JPS6012963B2 - キヤリヤガスによつて元素硫黄を蒸発させるための装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、加熱要素、蝿梓機および元素硫黄の送入管
を備えた、元素硫黄を溶融させるための熱絶縁された第
１の容器と、加熱要素、麓枠機、キャリャガスの供給部
村および硫黄蒸気の送出管を備えた、前記の第１の容器
から流入する溶融元素硫黄をキャリャガスによって蒸発
させるための・少くとも１個の第２の容器とを有する、
キャリャガスによって元素硫黄を蒸発させるための装置
に関する。

普通の蒸発器は、蒸発させるべき物質の沸点と比べて高
い温度および圧力（圧力容器）で作動する。

最も簡単な工業的に使用される蒸発器は、電気、燃料ガ
スまたは蒸気によって加熱されるボィラであり、蒸発さ
せるべき液体の温度が、このボィラ（圧力容器）の中で
、その沸点またはそれ以上まで上げられる。熱伝達面積
が小さいので、袋魔の蒸発効率はかなり低い。さらに、
高い温度勾配が使用されるときには、熱の伝達を邪げる
蒸気薄膜が形成され易い。最も工業的に使用される蒸発
器は、各種形式の管蒸発器、多胞状に形成された部分で
蒸発が達成されるいわゆる多胞蒸発器、または薄板蒸発
器であって、これらにおいては、熱伝達面積が各種構造
体を装着することによって増大する。

蒸発させるべき液体は、例えば管の内側または外側に位
置できる。米国特許第２斑２７９４号明細書による硫黄
蒸気を作るための装置においては、沸点の溶融硫黄が、
燃料ガスによって、加熱された独立の蒸発器の中へ送ら
れ、硫黄が、この蒸発器内で管東の中において加熱され
る。

キャリャガスによる元素硫黄蒸気の生成は、硫黄の制御
された分圧で遂行される平衡状態決定に関連して「一般
に使用される蒸発方法である。

米国特許第２５９５４４７号および同第２筋７筋び号の
明細書による装置においては、子熱された空気または酸
素が、硫黄を燃焼させて二酸化硫黄を形成するために、
溶融硫黄の中に導入され、それによって、元素蒸気が溶
融硫黄から蒸発する。元素硫黄を蒸発させるための上述
した従来公知の各種装置は、購入価格および運転費用が
比較的高い。圧力容器は知られているように高価であり
、いくつかの独立の容器からの熱損失は、熱絶縁が良好
であっても比較的大きい。また、これら従来公知の装置
の所要空間は、比較的大きい。かくしてこの発明の目的
は、キャリヤガスによって元素硫黄を蒸発させるための
従釆の装置と比べて、より簡単でェネルギの点でより経
済的な装置であって、固体状態または溶融状態で遂行さ
れる各種硫化過程のための高い分圧の元素硫黄蒸気を生
成できるような装置、を提供することにある。

この目的の達成のため、この発明による装置は、加熱要
素、蝿梓機および元素硫黄の送入管を備えた、元素硫黄
を溶融させるための熱絶縁された外方容器と、加熱要素
、縄梓機、キャリャガスの供給部材および硫黄蒸気の送
出管を備えた、外方容器から流入する溶融元素硫黄をキ
ャリャガスによって蒸発させるための少くとも１個の内
方容器とを有し、これにおいて、内方容器が、外方容器
の内側に配督され、かつ外方容器と共に蓮通容器を形成
する。

この発明による装置はへ硫黄の沸点と比べて低い温度で
、また圧力を上昇または下降させることないこ常用の圧
力で作動する。

従って、圧力容器を必要としないから、従来の装置より
低廉である。さらに、内方容器が外方容器の内側に配置
されるから、独立の容器を必要とする従釆の装置と比べ
て、熱損失が小さく、所要空間も小さい。太素硫黄は、
硫黄の沸点よりかなり低い温度の外方容器の中へ、固体
状態または熔融状態で供孫浩ごれる。硫黄は、子熱され
たキャリャガスを溶融硫黄で飽和させることによって、
内方容器内で蒸発する。ここで、元素硫黄の分圧が変化
すれば、元素硫黄の含量も変化する。例えば、分圧が０
．２気圧から１．ぴ気圧まで変化すると、含量は２０解
き積％から１０舷容積％まで変化する。そして、元素硫
黄蒸気の分圧従って含量は、キャリャガスの温度および
量を適当に選択することによって、内方容器の中で所望
の値に制御できる。かくして、各種硫化過程に適した高
い分圧の元素硫黄蒸気も、容易に生成できる。内方容器
で得られた硫黄蒸気は、加熱装置へ送られ、ここで所望
の温度かつ所望の解離程度まで加熱される。この発明に
よる装置の中での飽和硫黄蒸気の生成は、次の諸式によ
って制御できる。

ここで、Ｔは絶対温度（Ｋ）を示す。溶融硫黄の蒸気圧
（Ｐｓｘ、単位は気圧）は、次の式で表わされる。山ｇ
（ＰｓＸ）＝−６１０９．６４１１／Ｔ十１６，６４１
５７‐１７．０５３５８ＸＩＯ‐３Ｔ＋７．９７６９Ｘ
ＩＯ‐６Ｔ２温度範囲６００−８００Ｋの中で溶融硫黄
と平衡する硫黄蒸気の平均分子量（ＭＷ、単位はｋ９／
ｋｍｏｌ）は、次の近似式から得られる。ＭＷ＝２１７
．４５５−〔Ｔ−６５０〕×１０‐３×９８．７５７同
じ温度範囲内で飽和硫黄蒸気の全熱含量（△Ｈｅ十ｆ、
単位はＭｃａｌ／ｋｍｏｌ）は、次の式で表わされる。

△Ｈｅ十ｆ＝３５．０３７２ｘｌｏ‐３×Ｔ十１３．３
６２３十〔１１．２２０−１７．６８９×１０‐３×Ｔ
〕〔Ｔ−６５０〕×１０【３温度範囲４４０−７１蟹Ｋ
内で溶融硫黄の熱含量（△Ｈｅ、単位はＫｃａｌ′ｋ９
）は、次の通りである。

△Ｈｅ＝−１９０．５２５ｘｌｏ‐汀十２１５．班５ｘ
ｌｏ−６Ｔ２‐６６０６２ｘｌぴＴ−１十２３７．雌Ｉ
溶融硫黄の熱伝導度が極めて小さいので（例えば、４０
０℃で熱伝導度入は０．次ｃａｌ／ｍｈＫ）、外方容器
の中の温度は、内方容器の中の温度よりかなり低く維持
できる。熱の充分な伝達を達成するため、溶融硫黄は双
方の容器の中で有効に瀦拝されなければならない。得ら
れる硫黄蒸気の分圧および量は、キャリャガスの温度お
よび量によって制御される。

キヤリャガスの子熱温度が硫黄格の温度よりかなり高い
と、得られる硫黄蒸気の分圧は、硫黄蒸気が硫黄格に関
して過飽和であるようなものにできる。キャリャガスの
注入深さを調節することによって、硫黄蒸気の飽和点の
達成が適当なものにできる。内方容器の中でおそらくは
生成される過庄による硫黄蒸気の行動も、注意すべきで
ある。この場合に、内方容器の中の硫黄の少量が、外方
容器の中の冷たいかなり多量の硫黄と、部分的にまたは
全体的に混合して、その結果として、内方容器の中の過
圧が実質上低下する。この発明による装置は、高い分圧
を持つ元素硫黄蒸気を必要とする過程に使用するに特に
適している。かかる過程には、例えば、フィンランド国
特許第５６１９６号の発明による過程、米国特許第３４
５９５３５号の発明による過程、およびフィンランド国
特許第５７０９０号の発明による過程が含まれる。フィ
ンランド国特許第５６１９６号の発明は、複合の混合し
た鉱石の硫化物およびその濃縮物の中に存する錯綜した
鉱物を分解し、同時にこれら化合物を新しい簡単な鉱物
組織に配列し直す過程に関する。

このフィンランド国特許の発明の過程を遂行する際に、
複合鉱石の中に存する処理の極めて複雑な元素の一部は
、鉱石母材から完全にまたは部分的に除去され、元素の
一部は、普通の方法で鉱石を精製するときに容易に除去
できるような鉱物結晶に、配列直しできる。錯綜した安
定な複合組織として銅、ニッケル、コバルトおよび鉄の
中に組合わされるこれら元素の大半は硯素、アンチモン
および蒼鉛からなる。これに加えて、このフィンランド
国特許の発明による過程の対象となるものには、複合鉱
物とは独立であるような、または他の結晶の中に存する
ような、極めて多くの元素も含まれる。これら元素には
、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｇａ、１ｎ、Ｔ１、Ｃも、Ｓｎ、Ｐｂ、
Ｚｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ｍ。・Ｍｈ、Ｒｅ、ＡｇおよびＡｕ
がある。この過程によれば、鉱物の配列直いよ、５００
一９００℃望ましくは６００一８０ぴ０の温度範囲内で
、０．２−１．唯気圧の元素硫黄蒸気の中で、金属の固
体状態拡散に極めて強い触媒作用を加えることによって
達成される。

鉱物は、新しい状態に対応する安定な硫化物になる。温
度および物質の量に依存して、（極めて高価で部分的に
希であるような）或る不純物質は、その蒸気圧に依存し
て硫化物としてまたは純粋な形で蒸発する。米国特許第
３４５９５３５号の発明では、酸化剤である酸による銅
と鉄の複合物の圧力浸出を達成し易くするための、予備
処理過程が提供される。

この過程によれば、３００一６００ｑｏの温度範囲内で
適当な量の硫黄の存在下に複合硫黄鉱物を解離すること
によって、簡単な硫化物が生成される。この米国特許第
３４５９５３５号の発明による過程の目的は、処理すべ
き材料の結晶が埋められている母村の化合物の組織を、
適当なものに変化させることにある。フィンランド国特
許第５７０９び号の発明の調節制御過程においては、分
子の原子番号の変換に関して、極めて大きな解離・再結
合ェネルギが利用され、その際の温度範囲は４００−９
００午０、元素硫黄蒸気の分圧範囲は０．１一１．＄気
圧である。

この解放されまたは結合されるェネルギの量は、硫黄蒸
気の温度および分圧の双方の関数である。解離・再結晶
ェネルギの量は、多くの低温の硫化過程において、硫化
反応、不純物の蒸発および装置の熱損失の補償に必要な
ェネルギの量を上回る程度に大きい。これによると、硫
化装置へ送られる硫黄蒸気の温度および分圧またはその
いずれかだけを調節することによって、硫化過程が、熱
的に経済的な状態に自己保持されるようになる。この発
明によって提供される装置は、さらに、硫化炭素、二酸
化硫黄およびハロゲン化硫黄（Ｓ２Ｆ２、ＳＦ２、ＳＦ
４、ＳＦ６、Ｓ２ＣＩ２、ＳＣ１２、ＳＣ１４、Ｓ２Ｂ
ｒ２）のような或る硫黄化合物の生成のための、元素硫
黄蒸気の生成に適する。

図面を参照しながら、この発明について以下に詳述する
。

図示の装置は、一方が他方の中に入れられている２個の
容器１および２を有する。

外方容器１は、電気抵抗体７によって加熱され、かつ有
効な熱絶縁体６を有する。外方容器の上方部分には、固
体状態の元素硫黄を外方容器１へ供給するための送入管
５が設けられ、容器１の温度は、硫黄の沸点よりかなり
低く維持される。内方容器２も、これを放熱するための
電気抵抗体２１を有し、この内方容器は、外方容器１と
同様に、熱絶縁体２２でラィニングされる。

内方容器の底には、中央閉口９が設けられ、これによっ
て外方容器１と内方容器２は連結し、かくして蓮通容器
が形成される。内方容器２は蒸発器として働き、キャリ
ャガスとして窒素気体が、その供給部材によって内方容
器２の中へ供給される。詳しく言えば、窒素気体は、管
１５を通って子熱器３の中へ送られ、ここで予熱され、
ここからさらに管１６を通って内方容器２の中へ送られ
、かつ分散部材１７によって内方容器２の中の溶融硫黄
の中に分散させられる。この窒素気体は、蒸発器すなわ
ち内方容器２の中で、溶融硫黄で飽和される。得られる
硫黄含有気相は、内方容器２から、これの上方部分に緩
められた送出管１８を通って、加熱装置４の中へ取出さ
れ、ここで硫黄含有気体は、管２０を通って吐出される
以前に、所望の温度および所望の解離程度まで加熱され
る。溶融硫黄の熱伝導度が低いので、装置は、調整でき
る回転速度を持つ鷹梓機を備える。蝿投機は、内方容器
２の頂部を貫通する垂直軸１４を有し、この垂直軸は、
内方容器２の床のところの関口９を通って、外方容器１
の下方部分まで延長する。この方法によれば、共通の軸
１４が、内方容器２の縄幹機１０と外方容器１の鷹梓機
８との双方を駆動できる。内方容器２および外方容器１
はさらに、これらの中味の温度を検出するため感知器１
２および１１を有する。

加熱用抵抗体７および２１の効果は、感知器１１および
１２によって得られた測定値を基として制御される。さ
らに内方容器２は、溶融硫黄の液面を示す気泡管系１３
を有する。この発明による装置は、従釆の公知の装置と
比べて或る著しい利点を生じる。装置は、硫黄の沸点に
対して低い温度および圧力で作動する。加うるに装置は
、硫黄の分圧が１バールのまわりの広い範囲内で変るよ
うな気相を生成するために、容易に使用できる。硫黄の
分圧が制御できることは、例えば硫化過程の制御に必要
である。硫黄の熱伝導度が低いので、外方容器の中の温
度は、内方容器の中のそれよりかなり低く維持できる。
かくして、外方容器内への固体硫黄の供給が容易になる
。最後に注目すべき点として、装置の構造は極めて簡単
で、その所要空間は小さい。この理由で、熱損失は小さ
く、容器１，２の一方が他方の中に配置され、かつ外方
容器１の温度は低い。例によって、この発明についてさ
らに詳述する。例１ 硫黄の蒸発が、図示のような試験用の大きさの装置を使
用して行なわれた。

装置の外方容器１の直径は０．７の、その高さは０．６
机、内方容器２の直径および高さは、それぞれ０．３肌
および０．４５肌（高さ／直径＝１．５）であった。内
方容器２は、絶縁物２２（厚さ５仇奴）によって外側で
熱絶縁された。この装置の全電気ェネルギは１７．２Ｖ
ｃａｌ／時、内方容器の分担は４．３Ｍｃａｌ／時であ
った。外方容器１の中の温度は３４０『０、内方容器内
の温度は、４００ｏｏまたは４２７０（これは、子熱さ
れたキャリヤガス（窒素）の温度でもある）であった。
装置の熱損失は、１．９Ｍｃａｌ／時であった。外方容
器１は、７５％容量まで充填された。内方容器の温度が
４００ｑｏおよび４２７００のときの、例１による熱お
よび物質の収支が、硫黄の蒸発速度を５０ｋ９／時とし
て算定された。

装置から得られた飽和元素硫黄蒸気の分圧Ｐｓｕは、そ
れぞれ０．５０２気圧および０．７６７気圧、硫黄分子
の平均原子番号Ｕは６．７１および６．６３であった。
（元素硫黄蒸気は、Ｓ２、Ｓ４、Ｓ６、・・・・・・・
・・のような原子数の相異なる分子からなり、これら分
子の割合は、温度および分圧によって異なる。従って、
或る温度および或る分圧に対して、硫黄分子の平均原子
数が決定できる。）結果は表１に示される例０ この例による工業的装置の大きさは、試験用装置で行な
われた試行を基として決められた。

しかしながら、内方容器の直径に対するその高さの比は
、試験用装置と比べて大きくされた。硫黄蒸気の飽和状
態を達成するため、窒素注入管の高さは調節できる。装
置の寸法は次の通りであった、すなわち、外方容器の直
径１．４５の高さ１．６４ｗ、内方容器の直径０．６２
の高さ１．２５仇（高さ／直径＝約２．０）。装置の全
電気ェネルギは１８０．８Ｍｃａｌ／時、そのうちで内
方容器の分担は８８Ｍｃａｌ／時、熱損失は９Ｍｃａｌ
／時であった。装置の蒸発能力は１０００ｋ９／時であ
った。かなり多量の硫黄蒸気が必要な過程の場合には、
１つの大きな内方容器の代りに、２個またはそれ以上の
内方容器を１つの外方容器の中に収容し、これら内方容
器から得られる気体を、装置の外方で合同させるような
、構成が有利である。

表−１

【図面の簡単な説明】

図面は、この発明の望ましい実施例の垂直断面図である
。 図面において、１は外方容器、２は内方容器、３と４は
加熱装置、５は送入管、６は熱絶縁、７は加熱要素、８
は鷹梓機、９は関口、１０は鷹梓機、１４は鞠、１５と
１６は供Ｖ給管、１６と１７は供給部材、１８は送出管
、２１は加熱要素を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 加熱要素、撹拌機および元素硫黄の送入管を備えた
   、元素硫黄を溶融させるための熱絶縁された外方容器と
   、加熱要素、撹拌機、キヤリヤガスの供給部材および硫
   黄蒸気の送出管を備えた、外方容器から流入する溶融元
   素硫黄をキヤリヤガスによつて蒸発させるための少くと
   も１個の内方容器とを有し、内方容器が、外方容器の内
   側に配置され、かつ外方容器と共に連通容器を形成する
   ことを特徴とする、キヤリヤガスによつて元素硫黄を蒸
   発させるための装置。 ２ 外方容器の中で溶融した元素硫黄をこの外方容器の
   中に配置された内方容器の中へ向けるための開口が、内
   方容器の床に設けられる、特許請求の範囲第１項に記載
   の装置。 ３ 外方容器の撹拌機と内方容器の撹拌機が、共通の軸
   に取付けられ、この軸が、内方容器からこの内方容器の
   床のところの開口を通つて、外方容器の中まで延長する
   、特許請求の範囲第２項に記載の装置。 ４ キヤリヤガスの供給部材が、キヤリヤガスを内方容
   器内の溶融硫黄の表面下に供給する以前にこのキヤリヤ
   ガスを予熱するための予熱装置を有する、特許請求の範
   囲第１項から第３項のいずれか１項に記載の装置。 ５ 硫黄蒸気の送出管が、所望の温度および所望の解離
   程度に硫黄蒸気を加熱するための加熱装置を有する、特
   許請求の範囲第１項から第４項のいずれか１項に記載の
   装置。