JPH1024214A - ガス分離装置 - Google Patents

ガス分離装置

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JPH1024214A
JPH1024214A JP9080715A JP8071597A JPH1024214A JP H1024214 A JPH1024214 A JP H1024214A JP 9080715 A JP9080715 A JP 9080715A JP 8071597 A JP8071597 A JP 8071597A JP H1024214 A JPH1024214 A JP H1024214A
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Mark Stuart David
デービッド・マーク・スチュアート
Richard William Watson
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 効率的な硫化水素及び二酸化硫黄を含むガス
流の処理方法を提供する。 【解決手段】 バーナー４および炉６は、硫化水素およ
び二酸化炭素を含む供給ガス流から、硫化水素、二酸化
硫黄、二酸化炭素、水蒸気および硫黄蒸気を含むガス混
合物を生成するように操作される。凝縮器１６では、水
蒸気ではなく硫黄蒸気が抽出される。反応器２２では硫
化水素がすべて二酸化硫黄に酸化される（または二酸化
硫黄がすべて硫化水素に還元される）。得られたガス混
合物は乾燥機３０で乾燥し、圧縮器３２で圧縮する。ガ
ス混合物は次に蒸留塔３８で分留する。実質的に硫黄化
合物を含まない塔頂留分は排出し、一方塔底留分は炉６
にリサイクルすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】本発明は、ガス混合物を分離する方法およ
び装置に関する、とくに本発明は、分留を用いて、硫化
水素、二酸化硫黄、および二酸化炭素を含む供給ガス流
を処理する方法および装置に関する。
【０００２】硫化水素および二酸化炭素を含むいわゆる
酸性ガス流はたとえば製油所における廃ガス流として生
成する。該酸性ガス流は大気中に放出する前に、実質的
にすべての硫化水素分を除去するように酸性ガス流を処
理することが必要である。この硫化水素の除去は通常ク
ラウス法により行われ、該法において硫化水素分の一部
を燃焼して二酸化硫黄および水蒸気を生成させ、得られ
た二酸化硫黄を残留硫化水素と反応させて硫化水素、二
酸化硫黄、二酸化炭素、水蒸気および硫黄蒸気を含むガ
ス混合物を生成させ、このガス混合物から凝縮によって
硫黄蒸気を抽出し、かつ硫黄蒸気を含まない生成ガス混
合物を複数の接触工程にかけて、さらに硫黄蒸気を生成
させるように、二酸化硫黄と硫化水素とをさらに反応さ
せる。さらにできた硫黄蒸気は接触反応の各ステージの
下流でガス混合物から抽出する。酸性ガス中の初めの硫
黄分の概して２ないし６％を含有する排ガスがこれによ
って生成する。この排ガスは付加された処理に送られ
て、実質的にすべての残留硫黄化合物が除去される。
【０００３】クラウス法を改良するための種々の提案が
なされている。たとえば、プロセスの初期段階における
硫化水素の燃焼を持続させるために酸素または酸素富化
空気を用いることができる。このような酸素または酸素
富化空気の使用は、一定サイズの装置が酸性ガスを受け
入れて処理することができる速度を増大させる効果があ
る。ＥＰ−Ａ−０５６５３１６は、硫黄蒸気の初期の抽
出の下流において、硫黄蒸気を含まない生成ガス混合物
の少なくとも一部を、接触ステージに送って硫化水素と
二酸化硫黄との反応をさらに行わせる代りに、接触反応
器に送って二酸化硫黄分のすべてを硫化水素に還元する
方法に関する。次いで、得られたガス混合物から水蒸気
を抽出する。このガス混合物の少なくとも一部は初めの
炉にリサイクルする。ＥＰ−Ａ−０５６５３１６には該
方法の異なる例が多数開示されている。１つの例では、
硫黄蒸気を含まないガス混合物の必らずしもすべてを接
触反応器に送出しない。ガス混合物の一部を、硫化水素
と二酸化硫黄とを反応させる少なくとも１つの付加工程
に送る。その結果硫黄蒸気がさらに生成し、この硫黄蒸
気を付加した凝縮器で抽出する。この付加した凝縮器を
出るガス混合物がパージガスとなる。ＥＰ−Ａ−０５６
５３１６による方法の別の例では、硫黄蒸気を含まない
ガス混合物のすべてを接触反応器に送り、そこで二酸化
硫黄を硫化水素に還元する。ガス流は、始めの炉にリサ
イクルするガス流から取り出し、硫化水素と二酸化硫黄
との反応をさらに行う工程にかけて、さらに硫黄蒸気お
よびパージガスを生成させる。さらに別の例では、始め
の炉の上流領域からガス混合物を取り出し、硫黄蒸気を
生成させるように、それを硫化水素と二酸化硫黄とを反
応させる少なくとも１つの付加工程および硫黄蒸気をさ
らに抽出する少なくとも１つの工程にかけてパージガス
を生成させる。最後の例では、リサイクルガスから流れ
を方向転換して、この流れを直接インシネレーターに送
ってパージガス流を生じさせる。
【０００４】ＥＰ−Ａ−０５６５３１６には、水蒸気抽
出の下流で、リサイクルまたはパージガス流を、硫化水
素と他の成分とを分離する付加処理にかけることができ
ることも開示されている。ガス流を、たとえばアミンで
洗って、この分離を行わせうることも開示されている。
このアミンは硫化水素と二酸化炭素とを分離させること
ができる。供給ガス流が総計で比較的高比率の不燃物を
有するか、または事情により、硫化水素と二酸化硫黄と
の反応の付加工程を省きたいと思う場合にのみこのよう
な処理は価値があると思われると述べてある。
【０００５】ＥＰ−Ａ−０５００３２０は、ＥＰ−Ａ−
０５６５３１６に述べてあるものと概ね同じではある
が、硫黄蒸気を含まないガス混合物中のすべての二酸化
硫黄分を還元する代りに、このガス混合物中の全硫化物
分を二酸化硫黄に酸化する方法を開示している。その結
果、二酸化硫黄および二酸化炭素を含むリサイクルガス
混合物が生成する。
【０００６】ＥＰ−Ａ−０５００３２０およびＯ−５６
５３１６による方法は、始めの炉における硫化水素の硫
黄蒸気への効果的な転化を増大させるという利点および
硫化水素と二酸化硫黄との接触反応の必要条件を実質的
に減少させるという利点をもたらす。それにもかかわら
ず、これらの特許に開示された方法は、硫黄化合物を実
質的に含まないとはみなすことができず、また大気の汚
染に関する厳密な規準を守らなければならぬ場合には、
硫黄化合物を除去するために、排ガス浄化装置における
処理をさらに必要とするパージガス流の生成を伴う。
【０００７】ＥＰ−Ａ−０２１２２９７は、クラウス炉
の下流で硫黄蒸気とともに、水蒸気を凝縮させて抽出す
るような高圧で操作するクラウス法を開示している。得
られたガス流の大部分はクラウス炉にリサイクルする。
残りのものはインシネレーターおよび分留塔を含む排ガ
ス浄化装置に通す。分留塔からの二酸化硫黄はクラウス
炉にリサイクルする。
【０００８】本発明の目的は、硫化水素、二酸化硫黄お
よび二酸化炭素を含むガス混合物を、実質的に硫黄化合
物を含まないパージガス流と硫化水素または二酸化硫黄
に比較的富むガス流とに分離することができる方法およ
び装置を提供することにある。
【０００９】本発明によれば、 （i）供給ガス流中の硫化水素分の一部を二酸化硫黄に
酸化し、得られた二酸化硫黄を、硫黄蒸気および水蒸気
を生成させるように、硫化水素と反応させ； （ii）硫化水素、二酸化硫黄、二酸化炭素および水蒸気
を含む中間ガス流を生成させるように、反応させた供給
ガス流から、水蒸気を抽出せずに、そのように生成した
硫黄蒸気を抽出し； （iii）この中間ガス流中の二酸化硫黄分のすべてを硫
化水素に転化させるか、ま たは該中間ガス流中の
硫化水素分のすべてを二酸化硫黄に転化させること
により、硫化水素および二酸化硫黄から選ばれる唯一
種の硫黄化合物なら びに二酸化炭素を含む転化ガ
ス流を生成させ； （iv）この転化ガス流を乾燥して圧縮し； （v）この乾燥して圧縮した転化ガス流の少なくとも一
部を、選択硫黄化合物を実質的に含まない第１留分およ
び選択硫黄化合物に富む第２留分を生成させるように、
分留にかけ；さらに （vi）この第１留分の流れをプロセスから排出させる 工程を含む、硫化水素および二酸化炭素を含む供給ガス
流の処理法が提供される。
【００１０】また、本発明は、 （ａ）供給ガス流中の該硫化水素分の一部の、二酸化硫
黄および水蒸気への酸化ならびに硫黄蒸気および水蒸気
とを生成させるように、得られた二酸化硫黄と残留硫化
水素との反応のいずれをも行なう炉； （ｂ）硫化水素、二酸化硫黄、二酸化炭素および水蒸気
を含む中間ガス流を生成させるように、反応させたガス
流から水蒸気を抽出せず、そのように生成した硫黄蒸気
を抽出する硫黄凝縮器； （ｃ）中間ガス流中の二酸化硫黄分のすべてを硫化水素
に転化させるか、または中間ガス流中の硫化水素分のす
べてを二酸化硫黄に転化させることによる硫化水素と二
酸化硫黄とから選ばれる唯一種の硫黄化合物および二酸
化炭素を含有する転化ガス流を生成させる反応器； （ｄ）この転化ガス流を乾燥する手段および圧縮する手
段； （ｅ）この選択硫黄化合物を実質的に含まない第１留分
および選択硫黄化合物に富む第２留分を生成させるよう
に、乾燥して圧縮した転化ガス流の少なくとも一部を分
留するための少なくとも１基の蒸留塔；および （ｆ）第１留分の流れを装置から排出するための蒸留塔
出口 を含む硫化水素と二酸化炭素を含む供給ガス流処理装置
をも提供する。
【００１１】本明細書で用いる「選択硫黄化合物を実質
的に含まない」という用語は、この第１留分が１容量％
未満の選択硫黄化合物を含有することを意味する。第１
留分は好ましくは１０００容量ｐｐｍ未満、より好まし
くは１００容量ｐｐｍ未満の選択硫黄化合物を含有す
る。したがって、第１留分の流れは大気中に排出するか
または焼棄することができる。この硫黄化合物が硫化水
素である場合には、第１留分流は排出の上流で焼却する
のが好ましい。
【００１２】好ましくは、乾燥して圧縮した転化ガス流
全体を分留に通し、かつ第２留分の流れを前記工程
（i）にリサイクルする。（このリサイクル流は供給ガ
ス流とプレミックスしさらに／または別々に炉に導入す
ることができる。この別々の導入は火炎帯域または下流
の熱反応帯域もしくはその両者からであることができ
る。）あるいはまた、乾燥して、圧縮した転化ガス流の
一部のみを分留に通し、その残りは前記工程（i）にリ
サイクルする。リサイクルは供給ガス流中の炉に入る硫
化水素の比較的高率の転化、すなわち供給ガス流中の
（リサイクルガス流中ではない）の工程（ii）における
硫黄回収速度と、硫化水素が工程（i）に入る速度との
比較的大きな比率を得ることができるけれども、工程
（i）に入るすべての硫黄化合物を考えた場合には、転
化率は通常のレベル、たとえば７０％程度にとどまる。
【００１３】工程（i）へのリサイクルを無くしたいと
思うならば、乾燥して圧縮した転化ガス流を別のクラウ
スプラントに送るのが好ましく、あるいは選択化合物が
二酸化硫黄であれば、この流れは硫酸をつくる接触プロ
セスに送ることができる。
【００１４】空気、酸素富化空気または純酸素を工程
（i）における酸化剤として用いることができる。酸化
剤中の酸素以外の成分の比率はできるだけ少なく保つの
が好ましく、したがって少なくとも９０容量％の酸素を
含有する酸化剤が好ましい。工程（i）の反応は少なく
とも１基の炉で行うのが好ましい。必要な場合には、二
酸化硫黄と硫化水素との反応の一部を該炉とは別の、下
流にある反応器で接触的に行うことができる。このよう
な例では、硫黄の抽出は硫化水素と二酸化硫黄との接触
反応の上流および下流で行われる。本発明による方法お
よび装置の利点は、硫化水素と二酸化硫黄との接触反応
が無くても通常操作できるということである。しかし、
工程（i）へのリサイクル速度を低く保つことを望むと
きには、たとえば供給原料が比較的濃度の可燃物を有
し、リサイクルガスが二酸化硫黄を含む場合に、適当な
火炎温度を保つためには接触反応を含むのが有利であろ
う。
【００１５】酸化剤が酸素に富む場合、たとえば酸化剤
が少なくとも９０容量％の酸素を含むかまたは供給ガス
が高率、たとえば７０容量％以上の可燃物を有する場
合、とくに前記の両条件があてはまる場合には、工程
（i）の酸化は、要すれば２つの炉全体に熱「負荷」を
広げ、かつ炉壁に局部的な高過ぎる温度を生じないよう
に、好ましくは、硫黄凝縮器を間に挟んで直列に並べた
２つの別個の炉で行う必要があるかもしれない。他方、
供給ガス流が可燃物に比較的乏しいか、または酸化剤が
酸素に比較的乏しく、たとえば酸化剤が酸素に富んでい
ない空気である場合、とくにこれら条件の２つ以上があ
てはまる場合には、工程（i）で燃焼を確実に持続させ
うるように、また、供給ガス流がアンモニアを含む場合
には、工程（i）において、アンモニアを完全に分解さ
せるのに十分な温度を確実に持続させうるように、工程
（i）に流入する１つ以上の流体流を予熱することが望
ましいであろう。供給ガスがアンモニアを含まない場合
には、供給原料中のいくらかは炉の火炎帯域をバイパス
させることができる。
【００１６】選択硫黄化合物が硫化水素であるときに
は、中間ガス流中の硫化水素と二酸化硫黄とのモル比が
化学量論的比を上回る、すなわち化学量論比の２：１を
超えるのが好ましい。この化学量論比を上回るモル比
は、化学量論比の場合に生じるよりも高率の二酸化硫黄
の硫黄への転化という結果を示し、硫化水素の工程
（i）へのリサイクルによって生じる。この化学量論比
を上回るモル比は工程（iii）の還元量を減少させる。
一般的に、このモル比は２．５：１ないし４：１の範囲
内にある。
【００１７】他方、選択硫黄化合物が二酸化硫黄である
場合には、中間ガス流中の硫化水素と二酸化硫黄とのモ
ル比が化学量論比を下回る、すなわち２：１未満である
のが好ましい。この化学量論比を下回るモル比は、化学
量論比の場合に生じるよりも高率の硫化水素の二酸化硫
黄への転化という結果を示し、二酸化硫黄の工程（i）
へのリサイクルの結果である。化学量論比を下回るモル
比は工程（iii）の酸化の量を減少させるが工程（i）で
燃焼する硫化水素の量を増大させる。工程（iii）およ
び（i）における硫化水素の全酸化量はほぼ一定のまま
であるけれども、工程（iii）および工程（i）で行われ
る硫化水素の相対的酸化量を選択する若干の自由度があ
る。供給ガス流中の硫化水素と工程（i）に入る分子状
酸素とのモル比は、もし選択硫黄化合物が二酸化硫黄で
あれば、２．５：１ないし４：１の範囲にあるのが好ま
しい。
【００１８】選択硫黄化合物が硫化水素であれば、本発
明による方法中工程（iii）における二酸化硫黄の還元
は水素を還元剤として用いる接触還元によって行うのが
好ましい。工程（i）における酸化剤が酸素に富む場合
には、硫化水素の水素および硫黄への熱解離が起る高温
コアを有する炎を生成することができる。水素と硫黄の
再解離反応は完了に至らないので、硫化水素、二酸化硫
黄、および二酸化炭素を含むガス流は一般に若干の水素
をも含有する。ある例では、この水素は、工程（iii）
の二酸化硫黄の還元における水素のほとんどまたはすべ
ての要求量を満たすのに十分である。一酸化炭素は、ま
た概して二酸化炭素の熱解離によって炉内に生成する。
この一酸化炭素は後記のように工程（iii）の間に水素
の生成をもたらすことができ、したがって、工程（ii
i）における二酸化硫黄還元用水素の補助源となること
ができる。
【００１９】選択硫黄化合物が硫化水素であれば、硫化
水素、二酸化硫黄および二酸化炭素を含むガス流は少な
くとも２５０℃の温度で本発明による方法の工程（ii
i）に入るのが好ましい。その温度が２７５°から３５
０℃の範囲にあるのがさらに好ましい。二酸化硫黄を還
元するのに適当な触媒は当該技術分野では周知である。
この触媒は、たとえば、コバルト−モリブデン触媒であ
ることができる。該触媒は、また、一酸化炭素と水蒸気
との水性ガスシフト反応の触媒作用もする。したがっ
て、ガス流中の水蒸気および任意の一酸化炭素は反応し
て、水素と二酸化炭素をさらに生成することができる。
【００２０】選択硫黄化合物が二酸化硫黄である場合に
は、ガス流中の硫化水素分の二酸化硫黄への酸化は少な
くとも一部は接触的に行うのが好ましい。硫化水素、二
酸化硫黄および二酸化炭素を含むガス流は、接触酸化の
上流で少なくとも２００℃の温度に予熱するのが好まし
い。この酸化剤は分子状酸素を含有するガス、たとえば
純酸素、酸素富化空気、または空気であることができ
る。工程（iii）において、酸化剤として純酸素ではな
くて空気（酸素に富まないもの）を用いる場合には、窒
素および二酸化炭素は蒸留の第１留分中に分離され、し
たがって炉に送られないので、前記工程（i）が行われ
る炉の大きさは影響がない。一酸化炭素は酸化して二酸
化炭素にすることもできる。
【００２１】概して、二酸化硫黄と二酸化炭素との混合
物は、硫化水素と二酸化炭素との混合物よりも蒸留によ
って分離しやすく、一定の分離度を得るのに理論棚段が
少なくて済む。したがって、通常は二酸化硫黄を選択硫
黄化合物とするのが好ましい。二酸化硫黄を選択するこ
とによって、１０容量ｐｐｍ未満の二酸化硫黄を含有す
る第１留分の排出流を生成させることが可能である。二
酸化硫黄および水蒸気を含有するガス混合物を処理する
かまたは二酸化硫黄を含有するガス混合物を液体水流と
接触させる蒸留の上流の設備は耐（酸）腐食性材料でつ
くることが望ましい。
【００２２】この転化ガス流の乾燥はガス流から水蒸気
を吸着させる工程を含むのが好ましい。乾燥は、また、
吸着工程の上流に、転化ガス流中の水蒸気を凝縮させる
ように転化ガス流を冷却し、さらに凝縮物をガス流から
抽出する工程を含むのが好ましい。好ましい一連の工程
では、転化ガス流は、蒸気発生式熱交換器、ディスーパ
ーヒーティング式直接接触水凝縮器および転化ガス流か
ら選択的に水蒸気を吸着しうる吸着剤を含有する吸着層
に次々に通す。
【００２３】とくに、選択硫黄化合物が二酸化硫黄であ
る場合には、転化ガス流の乾燥は、その圧縮の上流で行
うのが好ましい。
【００２４】好ましくは、前記工程（i）による酸化
は、本発明による装置を通過しやすくするために、１．
５ないし２バール（絶対）の範囲の圧力で実施する。
【００２５】この分留は単一塔で５．３バール（絶対）
よりも大きい圧力、すなわち二酸化炭素の三重点の圧力
を上回る圧力で行うのが好ましい。この圧力は固体炭酸
の生成および蓄積を避けるように選択される。単一塔の
操作圧力が大きいほど、塔頂の凝縮温度が高く、かつ塔
底の再沸温度が高くなる。硫化水素と二酸化炭素を分離
する一例では、これらの温度は概して常にいずれも外界
温度を下回り、したがって、塔頂に付随する凝縮器の冷
却要件を弱めようと思う場合には、単一塔を比較的高圧
で操作することが必要である。しかし、単一塔の操作可
能な最高圧力は圧縮器の大きさに関連する制約によって
限定される。単一塔への流れは本発明による方法中の新
規供給原料の流れと比べて比較的小さいので、単一塔の
操作圧力がとくに高い場合には、十分に低い容量の圧縮
器を見出すという困難が生じるかもしれない。しかし、
概して、単一塔の操作圧力が２０バール（絶対）を超え
ない場合にはそのような困難は生じない。
【００２６】分留への供給原料は、第１留分の流れとの
間接熱交換で予備冷却するのが好ましく、選択硫黄化合
物が硫化水素の場合には、分留への供給原料は第２留分
の流れとの間接熱交換で予備冷却することもできる。
【００２７】単一蒸留塔への供給原料は塔の中間レベル
から入れるのが好ましい。
【００２８】単一塔の頂部に付随する凝縮器を冷却し、
また単一塔の底部に付随する再沸器を加熱する流体は、
それぞれの凝縮および再沸温度によって選ぶことができ
る。選択硫黄化合物が硫化水素の場合には、再沸器を加
熱するにはプロパンを、また凝縮器を冷却するにはエタ
ンを用いることができる。
【００２９】所望ならば、極低温空気分離プラントから
取り出して該プラントに戻す冷却流体を用いるか、また
は該空気分離プラントから取り出して該プラントに戻す
流体との間接熱交換で選択した冷却流体を予備冷却する
ことによって、必要な低い凝縮温度に達することは容易
であろう。
【００３０】必要ならば、単一塔の代りに複数の蒸留塔
を用いて蒸留を行うことができる。
【００３１】必要な場合には、第１留分の流れから、た
とえば膨張タービン内で該流を膨張させて、電力発生の
ような外部仕事を行わせることにより仕事を回収するこ
とができる。第１留分の流れは膨張タービンの上流で２
００℃を上回る温度に予備加熱するのが好ましい。
【００３２】本発明による方法および装置は公知のクラ
ウス法に勝るかなりの利点をもたらす。とくに、ベント
流中の硫黄分に関する厳しい要件に適合させるべき場合
でさえも、クラウス反応の接触工程または排ガス浄化装
置に対する必要条件はない。さらに、本発明による方法
および装置の好ましい例においては、硫化水素から硫黄
への１００％に近い効果的な転化率（すなわち新規供給
原料中の硫黄原子と工程（i）を出る硫黄生成物中の硫
黄原子との比）を得ることが可能であり、この転化度は
第２留分の流れを工程（i）にリサイクルすることによ
って可能となる。さらに、第２留分の流れを本発明によ
る方法の工程（i）に通すのに送風機もファンも不要で
ある。
【００３３】ところで、硫黄回収プラントの略工程系統
図である図１を参照しながら実施例によって本発明の方
法および装置を説明する。
【００３４】この図面は一定の率で縮尺したものではな
い。
【００３５】図面について説明すると、典型的には、少
なくとも４０容量％の可燃物（その中少なくとも７０容
量％は硫化水素で占められる）および典型的にはさら
に、炭化水素、アンモニア、二酸化炭素および水蒸気を
含む硫化水素含有供給ガス流をパイプライン２から、典
型的には炉の１つの底壁８および炉の軸に直角の底壁８
に近い位置にある側壁全体に耐火物を内張りした炉の形
状を呈する熱反応器内で燃焼させるバーナー４に給送す
る。酸素（空気から分離したもの）および酸素富化空気
の場合には、別に、パイプライン１０からバーナー４に
供給される。酸素の流れは典型的には少なくとも９０容
量％の酸素を含有し、たとえば圧力スイング吸着または
極低温における分留によって空気から分離することがで
きる。
【００３６】炉６内ではいくつかの化学反応が行われ
る。第１に、供給ガスの組成によって多くの異なる燃焼
反応がある。この供給ガスが１種以上の炭化水素を含有
する場合には、これらの成分が酸素と反応して二酸化炭
素と水蒸気を生成する。アンモニアが存在する場合に
は、炉６内に適当な温度（好ましくは１３００℃を上回
る温度）が生じさえすれば、酸化して窒素と水蒸気にな
る。残留アンモニアは下流の接触反応器内の触媒に固形
物を堆積させる物質を生成する好ましくない副反応に関
与し、それによって触媒の効率を低下させ、かつまた図
示プラントを流れるにつれてガス流が受ける圧力低下を
増大させると思われるので、実質的に完全なアンモニア
の分解を確実に行うことが重要である。
【００３７】主燃焼反応は水蒸気および二酸化硫黄を生
成させる火炎帯域（図示せず）における硫化水素の燃焼
である。炉６への酸素および可燃物を供給する相対速度
は存在するアンモニアおよび炭化水素（もしあれば）の
完全分解ならびに供給ガス中の硫化水素分の選択した割
合の燃焼が確実に行われるような速度である。
【００３８】炉６の火炎帯域内で行われる他の重要な反
応は、硫化水素の一部の水素および硫黄蒸気への熱解離
ならびにさらに二酸化炭素（典型的には供給ガス中に存
在する）の一酸化炭素および酸素への若干の熱解離であ
り、それぞれの解離の程度は温度に依存する。さらに、
供給ガス中に存在する硫黄と炭化水素との反応によって
少量の二酸化炭素が生成し、かつまた一酸化炭素と硫黄
との反応によって少量のオキシ硫化炭素（硫化カルボニ
ル）も生成する。さらに、一酸化炭素は、水性ガス反応
によって、二酸化炭素および水素を生成させるように水
蒸気と反応することができる。
【００３９】この炉６内に生成する二酸化硫黄はクラウ
ス反応によって残留硫化水素と反応して水蒸気および硫
黄蒸気を生成する。典型的には、生成する二酸化硫黄の
６０ないし７０％が炉６内の硫化水素と反応する。
【００４０】概して、硫化水素と二酸化炭素との反応を
助け、さらにまた硫化水素の熱解離を助けるように高い
火炎温度（たとえば、１３００−１６５０℃）を用いる
のが好ましい。バーナー４および炉６を操作する場合に
は、いうまでもなく、炉の内張りを損傷しないように注
意しなければならない。炉６に入るバーナー４入口の角
度および位置ならびに火炎の形状は、このような損傷を
避けるように選択する。硫化水素の熱解離は冷却効果が
あり、このことはバーナー４入口の位置および角度を選
ぶ場合に考慮される。
【００４１】炉６内で行われる反応の結果として、典型
的には硫化水素、二酸化硫黄、水蒸気、硫黄蒸気、水
素、二酸化炭素、一酸化炭素、アルゴンおよび窒素なら
びに微量のオキシ硫化炭素および二流化炭素を含むガス
流は、典型的には１３００ないし１６５０℃の範囲の温
度で、出口１２から炉６を離れる。このような温度で
は、ガス流中の若干の成分はいまだ相互に反応しつつあ
り、したがってこの時点ではガス混合物の正確な組成を
特定することは困難である。このガス流は出口１２から
直接廃熱ボイラー１４または他の形式の熱交換器に入
り、そこで２５０ないし４００℃の範囲の温度に冷却さ
れる。ガス流が廃熱ボイラー１４を通過する間に、若干
の水素が硫黄と再結合して硫化水素を生成する傾向があ
る。
【００４２】この冷却ガス流（以後中間ガス流という）
は廃熱ボイラー１４から硫黄凝縮器１６に入り、そこで
さらに冷却され、硫黄蒸気は凝縮して出口１８から取り
出される。得られた液体硫黄は典型的には、硫黄シール
ピット（図示せず）に移す。冷却ガス流は典型的には１
４０℃程度の温度で凝縮器１６を出る。このガス流は凝
縮器１６の下流で、たとえば再加熱器２０内で過熱水蒸
気との間接熱交換によって約３００℃の温度に加熱され
る。
【００４３】このように加熱されたガス流は接触反応器
に流入し、本発明による方法の１例である接触反応器２
２は、二酸化硫黄および残留する微量の硫黄蒸気の硫化
水素への水素による還元の接触作用をするたとえばコパ
ルトおよびモリブデンの触媒を含んでいる。反応器２２
内の触媒上では一酸化炭素と水蒸気との反応も生じ、水
素および二酸化炭素を生成する。反応器２２内で行われ
る還元反応に必要な水素の少なくとも若干はガス混合物
自体の中に存在する。しかし、過剰の二酸化硫黄があれ
ば、存在する硫黄および二酸化硫黄のすべてを硫化水素
に完全に還元させるのに十分な速度で、水素を外部源
（図示せず）からパイプライン２４を経て接触反応器２
２に移行させる。この水素は、たとえば、好ましくは酸
化剤として、純酸素または酸素富化空気を用いる炭化水
素の部分酸化によって現場で生成させることもできる。
【００４４】中間ガス流中に硫化カルボニルおよび二流
化炭素が存在する場合には、それぞれ次式によって接触
反応器２２内で加水分解する。 ＣＯＳ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋Ｈ2Ｓ ＣＳ2＋２Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋２Ｈ2Ｓ
【００４５】ところで実質的に硫化水素、水蒸気、二酸
化炭素、窒素およびアルゴンより成る還元ガス流は接触
反応器２２を出て蒸気発生式熱交換器２６に流入し、そ
こで水および／または水蒸気との間接熱交換によって１
００ないし２００℃の範囲の温度に冷却される。このよ
うに冷却されたガス流をディスーパーヒーティング式直
接接触水凝縮器２８に導入する。凝縮器２８内では、ガ
ス流は上方に流れて、下降する水の流れと接触する。こ
うしてガス流は冷却されて大部分の水蒸気が凝縮し、そ
の凝縮液は下降液体流に入る。凝縮器２８は上昇蒸気と
下降液体との物質交換を容易にするように、ランダムま
たは構造化充填物（図示せず）を含むのが好ましい。得
られた水蒸気の激減したガス流は、圧力スイングまたは
温度スイング吸着によりガス流から残留水蒸気を分離さ
せるようにした複数の吸着層を含む吸着装置３０に通さ
れる。この構造は、１つ以上の層がガス流から水蒸気を
吸着している間、残りの層が再生される構造である。し
たがってガス流の連続乾燥が可能となる。このような圧
力スイング吸着および温度スイング吸着乾燥機は当該業
界では周知である。該吸着装置は典型的には吸着剤とし
て活性アルミナまたはシリカゲルを用いることができ
る。
【００４６】吸着装置３０から出るガス流の流量は、凝
縮器１６内での硫黄蒸気の除去ならびに凝縮器２８およ
び吸着装置３０における水蒸気の除去を考慮すると、入
口を通る供給ガスの流量よりもかなり小さい。このガス
流は、圧力を５．３バール（絶対）を上回る値に上げた
吸着装置３０から流出する。圧縮機３２は圧縮熱を除く
ためにアフタークーラー３４を付随している。圧縮ガス
流はアフタークーラー３４から主熱交換器３６に流入
し、そこで分留による分離に適する温度に冷却される。
このように冷却されたガス流は、入口４０のレベルの上
下いずれにも典型的には構造的充填物の形をした気−液
接触要素があるような分留塔３８の中間レベルに配設さ
れた入口４０から分留塔４０に流入する。この蒸留塔３
８は頂部に付随する凝縮器４２および底部に付随する再
沸器４４を有する。
【００４７】蒸留塔３８は、実質的に硫化水素を含まず
に、二酸化炭素、窒素およびアルゴンを含む第１すなわ
ち塔頂部留分ならびに典型的に少なくとも５０容量％の
硫化水素を含み、残りは実質的に二酸化炭素である第２
すなわち塔底留分を生成するように操作される。蒸留塔
３８の操作圧力は、二酸化炭素の三重点の圧力（５．３
バール）を確実に上回るよう、また凝縮器４２内の凝縮
温度が、第１留分中の二酸化炭素の凝固点よりも確実に
数度高いように選択される。典型的には、たとえば、凝
縮温度は第１留分の組成および分留塔３８の操作圧力に
より−５０℃程度であることができる。第１留分の一部
は塔３８の頂部から凝縮器４２に蒸気として入る。この
蒸気部分は蒸発する液体、たとえば液体エタンとの間接
熱交換によって凝縮する。蒸発しつつある液体エタンが
受ける圧力は、その沸点が二酸化炭素の三重点の温度よ
りも少なくとも２℃高いが、凝縮器４２内の第１留分の
凝縮温度よりも少なくとも２℃低いような圧力である。
蒸気状エタンは第２凝縮器４６に流入し、そこで間接熱
交換によって凝縮する。得られた液体は凝縮器４２に戻
り、かくしてエタンは閉回路中を流動する。第２凝縮器
４６の冷却は空気分離プラント（図示せず）から得られ
る蒸発しつつある液体酸素流または液体窒素流によって
もたらされることができる。得られた蒸気状の酸素また
は窒素は空気分離プラント（図示せず）に戻すことがで
きる。凝縮した第１留分は分留塔３８の頂部領域に還流
液として戻す。第１留分の一部は凝縮器４２をバイパス
して、蒸留塔３８に向って流れるガス混合物と向流的に
主熱交換器３６を流れる。その結果、該第１留分の一部
は蒸留塔３８へ送る供給原料の予備冷却の少なくとも一
部を行い、かつそれ自体もほぼ外界温度に温められる。
【００４８】第２留分は蒸留塔３８の底部から再沸器４
４に流入し、そこで熱交換流体たとえば液体ｎ−プロパ
ンの凝縮しつつある流れとの間接熱交換によって再沸さ
れる。典型的には、再沸温度は、第２留分の組成および
蒸留塔３８を操作する圧力によって決まり、−１８℃程
度である。再沸器４４には第２再沸器４８が付随し、そ
こでたとえば外界の空気または水蒸気との間接熱交換に
よって液体プロパンを再蒸発させる。次いで得られた蒸
気は再沸器４４に戻す。
【００４９】再沸させた第２留分の一部は蒸留塔３８に
戻して、塔内の上昇蒸気流とする。再沸第２留分中蒸留
塔３８に戻さない部分は、蒸留塔へ向う供給流と向流的
に主熱交換器３６の少なくとも一部に通して、典型的に
は外界温度に温める。このように温められた第２留分の
流れは膨張装置５０を経て炉４に戻す。膨張装置５０は
図に示すように典型的には膨張弁である。膨張装置５０
が膨張装置タービンである場合には、第２留分は、主熱
交換器３６の温端と膨張装置５０との中間の熱交換器
（図示せず）だ、たとえば過熱水蒸気との間接交換によ
って外界温度を上回る温度に加熱するのが好ましい。
【００５０】第２留分の流れを炉４に戻すことによっ
て、該炉に送る硫化水素の全般的な供給速度は大幅に増
大する。第２留分の戻り流はバイプライン２中で新入硫
化水素とプレミックスしてもよいし、炉４の火炎領域
（図示せず）に導入してもよいし、あるいは炉４内の火
炎領域の下流領域に導入してもよい。あるいはまた、こ
れらの方策の２つ以上の組合せを用いることもできる。
炉４内における硫化水素、他の可燃物および酸素の相対
的流量は、炉を内張りしている耐火物を損傷する恐れが
かなりあるような高すぎる温度（たとえば約１６５０℃
を上回る温度）を炉壁にもたらさずに、アンモニアおよ
び炭化水素をすべて確実に分解させるように選択され
る。下流の接触式クラウス工程がないので、凝縮器１６
を出るガス混合物中の硫化水素と二酸化硫黄とのモル比
がほぼ２：１の化学量論的比であるように流量を調節す
る通常の要求にもはや従う必要はない。実際に、凝縮器
１６を出るガス混合物中の硫化水素と二酸化硫黄とのモ
ル比が２：１という化学量論比を実質的に上回るように
炉４内のそれぞれの流れの流量を選ぶことが概して好ま
しい。その結果、炉４に送る供給ガス中の不燃物の割合
が３０容量％未満で、炉４へ給送される酸素が実質的に
純粋であったとしても、炉４が２つの別々のステージに
分割され、それぞれが硫化水素含有ガスおよび酸素のそ
れ自体の供給を有し、かつ両ステージ間に廃熱ボイラー
（図示せず）および、必要ならば、硫黄凝縮器（図示せ
ず）が存在しない限り、炉４内に高すぎる温度を生じさ
せないようにするのは困難であろう。
【００５１】主熱交換器３６で温められる第１留分の流
れは焼棄に送るかまたは大気中に排出することができ
る。必要ならば、該流を焼棄に送るかまたは大気中に排
出する位置よりも上流で、該流を熱交換器（図示せず）
で約２００℃を超える温度に加熱し、タービンで膨張さ
せて外部仕事、たとえば電力発生を行わせることができ
る。第１留分が確実に硫化水素を実質的に含まないこと
が重要である。したがって、この目的を達成するため
に、蒸留塔３８内に十分な高さの充填物を包含させる。
【００５２】図面に示すプラントの構成要素および操作
には種々の変形を行うことができる。たとえば、蒸留塔
３８内で生成した第２留分から得られる流れの代りまた
は該流れのほかに炉６へ向うリサイクル流を吸着装置３
０の下流ではあるが圧縮器３２の上流の位置またはアフ
タークーラー３４の下流の位置から支流として取り出す
ことができる。リサイクル流をこれら２つの位置の中の
前者から取り出す場合には、必要な流れを生成させるた
めにファン（図示せず）を用いることができる。リサイ
クルガス流を他の位置から取り出す場合には、リサイク
ルガス流の圧力を炉の操作圧力（通常１．５ないし２バ
ールの範囲）まで低下させるために膨張装置（図示せ
ず）を使用する。しかし、このようなリサイクルは、炉
６に送る無反応性ガスの流れを増大させる効果があるた
めに、一定流量の硫化水素含有供給ガスを処理するのに
必要な炉の容積を増大させる。
【００５３】図に示されるプラントの別の変形では、再
加熱ガス流中の硫化水素分のすべてを二酸化硫黄に酸化
させるように接触反応器２２を操作する。この酸化を行
わせるためには、空気または酸素を、パイプライン２４
を経て接触反応器２２に導入する。この接触反応器は、
酸化剤として純酸素を用いる場合でさえも、単一ステー
ジを含む。反応器２２に入るガスの温度は典型的には２
５０℃程度である。その触媒は、たとえば当該業界では
周知の部類の通常の酸化触媒であることができる。反応
器２２内でガス流中の硫化水素および硫黄のすべてを二
酸化硫黄に酸化する結果として、この反応器を出るガス
は実質的に二酸化硫黄、水蒸気、二酸化炭素、窒素およ
びアルゴンより成る。このガス混合物中の硫化水素に代
る二酸化硫黄の存在は、熱交換器３６ならびに蒸留塔３
８および付随再沸器４４の操作に著しい影響を及ぼす。
この再沸温度は外界温度を大幅に上回る温度に上昇し、
その結果、再沸器４４内の加熱流体としてプロパンの代
りに熱水または水蒸気を使用することができ、したがっ
てこの場合には第２再沸器４８を用いる必要はない。さ
らに、第２留分ま流れは、外界温度よりも高いので、主
熱交換器３６をバイパスして、直接膨張装置５０に流入
する。リサイクル流は前記位置のいずれよりも取り出す
ことができるが、好ましくは第２留分の流れである。反
応器２２が酸化反応器で、その結果反応器に入るガス流
中の硫化水素および硫黄蒸気がすべて二酸化硫黄に酸化
される場合には、凝縮器を出るガス混合物中の硫化水素
と二酸化硫黄とのモル比が２：１という「化学量論」比
を実質的に下回るように炉４に入るそれぞれの流れの流
量を選択することが概して好ましい。炉４に入る二酸化
硫黄のかなりの部分は蒸留塔３８からのリサイクル流に
供給されるので、供給ガスが７０容量％を上回る可燃物
を含有し、また炉に供給される酸素が少なくとも純度９
０％であるとしても、炉４内の高すぎる温度の生成は容
易に避けることができる。
【００５４】別の変形では、第１留分の流れを吸着装置
３０の吸着層の再生におけるパージガスとして用いるこ
とができる。
【００５５】本発明による方法を表１および２に示す実
施例によって、さらに説明する。表１は選択硫黄化合物
が硫化水素である場合の該方法の操作に関し、また表２
は選択硫黄化合物が二酸化硫黄である場合の操作に関す
るものである。
【００５６】表１に示す実施例では、炉４は２つのステ
ージを含み、酸素、硫化水素含有ガス混合物およびリサ
イクルガスが両ステージ間に分配され、かつ両ステージ
の間に、上流ステージから下流ステージに流れるガス混
合物を冷却するように廃熱ボイラー（図示せず）を有す
る。炉４内で生成した十分な量の水素が、廃熱ボイラー
１４および凝縮器１６での冷却中にガス混合物中にとど
まっているので、外部源から反応器２０への水素の流れ
は必要でなく、したがってパイプライン２４を省くこと
ができる。
【００５７】表２に示す例では、炉４は図１に示すよう
な出口温度が１４４０℃の単一ステージを含む。
【００５８】両表において、流れ（すなわち流量）はｋ
ｇモル／時単位である。
【００５９】
【表１】
【００６０】
【表２】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の硫黄回収プラントの略工程系統図であ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 リチャード・ウィリアム・ワトソン イギリス国ジーユー４・７エイチジェイ, サリー，ギルドフォード，メロー・パー ク，オーキー・デル 16

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 硫化水素および二酸化炭素を含む供給ガ
    ス流を処理する方法において、下記工程： i）該供給ガス流中の該硫化水素分の一部を二酸化硫黄
    に酸化し、硫黄蒸気を生成させるように、得られた二酸
    化硫黄を硫化水素と反応させ；次いで ii）該反応した供給ガス流から、硫化水素、二酸化硫
    黄、二酸化炭素および水蒸気を含む中間ガス流を生成さ
    せるように、水蒸気を抽出せずに、そのように生成した
    硫黄蒸気を抽出し； iii）該中間ガス流中の該二酸化硫黄分のすべてを硫化
    水素に転化させるか、また は該中間ガス流中の該硫
    化水素分のすべてを二酸化硫黄に転化させることに
    よって硫化水素および二酸化硫黄から選ばれる唯一種の
    硫黄化合物および二 酸化炭素を含む転化ガス流を生
    成させ； iv）該転化ガス流を乾燥して圧縮し； v）該選択硫黄化合物を実質的に含まない第１留分およ
    び該選択硫黄化合物に富む第２留分を生成させるよう
    に、該乾燥して圧縮した転化ガス流の少なくとも一部を
    分留にかけ；さらに vi）該第１留分中の水蒸気を排出させる工程を含む方
    法。
  2. 【請求項２】 該中間ガス流のすべてを工程（iii）の
    該転化処理にかける請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 該すべての乾燥して圧縮した転化ガス流
    を該分留に通しかつ該第２留分の流れを前記工程i）に
    リサイクルする請求項１または請求項２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 該乾燥して圧縮した転化ガス流の一部の
    みを該分留に通しかつその残りを前記工程i）にリサイ
    クルする請求項１または請求項２に記載の方法。
  5. 【請求項５】 該選択化合物が硫化水素で、工程（ii）
    の終りの該反応ガス流中の硫化水素と二酸化硫黄との該
    モル比が２．５：１ないし４：１の範囲にある請求項１
    ないし４のいずれか１つの項に記載の方法。
  6. 【請求項６】 該選択硫黄化合物が二酸化硫黄で、該供
    給ガス流中の硫化水素と工程（i）に入る分子状酸素と
    の該モル比が２．５：１ないし４：１の範囲にある請求
    項１ないし４のいずれか１つの項に記載の方法。
  7. 【請求項７】 該転化ガス流の該乾燥が該ガス流中の水
    蒸気を吸着する該工程を含む前記請求項中いずれか１つ
    の項に記載の方法。
  8. 【請求項８】 該分留への該供給原料が該第１留分の流
    れとの間接熱交換で予備冷却される前記請求項中いずれ
    か１つの項に記載の方法。
  9. 【請求項９】 硫化水素、二酸化硫黄および二酸化炭素
    を含む供給ガス流を処理する装置において： ａ）該供給ガス流中の該硫化水素分の一部の、二酸化硫
    黄および水蒸気への酸化、ならびに硫黄蒸気および水蒸
    気を生成させるように、得られた二酸化硫黄と残留硫化
    水素との反応のいずれをも行なう炉； ｂ）硫化水素、二酸化硫黄、二酸化炭素および水蒸気を
    含む中間ガス流を生成するように、該反応ガス流から水
    蒸気を同時に抽出することなく、該そのように生成した
    硫黄蒸気の該抽出のための硫黄凝縮器； ｃ）該中間ガス流中の該二酸化硫黄分のすべてを硫化水
    素に転化させるか、または該中間ガス流中の該硫化水素
    分のすべてを二酸化硫黄に転化させることにより、硫化
    水素および二酸化硫黄から選ばれる唯一種の硫黄化合物
    および二酸化炭素を含有する転化ガス流を生成させる反
    応器； ｄ）該転化ガス流を乾燥する手段および圧縮する手段； ｅ）該選択硫黄化合物を実質的に含まない第１留分およ
    び該選択硫黄化合物に富む第２留分を生成させるよう
    に、該乾燥して圧縮した転化ガス流の少なくとも一部を
    分留するための少なくとも１基の蒸留塔；および ｆ）該第１留分の流れを該装置から排出するための該蒸
    留塔からの出口を含む装置。
  10. 【請求項１０】 該すべての乾燥して圧縮した転化ガス
    流を該蒸留塔に通す手段および該第２留分の流れを該炉
    にリサイクルする手段を含む請求項９に記載の装置。
  11. 【請求項１１】 該乾燥して圧縮した転化ガス流の一部
    のみを該蒸留塔に通す手段およびその該残りを該炉にリ
    サイクルする手段を含む請求項９に記載の装置。
  12. 【請求項１２】 該蒸留塔の上流で該乾燥して圧縮した
    転化ガス流の一部を該第１留分の流れと間接熱交換させ
    て予備冷却する熱交換器をさらに含む請求項９ないし１
    １のいずれか１つの項に記載の装置。
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