JP2005533994A - クラウスプラント用廃熱ボイラー - Google Patents

Abstract

この発明の装置は、クラウスプラント用の廃熱ボイラー（３）であり、この廃熱ボイラーは、耐圧ケーシング（１４）によって取り囲まれた蒸気ボイラー室と、この蒸気ボイラー室を通って延び、その両端がチューブシート（１９）に嵌め込まれた熱交換用パイプから成る長いパイプ群（１８）と、同じくその流出側の端部がこのチューブシート（１９）に嵌め込まれ、その流入側の端部が流入室（２１）と合流したより短い熱交換用パイプから成る少なくとも一つの別のパイプ群（２０）と、前記の流出側の端部において、このチューブシート（１９）と接続され、区画に区切られたヘッド部分（２２）とを有する。この長いパイプ群（１８）には、燃焼室（２）から流れ出た高温のプロセスガスが貫流する。この流入室（２１）は、この蒸気ボイラー室内に配置されており、クラウスプラントの触媒反応器（４）からのより低温のプロセスガス（１０）を当てられる。これらのヘッド部分（２２）の区画は、それぞれ一つのパイプ群（１８，２０）に割当てられている。これらの区画には、凝縮された硫黄を排出するための機器が接続されている。

Description

この発明は、クラウスプラント用廃熱ボイラーに関する。

クラウスプラントでは、硫化水素が純粋な硫黄に変換され、この純粋な硫黄は、プロセスガス流を冷却することによって凝縮されて、液体の形で分離される。クラウスプラントは、その基本的な構成において、燃焼室、廃熱ボイラー、並びに少なくとも一つの触媒反応器から構成される。Ｈ₂ Ｓを含む酸性気体が、空気及び燃料ガスと一緒に燃焼室に送られ、そこで発熱反応により、硫化水素の約６０〜７０％が硫黄に変換される。このプロセスガスは、約１２００°Ｃの温度で燃焼室を流れ出て、廃熱ボイラー内で、１７０°Ｃ以下の温度に冷却される。凝縮された硫黄を分離した後、プロセスガスは、再び加熱されて、触媒反応器に供給され、そこで、３００°Ｃ以下の動作温度で、未だプロセスガス内に含まれている硫化水素が、純粋な硫黄に変換される。触媒反応器を流れ出たプロセスガスは、硫黄を凝縮するのに必要な温度に冷却される。硫黄を分離した後、プロセスガスは、通常別の触媒反応器に供給され、そこで硫化水素の残留物が、新たにプロセスガスを冷却した後に分離可能である硫黄に変換される。一般的には、一方における燃焼室から流れ出た高温のプロセスガスの冷却と他方における触媒反応器を流れ出たプロセスガスの冷却のために、別々の廃熱ボイラーが用いられる。非特許文献１には、二段式の廃熱ボイラーを有するクラウスプラントが記載されており、そのボイラー内において、燃焼室からのプロセスガス並びに触媒反応器からのプロセスガスが冷却される。この廃熱ボイラーの具体的な実施形態は、記載されていない。入って来るプロセスガス流の大きな温度差のために、大きな熱応力が発生することを危惧しなければならず、この大きな熱応力は、単一の設備だけで制御することは困難である。
Ullmanns Encyklopaedie der technischen Chemie, Band 21, Seite 11, Abb. 7

この発明の課題は、簡単に構成され、かつ単一の設備で燃焼室から流れ出た高温のプロセスガスの冷却も、触媒反応器から流れ出たより低温のプロセスガスの冷却も可能とする、減圧された蒸気を生成するためのクラウスプラント用廃熱ボイラーを提供することである。

この発明の装置及びこの課題の解決手段は、
・耐圧ケーシングによって取り囲まれた蒸気ボイラー室と、
・この蒸気ボイラー室を通って延び、その両端がこの蒸気ボイラー室の境界を定めるチューブシートに嵌め込まれた熱交換用パイプから成る長いパイプ群と、
・その流出側の端部が同じくこのチューブシートに嵌め込まれ、その流入側の端部が流入室と合流したより短い熱交換用パイプから成る、少なくとも一つの別のパイプ群と、
・前記の流出側の端部において、このチューブシートと接続され、区画に区切られたヘッド部分とを備え、
その際燃焼室から流れ出た高温のプロセスガスは、この長いパイプ群を貫流し、そしてこの流入室は、この蒸気ボイラー室内に配置されており、クラウスプラントの触媒反応器からのより低温のプロセスガスを当てられ、そしてこれらのヘッド部分の各区画は、それぞれ一つのパイプ群に割当てられており、そしてこれらの区画には、凝縮された硫黄を排出するための機器が接続されているクラウスプラント用廃熱ボイラーである。

この廃熱ボイラーは、寝かせた形で配置される。蒸気ボイラー室には、ボイラー給水の供給を制御するための通常の機器及び蒸気排出機器が接続されている。蒸気ボイラー室内に組み込まれた流入室によって、熱膨張を補償するための費用のかかる措置を必要とすることなく、異なったガス流入温度を制御することができる。

この発明の有利な実施形態では、流入側のチューブシートには、燃焼室又は燃焼室を含むクラウスプラントの分解反応器に直に固定するための接続フランジを有するヘッド部分が接続される。流入室は、ケーシング側にプロセスガス用のガス流入口を有する。クラウスプラントが２００°Ｃと３００°Ｃの間の動作温度で動かされる二つ又は複数の触媒反応器を有する場合、この流入室を流入室区画に区切るのが目的に適っており、その際これらの流入室区画は、ケーシング側にクラウスプラントの触媒反応器からのプロセスガス用のガス流入口をそれぞれ一つ有する。

この発明の有利な実施形態では、流入室の温度と長いパイプ群を通って送られるプロセスガスの局所的な温度との間の温度差が１５０°Ｃより小さくなるように、流入室の位置を、長いパイプ群の熱交換用パイプ内に生じる温度プロフィルに合わせて調整する。最適に調整することにより、この装置の各横断面におけるパイプの温度差を出来る限り小さくする。

凝縮された硫黄の分離後において、プロセスガスは、プロセスガスが触媒反応器に流入する前に、硫黄の凝縮温度を超える温度に加熱されなければならない。高温のプロセスガスを混合することによって、この加熱を実行するのが目的に適っている。この発明は、別の実施形態において、蒸気ボイラー室を通して高温のプロセスガス用の付加パイプを誘導し、このプロセスガスが、この付加パイプから高温のまま再び流れ出るとともに、硫黄の凝縮温度より低い温度に冷却されたプロセスガス流を加熱するために利用できることを教示する。この付加パイプの流出側には、この付加パイプを通して送られるプロセスガスの流量を制御するための機器が配備される。

この発明による廃熱ボイラーは、装置に関する技術的な観点において、クラウスプラントの大幅な簡略化をもたらすものである。配管が簡単となる。中間の加熱器と凝縮器が不要となる。常に費用のかかるボイラー給水制御は、単一の装置に対してのみ準備すれば良いこととなる。

以下において、単に実施例を図示した図面にもとづき、この発明を説明する。

図１に図示したクラウスプラントにおいて、硫化水素が純粋な硫黄に変換される。このプラントの基本的な構成の中には、燃焼室２を有する分解反応器１、この分解反応器１のガス流出口に接続される廃熱ボイラー３及び触媒反応器４が有る。硫化水素を含む酸性気体５は、空気６及び燃料ガス７と一緒に分解反応器１の燃焼室２に導入され、この実施例では、分解反応器は、燃焼室２の他に触媒層８を有する。プロセスガスは、約１２００°Ｃの温度で分解反応器１を流れ出て、そして廃熱ボイラー３内において硫黄の凝縮に必要な１７０°Ｃより低い温度にまで冷却される。凝縮した硫黄が分離される。硫黄を分離した後、冷却されたプロセスガス９は、加熱されて、触媒反応器４に供給され、そこで、硫黄化合物は、触媒により純粋な硫黄に変換される。触媒反応器４は、３００°Ｃより低い温度で動作している。触媒反応器４を流れ出たプロセスガスは、同じく廃熱ボイラー３内において、硫黄の凝縮に必要な温度にまで冷却される。凝縮された硫黄が排出される。

分解反応器１は、耐火性のライニングを施された円筒形のボイラーで構成されており、その中には、燃焼室２、触媒層８を有する触媒室及び流出側の部屋が並んで配置されている。流入開口部とガス流出口は、このボイラーの対向する立面上に配置されている。この触媒室は、その両側をガスを通すチェッカれんが１１によって境界を定められており、ケーシング側に触媒層８を運び入れるための装入開口部を有する。このチェッカれんが１１が縦長の穴を有するのは、目的に適っている。流出側の部屋の胴回りには、耐火性のライニングを施された分岐パイプ１２が接続しており、この分岐パイプは、近くにあるプロセスガスパイプに合流している。分岐パイプ１２の合流領域には、バルブ１３が配置されており、このバルブを用いて、分岐パイプ１２から流れ出る高温のガス流の流量を制御することができる。この場合、バルブ１３の弁胴は、冷えたプロセスガス９によって冷却され、その結果弁胴には、通常の金属材料を使用することができる。

廃熱ボイラー３は、耐圧ケーシング１４によって取り囲まれた蒸気ボイラー室を有し、この蒸気ボイラー室には、ボイラー給水供給機器１６及び減圧蒸気排出機器１７が接続されている。廃熱ボイラー３は、熱交換用パイプから成る長いパイプ群１８を有し、これらの熱交換用パイプは、蒸気ボイラー室を通って延び、その両端がこの蒸気ボイラー室の境界を定めるチューブシート１９に嵌め込まれている。更に、より短い熱交換用パイプから成る、少なくとも一つの別のパイプ群２０が配備されており、これらの熱交換用パイプは、同じくその流出側の端部がチューブシート１９に嵌め込まれており、その流入側の端部が流入室２１と合流している。この長いパイプ群１８には、燃焼室又は分解反応器１から流れ出る高温のプロセスガスが貫流する。この流入室２１は、蒸気ボイラー室１５内に配置されており、触媒反応器４からのより低温のプロセスガスを当てられる。更に、廃熱ボイラー３は、流出側の端部に、チューブシート１９と接続され、区画に区切られたヘッド部分２２を有する。このヘッド部分の各区画は、それぞれ一つのパイプ群１８，２０に割当てられている。これらの区画には、凝縮された硫黄を排出するための機器が接続している。

廃熱ボイラー３は、その流入側が分解反応器１と直に接続されている。この廃熱ボイラーは、接続フランジを持つ相応のヘッド部分を有する。触媒反応器４から流れ出たより低温のプロセスガスは、ケーシング側のガス流入口を通って、流入室２１内に入り込むことができる。このより低温のプロセスガスの供給位置は、パイプにおいて極度に大きな温度差が発生せず、かつ熱応力が制御可能であるように、廃熱ボイラー３に沿って選定される。実施例では、流入室２１の位置は、流入室２１の温度と長いパイプ群１８を通って送られるプロセスガスの局所的な温度との間の温度差が１５０°Ｃより小さくなるように、長いパイプ群１８の熱交換用パイプ内に生じる温度プロフィルに合わせて調整されている。

図２と３に図示された実施構成は、燃焼室又は分解反応室、並びに３００°Ｃ以下の温度で動作する二つの触媒反応器を有するクラウスプラント用に規定されたものである。この流入室２１は、流入室区画２１ａ，２１ｂに区切られており、これらの区画は、ケーシング側に一つの触媒反応器からのプロセスガスに対するガス流入口をそれぞれ一つ有する。ガス流出側のヘッド部分２２も、それに対応した数の区画に区切られていることが分かる。図２では、更に破線により、この廃熱ボイラーが、高温のプロセスガス用の付加パイプ２４を備えることができることを示しており、この付加パイプは、蒸気ボイラー室を通って誘導され、流出側の端部に、プロセスガスの流量を制御するための機器２５を配備している。この付加パイプ２４は、プロセスガスが高い温度のまま再び付加パイプ２４から流れ出て、硫黄の凝縮温度以下の温度に冷却されたプロセスガス流を加熱するために利用することができるように設計されている。その点では、この付加パイプ２４は、バイパスパイプに代わるものである。

この発明にもとづき構成された廃熱ボイラーを有するクラウスプラントの模式図。 廃熱ボイラーの別の実施構成の模式図。 図２のＡ−Ａにおける断面の模式図。

符号の説明

１ 分解反応器
２ 燃焼室
３ 廃熱ボイラー
４ 触媒反応器
５ 酸性気体
６ 空気
７ 燃料ガス
８ 触媒層
９ 冷却されたプロセスガス
１１ チェッカれんが
１２ 分岐パイプ
１３ バルブ
１４ 耐圧ケーシング
１５ 蒸気ボイラー室
１６ ボイラー給水供給機器
１７ 減圧蒸気排出機器
１８ 長いパイプ群
１９ チューブシート
２０ より短いパイプ群
２１ 流入室
２１ａ，２１ｂ 流入室区画
２２ ヘッド部分
２４ 付加パイプ
２５ プロセスガスの流量を制御するための機器
Ａ−Ａ 断面線

Claims (6)

1. ・耐圧ケーシング（１４）によって取り囲まれた蒸気ボイラー室と、
   ・この蒸気ボイラー室を通って延び、その両端がこの蒸気ボイラー室の境界を定めるチューブシート（１９）に嵌め込まれた熱交換用パイプから成る長いパイプ群（１８）と、
   ・その流出側の端部が同じくこのチューブシート（１９）に嵌め込まれており、その流入側の端部が流入室（２１）と合流しているより短い熱交換用パイプから成る、少なくとも一つの別のパイプ群（２０）と、
   ・前記の流出側の端部において、このチューブシート（１９）と接続されるとともに、区画に区切られたヘッド部分（２２）とを有し、
   その際燃焼室（２）から流れ出た高温のプロセスガスは、この長いパイプ群（１８）を貫流し、そしてこの流入室（２１）は、この蒸気ボイラー室内に配置されており、クラウスプラントの触媒反応器（４）からのより低温のプロセスガス（１０）を当てられ、そしてこのヘッド部分（２２）の各区画は、それぞれ一つのパイプ群（１８，２０）に割当てられており、そしてこれらの区画には、凝縮された硫黄を排出するための機器が接続されているクラウスプラント用廃熱ボイラー。
2. 当該の流入側のチューブシートには、当該の燃焼室又は当該の燃焼室を含む分解反応器に直に固定するための接続フランジを持つヘッド部分が接続されていることを特徴とする請求項１に記載の廃熱ボイラー。
3. 当該の流入室（２１）は、ケーシング側に当該のプロセスガスに対するガス流入口を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の廃熱ボイラー。
4. 当該の流入室（２１）は、流入室区画（２１ａ，２１ｂ）に区切られており、その際これらの流入室区画（２１ａ，２１ｂ）は、ケーシング側にクラウスプラントの触媒反応器からのプロセスガスに対するガス流入口をそれぞれ一つ有することを特徴とする請求項１又は２に記載の廃熱ボイラー。
5. 当該の流入室（２１）の位置は、この流入室（２１）の温度と当該の長いパイプ群（１８）を通って送られるプロセスガスの局所的な温度との間の温度差が、１５０°Ｃより小さくなるように、この長いパイプ群（１８）の熱交換用パイプ内に生じる温度プロフィルに合わせて調整されることを特徴とする請求項１から４までのいずれか一つに記載の廃熱ボイラー。
6. 高温のプロセスガス用の付加パイプ（２４）が、当該の蒸気ボイラー室を通って延び、この付加パイプ（２４）を通るプロセスガスの流量を制御するための機器（２５）が、その流出側に配備されており、その際このプロセスガスが、高い温度のまま再びこの付加パイプ（２４）から流れ出て、硫黄の凝縮温度以下の温度に冷却されたプロセスガス流を加熱するために利用可能であることを特徴とする請求項１から５までのいずれか一つに記載の廃熱ボイラー。

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