JPH10202059A - 気体状基質の脱硫方法 - Google Patents

気体状基質の脱硫方法

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JPH10202059A
JPH10202059A JP9359254A JP35925497A JPH10202059A JP H10202059 A JPH10202059 A JP H10202059A JP 9359254 A JP9359254 A JP 9359254A JP 35925497 A JP35925497 A JP 35925497A JP H10202059 A JPH10202059 A JP H10202059A
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reactors
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Peter Schoubye
ペーター・シヨウビイ
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 O2、SO2 、SO3 、H2SO4 、H2S 、CS2 、COS
および/または有機硫黄含有成分を含有する気体状基質
を脱硫する方法であって、可燃性成分をH2O 、CO 2 およ
びSO2 に接触的に酸化し、SO2 をさらにSO3 に接触的に
酸化し、基質中に存在するガス中のSO3 と少なくとも当
量のH2O によってSO3 をさらに水和しそして硫酸として
凝縮し、その際工程を直列に接続された少なくとも2つ
の反応器で実施し、それぞれの反応器には酸化触媒の層
の下に不活性材料の層が負荷されている上記方法を提供
する。 【解決手段】 工程が、約1〜40分の時間の後に反応器
内のガス流の方向を逆転し、そして酸化触媒の層の温度
を300 〜500 ℃の範囲に保持し、その際反応器を流出す
るガス流の温度が供給ガスに含有される硫黄の酸化の後
のガスのH2SO4 露点よりも少なくとも50℃低く、そして
凝縮された硫酸を各反応器の底部から取り出す段階から
なる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、気体状基質(gaseo
us substrate) の脱硫方法に関する。
【0002】
【従来の技術】気相反応を実施する際に、反応後の熱流
出ガスを用いた再生式熱交換により反応ガス混合物を反
応温度に加熱することは公知である。気相反応を再生式
熱交換と組み合わせることは、特に導入ガスを反応温度
に加熱するために必要な温度上昇の約25%よりも小さな
反応に起因する断熱温度上昇を伴う工程において、回収
式熱交換、例えばシェルアンドチューブ熱交換器の使用
と比較して有利である。これは、熱交換効率が75%より
も高い場合には、通常再生式熱交換器が回収式熱交換器
よりも安価であることにある。
【0003】98%までの熱効率は、通常再生式熱交換に
おいて達成されるが、回収式熱交換では実際には達成で
きない。デンマーク特許出願第0375/77 および"Catalyt
ic Processes under Unsteady State Conditions", Els
evier, Amsterdam/New York,1989 でYu. Sh. Matros
は、再生式熱交換を、反応、例えばSO2 またはオフガス
中の可燃性成分の接触酸化と組み合わせて使用する例を
開示しており、その際酸化反応による断熱温度上昇は数
℃から100 〜200 ℃である。SO2 がSO3 に酸化される公
知の適用範囲では、再生式熱交換器内での硫酸の凝縮を
避けるために、工程ガスはH2O およびH2SO4-蒸気を取り
除かれる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、H2O
含有ガス中のSO2 のSO3 への酸化と組み合わせて再生式
熱交換を使用することによってガスを脱硫する公知の方
法を改善することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】従って、本発明は、O2
SO2 、SO3 、H2SO4 、H2S 、CS2 、COS および/または
有機硫黄含有成分を含有する気体状基質を脱硫する方法
であって、可燃性成分がH2O 、CO2 およびSO2 に接触的
に酸化され、SO2 をさらにSO3 に接触的に酸化し、基質
中に存在するガス中のSO3 と少なくとも当量のH2O によ
ってSO3 を水和しそして硫酸として凝縮し、その際工程
を直列に接続された少なくとも2つの反応器で実施し、
それぞれの反応器には酸化触媒の層の下に不活性材料の
層が負荷されている上記方法において、工程が、約1〜
40分後に反応器内のガス流の方向を逆転し、そして酸化
触媒の層の温度を300 〜500 ℃の範囲に保持し、その際
反応器を流出するガス流の温度が供給ガスに含有される
硫黄の酸化の後のガスのH2SO4 露点よりも少なくとも50
℃低く、そして凝縮された硫酸を各反応器の底部から取
り出すという段階からなる上記方法に関する。
【0006】水は、H2O 蒸気として導入ガス中に存在し
てもよく、その他の可燃物の酸化の際に生じてもよく、
また工程においてスチームまたは水スプレーとして添加
されてもよい。これによって、H2O は工程において生じ
るSO3 の量に対して少なくとも当量の量で存在する。こ
の工程で処理されるガスは、蒸気またはエーロゾルとし
て存在するSO2 、SO3 、H2SO4 、硫黄、H2S 、COS およ
びSC2 を含有する有機成分を含有する有機可燃性成分を
含有していてもよく、これらは約400 ℃で接触的に酸化
される。
【0007】上記方法において処理されるガスは、触媒
層を流出するガスの硫酸露点よりも少なくとも50℃低い
温度で再生式熱交換床に導入され、それによって全ての
生成したSO3 がH2SO4 蒸気に水和され、そのほとんどは
熱交換床の底部に凝縮される。ここで、SO3 の水和およ
び硫酸の凝縮の熱量は、低温の導入ガスを必要な反応温
度に加熱するために再生式熱交換に利用される。さら
に、ガス中に含まれる実質的に全てのH2SO4 が回収さ
れ、そして100 ℃未満の温度に流出ガスを冷却し、そし
て凝縮の際の硫酸エーロゾルの生成を抑制するために凝
縮の不均一な核形成制御のために粒子を添加することに
よって熱交換床から取り出される。
【0008】熱交換床は、耐酸性材料からなる。サイク
ル間の加熱の際に材料に付着した酸を再沸騰する熱交換
床の帯域に使用される熱交換材料は、酸の再沸騰が熱効
率を低下させるので、開口気孔率が低いかまったくな
く、または表面処理されている。本発明のその他の特徴
および利点は、図面を参考にした以下の説明から明らか
となる。
【0009】
【実施例】図1は、本発明の好ましい態様に従った一段
階吸収硫酸プラントを示す図面である。図1は、一段階
吸収硫酸プラントの吸収器からのオフガスの脱硫のため
の本発明の特定の態様による簡略化したフローダイヤグ
ラムを示している。このオフガスは、N2、O2、CO2 およ
び通常0.1 〜0.3 %SO2 、0 〜10ppm SO3 および2 〜10
0ppmH2SO4 をエーロゾルとして含有している。これはH2
O を含有していない。このガスは、図1に示されている
2つの直列に接続された反応器3aおよび3bで処理され
る。それぞれの反応器は、その底部においてオンオフバ
ルブ2aおよび2bを備えた入口導管1およびオンオフバル
ブ9aおよび9bを備えた出口導管11と接続されている。
【0010】スチームまたは水スプレーの形態のH2O
は、導管1または2つの反応器を頂部で接続する導管10
のどちらかでガスに添加される。ガスに添加されるH2O
の量は、H2O とSO2 +SO3 のモル比が少なくとも1.00
(すなわちH2O が過剰でない)となるか、またはSO3
H2SO4 への全体の転化の後にH2O が2%までとなるよう
な量に等しい。
【0011】反応器を流れるガス流の方向は、交互にバ
ルブ2aおよび9bを開放し、かつバルブ2bおよび9aを閉止
すること、およびバルブ2aおよび9bを閉止し、かつバル
ブ2bおよび9aを開放することによって、5〜15分毎に逆
転される。それぞれの反応器には、20〜30mmのボール、
サドルまたはラシヒリングの形態の耐酸性セラミック体
の1〜2mの層4aおよび4bの上部に20mmのリングの形態
の通常の硫酸触媒の0.5 〜1mの層5aおよび5bが負荷さ
れる。反応器中のガスのマスベロシティーは、1時間当
たり1m2当たり約2000〜3000Nm3 ガスである。触媒層の
温度は、ガス加熱器6によって350 〜450 ℃に調節され
る。ガス冷却器7およびパージライン14は、本発明によ
る態様では使用されない。
【0012】オフガスを用いた操作では、2つの反応器
のそれぞれの温度分布は、バルブの位置の変化の間のそ
れぞれのt分の時間の際の2つの位置の間で動揺するだ
ろう。バルブのシフト間の時間の際の温度分布の移動の
距離zは、ほぼz=t*G*cp/(W*cw) (式中、W は、セラミ
ック体のかさ重量(bulk weight) であり、cwおよびcp
は、セラミックおよびガスの熱容量であり、そしてG
は、反応器内のガスのマスベロシティーである)であ
る。
【0013】以下の反応がそれぞれの反応器内で行われ
る:触媒帯域でのSO2 の接触酸化、SO2 +1/2O2 =S
O3 ;温度が150 〜350 ℃の範囲であるセラミック帯域
でのSO3 のH2SO4 蒸気への気相水和;温度が気相の硫酸
露点よりも低いセラミック体の帯域でのH2O とのH2SO4
の凝縮。
【0014】H2SO4 蒸気をほとんど完全に凝縮するため
に、セラミック体を備えた層の底部でのガスの出口温度
は、凝縮された酸と平衡であるH2SO4 蒸気圧が与えられ
た限界、例えば2*10-6atm よりも下になる温度よりも低
くなければならない。気相中の1〜2%過剰なH2O で
は、pH2SO4は、90〜100 ℃を下回る出口温度およびガス
中の1〜2%H2O で≦2*10-6atm である。凝縮された酸
の濃度は、約70%H2SO4である。
【0015】いくらかの硫酸は、気相中で酸エーロゾル
として凝縮する。このエーロゾルは、エーロゾルフィル
ター21で取り除くことができる。エーロゾルの量は、ガ
ス中の1000モルppm のSOx 当たり1011〜1012の固体粒子
/Nm3を導管10内の工程ガスに添加することによって抑制
される。この粒子は、導管10で工程に混入される少量の
空気内でシリコン油を酸化することによって製造され
る。
【0016】本発明に従ったビスコースの製造からのH2
S およびCS2 を含有するオフガスの脱硫では、H2S およ
びCS2 を含有するオフガスが、H2S およびCS2 のH2SO4
蒸気への反応を通して120 ℃までの断熱温度上昇をもた
らす。このガスは、図1に示される工程で処理される
が、上記の態様とは以下の点で異なる: (1)触媒帯域は、耐酸性体の層および硫酸触媒の層の
間に配置されたハルドール・トプサー社から市販されて
いる硫酸耐性燃焼触媒の層からなる。 (2)通常過剰のH2O が存在するので、H2O を添加する
必要はない。 (3)ガス中のH2S およびCS2 の反応熱が60〜80℃を超
える場合には、ガスの出口温度は、2つの反応器を接続
する導管10から導管14を通して15%までの工程ガスをパ
ージすることによって100 ℃より下に保持される。
【0017】本発明を特定の態様に関して説明したが、
多数のその他の態様および変法およびその他の用途が当
業者には明らかである。従って、本発明は、ここに記載
された特定の態様ではなく、特許請求の範囲によって限
定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明によるプロセス概略図を示す図
面である。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 O2、SO2 、SO3 、H2SO4 、H2S 、CS2
    COS および/または有機硫黄含有成分を含有する気体状
    基質を脱硫する方法であって、可燃性成分をH2O 、CO2
    およびSO2 に接触的に酸化し、SO2 をさらにSO3 に接触
    的に酸化し、基質中に存在するガス中のSO3 と少なくと
    も当量のH2O によってSO3 をさらに水和しそして硫酸と
    して凝縮し、その際工程を直列に接続された少なくとも
    2つの反応器で実施し、それぞれの反応器には酸化触媒
    の層の下に不活性材料の層が負荷されている上記方法に
    おいて、工程が、約1〜40分の時間の後に反応器内のガ
    ス流の方向を逆転し、そして酸化触媒の層の温度を300
    〜500 ℃の範囲に保持し、その際反応器を流出するガス
    流の温度が供給ガスに含有される硫黄の酸化の後のガス
    のH2SO4 露点よりも少なくとも50℃低く、そして凝縮さ
    れた硫酸を各反応器の底部から取り出すという段階から
    なる上記方法。
  2. 【請求項2】 酸化触媒の層の温度を保持する段階が、
    ガス流を加熱する段階、ガスを冷却する段階および20%
    までのガスをパージする段階の少なくとも1つのさらな
    る段階からなる、請求項1に記載の方法。
  3. 【請求項3】 2つの反応器のそれぞれにおけるガスの
    質量速度が、反応器断面積のm2当たり1000〜10000Nm3/h
    である請求項1に記載の方法。
  4. 【請求項4】 2つの反応器のそれぞれの不活性層が、
    容量と表面の比が1.5 〜15mmである耐酸性セラミック体
    の0.5 〜5mの高さの層である請求項1に記載の方法。
  5. 【請求項5】 2つの反応器のそれぞれの不活性材料の
    層が、直径3〜20mmの平行した垂直の通路を有するモノ
    リス型の耐酸性材料の床である請求項1に記載の方法。
  6. 【請求項6】 硫酸触媒が、シリカ担体材料に担持さ
    れ、そしてアルカリ金属で促進された酸化バナジウムで
    ある請求項1に記載の方法。
  7. 【請求項7】 アルカリ金属が、カリウム、ナトリウム
    およびセシウムからなる群から選択される請求項1に記
    載の方法。
  8. 【請求項8】 不活性床でのガスの冷却によるH2SO4
    気の凝縮における硫酸エーロゾルの形成が、ガス中の10
    00ppm のSO3 当たり1Nm3当たり約1010〜1012の粒子の濃
    度でガス流に多数の粒子を添加することによって抑制さ
    れる請求項1に記載の方法。
  9. 【請求項9】 ガス流に添加される粒子が、ガスに混入
    される空気流中でのシリコン油の熱的な燃焼により製造
    される請求項8に記載の方法。
  10. 【請求項10】 反応器内の接触床の温度を、熱ガス流
    の画分をパージし、パージされたガスを約400 ℃に冷却
    し、接触反応器内で残余のSO2 をSO3 に変換し、次いで
    ガスをさらに220 〜290 ℃に冷却し、そして最後にガス
    を主ガス流と混合する前に硫酸凝縮器で約100 ℃に冷却
    することによって制御する請求項1に記載の方法。
JP9359254A 1997-01-06 1997-12-26 気体状基質の脱硫方法 Pending JPH10202059A (ja)

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