KR20240005076A

KR20240005076A - 황화수소 제조장치 및 황화수소의 제조방법

Info

Publication number: KR20240005076A
Application number: KR1020237042278A
Authority: KR
Inventors: 히로키 고토; 가즈토미 야마모토
Original assignee: 후루카와 기카이 긴조쿠 가부시키가이샤
Priority date: 2021-05-31
Filing date: 2022-05-25
Publication date: 2024-01-11
Also published as: WO2022255180A1

Abstract

본 발명의 황화수소 제조장치는, 내부에 액체 황 충전부(1－2)를 갖는 반응기(1－3), 액체 황을 가열하여 황 증기를 생성시키는 제1 가열수단인 맨틀 히터(1－4), 및 반응기(1－3)에 접속된 수소 공급부재인 수소 공급관(1－5)을 구비하고, 반응기(1－3)의 내부에는, 액체 황 충전부(1－2)의 위쪽에 설치된 촉매 지지부재(1－6)와, 촉매 지지부재(1－6)의 위쪽에 설치된 단열부재(1－7)를 구비한다.

Description

황화수소 제조장치 및 황화수소의 제조방법

본 발명은 황화수소 제조장치 및 황화수소의 제조방법에 관한 것이다.

황화수소의 제조방법으로서는, 반응조의 내부에 배치된 황을 가열함으로써 황 증기를 생성시키고, 생성시킨 황 증기와 수소 가스를 반응시키는 방법이 알려져 있다. 이러한 황화수소의 제조방법으로서는, 예를 들면, 특허문헌 1(일본국 특허공개 제2016－150860호 공보)에 기재된 것을 들 수 있다.

특허문헌 1에는, 수산화리튬과 황화수소의 반응에 의해 황화리튬을 합성하는 황화리튬의 제조방법으로서, 반응조의 내부에 배치되고, 또한, 가열된 다공질재에 대해, 수소 가스와 황 증기를 공급하여 상기 수소 가스와 상기 황 증기를 반응시킴으로써, 황화수소 가스와 상기 수소 가스를 포함하는 반응 가스를 생성하는 공정(A)와, 생성된 상기 반응 가스를 입자상의 수산화리튬에 접촉시켜서 상기 황화수소 가스와 상기 수산화리튬을 반응시킴으로써, 입자상의 황화리튬을 생성하는 공정(B)를 포함하는 황화리튬의 제조방법이 기재되어 있다. 그리고, 특허문헌 1에는, 이러한 제조방법은 황화리튬의 제조원가를 억제할 수 있는 동시에, 작업성이 우수하고, 또한 순도가 높은 황화리튬을 얻을 수 있다고 기재되어 있다.

일본국 특허공개 제2016－150860호 공보

그러나, 상기 특허문헌 1 등의 황화수소의 제조기술로는 충분히 높은 제조효율을 실현하는 것이 곤란하였다. 또한, 제조효율의 안정성에 대해서도 개선의 여지를 가지고 있었다.

본 발명은 상기 사정을 고려하여 이루어진 것으로, 황화수소를 높은 효율로 안정적으로 생산할 수 있는 황화수소 제조장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 의하면, 아래에 나타내는 황화수소 제조장치 및 황화수소의 제조방법이 제공된다.

[1]

황 증기와 수소 가스를 반응시켜서 황화수소를 제조하는 황화수소 제조장치로서,

내부에 액체 황 충전부를 갖는 반응기,

액체 황을 가열하여 황 증기를 생성시키는 제1 가열수단, 및

상기 반응기에 접속된 수소 공급부재

를 구비하는, 황화수소 제조장치.

[2]

상기 [1]에 기재된 황화수소 제조장치로서,

상기 반응기의 내부에는, 상기 액체 황 충전부의 위쪽에 설치된 촉매 지지부재와, 상기 촉매 지지부재의 위쪽에 설치된 단열부재를 구비하고,

상기 촉매 지지부재, 상기 단열부재 및 상기 반응기의 내벽으로 형성되는 공간을 가열하는 제2 가열수단을 추가로 구비하며,

상기 단열부재의 일부 또는 상기 단열부재의 주위에 있어서, 상기 단열부재의 상부공간과 하부공간이 연통되어 있는, 황화수소 제조장치.

[3]

상기 [2]에 기재된 황화수소 제조장치로서,

상기 단열부재는 연통공이 설치된 금속 기판 내지 세라믹스 기판인, 황화수소 제조장치.

[4]

상기 [2] 또는 [3]에 기재된 황화수소 제조장치로서,

상기 촉매 지지부재의 하면에 접하여 또는 근접하여 배치된 전열부재를 추가로 구비하는, 황화수소 제조장치.

[5]

상기 [2] 내지 [4] 중 어느 하나에 기재된 황화수소 제조장치로서,

당해 장치 내표면이 내황 처리되어 있는, 황화수소 제조장치.

[6]

상기 [1]에 기재된 황화수소 제조장치로서,

상기 반응기의 내부에는, 상기 액체 황 충전부의 위쪽에 설치된 촉매 지지부재와, 상기 촉매 지지부재와 상기 액체 황 충전부 사이에 설치된 단열부재를 구비하고,

상기 촉매 지지부재 및 상기 촉매 지지부재의 상부의 공간을 가열하는 제2 가열수단을 추가로 구비하며,

상기 단열부재의 일부 또는 상기 단열부재의 주위에 있어서, 상기 단열부재의 상부공간과 하부공간이 연통되어 있는,

황화수소 제조장치.

[7]

상기 [6]에 기재된 황화수소 제조장치로서,

[8]

상기 [6] 또는 [7]에 기재된 황화수소 제조장치로서,

[9]

상기 [6] 내지 [8] 중 어느 하나에 기재된 황화수소 제조장치로서,

[10]

상기 [1]에 기재된 황화수소 제조장치로서,

상기 액체 황 충전부에 접속된 액체 황 공급부재를 추가로 구비하며,

상기 반응기의 내부에는, 상기 액체 황 충전부의 위쪽에 설치된 촉매 지지부재를 구비하고,

상기 촉매 지지부재 및 상기 반응기의 내벽으로 형성되는 공간을 가열하는 제2 가열수단을 추가로 구비하는,

황화수소 제조장치.

[11]

상기 [10]에 기재된 황화수소 제조장치로서,

황 수용용기와, 당해 황 수용용기를 가열하는 황 수용용기 가열수단을 구비하고,

상기 황 수용용기와 상기 액체 황 충전부는 상기 액체 황 공급부재에 의해 접속되어 있는, 황화수소 제조장치.

[12]

상기 [10] 또는 [11]에 기재된 황화수소 제조장치로서,

상기 액체 황 공급부재는 황화수소 가스의 역류를 방지하는 역류방지 가스 공급부재를 구비하는, 황화수소 제조장치.

[13]

상기 [10] 내지 [12] 중 어느 하나에 기재된 황화수소 제조장치로서,

[14]

상기 [10] 내지 [13] 중 어느 하나에 기재된 황화수소 제조장치로서,

[15]

상기 [1] 내지 [14] 중 어느 하나에 기재된 황화수소 제조장치를 사용하여 황 증기와 수소 가스를 반응시키는 것을 특징으로 하는 황화수소의 제조방법.

본 발명에 의하면, 제조효율이 우수한 황화수소 제조장치를 제공할 수 있다.

도 1a는 실시형태 1－1의 황화수소 제조장치의 종단면도이다.
도 1b는 실시형태 1－1의 황화수소 제조장치의 단열부재의 상면도이다.
도 1c는 실시형태 1－1의 황화수소 제조장치의 촉매 지지부재의 상면도이다.
도 1d는 실시형태 1－2의 황화수소 제조장치의 종단면도이다.
도 1e는 참고예 1의 황화수소 제조장치의 종단면도이다.
도 1f는 실시예 1 및 참고예 1의 황화수소 제조장치의 반응기 내의 온도를 나타내는 그래프이다.
도 2a는 실시형태 2－1의 황화수소 제조장치의 종단면도이다.
도 2b는 실시형태 2－1의 황화수소 제조장치의 단열부재의 상면도이다.
도 2c는 실시형태 2－1의 황화수소 제조장치의 촉매 지지부재의 상면도이다.
도 2d는 실시형태 2－2의 황화수소 제조장치의 종단면도이다.
도 3a는 실시형태 3－1의 황화수소 제조장치의 종단면도이다.
도 3b는 실시형태 3－1의 황화수소 제조장치의 촉매 지지부재의 상면도이다.
도 3c는 실시형태 3－2의 황화수소 제조장치의 종단면도이다.

아래에 본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 사용하여 설명한다. 또한, 모든 도면에 있어서, 동일한 구성요소에는 공통의 부호를 부여하고, 적절히 설명을 생략한다.

본 발명의 황화수소 제조장치는, 황 증기와 수소 가스를 반응시켜서 황화수소를 제조하는 황화수소 제조장치로서, 내부에 액체 황 충전부를 갖는 반응기, 액체 황을 가열하여 황 증기를 생성시키는 제1 가열수단, 및 상기 반응기에 접속된 수소 공급부재를 구비한다.

본 발명의 황화수소 제조장치는, 내부에 액체 황 충전부를 갖는 반응기를 구비하기 때문에, 본 발명의 황화수소 제조장치에 의하면, 액체 황 충전부에 충전된 액체상의 황으로부터, 황 증기를 발생시키게 된다.

이로써, 황 증기의 발생량을 정밀하게 제어하는 것이 가능해져, 보다 높은 제조효율을 달성하는 것이 가능해진다. 또한, 황 증기의 발생량을 정밀하게 제어하는 것이 가능해짐으로써, 높은 제조효율을 안정성 좋게 유지하는 것도 가능해진다.

[실시형태 1－1]

본 실시형태의 황화수소 제조장치의 일례(실시형태 1－1)를 도 1a에 나타낸다.

도 1a는 실시형태 1－1의 황화수소 제조장치(1－1)의 종단면도이다. 도 1b는 황화수소 제조장치(1－1)가 구비하는 단열부재(1－7)의 상면도이다. 도 1c는 황화수소 제조장치(1－1)가 구비하는 촉매 지지부재(1－6)의 상면도이다.

본 실시형태에 있어서의 황화수소 제조장치(1－1)는, 황 증기와 수소 가스를 반응시켜서 황화수소를 제조하는 장치이다.

황화수소 제조장치(1－1)는, 내부에 액체 황 충전부(1－2)를 갖는 반응기(1－3), 액체 황을 가열하여 황 증기를 생성시키는 제1 가열수단인 맨틀 히터(1－4), 및 반응기(1－3)에 접속된 수소 공급부재인 수소 공급관(1－5)을 구비한다.

황화수소 제조장치(1－1)는, 반응기(1－3)의 내부에, 액체 황 충전부(1－2)의 위쪽에 설치된 촉매 지지부재(1－6)와, 촉매 지지부재(1－6)의 위쪽에 설치된 단열부재(1－7)를 구비한다.

황화수소 제조장치(1－1)는, 촉매 지지부재(1－6), 단열부재(1－7) 및 반응기(1－3)의 내벽으로 형성되는 촉매 충전부(1－8)를 구비하고, 추가로 촉매 충전부(1－8)를 가열하는 제2 가열수단인 재킷 히터(1－9)를 구비한다.

반응기(1－3)의 내부에 있어서는, 단열부재(1－7)의 일부 또는 단열부재(1－7)의 주위에 있어서, 단열부재(1－7)의 상부공간과 하부공간이 연통되어 있다.

맨틀 히터(1－4)의 가열에 의해 액체 황 충전부(1－2)에서 발생한 황 증기는, 촉매 지지부재(1－6)에 설치된 연통공(1－161)을 매개로 촉매 충전부(1－8)에 공급된다.

촉매 지지부재(1－6)에는 수소 공급관용 관통공(1－162)이 설치되어 있고, 수소 공급관(1－5)이 수소 공급관용 관통공(1－162)을 관통하여 액체 황 충전부(1－2)에 접속되어 있다. 또한, 촉매 지지부재(1－6)에는 온도 센서용 관통공(1－163)이 설치되어 있고, 온도 센서(1－15)가 온도 센서용 관통공(1－163)을 관통하여 액체 황 충전부(1－2)에 접속되어 있다.

또한, 수소 공급관(1－5)에 의해 액체 황 충전부(1－2)에 공급된 수소 가스도, 촉매 지지부재(1－6)에 설치된 연통공(1－161)을 매개로 촉매 충전부(1－8)에 공급된다. 수소 가스의 공급량은 수소 공급관(1－5)에 설치된 수소 공급 조절밸브(1－13)에 의해 조절 가능하다.

그리고, 촉매 충전부(1－8)에 있어서 황 증기와 수소 가스가 반응하여, 황화수소 가스가 생성된다.

생성된 황화수소 가스는, 단열부재(1－7)의 상부공간과 하부공간이 연통되어 있는 부분을 매개로, 단열부재(1－7)의 상부공간에 공급되고, 단열부재(1－7)의 상부공간에 접속되어 있는, 황화수소 회수부재인 황화수소 회수관(1－10)에 의해 회수된다. 황화수소 가스의 회수량은, 황화수소 회수관(1－10)에 설치된 황화수소 회수 조절밸브(1－14)에 의해 조절 가능하다.

황화수소 회수관(1－10)에는 압력 조정밸브(1－11)가 설치되어 있어, 압력 조정밸브(1－11)의 개폐에 의해 반응기(1－3) 내부의 압력을 조정 가능하다. 또한, 황화수소 회수관(1－10)에는 황화수소 검출기(1－12)가 설치되어 있어, 황화수소의 유량을 검출하는 것이 가능하다.

본 발명자들은 종래의 황화수소 제조장치에 있어서, 황화수소의 제조효율이나 황화수소의 출력의 안정성이 충분하지 않았던 이유에 대해서, 여러 검토를 행하였다. 그 결과, 황화수소 생성반응의 장인 촉매 충전부(1－8) 내부의 온도분포를 고도로 제어함으로써, 황화수소를 높은 효율로 안정적으로 생산할 수 있는 것을 발견하였다. 본 발명은 이러한 지견(知見)에 기초하여 이루어진 것이다.

본 실시형태의 황화수소 제조장치(1－1)에는 장치 상부에 단열부재(1－7)가 설치되어 있기 때문에, 황화수소 제조장치(1－1) 상부로부터의 열의 방출이 방지되어, 황화수소 생성반응의 장인 촉매 충전부(1－8) 내부 전체의 온도가 높게 유지되도록 되어 있어, 그 결과로서 촉매 충전부(1－8) 내의 온도분포를 고도로 제어할 수 있다. 따라서, 본 실시형태의 황화수소 제조장치(1－1)에 의하면 황화수소를 높은 효율로 안정적으로 생산할 수 있다.

아래에 본 실시형태의 황화수소 제조장치(1－1)가 구비하는 각부의 구성에 대해서 설명한다.

(반응기(1－3))

반응기(1－3)에서는, 수소 가스와 황 증기의 반응에 의해 황화수소가 생성되어 있다.

반응기(1－3)는 액체 황 충전부(1－2)의 위쪽에 설치된 촉매 지지부재(1－6)와, 촉매 지지부재(1－6)의 위쪽에 설치된 단열부재(1－7)를 구비한다.

액체 황 충전부(1－2)에서 발생한 황 증기는, 촉매 지지부재(1－6), 단열부재(1－7) 및 반응기(1－3)의 내벽에 의해 둘러싸인 공간(촉매 충전부(1－8))으로 공급되어, 촉매 충전부(1－8)에 있어서 황 증기와 수소 가스가 반응하여, 황화수소가 생성된다.

반응기(1－3)에는 수소 공급관(1－5)이 접속되어 있어, 수소 공급관(1－5)으로부터 수소 가스가 공급된다.

수소 공급관(1－5)은, 수소 가스의 출구인 수소 공급구(1－500)가 촉매 지지부재(1－6)에 대해 아래쪽에 위치하도록 배치되는 것이 바람직하다. 수소 가스는 공기보다도 비중이 작기 때문에, 촉매 지지부재(1－6)에 대해 아래쪽으로부터 공급됨으로써, 반응기(1－3)의 위쪽으로 향하여 통기하여, 촉매 충전부(1－8)에 충전된 촉매와 효율적으로 접촉할 수 있기 때문이다. 또한, 수소 가스가 반응기(1－3)의 위쪽으로 향하여 계속해서 통기함으로써, 프레쉬한 수소 가스가 끊임없이 공급된다.

단열부재(1－7)에는, 도 1b에 나타내는 바와 같이, 복수의 연통공(1－171)이 설치되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같이 함으로써, 액체 황 충전부(1－2)에서 발생한 황 증기나, 수소 공급관(1－5)으로부터 공급된 수소 가스가, 연통공(1－171)을 매개로 촉매 충전부(1－8)에 효율적으로 공급되기 때문이다.

촉매 지지부재(1－6)에는, 도 1c에 나타내는 바와 같이, 복수의 연통공(1－161)이 설치되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같이 함으로써, 액체 황 충전부(1－2)에서 발생한 황 증기나, 수소 공급관(5)으로부터 공급된 수소 가스가, 연통공(1－161)을 매개로 촉매 충전부(1－8)에 효율적으로 공급되기 때문이다.

촉매 충전부(1－8)에 있어서, 촉매는 반응기(1－3)의 내벽면에 접하도록 층형상으로 충전되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 반응기(1－3)의 내벽면으로부터의 열전달에 의해 촉매를 가열할 수 있어, 가열효율을 높게 할 수 있기 때문이다.

촉매 충전부(1－8)의 온도는, 모든 영역에 있어서, 바람직하게는 300℃ 이상이고, 보다 바람직하게는 330℃ 이상이며, 더욱 바람직하게는 360℃ 이상이다. 촉매 충전부의 온도가 모든 영역에 있어서 상기 하한값 이상인 것으로 인해, 황화수소를 높은 효율로 안정적으로 생산할 수 있게 된다.

촉매 충전부(1－8)의 온도는, 모든 영역에 있어서, 바람직하게는 500℃ 이하이고, 보다 바람직하게는 480℃ 이하이며, 더욱 바람직하게는 450℃ 이하이다. 촉매 충전부의 온도가 모든 영역에 있어서 상기 상한값 이하인 것으로 인해, 과도한 가열에 의한 촉매의 불활성화를 방지하는 것, 장치의 내황성을 유지하는 것이 가능해진다.

또한, 촉매 충전부(1－8)의 온도는, 통상, 촉매 충전부(1－8)의 수평방향 중심부에 있어서 측정된다.

촉매 충전부(1－8)에 충전되는 촉매는, 황화수소 생성반응을 촉진하기 위한 촉매로, 내황화성과 내수소화성을 겸비하는 재료에 의해 구성되어 있는 것이 바람직하고, 예를 들면, 활성탄, 제올라이트, 및 활성 알루미나로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 재료에 의해 구성되어 있다. 촉매는 불순물을 저감시키는 관점에서, 제올라이트 및 활성 알루미나로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 재료에 의해 구성되어 있는 것이 바람직하고, 저가격이며 고온에서의 안정성이 높은 활성 알루미나에 의해 구성되어 있는 것이 특히 바람직하다.

또한, 수소 가스와 황 증기의 반응을 보다 효과적으로 촉진하는 관점에서, 촉매의 세공에는 은, 플라티나, 몰리브덴, 코발트, 니켈, 철, 바나듐 등의 금속이 담지되어 있어도 된다.

반응기(1－3)의 재질로서는, 황에 의한 부식을 방지한다고 하는 관점에서, 석영, 질화붕소, 질화규소, 알루미늄, 스테인리스 등으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 내황재료에 의해 구성되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 반응기(1－3)는 장치 내표면이 내황 처리되어 있는 것이 바람직하다.

내황 처리의 수단으로서는, 주석 도금, 크롬 도금, 금 도금, 용융 알루미늄 도금, 또는 이들 금속을 함유하는 합금 도금 등, 내황화성능이 높은 금속 또는 합금에 의한 도금 처리를 들 수 있다.

또한, 내황 처리의 수단으로서 금속확산 침투 처리(칼로라이징 처리)를 사용해도 된다. 칼로라이징 처리란, 피처리물에 알루미늄 등의 금속을 확산 침투시키는 처리이다. 피처리물을 칼로라이징 처리함으로써, 피처리물 표면에 금속확산 침투층이 형성되면, 내황화성능이 향상되는 것이 알려져 있다.

예를 들면, 피처리물을 Fe－Al 합금 분말 및 NH₄Cl 분말로 이루어지는 조합제와 함께 강철제 케이스 내에 채워 넣고, 케이스를 밀폐하여, 그것을 노 내에서 가열함으로써, 피처리물 표면에 알루미늄이 확산 침투된 알루미늄 확산 침투층을 형성하는 것이 가능하다.

(맨틀 히터(1－4))

본 실시형태의 황화수소 제조장치(1－1)에서는, 액체 황 충전부(1－2)를 가열하여 황 증기를 발생시키는 제1 가열수단으로서, 맨틀 히터(1－4)를 사용하고 있다.

액체 황 충전부(1－2)의 온도는, 예를 들면 180℃ 이상 445℃ 이하이고, 바람직하게는 250℃ 이상 400℃ 이하이며, 보다 바람직하게는 300℃ 이상 350℃ 이하이다. 액체 황 충전부(1－2)의 온도가 상기 범위 내인 것으로 인해, 황 증기를 안정적으로 발생시키는 것이 가능해진다.

맨틀 히터(1－4)의 온도는, 액체 황 충전부(1－2)의 온도를 전술한 온도역으로 조정할 수 있도록 구성되어 있다.

필요한 가열온도는 액체 황 충전부(1－2)의 지름이나 촉매의 충전량에 따라 변화되기 때문에, 맨틀 히터(1－4)의 온도역은 특별히 한정되지 않으나, 바람직하게는 250℃ 이상 400℃ 이하이고, 보다 바람직하게는 300℃ 이상 350℃ 이하이다.

본 실시형태에 있어서는, 제1 가열수단으로서 맨틀 히터(1－4)를 사용하였으나, 이것에 한정되지 않고, 액체 황 충전부(1－2)를 가열 가능하다면 어떠한 것이어도 된다.

(수소 공급관(1－5))

수소 공급관(1－5)은 반응기(1－3)에 수소 가스를 공급하기 위한 부재이다.

수소 공급관(1－5)은 수소 가스의 공급량을 조절하는 수소 공급 조절밸브(1－13)를 가지고 있어도 된다. 수소 공급 조절밸브(1－13)의 개폐를 조절함으로써 수소 가스의 공급량을 제어하는 것이 가능하고, 이것은 반응기(1－3)에서 행하여지는 황화수소 생성반응을 제어한다고 하는 관점에서 바람직하다.

수소 공급관(1－5)의 재질로서는, 반응기(1－3)의 재질로서 전술한 것을 사용하는 것이 가능하다.

본 실시형태에 있어서는, 수소 공급부재로서 수소 공급관(1－5)을 사용하였으나, 이것에 한정되지 않고, 반응기(1－3)에 수소 가스를 공급하는 것이 가능하다면 어떠한 수소 공급부재여도 된다.

(촉매 지지부재(1－6))

촉매 지지부재(1－6)는 황화수소 생성반응을 촉진하기 위한 촉매를 올려놓기 위한 부재로, 액체 황 충전부(1－2)의 위쪽에 설치되어 있다.

전술한 바와 같이, 반응기(1－3)의 내벽면으로부터의 열전달에 의한 가열을 가능하게 하기 위해, 촉매는 반응기(1－3)의 내벽면에 접하도록 층형상으로 충전되어 있는 것이 바람직하다. 따라서, 촉매 지지부재(1－6)는 촉매를 이와 같이 올려놓을 수 있도록 하기 위해, 반응기(1－3)의 내벽면에 접하도록 배치되는 것이 바람직하다.

촉매 지지부재(1－6)에는, 도 1c에 나타내는 바와 같이, 복수의 연통공(1－161)이 설치되어 있는 것이 바람직하다. 촉매 지지부재(1－6)에 복수의 연통공(1－161)이 설치되어 있는 것으로 인해, 액체 황 충전부(1－2)에서 발생한 황 증기나, 수소 공급관(5)으로부터 공급된 수소가, 복수의 연통공(1－161)을 통해, 효율적으로 촉매 충전부(1－8)에 공급되게 되기 때문이다.

촉매 지지부재(1－6)는 촉매를 올려놓을 수 있으면 어떠한 재질, 형상의 부재여도 된다. 예를 들면, 촉매 지지부재의 재질로서는, 금속이나 세라믹스 등을 들 수 있다.

촉매 지지부재(1－6)의 형상으로서는, 펀칭 메탈과 같이 연통공이 설치된 것인 것이 바람직하다. 예를 들면, 스테인리스 메시나 알루미늄 메시 등의 금속 메시；스테인리스 펀칭, 알루미늄 펀칭 등의 펀칭 메탈；스테인리스 익스팬드, 알루미늄 익스팬드 등의 익스팬드 메탈 등으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 다공성 판 등을 사용할 수 있다.

필요에 따라, 촉매 지지부재(1－6)로서, 전술한 다공성 판을 2장 이상 포개어 사용해도 된다.

촉매 지지부재(1－6)에 설치된 연통공(1－161)의 면적비는, 황 증기와 촉매의 접촉효율 향상의 관점에서, 통상은 10% 이상 50% 이하이고, 바람직하게는 20% 이상 40% 이하이다.

촉매 지지부재(1－6)에 설치된 연통공의 지름은, 올려놓는 촉매의 지름에 따라서도 다르나, 통상은 26 ㎛ 이상 1000 ㎛ 이하이고, 바람직하게는 45 ㎛ 이상 800 ㎛ 이하이다.

촉매 지지부재(1－6)에는 수소 공급관용 관통공(1－162)이 설치되어 있어도 되고, 그 경우, 수소 공급관(1－5)이 수소 공급관용 관통공(1－162)을 관통하여 액체 황 충전부(1－2)에 접속한다.

또한, 촉매 지지부재(1－6)에는 온도 센서용 관통공(1－163)이 설치되어 있어도 되고, 그 경우, 온도 센서(1－15)가 온도 센서용 관통공(1－163)을 관통하여 액체 황 충전부(1－2)에 접속한다.

촉매 지지부재(1－6)의 재질로서는, 반응기(1－3)의 재질로서 전술한 것을 사용하는 것이 가능하다.

(단열부재(1－7))

단열부재(1－7)는 반응기(1－3) 내부를 단열하기 위한 부재로, 촉매 지지부재(1－6)의 위쪽에 설치되어 있다.

단열부재(1－7)가 설치되어 있는 것으로 인해, 황화수소 제조장치(1－1) 상부로부터의 열의 방출이 방지되어, 황화수소 생성반응의 장인 촉매 충전부(1－8) 내부 전체의 온도가 높게 유지되도록 되어 있어, 그 결과로서 촉매 충전부(1－8) 내의 온도분포를 고도로 제어할 수 있다. 따라서, 본 실시형태의 황화수소 제조장치(1－1)에 의하면 황화수소를 높은 효율로 안정적으로 생산할 수 있다.

본 실시형태의 황화수소 제조장치(1－1)에 있어서는, 황 증기 발생의 장인 액체 황 충전부(1－2)가 존재하는 장치 하부에 비교하여, 장치 상부 쪽이 보다 온도가 저하되기 쉬운 경향에 있다. 따라서, 단열부재(1－7)에 의해 황화수소 제조장치(1－1) 상부로부터의 열의 방출을 방지하는 것은, 촉매 충전부(1－8) 내의 온도분포를 고도로 제어하는 데 있어 유효한 수단이다.

도 1a에 나타내는 바와 같이, 단열부재(1－7)는 촉매 충전부(1－8)의 위쪽에 있어 촉매 충전부(1－8)의 전체를 덮도록 구성되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같이 되어 있음으로써, 반응기(1－3) 외부로의 열의 방출이 한층 방지되게 된다.

또한, 단열부재(1－7)의 측면은, 도 1a에 나타내어지는 바와 같이, 반응기(1－3)의 내벽에 접하도록 설치되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같이 함으로써, 단열부재(1－7)도 가열되어, 단열부재(1－7) 자체도 일정 열용량을 갖기 때문에, 단열부재(1－7)에 의한 보온효과가 한층 더 높아진다.

본 실시형태의 황화수소 제조장치(1－1)는, 단열부재(1－7)의 일부 또는 단열부재(1－7)의 주위에 있어서, 단열부재(1－7)의 상부공간과 하부공간이 연통되어 있다. 이러한 태양을 실현하기 위해, 단열부재는 연통공이 설치된 금속 기판 내지 세라믹스 기판인 것이 바람직하다.

단열부재(1－7)에는, 도 1b에 나타내는 바와 같이, 연통공(1－171)이 설치되어 있는 것이 바람직하다. 연통공(1－171)이 설치됨으로써, 생성된 황화수소가 복수의 연통공(1－171)을 매개로 단열부재(1－7) 상부로 이동하여, 단열부재(1－7)의 상부공간에 접속되어 있는 황화수소 회수관(1－10)에 의해 회수되는 것이 가능해진다.

단열부재(1－7)로서는, 예를 들면, 스테인리스 메시, 알루미늄 메시 등의 금속 메시；스테인리스 펀칭, 알루미늄 펀칭 등의 펀칭 메탈；스테인리스 익스팬드, 알루미늄 익스팬드 등의 익스팬드 메탈 등으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 다공성 판 등을 사용할 수 있다.

필요에 따라, 전술한 다공성 판을 2장 이상 포개어 단열부재(1－7)로서 사용하는 것도 가능하다.

단열부재(1－7)에 설치된 연통공의 면적비는, 단열효율 향상과 황화수소 회수 향상의 균형의 관점에서, 통상은 0.2% 이상 50% 이하이고, 바람직하게는 0.5% 이상 40% 이하이다.

단열부재(1－7)에 설치된 연통공의 지름은, 통상은 26 ㎛ 이상 10000 ㎛ 이하이고, 바람직하게는 45 ㎛ 이상 5000 ㎛ 이하이다.

단열부재(1－7)에는 수소 공급관용 관통공(1－172)이 설치되어 있어도 되고, 그 경우, 수소 공급관(1－5)이 수소 공급관용 관통공(1－172)을 관통하여 액체 황 충전부(1－2)에 접속된다. 또한, 단열부재(1－7)에는 온도 센서용 관통공(1－173)이 설치되어 있어도 되고, 그 경우, 온도 센서(1－15)가 온도 센서용 관통공(1－173)을 관통하여 액체 황 충전부(1－2)에 접속된다.

(재킷 히터(1－9))

본 실시형태의 황화수소 제조장치(1－1)에서는, 제2 가열수단으로서, 재킷 히터(1－9)를 사용하고 있다. 재킷 히터(1－9)는 촉매 지지부재, 단열부재 및 반응기의 내벽으로 형성되는 공간(촉매 충전부(1－8))을 가열한다. 즉, 촉매 지지부재 및 촉매 지지부재의 상부의 공간을 가열한다. 이로써, 촉매를 가열하여 황화수소 생성반응을 촉진시킬 수 있다.

재킷 히터(1－9)의 온도는 촉매 충전부(1－8)의 온도를 전술한 온도역으로 조정할 수 있도록 구성되어 있다.

필요한 가열온도는 촉매 충전부(1－8)의 지름이나 촉매의 충전량에 따라 변화되기 때문에, 재킷 히터(1－9)의 온도역은 특별히 한정되지 않으나, 이러한 온도역으로서는 바람직하게는 300℃ 이상이고, 보다 바람직하게는 330℃ 이상이며, 더욱 바람직하게는 360℃ 이상이다.

재킷 히터(1－9)의 온도가 상기 하한값 이상으로 조정되어 있는 것으로 인해, 황화수소를 높은 효율로 안정적으로 생산할 수 있게 된다.

또한, 이러한 온도역으로서는 바람직하게는 500℃ 이하이고, 보다 바람직하게는 480℃ 이하이며, 더욱 바람직하게는 450℃ 이하이다.

재킷 히터(1－9)의 온도가 상기 상한값 이하로 조정되어 있는 것으로 인해, 과도한 가열에 의한 촉매의 불활성화를 방지하는 것, 장치의 내황성을 유지하는 것이 가능해진다.

본 실시형태에 있어서는, 제2 가열수단으로서 재킷 히터(1－9)를 사용하였으나, 이것에 한정되지 않고, 촉매 지지부재, 단열부재 및 반응기의 내벽으로 형성되는 공간을 가열할 수 있으면 어떠한 가열수단이어도 된다.

(황화수소 회수관(1－10))

본 실시형태의 황화수소 제조장치(1－1)에서는, 반응기(1－3)로부터 황화수소 가스를 회수하는 황화수소 회수부재로서, 황화수소 회수관(1－10)을 사용하고 있다.

황화수소 회수관(1－10)은, 황화수소 가스의 회수량을 조절하는 황화수소 회수 조절밸브(1－14)를 가지고 있어도 된다. 황화수소 회수 조절밸브(1－14)의 개폐를 조절함으로써, 황화수소 가스의 회수량을 조절하는 것이 가능하고, 예를 들면, 이것은 황화수소 제조장치의 하류에 추가로 다른 반응장치가 접속되어 있는 경우에, 하류에 있어서의 화학반응을 제어 가능하다고 하는 관점에서 바람직하다.

황화수소 회수관(1－10)에는, 압력 조정밸브(1－11)가 설치되어 있어도 된다. 압력 조정밸브(1－11)의 개폐에 의해 반응기(1－3)의 내부 압력을 조정하는 것이 가능하다.

또한, 황화수소 회수관(1－10)에는, 황화수소의 유량을 검출하는 황화수소 검출기(1－12)가 설치되어 있어도 된다.

(온도 센서(1－15))

온도 센서(1－15)는 반응기(1－3)의 각 영역의 온도를 측정하기 위한 부재이다.

반응기(1－3)의 온도는, 통상, 반응기(1－3)의 수평방향 중심부에 있어서 측정되기 때문에, 온도 센서(1－15)는 반응기(1－3)의 수평방향 중심부에 배치되어 있는 것이 바람직하다.

[실시형태 1－2]

본 실시형태의 황화수소 제조장치의 일례(실시형태 1－2)를 도 1d에 나타낸다.

도 1d는 실시형태 1－2의 황화수소 제조장치(1－21)의 종단면도이다.

황화수소 제조장치(1－21)는, 촉매 지지부재의 하면에 접하여 또는 근접하여 배치된 전열부재를 추가로 구비한다.

촉매 지지부재(1－6)의 하부에 전열부재(1－22)를 설치함으로써, 반응기(1－3)의 외측을 덮고 있는 재킷 히터(1－9)로부터의 열이 촉매 충전부의 중심방향으로 전달되기 쉬워져, 촉매 충전부의 수평방향에 있어서의 균열성(均熱性)이 개선된다.

전열부재(1－22)는, 촉매 충전부(1－8)의 내벽에 접하도록 배치되어 있는 것이 바람직하다. 재킷 히터(1－9)로부터의 열을 보다 효율적으로 전반(傳搬)시키기 위함이다.

전열부재(1－22)에는, 복수의 연통공이 설치되어 있는 것이 바람직하다. 전열부재에 복수의 연통공이 설치되어 있는 것으로 인해, 복수의 연통공을 통하여, 액체 황 충전부(1－2)에서 발생한 황 증기나, 수소 공급관(1－5)으로부터 공급된 수소 가스가, 촉매 충전부(1－8)에 효율적으로 공급되게 되기 때문이다.

전열부재(1－22)의 재질은 특별히 한정되지 않고, 반응기(1－3)의 재질로서 전술한 것을 사용할 수 있는데, 내황화성 및 열전도성이 우수한 재료를 사용하는 것이 바람직하고, 예를 들면 알루미늄, 알루미늄 합금, 질화 알루미늄 등을 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 전열부재(1－22)의 형상으로서는, 연통공이 설치된 적당한 두께를 갖는 판인 것이 바람직하다. 예를 들면, 스테인리스판 또는 알루미늄판에 연통공을 설치한 두께가 20 ㎜ 이상인. 판 등으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 다공성 판 등을 사용할 수 있다.

필요에 따라, 전술한 다공성 판을 2장 이상 포개어 전열부재로서 사용하는 것이 가능하다.

전열부재(1－22)에 연통공이 설치되어 있는 것으로 인해, 액체 황 충전부(2)로부터 공급되는 황 증기와 촉매의 접촉효율을 향상시키는 것이 가능하다.

전열부재(1－22)에 설치된 연통공의 면적비는, 전열의 향상 및 황 증기와 촉매의 접촉효율 향상의 관점에서, 통상은 0.2% 이상 50% 이하이고, 바람직하게는 0.5% 이상 40% 이하이다.

전열부재(1－22)에 설치된 연통공의 지름은, 통상은 26 ㎛ 이상 10000 ㎛ 이하이고, 바람직하게는 45 ㎛ 이상 5000 ㎛ 이하이다.

전열부재(1－22)에는 수소 공급관용 관통공이 설치되어 있어도 되고, 그 경우, 수소 공급관(1－5)이 수소 공급관용 관통공을 관통하여 액체 황 충전부(1－2)에 접속된다. 또한, 전열부재(1－22)에는 온도 센서용 관통공이 설치되어 있어도 되고, 그 경우, 온도 센서(1－15)가 온도 센서용 관통공을 관통하여 액체 황 충전부(1－2)에 접속된다.

[실시형태 1－1 또는 1－2의 황화수소 제조장치에 의한 황화수소의 제조방법]

실시형태 1－1 또는 1－2의 황화수소 제조장치를 사용한 황화수소의 제조방법에 대해서 설명한다.

먼저, 맨틀 히터(1－4)에 의해 액체 황 충전부(1－2)에 충전된 액체 황을 가열하여, 황 증기를 발생시킨다.

액체 황 충전부(1－2)의 온도로서는, 황 증기가 발생하는 온도라면 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 180℃ 이상 445℃ 이하이고, 바람직하게는 250℃ 이상 400℃ 이하이며, 보다 바람직하게는 300℃ 이상 350℃ 이하이다.

액체 황 충전부(1－2)의 온도가 상기 하한값 이상인 것으로 인해, 황 증기압이 보다 적당해지고, 얻어지는 황화수소 가스의 농도가 높아지기 때문에, 황화수소의 생성을 보다 효율적으로 행할 수 있다. 또한, 액체 황의 온도가 상기 상한값 이하인 것으로 인해, 황 증기압을 1 기압 이하로 할 수 있어, 수소 가스와 반응하지 않고 반응기를 통과하는 황의 양을 억제할 수 있다.

본 실시형태의 황화수소 제조장치를 사용한 황화수소의 제조 프로세스에 있어서는, 재킷 히터(1－9)에 의해 가열된 촉매에 대해, 황 증기와 수소 가스를 공급함으로써, 촉매 표면 상에서 수소 가스와 황 증기를 반응시켜, 황화수소 가스를 발생시킨다.

이때, 수소 가스의 공급량을 과잉으로 함으로써, 황화수소 가스를 수소 가스로 희석된 상태로 회수하는 것이 가능하다. 이로써, 압력 조정 시나 반응 종료 시 등에 발생하는 배기가스 중에 포함되는 황화수소 가스의 농도를 저감시킬 수 있기 때문에, 배기가스 처리를 보다 단순한 것으로 할 수 있다.

회수 시에 있어서의 황화수소 가스의 농도는 바람직하게는 1 부피% 이상이고, 보다 바람직하게는 3 부피% 이상이다. 또한, 회수 시에 있어서의 황화수소 가스의 농도는 바람직하게는 50 부피% 이하이고, 보다 바람직하게는 30 부피% 이하이다.

본 실시형태의 황화수소 제조장치를 사용한 황화수소의 제조 프로세스에 있어서는, 황화수소 제조장치(1－1)의 장치 상부에 단열부재(1－7)가 설치되어 있기 때문에, 장치 하부에 설치된 액체 황 충전부(1－2)(황화수소 가스의 발생원)에서 먼 영역의 온도 저하가 방지되어, 촉매 충전부(1－8) 전체의 온도가 높게 유지되게 되어 있다. 그 결과로서 황화수소 생성반응의 장인 촉매의 온도를 고도로 제어할 수 있어, 황화수소를 높은 효율로 안정적으로 생산할 수 있다.

촉매 충전부(1－8) 내의 온도는, 모든 영역에 있어서 바람직하게는 300℃ 이상이고, 보다 바람직하게는 330℃ 이상이며, 더욱 바람직하게는 360℃ 이상이다.

촉매 충전부(1－8) 내의 온도가 모든 영역에 있어서 상기 하한값 이상인 것으로 인해, 황화수소를 높은 효율로 안정적으로 생산할 수 있게 된다.

촉매 충전부(1－8) 내의 온도는, 모든 영역에 있어서 바람직하게는 500℃ 이하이고, 보다 바람직하게는 480℃ 이하이며, 더욱 바람직하게는 450℃ 이하이다.

촉매 충전부(1－8) 내의 온도가 모든 영역에 있어서 상기 상한값 이하인 것으로 인해, 과도한 가열에 의한 촉매의 불활성화를 방지하는 것, 장치의 내황성을 유지하는 것이 가능해진다.

[실시형태 2－1]

본 실시형태의 황화수소 제조장치의 일례(실시형태 2－1)를 도 2a에 나타낸다.

도 2a는 실시형태 2－1의 황화수소 제조장치(2－1)의 종단면도이다. 도 2b는 황화수소 제조장치(2－1)가 구비하는 단열부재(2－7)의 상면도이다. 도 2c는 황화수소 제조장치(2－1)가 구비하는 촉매 지지부재(2－6)의 상면도이다.

본 실시형태의 황화수소 제조장치(2－1)는, 황 증기와 수소 가스를 반응시켜서 황화수소를 제조하는 장치이다.

황화수소 제조장치(2－1)는, 내부에 액체 황 충전부(2－2)를 갖는 반응기(2－3), 액체 황을 가열하여 황 증기를 생성시키는 제1 가열수단인 맨틀 히터(2－4), 및 반응기(2－3)에 접속된 수소 공급부재인 수소 공급관(2－5)을 구비한다.

반응기(2－3)의 내부에는, 액체 황 충전부(2－2)의 위쪽에 설치된 촉매 지지부재(2－6)와, 촉매 지지부재(2－6)와 액체 황 충전부(2－2) 사이에 설치된 단열부재(2－7)가 설치되어 있다.

황화수소 제조장치(2－1)는, 촉매 지지부재(2－6) 및 촉매 지지부재(2－6)의 상부의 공간을 가열하는 제2 가열수단인 재킷 히터(2－9)를 구비하고, 단열부재(2－7)의 일부 또는 단열부재(2－7)의 주위에 있어서, 단열부재(2－7)의 상부공간과 하부공간이 연통되어 있다.

액체 황 충전부(2－2)의 온도는, 황 증기를 발생시키기 위해, 통상 250∼400℃, 바람직하게는 300∼350℃로 조정된다. 또한, 액체 황 충전부(2－2)의 온도는, 통상, 액체 황 충전부(2－2)의 수평방향 중심부에 있어서 측정된다.

여기서 문제인 것은, 당해 온도역에서는 황의 증기압이 지수함수적으로 변동되기 때문에, 몇 ℃의 어긋남으로도 황 증기의 발생량이 크게 변동되어 버리는 것이다. 따라서, 황 증기를 목적하는 발생량으로 제어하여, 황화수소를 높은 생산효율로 안정적으로 생산하기 위해서는, 반응기(2－3)로부터의 열의 전반을 가능한 한 피할 필요가 있다.

이점에 관하여, 본 실시형태의 황화수소 제조장치(2－1)에 있어서는, 촉매 지지부재(2－6)와 액체 황 충전부(2－2) 사이에 단열부재(2－7)가 설치되어 있기 때문에, 반응기(2－3)로부터 액체 황 충전부(2－2)로의 열의 전반이 방지되어, 액체 황 충전부(2－2)의 온도가 과도하게 상승하는 것이 방지되어 있다. 따라서, 황화 증기를 목적하는 발생량으로 제어하여, 황화수소를 높은 생산효율로 안정적으로 생산할 수 있다.

아래에 본 실시형태의 황화수소 제조장치의 각부의 구성에 대해서 설명한다.

(반응기(2－3))

반응기(2－3)에서는, 수소 가스와 황 증기의 반응에 의해 황화수소가 생성되어 있다. 구체적으로 말하면, 반응기(2－3)는 액체 황 충전부(2－2)의 위쪽에 설치된 촉매 지지부재(2－6)와, 촉매 지지부재(2－6)와 액체 황 충전부(2－2) 사이에 설치된 단열부재(2－7)를 구비한다.

액체 황 충전부(2－2)에서 발생한 황 증기는, 촉매 지지부재(2－6)의 상부의 공간으로 공급된다. 촉매 지지부재(2－6)의 상부의 공간에는 촉매가 충전된다.

본 실시형태에서는 촉매 지지부재(2－6)의 상부의 촉매가 충전되는 공간을 촉매 충전부(2－8)라 부르고, 촉매 충전부(2－8)에 있어서 황 증기와 수소 가스가 반응하여, 황화수소가 생성된다.

반응기(2－3)에는 수소 공급관(2－5)이 접속되어 있어, 수소 공급관(2－5)으로부터 수소 가스가 공급된다.

수소 공급관(2－5)은 수소 가스의 출구인 수소 공급구(2－500)가 촉매 지지부재(2－6)에 대해 아래쪽에 위치하도록 배치되는 것이 바람직하다. 수소 가스가 촉매 지지부재(2－6)에 대해 아래쪽으로부터 공급됨으로써, 반응기(2－3)의 위쪽으로 향하여 통기하고, 촉매 충전부(2－8)에 충전된 촉매와 효율적으로 접촉할 수 있기 때문이다. 또한, 수소 가스가 반응기(2－3)의 위쪽으로 향하여 계속해서 통기함으로써, 프레쉬한 수소 가스가 끊임없이 공급된다.

단열부재(2－7)에는, 도 2b에 나타내는 바와 같이, 복수의 연통공(2－171)이 설치되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같이 함으로써, 액체 황 충전부(2－2)에서 발생한 황 증기나, 수소 공급관(2－5)으로부터 공급된 수소 가스가, 연통공(2－171)을 매개로 촉매 충전부(2－8)에 효율적으로 공급되기 때문이다.

촉매 지지부재(2－6)에는, 도 2c에 나타내는 바와 같이, 복수의 연통공(2－161)이 설치되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같이 함으로써, 액체 황 충전부(2－2)에서 발생한 황 증기나, 수소 공급관(2－5)으로부터 공급된 수소 가스가, 연통공(2－161)을 매개로 촉매 충전부(2－8)에 효율적으로 공급되기 때문이다.

촉매 지지부재(2－6) 상에는, 수소 가스와 황 증기로부터 황화수소가 생성되는 반응을 촉진하는 촉매(미도시)가 올려놓아진다.

촉매 충전부(2－8)에 충전된 촉매의 표면에 있어서, 액체 황 충전부(2－2)에서 발생한 황 증기와, 수소 공급관(2－5)으로부터 공급된 수소 가스로부터, 황화수소가 생성되는 반응이 진행된다.

촉매 충전부(2－8)에 있어서, 촉매는 반응기(2－3)의 내벽면에 접하도록 층형상으로 충전되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 반응기(2－3)의 내벽면으로부터의 열전달에 의해 촉매를 가열할 수 있어, 가열효율을 높게 할 수 있기 때문이다.

촉매 충전부(2－8)의 온도는, 황화수소 생성반응을 촉진하기 위해, 통상 300∼500℃, 바람직하게는 360∼450℃로 조정된다. 또한, 촉매 충전부(2－8)의 온도는, 통상, 촉매 충전부(2－8)의 수평방향 중심부에 있어서 측정된다.

촉매 충전부(2－8)에 충전되는 촉매는, 황화수소 생성반응을 촉진하기 위한 촉매로, 내황화성과 내수소화성을 겸비하는 재료에 의해 구성되어 있는 것이 바람직하고, 예를 들면, 활성탄, 제올라이트, 및 활성 알루미나로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 재료에 의해 구성되어 있다. 촉매는 불순물의 양을 저감시키는 관점에서, 제올라이트 및 활성 알루미나로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 재료에 의해 구성되어 있는 것이 바람직하고, 저가격이며 고온에서의 안정성이 높은 활성 알루미나에 의해 구성되어 있는 것이 특히 바람직하다.

반응기(2－3)의 재질로서는, 금속이나 세라믹스 등을 들 수 있는데, 내황성이 있는 재질인 것이 바람직하다. 내황성이 있는 재질로서는, 예를 들면, 스테인리스, 알루미늄 등의 금속계의 내황성 소재나, 석영, 질화붕소, 질화규소 등의 세라믹스계의 내황성 소재 등을 들 수 있다.

반응기(2－3)는 내표면이 내황 처리되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 내황 처리의 수단으로서 금속확산 침투 처리를 사용해도 된다. 피처리물을 금속확산 침투 처리함으로써, 피처리물 표면에 금속확산 침투층이 형성되면, 내황화성능이 향상되는 것이 알려져 있다.

예를 들면, 알루미늄을 확산 침투 처리하는 칼로라이징 처리를 사용할 수 있다. 칼로라이징 처리에서는 피처리물을 Fe－Al 합금 분말 및 NH₄Cl 분말로 이루어지는 조합제와 함께 강철제 케이스 내에 채워 넣고, 케이스를 밀폐하여, 그것을 노 내에서 가열함으로써, 피처리물 표면에 알루미늄이 확산 침투된 알루미늄 확산 침투층을 형성하여 피처리물의 내황화성능을 향상시키는 것이 가능하다.

(맨틀 히터(2－4))

본 실시형태에서는, 제1 가열수단으로서 맨틀 히터(2－4)를 사용하고 있다.

맨틀 히터(2－4)는 황 증기를 발생시키기 위해, 액체 황 충전부(2－2)를 가열하기 위한 수단이다.

맨틀 히터(2－4)의 온도는, 액체 황 충전부(2－2)의 온도를 전술한 온도역으로 조정할 수 있도록 구성되어 있다.

필요한 가열온도는 액체 황 충전부(2－2)의 지름이나 촉매의 충전량에 따라 변화되기 때문에, 맨틀 히터(2－4)의 온도역은 특별히 한정되지 않으나, 바람직하게는 250∼400℃이고, 보다 바람직하게는 300∼350℃이다.

또한, 본 실시형태에 있어서는, 제1 가열수단으로서 맨틀 히터(2－4)를 사용하였으나, 이것에 한정되지 않고, 액체 황을 가열하는 것이 가능하다면 어떠한 것이어도 된다. 예를 들면, 고주파 유도 가열장치 등을 사용하는 것도 가능하다.

(수소 공급관(2－5))

수소 공급관(2－5)은 반응기(2－3)에 수소 가스를 공급하기 위한 부재이다.

수소 공급관(2－5)은, 수소 가스의 출구인 수소 공급구(2－500)가 촉매 지지부재(2－6)에 대해 아래쪽에 위치하도록 배치되는 것이 바람직하다. 수소 가스가 촉매 지지부재(2－6)에 대해 아래쪽으로부터 공급됨으로써, 반응기(2－3)의 위쪽으로 향하여 통기하여, 촉매 충전부(2－8)에 충전된 촉매와 효율적으로 접촉할 수 있기 때문이다. 또한, 수소 가스가 반응기(2－3)의 위쪽으로 향하여 계속해서 통기함으로써, 프레쉬한 수소 가스가 끊임없이 공급된다.

수소 공급관(2－5)은, 도 2a에 나타낸 바와 같이, 수소 가스의 공급량을 조절하는 수소 공급 조절밸브(2－13)를 가지고 있어도 된다. 수소 공급 조절밸브(2－13)의 개폐를 조절함으로써 수소 가스의 공급량을 제어하는 것이 가능하고, 이것은 반응기(2－3)에서 행하여지는 황화수소 생성반응을 제어한다고 하는 관점에서 바람직하다.

수소 공급관(2－5)의 재질로서는, 반응기(2－3)의 재질로서 전술한 것을 사용하는 것이 가능하다.

또한, 본 실시형태에 있어서는, 수소 공급부재로서 수소 공급관(2－5)을 사용하였으나, 이것에 한정되지 않고, 반응기(2－3)에 수소 가스를 공급하는 것이 가능하다면 어떠한 것이어도 된다.

(촉매 지지부재(2－6))

촉매 지지부재(2－6)는, 수소 가스와 황 증기로부터 황화수소가 생성되는 반응을 촉진하는 촉매를 올려놓기 위한 부재이다.

전술한 바와 같이, 반응기(2－3)의 내벽면으로부터의 열전달에 의한 가열을 가능하게 하기 위해, 촉매는 반응기(2－3)의 내벽면에 접하도록 층형상으로 충전되어 있는 것이 바람직하다. 따라서, 촉매 지지부재(2－6)는 촉매를 이와 같이 올려놓을 수 있도록 하기 위해, 반응기(2－3)의 내벽면에 접하도록 배치되는 것이 바람직하다.

촉매 지지부재(2－6)에는, 도 2c에 나타내는 바와 같이, 복수의 연통공(2－161)이 설치되어 있는 것이 바람직하다. 촉매 지지부재(6)에 복수의 연통공(2－161)이 설치되어 있는 것으로 인해, 액체 황 충전부(2－2)에서 발생한 황 증기나, 수소 공급관(2－5)으로부터 공급된 수소가, 복수의 연통공(2－161)을 통해, 효율적으로 촉매 충전부(2－8)에 공급되게 되기 때문이다.

촉매 지지부재(2－6)에는, 도 2c에 나타내는 바와 같이, 수소 공급관용 관통공(2－162)이 설치되어 있어도 되고, 그 경우, 수소 공급관(2－5)이 수소 공급관용 관통공(2－162)을 관통하여 반응기(2－3)에 접속된다.

촉매 지지부재(2－6)에는, 도 2c에 나타내는 바와 같이, 온도 센서용 관통공(2－163)이 설치되어 있어도 되고, 그 경우, 온도 센서(2－15)가 온도 센서용 관통공(2－163)을 관통하여 반응기(2－3)에 접속된다. 또한, 반응기(2－3)의 온도는, 통상, 반응기(2－3)의 수평방향 중심부에 있어서 측정되기 때문에, 온도 센서용 관통공(2－163)은, 촉매 지지부재(2－6)의 수평방향 중심부에 설치되어 있는 것이 바람직하다.

촉매 지지부재(2－6)의 재질로서는, 반응기(2－3)의 재질로서 전술한 것을 사용하는 것이 가능하다.

촉매 지지부재(2－6)의 형상은, 촉매를 올려놓을 수 있다면 특별히 제한되지 않으나, 전술한 바와 같이 복수의 연통공(2－161)이 설치된 것인 것이 바람직하다.

예를 들면, 알루미늄 메시나 스테인리스 메시 등의 금속 메시；알루미늄 펀칭이나 스테인리스 펀칭 등의 펀칭 메탈；알루미늄 익스팬드나 스테인리스 익스팬드 등의 익스팬드 메탈 등으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 다공성 판 등을 사용할 수 있다.

필요에 따라, 촉매 지지부재(2－6)로서, 전술한 다공성 판을 2장 이상 포개어 사용해도 된다.

촉매 지지부재(2－6)에 설치된 연통공(2－161)의 지름은, 올려놓는 촉매의 지름에 따라 다르나, 통상은 26 ㎛ 이상 1000 ㎛ 이하이고, 바람직하게는 45 ㎛ 이상 800 ㎛ 이하이다.

(단열부재(2－7))

단열부재(2－7)는 반응기(2－3)로부터 액체 황 충전부(2－2)로의 열의 전반을 방지하기 위한 부재로, 촉매 지지부재(2－6)와 액체 황 충전부(2－2) 사이에 설치되어 있다.

단열부재(2－7)는, 도 2b에 나타내는 바와 같이, 원반 형상의 부재로 하는 것이 바람직하다. 또한, 도 2a에 나타내는 바와 같이, 원반 형상의 단열부재(2－7)는, 촉매 지지부재(2－6)와 액체 황 충전부(2－2) 사이에 있어, 액체 황 충전부(2－2)의 전체를 덮듯이 구성되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같이 함으로써, 반응기(2－3)로부터 액체 황 충전부(2－2)로의 열의 전반이 한층 방지되어, 액체 황 충전부(2－2)의 온도가 과도하게 상승하는 것이 방지되게 된다. 따라서, 황 증기의 농도를 목적하는 농도로 제어하여, 황화수소를 높은 생산효율로 안정적으로 생산하는 것이 가능해진다.

단열부재(2－7)에는, 도 2b에 나타내는 바와 같이, 복수의 연통공(2－171)이 설치되어 있는 것이 바람직하다. 단열부재(2－7)에 복수의 연통공(2－171)이 설치되어 있는 것으로 인해, 액체 황 충전부(2－2)에서 발생한 황 증기나, 수소 공급관(2－5)으로부터 공급된 수소가, 복수의 연통공(2－171)을 통해, 효율적으로 촉매 충전부(2－8)에 공급되게 되기 때문이다.

단열부재(2－7)에는, 도 2b에 나타내는 바와 같이, 수소 공급관용 관통공(2－172)이 설치되어 있어도 되고, 그 경우, 수소 공급관(2－5)이 수소 공급관용 관통공(2－172)을 관통하여 반응기(2－3)에 접속된다.

단열부재(2－7)에는, 도 2b에 나타내는 바와 같이, 온도 센서용 관통공(2－173)이 설치되어 있어도 되고, 그 경우, 온도 센서(2－15)가 온도 센서용 관통공(2－173)을 관통하여 반응기(2－3)에 접속된다. 또한, 반응기(2－3)의 온도는, 통상, 반응기(2－3)의 수평방향 중심부에 있어서 측정되기 때문에, 온도 센서용 관통공(2－173)은, 단열부재(2－7)의 수평방향 중심부에 설치되어 있는 것이 바람직하다.

단열부재(2－7)의 재질로서는, 반응기(2－3)의 재질로서 전술한 것을 사용하는 것이 가능하다.

단열부재(2－7)의 형상은 특별히 제한되지 않으나, 전술한 바와 같이 복수의 연통공(2－171)이 설치된 것인 것이 바람직하다. 예를 들면, 알루미늄 메시나 스테인리스 메시 등의 금속 메시；알루미늄 펀칭이나 스테인리스 펀칭 등의 펀칭 메탈；알루미늄 익스팬드나 스테인리스 익스팬드 등의 익스팬드 메탈 등으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 다공성 판 등을 사용할 수 있다.

필요에 따라, 단열부재(2－7)로서, 전술한 다공성 판을 2장 이상 포개어 사용해도 된다.

단열부재(2－7)에 설치된 연통공(2－171)의 면적비는, 단열효율 향상과, 황 증기 및 수소 가스의 공급효율 향상의 균형의 관점에서, 통상은 0.2% 이상 50% 이하이고, 바람직하게는 0.5% 이상 40% 이하이다.

단열부재(2－7)에 설치된 연통공(2－171)의 지름은, 단열효율 향상과, 황 증기 및 수소 가스의 공급효율 향상의 균형의 관점에서, 통상은 26 ㎛ 이상 10000 ㎛ 이하이고, 바람직하게는 45 ㎛ 이상 5000 ㎛ 이하이다.

단열부재(2－7)의 두께는, 단열효율 향상의 관점에서, 바람직하게는 0.5 ㎜ 이상이고, 보다 바람직하게는 1.5 ㎜ 이상이다. 또한, 단열부재(7)의 두께에는 특별히 상한은 없으나, 통상 20 ㎜ 이하이다.

(재킷 히터(2－9))

본 실시형태에서는, 제2 가열수단으로서 재킷 히터(2－9)를 사용하고 있다.

재킷 히터(2－9)는, 촉매 지지부재(2－6) 및 촉매 지지부재(2－6)의 상부의 공간을 가열한다. 이로써, 촉매 충전부(2－8)에 충전된 촉매가 가열되어, 황화수소 생성반응을 촉진시킬 수 있다.

재킷 히터(2－9)의 온도는, 촉매 충전부(2－8)의 온도를 전술한 온도역으로 조정할 수 있도록 구성되어 있다.

필요한 가열온도는 촉매 충전부(2－8)의 지름이나 촉매의 충전량에 따라 변화되기 때문에, 재킷 히터(2－9)의 온도역은 특별히 한정되지 않으나, 바람직하게는 300∼500℃이고, 보다 바람직하게는 360∼450℃이다.

또한, 본 실시형태에 있어서는, 제2 가열수단으로서 재킷 히터(2－9)를 사용하였으나, 이것에 한정되지 않고, 촉매를 가열하는 것이 가능하다면 어떠한 것이어도 된다. 예를 들면, 고주파 유도 가열장치 등을 사용하는 것도 가능하다.

(황화수소 회수관(2－10))

황화수소 회수관(2－10)은, 황 증기와 수소 가스의 반응에 의해 발생한 황화수소를 회수하기 위한 부재이다.

황화수소 회수관(2－10)에는, 압력 조정밸브(2－11)가 설치되어 있어도 되고, 압력 조정밸브(2－11)의 개폐에 의해 반응기(2－3) 내부의 압력을 조정 가능하다. 또한, 황화수소 회수관(2－10)에는, 황화수소의 유량을 검출하는 부재인 황화수소 검출기(2－12)가 설치되어 있어도 된다. 또한, 황화수소 회수관(2－10)에는, 황화수소 가스의 회수량의 회수를 조절하기 위한 부재인 황화수소 회수 조절밸브(2－14)가 설치되어 있어도 된다.

(온도 센서(2－15))

온도 센서(2－15)는 반응기(2－3)의 각 영역의 온도를 측정하기 위한 부재이다.

반응기(2－3)의 온도는, 통상, 반응기(2－3)의 수평방향 중심부에 있어서 측정되기 때문에, 온도 센서(2－15)는 반응기(2－3)의 수평방향 중심부에 배치되어 있는 것이 바람직하다.

본 실시형태의 황화수소 제조장치(2－1)에 있어서는, 촉매 지지부재(2－6)와 액체 황 충전부(2－2) 사이에 단열부재(2－7)가 설치되어 있기 때문에, 반응기(2－3)로부터 액체 황 충전부(2－2)로의 열의 전반이 방지되어, 액체 황 충전부(2－2)의 온도가 과도하게 상승하는 것이 방지되어 있다. 따라서, 황 증기의 농도를 목적하는 농도로 제어하여, 황화수소를 높은 생산효율로 안정적으로 생산할 수 있다.

[실시형태 2－2]

본 실시형태의 황화수소 제조장치의 일례(실시형태 2－2)를 도 2d에 나타낸다.

도 2d는 실시형태 2－2의 황화수소 제조장치(2－21)의 종단면도이다.

황화수소 제조장치(2－21)는, 촉매 지지부재(2－6)의 하면에 접하여 또는 근접하여 배치된 전열부재(2－22)를 추가로 구비한다.

촉매 지지부재(2－6)의 하부에 전열부재(2－22)를 설치함으로써, 촉매 충전부(2－8)의 외측을 덮고 있는 재킷 히터(2－9)로부터의 열이, 촉매 충전부(2－8)의 수평방향으로 전달되기 쉬워져, 촉매 충전부(2－8)의 수평방향에 있어서의 균열성이 개선된다.

전열부재(2－22)는 촉매 충전부(2－8)의 내벽에 접하도록 배치되어 있는 것이 바람직하다. 재킷 히터(2－9)로부터의 열을 보다 효율적으로 전반시키기 위함이다.

전열부재(2－22)에는 복수의 연통공이 설치되어 있는 것이 바람직하다. 전열부재에 복수의 연통공이 설치되어 있는 것으로 인해, 복수의 연통공을 통해, 액체 황 충전부(2－2)에서 발생한 황 증기나, 수소 공급관(2－5)으로부터 공급된 수소 가스가, 촉매 충전부(2－8)에 효율적으로 공급되게 되기 때문이다.

전열부재(2－22)의 재질은 특별히 한정되지 않고, 반응기(2－3)의 재질로서 전술한 것을 사용할 수 있는데, 열전도성이 우수한 재료를 사용하는 것이 바람직하고, 예를 들면 알루미늄, 알루미늄 합금, 질화 알루미늄 등을 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 전열부재(2－22)의 형상은 특별히 제한되지 않으나, 복수의 연통공이 설치된 것인 것이 바람직하다. 예를 들면, 스테인리스판 또는 알루미늄판에 연통공을 설치한 두께가 20 ㎜ 이상인 판 등으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 다공성 판 등을 사용할 수 있다.

필요에 따라, 전열부재(2－22)로서, 전술한 다공성 판을 2장 이상 포개어 사용해도 된다.

전열부재(2－22)에 설치된 연통공의 면적비는, 전열효율의 향상과, 황 증기 및 수소 가스 공급효율 향상의 균형의 관점에서, 통상은 0.2% 이상 50% 이하이고, 바람직하게는 0.5% 이상 40% 이하이다.

전열부재(2－22)에 설치된 연통공의 지름은, 통상은 26 ㎛ 이상 10000 ㎛ 이하이고, 바람직하게는 45 ㎛ 이상 5000 ㎛ 이하이다.

본 실시형태의 황화수소 제조장치(2－21)에서는, 촉매 지지부재(2－6)의 하부에 전열부재(2－22)를 설치함으로써, 촉매 충전부(2－8)의 외측을 덮고 있는 재킷 히터(2－9)로부터의 열이, 촉매 충전부(2－8)의 수평방향으로 전달되기 쉬워져, 촉매 충전부(2－8)의 수평방향에 있어서의 균열성이 개선되어 있다. 따라서, 황화수소를 보다 높은 생산효율로 보다 안정적으로 생산할 수 있다.

[실시형태 2－1 또는 2－2의 황화수소 제조장치에 의한 황화수소의 제조방법]

실시형태 2－1 또는 2－2의 황화수소 제조장치를 사용한 황화수소의 제조방법에 대해서 설명한다.

먼저, 액체 황 충전부(2－2)에 있어서, 맨틀 히터(2－4)에 의해 액체 황을 가열하여, 황 증기를 발생시킨다.

이 점에 관하여, 본 실시형태의 황화수소 제조장치(2－1)에 있어서는, 촉매 지지부재(6)와 액체 황 충전부(2－2) 사이에 단열부재(2－7)가 설치되어 있기 때문에, 반응기(2－3)로부터 액체 황 충전부(2－2)로의 열의 전반이 방지되어, 액체 황 충전부(2－2)의 온도가 과도하게 승상하는 것이 방지되어 있다. 따라서, 황 증기를 목적하는 발생량으로 제어하여, 황화수소를 높은 생산효율로 안정적으로 생산할 수 있다.

황화수소 제조장치(2－1)를 사용한 황화수소의 제조 프로세스에 있어서는, 재킷 히터(2－9)에 의해 가열된 촉매에 대해, 황 증기와 수소 가스를 공급함으로써, 촉매 표면 상에서 수소 가스와 황 증기를 반응시켜, 황화수소 가스를 발생시킨다.

[실시형태 3－1]

본 실시형태의 황화수소 제조장치의 일례(실시형태 3－1)를 도 3a에 나타낸다.

도 3a는 실시형태 3－1의 황화수소 제조장치(3－1)의 종단면도이다. 본 실시형태에 있어서의 황화수소 제조장치(3－1)는, 황 증기와 수소 가스를 반응시켜서 황화수소를 제조하는 장치이다. 도 3b는 본 실시형태의 황화수소 제조장치의 촉매 지지부재의 일례의 상면도이다.

황화수소 제조장치(3－1)는, 내부에 액체 황 충전부(3－2)를 갖는 반응기(3－3), 액체 황을 가열하여 황 증기를 생성시키는 제1 가열수단인 맨틀 히터(3－4), 반응기(3－3)에 접속된 수소 공급부재인 수소 공급관(3－5), 및 액체 황 충전부(3－2)에 접속된 액체 황 공급부재인 액체 황 공급관(3－7)을 구비한다.

반응기(3－3)의 내부에는, 액체 황 충전부(3－2)의 위쪽에 설치된 촉매 지지부재(3－6)가 설치되어 있다. 반응기(3－3)의 내부에서는, 촉매 지지부재(3－6) 및 반응기(3－3)의 내벽으로 촉매 충전부(3－8)가 형성된다.

또한, 반응기(3－3)는 촉매 충전부(3－8)를 가열하는 제2 가열수단인 재킷 히터(3－9)를 구비한다.

액체 황 공급관(3－7)은 액체 황 충전부(3－2)에 액체 황을 상시 공급 가능하도록 구성되어 있다. 그리고, 액체 황 공급관(3－7)을 매개로 액체 황 충전부(3－2)에 공급된 액체 황이 가열됨으로써 황 증기가 발생한다.

액체 황을 상시 공급 가능한 것으로 인해, 황 증기의 발생량을 목적하는 발생량으로 제어 가능하다. 따라서, 황화수소 생성반응의 장인 촉매 충전부(3－8)에 있어서의 황 증기의 농도를 목적하는 농도로 제어하여, 황화수소를 높은 생산효율로 안정적으로 생산하는 것이 가능하다.

(반응기(3－3))

반응기(3－3)에서는, 수소 가스와 황 증기의 반응에 의해 황화수소가 생성되어 있다. 반응기(3－3)는 액체 황 충전부(3－2)의 위쪽에 설치된 촉매 지지부재(3－6)를 구비한다.

액체 황 충전부(3－2)에서 발생한 황 증기는, 촉매 지지부재(3－6) 및 반응기(3－3)의 내벽에 의해 둘러싸인 공간(촉매 충전부(3－8))으로 공급되어, 촉매 충전부(3－8)에 있어서 황 증기와 수소 가스가 반응하여, 황화수소가 생성된다.

반응기(3－3)에는 수소 공급관(5)이 접속되어 있어, 수소 공급관(3－5)으로부터 수소 가스가 공급된다.

수소 공급관(3－5)은 수소 가스의 출구인 수소 공급구(3－500)가 촉매 지지부재(3－6)에 대해 아래쪽에 위치하도록 배치되는 것이 바람직하다. 수소 가스는 공기보다도 비중이 작기 때문에, 촉매 지지부재(3－6)에 대해 아래쪽으로부터 공급됨으로써, 반응기(3－3)의 위쪽으로 향하여 통기하여, 촉매 충전부(3－8)에 충전된 촉매와 효율적으로 접촉할 수 있기 때문이다. 또한, 수소 가스가 반응기(3－3)의 위쪽으로 향하여 계속해서 통기함으로써, 프레쉬한 수소 가스가 끊임없이 공급된다.

촉매 지지부재(3－6)에는, 도 3b에 나타내는 바와 같이, 복수의 연통공(3－161)이 설치되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같이 함으로써, 액체 황 충전부(3－2)에서 발생한 황 증기나, 수소 공급관(3－5)으로부터 공급된 수소 가스가, 연통공(3－161)을 매개로 촉매 충전부(3－8)에 효율적으로 공급되기 때문이다.

촉매 지지부재(3－6) 상에는, 수소 가스와 황 증기로부터 황화수소가 생성되는 반응을 촉진하는 촉매(미도시)가 올려놓아진다.

촉매 충전부(3－8)에 충전된 촉매의 표면에 있어서, 액체 황 충전부(3－2)에서 발생한 황 증기와, 수소 공급관(3－5)으로부터 공급된 수소 가스로부터, 황화수소가 생성되는 반응이 진행된다.

촉매 충전부(3－8)에 있어서, 촉매는 반응기(3－3)의 내벽면에 접하도록 층형상으로 충전되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 반응기(3－3)의 내벽면으로부터의 열전달에 의해 촉매를 가열할 수 있어, 가열효율을 높게 할 수 있기 때문이다.

촉매 충전부(3－8) 내의 온도는 바람직하게는 300℃ 이상이고, 보다 바람직하게는 330℃ 이상이며, 더욱 바람직하게는 360℃ 이상이다. 촉매 충전부(3－8)의 온도가 모든 영역에 있어서 상기 하한값 이상인 것으로 인해, 황화수소를 높은 효율로 안정적으로 생산할 수 있게 된다.

촉매 충전부(3－8) 내의 온도는 바람직하게는 500℃ 이하이고, 보다 바람직하게는 480℃ 이하이며, 더욱 바람직하게는 450℃ 이하이다. 촉매 충전부(3－8)의 온도가 모든 영역에 있어서 상기 상한값 이하인 것으로 인해, 과도한 가열에 의한 촉매의 불활성화를 방지하는 것, 장치의 내황성을 유지하는 것이 가능해진다.

또한, 촉매 충전부(3－8) 내의 온도는, 통상, 촉매 충전부(8)의 수평방향 중심부에 있어서 측정된다.

촉매 충전부(3－8)에 충전되는 촉매는 황화수소 생성반응을 촉진하기 위한 촉매로, 내황화성과 내수소화성을 겸비하는 재료에 의해 구성되어 있는 것이 바람직하고, 예를 들면, 활성탄, 제올라이트, 및 활성 알루미나로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 재료에 의해 구성되어 있다. 촉매는 불순물을 저감시키는 관점에서, 제올라이트 및 활성 알루미나로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 재료에 의해 구성되어 있는 것이 바람직하고, 저가격이며 고온에서의 안정성이 높은 활성 알루미나에 의해 구성되어 있는 것이 특히 바람직하다.

반응기(3－3)의 재질로서는, 황에 의한 부식을 방지한다고 하는 관점에서, 석영, 질화붕소, 질화규소, 알루미늄, 스테인리스 등으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 내황재료에 의해 구성되어 있는 것이 바람직하다.

반응기(3－3)는 내표면이 내황 처리되어 있는 것이 바람직하다.

(맨틀 히터(3－4))

본 실시형태에서는, 액체 황 충전부(3－2)를 가열하여 황 증기를 발생시키기 위한 제1 가열수단으로서 맨틀 히터(3－4)를 사용하고 있다.

맨틀 히터(3－4)는 황 증기를 발생시키기 위해, 액체 황 충전부(3－2)를 가열하기 위한 수단이다.

액체 황 충전부(3－2) 내의 온도는, 통상 180℃ 이상 445℃ 이하이고, 바람직하게는 250℃ 이상 400℃ 이하이며, 보다 바람직하게는 300℃ 이상 350℃ 이하이다. 액체 황 충전부(3－2)의 온도가 상기 범위 내인 것으로 인해, 황 증기를 안정적으로 발생시키는 것이 가능해진다.

또한, 액체 황 충전부(3－2) 내의 온도는, 통상, 액체 황 충전부(3－2)의 수평방향 중심부에 있어서 측정된다.

맨틀 히터(3－4)의 온도는 액체 황 충전부(3－2)의 온도를 전술한 온도역으로 조정할 수 있도록 구성되어 있다.

필요한 가열온도는 액체 황 충전부(3－2)의 지름이나 촉매의 충전량에 따라 변화되기 때문에, 맨틀 히터(3－4)의 온도역은 특별히 한정되지 않으나, 바람직하게는 250℃ 이상 400℃ 이하이고, 보다 바람직하게는 300℃ 이상 350℃ 이하이다.

또한, 본 실시형태에 있어서는, 제1 가열수단으로서 맨틀 히터(3－4)를 사용하였으나, 이것에 한정되지 않고, 액체 황을 가열하는 것이 가능하다면 어떠한 가열수단이어도 된다. 예를 들면, 고주파 유도 가열장치 등을 사용하는 것도 가능하다.

(수소 공급관(3－5))

수소 공급관(3－5)은 반응기(3－3)에 수소 가스를 공급하기 위한 부재이다.

수소 공급관(3－5)은, 수소 가스의 출구인 수소 공급구(3－500)가 촉매 지지부재(3－6)에 대해 아래쪽에 위치하도록 배치되는 것이 바람직하다. 수소 가스는 공기보다도 비중이 작기 때문에, 촉매 지지부재(3－6)에 대해 아래쪽으로부터 공급됨으로써, 반응기(3－3)의 위쪽으로 향하여 통기하여, 촉매 충전부(3－8)에 충전된 촉매와 효율적으로 접촉할 수 있기 때문이다. 또한, 수소 가스가 반응기(3－3)의 위쪽으로 향하여 계속해서 통기함으로써, 프레쉬한 수소 가스가 끊임없이 공급된다.

수소 공급관(3－5)은, 도 3a에 나타낸 바와 같이, 수소 가스의 공급량을 조절하는 수소 공급 조절밸브(3－13)를 가지고 있어도 된다. 수소 공급 조절밸브(3－13)의 개폐를 조절함으로써 수소 가스의 공급량을 제어하는 것이 가능하고, 이것은 반응기(3－3)에서 행하여지는 황화수소 생성반응을 제어한다고 하는 관점에서 바람직하다.

수소 공급관(3－5)의 재질로서는, 반응기(3－3)의 재질로서 전술한 것을 사용하는 것이 가능하다.

또한, 본 실시형태에 있어서는, 수소 공급부재로서 수소 공급관(3－5)을 사용하였으나, 이것에 한정되지 않고, 반응기(3－3)에 수소 가스를 공급하는 것이 가능하다면 어떠한 부재여도 된다.

(촉매 지지부재(3－6))

촉매 지지부재(3－6)는, 수소 가스와 황 증기로부터 황화수소가 생성되는 반응을 촉진하는 촉매를 올려놓기 위한 부재이다.

전술한 바와 같이, 반응기(3－3)의 내벽면으로부터의 열전달에 의한 가열을 가능하게 하기 위해, 촉매는 반응기(3－3)의 내벽면에 접하도록 층형상으로 충전되어 있는 것이 바람직하다. 따라서, 촉매 지지부재(3－6)는 촉매를 이와 같이 올려놓을 수 있도록 하기 위해, 반응기(3－3)의 내벽면에 접하도록 배치되는 것이 바람직하다.

촉매 지지부재(3－6)에는, 도 3b에 나타내는 바와 같이, 복수의 연통공(3－161)이 설치되어 있는 것이 바람직하다. 촉매 지지부재(3－6)에 복수의 연통공(3－161)이 설치되어 있는 것으로 인해, 액체 황 충전부(3－2)에서 발생한 황 증기나, 수소 공급관(3－5)으로부터 공급된 수소가, 복수의 연통공(3－161)을 통해, 효율적으로 촉매 충전부(3－8)에 공급되게 되기 때문이다.

촉매 지지부재(3－6)에는, 도 3b에 나타내는 바와 같이, 수소 공급관용 관통공(3－162)이 설치되어 있어도 되고, 그 경우, 수소 공급관(3－5)이 수소 공급관용 관통공(3－162)을 관통하여 반응기(3－3)에 접속된다.

촉매 지지부재(3－6)에는, 도 3b에 나타내는 바와 같이, 온도 센서용 관통공(3－163)이 설치되어 있어도 되고, 그 경우, 온도 센서(3－15)가 온도 센서용 관통공(3－163)을 관통하여 반응기(3－3)에 접속된다. 또한, 반응기(3－3) 내의 온도는, 통상, 반응기(3－3)의 수평방향 중심부에 있어서 측정되기 때문에, 온도 센서용 관통공(3－163)은, 촉매 지지부재(3－6)의 수평방향 중심부에 설치되어 있는 것이 바람직하다.

촉매 지지부재(3－6)의 재질로서는, 반응기(3－3)의 재질로서 전술한 것을 사용하는 것이 가능하다.

촉매 지지부재(3－6)의 형상은, 촉매를 올려놓을 수 있다면 특별히 제한되지 않으나, 전술한 바와 같이 복수의 연통공(3－161)이 설치된 것인 것이 바람직하다.

필요에 따라, 촉매 지지부재(3－6)로서, 전술한 다공성 판을 2장 이상 포개어 사용해도 된다.

촉매 지지부재(3－6)에 설치된 연통공(3－161)의 면적비는, 황 증기와 촉매의 접촉효율 향상의 관점에서, 통상은 10% 이상 50% 이하이고, 바람직하게는 20% 이상 40% 이하이다.

촉매 지지부재(3－6)에 설치된 연통공의 지름은 올려놓는 촉매의 지름에 따라서도 다르나, 통상은 26 ㎛ 이상 1000 ㎛ 이하이고, 바람직하게는 45 ㎛ 이상 800 ㎛ 이하이다.

(액체 황 공급관(3－7))

액체 황 공급관(3－7)은 액체 황 충전부(3－2)에 액체 황을 공급하기 위한 부재로, 액체 황 충전부(3－2)에 접속되어 있다.

액체 황 공급관(3－7)은, 액체 황 충전부(3－2)에 액체 황을 상시 공급 가능하도록 구성되어 있다. 액체 황 공급관(3－7)은, 액체 황의 공급량을 조정하기 위한 액체 황 공급 조정밸브(3－19)를 구비하고 있어도 된다.

또한, 액체 황 공급관(3－7)은, 황화수소 가스의 역류를 방지하는 역류방지 가스 공급부재(3－18)를 구비하고 있어도 되고, 역류방지 가스 공급부재(3－18)로부터 수소 등의 역류방지 가스가 공급됨으로써, 액체 황 충전부(3－2)에서 발생한 황 증기가 액체 황 공급관(3－7)을 역류하여 액체 황의 공급을 방해하는 것을 방지할 수 있다.

액체 황 공급관(3－7) 내의 온도는 바람직하게는 120℃ 이상 160℃ 이하이고, 보다 바람직하게는 130℃ 이상 150℃ 이하이다. 액체 황 공급관(3－7) 내의 온도가 상기 하한값 이상인 것으로 인해, 액체 황 공급관(3－7) 내의 황을 액상 그대로 이동시킬 수 있다. 또한, 액체 황 공급관(3－7) 내의 온도가 상기 상한값 이하인 것으로 인해, 액체 황 공급관(3－7) 내의 황이 고무상 황이 되는 것을 방지할 수 있어, 황을 원활하게 공급하는 것이 가능해진다.

액체 황 공급관(3－7)의 재질로서는, 반응기(3－3)의 재질로서 전술한 것을 사용하는 것이 가능하다.

또한, 본 실시형태에 있어서는, 액체 황 공급부재로서 액체 황 공급관(3－7)을 사용하였으나, 이것에 한정되지 않고, 액체 황 충전부(3－2)에 액체 황을 공급하는 것이 가능하다면 어떠한 부재여도 된다.

(황 수용용기(3－17), 황 수용용기 가열수단(3－16))

본 실시형태의 황화수소 제조장치(3－1)는, 액체 황 충전부(3－2)에 공급하는 황을 수용해 두기 위한 부재인 황 수용용기(3－17)와, 황 수용용기(3－17)를 가열하기 위한 부재인 황 수용용기 가열수단(3－16)을 구비하고, 황 수용용기(3－17)와 액체 황 충전부(3－2)는, 액체 황 공급관(3－7)으로 접속되어 있는 것이 바람직하다.

특별히 도시하지 않으나, 황 수용용기(3－17)는 외부로부터 황 수용용기(3－17) 내로 황을 도입하기 위한 황 도입관을 추가로 구비해도 되고, 황 수용용기(3－17)로부터 액체 황 공급관(3－7)으로 황을 밀어내기 위한 캐리어 가스를 도입하기 위한 캐리어 가스 도입관을 추가로 구비해도 된다. 또한, 황 수용용기(3－17)는 황 도입관과 캐리어 가스 도입관 양쪽을 겸하는 관을 추가로 구비해도 된다.

황 수용용기(3－17) 내의 황은, 황 수용용기 가열수단(3－16)의 가열에 의해 액체상이 되어 있어, 액체상이 된 황이 액체 황 공급관(3－7)을 매개로 액체 황 충전부(3－2)에 공급된다.

황 수용용기(3－17) 내의 온도는 바람직하게는 120℃ 이상 160℃ 이하이고, 보다 바람직하게는 130℃ 이상 150℃ 이하이다. 황 수용용기(3－17) 내의 온도가 상기 하한값 이상인 것으로 인해, 황 수용용기(3－17) 내에 수용된 황을 충분히 액상화시킬 수 있다. 또한, 황 수용용기(3－17) 내의 온도가 상기 상한값 이하인 것으로 인해, 황 수용용기(3－17) 내에 수용된 황이 고무상 황이 되는 것을 방지할 수 있어, 액체 황 공급관(3－7)을 매개로 황을 원활하게 공급하는 것이 가능해진다.

황 수용용기 가열수단(3－16)의 온도는, 액체 황 충전부(3－2)의 온도를 전술한 온도역으로 조정할 수 있도록 구성되어 있다.

필요한 가열온도는 액체 황 충전부(3－2)의 지름이나 촉매의 충전량에 따라 변화되기 때문에, 황 수용용기 가열수단(3－16)의 온도역은 특별히 한정되지 않으나, 바람직하게는 120℃ 이상 160℃ 이하이고, 보다 바람직하게는 130℃ 이상 150℃ 이하이다.

(재킷 히터(3－9))

본 실시형태의 황화수소 제조장치(3－1)에서는, 제2 가열수단으로서, 재킷 히터(3－9)를 사용하고 있다.

재킷 히터(3－9)는 촉매 지지부재, 단열부재 및 반응기의 내벽으로 형성되는 공간(촉매 충전부(3－8))을 가열한다. 즉, 촉매 지지부재 및 촉매 지지부재의 상부의 공간을 가열한다. 이로써, 촉매를 가열하여 황화수소 생성반응을 촉진시킬 수 있다.

재킷 히터(3－9)의 온도는 촉매 충전부(3－8)의 온도를 전술한 온도역으로 조정할 수 있도록 구성되어 있다.

필요한 가열온도는 촉매 충전부(3－8)의 지름이나 촉매의 충전량에 따라 변화되기 때문에, 재킷 히터(3－9)의 온도역은 특별히 한정되지 않으나, 이러한 온도역으로서는 바람직하게는 300℃ 이상이고, 보다 바람직하게는 330℃ 이상이며, 더욱 바람직하게는 360℃ 이상이다.

재킷 히터(3－9)의 온도가 상기 하한값 이상으로 조정되어 있는 것으로 인해, 황화수소를 높은 효율로 안정적으로 생산할 수 있게 된다.

재킷 히터(3－9)의 온도가 상기 상한값 이하로 조정되어 있는 것으로 인해, 과도한 가열에 의한 촉매의 불활성화를 방지하는 것, 장치의 내황성을 유지하는 것이 가능해진다.

또한, 본 실시형태에 있어서는, 제2 가열수단으로서 재킷 히터(3－9)를 사용하였으나, 이것에 한정되지 않고, 촉매를 가열하는 것이 가능하다면 어떠한 가열수단이어도 된다. 예를 들면, 고주파 유도 가열장치 등을 사용하는 것도 가능하다.

(황화수소 회수관(3－10))

황화수소 회수관(3－10)은, 황 증기와 수소 가스의 반응에 의해 발생한 황화수소를 회수하기 위한 부재이다.

황화수소 회수관(3－10)에는, 압력 조정밸브(3－11)가 설치되어 있어도 되고, 압력 조정밸브(3－11)의 개폐에 의해 반응기(3－3) 내부의 압력을 조정 가능하다. 또한, 황화수소 회수관(3－10)에는, 황화수소의 유량을 검출하는 부재인 황화수소 검출기(3－12)가 설치되어 있어도 된다. 또한, 황화수소 회수관(3－10)에는, 황화수소 가스의 회수량의 회수를 조절하기 위한 부재인 황화수소 회수 조절밸브(3－14)가 설치되어 있어도 된다.

(온도 센서(3－15))

온도 센서(3－15)는 반응기(3－3)의 각 영역의 온도를 측정하기 위한 부재이다.

반응기(3－3) 내의 온도는, 통상, 반응기(3－3)의 수평방향 중심부에 있어서 측정되기 때문에, 온도 센서(3－15)는 반응기(3－3)의 수평방향 중심부에 배치되어 있는 것이 바람직하다.

[실시형태 3－2]

본 실시형태의 황화수소 제조장치의 일례(실시형태 3－2)를 도 3c에 나타낸다.

도 3c는 실시형태 3－2의 황화수소 제조장치(3－21)의 종단면도이다.

황화수소 제조장치(3－21)는, 촉매 지지부재(3－6)의 하면에 접하여 또는 근접하여 배치된 전열부재(3－22)를 추가로 구비한다.

촉매 지지부재(3－6)의 하부에 전열부재(3－22)를 설치함으로써, 촉매 충전부(3－8)의 외측을 덮고 있는 재킷 히터(3－9)로부터의 열이, 촉매 충전부(3－8)의 수평방향으로 전달되기 쉬워져, 촉매 충전부(3－8)의 수평방향에 있어서의 균열성이 개선되기 때문이다.

전열부재(3－22)는 촉매 충전부(3－8)의 내벽에 접하도록 배치되어 있는 것이 바람직하다. 재킷 히터(3－9)로부터의 열을 보다 효율적으로 전반시키기 위함이다.

전열부재(3－22)에는, 복수의 연통공이 설치되어 있는 것이 바람직하다. 전열부재에 복수의 연통공이 설치되어 있는 것으로 인해, 복수의 연통공을 통해, 액체 황 충전부(3－2)에서 발생한 황 증기나, 수소 공급관(3－5)으로부터 공급된 수소 가스가, 촉매 충전부(3－8)에 효율적으로 공급되게 되기 때문이다.

전열부재(3－22)의 재질은 특별히 한정되지 않고, 반응기(3－3)의 재질로서 전술한 것을 사용할 수 있는데, 내황화성 및 열전도성이 우수한 재료를 사용하는 것이 바람직하고, 예를 들면 알루미늄, 알루미늄 합금, 질화 알루미늄 등을 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 전열부재(3－22)의 형상은 특별히 제한되지 않으나, 복수의 연통공이 설치된 것인 것이 바람직하다. 예를 들면, 스테인리스판 또는 알루미늄판에 연통공을 설치한 두께가 20 ㎜ 이상인 판 등으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 다공성 판 등을 사용할 수 있다.

필요에 따라, 전열부재(3－22)로서, 전술한 다공성 판을 2장 이상 포개어 사용해도 된다.

전열부재(3－22)에 설치된 연통공의 면적비는, 전열의 향상 및 황 증기와 촉매의 접촉효율 향상의 관점에서, 통상은 0.2% 이상 50% 이하이고, 바람직하게는 0.5% 이상 40% 이하이다.

전열부재(3－22)에 설치된 연통공의 지름은, 통상은 26 ㎛ 이상 10000 ㎛ 이하이고, 바람직하게는 45 ㎛ 이상 5000 ㎛ 이하이다.

본 실시형태의 황화수소 제조장치(3－21)에서는, 촉매 지지부재(3－6)의 하부에 전열부재(3－22)를 설치함으로써, 촉매 충전부(3－8)의 외측을 덮고 있는 재킷 히터(3－9)로부터의 열이, 촉매 충전부(3－8)의 수평방향으로 전달되기 쉬워져, 촉매 충전부(3－8)의 수평방향에 있어서의 균열성이 개선되어 있다. 따라서, 황화수소를 보다 높은 생산효율로 보다 안정적으로 생산할 수 있다.

[실시형태 3－1 또는 3－2의 황화수소 제조장치에 의한 황화수소의 제조방법]

실시형태 3－1 또는 3－2의 황화수소 제조장치를 사용한 황화수소의 제조방법에 대해서 설명한다.

실시형태 3－1 또는 3－2의 황화수소 제조장치에서는, 액체 황 공급관(3－7)이 액체 황 충전부(3－2)에 액체 황을 상시 공급 가능하도록 구성되어 있다. 그리고, 액체 황 공급관(3－7)을 매개로 액체 황 충전부(3－2)에 공급된 액체 황이 맨틀 히터(3－4)로 가열됨으로써 황 증기가 발생한다.

실시형태 3－1 또는 3－2의 황화수소 제조장치는, 액체 황 충전부(3－2)에 공급하는 황을 수용해 두기 위한 부재인 황 수용용기(3－17)와, 황 수용용기(3－17)를 가열하기 위한 부재인 황 수용용기 가열수단(3－16)을 구비하고, 황 수용용기(3－17)와 액체 황 충전부(3－2)는, 액체 황 공급관(3－7)으로 접속되어 있는 것이 바람직하고, 황 수용용기(3－17) 내의 황은 황 수용용기 가열수단(3－16)의 가열에 의해 액체상이 되어 있고, 액체상이 된 황이 액체 황 공급관(3－7)을 매개로 액체 황 충전부(3－2)에 공급된다.

황 수용용기(3－17) 내의 온도는 바람직하게는 120℃ 이상 160℃ 이하이고, 보다 바람직하게는 130℃ 이상 150℃ 이하이다. 황 수용용기(3－17)의 온도가 상기 하한값 이상인 것으로 인해, 황 수용용기(3－17)에 수용된 황을 충분히 액상화시킬 수 있다. 또한, 황 수용용기(3－17)의 온도가 상기 상한값 이하인 것으로 인해, 황 수용용기(3－17)에 수용된 황이 고무상 황이 되는 것을 방지할 수 있어, 액체 황 공급관(3－7)을 매개로 황을 원활하게 공급하는 것이 가능해진다.

실시형태 3－1 또는 3－2의 황화수소 제조장치를 사용한 황화수소의 제조 프로세스에 있어서는, 재킷 히터(3－9)에 의해 가열된 촉매에 대해, 황 증기와 수소 가스를 공급함으로써, 촉매 표면 상에서 수소 가스와 황 증기를 반응시켜, 황화수소 가스를 발생시킨다.

회수 시에 있어서의 황화수소 가스의 농도는, 바람직하게는 1 부피% 이상이고, 보다 바람직하게는 3 부피% 이상이다. 또한, 회수 시에 있어서의 황화수소 가스의 농도는, 바람직하게는 50 부피% 이하이고, 보다 바람직하게는 30 부피% 이하이다.

또한, 촉매 충전부(3－8) 내의 온도는, 통상, 촉매 충전부(3－8)의 수평방향 중심부에 있어서 측정된다.

[변형예]

본 실시형태의 황화수소 제조장치는, 상기에서 설명한 부재 이외의 부재를 구비하고 있어도 된다.

또한, 본 실시형태의 황화수소 제조장치는, 각부가 일체로 형성되어 있어도 된다.

본 실시형태의 황화수소 제조장치의 하류에, 추가로 다른 반응장치가 접속되어 있어도 된다.

예를 들면, 본 실시형태의 황화수소 제조장치의 하류에 리튬 등의 금속의 황화물을 생성시키는 반응장치를 접속하여, 본 실시형태의 황화수소 제조장치에서 제조된 황화수소를 공급해도 된다.

[황화수소의 용도]

본 실시형태의 황화수소 제조장치를 사용한 제조 프로세스에 의해 얻어지는 황화수소는, 예를 들면, 리튬 등의 금속을 황화시키는 반응에 사용할 수 있다.

본 실시형태의 황화수소 제조장치를 사용한 제조 프로세스에 의해 얻어지는 황화수소를 사용하여 황화됨으로써 얻어진 황화물은, 예를 들면, 전지용 양극 활물질, 음극 활물질, 고체전해질 재료, 화학약품의 중간원료로서 바람직하게 사용할 수 있다.

이상, 본 발명의 실시형태에 대해서 기술하였으나, 이들은 본 발명의 예시로, 상기 이외의 다양한 구성을 채용하는 것도 가능하다.

실시예

(실시예 1)

실시예 1은 상기 실시형태 1－2의 실시예이다.

실시형태 1－2에 대응하는 도 1d에 나타내어진 황화수소 제조장치(21)를 제작하였다.

황화수소 제조장치의 제작에 사용한 각 부재는 아래와 같다.

·반응기(1－3)　 알루미늄으로 내벽이 칼로라이징 처리된 SUS316L제 반응관(안지름 133.8 ㎜, 높이 672 ㎜)

·수소 공급관(1－5)　 알루미늄으로 내벽이 칼로라이징 처리된 SUS316L제 파이프(지름 15 ㎜, 길이 750 ㎜)

·촉매 지지부재(1－6)　 알루미늄제 펀칭 메탈(지름 133 ㎜, 두께 0.5 ㎜, 구멍지름 0.5 ㎜, 구멍지름의 면적비 27.9%)

·단열부재(1－7)　 알루미늄제 펀칭 메탈(지름 133 ㎜, 두께 1.5 ㎜, 구멍지름 5 ㎜, 구멍지름의 면적비 32.1%) 1장과, 알루미늄제 펀칭 메탈(지름 133 ㎜, 두께 0.5 ㎜, 구멍지름 0.5 ㎜, 구멍지름의 면적비 27.9%) 1장을 8 ㎜ 간격으로 포갠 것

·전열부재(1－22)　 알루미늄제 판재(지름 133 ㎜, 두께 20 ㎜, 구멍지름 5 ㎜, 구멍지름의 면적비 8.3%)

반응기(1－3)에 황 520 g(미도시)을 충전하고, 황을 충전한 상부에 전열부재(1－22)를 배치하였다. 반응기(1－3) 하부의 황이 충전된 영역이 액체 황 충전부(1－2)이다.

전열부재(1－22)의 상부에 촉매 지지부재(1－6)를 배치하고, 촉매 지지부재(1－6) 상에 활성 알루미나(지름 1∼2 ㎜, 비표면적 270 ㎡／g) 1.1 ㎏(미도시)을 충전하였다. 활성 알루미나가 충전된 영역이 촉매 충전부(1－8)이다.

활성 알루미나를 충전한 상부에 단열부재(1－7)를 배치하였다.

반응기(1－3) 위쪽으로부터 온도 센서(1－15)를 관통시켜, 온도 센서(1－15)의 선단은 반응기(1－3) 저면에 도달하도록 하였다. 온도 센서(1－15)는 반응기(1－3)의 수평방향 중심부를 관통하도록 하였다. 또한, 반응기(1－3) 위쪽으로부터 수소 공급관(1－5)을 관통시켜, 수소 공급관(1－5)의 수소 공급구(1－500)는 액체 황 충전부(1－2)에 도달하도록 하였다.

이어서, 수소 공급관(1－5)으로부터 액체 황 충전부(1－2)에 수소 가스를 유량 1.0 L／min로 도입하였다.

이어서, 맨틀 히터(1－4)의 온도를 200℃, 재킷 히터(1－9)의 온도를 400℃로 하고, 액체 황 충전부(1－2)와 촉매 충전부(1－8)를 각각 가열하였다.

이로써, 액체 황 충전부(1－2)에 충전된 황이 액체 상태가 되고, 액체 상태가 된 황으로부터 황 증기가 발생하였다. 또한, 이로써, 촉매 충전부(1－8)에 충전된 활성 알루미나가 가열되었다. 수소 공급관(1－5)으로부터 공급된 수소 가스와, 발생한 황 증기로부터, 황화수소 가스가 발생하였다.

(참고예 1)

단열부재(1－7)와 전열부재(1－22)를 제외한 이외는 실시예 1과 동일하게 하여 황화수소 제조장치(1－31)를 제작하여, 황화수소 가스를 발생시켰다. 황화수소 제조장치(1－31)의 구성을 도 1e에 나타낸다.

실시예 1 및 참고예 1의 황화수소 제조장치에 있어서, 가열 개시로부터 150분 경과 후에 온도 센서(1－15)로 측정된 반응기(1－3)의 각 영역의 온도를 도 1f에 나타낸다.

도 1f에 의하면, 단열부재 및 전열부재를 구비하는 실시예 1의 황화수소 제조장치에서는, 촉매 충전부의 온도가 400℃를 초과해 있었다. 한편, 단열부재 및 전열부재를 구비하지 않는 참고예 1의 황화수소 제조장치에서는, 촉매 충전부의 온도가 실시예 1과 비교하여 낮아, 400℃를 밑돌고 있었다. 이 사실로부터, 실시형태 1－2의 황화수소 제조장치는, 촉매 충전부의 내부가 높은 온도로 유지되기 때문에, 황화수소를 한층 더 높은 효율로 안정적으로 생산할 수 있는 것으로 해석된다.

1－1　황화수소 제조장치

1－2　액체 황 충전부

1－3　반응기

1－4　맨틀 히터

1－5　수소 공급관

1－6　촉매 지지부재

1－7　단열부재

1－8　촉매 충전부

1－9　재킷 히터

1－10　황화수소 회수관

1－11　압력 조정밸브

1－12　황화수소 검출기

1－13　수소 공급 조절밸브

1－14　황화수소 회수 조절밸브

1－15　온도 센서

1－21　황화수소 제조장치

1－22　전열부재

1－31　황화수소 제조장치

1－51　연통공

1－161　연통공

1－162　수소 공급관용 관통공

1－163　온도 센서용 관통공

1－171　연통공

1－172　수소 공급관용 관통공

1－173　온도 센서용 관통공

1－500　수소 공급구

2－1　황화수소 제조장치

2－2　액체 황 충전부

2－3　반응기

2－4　맨틀 히터

2－5　수소 공급관

2－6　촉매 지지부재

2－7　단열부재

2－8　촉매 충전부

2－9　재킷 히터

2－10　황화수소 회수관

2－11　압력 조정밸브

2－12　황화수소 검출기

2－13　수소 공급 조절밸브

2－14　황화수소 회수 조절밸브

2－15　온도 센서

2－21　황화수소 제조장치

2－22　전열부재

2－161　연통공

2－162　수소 공급관용 관통공

2－163　온도 센서용 관통공

2－171　연통공

2－172　수소 공급관용 관통공

2－173　온도 센서용 관통공

2－500　수소 공급구

3－1　황화수소 제조장치

3－2　액체 황 충전부

3－3　반응기

3－4　맨틀 히터

3－5　수소 공급관

3－6　촉매 지지부재

3－7 액체 황 공급관

3－8　촉매 충전부

3－9　재킷 히터

3－10　황화수소 회수관

3－11　압력 조정밸브

3－12　황화수소 검출기

3－13　수소 공급 조절밸브

3－14　황화수소 회수 조절밸브

3－15　온도 센서

3－16　황 수용용기 가열수단

3－17　황 수용용기

3－18　역류방지 가스 공급부재

3－19　액체 황 공급 조정밸브

3－21　황화수소 제조장치

3－22　전열부재

3－161　연통공

3－162　수소 공급관용 관통공

3－163　온도 센서용 관통공

3－500　수소 공급구

이 출원은 2021년 5월 31일에 출원된 일본국 특허출원 제2021－091943호, 특허출원 제2021－091944호, 및 특허출원 제2021－091945호를 기초로 하는 우선권을 주장하고, 그 개시 전부를 여기에 포함시킨다.

전술한 본 발명의 실시형태에 관하여, 본 발명은 또한 아래의 황화수소 제조장치 및 황화수소의 제조방법을 개시한다.

[A1]

내부에 액체 황 충전부를 갖는 반응기,

액체 황을 가열하여 황 증기를 생성시키는 제1 가열수단, 및

상기 반응기에 접속된 수소 공급부재

를 구비하고,

상기 반응기의 내부에는, 상기 액체 황 충전부의 위쪽에 설치된 촉매 지지부재와, 상기 촉매 지지부재의 위쪽에 설치된 단열부재를 구비하며,

상기 촉매 지지부재, 상기 단열부재 및 상기 반응기의 내벽으로 형성되는 공간을 가열하는 제2 가열수단을 추가로 구비하고,

[A2]

상기 [A1]에 기재된 황화수소 제조장치로서,

[A3]

상기 [A1] 또는 [A2]에 기재된 황화수소 제조장치로서,

[A4]

상기 [A1] 내지 [A3] 중 어느 하나에 기재된 황화수소 제조장치로서,

[A5]

상기 [A1] 내지 [A4] 중 어느 하나에 기재된 황화수소 제조장치를 사용하여 황 증기와 수소 가스를 반응시키는 것을 특징으로 하는 황화수소의 제조방법.

[B1]

내부에 액체 황 충전부를 갖는 반응기,

액체 황을 가열하여 황 증기를 생성시키는 제1 가열수단, 및

상기 반응기에 접속된 수소 공급부재

를 구비하고,

상기 반응기의 내부에는, 상기 액체 황 충전부의 위쪽에 설치된 촉매 지지부재와, 상기 촉매 지지부재와 상기 액체 황 충전부 사이에 설치된 단열부재를 구비하며,

상기 촉매 지지부재 및 상기 촉매 지지부재의 상부의 공간을 가열하는 제2 가열수단을 추가로 구비하고,

황화수소 제조장치.

[B2]

상기 [B1]에 기재된 황화수소 제조장치로서,

[B3]

상기 [B1] 또는 [B2]에 기재된 황화수소 제조장치로서,

[B4]

상기 [B1] 내지 [B3] 중 어느 하나에 기재된 황화수소 제조장치로서,

[B5]

상기 [B1] 내지 [B4] 중 어느 하나에 기재된 황화수소 제조장치에 있어서, 황 증기와 수소 가스를 반응시키는 것을 특징으로 하는 황화수소의 제조방법.

[C1]

내부에 액체 황 충전부를 갖는 반응기,

액체 황을 가열하여 황 증기를 생성시키는 제1 가열수단,

상기 반응기에 접속된 수소 공급부재, 및

상기 액체 황 충전부에 접속된 액체 황 공급부재

를 구비하고,

상기 반응기의 내부에는, 상기 액체 황 충전부의 위쪽에 설치된 촉매 지지부재를 구비하며,

황화수소 제조장치.

[C2]

상기 [C1]에 기재된 황화수소 제조장치로서,

[C3]

상기 [C2]에 기재된 황화수소 제조장치로서,

[C4]

상기 [C1] 내지 [C3] 중 어느 하나에 기재된 황화수소 제조장치로서,

[C5]

상기 [C1] 내지 [C4] 중 어느 하나에 기재된 황화수소 제조장치로서,

[C6]

상기 [C1] 내지 [C5] 중 어느 하나에 기재된 황화수소 제조장치를 사용하여 황 증기와 수소 가스를 반응시키는 것을 특징으로 하는 황화수소의 제조방법.

Claims

황 증기와 수소 가스를 반응시켜서 황화수소를 제조하는 황화수소 제조장치로서,
내부에 액체 황 충전부를 갖는 반응기,
액체 황을 가열하여 황 증기를 생성시키는 제1 가열수단, 및
상기 반응기에 접속된 수소 공급부재
를 구비하는, 황화수소 제조장치.
제1항에 기재된 황화수소 제조장치로서,
상기 반응기의 내부에는, 상기 액체 황 충전부의 위쪽에 설치된 촉매 지지부재와, 상기 촉매 지지부재의 위쪽에 설치된 단열부재를 구비하고,
상기 촉매 지지부재, 상기 단열부재 및 상기 반응기의 내벽으로 형성되는 공간을 가열하는 제2 가열수단을 추가로 구비하며,
상기 단열부재의 일부 또는 상기 단열부재의 주위에 있어서, 상기 단열부재의 상부공간과 하부공간이 연통되어 있는, 황화수소 제조장치.
제2항에 기재된 황화수소 제조장치로서,
상기 단열부재는 연통공이 설치된 금속 기판 내지 세라믹스 기판인, 황화수소 제조장치.
제2항 또는 제3항에 기재된 황화수소 제조장치로서,
상기 촉매 지지부재의 하면에 접하여 또는 근접하여 배치된 전열부재를 추가로 구비하는, 황화수소 제조장치.
제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 황화수소 제조장치로서,
당해 장치 내표면이 내황 처리되어 있는, 황화수소 제조장치.
제1항에 기재된 황화수소 제조장치로서,
상기 반응기의 내부에는, 상기 액체 황 충전부의 위쪽에 설치된 촉매 지지부재와, 상기 촉매 지지부재와 상기 액체 황 충전부 사이에 설치된 단열부재를 구비하고,
상기 촉매 지지부재 및 상기 촉매 지지부재의 상부의 공간을 가열하는 제2 가열수단을 추가로 구비하며,
상기 단열부재의 일부 또는 상기 단열부재의 주위에 있어서, 상기 단열부재의 상부공간과 하부공간이 연통되어 있는,
황화수소 제조장치.
제6항에 기재된 황화수소 제조장치로서,
상기 단열부재는 연통공이 설치된 금속 기판 내지 세라믹스 기판인, 황화수소 제조장치.
제6항 또는 제7항에 기재된 황화수소 제조장치로서,
상기 촉매 지지부재의 하면에 접하여 또는 근접하여 배치된 전열부재를 추가로 구비하는, 황화수소 제조장치.
제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 황화수소 제조장치로서,
당해 장치 내표면이 내황 처리되어 있는, 황화수소 제조장치.
제1항에 기재된 황화수소 제조장치로서,
상기 액체 황 충전부에 접속된 액체 황 공급부재를 추가로 구비하고,
상기 반응기의 내부에는, 상기 액체 황 충전부의 위쪽에 설치된 촉매 지지부재를 구비하며,
상기 촉매 지지부재 및 상기 반응기의 내벽으로 형성되는 공간을 가열하는 제2 가열수단을 추가로 구비하는,
황화수소 제조장치.
제10항에 기재된 황화수소 제조장치로서,
황 수용용기와, 당해 황 수용용기를 가열하는 황 수용용기 가열수단을 구비하고,
상기 황 수용용기와 상기 액체 황 충전부는 상기 액체 황 공급부재에 의해 접속되어 있는, 황화수소 제조장치.
제10항 또는 제11항에 기재된 황화수소 제조장치로서,
상기 액체 황 공급부재는 황화수소 가스의 역류를 방지하는 역류방지 가스 공급부재를 구비하는, 황화수소 제조장치.
제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 기재된 황화수소 제조장치로서,
상기 촉매 지지부재의 하면에 접하여 또는 근접하여 배치된 전열부재를 추가로 구비하는, 황화수소 제조장치.
제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 기재된 황화수소 제조장치로서,
당해 장치 내표면이 내황 처리되어 있는, 황화수소 제조장치.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 기재된 황화수소 제조장치를 사용하여 황 증기와 수소 가스를 반응시키는 것을 특징으로 하는 황화수소의 제조방법.