JP2017057293A - Wet desulfurization method from hydrogen sulfide-containing gas - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、硫化水素含有ガスから湿式法によって硫化水素を取り除き、取り除いた硫化水素を脱硫触媒を用いて硫黄または硫黄を含む塩等として回収する硫化水素含有ガスからの湿式脱硫方法に関する。 The present invention relates to a wet desulfurization method from a hydrogen sulfide-containing gas in which hydrogen sulfide is removed from the hydrogen sulfide-containing gas by a wet method, and the removed hydrogen sulfide is recovered as sulfur or a salt containing sulfur using a desulfurization catalyst.
コークス炉ガスを始めとした硫化水素含有ガスから湿式法により硫化水素を取り除く方法として、主なものとしては、タカハックス法とフマックス法がある。いずれの方法においても多くの設備で、図1に示されるように、吸収塔1と再生塔2を含む。吸収塔1では、硫化水素含有ガス3と、脱硫触媒がアルカリ溶液に溶解されてなる脱硫触媒溶液5とを接触させるものである。再生塔2では、酸素含有ガス6と前記の脱硫触媒溶液5を接触させるものである。
As a main method for removing hydrogen sulfide from a hydrogen sulfide-containing gas such as coke oven gas by a wet method, there are a Takahax method and a Fumax method. In any method, many facilities include an absorption tower 1 and a
吸収塔1において、硫化水素含有ガス3と脱硫触媒溶液5を接触させることで、硫化水素含有ガス3に含まれる硫化水素を脱硫触媒溶液5に溶け込ませ、硫化水素含有ガス3から硫化水素を取り除き、精製ガス4とする。溶け込んだ硫化水素は脱硫触媒溶液に溶けている脱硫触媒と反応することで酸化され、固体状の硫黄若しくは硫黄を含む塩又は硫黄を含むイオンとなる。この時、脱硫触媒自身は還元され、酸化体から還元体へと変化する。
In the absorption tower 1, by bringing the hydrogen sulfide-containing
また、再生塔2において、酸素含有ガス6と硫化水素を溶け込ませた脱硫触媒溶液5を接触させることで、接触させた酸素含有ガス6に含まれる酸素を脱硫触媒溶液5に溶け込ませ、溶けた酸素が脱硫触媒溶液に含まれる硫化水素と反応した後の還元体の脱硫触媒と反応し、脱硫触媒を酸化体へと戻し、再び脱硫触媒溶液に溶けた硫化水素と反応できる形態に再生する。
Further, in the
脱硫触媒は脱硫触媒溶液に溶けた硫化水素と酸素と交互に反応することで、還元体と酸化体を行き来し、繰り返し利用される。脱硫触媒溶液5は吸収塔1と再生塔2を循環しながら、繰り返し利用される。生成された硫黄若しくは硫黄を含む塩又は硫黄を含むイオンが溶解した脱硫触媒溶液7は系外に抜き出される。
The desulfurization catalyst reacts alternately with hydrogen sulfide and oxygen dissolved in the desulfurization catalyst solution, so that the reductant and the oxidant go back and forth and are used repeatedly. The
特許文献1に記載のタカハックス法では、主に芳香族環を2つ有するナフタレン、芳香族環を3つ有するアントラセンまたはフェナントレン骨格を持つキノン類、ハイドロキノン類もしくはそれらの塩で、標準酸化還元電位E0=0.45〜0.7Vを示す物質を脱硫触媒として利用している。この時、芳香族環が分子内に2つ以上あることで水への溶解度が低下してしまうため、スルホン酸やカルボン酸などの酸性基を導入することで水への溶解性を高めた物質を脱硫触媒としている。 In the Takahax method described in Patent Document 1, naphthalene having two aromatic rings, anthracene having three aromatic rings, quinones having a phenanthrene skeleton, hydroquinones or salts thereof, and a standard redox potential E A substance showing 0 = 0.45 to 0.7V is used as a desulfurization catalyst. At this time, since the solubility in water decreases because there are two or more aromatic rings in the molecule, substances that have increased solubility in water by introducing acidic groups such as sulfonic acid and carboxylic acid Is used as a desulfurization catalyst.
従来、タカハックス法では一般に、1,4−ナフトキノン−2−スルホン酸塩またはその還元体が触媒として利用されている。水溶液中の触媒化合物のキノン基が酸化と還元を繰り返し、1,4−ナフトキノン−2−スルホン酸ナトリウムとその還元体とを行き来することで、あるいは、1,4−ナフトキノン−2−スルホン酸アンモニウムとその還元体とを行き来することで、脱硫触媒溶液中に溶けた硫化水素を固体の硫黄または硫黄を含む塩もしくはイオンを含む水溶液としている。 Conventionally, in the Takahax method, 1,4-naphthoquinone-2-sulfonate or a reduced form thereof is generally used as a catalyst. By repeating oxidation and reduction of the quinone group of the catalyst compound in the aqueous solution and moving back and forth between sodium 1,4-naphthoquinone-2-sulfonate and its reduced form, or ammonium 1,4-naphthoquinone-2-sulfonate The hydrogen sulfide dissolved in the desulfurization catalyst solution is made into an aqueous solution containing solid sulfur or a salt or ion containing sulfur.
特許文献1が発明された時点では、主に固体の硫黄による回収を目的とされていたが、固体硫黄の市場価値の変動などを受け、最近では硫黄を含む塩もしくはイオンを含む水溶液として回収する技術が普遍化してきている。非特許文献1では、より水溶液として回収しやすくするための触媒の開発が行われており、芳香族環を1つだけ有する1,2,4−トリヒドロキシベンゼンや、4−メチルカテコールの検討が行われている。1,2,4−トリヒドロキシベンゼンは、定常状態においては良好な脱硫活性を示しているが、価格が高価であり、実用上の問題がある。一方、4−メチルカテコールは、高価である他に、空気中で分解してしまうため、不活性ガス雰囲気下で保存が必要となり、貯蔵や輸送の際のコストが増大してしまう。 At the time when Patent Document 1 was invented, it was mainly intended for recovery with solid sulfur. However, in response to fluctuations in the market value of solid sulfur, it has recently been recovered as an aqueous solution containing salts or ions containing sulfur. Technology is becoming universal. In Non-Patent Document 1, a catalyst for facilitating recovery as an aqueous solution has been developed, and studies on 1,2,4-trihydroxybenzene having only one aromatic ring and 4-methylcatechol have been made. Has been done. 1,2,4-Trihydroxybenzene exhibits good desulfurization activity in the steady state, but is expensive and has practical problems. On the other hand, 4-methylcatechol is not only expensive but also decomposes in the air, so that it needs to be preserved in an inert gas atmosphere, which increases costs for storage and transportation.
また、特許文献2のフマックス法は、触媒として芳香族ポリニトロ化合物または芳香族ポリオキシ化合物を用いる図1に示されるような硫化水素含有ガスからの湿式脱硫方法であり、その脱硫触媒としては通常ピクリン酸を利用しており、硫黄の回収形態は固体の硫黄だけでなく、硫黄を含む塩もしくはイオンが溶解した水溶液として回収されることが多い。
Further, the Fmax method of
タカハックス法、フマックス法はいずれも、脱硫触媒を貯蔵する際の形態や輸送する際の形態が水溶液であるため、容量が嵩んで貯蔵する際や輸送する際にコストが掛かるという問題を擁していた。そのため、貯蔵する際や輸送する際が水溶液状になる脱硫触媒ではなく、固体状になる脱硫触媒が望まれていた。 Both the Takahax method and the Fumax method had a problem in that the desulfurization catalyst was stored and transported in an aqueous solution, so that the capacity was large and the storage and transport were expensive. . Therefore, there has been a demand for a desulfurization catalyst that becomes a solid, not a desulfurization catalyst that becomes an aqueous solution when stored or transported.
しかしながら、フマックス法の脱硫触媒であるピクリン酸は乾燥させ固体化すると爆発性があるため、大量のピクリン酸を貯蔵、輸送する場合には、安全上の理由で水溶液状態でしか取り扱えない。 However, since picric acid, which is a desulfurization catalyst for the Fmax method, is explosive when dried and solidified, when storing and transporting a large amount of picric acid, it can be handled only in an aqueous solution for safety reasons.
一方、タカハックス法では特許文献3のとおり固体化の可能性があるが、一度水溶液として製造されたものを塩析出させて結晶化する方法であり、プロセスが複雑化しコスト面での問題があるため、現状では製造されておらず、手に入りにくい。
On the other hand, in the Takahax method, there is a possibility of solidification as described in
また、非特許文献1で検討されているような1,2,4−トリヒドロキシベンゼンは、固体状で販売されているものの高価であり、実用上問題がある。4−メチルカテコールについても高価である他、空気中で分解してしまうため、不活性ガス雰囲気下で保存が必要となり、貯蔵や輸送の際のコストが増大してしまう。 Further, 1,2,4-trihydroxybenzene as discussed in Non-Patent Document 1 is sold in a solid state but is expensive and has a problem in practical use. 4-Methylcatechol is also expensive and decomposes in the air, so that it needs to be stored in an inert gas atmosphere, which increases costs for storage and transportation.
上記課題を鑑みて、本発明は、固体状で取り扱いができ、爆発性のような安全の問題が無く、低コストで手に入りやすく、従来の脱硫触媒と同等の脱硫性能を有する脱硫触媒を用いた湿式脱硫方法を提供することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention provides a desulfurization catalyst that can be handled in a solid state, has no safety problems such as explosive properties, is easily available at low cost, and has a desulfurization performance equivalent to that of a conventional desulfurization catalyst. It aims at providing the used wet desulfurization method.
上記課題に鑑みて、爆発性が少なく、固体状の触媒を発明者らが鋭意検討した結果、湿式脱硫方法において、脱硫触媒としてメチルヒドロキノンまたはトルキノンの一方又は両方を用いると脱硫能力が高いことを見出した。 In view of the above problems, the inventors have intensively studied a solid catalyst with low explosiveness. As a result, in the wet desulfurization method, when one or both of methylhydroquinone and toluquinone are used as the desulfurization catalyst, it is confirmed that the desulfurization ability is high. I found it.
発明者らは貯蔵や輸送のコストの観点から、固体状での取り扱いが可能であり、芳香族環の少ない化合物での検討を進めた。特許文献1では水溶性の確保のために、酸性基が導入されることが必須とされていたが、分子内の芳香族環が1つのみの化合物であれば、特段、酸性基を導入することなしに、水溶液化させることが可能であることが分かった。また、すでに非特許文献1などで活性があることが確認されている1,2,4−トリヒドロキシベンゼンは、高価でコストの観点から実用化が難しいため、同様の置換基を有し、官能基の位置のみが異なるピロガロールで検討を行ったところ、十分な活性が得られないことが分かった。したがって、単純な官能基の種類だけでなく、その位置関係も考慮して検討しなければならないことが明らかとなった。 The inventors proceeded with studies on compounds that can be handled in a solid state and have few aromatic rings from the viewpoint of storage and transportation costs. In Patent Document 1, it is essential to introduce an acidic group in order to ensure water solubility. However, if the compound has only one aromatic ring in the molecule, the acidic group is particularly introduced. It turned out that it can be made into an aqueous solution without this. In addition, 1,2,4-trihydroxybenzene, which has already been confirmed to be active in Non-Patent Document 1, etc., is expensive and difficult to put into practical use from the viewpoint of cost. When examination was conducted with pyrogallol having only different group positions, it was found that sufficient activity could not be obtained. Therefore, it was clarified that not only simple functional groups but also their positional relationships should be considered.
ヒドロキノンまたはカテコールにメチル基が一つ置換された化合物は、1,2,4−トリヒドロキシベンゼンと同様に、固体状での取り扱いが可能であり、貯蔵や輸送のコストの観点から優れていると言える。非特許文献1では、4−メチルカテコールの検討が行われているが、4−メチルカテコールは不安な化合物であり空気中で分解してしまうため、不活性ガス雰囲気下での保存が必要となり、貯蔵や輸送の際のコストが増大してしまう。 A compound in which one methyl group is substituted on hydroquinone or catechol can be handled in a solid state, like 1,2,4-trihydroxybenzene, and is excellent from the viewpoint of storage and transportation costs. I can say that. In Non-Patent Document 1, 4-methylcatechol has been studied, but 4-methylcatechol is an anxious compound and decomposes in the air, so that it must be stored in an inert gas atmosphere. The cost for storage and transportation increases.
そのため、他のヒドロキノンまたはカテコールにメチル基が一つ置換された化合物であるメチルヒドロキノンについて検討を行った。その結果、メチルヒドロキノンが十分な活性を持つことが分かった。その反応機構は図2に示される通り、従来のタカハックス触媒と同様に、キノン基の部分で、溶解した硫化水素(H2S)11による還元と、酸素(O2)13による酸化が生じ、酸化体のトルキノン9と還元体のメチルヒドロキノン10とに変化しているものと考えられる。
Therefore, methylhydroquinone, which is a compound in which one methyl group is substituted for other hydroquinone or catechol, was examined. As a result, it was found that methylhydroquinone has sufficient activity. As shown in FIG. 2, the reaction mechanism is similar to that of the conventional Takahax catalyst. In the quinone group, reduction by dissolved hydrogen sulfide (H 2 S) 11 and oxidation by oxygen (O 2 ) 13 occur. It is thought that it changed into the oxidized
したがって、反応系に、トルキノン、メチルヒドロキノンのどちらか一方のみを用いても、触媒のキノン基が酸化及び還元されることが繰り返されて、酸化体と還元体を行き来することになり、反応系では双方が存在して、脱硫が進行することとなることも判った。 Therefore, even if only one of toluquinone and methylhydroquinone is used in the reaction system, the quinone group of the catalyst is repeatedly oxidized and reduced, and the oxidized form and the reduced form are moved back and forth. It was also found that both existed and desulfurization proceeded.
また、メチルヒドロキノンは一般に固体粉末として市販されており、入手が極めて容易である。従来の用途としては、ポリマーの原料や重合禁止剤、重合防止剤、安定剤などであるため、市場価値が担保され、比較的安定的な供給が望める。大量製造もされており、1,2,4−トリヒドロキシベンゼンの10分の1以下、4−メチルカテコールの4分の1程度の価格で、安価に手に入れることができる。また、メチルヒドロキノンの酸化体であるトルキノンも重合禁止剤や酸化剤としての用途があり一般に流通しているため、酸化体として脱硫触媒を入手することも可能であり、脱硫触媒の入手をより容易なものとしている。 Moreover, methylhydroquinone is generally marketed as a solid powder and is very easy to obtain. Conventional applications include polymer raw materials, polymerization inhibitors, polymerization inhibitors, stabilizers, etc., so that market value is ensured and a relatively stable supply can be expected. Mass production is also possible, and it can be obtained at a low price at a price of 1/10 or less of 1,2,4-trihydroxybenzene and a quarter of 4-methylcatechol. In addition, toluquinone, which is an oxidized form of methylhydroquinone, can be used as a polymerization inhibitor and an oxidizing agent and is generally available, so it is also possible to obtain a desulfurization catalyst as an oxidant, making it easier to obtain a desulfurization catalyst. It is supposed to be.
このように、湿式脱硫方法において、脱硫触媒としてメチルヒドロキノンまたはトルキノンの一方又は両方を用いることで、本発明の課題を解決できることを見出し、発明を為すに至った。 Thus, in the wet desulfurization method, it discovered that the subject of this invention could be solved by using one or both of methylhydroquinone or toluquinone as a desulfurization catalyst, and came to make invention.
(1) 脱硫触媒がアルカリ溶液に溶解されてなる脱硫触媒溶液に、硫化水素含有ガスを接触させることにより、前記硫化水素含有ガスの脱硫を行う湿式脱硫方法において、前記脱硫触媒として、メチルヒドロキノンまたはトルキノンの一方又は両方を用いることを特徴とする硫化水素含有ガスからの湿式脱硫方法。
(2) 前記アルカリ溶液のアルカリ源としてアンモニアを用いることを特徴とする(1)に記載の硫化水素含有ガスからの湿式脱硫方法。
(3) 前記脱硫触媒溶液は、前記メチルヒドロキノンまたはトルキノンの一方又は両方を、固体の状態で、アルカリ溶液に投入して溶解させて製造することを特徴とする(1)または(2)に記載の硫化水素含有ガスからの湿式脱硫方法。
(4) 前記メチルヒドロキノンまたはトルキノンの一方又は両方を、固体の状態で、前記脱硫触媒溶液に投入して、前記脱硫触媒を補充することを特徴とする(1)〜(3)のいずれか1項に記載の硫化水素含有ガスからの湿式脱硫方法。
(5) 吸収塔と再生塔とを用い、
前記吸収塔と前記再生塔との間で前記脱硫触媒溶液を循環させながら脱硫を行う、(1)〜(4)のいずれか1項に記載の硫化水素含有ガスからの湿式脱硫方法であって、
前記吸収塔において、前記脱硫触媒溶液に、前記硫化水素含有ガスを接触させることにより、前記硫化水素含有ガス中の硫化水素を、前記脱硫触媒溶液中に溶解させて、前記硫化水素含有ガスから前記硫化水素を除去して精製ガスとし、
前記吸収塔から前記再生塔に、前記硫化水素を溶解させた前記脱硫触媒溶液を循環させ、前記再生塔において、前記脱硫触媒溶液に酸素含有ガスを接触させて、硫黄、硫黄を含む塩、若しくは硫黄を含むイオンを生成させ、前記硫黄、前記硫黄を含む塩、若しくは前記硫黄を含むイオンを回収し、その後、前記脱硫触媒溶液を前記吸収塔に循環させる、ことを特徴とする硫化水素含有ガスからの湿式脱硫方法。
(6) 前記再生塔に、メチルヒドロキノンまたはトルキノンの一方又は両方を、固体状で前記脱硫触媒溶液に投入して前記脱硫触媒を補充することを特徴とする(5)に記載の硫化水素含有ガスからの湿式脱硫方法。
(1) In the wet desulfurization method for desulfurizing the hydrogen sulfide-containing gas by bringing the hydrogen sulfide-containing gas into contact with a desulfurization catalyst solution in which the desulfurization catalyst is dissolved in an alkaline solution, methylhydroquinone or A wet desulfurization method from a hydrogen sulfide-containing gas, wherein one or both of tolquinone is used.
(2) The wet desulfurization method from a hydrogen sulfide-containing gas according to (1), wherein ammonia is used as an alkali source of the alkali solution.
(3) The desulfurization catalyst solution is produced by adding one or both of the methylhydroquinone and tolquinone into an alkaline solution in a solid state and dissolving the same, according to (1) or (2) Wet desulfurization method from hydrogen sulfide-containing gas.
(4) One or both of the methylhydroquinone and tolquinone are charged into the desulfurization catalyst solution in a solid state to replenish the desulfurization catalyst, and any one of (1) to (3) A wet desulfurization method from the hydrogen sulfide-containing gas according to Item.
(5) Using an absorption tower and a regeneration tower,
The wet desulfurization method from a hydrogen sulfide-containing gas according to any one of (1) to (4), wherein desulfurization is performed while circulating the desulfurization catalyst solution between the absorption tower and the regeneration tower. ,
In the absorption tower, by bringing the hydrogen sulfide-containing gas into contact with the desulfurization catalyst solution, the hydrogen sulfide in the hydrogen sulfide-containing gas is dissolved in the desulfurization catalyst solution, and the hydrogen sulfide-containing gas is Remove hydrogen sulfide to make purified gas,
The desulfurization catalyst solution in which the hydrogen sulfide is dissolved is circulated from the absorption tower to the regeneration tower, and in the regeneration tower, an oxygen-containing gas is brought into contact with the desulfurization catalyst solution to obtain sulfur, a salt containing sulfur, or A hydrogen sulfide-containing gas characterized by producing ions containing sulfur, recovering the sulfur, the salt containing sulfur, or the ions containing sulfur, and then circulating the desulfurization catalyst solution to the absorption tower. Wet desulfurization method from.
(6) The hydrogen sulfide-containing gas according to (5), wherein one or both of methylhydroquinone and tolquinone is charged into the desulfurization catalyst solution in a solid state to replenish the desulfurization catalyst. Wet desulfurization method from.
本発明によれば、メチルヒドロキノンまたはトルキノンの一方又は両方を脱硫触媒として用いることで、固体状で取り扱いができ、爆発性のような安全の問題が無く、低コストで手に入りやすく、従来の脱硫触媒と同等の脱硫性能を有する脱硫触媒を用いた湿式脱硫方法を提供することができる。 According to the present invention, by using one or both of methylhydroquinone and toluquinone as a desulfurization catalyst, it can be handled in a solid state, there is no safety problem such as explosiveness, and it is easy to obtain at low cost. A wet desulfurization method using a desulfurization catalyst having desulfurization performance equivalent to that of the desulfurization catalyst can be provided.
以下、本発明の実施形態について説明する。図1に示されるように、本発明の湿式脱硫方法は、従来の湿式脱硫方法と同様に、吸収工程と再生工程の大きく二つの工程から構成される。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. As shown in FIG. 1, the wet desulfurization method of the present invention is composed of two major steps, an absorption step and a regeneration step, as in the conventional wet desulfurization method.
一つ目の吸収工程は、硫化水素含有ガス3中に含まれる硫化水素をアルカリ性の脱硫触媒溶液5に接触させて、硫化水素を脱硫触媒溶液に溶け込ませる工程であり、吸収塔1で実行されることが多い。
The first absorption step is a step in which hydrogen sulfide contained in the hydrogen sulfide-containing
硫化水素含有ガス3とは、主に各種の乾留炉、加熱炉、動力プラント等から排出される排ガスで、10ppmから10000ppm程度の硫化水素を含有するガスであり、アルカリ溶液への硫化水素の溶解平衡の問題から、ある程度高濃度の硫化水素を含有するガスの方が高い硫化水素除去率を実現できるため、より好ましくは1000ppm以上10000ppm以下の硫化水素を含有するガスである。硫化水素含有ガスは、硫化水素以外に水素、メタン、一炭化炭素、二炭化炭素、窒素、アンモニア、シアン化水素などが含まれうる。コークス炉から排出されるコークス炉ガスは一般に上記程度の硫化水素を含み、本発明を適用する硫化水素含有ガスの好例である。
The hydrogen sulfide-containing
硫化水素含有ガスと脱硫触媒溶液を接触させることで、硫化水素含有ガスに含まれている硫化水素を脱硫触媒溶液へと溶解させるが、この際、硫化水素含有ガスに含まれるシアン化水素などの他の酸性ガスが、脱硫触媒溶液へと溶解しても構わず、特にシアン化水素を同時に除去することを目的としても問題ない。 By bringing the hydrogen sulfide-containing gas into contact with the desulfurization catalyst solution, the hydrogen sulfide contained in the hydrogen sulfide-containing gas is dissolved in the desulfurization catalyst solution. At this time, other hydrogen cyanide contained in the hydrogen sulfide-containing gas is dissolved. The acid gas may be dissolved in the desulfurization catalyst solution, and there is no problem particularly for the purpose of simultaneously removing hydrogen cyanide.
硫化水素含有ガスと接触させ硫化水素を溶け込ませる脱硫触媒溶液5は、メチルヒドロキノンまたはトルキノンの一方又は両方を脱硫触媒としてアルカリ溶液に溶解させたものである。この際、脱硫触媒の濃度は十分な活性を得るために0.01mmol/L以上が好ましい。また、トルキノンの水への溶解度が大きくないため、上限は100mmol/L以下が好ましい。
The
さらに、硫化水素含有ガスから硫化水素を吸収させるためには、脱硫触媒溶液5のpHをアルカリ性に保つ必要があるが、高アルカリになりすぎると脱硫触媒の活性低下につながるため、脱硫触媒溶液のpHは7.5〜11.0の範囲に維持することが好ましい。
Furthermore, in order to absorb hydrogen sulfide from the hydrogen sulfide-containing gas, it is necessary to keep the pH of the
メチルヒドロキノンまたはトルキノンの一方又は両方を脱硫触媒として用いることで、たとえば、タカハックス法の脱硫触媒である1,4−ナフトキノン−2−スルホン酸ナトリウムを用いた場合と比較すると、1,4−ナフトキノン−2−スルホン酸ナトリウムの既存の販売形態(1mol/Lナトリウム塩水溶液)では、1kgあたりおよそ1molの1,4−ナフトキノン−2−スルホン酸ナトリウムを含むのに対し、メチルヒドロキノン粉末では1kgあたり8molのメチルヒドロキノンを含み、いずれの脱硫触媒の分子においても分子1つに対して1つの活性部位を持つため、単位重さあたりの活性部位はメチルヒドロキノン粉末の方が、一般に入手できる1,4−ナフトキノン−2−スルホン酸ナトリウム水溶液に対して8倍となり、貯蔵や輸送の費用が低減できる。本観点から考えると環の数が少なく、置換基の少ないものが好ましく、本発明で用いるメチルヒドロキノンとトルキノンの一方又は双方は芳香族環の数が一つで、置換基もメチル基一つのみであり、貯蔵や輸送の費用の低減に効果的である。 By using one or both of methylhydroquinone and toluquinone as a desulfurization catalyst, for example, 1,4-naphthoquinone- is compared with a case where sodium 1,4-naphthoquinone-2-sulfonate, which is a desulfurization catalyst of Takahax method, is used. The existing form of sodium 2-sulfonate (1 mol / L aqueous sodium salt solution) contains approximately 1 mol sodium 1,4-naphthoquinone-2-sulfonate per kg, whereas methylhydroquinone powder contains 8 mol per kg. Since methylhydroquinone is included and each desulfurization catalyst molecule has one active site per molecule, the active site per unit weight is generally 1,4-naphthoquinone, which is generally available from methylhydroquinone powder. 2-fold sodium sulfonate aqueous solution Now, it is possible to reduce the cost of storage and transport. From this point of view, it is preferable that the number of rings is small and the number of substituents is small. One or both of methylhydroquinone and tolquinone used in the present invention has one aromatic ring, and the substituent is only one methyl group. It is effective for reducing storage and transportation costs.
脱硫触媒溶液を構成するアルカリ溶液のアルカリ源には、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、アンモニアなどが利用される。本発明においては脱硫触媒であるメチルヒドロキノンまたはトルキノンの一方又は両方がアルカリ金属を含んでいないため、アルカリ源に特にアンモニアを用いることにより、アルカリ金属を含まない脱硫触媒溶液によって脱硫の効果を発揮することができる。このことは、本プロセスの後、脱硫触媒溶液から硫酸イオンまたはその塩を回収する工程または脱硫触媒溶液を廃液として処理する工程において、アルカリ金属による設備の損傷などを考慮する必要が無くなり、設備や操業上の制約を緩和することになり有利であるため、アルカリ源にアンモニアを用いることが好ましい。 Sodium hydroxide, sodium carbonate, ammonia or the like is used as the alkali source of the alkaline solution constituting the desulfurization catalyst solution. In the present invention, since one or both of methylhydroquinone and tolquinone which are desulfurization catalysts do not contain an alkali metal, the desulfurization catalyst solution which does not contain an alkali metal exhibits its desulfurization effect by using ammonia as an alkali source. be able to. This means that, after this process, in the step of recovering sulfate ions or salts thereof from the desulfurization catalyst solution or the step of treating the desulfurization catalyst solution as a waste liquid, it is not necessary to consider the damage of the facilities due to alkali metals. It is preferable to use ammonia as the alkali source because it is advantageous because it eases operational restrictions.
脱硫触媒溶液と硫化水素含有ガスとの接触方法は、吸収塔下部より硫化水素含有ガスを挿入し、吸収塔上部より脱硫触媒溶液を散布して、脱硫触媒溶液に硫化水素を吸収させる方法でも良いし、吸収塔において脱硫触媒溶液を溜め、溜められた脱硫触媒溶液に硫化水素含有ガスを吹込む方法でもよく、これら以外の方法でも構わない。吸収塔下部より硫化水素含有ガスを挿入し、吸収塔上部より脱硫触媒溶液を散布する形態の場合、硫化水素含有ガスと脱硫触媒溶液の接触面積をより大きくするために、充填剤などを利用しても構わない。 The contact method between the desulfurization catalyst solution and the hydrogen sulfide-containing gas may be a method in which a hydrogen sulfide-containing gas is inserted from the lower part of the absorption tower and the desulfurization catalyst solution is sprayed from the upper part of the absorption tower so that the desulfurization catalyst solution absorbs hydrogen sulfide. The desulfurization catalyst solution may be stored in an absorption tower, and a hydrogen sulfide-containing gas may be blown into the stored desulfurization catalyst solution, or other methods may be used. In the case of inserting the hydrogen sulfide-containing gas from the bottom of the absorption tower and spraying the desulfurization catalyst solution from the top of the absorption tower, a filler is used to increase the contact area between the hydrogen sulfide-containing gas and the desulfurization catalyst solution. It doesn't matter.
また、再生工程は、硫化水素を吸収させた脱硫触媒溶液5に、酸素含有ガス20を吹き込んで脱硫触媒を再生させるとともに、溶液中に溶けた硫化水素を硫黄若しくは硫黄を含む塩又は硫黄を含むイオンにする工程であり、再生塔19で実施されることが多い。酸素含有ガスは、メチルヒドロキノンをトルキノンに酸化させるために必要なものであり、空気、酸素、又は、酸素富化空気などを使用することができる。
Further, the regeneration step regenerates the desulfurization catalyst by blowing the oxygen-containing
脱硫触媒溶液中の脱硫触媒の酸化体であるトルキノンと、還元体であるメチルヒドロキノンとの役割について記す。吸収塔で脱硫触媒を含むアルカリ性の溶液に硫化水素が溶解すると、脱硫触媒溶液中のトルキノンが硫化水素と反応し、メチルヒドロキノンになる。吸収塔においてアルカリ性の溶液に溶解する硫化水素の量は、脱硫触媒の濃度よりも高くなるため、吸収塔から取り出される脱硫触媒溶液中における脱硫触媒のほとんどがメチルヒドロキノンとなり、全量の硫化水素の処理が終了しないまま、再生塔へと送液される。再生塔では、前記の通り、酸素含有ガスを吹込むことで、メチルヒドロキノンが酸素含有ガス中の酸素と反応しトルキノンとなるため、再び硫化水素と反応することが可能となる。 The role of toluquinone, which is an oxidant of the desulfurization catalyst in the desulfurization catalyst solution, and methylhydroquinone, which is a reductant, will be described. When hydrogen sulfide is dissolved in an alkaline solution containing a desulfurization catalyst in the absorption tower, toluquinone in the desulfurization catalyst solution reacts with hydrogen sulfide to become methylhydroquinone. Since the amount of hydrogen sulfide dissolved in the alkaline solution in the absorption tower is higher than the concentration of the desulfurization catalyst, most of the desulfurization catalyst in the desulfurization catalyst solution taken out from the absorption tower becomes methylhydroquinone, and the entire amount of hydrogen sulfide is treated. The liquid is sent to the regeneration tower without completing. In the regeneration tower, as described above, by blowing in the oxygen-containing gas, methylhydroquinone reacts with oxygen in the oxygen-containing gas to become tolquinone, so that it can react with hydrogen sulfide again.
吸収塔から送液され再生塔に導入される脱硫触媒溶液中の脱硫触媒は、前記の通りほとんどがメチルヒドロキノンとなるが、再生塔において酸素との反応と硫化水素との反応を繰り返して、脱硫触媒溶液中の硫化水素量が減少していくと、トルキノンが硫化水素と反応できなくなる一方で、酸素は随時供給されメチルヒドロキノンがトルキノンになる反応のみが進行するため、脱硫触媒溶液中の脱硫触媒においてトルキノンの割合が上昇していく。トルキノンの割合が上昇した脱硫触媒溶液は再生塔から吸収塔に送液され、再利用される。したがって、脱硫触媒溶液中の硫化水素はその一部が吸収塔で酸化されるが、大半は再生塔において酸化され、硫黄若しくは硫黄を含む塩又は硫黄を含むイオンとなる。 As described above, most of the desulfurization catalyst in the desulfurization catalyst solution fed from the absorption tower and introduced into the regeneration tower is methylhydroquinone. However, in the regeneration tower, the reaction with oxygen and the reaction with hydrogen sulfide are repeated to perform desulfurization. As the amount of hydrogen sulfide in the catalyst solution decreases, while toluquinone cannot react with hydrogen sulfide, oxygen is supplied at any time and only the reaction in which methylhydroquinone becomes tolquinone proceeds, so the desulfurization catalyst in the desulfurization catalyst solution The ratio of tolquinone increases in The desulfurization catalyst solution in which the proportion of tolquinone is increased is sent from the regeneration tower to the absorption tower and reused. Therefore, a part of the hydrogen sulfide in the desulfurization catalyst solution is oxidized in the absorption tower, but most of it is oxidized in the regeneration tower and becomes sulfur or a salt containing sulfur or an ion containing sulfur.
また、上記のようなメカニズムであるため、脱硫触媒溶液に溶解させる脱硫触媒としては、メチルヒドロキノンまたはトルキノンのどちらか一方であっても、双方であっても構わない。反応によって、吸収塔、再生塔のそれぞれにおいて、上述のような存在形態に落ち着くためである。 In addition, since the mechanism is as described above, the desulfurization catalyst dissolved in the desulfurization catalyst solution may be either methylhydroquinone or tolquinone, or both. This is because, due to the reaction, each of the absorption tower and the regeneration tower settles into the above-described existence form.
脱硫触媒溶液と酸素含有ガスとの接触方法は、再生塔に脱硫触媒溶液を溜め、溜められた脱硫触媒溶液に酸素含有ガスを吹込む方法でもよいし、再生塔下部より酸素含有ガスを挿入し、再生塔上部より脱硫触媒溶液を散布して、脱硫触媒溶液に硫化水素を吸収させる方法などのそれ以外の方法でも構わない。 The contact method of the desulfurization catalyst solution and the oxygen-containing gas may be a method of storing the desulfurization catalyst solution in the regeneration tower and blowing the oxygen-containing gas into the stored desulfurization catalyst solution, or inserting the oxygen-containing gas from the lower part of the regeneration tower. Other methods such as a method of spraying the desulfurization catalyst solution from the upper part of the regeneration tower and absorbing the hydrogen sulfide in the desulfurization catalyst solution may be used.
吸収工程と再生工程を有する設備としては、上述のように、吸収塔と再生塔とを別に作っても構わないし、図4に示されるように、吹込む硫化水素含有ガス24と酸素含有ガス30が混合しないように考慮されていれば、再生塔と吸収塔の機能を兼ね備えた一つの設備で実施されても構わない(例えば、特許文献4等、参照)。
As described above, as the equipment having the absorption process and the regeneration process, the absorption tower and the regeneration tower may be formed separately. As shown in FIG. 4, the hydrogen sulfide-containing
図4では、塔内に設置した隔壁27よりも上部が吸収塔として機能し、この上部にて吸収工程が実施され、隔壁27よりも下部が再生塔として機能し再生工程が実施される。隔壁27より上部では、硫化水素含有ガス24が隔壁27に近い位置より吹込まれ、循環利用されている脱硫触媒を溶解させた脱硫触媒溶液28、31が上部より散布することで、硫化水素含有ガス24が接触し、硫化水素含有ガス24中の硫化水素が脱硫触媒溶液28、31に吸収され、硫化水素が除かれた硫化水素含有ガス24は精製ガス25として塔頂付近より回収される。この時、硫化水素含有ガス24と脱硫触媒溶液28、31の接触面積を増大させるために、塔上部の硫化水素含有ガス24の導入部と精製ガス25の導出部との間に、充填剤層26を設けてもよい。硫化水素を吸収した脱硫触媒溶液28、31は隔壁27をつたい、シールポット29を経由し、塔下部に蓄えられる。塔下部に蓄えられた脱硫触媒溶液28に酸素含有ガス30が吹込まれ、脱硫触媒の再生が行われる。酸素含有ガス30は脱硫触媒溶液28を通過した後、排ガス33として排出される。塔下部に蓄えられた脱硫触媒溶液28、31は塔下部より抜き出され送液ポンプ32によって塔上部から導入されることにより、循環利用される。隔壁27とシールポット29により、吹込む硫化水素含有ガス24と酸素含有ガス30が混合しないようになっている。
In FIG. 4, the upper part of the
本発明に係る固体状の脱硫触媒を設備中の脱硫触媒溶液に投入する際、事前に水またはアルカリ溶液に溶解させて水溶液状にしてから設備中の脱硫触媒溶液に投入しても良いし、固体状の脱硫触媒をそのまま設備中の脱硫触媒溶液に投入しても良い。固体状の脱硫触媒をそのまま設備中の脱硫触媒溶液に投入する場合、固体状の脱硫触媒を水溶液状にする必要が無くなり、工程の複雑化を防ぐことができるため好ましい。 When the solid desulfurization catalyst according to the present invention is charged into the desulfurization catalyst solution in the facility, it may be dissolved in water or an alkali solution in advance to form an aqueous solution and then charged into the desulfurization catalyst solution in the facility. The solid desulfurization catalyst may be put into the desulfurization catalyst solution in the equipment as it is. When the solid desulfurization catalyst is directly added to the desulfurization catalyst solution in the facility, it is not necessary to make the solid desulfurization catalyst into an aqueous solution, which is preferable because the process can be prevented from becoming complicated.
脱硫触媒は、劣化したり、硫黄若しくは硫黄を含む塩又は硫黄を含むイオンを回収する工程で、脱硫触媒溶液の一部抜き出しにより、除々に消失されることから、設備稼働中に、連続的又は断続的に補充することが好ましい。補充に当たっては、循環させている脱硫触媒溶液の抜き出し量、抜き出した溶液の成分、循環している脱硫触媒溶液の酸化還元電位などを考慮し、脱硫触媒の添加量、及びタイミングを、適宜決定すればよい。 Since the desulfurization catalyst deteriorates or is gradually lost by extracting part of the desulfurization catalyst solution in the process of recovering sulfur or a salt containing sulfur or ions containing sulfur, It is preferable to replenish intermittently. In replenishment, the amount and timing of desulfurization catalyst addition should be determined appropriately in consideration of the amount of desulfurization catalyst solution being circulated, the components of the extracted solution, the redox potential of the desulfurization catalyst solution being circulated, etc. That's fine.
また、固体状の脱硫触媒をそのまま投入する場合、投入するための投入口を設備中に設ける必要があるが、再生塔と吸収塔とが別の設備として作られ、再生塔19において脱硫触媒溶液を溜め、溜められた脱硫触媒溶液に酸素含有ガス20を吹込む方法を実施する図3のような場合、再生塔の上部に直接固体の脱硫触媒を投入する投入口21を設けることが好ましい。再生塔19に溜められた脱硫触媒溶液は設備を循環している脱硫触媒溶液の大半をしめており、また、酸素含有ガス20が吹き込まれることにより、撹拌が促進されている状態にあるため、効率よく脱硫触媒を脱硫触媒溶液へと溶解、拡散させることができる。
In addition, when the solid desulfurization catalyst is charged as it is, it is necessary to provide a charging port in the facility. However, the regeneration tower and the absorption tower are formed as separate facilities. In the case of FIG. 3 in which the method of injecting the oxygen-containing
また、本発明に係る固体状の脱硫触媒を、設備中の脱硫触媒溶液に投入する際、脱硫触媒溶液中に、他の触媒が含まれていても構わない。例えば、既存の湿式脱硫装置を使用して、本発明の方法を実施する場合は、既に脱硫触媒溶液に、従来のタカハックス法で使用されている脱硫触媒である1,4−ナフトキノン−2−スルホン酸塩とその還元体が含まれているが、当該溶液に、本発明に係る固体状の脱硫触媒を追加していくように、実施しても構わない。 In addition, when the solid desulfurization catalyst according to the present invention is charged into the desulfurization catalyst solution in the facility, another catalyst may be contained in the desulfurization catalyst solution. For example, when the method of the present invention is carried out using an existing wet desulfurization apparatus, 1,4-naphthoquinone-2-sulfone, which is a desulfurization catalyst used in the conventional Takahax method, is already added to the desulfurization catalyst solution. Although an acid salt and a reduced form thereof are contained, the solution may be implemented so that the solid desulfurization catalyst according to the present invention is added to the solution.
〔比較例1〕
図5に示すように、500mLビーカー34に400mLの模擬反応液35を入れ、磁気撹拌機36を用いて溶液を撹拌しながら、円筒ガス噴射管37を通じて空気を0.3L/minで吹込み反応を実施した。模擬反応液35の組成は、溶解した硫化水素の代替としてNaSHを10mmol/Lの濃度とし、タカハックス法の脱硫触媒である1,4−ナフトキノン−2−スルホン酸ナトリウムを0.2mmol/Lの濃度とした。硫化水素はアルカリ溶液に溶解した場合、硫化水素イオンになるため、水溶液化した際にナトリウムイオンと硫化水素イオンに電離するNaSHを硫化水素の代替として用いた。NaSHのアルカリ性により、模擬反応液35調整時のpHは7.5〜11.0の範囲内になるため、アルカリ源によるpH調整は行わなかった。脱硫触媒による活性の評価を一定とするため、反応液の温度を湯浴40を用いて30℃の一定に保った。なお、本試験はバッチ試験であり、溶液中の硫化水素イオン濃度が減少し続ける条件で行われた。
[Comparative Example 1]
As shown in FIG. 5, 400 mL of the
1時間30分間の反応時間の経過に従い反応液のサンプリングを行い、キャピラリ電気泳動装置による硫化水素イオン濃度を測定し、硫化水素イオン濃度の経時変化から硫化水素イオンの減少率1.50mmol・L−1・hr−1を得た。なお、硫化水素イオン濃度の反応時間に対する関係を最小二乗法により直線近似し負の傾きの大きさを求め、得られた傾きの大きさから触媒を入れずに同様の実験を行った際に得られる傾きの大きさを差し引いた値を硫化水素イオンの減少率とした。 The reaction solution was sampled as the reaction time elapsed for 1 hour and 30 minutes, and the hydrogen sulfide ion concentration was measured with a capillary electrophoresis apparatus. The decrease rate of hydrogen sulfide ions was 1.50 mmol·L − 1 · hr −1 was obtained. The relationship between the hydrogen sulfide ion concentration and the reaction time was approximated linearly by the least square method to determine the magnitude of the negative slope, and obtained when a similar experiment was conducted without using a catalyst from the obtained slope magnitude. The value obtained by subtracting the magnitude of the obtained slope was defined as the hydrogen sulfide ion reduction rate.
〔実施例1〕
比較例1と同様の実験を1,4−ナフトキノン−2−スルホン酸ナトリウムの代わりに、固体状のメチルヒドロキノンを入れ、模擬反応液35中に溶解させて実施した。濃度、アルカリ源、反応温度はいずれも比較例1と同様である。その際、硫化水素イオンの減少率1.81mmol・L−1・hr−1を得た。これは、メチルヒドロキノンが従来のタカハックス触媒である1,4−ナフトキノン−2−スルホン酸ナトリウムと同等以上の硫化水素イオン処理能力を持ちうることを示している。
[Example 1]
An experiment similar to Comparative Example 1 was carried out by adding solid methylhydroquinone instead of sodium 1,4-naphthoquinone-2-sulfonate and dissolving it in the
〔実施例2〕
比較例1と同様の実験を1,4−ナフトキノン−2−スルホン酸ナトリウムの代わりにトルキノンを入れ実施した。濃度、アルカリ源、反応温度はいずれも比較例1と同様である。その際、硫化水素イオンの減少率1.63mmol・L−1・hr−1を得た。これは、メチルヒドロキノンの酸化体であるトルキノンが従来のタカハックス触媒である1,4−ナフトキノン−2−スルホン酸ナトリウムと同等以上の硫化水素イオン処理能力を持ちうることを示しており、還元体であるメチルヒドロキノン、酸化体であるトルキノンのいずれの形態で系に投入しても、脱硫触媒として利用できることを示している。
[Example 2]
The same experiment as in Comparative Example 1 was carried out by adding tolquinone instead of sodium 1,4-naphthoquinone-2-sulfonate. The concentration, alkali source, and reaction temperature are all the same as in Comparative Example 1. At that time, a reduction rate of hydrogen sulfide ions of 1.63 mmol·L −1 · hr −1 was obtained. This indicates that toluquinone, which is an oxidized form of methylhydroquinone, can have a hydrogen sulfide ion treatment capacity equal to or higher than sodium 1,4-naphthoquinone-2-sulfonate, which is a conventional Takahax catalyst. It is shown that it can be used as a desulfurization catalyst even if it is put into the system in any form of a certain methylhydroquinone and an oxidized form of tolquinone.
〔比較例2〕
比較例1と同様の実験を1,4−ナフトキノン−2−スルホン酸ナトリウムの代わりにヒドロキノンを入れ実施した。濃度、アルカリ源、反応温度はいずれも比較例1と同様である。その際、硫化水素イオンの減少率は1.02mmol・L−1・hr−1となった。これは、キノン基を有する最も単純な化合物の一つであるヒドロキノンでは、従来のタカハックス触媒である1,4−ナフトキノン−2−スルホン酸ナトリウムと同等の性能を得られないことを示している。
[Comparative Example 2]
The same experiment as in Comparative Example 1 was carried out by adding hydroquinone instead of sodium 1,4-naphthoquinone-2-sulfonate. The concentration, alkali source, and reaction temperature are all the same as in Comparative Example 1. At that time, the reduction rate of hydrogen sulfide ions was 1.02 mmol·L −1 · hr −1 . This indicates that hydroquinone, which is one of the simplest compounds having a quinone group, cannot obtain performance equivalent to that of sodium 1,4-naphthoquinone-2-sulfonate, which is a conventional Takahax catalyst.
〔比較例3〕
比較例1と同様の実験を1,4−ナフトキノン−2−スルホン酸ナトリウムの代わりにカテコールを入れ実施した。濃度、アルカリ源、反応温度はいずれも比較例1と同様である。その際、硫化水素イオンの減少率は0.87mmol・L−1・hr−1となった。これは、キノン基を有する最も単純な化合物の一つであるカテコールでは、従来のタカハックス触媒である1,4−ナフトキノン−2−スルホン酸ナトリウムと同等の性能を得られないことを示している。
[Comparative Example 3]
The same experiment as Comparative Example 1 was carried out by adding catechol instead of sodium 1,4-naphthoquinone-2-sulfonate. The concentration, alkali source, and reaction temperature are all the same as in Comparative Example 1. At that time, the reduction rate of hydrogen sulfide ions was 0.87 mmol·L −1 · hr −1 . This indicates that catechol, which is one of the simplest compounds having a quinone group, cannot obtain performance equivalent to that of sodium 1,4-naphthoquinone-2-sulfonate, which is a conventional Takahax catalyst.
〔比較例4〕
比較例1と同様の実験を1,4−ナフトキノン−2−スルホン酸ナトリウムの代わりに1,2−ナフトキノン−4−スルホン酸ナトリウムを入れ実施した。濃度、アルカリ源、反応温度はいずれも比較例1と同様である。その際、硫化水素イオンの減少率は1.46mmol・L−1・hr−1となった。これは、1,2−ナフトキノン−4−スルホン酸ナトリウムが従来のタカハックス触媒である1,4−ナフトキノン−2−スルホン酸ナトリウムと同等の硫化水素イオン処理能力を持ちうることを示している。しかし、単位重量あたりの活性部位の量はメチルヒドロキノンの0.477倍であるため、本発明に用いるメチルヒドロキノンの方がより低重量で従来と同様の活性を得ることが可能である。
[Comparative Example 4]
An experiment similar to that of Comparative Example 1 was performed with sodium 1,2-naphthoquinone-4-sulfonate instead of sodium 1,4-naphthoquinone-2-sulfonate. The concentration, alkali source, and reaction temperature are all the same as in Comparative Example 1. At that time, the reduction rate of hydrogen sulfide ions was 1.46 mmol·L −1 · hr −1 . This shows that sodium 1,2-naphthoquinone-4-sulfonate can have a hydrogen sulfide ion treatment capacity equivalent to sodium 1,4-naphthoquinone-2-sulfonate, which is a conventional Takahax catalyst. However, since the amount of the active site per unit weight is 0.477 times that of methylhydroquinone, the methylhydroquinone used in the present invention can obtain the same activity as the conventional one at a lower weight.
〔比較例5〕
比較例1と同様の実験を1,4−ナフトキノン−2−スルホン酸ナトリウムの代わりに1,2,4−トリヒドロキシベンゼンを入れ実施した。濃度、アルカリ源、反応温度はいずれも比較例1と同様である。その際、硫化水素イオンの減少率は1.53mmol・L−1・hr−1となった。これは、1,2,4−トリヒドロキシベンゼンが従来のタカハックス触媒である1,4−ナフトキノン−2−スルホン酸ナトリウムと同等の硫化水素イオン処理能力を持ちうることを示している。しかし、メチルヒドロキノンと比較すると高価であるため、本発明に用いるメチルヒドロキノンの方がより安価に従来と同様の活性を得ることが可能である。
[Comparative Example 5]
An experiment similar to that of Comparative Example 1 was performed by adding 1,2,4-trihydroxybenzene in place of sodium 1,4-naphthoquinone-2-sulfonate. The concentration, alkali source, and reaction temperature are all the same as in Comparative Example 1. At that time, the reduction rate of hydrogen sulfide ions was 1.53 mmol·L −1 · hr −1 . This indicates that 1,2,4-trihydroxybenzene can have a hydrogen sulfide ion treatment capacity equivalent to that of sodium 1,4-naphthoquinone-2-sulfonate, which is a conventional Takahax catalyst. However, since it is more expensive than methylhydroquinone, methylhydroquinone used in the present invention can obtain the same activity as the conventional one at a lower cost.
〔比較例6〕
比較例1と同様の実験を1,4−ナフトキノン−2−スルホン酸ナトリウムの代わりに4−メチルカテコールを入れ実施した。濃度、アルカリ源、反応温度はいずれも比較例1と同様である。その際、硫化水素イオンの減少率は1.72mmol・L−1・hr−1となった。これは、4−メチルカテコールが従来のタカハックス触媒である1,4−ナフトキノン−2−スルホン酸ナトリウムと同等の硫化水素イオン処理能力を持ちうることを示している。しかし、メチルヒドロキノンと比較すると高価であるため、本発明に用いるメチルヒドロキノンの方がより安価に従来と同様の活性を得ることが可能であり、また、4−メチルカテコールは安定性の問題により不活性ガス雰囲気下で保存する必要があり、貯蔵コストが増大してしまう。
[Comparative Example 6]
An experiment similar to that of Comparative Example 1 was performed by adding 4-methylcatechol instead of sodium 1,4-naphthoquinone-2-sulfonate. The concentration, alkali source, and reaction temperature are all the same as in Comparative Example 1. At that time, the decrease rate of hydrogen sulfide ions was 1.72 mmol·L −1 · hr −1 . This indicates that 4-methylcatechol can have a hydrogen sulfide ion treatment capacity equivalent to that of sodium 1,4-naphthoquinone-2-sulfonate, which is a conventional Takahax catalyst. However, since it is more expensive than methylhydroquinone, methylhydroquinone used in the present invention can obtain the same activity as the conventional one at a lower cost, and 4-methylcatechol is less stable due to stability problems. It is necessary to store under an active gas atmosphere, which increases the storage cost.
〔比較例7〕
比較例1と同様の実験を1,4−ナフトキノン−2−スルホン酸ナトリウムの代わりにピロガロールを入れ実施した。濃度、アルカリ源、反応温度はいずれも比較例1と同様である。その際、硫化水素イオンの減少率は0.03mmol・L−1・hr−1となった。これは、ピロガロールが硫化水素イオン処理能力を有さないことを示し、1,2,4−トリヒドロキシベンゼンの結果と比較すると、同一の官能基を有していても、その位置により硫化水素イオン処理能力に差があることを示している。
[Comparative Example 7]
An experiment similar to that in Comparative Example 1 was conducted by adding pyrogallol instead of sodium 1,4-naphthoquinone-2-sulfonate. The concentration, alkali source, and reaction temperature are all the same as in Comparative Example 1. At that time, the decrease rate of hydrogen sulfide ions was 0.03 mmol·L −1 · hr −1 . This indicates that pyrogallol does not have the ability to treat hydrogen sulfide ions. Compared with the results of 1,2,4-trihydroxybenzene, even if it has the same functional group, hydrogen sulfide ions depend on its position. It shows that there is a difference in processing capacity.
〔比較例8〕
実験装置を図6に示す。吸収塔42は塔径60mm、高さ900mmのガラス製の塔に10mmφのラヒシリングを750mmの高さまで入れた充填塔とし、再生塔48は塔径80mm、高さ1300mmのガラス製の気泡塔とし、ガス吹き込み口には円筒ガス噴射管を使用し、有効液高は1000mmであった。また、実験用の循環液槽45として10Lのガラス瓶を使用した。
[Comparative Example 8]
The experimental apparatus is shown in FIG. The
模擬ガス41の組成はアンモニア10000ppm、硫化水素5000ppmを含む窒素ガスを用意し、上記吸収塔42の下部から0.8Nm3/hrで吹込んだ。また、再生塔48下部より吹込む空気49の量は50NL/hrとした。模擬反応液46は45L/hrの流速で送液ポンプ47により系内を循環させた。模擬反応液はタカハックス法の脱硫触媒である1,4−ナフトキノン−2−スルホン酸ナトリウム濃度を2mmol/Lとし、アルカリ源としてアンモニア水を用いて初期のpHを9.0に調整した。試験開始後のアルカリ源は模擬ガス41に含まれるアンモニアのみとし、それ以外のpH調製は実施していない。
The composition of the
吸収塔42上部より出てくる処理後の精製ガス43の硫化水素濃度を炎光光度検出器付きガスクロマトグラフ44で一定時間毎に測定し、導入した硫化水素の中の除去された硫化水素濃度の割合である硫化水素除去率を求めた。その結果、試験開始後5時間後において硫化水素除去率100.0%、15時間後において硫化水素除去率99.2%となった。
The hydrogen sulfide concentration of the purified
〔実施例3〕
比較例8と同様の実験を1,4−ナフトキノン−2−スルホン酸ナトリウムの代わりにメチルヒドロキノンを入れ実施した。実験設備、濃度、アルカリ源、反応温度はいずれも比較例8と同様である。その際、試験開始後5時間後と15時間後においてそれぞれ硫化水素除去率99.8%と99.4%を得た。これは、メチルヒドロキノンには従来のタカハックス触媒である1,4−ナフトキノン−2−スルホン酸ナトリウムと同等の硫化水素イオン処理能力があることを示している。
Example 3
An experiment similar to that in Comparative Example 8 was carried out by adding methylhydroquinone instead of sodium 1,4-naphthoquinone-2-sulfonate. The experimental equipment, concentration, alkali source, and reaction temperature are all the same as in Comparative Example 8. At that time, hydrogen sulfide removal rates of 99.8% and 99.4% were obtained 5 hours and 15 hours after the start of the test, respectively. This indicates that methylhydroquinone has a hydrogen sulfide ion treatment capacity equivalent to that of sodium 1,4-naphthoquinone-2-sulfonate, which is a conventional Takahax catalyst.
〔比較例9〕
比較例8と同様の実験を1,4−ナフトキノン−2−スルホン酸ナトリウムの代わりにヒドロキノンを入れ実施した。実験設備、濃度、アルカリ源、反応温度はいずれも比較例8と同様である。その際、試験開始後5時間後と15時間後においてそれぞれ硫化水素除去率87.3%と62.8%を得た。これは、ヒドロキノンでは従来のタカハックス触媒である1,4−ナフトキノン−2−スルホン酸ナトリウムと同等の性能を得られないことを示している。模擬反応液であるアルカリ溶液に溶解した硫化水素が触媒によって十分に処理されず、アルカリ溶液に蓄積してしまった結果、硫化水素を十分に吸収できなくなったためと考えられる。
[Comparative Example 9]
An experiment similar to that in Comparative Example 8 was carried out by adding hydroquinone instead of sodium 1,4-naphthoquinone-2-sulfonate. The experimental equipment, concentration, alkali source, and reaction temperature are all the same as in Comparative Example 8. At that time, hydrogen sulfide removal rates of 87.3% and 62.8% were obtained 5 hours and 15 hours after the start of the test, respectively. This indicates that hydroquinone cannot obtain the same performance as that of sodium 1,4-naphthoquinone-2-sulfonate, which is a conventional Takahax catalyst. This is probably because hydrogen sulfide dissolved in the alkaline solution, which is a simulated reaction solution, was not sufficiently treated by the catalyst and accumulated in the alkaline solution, and as a result, hydrogen sulfide could not be sufficiently absorbed.
〔実施例4〕
実施例3と同様の実験で模擬ガスの組成をアンモニア12000ppm、硫化水素4000ppm、シアン化水素1000ppm、二酸化炭素、25000ppm、メタン3000ppmを含む窒素ガスとした場合、5時間後における硫化水素除去率は99.2%であった。これは、コークス炉ガスなどに含まれる他の酸性ガスであるシアン化水素や二酸化炭素、または、コークス炉ガス等に含まれる炭化水素ガスであるメタンが脱硫性能に影響を及ぼさないことを示している。
Example 4
In the same experiment as in Example 3, when the composition of the simulated gas was nitrogen gas containing 12000 ppm of ammonia, 4000 ppm of hydrogen sulfide, 1000 ppm of hydrogen cyanide, carbon dioxide, 25000 ppm, and 3000 ppm of methane, the removal rate of hydrogen sulfide after 5 hours was 99.2. %Met. This indicates that hydrogen cyanide and carbon dioxide, which are other acid gases contained in coke oven gas, and methane, which is a hydrocarbon gas contained in coke oven gas, do not affect the desulfurization performance.
〔実施例5〕
実施例3と同様の実験で、試験開始後5時間後に一度、模擬ガスの流通および液の循環、空気の吹込みを止め、循環液槽より模擬反応液を2L抜き出し、pHが9.0となるように希釈したアンモニア水2Lを投入した。さらに、メチルヒドロキノン497mgを再生塔上部の固体状脱硫触媒投入口50より固体粉末状のまま、再生塔中に蓄えられた溶液に投入した。その後、再度、模擬ガスの流通および液の循環、空気の吹込みを開始し、再開後2時間後に硫化水素除去率が99.5%となった。これは、固体粉末状のまま投入しても、脱硫性能に影響を及ぼさないことを示している。
Example 5
In the same experiment as in Example 3, 5 hours after the start of the test, once the simulated gas flow, liquid circulation, and air blowing were stopped, 2 L of the simulated reaction liquid was withdrawn from the circulating liquid tank, and the pH was 9.0. 2 L of ammonia water diluted so as to become was added. Further, 497 mg of methylhydroquinone was charged as a solid powder from the solid desulfurization
1、16、42:吸収塔、2、19,48:再生塔、3、15、24:硫化水素含有ガス、4、17、25、43:精製ガス、5、28、31:脱硫触媒溶液、6、20、30:酸素含有ガス、7、23:硫黄若しくは硫黄を含む塩又は硫黄を含むイオンが溶解した脱硫触媒溶液、8、22、33、51:排ガス、9:トルキノン(酸化体)、10:メチルヒドロキノン(還元体)、11:硫化水素、12:硫黄、13:酸素、14:水、18、32、47:送液ポンプ、21、50:固体状脱硫触媒の投入口、26:充填剤、27:隔壁、29:シールポット、34:500mLビーカー、35、46:模擬反応液、36:磁気撹拌機、37:円筒ガス噴射管、38:pH/ORP計、39:溶存酸素計、40:湯浴、41:硫化水素含有ガス(模擬ガス)、44:炎光光度検出器付きガスクロマトグラフ、45:循環液槽、49:空気。 1, 16, 42: absorption tower, 2, 19, 48: regeneration tower, 3, 15, 24: hydrogen sulfide-containing gas, 4, 17, 25, 43: purified gas, 5, 28, 31: desulfurization catalyst solution, 6, 20, 30: oxygen-containing gas, 7, 23: desulfurization catalyst solution in which sulfur or a salt containing sulfur or an ion containing sulfur is dissolved, 8, 22, 33, 51: exhaust gas, 9: tolquinone (oxidant), 10: methyl hydroquinone (reduced form), 11: hydrogen sulfide, 12: sulfur, 13: oxygen, 14: water, 18, 32, 47: liquid feed pump, 21, 50: inlet of solid desulfurization catalyst, 26: Filler, 27: partition wall, 29: seal pot, 34: 500 mL beaker, 35, 46: simulated reaction solution, 36: magnetic stirrer, 37: cylindrical gas injection tube, 38: pH / ORP meter, 39: dissolved oxygen meter , 40: hot water bath, 41: containing hydrogen sulfide Scan (mock gas), 44: a flame photometric detector with a gas chromatograph, 45: circulating liquid tank, 49: air.
Claims (6)
前記吸収塔と前記再生塔との間で前記脱硫触媒溶液を循環させながら脱硫を行う、請求項1〜4のいずれか1項に記載の硫化水素含有ガスからの湿式脱硫方法であって、
前記吸収塔において、前記脱硫触媒溶液に、前記硫化水素含有ガスを接触させることにより、前記硫化水素含有ガス中の硫化水素を、前記脱硫触媒溶液中に溶解させて、前記硫化水素含有ガスから前記硫化水素を除去して精製ガスとし、
前記吸収塔から前記再生塔に、前記硫化水素を溶解させた前記脱硫触媒溶液を循環させ、前記再生塔において、前記脱硫触媒溶液に酸素含有ガスを接触させて、硫黄、硫黄を含む塩、若しくは硫黄を含むイオンを生成させ、前記硫黄、前記硫黄を含む塩、若しくは前記硫黄を含むイオンを回収し、その後、前記脱硫触媒溶液を前記吸収塔に循環させる、ことを特徴とする硫化水素含有ガスからの湿式脱硫方法。 Using an absorption tower and a regeneration tower,
The wet desulfurization method from a hydrogen sulfide-containing gas according to any one of claims 1 to 4, wherein desulfurization is performed while circulating the desulfurization catalyst solution between the absorption tower and the regeneration tower.
In the absorption tower, by bringing the hydrogen sulfide-containing gas into contact with the desulfurization catalyst solution, the hydrogen sulfide in the hydrogen sulfide-containing gas is dissolved in the desulfurization catalyst solution, and the hydrogen sulfide-containing gas is Remove hydrogen sulfide to make purified gas,
The desulfurization catalyst solution in which the hydrogen sulfide is dissolved is circulated from the absorption tower to the regeneration tower, and in the regeneration tower, an oxygen-containing gas is brought into contact with the desulfurization catalyst solution to obtain sulfur, a salt containing sulfur, or A hydrogen sulfide-containing gas characterized by producing ions containing sulfur, recovering the sulfur, the salt containing sulfur, or the ions containing sulfur, and then circulating the desulfurization catalyst solution to the absorption tower. Wet desulfurization method from.
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