[发明专利]用于以高效率从含硫气体中回收硫的方法

说明书

本发明涉及一种以至少99.8％的高硫回收效率从含硫气体中回 收硫的方法。

众所周知的用于从含硫气体中回收硫的方法是所谓的克劳斯 法(克劳斯过程)或SRU(硫回收单元)。

在该方法中，用燃烧空气燃烧包含硫化氢(H₂S)的酸气原料 (acid gas feed)。按照以下，在所谓的热阶段，大约三分之一 (mol/mol)的H₂S被氧化成二氧化硫(SO₂)：

2H₂S+3O₂→2SO₂+2H₂O                (1)

按照克劳斯反应，剩余的H₂S进一步与形成的SO₂反应成硫蒸气：

在硫冷凝器中，形成的硫蒸气S₂被冷凝成液态硫，并与工艺气 体分离。

在热阶段，在酸气原料中的大约50-75％的H₂S被回收为元素 硫，并且50-25％被注入催化克劳斯阶段(catalytic Claus stage)。热 阶段接着通常是两个或三个催化克劳斯阶段，以便增加硫回收效率 (SRE)。

每个催化阶段通常包括工艺气体再热器、催化克劳斯转化器以 及硫冷凝器。按照以下反应，H₂S和SO₂在克劳斯转化器中反应成 硫蒸气：

其中n＝2-8。在硫冷凝器中，将形成的元素硫与产物气体(析 出气体，product gas)分离。

通常，对于所谓的两阶段克劳斯工厂，即具有两个催化阶段的 工厂，SRE是90-96％，并且对于三阶段克劳斯工厂，SRE通常是 95-98％。由于克劳斯反应的热力学限制，因此无法达到接近100％ 的SRE。

现在，对于大多数国家，98％的SRE是不充分的。对于大于 50吨/天硫产量的工厂(生产)能力，德国TA-Luft要求至少99.8％的 SRE。世界上的其它地区，如日本、台湾和美国，则要求接近100％， 即，≥99.95％的SRE。

目前用于增强SRE的技术几乎仅依靠三个基本原理的任何一 个：在热力学上更有利的条件下进行克劳斯操作，在下游催化转化 器中选择性氧化H₂S并且吸收克劳斯尾气。

通过降低一个或多个催化克劳斯阶段的操作温度可以达到高 达99.5％的SRE。使温度降低可将克劳斯反应(3)的热力学平衡移动 到反应式的硫侧并增加SRE。所谓的亚露点法(sub-dewpoint process)是基于该原理。亚露点法如MCRC、CBA和Sulfreen对于 本领域技术人员是已知的。

亚露点法的缺点在于它们是不连续的，这是因为形成的液态硫 被保留在催化剂中。必须用热气来再生(regenerate)亚露点转化器， 以便从催化剂除去收集的硫。这需要昂贵的多转化器系统和开关 阀。由于频繁的高低温循环，亚露点法还易于发生腐蚀问题。

和法是基于通过将来自最后催 化克劳斯阶段的H₂S选择性地氧化成硫来增强SRE。

和法涵盖通常为98.8-99.6％的 SRE范围。由于多个原因，目前的技术不能超过该范围。进入选择 性氧化阶段的4-12％的H₂S被转化成SO₂而不是元素硫。这种SO₂形成意味着SRE的损失。另一个方面是，来自选择性氧化转化器下 游的硫冷凝器的尾气被保持在125℃的温度。这样的温度可保证除 去来自氧化阶段的大量的硫而没有硫堵塞问题，但在废气中的硫蒸 气压仍然相对较高，这导致0.13-0.25％的SRE损失。最后，由于来 自克劳斯单元的COS和CS₂，存在一定SRE损失。

商用尾气吸收(Commercial Tail Gas Clean-Up)(TGCU)法可以 满足上述严格的回收效率。商用TGCU法的综述可以在Gas Purification，Kohl and Nielsen，5^th Edition，Chapter 8，pages 698-724， 以及Sulphur No.227，July-August 1993，pages 39-44中找到。