(57)【要約】【課題】液体硫黄が流れるラインの閉塞を抑制できる硫化水素ガス製造プラントを提供する。【解決手段】硫化水素ガス製造プラント１０は、水素ガスと硫黄とを反応させ、硫化水素ガスを得る反応装置１１と、反応装置１１から排出された硫化水素含有ガスを冷却する冷却装置１２とを含む。この硫化水素ガス製造プラント１０は、反応装置１１で未反応であった硫黄を、冷却装置１２から流出させる硫黄取出しライン２１を備える。硫黄取出しライン２１は、ライン内の第１地点１８から、第１地点１８と平面視で異なっている、ライン内の第２地点１９へ硫黄を通過させる中間ライン部２２を含み、中間ライン部２２は第１地点１８から第２地点１９まで徐々に高さが低くなっている。このような構成により、固化した硫黄がライン中にとどまることが抑制され、硫黄取出しライン２１が閉塞することが防止できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素ガスと硫黄とを反応させ、硫化水素ガスを得る反応装置と、
前記反応装置から排出された硫化水素含有ガスを冷却する冷却装置と、
前記冷却装置において前記硫化水素含有ガスに含まれる未反応硫黄を液化した液体硫黄を、前記冷却装置から流出させる硫黄取出しラインと、を備え、
前記硫黄取出しラインは、該硫黄取出しライン内の第１地点から、該第１地点と平面視で異なっている、前記硫黄取出しライン内の第２地点へ前記液体硫黄を通過させる中間ライン部を含み、
該中間ライン部は前記第１地点から前記第２地点まで徐々に高さが低くなっている、
ことを特徴とする硫化水素ガス製造プラント。
【請求項２】
前記硫黄取出しラインは、前記中間ライン部に隣接して前記液体硫黄を通過させる他のライン部を含み、
前記中間ライン部の全部または一部は、前記硫黄取出しラインを構成する前記他のライン部に対して着脱自在である、
ことを特徴とする請求項１記載の硫化水素ガス製造プラント。
【請求項３】
前記中間ライン部の軸心が、水平面に対して２０度以上４０度以下となるように、前記中間ライン部が配置されている、
ことを特徴とする請求項１または２記載の硫化水素ガス製造プラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、硫化水素ガス製造プラントに関する。さらに詳しくは、硫黄と水素ガスとを反応させて硫化水素ガスを製造する硫化水素ガス製造プラントに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ニッケル酸化鉱石の湿式製錬方法においては、ニッケル酸化鉱石の浸出液を中和して得られた溶液や不純物を除去したニッケル回収用溶液に対して、硫化水素ガスを吹き込んで金属硫化物を形成する硫化処理が行われる。
【０００３】
この硫化処理が行われるプラントの近隣には、硫化処理に用いられる硫化水素ガスの製造プラントが設けられ、この硫化水素ガス製造プラントから硫化水素ガスが直接供給されることが多い。特許文献１には、水素と硫黄とを反応させて硫化水素ガスを得る硫化水素ガス製造プラントが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−２８７２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の硫化水素ガス製造プラントでは、反応設備で硫黄と水素とが反応して硫化水素ガスが発生し、硫化水素ガスは反応設備から気体として流出する。反応設備から流出するガスには、反応により生成した硫化水素ガスに加えて、気体状の未反応硫黄（硫黄蒸気）や、未反応水素、水素に同伴して供給されているメタンなどが含まれている。そのため、反応設備の後処理装置である冷却設備、洗浄設備、乾燥設備などで、硫化水素ガス以外の成分が除去される。反応設備から流出するガスから除去された未反応硫黄は、再度硫化水素ガスの生成に利用している。詳しくは、反応設備から流出するガスに含まれる硫黄蒸気を、主に冷却設備で除去し、液体硫黄として冷却設備から専用の戻りラインを通して、反応設備に繰返す。
【０００６】
反応設備、冷却設備、洗浄設備、乾燥設備などの硫化水素ガス製造プラントの各設備は、設備内に気液接触に適した落差を有し、設備同士は互いに異なる高さで接続されている。一例として図６に、硫黄の戻りラインである硫黄取出しライン５１の中間ライン部５４の正面図を示す。第１地点５２、第２地点５３は、鉛直方向の配管の軸心方向の中心線と、中間ライン部５４の軸心方向の中心線とが交わる点であり、平面視で互いの位置が異なっている地点を示している。冷却設備から取り出された液体硫黄は、硫黄取出しライン５１を上から下に向かって流れる。
【０００７】
図６で示す硫黄取出しライン５１は、第１地点５２と第２地点５３との高さが等しい、すなわち水平な中間ライン部５４が存在するため、硫黄取出しライン５１を流れる硫黄は、中間ライン部５４内で留まりやすい。中間ライン部５４内で硫黄が留まると、硫黄が冷えて固化し、硫黄取出しライン５１が閉塞されるという問題がある。冷却設備からの硫黄取出しライン５１が閉塞すると、冷却設備における硫黄の回収量が減少し、その後の洗浄設備、乾燥設備等に供給される硫黄が増える。そうすると、洗浄設備、乾燥設備内において圧力が増大し、これらの設備への硫化水素ガスの流入量が制限される。その結果、硫化水素ガス製造プラント全体の設備の単位時間当たりの処理量が減る。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑み、液体硫黄が流れるラインの閉塞を抑制できる硫化水素ガス製造プラントを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１発明の硫化水素ガス製造プラントは、水素ガスと硫黄とを反応させ、硫化水素ガスを得る反応装置と、前記反応装置から排出された硫化水素含有ガスを冷却する冷却装置と、前記冷却装置において前記硫化水素含有ガスに含まれる未反応硫黄を液化した液体硫黄を、前記冷却装置から流出させる硫黄取出しラインと、を備え、前記硫黄取出しラインは、該硫黄取出しライン内の第１地点から、該第１地点と平面視で異なっている、前記硫黄取出しライン内の第２地点へ前記液体硫黄を通過させる中間ライン部を含み、該中間ライン部は前記第１地点から前記第２地点まで徐々に高さが低くなっていることを特徴とする。
第２発明の硫化水素ガス製造プラントは、第１発明において、前記硫黄取出しラインは、前記中間ライン部に隣接して前記液体硫黄を通過させる他のライン部を含み、前記中間ライン部の全部または一部は、前記硫黄取出しラインを構成する前記他のライン部に対して着脱自在であることを特徴とする。
第３発明の硫化水素ガス製造プラントは、第１発明または第２発明において、前記中間ライン部の軸心が、水平面に対して２０度以上４０度以下となるように、前記中間ライン部が配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
第１発明によれば、硫黄取出しラインは、第１地点から第２地点へ硫黄を通過させる中間ライン部を含み、第１地点から第２地点まで徐々に高さが低くなっていることにより、硫黄取出しライン内を流れる液体硫黄が中間ライン部内に留まることが抑制され、液体硫黄が固化して硫黄取出しラインが閉塞することが防止できる。これにより、硫化水素ガス製造プラント全体の単位時間当たりの処理量を維持することが長時間にわたり可能となる。
第２発明によれば、中間ライン部は、硫黄取出しラインを構成する他のライン部に対して着脱自在であることにより、硫黄取出しライン内の、固化した硫黄の除去などのメンテナンスが容易になる。
第３発明によれば、中間ライン部の軸心が、水平面に対して２０度以上４０度以下となるように、中間ライン部が配置されていることにより、固化した硫黄がライン中にとどまることをより確実に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る硫化水素ガス製造プラントの中間ライン部を含む硫黄取出しラインの正面図である。
【図２】図１の硫黄取出しラインの平面図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る硫化水素ガス製造プラントの中間ライン部を含む硫黄取出しラインの正面図である。
【図４】図３の硫黄取出しラインの平面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る硫化水素ガス製造プラントの概略構成図である。
【図６】従来の硫黄取出しラインの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
まず、本発明の第１および第２実施形態に係る硫化水素ガス製造プラント１０の共通の構成の概略を図５により説明し、その後で、硫化水素ガス製造プラント１０を構成する硫黄取出しライン２１の、中間ライン部２２の構成について説明する。
【００１３】
＜硫化水素ガス製造プラント＞
図５には本発明の第１および第２実施形態に係る硫化水素ガス製造プラント１０の概略構成図を示す。硫化水素ガス製造プラント１０は、供給された硫黄と水素ガスとにより硫化水素ガスを発生させる反応装置１１と、この反応装置１１から流出するガス（以下、本明細書で「硫化水素含有ガス」と称することがある）を冷却し、未反応の硫黄蒸気を凝縮する冷却装置１２と、この冷却装置１２から流出した硫化水素含有ガス中に含まれる硫黄をさらに洗浄する洗浄装置１３と、洗浄後の硫化水素含有ガスを乾燥し水分を除去する乾燥装置１４とで構成されている。なお、本明細書では、反応装置１１の後工程をつかさどる、冷却装置１２、洗浄装置１３、乾燥装置１４のそれぞれを後処理装置と称することがある。また、硫化水素ガス製造プラント１０は、付帯設備として、生成した硫化水素ガスを貯留する貯留装置１５と、硫化水素ガスを使用するプラントに硫化水素ガスを供給する供給装置１６とを備えている。
【００１４】
本実施形態の硫化水素ガス製造プラント１０では、活性化エネルギーを低減することを目的として触媒を有する反応装置１１を使用している。ただし、反応装置１１として、触媒を使用せずに硫化水素ガスを製造する装置を用いてもよい。また、硫化水素ガス製造プラント１０では、製造した硫化水素含有ガスに含まれる硫黄を洗浄装置１３で除去した後、乾燥装置１４で水分を除去することによって水分による装置の腐食を防止している。
【００１５】
硫化水素ガス製造プラント１０では、製造した硫化水素ガスをコンプレッサー等の供給装置１６を使用して流送に必要な圧力まで昇圧し、昇圧させた硫化水素ガスを、例えば上述したニッケル酸化鉱石の湿式製錬方法における脱亜鉛工程や硫化工程等の硫化水素ガスを使用する設備に供給する。
【００１６】
本実施形態の硫化水素ガス製造プラント１０においては、硫化水素ガスを製造する条件として、例えば、圧力が約５ｋＰａＧ、温度が約３８０℃で運転される。この硫化水素ガス製造プラント１０では、反応装置１１に触媒を使用しているため、圧力、温度ともに低い条件での運転が可能となる。
【００１７】
本実施形態の硫化水素ガス製造プラント１０は、反応装置１１で未反応であった硫黄を、冷却装置１２から流出させる硫黄取出しライン２１が備えられている。反応装置１１からは、未反応硫黄が、硫化水素含有ガスに含まれて排出される。そして冷却装置１２において、未反応硫黄が凝縮して液体硫黄になる。硫黄取出しライン２１には、この液体硫黄が流出する。硫黄取出しライン２１は、鋼製のパイプにより構成されており、液体硫黄が通過することができる。硫黄取出しライン２１に流出した硫黄は、硫化水素ガス製造プラント１０の原料として回収する。なお、硫黄取出しライン２１へ流出した硫黄は、回収して再度反応装置１１に繰返すだけでなく、他のプラントで用いることも可能である。
【００１８】
＜第１実施形態での硫黄取出しライン＞
図１には、本発明の第１実施形態に係る硫化水素ガス製造プラント１０の中間ライン部２２を含む硫黄取出しライン２１の正面図を、図２には、図１の硫黄取出しライン２１の平面図を示す。なお本明細書では、平面図のように上方からの見ることを平面視と称することがある。冷却装置において凝縮された液体硫黄は、図１の紙面上では上から下へ流れ落ちる。硫黄取出しライン２１は、硫黄送り出し側の容器である冷却装置１２と硫黄受け取り側の容器とを接続しており、それぞれの容器と硫黄取出しライン２１は口径が異なるので硫黄の流速が変化しやすい。そこで、硫黄取出しライン２１が容器より口径が小さくても詰まりにくいように、容器と硫黄取出しライン２１とは急傾斜（鉛直方向から３０°以内の方向）に接続されている。ところで、安全上の観点（両方の容器周辺での同時作業時に、工具・部品・切り屑などが落下して当たる等を防ぐため）や、各容器の荷重を分散する観点から、冷却装置１２と硫黄受け取り側の容器とは上から見て離れた位置に設置される。直前の２文で述べたことからすると、硫黄送り出し側の容器と硫黄取出しライン２１との接続部の軸線（つまりは延長方向、延長部）と、硫黄受け取り側の容器と硫黄取出しライン２１との接続部の軸線とは、交わることがない。そこで、硫黄取出しライン２１は中間ライン部２２を備えて、中間ライン部２２を横向きに介してこれら２軸線を接続している。なお、硫黄取出しライン２１は、配管抵抗を最小限にする観点から折れ曲がりは２回以下に抑えることが望ましいが、反応装置１１に液体硫黄を供給したり、他の装置を迂回したりするために、３回以上折れ曲がった配置にすることも可能である。
【００１９】
硫黄取出しライン２１は、複数のパイプを結合して構成されており、図１、２は、その一部を示したものである。硫黄取出しライン２１は、第１鉛直パイプ２３、中間パイプ２５、および第２鉛直パイプ２７を有している。第１鉛直パイプ２３と中間パイプ２５とは、第１折れ曲がりパイプ２４を介して結合されている。中間パイプ２５と第２鉛直パイプ２７とは、第２折れ曲がりパイプ２６を介して結合されている。パイプ間の結合は、それぞれのパイプの端部に設けられたフランジ２８をねじ止めすることにより行われている。
【００２０】
上記のような構成であることにより、中間ライン部２２の一部または全部は、硫黄取出しライン２１を構成する他のライン部に対して着脱自在である。例えば、中間ライン部２２の一部である中間パイプ２５は、その両端のフランジ２８のねじを外すことで、他のライン部である、第１折れ曲がりパイプ２４および第２折れ曲がりパイプ２６に対して取り外すことが可能である。なお、「中間ライン部２２の一部または全部が着脱自在である」との記載には、「中間ライン部２２の一部または全部を含む部分が着脱自在である」ことを含む。例えば、中間ライン部２２の全体を含む、第１折れ曲がりパイプ２４、中間パイプ２５、第２折れ曲がりパイプ２６の組合せを、第１折れ曲がりパイプ２４の上側のフランジ２８と第２折れ曲がりパイプ２６の下側のフランジのねじを外すことで、他のライン部である、第１鉛直パイプ２３および第２鉛直パイプに対して取り外すことが、「中間ライン部２２の全部が着脱自在である」ことを意味する。また、中間ライン部２２の一部を含む、第１折り曲りパイプ２４を、その両端のフランジ２８のねじを外すことで、ライン部である、第１鉛直パイプ２３および中間パイプ２５に対して取り外すことが、「中間ライン部の一部が着脱自在であることを意味する。
【００２１】
このような構成の硫黄取出しライン２１は、図１の矢印で示すように、硫黄取出しライン２１内の第１地点１８から、第２地点１９に向けて液体硫黄が流れる構成である。図２で示すように、平面視で第２地点１９は、第１地点１８と異なる位置にある。具体的に第１地点１８は、第１鉛直パイプ２３の軸心と、中間パイプ２５の軸心との交点であり、第２地点１９は、第２鉛直パイプ２７の軸心と、中間パイプ２５の軸心との交点である。硫黄取出しライン２１の中間ライン部２２は、第１地点１８と第２地点１９との間のライン部分を意味する。本実施形態では、この中間ライン部２２は、第１地点１８から第２地点１９まで徐々に高さが低くなっている。高さが低くなる割合は、一定である必要はないが、図１に示すように、一定であることが好ましい。
【００２２】
中間ライン部２２の軸心の水平面Ｖに対する角度θは、２０度以上４０度以下が好ましく、３０度がより好ましい。２０度以上で中間ライン部２２を配置することで液体硫黄が流れやすくなる。４０度以下にすることで、鉛直方向に大きな空間がなくても中間ライン部２２を配置でき、設置の際には、中間ライン部２２の一端を作業座から高く遠く持ち上げなくても配置できるので、取り付けや取り外しが容易に行える。
角度θを決定するにあたっては、第１鉛直パイプ２３や第２鉛直パイプ２７に対して中間ライン部２２が鈍角となるように設定することが望ましい。このようにすると、液体硫黄が方向転換する際の速度低下をあまり受けずにすむ利点がある。
【００２３】
硫黄取出しライン２１は、第１地点１８から第２地点１９へ硫黄を通過させる中間ライン部２２を含み、第１地点１８から第２地点１９まで徐々に高さが低くなっている。このような構成であるから、硫黄取出しライン２１内を流れる液体硫黄が中間ライン部２２内に留まることが抑制される。そのため液体硫黄が固化して、硫黄取出しライン２１が閉塞することが防止できる。これにより、後処理装置へ硫化水素ガスが滞りなく流れるので、硫化水素ガス製造プラント１０全体の単位時間当たりの処理量を維持することが可能となる。
【００２４】
本発明の硫黄取出しライン２１は、反応装置１１や洗浄装置１３や乾燥装置１４にも設置することができる。たとえば、反応装置１１や洗浄装置１３や乾燥装置１４の内部に堆積した硫黄を加熱熔融して硫黄を回収する際に用いることができ、加熱温度を十分に上げなくても、硫黄を回収することができる。
【００２５】
中間ライン部２２の一部または全部は、硫黄取出しライン２１を構成する他のライン部に対して着脱自在である。この構成により硫黄取出しライン２１内、例えば中間パイプ２５や第１折れ曲がりパイプ２４、第２折れ曲がりパイプ２６内の、固化した硫黄の除去などのメンテナンスが容易になる。
【００２６】
中間ライン部２２の軸心が、水平面Ｖに対して２０度以上４０度以下となるように、中間ライン部２２が配置されていることにより、より確実に固化した硫黄が中間ライン部２２内に留まることを防止できる。
【００２７】
＜第２実施形態での硫黄取出しライン＞
図３には、本発明の第２実施形態に係る硫化水素ガス製造プラント１０の中間ライン部２２を含む硫黄取出しライン２１の正面図を、図４には、図３の硫黄取出しライン２１の平面図を示す。第１実施形態との相違点は、硫黄取出しライン２１が、複数のパイプを溶接して構成されている点である。第１実施形態と同一の構成については、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００２８】
硫黄取出しライン２１は、複数のパイプを溶接して構成されており、図３、４は、その一部を示したものである。硫黄取出しライン２１は、第１鉛直パイプ２３、中間パイプ２５、および第２鉛直パイプ２７を有している。第１鉛直パイプ２３と中間パイプ２５とは、第１折れ曲がりパイプ２４を介して結合されている。中間パイプ２５と第２鉛直パイプ２７とは、第２折れ曲がりパイプ２６を介して結合されている。パイプ間の結合は、それぞれのパイプの端面同士の接触させた部分を溶接することで行われている。このような結合にかえて、パイプ同士を嵌合したうえで一方のパイプの端面を溶接するようにしてもよい。
【００２９】
このような構成の硫黄取出しライン２１では、中間ライン部２２は、第１地点１８から第２地点１９まで徐々に高さが低くなっている。また、中間ライン部２２の軸心の水平面Ｖに対する角度θは、２０度以上４０度以下が好ましく、３０度がより好ましい。このように中間ライン部２２を配置することで液体硫黄が流れやすくなる。
【実施例】
【００３０】
未反応硫黄を取り出すラインの形状について、本発明の第１実施形態（実施例１）と従来の形態（比較例１）との効果を比較した。それぞれの形態で、後処理装置である、洗浄装置１３と乾燥装置１４の、入口側と出口側の圧力差を測定した。その装置での圧力差が大きくなることは、硫黄を取り出すラインが詰まり気味となり、その装置に未反応硫黄が流入して負担がかかっていることを意味する。また、それぞれの形態で硫化水素ガスの製造プラントを１か月稼働した場合に、硫黄を取り出すラインの詰まりにより操業が停止した時間（停止時間）を求めた。各設備の性能上の連続運転時間に対して、この停止時間を引いた残り（実稼働時間）が占める割合を、稼働率として算出した。
【００３１】
（実施例１）
第１実施形態、すなわち硫黄取出しライン２１が、図１で示した形態である硫化水素ガス製造プラント１０で、反応装置１１に供給する水素の流量を、６４３Ｎｍ３／ｈｒとして硫化水素ガスを製造した。運転期間における、洗浄装置１３の出入り口間の圧力差は１．１５ｋＰａ、乾燥装置１４の出入り口間の圧力差は０．３４ｋＰａであった。また、１か月稼働したときの実稼働時間は、性能上の連続運転時間と同じであり、稼働率は１００％であった。結果を表１、２に示す。
【００３２】
（比較例１）
従来の形態、すなわち硫黄取出しライン５１が、図６で示した形態である硫化水素ガスの製造プラントで、反応装置１１に供給する水素の量を、実施例１と同じく６４３Ｎｍ３／ｈｒとして硫化水素ガスを製造した。運転期間における、洗浄装置１３の出入り口間の圧力差は１．７１ｋＰａ、乾燥装置１４の出入り口間の圧力差は１．１９ｋＰａであった。また、１か月稼働したときの実稼働時間は、硫黄取出しライン５１の中間ライン部５４からの硫黄除去作業のために１２時間を要したため、性能上の連続運転時間よりも実稼働時間は１２時間少なくなり、このときの稼働率は９８．３％であった。結果を表１、２に示す。
【００３３】
【表１】
2019064845.tif 000003
【００３４】
【表２】
2019064845.tif 000004
【００３５】
上記の結果より、実施例１では、比較例１よりも洗浄装置１３、乾燥装置１４の出入り口間の圧力差が小さくなり、洗浄装置１３や乾燥装置１４などでより多くの硫化水素を処理できることが分かる。また、実施例１では稼働率が１００％であり、比較例１に比べて１．７％の上昇があったことが分かった。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明の要部である硫黄取出しライン２１の構成は、硫化水素ガスの製造プラントに限定されるものではなく、液体硫黄を扱う他の製造プラントでも採用することが可能である。また硫化水素ガスの製造プラントでも、冷却装置１２からの硫黄取出しライン２１だけでなく、他の後処理装置である洗浄装置１３や乾燥装置１４からの取出しラインに採用することも可能である。
【符号の説明】
【００３７】
１０  硫化水素ガス製造プラント
１１  反応装置
１２  冷却装置
１８  第１地点
１９  第２地点
２１  硫黄取出しライン
２２  中間ライン部  
【図１】
2019064845.tif 000005
【図２】
2019064845.tif 000006
【図３】
2019064845.tif 000007
【図４】
2019064845.tif 000008
【図５】
2019064845.tif 000009
【図６】
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