文 献 综 述

1.1 硫磺回收的重要性

石油和天然气中的硫含量的高低与油品的质量及炼油工艺密切相关，所以硫含量是人们关注的重要问题。随着全球含硫原油和天然气资源的大量开发,采用克劳斯(Claus)法从酸性气中回收元素硫的工艺已成为天然气或炼厂气加工的一个重要组成部分。2004年全球以克劳斯法工艺生产的硫磺量已达到4.6#215;10⁷t 以上,比2002年增加了约3.5#215;10⁶t ^[1]。

近年来随着我国进口原油加工量的不断增大，含硫原油尤其是高含硫原油所占的比重越来越大，主要装置的原料含硫大多超过设计值，在加工高含硫原油过程中产生大量的硫化氢和二氧化硫等有害物质，特别是硫化氢对设备、管线腐蚀严重，严重威胁企业的安全生产。与此同时，化工厂每年排出的各种废气造成大气污染的物质以非烃物质最为严重，燃料燃烧生成的SO_X，是形成酸雨的主要原因^[2]。因此，硫磺回收装置已成为大型天然气净化厂、炼油厂、石油化工厂加工含硫天然气、含硫原油时不可缺少的配套装置^[3]。

1.2硫磺回收工艺技术现状

目前硫磺回收采用的主要技术是克劳斯法^[4-5] ，该工艺是英国科学家克劳斯(C.F.Claus)于1870年提出的,该工艺由一系列化学反应过程和冷凝冷却分离过程组成^{[ 6-7 ]}。现在，通过克劳斯法生产的硫磺已占硫磺总产量的60%以上^[8]。克劳斯硫磺回收工艺是炼油厂、天然气净化厂和化工合成厂大规模利用含硫酸性气体回收硫磺的主要方法，受到世界各国的普遍重视^[9]。据不完全统计，世界上已建成硫磺回收装置600多套,最小规模的装置日产硫磺2t，最大规模的装置日产硫磺 1750t^[10]。我国的硫磺回收工业生产从无到有，从小到大，取得了长足的进步。

1.2.1克劳斯法硫磺回收工艺技术

英国化学家C.F.C1aus在1883年首先提出回收元素硫的专利技术^[11]， 1938年德国法本公司(I#183;G#183;FarbenindustrieAG)对克劳斯法工艺作了重大改进。其要点是把H₂S的氧化分为两个阶段来完成。第一阶段称为热反应阶段，有1/3体积的H₂S在蒸汽锅炉内被氧化成为SO₂，示于反应方程式(1-1)，同时放出大量的反应热以水蒸汽的形式予以回收；第二阶段称为催化反应阶段，即剩余的 2/3 体积的H2S在催化剂上与生成的SO₂继续反应而成为元素硫，示于反应方程式(1-2)。由于设置了废热回收设备，炉内反应所释放的热量约有 80 % 可以回收，而且催化转化反应器的温度也可以凭借控制进口过程气的温度加以调节，这样就基本上排除了反应器温度控制难的问题，同时大幅度提高了装置的处理量，从而奠定了现代硫磺回收工艺的基础。此后克劳斯法才在工业上得到广泛应用。其反应方程式如下：

H₂S (3/2)O₂ =SO₂ H₂O (1-1)

2H₂S SO₂=（3/x）S_X 2H₂O (1-2)