(57)【要約】  本発明は、二酸化硫黄を形成するために第一の酸化段階において乾燥空気によって硫黄を好都合に酸化する、硫酸の製造プロセスに関する。二酸化硫黄は、酸化段階、特に第２の酸化段階で酸化されて三酸化硫黄を形成し、三酸化硫黄は少なくとも１つの吸収段階で硫酸によって吸収される。次いで、加熱された硫酸が吸収段階から引き出され、スチームの生成のために使用される。【選択図】図1
2019507097.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
硫酸を製造するためのプロセスであって、有用には、硫黄が、少なくとも１つの第１の酸化段階で、空気によって、より具体的には乾燥空気によって二酸化硫黄に酸化され、前記二酸化硫黄が、少なくとも１つの酸化段階で、より具体的には少なくとも１つの第２の酸化段階で三酸化硫黄に酸化され、三酸化硫黄が、少なくとも１つの吸収段階で吸収されて硫酸を生成し、より具体的には硫酸によって吸収され、加熱された硫酸が、前記吸収段階から引き出されてスチームの生成に使用され、これが、部分的に前記吸収段階に導入されるプロセス。
【請求項２】
二酸化硫黄を含有し、三酸化硫黄を含有する、前記酸化段階からの、より具体的には前記第２の酸化段階からのプロセスガスが、中間吸収段階として設計された前記吸収段階に導入され、前記プロセスガスが、三酸化硫黄の吸収後、前記中間吸収段階から前記酸化段階、より具体的には前記第２の酸化段階に再循環され、前記加熱された硫酸が、前記中間吸収段階から引き出される、請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
前記プロセスガスが、前記酸化段階、より具体的には前記第２の酸化段階を通って流れた後、少なくとも１つの最終吸収段階に導入され、前記酸化段階、より具体的には第２の酸化設備から生じる三酸化硫黄が、前記最終吸収段階で吸収され、好ましくは硫酸によって吸収される、請求項１または２に記載のプロセス。
【請求項４】
前記吸収段階、より具体的には前記中間吸収段階から引き出された前記加熱された硫酸が、熱回収設備（８）に供給され、硫酸により運ばれる熱エネルギーが、より具体的には蒸気の形態で、好ましくは中圧蒸気の形態で回収され、このプロセスで冷却された硫酸は、前記スチームを生成するために少なくとも部分的に使用される、請求項１から３のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項５】
前記吸収段階、より具体的には中間吸収段階から、または前記熱回収設備（８）から引き出された硫酸が、スチーム生成設備（４）に供給され、水、より具体的にはボイラ供給水が、前記スチーム生成設備（４）内の硫酸によって加熱され、少なくとも部分的にスチーム、好ましくは低圧スチームに変換され、このスチーム、好ましくは低圧スチームは、前記吸収段階、より具体的には前記中間吸収段階に導入される、請求項１から４のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項６】
前記スチーム生成設備（４）から引き出された冷却された硫酸が、前記最終吸収段階に供給され、三酸化硫黄が硫酸に対して向流で通過し、硫酸により吸収される、請求項１から５のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項７】
前記スチーム生成設備（４）から引き出された冷却された硫酸が、前記第１の酸化段階で硫黄の酸化に必要な空気を乾燥させるために使用される、請求項１から６のいずれかに記載のプロセス。
【請求項８】
前記スチーム生成設備（４）から引き出された冷却された硫酸が、三酸化硫黄の吸収のために、前記吸収段階に、より具体的には前記中間吸収段階に導入され、三酸化硫黄は、好ましくは、硫酸に対して向流で通過される、請求項１から７のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項９】
硫酸を製造するため、より具体的には請求項１から８のいずれか一項に記載のプロセスを実行するための装置であって、有用には、二酸化硫黄を生成するための第１の酸化設備（１）が存在し、二酸化硫黄を三酸化硫黄に酸化するための、好ましくは前記第１の酸化設備に連結された酸化設備（２）、より具体的には第２の酸化設備（２）が存在し、少なくとも１つの吸収設備、より具体的には中間吸収設備（３）が、硫酸によって三酸化硫黄を吸収するために、前記酸化設備、より具体的には前記第２の酸化設備（２）に連結され、前記吸収設備、より具体的には前記中間吸収設備（３）が、スチーム生成設備（４）に連結されるが、但し、前記吸収設備、より具体的には中間吸収設備（３）から引き出された硫酸は、スチームを生成する目的で前記スチーム生成設備（４）に供給され得、スチームは、前記スチーム生成設備（４）から少なくとも１つの供給ライン１８を介して前記吸収設備、より具体的には中間吸収設備（３）に導入され得る装置。
【請求項１０】
空気を乾燥させるための乾燥設備（５）があり、この空気は、硫黄を二酸化硫黄に酸化させるために前記第１の酸化設備（１）に導入され得、前記乾燥設備（５）は、前記吸収設備、より具体的には中間吸収設備（３）に接続されるが、但し、前記吸収設備、より具体的には中間吸収設備（３）からの過剰の硫酸は、空気を乾燥させるために前記乾燥設備（５）に導入され得る、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記酸化設備（２）、より具体的には前記第２の酸化設備（２）は、多段階、好ましくは２段階の変換器として構成され、第１の変換器段（６）は、少なくとも１つのプロセスガス排出ライン（１４）を介して前記吸収設備、より具体的には中間吸収設備（３）に接続され、前記吸収設備、より具体的には中間吸収設備（３）は、少なくとも１つのプロセスガス供給ライン（１５）を介して、前記酸化設備（２）、より具体的には前記第２の酸化設備（２）の第２の変換器段（７）に接続され、したがって前記酸化設備（２）、より具体的には前記第２の酸化設備（２）の前記第１の変換器段（６）からのプロセスガスは、前記吸収設備、より具体的には中間吸収設備（３）を通過され得、かつ前記第２の変換器段（７）に導入され得る、請求項９または１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記吸収設備、より具体的には中間吸収設備（３）が、少なくとも１つのボイラ（９）を有する、好ましくは少なくとも１つの中圧ボイラを有する熱回収設備（８）に連結され、前記吸収段階、より具体的には中間吸収段階（３）からの加熱された硫酸は、蒸気、好ましくは中圧蒸気を生成する目的で前記ボイラ（９）に導入され得、前記ボイラ（９）からの冷却された硫酸は、排出され得、かつ前記吸収段階、より具体的には中間吸収段階（３）に再循環され得、かつ／または前記スチーム生成設備（４）に供給され得る、請求項９から１１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
前記スチーム生成設備（４）は、水、好ましくはボイラ供給水が加熱され、少なくとも部分的に蒸発される少なくとも１つの冷却設備（１０）を備え、前記冷却設備（１０）は、それに連結された少なくとも１つの水容器（１１）、好ましくはボイラ供給水容器を有し、この水容器（１１）においては、前記スチームが、前記水、より具体的には前記ボイラ供給水からフラッシュ蒸発により分離され、前記水容器（１１）は、スチームが前記水容器（１１）から前記吸収設備、より具体的には中間吸収設備に通過され得るように、前記吸収設備、より具体的には中間吸収設備（３）に連結されている、請求項９から１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
前記スチーム生成設備（４）は、前記最終吸収設備（１２）に接続され、かつ／または前記乾燥設備（５）に接続されて、前記第１の酸化設備（１）に供給される空気を乾燥させ、したがって、前記スチーム生成設備（４）から引き出された冷却された硫酸は、空気を乾燥させるために前記乾燥設備（５）に導入され得、かつ／または三酸化硫黄を吸収するために前記最終吸収設備（１２）に通過され得る、請求項９から１３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１５】
前記スチーム生成設備（４）は、前記吸収設備、より具体的には中間吸収設備（３）に連結されているが、但し、前記スチーム生成設備（１２）から引き出された冷却された硫酸は、三酸化硫黄を吸収するために、前記吸収設備、より具体的には中間吸収設備に導入され得る、請求項９から１４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１６】
前記スチーム生成設備（４）から引き出された前記スチームは、前記酸化設備（２）、より具体的には前記第２の酸化設備（２）から引き出された前記プロセスガスと共に、前記吸収設備、より具体的には中間吸収設備（３）に導入され得る、請求項９から１５のいずれか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、硫酸を製造するためのプロセスに関し、有用には、硫黄が、少なくとも１つの第１の酸化段階で、乾燥空気によって二酸化硫黄に酸化され、二酸化硫黄が、少なくとも１つの酸化段階で、より具体的には少なくとも１つの第２の酸化段階で三酸化硫黄に酸化され、三酸化硫黄が、少なくとも１つの吸収段階で吸収されて硫酸を形成する。本発明は、さらに、このプロセスを実行するための装置に関する。本発明に関して、硫酸は、特に、接触プロセスまたは二重接触プロセスによって生成される。これは、最初に硫黄が二酸化硫黄に酸化され、次いで二酸化硫黄が変換器内の触媒によって三酸化硫黄にさらに酸化されることを含む。次いで、三酸化硫黄から硫酸が生成される。硫酸は、例えばリン酸塩含有肥料を製造するために、または他の目的のために使用することができる。
【背景技術】
【０００２】
上記で明らかにされた種類のプロセスおよび装置は、当技術分野において様々な実施形態から知られている。公知のプロセスでは、燃焼熱が酸化、特に硫黄の燃焼において、より具体的には、好ましくは、高圧蒸気を生成し、ボイラ水を加熱し、高圧蒸気を過熱するために利用される。硫酸の形成は発熱プロセスである。これまで開示されているのは、形成された熱硫酸と流体−例えば、水または空気との間の熱交換によってこの熱を回収することであった。しかし、既知の熱回収プロセスの効率は、今一つ不満が残る。さらに、既知のプロセスでは、プロセスレジームに要求されるコストおよび複雑性、特に装置のコストおよび複雑性が比較的高い。したがって、既知の方策は改良の余地がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
したがって、本発明の基礎となる技術的問題は、比較的低いコストおよび複雑性、特に装置のコストおよび複雑性のために熱回収を最大化することを可能にする、冒頭に述べた種類のプロセスを特定することである。本発明の根底にあるさらなる技術的問題は、そのようなプロセスを実行するための対応する装置を特定することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
技術的問題を解決するために、本発明は、硫酸を製造するためのプロセスであって、有用には、硫黄が、少なくとも１つの第１の酸化段階で、空気によって、より具体的には乾燥空気によって二酸化硫黄に酸化され−より具体的には燃焼され、二酸化硫黄が、少なくとも１つの酸化段階で、より具体的には少なくとも１つの第２の酸化段階で三酸化硫黄に酸化され、三酸化硫黄が、少なくとも１つの吸収段階で吸収されて硫酸を生成し、より具体的には硫酸によって吸収され、加熱された硫酸が、吸収段階から引き出されて蒸気の生成に使用され、蒸気が、吸収段階に導入されるプロセスを教示する。本発明の好ましい実施形態によれば、二酸化硫黄は、第１の酸化段階において、空気、より具体的には乾燥空気による硫黄の酸化／燃焼によって生成される。しかしながら、原理的には、本発明のプロセスのための二酸化硫黄は、別のプロセスで生成され、次いで本発明により少なくとも１つの酸化段階、より具体的には少なくとも１つの第２の酸化段階において三酸化硫黄に酸化されてもよい。吸収段階において硫酸に対して向流で三酸化硫黄を送ることは、本発明の範囲内である。好ましくは、吸収段階に導入されたスチームは、同様に硫酸に対して向流で送られる。
【０００５】
吸収段階へのスチームの導入が、本発明に必須である。この吸収段階は、後により詳細に説明されるように、特に、硫酸プロセスの中間吸収段階として構成される。用語「中間吸収段階」は、本発明に関して、より具体的には、三酸化硫黄の第１の吸収が生じる吸収段階を意味し、この用語は、少なくとも１つのさらなる吸収段階、より具体的には最終吸収段階があることを暗に意味する。スチームが低圧スチームとして吸収段階、より具体的には中間吸収段階に導入されることは、本発明の範囲内である。その場合、低圧スチームは、有用には、０バール超から４バールまでの圧力を有する。ここでの、および以下における圧力数値は、絶対圧力の記述に関連する。本発明の一実施形態によれば、低圧スチームは、低圧スチーム／ガス混合物として吸収段階、より具体的には中間吸収段階に導入される（後にさらに説明される）。三酸化硫黄を吸収することにより、硫酸は吸収段階において濃縮される。スチームが送られるため、吸収段階において同時に硫酸が希釈される。スチームの凝縮中およびスチームと三酸化硫黄との反応中に形成される熱のために、吸収段階において温度、特に液相温度が上昇する。その結果、過剰の加熱された硫酸が形成され、その熱を本発明に従って効率的に利用することができる。本発明によれば、過剰の加熱された硫酸は、吸収段階から引き出され、好ましい実施形態によれば、蒸気、好ましくはスチームを生成するための、より具体的には中圧蒸気、好ましくは中圧スチームを生成するための熱回収設備において最初に使用される。この中圧蒸気、より具体的には中圧スチームは、有用には、４から１４バールの圧力を有する。このプロセスで冷却された過剰の硫酸は、その後、本発明によるスチーム、有用には低圧スチームの生成のために使用され、次いでこのスチームが吸収段階に導入される。本発明によるこの手順は、冒頭に記載した残留熱の非常に効果的な熱回収を可能にする。このために可能な個々の好ましい実施形態を、以下により詳細に説明する。
【０００６】
本発明のプロセスによって、最初に接触法または二重接触法に従うそれ自体公知のプロセスで硫酸を製造することは、本発明の範囲内である。硫黄は、有用には、空気／大気酸素を使用する第１の酸化段階において、最初に酸化され、より具体的には燃焼されて、二酸化硫黄になる。好ましい実施形態によれば、蒸気、好ましくはスチームを生成するために、より具体的には高圧蒸気、好ましくは高圧スチームを生成するために、硫黄の燃焼中に形成される燃焼熱が使用される。その場合、高圧蒸気、より具体的には高圧スチームは、有用には、１４から１２０バール、好ましくは３０バールから１２０バールの圧力を有する。高圧蒸気／高圧スチームは、例えば、タービンにおいて使用される。
【０００７】
第１の酸化段階に導入された空気を乾燥させることは、本発明の範囲内である。乾燥は、硫酸で有用に、より好ましくは後で説明されるように行われる。さらに、二酸化硫黄を、好ましくは空気と一緒に、変換器として構成される酸化段階、より具体的には第２の酸化段階に導入することも本発明の範囲内である。ここで、二酸化硫黄は、故意に触媒を利用して、より具体的には五酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）を触媒として使用して、三酸化硫黄（ＳＯ３）に酸化される。このために、変換器内の二酸化硫黄は、好ましくは複数の触媒段階／触媒床を通って流れる。
【０００８】
本発明のプロセスの特に望ましい実施形態によれば、二酸化硫黄を含有する、および三酸化硫黄を含有する酸化段階、より具体的には第２の酸化段階／変換器からのプロセスガスは、中間吸収段階として構成される吸収段階に導入される。この中間吸収段階における三酸化硫黄の吸収に続いて、プロセスガスは、有利には、酸化段階、より具体的には第２の酸化段階に再循環される。中間吸収段階で形成された過剰の加熱された硫酸は、中間吸収段階から上で説明したように取り出され、本発明に従って使用される。酸化段階、より具体的には第２の酸化段階は、好ましくは、多段階、好ましくは２段階の変換器の形態の第２の酸化設備として構成され、第１の変換器段は少なくとも１つのプロセスガス排出ラインを介して中間吸収段階に接続される。二酸化硫黄を含有するプロセスガスが第１の変換器段を通過すると、プロセスガスは、少なくとも１つのプロセスガス排出ラインを介して中間吸収段階、より具体的には中間吸収設備に導入される。さらに、中間吸収設備は、少なくとも１つのプロセスガス供給ラインを介して、第２の酸化設備の第２の変換器段に接続され、したがって、中間吸収設備を通って流れた後のプロセスガスは、第２の変換器段に導入され得る。このようにして、プロセスガスは、変換器全体／第２の酸化設備全体を流れる。
【０００９】
酸化段階、より具体的には第２の酸化段階を通過した後のプロセスガスが、最終吸収段階／最終吸収設備に導入されることは、本発明の範囲内である。この最終吸収段階において、プロセスガス中に依然として存在する三酸化硫黄が吸収され、より具体的には硫酸によって吸収される。硫酸は、最終吸収段階、より具体的には最終吸収設備の液相において、硫酸の形成によって加熱される。本発明の好ましい実施形態によれば、最終吸収段階で加熱された硫酸は、水、特にボイラ供給水を加熱するために使用され、この加熱された水／ボイラ供給水は、好ましくはスチーム生成設備に供給され、有用には、この加熱された水／ボイラ供給水は、三酸化硫黄との反応のために吸収段階に導入されるスチーム、より具体的には低圧スチームを生成するために使用される。このようにしても、さらに効率的な熱回収を実現することができる。
【００１０】
以下では、中間吸収段階から引き出された加熱された硫酸の使用がより詳細に説明される。中間吸収段階から引き出された加熱された硫酸を熱回収設備に供給することは、本発明の範囲内であり、硫酸によって運ばれる熱エネルギーは、より具体的には蒸気の形態で、好ましくは中圧蒸気の形態で回収される。ここで、中間吸収段階から取り出された熱により、比較的多量の中圧蒸気を生成することができるため、既に熱回収は効果的である。蒸気、好ましくは中圧蒸気の生成において冷却された硫酸は、本発明によるスチーム、より具体的には低圧スチームを生成するためのスチーム生成設備において少なくとも部分的に使用され、次いでこのスチームは三酸化硫黄との反応を目的として中間吸収段階に導入される。熱回収設備において生成された蒸気、好ましくは中圧蒸気は、有用に引き出され、さらなる利用のために供給される。好ましい実施形態によれば、熱回収設備において冷却された硫酸は、部分的に中間吸収段階に再循環される。したがって、故意に、中間吸収段階と熱回収設備との間で硫酸の一部が循環される。熱回収設備において冷却された硫酸の他の部分は、好ましくは、上述のように、スチーム生成のために、より具体的には低圧スチーム生成のために供給される。
【００１１】
したがって、中間吸収段階／中間吸収設備から引き出される硫酸の少なくとも一部、より具体的には熱回収設備から引き出された硫酸の少なくとも一部が、本発明によるスチーム、好ましくは低圧スチームを生成するためのスチーム生成設備に供給されることは、本発明の範囲内である。有用には、スチーム生成設備において、水、より具体的にはボイラ供給水は、熱硫酸によって加熱され、少なくとも部分的にスチームに、好ましくは低圧スチームに変換される。この場合の水／ボイラ供給水は、最終吸収段階から生じる加熱された硫酸によって予熱されていることが望ましい。したがって、好ましくは提供される熱回収設備から引き出された冷却された硫酸は、水／ボイラ供給水をスチームに、より具体的には低圧スチームに変換するのに十分なほど高温である。このスチーム／低圧スチームは、水／ボイラ供給水に溶解した酸素および／または他のガスを含んでもよい。したがって、スチーム、より具体的には低圧スチームの供給は、ここでは、スチーム／ガス混合物、より具体的には低圧スチーム／ガス混合物の供給もまた包含する。このスチーム、より具体的には低圧スチームは、次いで、硫酸を希釈するために中間吸収段階に供給される。本発明の推奨される変形実施形態によれば、水／ボイラ供給水の一部のみがスチーム生成設備内のスチーム、より具体的には低圧スチームに変換され、水／ボイラ供給水のさらなる部分は加熱されるのみであり、本発明の装置の他の構成要素における熱交換に使用される。スチーム、より具体的には低圧スチームは、有用には、水容器内の水／ボイラ供給水からフラッシュ蒸発によって分離（フラッシュ）され、中間吸収段階に送られる。そこでは、スチーム、より具体的には低圧スチームが硫酸中で凝縮し、三酸化硫黄と反応して硫酸を形成する。このようにして、低温源はより熱い熱源に変換される。スチーム、特に低圧スチームの除去後にスチーム生成設備内に残っている水／ボイラ供給水は、特に熱回収設備内に送られ、有用にはその中で蒸気、好ましくは中圧蒸気が、水／ボイラ供給水から生成される。したがって、スチーム生成設備からの水は、中圧ボイラ供給水として熱回収設備に供給され得る。さらに、高圧ボイラ供給水としてのスチーム生成設備からの水は、熱交換のために本発明の装置のさらなる構成要素に送られてもよい。中圧ボイラ供給水および／または高圧ボイラ供給水を前方に搬送するための対応するポンプが存在することは、本発明の範囲内である。
【００１２】
本発明によるスチーム生成設備におけるスチームの生成は、冷却された硫酸を残し、この硫酸は、有用にも、スチーム生成設備から引き出されてさらに使用される。この冷却された硫酸は、例えば約９５℃の温度を有する。本発明の１つの特に好ましい実施形態は、スチーム生成設備から引き出された冷却された硫酸が最終吸収段階／最終吸収設備に供給され、好ましくは三酸化硫黄がこの硫酸に対して向流で送られ、この硫酸により吸収されることを特徴とする。さらに、第１の酸化段階において硫黄を酸化するのに必要な空気を乾燥させるために、スチーム生成設備から引き出された冷却された硫酸が使用されることは、本発明の範囲内である。この目的のために、スチーム生成設備から引き出された硫酸は、第１の酸化設備の上流の乾燥装置に好ましくは導入され、この乾燥設備において、空気が好ましくは乾燥設備に送られた硫酸に対して向流で誘導される。本発明の１つの特に好ましい実施形態は、スチーム生成設備から引き出された冷却された硫酸が中間吸収段階に再循環されることを特徴とする。この目的のために、有用には、三酸化硫黄を含有し、中間吸収段階／中間吸収設備を通って流れるプロセスガスは、再循環された硫酸に対して向流で送られる。
【００１３】
技術的な問題を解決するために、本発明は、さらに、硫酸を生成するための装置であって、有用には、二酸化硫黄を生成するための第１の酸化設備が提供され、二酸化硫黄を三酸化硫黄に酸化するための酸化設備、より具体的には第２の酸化設備があり、酸化設備、より具体的には第２の酸化設備には、好ましくは硫酸によって三酸化硫黄を吸収するための少なくとも１つの吸収設備、より具体的には中間吸収設備が取り付けられ、吸収設備、より具体的には中間吸収設備は、スチーム生成設備に連結されているが、但し、吸収設備／中間吸収設備からの加熱された硫酸は、スチームを生成する目的でスチーム生成設備に供給され得、スチーム生成設備からのスチームは、吸収設備、より具体的には中間吸収設備に導入され得る装置を教示する。ここでのスチームは、酸化設備から、より具体的には第２の酸化設備から、吸収設備、より具体的には中間吸収設備に供給されるプロセスガスと共に有用に導入される。
【００１４】
本発明の装置の１つの推奨される実施形態の特徴は、空気を乾燥させるための乾燥設備があり、乾燥した空気を第１の酸化設備に導入して硫黄を酸化、より具体的には燃焼させて二酸化硫黄を形成することである。この場合、乾燥設備は、好ましくは吸収設備、より具体的には中間吸収設備からの過剰の硫酸が空気を乾燥させるための乾燥設備に導入され得るように、吸収設備／中間吸収設備に接続される。
【００１５】
酸化設備、より具体的には第２の酸化設備が多段階、好ましくは２段階の変換器として構成され、各変換器段が少なくとも１つの触媒トレイ、好ましくは複数の触媒トレイを備えることは、本発明の範囲内である。変換器の第１変換器段は、有用には、少なくとも１つのプロセスガス排出ラインを介して吸収設備、より具体的には中間吸収設備に接続され、吸収設備、より具体的には中間吸収設備は、少なくとも１つのプロセスガス供給ラインを介して変換器の第２の変換器段に接続される。このようにして、第１の変換器段からの、二酸化硫黄を含有し、かつ三酸化硫黄を含有するプロセスガスは、吸収設備、より具体的には中間吸収設備を通って流れ、次いで、酸化設備、より具体的には第２の酸化設備の第２の変換器段に導入される。
【００１６】
吸収設備、より具体的には中間吸収設備において、三酸化硫黄は、硫酸によってプロセスガスから吸収される。好ましい実施形態によれば、吸収設備、より具体的には中間吸収設備が熱回収設備に連結されており、この熱回収設備は、好ましくは少なくとも１つのボイラ、より好ましくは少なくとも１つの中圧ボイラを備える。吸収設備から引き出された加熱された硫酸、より具体的には中間吸収設備は、ここでは好ましくはボイラ供給水を加熱するため、より具体的には中圧蒸気を生成するために使用され、このプロセスにおいて、熱エネルギーが硫酸からボイラ供給水に伝達される。本発明に従ってスチームを生成する目的で、こうして冷却された硫酸がスチーム生成設備に供給されることは、本発明の範囲内である。熱回収設備において冷却された硫酸の一部は、好ましくは吸収設備、より具体的には中間吸収設備に再循環される。
【００１７】
本発明の特に好ましい実施形態によれば、スチーム生成設備は、水、好ましくはボイラ供給水が加熱され、熱回収設備から引き出された硫酸を利用して少なくとも部分的に蒸発する少なくとも１つの冷却設備を備える。冷却設備には、少なくとも１つの水容器、好ましくはボイラ供給水容器が連結されており、この水容器内でスチームがフラッシュ蒸発によって水／ボイラ供給水から分離される（すなわちフラッシュされる）。水容器／ボイラ供給水容器が吸収設備、より具体的には中間吸収設備に連結されて、スチーム、より具体的には低圧スチームを水容器から吸収設備、より具体的には中間吸収設備に送ることができることは、本発明の範囲内である。ここで、いわば、低温源はより熱い熱源に変換される。
【００１８】
本発明の装置の１つの推奨される実施形態の特徴は、スチーム生成設備が最終吸収設備に接続されること、および／または第１の酸化設備に供給される空気を乾燥するための乾燥設備に接続されることである。これらの連結の可能性の結果として、スチーム生成設備から引き出された冷却された硫酸は、三酸化硫黄を吸収するための最終吸収設備に送られ、かつ／または硫黄の燃焼のために空気を乾燥させる乾燥設備に送られる。さらに、本発明の装置の１つの非常に好ましい実施形態は、スチーム生成設備が、吸収設備、より具体的には中間吸収設備に連結されていることを特徴とするが、但し、スチーム生成設備から引き出された冷却された硫酸は、三酸化硫黄を吸収するための吸収設備、より具体的には中間吸収設備に導入され得る。
【００１９】
本発明は、本発明のプロセスおよび本発明の装置を用いて、非常に効果的および機能的に信頼できる熱回収が硫酸生成の状況で可能であるという知見に基づいている。まず第一に、最初に説明されたプロセスの残留熱が、効率的および機能的に信頼できる様式で伝達および利用され得る。本発明は、さらに、残留熱のこの有利な回収が、特にスチーム、好ましくは低圧スチームが低温熱源から生成され、硫酸プロセス中に中圧蒸気および／または高圧蒸気に変換される際に実現され得るという知見に基づいている。低温熱源をより熱い熱源に変換することは、本発明の範囲内である。これに関連して、特に重要なことは、吸収段階、より具体的には中間吸収段階とスチーム生成設備との間の機能的相互作用に帰着され、第一に、吸収段階／中間吸収段階、熱回収設備、およびスチーム生成設備の間の機能的接続に帰着される。その結果、本発明は、単純なプロセスレジームと同時に熱回収の最大化を達成する。本発明によれば、硫酸プロセスの反応熱の９５％までを、低いコストおよび複雑性のための高価値の熱として回収することができる。本発明に関連するコストおよび複雑性、特に装置のコストおよび複雑性は、達成される成功と比較すると驚くほど低いものであり、結果的に関連する支出も比較的低い。
【００２０】
本発明のプロセスは、熱収支によって以下により詳細に説明される。以下の反応熱が、硫黄燃焼硫酸プロセスに関連する：
反応                      反応熱
ΔＨｒ°（２５℃）［ｋＷｈ／ｔ  １００％Ｈ２ＳＯ４］
Ｓ＋Ｏ２→ＳＯ２            −８５０
ＳＯ２＋１／２Ｏ２→ＳＯ３    −２８３
ＳＯ３＋Ｈ２Ｏ→Ｈ２ＳＯ４    −３６８
したがって、このプロセスにおける全反応熱は、約−１５００ｋＷｈ／ｔ  １００％Ｈ２ＳＯ４である。第１の酸化設備における硫黄燃焼の燃焼熱を利用して高圧蒸気を発生させる場合、約６００ｋＷｈ／ｔの１００％Ｈ２ＳＯ４の熱回収が達成される。さらに、高圧蒸気の過熱または高圧ボイラ供給水の加熱において、追加の約３８５ｋＷｈ／ｔ  １００％Ｈ２ＳＯ４が回収される。プロセスの全反応熱と回収された熱との間の差は、約５１６ｋＷｈ／ｔ  １００％Ｈ２ＳＯ４の残留熱を与える。
【００２１】
熱回収設備において中圧蒸気を生成するために中間吸収段階からの熱を使用する場合、最大約１４０ｋＷｈ／ｔ  １００％Ｈ２ＳＯ４の熱を回収することが可能である。スチーム生成設備における熱回収は約２２０ｋＷｈ／ｔ  １００％Ｈ２ＳＯ４に達し、水の蒸発の割合は約１４５ｋＷｈ／ｔ  １００％Ｈ２ＳＯ４である。スチーム生成設備に供給された水／ボイラ供給水の加熱において、最終吸収段階から引き出された加熱された硫酸によって、約８５ｋＷｈ／ｔ  １００％Ｈ２ＳＯ４のさらなる熱回収が関連する。したがって、その結果、回収された全体的な熱は、硫黄燃焼硫酸プロセスの反応熱の約９５％に達する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】硫酸を製造するための本発明のプロセスを実行するための装置の概略図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照して本発明をより詳細に説明するが、これは単なる例示的な一実施形態を表す。単一の図は、硫酸を製造するための本発明のプロセスを実行するための装置の概略図を概略的に示している。第１の酸化設備１には、酸化のため、より具体的には硫黄の燃焼のために、硫黄および空気が供給され、二酸化硫黄が生成される。ここで、供給される空気は、乾燥設備５において、好ましくは、例示的な実施形態において硫酸で予め乾燥され、乾燥設備５に供給される空気は、送られてくる硫酸に対して向流で送られる。好ましくは、例示的な実施形態において、第１の酸化設備１での硫黄の燃焼における燃焼熱は、高圧蒸気を生成するために使用される。この目的のために、有用には、例示的な実施形態において、高圧ボイラ３１が提供される。
【００２４】
二酸化硫黄を含有するプロセスガスは、第１の酸化設備１から第２の酸化設備２に導入される。好ましくは、例示的な実施形態において、この第２の酸化設備２は、第１の変換器段６および第２の変換器段７を有する２段階変換器として構成されている。例示的な実施形態において、各変換器段６、７は、複数の触媒トレイ１３を備える。第１の変換器段６から、二酸化硫黄を含有し、三酸化硫黄を含有するプロセスガスが、プロセスガス排出ライン１４を介して中間吸収設備３に導入される。この中間吸収設備３では、好ましくは、例示的な実施形態において、プロセスガスは、プロセスガス中に存在する三酸化硫黄が硫酸によって吸収されるように、硫酸に対して向流で送られる。プロセスガスは、その後、中間吸収設備３から再び引き出され、例示的な実施形態において、プロセスガス供給ライン１５を介して、第２の酸化設備２の第２の変換器段７に導入される。したがって、まず、プロセスガスは、第２の酸化設備２の第１の変換器段６を通り、次いで中間吸収設備３を通り、続いて第２の酸化設備２の第２の変換器段７を通って流れる。好ましくは、例示的な実施形態において、最終的に、プロセスガスは、第２の酸化設備２から最終吸収設備１２に流入し、残りの三酸化硫黄は、硫酸によってプロセスガスから吸収される。この目的のために、第２の酸化設備２から生じるプロセスガスは、最終吸収設備１２において、最終吸収設備１２に送られる硫酸に対して向流で送られる。
【００２５】
プロセスガスおよび硫酸だけでなく、さらに本発明に従って形成されたスチームをも中間吸収設備３に導入することは、本発明の範囲内である。これについては後ほど詳しく説明する。実質的な熱の発生は、中間吸収設備３で生じる硫酸中のスチームの凝縮、およびスチームと三酸化硫黄との反応に関連する。その結果、中間吸収設備３において加熱された硫酸が形成される。この加熱された硫酸は、好ましくは、例示的な実施形態において、中間吸収設備３の液相１６から引き出され、熱回収設備８に供給される。好ましくは、例示的な実施形態において、熱回収設備８は、中圧蒸気を生成するための中圧ボイラ９を備える。冷却された硫酸は、この熱回収設備８から引き出され、導入ライン１７を介して中間吸収設備３に戻されてもよい。中間吸収設備３の液相１６の温度は、例えば２００から２２０℃である。この液相温度は、中間吸収設備３から中圧ボイラ９を介して循環する硫酸の量によって調節することができる。中圧ボイラ９において生成される中圧蒸気は、有用には、９から１２バール、例えば１０バールの圧力を有する。本発明に関連して、過剰の硫酸が中間吸収設備３から、特に熱回収設備８から引き出される、より具体的には熱回収設備８の硫酸回路から引き出されることが不可欠である。望ましくは、例示的な実施形態において、熱回収設備８において冷却された過剰の硫酸は、スチームを発生させる目的で、より具体的には低圧スチームを発生させる目的で、排出ライン３２を介してスチーム生成設備４に供給される。この低圧スチームは、次いで、スチーム生成設備４から供給ライン１８を介して中間吸収設備３に導入される。この場合、好ましくは、例示的な実施形態において、低圧スチームは、第１の変換器段６から中間吸収設備３にプロセスガスと共に導入される。
【００２６】
望ましくは、例示的な実施形態において、スチーム生成設備４は、硫酸がさらに冷却され、ボイラ供給水が加熱され、部分的に蒸発されてスチーム、より具体的には低圧スチームを形成する冷却設備１０を備える。この低圧スチームは、一般に、ボイラ供給水から生じるさらなるガス、例えばボイラ供給水に溶解した酸素および不活性ガスを含む。その結果、低圧スチームはまた、低圧スチーム／ガス混合物を暗に意味する。好ましくは、例示的な実施形態において、低圧スチームがフラッシュ蒸発によってボイラ供給水から分離される水容器１１（ボイラ供給水容器）が、冷却設備１０に取り付けられている。ここで、水容器１１は、中間吸収設備３に取り付けられているが、但し、低圧スチームはこの水容器１１から供給ライン１８を介して中間吸収設備３に導入される。さらに、好ましくは、例示的な実施形態において、残りの加熱されたボイラ供給水が水容器１１から引き出され、実際には、例示的な実施形態において、一方では中圧ボイラ供給水が第１の水ライン１９を介して取り出され、他方では高圧ボイラ供給水が第２の水ライン２０を介して取り出される。望ましくは、この取り出されたボイラ供給水は、他のプラント構成要素における熱交換に使用される。望ましくは、例示的な実施形態において、中圧ボイラ供給水は、第１の水ライン１９を介して中圧ボイラ９に供給され、そこで、中圧ボイラ供給水は、中間吸収設備３から引き出された加熱された硫酸を利用して加熱され、蒸発して中圧蒸気を生成する。好ましくは、例示的な実施形態において、第２の水ライン２０を介して取り出された高圧ボイラ供給水は、最終吸収設備１２に供給されるプロセスガスを加熱するために使用される。
【００２７】
好ましくは、例示的な実施形態において、スチーム生成設備４において低圧スチームを生成するために使用される硫酸は、スチーム生成設備４から除去ライン２１を介して冷却された硫酸として引き出される。望ましくは、例示的な実施形態において、この冷却された硫酸は、ポンプタンク２２に供給され、好ましくは、例示的な実施形態において、このポンプタンク２２内には、３つのポンプ２３、２４および２５が配置される。第１のポンプ２４では、冷却された硫酸が乾燥ライン２６を介して乾燥設備５に送られ、第１の酸化設備１に供給された空気が乾燥される。有用には、例示的な実施形態において、乾燥設備５における乾燥に使用される硫酸は、乾燥設備５の液相で引き出され、好ましくは、ポンプタンク２２の第２のポンプ２３を用いてプラントから排出される。さらに、第１のポンプ２４により、冷却された硫酸が供給ライン２７を介して中間吸収設備３に導入され得る。第３のポンプ２５は、最終吸収設備１２の硫酸回路に役立つ。この最終吸収設備１２において、ライン３３を介して導入された三酸化硫黄を含有するプロセスガスに対して向流で硫酸が送られ、加熱された硫酸が最終吸収設備１２の液相２９をもたらす。この加熱された硫酸は、液相２９から引き出され、次いで、好ましくは、例示的な実施形態において、冷却設備１０に供給される水／ボイラ供給水を加熱するための熱交換器３０において使用される。
【００２８】
好ましくは、例示的な実施形態において、ポンプ２３、２４、および２５用のポンプタンク２２内のポンプチャンバは、オーバーフロー壁２８によって互いに分離されている。オーバーフロー壁２８上のポンプチャンバのオーバーフローの際に、冷却された硫酸は、次いで、それぞれ隣接するポンプ２３、２４、２５によって搬出され得る。
【図１】
2019507097.tif 000003
【手続補正書】
【提出日】平成29年12月12日(2017.12.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
硫酸を製造するためのプロセスであって、硫黄が、少なくとも１つの第１の酸化段階で、空気によって二酸化硫黄に酸化され、前記二酸化硫黄が、少なくとも１つの、より具体的には第２の、酸化段階で三酸化硫黄に酸化され、三酸化硫黄が、少なくとも１つの吸収段階で吸収されて硫酸を生成し、加熱された硫酸が、前記吸収段階から引き出されてスチームの生成に使用され、このスチームが、部分的に前記吸収段階に導入されるプロセス。
【請求項２】
二酸化硫黄を含有し、三酸化硫黄を含有する、前記より具体的には第２の、酸化段階からのプロセスガスが、中間吸収段階として設計された前記吸収段階に導入され、前記プロセスガスが、三酸化硫黄の吸収後、前記中間吸収段階から前記より具体的には第２の、酸化段階に再循環され、前記加熱された硫酸が、前記中間吸収段階から引き出される、請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
前記プロセスガスが、前記より具体的には第２の、酸化段階を通って流れた後、少なくとも１つの最終吸収段階に導入され、前記より具体的には第２の、酸化段階から生じる三酸化硫黄が、前記最終吸収段階で吸収され、好ましくは硫酸によって吸収される、請求項１または２に記載のプロセス。
【請求項４】
前記吸収段階から引き出された前記加熱された硫酸が、熱回収設備（８）に供給され、硫酸により運ばれる熱エネルギーが、より具体的には蒸気の形態で、好ましくは中圧蒸気の形態で回収され、このプロセスで冷却された硫酸は、前記スチームを生成するために少なくとも部分的に使用される、請求項１から３のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項５】
前記吸収段階から、または前記熱回収設備（８）から引き出された硫酸が、スチーム生成設備（４）に供給され、水、より具体的にはボイラ供給水が、前記スチーム生成設備（４）内の硫酸によって加熱され、少なくとも部分的にスチーム、好ましくは低圧スチームに変換され、このスチームは、前記吸収段階に導入される、請求項１から４のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項６】
前記スチーム生成設備（４）から引き出された冷却された硫酸が、最終吸収段階／前記最終吸収段階に供給され、三酸化硫黄が硫酸に対して向流で通過し、硫酸により吸収される、請求項１から５のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項７】
前記スチーム生成設備（４）から引き出された冷却された硫酸が、前記第１の酸化段階で硫黄の酸化に必要な空気を乾燥させるために使用される、請求項１から６のいずれかに記載のプロセス。
【請求項８】
前記スチーム生成設備（４）から引き出された冷却された硫酸が、三酸化硫黄の吸収のために、前記吸収段階に導入され、三酸化硫黄は、好ましくは、硫酸に対して向流で通過される、請求項１から７のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項９】
硫酸を製造するため、より具体的には請求項１から８のいずれか一項に記載のプロセスを実行するための装置であって、二酸化硫黄を生成するための第１の酸化設備（１）が存在し、二酸化硫黄を三酸化硫黄に酸化するための、より具体的には第２の、酸化設備（２）が存在し、前記より具体的には第２の、酸化設備（２）は、硫酸によって三酸化硫黄を吸収するために、少なくとも１つの吸収設備に取り付けられ、前記吸収設備（３）が、スチーム生成設備（４）に連結されるが、但し、前記吸収設備から引き出された硫酸は、スチームを生成する目的で前記スチーム生成設備（４）に供給され得、スチームは、前記スチーム生成設備（４）から少なくとも１つの供給ライン（１８）を介して前記吸収設備に導入され得る装置。
【請求項１０】
空気を乾燥させるための乾燥設備（５）があり、この空気は、硫黄を二酸化硫黄に酸化させるために前記第１の酸化設備（１）に導入され得、前記乾燥設備（５）は、前記吸収設備に接続されるが、但し、前記吸収設備（３）からの過剰の硫酸は、空気を乾燥させるために前記乾燥設備（５）に導入され得る、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記より具体的には第２の、酸化設備（２）は、多段階、好ましくは２段階の変換器として構成され、第１の変換器段（６）は、少なくとも１つのプロセスガス排出ライン（１４）を介して前記吸収設備（３）に接続され、前記吸収設備（３）は、少なくとも１つのプロセスガス供給ライン（１５）を介して、前記より具体的には第２の、酸化設備（２）の第２の変換器段（７）に接続され、したがって前記より具体的には第２の、酸化設備（２）の前記第１の変換器段（６）からのプロセスガスは、前記吸収設備（３）を通過され得、かつ前記第２の変換器段（７）に導入され得る、請求項９または１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記吸収設備（３）が、少なくとも１つのボイラ（９）を有する、好ましくは少なくとも１つの中圧ボイラを有する熱回収設備（８）に連結され、加熱された硫酸は、蒸気を生成する目的で前記吸収段階（３）から前記ボイラ（９）に導入され得、冷却された硫酸は、前記ボイラ（９）から排出され得、かつ前記吸収段階（３）に再循環され得、かつ／または前記スチーム生成設備（４）に供給され得る、請求項９から１１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
前記スチーム生成設備（４）は、水が加熱され、少なくとも部分的に蒸発される少なくとも１つの冷却設備（１０）を備え、少なくとも１つの水容器（１１）、好ましくはボイラ供給水容器は、前記冷却設備（１０）に連結され、この水容器（１１）においては、前記スチームが、前記水からフラッシュ蒸発により分離され、前記水容器（１１）は、スチームが前記水容器（１１）から前記吸収設備に通過され得るように、前記吸収設備（３）に連結されている、請求項９から１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
前記スチーム生成設備（４）は、前記最終吸収設備（１２）に接続され、かつ／または前記乾燥設備（５）に接続されて、前記第１の酸化設備（１）に供給される空気を乾燥させ、したがって、前記スチーム生成設備（４）から引き出された冷却された硫酸は、空気を乾燥させるために前記乾燥設備（５）に導入され得、かつ／または三酸化硫黄を吸収するために前記最終吸収設備（１２）に通過され得る、請求項９から１３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１５】
前記スチーム生成設備（４）は、前記吸収設備（３）に連結されているが、但し、前記スチーム生成設備（１２）から引き出された冷却された硫酸は、三酸化硫黄を吸収するために、前記吸収設備に導入され得る、請求項９から１４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１６】
前記スチーム生成設備（４）から引き出された前記スチームは、前記より具体的には第２の、酸化設備（２）から引き出された前記プロセスガスと共に、前記吸収設備（３）に導入され得る、請求項９から１５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１７】
前記吸収段階は、中間吸収段階として構成されている、請求項９から１６のいずれか一項に記載の装置。
【国際調査報告】
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