(57)【要約】【課題】硫酸の腐食性に対する耐性が高い充填塔を提供する。【解決手段】孔が設けられた充填物受け５上に充填された充填物４’に対して硫酸を噴霧する噴霧部３と、噴霧部３から噴霧され、充填物４’を介して前記孔から出てくる硫酸に対して、硫酸を噴霧するスプレーノズル２と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
孔が設けられた支持体上に充填された充填物に対して硫酸を供給する第１の供給手段と、
前記第１の供給手段から供給され、前記充填物を介して前記孔から出てくる硫酸に対して、硫酸を供給する第２の供給手段と、
を備える、充填塔。
【請求項２】
内壁及び前記支持体が、９８重量％の硫酸に対して腐食度０．１ｇ／ｍ２・ｈｒ以下である材料からなり、
前記充填物を介して前記第１の供給手段とは反対側に二酸化硫黄ガスを導入するための二酸化硫黄ガス導入口を備えており、
前記第２の供給手段が、９４重量％以上９９重量％以下の硫酸を供給するものである、請求項１に記載の充填塔。
【請求項３】
内壁及び前記支持体が、９８重量％の硫酸に対して腐食度０．１ｇ／ｍ２・ｈｒ以下である材料からなり、
前記充填物を介して前記第１の供給手段とは反対側に三酸化硫黄ガスを導入するための三酸化硫黄ガス導入口を備えており、
前記第２の供給手段が、９４重量％以上９９重量％以下の硫酸を供給するものである、請求項１に記載の充填塔。
【請求項４】
上記第２の供給手段が硫酸を噴霧するものである請求項１〜３のいずれか１項に記載の充填塔。
【請求項５】
上記第２の供給手段がスプレーノズルである請求項１〜４のいずれか１項に記載の充填塔。
【請求項６】
請求項２に記載の充填塔を用いた硫酸の濃度の調整方法であって、
前記第１の供給手段から前記二酸化硫黄ガスを乾燥させるための硫酸を供給すると共に、前記第２の供給手段から硫酸を供給する、調整方法。
【請求項７】
請求項３に記載の充填塔を用いた硫酸の濃度の調整方法であって、
前記第１の供給手段から前記三酸化硫黄ガスを吸収するための硫酸を供給すると共に、前記第２の供給手段から硫酸を供給する、調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば濃硫酸を製造するための乾燥塔及び吸収塔として用いることができる充填塔に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
濃硫酸を製造する際には、二酸化硫黄ガスを乾燥させる乾燥塔及び三酸化硫黄ガスを硫酸に吸収させる吸収塔を用いる（例えば特許文献１〜７を参照）。乾燥塔及び吸収塔はラシヒリング等の充填物を充填するので充填塔とも呼ばれる。
【０００３】
乾燥塔及び吸収塔には、濃硫酸による腐食に耐えるため、耐酸れんがを内張りしたり、乾燥塔及び吸収塔自体を耐酸金属（ＺｅＣｏｒ（登録商標）材、ＳＸ材など）で構成したりすることが一般的である。なお、濃硫酸に関するものではないが、硫黄酸化物等の腐食性成分に対する耐食部材に関する技術として特許文献８が開示されている。また、吸収塔等を構成する材料については例えば特許文献９に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６１−１６８５０８号公報（１９８６年７月３０日公開）
【特許文献２】特開昭６２−１３８３１１号公報（１９８７年６月２２日公開）
【特許文献３】特開平１−１６０８０９号公報（１９８９年６月２３日公開）
【特許文献４】特開平１−１６０８１０号公報（１９８９年６月２３日公開）
【特許文献５】特開２０００−３０２４２０号公報（２０００年１０月３１日公開）
【特許文献６】特開２００２−１１４５０５号公報（２００２年４月１６日公開）
【特許文献７】特開２００４−３５９４９１号公報（２００４年１２月２４日公開）
【特許文献８】特開昭６１−２５４２２３号公報（１９８６年１１月１２日公開）
【特許文献９】特開昭６１−１１７１０５号公報（１９８６年６月４日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、耐酸金属を用いた耐腐食処理では不十分な場合がある。なぜなら、耐酸金属には、硫酸の濃度によって、十分な耐腐食性を発揮する場合と耐腐食性が不十分であり腐食してしまう場合とがあるからである。例えば、ＺｅＣｏｒは、９４重量％以上９９重量％以下の濃硫酸に対しては十分な耐腐食性を発揮するが、これより薄い硫酸、又は濃い硫酸および発煙硫酸に対する耐腐食性は十分でない場合がある。また、耐酸れんがについては、現地工事があり納期も長納期となる場合等がある。そのため、耐酸れんがを用いない耐腐食処理が望まれている。
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みて成されたものであり、硫酸の腐食性に対する耐性が高い充填塔を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明に係る充填塔は、孔が設けられた支持体上に充填された充填物に対して硫酸を噴霧する第１の供給手段と、前記第１の供給手段から供給され、前記充填物を介して前記孔から出てくる硫酸に対して、硫酸を供給する第２の供給手段と、を備える。
【０００８】
また、本発明に係る充填塔では、内壁及び前記支持体が、９８重量％の硫酸に対して腐食度０．１ｇ／ｍ２・ｈｒ以下である材料からなり、前記充填物を介して前記第１の供給手段とは反対側に二酸化硫黄ガスを導入するための二酸化硫黄ガス導入口を備えており、前記第２の供給手段が、９４重量％以上９９重量％以下の硫酸を供給するものであってもよい。
【０００９】
また、本発明に係る充填塔では、内壁及び前記支持体が、９８重量％の硫酸に対して腐食度０．１ｇ／ｍ２・ｈｒ以下である材料からなり、前記充填物を介して前記第１の供給手段とは反対側に三酸化硫黄ガスを導入するための三酸化硫黄ガス導入口を備えており、前記第２の供給手段が、９４重量％以上９９重量％以下の硫酸を供給するものであってもよい。
【００１０】
また、本発明に係る充填塔では、上記第２の供給手段が硫酸を噴霧するものであることがより好ましい。
【００１１】
また、本発明に係る充填塔では、上記第２の供給手段がスプレーノズルであることがより好ましい。
【００１２】
さらに、本発明に係る硫酸の濃度の調整方法は、上記に記載の充填塔を用いた硫酸の濃度の調整方法であって、前記第１の供給手段から前記二酸化硫黄ガスを乾燥させるための硫酸を供給すると共に、前記第２の供給手段から硫酸を供給する。
【００１３】
さらに、本発明に係る硫酸の濃度の調整方法は、上記に記載の充填塔を用いた硫酸の濃度の調整方法であって、前記第１の供給手段から前記三酸化硫黄ガスを吸収するための硫酸を供給すると共に、前記第２の供給手段から硫酸を供給する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は硫酸の腐食性に対する耐性が高い充填塔を提供できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る充填塔の構成を模式的に表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について説明するがこれに限定されるものではない。
【００１７】
〔充填塔１の構成〕
まず、図１を用いて本実施の形態に係る充填塔１の構成について説明する。図１は本実施の形態に係る充填塔１の構成を模式的に表す図である。充填塔１は、スプレーノズル２（第２の供給手段）、噴霧部３（第１の供給手段）、充填層４、充填物受け５（支持体）、支柱６、ガス導入口７（二酸化硫黄ガス導入口又は三酸化硫黄ガス導入口）、ガス回収口８、硫酸回収口９を備えている。
【００１８】
充填塔１の内壁、後述する充填物受け５、支柱６、その他充填塔１を構成する材料としては、充填塔１にて処理する硫酸に対して耐腐食性を有するものであればよいが、充填塔１を乾燥塔として用いる場合は、９８重量％の硫酸に対して腐食度０．１ｇ／ｍ２・ｈｒ以下である材料が好ましく、充填塔１を吸収塔として用いる場合は９８重量％の硫酸に対して腐食度０．１ｇ／ｍ２・ｈｒ以下である材料が好ましい。なお、腐食度の下限値は低ければ低いほどよいが、例えば、充填塔を乾燥塔として用いる場合は９８重量％の硫酸に対して０．００１ｇ／ｍ２・ｈｒの物を用い、充填塔を吸収塔として用いる場合は９８重量％の硫酸に対して０．００１ｇ／ｍ２・ｈｒの物を用いることができる。このよう材料であれば濃硫酸に対して高い耐腐食性を有するので濃硫酸の製造に好適に用いることができる。より具体的には、充填塔１を乾燥塔、吸収塔のいずれに用いる場合でも、ＺｅＣｏｒ材、ＳＸ材、文献９に記載の材料等の耐酸金属であることが好ましい。
【００１９】
ここで、ＺｅＣｏｒ材、ＳＸ材の硫酸に対する耐腐食性について以下の表１に例示する。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
表１に示すようにＺｅＣｏｒ材、ＳＸ材のいずれの材料においても、硫酸に対して良好な耐腐食性を示す。ただし、いずれの材料においても薄い硫酸、又は濃い硫酸および発煙硫酸に対しては十分な耐腐食性を示さない場合があるので、本発明によって硫酸の腐食性に対する耐性を向上させることによって、乾燥塔及び吸収塔として好適な充填塔を提供できる。
【００２２】
スプレーノズル２は、本発明に係る充填塔が備える第２の供給手段として機能するものである。スプレーノズル２は後述する充填物受け５に形成された孔から出てくる硫酸の濃度を調整するために、当該硫酸に対して硫酸を噴霧して吹き付けるためのものである。スプレーノズル２が噴霧する硫酸の濃度としては、充填物受け５から出てくる硫酸の濃度を調整して、充填塔１を構成する部材（特にスプレーノズル２の周囲の部材）が耐腐食性を示す範囲内の硫酸濃度にするものであればよいが、具体的には、充填塔１を乾燥塔として用いる場合及び吸収塔として用いる場合でも、９４重量％以上９９重量％以下であることが好ましい。
【００２３】
スプレーノズル２の材質としては、噴霧する硫酸に対して耐腐食性を示すものであればよいが、好ましくはセラミックである。セラミックであれば、充填塔１を乾燥塔、吸収塔のいずれに用いる場合においても、スプレーノズル２から噴霧する硫酸に対して、好適に耐腐食性を発揮する。本発明に係る充填塔が備える第２の供給手段の具体的な形態としては、支持体の孔から出てくる硫酸に対して硫酸を供給することができればよい。例えば、シャワー状に硫酸を供給する手段等が挙げられるが、より効率的に供給する観点から、硫酸を噴霧する噴霧手段が好ましい。また、噴霧手段としては、スプレーリング等が挙げられるが、本実施の形態のようにスプレーノズルが好ましい。スプレーノズル２の具体例としては、株式会社いけうち製のＪＰシリーズ、ＪＵＰシリーズ、ＪＪＲＰシリーズ、ＴＪＪＸシリーズ等が挙げられる。また、本発明に係る充填塔の第２の供給手段の位置は、支持体から出てくる硫酸に対して硫酸を供給できる位置であればよいが、本実施の形態において、スプレーノズル２が充填物受け５に近い位置となっているように、第２の供給手段は支持体に近い位置であることが好ましい。支持体から出てくる硫酸の濃度を可能な限り早く調整することで充填塔に対する腐食をより効率よく抑えることができるからである。また、スプレーノズル２の数については、複数が好ましく、充填塔１の内壁の内周に沿ってできるだけ多く設置することがより好ましい。
【００２４】
噴霧部３は、本発明に係る充填塔が備える第１の供給手段として機能するものである。本発明に係る充填塔が備える第１の供給手段の具体的な形態としては、充填層に硫酸を供給できるものであればよいが、本実施の形態のように噴霧手段であることが好ましい。充填層に対してより広範囲にかつより均一に硫酸を供給できるからである。噴霧部３から噴霧する硫酸の濃度としては、目的に応じて適宜設定すればよいが、例えば、充填塔１を乾燥塔、吸収塔のいずれに使用する場合であっても９４重量％以上９９重量％以下が好ましい。
【００２５】
充填層４は充填物４’を充填した領域である。充填物４’は、噴霧部３から噴霧された硫酸とガスとの気液接触の効率を高めるものである。充填物４’の具体例としては、硫酸を滴状にて留まらせるためのものであればよいが、円盤状のセラミック、インターロックサドル、ラシヒリング、カスケードミニリング（カーボン、樹脂性等の材質を含む）等を好適に挙げることができる。
【００２６】
充填物受け５は、本発明に係る充填塔が備える支持体として機能するものである。充填物受け５は充填層４に充填された充填物４’が落下しないように支えている。また、噴霧部３から噴霧された硫酸の滴を充填層４とは反対側に出すための孔が設けられている。これにより、充填塔１を鉛直に設置したとき、噴霧部３から噴霧された硫酸が下に落ちる。このように孔を有する充填物受け５の具体的な構造としては、例えば、柱状の構造物を、隙間を開けつつ格子状に組み合わせてもよいし、板状の構造物にパンチングして孔を設けてもよい。
【００２７】
支柱６は充填物受け５を支えるものである。本実施の形態では、支柱６は充填物受け５とは別体に設けられている場合について説明するが、支柱６と充填物受け５とは一体に形成されていてもよい。また、本実施の形態では支柱６を設ける場合について説明するが、充填物受け５が固定されていれば、必ずしも支柱６は必要ではなく、例えば、充填物受け５が直接充填塔１の内壁に溶接等されて固定されていてもよい。
【００２８】
ガス導入口７は、本発明に係る充填塔が備える二酸化硫黄ガス導入口又は三酸化硫黄ガス導入口として機能するものである。例えば、充填塔１を乾燥塔として用いる場合には、ガス導入口７から二酸化硫黄ガスを導入し、充填塔１を吸収塔として用いる場合には、ガス導入口７から三酸化硫黄ガスを導入する。
【００２９】
ガス回収口８は、充填塔１内のガスを回収するための開口部である。例えば、充填塔１を乾燥塔として用いる場合には、ガス導入口７から導入され、充填塔１内にて乾燥された二酸化硫黄ガスをガス回収口８から回収する。また、充填塔１を吸収塔として用いる場合には、ガス導入口７から導入され、充填塔１内にて噴霧部３から噴霧された硫酸に吸収されずに残存した三酸化硫黄ガスをガス回収口８から回収する。
【００３０】
硫酸回収口９は、噴霧部３から噴霧され充填物受け５の孔から出てきた硫酸を回収するための開口部である。
【００３１】
〔充填塔１の動作１：乾燥塔として使用する形態〕
次に、充填塔１を乾燥塔として使用する形態における充填塔１の動作について説明する。
【００３２】
まず、乾燥対象のガスである二酸化硫黄ガスをガス導入口７から導入する。また、噴霧部３から二酸化硫黄ガスを乾燥させる（二酸化硫黄ガスから水分を除去する）ための硫酸を噴霧すると共に、当該硫酸に吹きつけるための硫酸をスプレーノズル２から噴霧する。
【００３３】
噴霧部３から噴霧する硫酸の濃度は、二酸化硫黄ガスを乾燥させることができる濃度であればよいが、９４重量％以上９９重量％以下が好ましい。充填層４にて硫酸と二酸化硫黄ガスとが接触して、二酸化硫黄ガス中の水分が除去されることによって二酸化硫黄ガスが乾燥する。
【００３４】
充填層４内の硫酸は二酸化硫黄ガス中に含まれる水分を吸収することによって、徐々に濃度が下がる。このときの濃度は乾燥される前の二酸化硫黄ガス中の水分の量等によって異なるが、例えば９０重量％程度まで下がることがある。充填層４内の硫酸は徐々に落下して、充填物受け５の孔から出てくる。
【００３５】
一方、スプレーノズル２から噴霧する硫酸の濃度は、本実施の形態では９４重量％以上９９重量％以下とする。スプレーノズル２から噴霧された硫酸は、充填物受け５の孔から出てくる硫酸に対して吹きつけられる。これにより、二酸化硫黄ガス中の水分を吸収することによって濃度の下がった硫酸の濃度が上がり、充填塔１の内壁等に対する腐食性が低下する。仮にスプレーノズル２から硫酸を噴霧しなければ、濃度の低下した硫酸によって充填塔１の内壁等が腐食してしまう。なお、スプレーノズル２から噴霧する硫酸の濃度は９４重量％以上９９重量％以下に限定されるものではなく、充填塔１の材質の耐腐食性に応じて適宜設定できる。
【００３６】
充填物受け５から出てきた硫酸及びスプレーノズル２から噴霧された硫酸は硫酸回収口９から回収される。また、乾燥された二酸化硫黄ガスはガス回収口８から回収される。
【００３７】
〔充填塔１の動作２：吸収塔として使用する形態〕
次に、充填塔１を吸収塔として使用する形態における充填塔１の動作について説明する。
【００３８】
まず、三酸化硫黄ガスをガス導入口７から導入する。また、噴霧部３から当該三酸化硫黄ガスを吸収するための硫酸を噴霧すると共に、当該硫酸に吹きつけるための硫酸をスプレーノズル２から噴霧する。噴霧部３から噴霧する硫酸の濃度は製造を目的とする硫酸の濃度に応じて適宜設定することができるが、噴霧部３から噴霧する硫酸の濃度が９４重量％以上９９重量％以下である場合について説明する。充填層４にて硫酸と三酸化硫黄ガスとが接触して、硫酸が三酸化硫黄ガスを吸収することによってより濃度の高い硫酸が生成する。ここで、本実施の形態では９８重量％以上の硫酸を製造することを目的とする場合について説明するが、充填層４ではより多くの三酸化硫黄ガスを吸収して発煙濃硫酸が生成することがある。充填層４内の硫酸は徐々に落下して、充填物受け５の孔から出てくる。
【００３９】
一方、スプレーノズル２から噴霧する硫酸の濃度は、本実施の形態では９４重量％以上９９重量％以下とする。スプレーノズル２から噴霧された硫酸は、充填物受け５の孔から出てくる硫酸に対して吹きつけられる。これにより発煙濃硫酸の濃度が下がり、充填塔１の充填塔１の内壁等に対する腐食性が低下する。仮にスプレーノズル２から硫酸を噴霧していなければ、発煙濃硫酸によって充填塔１の内壁等が腐食してしまう。なお、スプレーノズル２から噴霧する硫酸の濃度は９４重量％以上９９重量％以下に限定されるものではなく、製造を目的とする硫酸の濃度、充填塔１の材質の耐腐食性等に応じて適宜設定できる。
【００４０】
充填物受け５の孔から出てきた硫酸及びスプレーノズル２から噴霧された硫酸は硫酸回収口９から回収される。また、吸収されなかった余剰の三酸化硫黄ガスはガス回収口８から回収される。
【００４１】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、例えば、濃硫酸を製造するための吸収塔及び乾燥塔に利用することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１    充填塔
２    スプレーノズル（第２の供給手段）
３    噴霧部（第１の供給手段）
４    充填層
４’  充填物
５    充填物受け（支持体）
７    ガス導入口（二酸化硫黄ガス導入口又は三酸化硫黄ガス導入口）
【図１】
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