TWI552950B - 製造硫酸的方法、設備及系統 - Google Patents
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Description
本發明為一種製造硫酸之方法、設備及系統，尤指一種可充分回收熱能的製造硫酸之方法、設備及系統。
硫酸是一種非常重要的化學品，其具有非常廣泛的工業用途，不僅可以用來製造肥料、非鹼性清潔劑、護膚品、油漆添加劑，還可以用來製作炸藥。硫酸是許多工業所仰賴的基礎原料，其需求量之大，早已反映在龐大的生產量上，並吸引世界上多個區域的業者投入。但是，各業者在順利量產的同時，仍然得投入一些努力繼續改良，以期能夠增加設備效率、降低能耗、降低生產成本，進而提昇經濟效益與企業競爭力。
同時，隨著科技的進步，不僅傳統工業持續發展，愈來愈多的創新工業也快速發展，產能不斷擴大，在製造的過程中，可能會產生硫酸的廢液或是廢酸。例如在半導體的清洗製程中，需要採用極高純度的硫酸，並且添加一定比例的雙氧水，以加速反應和提昇清淨效果，而使用過的廢酸，在此情形之下包含有硫酸與雙氧水。當產能到達一定水準時，所產生硫酸廢液或是廢酸的數量勢必可觀，這些不僅佔了成本的一部分，也必需由業者花費心血做適當的回收處理，以符合法規的規範，並避免污染環境。
因此，如何能發展出一種硫酸之製造方法及設備，其不僅能夠生產出高濃度的硫酸，以滿足產業上使用的需求，尤其適用於將從工廠回收的廢液、廢酸
再生為具經濟價值的高濃度硫酸，同時又能藉由充分回收熱能以降低能耗，進而降低整體成本，便成為十分重要的課題。
因此，本發明的目的是提供一種製造硫酸的方法，利用充分回收熱能再加以妥善運用，以有效降低能耗解決能量浪費的問題。
本發明的另一目的是提供一種製造硫酸的設備，以將工廠所排放出的廢液、廢酸重製成新的硫酸產品。
本發明的再一目的是提供一種製造硫酸的系統，以達節能減碳、友善環境、降低地球負荷的目的。
本發明提供一種製造一硫酸產品的方法，其包含以下步驟：提供至少一固態硫磺，於一熔硫液化槽中，將該固態硫磺熱熔以轉變成液態硫磺，燃燒該液態硫磺，以產生至少一產物，回收燃燒該液態硫磺所產生之一高階熱能，提供該高階熱能至一第一蒸餾塔與一第二蒸餾塔，回收燃燒該液態硫磺所產生之一低階熱能，提供該低階熱能至該熔硫液化槽，於一吸收反應塔中提供過氧化氫或含過氧化氫之硫酸以生成該硫酸產品，對該硫酸產品進行提濃或純化，以提昇該硫酸產品之濃度或純度。
本發明另提供一種製造一硫酸產品的設備，其包含有一熔硫液化槽、一燃燒爐、一集塵器、一第一熱交換器、一第二熱交換器、一吸收反應塔、一第一蒸餾塔、一第二蒸餾塔以及一氣提塔。該熔硫液化槽，用以將至少一固態硫磺轉變成液態硫磺。該燃燒爐用以燃燒該硫磺，並將至少一產物輸入第一熱交換器。該第一熱交換器用以回收燃燒該液態硫磺所產生之一高階熱能，並將該高階熱能經由一第一管線傳遞至第一蒸餾塔和第二蒸餾塔。該第二熱交換器用以回收燃燒該液態硫磺所產生之一低階熱能，並將該低階熱能經由一第二管線傳遞至該熔硫液化槽。該產物係與該吸收反應塔中之過氧化氫反應，以生成該硫
酸產品。該第一蒸餾塔和第二蒸餾塔用以對該硫酸產品進行提濃及純化，以提昇該硫酸產品之濃度及純度。氣提塔用來去除硫酸產品中的二氧化硫。
本發明再提供一種製造一硫酸產品的系統，其包含有一熔硫液化槽、一燃燒爐、至少一熱交換器、一吸收反應塔、至少一蒸餾塔以及一氣提塔。該熔硫液化槽，用以將至少一固態硫磺轉變成液態硫磺。該燃燒爐用以燃燒該液態硫磺，並將至少一產物輸入一吸收熱交換器。該熱交換用以回收燃燒該液態硫磺所產生之至少一熱能。該產物係與該吸收反應塔中之過氧化氫反應，以生成該硫酸產品。該至少一蒸餾塔用以對該硫酸產品進行提濃或純化，以提昇該硫酸產品之濃度或純度。氣提塔用來去除硫酸產品中的二氧化硫。其中，該熔硫液化槽與至少一蒸餾塔運作所需之能源由回收之該熱能所供給。
相較於習知技術，本發明之硫酸製造方法、設備及系統，是利用過氧化氫與二氧化硫產生硫酸。如此一來，不僅作為氧化劑的過氧化氫，經由反應而消失，免除了後續處理廢棄物的麻煩，同時隨著反應時間增加，反應吸收塔內的硫酸濃度只會愈來愈高，並不會像一般氧化還原反應因為生成水，而將產品愈來愈稀釋。此外，本發明之硫酸製造方法及設備，於充分回收硫磺燃燒所產生的大量熱能之後，再將高階熱能以及低階熱能分別供應至蒸餾塔以及熔硫液化槽，以供硫酸產品提濃及純化之用以及硫磺熱熔之用，甚至於當高階熱能與低階熱能有剩餘時，還可以再提供用於發電或是其他用途。因此，本發明之硫酸製造設備自成一個系統，並且在此系統中，熔硫液化槽與蒸餾塔運作所需的能源可藉由熱能回收再利用，以大幅降低外加的能源，完全是節能的操作。本發明之硫酸製造方法、設備及系統，非常適用於將工廠所排放出的廢液、廢酸重製成新的硫酸產品。不僅可以穩定提昇硫酸濃度及純度，更能使在廢酸中的過氧化氫被有效去除及安定化。而所生成新的硫酸產品，能廣泛應用於多種工業製程，可達節能減碳、友善環境、降低地球負荷的目的，並減少事業單位(即
廢液或廢酸產出源)處理廢酸所增加的費用，而回收再利用所新生的產品，除了取代新品原的耗用，更可以降低生產成本。
200‧‧‧製造硫酸的設備
201‧‧‧熔硫液化槽
202‧‧‧燃燒爐
203‧‧‧第一熱交換器
204‧‧‧第二熱交換器
205‧‧‧集塵器
206‧‧‧吸收反應塔
206a‧‧‧塔底循環槽
207‧‧‧氣提塔
208、212‧‧‧管線
209‧‧‧粉碎機
210‧‧‧過濾器
211‧‧‧霧化裝置
214‧‧‧儲存及灌裝裝置
222‧‧‧第一蒸餾塔
224‧‧‧第二蒸餾塔
S101~S114‧‧‧製造硫酸的方法之步驟流程
第1圖為本發明一較佳實施例之一製造硫酸的方法流程圖；第2圖為本發明一較佳實施例之一製造硫酸的設備示意圖；
請參考第1圖，第1圖為本發明一較佳實施例之一製造硫酸的方法流程圖。如第1圖所示，本實施例之製造硫酸的方法，係先提供固態硫磺(步驟S101)。
然後，將固態硫磺用粉碎機處理(步驟S101a)，調整顆粒大小，再置入熔硫液化槽。之後，將固態硫磺置入熔硫液化槽熱熔(步驟S102)，以促進硫磺的熱熔，一般而言，熔硫液化槽的溫度係被控制著，以使熔硫的溫度落在149℃左右，如此才可避免產生高黏滯度的液態硫而造成設備損毀。
接著將液態硫磺進行粗濾處理(步驟S103)，通常是利用籃式過濾器將液態硫磺進行粗濾，使潔淨的液體通過，但是將固體雜質阻擋在濾籃裡。然後將經過粗濾的液態硫磺進行霧化處理(步驟104)。所謂霧化處理，即是將硫磺分子處理成為更小的分子，有助於燃燒時更完全、更均勻。
再進行燃燒(步驟105)，將經過霧化處理的硫磺在燃燒爐中燃燒，於此步驟中，欲達到良好的效果，溫度的控制相對重要。若是在冷爐使用的情況之下，必需先將爐溫升溫，才可以進料，由於燃燒就是一種劇烈的氧化反應，有氧參與反應，並放出大量的光和熱，造成此步驟之燃燒溫度約為1093℃。而由於氧的參與反應，硫磺與氧將會反應並生成二氧化硫(SO2)，以供後續步驟與過氧化氫(H2O2)反應再製作成硫酸。此外，當
一個特定反應的自由能變化小於零時(△G<0)，此反應必定為自發反應。而自由能變化的計算如下：△G=△H-T△S
其中，△H為反應熱，T為絕對溫度，△S為熵(entropy)的變化。如前所述，硫磺的燃燒放出大量的熱，所以是放熱反應，亦即△H<0。並且熵可視為亂度的指標，燃燒使亂度增加，亦即△S>0，代入上式可得△G必定小於零，因此為自發反應。可以理解的，在硫磺燃燒產生二氧化硫的反應中，所需要的只是將瓦斯點火，幫助可燃物達到燃點之後就會自行燃燒，完全不需要供給額外的能源。並且在達到燃點之後，反應還會釋放出大量的熱能。
接著，如第1圖所示，將硫磺燃燒產物的灰份去除(步驟106)，利用旋風分離器及/或過濾系統將燃燒的產物去塵，並收集粉塵，再將去除完灰份的硫磺燃燒產物，也就是二氧化硫輸入至一第一廢熱鍋爐。
接著回收高階熱能(步驟107)，利用第一廢熱鍋爐來回收部分前述燃燒所產生的熱能，在這個步驟中，由於目的是回收高階的熱能，所以可依據實際情況選擇傳遞熱能的媒介，例如熱煤油或水，以吸收前述燃燒所產生的大量熱能，直到生成氣體的溫度降到260℃左右。再將所回收的高階熱能傳遞至一第一蒸餾塔與一第二蒸餾塔(步驟108)，以供後續提高濃度或純度之用。
然後回收低階熱能(步驟109)，利用一第二廢熱鍋爐繼續回收前述燃燒所產生之熱能。由於在步驟107中高階的熱能已經被吸收，此步驟的目的是回收低階的熱能，因此可依據實際情況選擇傳遞熱能的媒介，例如熱煤油或水，以繼續吸收尚未被第一廢熱鍋爐吸收的部份熱能，直到生成
氣體的溫度降到165℃左右。再將所回收的低階熱能傳遞至熔硫液化槽(步驟110)，以供步驟102中熱熔固態硫磺之用。由於硫磺的燃燒熱與熔化熱相比大很多，僅靠著回收低階熱能，便足以供給熔硫液化槽所需的熱能，將所有的固態硫磺轉變成為液態硫磺。
然後，在吸收反應塔中反應生成硫酸(步驟111)。於此步驟中，在吸收反應塔內提供過氧化氫或含過氧化氫之硫酸，二氧化硫與過氧化氫反應後即可產生硫酸：SO2(g)+H2O2(1) → H2SO4(1)
在以上的反應中，吸收反應塔中所提供的過氧化氫，可以是工廠所排出廢酸，例如從半導體的清洗製程中所排出的含雙氧水之廢硫酸與雙氧水，經過上述反應後，可生成新的硫酸產品。這些廢液、廢酸經專管集中儲存，依據回收再利用管理辦法，按照程序申請許可、加工之後，再用做於工業製程的原料。而製程條件可以依據實際情況做調整，以達到滿意的效果。但是吸收反應塔中所提供之過氧化氫的來源，並不限於廢液、廢酸。
另外，含雙氧水之廢硫酸是注入到吸收反應塔底部的塔底循環槽。藉著泵浦連續將塔底循環槽的廢液打入塔頂灑下，氣相二氧化硫由塔底上升，氣液相不斷接觸反應而達提高硫酸濃度效果。吸收反應塔內氣相二氧化硫與液相雙氧水接觸反應屬放熱反應，故在吸收反應塔頂部需以熱交換器(例如：冷卻水冷卻器)來進行降溫冷卻，使得塔底循環槽溫度維持在約65℃。因硫酸沸點高，故會落在塔底循環槽。若在塔底循環槽取樣，檢測到雙氧水含量為0時，則塔底循環槽的硫酸已可當作工業級低濃度硫酸成品或進入下一階段。特別要說明的是，反應吸收塔內的硫酸濃度會隨著反應時間的增加而變濃，直到大約為72.1wt%。這提供了二個優點，第一，
二氧化硫與廢液或廢酸中的過氧化氫反應，可消除廢液或廢酸中過氧化氫，因此沒有後續另外處理掉過氧化氫的麻煩。第二，隨著反應時間的增加而將濃度提昇到一定程度，與產業對中高濃度硫酸的應用需求一致。
接著，於工業級低濃度硫酸成品生成後，進行提濃(步驟112)。在此步驟中，係可利用所回收的高階熱能於第一蒸餾塔中將沸點比硫酸低的水及其它輕沸物蒸發掉，進一步提昇硫酸產品的濃度至大於等於96wt%。而第一蒸餾塔蒸餾過後產生的硫酸即可作為工業級高濃度硫酸成品，或是再進入第二蒸餾塔中進一步做蒸餾處理。
最後，如步驟S113所示，將第一蒸餾塔蒸餾過後產生的硫酸導入第二蒸餾塔，可利用所回收的高階熱能於第二蒸餾塔中進一步除去重沸物或高金屬含量的硫酸。這些重沸物或高金屬含量硫酸由第二蒸餾塔底部排出。所需要的硫酸則從第二蒸餾塔頂部蒸餾、冷凝出，其金屬含量為0.1~10ppb，因而生產出高品質電子級硫酸。若高品質電子級硫酸中的二氧化硫含量過高，可將其導入氣提塔中來除去二氧化硫。
值得注意的是，經過上述步驟產出的工業級低濃度硫酸成品、工業級高濃度硫酸成品或高品質電子級硫酸成品接可直接存放或灌裝，以準備出貨(步驟S114)。
為了進行上述實施例中的製造硫酸之方法，第2圖為本發明一較佳實施例之一製造硫酸的設備示意圖。請參考第2圖，如第2圖所示，本實施例之製造硫酸的設備200係包含有一熔硫液化槽201、一燃燒爐202、一集塵器205、一第一熱交換器203、一第二熱交換器204、一吸收反應塔206、一第一蒸餾塔222、一第二蒸餾塔224以及一氣提塔207。
熔硫液化槽201係用來將固態的硫磺轉變成為液態的硫磺，在熔化的過程中，係利用一管線208所提供的低階熱能來克服硫磺的熔化熱，以達
到轉變的目的，同時熔硫液化槽201的溫度係被控制著，以使熔硫的溫度落在149℃左右。此外，本實施例之製造硫酸的設備200另包含有一粉碎機209，用來調整固態硫磺的顆粒至理想大小，再置入熔硫液化槽201。
為了使硫磺在燃燒爐202中的燃燒更潔淨、更均勻以及更完全，本實施例之製造硫酸的設備200另包含有一過濾器210以及一霧化裝置211。過濾器210通常為一籃式過濾器，用來將液態硫磺進行粗濾，使潔淨的液體通過，但是將固體雜質阻擋在濾籃裡。而霧化裝置211係用來將經過粗濾的液態硫磺進行霧化處理，使硫磺分子變成更小的分子，再注入燃燒爐202中。
燃燒爐202則係用來將經過霧化處理的硫磺燃燒。欲達到良好的效果，燃燒爐202的溫控相對重要，若是在冷爐使用的情況之下，必需先將爐溫升溫，才可以進料。如前所述，硫磺的燃燒是自發反應，因此，在燃燒反應之始，只要將瓦斯點火，幫助可燃物達到燃點之後就會自行燃燒，完全不需要供給額外的能源。並且在達到燃點之後，因為燃燒放出大量的光和熱，使燃燒溫度約為1093℃。並且由於氧的參與反應，硫磺與氧將會反應並生成氧化物二氧化硫，以供後續步驟與過氧化氫反應。
集塵器205通常係為一旋風分離器及/或過濾系統，用以將硫磺燃燒產物的灰份去除，並收集粉塵，再將去除完灰份的硫磺燃燒產物，也就是二氧化硫，輸入第一熱交換器203。
第一熱交換器203係用來回收高階熱能，可依據實際情況選擇傳遞熱能的媒介，例如熱煤油或水，以回收部分前述燃燒所產生的熱能，直到生成氣體的溫度降到約260℃。所吸收的高階熱能，經由一管線212傳遞至第一蒸餾塔222與第二蒸餾塔224，以達到提高硫酸濃度及純度之目的。在本實施例中，第一熱交換器203為一第一廢熱鍋爐。
第二熱交換器204係用來回收低階熱能，可依據實際情況選擇傳遞熱能的媒介，例如熱煤油或水，以繼續吸收殘存量熱，直到生成氣體的溫度降到約165℃。而所回收的低階熱能是經由管線208提供至熔硫液化槽201。由於硫磺的燃燒熱與熔化熱相比大很多，僅靠著回收低階熱能，便足以供給熔硫液化槽所需的熱能，將所有的固態硫磺轉變成為液態硫磺。在本實施例中，第二熱交換器204為一第二廢熱鍋爐。
在吸收反應塔206內，二氧化硫與過氧化氫反應後即可產生硫酸。吸收反應塔206的底部包含一塔底循環槽206a，其係用來注入過氧化氫或含雙氧水之硫酸。藉著泵浦連續將塔底循環槽206a的廢液打入塔頂灑下，並在吸收反應塔206頂部以熱交換器(例如：冷卻水冷卻器)來進行降溫冷卻，使得塔底循環槽206a溫度維持在約65℃。因硫酸沸點高，故會落在塔底循環槽206a。若在塔底循環槽206a取樣，檢測到雙氧水含量為0時，則塔底循環槽206a的硫酸已可當作工業級低濃度硫酸成品，或進入第一蒸餾塔222做進一步處理。
第一蒸餾塔222可利用所回收的高階熱能將沸點比硫酸低的水及其它輕沸物蒸發掉，進一步提昇硫酸產品的濃度至大於等於96wt%。而第一蒸餾塔蒸222餾過後產生的硫酸即可作為工業級高濃度硫酸成品，或是再進入第二蒸餾塔224中進一步做蒸餾處理。
第二蒸餾塔224係可利用所回收的高階熱能來進一步除去重沸物或高金屬含量的硫酸。重沸物或高金屬含量硫酸由第二蒸餾塔224底部排出。所需要的硫酸則從第二蒸餾塔224頂部蒸餾、冷凝出，而生產出高品質電子級硫酸成品。若高品質電子級硫酸中的二氧化硫含量過高，可將其導入氣提塔207中來除去二氧化硫。
本實施例之製造硫酸的設備200另包含有一儲存及灌裝裝置214，用以選擇性地將產出的工業級低濃度硫酸成品、工業級高濃度硫酸成品或高品質電子級硫酸成品接直接存放或灌裝，以準備出貨。
本發明之硫酸製造方法及設備，主要是回收燃燒硫磺所產生的大量熱能，再將高階熱能以及低階熱能分別供應至熔硫液化槽以及蒸餾塔，以供硫磺熱熔以及硫酸產品提濃或純化之用。但事實上，本發明對所回收之硫磺燃燒產熱的應用不只於此，可依據實際情況做調整，例如如前所述，由於硫磺的燃燒熱比熔化熱大很多，若僅靠著低階熱能，不僅足以提供熔硫液化槽所需的熱能，尚有剩餘時，這些剩餘的熱能還可以有其他用途，例如提供至發電區的幫浦用來發電。同理，高階熱能於供給硫酸產品提濃尚有剩餘時，剩餘的熱能也可以用來發電。
本發明之硫酸製造方法及設備，是利用過氧化氫與二氧化硫反應，以生成硫酸。如此一來，隨著反應時間增加，反應吸收塔內的硫酸濃度只會愈來愈高，並不會像一般氧化還原反應因為生成水，而將產品愈來愈稀釋。此外，本發明之硫酸製造方法及設備，於充分回收硫磺燃燒所產生的大量熱能之後，再將高階熱能以及低階熱能分別供應至蒸餾塔和熔硫液化槽，以供硫酸產品提濃或純化之用以及硫磺熱熔之用，甚至於當高階熱能與低階熱能有剩餘時，還可以再提供用於發電或是其他用途。因此，本發明之硫酸製造設備自成一個系統，並且在此系統中，所產生的能源可回收再利用於系統中，以大幅降低外部所需添加額外的能源，完全是節能的操作。本發明之硫酸製造方法及設備，非常適用於將工廠所排放出的廢液、廢酸重新製成新的硫酸產品。不僅可以穩定提昇硫酸濃度，更能使在廢酸中的過氧化氫被有效去除及安定化。而所生成新的硫酸產品，能廣泛應用於多種工業製程，可達節能減碳、友善環境、降低地球負荷的目的，並減少事
業單位(即廢液或廢酸產出源)處理廢酸所增加的費用，而回收再利用所新生的產品，除了取代新品原的耗用，更可以降低生產成本。
本發明之硫酸製造方法及設備，可製作出符合業界需求的中高濃度產品，並且因為運輸時極少的比例是水，系統產生的熱能可回收回系統再利用，大幅降低使用額外提供的能源，非常具有成本優勢。
雖然本發明已用較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與修改，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
S101~S114‧‧‧製造硫酸的方法之步驟流程
Claims (34)
- 一種製造硫酸的方法，適用於製造一硫酸產品，該方法包含以下步驟：a.提供至少一固態硫磺；b.於一熔硫液化槽中，將該固態硫磺熱熔以轉變成液態硫磺；c.燃燒該液態硫磺，以產生至少一硫磺燃燒產物；d.回收燃燒該液態硫磺所產生之一高階熱能；e.提供該高階熱能至一第一蒸餾塔或一第二蒸餾塔；f.回收燃燒該液態硫磺所產生之一低階熱能；g.提供該低階熱能至該熔硫液化槽；h.於一吸收反應塔中提供過氧化氫或含過氧化氫之硫酸，與該硫磺燃燒產物反應以生成該硫酸產品；i.對該硫酸產品進行提濃，以提昇該硫酸產品之濃度；j.對該硫酸產品進行純化，以提昇該硫酸產品之純度；k.當該硫酸產品中的二氧化硫含量太高，可藉由氣提塔去除二氧化硫；以及l.將各等級之該硫酸產品儲存灌裝。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中於步驟a另包含以下步驟：利用一粉碎機處理該固態硫磺，以調整顆粒大小。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中於步驟b之後，另包含以下步驟：將該液態硫磺進行粗濾處理；以及將經過粗濾處理之該液態硫磺進行霧化處理。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該硫磺燃燒產物係包含有二氧化硫。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該低階熱能係提供至該熔硫液化槽，以用來熱熔該固態硫磺並轉變成該液態硫磺。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中於步驟d之後，另包含以下步驟：去除該硫磺燃燒產物之灰份；以及將已去除灰份之該硫磺燃燒產物輸入該吸收反應塔。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該過氧化氫係來自於一工廠所排出之廢酸或新鮮過氧化氫。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中步驟i係將對該硫酸產品導入該第一蒸餾塔進行蒸餾，以提昇該硫酸產品之濃度。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中步驟j係將對該硫酸產品導入該第二蒸餾塔進行蒸餾，以提昇該硫酸產品之純度。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中步驟k係將對該硫酸產品導入該氣提塔，以去除該硫酸產品中的二氧化硫含量。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中於步驟e之後另包含提供該高階熱能至一第一蒸餾塔或第二蒸餾塔，步驟i、j係將對該硫酸產品依序 導入該第一蒸餾塔及該第二蒸餾塔進行蒸餾，以提昇該硫酸產品之濃度及降低重沸物和金屬含量以提昇該硫酸產品之純度。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中於步驟a~g可直接使用外購二氧化硫及外部能源取代。
- 一種製造硫酸的設備，適用於製造一硫酸產品，該設備包含：一熔硫液化槽，用以將至少一固態硫磺轉變成液態硫磺；一燃燒爐，用以燃燒該液態硫磺，並將至少一硫磺燃燒產物輸入一吸收反應塔；一第一熱交換器，用以回收燃燒該液態硫磺所產生之一高階熱能，並將該高階熱能經由一第一管線傳遞至一第一蒸餾塔與一第二蒸餾塔；一第二熱交換器，用以回收燃燒該液態硫磺所產生之一低階熱能，並將該低階熱能經由一第二管線傳遞至該熔硫液化槽；該吸收反應塔，該硫磺燃燒產物係與該吸收反應塔中之過氧化氫反應，以生成該硫酸產品；該第一蒸餾塔，用以對該硫酸產品進行提濃，以提昇該硫酸產品之濃度；該第二蒸餾塔，用以對該硫酸產品進行純化，以降低重沸物和金屬含量以提昇該硫酸產品之純度及品質；以及一氣提塔，用以對該硫酸產品進行去除二氧化硫之製程，以降低在該硫酸產品中的二氧化硫含量。
- 如申請專利範圍第13項所述之設備，其中該設備另包含有一粉碎機，用以調整該固態硫磺的顆粒大小。
- 如申請專利範圍第13項所述之設備，其中該設備另包含有一過濾器，用以將轉變完成之該液態硫磺進行粗濾處理。
- 如申請專利範圍第15項所述之設備，其中該設備另包含有一霧化裝置，用以將經過粗濾處理之該液態硫磺進行霧化處理，再輸入至該燃燒爐。
- 如申請專利範圍第13項所述之設備，其中該硫磺燃燒產物係包含有二氧化硫。
- 如申請專利範圍第13項所述之設備，其中該設備另包含有一集塵器，用以去除該硫磺燃燒產物之灰份，再將已去除灰份之該硫磺燃燒產物輸入該第一熱交換器。
- 如申請專利範圍第13項所述之設備，其中該低階熱能係傳遞至該熔硫液化槽，用以熱熔該固態硫磺並轉變成該液態硫磺。
- 如申請專利範圍第13項所述之設備，其中該過氧化氫或含過氧化氫之硫酸係可來自於新鮮過氧化氫或一工廠所排出之廢酸。
- 如申請專利範圍第13項所述之設備，其中該高階熱能係傳遞至該第一蒸餾塔及/或該第二蒸餾塔，進行提濃與降低重沸物和金屬含量以提昇該硫酸產品之濃度及純度。
- 一種製造硫酸的系統，包含：一熔硫液化槽，用以將至少一固態硫磺轉變成液態硫磺； 一燃燒爐，用以燃燒該液態硫磺，並將至少一硫磺燃燒產物輸入一吸收反應塔；至少一熱交換器，用以回收燃燒該液態硫磺所產生之至少一熱能；該吸收反應塔，該硫磺燃燒產物係與該吸收反應塔中之過氧化氫反應，以生成該硫酸產品；以及至少一蒸餾塔，用以對該硫酸產品進行提濃或純化，以提昇該硫酸產品之濃度及純度；其中，該熔硫液化槽與該至少一蒸餾塔運作所需之部份能源可由回收之該熱能所供給。
- 如申請專利範圍第22項所述之系統，其中該系統另包含有一粉碎機，用以調整該固態硫磺的顆粒大小。
- 如申請專利範圍第22項所述之系統，其中該系統另包含有一過濾器，用以將轉變完成之該液態硫磺進行粗濾處理。
- 如申請專利範圍第24項所述之系統，其中該系統另包含有一霧化裝置，用以將經過粗濾處理之該液態硫磺進行霧化處理，再輸入至該燃燒爐。
- 如申請專利範圍第22項所述之系統，其中該硫磺燃燒產物係包含有二氧化硫。
- 如申請專利範圍第22項所述之系統，其中該系統另包含有一集塵器，用以去除該硫磺燃燒產物之灰份，再將已去除灰份之該硫磺燃燒產物輸入該至少一熱交換器。
- 如申請專利範圍第22項所述之系統，其中回收之該熱能係包含有一高階熱能或是一低階熱能。
- 如申請專利範圍第28項所述之系統，其中該高階熱能係傳遞至該至少一蒸餾塔，以提昇該硫酸產品之濃度或純度。
- 如申請專利範圍第29項所述之系統，其中該高階熱能用以提昇該硫酸產品濃度或純度之剩餘部分，係用於發電或其它再利用。
- 如申請專利範圍第28項所述之系統，其中該低階熱能係傳遞至該熔硫液化槽，用以熱熔該固態硫磺並轉變成該液態硫磺。
- 如申請專利範圍第31項所述之系統，其中該低階熱能用以熱熔該固態硫磺之剩餘部分，係用於發電或其它再利用。
- 如申請專利範圍第22項所述之系統，其中該過氧化氫或含過氧化氫之硫酸係來自於新鮮過氧化氫或一工廠所排出之廢酸。
- 如申請專利範圍第22項所述之系統，更包括一氣提塔，用來去除該至少一蒸餾塔輸出之該硫酸產品中的二氧化硫。
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Families Citing this family (10)
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|---|---|---|---|---|
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| CN114293205A (zh) * | 2021-12-17 | 2022-04-08 | 新疆新能源(集团)准东环境发展有限公司 | 一种pvc乙炔净化废硫酸回收处理的装置及其方法 |
| WO2023225742A1 (en) * | 2022-05-27 | 2023-11-30 | Chemetics Inc. | Tail gas treatment system and method for a sulfuric acid production plant |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5130112A (en) * | 1990-03-23 | 1992-07-14 | Monsanto Company | Method for recovering high grade process energy from a contact sulfuric acid process |
| US20050255022A1 (en) * | 2004-05-11 | 2005-11-17 | The Usa As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics & Space Administration | Emission control system |
| US20100254889A1 (en) * | 2007-11-07 | 2010-10-07 | Basf Se | Method for producing sulfuric acid |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102004022506B4 (de) * | 2004-05-05 | 2012-06-21 | Outokumpu Oyj | Verfahren und Anlage zur Herstellung von Schwefelsäure aus schwefeldioxidreichen Gasen |
| CN100463847C (zh) * | 2006-06-23 | 2009-02-25 | 李开春 | 以烟道气制备硫酸的方法 |
| CN101749690B (zh) * | 2009-12-25 | 2011-04-20 | 南京圣诺热管有限公司 | 高温高含硫炉气废热利用方法及装置 |
| WO2012069270A1 (en) * | 2010-11-22 | 2012-05-31 | Teijin Aramid B.V. | Method for increasing the sulfuric acid concentration of a sulfuric acid solution |
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| CN102642817A (zh) * | 2012-04-21 | 2012-08-22 | 河北纳利鑫洗化有限公司 | 用于三氧化硫生产中的余热熔硫装置及其工艺 |
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-
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5130112A (en) * | 1990-03-23 | 1992-07-14 | Monsanto Company | Method for recovering high grade process energy from a contact sulfuric acid process |
| US20050255022A1 (en) * | 2004-05-11 | 2005-11-17 | The Usa As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics & Space Administration | Emission control system |
| US20100254889A1 (en) * | 2007-11-07 | 2010-10-07 | Basf Se | Method for producing sulfuric acid |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI849919B (zh) * | 2023-05-19 | 2024-07-21 | 強方科技股份有限公司 | 電子級硫酸管理系統 |
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