JPS62500999A - 工業用ガス中含有のcos及びcs2化合物をh2sに加水分解する方法 - Google Patents
工業用ガス中含有のcos及びcs2化合物をh2sに加水分解する方法Info
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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】
工業用ガス中含有のCO8及びC32化合物の除去方法本発明は、工業用ガス、
さらに特定して言えば、有機合成用ガス中に含まれるCO3およびC32化合物
の除去方法に関する。
たとえば、石炭ガス化で生ずるガスのごとく有機合成で使用され、またメタン化
反応で使用可能の多種の工業用ガス、またはさらに含硫黄有機物質合成用の化学
工業で用いる硫化水素中には、その製造方法によっては、大なり小なりCO3お
よび/またはCS2 量が含まれるものである。この有機硫黄化合物は、工業ガ
スを取扱う合成反応にとって妨害物質としてはたらくのが通例である。その理由
は上記反応を促進するため使用する触媒に対し、このものがとくに害毒を呈する
からである。
不純物としてのCOSおよび/またはC32を含む工業用ガスを合成用として処
理するに先き立ち、まず必要なことは、上記含硫黄化合物除去の目的で、きわめ
て高い浄化操作にかけることである。
ガス中のH2Sを除去するため通常用いられるアミン溶液のごとき、再生のきく
選択的液状吸収剤による洗浄浄化技術では、CO8とC92とを除去するには不
適当であるのが通例で、その理由は、実質上これらの化合物が液状吸収剤では吸
収しきれぬからである。
浄化すべきガスを通過させながら、上記CO8及びC32化合物を除去する場合
、この化合物を不可逆的に固定する酸化亜鉛形態の固体吸着剤に接触含有させて
、除去することも可能ではある。しかし、この方法は相当量の固体吸着剤を消費
し、そのためこの浄化方法が不経済となり、妙味を殺ぐ語用となっている。なお
、浄化すべきガスの本質成分と、この固体吸収剤とが、たとえば処理ガスがH2
Sから成る場合のごとく反応する恐れのある際は、この浄化方法を採用すること
ができない。
周知のごとく、硫黄対果装置の触媒転化器で処理するガスには、さらに大きな回
を占める反応ガス+(2Sと802の他に微量のCO8とC32とが含まれてお
り、この主要ガスはS形成のクラウス(CLAUS)反応にあづかり、また、約
30容積パーセントの十分な量の水蒸気の形成にあづかっている。また、上記C
O9とC82化合物が、触媒転化器内のクラウス(CLAIJS)触媒と接触し
一部+123に加水分解されることも知られているが、これは処理ガス中の水蒸
気量が多いと言う事実による。この加水分解は、−次コンバーター内では顕著に
行われ、この場合の温度は約350℃、さらにこれより低温のつぎのコンバータ
ー(転化器)での加水分解は無視し得るものである。
とくに、第0060741号で公告の欧州特許明細書中では、TiO□とアルカ
リ土類金属の硫酸塩とから成る触媒と接触した、微Q濃度つまり、C82として
は1%容積濃度、CO8としては0.3%容積濃度のC92とCO8化合物は、
さらに多ユのH,SとCO2との二と、(28容積%の)比較的多ユの水蒸気中
とに含まれ、すなわち、硫黄工場の第一転化器で処理する上で相当高い濃度のガ
ス中に含まれているが、この化合物は、340℃温度では完全にO2Sに加水分
解されるとしている。C32の加水分解の場合、上記引用文献の実施例10にお
いて、反応混合物中に含まれる水蒸気量は、O20: C32モル比が28に等
しい量に相当し、同じ〈実施例IJでの反応混合物中の水蒸気量はそのl(20
: CO8のモル比は93に相当している。
ここで分かったのは、酸化チタン系の触媒、とくに上記した酸化チタンとアルカ
リ土類金属とをベースとする触媒を使ってO2Sに加水分解する方法を用いるこ
とにより、ただし余り高温でなく、前記の欧州特許出願記載のものより少ない水
蒸気量を用いることにより、総体濃度として数容積パーセントに達する濃度の工
業用ガス中のCO3とC82化合物のほとんど全量を除去し得るはずだというこ
とであった。
工業用ガス中比較的低い総体濃度のCOS 、およびCS2含を化合物を除去す
るための、本発明による方法は、比較的高温に保持した反応域中に設置した酸化
チタン系触媒と接触して適当量の水蒸気を含む上記ガスを通過させる方式であり
、触媒に接して持ち込まれるガス中の水蒸気量をコントロールして、上記ガス中
の水蒸気モル数/ガス中のCO8+082モル数の比率を、上記化合物を完全に
加水分解するに要する計算量から、50/ 1+1.5pに設定しくここでpは
ガス中含有のCO8”C32の全モル量におけるC32のモル分率)、がっ、反
応域中の温度を」二記載出口温度に相当するB+ −100(0,B+1.6Q
)’Cト02−100(2,2+q) ’C間に保つ(qはpの値が0がら0.
1の場合は0とし、その他の場合は1とする)ことを特徴としている。
上記CO8とC32化合物の一つだけが処理すべきガス中に含まれる場合のCO
8とC329度を指すか、まt;は処理すべきガスに上記両化合物が含まれる場
合のCosとC32の全濃度を指すかの「低減総体濃度」とは0.0r〜6%容
積濃度、さらに特定した場合0.05〜4%容積5口度を意味する。
できれば反応域温度は、その出口温度に相当するLo。
(1+1.5q)”C〜100(2+q)”C(ここでqは」二記値)とする。
触媒と反応混合物の接触時間は(4−2q)秒から(10−2q)秒までが好適
であり、できれば(5−2q)秒から(8−2q)秒まで(ただしqは前記値)
とするとよい。
処理ガスに硫黄有機化合物としてのみのCOS 、またはpが多く見て0.1に
相当するCO3とCS2 ffiを含む場合は、触媒に接するガス中の水蒸気量
を調節しながら、R比を5〜25に保つと好都合であり、この場合、反応域温度
は100〜200℃の上記球出口温度に相当する値とし、触媒と反応混合物との
接触時間は5〜8秒とする。
処理ガスに硫黄有機化合物のみとしてのC32を含む場合、触媒に接するガス中
の水蒸気量を調節しながらR比を5〜20とすると好都合であり、この場合、反
応域内温は250〜300℃の上記球出口温度に相当する値とし、触媒と反応混
合物との接触時間は3〜6秒とする。
処理ガス中0037!: C82が同時にp>o、tである濃度比で含まれる場
合は、触媒に接するガス中の水蒸気量を調節しながら、R比を5〜25に保つと
好都合であり、この場合、反応域温度は250〜300”Cの上記球出口温度に
相当する値とし、触媒と反応混合物との接触時間は5〜8秒とする。
触媒に接するガス中の水蒸気量を調節するには、ガス中水蒸気量が不足する場合
は処理ガスに水蒸気を加えるか、ガス中に水蒸気量が過剰である場合は水蒸気の
一部を凝縮させるかの何れか操作を行えばよい。処理ガスに本発明特定限度内の
水蒸気を含む場合は、とくに水蒸気量を調節することなく、ガスと触媒とを接触
させることができる。
上記ガスと触媒とを接触する場合、適量の水蒸気を含む処理ガス温度は、反応域
出口での反応混合物温度が所望値を示すだけ十分高くなければならない。必要の
場合は、適量の水蒸気を含む処理ガスを予め加熱して好適な温度に調節する。
本発明による処理ガスが得られる合成方法の必然性から、Co9 + C82化
合物の加水分解結果生ずるO2 Sは、これを含む処理ガスから除去できる場合
とできない場合がある。同様に、必要に応じ、処理ガス中含有の水蒸気の全部ま
たは一部を分離する場合も生ずる。このO2Sの除去および水蒸気の分離は、こ
のための十分公知技術を使って行うことができる。たとえばO2Sの除去は、可
逆的に828を固定する再生可能の液状吸収剤を使って、本発明にもとづく処理
ガス洗浄方式により行うことができる。この再生可能液状吸収剤はアミンまたは
アミノ酸の水溶液、とくにモノエタノールアミン、ジ・エタノールアミン、トリ
エタノールアミン、メチルジェタノールアミン、およびジイソプロパツールアミ
ンのごとき、アルカノールアミン水溶液から成る。この再生可能の液吸収剤を使
って洗浄した後もガス中に依然残留する痕跡のO2Sは、上記ガスを非可逆的に
O2Sを固定するZnOのごとき金属酸化物床中を通し捕集できる。
前記したごとく、本発明による触媒は、酸化チタン系のものであり、さらに特定
の場合酸化チタンを大部分含むものである。とくに、上記触媒は、酸化チタン、
または酸化チタンとアルカリ土類金属の硫酸塩とから成り、上記金属はカルシウ
ム、バリウム、ストロンチウム、マグネシウム、構成族から選定し、好適なアル
カリ土類硫酸塩としては硫酸カルシウムが挙げられる。
酸化チタンと場合によりアルカリ土類金属硫酸塩とから成る上記触媒に、さらに
シリカ、アルミナ、粘土、珪酸塩、硫酸チタン、およびセラミックファイバー中
から選定の少くとも一部分の30重量%を含有させることができる。
上記添加成分の有無にかかわらず、酸化チタンとアルヵり土類金属硫酸塩とから
成る本発明に用いる触媒において、焼成触媒中TlO2であられす酸化チタン重
量比率と、アルカリ土類金属硫酸塩重量比率との割合は、約99:1カラ約60
.4o1好ましくは99:1から80:20とすることができる。
上記触媒の比表面積は、BET法窒素吸着方式で測定し、5〜300rn”/9
、望ましくは10〜240rrl’/gであり、水銀透過法で測った全気孔率は
0.05〜0.8i/g、好マしくは0.1〜0.4d/gである。また上記触
媒の摩耗抵抗は2%以下である。
摩耗抵抗は、FENWICK I?EX商標のパイブレーク−を用い、粒状にし
た触媒100 gを^FNORXII−501規格の径20cmNα24ふるい
上におき、10分間振動させ生ずる粉じん量を9%で表示する。
本発明にもとづく使用触媒は、すべて公知の技術で得ることができる。
酸化チタンと、場合により上記添加成分とから成る触媒は、たとえば1980年
4月23日付仏国特許出願第8009126号(公告番号第2481145号)
記載の方法を使って調製可能である。酸化チタン、アルカリ土類金属硫酸塩、お
よび場合により前記した添加成分を含む触媒を得るには、欧州特許第00ft0
741号明細書中記載の何れか一つの方法を用いる。
本発明による方法では、各種工業ガス中含有のCO3およびC32不純分を除去
する好都合な手段が得られ、上記ガスを製造を目的とした有機合成に利用するこ
とができる。
したがって本発明を採用するとすれば、たとえばthとCOとを含み、好ましく
ない不純物としてのC32、CO9,H2Sとを含む、石炭のガス化工程から生
ずるガスを用いたメタン化反応に利用できる合成ガスを製造することができる。
このためには、石炭ガス化反応によるガスをまず本発明に従い処理してC32と
CO8とをB2 Sに転化し、つぎにこの処理ガスをとくにメチルジェタノール
アミン水溶液のごとき再生可能の液状吸収剤を使って、まずはじめに洗浄しガス
中のB2 Sの大部分を固定し、最終痕跡の129固定用のZnO金属酸化物上
に通して最後の浄化にかける。
また本発明工程を利用して大部分がB2 Sであり、さらに好ましくない不純物
としてのC92および/またはCO9を含むガスを処理することができ、またチ
オ有機化合物合成用の12S源として利用できるガスを得ることができる。この
場合、本発明による処理を上記ガスに適用すると、とくに効果的であるが、それ
は、C92とCO9の加水分解生成物つまり 82 Sをとくに除去する必要が
なく、また、処理による発生ガスを、直接チオ有機化合物の合成反応に利用でき
るからである。
つぎにとくに限定されぬ本発明の実施例を以下説明する。
石炭ガス化から生ずる、下記容積比成分を有するガスを処理した。
CO・・・・ ・47%
+12 − ・ 42%
)+20 ・・ 1.6%
Co 2 ・・−・6%
82 S ・1.4%
CO8・・・・・ 0.1%
N2 ・・・・・ 1.9%
処理操作には、酸化チタンと硫酸カルシウムとから成り、欧州特許第008’0
741号明細書中実施例5記載にもとずき調製した触媒を含む反応器を使用した
。
上記触媒の特性はつぎのとおりである。
Ti(h重量含有分 89,8%
CB5Os重量含有分 10.2%
BET比表面積 146rrl’/9
全気孔率 0.35cd/9
摩耗抵抗 0.4%
水蒸気モル数/ 003モル数のR比が16であり、したがって調整を要しない
処理用ガスを、VVH600h−1の割合で反応器に導入し、上記ガスと触媒と
の接触時間を6秒とした。反応器に供給されるガス温度は反応器出口で160℃
とした。
反応器から出る排出物にはlOVpmのCO3Lか含まれず、このことは、CO
8のB2 Sへの転化率が99%に等しいことをあられしている。
上記条件で長期試験を行った結果、数夕月操作後でも、触媒の活性度は高いこと
が明確にされた。
実施例2
チオ有機化合物合成用のtbs源として用いかつその成分がB2 S 93.5
8%、CO31,46%、002 4’、H%の容積比率のガスを処理した。
このガスにその30容量%に当ろ水蒸気量を添加し、また、水蒸気モル数と00
3モル数とのR比が20である生成反応混合物をVV)I 600h−’の速度
で、実施例1で使用した同一触媒を含む反応器に供給し、その反応混合物と触媒
との接触時間を6秒とした。また反応器に導入する反応混合物の温度は常時、反
応器の出口で160℃に維持した。
反応器排出物にはCO3100VpII+以上は含まれず、このことはCO9の
B2 Sへの転化率が99.3%であることを示す。
上記条件で長期間試験結果この高い転化率が維持されることが明白であり、これ
からも触媒の活性度が長期間高く保持されるのが分かる。
上記した同一操作条件を保持しつつ、0.5容積%の酸素を加えたのち、本実施
例の初めに規定した112S含有のガスを処理してみた。CO8の)12Sへの
転化率は操作数ケ月間上記値を維持したが、このことは酸素の存在のもとでも触
媒が長期安定であることを示している。
実施例3
チオ有機化合物合成用のth S Ftとして用いる、その容積比率が)123
93.5%、C320,9%、CO25,8%ヲ存するガスを処理した。
このガスにその容積の15%に当る水蒸気量を加え、水蒸気モル数対C32モル
数のR比が16.7である生成反応混合物を、VVH900h’相当の速度で、
実施例1記載と同一触媒を含む反応器内に導入し、この反応混合物と触媒との接
触時間を4秒とした。また操作期間を通じ反応器に導入する反応混合物温度は、
反応器出口で290’Cとなるようにした。
反応器から出る排出物のC32濃度は10Vpm以下であり、これはC32のO
2Sへの転化率が99.8%以上であることを示す。
長期間試験を通じ、C92のO2Sへの転化率は、数ケ月の操作後でも上記数値
を維持している。上述したと同一操作条件を維持しつつ、容積0.5%の酸素量
を添加したのち、本実施例の初めに定めたO2 S含有ガスを処理した。CS2
の転化率は、数ケ月の操作中も上記値を維持容積割合とし”CO2393,5%
、C320,9%、CO31,5%、CO24,1%、から成り、チオ有機化合
物合成の1123源として用いる目的のガスを処理した。
このガスにその容積の30%を示す水蒸気量を添加し、水蒸気のモル数対CO3
とC32との合計モル数とのR比を12.5とした。生成反応混合物をVVII
l1i00h’に等しい割合で実施例1記載と同一触媒を含む反応器内に導入
し、反応混合物と触媒との接触時間を6秒とした。
反応器に供給される反応混合物の温度は、操作期間を通じ、反応器出口で280
℃を保つようにした。この温度は排出物中CO3+C32の放出率が最小となる
温度に見合うものである。
反応器から出る排出ガスはcos+ C32総体として350Vpw (C32
50VI)l+cOs 300Vpm)を含み、コレハ総合転化率98,5%に
相当する。この転化率は操作数ケガ後も維持されていた。
上記した同一操作条件を保持しつつ、これに0.5%容積の酸素量を加えたのち
、本実施例の初めに規定した含H2Sガスを処理した。不純物cosとC92の
転化率は、操作数ケ月を通じ98.5%が維持されていた。
実施例5
チオ有機化合物合成用のO2S源として使用する容積割合としてO2S 94%
、CO31%、CO25%から成るガスを処理した。
このガスにその容積の6%に当る水蒸気量を添加し、水蒸気のモル数とCO8の
モル数とのR比が6である生成反応混合物を実施例1で記載の同一触媒を含む反
応器内にVVH600h””に相当する割合で導入し、この場合の反応混合物と
触媒との接触時間を6秒とした。反応器に導入される反応混合物の温度は、反応
器出口の温度が操作期間を通じ 165°Cであるようにした。
反応器出口ガスはcos 90Vpm以上は含まず、このことはCO8のO2S
への転化率が99.1%であることを示す。
この転化率は操作数ケガ後でも依然保持されていた。
実施例6
実施例5に準じ操作したが、Ti(hと硫酸カルシウム系の触媒を、直径5市の
酸化チタン押出による触媒とと比表面積 180ゴ/9
全気孔率 0.37cd/9
摩耗抵抗 1.1%
反応器出口ガスはCO9[lOVpm以上を含まず、このことはCO3のO2S
への転化率が99.2%に相当することを示す。この転化率は操作数ケガ後も依
然保持されていた。
この明細書および関連の請求の範囲において用いる接触時間の値は標準圧力、温
度のもので規定したものであり、実施例で示すVVHの値も同様である。
国際調査報告
ANNEX To ′:′FE 工NTERNAτl0NAL 5EARCHR
EPORT ON
Claims (16)
- 1.高温に保持した反応域中に挿入した酸化チタン系の触媒と接触し、適当量の 水蒸気を含む工業ガスを導入する場合この触媒と接して供給されるガス内の水蒸 気量を調節して、上記ガス中の水蒸気モル数対、同じく上記ガス中のCOSとC S2の一以上の化合物モル数との比率Rを、上記化合物を完全に加水分解するた めの理論計算量値から50/1+1.5P(ここでPはガス中含有のCOSとC S2合計モル数に対するCS2のモル分率)までの数値とすることを特徴とし、 かつ、反応域中の温度をこの域中の出口温度がθ1=100(0.6+1.6q )℃とθ2=100(2.2+q)℃との間(ここでpが0から0.1の間では q=0、その他の場合はq=1とする)に維持することを特徴とする、工業用ガ ス中含有のCOSとCS2化合物除去方法。
- 2.反応域中の温度を100(1+1.5q)℃から100(2+q)℃の上記 反応域出口の温度に相当する値に維持することを特徴とする請求の範囲第1項記 載の方法。
- 3.反応混合物、すなわち水蒸気の適当量を含む処理ガスと触媒との接触時間を (10−2q)秒から(4−2q)秒、好ましくは(5−2q)秒から(8−2 q)秒とすることを特徴とする請求の範囲第1項または第2項記載の方法。
- 4.処理すべきガス中のCOSまたはCS2の何れか一つだけの場合は何れかの 化合物濃度、または両者混在する場合はその合計の化合物濃度が0.01〜6% 、好ましくは0.05〜4%であることを特徴とする、請求の範囲第1項から第 3項の何れかに記載の方法。
- 5.処理すべきガスが硫黄の単一有機化合物としてCOSを含むか、または、多 く見てpが0.1の値に相当するCOSとCS2の量を含むことを特徴とし、か つ、触媒と接触する導入ガス中の水蒸気量を調節して、Rの比の値を5〜25と し、反応域内の温度を100〜200℃間の上記域出口温度に維持し、また、反 応混合物と触媒との接触時間を5〜8秒に選定することを特徴とする請求の範囲 第1項から第4項の何れかに記載の方法。
- 6.処理すべきガスが硫黄の単一有機化合物としてのCS2を含有し、かつ、触 媒と接触する導入ガス中の水蒸気量をR比が5〜20となるごとく調節し、また 、反応域中の温度を上記域中の出口において250〜300℃の値となるごとく 維持し、さらに反応混合物と触媒との接触時間を3〜6秒となるごとく選定する ことを特徴とする請求の範囲第1項から第4項の何れかに記載の方法。
- 7.処理すべきガスにpが0.1より大である比率のCS2とCOSとを同時に 含み、かつ、触媒に接触する導入ガス中の水蒸気量をR値が5〜25となるごと く調節し、また、反応域中の温度を上記域中の出口において、250〜300℃ の間に維持し、また、反応混合物と触媒との接触時間を5〜8秒となるごとく選 定して操作することを特徴とする請求の範囲第1項から第4項の何れかに記載の 方法。
- 8.触媒が酸化チタン又は酸化チタンと、カルシウム、バリウム、ストロンチウ ム及びマグネシウムの中から選択したアルカリ土類金属の硫酸塩との混合物、と くに上記硫酸塩が硫酸カルシウムであることを特徴とする請求の範囲第1項から 第7項の何れかに記載の方法。
- 9.触媒が酸化チタンと場合によりアルカリ土類金属硫酸塩の他に、シリカ、ア ルミナ、粘土、珪酸塩、硫酸チタンおよびセラミックファイバー等の中から選ん だ少なくとも30重量%の一成分を含むことを特徴とする請求の範囲第8項記載 の方法。
- 10.触媒が酸化チタンとアルカリ土類金属硫酸塩とを含み、かっ、触媒中のT 102で表わした酸化チタン重量割合とアルカリ土類金属硫酸塩の重量割合との 比率が約991から約60:40、好ましくは約99:1から約80:20であ ることを特徴とする請求の範囲第8項または第9項記載の方法。
- 11.触媒の比表面積が5〜300m2/g、好ましくは10〜240m2/g であることを特徴とする請求の範囲第1項から第10項の何れかに記載の方法。
- 12.触媒の全気孔率が0.05〜0.6cm2/g、好ましくは0.1〜0. 4cm2/gであることを特徴とする請求の範囲第1項から第11項の何れかに 記載の方法。
- 13.反応域からの排出物を、含有H2Sの除去処理に利用することを特徴とす る請求の範囲第1項から第12項の何れかに記載の方法。
- 14.処理ガスが石炭ガス化工程からのガスの一種であることを特徴とする請求 の範囲第13項記載の方法。
- 15.処理ガスが好ましくない不純物としてのCOSおよび/またはCS2を含 む、H2Sの大部分から成ることを特徴とする請求の範囲第1項から第12項の 何れかに記載の方法。
- 16.反応域からの排出物中に含まれる水蒸気を全部または一部分離することを 特徴とする請求の範囲第1項から第15項の何れかに記載の方法。
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