JPH11246206A - 硫黄の高圧回収方法 - Google Patents
硫黄の高圧回収方法Info
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Abstract
硫黄の分離に際して起こる泡立ちや閉塞の問題を解決し
硫黄の回収を容易にする脱硫方法およびその装置を提供
する。 【解決手段】 キレート剤によりキレート化された酸化
状態の多価金属を含む触媒性水性溶液と硫化水素含有ガ
スとを反応器の中で高圧において接触させ、硫化水素を
元素状硫黄に酸化し、その際還元状態となったキレート
化された多価金属を含む触媒性溶液を取り出して高圧に
おいて元素状硫黄を分離回収し、1部を減圧してガス成
分を分離し、空気等の酸化剤で酸化状態へ再酸化し、こ
れを再び反応器へ戻して連続的脱硫を行なう。
Description
素(H2S)が含まれている酸性ガスを脱硫する方法にお
いてその硫黄の回収段階を高圧のもとに実施する方法に
関する。
H2Sの含まれているガスを脱硫するための酸化還元過
程において生じた元素状硫黄を回収するのに適用され
る。少なくとも1つのキレート剤によってキレートされ
た少なくとも1つの多価金属を含む触媒性溶液(catalyt
ic solution)がこの方法において、硫化水素を元素状硫
黄に酸化し、そして同時にその多価金属を高い酸化水準
から低い酸化水準へ還元するために、適当な条件のもと
で使用される。
および少なくとも部分的に還元されて元素状硫黄を懸濁
した固体の形で含んでいる触媒性水性溶液(catalytic a
queous solution)とが得られる。この溶液は次に硫黄を
分離してその溶液を回収するために処理しなければなら
ない。
そして生じた元素状硫黄の回収を許容する多くの酸化還
元方法および装置が記載されている。
圧において空気と接触させて硫黄をフローテーションや
デカンテーションにより回収することはよく知られてい
る。その脱硫されるべきガスが高圧のもとにあるとき
は、その硫黄の含まれた溶液を空気中で再酸化できるよ
うに、これを減圧させる予備段階が必要である。この減
圧はその溶液の脱ガスをもたらすが、これは一般に発泡
および閉塞の問題を引き起こす。
な発泡およびそれに伴う閉塞の問題を防止し、そして再
生された触媒性溶液の再圧縮に必要なエネルギー消費量
を最少化できる利点を有する新規な硫黄回収技術を提供
しようとするものである。以下、「高圧」は圧力が少なく
とも1MPa以上であることを表わし、また「低圧」は圧
力が大気圧に近いことを表わす。
まれる供給ガスを脱硫する方法に関する。この方法は、
下記の各段階、すなわち、(a) この供給ガスを、少な
くとも1つのキレート剤によりキレート化された少なく
とも1つの多価金属を含む触媒性水性溶液と、硫化水素
の元素状硫黄への酸化および付随するその多価金属の高
い酸化水準から低い酸化水準への還元のもとに接触さ
せ、そして実質的に硫化水素を含まない流出ガス、およ
びその少なくとも還元されて元素状硫黄の含まれた触媒
性水性相(catalytic aqueous phase)とを回収し、(b)
元素状硫黄を上記還元された触媒性水性相から濾過分
離した後、この少なくとも1部の硫黄が除かれた還元さ
れた触媒性水性相を次の段階、すなわち、(c) 脱ガス
および/または減圧段階へ送り、(d) 上記段階(c)か
らの還元されて脱ガスされた触媒性水性相を酸化剤と接
触させて再生し、そしてその再生された触媒性水性相を
回収し、そして、(e) 再生された触媒性水性溶液の少
なくとも1部を段階(a)に再循環させる、各段階を含む
ことを特徴とする。
除かれた還元された水性溶液は減圧段階(c)へ送られる
に先立って、これを主フラクションF1と副フラクショ
ンF2とに分け、そして主フランションF1は減圧されず
に吸収段階(a)に再循環される。その還元された水性溶
液(aqueous solution)の電位を、例えばその分離に先立
って測定し、そしてフラクションF1とフラクションF2
との比率を、3価鉄イオンの2価鉄イオンに対する比が
実質的に20となるように決定する。
の範囲、好ましくは1ないし10MPaの範囲の圧力に
おいて実施することができる。空気を再生段階のための
酸化剤として使用することができる。
カリウムの硫酸塩、硝酸塩、チオ硫酸塩、塩酸塩、酢酸
塩、蓚酸塩、燐酸塩のような、第1鉄または第2鉄の水
溶性塩から、或いは第2鉄およびカリウムの硫酸塩か
ら、蓚酸鉄(III)アンモニウムから、蓚酸鉄(III)カリウ
ム等から作られたキレート化された鉄の触媒性溶液であ
ることができる。
々の有機化合物、例えばアセチルアセトン、クエン酸、
サリチル酸、スルホサリチル酸、チロン(すなわちカテ
コールジスルホン酸)、ジメルカプト-2-3-プロパノー
ルおよび各種アミノ酸、例えばEDTA(エチレンジア
ミンテトラ酢酸)、HEDTA(ヒドロキシ-2-エチレン
ジアミントリ酢酸)、NTA(ニトリロトリ酢酸)、DC
TA(ジアミノ-1-2-シクロヘキサンテトラ酢酸)、D
PTA(ジエチレントリアミンペンタ酢酸)およびIDA
(イミノジ酢酸)等、のようなキレート剤を単独で、また
は混合物として使用することができる。
収段階をその処理されるべきガスと触媒性溶液との単一
の室の中での並流的循環によって実施し、そしてそのス
クラブされたガスを硫黄分離段階に先立ってその還元さ
れた溶液から分離する。
理されるべきガスと触媒性溶液との単一の室の中での同
時的循環によって実施し、そしてそのスクラブされたガ
スを硫黄分離段階の後でその還元された溶液から分離す
る。この方法は、例えば天然ガスの脱硫に適用される。
よび進歩性は、以下に添付の図面の参照のもとに記述さ
れる諸実施例より明らかにされる。
に、以下にいくつかの実施例をあげて、少なくとも1つ
のキレート剤によりキレート化された少なくとも1つの
多価金属の含まれた触媒性溶液を用いて硫化水素の元素
状硫黄への酸化と、およびその多価金属の高い酸化水準
から低い酸化水準への同時的な還元とを行なわせる脱硫
方法について記述する。
素の除かれた流出ガスと、その元素状硫黄の含まれた少
なくとも還元された触媒性水性溶液とが回収される。こ
の脱硫方法は下記のような2つの酸化還元段階を含むこ
とができ、第1段 階においてその処理されるべきガス
の中に存在するH2Sが下記の反応式(I) H2S+2Fe3+(キレート)→S+2H++2Fe2+(キレート) (I) に従ってキレート化された第2鉄イオンと反応し、そし
て第2段階(再生段階)において、得られた第2鉄イオン
が下記の反応式(II) 2Fe2+(キレート)+2H++(1/2)(O2+4N2)→ →2Fe3+(キレート)+H2O+2N2 (II) に従って空気により再酸化される。
スを第2鉄と、場合により第1鉄との溶液(触媒性溶液)
を用いてスクラビングすることにより行なわれ、その際
その第2鉄および第1鉄のイオンは、例えば多カルボキ
シルアミノ酸のような適当なキレート剤によって錯化合
物化されている。
ることができる。すなわちアセチルアセトン、クエン
酸、サリチル酸、スルホサリチル酸、チロン(すなわち
カテコールジスルホン酸)、ジメルカプト-2-3-プロパ
ノールおよび各種アミノ酸、例えばEDTA(エチレン
ジアミンテトラ酢酸)、HEDTA(ヒドロキシ-2-エチ
レンジアミントリ酢酸)、NTA(ニトリロトリ酢酸)、
DCTA(ジアミノ-1-2-シクロヘキサンテトラ酢
酸)、DPTA(ジエチレントリアミンペンタ酢酸)およ
びIDA(イミノジ酢酸)等である。これらの酸は単独
で、または一緒に混合して使用することができる。
に示した装置は、その処理されるべきガスを触媒性溶液
と接触させ、それにより反応式(I)に従う酸化還元を行
なわせるための接触室1、生じた元素状硫黄を分離する
ための装置(フィルター)2、フラッシュ帯域3およびそ
の触媒性溶液の再生のための再生室4を含む。
の処理されるべきガスを供給するためのライン10、触
媒性溶液を供給することを許容するライン11、含まれ
ていた硫化水素の少なくとも大部分が除かれたガスを排
出させるためのライン12および還元された触媒性溶液
と酸化還元反応(I)において生じた元素状硫黄とを含む
溶液の排出のためのライン13が設けられている。
いるが、この装置は高圧分離に適したフィルタよりなる
ことができる。この分離装置は標準的な操作条件におい
て、後で述べる減圧装置の前に配置されている。フィル
タ2の出口のところでその分離された元素状硫黄はライ
ン14を通して排出されるが、一方、大部分の元素状硫
黄の除去されたその還元された溶液はライン15を通し
て、例えば弁である減圧装置16へ送られる。この減圧
は、その還元された溶液の中に高圧のもとに溶解してい
たガス、および存在し得る硫黄含有有機化合物がガスと
して除かれることをもたらす。
により生じたガスとの混合物はフラッシュドラム3の中
へ送り込まれる。脱ガスにおいて生じた、主として軽質
炭化水素類およびCO2よりなるガスは、ライン17を
通してこのフラッシュドラム3の頂部から回収され、そ
してその還元されて脱ガスされた触媒性溶液はこのドラ
ム3の底部からライン18を通して回収される。
は、酸化反応器のような再生室4へ送られるが、これに
は空気のような酸化剤を供給するためのライン19と、
反応しなかった過剰の空気を排出させるためのライン2
0と、および再生された触媒性溶液の排出を許容するラ
イン21とが設けられている。この再生された触媒性溶
液はその後でポンプ22へ送られ、そしてライン11を
通して接触室1へ再循環させることができる。
分離は、従来の、低圧で行なわれる硫黄回収の間の発泡
やこの方法を実施するのに用いる装置の閉塞に伴う問題
を除くことを有利に許容する。
911号に記述されているような高圧濾過器を用いて実
施することができる。硫黄分離に適した装置は、例えば
元素状硫黄の粒子がその上に沈着するフィルタカートリ
ッジを含む。これは、例えば交互に操作される幾つかの
濾過ユニットを含むことができる。
またはガス(乾式剥離)の向流を用いてカートリッジから
剥離させることにより回収される。この剥離操作の間は
その対応する濾過ユニットはフィルタとして操作され
ず、そしてその溶液は別の濾過ユニットで濾過される。
硫黄はケーキ状でまたは濃厚溶液の形で回収される。
ましくは1〜10MPaの範囲の圧力において操作され
るように選ばれる。
その進歩性がよりよく理解されることを目指したもので
ある。
容量ppmのH2S、および30容量ppmのCH3HSを含む
ガスをライン10からアブソーバ1へ供給する。アブソ
ーバ1の中でこれは、鉄を0.05mole/lの濃度で、そ
して錯塩形成剤として用いられるニトリロトリ酢酸を
0.11mole/lの濃度で含む水性触媒性溶液と接触す
る。このガスは10000Nm3/hrのオーダーの流量で
導入され、そしてその水性触媒性溶液は約90m3/hrの
流量で導入される。
で、10容量ppmのH2Sと15容量ppmのCH3SHとを
含むスクラブされたガスがライン12から回収され、ま
た約0.8g/lの濃度で元素状硫黄を含む還元された水性
触媒性溶液が回収される。アブソーバ1の中の圧力は
0.1〜20MPaの範囲の圧力であることができ、そ
してこれは好ましくは3〜12MPaの範囲内である。
温度は、例えば10〜40℃の範囲であり、そしてこれ
は好ましくは実質的に外気温度に等しい。
力においてフィルタ2の中でその還元された水性溶液か
ら分離され、その際その回収される硫黄の量は約70kg
/hrである。フィルタ2の出口においてその還元された
水性溶液は約7.6MPaの圧力のもとにあり、そして
減圧弁16を通して減圧された後で大気圧に実質的に近
い圧力になる。
フラッシュ段階へ送られ、ここで溶解しているガス、す
なわち主として軽質炭化水素類、CO2、硫黄含有有機
化合物が除去されるが、これらはライン17を通して排
出される。ライン17を通して回収されたガスは42%
のメタン、3%の水、300容量ppmのCH3SH、およ
び55%のCO2を含む。
還元された水性溶液は、大気圧および外気温度に近い温
度において実施される再生段階へ送り込まれる。従って
ライン19を通して空気が、酸素について還元された触
媒性溶液の第1鉄イオンを第2鉄イオンに酸化すること
を許容するのに充分な量で導入される。
て再生された触媒性溶液を生ずるように再酸化される。
次にこの再生された触媒性溶液はポンプ22へ送られ、
ここでその溶液の圧力が大気圧から8MPaの圧力まで
高められてアブソーバ1へ再循環される。空気は300
0Nm3/hrの流量で導入される。
圧縮する段階において消費されるエネルギーが減少され
ると言う利点を有するこの方法の有利な変形態様を示
す。これは特に、その触媒性溶液が反応式(I)に従う酸
化段階の後で僅かしか還元されない場合によく適してい
る。これは中でも、その触媒性溶液の中に存在している
第2鉄イオンの流量の、硫化水素の流量に対する比が高
くて、少なくとも10以上である場合に適用される。
態様はその硫黄が除かれて還元された、分離装置2から
やって来る触媒性溶液が主フラクションF1と副フラク
ションF2とにフラクション分離されることを許容する
分離装置25を含む。主フラクションF1はライン26
およびポンプ27を介して、減圧弁16を通って減圧さ
れることなくアブソーバ1の入口へ送られる。このフラ
クションはライン11を通って流入する再生された触媒
性溶液と混合される。副フラクションF2はライン15
を通って流れ、これは減圧弁16を通って減圧されて再
生段階へ送られる。
た触媒溶液の電位を測定し、そしてフラクションF1と
F2との比率を減圧弁16の操作によって制御すること
を許容する手段が配置されていてもよい。このような方
式は、再生された触媒性溶液の全部が減圧されるのを避
け、そしてそのようにして、再循環ポンプ22(図1)に
与えられる必要な再圧縮エネルギーが減少されることを
許容する。
容量ppmのH2S、および10ppmのCH3SHを含むガス
をライン10から5000Nm3/hrの流量でアブソーバ
へ供給する。これを0.25mole/lの濃度の鉄および0.
5mole/lの濃度のNTAを含む水性触媒性溶液と接触さ
せるが、その際この溶液の流量は15m3/hrである。
および5ppmのCH3SHを含むスクラビングされたガ
ス、および約2.5×10-2g/lの濃度の元素状硫黄の含
まれた、部分的に還元された触媒性溶液とが回収され
る。操作圧力および温度の条件は、例えば実施例1にあ
げたそれらと同じである。約375g/hrの硫黄が濾過装
置2の出口において回収される。
元された触媒性溶液は下記の2つのフラクション、すな
わち約13.5m3/hrの主フラクションF1(これは減圧弁
16を通して減圧されることなく接触室1へ送り戻され
る)、および、約1.5m3/hrの副フラクションF2(これ
は減圧弁16を通して大気圧と実質的に等しい圧力へ減
圧され、そしてその後で再生段階へ送られる)に分けら
れる。濾過段階の後で、触媒性溶液の電位を測定した
後、Fe3+/Fe2+の比が実質的に20になるように、各
フラクションF1およびF2を制御することができる。
35容量%のCO2と100ppmのCH3SH、62%のメ
タンおよび3%の水を含む。再生された触媒性溶液のフ
ラクションF2は図1に示した例におけると同様にアブ
ソーバ1へ再循環させることができる。この再生段階の
ために導入される空気の流量は約15Nm3/hrである。
図3は、本発明に従う方法の1変形態様を示すが、ここ
ではその吸収段階(反応式(I)に従う酸化還元反応)はガ
スとその触媒性溶液との並流的循環によって実施され
る。
1)は並流的操作に適した接触カラム30を含む。接触
カラム30には、その上方部分に、触媒性溶液の導入を
許容する少なくとも1つのライン31、処理されるべき
ガスを送り込むための少なくとも1つのライン32が、
そしてその下方部分に、少なくとも大部分の硫黄が除去
されたガスと、酸化還元反応(I)の後で還元された触媒
性溶液、およびその酸化還元反応において生じた元素状
硫黄とよりなる混合物の放出のためのライン33が設け
られている。この混合物はエマルジョンとして発現する
ことができる。
連結されており、このドラムの頂部からスクラビングさ
れたガスが頂部のライン35を通して排出され、そして
還元された触媒性溶液と元素状硫黄とよりなる混合物が
フラッシュドラムの底部からライン36を通して排出さ
れる。
のの出口において硫黄が、例えば底部のところのライン
37を通して排出され、一方、その還元された触媒性溶
液はライン38を通って減圧弁16を通す減圧段階へ送
られる。その還元されて減圧された溶液は低圧(ほぼ大
気圧)のフラッシュドラム3へ送られるが、これはその
減圧の間に生じたガスを除去することを許容し、これら
はそのフラッシュドラム3の頂部からライン39を通し
て排出される。還元された触媒性溶液はライン40を通
して補助ストリッピング段階へ送られるが、このライン
40は好ましくはストリッピングカラム41の上方部分
に開口している。
において、例えば空気のようなストリッピングガスの供
給を許容するライン45を含む。このラインは還元され
た触媒性溶液を再生するための主空気供給ライン44の
バイパスであってもよい。このストリッピングガスは、
炭化水素類、CH4,BTX,CO2および硫黄含有有機化
合物のような、触媒性溶液の中に溶解していたガスと一
緒に、ライン42を通してこのストリッピングカラム4
1の頂部から放出され、そしてストリッピングされた触
媒性溶液はこのストリッピングカラム41の底部からラ
イン43を通して排出される。
され、ライン43を通して再生ドラム4の中へ送り込ま
れ、ラインのバイパスであることのできるライン46を
通して導入された空気の1部により酸化されて再生され
る。反応式(II)に従うその酸化還元反応の間に使用され
なかった過剰の空気はライン47を通してそのドラムの
頂部から放出されるが、一方、再生された触媒性溶液は
ライン48を通してこのドラムの底部から抜出され、そ
してポンプ49によりアブソーバ30の圧力と実質的に
同じ圧力に加圧される。
注入流量の条件は、以上の2つの例の一方にあげたそれ
と同一である。回収された量の結果も同様である。スト
リッピングカラムの中で使用される空気は200m3/hr
に近い流量で導入される。
く、硫黄分離装置2は高圧フラッシュドラムの前に配置
することが可能である。この実施方法は溶解していたガ
スの回収された量を高めることを許容し、そしてライン
39および42からやって来るガスを燃料ガスとして使
用するために組み合わせることができる。
く、本発明に従う方法は他の方法にも適用することがで
き、或いは他の装置を用いることによって適用すること
ができる。例えば、吸収段階および酸化還元反応(I)に
おいて生じた硫黄の高圧分離の段階を同時に実施するこ
とも考慮される。
す系統図。
部が減圧されずに再循環されるものの一部を示す部分的
系統図。
触させる装置配列を示す系統図。
42〜48 ライン 16 減圧弁 22,27,49 ポンプ 25 分離装置 30 接触カラム(アブソーバ) 34 高圧フラッシュドラム 41 ストリッピングカラム
Claims (10)
- 【請求項1】 硫化水素を含む供給ガスを脱硫する方法
において、下記の各段階、すなわち、(a) 前記供給ガ
スを、少なくとも1つのキレート剤によりキレート化さ
れた少なくとも1つの多価金属を含む触媒性水性溶液
と、硫化水素の元素状硫黄への酸化および付随する該多
価金属の高い酸化水準から低い酸化水準への還元のもと
に接触させ、そして実質的に硫化水素を含まない流出ガ
ス、および少なくとも還元されて元素状硫黄の含まれた
触媒性水性相とを回収し、(b) 元素状硫黄を前記還元
された触媒性水性相から濾過分離した後、この少なくと
も1部の硫黄が除かれた還元された触媒性水性相を次の
段階、すなわち、(c) 脱ガスおよび/または減圧段階
へ送り、(d) 前記段階(c)からの還元されて脱ガスさ
れた触媒性水性相を酸化剤と接触させて再生し、そして
その再生された触媒性水性相を回収し、そして、(e)
再生された触媒性水性溶液の少なくとも1部を段階(a)
に再循環させる、各段階を含むことを特徴とする脱硫方
法。 - 【請求項2】 減圧段階(c)へ送られるに先立って前記
還元され、そして硫黄の除かれた水性溶液を主フラクシ
ョンF1と副フラクションF2とに分け、そして主フラン
ションF1は減圧することなく吸収段階(a)へ再循環さ
せることを特徴とする、請求項1記載の脱硫方法。 - 【請求項3】 前記還元された水性溶液の電位を分離に
先立って測定し、そしてフラクションF1とフラクショ
ンF2との比率を3価鉄イオンの2価鉄イオンに対する
比が実質的に20となるように決定することを特徴とす
る、請求項2記載の脱硫方法。 - 【請求項4】 分離段階(b)を0.1ないし20MPa
の範囲、好ましくは1ないし10MPaの範囲の圧力に
おいて実施することを特徴とする、請求項1ないし3の
いずれかに記載の脱硫方法。 - 【請求項5】 再生段階のための酸化剤として空気を用
いることを特徴とする、請求項1ないし4のいずれかに
記載の脱硫方法。 - 【請求項6】 水性溶液が、鉄とアンモニウムまたはカ
リウムの硫酸塩、硝酸塩、チオ硫酸塩、塩酸塩、酢酸
塩、蓚酸塩、燐酸塩のような、第1鉄または第2鉄の水
溶性塩から、或いは第2鉄およびカリウムの硫酸塩か
ら、蓚酸鉄(III)アンモニウムから、蓚酸鉄(III)カリウ
ム等から作られたキレート化された鉄の触媒性溶液であ
ることを特徴とする、請求項1ないし5のいずれかに記
載の脱硫方法。 - 【請求項7】 錯化合物形成性が知られている有機化合
物、例えばアセチルアセトン、クエン酸、サリチル酸、
スルホサリチル酸、チロン(すなわちカテコールジスル
ホン酸)、ジメルカプト-2-3-プロパノールおよび各種
アミノ酸、例えばEDTA,HEDTA,NTA,DCT
A,DPTAおよびIDA等、のようなキレート剤を単
独で、または混合物として使用することを特徴とする、
請求項1ないし6のいずれかに記載の脱硫方法。 - 【請求項8】 吸収段階を処理されるべきガスと触媒性
溶液との単一の室の中での並流的循環によって実施し、
そしてスクラビングされたガスを硫黄分離段階に先立っ
て、還元された溶液から分離することを特徴とする、請
求項1記載の脱硫方法。 - 【請求項9】 吸収段階を処理されるべきガスと触媒性
溶液との単一の室の中での並流的循環によって実施し、
そしてスクラビングされたガスを硫黄分離段階の後で、
還元された溶液から分離することを特徴とする、請求項
1記載の脱硫方法。 - 【請求項10】 請求項1ないし9のいずれかに記載の
方法を天然ガスの脱硫に利用する脱硫方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9715520A FR2771945B1 (fr) | 1997-12-05 | 1997-12-05 | Procede de recuperation du soufre a haute pression |
| FR9715520 | 1997-12-05 |
Publications (3)
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