 따라서 발생된다. 관 접촉 장치 내로 도입되기 전에, SO2-함유 가스는 여기에서 건조되지 않고, 관 접촉 장치 하류의 SO3-흡수기 외부로 유동되는 가스는 다시 재생형 SO2 가스 스크러버의 SO2-흡수기 앞쪽의 가스 유동에 공급된다.
본 발명의 의미에서, 50 부피% 이상의 SO2-함량을 가지는 SO2-함유 가스는 또한 SO2-부화 가스 또는 짧게 부화 가스로 지칭된다. 본 발명에 따라 이용되는 매체는 바람직하게 공기이다.
수 많은 화학적 프로세스에서 그리고 또한 황-함유 물질 및/또는 황 화합물을 포함하는 물질이 관련되는 연소 프로세스에서, 그리고 또한 야금학적 프로세스의 경우에서, 얻어지는 배출 가스는 SO2-함유 가스를 포함한다. 이러한 가스는 정화되지 않고 환경으로 방출될 수 없는데, 이는 SO2가 독성을 가지고 부식 효과를 가지기 때문이다. 또한, SO2는 소위 "산성비"의 주요 원인이다. 그에 따라, SO2의 방출을 규제하는 법 규정이 있다.
또한, SO3를 생산하기 위해서 전술한 프로세스에서 생산된 SO2를 이용할 수 있고, 그러한 SO3는 이어서 황산 또는 발연황산의 제조를 위해서 추가적으로 이용될 수 있다. 전술한 프로세스에서 형성된 SO2를 추가적인 용도에 공급할 수 있는 하나의 가능성은, 부화 가스를 획득하기 위한 재생형 SO2 가스 스크러빙에 의한 SO2의 정화에 의존한다.
SO2-함유 배출 가스를 정화하기 위해서, SO2-함유 배출 가스를 먼저 제1 흡수기인, 가스 스크러버 내로 통과시키고, 그러한 제1 흡수기에서 수성 스크러빙 액체는 배출 가스 내의 SO2-함량을 특별한 법 규정을 준수하도록 하고 그에 따라 정화된 배출 가스가 환경으로 방출될 수 있도록 하는 범위까지 낮춘다. 이러한 목적에 적합한 스크러빙 액체는 종래의 기술이며 당업자에게 공지되어 있다. 한편으로, 스크러빙 액체는, 높은 SO2-적재량으로 인해서, 마찬가지로 환경 내로 방출될 수 없고, 다른 한편으로 SO2가 SO3 생산을 위해서 이용될 수 있기 때문에, SO2는, 바람직하게 열적으로, 스크러빙 액체로부터 다시 탈착된다. 이러한 경우에 회수된 SO2-부화 가스는 60 내지 99 부피%의 SO2-함량 및 1 내지 40 부피%의 수증기 함량을 갖는다.
SO2로부터 SO3를 생산하기 위한 특히 효율적인 방법으로서 WO2008052649A1로부터 공지된 방법이 있다. WO2008052649A1의 개시 내용은 여기에서 참조로서 본 설명에 완전히 포함된다. 그러나, 현재까지, 이러한 방법은, 물의 함량이 0.1 부피% 미만, 일반적으로 0.01 부피% 미만인, 미리 건조된 SO2-함유 가스로만 동작되어 왔다. 낮은 물 함량 요건의 이유는, SO2가 물과 반응하여 아황산을 형성할 수 있다는 염려 및/또는 마찬가지로 존재하는 산소와 반응하여 SO3를 형성할 수 있고, 그러한 SO3이 다시 물과 반응하여 황산을 형성할 수 있다는 염려 때문이다. 아황산 및 황산은 장치의 장비의 벽에 대해서 매우 부식적이고, 그에 따라 그러한 벽은 더 두껍게 및/또는 더 내식적인 재료로 라이닝되어야 할 필요가 있을 수 있고, 이는 장비가 더 고가가 되게 할 것이다. 다른 염려는, SO3-흡수기 내에서 가스 상으로 형성된 황산이 상당한 황산 안개의 형성을 초래할 수 있고, 매우 고비용이고 불편할 수 있는 수단을 이용하여, 그러한 안개는 SO3-흡수기 하류의 가스 스트림으로부터 제거될 필요가 있을 수 있다. 이러한 상황의 결과로서, 해당 방법이 실시되었던 WO2008052649A1에 따른 장치는 가스 건조기를 구비하였고, 가스 건조기는 관 접촉 장치 내로의 진입 시에 SO2-함유 가스의 물 함량을 0.1 부피% 미만, 일반적으로 0.01 부피% 미만으로 강제하였다.
그러나, 1 부피% 이상의 물 함량을 가지는 SO2-함유 가스를 이용하는 SO2의 SO3로의 산화를 위한 방법이 종래 기술로부터 공지되어 있다.
예를 들어, WO2008064698A1는 30 부피%까지의 물 함량을 가지는 SO2-함유 가스의 산화를 위한 방법을 개시하고, 여기에서 SO2-함량은 마찬가지로 30 부피%까지 일 수 있다. 이러한 경우에, 형성된 황산은 열교환기를 통해서 2 스테이지로 응축되고 취출되며, 그에 의해서 극단적인 황산 안개의 형성을 방지한다. 그러나, 이러한 방법의 불리한 양태는, 응축으로 인해서, 장비 및 엔지니어링 재료와 관련하여 매우 고비용이고 불편하다는 것이고, 그리고, 극도의 부식적 조건으로 인해서, 응축기에는 융해 석영 관이 장착되며, 이는 고비용을 초래하고 유리 파괴의 위험으로 인한 기계적 하중-허용 용량의 제한을 또한 초래하는 인자이다. 또한, 이러한 방법에서, SO2-함량은 최대 30 부피%로 제한된다.
WO2013045558A1은 물 함량이 적어도 0.1%이고 SO2-함량이 100 부피% 미만인 SO2-함유 가스의 산화를 위한 방법을 개시한다. 이러한 경우에, 산화 단계를 통해서 SO2-함유 및 물-함유 가스를 먼저 통과시킨 직후에, 결과적인 SO3이 물 내에서 취출되어 황산을 형성하며, 그러한 황산은 응축 단계 이후에 취출된다. 이러한 방법의 단점은, 여기에서 또한, 응축 단계이며, 그러한 응축 단계는 장비 및 에너지와 관련하여 고비용적이고 불편하며, 이는 여기에서 또한 고비용을 초래한다.
그에 따라, 본 발명의 목적은, 이전의 가스 건조가 없이, 높은 SO2-함량 및 높은 물 함량을 가지는 가스의 촉매 산화를 실시하여 SO3을 형성할 수 있는, SO2-함유 배출 가스의 정화를 위한 연속적인 방법 및 장치를 제공하는 것이다. 방법 및 장치는, 종래 기술에 비해서, 에너지 및 장비와 관련하여, 설계가 단순하고, 그에 따라 경제적이고 비용-효과적이다. 산화를 위한 방법은, 특히, 단일-스테이지 방법이고, 형성된 SO3으로부터 초래되는 황산을 응축하기 위한 방법 단계를 포함하지 않고, 가스의 건조를 위한 방법 단계도 포함하지 않는다. 그러한 장치는 이러한 방법을 실시하기에 적합하고, 형성된 SO3으로부터 초래되는 황산을 응축하기 위한 장비를 가지지 않고, 가스의 건조를 위한 장비도 가지지 않는다.
본 발명의 의미에서 SO2-함유 배출 가스는 SO2가 형성되는, 예를 들어 연소 동작 또는 야금학적 동작이 이루어지는 원래의 장소로부터 떠나서, 가스 스크러버에 공급되는 SO2-함유 가스이다.
이러한 목적은 독립항의 청구대상에 의해서 달성된다. 바람직한 실시예가 종속항에 기재되어 있다.
방법과 관련하여, 그러한 목적은 SO2-함유 배출 가스의 정화를 위한 방법에 의해서 본 발명에 따라 달성되고, 그러한 방법은 이하의 단계:
(a) SO2-함유 배출 가스를 가스 스크러버 내로 도입하고 스크러빙 액체 내에서 SO2를 흡수하는 단계,
(b) SO2가 적재된 스크러빙 액체를 탈착기 내로 공급하고, 60 내지 99 부피%의 SO2-함량 및 1 내지 40 부피%의 물 함량을 가지는 SO2-함유 부화 가스의 생성 하에서 SO2를 탈착시키며, 그리고 SO2가 제거된 스크러빙 액체를 가스 스크러버 내로 복귀시키는 단계,
(c) SO2-함유 부화 가스가 가스 예열기로 진입되기 전에 공기를 SO2-함유 부화 가스에 첨가하는, SO2-함유 부화 가스를 가스 예열기 내로 공급하는 단계,
(d) 가스 예열기 내에서 공기가 첨가된 SO2-함유 부화 가스를 바람직하게 380 내지 480℃의 온도, 더 바람직하게 400 내지 450℃의 온도까지 가열하는 단계,
(e) 관 접촉 장치 내에서 SO2-함유 부화 가스 내에 포함된 SO2를 SO3으로 산화시키는 단계,
(f) SO3-흡수기 내에서 결과적인 SO3를 흡수하는 단계,
(g) SO3-흡수기 내에서 흡수되지 않은 가스를 방출하고 이러한 가스를, 가스 스크러버 내로의 진입 전에, SO2-함유 배출 가스 내로 공급하는 단계를 포함하고,
단계(c)에서 가스 예열기로의 진입 전에 SO2-함유 부화 가스에 첨가된 공기는 SO2-함유 부화 가스의 온도 보다 상당히 더 높은 온도를 가지며; 다시 말해서, 공기가 예열된다.
바람직하게, 단계(c)에서 부화 가스에의 첨가 중에 공기의 온도가 300 내지 600℃, 바람직하게 380 내지 560℃, 더 바람직하게 400 내지 520℃이다. 공기의 첨가 이후의 가스의 조성은, 예를 들어: 20 부피% SO2, 16 부피% O2, 60 부피% N2, 4 부피% H2O이다.
바람직하게, 다시, O2/SO2의 부피비는, 단계(c)에서의 공기 공급에 의해서, 0.5 내지 1.2, 바람직하게 0.7 내지 1.1, 더 바람직하게 0.9 내지 1.0으로 설정된다.
단계(f)에서 SO3-흡수기 내에서 흡수되지 않은 가스는 10 부피% 미만, 바람직하게 5 부피% 미만, 더 바람직하게 2 부피% 미만의 SO2를 포함하고, 다른 성분으로서 주로 질소 및 산소를 포함한다.
바람직하게, 다시, 이러한 공기는 관 접촉 장치의 내부 관과 외부 관 사이의 공간 내의 SO2의 SO3으로의 산화에 또는 그로부터 열을 공급 및/또는 제거하기 위한 중간 회로로부터 회수된다.
본 발명의 추가적인 실시예에서, SO2-함유 부화 가스의 가스 예열기 내로의 진입에 앞서서 공기를 첨가하는 것에 더하여, SO2-함유 부화 가스의 가스 예열기 내로의 진입 전에 산소를 첨가할 수도 있다. 이는 부화 가스 내의 산소 함량을 높이고, 그에 따라 SO2의 SO3으로의 변환을 촉진한다.
본 발명의 추가적인 실시예에서, 이러한 것에 더하여, SO2-함유 부화 가스가 가스 예열기를 빠져 나간 후에, 공기 및/또는 산소가 또한 SO2-함유 부화 가스에 첨가될 수 있다. 결과적으로, 한편으로, 가스 예열기는 비교적 작게 유지될 수 있고, 다른 한편으로, 이러한 가스 예열기는 보다 효과적으로 조절 가능하게 만들어질 수 있다. 가스 예열기로부터의 출발 이후에 SO2에 첨가되는 공기는 바람직하게 마찬가지로 예열되고, 300 내지 600℃, 바람직하게 380 내지 560℃, 더 바람직하게 400 내지 520℃의 온도를 갖는다. 바람직하게, 다시, 이러한 공기는 또한 관 접촉 장치의 내부 관과 외부 관 사이의 공간 내의 SO2의 SO3으로의 산화에 또는 그로부터 열을 공급 및/또는 제거하기 위한 중간 회로로부터 회수된다.
단계(b)의 SO2-부화 가스의 SO2-함량은 바람직하게 80 내지 98 부피%이고 물의 함량은 20 내지 2 부피%이고, 더 바람직하게 SO2-함량은 90 내지 96 부피%이고 물의 함량은 10 내지 4 부피%이다.
예열된 공기를 첨가하는 것의 효과는, 부화 가스의 유동 방향으로, 공기의 첨가 이후에 방법의 어떠한 지점에서도 아황산 및/또는 황산의 이슬점에 도달하지 못하거나 못 미친다는 것이다. 이는 아황산 및/또는 황산이 장치의 벽에 침착되고 부식을 유발할 가능성을 방지한다. 산소의 첨가는, 특정 실시예에서 제공되는 바와 같이, 아황산 및/또는 황산의 이슬점에 도달하거나 미치지 못하게 되는 범위까지 부화 가스의 온도를 낮추지 않는데, 이는, 한편으로, 산소가 건조하기 때문이고, 다른 한편으로, 산소는 공기에 비해서 적은 양으로만 첨가되기 때문이다,
이어서, 가스 스크러버 내에서 SO2가 정화된 배출 가스가 - 예를 들어, 배출구를 통해서 - 환경으로 방출될 수 있다. 이러한 배출 가스는 선택적으로, 제1 가스 스크러버의 상류 또는 하류에서, 환경적으로 유해한 물질을 추가적으로 제거하기 위한 추가적인 정화 단계를 거친다.
방법의 대안적인 실시예에서, 예열된 공기는 중간 회로로부터 유래되지 않고, 그 대신에, SO2-함유 부화 가스에 대한 첨가 시에, 300 내지 600℃, 바람직하게 380 내지 560℃, 더 바람직하게 400 내지 520℃의 온도를 가지도록 하는 다른 방식으로 예열된다. 이러한 목적을 위한 장치 및 방법이 종래 기술로부터 당업자에게 공지되어 있다.
본 발명에 따른 방법의 경우에, 형성된 SO3으로부터 초래되는 황산을 응축하거나, 관 접촉 장치 내로의 진입 이전에 부화 가스를 건조할 필요가 없다.
장치와 관련하여, 목적은 이하의 구성요소를 포함하는 장치에 의해서 달성된다: SO2-함유 배출 가스를 가스 스크러버 내로 공급하기 위한 공급부, 스크러빙 액체 내에서 SO2를 흡수하기 위한 제1 흡수기, 스크러빙 액체로부터 SO2를 탈착시키기 위한 탈착기로서, 가스 스크러버 및 탈착기가 스크러빙제 회로에 의해서 연결되는, 탈착기, 탈착기 내에서 생성된 SO2-부화 가스를 관 접촉 장치 내로 공급하기 위한 공급부로서, 공기의 공급을 제공하는 공급부, 관 접촉 장치, 관 접촉 장치 내에서 형성된 SO3을 흡수하기 위한 SO3-흡수기, 가스 스트림을 SO3-흡수기로부터, SO2-함유 배출 가스를 가스 스크러버에 공급하기 위한 공급부 내로 재순환시키기 위한 재순환 라인. 관 접촉 장치는 바람직하게 SO2의 SO3으로의 산화로 또는 그로부터 열을 공급 및/또는 회수하기 위한 중간 회로를 포함하고, 중간 회로는 바람직하게 냉각 장치, 팬 또는 펌프 및/또는 가열 장치를 포함한다. 본 발명의 장치는 형성된 SO3으로부터 초래되는 황산의 응축을 위한 장치, 또는 가스를 건조시키기 위한 장치를 포함하지 않는다.
중간 회로를 통해서 열을 공급 및/또는 열을 제거하기 위한 매체로서, 원칙적으로, 열 전달 오일, 염 용액 또는 염 혼합물, 증기, 가스 및 공기를 고려할 수 있다. 공기는 바람직한 열교환 매체인데, 이는 한편으로 공기가 저렴하기 때문이고, 다른 한편으로 중간 회로로부터의 공기가 단계(c)에서 SO2-함유 부화 가스에 첨가하기 위해서 이용될 수 있기 때문이다. 그러한 경우에, 본 발명의 장치는, 가스 예열기로 진입되기 전에 SO2-부화 가스에 부가되는 예열된 공기를 위한 공급 라인을 포함하고, 이러한 공급 라인은 중간 회로의 회로 라인에 연결된다.
만약 공기가 중간 회로로부터 제거된다면, 적절한 지점에서, 바람직하게 유동 방향으로 중간 회로의 제1 냉각 장치의 하류에서, 그리고 중간 회로의 팬의 상류에서, 동일한 양의 공기가 이러한 회로에 다시 공급되어야 한다.
만약, 공기 대신에, 예를 들어, 열 전달 오일, 염 용액 또는 염 혼합물이 중간 회로 내에서 열 교환 매체로서 이용된다면, 이들은 본 방법에서 또는 다른 방법에서 내부에 저장된 열을 다른 지점에 전달하는 역할을 할 수 있다. 그에 따라, 예를 들어, 가스 예열기는 이러한 종류의 열 교환 매체에 의해서 가열될 수 있다.
본 발명의 장치의 일 실시예에서, 복수의 관 접촉 장치가 직렬로 또는 병렬로 연결된다.
다른 실시예에서, 관 접촉 장치의 하류에서, 장치는:
- 발연황산/중간 흡수기를 선택적으로 가지는, 하나 이상의 접촉 스테이지
- SO3-흡수기 및
- 선택적인 배출 가스 정화 유닛을 포함한다.
본 발명에 따라, 방법 및 장치는, 시작 가스에서 이용되는 SO2 입력 농도, 및 새로운 플랜트로서의 또는 기존 플랜트의 개장을 위한, 요구되는 플랜트의 성질에 따라 상이한 방식으로 실현될 수 있다.
놀랍게도, 본 발명에 따른 조건 하에서, 탈착기로부터의 탈출 이후에 1 내지 40 부피%의 물 함량을 가지는 부화 가스로, 관 접촉 장치 내에서 70% 내지 99.9%, 바람직하게 80% 내지 99.5%, 더 바람직하게 90% 내지 99%, 특히 93 내지 97%의 변환으로, 부화 가스 내에 포함된 SO2가 SO3으로 변환되었다는 것을 발견하였다. 동시에, 장비 상의 부식 증가가 관찰되지 않았다. 단계(g)에서, SO3-흡수기 내에서 흡수되지 않은 가스를 가스 스크러버 내로 진입시키기에 앞서서 SO2-함유 배출 가스 내로, 또는 선택적으로 가스 스크러버의 상류에 배치된 습식 가스 스크러버 내로 복귀시키는 것에 의해서, 또한, SO3-흡수기 내에서 흡수되지 않은 이러한 가스로부터의 황산 안개의 매우 고비용적이고 불편한 침착이 필요치 않다.
본 발명은 이하의 연결-원리 도면 및 그에 관한 설명에 의해서 더 구체적으로 이해되며, 그러한 것으로 한정되지는 않는다.
도 1은 종래 기술로부터의 SO2의 SO3으로의 연속적인 촉매 산화를 위한 장치의 개략도를 도시한다. 이러한 장치 및 그 내부에서 실시되는 방법은 WO2008052649A1의 예 4 및 도 5에서 포괄적으로 이미 설명되었다.
도 2는 본 발명의 방법의 예시적인 실시예를 도시하며, SO2-부화 가스는 사전 가스 건조가 없이 관 접촉 장치 내로 전달된다.
예 1(종래 기술):
도 1에 따른 장치에서, SO2-함유 배출 가스는, 공급 라인(b) 및 (d)을 통해서 산소 및/또는 공기와 혼합된 후에, 공급부(a)를 통해서 가스 건조기(1) 내로 전달된다. 이제 0.1 부피% 미만의 물 함량까지 건조된 SO2-함유 가스가, 가스 예열기(2)를 통해서 예열된 후에, 가스 라인(g)을 통해서 관 접촉 장치(5) 내로 완전히 안내된다. 가스는 후속하여 가스 라인(e)을 통해서 SO3-흡수기(3)로 안내된다. 이어서, 가스 라인(j)을 통해서, 가스는, 가스 라인(f) 및 배출구(4)를 통해서 주위로 방출되기 전에, 최종 정화를 위해서 가스 스크러버(9) 내로 전달된다.
이러한 장치의 특별한 단점은 관 접촉 장치의 상류에 배치된 가스 건조기이고, 이러한 가스 건조기는, 본 발명의 방법 및 본 발명의 장치 각각에 비해서, 증가된 프로세싱 및 장비 비용 및 복잡성을 수반한다.
예 2(본 발명):
도 2는 본 발명의 방법의 예시적인 실시예를 나타낸다. 이러한 실시예에서, SO2-함유 배출 가스는 가스 라인(a)을 통해서 가스 스크러버(9) 내로 전달된다. 이러한 스크러버 내에서, 가스 라인(f)를 통해서 그리고 최종적으로 배출구(4)를 통해서 환경으로 방출될 수 있는 범위까지 SO2가 가스로부터 정화된다.
가스 스크러버(9) 내의 SO2-함유 배출 가스의 정화는 수성 스크러빙 액체에 의해서 달성된다. SO2가 적재되기 시작한 후에, 이러한 액체는 스크러빙 액체 회로(L)를 통해서 탈착기(10) 내로 전달되고, 그러한 탈착기에서, 바람직하게 열적으로, 액체로부터 SO2가 제거되고, 그러한 액체는 가스 스크러버로 다시 복귀된다.
탈착기 내에서 자유로워진 물-함유 SO2-부화 가스는 가스 라인(m)을 통해서 관 접촉 장치 내로 전달되고, 이러한 SO2-부화 가스는 공기(공급 라인(c)) 및 선택적으로 산소(공급 라인(b))로 부화되고, 가스 예열기(2) 내에서 380℃ 내지 480℃, 바람직하게 400℃ 내지 450℃의 온도까지 가열된다.
내부 관 및 외부 관을 가지는 하나 이상의 자켓형 관을 포함하는 수직 열교환기인 관 접촉 장치(5) 내에서, 촉매가 내부 관 내로 도입되고, 열 전달은 내부 관과 외부관에 의해서 형성된 공간 내에서 병류로 또는 역류로 통과되는 매체에 의해서 이러한 내부 관 주위에서 발생되고, 이어서 SO2가 SO3로 산화된다. 한편으로 촉매를 활성적으로 유지하기 위해서 그리고 다른 한편으로 촉매에 대한 열적 손상을 방지하기 위해서, 관 접촉 장치는 요구 사항에 따라서 관 접촉 장치로부터 과다 열을 취하거나 관 접촉 장치에 열을 공급하는 중간 회로에 연결되고, 중간 회로는 회로 라인(K), 가열 장치(6), 팬/펌프(8) 및 냉각 장치(7)를 포함한다.
관 접촉 장치 내에 형성된 SO3은 가스 라인(e)을 통해서 이러한 장치를 떠나고 그 라인에 의해서 SO3-흡수기(3) 내로 안내되며, 그러한 SO3-흡수기(3) 내에서 SO3이 물 또는 황산 내에서 취출되어 황산 또는 발연황산을 각각 형성한다.
이어서, SO3이 제거된 가스는 가스 라인(h)을 통해서 공급부(a) 내로 공급되고 SO2-함유 배출 가스와 함께 가스 스크러버(9) 내로 다시 안내된다. 그에 따라, 존재할 수 있는 SO2 및/또는 SO3의 잔류물이 회로에 다시 공급되고, 환경으로 진입되지 않는다.
예 3(바람직한 본 발명):
도 3은 본 발명의 방법의 예시적인 실시예를 나타낸다. 이러한 실시예에서, SO2-함유 배출 가스는 가스 라인(a)을 통해서 가스 스크러버(9) 내로 전달된다. 이러한 스크러버 내에서, 가스 라인(f)를 통해서 그리고 최종적으로 배출구(4)를 통해서 환경으로 방출될 수 있는 범위까지 SO2가 가스로부터 정화된다.
가스 스크러버(9) 내의 SO2-함유 배출 가스의 정화는 수성 스크러빙 액체에 의해서 달성된다. SO2가 적재되기 시작한 후에, 이러한 액체는 스크러빙 액체 회로(L)를 통해서 탈착기(10) 내로 전달되고, 그러한 탈착기에서, 바람직하게 열적으로, 액체로부터 SO2가 제거되고, 그러한 액체는 가스 스크러버로 다시 복귀된다.
탈착기 내에서 자유로워진 물-함유 SO2-부화 가스는 가스 라인(m)을 통해서 관 접촉 장치 내로 전달되고, 이러한 SO2-부화 가스는 공기(공급 라인(c)) 및 선택적으로 산소(공급 라인(b))로 부화되고, 가스 예열기(2) 내에서 380℃ 내지 480℃, 바람직하게 400℃ 내지 450℃의 온도까지 가열된다.
내부 관 및 외부 관을 가지는 하나 이상의 자켓형 관을 포함하는 수직 열교환기인 관 접촉 장치(5) 내에서, 촉매가 내부 관 내로 도입되고, 열 전달은 내부 관과 외부관에 의해서 형성된 공간 내에서 병류로 또는 역류로 통과되는 매체에 의해서 이러한 내부 관 주위에서 발생되고, 이어서 SO2가 SO3로 산화된다. 한편으로 촉매를 활성적으로 유지하기 위해서 그리고 다른 한편으로 촉매에 대한 열적 손상을 방지하기 위해서, 관 접촉 장치는 요구 사항에 따라서 관 접촉 장치로부터 과다 열을 취하거나 관 접촉 장치에 열을 공급하는 중간 회로에 연결되고, 중간 회로는 회로 라인(K), 가열 장치(6), 팬/펌프(8) 및 냉각 장치(7)를 포함한다.
가스 예열기(2) 내로의 진입에 앞서서 SO2-부화 가스에 첨가되는 공기는 공급부(c)에 의해서 중간 회로 라인(k)으로부터 취해지고 그에 따라 주위의 온도 보다 상당히 더 높은 온도를 갖는다. 중간 회로 라인(K)으로부터 취해진 공기의 양은 공급 라인(d)을 통해서, 유동 방향으로, 제1 냉각 장치(7) 하류 및 팬(8)의 상류에서 다시 중간 회로 라인(k)에 공급된다.
관 접촉 장치 내에 형성된 SO3은 가스 라인(e)을 통해서 이러한 장치를 떠나고 그 라인에 의해서 SO3-흡수기(3) 내로 안내되며, 그러한 SO3-흡수기(3) 내에서 SO3이 물 또는 황산 내에서 취출되어 황산 또는 발연황산을 각각 형성한다.
이어서, SO3이 제거된 가스는 가스 라인(h)을 통해서 공급부(a) 내로 공급되고 SO2-함유 배출 가스와 함께 가스 스크러버(9) 내로 다시 안내된다. 그에 따라, 존재할 수 있는 SO2 및/또는 SO3의 잔류물이 회로에 다시 공급되고, 환경으로 진입되지 않는다.
1 가스 건조기
2 가스 예열기
3 SO3-흡수기
4 배출구(굴뚝)
5 관 접촉 장치
6 가열 장치
7 냉각 장치
8 팬/펌프
9 가스 스크러버
10 탈착기
a SO2-함유 배출 가스를 위한 공급부
b 산소 공급 라인
c 공기 공급 라인
d 중간 회로 내로의 공기 공급 라인
e SO3-흡수기로의 가스 라인
f 배출구(굴뚝)으로의 가스 라인
g 가스 건조기로부터 관 접촉 장치로의 가스 라인
h SO2-함유 배출 가스를 위한 공급부로의 가스 라인
K 중간 회로(냉각/가열)의 회로 라인
j SO3-흡수기로부터 가스 스크러버로의 가스 라인
L 스크러빙 액체 회로
m 탈착기로부터 관 접촉 장치로의 가스 라인

Claims (15)

  1. SO2-함유 배출 가스의 정화를 위한 방법으로서:
    (a) SO2-함유 배출 가스를 가스 스크러버 내로 도입하고 스크러빙 액체 내에서 SO2를 흡수하는 단계,
    (b) SO2가 적재된 스크러빙 액체를 탈착기 내로 공급하고, SO2-함유 부화 가스의 생성 하에서 SO2를 탈착시키며, 그리고 SO2가 제거된 스크러빙 액체를 상기 가스 스크러버 내로 복귀시키는 단계,
    (c) SO2-함유 부화 가스가 가스 예열기로 진입되기 전에 공기를 SO2-함유 부화 가스에 첨가하는, SO2-함유 부화 가스를 상기 가스 예열기 내로 공급하는 단계,
    (d) 상기 가스 예열기 내에서 공기가 첨가된 SO2-함유 부화 가스를 가열하는 단계,
    (e) 관 접촉 장치 내에서 SO2-함유 부화 가스 내에 포함된 SO2를 SO3으로 산화시키는 단계,
    (f) SO3-흡수기 내에서 결과적인 SO3를 흡수하는 단계,
    (g) 상기 SO3-흡수기 내에서 흡수되지 않은 가스를 방출하고 이러한 가스를, 상기 가스 스크러버 내로의 진입 전에, SO2-함유 배출 가스 내로 공급하는 단계를 포함하고,
    단계(c)에서 상기 가스 예열기로의 진입 전에 상기 SO2-함유 부화 가스에 첨가된 공기는 상기 SO2-함유 부화 가스의 온도 보다 상당히 더 높은 온도를 가지는, 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    단계(b)에서 형성된 상기 SO2-함유 부화 가스는 60 내지 99 부피%의 SO2-함량 및 40 내지 1 부피%의 물 함량, 바람직하게 80 내지 98.5 부피%의 SO2-함량 및 20 내지 1.5 부피%의 물 함량, 더 바람직하게 90 내지 98 부피%의 SO2-함량 및 10 내지 2 부피%의 물 함량을 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    단계(c)에서 상기 SO2-함유 부화 가스에 대한 첨가 중에 상기 공기의 온도가 300 내지 600℃, 바람직하게 380 내지 560℃, 더 바람직하게 400 내지 520℃인 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    O2/SO2의 부피비는, 단계(c)에서의 공기 공급에 의해서, 0.5 내지 1.2, 바람직하게 0.7 내지 1.1, 더 바람직하게 0.9 내지 1.0으로 설정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공기가 첨가된 상기 SO2-함유 부화 가스가 단계(d)에서 상기 가스 예열기 내에서 380 내지 480℃, 바람직하게 400 내지 450℃의 온도까지 가열되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    단계(g)에서 상기 SO3-흡수기 내에서 흡수되지 않은 가스는 10 부피% 미만, 바람직하게 5 부피% 미만, 더 바람직하게 2 부피% 미만의 SO2를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 부화 가스는 상기 관 접촉 장치 내로의 진입 전에 건조되지 않는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    단계(c)에서 상기 SO2-함유 부화 가스에 첨가된 상기 공기는, 그 진입 전에, 상기 관 접촉 장치의 내부 관과 외부 관 사이의 공간 내의 SO2의 SO3으로의 산화에 또는 그로부터 열을 공급 및/또는 제거하기 위한 상기 중간 회로로부터 회수되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 부화 가스 내에 포함된 SO2는 70% 내지 99.9%, 바람직하게 80% 내지 99.5%, 더 바람직하게 90% 내지 99%, 특히 93 내지 97%의 변환으로 SO3으로 변환되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실시하기 위한 장치로서,
    상기 SO2-함유 배출 가스를 상기 가스 스크러버 내로 공급하기 위한 공급부, 스크러빙 액체 내에서 상기 SO2를 흡수하기 위한 제1 흡수기, 상기 스크러빙 액체로부터 상기 SO2를 탈착시키기 위한 탈착기로서, 상기 가스 스크러버 및 상기 탈착기가 스크러빙제 회로에 의해서 연결되는, 탈착기, 상기 탈착기 내에서 생성된 상기 SO2-부화 가스를 상기 관 접촉 장치 내로 공급하기 위한 공급부로서, 공기의 공급을 제공하는 공급부, 관 접촉 장치, 상기 관 접촉 장치 내에서 형성된 상기 SO3을 흡수하기 위한 SO3-흡수기, 가스 스트림을 상기 SO3-흡수기로부터, 상기 SO2-함유 배출 가스를 상기 가스 스크러버에 공급하기 위한 공급부 내로 재순환시키기 위한 재순환 라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 관 접촉 장치는 상기 SO2의 SO3으로의 산화에 또는 그로부터 열을 공급 및/또는 회수하기 위한 중간 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 중간 회로는 냉각 장치, 팬 또는 펌프, 및/또는 가열 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 형성된 SO3으로부터 초래되는 황산의 응축을 위한 장치를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제9항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    가스를 건조하기 위한 장치를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제9항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 예열기로 진입되기 전에 상기 SO2-부화 가스에 부가되는 예열된 공기를 위한 공급 라인을 포함하고, 이러한 공급 라인은 상기 중간 회로의 회로 라인에 연결되는 것을 특징으로 하는 장치.
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