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JP7674155B2 - Hydrogen sulfide production apparatus and method for producing hydrogen sulfide - Google Patents
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Description

本発明は、硫化水素製造装置および硫化水素の製造方法に関する。 The present invention relates to a hydrogen sulfide production device and a method for producing hydrogen sulfide.

硫化水素の製造方法として、水素ガスと硫黄蒸気とを反応させる方法が知られている。このような硫化水素の製造方法に関する技術としては、例えば、特許文献1(特開2016-150860号公報)に記載のものが挙げられる。 A known method for producing hydrogen sulfide is to react hydrogen gas with sulfur vapor. One example of a technique for producing hydrogen sulfide is described in Patent Document 1 (JP 2016-150860 A).

特開2016-150860号公報JP 2016-150860 A

しかしながら、上記特許文献1等の硫化水素の製造技術では、充分に高い製造効率を実現することが困難であった。また、製造効率の安定性についても改善の余地を有していた。 However, with the hydrogen sulfide production technology described in Patent Document 1 and the like, it was difficult to achieve a sufficiently high production efficiency. There was also room for improvement in the stability of the production efficiency.

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、硫化水素を高い効率で安定的に生産できる硫化水素製造装置を提供するものである。 The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and aims to provide a hydrogen sulfide production device that can produce hydrogen sulfide stably with high efficiency.

本発明によれば、
硫黄蒸気と水素ガスとを反応させて硫化水素を製造する硫化水素製造装置であって、
内部に液体硫黄充填部を有する反応器と、
液体硫黄を加熱して硫黄蒸気を生成させる第1加熱手段と、
上記反応器に接続された水素供給部材と、
を備え、
上記反応器の内部には、上記液体硫黄充填部の上方に設けられた、触媒支持部材と、上記触媒支持部材の上方に設けられた、断熱部材と、を備え、
上記触媒支持部材、上記断熱部材および上記反応器の内壁とで形成される空間を加熱する第2加熱手段をさらに備え、
上記断熱部材の一部または上記断熱部材の周囲において、上記断熱部材の上部空間と下部空間とが連通している、硫化水素製造装置が提供される。
According to the present invention,
A hydrogen sulfide production apparatus for producing hydrogen sulfide by reacting sulfur vapor with hydrogen gas, comprising:
a reactor having a liquid sulfur filling therein;
a first heating means for heating the liquid sulfur to generate sulfur vapor;
A hydrogen supply member connected to the reactor;
Equipped with
The reactor is provided with a catalyst support member provided above the liquid sulfur-filled portion and a heat insulating member provided above the catalyst support member inside the reactor,
Further, a second heating means is provided for heating a space formed by the catalyst support member, the heat insulating member, and the inner wall of the reactor,
The hydrogen sulfide production apparatus includes an upper space and a lower space of the heat insulating member that are connected to each other at a part of the heat insulating member or around the heat insulating member.

また、本発明によれば、
上記に記載の硫化水素製造装置において硫黄蒸気と水素ガスとを反応させることを特徴とする硫化水素の製造方法
が提供される。
Further, according to the present invention,
There is provided a method for producing hydrogen sulfide, characterized in that sulfur vapor and hydrogen gas are reacted in the hydrogen sulfide production apparatus described above.

本発明によれば、製造効率に優れた硫化水素製造装置を提供することができる。 The present invention provides a hydrogen sulfide production device with excellent production efficiency.

本実施形態の硫化水素製造装置の一例の縦断面図である。FIG. 1 is a vertical cross-sectional view of an example of a hydrogen sulfide production apparatus according to an embodiment of the present invention. 本実施形態の硫化水素製造装置の断熱部材の一例の上面図である。FIG. 2 is a top view of an example of a heat insulating member of the hydrogen sulfide production apparatus of the present embodiment. 本実施形態の硫化水素製造装置の触媒支持部材の一例の上面図である。FIG. 2 is a top view of an example of a catalyst support member of the hydrogen sulfide production apparatus of the present embodiment. 本実施形態の硫化水素製造装置の他の例の縦断面図である。FIG. 2 is a vertical cross-sectional view of another example of the hydrogen sulfide production apparatus of the present embodiment. 比較例1の硫化水素製造装置の縦断面図である。FIG. 2 is a vertical cross-sectional view of a hydrogen sulfide production apparatus according to Comparative Example 1. 実施例1および比較例1の硫化水素製造装置の反応器内の温度を示すグラフである。1 is a graph showing temperatures in reactors of hydrogen sulfide production apparatuses in Example 1 and Comparative Example 1.

以下に、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には共通の符号を付し、適宜説明を省略する。 Below, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that in all drawings, similar components are given the same reference numerals and descriptions will be omitted as appropriate.

[第1実施形態]
本実施形態の硫化水素製造装置の一例を図1に示す。
[First embodiment]
An example of the hydrogen sulfide production apparatus of this embodiment is shown in FIG.

図1は硫化水素製造装置1の縦断面図である。図2は、硫化水素製造装置1が備える断熱部材7の上面図である。図3は、硫化水素製造装置1が備える触媒支持部材6の上面図である。 Figure 1 is a vertical cross-sectional view of the hydrogen sulfide production apparatus 1. Figure 2 is a top view of the heat insulating member 7 provided in the hydrogen sulfide production apparatus 1. Figure 3 is a top view of the catalyst support member 6 provided in the hydrogen sulfide production apparatus 1.

本実施形態における硫化水素製造装置1は、硫黄蒸気と水素ガスとを反応させて硫化水素を製造する装置である。
硫化水素製造装置1は、内部に液体硫黄充填部2を有する反応器3と、液体硫黄を加熱して硫黄蒸気を生成させる第1加熱手段であるマントルヒーター4と、反応器3に接続された水素供給部材である水素供給管5と、を備える。
The hydrogen sulfide production apparatus 1 in this embodiment is an apparatus that produces hydrogen sulfide by reacting sulfur vapor with hydrogen gas.
The hydrogen sulfide production apparatus 1 includes a reactor 3 having a liquid sulfur-filled section 2 therein, a mantle heater 4 which is a first heating means for heating the liquid sulfur to generate sulfur vapor, and a hydrogen supply pipe 5 which is a hydrogen supply member connected to the reactor 3.

硫化水素製造装置1は、反応器3の内部に、液体硫黄充填部2の上方に設けられた触媒支持部材6と、触媒支持部材6の上方に設けられた断熱部材7と、を備える。 The hydrogen sulfide production device 1 includes a catalyst support member 6 disposed above the liquid sulfur-filled section 2 inside the reactor 3, and a heat insulating member 7 disposed above the catalyst support member 6.

硫化水素製造装置1は、触媒支持部材6、断熱部材7および反応器3の内壁とで形成される触媒充填部8を備え、さらに触媒充填部8を加熱する第2加熱手段であるジャケットヒーター9を備える。 The hydrogen sulfide production device 1 includes a catalyst-filled section 8 formed by a catalyst support member 6, a heat insulating member 7, and the inner wall of the reactor 3, and further includes a jacket heater 9 as a second heating means for heating the catalyst-filled section 8.

反応器3の内部においては、断熱部材7の一部または断熱部材7の周囲において、断熱部材7の上部空間と下部空間とが連通している。 Inside the reactor 3, the upper space and the lower space of the insulating member 7 are connected to each other around a part of the insulating member 7 or around the insulating member 7.

マントルヒーター4の加熱により液体硫黄充填部2で発生した硫黄蒸気は、触媒支持部材6に設けられた連通孔161を介して触媒充填部8に供給される。 The sulfur vapor generated in the liquid sulfur filled section 2 by the heating of the mantle heater 4 is supplied to the catalyst filled section 8 through the communication hole 161 provided in the catalyst support member 6.

触媒支持部材6には水素供給管用貫通孔162が設けられており、水素供給管5が水素供給管用貫通孔162を貫通して液体硫黄充填部2に接続している。また、触媒支持部材6には温度センサ用貫通孔163が設けられており、温度センサ15が温度センサ用貫通孔163を貫通して液体硫黄充填部2に接続している。 The catalyst support member 6 is provided with a hydrogen supply pipe through hole 162, and the hydrogen supply pipe 5 passes through the hydrogen supply pipe through hole 162 and connects to the liquid sulfur filled section 2. The catalyst support member 6 is also provided with a temperature sensor through hole 163, and the temperature sensor 15 passes through the temperature sensor through hole 163 and connects to the liquid sulfur filled section 2.

また、水素供給管5により液体硫黄充填部2に供給された水素ガスも、触媒支持部材6に設けられた連通孔161を介して触媒充填部8に供給される。水素ガスの供給量は、水素供給管5に設けられた水素供給調節弁13により調節可能である。 The hydrogen gas supplied to the liquid sulfur-filled section 2 by the hydrogen supply pipe 5 is also supplied to the catalyst-filled section 8 through a communication hole 161 provided in the catalyst support member 6. The amount of hydrogen gas supplied can be adjusted by a hydrogen supply control valve 13 provided in the hydrogen supply pipe 5.

そして、触媒充填部8において硫黄蒸気と水素ガスとが反応し、硫化水素ガスが生成する。 Then, the sulfur vapor reacts with the hydrogen gas in the catalyst filled section 8 to produce hydrogen sulfide gas.

生成された硫化水素ガスは、断熱部材7の上部空間と下部空間とが連通している部分を介して、断熱部材7の上部空間に供給され、断熱部材7の上部空間に接続されている、硫化水素回収部材である硫化水素回収管10により回収される。硫化水素ガスの回収量は、硫化水素回収管10に設けられた硫化水素回収調節弁14により調節可能である。 The hydrogen sulfide gas generated is supplied to the upper space of the insulating member 7 through the portion where the upper and lower spaces of the insulating member 7 are connected, and is recovered by the hydrogen sulfide recovery pipe 10, which is a hydrogen sulfide recovery member connected to the upper space of the insulating member 7. The amount of hydrogen sulfide gas recovered can be adjusted by the hydrogen sulfide recovery control valve 14 provided in the hydrogen sulfide recovery pipe 10.

硫化水素回収管10には圧力調整弁11が設けられており、圧力調整弁11の開閉により反応器3の内部の圧力を調整可能である。また、硫化水素回収管10には硫化水素検出器12が設けられており、硫化水素の流量を検出することが可能である。 The hydrogen sulfide recovery pipe 10 is provided with a pressure regulating valve 11, and the pressure inside the reactor 3 can be adjusted by opening and closing the pressure regulating valve 11. In addition, the hydrogen sulfide recovery pipe 10 is provided with a hydrogen sulfide detector 12, which can detect the flow rate of hydrogen sulfide.

本発明者は、従来の硫化水素製造装置において、硫化水素の製造効率や硫化水素の出力の安定性が充分でなかった理由について、種々検討を行った。その結果、硫化水素生成反応の場である触媒充填部8内部の温度分布を高度に制御することで、硫化水素を高い効率で安定的に生産できることを知見した。本発明は、かかる知見に基づいてなされたものである。 The inventors conducted extensive research into the reasons why hydrogen sulfide production efficiency and hydrogen sulfide output stability were insufficient in conventional hydrogen sulfide production devices. As a result, they discovered that hydrogen sulfide can be produced stably and with high efficiency by precisely controlling the temperature distribution inside the catalyst-filled section 8, where the hydrogen sulfide production reaction takes place. The present invention was made based on this knowledge.

本実施形態の硫化水素製造装置1には装置上部に断熱部材7が設けられているため、硫化水素製造装置1上部からの熱の放出が防止され、硫化水素生成反応の場である触媒充填部8内部全体の温度が高く維持されるようになっており、その結果として触媒充填部8内の温度分布を高度に制御することができる。したがって、本実施形態の硫化水素製造装置1によれば硫化水素を高い効率で安定的に生産できる。 The hydrogen sulfide production apparatus 1 of this embodiment is provided with a heat insulating member 7 at the top of the apparatus, which prevents heat from being released from the top of the hydrogen sulfide production apparatus 1 and maintains a high temperature throughout the catalyst-filled section 8, where the hydrogen sulfide production reaction takes place. As a result, the temperature distribution within the catalyst-filled section 8 can be precisely controlled. Therefore, the hydrogen sulfide production apparatus 1 of this embodiment can produce hydrogen sulfide stably and with high efficiency.

以下、本実施形態の硫化水素製造装置1が備える各部の構成について説明する。 The configuration of each part of the hydrogen sulfide production device 1 of this embodiment will be described below.

(反応器3)
反応器3では、水素ガスと硫黄蒸気との反応により硫化水素が生成されている。
(Reactor 3)
In the reactor 3, hydrogen sulfide is produced by the reaction of hydrogen gas with sulfur vapor.

反応器3は、液体硫黄充填部2の上方に設けられた触媒支持部材6と、触媒支持部材6の上方に設けられた断熱部材7と、を備える。
液体硫黄充填部2で発生した硫黄蒸気は、触媒支持部材6、断熱部材7および反応器3の内壁によって囲まれた空間(触媒充填部8)へと供給され、触媒充填部8において硫黄蒸気と水素ガスとが反応し、硫化水素が生成される。
反応器3には水素供給管5が接続されており、水素供給管5から水素ガスが供給される。
The reactor 3 includes a catalyst support member 6 provided above the liquid sulfur-filled section 2 , and a heat insulating member 7 provided above the catalyst support member 6 .
The sulfur vapor generated in the liquid sulfur-filled section 2 is supplied to a space (catalyst-filled section 8) surrounded by the catalyst support member 6, the heat insulating member 7 and the inner wall of the reactor 3, where the sulfur vapor reacts with hydrogen gas to produce hydrogen sulfide.
A hydrogen supply pipe 5 is connected to the reactor 3, and hydrogen gas is supplied from the hydrogen supply pipe 5.

水素供給管5は、水素ガスの出口である水素供給口500が触媒支持部材6に対して下方に位置するように配置されることが好ましい。水素ガスは空気よりも比重が小さいため、触媒支持部材6に対して下方から供給されることにより、反応器3の上方に向かって通気し、触媒充填部8に充填された触媒と効率よく接触できるためである。また、水素ガスが反応器3の上方に向かって通気し続けることにより、フレッシュな水素ガスが絶えず供給される。 The hydrogen supply pipe 5 is preferably arranged so that the hydrogen supply port 500, which is the outlet for hydrogen gas, is located below the catalyst support member 6. Hydrogen gas has a smaller specific gravity than air, and so when hydrogen gas is supplied from below to the catalyst support member 6, it vents toward the top of the reactor 3 and can efficiently come into contact with the catalyst packed in the catalyst packed section 8. In addition, by continuously venting hydrogen gas toward the top of the reactor 3, fresh hydrogen gas is constantly supplied.

断熱部材7には、図2に示すように、複数の連通孔171が設けられていることが好ましい。このようにすることにより、液体硫黄充填部2で発生した硫黄蒸気や、水素供給管5から供給された水素ガスが、連通孔171を介して触媒充填部8に効率よく供給されるからである。 As shown in FIG. 2, it is preferable that the heat insulating member 7 is provided with a plurality of communication holes 171. This allows the sulfur vapor generated in the liquid sulfur filled section 2 and the hydrogen gas supplied from the hydrogen supply pipe 5 to be efficiently supplied to the catalyst filled section 8 through the communication holes 171.

触媒支持部材6には、図3に示すように、複数の連通孔161が設けられていることが好ましい。このようにすることにより、液体硫黄充填部2で発生した硫黄蒸気や、水素供給管5から供給された水素ガスが、連通孔161を介して触媒充填部8に効率よく供給されるからである。 As shown in FIG. 3, it is preferable that the catalyst support member 6 is provided with a plurality of communication holes 161. This allows the sulfur vapor generated in the liquid sulfur-filled section 2 and the hydrogen gas supplied from the hydrogen supply pipe 5 to be efficiently supplied to the catalyst-filled section 8 through the communication holes 161.

触媒充填部8において、触媒は反応器3の内壁面に接するように層状に充填されていることが好ましい。このようにすると、反応器3の内壁面からの熱伝達により触媒を加熱でき、加熱効率を高くすることができるためである。 In the catalyst packing section 8, it is preferable that the catalyst is packed in layers so as to contact the inner wall surface of the reactor 3. This allows the catalyst to be heated by heat transfer from the inner wall surface of the reactor 3, thereby increasing the heating efficiency.

触媒充填部8の温度は、全ての領域において、好適には300℃以上であり、より好適には330℃以上であり、さらに好適には360℃以上である。触媒充填部の温度が全ての領域において上記下限値以上であることにより、硫化水素を高い効率で安定的に生産できるようになる。
触媒充填部8の温度は、全ての領域において、好適には500℃以下であり、より好適には480℃以下であり、さらに好適には450℃以下である。触媒充填部の温度が全ての領域において上記上限値以下であることにより、過度な加熱による触媒の失活を防止すること、装置の耐硫性を維持することが可能になる。
尚、触媒充填部8の温度は、通常、触媒充填部8の水平方向中心部において測定される。
The temperature of the catalyst-packed section 8 in all regions is preferably 300° C. or higher, more preferably 330° C. or higher, and even more preferably 360° C. or higher. When the temperature of the catalyst-packed section in all regions is equal to or higher than the above-mentioned lower limit, hydrogen sulfide can be produced stably with high efficiency.
The temperature of the catalyst filling section 8 is preferably 500° C. or less in all regions, more preferably 480° C. or less, and even more preferably 450° C. or less. By keeping the temperature of the catalyst filling section 8 at or below the upper limit value in all regions, it becomes possible to prevent deactivation of the catalyst due to excessive heating and to maintain the sulfur resistance of the device.
The temperature of catalyst-packed section 8 is usually measured at the center of catalyst-packed section 8 in the horizontal direction.

触媒充填部8に充填される触媒は、硫化水素生成反応を促進するための触媒であり、耐硫化性と耐水素化性を併せ持つ材料により構成されていることが好ましく、例えば、活性炭、ゼオライト、および活性アルミナから選択される一種または二種以上の材料により構成されている。触媒は、不純物を低減させる観点から、ゼオライトおよび活性アルミナから選択される一種または二種以上の材料により構成されていることが好ましく、低価格で高温での安定性が高い活性アルミナにより構成されていることが特に好ましい。
また、水素ガスと硫黄蒸気との反応をより効果的に促進する観点から、触媒の細孔には銀、プラチナ、モリブデン、コバルト、ニッケル、鉄、バナジウム等の金属が担持されていてもよい。
The catalyst packed in the catalyst packed section 8 is a catalyst for promoting the hydrogen sulfide generating reaction, and is preferably made of a material that is both resistant to sulfidation and resistant to hydrogenation, for example, made of one or more materials selected from activated carbon, zeolite, and activated alumina. From the viewpoint of reducing impurities, the catalyst is preferably made of one or more materials selected from zeolite and activated alumina, and is particularly preferably made of activated alumina, which is low-cost and highly stable at high temperatures.
In order to more effectively promote the reaction between hydrogen gas and sulfur vapor, the pores of the catalyst may support a metal such as silver, platinum, molybdenum, cobalt, nickel, iron, or vanadium.

反応器3の材質としては、硫黄による腐食を防止するという観点から、石英、窒化ホウ素、窒化ケイ素、アルミニウム、ステンレス等から選択される一種または二種以上の耐硫材料により構成されていることが好ましい。 The reactor 3 is preferably made of one or more sulfur-resistant materials selected from quartz, boron nitride, silicon nitride, aluminum, stainless steel, etc., from the viewpoint of preventing corrosion due to sulfur.

また、反応器3は、装置内表面が耐硫処理されていることが好ましい。
耐硫処理の手段としては、スズめっき、クロムめっき、金めっき、溶融アルミニウムめっき、またはこれらの金属を含有する合金めっき等、耐硫化性能の高い金属または合金によるめっき処理を挙げることができる。
In addition, it is preferable that the inner surface of the reactor 3 is subjected to sulfur-proofing treatment.
Examples of the anti-sulfuration treatment include plating with a metal or alloy having high anti-sulfuration performance, such as tin plating, chromium plating, gold plating, hot-dip aluminum plating, or alloy plating containing these metals.

また、耐硫処理の手段として金属拡散滲透処理(カロライジング処理)を用いてもよい。カロライジング処理とは、被処理物にアルミニウムなどの金属を拡散滲透させる処理である。被処理物をカロライジング処理することにより、被処理物表面に金属拡散滲透層が形成されると、耐硫化性能が向上することが知られている。
たとえば、被処理物をFe-Al合金粉及びNHCl粉よりなる調合剤と共に鋼製ケース内に埋め込み、ケースを密閉し、それを炉内にて加熱することにより、被処理物表面にアルミニウムが拡散滲透されたアルミニウム拡散滲透層を形成することが可能である。
Metal diffusion and infiltration treatment (calorizing treatment) may also be used as a means of sulfur resistance treatment. Calorizing treatment is a treatment in which a metal such as aluminum is diffused and infiltrated into a workpiece. It is known that the sulfur resistance performance is improved when a metal diffusion and infiltration layer is formed on the surface of the workpiece by performing the calorizing treatment on the workpiece.
For example, by embedding the workpiece in a steel case together with a mixture consisting of Fe-Al alloy powder and NH4Cl powder, sealing the case, and heating it in a furnace, it is possible to form an aluminum diffused and permeated layer on the surface of the workpiece in which aluminum has diffused and permeated.

(マントルヒーター4)
本実施形態の硫化水素製造装置1では、液体硫黄充填部2を加熱して硫黄蒸気を発生させる第1加熱手段として、マントルヒーター4を用いている。
(Mantle heater 4)
In the hydrogen sulfide production apparatus 1 of this embodiment, a mantle heater 4 is used as a first heating means for heating the liquid sulfur-filled section 2 to generate sulfur vapor.

液体硫黄充填部2の温度は、例えば180℃以上445℃以下であり、好適には250℃以上400℃以下であり、より好適には300℃以上350℃以下である。液体硫黄充填部2の温度が上記の範囲内であることにより、硫黄蒸気を安定的に発生させることが可能になる。 The temperature of the liquid sulfur-filled section 2 is, for example, 180°C or higher and 445°C or lower, preferably 250°C or higher and 400°C or lower, and more preferably 300°C or higher and 350°C or lower. By keeping the temperature of the liquid sulfur-filled section 2 within the above range, it becomes possible to stably generate sulfur vapor.

マントルヒーター4の温度は、液体硫黄充填部2の温度を上述の温度域に調整できるように構成されている。
必要な加熱温度は液体硫黄充填部2の径や触媒の充填量に伴い変化するため、マントルヒーター4の温度域は特に限定されないが、好適には250℃以上400℃以下であり、より好適には300℃以上350℃以下である。
The temperature of the mantle heater 4 is set so as to be able to adjust the temperature of the liquid sulfur-filled portion 2 within the above-mentioned temperature range.
Since the required heating temperature varies depending on the diameter of the liquid sulfur-filled section 2 and the amount of catalyst filled, the temperature range of the mantle heater 4 is not particularly limited, but is preferably 250°C or higher and 400°C or lower, and more preferably 300°C or higher and 350°C or lower.

本実施形態においては、第1加熱手段としてマントルヒーター4を用いたが、これに限らず、液体硫黄充填部2を加熱可能であればどのようなものであってもよい。 In this embodiment, a mantle heater 4 is used as the first heating means, but this is not limited to this and any means capable of heating the liquid sulfur-filled section 2 may be used.

(水素供給管5)
水素供給管5は、反応器3に水素ガスを供給するための部材である。
(Hydrogen supply pipe 5)
The hydrogen supply pipe 5 is a member for supplying hydrogen gas to the reactor 3 .

水素供給管5は、水素ガスの出口である水素供給口500が触媒支持部材6に対して下方に位置するように配置されることが好ましい。水素ガスは空気よりも比重が小さいため、触媒支持部材6に対して下方から供給されることにより、反応器3の上方に向かって通気し、触媒充填部8に充填された触媒と効率よく接触できるためである。また、水素ガスが反応器3の上方に向かって通気し続けることにより、フレッシュな水素ガスが絶えず供給される。 The hydrogen supply pipe 5 is preferably arranged so that the hydrogen supply port 500, which is the outlet for hydrogen gas, is located below the catalyst support member 6. Hydrogen gas has a smaller specific gravity than air, and so when hydrogen gas is supplied from below to the catalyst support member 6, it vents toward the top of the reactor 3 and can efficiently come into contact with the catalyst packed in the catalyst packed section 8. In addition, by continuously venting hydrogen gas toward the top of the reactor 3, fresh hydrogen gas is constantly supplied.

水素供給管5は、水素ガスの供給量を調節する水素供給調節弁13を有していてもよい。水素供給調節弁13の開閉を調節することにより水素ガスの供給量を制御することが可能であり、このことは、反応器3で行われる硫化水素生成反応を制御するという観点から好適である。 The hydrogen supply pipe 5 may have a hydrogen supply adjustment valve 13 that adjusts the amount of hydrogen gas supplied. The amount of hydrogen gas supplied can be controlled by adjusting the opening and closing of the hydrogen supply adjustment valve 13, which is advantageous from the viewpoint of controlling the hydrogen sulfide production reaction carried out in the reactor 3.

水素供給管5の材質としては、反応器3の材質として上述したものを用いることが可能である。 The materials mentioned above as the materials for the reactor 3 can be used as the materials for the hydrogen supply pipe 5.

本実施形態においては、水素供給部材として水素供給管5を用いたが、これに限らず、反応器3に水素ガスを供給することが可能であればどのような水素供給部材であってもよい。 In this embodiment, a hydrogen supply pipe 5 is used as the hydrogen supply member, but this is not limited to this, and any hydrogen supply member capable of supplying hydrogen gas to the reactor 3 may be used.

(触媒支持部材6)
触媒支持部材6は、硫化水素生成反応を促進するための触媒を載置するための部材であり、液体硫黄充填部2の上方に設けられている。
(Catalyst support member 6)
The catalyst support member 6 is a member for mounting a catalyst for promoting the hydrogen sulfide production reaction, and is provided above the liquid sulfur-filled section 2 .

上述の通り、反応器3の内壁面からの熱伝達による加熱を可能にするため、触媒は、反応器3の内壁面に接するように層状に充填されていることが好ましい。したがって、触媒支持部材6は、触媒をこのように載置することができるようにするため、反応器3の内壁面に接するように配置されることが好ましい。 As described above, in order to enable heating by heat transfer from the inner wall surface of the reactor 3, it is preferable that the catalyst is packed in a layer so as to be in contact with the inner wall surface of the reactor 3. Therefore, in order to enable the catalyst to be placed in this manner, it is preferable that the catalyst support member 6 is arranged so as to be in contact with the inner wall surface of the reactor 3.

触媒支持部材6には、図3に示すように、複数の連通孔161が設けられていることが好ましい。触媒支持部材6に複数の連通孔161が設けられていることにより、液体硫黄充填部2で発生した硫黄蒸気や、水素供給管5から供給された水素が、複数の連通孔161を通して、効率よく触媒充填部8に供給されるようになるためである。 As shown in FIG. 3, it is preferable that the catalyst support member 6 is provided with a plurality of communication holes 161. By providing the catalyst support member 6 with a plurality of communication holes 161, the sulfur vapor generated in the liquid sulfur filling section 2 and the hydrogen supplied from the hydrogen supply pipe 5 are efficiently supplied to the catalyst filling section 8 through the plurality of communication holes 161.

触媒支持部材6は、触媒を載置することができればどのような材質、形状の部材であってもよい。たとえば、触媒支持部材の材質としては、金属やセラミックス等を挙げることができる。 The catalyst support member 6 may be of any material and shape as long as the catalyst can be placed on it. For example, the catalyst support member may be made of metal or ceramics.

触媒支持部材6の形状としては、パンチングメタルのように連通孔が設けられたものであることが好ましい。たとえば、ステンレスメッシュやアルミニウムメッシュなどの金属メッシュ;ステンレスパンチング、アルミニウムパンチングなどのパンチングメタル;ステンレスエキスパンド、アルミニウムエキスパンドなどのエキスパンドメタル等から選択される一種または二種以上の多孔性板等を用いることができる。 The catalyst support member 6 is preferably shaped like a punched metal with communicating holes. For example, one or more types of porous plates selected from metal meshes such as stainless steel mesh and aluminum mesh; punched metals such as stainless steel punching and aluminum punching; and expanded metals such as stainless steel expand and aluminum expand can be used.

必要に応じて、触媒支持部材6として、上述した多孔性板を二枚以上重ねて用いてもよい。 If necessary, two or more of the above-mentioned porous plates may be stacked together to form the catalyst support member 6.

触媒支持部材6に設けられた連通孔161の面積比は、硫黄蒸気と触媒との接触効率向上の観点から、通常は10%以上50%以下であり、好適には20%以上40%以下である。 The area ratio of the communication holes 161 provided in the catalyst support member 6 is usually 10% or more and 50% or less, and preferably 20% or more and 40% or less, from the viewpoint of improving the contact efficiency between the sulfur vapor and the catalyst.

触媒支持部材6に設けられた連通孔の径は、載置する触媒の径にもよるが、通常は26μm以上1000μm以下であり、好適には45μm以上800μm以下である。 The diameter of the communication holes provided in the catalyst support member 6 depends on the diameter of the catalyst to be placed, but is usually 26 μm or more and 1000 μm or less, and preferably 45 μm or more and 800 μm or less.

触媒支持部材6には水素供給管用貫通孔162が設けられていてもよく、その場合、水素供給管5が水素供給管用貫通孔162を貫通して液体硫黄充填部2に接続する。
また、触媒支持部材6には温度センサ用貫通孔163が設けられていてもよく、その場合、温度センサ15が温度センサ用貫通孔163を貫通して液体硫黄充填部2に接続する。
The catalyst support member 6 may be provided with a through hole 162 for a hydrogen supply pipe. In this case, the hydrogen supply pipe 5 passes through the through hole 162 for the hydrogen supply pipe and connects to the liquid sulfur-filled section 2 .
Furthermore, the catalyst support member 6 may be provided with a temperature sensor through hole 163 , in which case the temperature sensor 15 passes through the temperature sensor through hole 163 and connects to the liquid sulfur-filled section 2 .

触媒支持部材6の材質としては、反応器3の材質として上述したものを用いることが可能である。 The materials mentioned above as the materials for the reactor 3 can be used as the materials for the catalyst support member 6.

(断熱部材7)
断熱部材7は、反応器3内部を断熱するための部材であり、触媒支持部材6の上方に設けられている。
(Thermal insulation member 7)
The heat insulating member 7 is a member for insulating the inside of the reactor 3 , and is provided above the catalyst support member 6 .

断熱部材7が設けられていることにより、硫化水素製造装置1上部からの熱の放出が防止され、硫化水素生成反応の場である触媒充填部8内部全体の温度が高く維持されるようになっており、その結果として触媒充填部8内の温度分布を高度に制御することができる。したがって、本実施形態の硫化水素製造装置1によれば硫化水素を高い効率で安定的に生産できる。
本実施形態の硫化水素製造装置1においては、硫黄蒸気発生の場である液体硫黄充填部2が存在する装置下部に比較して、装置上部のほうがより温度が低下しやすい傾向にある。したがって、断熱部材7により硫化水素製造装置1上部からの熱の放出を防止することは、触媒充填部8内の温度分布を高度に制御するにあたり有効な手段である。
The provision of the heat insulating member 7 prevents heat from being released from the upper part of the hydrogen sulfide production apparatus 1 and maintains a high temperature throughout the inside of the catalyst packed section 8, where the hydrogen sulfide production reaction takes place, thereby enabling precise control of the temperature distribution within the catalyst packed section 8. Therefore, the hydrogen sulfide production apparatus 1 of this embodiment can produce hydrogen sulfide stably with high efficiency.
In the hydrogen sulfide production apparatus 1 of this embodiment, the temperature tends to drop more easily in the upper part of the apparatus than in the lower part where the liquid sulfur-filled section 2, which is the site of sulfur vapor generation, is located. Therefore, using the heat insulating member 7 to prevent heat release from the upper part of the hydrogen sulfide production apparatus 1 is an effective means for highly controlling the temperature distribution in the catalyst-filled section 8.

図1に示すように、断熱部材7は、触媒充填部8の上方にあって触媒充填部8の全体を覆うように構成されていることが好ましい。このようにされていることで、反応器3外部への熱の放出が一層防止されようになる。
また、断熱部材7の側面は、図1に示されるように、反応器3の内壁に接するように設けられていることが好ましい。このようにすることで、断熱部材7も加熱され、断熱部材7自体も一定の熱容量を有するため、断熱部材7による保温効果がより一層高まる。
1, the heat insulating member 7 is preferably configured to be located above the catalyst packed section 8 and to cover the entire catalyst packed section 8. This further prevents heat from being released to the outside of the reactor 3.
1, the side surface of the heat insulating member 7 is preferably provided so as to be in contact with the inner wall of the reactor 3. In this way, the heat insulating member 7 is also heated, and the heat insulating member 7 itself has a certain heat capacity, so that the heat retaining effect of the heat insulating member 7 is further improved.

本実施形態の硫化水素製造装置1は、断熱部材7の一部または断熱部材7の周囲において、断熱部材7の上部空間と下部空間とが連通している。このような態様を実現するために、断熱部材は、連通孔の設けられた、金属基板ないしセラミックス基板であることが好ましい。 In the hydrogen sulfide production device 1 of this embodiment, the upper space and the lower space of the insulating member 7 are connected to each other in a part of the insulating member 7 or around the insulating member 7. To realize such an embodiment, the insulating member is preferably a metal substrate or a ceramic substrate provided with a communication hole.

断熱部材7には、図2に示すように、連通孔171が設けられていることが好ましい。連通孔171が設けられることで、生成した硫化水素が複数の連通孔171を介して断熱部材7上部に移動し、断熱部材7の上部空間に接続されている硫化水素回収管10により回収されることが可能になる。 As shown in FIG. 2, the insulating member 7 is preferably provided with communication holes 171. By providing the communication holes 171, the generated hydrogen sulfide can move to the upper part of the insulating member 7 through the multiple communication holes 171 and be collected by the hydrogen sulfide collection pipe 10 connected to the upper space of the insulating member 7.

断熱部材7としては、たとえば、ステンレスメッシュ、アルミニウムメッシュなどの金属メッシュ;ステンレスパンチング、アルミニウムパンチングなどのパンチングメタル;ステンレスエキスパンド、アルミニウムエキスパンドなどのエキスパンドメタル等から選択される一種または二種以上の多孔性板等を用いることができる。 The heat insulating member 7 can be, for example, one or more types of porous plates selected from metal meshes such as stainless steel mesh and aluminum mesh; punched metals such as stainless steel punching and aluminum punching; and expanded metals such as stainless steel expand and aluminum expand.

必要に応じて、上述した多孔性板を二枚以上重ねて断熱部材7として用いることも可能である。 If necessary, two or more of the above-mentioned porous plates can be stacked together to be used as the insulating member 7.

断熱部材7に設けられた連通孔の面積比は、断熱効率向上と硫化水素回収向上のバランスの観点から、通常は0.2%以上50%以下であり、好適には0.5%以上40%以下である。 From the viewpoint of balancing between improved insulation efficiency and improved hydrogen sulfide recovery, the area ratio of the communication holes provided in the insulating member 7 is usually 0.2% or more and 50% or less, and preferably 0.5% or more and 40% or less.

断熱部材7に設けられた連通孔の径は、通常は26μm以上10000μm以下であり、好適には45μm以上5000μm以下である。 The diameter of the communication holes provided in the insulating member 7 is usually 26 μm or more and 10,000 μm or less, and preferably 45 μm or more and 5,000 μm or less.

断熱部材7には水素供給管用貫通孔172が設けられていてもよく、その場合、水素供給管5が水素供給管用貫通孔172を貫通して液体硫黄充填部2に接続する。また、断熱部材7には温度センサ用貫通孔173が設けられていてもよく、その場合、温度センサ15が温度センサ用貫通孔173を貫通して液体硫黄充填部2に接続する。 The insulating member 7 may be provided with a through hole 172 for the hydrogen supply pipe, in which case the hydrogen supply pipe 5 passes through the through hole 172 for the hydrogen supply pipe and connects to the liquid sulfur-filled section 2. The insulating member 7 may also be provided with a through hole 173 for the temperature sensor, in which case the temperature sensor 15 passes through the through hole 173 for the temperature sensor and connects to the liquid sulfur-filled section 2.

(ジャケットヒーター9)
本実施形態の硫化水素製造装置1では、第2加熱手段として、ジャケットヒーター9を用いている。ジャケットヒーター9は、触媒支持部材、断熱部材および反応器の内壁とで形成される空間(触媒充填部8)を加熱する。すなわち、触媒支持部材および触媒支持部材の上部の空間を加熱する。これにより、触媒を加熱して硫化水素生成反応を促進させることができる。
(Jacket heater 9)
In the hydrogen sulfide production apparatus 1 of this embodiment, a jacket heater 9 is used as the second heating means. The jacket heater 9 heats the space (catalyst packed section 8) formed by the catalyst support member, the heat insulating member, and the inner wall of the reactor. In other words, it heats the catalyst support member and the space above the catalyst support member. This heats the catalyst to promote the hydrogen sulfide production reaction.

ジャケットヒーター9の温度は、触媒充填部8の温度を上述の温度域に調整できるように構成されている。 The temperature of the jacket heater 9 is configured so that the temperature of the catalyst filled section 8 can be adjusted to the above-mentioned temperature range.

必要な加熱温度は触媒充填部8の径や触媒の充填量に伴い変化するため、ジャケットヒーター9の温度域は特に限定されないが、かかる温度域としては、好適には300℃以上であり、より好適には330℃以上であり、さらに好適には360℃以上である。
ジャケットヒーター9の温度が上記下限値以上に調整されていることにより、硫化水素を高い効率で安定的に生産できるようになる。
Since the required heating temperature varies depending on the diameter of the catalyst filling section 8 and the amount of catalyst filled, the temperature range of the jacket heater 9 is not particularly limited, but such a temperature range is preferably 300° C. or higher, more preferably 330° C. or higher, and even more preferably 360° C. or higher.
By adjusting the temperature of the jacket heater 9 to be equal to or higher than the above lower limit, hydrogen sulfide can be produced stably with high efficiency.

また、かかる温度域としては、好適には500℃以下であり、より好適には480℃以下であり、さらに好適には450℃以下である。
ジャケットヒーター9の温度が上記上限値以下に調整されていることにより、過度な加熱による触媒の失活を防止すること、装置の耐硫性を維持することが可能になる。
Moreover, the temperature range is preferably 500° C. or less, more preferably 480° C. or less, and even more preferably 450° C. or less.
By adjusting the temperature of the jacket heater 9 to be equal to or lower than the upper limit, it becomes possible to prevent the catalyst from being deactivated due to excessive heating and to maintain the sulfur resistance of the device.

本実施形態においては、第2加熱手段としてジャケットヒーター9を用いたが、これに限らず、触媒支持部材、断熱部材および反応器の内壁とで形成される空間を加熱することができればどのような加熱手段であってもよい。 In this embodiment, a jacket heater 9 is used as the second heating means, but this is not limited to this, and any heating means can be used as long as it can heat the space formed by the catalyst support member, the insulating member, and the inner wall of the reactor.

(硫化水素回収管10)
本実施形態の硫化水素製造装置1では、反応器3から硫化水素ガスを回収する硫化水素回収部材として、硫化水素回収管10を用いている。
(Hydrogen sulfide recovery pipe 10)
In the hydrogen sulfide production apparatus 1 of this embodiment, a hydrogen sulfide recovery pipe 10 is used as a hydrogen sulfide recovery member for recovering hydrogen sulfide gas from the reactor 3.

硫化水素回収管10は、硫化水素ガスの回収量を調節する硫化水素回収調節弁14を有していてもよい。硫化水素回収調節弁14の開閉を調節することで、硫化水素ガスの回収量を調節することが可能であり、たとえば、このことは、硫化水素製造装置の下流にさらに他の反応装置が接続されている場合に、下流における化学反応を制御可能であるという観点から好適である。 The hydrogen sulfide recovery pipe 10 may have a hydrogen sulfide recovery control valve 14 that adjusts the amount of hydrogen sulfide gas recovered. By adjusting the opening and closing of the hydrogen sulfide recovery control valve 14, it is possible to adjust the amount of hydrogen sulfide gas recovered. This is advantageous, for example, from the viewpoint of being able to control the chemical reaction downstream when another reaction device is connected downstream of the hydrogen sulfide production device.

硫化水素回収管10には、圧力調整弁11が設けられていてもよい。圧力調整弁11の開閉により反応器3の内部の圧力を調整することが可能である。 The hydrogen sulfide recovery pipe 10 may be provided with a pressure regulating valve 11. The pressure inside the reactor 3 can be adjusted by opening and closing the pressure regulating valve 11.

また、硫化水素回収管10には、硫化水素の流量を検出する硫化水素検出器12が設けられていてもよい。 The hydrogen sulfide recovery pipe 10 may also be provided with a hydrogen sulfide detector 12 that detects the flow rate of hydrogen sulfide.

(温度センサ15)
温度センサ15は、反応器3の各領域の温度を測定するための部材である。
(Temperature sensor 15)
The temperature sensor 15 is a member for measuring the temperature in each region of the reactor 3 .

反応器3の温度は、通常、反応器3の水平方向中心部において測定されるため、温度センサ15は、反応器3の水平方向中心部に配置されていることが好ましい。 The temperature of the reactor 3 is usually measured at the horizontal center of the reactor 3, so it is preferable that the temperature sensor 15 is positioned at the horizontal center of the reactor 3.

[第2実施形態]
本実施形態の硫化水素製造装置は、触媒支持部材の下面に接してまたは近接して配置された、伝熱部材をさらに備えてもよい。
図4はこのようにした硫化水素製造装置21の縦断面を示す模式図である。
[Second embodiment]
The hydrogen sulfide production apparatus of the present embodiment may further include a heat transfer member disposed in contact with or in close proximity to the lower surface of the catalyst support member.
FIG. 4 is a schematic diagram showing a vertical cross section of the hydrogen sulfide production apparatus 21 thus constructed.

触媒支持部材6の下部に伝熱部材22を設けることで、反応器3の外側を覆っているジャケットヒーター9からの熱が触媒充填部の中心方向へ伝わりやすくなり、触媒充填部の水平方向における均熱性が改善される。 By providing a heat transfer member 22 at the bottom of the catalyst support member 6, heat from the jacket heater 9 covering the outside of the reactor 3 is easily transferred toward the center of the catalyst-filled section, improving the horizontal thermal uniformity of the catalyst-filled section.

伝熱部材22は、触媒充填部8の内壁に接するように配置されていることが好ましい。ジャケットヒーター9からの熱をより効率的に伝搬させるためである。 The heat transfer member 22 is preferably arranged so as to contact the inner wall of the catalyst filling section 8. This is to transfer heat from the jacket heater 9 more efficiently.

伝熱部材22には、複数の連通孔が設けられていることが好ましい。伝熱部材に複数の連通孔が設けられていることにより、複数の連通孔を通して、液体硫黄充填部2で発生した硫黄蒸気や、水素供給管5から供給された水素ガスが、触媒充填部8に効率よく供給されるようになるためである。 It is preferable that the heat transfer member 22 is provided with a plurality of communication holes. By providing a plurality of communication holes in the heat transfer member, the sulfur vapor generated in the liquid sulfur-filled section 2 and the hydrogen gas supplied from the hydrogen supply pipe 5 can be efficiently supplied to the catalyst-filled section 8 through the plurality of communication holes.

伝熱部材22の材質は特に限定されず、反応器3の材質として上述したものを用いることができるが、耐硫化性および熱伝導性に優れた材料を用いることが好適であり、たとえばアルミニウム、アルミニウム合金、窒化アルミニウム等を用いることが好ましい。 The material of the heat transfer member 22 is not particularly limited, and the materials mentioned above as the materials of the reactor 3 can be used, but it is preferable to use a material with excellent sulfur resistance and thermal conductivity, such as aluminum, an aluminum alloy, aluminum nitride, etc.

また、伝熱部材22の形状としては、連通孔が設けられた適度な厚みを有する板であることが好ましい。たとえば、ステンレス板またはアルミニウム板に連通孔を設けた厚みが20mm以上の板等から選択される一種または二種以上の多孔性板等を用いることができる。 The heat transfer member 22 is preferably in the form of a plate having a suitable thickness and through holes. For example, one or more types of porous plates selected from stainless steel or aluminum plates having through holes and a thickness of 20 mm or more can be used.

必要に応じて、上述した多孔性板を二枚以上重ねて伝熱部材として用いることも可能である。 If necessary, two or more of the above-mentioned porous plates can be stacked together and used as a heat transfer member.

伝熱部材22に連通孔が設けられていることにより、液体硫黄充填部2から供給される硫黄蒸気と、触媒との接触効率を向上させることが可能である。 By providing a communication hole in the heat transfer member 22, it is possible to improve the contact efficiency between the sulfur vapor supplied from the liquid sulfur filling section 2 and the catalyst.

伝熱部材22に設けられた連通孔の面積比は、伝熱の向上ならびに硫黄蒸気と触媒との接触効率向上の観点から、通常は0.2%以上50%以下であり、好適には0.5%以上40%以下である。 The area ratio of the communication holes provided in the heat transfer member 22 is usually 0.2% or more and 50% or less, preferably 0.5% or more and 40% or less, from the viewpoint of improving heat transfer and improving the contact efficiency between the sulfur vapor and the catalyst.

伝熱部材22に設けられた連通孔の径は、通常は26μm以上10000μm以下であり、好適には45μm以上5000μm以下である。 The diameter of the communication holes provided in the heat transfer member 22 is usually 26 μm or more and 10,000 μm or less, and preferably 45 μm or more and 5,000 μm or less.

伝熱部材22には水素供給管用貫通孔が設けられていてもよく、その場合、水素供給管5が水素供給管用貫通孔を貫通して液体硫黄充填部2に接続する。また、伝熱部材22には温度センサ用貫通孔が設けられていてもよく、その場合、温度センサ15が温度センサ用貫通孔を貫通して液体硫黄充填部2に接続する。 The heat transfer member 22 may be provided with a through hole for a hydrogen supply pipe, in which case the hydrogen supply pipe 5 passes through the through hole for the hydrogen supply pipe and connects to the liquid sulfur filled section 2. The heat transfer member 22 may also be provided with a through hole for a temperature sensor, in which case the temperature sensor 15 passes through the through hole for the temperature sensor and connects to the liquid sulfur filled section 2.

[変形例]
本実施形態の硫化水素製造装置は、上記で説明した部材以外の部材を備えていてもよい。
[Modification]
The hydrogen sulfide production apparatus of the present embodiment may include components other than those described above.

また、本実施形態の硫化水素製造装置は、各部が一体に形成されていてもよい。 In addition, the hydrogen sulfide production device of this embodiment may have each part formed integrally.

本実施形態の硫化水素製造装置の下流に、さらに他の反応装置が接続されていてもよい。
たとえば、本実施形態の硫化水素製造装置の下流にリチウム等の金属の硫化物を生成させる反応装置を接続し、本実施形態の硫化水素製造装置で製造された硫化水素を供給してもよい。
Another reaction device may be further connected downstream of the hydrogen sulfide production device of this embodiment.
For example, a reaction device for producing a sulfide of a metal such as lithium may be connected downstream of the hydrogen sulfide production apparatus of this embodiment, and hydrogen sulfide produced by the hydrogen sulfide production apparatus of this embodiment may be supplied to the reaction device.

[硫化水素の製造プロセス]
本実施形態の硫化水素製造装置を用いた硫化水素の製造プロセスについて説明する。
[Hydrogen sulfide production process]
A process for producing hydrogen sulfide using the hydrogen sulfide production apparatus of this embodiment will be described.

まず、マントルヒーター4により液体硫黄充填部2に充填された液体硫黄を加熱し、硫黄蒸気を発生させる。 First, the liquid sulfur filled in the liquid sulfur filling section 2 is heated by the mantle heater 4 to generate sulfur vapor.

液体硫黄充填部2の温度としては、硫黄蒸気が発生する温度であれば特に限定されず、例えば180℃以上445℃以下であり、好適には250℃以上400℃以下であり、より好適には300℃以上350℃以下である。
液体硫黄充填部2の温度が上記下限値以上であることにより、硫黄蒸気圧がより適度となり、得られる硫化水素ガスの濃度が高くなるので、硫化水素の生成をより効率的におこなうことができる。また、液体硫黄の温度が上記上限値以下であることにより、硫黄蒸気圧を1気圧以下にすることができ、水素ガスと反応せずに反応器を通過する硫黄の量を抑制することができる。
The temperature of the liquid sulfur-filled section 2 is not particularly limited as long as it is a temperature at which sulfur vapor is generated, and is, for example, 180°C or higher and 445°C or lower, preferably 250°C or higher and 400°C or lower, and more preferably 300°C or higher and 350°C or lower.
By keeping the temperature of the liquid sulfur-filled section 2 at or above the lower limit, the sulfur vapor pressure becomes more appropriate, and the concentration of the resulting hydrogen sulfide gas becomes higher, so that hydrogen sulfide can be generated more efficiently. Also, by keeping the temperature of the liquid sulfur at or below the upper limit, the sulfur vapor pressure can be made 1 atmosphere or less, so that the amount of sulfur passing through the reactor without reacting with hydrogen gas can be suppressed.

本実施形態の硫化水素製造装置を用いた硫化水素の製造プロセスにおいては、ジャケットヒーター9によって加熱された触媒に対し、硫黄蒸気と水素ガスを供給することにより、触媒表面上で水素ガスと硫黄蒸気を反応させ、硫化水素ガスを発生させる。 In the hydrogen sulfide production process using the hydrogen sulfide production apparatus of this embodiment, sulfur vapor and hydrogen gas are supplied to a catalyst heated by a jacket heater 9, causing the hydrogen gas and sulfur vapor to react on the catalyst surface, generating hydrogen sulfide gas.

この際、水素ガスの供給量を過剰にすることで、硫化水素ガスを水素ガスで希釈された状態で回収することが可能である。これにより、圧力調整時や反応終了時等に発生する排ガス中に含まれる硫化水素ガスの濃度を低減できるため、排ガス処理をより単純なものにすることができる。 In this case, by supplying an excess amount of hydrogen gas, it is possible to recover the hydrogen sulfide gas in a state diluted with hydrogen gas. This makes it possible to reduce the concentration of hydrogen sulfide gas contained in the exhaust gas generated when adjusting the pressure or at the end of the reaction, making the exhaust gas treatment process simpler.

回収時における硫化水素ガスの濃度は、好ましくは1体積%以上であり、より好ましくは3体積%以上である。また、回収時における硫化水素ガスの濃度は、好ましくは50体積%以下であり、より好ましくは30体積%以下である。 The concentration of hydrogen sulfide gas during recovery is preferably 1% by volume or more, and more preferably 3% by volume or more. The concentration of hydrogen sulfide gas during recovery is preferably 50% by volume or less, and more preferably 30% by volume or less.

本実施形態の硫化水素製造装置を用いた硫化水素の製造プロセスにおいては、硫化水素製造装置1の装置上部に断熱部材7が設けられているため、装置下部に設けられた液体硫黄充填部2(硫化水素ガスの発生源)から遠い領域の温度低下が防止され、触媒充填部8全体の温度が高く維持されるようになっている。その結果として硫化水素生成反応の場である触媒の温度を高度に制御することができ、硫化水素を高い効率で安定的に生産できる。 In the hydrogen sulfide production process using the hydrogen sulfide production apparatus of this embodiment, a heat insulating member 7 is provided at the top of the hydrogen sulfide production apparatus 1, preventing a drop in temperature in areas far from the liquid sulfur filled section 2 (the source of hydrogen sulfide gas) provided at the bottom of the apparatus, and maintaining a high temperature throughout the catalyst filled section 8. As a result, the temperature of the catalyst, which is the site of the hydrogen sulfide production reaction, can be precisely controlled, and hydrogen sulfide can be produced stably and efficiently.

触媒充填部8内の温度は、全ての領域において、好適には300℃以上であり、より好適には330℃以上であり、さらに好適には360℃以上である。
触媒充填部の温度が全ての領域において上記下限値以上であることにより、硫化水素を高い効率で安定的に生産できるようになる。
The temperature within the catalyst-packed section 8 is preferably 300° C. or higher, more preferably 330° C. or higher, and even more preferably 360° C. or higher, in all regions.
By keeping the temperature of the catalyst-packed section at or above the lower limit in all regions, hydrogen sulfide can be produced stably with high efficiency.

触媒充填部8内の温度は、全ての領域において、好適には500℃以下であり、より好適には480℃以下であり、さらに好適には450℃以下である。
触媒充填部の温度が全ての領域において上記上限値以下であることにより、過度な加熱による触媒の失活を防止すること、装置の耐硫性を維持することが可能になる。
The temperature within the catalyst-packed section 8 is preferably 500° C. or less, more preferably 480° C. or less, and even more preferably 450° C. or less in all regions.
By keeping the temperature of the catalyst-filled section at or below the above upper limit in all regions, it becomes possible to prevent deactivation of the catalyst due to excessive heating and to maintain the sulfur resistance of the device.

本実施形態の硫化水素製造装置を用いた製造プロセスにより得られる硫化水素は、たとえば、リチウム等の金属を硫化させる反応に用いることができる。
本実施形態の硫化水素製造装置を用いた製造プロセスにより得られる硫化水素を用いて硫化されることにより得られた硫化物は、例えば、電池用の正極活物質、負極活物質、固体電解質材料、化学薬品の中間原料として好適に用いることができる。
The hydrogen sulfide obtained by the production process using the hydrogen sulfide production apparatus of this embodiment can be used, for example, in a reaction for sulfurizing a metal such as lithium.
The sulfide obtained by sulfurization using the hydrogen sulfide obtained by the production process using the hydrogen sulfide production apparatus of the present embodiment can be suitably used, for example, as a positive electrode active material, a negative electrode active material, a solid electrolyte material, or an intermediate raw material for chemicals for batteries.

(実施例1)
第2実施形態で説明した図4の硫化水素製造装置を作製した。
Example 1
The hydrogen sulfide production apparatus shown in FIG. 4 described in the second embodiment was manufactured.

硫化水素製造装置の作成に用いた各部材は下記の通りである。
・反応器3 アルミニウムで内壁がカロライジング処理されたSUS316L製反応管(内径133.8mm高さ672mm)
・水素供給管5 アルミニウムで内壁がカロライジング処理されたSUS316L製パイプ(直径15mm長さ750mm)
・触媒支持部材6 アルミニウム製パンチングメタル(直径133mm、厚み0.5mm、孔径0.5mm、孔径の面積比27.9%)
・断熱部材7 アルミニウム製パンチングメタル(直径133mm、厚み1.5mm、孔径5mm、孔径の面積比32.1%)1枚と、アルミニウム製パンチングメタル(直径133mm、厚み0.5mm、孔径0.5mm、孔径の面積比27.9%)1枚とを8mm間隔で重ねたもの
・伝熱部材22 アルミニウム製板材(直径133mm、厚み20mm、孔径5mm、孔径の面積比8.3%)
The components used in constructing the hydrogen sulfide production device are as follows:
Reactor 3: SUS316L reaction tube (inner diameter 133.8 mm, height 672 mm) with an aluminum inner wall calorized
Hydrogen supply pipe 5: SUS316L pipe with an aluminum inner wall calorized (diameter 15 mm, length 750 mm)
Catalyst support member 6: Aluminum punched metal (diameter 133 mm, thickness 0.5 mm, hole diameter 0.5 mm, hole diameter area ratio 27.9%)
- Heat insulating member 7: One sheet of aluminum punched metal (diameter 133 mm, thickness 1.5 mm, hole diameter 5 mm, hole diameter area ratio 32.1%) and one sheet of aluminum punched metal (diameter 133 mm, thickness 0.5 mm, hole diameter 0.5 mm, hole diameter area ratio 27.9%) stacked at 8 mm intervals. - Heat transfer member 22: Aluminum plate material (diameter 133 mm, thickness 20 mm, hole diameter 5 mm, hole diameter area ratio 8.3%)

反応器3に硫黄520gを充填し、硫黄を充填した上部に伝熱部材22を配置した。伝熱部材22の上部に触媒支持部材6を配置し、触媒支持部材6上に活性アルミナ(直径1~2mm、比表面積270m/g)1.1kgを充填した。活性アルミナを充填した上部に断熱部材7を配置した。
反応器3上方から温度センサ15を貫通させ、温度センサ15の先端は反応器3底面に到達するようにした。温度センサ15は反応器3の水平方向中心部を貫通するようにした。また、反応器3上方から水素供給管5を貫通させ、水素供給管5の水素供給口500は液体硫黄充填部2に到達するようにした。
The reactor 3 was filled with 520 g of sulfur, and a heat transfer member 22 was placed on top of the sulfur. A catalyst support member 6 was placed on top of the heat transfer member 22, and 1.1 kg of activated alumina (diameter 1 to 2 mm, specific surface area 270 m2 /g) was packed on the catalyst support member 6. A heat insulating member 7 was placed on top of the activated alumina.
The temperature sensor 15 penetrates from above the reactor 3, and the tip of the temperature sensor 15 reaches the bottom surface of the reactor 3. The temperature sensor 15 penetrates the horizontal center of the reactor 3. In addition, the hydrogen supply pipe 5 penetrates from above the reactor 3, and the hydrogen supply port 500 of the hydrogen supply pipe 5 reaches the liquid sulfur-filled portion 2.

次いで、水素供給管5から液体硫黄充填部2に水素ガスを流量1.0L/minで導入した。次いで、マントルヒーター4の温度を200℃、ジャケットヒーター9の温度を400℃にし、液体硫黄充填部2と触媒充填部8をそれぞれ加熱した。これにより、水素ガスと硫黄蒸気とを反応させ、硫化水素ガスを発生させた。 Next, hydrogen gas was introduced from the hydrogen supply pipe 5 to the liquid sulfur-filled section 2 at a flow rate of 1.0 L/min. Next, the temperature of the mantle heater 4 was increased to 200°C, and the temperature of the jacket heater 9 to 400°C, heating the liquid sulfur-filled section 2 and the catalyst-filled section 8, respectively. This caused the hydrogen gas to react with the sulfur vapor, generating hydrogen sulfide gas.

(比較例1)
断熱部材7と伝熱部材22とを除いた以外は実施例1と同様にして硫化水素製造装置31を作製し、硫化水素ガスを発生させた。硫化水素製造装置31の構成を図5に示す。
(Comparative Example 1)
A hydrogen sulfide production apparatus 31 was produced in the same manner as in Example 1, except that the heat insulating member 7 and the heat transfer member 22 were omitted, and hydrogen sulfide gas was generated. The configuration of the hydrogen sulfide production apparatus 31 is shown in FIG.

実施例1および比較例1の硫化水素製造装置において、加熱開始から150分経過後に温度センサ15で測定された反応器3の各領域の温度を図6に示す。 Figure 6 shows the temperatures in each region of the reactor 3 measured by the temperature sensor 15 150 minutes after the start of heating in the hydrogen sulfide production apparatus of Example 1 and Comparative Example 1.

図6によると、断熱部材および伝熱部材を備える実施例1の硫化水素製造装置では、触媒充填部の温度が400℃を超えていた。一方、断熱部材および伝熱部材を備えない比較例1の硫化水素製造装置では、触媒充填部の温度が実施例1と比較して低く、400℃を下回っていた。このことから、本実施形態の硫化水素製造装置は、触媒充填部の内部が高い温度で維持されるため、硫化水素を高い効率で安定的に生産できるものと解される。 According to FIG. 6, in the hydrogen sulfide production apparatus of Example 1, which is equipped with an insulating member and a heat transfer member, the temperature of the catalyst-filled section exceeded 400°C. On the other hand, in the hydrogen sulfide production apparatus of Comparative Example 1, which is not equipped with an insulating member and a heat transfer member, the temperature of the catalyst-filled section was lower than in Example 1, falling below 400°C. From this, it can be understood that the hydrogen sulfide production apparatus of this embodiment can stably produce hydrogen sulfide with high efficiency because the inside of the catalyst-filled section is maintained at a high temperature.

1 硫化水素製造装置
2 液体硫黄充填部
3 反応器
4 マントルヒーター
5 水素供給管
6 触媒支持部材
7 断熱部材
8 触媒充填部
9 ジャケットヒーター
10 硫化水素回収管
11 圧力調整弁
12 硫化水素検出器
13 水素供給調節弁
14 硫化水素回収調節弁
15 温度センサ
21 硫化水素製造装置
22 伝熱部材
31 硫化水素製造装置
51 連通孔
161 連通孔
162 水素供給管用貫通孔
163 温度センサ用貫通孔
171 連通孔
172 水素供給管用貫通孔
173 温度センサ用貫通孔
500 水素供給口
REFERENCE SIGNS LIST 1 Hydrogen sulfide production device 2 Liquid sulfur-filled section 3 Reactor 4 Mantle heater 5 Hydrogen supply pipe 6 Catalyst support member 7 Heat insulating member 8 Catalyst-filled section 9 Jacket heater 10 Hydrogen sulfide recovery pipe 11 Pressure regulating valve 12 Hydrogen sulfide detector 13 Hydrogen supply control valve 14 Hydrogen sulfide recovery control valve 15 Temperature sensor 21 Hydrogen sulfide production device 22 Heat transfer member 31 Hydrogen sulfide production device 51 Communication hole 161 Communication hole 162 Through hole for hydrogen supply pipe 163 Through hole for temperature sensor 171 Communication hole 172 Through hole for hydrogen supply pipe 173 Through hole for temperature sensor 500 Hydrogen supply port

Claims (5)

硫黄蒸気と水素ガスとを反応させて硫化水素を製造する硫化水素製造装置であって、
内部に液体硫黄充填部を有する反応器と、
液体硫黄を加熱して硫黄蒸気を生成させる第1加熱手段と、
前記反応器に接続された水素供給部材と、
を備え、
前記反応器の内部には、前記液体硫黄充填部の上方に設けられた触媒支持部材と、前記触媒支持部材の上方に設けられた断熱部材と、を備え、
前記触媒支持部材、前記断熱部材および前記反応器の内壁とで形成される空間を加熱する第2加熱手段をさらに備え、
前記断熱部材の一部または前記断熱部材の周囲において、前記断熱部材の上部空間と下部空間とが連通している、硫化水素製造装置。
A hydrogen sulfide production apparatus for producing hydrogen sulfide by reacting sulfur vapor with hydrogen gas, comprising:
a reactor having a liquid sulfur filling therein;
a first heating means for heating the liquid sulfur to generate sulfur vapor;
A hydrogen supply member connected to the reactor;
Equipped with
The inside of the reactor is provided with a catalyst support member provided above the liquid sulfur-filled portion, and a heat insulating member provided above the catalyst support member,
Further, a second heating means is provided for heating a space formed by the catalyst support member, the heat insulating member, and the inner wall of the reactor,
An apparatus for producing hydrogen sulfide, wherein an upper space and a lower space of the insulating member are connected to each other at a portion of the insulating member or around the insulating member.
請求項1に記載の硫化水素製造装置であって、
前記断熱部材は、連通孔の設けられた、金属基板ないしセラミックス基板である、硫化水素製造装置。
The hydrogen sulfide production apparatus according to claim 1,
The hydrogen sulfide manufacturing apparatus, wherein the heat insulating member is a metal substrate or a ceramic substrate having communicating holes.
請求項1または2に記載の硫化水素製造装置であって、
前記触媒支持部材の下面に接してまたは近接して配置された伝熱部材をさらに備える、硫化水素製造装置。
The hydrogen sulfide production apparatus according to claim 1 or 2,
The hydrogen sulfide production apparatus further comprises a heat transfer member disposed in contact with or in close proximity to a lower surface of the catalyst support member.
請求項1~3のいずれか一項に記載の硫化水素製造装置であって、
当該装置内表面が耐硫処理されている、硫化水素製造装置。
The hydrogen sulfide production apparatus according to any one of claims 1 to 3,
A hydrogen sulfide production apparatus, the inner surface of which is treated to be sulfur resistant.
請求項1~4のいずれか一項に記載の硫化水素製造装置を用いて硫黄蒸気と水素ガスとを反応させることを特徴とする硫化水素の製造方法。 A method for producing hydrogen sulfide, comprising reacting sulfur vapor with hydrogen gas using the hydrogen sulfide production apparatus according to any one of claims 1 to 4.
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