JP6912759B2

JP6912759B2 - 溶融硫黄冷却装置の洗浄方法

Info

Publication number: JP6912759B2
Application number: JP2018000926A
Authority: JP
Inventors: 智孝廣瀬
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 2018-01-09
Filing date: 2018-01-09
Publication date: 2021-08-04
Anticipated expiration: 2038-01-09
Also published as: JP2019120457A

Description

本発明は、溶融硫黄冷却装置の洗浄方法に関する。溶融硫黄冷却装置の熱交換チューブは溶融硫黄の固化に起因して閉塞する場合がある。本発明は、熱交換チューブ内の閉塞物を除去するための洗浄方法に関する。

ニッケル酸化鉱石を原料とする湿式製錬では、ニッケル酸化鉱石の浸出液に中和処理、不純物除去処理などを施した後、硫化水素ガスを吹き込んで硫化ニッケルを生成する硫化処理が行われる（例えば、特許文献１）。硫化処理に用いられる硫化水素ガスは硫化水素ガス製造プラントで製造される。

硫化水素ガス製造プラントでは溶融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は溶融硫黄を冷却するための溶融硫黄冷却装置が備えられる。

溶融硫黄冷却装置は溶融硫黄を熱交換チューブ内に通して冷却する構成である。溶融硫黄冷却装置の運転を継続すると、熱交換チューブ内において溶融硫黄が固化した閉塞物が徐々に増加していく。そうすると、溶融硫黄冷却装置への溶融硫黄の循環量が減少し、溶融硫黄を所望の温度まで冷却できなくなる。このような場合には、溶融硫黄冷却装置の運転を停止し、熱交換チューブ内の閉塞物を除去する必要がある。

特開２０１０−１２６７７８号公報

熱交換チューブ内の閉塞物の除去を、ジェット洗浄機の水噴射により行なうことが考えられる。しかし、熱交換チューブ内に水分が残ったまま溶融硫黄冷却装置の運転を再開すると、熱交換チューブに応力腐食割れが生じる可能性がある。これは、熱交換チューブ内の水分と硫化水素とが反応してポリチオン酸が生じるからである。そこで、水の代わりに圧縮空気の噴射により熱交換チューブ内の閉塞物を除去することが考えられるが、この方法では閉塞物を十分に除去できない。

本発明は上記事情に鑑み、熱交換チューブの損傷を抑制しつつ、閉塞物を十分に除去できる溶融硫黄冷却装置の洗浄方法を提供することを目的とする。

第１発明の溶融硫黄冷却装置の洗浄方法は、冷却用熱媒体が供給される冷媒室内に、溶融硫黄が通される熱交換チューブが設けられた溶融硫黄冷却装置の洗浄方法であって、前記冷媒室内に加熱用熱媒体を供給して前記熱交換チューブ内の閉塞物を融解し、前記熱交換チューブ内に圧縮ガスを吹き込んで融解物を除去することを特徴とする。
第２発明の溶融硫黄冷却装置の洗浄方法は、第１発明において、前記熱交換チューブ内に噴射管を挿入しつつ、該噴射管から前記圧縮ガスを吹き込むことを特徴とする。
第３発明の溶融硫黄冷却装置の洗浄方法は、第１または第２発明において、前記冷却用熱媒体は水であり、前記加熱用熱媒体は水蒸気であることを特徴とする。

第１発明によれば、熱交換チューブ内に水を噴射しないので、熱交換チューブ内の水分に起因する損傷を抑制できる。閉塞物を融解できるので、圧縮ガスの吹き込みによっても閉塞物を十分に除去できる。
第２発明によれば、熱交換チューブ内に噴射管を挿入しつつ圧縮ガスを吹き込むことで、熱交換チューブの端部から離れた部分の閉塞物も除去しやすい。
第３発明によれば、加熱用熱媒体として冷却用熱媒体と同種の物質を用いるので、洗浄後の熱媒体の入れ換え作業が容易である。

通常運転時の溶融硫黄冷却装置の縦断面図である。洗浄時の溶融硫黄冷却装置の縦断面図である。硫化水素ガス製造プラントの構成図である。

つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
（硫化水素ガス製造プラント）
まず、図３に基づき硫化水素ガス製造プラントＰの一例を説明する。
硫化水素ガス製造プラントＰは、溶融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を備えている。反応装置１１はリアクター１１ａと、クエンチタワー１１ｂと、ヒーター１１ｃとからなる。

リアクター１１ａ内に溶融硫黄を貯留し、リアクター１１ａの下部から水素ガスを供給する。そうすると、水素ガスが溶融硫黄を通過する間に硫化水素ガスの生成反応が進行する。反応によって減少する硫黄は、反応装置１１の上部から補充される。

反応装置１１は、例えば、圧力が約８００ｋＰａＧ、温度が約４７０℃という高温・高圧条件で運転される。反応装置１１で発生した硫化水素ガスは高温であるが、補充される硫黄との熱交換が行われる結果、クエンチタワー１１ｂから排出される際には約１５０℃となっている。反応装置１１から排出された硫化水素ガスは冷却装置１２に供給され約５０℃まで冷却される。

冷却装置１２で冷却された硫化水素ガスは硫黄除去装置１３に供給される。反応装置１１で発生した硫化水素ガスはその大部分が硫化水素であるが硫黄蒸気が含まれている。この硫黄蒸気は水素ガスがリアクター１１ａ内を通過する際に巻き込んだものである。硫黄除去装置１３は硫化水素ガスに含まれる硫黄を除去する。硫黄が除去された硫化水素ガスは、ニッケル酸化鉱石を原料とする湿式製錬など、硫化水素ガスを使用するプラントに供給される。

硫黄除去装置１３で回収された硫黄はブローダウン装置１４に貯留される。ブローダウン装置１４に貯留された硫黄は、硫黄を使用するプラントに供給されたり、反応装置１１に供給される溶融硫黄として再利用されたりする。

なお、冷却装置１２内で硫黄が固着した場合、水蒸気で加熱することで固着した硫黄を融解して回収する。回収された硫黄はブローダウン装置１４に貯留される。

硫化水素ガス製造プラントＰには、反応装置１１の熱バランスを調整するために、溶融硫黄冷却装置Ａが備えられている。リアクター１１ａの底部から約４７０℃の溶融硫黄を抜き出して溶融硫黄冷却装置Ａに供給する。溶融硫黄は溶融硫黄冷却装置Ａで約１５０℃まで冷却された後、再び反応装置１１に供給される。なお、溶融硫黄冷却装置Ａから排出された硫黄をブローダウン装置１４に貯留してもよい。

（溶融硫黄冷却装置）
つぎに、溶融硫黄冷却装置Ａの構造を説明する。
図１に示すように、溶融硫黄冷却装置Ａはシェルアンドチューブ型の熱交換器である。溶融硫黄冷却装置Ａは円筒形のシェル２１を備えている。シェル２１の一端は閉塞しており、他端は開口している。シェル２１の内部には多数の熱交換チューブ２２が設けられている。なお、図１では多数の熱交換チューブ２２のうちの１本のみを記載しており、他を省略している。

熱交換チューブ２２はＵ字形に形成された管である。熱交換チューブ２２の両端部は円盤形の保持板２３に固定されている。熱交換チューブ２２の両端は保持板２３の一方の面（図１における右側の面）に開口している。熱交換チューブ２２はシェル２１の開口部から、その内部に挿入されている。

保持板２３の外縁部はシェル２１の開口部に形成されたフランジ２１ｆと、ヘッド２４に形成されたフランジ２４ｆとの間に挟まれている。シェル２１のフランジ２１ｆとヘッド２４のフランジ２４ｆとをボルト、ナットなどで締結することで、保持板２３が固定される。フランジ２１ｆの接合面と保持板２３の一方の面とは環状に密着している。また、フランジ２４ｆの接合面と保持板２３の他方の面とは環状に密着している。これにより、シェル２１およびヘッド２４が液密に密閉されている。

シェル２１には熱媒体供給管３１と接続管３２とが設けられている。熱媒体供給管３１を通して、冷却用熱媒体がシェル２１の内部に供給される。すなわち、シェル２１の内部は冷却用熱媒体が貯留される冷媒室となっている。冷却用熱媒体としては、被冷却物よりも温度の低い流体であれば特に限定されないが、例えば純水が用いられる。接続管３２は冷却用熱媒体を冷却する他の熱交換器（図示せず）に接続している。

ヘッド２４には被冷却物供給管３３と被冷却物排出管３４とが設けられている。被冷却物である溶融硫黄は被冷却物供給管３３を通してヘッド２４の内部に供給される。ヘッド２４の内部は溶融硫黄を多数の熱交換チューブ２２のそれぞれに分配する構造となっている。

熱交換チューブ２２の両端はヘッド２４側に開口している。ヘッド２４に供給された溶融硫黄は熱交換チューブ２２の一端から流入し、他端から流出する。熱交換チューブ２２から流出した溶融硫黄はヘッド２４から被冷却物排出管３４を通してヘッド２４の外部に排出される。

溶融硫黄が熱交換チューブ２２の内部を通る際に、溶融硫黄と冷却用熱媒体との熱交換が行われる。これにより、溶融硫黄が冷却される。一方、冷却用熱媒体は加熱され蒸気となる。冷却用熱媒体として純水を用いた場合には水蒸気となる。蒸気となった冷却用熱媒体は接続管３２を介して熱媒体冷却用の熱交換器に供給さる。蒸気は熱交換器で冷却されて凝縮する。液体となった冷却用熱媒体は接続管３２を介してシェル２１の内部に戻る。

なお、本実施形態の溶融硫黄冷却装置Ａは、運転開始時に冷却用熱媒体をシェル２１の内部に供給した後、熱媒体供給管３１を閉塞する。溶融硫黄冷却装置Ａの運転中は、基本的に冷却用熱媒体を供給、排出する必要がない。

溶融硫黄冷却装置Ａの通常運転時は、シェル２１の内部に冷却用熱媒体を貯留した状態で、熱交換チューブ２２に溶融硫黄を通す。これにより、溶融硫黄が冷却される。溶融硫黄冷却装置Ａの運転を継続すると、熱交換チューブ２２内において溶融硫黄が固化した閉塞物が徐々に増加していく。通常、閉塞物は熱交換チューブ２２の内壁面のうち温度が低い部分から徐々に成長する。なお、反応装置１１から抜き出された溶融硫黄には少量の硫化鉄が固形物として含まれる。この硫化鉄が閉塞物に付着して、閉塞物が急激に成長することもある。

熱交換チューブ２２内の閉塞物が増加すると、溶融硫黄冷却装置Ａへの溶融硫黄の循環量が減少し、溶融硫黄を所望の温度まで冷却できなくなる。その結果、反応装置１１の熱バランスが悪化する。すなわち、反応装置１１内部の温度が上昇する。このような場合には、溶融硫黄冷却装置Ａの運転を停止し、熱交換チューブ２２内の閉塞物を除去する必要がある。

（洗浄方法）
つぎに、溶融硫黄冷却装置Ａの洗浄方法を説明する。
図２に示すように、まず、ヘッド２４を取り外して、熱交換チューブ２２の開口端を露出させる。そして、ヘッド２４に代えてダミーフランジ２５を取り付ける。ダミーフランジ２５はリング状の部材である。保持板２３の外縁部をシェル２１のフランジ２１ｆとダミーフランジ２５との間に挟む。フランジ２１ｆとダミーフランジ２５とをボルト、ナットなどで締結することで、保持板２３が固定される。フランジ２１ｆの接合面と保持板２３の一方の面とは環状に密着し、シェル２１が液密に密閉される。

つぎに、加熱用熱媒体を熱媒体供給管３１からシェル２１の内部（冷媒室）に供給する。これにより、熱交換チューブ２２内の閉塞物（主成分は硫黄）を加熱して融解する。加熱用熱媒体は熱媒体供給管３１から供給しつつ、接続管３２または図示しない他の管から排出してもよい。加熱用熱媒体をシェル２１の内部に封止してもよい。

加熱用熱媒体は硫黄を主成分とする閉塞物の融点よりも温度の高い流体であれば特に限定されないが、通常運転時に使用される冷却用熱媒体と同種の物質であることが好ましい。例えば、冷却用熱媒体として純水を用いる場合には、洗浄時に使用される加熱用熱媒体として水蒸気を用いることが好ましい。そうすれば、洗浄後に溶融硫黄冷却装置Ａの運転を再開する際に、シェル２１内部の熱媒体の入れ換え作業が容易である。

つぎに、熱交換チューブ２２内に圧縮ガスを吹き込む。この作業は、熱交換チューブ２２の加熱と並行して行ってもよい。熱交換チューブ２２の一端から圧縮ガスを吹き込み、融解物（融解した閉塞物）を他端から排出する。これにより、熱交換チューブ２２内の閉塞物が除去される。

閉塞物が全て融解すれば、融解物は圧縮ガスを吹き込まなくても熱交換チューブ２２から流れ出る。しかし、閉塞物を全て融解するには時間がかかるし、多くの熱量が必要となる。熱交換チューブ２２を加熱すると、閉塞物は熱交換チューブ２２の内壁面と接触する部分から融解する。そのため、固体のままの閉塞物が熱交換チューブ２２の内壁面から剥がれる。ここで、圧縮ガスを吹き込むことにより、固体のままの閉塞物も熱交換チューブ２２から排出できる。そうすれば、作業時間を短縮できるし、熱量を節約できる。

圧縮ガスとしては、特に限定されないが、水分を低減したガスを用いることが好ましい。そうすれば、熱交換チューブ２２内に水分が残ることを抑制できる。圧縮ガスとして、例えば、窒素ガスなどの不活性ガスが用いられる。ガス中の水分を低減する方法としては、公知の方法を用いることができる。例えば、ガスを乾燥剤中に通過させる方法、ガス中の水分を液化して分離する方法などがある。

圧縮ガスの吹き込みは噴射器具４０を用いて行なうことが好ましい。噴射器具４０は噴射管４１の後端部に鍔４２と、流量調整用のバルブ４３とが設けられたものである。噴射管４１はその外径が熱交換チューブ２２の内径よりも若干小さい管である。そのため、噴射管４１を熱交換チューブ２２の内部に挿入できる。

噴射管４１の後端には圧縮ガスの供給源が接続される。噴射管４１の先端から圧縮ガスが噴射される。圧縮ガスの噴射、停止、および噴射量の調整はバルブ４３の操作により行われる。噴射管４１は先端から熱交換チューブ２２の内部に挿入される。噴射管４１が熱交換チューブ２２の湾曲部に達しないように、鍔４２により最大挿入量が制限されている。噴射管４１の先端部は熱交換チューブ２２の内壁を傷つけないように面取りされている。

熱交換チューブ２２内に噴射管４１を挿入しつつ、噴射管４１から圧縮ガスを吹き込む。噴射管４１の挿入量を変化させることで、熱交換チューブ２２の内部の大部分に圧縮ガスを直接吹き付けることができる。そのため、熱交換チューブ２２の端部から離れた部分であっても、閉塞物を除去しやすい。

なお、熱交換チューブ２２の一方の端部から噴射管４１を挿入しつつ圧縮ガスを吹き込んだ後、熱交換チューブ２２の他方の端部から噴射管４１を挿入しつつ圧縮ガスを吹き込むことが好ましい。そうすれば、熱交換チューブ２２のほぼ全体に渡って閉塞物を除去できる。

鍔４２の大きさを一の熱交換チューブ２２の両方の端部を覆う程度としてもよい。そうすれば、熱交換チューブ２２の端部から噴出する閉塞物が噴射管４１の持ち手に当たることを低減できる。

以上のように、本実施形態の洗浄方法によれば、熱交換チューブ２２内に水を噴射しないので、熱交換チューブ２２内に水分が残存することがない。そのため、熱交換チューブ２２内の水分に起因する損傷を抑制できる。閉塞物を融解することで、圧縮ガスの吹き込みによっても閉塞物を十分に除去できる。

Ａ溶融硫黄冷却装置
２１シェル
２２熱交換チューブ
２３保持板
２４ヘッド
２５ダミーフランジ
３１熱媒体供給管
３２接続管
３３被冷却物供給管
３４被冷却物排出管
４０噴射器具
４１噴射管
４２鍔
４３バルブ

Claims

冷却用熱媒体が供給される冷媒室内に、溶融硫黄が通される熱交換チューブが設けられた溶融硫黄冷却装置の洗浄方法であって、
前記冷媒室内に加熱用熱媒体を供給して前記熱交換チューブ内の閉塞物を融解し、
前記熱交換チューブ内に圧縮ガスを吹き込んで融解物を除去する
ことを特徴とする溶融硫黄冷却装置の洗浄方法。
前記熱交換チューブ内に噴射管を挿入しつつ、該噴射管から前記圧縮ガスを吹き込む
ことを特徴とする請求項１記載の溶融硫黄冷却装置の洗浄方法。
前記冷却用熱媒体は水であり、
前記加熱用熱媒体は水蒸気である
ことを特徴とする請求項１または２記載の溶融硫黄冷却装置の洗浄方法。