克劳斯硫磺回收技术的基本原理VIP专享

1 前 言 在石油和天然气加工过程中产生大量的 H2S气体，为了保护环境和回收元素硫，工业上普遍采用克劳斯过程处理含有 H2S的酸性气体，其反应方程式如下： ’ H2S + 3/2 O2 = S02 + H2O （1） 2H2S + S02 = 3/X Sx +2H2O (2) 其中反应(1)和(2)是在高温反应炉中进行的，在催化反应区(低于538℃)除了发生反应(2)外，还进行下述有机硫化物的水解反应： CS2 + H2O = COS + H2S (3) COS + H20 = H2S + C02 (4) 本文回顾了改良克劳斯硫磺回收工艺的发展历程，阐明了工艺方法的基本原理、影响因素及操作条件，进行了扼要的评述． 1、工艺的发展历程 1.1原始的克劳斯工艺 1883年英国化学家 C，F〃C1aus首先提出回收元素硫的专利技术，至今已有 100多年历史。原始的克劳斯法是一个两步过程，其工艺流程示于图 1，专门用于回收吕布兰(Leblanc)法生产碳酸钠时所消耗的硫。关于后者的反应过程列于下式： 2NaCl + H2S04 = Na2SO4 + 2HCl (5) Na2SO4 + 2C = Na2S + 2CO2 (6) Na2S + CaCO3 = Na2CO3 + CaS (7) 2 为了回收元素硫，第一步是把 CO2导入由 H20和 CaS(碱性废料)组成的液浆中，按上述反应式得到 H2S，然后在第二步将 H2S和 O2混合后，导入一个装有催化剂的容器，催化剂床层则预先以某种方式预热至所需要的温度，按 ←CaS(固)+ H2O (液)+C02(气)= CaC03(固)十 H2S(气) (8) 反应式(9)进行反应。反应开始后，用控制反应物流的方法来保持固定的床层温度．显然此工艺只能在催化剂上以很低的空速进行反应。据报导， H2S + 1/2 O2 = 1/X Sx + H2O (9) 如果使用了水合物形式的铁或锰的氧化物，就不需要预热催化剂床层即可以开始反应，然而由于 H2S和 O2之间的反应是强烈的放热反应，而释放的热量又只靠辐射来发散，因此限制了克劳斯窑炉只能处理少量的 H2S气体。为了使产率达到 80 ～ 90％，每小时在每体积催化剂上只能处理 2～ 3 3体积的 H2S气体；为了加快热量散发从而增加处理容量，亦曾试图在窑炉中设臵冷却盘管，使冷的废气循环通过窑炉，结果并不成功，此后尽管又进行了种种尝试，但在二十世纪三十年代以前，该法并没有在工业领域得到推广，其原因是如上所述的那样，将 H2S和 O2在反应器内直接进行氧化反应，生成的大量反应热无法移出，致使反应器内温度猛升，为了控制反应温度，只得采用相当低的空速，故因生产能力低下而阻碍了该法的工...