JPS5824364B2 - 硫酸の製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は硫酸の製造法に関するものであり、その目的は
、硫黄燃焼で生成する亜硫酸ガス（Ｓ０２ガス）を触媒
層と多段接触させて順次三酸化硫黄（Ｓ０３）に転化さ
せかつ転化したＳＯ３を順次多段式に硫酸に吸収させる
方法を採用した硫酸製造プラントにおいて、該プラント
の負荷変動に関係なく転化器入口ガス温度を転化のため
の最適温度に容易に調節でき、また該プラント中の機器
及び配管が硫酸ミストによって低温又は高温腐食される
のを未然に防止し得る硫酸の製造法を提案するにある。

硫酸は、硫黄を酸素過剰の条件下で燃焼させ、これによ
り生成するＳ０２ガスを原料として製造される。

すなわちＳ０２ガスを前記燃焼時に過剰供給された空気
中の酸素と共に転化器へ送り込み、ここで酸化触媒と接
触させてＳＯ３ガスに転化させ、これを硫酸に吸収させ
ることによって製造される。

硫黄燃焼工程から硫酸生成工程に至る反応は次の反応式
で表わされる。

Ｓ＋０２→ＳＯ□十生成熱 ・・・・・・・・・・・・
・・・（１）■ ＳＯ２＋−Ｏ□→ＳＯ３＋生成熱・・・・・・・・・・
・・（２）Ｓ０３＋Ｈ２０→Ｈ２ＳＯ４＋生成熱 ・・
・・・・（３）前記反応式（２）で示されるＳ０２から
ＳＯ３への転化反応は発熱反応であるため、その転化平
衡は温度に逆比例して進行する。

したがって８０３への転化収率を高めるには転化器内で
生成する反応熱をＳＯ３生成が効果的に行なわれる好ま
しい温度に保持しておくことが要求される。

このことは触媒との多段接触法を採用した転化器におけ
る各段の転化収率についても同様である。

したがって転化によって生成したＳ０３ガスを吸収塔で
除去した後の未転化Ｓ０２ガスを再び転化反応に供する
場合においてもＳＯ３への転化が効果的に行なわれる好
ましいガス温度に調節しておくことが要求される。

原料ＳＯ２ガスを２段階に亘って触媒層と接触させ、各
段で転化生成したＳ０３をその都度硫酸に吸収させる硫
酸の製造法（以下これを二重接触・二重吸収法という。

）があるが、この方法に関する従来法は転化反応に供す
るＳ０２含有ガスを好ましい温度に調節するための手段
として、転化反応の発生熱を未転化Ｓ０２ガスの再加熱
用として利用し、余剰熱はスチーム過熱用あるいは廃熱
ボイラへの給水加熱用として除去する方法を採っていた
。

このため実際のプラントにあっては、前段吸収塔から出
るＳ０２含有ガスを後段転化器へ導入する系内でその負
荷変動に対応してＳＯ２含有ガス（被冷却ガス）温度と
転化反応後のガス（冷却ガス）との温度を最も高い酸化
収率が得られるように調節するために、熱交換器の動特
性に応じて前記各ガス流をバイパスさせることによって
流量配分を変えたり、あるいはＳＯ２含有ガス中のＳＯ
□濃度を変化させたりしていた。

しかしこのような調節方法は、三流体の熱均合を取らな
ければ最適温度が得られず、プラント内の熱容量が太き
いためにその応答が遅く好ましい温度に保持されるまで
に時間がかかることになり、その結果ＳＯ３、硫酸など
の収率が低下し、しかも大気へ放出される未転化Ｓ０２
ガスが増加するという事態を招いていた。

加えて配管系統も複雑となるため腐食し易い箇所がその
分だけ増加し、このための故障が多くなっていた。

さらに前段吸収塔から出る未転化ＳＯ２ガス中には硫酸
ミストが含まれ、このような腐食性ガスを後段転化器か
らの転化反応後のガスの反応熱を利用して再加熱するた
めには、通常の場合伝熱面積を小さくするために交流型
のガス−ガス熱交換器が用いられる。

しかしこの熱交換器における未転化Ｓ０２ガス入口部分
の温度は硫酸の凝縮温度以下となっている可能性があり
、この場合には硫酸ミストが伝熱管あるいは管板に付着
することによるこれらの腐食が生起される。

従来の二重接触・二重吸収法では紙上のような問題点が
あり、その改善が望まれている。

本発明は前記問題点に鑑みてなされたものであり、以下
その実施例を二重接触・二重吸収法について説明する。

図面において、１は硫黄燃焼炉であって、硫黄供給ポン
プ２によって噴霧供給される硫黄３を、主空気ブロワ−
４によって乾燥塔５を経て送られる燃焼用空気６で燃焼
させる。

燃焼用空気６は硫黄３に対して酸素濃度が過剰となるよ
うに送られる。

７は転化器である。転化器Ｉは第１〜第４の触媒層８Ａ
〜８Ｄを有しており、第１〜第３の触媒層８Ａ〜８Ｃを
前段転化反応に使用し、残りの第４触媒層８Ｄを後段転
化反応に使用し得るようになっている。

ここで便宜上、第１〜第３触媒層８Ａ〜８Ｃを有する部
分を前段転化器９、第４触媒層８Ｄを有する部分を後段
転化器１０と称する。

１１は前段転化器９に対応する前段吸収塔、１２は後段
転化器１０に対応する後段吸収塔であって、これらの内
部には所定温度、所定濃度の硫酸が散布循環されている
。

硫黄燃焼炉１で生成したＳ０２は１０〜１４ｖｏ１％の
高温ガスとなって余剰酸素と共に前段転化器９での転化
反応に供されるが、この高温ガスは前段転化器９への導
入前に熱回収ボイラ１３及びこれと並列に介装された熱
交換器１４を通過させ、両者からの流量配分を調節して
前段転化器９の入口ガス温度が転化反応に好ましい温度
となるようにする。

熱交換器１４では前段吸収塔１１から出た未転化Ｓ０２
ガスを加熱して後段転化器１０での転化反応を行なわし
めるのに好ましい温度とするのであるが、前段吸収塔１
１からの未転化ＳＯ□ガス中には硫酸ミストが含まれて
おり、かつそれが低温であるため該熱交換器１４の管板
あるいは伝熱管が腐食され易い。

したがってかかる弊害を避けるために熱交換器１４の高
温側入口ガス温度を硫酸ミストによる低温腐食を防ぐに
十分な温度以上に保持し、かつこれを並流型とする。

このような前段転化器９への入口ガスと熱交換器１４の
高温側入口ガスとの熱収支の釣合は熱回収ボイラ１３で
行なうようにする。

この目的をもって熱回収ボイラ１３にはバイパス管Ｌ１
とその出口ガスを熱交換器１４側へ戻す戻し管Ｌ２とが
設けられている。

熱回収ボイラ１３へはボイラ給水ポンプ１５によりボイ
ラ給水管Ｌ３を通して系外からの水１７が送給され、こ
の水１７が熱回収ボイラ１３で硫黄燃焼炉１からの一部
の高温ガスと熱交換し、蒸気となって蒸気管Ｌ４を通し
て外部へ排出される。

蒸気管Ｌ４にはスチームスーパヒータ（蒸気過熱器）１
８が介装されている。

一方前段転化器９へ好ましい温度で導入されたＳＯ２と
余剰酸素を含む原料高温ガスは第１触媒層８Ａと接触し
てＳＯ□ガスの一部が８０３ガスに転化し、昇温する。

このＳ０３ガスと未転化Ｓ０２ガスとの混合ガスは前記
スチームスーパヒータ１８を介して第２触媒層８Ｂへ送
られる。

スチームスーパヒータ１８では前記混合ガスを、第２触
媒層８Ｂでの転化反応が好ましい温度で進行するように
降温させる。

これにより混合ガス中の未転化ＳＯ２ガスは第２触媒層
８Ｂと接触しさらにＳ０３ガスに転化昇温する。

第２触媒層８Ｂと第３触媒層８Ｃとの間の通路中には冷
却空気ブロワ−１９により乾燥塔５を経た冷気が吹き込
まれており、この冷気を第２触媒層８Ｂを通過した高温
ガスに混合し、該高温ガスを第３触媒層８Ｃでの転化反
応に最適な温度まで降温させる。

第３触媒層８Ｃとの接触により転化生成したＳＯ３ガス
及び未転化ＳＯ２ガスはその後前段吸収塔１１へ送られ
る。

ここにおいて最も効果的な吸収を行なわせるために高温
ＳＯ３ガスをその好ましい温度にまで降温させる必要が
ある。

このための温度調節は、前記系外からのボイラ給水管Ｌ
３中に介装した第１エコノマイザ２０で行なう。

つまり第１エコノマイザ２０ではガスの露点以上の防蝕
温度まで熱回収された後、該ガスが前段吸収塔１１へ導
入される。

ここで転化生成したＳ０３ガスは硫酸に吸収される。

なおＳ０３ガスを製造するときは、前段吸収塔１１に入
る前のガス中からＳＯ３ガスを取り出す。

ＳＯ３ガスが吸収された残りのガスは前段吸収塔１１の
出口において塔内循環酸と極めて近い平衡状態となって
いる。

既述のように前段吸収塔１１から出た残余の８０２を含
む低温ＳＯ２ガスは熱交換器１４で硫黄燃焼の発生熱に
より再加熱され、第４触媒層８Ｄでの転化反応に好まし
い温度となって後段転化器１０へ導入される。

後段転化器１０の入口ガス温度は、ＳＯ□ガス流量を調
節することによって全操作範囲に亘って前段転化器９に
おける第１〜第３触媒層８Ａ〜８Ｃへの入口ガス温度と
は無関係に一定に保持することができる。

したがって第４触媒層８Ｄでの転化反応を容易に好まし
い温度条件下で遂行させることができる。

第４触媒層８Ｄでの転化反応を終え、転化生成した高温
ガスは前記ボイラ給水管Ｌ３中に介装された第２エコノ
マイザ２１で熱回収され、後段吸収塔１２に送られてＳ
０３ガスが吸収される。

以上説明した実施例におけるＳ０２転化率をさらに向上
させるには第４触媒層８Ｄの出口ガスに冷気を吹き込み
、温度調節後仮想線で示す第５触媒層８Ｅによって残余
のＳＯ□をさらに転化させ、その後第２エコノマイザ２
１を通し、後段吸収塔１２でＳＯ３ガスを吸収させる。

また第３触媒層８Ｃに入る高温ガスの温度調節は、冷気
を吹き込むことに替えて廃熱回収ボイラ等の熱交換器を
設置し、これを利用してもよい。

以上詳記したように本発明によれば、全ての負荷範囲で
転化反応に好ましいガス温度調節が容易に可能であり、
また負荷変動に伴なう温度調節操作の追従性が良好とな
る。

また余分な配管を設置する必要もなくなるので設備が単
純化できる。

しかも、硫黄燃焼炉で生成した高温ガスを並列に設けた
熱回収ボイラおよび熱交換器を通して前段転化器に導入
するので、高温ガスを高温度の状態で再加熱に使用して
高い温度差を得ることができ、熱回収ボイラおよび熱交
換器を小型化できるのは勿論、熱交換器の伝熱面の温度
を上げて低温ガス側の露点腐食を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の詳細な説明図である。 １・・・・・・硫黄燃焼炉、３・・・・・・硫黄、７・
・・・・・転化器、８Ａ〜８Ｅ・・・・・・第１〜第５
触媒層、９・・・・・・前段転化器、１０・・・・・・
後段転化器、１１・・・・・・前段吸収塔、１２・・・
・・・後段吸収塔、１３・・・・・・熱回収ボイラ、１
４・・・・・・熱交換器、１７・・・・・・系外水、１
８・・・・・・スチームスーパヒータ、２０，２１・・
・・・・エコノマイザ、Ｌｌ・・・・・・バイパス管、
Ｌ２・・・・・・戻し管、Ｌ３・・・・・・ボイラ給水
管、Ｌ４・・・・・・蒸気管。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 硫黄燃焼で生成する亜硫酸ガスを原料さし、これを
   触媒層と多段接触させて順次三酸化硫黄に転化させかつ
   転化した三酸化硫黄を順次多段式に硫酸に吸収させるも
   のにおいて、硫黄燃焼炉で生成した高温ガスを並列に設
   けた熱回収ボイラおよび熱交換器を通して前段転化器に
   導入し、この前段転化器から出た転化反応後の高温ガス
   を第１エコノマイザを通して前段吸収塔に導入し、これ
   により硫酸を回収するとともに該前段吸収塔から出た低
   温ガスを前記熱交換器で再加熱した後、後段転化器に導
   入し、この後段転化器から出た転化反応後の高温ガスを
   第２エコノマイザを通して後段吸収塔に導入し、これに
   より硫酸をさらに回収し、一方、系外から冷却用流体を
   前記第１および第２のエコノマイザおよび熱回収ボイラ
   に通して熱を吸収させることを特徴とする硫酸の製造法
   。