(57)【要約】  本発明は、プロセスガス面及び伝熱媒体面を有するコンデンサであって、  前記コンデンサは、凝縮面のインレットへ凝縮し得る成分を含有する高温プロセスガスを供給するために構成されており、かつ、  冷却されたプロセスガスを、凝縮面のアウトレットから回収するようさらに構成されており、かつ、  コンデンサの一端に近接する位置で凝縮物を回収するよう、さらに構成されており、かつ、  前記コンデンサは、冷温伝熱媒体インレット及び加熱された伝熱媒体アウトレットを有するように構成されたプロセスガス冷却区域、及び、  前記プロセスガスを再加熱するよう構成された、該プロセスガス冷却区域の下流のプロセスガス再加熱区域に分割されたプロセスガス面を有する、上記のコンデンサ、及び、そのようなコンデンサを採用する、硫酸の凝縮及び製造のための方法に関する。
2014512264.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロセスガス面及び伝熱媒体面を有するコンデンサであって、
前記コンデンサは、凝縮面のインレットへ凝縮し得る成分を含有する高温プロセスガスを供給するために構成されており、かつ、
冷却されたプロセスガスを、凝縮面のアウトレットから回収するようさらに構成されており、かつ、
コンデンサの一端に近接する位置で凝縮物を回収するよう、さらに構成されており、かつ、
前記コンデンサは、冷温伝熱媒体インレット及び加熱された伝熱媒体アウトレットを有するように構成されたプロセスガス冷却区域、及び、
前記プロセスガスを再加熱するよう構成された、該プロセスガス冷却区域の下流のプロセスガス再加熱区域に分割されたプロセスガス面を有する、上記のコンデンサ。
【請求項２】
前記コンデンサが、前記プロセスガス再加熱区域のプロセスガス面が、加熱された伝熱媒体からの熱エネルギーを受容するように構成されている、請求項１に記載のコンデンサ。
【請求項３】
前記再加熱区域中で前記伝熱媒体及び前記プロセスガスが向流で流れるように構成される、請求項２に記載のコンデンサ。
【請求項４】
前記再加熱区域中で、前記伝熱媒体及び前記プロセスガスが直交流で作用するように構成される、請求項２に記載のコンデンサ。
【請求項５】
凝縮物が硫酸又は発煙硫酸を含む、請求項１〜４のいずれか一つに記載のコンデンサ。
【請求項６】
前記コンデンサが、プロセスガス面を、熱交換媒体面からガラスで分離するように構成される、請求項１〜５のいずれか一つに記載のコンデンサ。
【請求項７】
１つ又はより多くのガラス管であって、該ガラス管は、その内面上のプロセスガスの流れ、及び該ガラス管の外側面上の伝熱媒体の流れを有するように構成された、上記の１つ又はより多くのガラス管を含む、請求項６に記載のコンデンサ。
【請求項８】
１つ又はより多くのガラス管であって、該ガラス管は、その内面上の伝熱媒体の流れ、及び該ガラス管の外側面上のプロセスガスの流れを有するように構成された、上記の１つ又はより多くのガラス管を含む、請求項７に記載のコンデンサ。
【請求項９】
前記凝縮区域及び再加熱区域の伝熱媒体面の伝熱媒体の流れを分離する流れ制限要素をさらに含む、請求項１〜８のいずれか一つに記載のコンデンサ。
【請求項１０】
金属板に取り付けられた安定化要素として構成される、請求項９に記載の流れ制限要素。
【請求項１１】
プロセスガス中の硫酸及び／又は発煙硫酸を凝縮する方法であって、
（ｉ）該プロセスガスを、インレット温度が硫酸の露点を上回る、請求項１〜１０のいずれか一つに記載の硫酸凝縮段を通過させる工程、
（ｉｉ）該プロセスガスを硫酸の露点未満に冷却する工程、
（ｉｉｉ）硫酸を凝縮して回収する工程、及び
（ｉｖ）前記コンデンサ段内で前記プロセスガスを硫酸の露点を上回って再加熱する工程、
を含む、上記の方法。
【請求項１２】
前記工程（ｉｖ）における再加熱後のコンデンサ段からのアウトレットにおける前記プロセスガスの温度が、硫酸の露点より少なくとも１０℃高い、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
プロセスガス中の硫酸及び／又は発煙硫酸の製造方法であって、
（ａ）０．１〜３０モル％のＳＯ２を含有する供給プロセスガスを供給する工程、
（ｂ）該供給プロセスガスを、１つ又はより多くの触媒床においてＳＯ２がＳＯ３へ酸化される、第１のＳＯ２転化工程を通過させる工程、
（ｃ）前記第１のＳＯ２転化工程からのＳＯ３含有プロセスガスを、プロセスガスの硫酸の露点を０〜１００℃上回る温度に冷却する工程、
（ｄ）前記コンデンサ段が請求項１１又は１２に記載の方法に従って運転される、第１の凝縮段においてプロセスガス中の硫酸を凝縮させる工程、
を含む、上記の方法。
【請求項１４】
（ｅ）前記工程（ｆ）から得られるプロセスガス流をさらに再加熱し、そしてこのプロセスガスを、１つ又はより多くの触媒床において残存するＳＯ２がＳＯ３へ酸化される第２のＳＯ２転化工程を通過させる工程、
（ｇ）前記プロセスガスを、その硫酸の露点を０〜１００℃上回る温度に冷却する工程、及び
（ｈ）前記プロセスガスを引き続き最終凝縮段へ送る工程、
をさらに含み、その際、コンデンサ段（ｄ）及び（ｈ）の少なくとも１つが、請求項２２又は２３に記載の方法に従って操作される、請求項１３に記載のプロセスガス中の硫酸及び／又は発煙硫酸の製造方法。
【請求項１５】
前記酸化剤が、Ｏ２リッチガス、例えば純粋なＯ２の形態で添加される、請求項１３又は１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下流の凝縮問題を回避するように設計されたコンデンサ、及びそのようなコンデンサ、すなわち、そのような硫酸コンデンサを採用する、０．１〜３０％ＳＯ２及びＳＯ３（ＳＯｘ）を有する供給ガスからの濃厚化硫酸及び発煙硫酸の製造方法に関する。供給ガスは、硫黄及び硫黄化合物の燃焼由来、金属硫化物の燃焼に起因するＳＯ２ガスの湿式スクラビング由来、使用済み硫酸及び硫酸塩の熱再生由来、又はＨ２Ｓリッチな煙道ガスの燃焼から製造されるガス由来であって良い。供給ガス中のＳＯｘの９９．９９５％までは、典型的に、９５〜９９．５重量％濃厚化硫酸及び／又は２５重量％までのＳＯ３を有する発煙硫酸として回収できる。本発明の方法は、硫酸液滴が凝縮しないコンデンサ外部の条件を確実にすることによる、高温硫酸液滴によるプロセス設備の腐食を防止することに関する。
【背景技術】
【０００２】
３０体積％までのＳＯ２を含有する強ＳＯ２ガスから、中間ステップ及び最終の吸収又は濃厚化ステップの両方を含む方法において、ＳＯ３の中間吸収又はＨ２ＳＯ４の濃厚化を伴う二段階触媒ＳＯ２−転化によりに９９．９％以上のＳＯ２転化率で濃厚化硫酸を製造することは公知である。原理上、気相中のＳＯ３は、液相中のＳＯ３の吸収によって液相へ移動させ、その一方で、Ｈ２ＳＯ４蒸気は、冷却剤としての循環酸と直接接触させるか、又はガスが、その露点未満に冷却され、そして酸が空冷されたガラス管の表面上に凝縮する流下膜式コンデンサにおいて、硫酸の露点未満にガスを冷却して凝縮させることで液相へ移動させる。
【０００３】
本出願人の米国特許第７，３６１，３２６号明細書（特許文献１）は、３０％までのＳＯ２及び約１超のＨ２Ｏ／ＳＯ２比の供給ガスから濃厚化硫酸を製造するための二重凝縮法を開示している。該方法の第１の工程では、ＳＯ２のほとんどがＳＯ３へ転化され、引き続いてプロセスガスを中間コンデンサへ送り、そこで、循環酸によって冷却される充填塔中か、又は垂直な空冷されるガラス管中で、該管中のプロセスガスの上昇流又は下降流のいずれかにより、ＳＯ３及びＨ２ＳＯ４蒸気を濃厚化硫酸として濃縮する。後者は、高速ガス速度におけるフラッディングを回避するための任意の選択肢として言及されているが、低濃度（７０〜８５重量％）の硫酸が製造されるという欠点をもたらすため、９５重量％以上の所望の硫酸濃度を達成するために、後続の濃厚化段、例えば、充填塔を必要とする。中間コンデンサから排出されるプロセスガスは、第２のＳＯ２転化工程へ送られ、その後、最終的な粒子添加下での湿式濃厚化段へ送られる。
【０００４】
従来技術において、コンデンサガラス管から流出するプロセスガスは、コンデンサ自体の本質に起因して、凝縮条件又はそれに近い条件のガスである。凝縮された濃厚化Ｈ２ＳＯ４は非常に腐食性である。したがって、プロセスレイアウトのこのセクションには、少なくとも凝縮条件が、例えば空気で希釈するか又はプロセス流を加熱することによって解消されるまで、表面を裏打ちするか、又はガラス製の高価な設備が必要とされる。
【０００５】
同様に、他の構成を有するコンデンサからのアウトプットは、コンデンサのすぐ下流における、負の化学効果又は腐食効果を伴う望ましくない凝縮に関連する場合ある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第７，３６１，３２６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
それゆえ、本発明の目的は、中間設備を、凝縮という負の結果を解消するように設計しなければならず、例えば、凝縮する硫酸条件に耐える必要性があるという従来技術に関する欠点を解決することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的は、コンデンサから下流の設備へと流れるプロセスガスが凝縮しないよう、凝縮し得る成分を含有するプロセスガスを、凝縮条件を超える温度に再加熱するセクションを含むコンデンサを提供することによって達成され、腐食凝縮性液の場合、該設備は標準的な炭素鋼から製造できる。
【０００９】
本発明の目的のため、以下の術語を適合させるべきである。
【００１０】
ガスの成分の露点は、その成分がガス混合物から凝縮する温度／圧力である。
【００１１】
条件Ｙにおいて凝縮し得る１つ又はより多くの成分を含有する、条件Ｘにおけるガスは、条件Ｘ（温度及び圧力）においてはガス状であるが、条件Ｙ（より低い温度及び／又はより高い圧力）では、ガスの一部が液体として凝縮に到る組成物であると理解されるべきである。条件が言及されない場合、すなわち、１つ又はより多くの凝縮し得る成分を含有するガスの場合、条件Ｙは、大気圧及び室温であると見なされ、かつ、条件Ｘは、ガスが“露点を上回る”、すなわち、凝縮しない、より高い温度及び／又はより低い圧力にあると見なされる。凝縮し得るガスという語は室温及び大気圧における、１つ又はより多くの凝縮し得る成分を含有するガスと理解されるべきである。
【００１２】
コンデンサは、暖かいプロセスガスが凝縮し得る成分を含有する場合に、この成分がコンデンサ内部で凝縮するよう、暖かいプロセスガスと伝熱媒体との間で熱交換を生じさせるプロセスユニットであると理解されるべきである。
【００１３】
コンデンサの凝縮面又はプロセスガス面は、凝縮し得る成分を含有するプロセスガスの流れが、凝縮が実際に起こるような条件とは関係なく流れるよう構成されたコンデンサの面であると理解されるべきである。
【００１４】
コンデンサの伝熱媒体面は、伝熱媒体が流れるコンデンサの面であると理解されるべきである。
【００１５】
凝縮物は、凝縮し得る成分を含有するガスの冷却によって形成された液体であると理解されるべきである。位置に関して、上流は、典型的な運転の間のインレットに近い位置にあると理解されるべきである。
【００１６】
位置に関して、下流は、典型的な運転の間のアウトレットに近接した位置にあると理解されるべきである。
【００１７】
コンデンサユニットについて、上流セクション及び下流セクションは、伝熱媒体ではなく、プロセスガス面の典型的な流れ方向によって画定されるべきである。上流のプロセスガス冷却区域は、コンデンサへのプロセスガスのインレットに近接した、コンデンサのプロセスガス面の区域であると理解されるべきである。下流のプロセスガス冷却区域は、コンデンサからのプロセスガスのアウトレットに近接した、コンデンサのプロセスガス面の区域であると理解されるべきである。
【００１８】
プロセスガス再加熱区域は、プロセスガスが再加熱される、コンデンサのプロセスガス面の区域であると理解されるべきである。
【００１９】
向流は、流れが対向する方向、又は実質的に対向する方向にある２つの流れであると理解されるべきである。
【００２０】
直交流は、流れが直交する方向又は実質的に直交する方向にある２つの流れであると理解されるべきである。
【００２１】
本発明全体にわたり、化学化合物は、化学式、化学名又は慣用名で呼ぶことができる。これらは完全に同義であると理解されるべきであり、また、本発明の術語における差異は特別な意味を持たない。
【００２２】
凝縮問題を防止するという目的は、プロセスガス面及び伝熱媒体面を有するコンデンサであって、
該コンデンサは、凝縮面のインレットへの凝縮し得る成分を含有する高温プロセスガスを供給するために構成されており、かつ、
冷却されたプロセスガスを、凝縮面のアウトレットから回収するようさらに構成されおり、かつ、
コンデンサの一端に近接する位置で凝縮物を回収するよう、さらに構成されており、かつ、
該コンデンサは、冷温伝熱媒体インレット及び加熱された伝熱媒体アウトレットを有するように構成されたプロセスガス冷却区域、及び、
該プロセスガスを再加熱するよう構成された、該プロセスガス冷却区域の下流のプロセスガス再加熱区域に分割されたプロセスガス面を有し、コンデンサを出るプロセスガスが実質的に非凝縮であるという利点を伴う上記のコンデンサにより、本発明に従って達成される。
【００２３】
さらなる実施形態において、プロセスガス再加熱区域のプロセスガス面は、加熱された伝熱媒体からの熱エネルギーを受容するように構成され、コンデンサ中に放出された熱を回収することにより、改善された熱効率をもたらす。
【００２４】
さらなる実施形態は、伝熱媒体及びプロセスガスが、再加熱区域中で、向流で流れるように構成され、伝熱媒体からプロセスガスへの改善された伝熱をもたらす。
【００２５】
さらなる実施形態において、コンデンサは、伝熱媒体及びプロセスガスが再加熱区域中で、直交流で作用するように構成され、再加熱区域の簡単な物理構成をもたらす。
【００２６】
さらなる実施形態において、コンデンサは、凝縮物がプロセスガスインレット近接で回収されるように構成され、改善された凝縮効率をもたらし、それにより、その後の凝縮物の濃厚化を防止する。
【００２７】
さらなる実施形態において、凝縮物は硫酸又は発煙硫酸を含み、硫酸又は発煙硫酸の製造法に特別な利点をもたらす。
【００２８】
さらなる実施形態において、コンデンサは、プロセスガス面が、ガラスによって熱交換媒体から分離されるよう構成され、コンデンサにおける耐腐食性の高い範囲をもたらすという利点を伴う。
【００２９】
さらなる実施形態において、コンデンサはガラス管を含み、該ガラス管は、その内面上にプロセスガスの流れを、かつ、そのガラス管の外側面上に伝熱媒体の流れを有し、プロセスガス面と、大きな表面積の伝熱媒体面との間における熱界面をもたらす。
【００３０】
さらなる実施形態において、コンデンサはガラス管を含み、該ガラス管は、その内面上に伝熱媒体の流れを、かつ、そのガラス管の外側面上にプロセスガスの流れを有し、凝縮物の回収とは独立した、ガラス管の物理的配向、例えば、水平にガラス管を装着するのを可能にする。
【００３１】
さらなる実施形態において、コンデンサは、凝縮区域の伝熱媒体面上の伝熱媒体の流れと再加熱区域のそれとを分離する流れ制限要素をさらに含み、凝縮区域と再加熱区域とを熱分離するという利点を伴う。
【００３２】
さらなる実施形態において、流れ制限要素は、金属板に取り付けられた１つ又はより多くの安定化要素を含み、流れ制限要素の高圧安定性が得られる一方で、同等の圧力安定性を有する巨大な板と比較して、限られた量の材料しか必要としない。
【００３３】
さらなる実施形態において、コンデンサは、１つ又はより多くの乱流強化要素をさらに含み、プロセスガスと管壁との改善された接触をもたらすという利点を伴う。
【００３４】
さらなる実施形態において、コンデンサは、１つ又はより多くの固定要素、例えば個々のインデントをさらに含み、管内部の配置要素を、最小限の管の変更で固定する手段が提供される。
【００３５】
さらなる実施形態において、コンデンサは、より小さい内側断面積を有するガラス管のセクションである固定ショルダーをさらに含み、管の外形全体を損なうことなく管内部の配置要素を固定する手段を提供する。
【００３６】
さらなる実施形態において、該１つ又はより多くの乱流強化要素は、該固定要素からの懸垂により固定されるよう構成され、乱流強化要素の重量による、液滴の合体要素の変形を防止する。
【００３７】
さらなる実施形態において、該１つ又はより多くの乱流強化要素は、該固定要素上におくことによって固定されるよう構成され、乱流強化要素中の引張り応力を防止するという利点を伴う。
【００３８】
さらなる実施形態において、コンデンサは、液滴合体要素をさらに含み、プロセスガスの再加熱の前に凝縮物を最大化できるよう、ミスト及び液滴を合体させる。
【００３９】
さらなる実施形態において、該固定要素は、液滴合体要素の動きが制限されるように液滴合体要素と係合し、プロセスガスの再加熱の前に凝縮を最大化できる位置に液滴合致要素が固定される。
【００４０】
さらなる実施形態において、コンデンサは、液滴合体要素の動きを制限するよう構成された制限要素さらに含み、液滴合体要素の位置がさらに固定されるという利点を伴う。
【００４１】
固定要素として管ショルダーホルダーを有するコンデンサのさらなる実施形態において、制限要素は、狭い端部と広い端部とを有し、かつ、その広い端部が、制限要素の動きが制限されるように管壁の固定ショルダーと機械的に係合させるよう使用されるように構成された、１つ又はより多くのシート型要素をさらに含み、結合された液滴合体要素及び固定要素にわたる最小限の追加の圧力損失で、液滴合体要素の位置を固定する。
【００４２】
固定要素としての１つ又はより多くの管インデント（ｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎｓ）を有するコンデンサのさらなる実施形態において、制限要素は、リング型要素をさらに含み、該リング型要素はその外周が、制限要素の動きが制限されるように、制限要素と機械的に係合させるのに使用されるよう構成されるという利点を伴う。
【００４３】
本発明の代替的な実施は、プロセスガス中の硫酸及び／又は発煙硫酸を凝縮する方法であって、
（ｉ）プロセスガスを、本発明による硫酸凝縮段を通過させる工程であって、インレット温度が硫酸の露点を超える、該工程、
（ｉｉ）プロセスガスを、硫酸の露点未満に冷却する工程、
（ｉｉｉ）硫酸を凝縮し、そして回収する工程、及び
（ｉｖ）プロセスガスを、コンデンサ段で硫酸の露点を上回って再加熱する工程、
を含む、該工程であり、下流の凝縮の危険性を取り除くため、コンデンサ下流の耐腐食性材料の必要性を低減する従来技術を超える利点をもたらす。
【００４４】
さらなる実施形態において、工程（ｉｖ）における再加熱後のコンデンサ段からのアウトレットにおけるプロセスガスの温度は、硫酸の露点を少なくとも１０℃超えており、十分な安全マージンで下流の凝縮の危険性が取り除かれるため、コンデンサ下流の耐腐食性材料の必要性を低減する。
【００４５】
本発明のさらなる代替的な実施は、プロセスガス中の硫酸及び／又は発煙硫酸の製造方法に関し、該方法は、
（ａ）０．１〜３０モル％のＳＯ２を含有する供給プロセスガスを提供する工程、
（ｂ）該供給プロセスガスを、１つ又はより多くの触媒床においてＳＯ２がＳＯ３へ酸化される、第１のＳＯ２転化工程を通過させる工程、
（ｃ）前記第１のＳＯ２転化工程からのＳＯ３含有プロセスガスを、プロセスガスの硫酸の露点を０〜１００℃上回る温度に冷却する工程、及び
（ｄ）前記コンデンサ段が本発明の方法に従って操作される、第１の凝縮段におけるプロセスガス中の硫酸を凝縮させる工程、
を含む、該方法であり、硫酸を製造するための本発明に利点をもたらす。
【００４６】
本発明のさらなる実施形態において、プロセスガス中の硫酸及び／又は発煙硫酸の製造方法は、
（ｅ）工程（ｆ）から得られるプロセスガス流をさらに再加熱し、そしてこのプロセスガスを、１つ又はより多くの触媒床において残存するＳＯ２がＳＯ３へ酸化される第２のＳＯ２転化工程を通過させる工程、
（ｇ）前記プロセスガスを、その硫酸の露点を０〜１００℃上回る温度に冷却する工程、及び
（ｈ）前記プロセスガスを引き続き最終凝縮段へ送る工程、
をさらに含み、その際、コンデンサ段（ｄ）及び（ｈ）の少なくとも１つが、本発明の方法に従って操作され、高いレベルの二酸化硫黄が排除されるという利点を伴う。
【００４７】
さらなる実施形態は、プロセスガスの第２の触媒ユニットへのインレット温度を、３５０〜４７０℃、好ましくは３５０〜４００℃、又は好ましくは３５０〜３７０℃の範囲内にすることに関し、触媒床の要求を満たす一方で、最適な熱平衡を確保し、かつ、過剰温度を最小限にし、これはＳＯ２／ＳＯ３平衡を最適にする。
【００４８】
さらなる実施形態は、第２の触媒ユニットへのプロセスガスのインレット温度を、４００〜４７０℃、好ましくは４００〜４５０℃の範囲内にし、高い反応率をもたらし、それにより、小さい触媒床を可能にする。
【００４９】
さらなる実施形態は、Ｏ２リッチガス、例えば純粋なＯ２の形態の酸化剤の添加に関し、大気と比較してより少ない不活性ガスの添加を可能にし、これは結果としてプロセス設備の寸法を低減するため費用を低減する。
【００５０】
本発明のこれら及びその他の特徴は、添付の図面を参照する、非制限的実施例として与えられる以下の好ましい形態の実施形態の説明から明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】図１は、従来技術の、ＳＯ２含有プロセスガスからＨ２ＳＯ４を製造するためのプロセスレイアウトを示す図である。
【図２】図２は、本発明のコンデンサを用いた、本発明の実施形態による、ＳＯ２含有プロセスガスからＨ２ＳＯ４を製造するためのプロセスレイアウトを示す図である。
【図３】図３は、本発明のいくつかの実施形態で使用されるコンデンサ管を示す図である。
【図４】図４は、本発明のいくつかの実施形態で使用される固定要素を含む管を示す図である。
【図５】図５は、本発明のいくつかの実施形態で使用される制限要素を含む管を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５２】
ＳＯ２酸化及び後続の濃厚化硫酸の凝縮のための、２つの凝縮工程を採用する従来技術の方法が図１に示される。プロセスの基本的工程は、第１の触媒反応器１４０中での第１の触媒の存在下でのＳＯ２の酸化、中間コンデンサ１４２中での、生成されたＳＯ３の硫酸としての凝縮、第２の触媒反応器１４４中での残存するＳＯ２の酸化、及び実質的に清浄なプロセスガスが大気へ送出可能になる前の最終コンデンサ１４６中での、残存及び生成されたＳＯ３のさらなる凝縮を含む。
【００５３】
プロセスにおいて、温度制御は重要である。というのも、１４０及び１４２におけるＳＯ２のＳＯ３への発熱触媒酸化に最小温度が要求される一方で、より高い温度ではＳＯ２の部分が酸化されないよう、ＳＯ２とＳＯ３との間の平衡を高い温度は制限されるからである。さらに、Ｈ２Ｏ及びＳＯ３から容易に形成されるＨ２Ｏ４は液体状態では非常に腐食性であるが、気体状態ではそうではないため、その性質に起因して露点を下回る温度を要する凝縮まで、露点超にＨ２ＳＯ４含有プロセスガスを維持するのが望ましく、そのため、ガラス管のような耐腐食性材料が必要である。具体的には、プロセスは、触媒床へのインレット温度が、３７０〜５００℃の範囲内になるよう、かつ、コンデンサ１４２へのインレット温度が、硫酸の露点を、５〜１００℃、好ましくは１０〜７０℃、又はより好ましくは２０〜５０℃、例えば約３０℃上回るように設計される。
【００５４】
プロセスの具体的な実施形態において、プロセスガス１００は、第１の触媒反応器１４０へ送られ、そこで、ＳＯ２の大部分の酸化が起こる。この第１の触媒反応器は、１つの触媒床又は多数の触媒愉快を有するよう設計することができ、二酸化硫黄の量が多すぎる場合、ＳＯ２とＳＯ３との間の平衡によって第１のコンデンサ１４２へのインレットプロセスガス１０２が制限されないよう、低減された温度で反応を行うために、例えば、熱交換機１３０及び１３２で反応熱を回収するのが望ましい。
【００５５】
中間コンデンサ１４２では、ＳＯ３がＨ２ＳＯ４として凝縮される場合、アウトレット１０６におけるＳＯ３の濃度は腐食が発生するのに十分高い。
【００５６】
中間コンデンサ１４２は、典型的な温度である２９０℃でコンデンサに進入するプロセスガス１０２を冷却するように構成される。典型的には、冷却は、空気１２０のような、プロセスガスよりも低い温度の伝熱媒体との熱交換によって行われる。コンデンサ１４２は、腐食性の凝縮し得る成分を含み得るプロセスガス及び凝縮物に適合するように構成されなければならず、耐腐食性、例えば、ガラス管又はセラミック管のようなその他の耐腐食性材料から製造されるか、又は保護コーティングで裏打ちされる。
【００５７】
典型的には、冷却区域１５０は熱交換機であり、そこでは空気のような伝熱媒体が、プロセスに対して向流で流れる。向流で流れることの利点は、プロセスガスの流れの方向で温度が低減され、それにしたがって、凝縮の可能性が増大する点である。それにより、凝縮の最大レベルが得られる。
【００５８】
典型的には、コンデンサは、プロセスガスインレット１０２に垂直に、底部に取り付けられ、凝縮した液体は底部１１４で収集されるが、プロセスガス流が非常に早い場合、凝縮した液体の流れ及びガスは、フラッディングを回避するべく共流とするのが好ましいであろう。
【００５９】
従来技術によれば、コンデンサは、コンデンサのすべての位置における条件が、凝縮し得る成分の露点又はそれに近いものであるように運転された。これは、コンデンサのすべての位置（インレットの直後を除く）における温度が凝縮条件であり、かつ、さらなる下流では温度が常に低いことから、向流運転の自然の結果である。
【００６０】
さて、図２に示すように、従来技術の代替物が開発され、これは、本発明によるコンデンサ１４２を含み、そこでは、プロセスガス冷却区域１５０の後に、プロセスガスが加熱されるプロセスガス再加熱区域１５２が続く。再加熱を確実に成功させるためには、冷却区域の伝熱媒体は再加熱区域から分離されなければならない。これを行う一つの方法は、冷却区域から再加熱区域への伝熱媒体の流れを遮断することである。次に、熱源を加熱区域に提供しなければならない。熱を再加熱区域１５２に提供する可能な方法は、加熱された伝熱媒体をライン１２２においてコンデンサの上流セクションからコンデンサの下流端のプロセスガス再加熱区域１５２の伝熱媒体面へ移動させ、そして、プロセスガスに関して交差流、共流又は向流のような流れ構成において、プロセスガスをプロセスガス面上で加熱することである。
【００６１】
Ｈ２ＳＯ４／ＳＯ３凝縮物製造のための本発明の具体的な実施形態において、プロセスガス面及び伝熱媒体面は、耐腐食性を与えるために、一方の面を流れるガス管によって分離することができる。
【００６２】
一実施形態において、伝熱媒体の流れはガラス管の内側であってよく、管の外側面では硫酸が凝縮される。この構成において、伝熱媒体の流れは、管の連結によって画定され、そしてそれゆえ、コンデンサのどのセクションが伝熱媒体を回収するかの制御が簡単である。この構成では、最大乱流流の生成により加熱管が最適な熱交換率を有するよう、加熱管は好ましくは水平に配置される。コンデンサ壁は、この構成では高度に耐腐食性の材料で作製されなければならない。
【００６３】
代替的な実施形態において、ガラス管の内側の流れは、凝縮し得るＨ２ＳＯ４を含有するプロセスガスであり、それにより、凝縮は管の内側で生じ、かつ、凝縮物は、コンデンサの底部区域内で制御でき、これは、ガスインレット、すなわち、コンデンサの端部隣接部のレベル以下であることができる。この場合、伝熱媒体面上の流れ制限要素１５４は、プロセスガスを冷却区域１５０中で冷却するための冷温伝熱媒体を、確実にプロセスガス再加熱区域１５２の熱転義媒体面に進入させるのに貢献する。加熱された伝熱媒体が、再加熱区域へ送られる時、流れ制限要素１５４の低温面に対する圧力は、典型的に、その高温面よりも高い場合があり、そのため、流れ制限要素１５４は、たとえ絶対的な気密性が要求されなくても、伝熱媒体について実質的に流れ漏れがないよう、例えば、ＰＴＦＥ又はＰＦＡを含むフルオロポリマーのような耐腐食性材料のガスケットを設けることによって、設計されなければならない。
【００６４】
あるいはまた、加熱された伝熱媒体以外のその他の熱源を、再加熱区域１５２の熱源として使用することができ、これは、主として他の高温プロセスガスであるが、電加のようなその他の加熱手段のいずれも使用できる。
【００６５】
プロセスガスが、ガラス管内部を流れるコンデンサについて、熱交換媒体面上の流れ制限要素１５４を隔壁管シートとして作製でき、該シートには、管に整合した穴が配置される。具体的には、隔壁管シートは、鋼板又は鋼板をベースとし安定化剤を有するウエハ構造物から作製できる。凝縮し得る成分が腐食性である場合、板は、耐腐食性鋼か又はその他の耐腐食性材料のいずれかから作製できるか、又は、適当な材料、例えば、ＰＴＦＥ又はＰＦＡを含むフルオロポリマーで表面を保護することができる。
【００６６】
ＳＯ３凝縮の特定のプロセスについての従来技術において、コンデンサは、典型的には、ガラスのような耐腐食性材料から作製された管から製造される。管は典型的には円形である。管の内側には、らせん状構造物のような乱流強化要素が、伝熱及び凝縮を助成するのにしばしば設置され、そして、凝縮し得る液体の凝縮を助成するのに材料のプラグが設けられる。
【００６７】
本開示に従うＨ２ＳＯ４／ＳＯ３凝縮のための特定のプロセスに関して、コンデンサのプロセスガス面は、耐腐食性材料、典型的にはガラス管から作製されるが、セラミック又は被覆された材料管又はその他の幾何学的形状の構造物もまた使用できる。管は典型的には円形であるが、その他の適当な形状を有していてもよい。図３に示されるように、管３００は、乱流を形成することによって最小限の圧力損失で伝熱を助成するよう取り付けられる、らせん状構造物３０６のような乱流強化要素を有するように構成することができる。さらに、管は、デミスターのような液滴合体要素３０２、すなわち、液滴形成を助成して、凝縮し得る液体を凝縮されるのに設けられた材料のプラグをさらに有するように構成することができる。コンデンサ中に加熱区域を導入することによって、好ましくは管は、冷却セクションの下流端に近接して配置された液滴合体要素を有するように構成され、そして、管は、さらに、加熱セクション中に配置される第２の乱流強化要素３０４、３０８を有するように構成することができる。
【００６８】
本発明のコンデンサを、プロセスガスがガラス管３００の内側を流れる凝縮プロセスで使用する場合、管の内側に、らせん状構造物３０４、３０６、３０８、並びに液滴合体要素３０２のようなプロセス支持要素を含むように構成するのが有益であろう。これらのプロセス支持要素は、本発明の作用工程には必須ではないが、これらの存在は本発明の効率に貢献し得る。さらに、コンデンサの特定の構成は、これらのプロセス支持要素を正確な位置に維持するための要素を含むことができる。そのような凝縮プロセス強化要素は、その他の凝縮プロセスでも有利に使用することができる。
【００６９】
硫酸のような腐食性の凝縮し得る液体の凝縮の場合、プロセス支持要素は、ＰＴＦＥ又はＰＦＡを含むフルオロポリマーのような高度に耐腐食性材料から有利に作製することができる。
【００７０】
コンデンサ管の凝縮区域のアウトレットに近接して液滴合体要素３０２を配置することができる。その一方で、液滴合体要素に亘る圧力損失が低いことが重要であり、また、凝縮された液体が再加熱して蒸発しないが、凝縮物の液滴として収集されるのを確実にするため、液滴合体要素が、加熱区域の前に凝縮し得る要素のミスト及び液滴の有意な部分を収集可能であることも重要である。
【００７１】
乱流強化要素の配置は、管中の固定要素によって確実にすることができる。これらの固定要素は、図４に示されるように、個々のインデント（ｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎｓ）４０６又ガラス管の径を低減させることによって形成されたショルダー部４１０を含む、ガラス管の内径の１つ又はより多くの部分的又は完全制限部を含むことができる固定要素は、乱流強化要素の位置が、乱流強化要素を固定要素上に載置させるか、又は固定要素から懸垂させて固定されるよう、乱流強化要素３０４、３０６、３１２の上流端又は下流端に配置することができる。
【００７２】
凝縮プロセスガスが、液滴凝縮要素の位置を移動させないように、液滴合体要素３０２の動きを制限することもまた有利である。図３及び図４に示されるように、これは、ショルダー部３１０、４１０の形成を含む、１つ又はより多くの管のインデント３０６、３１０、４０６、４１０によって得ることができる。さらに、コンデンサは、液滴合体要素３０２が、該１つ又はより多くの管のインデントに接触し、かつ、液滴合体要素を支持する追加の制限要素３０６上に載置されるように構成することができる。あるいは、図３Ａに示されるように、乱流強化要素３０４が、液滴合体要素３０２の位置を固定させる。図５には、そのような追加の制限要素の特定の実施例が示されており、該要素は、１つ又はより多くのインデント上に載置されるように構成されたリング、例えば５００及び５０２、又は管のショルダー構造物、管壁とわずか数カ所でのみ接触する制限要素、例えば、管構造物５０４上に載置されるよう構成された板、交差型要素５０６、突起部５０８を有するリング又は、周囲に液滴合体要素を配置できる細長い要素５１０を含む。これらの要素に共通するのは、液滴合体要素の位置が十分に画定されて、液滴が再加熱区域に進入する前に凝縮が完了するよう、これらが、液滴合体要素の自由な動きを制限することである。
【００７３】
本発明のコンデンサのさらに有利な使用は、スタック前の最終コンデンサとして使用される場合を含む。従来技術において、この位置で高温の希釈空気を添加して、Ｈ２ＳＯ４の凝縮を防止するのが共通する慣行であったが、本発明による、コンデンサ中の伝熱媒体内の熱エネルギーの再利用は、これらの問題を回避するのにより効率的である。
【実施例】
【００７４】
実施例１
従来技術による第１の例示的実施形態は、Ｈ２Ｓ含有排ガスの処理は、該ガスをＷＳＡ硫酸プラント中で処理することを含む。プロセスは３つの工程を含む。
Ａ）燃焼、Ｈ２ＳをＳＯ２に酸化
Ｂ）ＳＯ２転化、ＳＯ２をＯ２と反応させて、ＳＯ３へ転化
Ｃ）凝縮、ＳＯ３を水和してＨ２ＳＯ４とし（ｇ）、そしてＨ２ＳＯ４へ凝縮する（ｌ）
プロセスは、表１に示すプロセス条件下で図１に従って操作される。それにより、コンデンサからのプロセスガスのアウトレット温度は硫酸の露点を下回り、コンデンサの下流では耐腐食性材料が必要とされる。
【００７５】
【表１】
2014512264.tif 000003
プロセスガスは、硫酸の露点を約１８℃下回る１１０℃でコンデンサを出る。そのため、ガスは硫酸の液滴を含み、これは非常に腐食性である。
【００７６】
実施例２
本発明に従う、第２の例示的実施形態を図２及び表２に示す。この場合、条件は実施例１に対応するが、コンデンサは、コンデンサからのプロセスガスのアウトレット温度が、硫酸の露点を上回るよう、本発明に従って、例えば、再加熱区域を用いて運転される。それにより、コンデンサの下流では耐腐食性材料を使用する必要性はない。
【００７７】
【表２】
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この実施例におけるプロセスガスは、硫酸の露点より約５０℃高い１８０℃でコンデンサを出る。それゆえ、ガスは乾燥しており、もはや腐食性ではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年2月1日(2013.2.1)
【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】
プロセスガス面及び伝熱媒体面を有する硫酸コンデンサであって、
前記コンデンサは、凝縮面のインレットへ硫酸を含有する高温プロセスガスを供給するために構成されており、かつ、
冷却されたプロセスガスを、凝縮面のアウトレットから回収するようさらに構成されており、かつ、
コンデンサの一端に近接する位置で硫酸又は発煙硫酸の凝縮物を回収するよう、さらに構成されており、かつ、
前記コンデンサは、冷温伝熱媒体インレット及び加熱された伝熱媒体アウトレットを有するように構成されたプロセスガス冷却区域、及び、
前記プロセスガスを再加熱するよう構成された、該プロセスガス冷却区域の下流のプロセスガス再加熱区域に分割されたプロセスガス面を有する、上記のコンデンサ。
【請求項２】
前記コンデンサが、前記プロセスガス再加熱区域のプロセスガス面が、加熱された伝熱媒体からの熱エネルギーを受容するように構成されている、請求項１に記載のコンデンサ。
【請求項３】
前記再加熱区域中で前記伝熱媒体及び前記プロセスガスが向流で流れるように構成される、請求項２に記載のコンデンサ。
【請求項４】
前記再加熱区域中で、前記伝熱媒体及び前記プロセスガスが直交流で作用するように構成される、請求項２に記載のコンデンサ。
【請求項５】
前記コンデンサが、プロセスガス面を、熱交換媒体面からガラスで分離するように構成される、請求項１〜４のいずれか一つに記載のコンデンサ。
【請求項６】
１つ又はより多くのガラス管であって、該ガラス管は、その内面上のプロセスガスの流れ、及び該ガラス管の外側面上の伝熱媒体の流れを有するように構成された、上記の１つ又はより多くのガラス管を含む、請求項５に記載のコンデンサ。
【請求項７】
１つ又はより多くのガラス管であって、該ガラス管は、その内面上の伝熱媒体の流れ、及び該ガラス管の外側面上のプロセスガスの流れを有するように構成された、上記の１つ又はより多くのガラス管を含む、請求項６に記載のコンデンサ。
【請求項８】
前記凝縮区域及び再加熱区域の伝熱媒体面の伝熱媒体の流れを分離する流れ制限要素をさらに含む、請求項１〜７のいずれか一つに記載のコンデンサ。
【請求項９】
金属板に取り付けられた安定化要素として構成される、請求項８に記載の流れ制限要素。
【請求項１０】
プロセスガス中の硫酸及び／又は発煙硫酸を凝縮する方法であって、
（ｉ）該プロセスガスを、インレット温度が硫酸の露点を上回る、請求項１〜９のいずれか一つに記載の硫酸凝縮段を通過させる工程、
（ｉｉ）該プロセスガスを硫酸の露点未満に冷却する工程、
（ｉｉｉ）硫酸を凝縮して回収する工程、及び
（ｉｖ）前記コンデンサ段内で前記プロセスガスを硫酸の露点を上回って再加熱する工程、
を含む、上記の方法。
【請求項１１】
前記工程（ｉｖ）における再加熱後のコンデンサ段からのアウトレットにおける前記プロセスガスの温度が、硫酸の露点より少なくとも１０℃高い、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
プロセスガス中の硫酸及び／又は発煙硫酸の製造方法であって、
（ａ）０．１〜３０モル％のＳＯ２を含有する供給プロセスガスを供給する工程、
（ｂ）該供給プロセスガスを、１つ又はより多くの触媒床においてＳＯ２がＳＯ３へ酸化される、第１のＳＯ２転化工程を通過させる工程、
（ｃ）前記第１のＳＯ２転化工程からのＳＯ３含有プロセスガスを、プロセスガスの硫酸の露点を０〜１００℃上回る温度に冷却する工程、
（ｄ）前記コンデンサ段が請求項１０又は１１に記載の方法に従って運転される、第１の凝縮段においてプロセスガス中の硫酸を凝縮させる工程、
を含む、上記の方法。
【請求項１３】
（ｅ）前記工程（ｆ）から得られるプロセスガス流をさらに再加熱し、そしてこのプロセスガスを、１つ又はより多くの触媒床において残存するＳＯ２がＳＯ３へ酸化される第２のＳＯ２転化工程を通過させる工程、
（ｇ）前記プロセスガスを、その硫酸の露点を０〜１００℃上回る温度に冷却する工程、及び
（ｈ）前記プロセスガスを引き続き最終凝縮段へ送る工程、
をさらに含み、その際、コンデンサ段（ｄ）及び（ｈ）の少なくとも１つが、請求項１１又は１２に記載の方法に従って操作される、請求項１２に記載のプロセスガス中の硫酸及び／又は発煙硫酸の製造方法。
【請求項１４】
前記酸化剤が、Ｏ２リッチガス、例えば純粋なＯ２の形態で添加される、請求項１２又は１３に記載の方法。
【国際調査報告】
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