JP2655800B2 - Gas desulfurizing agent and desulfurization method for hydrogen sulfide-containing gas - Google Patents

Gas desulfurizing agent and desulfurization method for hydrogen sulfide-containing gas

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JP2655800B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は硫化水素含有ガスからそ
れに含まれる硫化水素を高温で除去するために用いる脱
硫剤及び脱硫方法に関する。
The present invention relates to a desulfurizing agent and a desulfurizing method for removing hydrogen sulfide contained in a gas containing hydrogen sulfide at a high temperature.

【0002】[0002]

【従来の技術】石炭エネルギーの高効率利用を図るた
め、たとえば石炭ガス化複合サイクル発電、石炭ガス化
燃料電池発電等の技術開発が進められている。これらの
技術では、大気汚染の防止並びにガスタービンや燃料電
池等構成機器の長寿命化を図るため、石炭ガス化ガスに
含まれる硫化水素を除去することが必要である。また、
石炭ガス以外の燃料ガスについても、不純物として硫化
水素が含まれている場合には、その利用に先だって脱硫
処理が不可欠となることが多い。
2. Description of the Related Art In order to use coal energy with high efficiency, technological developments such as coal gasification combined cycle power generation and coal gasification fuel cell power generation have been promoted. In these techniques, it is necessary to remove hydrogen sulfide contained in coal gasified gas in order to prevent air pollution and extend the life of components such as gas turbines and fuel cells. Also,
When hydrogen sulfide is contained as an impurity in fuel gas other than coal gas, desulfurization treatment is often indispensable prior to its use.

【0003】ガス脱硫法としては、硫化水素溶解性の高
い溶媒でガスを洗浄する湿式脱硫法があり、すでに多数
のプロセスが化学工業等で使用されている。しかし、湿
式脱硫法では脱硫温度が室温〜120℃と低いため、高
温のガスを処理するには冷却操作が必要となり、石炭ガ
ス化発電等に適用すると大きなエネルギー損失を伴う。
As a gas desulfurization method, there is a wet desulfurization method in which a gas is washed with a solvent having high solubility in hydrogen sulfide, and many processes have already been used in the chemical industry and the like. However, since the desulfurization temperature is as low as room temperature to 120 ° C. in the wet desulfurization method, a cooling operation is required to treat a high-temperature gas, and when applied to coal gasification power generation or the like, a large energy loss is involved.

【0004】この欠点を解決するため、500℃前後あ
るいはそれ以上の温度で脱硫を行う高温乾式脱硫法の開
発が進められている。この技術で最も重要な課題は、高
性能脱硫剤の開発であり、すでに鉄鉱石、チタニアやシ
リカ等に担持したハニカム型酸化鉄系脱硫剤、酸化銅
系、酸化亜鉛系脱硫剤などについて研究開発が行われて
いる。これらの中で、鉄鉱石等の酸化鉄系脱硫剤は、脱
硫速度、脱硫−再生の繰り返し使用における性能安定
性、価格等の点で有利であり、最も有望な脱硫剤の一つ
とされている。
[0004] In order to solve this drawback, development of a high-temperature dry desulfurization method for desulfurization at a temperature of about 500 ° C or higher has been advanced. The most important issue in this technology is the development of high-performance desulfurizing agents. Research and development of honeycomb-type iron oxide-based desulfurizing agents, copper oxide-based and zinc oxide-based desulfurizing agents already supported on iron ore, titania, silica, etc. Has been done. Among these, iron oxide-based desulfurizing agents such as iron ore are advantageous in terms of desulfurization speed, performance stability in repeated use of desulfurization-regeneration, and price, and are regarded as one of the most promising desulfurizing agents. .

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これま
でに開発された酸化鉄系脱硫剤では、燃料ガス中に水蒸
気が含まれていると脱硫容量が著しく低下するという問
題がある(電力中央研究所研究報告:284005、昭
和59年8月など)。また、水蒸気を含まない燃料ガス
の脱硫においても、脱硫容量は未だ必ずしも十分とはい
えない(石川島播磨技報、第21巻、頁274〜27
8、昭和56年, 電力中央研究所研究報告:2850
30、昭和61年3月など)。ここで脱硫容量とは、固
定床方式の反応装置で脱硫を行う場合に用いられる用語
であり、通常次のように定義される。すなわち、反応器
出口の硫化水素濃度が所定の値(破過濃度)に達するま
でに吸収除去された硫化水素量を、反応器に充填された
脱硫剤重量あるいは脱硫剤に含まれる酸化鉄重量で除し
た値として定義される。一般に、脱硫反応速度の大きい
脱硫剤ほど、脱硫容量が大きい。
However, the iron oxide-based desulfurizing agents developed so far have a problem that when the fuel gas contains steam, the desulfurization capacity is remarkably reduced (Central Research Institute of Electric Power Industry). Research report: 284005, August 1984). Further, even in the desulfurization of fuel gas containing no water vapor, the desulfurization capacity is not always sufficient (Ishikawajima Harima Technical Report, Vol. 21, pages 274 to 27).
8. 1981, Research Report of Central Research Institute of Electric Power Industry: 2850
30, March 1986). Here, the desulfurization capacity is a term used when performing desulfurization in a fixed-bed type reactor, and is usually defined as follows. That is, the amount of hydrogen sulfide absorbed and removed until the concentration of hydrogen sulfide at the reactor outlet reaches a predetermined value (breakthrough concentration) is determined by the weight of the desulfurizing agent charged in the reactor or the weight of iron oxide contained in the desulfurizing agent. Is defined as the divided value. Generally, the desulfurization agent having a higher desulfurization reaction rate has a larger desulfurization capacity.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記課題
を解決するため、天然に産する種々の酸化鉄系鉱物に着
目し、それらの脱硫容量を比較するとともに、細孔分布
等の物性との関連性について検討した。その結果、紅陶
土が、鉄鉱石等に比べて著しく優れた脱硫容量を有する
ことを見いだし、本発明を完成するに至った。即ち、本
発明によれば、400〜1000℃で焼成した紅陶土を
脱硫活性成分とする脱硫剤が提供される。また、本発明
によれば、脱硫剤に、300〜700℃の条件下、硫化
水素含有ガスを接触させることを特徴とする硫化水素含
有ガスの脱硫方法が提供される。
Means for Solving the Problems In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors focused on various iron oxide-based minerals produced naturally, compared their desulfurization capacities, and determined pore distribution and the like. The relationship with physical properties was examined. As a result, they found that the potter's clay had a desulfurization capacity remarkably superior to iron ore or the like, and completed the present invention. That is, according to the present invention, there is provided a desulfurizing agent comprising a potter's clay fired at 400 to 1000 ° C. as a desulfurizing active component. Further, according to the present invention, there is provided a method for desulfurizing a hydrogen sulfide-containing gas, comprising contacting a hydrogen sulfide-containing gas with a desulfurizing agent at 300 to 700 ° C.

【0007】以下に、本発明の紅陶土から調製した脱硫
剤及びその性能について詳細に説明する。紅陶土は、中
華人民共和国広西壮族自治区に産出する天然鉱物であ
る。その主成分は酸化鉄(Fe2O3:ヘマタイト)で(後
記表1参照)、10ミクロン程度以下の微粒子から成る
粘土状物質である。
The desulfurizing agent prepared from the red clay of the present invention and its performance will be described in detail below. Red clay is a natural mineral found in Guangxi, China. Its main component is iron oxide (Fe 2 O 3 : hematite) (see Table 1 below) and is a clay-like substance composed of fine particles of about 10 μm or less.

【0008】含水状態の紅陶土は柔らかくて可塑性に富
むので、この性質を利用して各種形状の成形体を得るこ
とができる。例えば、含水率が5〜30wt%、好まし
くは10〜15wt%の紅陶土を成形材料として用意
し、これを所要形状に成形した後、室温〜100℃、好
ましくは40〜80℃で乾燥することにより成形体を得
ることができる。このようにして得られる乾燥成形体
は、それ自体でかなりの圧縮強度を有する。また、前記
のようにして成形体を得る場合、成形材料には、必要に
応じて、結合剤や、他の脱硫剤を適量添加することがで
きる。結合剤としては、無機系及び有機系のものを用い
ることができる。無機系結合剤としては、カオリンやベ
ントナイト、ゼオライト、アルミナ水和物等が挙げられ
る。有機系結合剤としては、ヒドロキシプロピルセルロ
ース、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース
等のセルロース誘導体の他、アルギン酸ナトリウム、ポ
リビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、でんぷん
糊等の各種の水溶性高分子や、糖蜜等を挙げることがで
きる。結合剤の添加量は、含成形材料(乾燥物)中、5
〜40wt%、好ましくは5〜20wt%である。成形
体の形状は、粒状、ペレット状、球状、円筒状、柱状等
の任意の形状であることができる。本発明の脱硫剤は、
ペースト状の含水紅陶土を塗布材料として用い、これを
ハニカム状支持体等の支持体上に塗布乾燥することによ
っても得ることができる。この場合の塗布材料にも、必
要に応じ、結合剤や他の脱硫剤を適宜加えることができ
る。
[0008] Since the hydrated red clay is soft and rich in plasticity, molded articles of various shapes can be obtained by utilizing this property. For example, a pottery clay having a water content of 5 to 30 wt%, preferably 10 to 15 wt% is prepared as a molding material, formed into a required shape, and then dried at room temperature to 100 ° C, preferably 40 to 80 ° C. Thus, a molded article can be obtained. The dry compact obtained in this way has considerable compressive strength by itself. When a molded body is obtained as described above, a binder and another desulfurizing agent can be added to the molding material as needed. As the binder, inorganic and organic binders can be used. Examples of the inorganic binder include kaolin, bentonite, zeolite, and alumina hydrate. Examples of the organic binder include, in addition to cellulose derivatives such as hydroxypropylcellulose, methylcellulose and carboxymethylcellulose, various water-soluble polymers such as sodium alginate, polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone and starch paste, and molasses. . The amount of the binder added is 5
-40 wt%, preferably 5-20 wt%. The shape of the molded body can be any shape such as a granular shape, a pellet shape, a spherical shape, a cylindrical shape, and a column shape. The desulfurizing agent of the present invention,
It can also be obtained by using paste-like hydrous red clay as a coating material, and applying and drying this on a support such as a honeycomb support. In this case, a binder or another desulfurizing agent can be appropriately added to the coating material as needed.

【0009】本発明の脱硫剤においては、その紅陶土
は、400〜1000℃、好ましくは500〜900℃
で焼成した焼成物である。紅陶土が焼成物である成形体
を得るには、前記のようにして得た乾燥成形体を焼成す
ることによって得ることができる他、紅陶土の焼成微粒
子に水及び結合剤を加え、所要形状に成形し、必要に応
じ再焼成することにより得ることができる。また、焼成
紅陶土を支持体に支持させた脱硫剤は、支持体に支持さ
せた乾燥紅陶土を焼成することによって得ることができ
る他、紅陶土の焼成微粒子に水及び結合剤を適量加えて
ペースト状の塗布材料とし、これを支持体上に塗布乾燥
し、必要に応じ再焼成することによって得ることができ
る。本発明による粒状の脱硫剤は、前記した成形法によ
って得ることができる他、塊状の乾燥成形体を粉砕し、
分級し、必要に応じて焼成することによって得ることが
できるし、また、塊状の焼成成形体を粉砕し、分級する
ことによって得ることができる。また、本発明の脱硫剤
は粉体であることができる。粉体脱硫剤は、紅陶土を乾
燥し、必要に応じて焼成することによって得ることがで
きる。
In the desulfurizing agent of the present invention, the red clay is 400 to 1000 ° C., preferably 500 to 900 ° C.
It is a fired product fired in. In order to obtain a molded body in which red clay is a fired product, it can be obtained by firing the dried molded body obtained as described above. And refired if necessary. Further, the desulfurizing agent in which the fired red clay is supported on the support can be obtained by firing the dried red clay supported on the support, or by adding an appropriate amount of water and a binder to the fired fine particles of the red clay. It can be obtained by applying a paste-like coating material on a support, drying and refiring as necessary. The granular desulfurizing agent according to the present invention can be obtained by the above-mentioned molding method, and further crushes a lump dry molded body,
It can be obtained by classifying and firing if necessary, or can be obtained by pulverizing and classifying a massive fired molded body. Further, the desulfurizing agent of the present invention can be a powder. The powder desulfurizing agent can be obtained by drying red clay and firing it if necessary.

【0010】粒状の脱硫剤においては、その細孔分布及
び細孔容積が、脱硫容量に影響を与える重要な因子とな
る。一般に、高温ガス脱硫反応は、粒子内拡散が反応の
制約因子となる場合が多い。従って、粒子内ガス拡散速
度を高めて、脱硫剤に含まれる脱硫有効成分(紅陶土に
あっては酸化鉄)が硫化水素と効率よく反応できるよう
にするためには、脱硫剤のマクロ細孔容積を大きくする
ことが望ましい。これは水蒸気を含まない燃料ガスの脱
硫の場合に特に重要な点である。紅陶土は微粒子から成
る物質であるため、脱硫剤調製条件を工夫することによ
って、細孔分布、特にマクロ細孔の容積をかなり広範に
変化させることが可能であり、これによって、ガス拡散
性に優れた脱硫容量の大きい脱硫剤を得ることができ
る。本発明の脱硫剤の場合、その細孔容積のピークは5
0〜100mmの細孔径範囲にあるが、脱硫効果を高め
るには、100nm以上の直径を有するマクロ細孔容積
を、全細孔容積に対し、10%以上、好ましくは20%
以上の範囲に規定するのがよい。前記マクロ細孔容積の
全細状容積に対する割合の上限は特に制限されないが、
一般には、40%程度である。脱硫剤のマクロ細孔容積
を増加させる方法としては、含水紅陶土からなる成形材
料に、高沸点液状有機物や、固体状有機物をあらかじめ
添加混合した後、成形し、焼成する方法を採用すること
ができる。高沸点液状有機物としては、沸点200℃以
上のもの、例えば、グリセリンやポリエチレングリコー
ル、ポリプロピレングリコール等が挙げられる。固体状
有機物としては、ブドウ糖、乳糖、砂糖、デキストリ
ン、でんぷん、セルロース等の他、結合剤として示した
前記各種の高分子物質等が挙げられる。これらの有機物
質は、焼成に際し、ガス状物に分解し、マクロ細孔を作
る。前記有機物質の成形材料中の含有量は、所望するマ
クロ細孔の含有量に応じて適宜決めるが、通常、1〜4
0wt%、好ましくは3〜15wt%である。
In a granular desulfurizing agent, its pore distribution and pore volume are important factors affecting the desulfurization capacity. Generally, in a high-temperature gas desulfurization reaction, intraparticle diffusion often becomes a limiting factor of the reaction. Therefore, in order to increase the gas diffusion rate in the particles and enable the desulfurization active component (iron oxide in the case of red clay) contained in the desulfurization agent to efficiently react with hydrogen sulfide, the macropores of the desulfurization agent are required. It is desirable to increase the volume. This is particularly important in the case of desulfurization of fuel gas without water vapor. Since red clay is a substance consisting of fine particles, it is possible to change the pore distribution, particularly the volume of macropores, over a wide range by devising the desulfurizing agent preparation conditions. An excellent desulfurizing agent having a large desulfurization capacity can be obtained. In the case of the desulfurizing agent of the present invention, the peak of the pore volume is 5
Although the pore diameter is in the range of 0 to 100 mm, in order to enhance the desulfurization effect, the macropore volume having a diameter of 100 nm or more is reduced to 10% or more, preferably 20%, based on the total pore volume.
It is better to specify the above range. The upper limit of the ratio of the macropore volume to the total fine volume is not particularly limited,
Generally, it is about 40%. As a method of increasing the macropore volume of the desulfurizing agent, it is possible to adopt a method in which a high-boiling liquid organic substance or a solid organic substance is added and mixed in advance to a molding material made of hydrous red clay, and then molded and fired. it can. Examples of the high boiling liquid organic substance include those having a boiling point of 200 ° C. or higher, such as glycerin, polyethylene glycol, and polypropylene glycol. Examples of solid organic substances include glucose, lactose, sugar, dextrin, starch, cellulose, and the like, and the above-mentioned various polymer substances shown as binders. These organic substances decompose into gaseous substances upon firing, creating macropores. The content of the organic substance in the molding material is appropriately determined according to the content of the desired macropores.
0 wt%, preferably 3 to 15 wt%.

【0011】前述のように、酸化鉄系脱硫剤の硫化水素
脱硫容量は、ガス中に水蒸気が含まれていると著しく低
下する場合が多い。しかしながら、紅陶土から得られる
脱硫剤では、ガス中に水蒸気が含まれていても、その濃
度が高すぎない限り、通常、20vol%を超えない限
り、脱硫容量が低下することはない。更に特筆すべきこ
ととして、水蒸気濃度が15vol%程度以下であれ
ば、水蒸気が全く含まれていない場合よりも脱硫容量は
返って増大するという特異な現象が見いだされている。
これは紅陶土に特有の現象であり、その理由については
未解明である。しかし、黄土ではそのような現象が認め
られないことから、紅陶土に含まれる酸化鉄の結晶構造
等の微視的構造の特異性が原因ではないかと思われる。
As described above, the hydrogen sulfide desulfurization capacity of an iron oxide-based desulfurizing agent often decreases significantly when gas contains water vapor. However, in the desulfurizing agent obtained from red clay, even if the gas contains water vapor, the desulfurization capacity does not decrease unless the concentration is too high, and usually does not exceed 20 vol%. It should be further noted that when the water vapor concentration is about 15 vol% or less, a unique phenomenon has been found that the desulfurization capacity is increased as compared with the case where no water vapor is contained.
This is a phenomenon peculiar to the potter's clay, and the reason for it has not been elucidated. However, since such a phenomenon is not observed in the loess, it may be due to the specificity of the microscopic structure such as the crystal structure of iron oxide contained in the red clay.

【0012】本発明の脱硫剤を用いてガス中の硫化水素
を除去するには、硫化水素含有ガスを脱硫剤と接触させ
る。接触温度は特に制約されないが、一般には、300
〜700℃であり、好ましくは400〜600℃であ
る。接触装置としては、脱硫剤を充填した充填塔等を用
いることができる。また、脱硫処理の対象となるガスと
しては、硫化水素を含有し、かつ水素、一酸化炭素等の
還元性ガスを含むものであればよく、例えば、石炭のガ
ス化により得られる燃料ガス、石油の水素化精製の反応
ガス等が挙げられる。
To remove hydrogen sulfide in a gas using the desulfurizing agent of the present invention, a gas containing hydrogen sulfide is brought into contact with the desulfurizing agent. The contact temperature is not particularly limited.
To 700 ° C, preferably 400 to 600 ° C. As the contact device, a packed tower filled with a desulfurizing agent or the like can be used. The gas to be subjected to the desulfurization treatment may be any gas containing hydrogen sulfide and containing a reducing gas such as hydrogen and carbon monoxide. Examples of the gas include a fuel gas obtained by gasification of coal, And the like.

【0013】本発明の脱硫剤は、水蒸気の存在下におい
てもすぐれた脱硫活性を示し、しかもその脱硫容量も大
きく、種々の硫化水素含有ガスから硫化水素を分離除去
するために用いられる。
The desulfurizing agent of the present invention exhibits excellent desulfurizing activity even in the presence of steam and has a large desulfurizing capacity, and is used for separating and removing hydrogen sulfide from various hydrogen sulfide-containing gases.

【0014】[0014]

【実施例】次に、本発明の紅陶土から調製した脱硫剤に
ついて、他の脱硫剤と比較しつつ具体例に示す。
Next, specific examples of the desulfurizing agent prepared from the red clay of the present invention will be described in comparison with other desulfurizing agents.

【0015】比較のために用いた脱硫剤は、黄土(福島
県、庭坂産)及び鉄鉱石(オーストラリア、ニュ−マン
産)から調製した。これらは紅陶土と同じく酸化鉄系の
天然鉱物である。表1に各鉱物の元素組成を示したが、
いずれも酸化鉄(ヘマタイト)が主成分であり、シリカ
(石英)、アルミナが少量含まれている。また、黄土に
はカルシウムの含有量が多く、X線回折分析によればそ
の大部分は硫酸カルシウムである。
[0015] The desulfurizing agent used for comparison was prepared from loess (from Niwasaka, Fukushima Prefecture) and iron ore (from Newman, Australia). These are iron oxide natural minerals like red clay. Table 1 shows the elemental composition of each mineral.
In each case, iron oxide (hematite) is a main component, and silica (quartz) and alumina are contained in small amounts. Also, loess has a high calcium content, and according to X-ray diffraction analysis, most of it is calcium sulfate.

【0016】[0016]

【表1】 [Table 1]

【0017】脱硫剤は次のように調製した。紅陶土と黄
土については、粉末状の原料に水を加えて造粒した後、
空気中で焼成した。なお、紅陶土の場合、マクロ細孔容
積の異なる2種類の脱硫剤:紅陶土−P及び紅陶土−A
5を調製した。後者は、水を加えて造粒する際、紅陶土
に対し5%重量のアビセル(結晶セルロ−ス粉末)を加
えて調製したものである。このアビセルは焼成時に燃焼
して消失するが、脱硫剤にマクロ細孔を付与する役割を
果たす。鉄鉱石については、原鉱を小塊に砕いてから焼
成した。いずれの脱硫剤も、粒径0.59〜0.84m
mに篩分けたものを実験に供した。
The desulfurizing agent was prepared as follows. For red clay and loess, after adding water to the powdery raw material and granulating,
Fired in air. In the case of red clay, two types of desulfurizing agents having different macropore volumes: red clay-P and red clay-A
5 was prepared. The latter is prepared by adding 5% by weight of Avicel (crystalline cellulose powder) to red clay when granulating with water. The Avicel burns and disappears during firing, but plays a role in imparting macropores to the desulfurizing agent. For iron ore, the ore was crushed into small blocks before firing. Each desulfurizing agent has a particle size of 0.59 to 0.84 m.
m were sieved to an experiment.

【0018】図1に、以上で調製した脱硫剤の細孔分布
を水銀ポロシメータで測定した結果を示す。図1におい
て、黄土(庭坂)「○」は900℃焼成品、紅陶土−P
「△」は600℃焼成品、紅陶土−A5「▲」は900
℃焼成品、鉄鉱石(ニューマン)「□」は900℃焼成
品を各示す。全細孔容積を比較すると、黄土>紅陶土−
A5>紅陶土−P>鉄鉱石の順である。一方、反応ガス
の細孔内拡散速度を支配すると考えられるマクロ細孔
(細孔直径100〜200nm以上の細孔)の容積は、
黄土>紅陶土−A5>鉄鉱石≧紅陶土−Pの順となって
いる。なお、紅陶土系脱硫剤では、細孔直径50〜10
0nmの範囲の細孔容積の含有率が大きい(全細孔容積
に対し、約10〜40%)という特徴がある。
FIG. 1 shows the results of measuring the pore distribution of the desulfurizing agent prepared as described above using a mercury porosimeter. In FIG. 1, the loess (Niwazaka) “」 ”indicates a product baked at 900 ° C.,
"△" indicates a product baked at 600 ° C, red clay-A5 "▲" indicates 900
° C baked products, iron ore (Newman) “□” indicate 900 ° C baked products. When comparing the total pore volume, loess> red clay-
A5> Red clay-P> Iron ore. On the other hand, the volume of macropores (pores having a pore diameter of 100 to 200 nm or more) which is considered to govern the diffusion rate of the reaction gas in the pores is as follows:
Loess> Red Pottery-A5> Iron Ore ≧ Red Pottery-P In addition, in the red clay desulfurizing agent, the pore diameter is 50 to 10
It is characterized by a large content of pore volume in the range of 0 nm (about 10 to 40% based on the total pore volume).

【0019】実施例1 水蒸気を含まない反応ガスからの硫化水素の脱硫実験を
次のようにして行った。反応装置には、内径6mmの石
英製反応管を接続した流通式固定床反応装置を用いた。
反応管に0.85ml(層高3cm)の脱硫剤(粒径
0.59〜0.84mm)を充填し、反応温度500
℃、GHSV10,000h-1、圧力1.4kg/cm
2の条件で0.5%H2S−20%H2−N2混合ガスを流
通させ、反応管出口の硫化水素濃度が300ppmに達
した時点を破過と定義して、反応ガスの流通を停止し
た。反応管出口ガスの硫化水素濃度は、自動サンプリン
グバルブを取り付けたガスクロマトグラフにより4分間
隔で測定した。図2は得られた硫化水素の破過曲線であ
る。この図から、黄土、紅陶土−A5は破過時間が長
く、脱硫容量が大きいことがわかる。この理由は、これ
ら二者のマクロ細孔容積が大きく、脱硫剤粒子内への反
応ガスの拡散速度が大きいためであり、この点は、本発
明者のこれまでの研究により明らかにされているところ
である。
Example 1 An experiment on desulfurization of hydrogen sulfide from a reaction gas containing no steam was carried out as follows. As the reaction apparatus, a flow-type fixed-bed reaction apparatus to which a quartz reaction tube having an inner diameter of 6 mm was connected was used.
0.85 ml (bed height: 3 cm) of a desulfurizing agent (particle diameter: 0.59 to 0.84 mm) was charged into a reaction tube, and the reaction temperature was set to 500.
° C, GHSV 10,000h -1 , pressure 1.4kg / cm
A 0.5% H 2 S-20% H 2 —N 2 mixed gas is circulated under the conditions of 2 , and the point when the hydrogen sulfide concentration at the outlet of the reaction tube reaches 300 ppm is defined as breakthrough, and the flow of the reaction gas is defined. Stopped. The concentration of hydrogen sulfide in the gas at the outlet of the reaction tube was measured at 4-minute intervals by a gas chromatograph equipped with an automatic sampling valve. FIG. 2 is a breakthrough curve of the obtained hydrogen sulfide. From this figure, it can be seen that loess and red clay-A5 have a long breakthrough time and a large desulfurization capacity. The reason for this is that these two have a large macropore volume and a high diffusion rate of the reaction gas into the desulfurizing agent particles, and this point has been clarified by the present inventors' previous studies. By the way.

【0020】実施例2 水蒸気を含む反応ガス、すなわち0.5%H2S−10
%H2O−20%H2−N2混合ガスを用いて、実施例1
と同一反応条件で実験を行った。図3はその結果であ
る。この図3と図2を比べるとわかるように、反応ガス
に水蒸気が含まれていると、黄土では破過時間が著しく
短くなり、また鉄鉱石でも多少短くなっている。これに
対し、紅陶土−A5ではほとんど同じ破過時間を示して
おり、紅陶土−Pでは著しく向上している。すなわち、
紅陶土系脱硫剤は、水蒸気を含むガスの脱硫でも脱硫容
量は低下せず、逆に向上する場合すらある。なお、図3
において、破過以前の反応管出口硫化水素濃度は100
ppm前後であり、水蒸気がないとき(図2)と比べて
高いが、これは酸化鉄による以下に示す脱硫反応におけ
る熱力学的平衡上の制約に基づくものである。 3Fe2O3 + H2 → 2Fe3O4 + H2O (1) Fe3O4 + 3H2S + H2 → 3FeS + 4H2O (2)
Example 2 A reaction gas containing water vapor, that is, 0.5% H 2 S-10
Example 1 using a 20% H 2 O-20% H 2 —N 2 mixed gas
The experiment was performed under the same reaction conditions as described above. FIG. 3 shows the result. As can be seen from a comparison between FIG. 3 and FIG. 2, when steam is contained in the reaction gas, the breakthrough time is remarkably shortened in the loess, and is slightly shortened in the iron ore. On the other hand, red clay-A5 shows almost the same breakthrough time, and red clay-P has remarkably improved. That is,
The red clay desulfurizing agent does not decrease the desulfurization capacity even when desulfurizing a gas containing water vapor, and may even improve it. Note that FIG.
, The concentration of hydrogen sulfide at the reaction tube outlet before the breakthrough was 100
ppm, which is higher than that in the absence of water vapor (FIG. 2), due to the thermodynamic equilibrium restriction in the desulfurization reaction by iron oxide as described below. 3Fe 2 O 3 + H 2 → 2Fe 3 O 4 + H 2 O (1) Fe 3 O 4 + 3H 2 S + H 2 → 3FeS + 4H 2 O (2)

【0021】実施例3 黄土を脱硫剤に用いて、反応ガスに含まれる水蒸気濃度
の影響を調べた。反応条件は、反応ガス中の水蒸気濃度
を除けば実施例1と同じである。その結果を図4に示
す。図4の結果を見ると、水蒸気濃度が増すにつれて破
過時間が著しく短くなっている。すなわち、黄土から調
製した脱硫剤の場合、硫化水素の脱硫容量は水蒸気濃度
の増加により著しく低下する。
Example 3 The effect of the concentration of water vapor contained in the reaction gas was investigated using loess as a desulfurizing agent. The reaction conditions are the same as in Example 1 except for the concentration of water vapor in the reaction gas. FIG. 4 shows the results. Looking at the results in FIG. 4, the breakthrough time is significantly shorter as the water vapor concentration increases. That is, in the case of a desulfurizing agent prepared from loess, the desulfurization capacity of hydrogen sulfide is significantly reduced by an increase in the steam concentration.

【0022】実施例4 紅陶土ーPを脱硫剤に用い、実施例3と同じ反応条件で
水蒸気濃度の影響を調べた。図5にその結果を示した
が、図4と比較すると著しい相違がある。すなわち、紅
陶土の場合には、水蒸気濃度が10%以下ならば水蒸気
0%の時よりも脱硫容量が著しく向上している。このよ
うな結果は、従来の脱硫剤では見られなかったものであ
り、紅陶土に特有の現象と考えられる。水蒸気濃度が2
0%になると、0.3時間程度の短時間で破過濃度30
0ppmに到達しており、脱硫容量は極端に減少してい
る。しかしこれは、酸化鉄と硫化水素の前記反応式にお
ける硫化水素の熱力学的平衡濃度が高いことが主たる原
因であると考えられ、不可避的な現象といえる。
Example 4 The effect of water vapor concentration was examined under the same reaction conditions as in Example 3 using red clay-P as a desulfurizing agent. FIG. 5 shows the result, but there is a remarkable difference as compared with FIG. That is, in the case of red clay, the desulfurization capacity is remarkably improved when the steam concentration is 10% or less than when the steam concentration is 0%. Such a result was not observed with the conventional desulfurizing agent, and is considered to be a phenomenon peculiar to red clay. Water vapor concentration is 2
When it reaches 0%, the breakthrough concentration becomes 30 in a short time of about 0.3 hour.
It has reached 0 ppm and the desulfurization capacity has been extremely reduced. However, this is considered to be mainly due to the high thermodynamic equilibrium concentration of hydrogen sulfide in the above reaction formula of iron oxide and hydrogen sulfide, and can be said to be an inevitable phenomenon.

【0023】以上の実施例1から実施例4までの脱硫実
験結果をもとに、破過時点における各脱硫剤の平均硫化
度を求めた。その値を、反応前の脱硫剤の表面積及び細
孔容積と併せて表2に示した。ここで平均硫化度とは、
脱硫剤(反応管に充填した量)に含まれる酸化鉄が全て
硫化鉄(FeS)に変化するのに要する硫化水素量
(A)と、脱硫反応開始後破過時点までに実際に吸収さ
れた全硫化水素量(a)との比(a/A × 100
%)として求めたもので、aの値は図2及び図3から計
算できる。この定義からわかるように、平均硫化度は酸
化鉄単位量当たりの硫化水素吸収容量すなわち脱硫容量
を示す指標となる。
Based on the results of the desulfurization experiments from Example 1 to Example 4, the average degree of sulfuration of each desulfurizing agent at the time of breakthrough was determined. The values are shown in Table 2 together with the surface area and pore volume of the desulfurizing agent before the reaction. Here, the average sulfidity is
The amount of hydrogen sulfide (A) required to convert all iron oxide contained in the desulfurizing agent (the amount filled in the reaction tube) into iron sulfide (FeS), and the amount actually absorbed by the time of breakthrough after the start of the desulfurization reaction Ratio to total hydrogen sulfide (a) (a / A × 100
%), And the value of a can be calculated from FIG. 2 and FIG. As can be seen from this definition, the average degree of sulfuration is an index indicating the hydrogen sulfide absorption capacity per unit amount of iron oxide, that is, the desulfurization capacity.

【0024】[0024]

【表2】 1)0.5%硫化水素ー20%水素ー窒素(バランス)混合ガス
の脱硫反応 2)0.5%硫化水素ー10%水蒸気ー20%水素ー窒素(バラン
ス)混合ガスの脱硫反応
[Table 2] 1) Desulfurization reaction of 0.5% hydrogen sulfide-20% hydrogen-nitrogen (balance) gas 2) Desulfurization reaction of 0.5% hydrogen sulfide-10% steam-20% hydrogen-nitrogen (balance) gas

【0025】この表から、黄土では、反応ガス中の水蒸
気濃度が0%の場合には平均硫化度が91%と非常に高
いが、水蒸気濃度が10%の場合には16%へと著しく
低下することがわかる。これに対し、紅陶土−Pでは3
2%から74%へと大きく向上しており、紅陶土−A5
でもわずかに低下する程度である。鉄鉱石(ニュ−マ
ン)の平均硫化度は低く、黄土と同様に、水蒸気が存在
するとかなり低下している。このように、紅陶土系脱硫
剤は水蒸気が含まれるガスに対しても脱硫容量が大きい
ことが明らかである。
From this table, it can be seen that, in the case of loess, when the water vapor concentration in the reaction gas is 0%, the average sulfidity is as high as 91%, but when the water vapor concentration is 10%, it is significantly reduced to 16%. You can see that On the other hand, Red Pottery-P
It is greatly improved from 2% to 74%.
However, it is only slightly reduced. The average sulfidity of iron ore (Newman) is low and, like loess, is considerably reduced in the presence of water vapor. Thus, it is clear that the red clay desulfurizing agent has a large desulfurization capacity even for gas containing steam.

【0026】[0026]

【発明の効果】本発明の脱硫剤は、脱硫容量が大きく、
燃料ガスに含まれる水蒸気の影響を受けにくい脱硫剤で
あり、燃料ガス中の硫化水素を効果的に除去することが
できる。脱硫剤基材として用いる紅陶土は微粒子から成
る物質であるので、希望する形状に成形することが容易
である。本発明の脱硫剤は、種々の形状において、固定
床方式、流動床方式の脱硫装置に使用できる。また、微
粒子状の粉末のまま燃料ガスに吹き込む方式での利用に
も適している。
The desulfurizing agent of the present invention has a large desulfurizing capacity,
It is a desulfurizing agent that is not easily affected by water vapor contained in the fuel gas, and can effectively remove hydrogen sulfide in the fuel gas. Since red clay used as a desulfurizing agent base material is a substance composed of fine particles, it can be easily formed into a desired shape. INDUSTRIAL APPLICABILITY The desulfurizing agent of the present invention in various shapes can be used in a fixed-bed type or fluidized-bed type desulfurization apparatus. It is also suitable for use in a system in which fine powder is blown into fuel gas as it is.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】実施例1〜4で用いた各脱硫剤の細孔分布曲線
を示す。
FIG. 1 shows a pore distribution curve of each desulfurizing agent used in Examples 1 to 4.

【図2】0.5%H2S−20%H2−N2混合ガスから
の硫化水素の脱硫反応における、硫化水素の破過曲線を
示す。
FIG. 2 shows a breakthrough curve of hydrogen sulfide in a desulfurization reaction of hydrogen sulfide from a 0.5% H 2 S-20% H 2 —N 2 mixed gas.

【図3】0.5%H2S−10%H2O−20%H2−N2
混合ガスからの硫化水素の脱硫反応における、硫化水素
の破過曲線を示す。
FIG. 3 0.5% H 2 S-10% H 2 O-20% H 2 -N 2
4 shows a breakthrough curve of hydrogen sulfide in a desulfurization reaction of hydrogen sulfide from a mixed gas.

【図4】黄土を脱硫剤として用い、反応ガスに含まれる
水蒸気濃度の影響を調べた結果を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing the results of examining the effect of the concentration of water vapor contained in a reaction gas using loess as a desulfurizing agent.

【図5】紅陶土ーPを脱硫剤として用い、反応ガスに含
まれる水蒸気濃度の影響を調べた結果を示す図である。
FIG. 5 is a view showing the results of examining the effect of the concentration of water vapor contained in a reaction gas using red clay-P as a desulfurizing agent.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

○ 黄土(庭坂)(900℃焼成品) △ 紅陶土−P(600℃焼成品) ▲ 紅陶土−5A(900℃焼成品) □ 鉄鉱石(ニューマン)(900℃焼成品) ○ Loess (Niwazaka) (fired at 900 ° C) △ Red clay-P (fired at 600 ° C) ▲ Red clay-5A (fired at 900 ° C) □ Iron ore (Newman) (fired at 900 ° C)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 海保 守 茨城県つくば市小野川16番3 工業技術 院 資源環境技術総合研究所内 (72)発明者 木越 琢雄 北海道札幌市中央区南9条西17丁目1番 12号 (56)参考文献 特開 平3−284350(JP,A) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Mamoru Kaiho 16-3 Onogawa Tsukuba City, Ibaraki Pref. National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (72) Inventor Takuo Kigoshi 17-chome Minami 9-Jo Nishi, Chuo-ku, Sapporo, Hokkaido No. 1-12 (56) References JP-A-3-284350 (JP, A)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 400〜1000℃で焼成した紅陶土を
脱硫活性成分とする脱硫剤。
1. A desulfurizing agent comprising a potter's clay fired at 400 to 1000 ° C. as a desulfurizing active component.
【請求項2】 請求項1の脱硫剤を、300〜700℃
の条件下に、硫化水素含有ガスと接触させることを特徴
とする硫化水素含有ガスの脱硫方法。
2. The desulfurizing agent according to claim 1, wherein the desulfurizing agent is at 300 to 700 ° C.
A method for desulfurizing a hydrogen sulfide-containing gas, comprising contacting with a hydrogen sulfide-containing gas under the following conditions.
【請求項3】 硫化水素含有ガスが0〜20vol%の
水蒸気を含有する燃料ガスである請求項2の方法。
3. The method according to claim 2, wherein the hydrogen sulfide-containing gas is a fuel gas containing 0 to 20 vol% water vapor.
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