JP5946097B2 - Ｃｌａｕｓプラントにおいて液体硫黄を凝縮、分離および貯留する装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、Ｃｌａｕｓプラントにおいて硫黄を凝縮、分離および貯留する装置に関する。Ｃｌａｕｓプラントは、Ｃｌａｕｓ炉と、廃熱ボイラと、Ｃｌａｕｓリアクタとから構成され、これらのプラントセクションは基礎または同等の装置の上に支持される。Ｃｌａｕｓプラントより下のレベルに、そして設置される場合、ガス洗浄用の上流側装置よりも下に、硫黄をサイホン状に取り入れる浸漬チャンバが設けられ、余剰の硫黄は、その浸漬チャンバから、浸漬チャンバを収容する容器の中に流出可能である。本発明は、また、液体の硫黄を浸漬チャンバに送り込む際に助けとなる方法にも関する。液体の硫黄が付加的な移送装置の支援なしに浸漬チャンバに入るように、浸漬チャンバは、廃熱ボイラおよびＣｌａｕｓリアクタより下の高さレベルに配置される。

工業用ガスの生産は、多くの場合、硫黄含有ガスを産出するが、このガスから硫黄化合物を除去しなければならない。この処理は、通常、硫黄含有ガスを吸収液と接触させるガス洗浄器において実施される。この吸収液は、後続の脱着ステップにおいて硫黄化合物から再び放出され、その結果、その硫黄化合物をＣｌａｕｓ法に渡せるようになる。脱硫黄化合物でなければならない典型的な工業ガスは、コークス炉ガス、天然ガスまたは石油精製ガスである。

Ｃｌａｕｓ法は、硫黄化合物の元素の硫黄への転換を可能にする。この転換は、酸素含有ガスを用いて硫黄化合物を燃焼することによって開始される。これによって元素の硫黄が得られ、一方、炭素および水素は反応して二酸化炭素および水を形成する。燃焼ガスは廃熱ボイラに送られ、そこで硫黄は液体に凝縮する。そして、この液体の硫黄をさらなる処理ステップまたは処分に送り込むことができる。凝縮されかつ脱硫された廃熱ボイラからのガスはＣｌａｕｓリアクタに送り込まれ、そこで、残留硫黄化合物は燃焼段階に渡され、そこで二酸化硫黄が得られ、この二酸化硫黄は、触媒の存在下で残留硫化水素と反応することによって元素の硫黄に転換される。二酸化硫黄の硫化水素による転換の反応ステップは、最高の脱硫度を達成するために数回にわたって設けることができる。

Ｃｌａｕｓ法の典型的な実施形態が、欧州特許第１５２７０１３Ｂ１号明細書に開示されている。この教示においては、コークス炉ガスから硫化水素を分離する方法が特許請求されている。この方法においては、吸収液を用いるガス洗浄によってコークス炉ガスから硫化水素が除去され、使用済みの吸収液は再生され、使用済みの吸収液と濃縮形態で得られる硫化水素とはＣｌａｕｓプラントに送り込まれ、硫化水素は、ＣｌａｕｓプラントのＣｌａｕｓボイラにおいて空気中の酸素と反応して元素の硫黄をもたらし、Ｃｌａｕｓボイラから排出されるプロセスガスは、廃熱ボイラにおいて硫黄の凝縮に必要な温度に冷却され、そして、硫黄分離後に、加熱されてＣｌａｕｓプラントの反応炉に送り込まれる。前記反応炉において、硫黄化合物は触媒の存在下で反応して元素の硫黄に転換され、反応炉から排出されるプロセスガスは硫黄の凝縮に必要な温度に冷却されると共に、凝縮した硫黄が分離され、この発明によれば、Ｃｌａｕｓプラントが単一の反応炉のみによって運転され、かつこの炉の運転温度は２５０℃より低い温度に調整され、そして、反応炉から排出されるプロセスガスは、凝縮硫黄の分離後、反応炉内において未転換の残留硫化水素と共に、洗浄前のコークス炉ガスにリサイクルされる。この特許明細書の教示は、この方法によって得られる硫黄の貯留およびさらなる処理についてはなにも言及していない。

この硫黄は、通常、液体として分離され、固化した後に貯蔵される。固体硫黄は、例えば化学合成用または硫酸製造用の出発原料として多目的にさらに使用可能である。硫黄の凝縮において、硫黄の一部は液体形態で得られるが、残余の部分は、微細な液滴の形態で凝縮ガス中に含有されたままである。分離に適したサイズの硫黄液滴の形成を促進するために、凝縮ガスを、硫黄のほぼ完全な分離が実現されるサイホン式の装置に送り込むことができる。

独国特許第２７５６９９２Ｃ２号明細書は、硫黄含有燃焼ガス中に含有される硫黄の完全な凝縮を促進する装置の例を提示している。前記特許明細書の教示は、ガス流れ、好ましくはＣｌａｕｓ触媒の反応ガス流れから硫黄の液滴を分離する装置を開示している。この装置は、ハウジングと、そのハウジング内においてチューブシート間に配置されるチューブバンドルと、チューブバンドルの回りに流れる冷却材を供給かつ排出するためのハウジング上のノズルと、チューブバンドルの流入および流出側においてハウジングに設けられるそれぞれ１つのガス流れ流入および流出ノズルとから構成されるが、この発明によれば、ハウジング内において、チューブバンドルのガス流出側チューブシートとガス流出ノズルとの間に、ガス流れが通過する分離ユニットが配置され、かつ、分離ユニットの流入および流出側のハウジングの底面に、分離ユニットの上流側あるいはその中および下流側において分離される硫黄用の複数の流出開口が配置される。一実施形態において、この装置は、液体の硫黄を分離ユニットから硫黄捕集タンクに運ぶ複数の導管を含み、この複数の導管は硫黄捕集タンクにサイホン状に入り込んでいる。

上記の実施形態は、排出ノズルから引き抜かれた硫黄を貯留することができず、それ以後も液体形態で輸送しなければならないという欠点を有する。さらに、例えばＣｌａｕｓプラントの廃熱ボイラにおいて得られる液体の硫黄を供給し得る可能性が全くない。

従って、硫黄含有ガスからの硫黄の凝縮を促進する装置であって、ガス中に含有される硫黄の微小な液滴も凝縮する、かつ、廃熱ボイラからのすでに凝縮した液体の硫黄を供給し得る可能性が与えられる装置を提供することが目的である。さらに、この装置は硫黄の貯留も可能にするべきである。

本発明は、この目的を、容器内に配置されるサイホン式の浸漬チャンバから構成される装置によって実現する。この容器は、硫黄が付加的な移送装置の支援なしに浸漬チャンバに流入し得るように、Ｃｌａｕｓプラントの他のプラントセクションよりも低いレベルに配置される。また、浸漬チャンバは、ガスが容器内の液体に浸漬するようにサイホン状に設計される。

液体の硫黄は、サイホンの下流側に設けられる流出手段を経由して、浸漬チャンバから容器に流出し、その容器からさらに先へと搬送されうる。

特に次のような装置が特許請求される。すなわち、液体の硫黄を、凝縮、分離および貯留する装置であって、
・吸収液を用いるガス洗浄によってコークス炉ガスから硫化水素を除去するガス洗浄ユニットであって、使用済みの吸収液は再生され、濃縮形態で得られる硫化水素は、Ｃｌａｕｓ炉と廃熱ボイラとＣｌａｕｓリアクタとから構成されるＣｌａｕｓプラントに送り込まれる、ガス洗浄ユニットと、
・硫黄化合物が空気中の酸素によって燃焼されて元素の硫黄をもたらす、Ｃｌａｕｓ炉と、
・Ｃｌａｕｓ炉から排出されるプロセスガスが、硫黄の凝縮に必要な温度に冷却され、硫黄分離後に再加熱されてＣｌａｕｓリアクタに送り込まれる、廃熱ボイラと、
・残留硫化水素の一部が燃焼され、形成される二酸化硫黄が、触媒の存在下で残留硫化水素と反応することによって硫黄に転換される、Ｃｌａｕｓリアクタと、
・Ｃｌａｕｓリアクタに付属する凝縮チャンバと、
を含む装置において、
・Ｃｌａｕｓプラントが、そして必要に応じてガス洗浄ユニットも、基礎または適切な装置の上に支持され、このような装置の下に、加熱可能な地表レベルの容器内にサイホン式の浸漬チャンバが配置され、
・Ｃｌａｕｓプラントが、そして必要に応じてガス洗浄ユニットも、硫黄を浸漬チャンバに移送するのに移送機器を必要としないように、容器と、その中に含まれる浸漬チャンバよりも高いレベルに配置され、
・Ｃｌａｕｓプラントが、そして必要に応じてガス洗浄ユニットも、浸漬チャンバにおける硫黄の最低の排出点から少なくとも４．００メートル高いレベルに配置される、
ことを特徴とする装置、である。

容器は地表レベルに配置される。これは、ほぼ地表レベルにおける配置と理解されるべきである。硫黄の貯留用としてＣｌａｕｓプラントによく見られるような、容器を著しく下げるための深いピットは相当な関連コストを伴い、必要でない。

原理的には、容器および浸漬チャンバは任意の所要材料から製作できる。好ましい一実施形態においては、容器および浸漬チャンバは、液体硫黄の温度に対して十分な耐食性を有するように鋼製である。容器は、その中に含有される硫黄を常に液体に確実に維持するように加熱できる。浸漬チャンバも同様に加熱または熱的に絶縁することができる。

浸漬チャンバを最適に運転するため、硫黄は、サイホンが適正に作動し得るように、浸漬チャンバ内においても液体でなければならない。運転中、これは、十分な量の硫黄凝縮物を供給することによって実現できる。この目的のため、浸漬チャンバに断熱壁の材料を具備することも可能である。液体硫黄の十分な供給が必ずしも確保されるとは限らない場合は、硫黄が浸漬チャンバ内で固化するのを防止するため、浸漬チャンバに硫黄の加熱装置を装備することも可能である。

Ｃｌａｕｓプラントまたは浸漬チャンバを収納する容器に、捕集または貯留タンクを付属させることができる。このタンクは、容器または浸漬チャンバに導管接続される。好ましい一実施形態においては、貯留または捕集タンクも鋼製である。配置の態様によって、大幅な空間容積の節約も可能になる。

先行技術によるＣｌａｕｓプラントにおいて脱硫ガスの望まれない漏出を防止する浸漬シリンダはもはや必要でない。本発明によれば、例えばプロセスガス用の安全浸漬シリンダをバーナに装着することが常に可能である。

装置の一実施形態においては、Ｃｌａｕｓプラントに数個のＣｌａｕｓリアクタが装備される。これは、先行技術において普通に用いられる実施形態に合致する。しかし、別の実施形態においては、Ｃｌａｕｓリアクタを、欧州特許第１５２７０１３Ｂ１号明細書に事例的に開示されているようにただ１個のみ設けることも可能である。最後に、本発明による装置は、液体硫黄用のポンプまたは移送機器を含むことも可能である。また、装置またはプラントは、例えば、ブロワ、分離器、サイレンサ、貯留タンクまたは脱気装置を含むことができる。もちろん、容器には発送用の懸架装置も装備できる。

Ｃｌａｕｓプラントを浸漬チャンバおよび容器より高いレベルに据え付け可能にするため、Ｃｌａｕｓプラントは例えばプラットホームまたは基礎上に支持される。これは、例えば支柱上に支持される格子トレーとすることができる。

Ｃｌａｕｓ法からの液体の硫黄を、凝縮、分離および貯留する方法も特許請求される。特に、液体の硫黄を凝縮、分離および貯留する方法であって、
・吸収液を用いるガス洗浄によってコークス炉ガスから硫化水素が除去され、使用済みの吸収液は再生され、濃縮形態で得られる硫化水素はＣｌａｕｓプラントに送り込まれ、
・硫化水素が酸素含有ガスとの反応によってＣｌａｕｓ炉において硫黄に転換され、その燃焼ガスは、液体の硫黄が凝縮する廃熱ボイラに送り込まれ、
・冷却されたプロセスガスがＣｌａｕｓリアクタに送り込まれ、そのＣｌａｕｓリアクタにおいて、残留硫化水素の一部が燃焼されて二酸化硫黄が形成され、その二酸化硫黄はＣｌａｕｓリアクタにおける硫化水素との反応によって硫黄に転換される、
方法において、
・硫黄が、廃熱ボイラおよびＣｌａｕｓリアクタから、低いレベルに位置する容器内に収納される浸漬チャンバにサイホン状に送り込まれ、前記容器は全Ｃｌａｕｓプラントのレベルより低い地表レベルに位置しており、
・浸漬チャンバは、浸漬チャンバから液体の硫黄を取り入れる容器の中に収納され、
・流動する硫黄は、少なくとも４．００メートルの高度差を重力によって乗り越える、
ことを特徴とする方法が特許請求される。

本明細書においては、硫化水素という用語は、主要な構成成分として硫化水素を含有するガスまたはフラクションを意味する。このフラクションは有機硫黄化合物を含有するものであってもよい。好ましい一実施形態においては、硫黄は、液体の形態で浸漬チャンバに送り込まれ、容器内において１１０℃〜３００℃の温度に維持される。十分な硫黄の流れが存在する場合は、後者は自然に液体状態を維持する。また、硫黄を、浸漬チャンバ内において加熱することによって１１０℃〜３００℃の温度に維持することも好適に可能である。これは、浸漬チャンバに付属する加熱要素によって行うことができる。

本発明による装置および方法は次のような利点を有する。すなわち、乗り越えるべき高度差のために導管が短いので、Ｃｌａｕｓプラントから貯留設備への液体硫黄の移送が不要である。また、硫黄をプラントから一時的に取り出さなくても、硫黄を下流側の加熱可能な容器内に貯留することが可能であるので、別個の貯留タンクは必要でない。深いピットは不要であり、先行技術によるＣｌａｕｓプラントにおいて脱硫ガスの漏出を防止する浸漬シリンダはもはや必要でない。

本発明を、本発明の単に一事例としての実施形態を示す図面によって説明する。硫黄含有濃縮物（３）が、ガス洗浄法（２）によってコークス炉ガス（１、ＣＯＧ）から回収され、Ｃｌａｕｓ炉（４）内において、空気中の酸素によって燃焼されて、元素の硫黄と水と二酸化炭素とをもたらす。ここでは、元素の硫黄（５）は気体の形態で得られる。これは、廃熱ボイラ（６）に送り込まれ、この廃熱ボイラ（６）において、凝縮によって、テールガス（７）および液体の硫黄（８）が得られるが、テールガス（７）はなお硫黄ガスを含有している。これが、Ｃｌａｕｓリアクタの燃焼段（９）において完全に燃焼され、二酸化硫黄（１０）が得られる。これは、凝縮チャンバを備えるＣｌａｕｓリアクタの触媒段（１１）において、ガス洗浄工程から供給される硫化水素との反応によって転換され、元素の硫黄が形成される。これによって、脱硫された燃焼ガス（１２）またはオフガスが得られる。この段も、液体形態の元素状硫黄（１３）を生成する。すべてのプラントセクション（２〜１１）は、例えば、高いレベルの支柱（１５）上に支持される格子トレーである基礎（１４）の上に支持される。廃熱ボイラ（８）および触媒段（１１）からの液体硫黄は、導管を通して区画壁（１７）を具備する浸漬チャンバ（１６）に送り込まれる。その結果、浸漬チャンバ（１６）はサイホンとして作用し、この方法で全硫黄が凝縮する。硫黄は、流動の継続と加熱とによって液体状態を維持し、排出ノズル（１８）から容器（１９）に送り込まれる。そこで、必要に応じて、液体または固体形態において貯留される。

図１は、本発明の事例としての実施形態を示す。

１ コークス炉ガス
２ ガス洗浄器
３ 硫黄含有濃縮物
４ Ｃｌａｕｓ炉
５ 気体の元素硫黄
６ 廃熱ボイラ
７ 硫黄含有テールガス
８ 廃熱ボイラからの液体の元素硫黄
９ Ｃｌａｕｓリアクタの燃焼段
１０ 二酸化硫黄
１１ 凝縮チャンバを備えるＣｌａｕｓリアクタの触媒段
１２ 脱硫燃焼ガス
１３ Ｃｌａｕｓリアクタからの液体の元素状硫黄
１４ 基礎
１５ 支柱
１６ 浸漬チャンバ
１７ 区画壁
１８ 排出ノズル
１９ 容器

Claims (8)

1. 液体の硫黄を凝縮、分離および貯留する装置であって、
   （ａ）吸収液を用いるガス洗浄（２）によってコークス炉ガスから硫化水素を除去するガス洗浄（２）ユニットであって、使用済みの吸収液は再生され、濃縮形態で得られる前記硫化水素は、Ｃｌａｕｓ炉（４）と廃熱ボイラ（６）とＣｌａｕｓリアクタ（９）とから構成されるＣｌａｕｓプラントに送り込まれる、ガス洗浄（２）ユニットと、
   （ｂ）硫黄化合物が空気中の酸素によって燃焼されて元素の硫黄を形成する、Ｃｌａｕｓ炉（４）と、
   （ｃ）前記Ｃｌａｕｓ炉（４）から排出されるプロセスガスが、硫黄の凝縮に必要な温度に冷却され、硫黄分離後に再加熱されてＣｌａｕｓリアクタ（９）に送り込まれる、廃熱ボイラ（６）と、
   （ｄ）残留硫化水素の一部が燃焼され、形成される二酸化硫黄が、触媒の存在下で残留硫化水素と反応することによって硫黄に転換される、Ｃｌａｕｓリアクタ（９）と、
   （ｅ）前記Ｃｌａｕｓリアクタ（９）に付属する凝縮チャンバ（１１）と、
   を含む装置において、
   （ｉ）前記Ｃｌａｕｓプラントが、基礎（１４）または適切な装置の上に支持され、このような装置（１４）の下部において、加熱可能な地表レベルの容器（１９）内にサイホン式の浸漬チャンバ（１６）が配置され、
   （ｉｉ）前記Ｃｌａｕｓプラントが、硫黄を前記浸漬チャンバ（１６）に移送するのに移送機器を必要としないように、前記容器（１９）と、その中に含まれる前記浸漬チャンバ（１６）とのレベルよりも高いレベルに配置され、
   （ｉｉｉ）前記Ｃｌａｕｓプラントは、前記浸漬チャンバ（１６）内における硫黄の最低の排出点から少なくとも４．００メートル高いレベルに配置され、
   （ｉｖ）前記浸漬チャンバ（１６）が熱的に絶縁されるか、または前記浸漬チャンバ（１６）に硫黄の加熱装置が設けられて、固化が防止される、
   ことを特徴とする装置。
2. 請求項１に記載の、液体の硫黄を凝縮、分離および貯留する装置において、前記容器（１９）および前記浸漬チャンバ（１６）が鋼製であることを特徴とする装置。
3. 請求項１に記載の、液体の硫黄を、凝縮、分離および貯留する装置において、前記Ｃｌａｕｓプラント、あるいは前記浸漬チャンバ（１６）を収納する前記容器（１９）に、捕集または貯留タンクが付属して設けられ、これらのタンクは、前記容器に導管接続される、ことを特徴とする装置。
4. 請求項３に記載の装置において、前記貯留または捕集タンクが鋼製であることを特徴とする装置。
5. 請求項１に記載の、液体の硫黄を、凝縮、分離および貯留する装置において、数個のＣｌａｕｓリアクタが存在することを特徴とする装置。
6. 液体の硫黄を凝縮、分離および貯留する方法であって、
   （ａ）吸収液を用いるガス洗浄（２）によってコークス炉ガスから硫化水素が除去され、使用済みの前記吸収液は再生され、濃縮形態で得られる前記硫化水素はＣｌａｕｓプラントに送り込まれ、
   （ｂ）前記硫化水素が酸素含有ガスとの反応によってＣｌａｕｓ炉（４）において硫黄に転換され、その燃焼ガスは、液体の硫黄が凝縮する廃熱ボイラ（６）に送り込まれ、
   （ｃ）冷却されたプロセスガスがＣｌａｕｓリアクタ（９）に送り込まれ、前記Ｃｌａｕｓリアクタ（９）において、残留硫化水素の一部が燃焼されて二酸化硫黄が形成され、
   （ｄ）前記二酸化硫黄は前記Ｃｌａｕｓリアクタ（９）における硫化水素との反応によって硫黄に転換される、
   方法において、
   （ｉ）前記硫黄が、前記廃熱ボイラ（６）および前記Ｃｌａｕｓリアクタ（９）から、低いレベルに位置する容器内に収納される浸漬チャンバ（１６）にサイホン状に送り込まれ、前記容器（１９）は全Ｃｌａｕｓプラントのレベルより低い地表レベルに位置しており、
   （ｉｉ）前記浸漬チャンバ（１６）は、前記浸漬チャンバ（１６）から液体の硫黄を取り入れる容器（１９）の中に収納され、
   （ｉｉｉ）流動する前記硫黄は、少なくとも４．００メートルの高度差を重力によって乗り越え、
   （ｉｖ）前記浸漬チャンバ（１６）が熱的に絶縁されるか、または前記浸漬チャンバ（１６）に硫黄の加熱装置が設けられて、固化が防止される、
   ことを特徴とする方法。
7. 請求項６に記載の、液体の硫黄を、凝縮、分離および貯留する方法において、前記硫黄が前記浸漬チャンバ（１６）に１１０℃〜３００℃の温度で送り込まれることを特徴とする方法。
8. 請求項６に記載の、液体の硫黄を、凝縮、分離および貯留する方法において、前記硫黄を、前記浸漬チャンバ（１６）および前記容器（１９）内において加熱することによって１１０℃〜３００℃の温度に維持することを特徴とする方法。

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