制造硫酸的方法、设备及系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明为一种制造硫酸的方法、设备及系统，尤其涉及一种可充分回收热能的制造硫酸的方法、设备及系统。
【背景技术】
[0002]硫酸是一种非常重要的化学品，其具有非常广泛的工业用途，不仅可以用来制造肥料、非碱性清洁剂、护肤品、油漆添加剂，还可以用来制作炸药。硫酸是许多工业所仰赖的基础原料，其需求量之大，早已反映在庞大的生产量上，并吸引世界上多个区域的业者投入。但是，各业者在顺利量产的同时，仍然得投入一些努力继续改良，以期能够增加设备效率、降低能耗、降低生产成本，进而提升经济效益与企业竞争力。
[0003]同时，随着科技的进步，不仅传统工业持续发展，愈来愈多的创新工业也快速发展，产能不断扩大，在制造的过程中，可能会产生硫酸的废液或是废酸。例如在半导体的清洗制程中，需要采用极高纯度的硫酸，并且添加一定比例的双氧水，以加速反应和提升清净效果，而使用过的废酸，在此情形之下包括有硫酸与双氧水。当产能到达一定水平时，所产生硫酸废液或是废酸的数量势必可观，这些不仅占了成本的一部分，也必需由业者花费心血做适当的回收处理，以符合法规的规范，并避免污染环境。
[0004]因此，如何能发展出一种硫酸的制造方法及设备，其不仅能够生产出高浓度的硫酸，以满足产业上使用的需求，尤其适用于将从工厂回收的废液、废酸再生为具经济价值的高浓度硫酸，同时又能借由充分回收热能以降低能耗，进而降低整体成本，便成为十分重要的课题。
【发明内容】
[0005]因此，本发明的目的是提供一种制造硫酸的方法，利用充分回收热能再加以妥善运用，以有效降低能耗解决能量浪费的问题。
[0006]本发明的另一目的是提供一种制造硫酸的设备，将工厂所排放出的废液、废酸重制成新的硫Ife广品。
[0007]本发明的再一目的是提供一种制造硫酸的系统，以达到节能减碳、友善环境、降低地球负荷的目的。
[0008]本发明提供一种制造一硫酸产品的方法，其包括以下步骤:提供至少一固态硫磺，于一熔硫液化槽中，将该固态硫磺热熔以转变成液态硫磺，燃烧该液态硫磺，以产生至少一产物，回收燃烧该液态硫磺所产生的一高阶热能，提供该高阶热能至一第一蒸馏塔与一第二蒸馏塔，回收燃烧该液态硫磺所产生的一低阶热能，提供该低阶热能至该熔硫液化槽，于一吸收反应塔中提供过氧化氢或含过氧化氢的硫酸以生成该硫酸产品，对该硫酸产品进行提浓或纯化，以提升该硫酸产品的浓度或纯度。
[0009]本发明另提供一种制造一硫酸产品的设备，其包括有一熔硫液化槽、一燃烧炉、一集尘器、一第一热交换器、一第二热交换器、一吸收反应塔、一第一蒸馏塔、一第二蒸馏塔以及一气提塔。该熔硫液化槽，用以将至少一固态硫磺转变成液态硫磺。该燃烧炉用以燃烧该硫磺，并将至少一产物输入第一热交换器。该第一热交换器用以回收燃烧该液态硫磺所产生的一高阶热能，并将该高阶热能经由一第一管线传递至第一蒸馏塔和第二蒸馏塔。该第二热交换器用以回收燃烧该液态硫磺所产生的一低阶热能，并将该低阶热能经由一第二管线传递至该熔硫液化槽。该产物是与该吸收反应塔中的过氧化氢反应，以生成该硫酸产品。该第一蒸馏塔和第二蒸馏塔用以对该硫酸产品进行提浓及纯化，以提升该硫酸产品的浓度及纯度。气提塔用来去除硫酸产品中的二氧化硫。
[0010]本发明再提供一种制造一硫酸产品的系统，其包括有一熔硫液化槽、一燃烧炉、至少一热交换器、一吸收反应塔、至少一蒸馏塔以及一气提塔。该熔硫液化槽，用以将至少一固态硫磺转变成液态硫磺。该燃烧炉用以燃烧该液态硫磺，并将至少一产物输入一吸收热交换器。该热交换用以回收燃烧该液态硫磺所产生的至少一热能。该产物是与该吸收反应塔中的过氧化氢反应，以生成该硫酸产品。该至少一蒸馏塔用以对该硫酸产品进行提浓或纯化，以提升该硫酸产品的浓度或纯度。气提塔用来去除硫酸产品中的二氧化硫。其中，该熔硫液化槽与至少一蒸馏塔运作所需的能源由回收的该热能所供给。
[0011]相较于常用技术，本发明的硫酸制造方法、设备及系统，是利用过氧化氢与二氧化硫产生硫酸。如此一来，不仅作为氧化剂的过氧化氢，经由反应而消失，免除了后续处理废弃物的麻烦，同时随着反应时间增加，反应吸收塔内的硫酸浓度只会愈来愈高，且随着双氧水反应耗尽，硫酸浓度将不再增加，并不会像一般氧化还原反应因为生成水，而将产品愈来愈稀释。此外，本发明的硫酸制造方法及设备，于充分回收硫磺燃烧所产生的大量热能的后，再将高阶热能以及低阶热能分别供应至蒸馏塔以及熔硫液化槽，以供硫酸产品提浓及纯化的用以及硫磺热熔之用，甚至于当高阶热能与低阶热能有剩余时，还可以再提供用于发电或是其他用途。因此，本发明的硫酸制造设备自成一个系统，并且在此系统中，熔硫液化槽与蒸馏塔运作所需的能源可借由热能回收再利用，以大幅降低外加的能源，完全是节能的操作。本发明的硫酸制造方法、设备及系统，非常适用于将工厂所排放出的废液、废酸重制成新的硫酸产品。不仅可以稳定提升硫酸浓度及纯度，更能使在废酸中的过氧化氢被有效去除及安定化。而所生成新的硫酸产品，能广泛应用于多种工业制程，可达节能减碳、友善环境、降低地球负荷的目的，并减少事业单位(即废液或废酸产出源)处理废酸所增加的费用，而回收再利用所新生的产品，除了取代新品原的耗用，更可以降低生产成本。
[0012]本发明的有益效果是，可制作出符合业界需求的中高浓度产品，并且因为运输时极少的比例是水，系统产生的热能可回收回系统再利用，大幅降低使用额外提供的能源，非常具有成本优势。
[0013]为让本发明的上述目的、特征和优点更能明显易懂，下文将以实施例并配合所附图式，作详细说明如下。需注意的是，所附图式中的各组件仅是示意，并未按照各组件的实际比例进行绘示。
【附图说明】
[0014]图1为本发明一较佳实施例的一制造硫酸的方法流程图。
[0015]图2为本发明一较佳实施例的一制造硫酸的设备示意图。
【具体实施方式】
[0016]请参考图1，图1为本发明一较佳实施例的一制造硫酸的方法流程图。如图1所示，本实施例的制造硫酸的方法，是先提供固态硫磺(步骤S101)。
[0017]然后，将固态硫磺用粉碎机处理(步骤SlOla)，调整颗粒大小，再置入熔硫液化槽。之后，将固态硫磺置入熔硫液化槽热熔(步骤S102)，以促进硫磺的热熔，一般而言，熔硫液化槽的温度是被控制着，以使熔硫的温度落在149°C左右，如此才可避免产生高黏滞度的液态硫而造成设备损毁。
[0018]接着将液态硫磺进行粗滤处理(步骤S103)，通常是利用篮式过滤器将液态硫磺进行粗滤，使洁净的液体通过，但是将固体杂质阻挡在滤篮里。然后将经过粗滤的液态硫磺进行雾化处理(步骤S104)。所谓雾化处理，即是将硫磺分子处理成为更小的分子，有助于燃烧时更完全、更均匀。
[0019]再进行燃烧(步骤S105)，将经过雾化处理的硫磺在燃烧炉中燃烧，于此步骤中，欲达到良好的效果，温度的控制相对重要。若是在冷炉使用的情况之下，必需先将炉温升温，才可以进料，由于燃烧就是一种剧烈的氧化反应，有氧参与反应，并放出大量的光和热，造成此步骤的燃烧温度约为1093°C。而由于氧的参与反应，硫磺与氧将会反应并生成二氧化硫(SO2)，以供后续步骤与过氧化氢(H2O2)反应再制作成硫酸。此外，当一个特定反应的自由能变化小于零时(AG < O)，此反应必定为自发反应。而自由能变化的计算如下:
[0020]AG = Λ H-T Λ S
[0021]其中，Λ H为反应热，T为绝对温度，Λ S为熵(entropy)的变化。如前所述，硫磺的燃烧放出大量的热，所以是放热反应，亦即ΛΗ<0。并且熵可视为乱度的指标，燃烧使乱度增加，亦即AS >0，代入上式可得AG必定小于零，因此为自发反应。可以理解的，在硫磺燃烧产生二氧化硫的反应中，所需要的只是将瓦斯点火，帮助可燃物达到燃点之后就会自行燃烧，完全不需要供给额外的能源。并且在达到燃点之后，反应还会释放出大量的热倉泛。
[0022]接着，如图1所示，将硫磺燃烧产物的灰份去除(步骤S106)，利用旋风分离器及/或过滤系统将燃烧的产物去尘，并收集粉尘，再将去除完灰份的硫磺燃烧产物，也就是二氧化硫输入至一第一废热锅炉。
[0023]接着回收高阶热能(步骤S107)，利用第一废热锅炉来回收部分前述燃烧所产生的热能，在这个步骤中，由于目的是回收高阶的热能，所以可依据实际情况选择传递热能的媒介，例如热煤油或水，以吸收前述燃烧所产生的大量热能，直到生成气体的温度降到260°C左右。再将所回收的高阶热能传递至一第一蒸馏塔与一第二蒸馏塔(步骤S108)，以供后续提高浓度或纯度之用。
[0024]然后回收低阶热能(步骤S109)，利用一第二废热锅炉继续回收前述燃