JP2930409B2 - 硫化物含有ガスの精製法 - Google Patents

硫化物含有ガスの精製法

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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明はガスの精製法に関するものであり、さらに詳
述するなら高温ガス流中のガス状硫化物を除去する再生
可能な方法に関するものである。本発明はさらにこのよ
うな方法に用い得る固体吸収剤に関する。
化学合成への供給ガスや燥業現場からの排出ガスのよ
うな工業ガスには供給原料に由来する硫黄化合物が高濃
度に含まれていることが多い。硫黄含有ガスから硫黄化
合物を除去することは環境優良標準の条件を満たし、ま
た装置の傷みを避けるために必要なことである。
背景技術 従来用いられた脱硫用固体吸収剤は活性炭、酸化鉄お
よび酸化亜鉛である。
銅、ゲルマニウム、レニウム、またはスズ化合物と混
ぜて支持された白金族金属からなる固体受容体がGB特許
No.1,592,378に述べられている。その記載によれば、こ
の受容体は二酸化硫黄と酸素を含む混合ガスから二酸化
硫黄を分離するのに用いられている。
しかし、含硫黄燃料中の硫黄はいろんな工程中で硫化
水素、硫化カルボニル、二酸化炭素などのガス状の硫化
物、またはメカルプタンのような関連化合物として利用
されている。
ガス状の硫化物化合物の除去は通常アルカノールアミ
ンのような液状吸収剤を用いる低温洗浄法で達成され
る。
既知の洗浄法では処理ガスを冷却しなければならない
ので、熱的には効率の低い方法となるのが不利な点であ
る。
既知の洗浄法の欠点のあるものは、より高い温度で作
用する金属酸化物のような固体硫化物吸収剤などの固体
ガス精製系を使って避けられる。
ガスから硫化水素を除去する方法がEP特許出願No.15
9,05に述べられている。この方法では硫化水素を含むガ
スは300℃以上の温度で酸化亜鉛とゼオライトの混合物
からなる固体吸収剤に接触させる。使用済みの吸収剤は
その吸収剤上に400℃以上の温度で酸素を含む気体を通
じて再生する。
酸化亜鉛を用いる他の吸収剤がいくつか文献に記載さ
れている。たとえば、このタイプの吸収剤として亜鉛フ
ェライトが最近話題になっている。亜鉛フェライト(Zn
O.Fe2O3)は高温で働く再生可能の吸収剤である。ガス
の脱硫階段で亜鉛と鉄の酸化物は対応する硫化物に変
り、それは高温で酸素や空気のような酸化性ガスを用い
て酸化物に再生することができる。
つぎの反応: ZnS+3/202<=>ZnO+SO2(g);△H=−105kcal ZnS+202<=>ZnO+SO3(g);△H=−129kcal に示されるように、ZnSの再生は大きな発熱反応であ
り、そのために高温で吸収剤塊が半融したり、構造変化
のために吸収剤の脱硫容量が減少する結果になる。半融
を最小限に止めるためには、再生段階のあいだ、反応温
度と雰囲気を適当に制御して温度を狭い範囲内に安定さ
せることが必要である。しかし低い温度では次の反応に
よる硫酸亜鉛の生成がかなりの程度起こる: ZnO+2O2−>ZnSO4 ZnO+SO2+1/202−>ZnSO4 この反応は全過程に対して有害である。なぜなら、硫
酸塩の存在は吸収剤の硫黄容量を減らせるだけでなく、
また高温ガス流中にSO2を導き入れることになるからで
ある。
それゆえ、既知の方法の不利点なく、硫化物含有ガス
を精製する方法を提供するのが本発明の一つの目的であ
る。
発明の開示 本発明によれば、スズ、酸化スズ、またはそれらの混
合物、および任意的に加えた安定剤をも含む固体吸収剤
を用いてガス流から硫化物を除去する再生的方法を提供
するものであり、この方法は硫化物含有ガス流を固体の
吸収剤に接触させる段階;固体吸収剤を硫化物に、ガス
流を脱硫する段階;および硫化物になった吸収剤を水蒸
気流に接触させて硫化物になった吸収剤を再生させる段
階からなることを特徴とする方法である。
本発明による再生的方法の一つの望ましい実例では、
硫化物を含むガス流を200℃と600℃のあいだの温度で吸
収剤に接触させている。
本発明による再生的方法の特に望ましい一実施例では
硫化物になった吸収剤は300℃と500℃のあいだの温度で
水蒸気流と接触させられている。
本発明のさらにもう一つの目的は上述の方法で使われ
た再生可能な吸収剤提供することであり、この吸収剤は
金属スズ、酸化スズ、およびその混合物からなる群から
選ばれる少なくとも一つを吸収成分として含むことを特
徴とするものである。
発明を実施するための最良の形態 本発明による固体吸収剤の望ましい一実施例では、活
性吸収成分は担体材料の上に支持されている。
本発明の吸収剤に使われる担体材料は高温で安定な既
知の耐火材料であればなんでもよい。適している担体材
料は粘土、ケイ酸塩、アルミナおよびチタニアである。
望ましくは、担体材料はアルミナまたはチタニアであ
るのがよい。
スズは硫化物捕獲の活性物質であるので、吸収剤は少
なくとも重量で5%のスズ、酸化スズ、またはそれらの
混合物を含むのが望ましい。
吸収成分に加えて、本発明の固体吸収剤は銅、ニッケ
ル、コバルト、および鉄からなる群よりえらばれる安定
化成分をさらに含んでもよい。
第二の成分が含まれていると、高度に還元性のガス混
合物を精製するときにスズと合金を形成しそれによりス
ズの融点を上昇させて吸収剤を安定させる。0.01原子%
ないし20原子%の鉄を含むスズ−鉄合金の場合に極めて
劇的な融点上昇がみられる。
従って、本発明の固体吸収剤の特に望ましい実例は活
性吸収成分としての酸化スズと0.01原子%ないし20原子
%の活性吸収成分の鉄を含むものである。
本発明によって、上述の固体吸収剤はどのような方法
であっても便利な方法で製造してよい。
この吸収剤は所要の金属化合物からなる含侵液を担体
に浸みこませ、そのあとの焼成段階で吸収剤を活性形に
変えて製造するのが有利である。含侵液として使用に適
したスズ塩は水酸化スズとハロゲン化スズである。
本発明の望ましい実例としての安定化された吸収剤を
製造するために、含侵液はさらに銅、ニッケル、コバル
ト、または鉄を含むものがある。銅、ニッケル、コバル
ト、および鉄の有用な塩は還元性雰囲気中で加熱したと
きにそれらの金属形に変るものであればどんな塩でもよ
い。
特に望ましい方法では吸収剤の製法は、所要の金属化
合物と担体材料を粉末にし、その粒子を密に混合し、つ
いで焼成してその吸収剤をガス上の硫化物の吸収に適し
た活性形にするのである。
活性形された吸収剤は押出形、錠剤、ペレット、粒、
ピルあるいは粉末のように便利などんな形で使ってもよ
い。
応用的な方法として、この固体吸収剤を一つまたは二
つ以上の反応器内で固体床として使い、交互に吸収期と
再生期に働かしてもよい。また流動床として使い、別の
反応器内で再生してもよい。
吸収期には硫化物を含むガスは、精製されるべき高温
のガスで通常つくられる200℃ないし600℃の温度で反応
器を通過する。ガス状硫化物はそのときつぎの反応式の
一つまたは二つ以上に従ってスズと酸化スズに吸収され
る: (1)Sn+H2S<=>SnS+H2 △H=−19kcal/mole (2)SnO2+H2+H2S<=>SnS+2H2O; △H=4kcal/mole (3)SnO2+H2+RSH<=>SnS+H2O+ROH (4)SnO2+H2+COS<=>SnS+CO2+H2O △H=4kcal/mole 使用済みの吸収剤の再生には、再生期において、反応
器に高温の水蒸気を通じることにより、熱的にはほぼ中
性の反応(2)が反対方向に支配的に起ってなされる。
そのさいの再生はほぼ熱的に中性の反応によって進む
ので、再生期では温度は広い範囲で変り得る。
再生期は300℃と500℃のあいだの温度で行なわれるの
が有利であるが、それより低い温度も硫酸塩生成の危険
がなく許される。
本発明のそれ以上の利点と目的は次に掲げる非制限的
な実施例から明らかになるだろう。これらの実施例は本
発明の望ましい実例から可能なようにガスの精製におけ
る改良をさらに十分に説明するものである。
実施例 1 本実施例は酸化スズをアルミナ上に含侵してなる本発
明の固体吸収剤の製造について記述するものである。
通常のアルミナ240gを3mmの押出成形物とし、二塩化
スズ2水塩(SnCl2,2H2O)40gを脱塩水に120mlに溶解し
た含侵液に懸濁する。
この押出成形物を含侵液に20℃で15分間置いたのち、
含侵液を濾過し、110℃で16分間かけて乾燥する。
水酸化ナトリウム40gを脱塩水200mlに溶解した液に上
のように形成した吸収剤を20℃で15分間浸し、つぎに50
0℃で1時間強熱して水酸化ナトリウムとの反応で得ら
れた一酸化スズを二酸化スズに酸化してスズを7.6重量
%含む活性形に変える。
実施例 2 この実施例では本発明による固体吸収剤の製造法が記
載されている。
実施例1で述べたアルミナ130gを脱塩水600mlに懸濁
し20℃でタービンで混ぜてスラリーにする。30分後、Sn
O260gをスラリーに加える。その後30分間タービンで混
ぜ続け、その後スラリーを110℃で16時間乾燥する。
スズを14.9重量%含む乾燥製品を機械的に摩砕し、直
径4.5mm、厚さ4.0mmの錠剤に成形する。
この錠剤は最後に約400℃の温度で1時間強熱する。
実施例 3 実施例1で作られた吸収剤の吸収容量と再生性が相続
く3回の吸収・再生の繰り返しによって評価されてい
る。
3mmの定温箱付きの内径18mmの管状反応器内に吸収剤8
0gが高さ400mmの固定床として充填されている。つぎの
組成: H2 66 容量% CO 32 容量% CO2 1 容量% CH4 0.5 容量%および H2S 600−800容量ppm をもつ供給ガスをメタノールと硫化アンモニウムのクラ
ッキングによって発生させる。反応器の入口と出口でド
ゥレーガー(R)を使って供給ガス中の硫化水素の含量を
連続的に分析する。
反応器に流入するガスおよび流出するガスの流速を通
常の乾燥ガス量測定装置で測る。
吸収期において、水蒸気約15容量%を含む供給ガスが
下に明記するように空間速度250ないし420N1/h、温度36
5ないし472℃で反応器を通過する。
飽和時間は、反応器の流出ガスのH2S分析を一定の時
間間隔で行ない、H2S含量が2つの分析のあいだで突然
上昇するときを図式的に求めて決める。使用済の吸収剤
の再生は第1、第2および第3吸収期についてそれぞれ
17時間、300分および270分ののちに始められる。
再生期では、反応期に水蒸気を空間速度521N1/h、温
度370ないし450℃で第1、第2および第3再生期につい
て、それぞれ525分、480分および350分通じる。
再生のあいだ、反応器からの流出ガス中の脱着したH2
Sの含量を連続的にドゥレーガー(R)管を使って測定す
る。この過程のパラメーターと吸収および再生について
のテストの結果をつぎの表1に掲げる。
表1のデータはこの吸収剤の吸収効率が広範囲の作業
条件の下でだいたい一定であることを明瞭に示してい
る。
実施例 4 本発明の望ましい実例は酸化スズと酸化ニッケルを含
む安定化された固体吸収剤に関するものである。
実施例1で記載したアルミナ押出成形物130gを脱塩水
600mlに懸濁して20℃で15分間タービンで撹拌する。SnO
260gを加えてさらに15分間20℃で撹拌を続け、そののち
塩基性炭酸ニケル(NiCO3.2Ni(OH)2.4H2O)を12.3g加
える。
このスラリーを20度に保ち、さらに30分間タービンで
撹拌する。
得られた混合物を126時間110℃で乾燥する。
Sn24.0重量%とNi2.9重量%を含む乾燥生成物を機械
的に摩砕して、直径4.5mm厚さ4.0mmの錠剤とする。
この錠剤は最後に400℃の温度に1時間強熱すると活
性形の吸収剤がえられる。
実施例 5−6 本発明の他の安定化吸収剤の代表としてひとつの固体
吸収剤を製造するため、塩基性炭酸ニッケルを塩基性炭
酸銅(2CuCO3.CU(OH))または塩基性炭酸コバルト
(2CoCO3.Co(OH)2H2O)で置換えて、実施例4に記載
したのとほぼ成じ方法で製造を行なう。
実施例 7 本実施例において、安定化成分として鉄を含む特に望
ましい安定化吸収剤の製造について記載する。
実施例1に記載のアルミナ押出成形物130gを脱塩水60
0mlに懸濁して20℃で15分間タービンで撹拌する。SnO26
0gを精え、さらに15分間20℃で撹拌を続け、そののち8.
2gのFe2O3を加える。
スラリーを20℃に保ち、さらに30分間タービンで撹拌
する。
生成した混合物を110℃で16時間乾燥する。
Sn23.8重量%とFe2.9重量%を含む乾燥生成物を機械
的に研磨したのち直径4.5mm、厚さ4.0mmの錠剤に成形す
る。
この錠剤は最後に約400℃の温度で1時間強熱する。
実施例 8 実施例5で作られた銅安定化吸収剤の吸収容量と再生
性が、実施例3に記された操作に従って相続く6回の吸
収・再生の繰り返しによって評価されている。
吸収剤の全量に対して計算して0.19モル%のSnと0.04
モル%のCuを含む吸収剤92.7gを反応器に仕込む。
吸収期において、反応器を通過する約15容量%の水蒸
気を含む供給ガス流を400℃と510℃のあいだの温度で連
続的に測定して、340および505N1/hの値を得る。
吸収期のあいだ、供給ガス中のH2とH2Sの含量は次の
表2に要約されているように変っている。
再生期では、表3でさらに特定するように、反応器に
水蒸気を空気速度約250−530N1/h、温度350−560℃で反
応器中に通す。

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】硫化物を含有するガス流を酸化スズを含む
    固体吸収剤に接触せしめ、固体吸収剤を硫化させ、ガス
    流を脱硫し、硫化された吸収剤を再生してガス流から硫
    化物を除去する方法において、硫化吸収剤を水蒸気流の
    みに接触させて再生することを特徴とするガス流から硫
    化物を除去する方法。
  2. 【請求項2】硫化された吸収剤を300℃と500℃のあいだ
    の温度において水蒸気流と接触させることを特徴とする
    請求の範囲第1項に記載の方法。
  3. 【請求項3】請求の範囲第1項または第2項に記載の方
    法において用いられる再生可能の固体吸収剤であって、
    吸収成分として酸化スズを含有し、さらに銅、ニッケ
    ル、コバルト、鉄、それらの酸化物から選ばれた安定化
    成分を含み、該安定化成分はスズと合金を形成すること
    を特徴とする固体吸収剤。
  4. 【請求項4】吸収成分および安定化成分が担体材料に支
    持されることを特徴とする請求の範囲第3項に記載の吸
    収剤。
  5. 【請求項5】担体材料がアルミナおよびチタニアからな
    る群から選ばれることを特徴とする請求の範囲第4項に
    記載の吸収剤。
  6. 【請求項6】安定化成分が酸化鉄であることを特徴とす
    る請求の範囲第3項ないし第5項のいずれか1つに記載
    の吸収剤。
  7. 【請求項7】安定化成分が活性吸収成分の0.01原子%か
    ら20原子%を構成することを特徴とする請求の範囲第6
    項に記載の吸収剤。
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