早期的克劳斯法,是在催化反应器中用空气将H2S直接进行氧化得到硫磺。
3H2S + 3/2 02 — 3S + 3H20 (5-50)
该反应是一强放热反应,温度高不利于反应的进行,一般要求维持在250~300℃,如果酸性气中H2S含量高,会使催化床层温度难以控制,这就限制了克劳斯法的广泛使用。后经改进,将反应式分成两步进行。
Shou先,在燃烧炉内三分之一的H2S与O2燃烧,生成SO2:
H2S + 3/202 — SO2 + H2O + Q (5-51)
其次,剩余的H2S与生成的SO2在催化剂作用下,进行克劳斯反应生成硫磺:
2H2S + SO2 — 3S + 2H2O + Q (5-52)
第一步是一种燃烧反应,可将含硫气体直接引入高温燃烧炉,其反应热由废锅加以回收,并使气体温度降至适合于第二步进行催化反应的温度.然后再进入催化床层反应生成硫磺。从经过改进后的二步法克劳斯反应式可以看出:第一步仅反应掉H2S总量的1|3,第二步为2|3,这是克劳斯法的一项技术控制关键。因此人们将第二步反应(5-52)称之为克劳斯反应。
克劳斯法另一项重大改进是:当酸性气中H2S含量足够高时,可在一台独立的燃烧炉中,进行H2S的非催化法直接氧化制硫磺,制硫产率约为总硫含量的60%~70%,其尾气经废锅冷却,气态硫冷凝回收之后,再进入催化反应器进行克劳斯反应,进行硫回收。
克劳斯反应催化剂目前已形成LS和CT两大系列,已在克劳斯回收工业装置上获得推广应用,实践证明铝基催化剂的性能较好。因为硫的凝固点仅为114.5℃,为防止单质硫在催化剂表面上沉积,影响催化剂活性,实际操作温度需控制在硫的露点以上。
比较典型的是控制一段床层的入口温度为230~240℃,出口温升约1.0℃,而将二、三段的入口温度逐渐降低,以利于化学平衡。若处理气体中有机硫含量比较高的场合下,应使其通过加氢和水解反应,尽量使其转化成H2S以便于除去。为满足COS和CS2的加氢和水解,要求催化剂床层的出口温度,需控制在300~400℃的范围内。
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