硫主要以H2S形態(tài)存在于天然氣中。天然氣中含有H2S時不僅會污染環(huán)境，而且對天然氣生產(chǎn)和利用都有不利影響，故需脫除其中的H2S。從天然氣中脫除的H2S又是生產(chǎn)硫磺的重要原料。例如，來自醇胺法等脫硫脫碳裝置的酸氣中含有相當(dāng)數(shù)量的H2S，可用來生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)硫磺。這樣做，既可使寶貴的硫資源得到綜合利用，又可防止環(huán)境污染。
大約到20世紀70年代初，主要只是從經(jīng)濟上考慮是否需要進行硫磺回收(制硫)。如果在經(jīng)濟上可行，那就建設(shè)硫磺回收裝置；如果在經(jīng)濟上不可行，就把酸氣焚燒后放空。但是，隨著世界各國對環(huán)境保護要求的日益嚴格，當(dāng)前把天然氣中脫除下來的H2S轉(zhuǎn)化成硫磺，不只是從經(jīng)濟上考慮，更重要地出于環(huán)境保護的需要。
從天然氣中H2S。生產(chǎn)硫磺的方法很多。其中，有些方法是以醇胺法等脫硫脫碳裝置得到的酸氣生產(chǎn)硫磺，但不能用來從酸性天然箕中脫硫，例如目前廣泛應(yīng)用的克勞斯(Claus)法即如此。有些方法則是以脫除天然氣中的H2S為主要目的，生產(chǎn)的硫磺只不過是該法的結(jié)果產(chǎn)品，例如用于天然氣脫硫的直接轉(zhuǎn)化法(如Lo-Cat法)等即如此。
當(dāng)采用克勞斯法從酸氣中回收硫磺時，由于克勞斯反應(yīng)是可逆反應(yīng)，受到熱力學(xué)和動力學(xué)的限制，以及存在有其他硫損失等原因，常規(guī)克勞斯法的硫收率一般只能達到92%～95%，即使將催化轉(zhuǎn)化段由兩級增加至三級甚至四級，也難以超過97%。尾氣中殘余的硫化物通常經(jīng)焚燒后以毒性較小的SO2形態(tài)排放大氣。當(dāng)排放氣體不能滿足當(dāng)?shù)嘏欧胖笜藭r，則需配備尾氣處理裝置處理然后經(jīng)焚燒使排放氣體中的SO2量和(或)濃度符合指標。
應(yīng)該指出的是，由于尾氣處理裝置所回收的硫磺僅占酸氣中硫總量的百分之幾，故從經(jīng)濟上難獲效益，但卻具有非常顯著的的環(huán)境效益和社會效益。
硫磺回收及尾氣處理過程的危險有害因素主要也是火災(zāi)、爆炸、毒性和噪聲等。有關(guān)火災(zāi)、爆炸、毒性和噪聲等的危險有害因素分析已在第二章和第三章中敘述，本章僅著重介紹硫磺回收過程的過程氣、尾氣和尾氣焚燒爐、火炬排放的煙氣中二氧化硫，以及由硫磺回收過程制得的固體工業(yè)硫磺危險危害性與防護等事項。
如上所述，采用硫磺回收及尾氣處理的目的是防止污染環(huán)境，并對寶貴的硫資源回收利用。因此，首先了解硫磺回收裝置尾氣SO2排放標準和工業(yè)硫磺質(zhì)量指標是十分必要的。
各國對硫磺回收裝置尾氣SO2排放標準各不相同。有的國家根據(jù)不同地區(qū)、不同煙囪高度規(guī)定允許排放的SO2量；有的國家還同時規(guī)定允許排放的SO2濃度；更多的國家和地區(qū)是根據(jù)硫磺回收裝置的規(guī)模規(guī)定必須達到的總硫收率，規(guī)模愈大，要求也愈嚴格。
(一) 國外標準
表4-1給出了一些經(jīng)濟發(fā)達國家硫磺回收裝置所要求達到的硫收率要求。由表4-1可以看出：①一些國家尤其是美國根據(jù)裝置規(guī)模不同而有不同的硫收率要求，規(guī)模愈大要求愈嚴；②各國從自身國情出發(fā)，其標準差別很大。例如，加拿大因地廣人稀故其標準較美國要寬，而日本由于是人口密集島國，故其標準最嚴；③隨著經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)保意識的增強，這些國家所要求的硫收率也在不斷提高。
(二) 我國標準
我國在1997年執(zhí)行的GB 16297—1996《大氣污染物綜合排放標準》中對SO2的排放不僅有嚴格的總量控制(即最高允許排放速率)，而且同時有非常嚴格的SO2排放濃度控制(即最高允許排放濃度)，見表4-2。
表4-1 一些國家對硫磺回收裝置硫收率的要求 %(質(zhì)量分數(shù))
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國家
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裝置規(guī)模/(t/d)
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＜0.3
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0.3～2
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2～5
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5～10
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10～20
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20～50
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50～2000
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2000～10000
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美國得克薩斯州
新建裝置
已建裝置
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焚燒
焚燒
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96.0
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96.0
96.0～98.5
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97.5～98.5
98.5～99.8
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98.5～99.8
99.8
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99.8
99.8
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加拿大
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70
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90
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96.3
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98.5～98.8
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99.8
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意大利
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95
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96
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97.5
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德國
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97
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98
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98.5
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日本
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99.9
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法國
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97.5
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荷蘭
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99.8
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英國
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98
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我國標準不僅對已建和新建裝置分別有不同的SO2排放限值，而且還區(qū)分不同地區(qū)有不同要求，以及在一級地區(qū)不允許新建硫磺回收裝置。然而，對硫磺回收裝置而言，表4-2的關(guān)鍵是對SO2排放濃度的限值，即已建裝置的硫收率需達到99.6%才能符合SO2最高允許排放濃度(1200mg/m3)，新建裝置則需達到99.7%。這樣，不論裝置規(guī)模大小，都必須建設(shè)投資和操作費用很高的尾氣處理裝置方可符合要求。此標準的嚴格程度僅次于日本，而顯著超過美國、法國、意大利和德國等發(fā)達國家。
表4-2 我國《大氣污染物綜合排放標準》中對硫磺生產(chǎn)裝置SO2排放限值
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最高允許排放濃度①/(mg/m3)
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排氣筒高度/m
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最高允許排放速率①/(kg/h)
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一級
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二級
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三級
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1200(960)
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15
20 30 40 50 60 70 80 90 100 |
1.6
2.6 8.8 15 23 33 47 63 82 100 |
3.0(2.6)
5.1(4.3) 17(15) 30(25) 45(39) 64(55) 91(77) 120(110) 160(130) 200(170) |
4.1(3.5)
7.7(6.6) 26(22) 45(38) 69(58) 98(83) 140(120) 190(160) 240(200) 310(270) |
① 括號外為對1997年1月1日前已建裝置要求，括號內(nèi)為對1997年1月1日起新建裝置要求。
為此，原國家環(huán)保總局在環(huán)函[1999]48號文件《關(guān)于天然氣凈化廠脫硫尾氣排放執(zhí)行標準有關(guān)問題的復(fù)函》中指出：“天然氣作為一種清潔能源，其推廣使用對于保護環(huán)境有積極意義。天然氣凈化廠排放脫硫尾氣中二氧化硫具有排放量外、濃度高、治理難度大、費用較高等特點，因此，天然氣凈化廠二氧化硫污染物排放應(yīng)作為特殊污染源，制定相應(yīng)的行業(yè)污染物排放標準進行控制；在行業(yè)污染物排放標準未出臺前，同意天然氣凈化廠脫硫尾氣暫按《大氣污染物綜合排放標準》(GB 16297)中的最高允許排放速率指標進行控制，并盡可能考慮二氧化硫綜合回收利用。”目前，石油行業(yè)關(guān)于脫硫尾氣SO2排放標準正在制定中。
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