專利名稱：硫化氫合成反應器、硫化氫制造裝置及硫氫化鈉制造裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及使硫和氫發(fā)生反應來制造硫化氫的方法以及在該方法中使用的硫化氫制造裝置。此外，本實用新型還涉及使氫氧化鈉與硫化氫發(fā)生反應來制造硫氫化鈉的方法以及在該方法中使用的硫氫化鈉制造裝置。
背景技術：
硫化氫是可燃性的有毒氣體，通過對在石油或天然氣中所含的硫化合物進行氫化脫硫而生成，經(jīng)由硫回收裝置作為固體硫被回收。另ー方面，硫化氫是作為各種含硫化合物的合成原料的貴重化合物。硫化氫或者由硫化氫與氫氧化鈉生成的硫氫化鈉作為染料、農(nóng)藥、塑料、醫(yī)藥品、化妝品等的精細化學品的制造原料或金屬硫化物的制造原料而被大范圍使用。作為利用氣相反應由硫和氫制造硫化氫的方法，公知有以下兩種方法。(I)催化劑反應硫氣體和氫氣在填充有催化劑的反應管內(nèi)發(fā)生反應，由此，生成硫化氫。反應熱流過熱介質(zhì)而在反應管的外部除去。例如在下述專利文獻I中示出這樣的催化劑反應。(2)無催化劑反應例如，在下述非專利文獻I的474頁的圖1中示出無催化劑氣相反應。在無催化劑的氣相反應中，使用具有以沸點溫度保持液體硫的塔底部和使硫氣體與氫氣發(fā)生反應的氣體空間部的反應塔來制造硫化氫。氫氣被導入到塔底部內(nèi)的液體硫中，氫氣以及硫氣體在氣體空間部發(fā)生反應，生 成硫化氫。硫化氫的反應熱通過與從氣體空間部上部供給的液體硫接觸而被回收。含有硫化氫和硫氣體的生成物氣體利用熱交換器進行冷卻，使硫固化，由此，精制硫化氫氣體。實用新型的概要實用新型要解決的課題在硫化氫的催化劑反應中，若硫濃度高，則反應熱引起的溫度上升變大，催化劑異常地被加熱而劣化，所以，需要用于防止該情況的除熱對策，反應器結(jié)構(gòu)變得復雜。此外，使用后的催化劑被硫化，若接觸到空氣，則存在起火的危險，所以，定期維護是不容易的。對于硫化氫來說，在其合成吋，通過使多硫化氫(用化學式H2Sx表示的化學物質(zhì))等的雜質(zhì)減少，能夠有助于精制エ序的簡化、經(jīng)濟性的提高以及將硫化氫作為原料而合成的最終產(chǎn)品的質(zhì)量提高。因此，在硫化氫的合成中，希望防止作為副反應物的多硫化氫的生成。若為了提高硫化氫的轉(zhuǎn)化率而使反應溫度提高，則同時向作為上述的副反應物的多硫化氫(H2Sx)等的雜質(zhì)的轉(zhuǎn)化率也提高。因此，為了利用無催化劑反應來制造高純度的硫化氫,需要以向多硫化氫等的轉(zhuǎn)化率小的溫度來合成硫化氫。在以往的無催化劑氣相反應中，原料氣體和從上部供給的液體硫進行氣液接觸，由此，利用液體硫進行熱回收以及反應氣體的冷卻。但是，若存在未進行氣液接觸的空間，則在該空間中無催化劑氣相反應劇烈進行，反應溫度異常上升，多硫化氫(H2Sx)的濃度上升。若含有這樣的雜質(zhì)，則制造了作為精細化學品的制造原料而言為不優(yōu)選的硫化氫。現(xiàn)有技術文獻專利文獻專利文獻1:日本特表2010-515658號公報非專利文獻1:Ullmann’ s Encyclopedia of Industrial Chemistry, SixthEdition, 2003，Vol. 17.參照第 291 頁

實用新型內(nèi)容基于上述見解所研究的結(jié)果是，得到如下技木與距離硫液面較遠的氣相反應區(qū)域相比，較多地對距離硫液面較近的氣相反應區(qū)域的反應熱進行除熱，使反應溫度為預定值，由此，能夠防止多硫化氫的生成，制造副反應物少的硫化氫。即，在ー個側(cè)面，本實用新型的目的在于減少副反應物的生成來制造純度高的硫化氫。用于解決課題的手段解決上述課題的方式如下。1. ー種硫化氫合成反應器，在無催化劑的條件下使硫與氫發(fā)生氣相反應而合成硫化氫，其特征在于，具備反應器主體，在下部駐留液體硫；加熱部，使所述液體硫的一部分氣體化；氫氣供給部，對所述液體硫供給氫氣；以及熱交換部，設置在所述反應器主體內(nèi)的液體硫的液面的上方的氣相反應區(qū)域，且所述熱交換部以如下方式構(gòu)成改變距離所述液面遠的氣相反應區(qū)域的每單位容積的交換熱量和距離液面近的氣相反應區(qū)域的每單位容積的交換熱量，使所述氣相反應區(qū)域中的反應溫度在預定的溫度內(nèi)。能夠減少副反應物的生成，制造純度高的硫化氫。2.如方案I所述的硫化氫合成反應器，其特征在于，所述熱交換部以如下方式構(gòu)成隨著離開液面，每單位容積的交換熱量下降。3.如方案I或2所述的硫化氫合成反應器，其特征在干，以如下方式構(gòu)成所述熱交換部距離所述液面近的氣相反應區(qū)域的每單位容積的傳熱面積比距離所述液面遠的氣相反應區(qū)域的每單位容積的傳熱面積大。4.如方案I 3任意一項所述的硫化氫合成反應器，其特征在于，所述預定的溫度是380°C 410°C。通過使所述預定 的溫度在410°C以下，能夠在壓力0. 5MPa時將H2S2的濃度抑制為不足lOppm。若使反應溫度下降，則反應速度降低，所以所述預定的溫度至少在380°C以上。5.如方案I 4任意一項所述的硫化氫合成反應器，其特征在于，在硫的凝固點以上供給所述熱交換部的冷卻介質(zhì)。6.如方案I 5任意一項所述的硫化氫合成反應器，其特征在于，所述熱交換部由多個熱交換器構(gòu)成。 7.如方案I 6任意一項所述的硫化氫合成反應器，其特征在于，在所述熱交換部中具備整流部，具有供所述氣體通過的多個孔。對從下部朝向上部的氣體流進行整流而使其均勻地進行分散，并且，能夠防止由于冷卻而產(chǎn)生的朝向下部的逆流，能夠?qū)崿F(xiàn)與氣體部高度相應的理論轉(zhuǎn)化率。8.如方案I 7任意一項所述的硫化氫合成反應器，其特征在干，還具備溫度檢測器，檢測所述氣相反應區(qū)域的氣體溫度；控制部，對所述各熱交換部的熱交換量進行控制，使得所述檢測到的溫度成為預定值。9.如方案I 8任意一項所述的硫化氫合成反應器，其特征在干，以對所述反應器主體進行加熱的方式構(gòu)成所述熱交換部，使得在來自所述反應器主體的表面的散熱比由所述硫化氫的反應熱產(chǎn)生的熱量高的情況下，將氣相反應區(qū)域中的反應溫度保持在預定溫度內(nèi)。即便在反應器主體的塔徑小的情況下，也能夠減少副反應物的生成，制造純度高的硫化氫。10. ー種硫化氫制造裝置，其特征在干，具備方案I 9任意一項所述的硫化氫合成反應器；氫化反應器，使用氫化催化劑使從所述硫化氫合成反應器放出的未反應硫氣體與氫氣發(fā)生反應，合成硫化氫。能夠利用氫氣使未反應的硫氣體轉(zhuǎn)化成硫化氫氣體。11.如方案10所述的硫化氫制造裝置，其特征在干，還具備使硫化氫液化的液化裝置。12. ー種合成硫氫化鈉的硫氫化鈉制造裝置，其特征在干，該硫氫化鈉制造裝置具備方案I 11任意一項所述的所述硫化氫合成反應器；氫化反應器，使用氫化催化劑使從所述硫化氫合成反應器放出的未反應硫氣體與氫氣發(fā)生反應，合成硫化氫；
硫氫化鈉合成反應器，使硫化氫與氫氧化鈉水溶液發(fā)生反應，合成硫氫化鈉。13. ー種硫化氫制造方法，在無催化劑的條件下使硫與氫發(fā)生氣相反應，合成硫化氫，其特征在干，對在反應器的下部駐留的液體硫的一部分進行加熱，對所述液體硫供給氫氣，在所述反應器內(nèi)的液體硫的液面的上方的氣相反應區(qū)域，使利用所述加熱而生成的硫氣體和所述氫氣發(fā)生氣相反應，以如下方式進行除熱改變距離所述液面遠的氣相反應區(qū)域的每單位容積的交換熱量和距離液面近的氣相反應區(qū)域的每單位容積的交換熱量，使所述氣相反應區(qū)域中的反應溫度在預定的溫度內(nèi)。14.如方案13所述的硫化氫制造方法，其特征在干，在所述除熱エ序中包括如下除熱方式隨著離開液面，使每單位容積的交換熱量下降。15.如方案13或14所述的硫化氫制造方法，其特征在干，所述預定的溫度是380°C 410°C。16.如方案13 15任意一項所述的硫化氫制造方法，其特征在于，所述除熱利用硫的凝固點以上的冷卻介質(zhì)進行。17.如方案13 16任意一項所述的硫化氫制造方法,其特征在于,所述氣體通過在進行所述除熱的熱交換部中設置的具有的多個孔的整流部。18.如方案13 17任意一項所述的硫化氫制造方法，其特征在于，使用氫化催化劑使從所述硫化氫合成反應器放出的未反應硫氣體與氫氣發(fā)生反應，合成硫化氫。19.如方案13 18任意一項所述的硫化氫制造方法，其特征在于，所述除熱エ序包括如下的加熱エ序在來自所述反應器主體的表面的散熱比由所述硫化氫反應熱產(chǎn)生的熱量高的情況下，使氣相反應區(qū)域中的反應溫度保持在預定溫度內(nèi)。20.如方案13 19任意一項所述的硫化氫制造方法，其特征在干，使硫化氫液化。21. ー種生成硫氫化鈉的硫氫化鈉制造方法，其特征在干，使利用方案13 19任意ー項中所述的硫化氫制造方法所生成的硫化氫與氫氧化鈉水溶液發(fā)生反應，生成硫氫化鈉。實用新型效果本實用新型能夠減少副反應物的生成而制造純度高的硫化氫。

圖1是示出處于平衡狀態(tài)的硫化氫濃度與H2S2濃度的關系的圖。圖2是示出溫度控制不充分的硫化氫合成反應器的一例的圖。圖3是不出硫化氫合成反應器的第一例的圖。
圖4是示出無催化劑氣相反應中的硫化氫濃度與距離液面的高度的關系的一例的圖。圖5A是示出熱交換器的詳細例的圖。圖5B是示出熱交換器的另ー個詳細例的圖。圖6是示出反應器的另ー個例子的圖。圖7是說明對硫化氫的反應溫度進行控制的硫化氫合成反應器的一例的圖。圖8是示出硫化氫合成反應器的第二例的圖。圖9是示出硫化氫制造裝置的一例的圖。圖10是示出硫氫化鈉制造裝置的一例的圖。
具體實施方式
以下，參照附圖依次對[I]硫化氫以及多硫化氫的濃度、[2]硫化氫合成反應器、硫化氫制造裝置、[4]硫氫化鈉制造裝置進行說明。[I]硫化氫以及多硫化氫的濃度硫化氫生成反應利用以下的式I進行，但是，在硫化氫生成的同時，利用式2所示的反應式生成多硫化氫。在以下的說明中，對硫化氫生成反應中濃度最高的多硫化氫即ニ硫化氫(H2S2)進行說明。H 2 + I / 2S2—H2S (式 I)2H2S—H2+H2S2 (式 2)圖1是示出H2、H2S, H2S2的三種成分系統(tǒng)的平衡狀態(tài)下的硫化氫濃度與H2S2濃度的關系的圖。在圖1中分別示出壓カ0. 5MPaG的380°C、410°C、500°C的H2S2濃度相關曲線1001 1003。圖1所示的圖表的縱軸是H2S2的平衡濃度[mol ppm]，橫軸是硫化氫的平衡濃度[mol%]。在硫化氫的生成反應中，隨著硫化氫的濃度的上升，H2S2的濃度也上升。圖1所示的硫化氫濃度與H2S2的濃度相關曲線1001 1003分別示出其狀態(tài)。如圖所示，隨著平衡溫度的増加，H2S2相對于H2S濃度的濃度上升。并且，式2是吸熱反應，越是成為高溫，H2S2的濃度變得越高。由于溫度越高反應速度就越快，因此，盡量成為高溫使反應器尺寸減小是優(yōu)選的。另ー方面，在反應平衡的方面，越是成為高溫，H2S2的濃度越高。因此，為了與要求使H2S2的濃度在一定濃度以下的硫化氫的產(chǎn)品標準匹配，需要對溫度進行控制。例如，在溫度相關曲線1001中，在使精制氣體中的硫化氫濃度為60%的情況下，為了將H2S2的濃度控制在不足lOppm，需要在壓カ0. 5MPa時將反應溫度控制在410°C以下。與該反應溫度相比，若溫度上升，則H2S2濃度超過了 lOppm。這樣，優(yōu)選硫化氫的反應溫度為410°C以下。另ー方面，若使反應溫度下降，則反應速度降低，所以，優(yōu)選為至少380溫度以上。圖2是示出溫度控制不充分的硫化氫合成反應器的一例的參考圖。在圖2所示的硫化氫合成反應器500中，利用未圖示的加熱器等將保持在底部的液體硫加熱而氣體化了的硫氣體和通過了液體硫的氫氣在氣相反應區(qū)域530發(fā)生反應，生成硫化氫。此時，即便利用熱交換器540將氣相反應區(qū)域535的反應熱除去，但是若在氣相反應區(qū)域530未將反應熱除盡，則在氣相反應區(qū)域530，反應溫度也上升，H2S2的濃度上升，H2S2濃度超過了產(chǎn)品標準。[2]硫化氫合成反應器圖3是示出本實用新型的實施方式所涉及的硫化氫合成反應器的第一例的圖。圖3所示的硫化氫合成反應器100具備反應器主體105，能夠在下部駐留液體硫；熱交換部110，能夠?qū)⒎磻髦黧w105內(nèi)的反應區(qū)域溫度維持恒定；加熱部120，對在反應器主體105駐留的液體硫進行加熱，使液 體硫的一部分氣體化；氫氣供給部130，向液體硫中供給氫氣。并且，還具備液體硫的供給用管道11 ;氫氣的供給用管道12 ;生成氣體的排出用管道13。硫化氫合成反應器100將反應器主體105的內(nèi)部作為保持液體硫的液體硫保持部101、和產(chǎn)生無催化劑氣相反應的空間即氣相反應區(qū)域102來使用。本實用新型的熱交換部110以如下方式構(gòu)成具有三個熱交換器111 113,靠近硫液面一側(cè)的熱交換器111的熱交換容量最大，熱交換容量按熱交換器112、113的順序變小。加熱部120由未圖示的能夠進行溫度控制的傳熱線圈等構(gòu)成，對液體硫進行加熱，能夠使硫氣體化。氣體化了的硫氣體從液面上升到氣相部。加熱部120提供為了供給在由上述反應條件所示的硫化氫生成反應中需要的硫氣體所需的熱量。硫化氫合成反應器100具有對液體硫保持部101的液平面進行檢測并將液面控制在預定位置的液平面控制器51。液體硫的供給用管道11連接到未圖示的原料硫的預備加熱槽，此外，設置有在預備加熱槽中被加熱了的液體硫的流量控制閥54。液平面控制器51檢測硫液的液平面，并且，在硫液與預定的液平面相比下降吋，將流量控制閥54打開，由此，向反應器主體105內(nèi)供給液體硫，將液體硫保持部101的液位控制為恒定。在氫氣供給部130中具有將氫氣分散供給至液體硫保持部101中的供給噴嘴131，從該供給噴嘴131供給的氫氣作為氣泡在液體硫保持部101中上升，伴隨著硫氣體到達氣相反應區(qū)域102。此外，在與氫氣供給噴嘴131連結(jié)的氫氣供給用管道12上設置有氫氣的流量控制閥54，并且，設置有對氫氣的流量進行檢測并控制在預定流量的流量控制器53。流量控制器53控制為了供給在硫化氫生成反應中需要的氫氣為所需的預定流量。[0081]A.在靠近液面的氣相反應區(qū)域較多地除熱的熱交換部結(jié)構(gòu)圖4是示出硫化氫濃度與距離在反應器主體105中保持的硫化氫液面的高度的關系的圖表的例子。圖示的圖表的縱軸是硫化氫濃度[mol %]，橫軸是距離使硫液面為“0”的情況下的液面的高度[m]?？芍绞强拷好妫蚧瘹渖傻姆磻俣仍礁?。例如，可知在距離液面l[m]的范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)化率高，在該范圍需要反應熱除去和溫度控制。如圖4所示，在液面附近，轉(zhuǎn)化率高，隨著離開液面，每單位高度的轉(zhuǎn)化率降低。這是因為，在液面附近，硫化氫濃度低并且硫濃度、氫濃度都高。如果轉(zhuǎn)化率高，則由于反應熱而容易使反應溫度上升。因此，如使用圖3、圖5A以及圖5B后述那樣，越是接近液面，越是使熱交換器111 113的熱交換量變大，由此，抑制反應溫度在預定溫度以上，能夠防止多硫化氫的過剩的生成，此外，通過抑制反應溫度在預定溫度以下來防止反應速度的降低。B.避免過冷卻的熱交換部結(jié)構(gòu)若在熱交換部的除熱量比硫化氫反應熱大，則反應溫度降低，硫化氫生成反應停止。由此，未反應的氫、硫增加，從硫化氫合成反應器100流出。因此，若在靠近液面?zhèn)鹊臒峤粨Q器中取得與硫化氫反應熱カ相比過剩地大量的除熱量、或者在距離液面?zhèn)冗h的熱交換器中取得與硫化氫反應熱カ相比過剩地大量的除熱量，則產(chǎn)生硫化氫生成反應停止的問題。因此，熱交換部以如下方式構(gòu)成適當?shù)貙﹄S著離開液面而減少的氣相反應區(qū)域的硫化氫反應熱進行除熱，使得與距離液面遠的氣相反應區(qū)域相比，在靠近氣相反應區(qū)域較多地除熱，以不產(chǎn)生過剩的除熱。C.熱交換部的詳細例子圖5A是示出熱交換器的詳細例子的圖。如上所述，熱交換器需要以適當?shù)貙庀喾磻獏^(qū)域的硫化氫反應熱進行除熱的方式構(gòu)成。但是，在降低冷卻介質(zhì)溫度并利用溫度差AT來控制除熱量的情況下，若管的溫度比硫的凝固點低，則產(chǎn)生在管表面的硫的固化以及由其引起的傳熱系數(shù)的降低，熱交換部的熱交換量降低。因此，在以下所示的熱交換部的詳細例子中，將溫度差A T保持在一定范圍，并且，使傳熱面積增加，由此，使熱交換量發(fā)生變化。熱交換機111利用具有螺旋形狀的管對反應器主體105內(nèi)部的氣相反應區(qū)域102進行冷卻。以硫的凝固點以上的溫度供給流過管內(nèi)的冷卻介質(zhì)。關于冷卻介質(zhì)，使用例如油類或蒸汽。在圖5A中，熱交換器111具有由多個環(huán)構(gòu)成螺旋形狀。對于熱交換器111來說，從管的下方端供給冷卻介質(zhì)，從管的上方端抽出冷卻介質(zhì)。并且，雖然在圖5A中未圖示，但是，熱交換器111的管以如下方式構(gòu)成填充反應器內(nèi)部的氣相空間，并且，與從液體硫上升的氣體交叉。例如，熱交換器111也可以以如下方式構(gòu)成從反應器的軸心朝向外周方向具有多個環(huán)。對于反應器內(nèi)部的其他的熱交換器也是相同的。關于環(huán)的垂直方向的間隔dl、d2、d3 (此處，dl彡d2彡d3)，越接近液面越小，由此，熱交換機111以如下方式構(gòu)成越接近液面，使氣相反應區(qū)域102的每單位容積的熱交換量(除熱量)以及傳熱面積越大。與熱交換機111同樣地，在熱交換機112中，環(huán)間的間隔d4、d5、d6 (此處，d4 ^ d5 ^ d6)越接近液面越小，由此，熱交換機112以如下方式構(gòu)成越接近液面，使氣相反應區(qū)域102的每單位容積的熱交換量(除熱量)以及傳熱面積越大。此外，如圖5A所不，由于處于(dl + d2 + d3) <(d4 + d5 + d6)的關系，因此，與熱交換器112相比，熱交換器111在氣相反應區(qū)域102處的占有面積較小。但是，熱交換器111具有與熱交換器112相同或者熱交換機112以上的熱交換量，所以，熱交換器111以及112以越接近液面在氣相反應區(qū)域102處的每容積的熱交換量越大的方式構(gòu)成。并且，最接近液面的熱交換器111以對距離液面的高度l[m]以內(nèi)的范圍進行冷卻的方式配置。此外，在圖5A中僅詳細地示出了熱交換器111、112，但是，熱交換器113也是同樣地，越接近液面，各環(huán)的垂直方向的間隔越小。圖5B是示出熱交換器的其他的詳細例子的圖。在圖5A中，以環(huán)的垂直方向的間隔為dl < d2 < d3以及d4 < d5 < d6的方式示出，但是，如圖5B所示，以熱交換器Illa以及112a的環(huán)的垂直方向的間_相同(dl = d2 = d3、d4 = d5 = d6)并且熱交換器111的環(huán)的垂直方向的間隔比熱交換器112的環(huán)的垂直方向的間隔短(dl < d4)的方式構(gòu)成熱交換器Illa以及112a也可以。未圖示的熱交換器113a也是同樣的。再次返回到圖3，為了適當?shù)貙庀喾磻獏^(qū)域102的硫化氫反應熱進行除熱，作為熱交換部110的熱交換器111 113以占據(jù)從液體硫保持部102的液面到生成氣體的排出用管道13的空間的方式配置。如圖3所示，將熱交換器多級化，這作為盡量將氣相空間的反應溫度維持在恒定溫度而不使H2S2濃度增加的手段是優(yōu)選的。如使用圖3、圖5A以及圖5B所說明的那樣，作為熱交換部110的熱交換器111 113以越接近液面用于除熱的熱交換量越大的方式配置，所以，能夠抑制硫化氫反應溫度變?yōu)轭A定溫度以上，能夠防止多硫化氫的過剩的生成，此外，抑制變?yōu)轭A定溫度以下，從而防止反應速度的降低。此外，對于熱交換器111 113來說，適當?shù)貙﹄S著從液面離開而減少的氣相反應區(qū)域的硫化氫反應熱進行除 熱，由此，也能夠防止硫化氫反應的停止。如以上那樣，硫化氫合成反應器100改變距離液面遠的氣相反應區(qū)域的每單位容積的除熱的交換熱量和接近液面的氣相反應區(qū)域的每單位容積的除熱的交換熱量，使得在氣相反應區(qū)域的反應溫度在預定的溫度內(nèi)，所以，能夠減少副反應物的生成而制造純度高的硫化氫。D.整流部在作為熱交換部110的熱交換器111 113中，在其中間的適當?shù)奈恢门渲镁哂卸鄠€孔的整流板115以及116 (圖3或圖5A、5B)。多個孔供從液面上升的氣體通過，孔以外的部分防止冷的氣體的逆流。這樣，在熱交換器111 113之間配置有整流板115以及116，由此，對從下部朝向上部的氣流進行整流而使其均勻地分散，并且，防止由于冷卻而產(chǎn)生的朝向下部的逆流，能夠?qū)崿F(xiàn)圖4所示那樣的與氣相部高度對應的理論上的轉(zhuǎn)化率。因此，基于理論上的轉(zhuǎn)化率，構(gòu)成作為熱交換部110的熱交換器111 113，抑制硫化氫反應溫度變?yōu)轭A定溫度以上，能夠防止多硫化氫的過剩的生成，此外，抑制變?yōu)轭A定溫度以下，從而防止反應速度的降低。圖6是示出圖3所示的反應器的變形例的圖。在圖6所示的反應器IOOa中，除了熱交換器、整流板以外，是與圖3所示的反應器100相同的結(jié)構(gòu)，所以，關于相同的結(jié)構(gòu)，省略說明。在硫化氫合成反應器IOOa中，使熱交換器的臺數(shù)為ー個，所以，不需要使熱交換器系列化，因此，在硫化氫反應熱比硫化氫合成反應器100小的情況下或在管側(cè)流體的流量多的情況下等是優(yōu)選的。作為熱交換部110的一臺熱交換機IlOa以越接近液面使氣相反應區(qū)域102的每單位容積的熱交換量(除熱量)以及傳熱面積越大的方式構(gòu)成，所以，能夠抑制硫化氫反應溫度變?yōu)轭A定溫度以上，能夠防止多硫化氫的過剩的生成。[0099]對于本實用新型的熱交換部110來說，如上述那樣，即使由一臺或多臺熱交換機構(gòu)成，也只要基本上以在接近硫液面一側(cè)的熱交換容量大的方式構(gòu)成即可，進而，換言之，作為熱交換部整體，不僅是熱交換量連續(xù)地變化，熱交換容量臺階狀地不連續(xù)地發(fā)生變化而接近液面的一側(cè)的熱交換容量大的方式構(gòu)成的方案都是本實用新型的結(jié)構(gòu)。作為整流部的整流板115a以及116a不配置在作為熱交換部110的多個熱交換器之間而是以貫通由一臺熱交換器構(gòu)成的熱交換部IlOa的方式構(gòu)成。整流板115a以及116a對從下部朝向上部的氣體流進行整流，實現(xiàn)管和流體的均勻的熱交換，防止由于冷卻而產(chǎn)生的朝向下部的逆流，由此，能夠?qū)崿F(xiàn)與氣相部高度對應的理論上的轉(zhuǎn)化率。E.溫度控制圖7是對通過對熱交換部110的冷卻介質(zhì)量進行控制從而對硫化氫的反應溫度進行控制的硫化氫合成反應器的一例進行說明的圖。圖7所示的硫化氫合成反應器100在作為熱交換部110的熱交換器111、112以及113的下游具有對氣體溫度進行檢測的溫度檢測器171 173。熱交換 器111、112以及113分別具備對冷卻介質(zhì)流量進行調(diào)整的流量控制閥174、175以及176。硫化氫合成反應器100A還具有控制部160，該控制部160通過對流量控制閥進行控制，從而對硫化氫的反應溫度進行控制。對于控制部160來說，若由溫度檢測器171 173檢測到的氣體溫度高于預定值，則打開流量控制閥171 173，由此，對作為熱交換部110的熱交換器111 113的熱交換量進行控制，以氣體溫度變?yōu)轭A定值的方式進行除熱?？刂撇?60例如是分散控制系統(tǒng)(Distributed Control System)。在圖2所示的硫化氫合成反應器500中，能夠利用位于塔頂部的溫度控制器551，由熱交換器540的冷卻介質(zhì)流量控制閥552使塔頂部的溫度為預定值。但是，不能夠控制氣相反應區(qū)域530整體、特別是硫液面附近的溫度，所以，在該區(qū)域530中，反應溫度上升，H2S2濃度超過產(chǎn)品標準。另ー方面，圖7所示的硫化氫合成反應器100A以如下方式控制作為熱交換部110的熱交換器111 113的熱交換量使接近硫液面的一側(cè)的除熱量大，并且，避免距離液面遠的ー側(cè)的過冷卻。由此，能夠進行氣相反應區(qū)域102整體的溫度控制，消除圖2所示的不能夠進行溫度控制的氣相反應區(qū)域，防止多硫化氫的生成以及硫化氫反應的停止。圖8是示出硫化氫合成反應器的第二例的圖。圖8所示的硫化氫合成反應器IOOa構(gòu)成為如下結(jié)構(gòu)反應器主體105a的塔徑比圖3所示的硫化氫合成反應器100小，與外部的熱交換面積大，所以，自然散熱量大。在反應器主體105a底部的外表面上所設置的加熱部120由電加熱器121a、122a構(gòu)成，并且，由控制部160進行供電控制，使得使液體硫的ー部分氣體化并且由溫度計174a、175a檢測到的溫度在預定溫度內(nèi)。硫化氫合成反應器IOOa將反應器主體105a的內(nèi)部作為保持液體硫的液體硫保持部101和發(fā)生無催化劑氣相反應的空間即氣相反應區(qū)域102來使用。熱交換部IlOb具有電加熱器Illa 113a。由于塔徑非常小，因此，在反應器主體105a的周圍，自然散熱量大，在不利用電加熱器Illa 113a進行加熱的情況下，不能夠?qū)⒎磻獪囟缺３趾愣āｋ娂訜崞鱅lla 113a利用控制部160進行供電控制，使得由溫度計171a 173a檢測到的溫度在預定溫度內(nèi)。電加熱器Illa 113a以如下方式構(gòu)成接近硫液面的一側(cè)的電加熱器Illa的熱交換量最大，按電加熱器112a、113a的順序，熱交換量變小。這樣，由于反應器主體的塔徑小并且與外部的熱交換面積大，因此，即便在自然散熱量大的情況下，也能通過利用電加熱器進行加熱來抑制反應器的驟冷。隨著離開液面，硫化氫的反應熱變小，所以，散熱量也隨著離開液面而變小。因此，以電加熱器的加熱用的交換熱量隨著從液面離開而變小的方式構(gòu)成。此時的反應器主體105a的溫度壓カ條件與使用圖3所說明的硫化氫合成反應器100的反應器內(nèi)部相同。如以上那樣，硫化氫合成反應器IOOa改變用于距離液面遠的氣相反應區(qū)域的每単位容積的加熱的交換熱量和用于距離液面近的氣相反應區(qū)域的每單位容積的加熱的交換熱量，使氣相反應區(qū)域中的反應溫度在預定的溫度內(nèi)，所以，即使在反應器主體的塔徑小的情況下，也能夠減少副反應物的生成而制造純度高的硫化氫。[3]硫化氫制造裝置圖9是示出包括圖3所示的硫化氫合成反應器的硫化氫制造裝置的一例的圖。硫化氫制造裝置10具有圖3所示的硫化氫合成反應器100 ;氫化反應器200，將與硫化氫氣體一起放出的未反應硫氣體轉(zhuǎn)化為硫化氫；氫氣熱交換器210,對高溫的生成氣體和原料氫氣進行熱交換；液化裝置210 ;以及氣液分離器300，將氫氣與液化硫化氫分離。氫化反應器200在內(nèi)部填充有Co-Mo或N1-Mo的硫化物或Ni2S2等的氫化催化劑，從硫化氫合成反應器100經(jīng)由管道13接收氫氣、硫氣體、硫化氫氣體，利用氫氣使未反應的硫氣體轉(zhuǎn)化為硫化氫氣體。此外，氫氣在后級的氣液分離器300中被分離，在硫化氫合成反應器100中被再利用。此外，關于氫化反應器200的出口氣體，硫氣體濃度實質(zhì)上變?yōu)榱?，所以，不需要與硫氣體的除去相關的下游設備。液化裝置220具有對生成氣體進行壓縮的生成氣體壓縮機230 ;對生成氣體進行冷卻的熱交換器240。在氫化反應器200中被處理后的氣體經(jīng)由管道14被供給到熱交換器210，與從氣液分離器300供給的低溫的氫氣進行熱交換。熱交換器210的排出氣體被生成氣體壓縮機230壓縮，經(jīng)由管道15被供給到熱交換器240。在熱交換器240中，在例如零下30°C下被冷卻，被氣液分離器300分為液體硫化氫和氫氣。氫氣經(jīng)由管道16、管道12被供給到反應器主體110，液體硫化氫經(jīng)由管道17作為產(chǎn)品出貨或者被利用于其他エ藝。[4]硫氫化鈉制造裝置圖10是示出包括圖3所示的硫化氫合成反應器的硫氫化鈉制造裝置的一例的圖。圖10所示的硫氫化鈉制造裝置20與圖3所示的硫化氫制造裝置10相比，不具有生成氣體壓縮機230、熱交換器240以及氣液分離器300，代之以具有由硫化氫和氫氧化鈉(NaOH)生成硫氫化鈉的硫氫化鈉合成反應器400。硫氫化鈉示出以下的化學反應。
權利要求1.一種硫化氫合成反應器，在無催化劑的條件下使硫與氫發(fā)生氣相反應，合成硫化氫，其特征在于，具備 反應器主體，在下部駐留液體硫； 加熱部，使所述液體硫的一部分氣體化； 氫氣供給部，對所述液體硫供給氫氣；以及 熱交換部，設置在所述反應器主體內(nèi)的液體硫的液面的上方的氣相反應區(qū)域，且所述熱交換部以如下方式構(gòu)成改變距離所述液面遠的氣相反應區(qū)域的每單位容積的交換熱量和距離液面近的氣相反應區(qū)域的每單位容積的交換熱量，使所述氣相反應區(qū)域中的反應溫度在預定的溫度內(nèi)。
2.如權利要求1所述的硫化氫合成反應器，其特征在于， 所述熱交換部以如下方式構(gòu)成隨著離開液面，每單位容積的交換熱量下降。
3.如權利要求1或2所述的硫化氫合成反應器，其特征在于， 以如下方式構(gòu)成所述熱交換部距離所述液面近的氣相反應區(qū)域的每單位容積的傳熱面積比距離所述液面遠的氣相反應區(qū)域的每單位容積的傳熱面積大。
4.如權利要求1或2所述的硫化氫合成反應器，其特征在于， 所述預定的溫度是380°C 410°C。
5.如權利要求1或2所述的硫化氫合成反應器，其特征在于， 在硫的凝固點以上供給所述熱交換部的冷卻介質(zhì)。
6.如權利要求1或2所述的硫化氫合成反應器，其特征在于， 所述熱交換部由多個熱交換器構(gòu)成。
7.如權利要求1或2所述的硫化氫合成反應器，其特征在于， 在所述熱交換部中具備整流部，具有供所述氣體通過的多個孔。
8.如權利要求1或2所述的硫化氫合成反應器，其特征在于， 還具備溫度檢測器，檢測所述氣相反應區(qū)域的氣體溫度；控制部，對所述各熱交換部的熱交換量進行控制，使得所述檢測到的溫度成為預定值。
9.如權利要求1或2所述的硫化氫合成反應器，其特征在于， 以對所述反應器主體進行加熱的方式構(gòu)成所述熱交換部，使得在來自所述反應器主體的表面的散熱比由所述硫化氫反應熱產(chǎn)生的熱量高的情況下，將氣相反應區(qū)域中的反應溫度保持在預定溫度內(nèi)。
10.一種硫化氫制造裝置，其特征在于，具備 權利要求1 9任意一項所述的硫化氫合成反應器； 氫化反應器，使用氫化催化劑使從所述硫化氫合成反應器放出的未反應硫氣體與氫氣發(fā)生反應，合成硫化氫。
11.如權利要求10所述的硫化氫制造裝置，其特征在于， 還具備使硫化氫液化的液化裝置。
12.—種合成硫氫化鈉的硫氫化鈉制造裝置，其特征在于，該硫氫化鈉制造裝置具備 權利要求1 9任意一項所述的所述硫化氫合成反應器； 氫化反應器，使用氫化催化劑使從所述硫化氫合成反應器放出的未反應硫氣體與氫氣發(fā)生反應，合成硫化氫；硫 氫化鈉合成反應器，使硫化氫與氫氧化鈉水溶液發(fā)生反應，合成硫氫化鈉。
專利摘要本實用新型提供一種硫化氫合成反應器，在無催化劑的條件下使硫與氫發(fā)生氣相反應，合成硫化氫，其特征在于，具備反應器主體，在下部駐留液體硫；加熱部，使所述液體硫的一部分氣體化；氫氣供給部，對所述液體硫供給氫氣；熱交換部，設置在所述反應器主體內(nèi)的液體硫的液面的上方的氣相反應區(qū)域，以如下方式構(gòu)成所述熱交換部改變距離所述液面遠的氣相反應區(qū)域的每單位容積的交換熱量和距離液面近的氣相反應區(qū)域的每單位容積的交換熱量，使所述氣相反應區(qū)域中的反應溫度在預定的溫度內(nèi)，由此，能夠減少副反應物的生成，制造純度高的硫化氫。
文檔編號C01B17/16GK202864916SQ201220421650
公開日2013年4月10日 申請日期2012年8月23日 優(yōu)先權日2011年8月23日
發(fā)明者海野洋, 山田伸廣, 片桐務, 涉谷博光, 小黑秀一, 巖崎尚喜 申請人:日揮株式會社