湿式硫酸法

湿式硫酸法（WSA法）はガス脱硫法です。デンマークのハルドール・トプソー社が1987年にこの技術を導入して以来、高圧蒸気を同時に生成しながら、さまざまなプロセスガスから硫黄を商業品質の硫酸（H ₂ SO ₄）の形で回収するプロセスとして認知されてきました。WSA法は、硫黄除去が課題となるあらゆる産業に適用できます。

湿式触媒プロセスは、次のような硫黄含有ストリームの処理に使用されます。^[1]

例えばアミンガス処理装置からのH ₂ Sガス
酸性水ストリッパー（SWS）ガスからのオフガス
レクチソルからのオフガス
アルキル化装置からの使用済み酸
クラウスプロセス排ガス
重質残留物または石油コークス燃焼ユーティリティボイラーの排ガス
各種プロセスからのボイラー排ガスSNOX排ガス脱硫
冶金プロセスガス
硫酸の製造

プロセス

WSAプロセスにおける主な反応

燃焼：2 H ₂ S + 3 O ₂ ⇌ 2 H ₂ O + 2 SO ₂ (-1036 kJ/mol)
酸化：2 SO ₂ + O ₂ ⇌ 2 SO _{3 (-198 kJ/mol) [酸化}バナジウム(V)触媒存在下]
水和: SO ₃ + H ₂ O ⇌ H ₂ SO ₄ (g) (-101 kJ/mol)
凝縮：H ₂ SO ₄ (g) ⇌ H ₂ SO ₄ (l) (-90 kJ/mol)

上記の反応によって放出されるエネルギーは蒸気生成に使用されます。1トンの酸あたり約2～3トンの高圧蒸気が生成されます。

産業用途

WSA プロセスプラントが設置されている業界:

ガス化炉用WSA

ガス化炉の後に設置されたレクチソル、セレキソル、アミンガス処理装置または類似の装置から発生する酸性ガスには、CO ₂に加えて、 H ₂ S、COS、炭化水素が含まれています。これらのガスは以前は大気中に放出されていましたが、現在では酸性ガスはSO ₂排出による環境への影響を防ぐために精製する必要があります。WSAプロセスは、高い硫黄回収率を提供し、蒸気製造のために熱を回収します。熱回収率が高く、冷却水の消費量が少ないため、資源を節約できます。^[2]

ガス化のためのWSAプロセスの例

例1:

供給ガス流量: 14,000 Nm ³ /h
組成[vol %]: 5.8% H ₂ S、1.2% COS、9.7% HC、77.4% CO ₂
SOx濃度[vol%]: 1.58%
H ₂ SO ₄生産量: 106 MTPD
蒸気生産量: 53 トン/時
冷却水消費量: 8 m ³ /トン酸 (デルタT = 10 °C)
燃料消費量: 1,000 Nm ³ /h (LHV = 2,821 kcal/Nm ³ )

例2：中国の硫黄工場はアンモニア工場と併設して建設され、肥料生産用のアンモニアを年間500キロトン生産する ^[3]

廃酸の再生と硫酸の製造

WSA プロセスは、硫黄燃焼による硫酸の製造や、アルキル化プラントなどからの使用済み酸の再生にも使用できます。湿式触媒プロセスは、供給ガスが触媒と接触するときに過剰な水分を含むという点で、他の接触硫酸プロセスとは異なります。二酸化硫黄の触媒酸化によって生成された三酸化硫黄は、水分と即座に反応して、温度によって決まる程度まで蒸気相で硫酸を生成します。その後、硫酸蒸気の凝縮によって液体酸が生成され、乾燥ガスに基づく接触プロセスのように三酸化硫黄が濃硫酸に吸収されることはありません。

生成酸の濃度は、触媒変換ガス中のH ₂ O:SO ₃比と凝縮温度に依存する。^[4]^[5]

燃焼ガスは、コンバーター入口温度の約 420 ～ 440 °C まで冷却されます。従来の冷ガス接触プロセス (DCDA) プラントでこれらの湿ったガスを処理するには、ガスを冷却して乾燥し、水分をすべて除去する必要があります。したがって、ほとんどの場合、WSA プロセスは硫酸を生産するよりコスト効率の高い方法です。

世界の硫黄生産量の約80%から85%は硫酸の製造に使用されています。世界の硫酸生産量の50%は肥料生産に使用され、主にリン酸塩を水溶性の形態に変換するために使用されます。これは、国連工業開発機関（UNIDO）と国際肥料開発センターが共同で発行した肥料マニュアルによるものです^[6]

参考文献

^ Gary, JH & Handwerk, GE (1984).石油精製技術と経済(第 2 版). Marcel Dekker, Inc. ISBN 0-8247-7150-8。
^ TOPSOE. 「硫酸 | 湿性ガス硫酸 (WSA) | H2SO4 | Haldor Topsoe」www.topsoe.com . 2022年6月12日閲覧。
^ [1]; ワールドフューエルズ
^ 硫黄回収; (2007)。WSA プロセスによる硫黄回収のプロセス原理。デンマーク: Jens Kristen Laursen、Haldor Topsoe A/S。Hydrocarbonengineering 2007 年 8 月号より転載
^ UHF Sander、H. Fischer、U. Rothe、R. Kola (1984)。硫黄、二酸化硫黄および硫酸（第 1 版）。The British Sulphur Corporation Limited。ISBN 0-902777-64-5。
^ [2]; (2008年7月)。IFDC 肥料と食糧安全保障に焦点を当てる、第4号; 硫酸の世界的不足が肥料コストの上昇に寄与 2009年1月6日アーカイブ、Wayback Machine

[Gary-1] Gary, JH & Handwerk, GE (1984).石油精製技術と経済(第 2 版). Marcel Dekker, Inc. ISBN 0-8247-7150-8。

[2] TOPSOE. 「硫酸 | 湿性ガス硫酸 (WSA) | H2SO4 | Haldor Topsoe」www.topsoe.com . 2022年6月12日閲覧。

[3] [1]; ワールドフューエルズ

[4] 硫黄回収; (2007)。WSA プロセスによる硫黄回収のプロセス原理。デンマーク: Jens Kristen Laursen、Haldor Topsoe A/S。Hydrocarbonengineering 2007 年 8 月号より転載

[Industrial_Chemistry_and_Technology-5] UHF Sander、H. Fischer、U. Rothe、R. Kola (1984)。硫黄、二酸化硫黄および硫酸（第 1 版）。The British Sulphur Corporation Limited。ISBN 0-902777-64-5。

[6] [2]; (2008年7月)。IFDC 肥料と食糧安全保障に焦点を当てる、第4号; 硫酸の世界的不足が肥料コストの上昇に寄与 2009年1月6日アーカイブ、Wayback Machine