JPH10310408A - 硫酸の濃縮または精製方法 - Google Patents

硫酸の濃縮または精製方法

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JPH10310408A
JPH10310408A JP10135921A JP13592198A JPH10310408A JP H10310408 A JPH10310408 A JP H10310408A JP 10135921 A JP10135921 A JP 10135921A JP 13592198 A JP13592198 A JP 13592198A JP H10310408 A JPH10310408 A JP H10310408A
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Guenter Dr Lailach
ギユンター・ライラツハ
Stylianos Dr Savakis
ステイリアノス・サバキス
Thomas Dr Wuerminghausen
トマス・ビユルミングハウゼン
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 硫酸の濃縮または精製方法。 【解決手段】 本発明は、有機汚染物を分解するために
場合により酸化剤を添加して95乃至98重量%間のH
2SO4の濃度に蒸発させることによる硫酸の濃縮または
精製方法に関する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】本発明は有機汚染物を分解するために、場
合により酸化剤を添加して95乃至98重量%間の濃度
のH2SO4に蒸発することによる硫酸の濃縮または精製
方法に関する。
【0002】僅かな減圧及び300〜320℃の範囲の
温度により廃硫酸を約96%の濃度までに濃縮すること
は公知である(Winnacker, Kuchler, Chemische Techno
logie, Vol.2, 4th Edn. 1982, pp67〜70)。いわゆる
ポーリング(Pauling)法の場合、廃硫酸は、鋳鉄製の
ボイラー中で70乃至85%間から95乃至96%間の
H2SO4に蒸発により濃縮される。ここで、このボイラ
ーは上部に蒸留塔を有し、煙道ガスで間接的に加熱され
るものである。この方法においては、腐食による壁から
のコンスタントな相当量の鉄の損失がボイラーの製造に
おいては考慮され、ボイラーの壁の大きな厚さに反映さ
れる。この腐食の結果として生成される硫酸鉄は、一般
に遠心分離により冷却された硫酸から分離すべきであ
る。硫酸鉄で飽和された濃縮酸の一時的貯蔵の場合、更
に硫酸鉄が結晶するため、再使用に問題が生じ得る。高
い装置コスト及び維持コストとは別に、ボイラーの事故
の場合に約10m3の沸騰した96%硫酸が約750℃
の温度である炉中に流入し得るために、このタイプの装
置はかなりの安全性に対する危険性を示す。ドラム濃縮
器中で硫酸は熱煙道ガスと直接接触させることにより濃
縮される。排ガスはSO2、硫酸ミスト、窒素酸化物及
びある状況下では有機化合物と共に充填され、これによ
り大量の排ガスのためにかなりの精製経費が生じる。石
英ガラス製の落下フィルム蒸発器中での濃度の上昇方法
(ヨーロッパ特許出願公開第22,473号)は小さい
装置のみで実現できていた。同じことが、ドイツ国特許
出願公開第2,909,029号に記載された硫酸に浸
漬される石英ガラス製の赤外放出器による濃度上昇方法
に、あてはまる。
【0003】タンタル製の熱交換器を用いる真空濃縮法
(例えばヨーロッパ特許出願公開第156,199号)
は200℃までの温度に制限される。これらの方法を用
い、95〜96%H2SO4の酸濃度は極めて低い圧力で
得ることができるが、有機汚染物の酸化分解の条件は極
めて不利である。
【0004】従って、目的は、硫酸の濃縮または精製方
法または場合により硫酸中の有機化合物の酸化分解方法
であって、使用された硫酸から95〜98%の純度の硫
酸が経済的に、信頼できる操作性で、かつ簡単に回収し
得る方法を提供することである。
【0005】本発明による方法を用いてこの目的を達成
することができた。
【0006】本発明の目的は、有機化合物で汚染されて
いてもよい約80〜93重量%の濃度の硫酸を、場合に
より酸化剤を添加して約95乃至98重量%間のH2S
O4濃度に濃縮または精製する際に、装置中で約270
〜340℃の温度及び約0.1〜2バール、好ましくは
0.5〜2バールの圧力(絶対)で蒸発させることによ
り濃縮し、ここにその熱移動表面が 表面I 13〜32重量% クロム 5〜25重量% ニッケル 4〜9重量% ケイ素 最大0.07重量% 炭素 最大0.03重量% 硫黄 最大0.03重量% リン 最大8.0重量% マンガン 最大3.0重量% モリブデン 最大4.0重量% 銅 最大20.0重量% コバルト 最大4.0重量% タングステン 最大2.0重量% ニオブ、タンタルまたはその混合物 最大0.2重量% 窒素 100重量%に至るまでの残部 10乃至65重量%間の量のデルタフェ ライトの比率を示す構造をもつ鉄 のオーステナイト−フェライト鉄合金を含むか;或いは 表面II 10〜12重量% クロム 15.5〜17.5重量% ニッケル 5.7〜6.5重量% ケイ素 最大0.06重量% 炭素 最大0.03重量% リン 最大0.03重量% 硫黄 最大1.5重量% マンガン 最大0.15重量% チタン 最大0.8重量% ジルコニウム 最大0.2重量% 窒素 最大0.3重量% モリブデン 最大0.01重量% ホウ素 最大0.25重量% 希土類金属 最大1.0重量% マグネシウム、アルミニウム、カルシウ ムまたはその混合物 100重量%に至るまでの残部 鉄 のオーステナイト合金を含むか;或いは 表面III 8〜16重量% クロム 20〜30重量% ニッケル >6.5〜7.4重量% ケイ素 最大0.03重量% 炭素 最大0.03重量% リン 最大0.01重量% 硫黄 最大1.0重量% マグネシウム、アルミニウム、カルシウ ムまたはその混合物 100重量%に至るまでの残部 鉄 のオーステナイト合金を含み、 そして蒸発濃縮の過程において、即ち操作状態において
硫酸で湿潤されるべき熱移動表面を硫酸の濃縮または精
製前に不動態化(passivating)処理することを特徴と
する方法についてである。
【0007】装置の適当な部分の不動態化(passivatio
n)は、好ましくは95〜98重量%硫酸を用いて25
0〜340℃及び硫酸の沸騰が避けられるような適当に
高い圧力で処理することにより行う。
【0008】殊に好適な方法において上記の硫酸を用い
る不動態化は少なくとも24時間続けられ、48〜15
0時間が全く殊に好ましい。
【0009】しかしながらまた、その熱移動表面が蒸発
濃縮の過程において硫酸で湿潤される装置の適当な部分
の不動態化は、少なくとも100ppm、好ましくは5
00ppm〜5,000ppmのニトロシル硫酸(N2
O3として計算)を含む95〜98重量%硫酸を用いて
250〜340℃及び硫酸の沸騰が避けられるような適
当に高い圧力で処理することにより好適な方法で行い得
る。この不動態化は少なくとも12時間続けられ、24
〜100時間が殊に好ましい。
【0010】殊に好適な方法において、不動態化は、装
置の適当な部分を95〜100重量%、好ましくは98
〜99重量%硝酸を用いて70〜90℃及び硝酸の沸騰
が避けられるような適当に高い圧力で処理することによ
り行い得る。この不動態化は少なくとも12時間続けら
れ、24〜100時間が殊に好ましい。
【0011】殊に好適な方法において、その熱移動表面
が上記の合金を含む熱交換器は浸漬ヒーターの形態をと
る。これらの浸漬ヒーターは、好ましくは電気的に加熱
される。
【0012】硫酸の濃縮または精製は、好ましくはそれ
により浸漬ヒーターが硫酸中に浸漬され、そして該浸漬
ヒーターの熱移動表面が上記のように前以て不動態化処
理される上記の鉄合金を含む電気的に加熱された浸漬ヒ
ーターを用いて行う。
【0013】従って、更に、本発明の目的は、それによ
り該浸漬ヒーターの熱移動表面が上記の鉄合金の1つか
らなり、そして不動態化される本発明による方法を行う
ための電気的に加熱された浸漬ヒーターである。
【0014】装置の残りの部分は、例えばエナメル塗り
の鉄鋼からなるが、有利にはまた熱移動表面と同様の鉄
合金からなり得る。また初期操作の前の不動態化処理
は、これらの装置の部分に対して有利である。
【0015】硫酸(廃硫酸または純硫酸)の濃度を、最
初に一般的に公知の方法により蒸発濃縮により80〜9
3重量%H2SO4の範囲の濃度に上昇させる(例えばヨ
ーロッパ特許出願公開第22,181号または同第15
5,586号による)。
【0016】これに続き、本発明により更に少なくとも
熱移動表面が上記の特殊な鉄合金からなる装置中にて2
70〜340℃の温度及び0.1〜2.0バールの圧力
(絶対)で硫酸を95乃至98重量%間のH2SO4に蒸
発濃縮し、そして場合により炭素を含む有機化合物を酸
化分解する。本発明により用いる鉄合金は、例えばヨー
ロッパ特許出願公開第566,949号及び同第61
5,950号に記載される5.7〜7.5%Siを有す
るケイ素を含むオーステナイト(austenitic)鉄鋼、並
びに例えばヨーロッパ特許出願公開第378,998号
に記載される4〜9%Siを有するオーステナイト−フ
ェライト(ferritic)鉄鋼である。
【0017】鉄鋼からなる熱移動表面は、殊に操作状態
においてこれらの表面の温度が非常に高く、ガス気泡が
これらの表面上に生成される場合に材料の高い腐食が生
じることが見いだされた。0.5〜2mm/aの腐食割
合が観察された。この有核(nucleate)沸騰により殊に
高い熱移動割合が生じ、従って小さい熱交換器の使用が
可能となる。しかしながら、この有利な操作の様式は高
い腐食割合の結果として合金から製造される熱交換器の
寿命が付随的に短くなり、そして金属硫酸塩での硫酸の
汚染が生じる場合に行うことができなくなる。
【0018】驚くべきことに、装置の部分、殊に危険な
熱移動表面を装置の最初の操作前に不動態化処理する場
合に上記の欠点を回避し得ることが見いだされた。この
処理は好ましくは250〜340℃の範囲の温度で95
〜98重量%硫酸またはニトロシル硫酸を含有する硫酸
を酸が沸騰しない圧力、好ましくは0.5〜1.5バー
ルの圧力範囲で腐食の危険がある表面上に作用させるこ
とからなる。95〜98重量%硫酸の作用の期間は好ま
しくは少なくとも24時間であり、48〜150時間が
殊に好ましい。硫酸をこのものが少なくとも100pp
m、好ましくは500〜5,000ppmのニトロシル
硫酸を含むように(N2O3として計算)ニトロシル硫酸
と混合する場合、不動態化期間は好ましくは少なくとも
12時間に減少させることができ、24〜100時間が
殊に好ましい。
【0019】濃硝酸を用いる不動態化が殊に有利である
ことが判明した。この不動態化は好ましくは95〜10
0重量%HNO3を用いて行い、70〜90℃及び酸の
沸騰が起こらないような圧力での98〜99重量%が殊
に好ましい。不動態化処理の期間は好ましくは少なくと
も12時間であるべきであり、24〜100時間が殊に
好ましい。
【0020】指定の鉄合金から熱交換器を上から処理さ
れる硫酸中に懸濁し得る好適な形態の浸漬ヒーターに作
成することが有利な方法で可能である。殊に有利なもの
は電気加熱された浸漬ヒーターである。装置の操作中に
液体硫酸または硫酸蒸気と接触する熱移動表面を液相の
範囲内並びにガス相及び相間の範囲内の両方で最初の操
作前に本発明により不動態化した場合、0.3mm/a
以下、通常は0.1mm/a以下の最小のみの材料の腐
食が起きる。このことは必要事項を満足し、即ち濃縮ま
たは精製により製造される95〜98重量%硫酸が極め
て高純度なものであり、そして何ら問題なしに再使用で
きる。
【0021】使用された硫酸を場合により80乃至93
重量%間に予備濃縮した後に、好ましくは少なくとも熱
移動表面が上記の組成の鉄合金からなり、かつ装置の最
初の操作前に270〜340℃及び0.1〜2.0バー
ルの圧力(絶対)で95乃至98重量%間の含有量に不
動態化処理し、そして場合により炭素を含む有機化合物
を分解するために酸化剤を用いて同時にか、または順次
270〜340℃で混合される装置中で濃縮する。硝
酸、ニトロシル硫酸または過酸化水素が好ましくは酸化
剤として用途が見いだされた。
【0022】指定された鉄合金から製造される装置の部
分の最初の操作の前の金属表面、殊に熱移動表面の不動
態化処理の利点は、次の実施例をベースとして明らかに
なるであろう。
【0023】
【実施例】比較例 各々の場合に96重量%硫酸で満たしたフラスコ(上端
に還流冷却器を備えた)中で、一方を閉鎖し、かつ本発
明による構造材料として用いられた合金の1つから製造
された鉄鋼管(表1参照;各々の場合に残りは鉄)を酸
中に浸漬し、そして鉄鋼管中に置いた石英製の電気加熱
した浸漬ヒーターで加熱した。
【0024】
【表1】
【0025】電気加熱を開始し、そして硫酸を周囲圧力
及び320℃で沸騰させた。各々の場合に100時間後
に浸漬ヒーターを除去し、鉄鋼管を引き出し、洗浄し、
そして評価した。全ての場合に実験の過程中に硫酸中に
浸漬された部分の明らかな腐食を既に肉眼で観察するこ
とができた。重量評価により次の腐食割合が生じた: 合金A 0.8mm/a 合金B 0.9mm/a 合金C 1.0mm/a実施例 合金A、B及びC製の鉄鋼管を浸漬ヒーターとして操作
する前に沸騰していない熱酸中にて周囲圧力で浸漬する
ことにより不動態化処理した。この目的のためにフラス
コの内容物を所望の温度までに各々の場合に加熱マント
ルを用いて加熱した。不動態化後に鉄鋼管を比較例に示
すように浸漬ヒーターとして100時間用いた。実験の
結果を表2に示す:
【0026】
【表2】
【0027】本発明の主なる特徴及び態様は以下のとお
りである。
【0028】1.場合により有機化合物で汚染されてい
てもよい約80〜93重量%硫酸を約95乃至98重量
%間のH2SO4濃度に濃縮または精製する際に、 a)硫酸により湿潤されるべき装置の熱移動表面を不動
態化し; b)80〜93重量%の硫酸を装置に加え; c)場合により酸化剤を装置に加え;そして d)80〜93重量%硫酸を装置中で約0.1〜2バー
ルの絶対圧力で約270〜340℃の温度に加熱するこ
とにより蒸発させ;ここに装置の熱移動表面が 表面I 13〜32重量% クロム 5〜25重量% ニッケル 4〜9重量% ケイ素 最大0.07重量% 炭素 最大0.03重量% 硫黄 最大0.03重量% リン 最大8.0重量% マンガン 最大3.0重量% モリブデン 最大4.0重量% 銅 最大20.0重量% コバルト 最大4.0重量% タングステン 最大2.0重量% ニオブ、タンタルまたはその混合物 最大0.2重量% 窒素 100重量%になるまでの残部 10乃至65重量%間の量のデルタフェ ライトの比率を示す構造をもつ鉄 のオーステナイト−フェライト鉄合金を含むか;或いは 表面II 10〜12重量% クロム 15.5〜17.5重量% ニッケル 5.7〜6.5重量% ケイ素 最大0.06重量% 炭素 最大0.03重量% リン 最大0.03重量% 硫黄 最大1.5重量% マンガン 最大0.15重量% チタン 最大0.8重量% ジルコニウム 最大0.2重量% 窒素 最大0.3重量% モリブデン 最大0.01重量% ホウ素 最大0.25重量% 希土類金属 最大1.0重量% マグネシウム、アルミニウム、カルシウ ムまたはその混合物 100重量%に至るまでの残部 鉄 のオーステナイト合金を含むか;或いは 表面III 8〜16重量% クロム 20〜30重量% ニッケル >6.5〜7.4重量% ケイ素 最大0.03重量% 炭素 最大0.03重量% リン 最大0.01重量% 硫黄 最大1.0重量% マグネシウム、アルミニウム、カルシウ ムまたはその混合物 100重量%に至るまでの残部 鉄 のオーステナイト合金を含む 工程を含んでなる方法。
【0029】2.不動態化工程a)が、装置の熱移動表
面を約95〜98重量%硫酸を用いて約250〜340
℃の温度及び硫酸の沸騰を防止する圧力で処理すること
からなる、上記1に記載の方法。
【0030】3.不動態化工程a)を少なくとも24時
間行う、上記2に記載の方法。
【0031】4.95〜98重量%硫酸が、N2O3とし
て計算した場合少なくとも100ppmのニトロシル硫
酸を含む、上記2に記載の方法。
【0032】5.ニトロシル硫酸が、約500〜5,0
00ppmの量である、上記4に記載の方法。
【0033】6.不動態化工程a)を少なくとも12時
間行う、上記4に記載の方法。
【0034】7.不動態化工程a)が、装置の熱移動表
面を約95〜100重量%硝酸を用いて約70〜90℃
の温度及び硝酸の沸騰を防止する圧力で処理することか
らなる、上記1に記載の方法。
【0035】8.硝酸が約98〜99重量%の濃度を有
する、上記7に記載の方法。
【0036】9.不動態化工程a)を少なくとも12時
間行う、上記7に記載の方法。
【0037】10.熱移動表面が浸漬ヒーターの部分を
形成する、上記1に記載の方法。
【0038】11.浸漬ヒーターが電気的ヒーターであ
る、上記10に記載の方法。
【0039】12.絶対圧力が約0.5〜1.1バール
である、上記1に記載の方法。
【0040】13.80〜93重量%硫酸が低濃度の純
硫酸または廃棄硫酸の蒸発生成物からなる、上記1に記
載の方法。
【0041】14.酸化剤が硝酸、ニトロシル硫酸、過
酸化水素またはその混合物からなる、上記1に記載の方
法。
【0042】15.鉄合金が表面Iからなる、上記1に
記載の方法。
【0043】16.鉄合金が表面IIからなる、上記1
に記載の方法。
【0044】17.鉄合金が表面IIIからなる、上記
1に記載の方法。
【0045】18.浸漬ヒーターが硫酸で湿潤されるべ
き不動態化熱移動表面からなり、その際に不動態化熱移
動表面が 表面I 13〜32重量% クロム 5〜25重量% ニッケル 4〜9重量% ケイ素 最大0.07重量% 炭素 最大0.03重量% 硫黄 最大0.03重量% リン 最大8.0重量% マンガン 最大3.0重量% モリブデン 最大4.0重量% 銅 最大20.0重量% コバルト 最大4.0重量% タングステン 最大2.0重量% ニオブ、タンタルまたはその混合物 最大0.2重量% 窒素 100重量%に至るまでの残部 10乃至65重量%間の量のデルタフェラ イトの比率を示す構造をもつ鉄 のオーステナイト−フェライト鉄合金を含むか;或いは 表面II 10〜12重量% クロム 15.5〜17.5重量% ニッケル 5.7〜6.5重量% ケイ素 最大0.06重量% 炭素 最大0.03重量% リン 最大0.03重量% 硫黄 最大1.5重量% マンガン 最大0.15重量% チタン 最大0.8重量% ジルコニウム 最大0.2重量% 窒素 最大0.3重量% モリブデン 最大0.01重量% ホウ素 最大0.25重量% 希土類金属 最大1.0重量% マグネシウム、アルミニウム、カルシウ ムまたはその混合物 100重量%に至るまでの残部 鉄 のオーステナイト合金を含むか;或いは 表面III 8〜16重量% クロム 20〜30重量% ニッケル >6.5〜7.4重量% ケイ素 最大0.03重量% 炭素 最大0.03重量% リン 最大0.01重量% 硫黄 最大1.0重量% マグネシウム、アルミニウム、カルシウ ムまたはその混合物 からなり、そして100%までの残りが鉄であるオース
テナイト合金からなる、硫酸の濃縮または精製用の電気
的浸漬ヒーター。
【0046】19.場合により有機化合物で汚染されて
いてもよい約80〜93重量%硫酸を約95乃至98重
量%間のH2SO4濃度に濃縮または精製する方法であっ
て、 a)硫酸により湿潤されるべき装置の熱移動表面を不動
態化し; b)80〜93重量%の硫酸を装置に加え; c)場合により酸化剤を装置に加え;そして d)80〜93重量%硫酸を装置中で約0.1〜2バー
ルの絶対圧力で約270〜340℃の温度に加熱するこ
とにより蒸発させ;ここに装置の熱移動表面がケイ素含
有オーステナイト鉄鋼またはケイ素含有オーステナイト
−フェライト鉄鋼の鉄合金を含んでなる方法。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 トマス・ビユルミングハウゼン ドイツ51381レーフエルクーゼン・アムメ ンクスホフ11

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 場合により有機化合物で汚染されていて
    もよい約80〜93重量%硫酸を約95乃至98重量%
    間のH2SO4濃度に濃縮または精製する方法であって、 a)硫酸により湿潤されるべき装置の熱移動表面を不動
    態化し; b)80〜93重量%硫酸を装置に加え; c)場合により酸化剤を装置に加え;そして d)80〜93重量%硫酸を装置中で約0.1〜2バー
    ルの絶対圧力で約270〜340℃の温度に加熱するこ
    とにより蒸発させ;ここに装置の熱移動表面が 表面I 13〜32重量% クロム 5〜25重量% ニッケル 4〜9重量% ケイ素 最大0.07重量% 炭素 最大0.03重量% 硫黄 最大0.03重量% リン 最大8.0重量% マンガン 最大3.0重量% モリブデン 最大4.0重量% 銅 最大20.0重量% コバルト 最大4.0重量% タングステン 最大2.0重量% ニオブ、タンタルまたはその混合物 最大0.2重量% 窒素 100重量%に至るまでの残部 10乃至65重量%間の量のデルタフェ ライトの比率を示す構造をもつ鉄 のオーステナイト−フェライト鉄合金を含むか; 表面II 10〜12重量% クロム 15.5〜17.5重量% ニッケル 5.7〜6.5重量% ケイ素 最大0.06重量% 炭素 最大0.03重量% リン 最大0.03重量% 硫黄 最大1.5重量% マンガン 最大0.15重量% チタン 最大0.8重量% ジルコニウム 最大0.2重量% 窒素 最大0.3重量% モリブデン 最大0.01重量% ホウ素 最大0.25重量% 希土類金属 最大1.0重量% マグネシウム、アルミニウム、カルシウ ムまたはその混合物 100重量%に至るまでの残部 鉄 のオーステナイト合金を含むか;或いは 表面III 8〜16重量% クロム 20〜30重量% ニッケル >6.5〜7.4重量% ケイ素 最大0.03重量% 炭素 最大0.03重量% リン 最大0.01重量% 硫黄 最大1.0重量% マグネシウム、アルミニウム、カルシウ ムまたはその混合物 100重量%に至るまでの残部 鉄 のオーステナイト合金を含む 工程からなる方法。
  2. 【請求項2】 不動態化工程a)が、装置の熱移動表面
    を約95〜98重量%硫酸を用いて約250〜340℃
    の温度及び硫酸の沸騰を防止する圧力で処理することか
    らなる、請求項1に記載の方法。
  3. 【請求項3】 不動態化工程a)を少なくとも24時間
    行う、請求項2に記載の方法。
  4. 【請求項4】 95〜98重量%硫酸が、N2O3として
    計算した場合少なくとも100ppmのニトロシル硫酸
    を含む、請求項2に記載の方法。
  5. 【請求項5】 ニトロシル硫酸が約500〜5,000
    ppmの量である、請求項4に記載の方法。
  6. 【請求項6】 不動態化工程a)を少なくとも12時間
    行う、請求項4に記載の方法。
JP10135921A 1997-05-07 1998-05-01 硫酸の濃縮または精製方法 Pending JPH10310408A (ja)

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