硫磺回收工艺原理

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1、硫磺回收理论知识第一节硫磺介绍一、概述煤气中的H2S对合成触媒有着极大的危害，严重影响触媒使用寿命，故需采取措施脱除其中的H2S。此外，从煤气中脱除的H2S又是生产硫磺的重要原料。这样做，既可使宝贵的硫资源得到综合利用，又可防止环境污染。大约直到70年代初，主要只是从经济上考虑是否需要进行硫磺回收。如果在经济上可行，那就建设硫磺回收装置；如果在经济上不可行，就把脱除的酸气燃烧后放空。但是随着世界各国对环境保护的要求日益严格，当前把煤气中脱除下来的H2S转化成硫磺，不只是从经济上考虑，更重要的是出于环境保护的需要。脱硫溶液再生所析出的含H2S酸气，大多进入克劳斯装置回收硫磺。在酸气H2S

2、浓度较低且硫量不大的情况下，也可采用直接转化法在液相中将H2S氧化为元素硫。除此之外，还可利用其生产一些硫的化工产品；将H2S转化为元素硫及氢气具有更高的技术经济价值，因此其研究开发颇为国内外所关注，但迄今尚未有工业应用报道；也有人从酸气含有H2S及CO2二者的条件出发，考虑既生产硫磺、又生产CO+H2合成气等等。迄今为止，酸气处理的主体工艺仍是以空气为氧源、将H2S转化为硫磺的克劳斯工艺，酸气处理的主要产品是硫磺。二、硫磺的性质硫磺在常温下为黄色固体，结晶形硫磺系斜方晶硫，又称正交晶硫或α硫；升温至95.6℃时则转变为单斜晶硫，又称β硫；二者均是8原子环，但排列形式和间距不同。无定形

3、硫主要是弹性硫，它是液硫注入冷水中形成的。不溶硫指不溶于二硫化碳的硫磺，亦称聚合硫、白硫或ω硫，主要用作橡胶制品的硫化剂。1．不同硫分子的平衡硫分子可由不同数量的硫原子组成，主要有S2、S6及S8。大体说来，在克劳斯燃烧炉的高温条件下主要是S2，在催化段则生成S8以及少量S6。2．液硫粘度在液硫性质中特别值得注意的是其粘温图，如图1-1。液硫在温度达160℃左右时其分子急剧聚合形成μ硫而与S8成平衡，相应地其粘度亦急剧升高，至187℃达到最大值；此后随温度升高硫分子又迅速裂解而粘度迅速下降。因此，在硫蒸汽的冷凝及液硫的输送等过程中应注意避开高粘度区域。图1-1液硫粘度第二节克劳斯法硫磺

4、回收基本原理从酸气中回收硫磺普遍采用克劳斯法（ClausProcess）,所谓克劳斯法简单说来就是氧化催化制硫的一种工艺方法。经改良后的克劳斯法应用广泛。近几十年来，在工艺流程、设备设计、催化剂的选择、自控系统、材质和防腐技术等方面都取得了较大的进展。一、克劳斯反应1883年英国化学家C.F.Claus开发了H2S氧化制硫的方法,即:H2S+O2==SN+H2O+205KJ/mol（2-1）上式习称克劳斯反应,这一经典的反应由于强的放热而很难维持合适的反应温度,只能借助于限制处理量来获得80%～90%的转化率。1938年，德国法本公司将原型克劳斯工艺改革为两段反应：热反应段及催化反应段

5、。这一重大改进使之获得广泛应用，并在国外文献中被称为改良克劳斯工艺。在热反应段即燃烧炉内1/3的H2S氧化成SO2，有如下主反应：H2S+O2==SO2+H2O+518.9KJ/mol（2-2）H2S+SO2==S2+H2O–42.1KJ/mol(2-3)在催化反应段(克劳斯反应器）是余下的2/3的H2S在催化剂上与燃烧反应段生成的SO2反应，主反应是：H2S+SO2==Sn+H2O+93KJ/mol(2-4)此处应当指出的是催化段落生成硫（主要为S8，也有S6）的式（2-4）反应是放热反应，但热反应段生成S2的式（2-3）反应却是吸热反应。燃烧炉内高温反应的复杂性事实上，在燃烧炉内除

6、主反应外还有十分复杂的副反应，包括酸气中烃类的氧化反应、H2S裂解反应以及有机硫（COS及CS2）的生成反应等，此中：烃类氧化反应如：CH4+3/2O2==CO+2H2O（2-5）相应地有水煤气转化反应：CO+H2O==CO2+H2（2-6）H2S裂解反应：H2S==H2+S2有机硫生成反应相当复杂，文献中提出了多种COS及CS2的生成反应，从热力学的角度看，下述两个反应是最有利的反应：CH4+4S1==CS2+2H2S（2-7）CH4+SO2==COS+H2O+H2（2-8）但很难说式（2-7）及式（2-8）就是燃烧炉内生成CS2及COS的主导反应。如果酸气中含有NH3，则燃烧炉内还

7、将有NH3的氧化反应。由于燃烧炉生成了有机硫，为了提高装置的转化率及硫收率，需在催化段使其水解转化为H2S：COS+H2O==H2S+CO2（2-9）CS2+2H2O==2H2S+CO2（2-10）在硫蒸汽冷凝过程中还有不同硫分子的转换反应以及硫分子与溶解的H2S在液硫中生成多硫化氢的反应。3S2==S6（2-11）4S2==S8（2-12）H2S+Sn==H2Sn+1（2-13）二、克劳斯燃烧炉内的反应平衡克劳斯反应为可逆反应，图2-1为H2