JPH10192692A

JPH10192692A - 気液接触反応器

Info

Publication number: JPH10192692A
Application number: JP410197A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Akatsuchi; 雅敏赤土; Yasuo Suzuki; 康夫鈴木; Tsutomu Katagiri; 務片桐
Original assignee: JGC Corp
Current assignee: JGC Corp
Priority date: 1997-01-13
Filing date: 1997-01-13
Publication date: 1998-07-28

Abstract

(57)【要約】【課題】簡易かつ安価に、かつ高効率に気液接触反応
させる反応器。【解決手段】反応原料液２３に反応原料気体を吹き込
んで化学反応を行なわせる気液接触反応器において、反
応原料液を貯溜する反応塔３２内に、気体生成物を収集
し通過させる上昇流路４８と、その上昇流路と連通し気
体生成物を反応原料液中に流出する下降流路５０とが形
成された気体返送体３６を具備していることを特徴とす
る。このものであると、気液接触反応に必要な加熱エネ
ルギを節減できると共に、気体生成物の製造効率を高
め、生産量の増加を図ることができる上、気体生成物の
精製度を高めることもできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は液体と気体を反応さ
せる気液接触反応に用いる反応器に関するもので、特に
硫黄と水素とを反応させて硫化水素（Ｈ₂Ｓ）を製造す
る反応器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】硫黄と水素とを気相で反応させて硫化水
素を製造する方法は良く知られているが、硫黄と水素を
反応させる際には反応熱による温度上昇が大きく、その
為、反応器の温度制御が必要となる。従来、その対策と
して水素を大過剰とし、硫黄を少量にして両者の反応量
を制限して温度上昇を抑える方法が知られている。しか
しながら、この方法では、水素の利用率が低いばかりで
なく、硫化水素生産量当りの装置の大きさが大きくな
り、また、大量の水素の循環とこれに伴う吸収、再生工
程等の過大な設備が必要となり、製造装置が大型かつ高
価になってしまう問題があった。そこで、特公昭４６−
５５７２号公報には、気相反応室を２つ以上連設し、こ
れに、硫黄を気化させるに十分な温度に加熱した水素を
通じながら各反応室の入口に設けた硫黄導入気化室に硫
黄を分割供給して反応させる方法が示されている。しか
し、この方法では、１段で温度上昇を１００℃以内に抑
えるには、約１モル％分のＳ₈（硫黄蒸気）しか反応で
きないので、硫化水素を高濃度にするためには段数が多
く必要となり不経済である。

【０００３】また、特公平５−１１０４６号公報には、
液相部の硫黄と水素ガスを反応させることで硫化水素を
製造する方法が示されている。この方法を図４を参照し
て説明する。この方法では、まず、反応塔１内の温調器
４によって液体硫黄２を２５０℃以上の所定温度範囲に
加熱する。そして、供給ライン３を通じて反応塔１内に
水素ガスを供給し、反応塔１内の下部に配設されたノズ
ル５から液体硫黄２中に水素ガスを吹き出す。反応塔１
内に吹き込まれた水素ガスは反応塔１内の液体硫黄２と
接触し、硫化水素ガスを生じる。生じた硫化水素ガスは
反応塔１からライン６を通って凝縮分離器７に送られ
る。この反応塔１から流出されるガスには、硫化水素ガ
スの他、硫黄蒸気、未反応水素等が同伴されている。凝
縮分離器７ではライン６を通って送られてきたガスを冷
却し、混入する硫黄蒸気を凝縮分離、回収する。また、
反応塔１から流出したガスの一部は水添反応器８に送ら
れ、硫黄蒸気と水素を気相接触反応させて硫化水素を生
成させる。また、凝縮分離器７からライン９により取り
出された分離ガス中には、硫化水素の他、依然、未反応
水素、硫黄蒸気を含んでいるおそれがあるので、水添反
応器１０で気相接触反応させてさらに精製し、硫黄蒸気
を減少させると共に、硫化水素量を増加させる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した反
応塔１においては、その気相部１６においても、硫黄蒸
気と水素とが気相接触反応しており、その反応による発
熱量は大きく、これを考慮せずに液相硫黄２の温度制御
は容易でなく、熱収支を最適にすることが困難である。
また、液体硫黄２を所定温度に保つために、温調器４に
よる加熱または冷却だけでなく、この気相部１６の周囲
を覆うように冷却ジャケット１８等の制御装置を付設
し、気相部１６を冷却することも考えられるが、装置が
複雑化してしまう。また、より高効率に硫化水素を製造
することも希求されている。また、特開平６−２８５３
６４号公報には、図５に示すように、反応原料液２３を
貯溜する反応塔２０内に、隔壁２１を設け、下方に設け
たガス吹込みノズル２２から反応原料気体を吹き込み、
循環流動させて気液接触の効率を高める方法が示されて
いるが、このものであっても、上述した不具合を生じ易
い。さらに、特公平５−６７５６２号公報には、気相部
に硫黄蒸気を還流する内部リフラックス装置を備えて硫
黄蒸気を冷却、液化することで、気相部での反応を抑え
て発熱量を低下させ、また、硫黄蒸気の除去によって硫
化水素の濃度を高めたものが示されているが、生産量の
増加等において必ずしも満足なものではない。本発明は
前記課題を解決するためになされたもので、簡易かつ安
価に、かつ高効率に気液接触反応させる反応器を提供す
ることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者等は液体硫黄中
に水素ガスを吹き込んで硫化水素を生成する反応につい
て、鋭意研究を重ねたところ、液体硫黄中での反応も下
記の２反応が主体であることを見い出した。Ｓ₆(g)＋６Ｈ₂ → ６Ｈ₂Ｓ＋５３kcal/molＳ₆ ・・・（１）Ｓ₈(g)＋８Ｈ₂ → ８Ｈ₂Ｓ＋６２kcal/molＳ₈ ・・・（２）さらに、液体硫黄の蒸発潜熱が６８kcal/kgＳ（４２０
℃）であることと、反応速度とを総合的に勘案して、本
発明を完成するに至った。すなわち、本発明の気液接触
反応器は、反応原料液に反応原料気体を吹き込んで化学
反応を行なわせる気液接触反応器において、反応原料液
を貯溜する反応塔内に、気体生成物を収集し通過させる
上昇流路と、該上昇流路と連通し気体生成物を反応原料
液中に流出する下降流路とが形成された気体返送体を具
備していることを特徴とするものである。この際、気体
返送体としては、上端が閉塞し下端が反応原料液中に開
放された外管体と、その外管体内に配置された内管体と
を有し、その内管体の内部に上昇流路が形成され、内管
体と外管体の間隙に下降流路が形成されたものが好まし
い。

【０００６】また、上昇流路の下端には、下方が拡径し
た気体収集体を設けておくことが好ましい。さらに、こ
の気体返送体は複数個設けられていてもよい。また、請
求項４記載の気液接触反応器は、反応原料液に反応原料
気体を吹き込んで化学反応を行なわせる気液接触反応器
において、下端部に気体収集部を設けた内筒と、上端を
蓋し下端を開放した外筒よりなり、内部に連通した上下
方向の気体流路を有する筒状構造物が液相部に設置され
てなることを特徴とするものであり、請求項５記載の気
液接触反応器は、反応原料液に反応原料気体を吹き込ん
で化学反応を行なわせる気液接触反応器において、内部
に連通した上下方向の気体流路を有し、気体流路の下端
部に気体収集部を設けると共に、他方の気体流路を下方
に開放してなる構造物が液相部に設置されてなることを
特徴とするものである。これらの反応器は、液体硫黄中
に水素ガスを吹き込んで硫化水素を製造する場合に特に
適している。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明を図１を参照して説明す
る。図１に示す反応器３０においては、反応塔３２と、
その反応塔３２の下部に反応原料液２３を供給する液体
供給管３４と、反応原料気体を供給する気体導入手段
と、反応塔３２内に配置される気体返送体３６と、反応
器出口３５とを具備して概略構成される。気体導入手段
は、反応原料気体を送給する配管３９と、その配管３９
と接続し、反応塔３２内に貯溜した反応原料液２３内に
位置するノズル３８とを具備して概略構成され、配管３
９に接続された気体タンクからコンプレッサ（図示略）
により送給された反応原料気体がノズル３８から吹き出
る。

【０００８】図示例の気体返送体３６は、上端が閉塞
し、下端が開口した円管状の外管体（外筒）４０と、そ
の外管体４０の内部に設けられ、上端及び下端共に開口
した円管状の内管体（内筒）４２とを具備した筒状構造
物で概略構成され、内管体４２の上端４４と外管体４０
の上壁４６との間には間隙４５が形成され、内管体４２
の内部空間である上昇流路４８と、内管体４２と外管体
４０の間に形成される空間である下降流路５０とは間隙
４５により連通する。この際、少なくとも下降流路５０
の下端部５２は、貯溜している反応原料液（液相部）２
３内に位置することが必要である。また、気体返送体３
６は反応塔３２内において、反応塔３２の内壁３３と間
隙５４を形成して配置される。また、気体返送体３６
は、その一部が気相部１６に露出するように配置させて
も良いが、後述する熱交換効果を高めるために、図示の
ごとく、全体が反応原料液２３内に浸漬するように設け
ることが好ましい。

【０００９】また、気体返送体３６の設置数は１つに限
られず、図３に示すように、複数個、例えば、３個、ま
たは７個の気体返送体３６，３６，・・・を１つの反応塔
３２内に設けても良い。

【００１０】この気体返送体３６は、反応塔３２の内壁
と同様に、反応原料液、反応原料気体、反応生成物等に
よって腐食されず、耐熱性を有するものであれば、特に
その材料は限定されないが、熱交換効果を高めるため
に、熱伝導率の高いもので構成することが好ましい。例
えば、オーステナイト系ステンレス鋼などが挙げられ
る。また、図示例のものでは、気液接触反応により生じ
た気体生成物を収集しやすいように、下方が拡径した気
体収集体５６が内管体４２の下端に設けられている。さ
らにまた、図示例の反応器においては、反応原料液２３
内であってノズル３８の上方に、反応原料液２３を加熱
または冷却するための温調器５８が設けられている。温
調器５８には、例えば、電気ヒータ等が適用できる。
尚、符号６０は、メンテナンス時などに利用するマンホ
ールである。

【００１１】この反応器３０を使用するには、まず、反
応塔３２内に液体供給管３４から反応原料液を供給し、
貯溜する。そして、所定の温度に温調器５８で反応原料
液２３を加熱する。そして、配管３９を通じて送給され
てきた反応原料気体をノズル３８から吹き出して、反応
原料液と反応原料気体の気液接触反応を起こさせ、気体
生成物を生成する。気体生成物は、反応原料液２３内を
上昇するので、これを気体収集体５６で収集し、そのま
ま上昇流路４８内を上昇させる。この際、この気液接触
反応により生じた気体生成物の他にも、反応原料気体や
反応原料液の蒸気等も気体収集体５６で収集され、上昇
流路４８内を上昇する。これらの混合ガスは、次々と生
じる気体生成物、反応原料気体や反応原料液の蒸気によ
って上方に送り込まれ、間隙４５を通過後、下降流路５
０内を下降し、下降流路５０の下端５２から反応原料液
２３内に流出し、戻される。この間に、上昇流路４８な
いし下降流路５０内にて反応原料気体と反応原料液の蒸
気による気相反応によっても気体生成物が生成される。
その後、反応原料液２３内に戻された気体生成物は、外
管体４０と反応塔３２の内壁３３の間隙５４を通過して
上昇し、気相部１６に送られた後、反応器出口３５から
次工程に送給される。

【００１２】このような反応器であると、気体返送体３
６内での気相反応による発熱の熱エネルギは、外管体４
０を伝わって反応原料液２３に放出されると共に、高熱
の気体生成物が下降流路５０を出て反応原料液２３中を
通過するので、気体生成物と反応原料液２３との間で熱
交換が生じ、気体生成物は冷却されると共に反応原料液
２３の温度は高められる。従って、温調器５８による加
熱量が補われる。尚、反応原料液の蒸発量が増えれば、
気相反応での発熱量も増えるので、これを還元すれば、
反応原料液の蒸発に係る蒸発潜熱を賄うことができる
が、熱収支の悪化等により、反応原料液の蒸気が低減し
たり気相反応が少なくなった場合には、温調器５８によ
る加熱温度を高めればよい。また、気体返送体３６内で
気相反応も生じさせることから、生成物を短時間で高濃
度に生産することができる。したがって、この反応器で
あれば、装置が簡易で、大型または高価になることな
く、高濃度に目的生成物を得ることができ、かつ触媒を
必ずしも必要としないのでメンテナンス等が容易であ
り、経済的でもある。しかも、従来、気体生成物の精製
度を高める為、または気相反応が生じることによる高温
化を防止する為に、反応原料液はなるべく蒸発させない
ようにしていたが、本発明では蒸発した反応原料液によ
る気相反応を積極的に利用するもので、その気体生成物
ならびに気相反応による発熱を考慮するものであり、反
応原料液への熱交換により気相反応による発熱は除熱さ
れ、その熱エネルギは反応原料液の蒸発潜熱と、反応原
料液の加熱とに費やされ、反応原料液の加熱に要するエ
ネルギを節約することができる。

【００１３】尚、上述した図１に基づく例では、気体返
送体３６を内管体（内筒）４２とこれを覆う外管体（外
筒）４０とで概略構成したが、本発明の気体返送体とし
てはこれに限られるものではなく、例えば、図２に示す
ように、上昇流路４８を形成する内管体４２と、内管体
４２の周囲を螺旋状に下降する下降流路５１を形成する
外管体４１とを有する構造物で概略構成されるものであ
ってもよい。この図２に示すものであると、反応原料液
２３と接触する気体返送体３７の表面積を増加すること
ができるので、気体返送体３７と反応原料液２３の間で
の熱交換効率をより高めることができる。

【００１４】上述した反応器は、適用する反応原料液、
反応原料気体、反応生成物は特に限られるものではない
が、液体硫黄と水素ガスとの気液接触反応による硫化水
素の製造が好適である。この硫化水素の製造の場合、ま
ず、反応塔３２内に液体供給管３４から液体硫黄を供給
し、貯溜する。そして、所定の温度に温調器５８で液体
硫黄を加熱する。ここで、所定温度とは、４００〜４８
０℃であることが好ましい。また、反応圧力（ゲージ
圧）は０.３〜３０kg/cm²Ｇであることが好ましく、５k
g/cm²Ｇ程度がより好ましい。そして、配管３９を通じ
て送給されてきた水素ガスをノズル３８から吹き出し、
液体硫黄と水素ガスの気液接触反応を起こさせる。水素
ガスとしては、例えば、ＬＰＧ、ナフサ等の水蒸気改質
水素、電解水素、別プラントからの回収水素などが使用
できる。

【００１５】そして、液体硫黄２３内を上昇する気液接
触反応により生成された硫化水素は、水素ガスや硫黄蒸
気等と共に、気体収集体５６で収集され、上昇流路４８
内を上昇する。そして、上昇流路４８内のこれらの混合
ガスは、次々と生じる生成硫化水素を含む混合ガスによ
って上方に送り込まれ、その後、下降流路５０内を下降
し、下降流路の下端から液体硫黄２３内に流出し、戻さ
れる。また、硫化水素に同伴した水素ガスと硫黄蒸気は
上昇流路４８及び下降流路５０内で気相反応し、硫化水
素が生じる。この気相反応による硫化水素も下降流路５
０の下端から液体硫黄２３内に戻される。そして、これ
ら気液接触反応による硫化水素ならびに気相反応による
硫化水素は共に、液体硫黄内を気体返送体３６の外部を
通って上昇し、気相部１６から反応器出口３５を通じて
次工程に送給される。したがって、液相での硫化水素の
生成に加えて、気液接触反応しなかった水素ガス及び硫
黄蒸気が気体返送体内において反応して硫化水素が生成
されるので、高効率に硫化水素を製造でき、生産量を増
加でき、しかも、採集されるガス中の硫化水素の濃度が
高く、水素ガスや硫黄蒸気量が少ないので、次工程以降
での凝縮器や水添反応器の削減を図ることもできる。
尚、十分に反応が進行する反応系であれば必ずしも必要
ではないが、場合に応じて適宜、気相及び又は液相で触
媒を適用することも可能である。

【００１６】

【実施例】図１に示す反応器を用い、反応塔３２内に液
体硫黄を１.８５kg・mol/hr供給し、水素ガスを３.７kg・
mol／hr供給し続け、反応塔３２の頂部に設けたセンサ
によって、気相部１６内の硫化水素濃度が４５vol%にな
るのに必要な電熱量を計測した。尚、温調器５８により
気液接触反応温度は４２０℃に設定し、触媒は使用しな
かった。また、比較例として、気体返送体を用いないこ
と以外は同様の反応器を用いて、液体硫黄と水素ガスと
を気液反応させて硫化水素を製造した。その結果、気体
返送体を用いた本実施例の反応器において、硫化水素濃
度が４５vol%になるのに必要な電熱量を１００とする
と、比較例の反応器では硫化水素濃度を４５vol%にする
のに必要な電熱量は３０２であり、本実施例のものであ
れば、液体硫黄の加熱に必要とする外部からのエネルギ
を約１／３に削減できた。さらに、本実施例の反応器で
は、気相部分の除熱が不要であり、さらなる省エネルギ
が達成された。

【００１７】

【発明の効果】本発明は、気液接触反応を行なう液相部
に気相反応を行なわせる特殊構造物を設置し、気相部で
の反応熱を液相部の熱源の一部として有効利用すること
により、気液接触反応に必要な加熱エネルギを節減する
ことができると共に、気体生成物の製造効率を高め、生
産量の増加を図ることができる上、気体生成物の精製度
を高めることもできる。また、気相反応に伴う発熱を効
果的に除熱することもできる。特に、熱的バランスに優
れ、熱ユーティリティが簡潔で温度制御を簡易かつ安価
にできる。また、大過剰の水素を使用する必要がなく、
硫化水素の製造に使用する水素の量を削減することがで
き、また、装置が簡易で、大型になることがなく、しか
も付帯設備の小規模化または削減も可能で、コストダウ
ンを図ることもでき、経済的でもある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態例を示す側断面図であ
る。

【図２】本発明の一実施形態例を示す側断面図であ
る。

【図３】本発明の一実施形態例を示す側断面図であ
る。

【図４】従来例の反応方法を示す概略構成図である。

【図５】従来例の反応器を示す側断面図である。

【符号の説明】

１反応塔２液体硫黄２０反応塔２３反応原料液３０反応器３２反応塔３６気体返送体３７気体返送体４０外管体４１外管体４２内管体４８上昇流路５０下降流路５１下降流路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】反応原料液に反応原料気体を吹き込んで
化学反応を行なわせる気液接触反応器において、反応原
料液を貯溜する反応塔内に、気体生成物を収集し通過さ
せる上昇流路と、該上昇流路と連通し気体生成物を反応
原料液中に流出する下降流路とが形成された気体返送体
を具備していることを特徴とする気液接触反応器。
【請求項２】前記気体返送体が、上端が閉塞し下端が
反応原料液中に開放された外管体と、その外管体内に配
置された内管体とを有し、該内管体の内部に上昇流路が
形成され、内管体と外管体の間隙に下降流路が形成され
ることを特徴とする請求項１記載の気液接触反応器。
【請求項３】上昇流路の下端に、下方が拡径した気体
収集体が設けられていることを特徴とする請求項１また
は２記載の気液接触反応器。
【請求項４】反応原料液に反応原料気体を吹き込んで
化学反応を行なわせる気液接触反応器において、下端部
に気体収集部を設けた内筒と、上端を蓋し下端を開放し
た外筒よりなり、内部に連通した上下方向の気体流路を
有する筒状構造物が液相部に設置されてなることを特徴
とする気液接触反応器。
【請求項５】反応原料液に反応原料気体を吹き込んで
化学反応を行なわせる気液接触反応器において、内部に
連通した上下方向の気体流路を有し、気体流路の下端部
に気体収集部を設けると共に、他方の気体流路を下方に
開放してなる構造物が液相部に設置されてなることを特
徴とする気液接触反応器。
【請求項６】複数個の気体返送体を具備していること
を特徴とする請求項１または２記載の気液接触反応器。
【請求項７】反応原料液が液体硫黄で、反応原料気体
が水素ガスであることを特徴とする請求項１〜６のいず
れかに記載の気液接触反応器。