JP2745099B2 - クラウス法テールガスの処理装置 - Google Patents

クラウス法テールガスの処理装置

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    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、クラウス法テールガス
の処理装置に関するものであり、詳しくは、分離膜モジ
ュールを利用することにより、設備費が安価で且つ運転
管理が容易なクラウス法テールガスの処理装置に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】周知の通り、クラウス法硫黄回収装置
は、H2 Sガスから単体硫黄を回収するための装置であ
る。その反応工程は、H2 Sガスの3分の1を空気酸化
してH2S:SO2 の比率を2:1に調整する第1工程
と、アルミナ触媒によりH2 SとSO2 とを反応させて
単体硫黄に変換させる第2工程とから成る。第2工程の
反応は、通常、200〜300℃の温度で行われ、単体
硫黄は、第2工程の反応器流出ガスを冷却することによ
り、硫黄分を凝縮して回収される。
【0003】第2工程の反応器の段数を増加させること
により、単体硫黄の回収率はある程度にまで高めること
が出来、例えば、反応器段数が2段の場合の回収率は約
95%、反応器段数が3段の場合の回収率は約97%と
なる。
【0004】近時、石油製品の中においては、ガソリン
等の軽質留分の需要が増大しおり、これがために、製油
所においては重質留分の水素化分解による軽質化が盛ん
に行なわれている。その結果、多量のH2 Sガスが水素
化分解工程において発生する。また、トラックやバス等
のデーゼルエンジン用軽油の窒素分および硫黄分の規制
が強化され、軽油の深度脱硫装置が数多く設置されるよ
うになってきた。その結果、上記と同様に、多量のH2
Sガスが脱硫工程において発生する自体になっている。
【0005】上記のような製油所におけるH2 S含有ガ
スは、ガス吸収装置で処理され、高濃度のH2 Sガス
(アシッドガスと呼ばれる)として集められ、前記のク
ラウス法硫黄回収装置に供給されて単体硫黄として回収
される。ところで、アシッドガスの発生量が多量になる
に従い、クラウス法硫黄回収装置からのテールガスの処
理が一層重要となる。例えば、硫黄回収量300T/D
の装置において、単体硫黄の回収率が97%の場合に
は、硫黄換算で9T/Dの多量の硫黄化合物が大気に放
出される結果となる。
【0006】従来、クラウス法テールガスの処理装置と
しては、所謂ビーボン法とスコット法とが知られてい
る。ビーボン法は、米国パーソンズ社のビーボン氏によ
って開発された方法である(特公昭49−11142号
公報参照)。スコット法は、オランダのシエル社によっ
て開発された方法である(特公昭57−15846号公
報参照)。
【0007】ビーボン法の概要は次の通りである。すな
わち、先ず、クラウス法硫黄回収装置からのテールガス
に水素含有ガスを添加し、350℃に予熱してからCO
MOX(コバルト−モリブデン)触媒に通し、テールガ
ス中の硫黄化合物を還元してH2 Sに転換する。次い
で、H2 S含有ガスをストレトフオード法と呼ばれる吸
収法で処理する。ストレトフオード法の吸収液は、炭酸
ナトリウムをベースとし酸化触媒を含有しており、再生
工程において、H2 S含有吸収液を空気酸化することに
より、H2 Sは単体硫黄に変換される。
【0008】上記の場合の単体硫黄は液中のスカム状で
あるため、濾過機やフイルタープレス等を使用した通常
の固液分離設備により、固体硫黄として回収される。一
方、再生された吸収液は吸収塔に循環されて再使用され
る。ビーボン法によれば、吸収塔からのテールガス中の
2 S濃度を約100ppmまで低減することが出来
る。
【0009】スコット法の概要は次の通りである。すな
わち、先ず、ビーボン法の場合と同様にしてテールガス
中の硫黄化合物を還元してH2 Sに転換する。次いで、
吸収液としてジイソプロパノールアミンの水溶液を使用
する吸収法でH2 S含有ガスを処理する。吸収塔におい
て、ガス中のH2 Sは選択的に吸収され、再生塔におい
てストリツピングして回収されたH2 Sは、クラウス法
硫黄回収装置に循環され、アシッドガスと共に原料H2
Sとして使用される。スコット法によれば、吸収塔から
のテールガス中のH2 S濃度を約150ppmまで低減
することが出来る。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ビーボ
ン法の場合、液中のスカム状の単体硫黄の回収のため、
運転や保守が一般に困難な固液分離設備を必要とし、し
かも、単体硫黄其自体がスカム状であるために取り扱い
が容易ではないと言う欠点がある。一方、スコット法の
場合は、上記の欠点はないものの、設備費が一般に高額
である吸収塔や再生塔を必要とし、しかも、吸収液の再
生に相当量のスチームを必要としてランニングコストが
高いと言う欠点がある。本発明は、上記実情に鑑みなさ
れたものであり、その目的は、設備費が安価で且つ運転
管理が容易なクラウス法テールガスの処理装置を提供す
ることにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の要旨
は、クラウス法硫黄回収装置におけるテールガスの処理
装置であって、テールガス及び還元ガスが導入される昇
温炉と、当該昇温炉から導出される混合ガスが導入され
る還元触媒反応器と、当該反応器から導出される反応排
ガスが導入される廃熱回収設備と、当該廃熱回収設備か
ら導出されるガスを昇圧する圧縮機と、当該圧縮機から
導出される昇圧ガスが導入され且つH2Sガスが選択的
に透過される分離膜モジュールと、当該分離膜モジュー
ルの透過ガスをクラウス法硫黄回収装置に供給する循環
管路と、上記分離膜モジュールの非透過ガスを焼却炉に
供給する管路とを包含することを特徴とするクラウス法
テールガスの処理装置に存する。
【0012】
【作用】本発明の処理装置においては、先ず、テールガ
ス中の硫黄化合物を還元してH2 Sに転換する。次い
で、テールガスを昇圧し、分離膜モジュールで処理し、
透過ガス側に得られた高濃度のH2 Sを硫黄回収装置に
循環し、アシッドガスと共に原料ガスとして処理する。
一方、分離膜モジュールの非透過ガス側に得られる窒素
を主体とするガスは、焼却炉で処理し、残存している微
量のH2 SをSO2として大気放出する。
【0013】
【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。図1は、本発明のクラウス法テールガスの処
理装置の説明図である。本発明の処理装置は、昇温炉
(10)、還元触媒反応器(20)、廃熱回収設備(3
0)、圧縮機(40)及び分離膜モジュール(50)か
ら主として構成される。
【0014】昇温炉(10)は、クラウス法硫黄回収装
置からのテールガス及び還元ガスを所定の温度に高める
機能を有する。昇温炉(10)としては、例えば、燃焼
加熱方式などの従来公知の形式の昇温炉を採用すること
が出来る。硫黄化合物(H2S、SO2 、COS、CS
2 等)を含有するテールガスは、クラウス法硫黄回収装
置(100)から管路(1)を通し、還元ガス(水素、
一酸化炭素など)は、管路(2)を通して昇温炉(1
0)に導入される。
【0015】テールガス及び還元ガスは、昇温炉(1
0)に導入され、管路(3)から供給される燃料ガスの
燃焼熱によって加熱される。テールガス及び還元ガスの
混合ガスは、昇温炉(10)において、通常、300〜
400℃の範囲の還元反応に好適な温度に加熱される。
【0016】還元触媒反応器(20)は、昇温炉(1
0)から導出される混合ガスの還元反応を行なう機能を
有する。還元触媒反応器(20)としては、通常、還元
触媒を固定床として内蔵する反応器が採用される。触媒
としては、周知の還元触媒を使用することが出来る。触
媒は必要に応じて耐火性担体に担持させて使用する。耐
火性担体としては、シリカ、アルミナ、シリカ−アルミ
ナ担体などが使用される。好適な触媒は、コバルト、モ
リブデン、鉄、クロム、バナジウム、トリウム、ニッケ
ル、タングステン、ウランの1種または2種以上を含有
する触媒である。
【0017】特に好適な触媒は、コバルト−モリブデン
触媒またはニッケル−モリブデン触媒であり、混合ガス
の還元触媒反応器(20)における空間速度は、一般的
には、1000〜2000Hr-1の範囲から選択され
る。る。昇温炉(10)において約350℃に予熱され
た混合ガスは、管路(4)を通して還元触媒反応器(2
0)に導入され、混合ガス中の硫黄化合物は、例えば、
次の反応式に従って硫化水素に転換される。
【0018】
【化1】
【0019】廃熱回収設備(30)は、還元反応によっ
て温度上昇した反応排ガスの温度を常温付近まで冷却す
る機能を有する。廃熱回収設備(30)としては、特に
制限はないが、通常は、自然循環式の廃熱ボイラー(3
0a)と冷却器(30b)を組み合わせた設備が好適に
使用される。斯かる廃熱回収設備によれば、廃熱ボイラ
ー(30a)の出口における反応排ガスの温度を170
℃程度に設定することにより、廃熱ボイラー(30a)
において低圧スチームを発生させて利用することが出来
る。還元触媒反応器(20)から導出される反応排ガス
は、管路(5)通して廃熱回収設備(30)に導入さ
れ、常温付近まで冷却される。
【0020】圧縮機(40)は、廃熱回収設備(30)
から導出されるガスを所定の圧力まで昇圧する機能を有
する。圧縮機(40)としては、公知の遠心式圧縮機ま
たは往復動式圧縮機を使用することが出来る。管路
(6)通して圧縮機(40)に導入されたガスは、通
常、2〜5atG、好ましくは3atG程度に昇圧され
る。好ましい態様として、管路(6)の途中に設けられ
た分離器(60)は、ガス中のドレンを除去する機能を
有する。
【0021】分離膜モジュール(50)は、圧縮機(4
0)から導出される昇圧ガスからH2 Sガスを選択的に
分離する機能を有する。分離膜モジュール(50)とし
ては、特に制限されないが、一般的には、分離膜として
中空糸を使用した分離膜モジュールが使用される。斯か
る中空糸分離膜モジュールは、通常0.1〜1.0mm
径の多数の中空糸を管束状に束ねて圧力容器に収納して
構成される。そして、中空糸分離膜の外側(高圧側)と
内側(低圧側)の各々のガス成分の分圧差を推進力と
し、透過速度の差により、比較的速いガスと比較的遅い
ガスの分離を行なう。
【0022】中空糸分離膜モジュールを使用する場合、
本発明においては、中空糸分離膜として、H2 Sガスが
選択的に透過される膜材料で構成された中空糸分離膜を
使用する。斯かる中空糸分離膜としては、例えば、ポリ
スルホン系、セルローズ系、ポリイミド系またはポリア
ラミド系の中空糸分離膜が挙げられる。何れにしても、
中空糸分離膜で処理する場合、透過するガス中のH2
の含有量は数%と少ないため、膜面積は小さくて済むと
言う利点がある。なお、本発明においては、分離膜モジ
ュール(50)としては、上記のような有機系中空糸分
離膜を使用した分離膜モジュールの他に、H2 Sガスを
選択的に透過し得る限り、例えば、セラミックスや金属
などの無機系材料で構成される気体分離膜を使用するこ
とも出来る。
【0023】管路(7)を通して分離膜モジュール(中
空糸分離膜モジュール)(50)のシエル側に導入され
た昇圧ガスは、その中のH2 Sガスが選択的に透過さ
れ、H2 S濃縮ガスと、N2 を主成分とし、CO2 等の
他の成分を含有する非透過ガスとに分離される。そし
て、H2 S濃縮ガスは、分離膜の低圧側(内側)から透
過ガスとして導出される。N2 を主成分とし微量のH2
Sを含有するガスは、中空糸分離膜の高圧側(外側)か
ら非透過ガスとして導出される。好ましい態様として、
管路(7)の途中に設けられた冷却器(70)及び分離
器(80)は、圧縮ガス中のドレンを除去する機能を有
する。
【0024】分離膜モジュール(50)の透過ガスは、
循環管路(8)を通し、アシッドガスとして、クラウス
法硫黄回収装置(100)に供給され、非透過ガスは、
管路(9)を通して焼却炉(200)に供給される。
【0025】一般に、前述の分離膜モジュール(50)
は次のような特徴を有する。 ガスの分圧を推進力として分離を行なうため、供給ガ
スの圧力以外には分離のためのエネルギーやユーティリ
ティーは殆ど不要である(省エネルギー)。 管束状のモジュールを使用しているため、配管、計装
などのシステム全体をコンパクトにまとめることが出来
て設置スペースが小さい(省スペース)。 スタートアップやシャットダウンが極めて容易であ
り、通常運転中は殆ど操作の必要がなく、しかも、負荷
変動に対しても容易に操作を行なうことが出来る(優れ
た操作性)。 駆動部がない(メンテナンス・フリー)。
【0026】
【発明の効果】本発明は、上記の分離膜モジュール(5
0)をクラウス法テールガスの処理装置に巧みに利用し
たことにより、従来公知のビーボン法やスコット法に比
し、設備費が安価で且つ運転管理が容易であると言う工
業的に顕著な効果を発揮することが出来る。よって、本
発明の工業的価値は顕著である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のクラウス法テールガスの処理装置の説
明図である。
【符号の説明】
10:昇温炉 20:還元触媒反応器 30:廃熱回収設備 40:圧縮機 50:分離膜モジュール 100:クラウス法硫黄回収装置 200:焼却炉

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 クラウス法硫黄回収装置におけるテール
    ガスの処理装置であって、テールガス及び還元ガスが導
    入される昇温炉と、当該昇温炉から導出される混合ガス
    が導入される還元触媒反応器と、当該反応器から導出さ
    れる反応排ガスが導入される廃熱回収設備と、当該廃熱
    回収設備から導出されるガスを昇圧する圧縮機と、当該
    圧縮機から導出される昇圧ガスが導入され且つH2 Sガ
    スが選択的に透過される分離膜モジュールと、当該分離
    膜モジュールの透過ガスをクラウス法硫黄回収装置に供
    給する循環管路と、上記分離膜モジュールの非透過ガス
    を焼却炉に供給する管路とを包含することを特徴とする
    クラウス法テールガスの処理装置。
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