论文总字数：17155字

摘 要

克劳斯装置的尾气中含有H₂S、SO₂、COS、CS₂和含硫蒸汽等对环境有害的硫化物，不能直接排放。根据环保要求，克劳斯尾气中H₂S气体需要脱除至10 ppm以下，SO₂气体脱除至400 ppm以下。本文配置模拟克劳斯尾气，以ACS-2为吸附剂和催化氧化剂，考察含氧量，温度，空速及水汽含量对ACS-2氧化脱除单一H₂S、SO₂和H₂S/SO₂混合气体中的硫化物的穿透含量的影响，确定ACS-2吸附脱除H₂S、SO₂和H₂S/SO₂混合气体的适宜工艺条件。结果表明，ACS-2对单组份H₂S吸附催化氧化适宜工艺条件为：H₂S浓度20000 ppmv，O₂/H₂S为2，空速为866 h^-1，温度155 ℃，水汽含量30%，ACS-2对单组份H₂S穿透硫容达到295.87 mg S/g ads；ACS-2吸附氧化脱除SO₂的适宜工艺条件为：SO₂的气体的浓度为10000 ppmv，O₂/S为8，空速为866 h^-1，温度100 ℃，水汽含量为20%，穿透硫容达到82.40 mg S/g ads；ACS-2脱除H₂S/SO₂混合气体硫化物的适宜的工艺条件为：H₂S的浓度为20000 ppmv，SO₂的气体的浓度为10000 ppmv，O₂/S为4，操作的温度为100 ℃，空速为520 h^-1，水汽含量为20%，ACS-2穿透硫容达到146.24 mg S/g ads。

关键词：克劳斯尾气 ACS-2 吸附 H₂S SO₂

Study on Adsorption Process of ACS-2 for H₂S/SO₂

Abstract

Claus tail contains some sulfide, which is harmful to the environment, such as H₂S, SO₂, COS, CS₂ and S. If they are directly discharged, that will be harmful to the environment. According to the requirements of environmental department, the concentration of H₂S in the Claus tail gas must be below 10ppm, while the concentration of SO₂ must be less 400ppm. In this paper, simulation Claus tail gas was made, using ACS-2 as the adsorbent and catalyst, the optimum adsorption removal conditions of H₂S, SO₂ and mixture H₂S/SO₂ gas on ACS-2 were investigated. Effect of temperature, space velocity, the content of oxygen and water vapor in mixed gas on the desulfurization efficiency of ACS-2 were studied. The results show that the optimum adsorption removal conditions of H₂S/SO₂ on ACS-2 are as follows: the concentration of H₂S is 20000 ppmv, O₂/H₂S is 2, the space velocity is 866 h^-1, temperature is 155℃, water vapor content is 30%, the breakthrough sulfur capacity of ACS-2 is 295.87 mg S/g ads. The optimum adsorption removal conditions of SO₂ on ACS-2 are: the concentration of SO₂ is 10000 ppmv, O₂/S is 8, the space velocity is 866 h^-1, temperature is 100 ℃, the water vapor content is 20%, the breakthrough sulfur capacity of ACS-2 is 82.40 mg.S/gads. The optimum conditions of ACS-2 adsorption removal of mixed H₂S/SO₂ gas are as follows: the concentration of H₂S is 20000 ppmv, the concentration of SO₂ is 10000 ppmv, O₂/S is 4, the space velocity is 520 h^-1, temperature is 100 ℃, the water vapor content is 20%, the breakthrough sulfur capacity of ACS-2 is 146.24 mg S/g ads.

Keywords: Claus tail gas; ACS-2; Adsorption; H₂S; SO₂

目 录

摘 要

ABSTRACT

第1章 概 述

1.1 课题研究背景

1.2 克劳斯尾气处理工艺研究进展

1.2.1 传统克劳斯尾气处理工艺

1.2.2 超级克劳斯工艺

1.2.3 超优克劳斯工艺

1.2.4 氧基硫磺回收工艺

1.3 H₂S脱除工艺研究现状

1.3.1 氧化锌法

1.3.2 碳酸钠法

1.3.3 分子筛法

1.3.4 生物膜法

1.3.5 活性炭吸附法

1.4 SO₂吸附脱除工艺研究现状

1.5 本文主要研究内容

第2章 实验

2.1 主要原料、仪器

2.2 ACS-2吸附氧化脱硫实验

第3章 结果与讨论

3.1 ACS-2吸附氧化脱除H₂S工艺研究

3.1.1 氧气含量

3.1.2 温度

3.1.3 空速

3.1.4 水汽含量

3.2 ACS-2吸附氧化脱除SO₂工艺研究

3.2.1 氧气含量对ACS-2脱除SO₂性能影响

3.2.2 温度对ACS-2脱除SO₂性能影响

3.2.3 空速对ACS-2脱除SO₂性能影响

3.2.4 水汽含量对ACS-2脱除SO₂性能影响

3.3 ACS-2吸附脱除H₂S/SO₂混合气体工艺研究

3.3.1 氧气含量对ACS-2脱除H₂S/SO₂性能影响

3.3.2 温度对ACS-2脱除H₂S/SO₂性能影响

3.3.3 空速对ACS-2脱除H₂S/SO₂性能影响

3.3.4 水汽含量对ACS-2脱除H₂S/SO₂性能影响

第四章 结论与展望

4.1 结论

4.2 展望

参考文献

致 谢

第1章 概 述

1.1 课题研究背景

硫化氢毒性极大，但硫化氢比空气重(相对密度为1.17)，且极易溶于水而形成氢硫酸。H₂S易燃，与空气混合能形成爆炸性混合物，遇明火、高热能引起燃烧爆炸。与浓硝酸、发烟硫酸或其它强氧化剂剧烈反应，发生爆炸。H₂S的安全临界浓度一般为20 mg/m^3[1-2]。此外，硫化氢的化学活动性极大，电化学失重腐蚀、“氢脆”和硫化物应力腐蚀、破裂等对金属管线的腐蚀作用强烈。

SO₂被人体吸入呼吸道后，因易溶于水，故大部分被阻滞在上呼吸道。在湿润的粘膜上生成具有腐蚀性的亚硫酸，一部分进而氧化为硫酸，使刺激作用增强，如果人体每天吸入浓度为100 ppm的SO₂，8 h后支气管和肺部将出现明显的刺激症状，使肺组织受到伤害。SO₂还可被人体吸收进入血液，对全身产生毒性作用，它能破坏酶的活力，影响人体新陈代谢，对肝脏造成一定的损害。慢性毒性试验显示，SO₂有全身性毒性作用。兔子吸入18～22 mg/m³浓度的SO₂，每日2 h，经半年左右，对伤寒病的免疫反应明显下降。小鼠吸入5124 mg/m³低浓度SO₂，经半年亦能出现免疫反应受抑制的现象。长期接触平均浓度在50 mg/m³的SO₂的人员，慢性鼻炎的患病率较高，主要表现为鼻粘膜肥厚或萎缩，鼻甲肥大，或嗅觉迟钝等；其次患牙齿酸蚀症;脑通气功能明显改变，时间肺活量及最大通气量的均值降低；肝功能检查与正常组比较有显著差异。SO₂还具有促癌性。动物试验结果表明10 mg/m³的SO₂可以加强苯并(a)芘致癌作用，这种联合作用的结果,使癌症发病率高于单致癌因子的发病率。

1.2 克劳斯尾气处理工艺研究进展

1.2.1 传统克劳斯尾气处理工艺

传统克劳斯装置由一个高温段及二个或三个转化段构成。高温段包括H₂S燃烧炉和废热锅炉，克劳斯法是利用气体中的H₂S，在克劳斯燃烧炉内使其部分氧化生成SO₂，燃烧反应是2H₂S 3O₂→2SO₂ 2H₂O，约有1/3的H₂S于1200 ℃左右温度下与空气在燃烧炉内反应生成SO₂，其余未反应的H₂S同SO₂在温度较低的转化段借助于催化剂继续完成克劳斯反应，再与部分H₂S作用生成硫磺，在克劳斯转化器中的反应是3H₂S 3/2O₂→3/xS_x 2H₂O。鉴于克劳斯反应是一种平衡过程，受到热力学及化学反应条件的限制，装置硫转化率还取决于克劳斯反应所需H₂S对SO₂摩尔比精确调节，因此为了使装置实现高效能运行，必须控制H₂S和SO₂的比率尽量地接近于2:1。

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