JPH029703A

JPH029703A - イオウの回収方法

Info

Publication number: JPH029703A
Application number: JP63160445A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Noguchi; 博司野口; Shingo Isshiki; 一色　眞吾
Original assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd
Current assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd
Priority date: 1988-06-28
Filing date: 1988-06-28
Publication date: 1990-01-12
Also published as: EP0348875A2; JPH0543641B2; EP0348875A3

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】［産業上の利用分野］未発明はイオウの回収方法に関する。さらに詳しく云え
ば、本発明は、クローズドシステムにより硫化水素から
イオウを極めて収率よく、かつ高純度で回収する方法に
関するものである。

［従来の技術］従来、石油精製の際に排出される酸性ガスや天然ガスな
どに含まれる硫化水素は、空気で部分燃焼するクラウス
法によって工業的に処理されている。しかしながら、こ
のクラウス法は硫化水素中のイオウ分はイオウとして回
収されるが、水素分は水素ガスとして回収されず、水に
なるという欠点を有している。

近年石油資源の枯渇に伴い、各分野において省エネルギ
一対策が端極的になされており、前記硫化水素中の水素
分を水素ガスとして回収することは省エネルギーの立場
から望ましく、特に石油精製用の水素がナフサや天然ガ
スを消費するスチームリフオーミング法によってつくら
れている現状から考えて、石油精製の際に排出する酸性
ガスや天然ガスなどに含まれている硫化水素から水素を
回収することは極めて望ましいことである。

ところで、硫化水素は３価の鉄イオンを含む水溶液に接
触すると、酸化されて容易にイオウを生成し、３価の鉄
イオンは２価の鉄イオンに還元されることが知られてい
る。

このような３価の鉄イオンと硫化水素との反応を利用し
た硫化水素処理方法としては、たとえば硫酸銅と硫酸第
二鉄とを含む水溶液を吸収液として用いる方法（特公昭
５６−２３６５０号公報）が提案されている。この方法
は、前記水溶液を用いて硫化水素を吸収させたのち、こ
の液を酸素加圧下に、１２０℃以上の温度で加圧処理し
、溶融イオウと硫酸銅および硫酸第二鉄とを生成させ、
溶融イオウはこれを回収除去し、硫酸銅と硫酸第二鉄と
を含む処理液は吸収液として繰り返し使用するという方
法である。しかしながら、イオウの存在下で酸化処理が
行われるため、不純物が生成して、イオウの分離回収性
が十分でない上に、硫化水素の吸収速度に関しても必ず
しも満足しつるものではなく、さらに硫化水素の水素分
は水素ガスとして回収されず、かつ酸素を消費するとい
う欠点がある。

また、このほかに硫化水素の３価の鉄イオンな約６５℃
で反応させてイオウの２価の鉄イオンを含む溶液を生成
させ、この２価の鉄イオンを電気化学的に３価の状態に
戻すと共に水素を発生させるという方法（特開昭５８−
１８１７０６号公報）が提案されている。

しかし、この方法は、硫化水素の吸収速度が比較的速く
、かつ水素を回収しうるというメリットを有するものの
、生成するイオウは微粒子であって、分離回収が困難で
ある上に、高純度のイオウが回収されないという欠点を
有している。

このような事情のもとで、本発明者らは、イオウを効率
よく分離回収する方法について鋭意研究を重ね、先に、
吸収塔において硫化水素を吸収させた液を、加圧下で加
熱して、生成したイオウな溶融状態で分離する方法を見
い出し、提案したが（＃開閉６２−２１６９０５号公報
）、吸収塔から析出してくるイオウは浮遊性イオウ粒子
を含んでおり、この浮遊性イオウ粒子は通常コロイド状
であり、しかも粘着性があって１分離性が悪いので。

分離を行うに先立って、攪拌槽においてイオウを東集さ
せ、さらに分離装置の負荷を軽減させるために、濃縮装
こを備える必要があるなど、付帯設備を必要とし、コス
トの低減が困難であった。

そこで２本発明者らはさらに研究を重ね、先に、浮遊性
のイオウ粒子を吸着材で固液分離する方法（特願昭６１
−２５８００５号）、さらに浮遊性イオウ粒子を沈降分
離装置２次いで固液分離装置に導き、固液分離装置の負
荷を下げて硫黄を回収する方法（特願昭６２−２１６１
３３号）等を見い出して提案したが、さらに改良の余地
があることが判明した。

すなわち、上記のような従来の硫化水素含有ガスを３価
の鉄イオンを含む鉄塩水溶液に吸収させた後の固液スラ
リーの処理方法は、吸収塔の形式や正転条件によっては
浮遊性イオウ粒子の量が増大し、沈降分離装置や固液分
離装置が大型化になった。その上、吸収塔の内部構造が
複雑であり、処理工程が多段であり、プロセスが複雑で
ある欠点を有していた。

［発明が解決しようとする問題点］本発明は、前記の吸収塔のイオウの回収において、イオ
ウの分離回収を容易にし、吸収液の処理工程を簡単にし
、装置を小型化することができると共に、吸収塔内での
硫黄の付着が少なくて運転性を向上させることができ、
硫化水素からイオウを効率よく回収する方法を提供する
ことを目的とするものである。

［問題点を解決するための手段］本発明者らは、前記目的を達成するために鋭意研究を重
ねた結果、硫化水素含有ガスと３価の鉄イオンを含む鉄
塩水溶液とを、イオウの溶融温度以上て反応させること
により、イオウな溶融状態にして分離することに見出し
て本発明を達成するに至ワた。

即ち、前記課題を解決するための請求項１に記載の発明
は、硫化水素含有ガスと３価の鉄イオンを含む鉄塩水溶
液とを、イオウの融点以上の温度で接触して反応させ、
溶融状態で生成するイオウを分離することを特徴とする
イオウの回収方法である。

また、請求項２に記載の発明は、前記硫化水素含有ガス
と前記３価の鉄イオンを含む鉄塩水溶液とを、イオウの
融点以上の温度で接触して反応させ、溶融状態のイオウ
を分離回収すると共に、イオウの分離により得られる水
溶液を電気化学的に処理して、前記３価の鉄イオンを含
む鉄塩水溶液と水素とを回収することを特徴とするイオ
ウの回収方法である。

以下、本発明の詳細な説明する。

本発明方法において用いられる被処理ガスは硫化水素ガ
スであるか、本発明は硫化水素ガスを硫黄と水素とに分
解してこれらを回収することを企図するものであるから
、本発明においては、被処理ガスが硫化水素単独のガス
であることに限定されない、たとえば、３価の鉄イオン
に対して不活性なガス、たとえば水素、−酸化炭素、二
酸化炭素、炭化水素、アンモニア、窒素、スチームなど
と硫化水素ガスとの混合ガスを、被処理ガスとすること
ができる。

本発明方法において、吸収液として用いられる３価の鉄
イオン（第二鉄イオン）を含む第二鉄塩水溶液としては
、たとえば塩化第二鉄水溶液、硫酸第二鉄水溶液、リン
＃第二鉄水溶液、硝ｆＩ！第二鉄水溶液、シュウ酸第二
鉄水溶液などが挙げられる。これらの第二鉄塩水溶液に
は、後の工程の電気化学的処理が容易に行える点から、
それぞれに対応して、遊離状態の塩酸、硫酸、リン酸、
硝酸、シュウ酸などが含有されていることか好ましい本発明においてはこれらの第二鉄塩水溶液の中でも、遊
離状態の塩酸を含む塩化第二鉄水溶液か特に好適である
。

また、この第二鉄塩水溶液中には、通常、第一鉄塩を含
有してはいないのであるが、本発明の目的を阻害しない
範囲で第一鉄塩を含有していても良い。

第二鉄塩水溶液中の第二鉄塩の含有量は通常１にｇ当た
り　０．１〜５モルの範囲で選ばれ、また遊離状態の酸
を含有する場合、その酸の含有量は水１Ｋｇ当たり　０
．５〜１５モルの範囲にあることが好ましい。

この３価の鉄イオンを含む第二鉄塩水溶液に前記の硫化
水素または硫化水素含有ガスを接触させる方法としては
、通常、液体によるガス吸収において慣用されている方
法、たとえば汎用の吸収塔による方法を採用することが
できる。この吸収塔の形式については特に副成はなく、
たとえば気泡塔、スプレー塔、ぬれ壁塔、攪拌式吸収塔
、充填気泡塔などを採用することができる。

本ｔ［において、例えば塩化第二鉄水溶液と接触させる
と、次に示す反応式に従って硫化水素からイオウが生成
する。

２ＦｅＣｊｌ　ｚ　＋　Ｈ２Ｓ　＝　２ＦｅＣＪＬ　２
　＋　２１１ＣＬｉ＋　Ｓ・・・（１）即ち、硫化水素（ＨｚＳ）は塩化第二鉄（ＦｅＣ文、）
により酸化されてイオウ（Ｓ）を生成し、その塩化第二
鉄は塩化第一鉄（ＦｅＣ１ｚ）に還元される。

このとき、硫化水素ガスまたは硫化水素含有ガスと３価
の鉄イオンを含む第二鉄塩水溶液とを接触させて反応さ
せる際の温度なイオウの融点以上にすることが必要であ
る。

イオウの融点以上で前記の被処理ガスと第二鉄塩水溶液
を接触させると、前記第（１）式に示す反応によりイオ
ウか溶融状態で生成し、比重差てもって容易にイオウを
水溶液から分離することかできるようになる。

したがって、前記接触温度はイオウの融点以−１−であ
れば良いのであるが、硫黄には同素体か多くてその融点
か相違するので、たとえば無定形イオウの融点は１２０
°Ｃ１単射晶系イオウの融点は１１９℃、斜方墨糸イオ
ウの融点は１１２．８℃であるので、前記接触温度は、
１２８°Ｃ以上であるのか好ましく、更に１２０〜１５
０”Ｃの範囲であるのか好ましい。

この温度が１２０℃未満ではイオウは溶融状態にならず
に分離が困難になることがあり、かつ高純度で回収する
ことかできないことかある。また１５０°Ｃを超えると
、溶融イオウの粘性か逆に増して取り扱いが不便になる
ことがある。

また、硫化水素ガスまたは硫化水素含有ガスと３価の鉄
イオンを含む第二鉄塩水溶液とを接触させる際の圧力に
ついては、前記所望の温度を保つのに十分な圧力であれ
ば特に制限はない。

接触後、溶融したイオウが比重差により沈降するので、
溶融したイオウをたとえば反応容器の底部から抜き出す
ことにより、イオウな分離回収することができる。

接触反応後に得られる鉄塩水溶液には、たとえば前記第
（Ｉ）式に示すように、塩化第一鉄と塩化水素とを含有
している。

そこで、この接触反応後の鉄塩水溶液を電気化学的処理
、たとえば電気分解により、第一鉄イオンを第二鉄イオ
ンにするとともに水素ガスを発生させ、３価の鉄イオン
を含有する第二鉄塩水溶液と純粋な水素ガスとを分離す
る。得られる第二鉄塩水溶液は、吸収液として再利用さ
れる。

次に本発明の好適な実施態様の一例を添付図面に従って
説明する。

第１図は本発明を実施する装置の一例を示す概略図であ
る。

第１図に示すように、吸、双塔１には、被処理ガスであ
る硫化水素（ｌＬ、ｓ）ガスと３価の鉄イオンを含有す
る鉄塩水溶液たとえば塩化第二鉄水溶液を導入する。こ
の塩化第二鉄水溶液は、初期状態においては新たに調製
された溶液を前記吸収塔ｌに導入するのであるが、装置
の運転を開始してからは、電気化学的処理装Ｎ３で得ら
れた塩化第二鉄水溶液を供給するのが、効率的で好まし
い。

吸収塔１の内部は、図示しない加熱装置により、イオウ
の融点以上に加熱される。

吸収塔ｌに前記被処理ガスと前記塩化第二鉄水溶液とを
導入し１両者を接触させると、前記反応式（Ｉ）に従っ
て反応が進行し、溶融状態でイオウが生成する。このと
き１反応系内はイオウの融点以上に加熱されているので
、イオウは吸収塔ｌの内壁へ付着することが無い。

生成したイオウは塩化第二鉄水溶液と共にイオウ分離装
置２に送られる。

なお、この場合、イオウ分離装置２が溶融イオウを分離
する装置になっているが１本発明においては別個独立の
イオウ分離装置を必ずしも必要とするものではなく、前
記吸収塔ｌをイオウ分離装置として兼用し、吸収塔ｌの
底部から溶融イオウな分離するようにしても良い。

前記イオウ分離装置においても図示しない加熱装置によ
り、その内部がイオウの融点以上に加熱されている。

前記イオウ分離装置２では、溶融状態のイオウは比重差
により鉄塩水溶液中で沈降する。

このイオウ分離装置２の底部からイオウが容易に回収さ
れる。また、イオウは溶融状態であるのでイオウ分離装
置２の内部構造を簡単にすることができる。

一方、イオウ分離装置２から出てくるイオウ回収後の液
は、電気化学的再生装置（以下、電解槽と略称する）３
に供給される。この電解Ｉ４３では。

２ＦｅＣ１２＋　２ＨＣ１→２ＦｅＣ文、　＋　１１２
↑−（ＩＩ　）の反応が進行する。

この電気化学的処理において用いられる装置としては、
従来慣用されている型式の電解槽を使用することができ
る。

この電解槽には、陽極と陰極との間に、隔膜か設けられ
ており、また前記電極には、黒鉛や炭素繊維などの耐酸
性材料が用いられている。前記隔膜としては水素イオン
選択透過性膜を用いることが好ましい。

電解は、前記電解槽の陽極室に、前記のようにして処理
された２価の鉄イオンを含む鉄塩水溶液を入れ、一方瞼
極室に１通常所定濃度の水素イオンを含む水溶液を入れ
るか、あるいは陽極と陰極の間にある隔膜が乾燥しない
程度の水分を補給して、電圧を印加することにより行わ
れる。

陽極室で、２価の鉄イオンは３価の鉄イオンに電解酸化
され、陰極において水素が発生する。

隔膜に水素イオン選択透過性膜を用いる場合は、所望に
応じ多孔質のガス拡散性電極、たとえば黒鉛繊維布、好
ましくは白金などの触媒を担持したものを、前記隔膜に
直接接触させてもよい。

この電解は通常室温以上で行われる。

陽極室に入れる２価の鉄イオンを含む鉄塩水溶液は、電
解におけるセル電圧を低下させるために、遊離状態の酸
が水ＩＫｇ当たり　０．５〜１５モルの範囲で含有され
ていることが好ましい。

ここでいう遊離状態の酸とは、鉄イオンの酸化還元反応
に関与しない酸を意味する。

このようにして、生成したイオウか除去された２価の鉄
イオンを含む鉄塩水溶液を電気化学的に処理することに
より、水素が発生するとともに前記２価の鉄イオンは３
価の欽イオンに再生されるので、この再生された処理液
は硫化水素の吸収塔１に鰻り返し使用することができる
。

なお、電解槽に供給する鉄塩水溶液中のイオウの濃度が
大きいと電解槽中の単位極面積出たりの電流密度が低下
し２すなわち電解能が低下するので、電解槽３に送られ
る鉄塩水溶液中のイオウは、できるだけ除去しておくほ
うが良い。

また、所望により、電解槽３の前にフィルターや予信電
解槽を設けることもできる。

本発明の方法ては、イオウは溶融状態で分離されるので
、鉄塩水溶液中に残留イオウは極めて少なく、電解効率
を向上するのに適している。

［実施例］（実施例１）第１図に示す装置によって硫化水素ガスからイオウを回
収した。

吸収塔として気泡塔型式吸収塔を使用した。

この吸収塔内には、３価の鉄イオンを含む吸収液（組成
Ｆｅ”／　Ｆｅ”／１ｌｃｊＬ　＝　１．０１０．７／
４．５　ｍｏｌ／１吸収率）を、液容量２．５見および
液深１４ｃｍ＋となるように装填した。

この吸収液中に、硫化水素含有ガス（組１！ｔＨ２Ｓ：
３２％、１１□：６８％）を、ノズル（ノズル型式＝４
φ単孔ノズル）により１時間吹き込んだ。

この吸収塔内の温度を１３０°Ｃに、圧力を２にｇ／ｃ
ｒｒｆ−Ｇに維持した。

バッチ式で吸収操作を行なった。

その結果として、硫化水素吸収率、イオウ回収率および
吸収塔内におけるイオウ残留率を第１表に示す。

第１表から明らかなようにイオウを溶融状態で分離する
ので、イオウ回収率を極めて高く、吸収塔内のイオウ残
留率を著しく低減することができた。

（実施例２〜４）実施例２および実施例３については、吸収液の組成を第
１表に示すように代えた外は前記実施例１と同条件で実
施した。

また実施例４については、ノズル型式を第１表に示すよ
うに代えた外は前記実施例１と同条件で実施した。

その実施例２〜４の結果を第１表に示す。

第１表から明らかなようにいずれも硫化水素の吸収率が
大きく、イオウ回収率を大きく、塔内イオウ残留率を低
くできた。

（比較例１〜２）吸収温度を７０℃にした外は、比較例１については前記
実施例１と同条件、比較例２については実施例４と同条
件で実施した。

その結果を第２表に示す。

第２表から明らかなようにいずれもイオウの回収能力は
実施例１〜４に比べてＪｉｌｌ著に低くかった。

第　　２表［発明の効果］本発明のイオウの回収方法は、硫化水素含有ガスと３価
の鉄イオンを含む鉄塩水溶液とを、イオウの融点以上の
温度で接触して反応させ、生成するイオウを溶融状態で
分離して回収する方法であり、また、イオウを分離した
後の鉄塩水溶液を電気化学的処理により２価の鉄イオン
を３価の鉄イオンに再生して硫化水素の吸収液に再使用
し、発生する水素を回収する方法であるので、イオウの
分離回収を極めて容易に行なうことができ、硫化水素を
鉄塩水溶液に吸収させた後の鉄塩水溶液の後処理を簡略
化し、プロセス自体を簡略にすることができ、かつ装置
全体を小型にすることができる。

またイオウを分離した後の鉄塩水溶液を電気化学的処理
により３価の鉄イオンにして再使用するので、硫化水素
含有ガスから弊常に効率的にイオウな回収することがで
き、さらに電気化学的処理により発生する水素を回収し
、この水素を各種の用途に供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のイオウを回収する為の装置の一例を示
す概略図を示す。ｌ・・・吸収塔、２−・・イオウ分＊装置、３−・・電
気化学的再生装置手続補正書第１図平成元年９月２６日ｌ、事件の表示特願昭６３−１６０４４５号２、発明の名称イオウの回収方法３、＃許出願人住所　　東京都千代田区丸の白玉丁目１番１号４、イ犬
＝Ｊ−り人住所東京都新宿区西新宿七丁目１８番２０号日生ビル６階５、補正指令の日付けなし。７、補正の内容（１）　　明細書のｗＳ５頁第６行に記載の「特願昭８
１−２５８００５号」を「特開昭ｆ！３−１１２４０３
号」に補正する。（２）明細書の第５頁第９行に記載の「特願昭８２−２
１６１３３号」を「＃開閉８４−５８３２３号」に補正
する。（３）明細書の第８頁第１８行に記載の「通常工」を「
通常水ｌ」に補正する。（４）明細書の第１６頁〜第２０頁を別紙として添付し
た第１８頁〜第２２頁に差し替える。（５）上記（０による差し替えに基づき、明細書第２１
頁の頁番号をｒ２３Ｊ、第２２頁の頁番号を「２４」に
変える。以上や予備電解槽を設けることもできる。本発明の方法では、イオウは溶融状態で分離されるので
、鉄塩水溶液中に残留イオウは極めて少なく、電解効率
を向上させるのに適している。［実施例］（実施例１）第１図に示す装置によって、クローズドシステムにて硫
化水素ガスからイオウを回収した。吸収塔として気泡塔型式吸収塔を使用した。この吸収塔内には、３価の鉄イオンを含む吸収液（組成
Ｆｅ”／　Ｆｅ”／）１０文＝　１．０１０．７／４．
５　ｍｏｌ／１）を、液容量２．５Ｌ；Ｌおよび液深１
４ｃｍとなるように装填した。この吸収塔内の温度を１３０℃に、圧力を２Ｋｇ／ｃｍ
’・Ｇに維持し、この吸収液中に、硫化水素含有ガス（
組成Ｈ２Ｓ：　３２％、Ｈ２：８８％）先、ノズル（ノ
ズル型式：４φ単孔ノズル）により１時間吹き込んだ、
この吸収操作はバッチ式で行なわれた。その結果として、硫化水素吸収率、イオウ回収率および
吸収塔内におけるイオウ残留率を第１表に示す。第１表から明らかなようにイオウを溶融状態で分離する
ので、イオウ回収率を極めて高く、吸収塔内のイオウ残
留率を著しく低減することができた。（実施例２〜４）実施例２および実施例３については、吸収液の組成を第
１表に示すように代えた外は前記実施例１と同条件で実
施した。また実施例４については、ノズル型式を第１表に示すよ
うに代えた外は前記実施例１と同条件で実施した。その実施例２〜４の結果を第１表に示す。第１表から明らかなようにいずれも硫化水素の吸収率が
大きく、イオウ回収率を大きく、塔内イオウ残留率を低
くできた。（比較例１〜２）吸収温度を７０℃にした外は、比較例１については前記
実施例１と同条件、比較例２については実施例４と同条
件で実施した。その結果を第２表に示す。第２表から明らかなようにいずれもイオウの回収能力は
実施例１〜４に比べて顕著に低くかった。（実施例５）この実施例５では、連続式吸収操作が行なわれた。充填気泡塔形式吸収塔（内径が２００ｍ　ｍであり、液
深がＢｏｏｍ　ｍであり、代表長が１２ｍ　ｍであるラ
シッヒリングを充填、）を使用した。この吸収塔に、三価の鉄イオンを含む吸収液（組成Ｆｅ
２’／　Ｆｅ”／ＨＣＩ　＝　１．１１０．θ／４．５
　ｍａｔ／ｌ）を０．５文／分で塔上部から供給し、連
続吸収操作を行なった。吸収液は、塔下部から抜き出し
、イオウを分離した後、電解槽にて二価の鉄イオンを三
価に酸化し、その後、再び吸収塔に供給した。この吸収
塔内の温度は１３０℃に、圧力は３　ｋｇ／ｃｍ２・Ｇ
に維持し、硫化水素含有ガス（組成Ｈ２Ｓ：　４Ｇ％。Ｈ２：８０％）を１．２　Ｎ見／分にて供給した。操作の開始後に系内が定常に達したときの硫化水素吸収
率は、吸収塔入口および出口のガス組成変化から求め、
イオウ回収率と共に第３表に示した。連続式吸収操作に
おいても実施例１〜４と同様に硫化水素の吸収率が大き
く、イオウ回収率を高くすることができた。なお、電解槽にて１反応系内の液組成を一定に保持する
のに必要な電解電流をかけて二価の鉄イオンを三価の鉄
イオンに酸化した。（実施例６〜８）実施例６，７．８については、第３表に示したように供
給硫化水素含有ガスが二酸化炭素を含む組成にになった
以外は、前記実施例５と同条件で実施した。その結果を第３表に示した。二酸化炭素のような酸性ガスが共存しても選択的に硫化
水素を吸収し１回収率も高かった。第表

Claims

【特許請求の範囲】

（１）硫化水素含有ガスと３価の鉄イオンを含む鉄塩水
溶液とを、イオウの融点以上の温度で接触して反応させ
、溶融状態で生成するイオウを分離することを特徴とす
るイオウの回収方法。
（２）前記硫化水素含有ガスと前記３価の鉄イオンを含
む鉄塩水溶液とを、イオウの融点以上の温度で接触して
反応させ、溶融状態のイオウを分離回収すると共に、イ
オウの分離により得られる水溶液を電気化学的に処理し
て、前記３価の鉄イオンを含む鉄塩水溶液と水素とを回
収することを特徴とするイオウの回収方法。