JP2014181138A - Method for producing sodium hydrogensulfide - Google Patents

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Yasushi Tanaka
康司 田中
Yosuke Ishino
陽介 石野
Kazusada Takeda
多完 竹田
Takuya Hayashi
卓也 林
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Toray Industries Inc
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing a sodium hydrogensulfide solution capable of swiftly progressing gas-liquid contact reaction while preventing device clogging caused by carbonate and sodium sulfide.SOLUTION: Provided is a method for producing a sodium hydrogensulfide solution comprising: a mixing step of mixing a caustic soda solution and a sodium hydrogensulfide solution; a step of generating a gas-liquid two phase flow with a mixed solution obtained by the mixing step as a driving fluid and a carbon dioxide-containing hydrogen sulfide gas as a suction fluid in an ejector to react the mixed solution and the hydrogen sulfide gas at a prescribed temperature.

Description

本発明は、エゼクターを使用した水硫化ソーダの製造方法に関し、より具体的には硫化ソーダと水硫化ソーダの混合液と炭酸ガス含有硫化水素を反応させて、水硫化ソーダを製造する方法に関する。   The present invention relates to a method for producing sodium hydrosulfide using an ejector, and more specifically to a method for producing sodium hydrosulfide by reacting a mixed solution of sodium sulfide and sodium hydrosulfide with carbon dioxide-containing hydrogen sulfide.

水硫化ソーダはパルプ蒸解、鉱石精錬、毛皮の脱毛促進、ビスコースレーヨンの脱硫、廃水処理、チオール化など幅広い分野で使用されている。最近はポリフェニレンサルファイド(PPS)やポリサルファイドポリマーなどの原料として、高濃度、高純度の水硫化ソーダが必要とされている。   Sodium hydrosulfide is used in a wide range of fields such as pulp cooking, ore refining, fur hair removal promotion, viscose rayon desulfurization, wastewater treatment, and thiolation. Recently, high-concentration, high-purity sodium hydrosulfide is required as a raw material for polyphenylene sulfide (PPS) and polysulfide polymer.

従来、水硫化ソーダの製造方法として、高濃度苛性ソーダ溶液と高濃度硫化水素ガスとを接触反応させる方法が知られている(例えば、特許文献1など)。しかしながら、特許文献1に記載された方法においては、硫化水素ガスに炭酸ガスが含まれていた場合、炭酸塩(炭酸ソーダまたは重炭酸ソーダ)が反応塔内に析出して閉塞を引き起こすおそれがあるため、高純度の硫化水素ガスを使用する必要があり、製造コストを抑えることが困難であった。   Conventionally, as a method for producing sodium hydrosulfide, a method in which a high-concentration caustic soda solution and a high-concentration hydrogen sulfide gas are brought into contact with each other is known (for example, Patent Document 1). However, in the method described in Patent Document 1, when carbon dioxide gas is contained in the hydrogen sulfide gas, carbonate (sodium carbonate or sodium bicarbonate) may precipitate in the reaction tower and cause clogging. It was necessary to use high-purity hydrogen sulfide gas, and it was difficult to reduce manufacturing costs.

これに対し、炭酸ガス含有硫化水素ガスを使った水硫化ソーダの製造方法がいくつか提案されている。例えば、特許文献2には、炭酸ガス含有硫化水素ガス(炭酸ガス濃度は硫化水素に対して0.5mol%以下)と低濃度苛性ソーダ溶液(10〜30重量%)を、気泡槽2基と吸収塔1基を組み合わせた反応装置において、窒素ガスを送入しながら接触反応させる方法が記載されている。また、特許文献3には、苛性ソーダ溶液(20〜40重量%)で流下膜を形成しながら硫化水素ガス(硫化水素濃度1〜10mol%、炭酸ガス濃度0.1〜10mol%)と接触反応させる方法が記載されている。   In contrast, several methods for producing sodium hydrosulfide using carbon dioxide-containing hydrogen sulfide gas have been proposed. For example, in Patent Document 2, carbon dioxide-containing hydrogen sulfide gas (carbon dioxide concentration is 0.5 mol% or less with respect to hydrogen sulfide) and low-concentration caustic soda solution (10 to 30% by weight) are absorbed with two bubble tanks. In a reaction apparatus combining a single tower, a method is described in which a catalytic reaction is carried out while feeding nitrogen gas. Further, in Patent Document 3, contact reaction is performed with hydrogen sulfide gas (hydrogen sulfide concentration 1 to 10 mol%, carbon dioxide concentration 0.1 to 10 mol%) while forming a falling film with a caustic soda solution (20 to 40 wt%). A method is described.

特開平02−022107号公報Japanese Patent Laid-Open No. 02-022107 特開昭59−026902号公報JP 59-026902 A 米国特許第3969081号明細書US Pat. No. 3,969,081

しかしながら、特許文献2に記載された方法では、窒素を流すために大きな吸収塔を用いる必要があり、また窒素をリサイクルすることなく多量に使用するため製造コストが上昇するという問題があった。また、高濃度苛性ソーダ溶液を使った場合は、炭酸塩が析出して吸収塔が閉塞するおそれがある。さらに、ガス送入ノズルに炭酸塩や硫化ソーダが析出して詰まるおそれがあった。   However, in the method described in Patent Document 2, it is necessary to use a large absorption tower in order to flow nitrogen, and there is a problem that the manufacturing cost increases because nitrogen is used in a large amount without being recycled. In addition, when a high-concentration caustic soda solution is used, carbonate may precipitate and the absorption tower may be blocked. Furthermore, there is a possibility that carbonate or sodium sulfide is deposited on the gas feed nozzle and becomes clogged.

また、特許文献3に記載された方法では、多数の管を鉛直に配置し管壁に沿って液体を流下させる濡壁方式であるため、装置が大型化し、広い設置スペースが必要となる。さらに、高濃度苛性ソーダ溶液を使った場合は炭酸塩が析出して反応管が閉塞したり、反応が阻害されたりするおそれがある。   In addition, the method described in Patent Document 3 is a wet wall system in which a large number of tubes are arranged vertically and the liquid flows down along the tube wall, so that the apparatus becomes large and a large installation space is required. In addition, when a high-concentration caustic soda solution is used, carbonate may precipitate and the reaction tube may be blocked or the reaction may be hindered.

本発明は、このような問題点を解消し、水硫化ソーダと硫化ソーダの混合溶液と炭酸ガス含有硫化水素を反応させて、水硫化ソーダを製造する方法を提供することである。   The present invention is to solve such problems and to provide a method for producing sodium hydrosulfide by reacting a mixed solution of sodium hydrosulfide and sodium sulfide with hydrogen sulfide containing carbon dioxide.

本発明者らは、上記問題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、水硫化ソーダの製造において、苛性ソーダ溶液と水硫化ソーダ溶液を事前混合して水硫化ソーダと硫化ソーダの混合液を調整してから炭酸ガス含有硫化水素をエゼクターを利用して反応させることで、気液界面の面積が増加し、硫化ソーダと硫化水素の反応性が向上して短時間で反応が完結し、更に、炭酸ガスと硫化ソーダあるいは水硫化ソーダの反応によって副生する炭酸ソーダや重炭酸ソーダの結晶による装置の閉塞を防ぐことが出来ることを見出して本発明に至った。   As a result of intensive research to solve the above problems, the inventors of the present invention prepared sodium hydrosulfide and sodium hydrosulfide solution in advance to prepare a mixture of sodium hydrosulfide and sodium sulfide. By reacting carbon dioxide-containing hydrogen sulfide using an ejector, the area of the gas-liquid interface is increased, the reactivity of sodium sulfide and hydrogen sulfide is improved, and the reaction is completed in a short time. It has been found that the device can be prevented from being blocked by crystals of sodium carbonate or sodium bicarbonate produced as a by-product by the reaction of gas with sodium sulfide or sodium hydrosulfide.

上記課題を解決するために、本発明に係る水硫化ソーダの製造方法は、下記(1)〜(4)のいずれかの構成を有する。
(1)苛性ソーダ溶液と水硫化ソーダ溶液とを混合する混合工程と、
エゼクター内において、前記混合工程により得られた混合液を駆動流体とし、炭酸ガスを含有する硫化水素ガスを吸引流体とする気液二相流を発生させることにより、所定の反応温度にて前記混合液と前記硫化水素ガスとを反応させる反応工程と
を有することを特徴とする水硫化ソーダ溶液の製造方法。
(2)前記混合工程において、前記混合液中の硫化ソーダ濃度が前記所定の反応温度における溶解度以下となるよう、前記苛性ソーダ溶液の苛性ソーダ濃度および前記水硫化ソーダ溶液の水硫化ソーダ濃度を調整する、請求項1に記載の水硫化ソーダ溶液の製造方法。
(3)前記硫化水素ガス中の炭酸ガス濃度が0.1〜20mol%である、請求項1または2に記載の水硫化ソーダ溶液の製造方法。
(4)前記反応工程において前記エゼクターから排出された反応液の少なくとも一部を、前記駆動流体として前記エゼクターに返送する、請求項1〜3のいずれかに記載の水硫化ソーダ溶液の製造方法。
In order to solve the above problems, a method for producing sodium hydrosulfide according to the present invention has any one of the following configurations (1) to (4).
(1) a mixing step of mixing a caustic soda solution and a sodium hydrosulfide solution;
In the ejector, the mixed liquid obtained in the mixing step is used as a driving fluid, and a gas-liquid two-phase flow using hydrogen sulfide gas containing carbon dioxide gas as a suction fluid is generated, whereby the mixing is performed at a predetermined reaction temperature. And a reaction step of reacting the liquid with the hydrogen sulfide gas.
(2) In the mixing step, the caustic soda concentration of the caustic soda solution and the sodium hydrosulfide concentration of the sodium hydrosulfide solution are adjusted so that the sodium sulfide concentration in the mixed solution is not more than the solubility at the predetermined reaction temperature. The method for producing a sodium hydrosulfide solution according to claim 1.
(3) The manufacturing method of the sodium hydrosulfide solution of Claim 1 or 2 whose carbon dioxide gas concentration in the said hydrogen sulfide gas is 0.1-20 mol%.
(4) The method for producing a sodium hydrosulfide solution according to any one of claims 1 to 3, wherein at least a part of the reaction liquid discharged from the ejector in the reaction step is returned to the ejector as the driving fluid.

本発明に係る水硫化ソーダの製造方法によれば、エゼクター内に気液二相流を発生させて反応を行うので、気液接触反応が迅速に進行し、且つ、炭酸塩が析出しても装置が閉塞することが無い。また、気相部に可動部が無いのでシールが不要となり、ガス漏れの危険性が低減でき安全に反応が行える。さらに、大型の反応塔を設置する必要がないため、設置場所を取らず設備投資額も抑えることができる。   According to the method for producing sodium hydrosulfide according to the present invention, since the gas-liquid two-phase flow is generated in the ejector and the reaction is performed, even if the gas-liquid contact reaction proceeds rapidly and the carbonate is precipitated. The device will not be blocked. Further, since there is no moving part in the gas phase part, sealing is unnecessary, the risk of gas leakage can be reduced, and the reaction can be performed safely. Furthermore, since there is no need to install a large reaction tower, it is possible to reduce the capital investment without taking up an installation place.

また、苛性ソーダ溶液を直接硫化水素ガスと反応させるのではなく、苛性ソーダ溶液と水硫化ソーダ溶液とを事前混合するので、反応中間体の硫化ソーダによる装置閉塞を防ぐことができ、原料の苛性ソーダ濃度についても低濃度〜高濃度まで幅広い範囲に適用可能である。さらに、反応によって得られる水硫化ソーダ溶液の濃度は低濃度〜高濃度まで適用可能である。   In addition, the caustic soda solution is not directly reacted with hydrogen sulfide gas, but the caustic soda solution and the sodium hydrosulfide solution are premixed, so that it is possible to prevent the clogging of the reaction intermediate with sodium sulfide, and the caustic soda concentration of the raw material Is applicable to a wide range from low to high concentrations. Furthermore, the concentration of the sodium hydrosulfide solution obtained by the reaction can be applied from a low concentration to a high concentration.

本発明を実施するための装置の一例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows an example of the apparatus for implementing this invention. エゼクターの構造の一例を示す模式縦断面図である。It is a model longitudinal cross-sectional view which shows an example of the structure of an ejector. 47%水硫化ソーダ溶液に対する硫化ソーダの溶解度を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the solubility of sodium sulfide with respect to a 47% sodium hydrosulfide solution. エゼクター内における気液二相流の状態を例示する模式図である。It is a schematic diagram which illustrates the state of the gas-liquid two-phase flow in an ejector.

以下に、発明の望ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

苛性ソーダ溶液と水硫化ソーダ溶液とを事前に混合することなく、苛性ソーダ(NaOH)と硫化水素(HS)とを直接反応させた場合、下記反応(1)が進行して硫化ソーダ(NaS)が生成し、更に反応が進行すると、下記反応(2)により水硫化ソーダ(NaSH)が生成する。反応(1)および反応(2)をまとめると反応(3)となる。
2NaOH+HS → NaS+2HO ……(1)
NaS+HS → 2NaSH ……(2)
NaOH+HS → NaSH+HO ……(3)
When caustic soda (NaOH) and hydrogen sulfide (H 2 S) are reacted directly without mixing the caustic soda solution and the sodium hydrosulfide solution in advance, the following reaction (1) proceeds and sodium sulfide (Na 2 When S) is generated and the reaction further proceeds, sodium hydrosulfide (NaSH) is generated by the following reaction (2). When the reaction (1) and the reaction (2) are combined, the reaction (3) is obtained.
2NaOH + H 2 S → Na 2 S + 2H 2 O (1)
Na 2 S + H 2 S → 2NaSH (2)
NaOH + H 2 S → NaSH + H 2 O (3)

高濃度苛性ソーダ溶液(例えば、工業的に入手容易な48重量%苛性ソーダ溶液など)を使用して硫化水素と反応させると、上記反応(1)に示すように、一旦溶解度の低い硫化ソーダが生成する。従来の反応塔では、接触面積の増大を図るために反応液の流路が微細に分岐した構造を有していることが多く、溶解度の低い硫化ソーダによって流路が閉塞されるおそれがあった。   When a high-concentration caustic soda solution (for example, 48% by weight caustic soda solution, which is easily available industrially) is used to react with hydrogen sulfide, sodium sulfide having low solubility is once generated as shown in the reaction (1). . Conventional reaction towers often have a structure in which the flow path of the reaction liquid is finely branched in order to increase the contact area, and the flow path may be blocked by sodium sulfide having low solubility. .

このような硫化ソーダによる閉塞を防ぐ方法として、水硫化ソーダ溶液に苛性ソーダ溶液を予め混合しておく方法が挙げられる。水硫化ソーダ溶液に苛性ソーダ溶液を混合すると、下記反応(4)が定量的に進行して硫化ソーダが生成する。それから硫化水素と反応させると、上記反応(2)によって水硫化ソーダが生成する。
NaOH+NaSH → NaS+HO ……(4)
As a method for preventing such blockage by sodium sulfide, a method in which a sodium hydroxide solution is previously mixed with a caustic soda solution can be mentioned. When a sodium hydroxide solution is mixed with a sodium hydroxide solution, the following reaction (4) proceeds quantitatively to produce sodium sulfide. Then, when reacted with hydrogen sulfide, sodium hydrosulfide is produced by the above reaction (2).
NaOH + NaSH → Na 2 S + H 2 O (4)

系内に炭酸ガス(CO)が存在する場合、下記(5)、(6)、(7)に示す炭酸ガスとアルカリ成分の反応によって炭酸ソーダ(NaCO)あるいは重炭酸ソーダ(NaHCO)が副生する。なお、本発明の製造方法においては、系内に苛性ソーダが存在しないので反応(5)は起こらない。
2NaOH+CO → NaCO+HO ……(5)
NaS+CO+HO → NaCO+HS ……(6)
NaSH+CO+HO → NaHCO+HS ……(7)
When carbon dioxide (CO 2 ) is present in the system, sodium carbonate (Na 2 CO 3 ) or sodium bicarbonate (NaHCO 3 ) is obtained by the reaction of carbon dioxide and alkali components shown in (5), (6) and (7) below. Is a by-product. In the production method of the present invention, no reaction (5) occurs because no caustic soda is present in the system.
2NaOH + CO 2 → Na 2 CO 3 + H 2 O (5)
Na 2 S + CO 2 + H 2 O → Na 2 CO 3 + H 2 S (6)
NaSH + CO 2 + H 2 O → NaHCO 3 + H 2 S ...... (7)

図1は、本発明に係る水硫化ソーダの製造方法を実施するための装置の一例を示す概略構成図である。図1において、製造装置12には、エゼクター1、循環ポンプ4および熱交換器11を備えた循環ライン10が設けられており、水硫化ソーダ供給ライン9から供給された水硫化ソーダ溶液を所望の温度および流量にて循環させることができる。エゼクター1の上流には苛性ソーダ供給ライン7が設けられており、苛性ソーダ溶液と水硫化ソーダ溶液との混合液が、高圧の駆動流体としてエゼクター1に供給される。また、硫化水素供給ライン8からは、炭酸ガスを含有する硫化水素ガスが吸入流体としてエゼクター1へ供給される。その結果、エゼクター1内には、駆動流体および吸入流体からなる気液二相流が発生し、上記混合液と硫化水素ガスとの反応により水硫化ソーダが生成する。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of an apparatus for carrying out the method for producing sodium hydrosulfide according to the present invention. In FIG. 1, a production apparatus 12 is provided with a circulation line 10 including an ejector 1, a circulation pump 4, and a heat exchanger 11, and a sodium hydrosulfide solution supplied from a sodium hydrosulfide supply line 9 is supplied in a desired manner. It can be circulated at temperature and flow rate. A caustic soda supply line 7 is provided upstream of the ejector 1, and a mixed liquid of the caustic soda solution and the sodium hydrosulfide solution is supplied to the ejector 1 as a high-pressure driving fluid. Further, hydrogen sulfide gas containing carbon dioxide gas is supplied from the hydrogen sulfide supply line 8 to the ejector 1 as a suction fluid. As a result, a gas-liquid two-phase flow composed of the driving fluid and the suction fluid is generated in the ejector 1, and sodium hydrosulfide is generated by the reaction between the mixed liquid and hydrogen sulfide gas.

エゼクター1の下流には単管2および気液分離器3が設けられており、エゼクター1から排出された反応液は、気液分離器3内にて気液分離される。気液分離器3にはオフガスライン6が設けられており、反応系内の圧力をオフガス流量によって制御することができる。そして、気液分離された反応液を反応液抜出ライン5から適宜抜き出し、必要に応じて濾過することにより、水硫化ソーダ溶液が得られる。反応液の一部は循環ライン10に沿って循環され、駆動流体としてエゼクター1に返送される。   A single tube 2 and a gas-liquid separator 3 are provided downstream of the ejector 1, and the reaction liquid discharged from the ejector 1 is gas-liquid separated in the gas-liquid separator 3. The gas-liquid separator 3 is provided with an off-gas line 6 so that the pressure in the reaction system can be controlled by the off-gas flow rate. And the sodium hydrosulfide solution is obtained by suitably extracting the reaction liquid separated from the gas and liquid from the reaction liquid extraction line 5 and filtering as necessary. A part of the reaction liquid is circulated along the circulation line 10 and returned to the ejector 1 as a driving fluid.

本発明の製造方法において、エゼクターの種類には特に制限はなく、工業的に入手容易な蒸気エゼクターまたは水エゼクターを適宜使用することができる。このようなエゼクターの一例を図2に示す。図2において、エゼクター1の側面には、吸入室23へ連通する吸入流体入口22が設けられている。また、エゼクター1の上部には、駆動流体入口20が設けられており、駆動流体入口20から流入した駆動流体(例えば、水硫化ソーダと硫化ソーダの混合液)をノズル21から吸入室23へ噴射させると、吸入流体(例えば、炭酸ガスを含有する硫化水素ガス)が吸入流体入口22から吸入室23へ流入し、駆動流体と吸入流体とが互いに混合する。その結果、駆動流体および吸入流体は気液二相状態にてディフューザー24へと噴出され、気液接触反応が迅速に進行する。このようにエゼクターを用いて気液接触反応を行った場合、気相部に可動部が無いのでシールが不要となり、ガス漏れの危険性が低減でき安全に反応が行える。また、大型の反応塔を設置する必要がないため、装置の小型化を図ることができる。   In the production method of the present invention, the type of ejector is not particularly limited, and a steam ejector or a water ejector that is industrially easily available can be appropriately used. An example of such an ejector is shown in FIG. In FIG. 2, a suction fluid inlet 22 communicating with the suction chamber 23 is provided on the side surface of the ejector 1. In addition, a drive fluid inlet 20 is provided in the upper portion of the ejector 1, and a drive fluid (for example, a mixed solution of sodium hydrosulfide and sodium sulfide) flowing from the drive fluid inlet 20 is injected from the nozzle 21 to the suction chamber 23. Then, the suction fluid (for example, hydrogen sulfide gas containing carbon dioxide gas) flows from the suction fluid inlet 22 into the suction chamber 23, and the drive fluid and the suction fluid are mixed with each other. As a result, the driving fluid and the suction fluid are ejected to the diffuser 24 in a gas-liquid two-phase state, and the gas-liquid contact reaction proceeds rapidly. Thus, when the gas-liquid contact reaction is performed using an ejector, since there is no movable part in the gas phase part, sealing is unnecessary, and the risk of gas leakage can be reduced and the reaction can be performed safely. Further, since there is no need to install a large reaction tower, the apparatus can be downsized.

本発明は苛性ソーダと硫化水素を直接反応させるのではなく、苛性ソーダ溶液と水硫化ソーダ溶液とを混合して硫化ソーダに変換してから反応させるので、使用する苛性ソーダ溶液の濃度に制限はなく、合成する水硫化ソーダ溶液の濃度に応じて選択することができる。
例えば、47重量%水硫化ソーダ溶液を合成したい場合は48重量%苛性ソーダ溶液を使用する。
In the present invention, the caustic soda and hydrogen sulfide are not directly reacted, but the caustic soda solution and the sodium hydrosulfide solution are mixed and converted to sodium sulfide before the reaction. Therefore, the concentration of the caustic soda solution to be used is not limited. It can be selected according to the concentration of the sodium hydrosulfide solution.
For example, when a 47% by weight sodium hydrosulfide solution is to be synthesized, a 48% by weight sodium hydroxide solution is used.

水硫化ソーダ供給ラインから供給する水硫化ソーダ溶液は、別途合成したものでも良いし、固体の水硫化ソーダを水に溶解して調整しても良い。
水硫化ソーダ供給ラインから供給する水硫化ソーダ溶液の濃度は、使用する苛性ソーダ溶液濃度と合成する水硫化ソーダ溶液の濃度に応じて選択する。例えば、47重量%水硫化ソーダ溶液を合成したい場合は、48重量%苛性ソーダ溶液と47重量%水硫化ソーダ溶液を使用する。また、低濃度水硫化ソーダ溶液を合成する場合、一旦高濃度水硫化ソーダ溶液を合成した後に水で希釈して低濃度水硫化ソーダ溶液としても良い。
The sodium hydrosulfide solution supplied from the sodium hydrosulfide supply line may be separately synthesized, or may be prepared by dissolving solid sodium hydrosulfide in water.
The concentration of the sodium hydrosulfide solution supplied from the sodium hydrosulfide supply line is selected according to the concentration of the caustic soda solution used and the concentration of the sodium hydrosulfide solution to be synthesized. For example, when it is desired to synthesize a 47 wt% sodium hydrosulfide solution, a 48 wt% sodium hydroxide solution and a 47 wt% sodium hydrosulfide solution are used. When a low concentration sodium hydrosulfide solution is synthesized, the high concentration sodium hydrosulfide solution may be once synthesized and then diluted with water to obtain a low concentration sodium hydrosulfide solution.

水硫化ソーダ溶液に苛性ソーダ溶液を混合して水硫化ソーダと硫化ソーダの混合液を循環ライン内で調整する場合、苛性ソーダ溶液の使用量が多すぎると生成した硫化ソーダが析出して循環ラインが閉塞するおそれがある。従って、硫化ソーダ生成量が反応温度における溶解度以下になるように苛性ソーダ溶液の添加量をコントロールすることが好ましい。
例えば、事前に仕込む水硫化ソーダ溶液の濃度が47重量%の場合、硫化ソーダの溶解度は図3のとおりである。
When sodium hydroxide is mixed with sodium hydrosulfide solution and the mixture of sodium hydrosulfide and sodium sulfide is adjusted in the circulation line, if too much sodium hydroxide solution is used, the generated sodium sulfide precipitates and the circulation line is blocked. There is a risk. Therefore, it is preferable to control the addition amount of the caustic soda solution so that the amount of sodium sulfide produced is not more than the solubility at the reaction temperature.
For example, when the concentration of the sodium hydrosulfide solution charged in advance is 47% by weight, the solubility of sodium sulfide is as shown in FIG.

硫化水素ガスにおける炭酸ガス濃度は0.1〜20mol%であることが好ましい。炭酸ガス濃度が20mol%を超えると、炭酸ソーダあるいは重炭酸ソーダの副生量が増加してスラリー濃度が高くなり、ポンプ循環が困難となるおそれがある。   The carbon dioxide gas concentration in the hydrogen sulfide gas is preferably 0.1 to 20 mol%. If the carbon dioxide concentration exceeds 20 mol%, the amount of sodium carbonate or sodium bicarbonate by-product increases, and the slurry concentration increases, which may make pump circulation difficult.

上記反応工程における反応温度は、好ましくは30〜100℃、より好ましくは60〜100℃である。反応温度が30℃より低いと、硫化ソーダの溶解度が減少し生産性が低下するため好ましくない。一方、反応温度が100℃より高いと、予期せぬ理由で反応系内が常圧になった場合に水が沸騰して反応制御が困難となるおそれがある。また、設備の腐食を抑制する観点からも100℃以下が好ましい。   The reaction temperature in the reaction step is preferably 30 to 100 ° C, more preferably 60 to 100 ° C. When the reaction temperature is lower than 30 ° C., the solubility of sodium sulfide is reduced and productivity is lowered, which is not preferable. On the other hand, if the reaction temperature is higher than 100 ° C., the water may boil when the inside of the reaction system becomes a normal pressure for an unexpected reason, which may make it difficult to control the reaction. Moreover, 100 degrees C or less is preferable also from a viewpoint of suppressing the corrosion of an installation.

硫化ソーダに対する硫化水素のモル比(HS/NaS)は、好ましくは1.0〜2.0、より好ましくは1.0〜1.5である。モル比が1.0より低いと未反応硫化ソーダが多くなり、2.0より高いと未反応硫化水素が多くなり不経済かつオフガスの処理工程に負荷がかかる。 The molar ratio of hydrogen sulfide to sodium sulfide (H 2 S / Na 2 S) is preferably 1.0 to 2.0, more preferably 1.0 to 1.5. When the molar ratio is lower than 1.0, the amount of unreacted sodium sulfide increases. When the molar ratio is higher than 2.0, the amount of unreacted hydrogen sulfide increases, which is uneconomical and burdens the off-gas treatment process.

上記反応工程においてエゼクター内に発生する気液二相流は、ガス流速と液流速のバランスによって、気泡流→間欠流→環状流→分散流と変化する。図4は、このような気液二相流の変化の一例を示しており、左から右へゆくほど気相の割合が増加している。気相の割合が小さいときは(A)に示す気泡流の状態であるが、気相の割合が増加すると、流路をほぼ満たす大きな気泡が現れる間欠流(B)、(C)の状態となる。さらに気相の割合が増加すると、中央部に連続した気相が存在する環状流(D)の状態となる。そして、さらに気相の割合が増加すると、最終的には分散流(E)の状態になる。なお、図4において、矢印は気液二相流の流れ方向を示している。これらの流動状態のうち、間欠流〜分散流状態で反応が進行することが好ましく、環状流〜分散流状態で反応が進行することがより好ましい。気泡流状態では炭酸ソーダあるいは重炭酸ソーダが析出した場合にエゼクター内部で塩が詰まり反応が行えなくなるおそれがある。   The gas-liquid two-phase flow generated in the ejector in the reaction step changes from a bubble flow → intermittent flow → annular flow → dispersed flow depending on the balance between the gas flow rate and the liquid flow rate. FIG. 4 shows an example of such a change in the gas-liquid two-phase flow, and the ratio of the gas phase increases from the left to the right. When the ratio of the gas phase is small, the state of the bubble flow shown in (A) is shown, but when the ratio of the gas phase increases, the state of the intermittent flow (B) and (C) in which large bubbles almost filling the flow path appear. Become. When the ratio of the gas phase is further increased, a state of an annular flow (D) in which a continuous gas phase exists in the central portion is obtained. And if the ratio of a gaseous phase further increases, it will finally be in the state of a dispersed flow (E). In addition, in FIG. 4, the arrow has shown the flow direction of the gas-liquid two-phase flow. Of these fluid states, the reaction preferably proceeds in an intermittent flow to a dispersed flow state, and more preferably the reaction proceeds in an annular flow to a dispersed flow state. In the bubbling state, when sodium carbonate or sodium bicarbonate is deposited, there is a possibility that the salt is clogged inside the ejector and the reaction cannot be performed.

上述の通り、エゼクター出口と気液分離器の間には、単管を設けることができる。エゼクターを出た後も気液接触は起こるので、単管の長さを変えることで反応率を変化させることが可能となる。   As described above, a single pipe can be provided between the ejector outlet and the gas-liquid separator. Since gas-liquid contact occurs even after exiting the ejector, the reaction rate can be changed by changing the length of the single tube.

本発明の製造方法においては、エゼクターから排出された反応液を気液分離し、未反応ガスと水硫化ソーダ溶液を分離することが好ましい。このような構成によれば、オフガスラインにミストの同伴を防ぐことが出来る。なお、気液分離に用いる気液分離器の種類に制限は無く、実施条件に応じて適切な気液分離器を選択すればよい。   In the production method of the present invention, it is preferable that the reaction liquid discharged from the ejector is gas-liquid separated to separate the unreacted gas and the sodium hydrosulfide solution. According to such a configuration, it is possible to prevent mist accompanying the off-gas line. In addition, there is no restriction | limiting in the kind of gas-liquid separator used for gas-liquid separation, What is necessary is just to select an appropriate gas-liquid separator according to implementation conditions.

上記気液分離器で分離した水硫化ソーダ溶液は、反応条件によっては炭酸ソーダあるいは重炭酸ソーダのスラリーとなっている場合があるため、例えば、図1の反応液抜き出しライン5に、濾過器を設置することが好ましい。濾過器を設置して反応液を固液分離することで、均一な水硫化ソーダ溶液を得ることができる。   Since the sodium hydrosulfide solution separated by the gas-liquid separator may be a slurry of sodium carbonate or sodium bicarbonate depending on the reaction conditions, for example, a filter is installed in the reaction liquid extraction line 5 of FIG. It is preferable. A uniform sodium hydrosulfide solution can be obtained by installing a filter and performing solid-liquid separation of the reaction solution.

反応は加圧状態の方が進行しやすくなる。系の圧力は、好ましくは常圧〜1MPaG、より好ましくは常圧〜0.2MPaGである。1MPaG以上となると高圧ガス規制を受け、またコンプレッサー等の設備費増加などがあり、また安全上も好ましくない。また、常圧より低い場合、沸点低下が起きるため、溶解度差を十分取ることができず、生産効率が落ちてしまうため、好ましくない。   The reaction is more likely to proceed in the pressurized state. The pressure of the system is preferably normal pressure to 1 MPaG, more preferably normal pressure to 0.2 MPaG. If it is 1 MPaG or more, it is subject to high-pressure gas regulation, and there is an increase in equipment costs such as a compressor, which is also not preferable for safety. On the other hand, when the pressure is lower than the normal pressure, the boiling point is lowered, so that a sufficient difference in solubility cannot be obtained and the production efficiency is lowered.

以下に実施例および比較例により本発明を説明する。   The present invention will be described below with reference to examples and comparative examples.

(実施例1〜4)
40〜50重量%水硫化ソーダ溶液を循環に必要な量を水硫化ソーダ供給ライン9より装置内に供給し、循環ライン10の流れに従いポンプ循環を行い、温度および流量を設定した。その後、硫化ソーダ濃度が溶解度以下になるよう48重量%苛性ソーダ溶液を苛性ソーダ供給ライン7より導入し、炭酸ガスを含む硫化水素ガスを、硫化水素のモル比が硫化ソーダに対して、1.0〜1.2となるよう硫化水素供給ライン8から導入し、反応を進行させた。反応系内の圧力はオフガスライン6のオフガス流量により制御し、一定圧力下で反応を行った。また、反応進行に伴い、装置内の液面が上昇するため、反応液抜出ライン5より反応液を抜き出し、必要に応じて炭酸ソーダをろ過分離し、水硫化ソーダ溶液を得た。
使用したガス組成は表1の通りである。また、実験条件および結果は表2の通りである。それぞれの条件について24時間運転したところ、いずれの条件においても、結晶による閉塞の問題は発生しなかった。
(Examples 1-4)
An amount necessary for circulation of the 40-50 wt% sodium hydrosulfide solution was supplied into the apparatus from the sodium hydrosulfide supply line 9, pump circulation was performed according to the flow of the circulation line 10, and the temperature and flow rate were set. Thereafter, a 48% by weight caustic soda solution is introduced from the caustic soda supply line 7 so that the sodium sulfide concentration is not more than the solubility, and hydrogen sulfide gas containing carbon dioxide is added at a molar ratio of hydrogen sulfide to sodium sulfide of 1.0 to It introduced from the hydrogen sulfide supply line 8 so that it might become 1.2, and reaction was advanced. The pressure in the reaction system was controlled by the off-gas flow rate of the off-gas line 6, and the reaction was performed at a constant pressure. Moreover, since the liquid level in the apparatus rose with the progress of the reaction, the reaction liquid was extracted from the reaction liquid extraction line 5, and sodium carbonate was separated by filtration as necessary to obtain a sodium hydrosulfide solution.
The gas composition used is as shown in Table 1. The experimental conditions and results are as shown in Table 2. When each condition was operated for 24 hours, no clogging problem due to crystals occurred under any condition.

Figure 2014181138
Figure 2014181138

Figure 2014181138
Figure 2014181138

(比較例1)
表3に示すように、硫化ソーダ濃度が溶解度より約10%過剰となるように運転条件を設定した他は、実施例1と同様にして運転を実施したところ、調節弁にて閉塞が発生し、長期間の運転は困難であった。
(Comparative Example 1)
As shown in Table 3, when the operation was carried out in the same manner as in Example 1 except that the operating conditions were set so that the sodium sulfide concentration was about 10% excess from the solubility, blockage occurred in the control valve. Long-term operation was difficult.

(比較例2)
表3に示すように、炭酸ガスを21mol%含む硫化水素ガスを供給した他は、実施例1と同様にして運転を実施したところ、熱交換器11内で閉塞が発生し、安定的に連続運転することは困難であった。
(Comparative Example 2)
As shown in Table 3, when the operation was carried out in the same manner as in Example 1 except that hydrogen sulfide gas containing 21 mol% of carbon dioxide gas was supplied, clogging occurred in the heat exchanger 11 and it was stably continuous. It was difficult to drive.

Figure 2014181138
Figure 2014181138

本発明に係る水硫化ソーダの製造方法によれば、炭酸塩や硫化ソーダによる装置の閉塞を効果的に防止でき、長期間にわたって安定的に装置を運転することができる。また、気相部に可動部のない比較的簡素な構造にて製造装置が実現できるため、装置の設置面積が少なくて済み、設備投資額も抑えられる。   According to the method for producing sodium hydrosulfide according to the present invention, the device can be effectively prevented from being blocked by carbonate or sodium sulfide, and the device can be operated stably over a long period of time. Further, since the manufacturing apparatus can be realized with a relatively simple structure having no moving part in the gas phase part, the installation area of the apparatus can be reduced, and the amount of capital investment can be reduced.

1 エゼクター
2 単管
3 気液分離器
4 循環ポンプ
5 反応液抜出ライン
6 オフガスライン
7 苛性ソーダ供給ライン
8 硫化水素供給ライン
9 水硫化ソーダ供給ライン
10 循環ライン
11 熱交換器
12 製造装置
20 駆動流体入口
21 ノズル
22 吸入流体入口
23 吸入室
24 ディフューザー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ejector 2 Single pipe 3 Gas-liquid separator 4 Circulation pump 5 Reaction liquid extraction line 6 Off gas line 7 Caustic soda supply line 8 Hydrogen sulfide supply line 9 Sodium hydrosulfide supply line 10 Circulation line 11 Heat exchanger 12 Manufacturing apparatus 20 Driving fluid Inlet 21 Nozzle 22 Suction fluid inlet 23 Suction chamber 24 Diffuser

Claims (4)

苛性ソーダ溶液と水硫化ソーダ溶液とを混合する混合工程と、
エゼクター内において、前記混合工程により得られた混合液を駆動流体とし、炭酸ガスを含有する硫化水素ガスを吸入流体とする気液二相流を発生させることにより、所定の反応温度にて前記混合液と前記硫化水素ガスとを反応させる反応工程と
を有することを特徴とする水硫化ソーダ溶液の製造方法。
A mixing step of mixing the caustic soda solution and the sodium hydrosulfide solution;
In the ejector, the mixed liquid obtained by the mixing step is used as a driving fluid, and a gas-liquid two-phase flow using hydrogen sulfide gas containing carbon dioxide as suction fluid is generated, whereby the mixing is performed at a predetermined reaction temperature. And a reaction step of reacting the liquid with the hydrogen sulfide gas.
前記混合工程において、前記混合液中の硫化ソーダ濃度が前記所定の反応温度における溶解度以下となるよう、前記苛性ソーダ溶液の苛性ソーダ濃度および前記水硫化ソーダ溶液の水硫化ソーダ濃度を調整する、請求項1に記載の水硫化ソーダ溶液の製造方法。   The caustic soda concentration of the caustic soda solution and a sodium hydrosulfide concentration of the sodium hydrosulfide solution are adjusted so that the sodium sulfide concentration in the mixed solution is not more than the solubility at the predetermined reaction temperature in the mixing step. A method for producing a sodium hydrosulfide solution as described in 1. above. 前記硫化水素ガス中の炭酸ガス濃度が0.1〜20mol%である、請求項1または2に記載の水硫化ソーダ溶液の製造方法。   The manufacturing method of the sodium hydrosulfide solution of Claim 1 or 2 whose carbon dioxide gas concentration in the said hydrogen sulfide gas is 0.1-20 mol%. 前記反応工程において前記エゼクターから排出された反応液の少なくとも一部を、前記駆動流体として前記エゼクターに返送する、請求項1〜3のいずれかに記載の水硫化ソーダ溶液の製造方法。
The method for producing a sodium hydrosulfide solution according to any one of claims 1 to 3, wherein at least a part of the reaction liquid discharged from the ejector in the reaction step is returned to the ejector as the driving fluid.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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