JPH01270505A - 硫化水素含有ガスから硫黄を回収する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 仁発明の目的 ｊ　　の−１ノ 本発明は硫化水素含有ガスから元素状硫黄を回収する方
法に関するもので、装置をコンパクト化し且つ消費エネ
ルギーを節約することかてきる。

【えム丑遣 クラウス型硫黄回収方法は下記［１］式の気相クラウス
反応 ２Ｈ２Ｓ＋ＳＯ２→３Ｓ＋２Ｈ２０［１］を利用して硫
化水素含有カスから硫黄を回収するものて、製油所や天
然ガス工場て稼動している。

上記［１］式においては亜硫酸ガス（ＳＯ２）を使用し
ているか、ＳＯ２ガス源か他にない場合は、下記［２］
式に示すように反応燃焼炉において硫化水素を含有する
原料ガスを空気によって部分燃焼させ、原料ガス中に含
まれている硫化水素の約３分の１を亜硫酸ガスに変換す
るようにすると、燃焼による高温のため燃焼とほぼ同時
に上記クラウス反応か進行して元素状硫黄を生成する。

２Ｈ２Ｓ＋３０２→２ＳＯ２＋２Ｈ２０［２］４Ｈ２Ｓ
＋２ＳＯ２→６Ｓ　　＋６Ｈ２０［１′］６Ｈ２Ｓ＋３
０２　　→６Ｓ　　＋６Ｈ２０［３］硫化水素の部分燃
焼による亜硫酸ガス生成と、クラウス反応とを総合すれ
ば、反応燃焼炉においては」二記［３コ式の反応か行わ
れていることになる。

反応ガスは排熱ボイラーで冷却した後、さらに硫黄凝縮
器て冷却し、生成した元素状硫黄を反応カスから分離す
る。

ＳＯ２ガス源か他にない場合の典型的なりラウス反応装
置の一例を第１図により説明する。

硫化水素を含有する原料ガス５２と、空気フロワー２て
昇圧した空気５０（又は酩素濃縮塁１て富酸素化した富
酸素化空気ｓｉ）とを反応燃焼炉５に送入し、前記［３
１式の熱的クラウス反応を起こさせ、その反応ガスを排
熱ボイラー６て冷却し第１硫黄凝縮器７て元素硫黄を分
離する。記号４は原料カス予熱器、記号３は空気予熱器
て、必要に応じて使用する。

反応燃焼炉におけるクラウス反応の転化率は不充分なの
て、硫黄回収率を高めるために第１硫黄凝縮器７て元素
状硫黄を分離した反応ガスは第１補助バーナー８て加熱
した後、活性アルミナなどを充填した第１反応器９に送
入して接触的にクラウス反応を起こさせる。第１反応器
出ロガスは第２硫竹凝縮器１０て再ひ冷却し生成した硫
黄を分離する。

通常の硫黄回収装置においては、さらに硫黄回収率を高
めるため、第２補助バーナー１１、第２反応器１２、第
３硫黄凝縮器１３、第３補助バーナー１４、第３反応器
１５、第４硫黄凝縮器１６を設置して、引き続き加熱−
接触反応−冷却というサイクルを１回または２回繰り返
す。２段の接触反応器を使った場合９３〜９５％、３段
の場合は９６〜９８％の総合硫黄回収率か得られる。

第１〜第４＆を黄凝縮器て分離された硫黄は液体硫黄５
４として取り出す。

最終硫黄凝縮器から出る排カス５３（以下テールガスと
いう）は少量の硫化水素、亜硫酸ガス、有機硫黄化合物
などを含んでいるため、これらを焼却するためにインシ
ネレータ−１８に送り、燃焼空気フロワー１７からの燃
焼用空気５５及び燃料ガス５６を用いて処理した後煙突
１９から大気に放出する。またテールガス中の１ｉ＆黄
化合物の量を減少させる必要のある時はスコツト法など
のテールガス処理装置に送って処理する。

かかるクラウス型硫黄回収装置の弱点は燃焼用空気中の
窒素によって引き起こされる。第１図により説明したよ
うに、燃焼用空気中の窒素は反応燃焼炉て系内に導入さ
れた後装置内を流れて行き最終的には再び大気中に放出
されるので、クラウス反応に不活性であるにもかかわら
ず常に系内に大陸に存在しくテールガス中の窒素濃度は
約６０ｖａｎ％）、次のような欠点をｆｔ、回収装置に
与えている。

■系内のガス流量を増加させるので、装置を大きくしな
ければならない。

■硫黄回収装置では反応ガスの冷却工程−加熱工程か繰
り返されるのて、系内ガス論量の増加によりエネルギー
か浪費される。

■窒素カスの６釈効果のために反応成分の分圧を下げ、
結果的に硫黄回収率を下げている。

−か、・Ｌしようと−る□　古 上記のような欠点を解決するために富酸素化空気を燃焼
用空気として使用して系内に導入される窒素量を減少さ
せることか考えられているが、酸素濃度かあまり高いと
反応燃焼炉か高温になりすぎるのて炉の耐火材の材質の
点て限界かある。

本発明は、富酸素化空気を使用することによる随伴窒素
減少効果に加えて、さらに系内に導入される窒素量の減
少と消費エネルギーの節約を回部にする硫化水素含有ガ
スから硫黄を回収する方法を提供することを目的とする
。

口１発明の構成 ４、′　占を　快−るたかΔ手１ 本発明に関オつる硫化水素含有ガスから硫黄を回収する
方法は、硫化水素を含有する原料ガス及び酸素含有ガス
を反応燃焼炉に導入し熱的クラウス反応を起させ、その
反応ガスを冷却して元素Ｔ＆黄を分離した後、接触反応
器内で接触クラウス反応を行わせ、その反応ガスを冷却
して更に元素硫黄を分離して硫黄回収率を高めるクラク
ス型Ｔ＆黄回取方法において、反応燃焼炉へ導入する酸
素含有カスとして富酸素化空気を使用し、該富酸素化空
気により供給され硫化水素との反応に使用される酸素量
を原料ガス中の硫化水素量の４０〜４５モル％とし、几
つ反応燃焼炉出口ガスを１秒以内に７００℃以下の温度
まで急冷することを特徴とする。

従来の硫黄回収方法ては、クラウス反応２　Ｈ２Ｓ　＋
　３０２　→２Ｓ０２　＋２Ｈ２０［２コ４Ｈ２Ｓ＋２
ＳＯ２→６Ｓ　　＋６Ｈ２０［１′］６Ｈ２Ｓ＋３０２
　　→６Ｓ　　＋６Ｈ２０［３］を最適に進行させる必
要から燃焼用空気量を原料ガス中のＨ２Ｓの３分のｌを
ＳＯ２とＨ２Ｏに変換する量、即ち全Ｈ２Ｓの５０モル
％に制御することを至」−としてきた。

本発明方法ては従来法とは異なり、富酸素化空気により
供給され硫化水素との反応に使用される酸素量を原料ガ
ス中の硫化水素量の４０〜４５モル％に制御し、且つ反
応燃焼炉出目ガスを１秒以内に７００℃以下の温度まで
急冷する。

これは、反応燃焼炉において、前記 ６Ｈ２Ｓ＋３０２　　　→６Ｓ　　＋６Ｈ２０［３コの
熱的クラウス反応ばかりてなく、 Ｈ２Ｓ　　　　　　→　Ｓ　　＋　　Ｈ２［４］て示さ
れる硫化水素の熱分解反応をも起こさせるためである。

硫化水素との反応に使用される酸素量を原料ガス中の硫
化水素量の４０モル％にした場合には、理論上前記「３
］式の熱的クラウス反応か８割、［４］式の熱分解反応
か２割行われ、４５モル％にした場合には、理論」二前
記［３］式の熱的クラウス反応か９割、［４］式の熱分
解反応か１割行われることになる。

ここて、「硫化水素との反応に使用される酸素量」と言
うのは、反応燃焼炉に送入される富酸素化空気中の酸素
量から、硫化水素を含有する原料ガス中に含まれている
炭化水素類を燃焼するために消費される酸素量を差し引
いた量を言う。これは炭化水素か優先的に酸素を消費し
て燃焼するからである。

従って本発明の実施に当りでは、硫化水素を含有する原
料ガス中に含まれている炭化水素類の割合を考慮して、
反応燃焼炉に送入する富酸素化空気量を制御する。

また反応燃焼炉出口ガスを１秒以内に７００　’Ｃ以下
の温度まで急冷するのは、前記［４］式による硫化水素
の熱分解により生成した元素硫黄と水素とか再結合して
硫化水素に戻るのを抑制するためである。

従来の硫黄回収装置に３いては通常排熱ボイラーを用い
てスチームを発生させることにより反応ガスを冷却して
いる。本発明においても同様な排熱ボイラーを使用する
ことか可能であるか、排熱ボイラーでのガス線速を従来
法より高める必要かある。排熱ボイラー人口温度から７
００℃までの平均接触時間は１秒以下、好ましくは０．
５秒以下とすることか望ましい。

使用する富酸素化空気の酸素濃度は通常の空気中のそれ
よりも高めたちのてあればよいか、通常酸素濃度３０〜
５０％（モル％）の富酸素化空気を使用する。

なぜならば、導入窒素を減少させて反応ガスを減量する
目的に対しては、酸素濃度的３０〜５０％の範囲ては酸
素濃度の増加に伴なう導入窒素減少効果か顕著であるか
、酸素濃度か５０％を超えると酸素濃度の増加に伴なう
導入窒素減少の程度かその効果か小さくなるからである
。

たとえば酸素濃度５０％の富酸素化空気を使用した場合
には約７５％の系内窒素を減らずことかできるか、酸素
濃度８０％の富酸素化空気を使用しても約９４％の窒素
の減少にしかならない。−方、５０％以上に酸素を濃縮
するためにはその製造コス１〜か高くなりコスト低減の
目的に反する。

５０％以下の富酸素化空気は膜分離および吸着分離技術
の進歩により近年安価に得られるようになった。

本発明に適する原料ガスは硫化水素を７０モル％以上含
むことか望ましい。これ以下の場合には熱的クラウス反
応及び硫化水素の熱分解反応を進行させるに必要な燃焼
温度を得ることか困難となる。複数の原料ガスを処理す
るときには混合後の硫化水素濃度に対してこの基準は適
用される。しかしなから原料ガス中に多量の炭化水素類
を含む場合には硫化水素濃度か７０モル％以下てあって
も所望の燃焼温度に到達可能である。

Ｈ２Ｓの熱分解を促進するためには、反応燃焼炉におけ
る燃焼温度は高いほど好ましく、少なくとも１４００℃
以上とすることか望ましい。これは富酸素化空気と硫化
水素濃度７０モル％以４−の原料ガスを使用することに
より達成される。

クラウス反応の転化率の面から６１５”６温の方か有利
である。しかしなから炉の耐火材のコストの面から−１
−限は２０００℃とするのか実用的で、通常の操業条件
としては１４００〜１８００℃の範囲か好ましい。

原料ガス中のＨ２Ｓ濃度によっては所定の燃焼温度に達
しない場合には原料カス及び／または富酸素化空気を予
熱することか有効である。

実］１舛」２ 第１図に示した装置を使用し、第１表に示す組成のｂ：
（料ガス２４０．０Ｋｇ干ル／ｈｒ（Ｈ２Ｓ：２１０．
９１．Ｋｇモル／　ｈ　ｒ　）及び富酸素化空気（０２
濃度３１％）　３２０　、０　Ｋ　ｇ　（ル／　ｈ　ｒ
（０２：９９．２Ｋｇモル／　ｈ　ｒ　）を反応燃焼炉
に送入して熱的クラウス反応を起させ、その反応ガスを
排熱ボイラーて７００　’Ｃまで０．２秒て急冷して元
素硫黄を分離した後、補助バーナー（３段て原料ガス合
、１ｆ１６．１Ｋｇモル／　ｈ　ｒ使用）て反応ガスを
加熱して接触クラウス反応を行わせた場合のデータを第
２表に示す。この場合の、反応燃焼炉に送入される酸素
のうち原料ガス中のメタンの燃焼のために消費される酸
素を除いた、硫化水素との反応に使用される酸素と硫化
水素とのモル比（０２／ｆ（２Ｓ（ル比）ば０．４０７
である。

（以下余白） 第　　１　　表 富酸素化空気流量を３３５−　ＩＫｇモル／　ｈ　ｒ（
０２：　１０３．８８Ｋｇモル／　ｈ　ｒ　）とし、反
応ガスを排熱ボイラーで７００６Ｃまで０．５秒て急冷
する以外は実施例１と同様な試験を行った場合のデータ
を第２表に示す。この場合の、反応燃焼炉に送入される
酸素のうち原料ガス中のメタンの燃焼のために消費され
る酸素を除いた、硫化水素との反応に使用される酸素と
硫化水素とのモル比は０゜４２９である。

差１１式 富酸素化空気流量を３４５．７Ｋｇ干ル／　ｈ　ｒ（０
２：１０７．１７Ｋｇモル／　ｈ　ｒ　）とし、反応ガ
スを排熱ボイラーで７００　’Ｃまで０．７秒で急冷す
る以外は実施例１と同様な試験を行った場合のデータを
第２表に示す。この場合の、反応燃焼炉に送入される酸
素のうち原料ガス中のメタンの燃焼のために消費される
酸素を除いた、硫化水素との反応に使用される酸素と硫
化水素とのモル比は０．４４５である。

比」１例」 富酸素化空気流量を３６６．８Ｋｇモル／　ｈ　ｒ（０
２：１１３゜７１Ｋｇモル／　ｈ　ｒ　）とし、反応ガ
スを排熱ボイラーて７００℃まで１．７秒で冷却する以
外は実施例１と同様な試験を行った場合のデータを第２
表に示す。この場合の、反応燃焼炉に送入される酸素の
うち原料ガス中のメタンの燃焼のために消費される酸素
を除いた、硫化水素との反応に使用される酸素と硫化水
素とのモル比は０．４７６である。

第２表 第２表から、実施例Ｊ、２及び３ては比較例よりも明ら
かにゾールガス量か減少しており、装置自体を小さくて
きることかわかる。またインシネレータにおける燃料使
用量は大［１］に削減されることかわかる。テールガス
の減少比率よりも燃料ガスの削減率か大きいのは、テー
ルカス中に水素か多く含まれ、その一部かインシネレー
タて燃焼するためである。

反応燃焼炉に供給される富酸素化空気中の酸素量と原料
ガス中の硫化水素の比率を低下させても硫黄回収率は変
らず、むしろ増加傾向にある。

牟則 反応燃焼炉へ導入する酸素含有ガスとして富酸素化空気
を使用し、該富酸素化空気により供給され硫化水素との
反応に使用される酸素量を原料ガス中の硫化水素量の４
０〜４５モル％とすることにより、反応燃焼炉では熱的
クラウス反応と同時に硫化水素の熱分解反応か進行し、
旧つ反応燃焼炉出Ｄガスを１抄以内に７００℃以下の温
度まで急冷することにより、熱分解により生成した元素
硫黄と水素とか再結合して硫化水素に戻ることは抑制さ
れる。その結果、０２／Ｈ２Ｓモル比を減少させたにも
拘らず硫黄回収率は低下せず、反応系内のガス量か減少
し、装置のコンパクト化、消費エネルギーの減少をもた
らす。

ハ０発明の効果 ■反応ガス量か減少するのて装置かコンバク１へになる
。

■インシネレータの燃料を削減できる。

■水素か副生するのでテールガス処理装置で還元カスを
使用する必要かなくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図はクラウス型硫黄回収装置のプロセスフロ〜を説
明するための図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　硫化水素を含有する原料ガス及び酸素含有ガスを反
   応燃焼炉に導入し熱的クラウス反応を起させ、その反応
   ガスを冷却して元素硫黄を分離した後、接触反応器内で
   接触クラウス反応を行わせ、その反応ガスを冷却して更
   に元素硫黄を分離して硫黄回収率を高めるクラウス型硫
   黄回収方法において、反応燃焼炉へ導入する酸素含有ガ
   スとして富酸素化空気を使用し、該富酸素化空気により
   供給され硫化水素との反応に使用される酸素量を原料ガ
   ス中の硫化水素量の４０〜４５モル％とし、且つ反応燃
   焼炉出口ガスを１秒以内に７００℃以下の温度まで急冷
   することを特徴とする硫化水素含有ガスから硫黄を回収
   する方法。