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公開番号2025080736
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-26
出願番号2024124557
出願日2024-07-31
発明の名称高効率省エネ製造廃熱回収利用システム及びそのプロセス、並びにシリカゲル量産方法製造
出願人青島美高集団有限公司,Qingdao Meigao Group Co., Ltd.
代理人個人
主分類C01B 33/16 20060101AFI20250519BHJP(無機化学)
要約【課題】高効率省エネ製造廃熱回収利用システムを提供する。
【解決手段】物質を乾燥する工程で発生する熱湿気の熱エネルギーを回収して利用する湿気廃熱回収モジュールを含み、前記湿気廃熱回収モジュールは、物質を載置するコンベア、乾燥機、圧縮機及び/又は熱交換器を含み、前記コンベアは、複数の乾燥機を順次通過し、前記乾燥機は、それぞれ配管を介して圧縮機及び/又は熱交換器に接続され、前記圧縮機及び/又は熱交換器で発生する熱湿気は物質の乾燥にリサイクルされる。さらに、本発明はまた、シリカゲル量産方法を提供する。本発明によるシリカゲル量産方法は、シリカゲルを製造する過程は環境にやさしい循環を形成し、廃水、廃気及び固体廃棄物の排出がなく、硫黄元素、ナトリウム元素、ケイ素元素の循環を実現すると共に、水資源及び熱資源の循環も実現し、高効率省エネが図られ、工業的な量産に適している。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
高効率省エネ製造廃熱回収利用システムであって、
物質を乾燥する工程で発生される熱湿気の熱エネルギーを回収して利用する湿気廃熱回収モジュール（Ｒ－４）を含み、前記湿気廃熱回収モジュール（Ｒ－４）は、物質を載置するコンベア、乾燥機、圧縮機及び／又は熱交換器を含み、前記コンベアは、複数の乾燥機を順次通過し、前記乾燥機は、それぞれ配管を介して圧縮機及び／又は熱交換器に接続され、前記圧縮機及び／又は熱交換器で発生される熱湿気は物質の乾燥にリサイクルされ、
前記湿気廃熱回収モジュール（Ｒ－４）は、具体的には、予熱式コンベア（１）、第１乾燥機（２）、第２乾燥機（３）、第３乾燥機（４）、第１圧縮機（５）、及び第１熱交換器（６）を含み、前記予熱式コンベア（１）は、第１乾燥機（２）、第２乾燥機（３）、及び第３乾燥機（４）を順次通過し、前記予熱式コンベア（１）、第１乾燥機（２）、第２乾燥機（３）は、それぞれ配管を介して第１圧縮機（５）に接続され、前記第２乾燥機（３）、第３乾燥機（４）は、それぞれ配管を介して第１熱交換器（６）に接続され、前記物質はシリカゲルである、ことを特徴とする高効率省エネ製造廃熱回収利用システム。
続きを表示（約 2,700 文字）【請求項２】
前記製造廃熱回収利用システムは、
製造工程で発生される高温排煙の熱エネルギーを回収して利用する排煙廃熱回収モジュール（Ｒ－１）をさらに含み、前記排煙廃熱回収モジュール（Ｒ－１）は、余熱ボイラー（７）、第２熱交換器（８）、及び第１ヒートポンプ（９）を含み、前記余熱ボイラー（７）の排煙入口端は、高温排煙を発生する反射炉（１０）及び硫黄燃焼炉（１２）に接続され、前記余熱ボイラー（７）の排煙出口端は、第２熱交換器（８）の中温排煙入口端に接続され、前記第２熱交換器（８）の高温空気出口端は、反射炉（１０）及び硫黄燃焼炉（１２）にそれぞれ接続され、前記第２熱交換器（８）の排煙出口端は、第１ヒートポンプ（９）に接続され、前記第１ヒートポンプ（９）は、外部の常温の空気及び水道水と接続され、前記第１ヒートポンプ（９）の中温空気出口端は、第２熱交換器（８）に接続される、ことを特徴とする請求項１に記載の高効率省エネ製造廃熱回収利用システム。
【請求項３】
前記製造廃熱回収利用システムは、
原料を調製する工程で発生される熱エネルギーを回収して利用する第１廃水廃熱回収モジュール（Ｒ－２）をさらに含み、前記第１廃水廃熱回収モジュール（Ｒ－２）は、冷却器を含み、水道水又は塩回収処理装置による廃水が前記冷却器を流れて昇温された後水洗装置（１３）に流れる、ことを特徴とする請求項１に記載の高効率省エネ製造廃熱回収利用システム。
【請求項４】
前記製造廃熱回収利用システムは、
塩を回収処理する工程で発生される熱エネルギーを回収して利用する第２廃水廃熱回収モジュール（Ｒ－３）をさらに含み、前記第２廃水廃熱回収モジュール（Ｒ－３）は、第２ヒートポンプ（１６）及び混合加熱器（１７）を含み、前記第２ヒートポンプ（１６）は、配管を介して水洗装置（１３）に接続され、前記水洗装置（１３）は、配管を介して混合加熱器（１７）に接続される、ことを特徴とする請求項３に記載の高効率省エネ製造廃熱回収利用システム。
【請求項５】
前記製造廃熱回収利用システムは、
シリカゲルを乾燥する工程で発生される熱エネルギーを回収して利用する第３廃水廃熱回収モジュール（Ｒ－５）をさらに含む、ことを特徴とする請求項４に記載の高効率省エネ製造廃熱回収利用システム。
【請求項６】
高効率省エネ製造廃熱回収利用プロセスであって、
請求項１に記載の製造廃熱回収利用システムを使用して熱エネルギーを回収して利用し、
前記製造廃熱回収利用プロセスは、
コンベア上に湿物質を載置し、コンベアにより複数の乾燥機を順次通過させて搬送し、複数の乾燥機によって物質を乾燥して乾物質を得る熱湿気の熱回収利用工程を含み、
前記コンベア及び乾燥機は、それぞれ配管を介して圧縮機及び／又は熱交換器に接続され、前記圧縮機及び／又は熱交換器で発生される熱湿気は、物質の乾燥にリサイクルされる、ことを特徴とする高効率省エネ製造廃熱回収利用プロセス。
【請求項７】
シリカゲル量産方法であって、
ケイ素源、ナトリウム塩、及び硫黄含有燃料を所定の割合で、特定の反応温度で反応させ、ケイ酸ソーダを生成し、二酸化硫黄を豊富に含有する排煙を発生するステップＳ１と、
前記ステップＳ１における二酸化硫黄を豊富に含有する排煙を余熱ボイラーに流入させ、硫黄燃焼炉に硫黄を添加し、適量の空気を補充して、約１０００℃で燃焼させ続け、生成された二酸化硫黄排煙をも余熱ボイラーに流入させ、反射炉及び硫黄燃焼炉の出口からの排煙が余熱ボイラーにより熱エネルギーが回収された後、排煙の温度を２３０～２５０℃に降温させ、排煙の二酸化硫黄濃度が５．６体積％以上になり、その後酸洗浄化セクションに入り、浄化し、乾燥させ、コンバータに流入させ、触媒転換によって三酸化硫黄に転換し、最後に濃硫酸で吸収して、工業用硫酸を得るステップＳ２と、
ステップＳ１で生成されたケイ酸ソーダとステップＳ２で得られた硫酸とを用いて溶液を調製し、ゲル化し、熟成、切断、水洗、乾燥を行って、乾燥シリカゲルが製造され、シリカゲルを乾燥する工程において、請求項１に記載の製造廃熱回収利用システムを用いて熱湿気の熱エネルギーを回収して利用し、物質の乾燥にリサイクルするステップＳ３と、を含む、ことを特徴とするシリカゲル量産方法。
【請求項８】
前記ステップＳ１における前記ケイ素源は、（ａ１）石英砂、（ａ２）前記ステップＳ３において乾燥シリカゲルを製造するステップで生成される乾燥シリカゲルの屑、（ａ３）前記ステップＳ３において熟成及び切断のステップで生成される湿潤シリカゲルの屑、（ａ４）前記ステップＳ３においてケイ酸ソーダによる溶液調製時に濾過して析出するアルカリ性泥、及び（ａ５）ポリシリコンスラグから選択されるいずれかである、ことを特徴とする請求項７に記載のシリカゲル量産方法。
【請求項９】
前記ステップＳ１における前記ナトリウム塩は、（ｂ１）前記ステップＳ３において水洗工程で生成される硫酸ナトリウム塩水を脱塩した後の硫酸ナトリウム十水和物、（ｂ２）前記ステップＳ３において水洗工程で生成される硫酸ナトリウム塩水を脱塩した後の無水硫酸ナトリウム、（ｂ３）チオ硫酸ナトリウム、チオシアン酸ナトリウム、亜硫酸ナトリウムである硫黄含有固体廃棄物ナトリウム塩、（ｂ４）前記ステップＳ３においてケイ酸ソーダを製造する工程において水焼入れ槽で生成される水焼入れ液から選択されるいずれかである、ことを特徴とする請求項７に記載のシリカゲル量産方法。
【請求項１０】
前記ステップＳ３における水洗工程において、水洗工程に使用される水は、（ｃ１）処理済みの水洗工程で発生される廃水、（ｃ２）前記ステップＳ３においてシリカゲル乾燥工程で発生される水蒸気を凝縮した水、（ｃ３）前記ステップＳ３において硫黄燃焼炉、余熱ボイラーで発生される凝縮水、（ｃ４）前記ステップＳ２において前記硫黄燃焼炉、余熱ボイラーで発生される降温水、（ｃ５）前記ステップＳ３において硫酸による溶液を調製する工程で発生される冷却水、及び（ｃ６）前記ステップＳ３において熟成、切断工程で発生される熟成水から選択されるいずれか１種又は複数種である、ことを特徴とする請求項７に記載のシリカゲル量産方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリカゲルを製造する分野に関し、特に、高効率省エネ製造廃熱回収利用システム及びそのプロセス、並びにシリカゲル量産方法に関する。
続きを表示（約 3,600 文字）【背景技術】
【０００２】
シリカゲルは、三次元網目構造を有するシリカキセロゲルであり、細孔の分布範囲が広く、比表面積が大きい多孔質物質であり、表面に多数のシラノール基が覆われており、一定の活性を持っている。このような特性により、シリカゲルは、乾燥剤や、吸着剤、触媒、触媒担体などとして重要な役割を果たしており、医療、エレクトロニクス、化粧品、食品加工などの工業製造分野に広く使用されている。
【０００３】
シリカゲルの製造プロセスでは、ケイ酸ソーダと硫酸を主原料とし、ゾル・ゲル法によりケイ酸ゲルを生成し、その後、熟成・切断、水洗、乾燥を経て、シリカゲル完成品を得る。製造工程全体にわたって製造物には、完成品のシリカゲルのほか、湿潤シリカゲルの屑、乾燥シリカゲルの屑、硫酸ナトリウム塩水及び廃水も含まれる。現在、湿潤シリカゲルの屑、乾燥シリカゲルの屑の処分方法としては、スクラップとして処理するか、安価で販売することである。硫酸ナトリウム塩水は、濃度や処理コストなどの理由から回収コストが比較的高く、回収物の価値が高くないため、必然的に廃水として下水処理場に排出されて処理される。生成される水洗用の水や凝縮水などの廃水も下水として下水処理場に直接排出されて処理される。中国特許第２０１２１０１２１８７０．５号は、シリカゲルの調製方法を開示しており、それは、ＮａＨＣＯ
３
又はＮＨ
４
ＨＣＯ
３
を原料として、ケイ酸ナトリウムＮａ
２
Ｏ・ｎＳｉＯ
２
と反応させて、ＳｉＯ
２
ヒドロゲルを生成し、成形、熟成及び乾燥工程を経って、シリカゲルを得る方法である。この方法では、回収された洗浄液（又は濾液など）は主にＮａ
２
ＣＯ
３
を含有する（又はＮＨ
３
・Ｈ
２
Ｏも含有する）ため、ＣＯ
２
を導入して反応させることにより反応原料を再取得することができ、したがって、ケイ素源を除き、他の化学物質はすべてリサイクル可能であり、従来技術と比較して、シリカゲルの原料コストをある程度削減でき、酸や塩を含有する廃水の発生や環境汚染の問題を解決することができる。しかし、該特許の技術的解決手段は、理論的に実現可能であるだけで、一方では、廃水に二酸化炭素を添加するため、コストは非常に高くなり、他方では、この特許の技術では、原料の消費量と製造物の収量は実験室の段階に留まり、弱酸反応効果がよくないため、シリカゲルの量産のニーズを満たすことができない。
【０００４】
ケイ酸ソーダは、固体のケイ酸ナトリウムであり、その分子式がＮａ
２
Ｏ・ｎＳｉＯ
２
であり、ｎは弾性率であり、ＳｉＯ
２
とＮａ
２
Ｏのモル比を指し、一般に１．５～３．５であり、固体のケイ酸ナトリウムは、弾性率が大きいほど、水に溶解するのは難しくなり、ｎが１の場合に、常温の水に溶解できるが、ｎが大きくなると、溶解には熱水が必要となり、ｎが３よりも大きい場合、溶解には４気圧を超える蒸気が必要である。ケイ酸ナトリウムは、弾性率が大きいほど、酸化ケイ素の含有量が多くなり、ケイ酸ナトリウムの粘度が高くなり、分解して硬化しやすくなり、結合力が大きくなる。ケイ酸ナトリウムは、産業チェーンの最も上流の製品であり、他の下流製品を製造するための基礎化学原料として使用されることが多く、シリカゲルを製造するための重要な原料でもある。
【０００５】
ケイ酸ナトリウムの製造には乾式製造と湿式製造とがある。乾式製造にはソーダ灰法や硫酸ナトリウム法がある。このうち、ソーダ灰法は、石英砂とソーダ灰を一定の割合で混合し、反射炉で約１４００℃まで加熱して溶融ケイ酸ナトリウムを製造する方法である。湿式製造には苛性ソーダ法があり、苛性ソーダ法は、石英砂（粉末）と苛性ソーダを原料とし、オートクレーブ内で０．６～１．０ＭＰａの蒸気と反応させて、液体ケイ酸ナトリウムを直接製造する方法である。上記の製造方法のうち、従来技術では、ソーダ灰法が一般的であるが、このソーダ灰法は、製品１トン当たり１３７キログラム以上のＣＯ
２
を排出し、生態環境に悪影響を与える。ケイ酸ソーダの製造にあたって、硫酸ナトリウム法は、ソーダ灰法や苛性ソーダ法に比べて、コストが低いため、企業に好まれているが、この方法には次のような問題もある。第一に、環境汚染が深刻であり、既存の脱硫処理ではほとんど効果がない。例えば、ケイ酸ソーダの製造に無水硫酸ナトリウムを使用する場合、その製造過程で硫酸ナトリウムが石英砂と化学反応を起こし、大量の二酸化硫黄ガスが発生する。この方法では、製造過程では大量のＳＯ
２
が発生し、製品１トン当たり２００キログラム以上のＳＯ
２
が排出され、これはソーダ灰法による排出量の１３０倍であり、深刻な環境汚染につながる。従来技術では、アルカリ吸収法、触媒法、アンモニア水吸収法などの脱硫処理を試みたが、脱硫効率が高くなく、経済的な投資と結果が不釣り合いであり、処理後の二酸化硫黄の濃度が排出基準を大きく逸脱しており、たとえ硫酸塩や亜硫酸塩に中和され排出されても資源の浪費をもたらす。第二に、反応のための反射炉設備内では、厳しい酸性雰囲気により、耐火レンガの腐食が激しく、炉の使用期間はわずか４～６か月である。また、環境保護法規制の制約により、硫酸ナトリウム法は、その技術的発展が制限され、硫酸ナトリウム法でケイ酸ソーダを製造する技術は、既存技術では放棄された製造技術となっている。
【０００６】
従来の硫酸の製造プロセスでは、酸素富化空気を導入した焼却炉で硫黄又は黄鉄鉱を燃焼させ、生成された二酸化硫黄を含有するガスを除塵した後、適切な量の空気を添加したうえ転換炉に流入させ、ミョウバン触媒で二酸化硫黄を三酸化硫黄に転換し、最後に、希硫酸で吸収することで硫酸が生成される。しかし、製造工程に必要な酸素富化空気は、空気分離装置によって供給される。中国特許第ＣＮ２０２０１０８８８１６５．２号は、高硫黄含有量塩からケイ酸ナトリウムと硫酸を製造する方法及び装置を開示しており、硫黄含有工業塩と二酸化ケイ素を全酸素で燃焼させ、ケイ酸アトリウムを製造する。製造過程で発生される硫黄含有排煙が熱交換、除塵、転換、吸収を経て、硫酸が生成されるが、該特許の技術的解決手段による製造シナリオでは、酸の連続的かつ定常的な製造を実現するために、空気分離装置から供給される酸素富化空気を使用する必要があるが、このような設計は製造投入コストを増加させる。。
【０００７】
さらに、ケイ酸ソーダの製造時に発生する廃熱やシリカゲルの製造時の廃熱は非常に貴重な熱資源であり、従来技術ではケイ酸ソーダの製造やシリカゲルの製造に特化した廃熱回収システムは存在しない。
したがって、従来技術は早急に解決すべきである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、従来技術の欠点に対して、高効率省エネ製造廃熱回収利用システム及びそのプロセス、並びにシリカゲル量産方法を提供することにある。上記の問題を踏まえて、本発明で提案された高効率省エネ製造廃熱回収利用システム及びそのプロセス、並びにシリカゲル量産方法では、シリカゲルを製造する工程が環境にやさしい循環を形成し、廃気、廃水、及び固体廃棄物の排出がなく、硫黄元素、ナトリウム元素、ケイ素元素の循環を実現すると共に、水資源及び熱資源の循環も実現することができ、高効率省エネが図られ、工業的な量産に適している。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の技術的解決手段は、以下のように達成される。
【００１０】
高効率省エネ製造廃熱回収利用システムであって、物質を乾燥する工程で発生される熱湿気の熱エネルギーを回収して利用する湿気廃熱回収モジュールを含み、前記湿気廃熱回収モジュールは、物質を載置するコンベア、乾燥機、圧縮機及び／又は熱交換器を含み、前記コンベアは、複数の乾燥機を順次通過し、前記乾燥機は、それぞれ配管を介して圧縮機及び／又は熱交換器に接続され、前記圧縮機及び／又は熱交換器で発生される熱湿気は、物質の乾燥にリサイクルされる。
（【００１１】以降は省略されています）

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