本发明涉及一种除去以气态和/或颗粒夹带的形式存在于气体中的元素硫的方法，所述方法中待处理的气体被冷却。 已知有许多方法用来从气流中除去含硫化合物。一种众所周知的方法是所谓的克劳斯方法（Claus process）。根据此方法，在加热阶段硫化氢被空气中的氧部分氧化生成二氧化硫。然后在加热阶段以及两或三个催化阶段发生反应，由所生成的二氧化硫和剩余的硫化氢反应生成硫和水。传统的克劳斯方法中硫的回收率最多为97-98%。这一百分比在这种技术分支中相对较低，因而需要能增加回收率的方法。
随着最近开发的超级克劳斯方法（SUPERCL AUS process），理论上硫的回收百分比可达到99.5%。这种方法采用一种位于两或三个克劳斯反应器下游的反应器，在该反应器中剩余的硫化氢有选择地被氧化成硫。实践上，超级克劳斯方法中的选择性氧化阶段作用于已通过三个克劳斯反应器地气体使硫的回收百分比达到约99.3%。
已发现超级克劳斯工厂尾气中0.7%剩余硫中，0.4%是以元素硫的形式存在，而其它硫化合物主要以硫化氢和二氧化硫的形式存在。
由于在残余气中存在元素硫，所以借助于克劳斯工厂回收硫的效率损失在150℃的残余气温度下约为0.7-0.9%。
关于脱硫效率的官方要求变得越来越严。例如，德国当局要求日产量为50吨硫的硫回收工厂的脱硫效率至少为99.5%。
为进一步增加例如超级克劳斯工厂的实际效率，可以采取其它方法，例如斯科特方法（SCOT process）。借助该方法，仍存在于克劳斯残余气中的硫化合物通过有机化合物而除去。然而这种方法非常昂贵，实施此方法的设备在体积上也相对较大。
根据本发明，现已发现若含硫气体在一种热交换器中冷却，该热交换器壁的温度低于硫的凝固点而高于气体中水（如果水存在的话）的露点时，能达到较高的硫回收百分比。
本发明的基本原则的解释可能可以在元素硫产物性质中发现，因为这种物质在硫回收工厂，例如超级克劳斯工厂的尾气的残余硫含量中占很大部分。
从Kirk-othmer的Encyclopedia of Chemical Technology一书（third edition，Volume 22，John Willey & Sons，pages 78 et seq.）中可以看到液态元素硫在大气压力下于114.5℃以单斜晶形结晶，这种晶形晶体的密度为1.96g/cm3。进一步地还可以看到，固态硫在大气压下于95.5℃变成正交晶形，密度为2.07g/cm3。这两种晶形的密度的差异有可能是本发明的关键之处。
随之本发明可以利用以下事实，即在每种晶形的相变过程中（无定形→单斜晶形→正交晶形）密度突然增加，固态硫的体积在由无定形到单斜晶形时相应减少约2%，由单斜晶形到正交晶形时减少约6%。这种体积的突然变化的结果是固态硫可以从其沉积的表面掉下。需强调的是这种理论只是本发明方法的优点的一个可能的解释。因此这种理论解释不应看作是限制本发明。
根据本发明，除去气体中以气态和/或颗粒夹带的形式存在的元素硫的方法，该方法中待处理的气体被冷却，的特征在于，待处理的气体被导入热交换器，借助冷却介质的温度和/或流速确保热交换器的壁的温度低于硫的凝固点而高于气体中的水（若存在的话）的露点，以及沉积的硫通过重力作用被除去。
优选的是待处理的气体在热交换器的低端导入，以使沉积的硫以与待处理气体呈逆流方向被除去。
需要注意的是所述方法和装置都是现有技术中已知的，其中利用的是气态硫沉淀成固态硫的方法。
例如，美国专利4，526，590描述了一种从克劳斯方法的气体中回收气态硫的方法和装置。为此目的，待处理气体在热交换器的冷表面冷却以使更大部分的气态硫以固体形式沉淀。热交换器通过加热不断地汽提固态硫。在此加热过程中沉淀的硫被带入液相，随后硫流出热交换器。在第二个冷却部分工艺气体（process gas）中的水蒸气被冷凝。除了该方法很复杂这一事实外，共另一缺点是水的冷凝产生严重的腐蚀及阻塞问题。因此美国专利4，526，590的方法未在实际中应用。
美国专利2，876，070和2，876，071描述了一种与美国专利4，526，590所述的类似的方法，只是无水蒸气冷凝过程。使用这些方法的工厂的特征是存在定期关闭的关闭阀。当这些关闭阀处于关闭位置时，使用的热交换器可以停止运行以便通过加热到硫的熔融温度以上使固态硫从热交换器管道中除去。
在现有技术中发现，这些方法的一个主要缺点在于在使用这些方法的工厂中的主流中存在关闭阀。这种关闭阀使成本增加，使压力下降，产生操作及维护问题，以及易于发生故障。
考虑到采用固态硫沉淀的已知方法中存在的问题，特别是阻塞问题，现有技术中盛行的观点是含有残余硫的待处理的气体需被冷却到至少高于硫的凝固点的温度，在这种情况下，硫液化。通过确保热交换器与水平面呈一倾斜角度，液态硫可以流到下方的槽内。在这些传统的硫冷凝器中，液态硫与气体同向流动。
若采用这种冷凝技术，不是所有的硫都能从待处理气体中除去。这一点主要归因于在液态下硫的蒸气压比固态下流的蒸气压高得多。硫在液态下的蒸气压比固态下高约10倍，反映到数值上，硫蒸气压由130℃时的8.0帕下降到100℃时的0.7帕。
当采用本发明的方法时在传统硫冷凝器和已知的冷热交换器中出现的问题则不会发生。
本发明涉及一种从含气态硫和/或颗粒夹带的硫的气流中除去硫的简便的、连续的方法。
以下给出的本发明的方法的解释不希望被任何特别的理论所限制。
将待处理气体从下端通过一倾斜的热交换器并用冷却介质冷却此气体，热交换器的器壁温度低于硫的凝固点而高于气体中水（若存在的话）的露点，所有这些均基于本发明，随后下述过程预期会发生。
硫将以固态无定形硫或液态硫的形式沉积于壁上-这取决于气相中供入的硫。液态硫将缓慢地固化以形成基本上为无定形的硫。取决于气体温度和器壁温度的相互作用，无定形硫将首先变成单斜晶形的硫。无定形硫的密度，1.92g/cm3，比单斜晶硫低2%。通过进一步冷却，单斜晶硫随之转变成正交晶形硫。上述的这种相变伴随着相对较大程度的晶体硫的体积减小。上述体积变化的结果是硫晶体将从壁上掉下并在重力作用下掉出热交换器。
由无定形硫到单斜晶硫而后到正交晶硫的重结晶过程进行得相对较慢。因此将需一段时间才能在冷的热交换器壁上形成单斜晶硫以及随后的正交晶硫。具体地，正交晶形的硫将通过收缩离开器壁然后掉下。通常整个热交换器器壁将先被固态硫覆盖。
已知固态硫具有很强的绝缘效果，这一点有助于下述情形，即与器壁直接接触的硫不会被通过热交换器的热气体很强地加热，因而这种固态硫将与器壁的温度一致，由此较快地形成正交晶形。在硫层与热气体接触的一侧得以建立一种稳定状态，即需进一步分离的硫蒸气和硫颗粒不会升华（固化），而是冷凝。这种温度约为114.5℃的液态硫将落下。
根据本发明方法，借助凝固、沉降和冷凝相结合的方法就可以实现有效的硫分离，这种方法需要的仅仅是偶尔停下来以从热交换器除去过量的结晶硫以便防止整体阻塞。若离开热交换器的气体的温度升至约120℃，不再是所有的硫都沉积在热交换器器壁上。为（自动）控制热交换器的冷却，可以采取改变输出气体的温度的办法。
空气、水或其它合适的介质可以用作冷却介质。加热后的冷却空气或加热后的冷却水可经常用作其它用途，例如加热后的空气可用作热的或催化的加力燃烧室（after-burner）。
可根据所用冷却介质及冷却介质的温度采用同向或反应冷却。当采用外界空气作为冷却介质时采用同向冷却，以便避免器壁温度低于待处理气体中的水（若存在）的露点。
如上所述，冷却介质的温度和/或流速是这样选择的：即使其低于工艺气体中的水的露点。这意味着工艺气体和冷却器壁的温度应至少保持在不发生水冷凝的温度上。很明显这是对于每单位时间和单位面积内可分离的硫的量的限制，然而这对于防止水冷凝是非常重要的。
事实上已很清楚，即酸性气体，尤其是SO2可溶于水因而可产生具有很高酸度的冷凝水。这种冷凝水具有很强的腐蚀性，需要抗酸的因而是很贵的设备建造材料。再者待处理气体中存在的H2S和SO2在水相互相反应生成元素硫，这种元素硫在水中形成胶体溶液，即所谓的Wackenroder溶液，这种溶液不能被经济地加工。
水的露点取决于待处理气体的组成及压力，其可很容易地由实验测定。对于来源于克劳斯工厂的工艺气体，其通常含有约30%（V/V）的水蒸气，水的露点在大气压下约为70℃。
本发明方法中的气体基本上被冷却到介于水的露点和120℃之间的温度，在此温度下硫液化。
优选的是，确保器壁的温度高于水的露点至少2℃，这一温度差补偿了待处理气体的组成上的差异也即水的露点的波动。同时这一温度差有防止亚硫酸H2SO3冷凝的优点，亚硫酸的露点刚好略高于水的露点。
根据本发明方法的一个优选实施方案，确保热交换器器壁的温度最高为95.5℃，随之单斜晶硫有可能转变成正交晶形硫。
若通过热交换器的待处理气体具有120-300℃的温度则本发明方法可以合适地实施。
理论上本发明方法可以用于处理含有元素硫的任何气体。然而可行的是大部分的硫化合物已从待处理气体中除去，通常待处理气体来自硫回收工厂。
本发明使用的热交换器基本上可以是任何热交换器或升华器，只要待处理气体可从底部引入而且固态或液态硫能在重力作用下排出即可。最合适的是使用管式或板式热交换器。
这种管式或板式热交换器需斜着安装，与水平面的角度优选为大于45度。
本发明方法的一个优选实施方案的特征在于管式或板式热交换器垂直安装。
在所用的热交换器包括垂直的管或板的情况下，当气流以湍流的形式通过热交换器时则会促进硫的分离，这使得气体与被硫覆盖或未覆盖的器壁之间达到最佳接触程度。
总之气体的流速应足够高以便使雷诺数保持在大于2000-3000。因为气流与待排出的硫呈逆流状态，所以过高的气体流速会阻止形成的液态硫在重力作用下流出热交换器。
气流为湍流对于倾斜的管或板来说并不是先决条件，在这种情况下，所述气流可以为层流，因为不管怎样气流中的元素硫将会达到器壁上。
另外，有利的是采用器壁的绝对粗糙度（absolute roughness）低于0.05mm的热交换器，因为在发生正交晶形的重结晶过程中，硫的排出在具有尽可能平滑的器壁的热交换器中最稳定。
为增加热交换器的冷却表面，可在热交换器器壁之上或之中安装凸出物（projections），这类凸出物的形状并不重要，只要能保证当固态硫在重力作用下除去时不发生阻塞即可。符合条件的凸出物可以为例如尖形并且指向朝下。
本发明方法借助于结合使用凝因、沉降及冷凝方法能产生有效的硫分离，所述方法原则上为连续实施。
然而仍有可能偶尔发生故障，若这种故障引起阻塞，其可被简便并迅速地排除，可以关闭热交换器的冷却系统或者将一种高温流体引入冷却系统以保证固态硫转变为液态从而流出。这一步骤能在很短时间内完成从而不需停止硫的除去过程。
若固态硫不能从热交换器的器壁上落下，本方法可以通过一合适的振动装置时常整体振动热交换器从而加速硫落下。
热交换器的尺寸及形状并不重要，只要能在热交换器的器壁之间保持一定的距离从而达到一稳定的平衡而不至于发生阻塞即可。
本发明方法采用的热交换器优选为由抗腐蚀材料制成，非常合适的材料是铝和不锈钢。
下面参考附图进一步描述本发明，其中：
图1 示出采用垂直安放的热交换器的本发明的一个实施方案;以及
图2 示出另一个实施方案，其采用倾斜的热交换器。
图1 中外界空气由风扇2吸入管1，风扇2可使足够的冷却空气通过管3通向热交换器4进行同流冷却。
预热器18和/或热交换器17使冷却空气具有合适的空气入口温度，从而避免水蒸气在工艺气体入口一侧冷凝。
待冷却的工艺气体含有硫蒸气和颗粒夹带的硫，其通过管5供入热交换器的入口腔6。
冷凝的硫由管7排出，工艺气体由热交换器管8流入包括有蒸汽加热盘管10的出口腔9。热交换器的出口腔包括一加热元件以防止固态硫的沉积。
所述的工艺气体由管11离开热交换器4，管11上装有蒸汽加热夹套12，通过管13向其供入蒸汽。这种蒸汽加热的冷凝物由管14排出。
冷却空气同向流过热交换器4，隔板15确保了冷却介质和所述的工艺气体之间发生合适的热交换。热空气通过管16离开热交换器4。
控制阀20控制供入的冷却空气量使得管16中的热冷却空气的温度也能防止在热交换器4的出口的工艺气体一侧发生任何水的冷凝现象。
若需要，空气预热器18可用于汽提热交换器中固化的硫，为此，通过管19将蒸汽供入空气预热器18，外界空气在流到热交换器4之前将得到进一步升温。
图2 示出的实施方案中使用冷却水作为冷却介质，其与待冷却气体逆流输入。
待冷却的加工气体由管1输入热交换器3随后流经热交换器3的管4。工艺气体由入口腔2引入，冷却的硫也在此处由管7排出。冷却的气体由出口腔5和管8离开热交换器3。冷却水由管9供入并供至热交换器13和蒸汽加热器14使之具有合适的温度。
冷却气体在挡板6的导引下沿冷却管4的外侧横穿过热交换器。
输入管10和输出管11中的冷却水的温度高到足以避免在管4中发生水冷凝。冷却水由管12排出。
冷却水的流速由阀15控制，该阀由管11中冷却水的温度控制。
以下参考实施例对本发明方法进行进一步描述。
实施例
来自于硫回收工厂的一定量的工艺气体供入到图1所示的热交换器中。所述气体流量为884千克/小时，温度为138℃，压力为1.10巴（绝对压力），其含有1.0千克/小时的硫蒸气和1.7千克/小时颗粒状的由颗粒夹带的硫。预热的外界空气作为冷却介质同方向供入，冷却空气的流量为2000千克/小时，入口温度为50℃。热交换器包括33个光滑的垂直安放的铝管，管长2.3米，管内径45毫米。这些条件产生雷诺数为11300的湍流。管壁的温度在入口侧为75℃，出口侧为77℃。工艺气体因此被冷却到105℃。
冷却空气的量由工艺气体出口温度控制。
以硫蒸气和滴状硫形式存在于工艺气体中的硫以2.5千克/小时的量从加工气体中除去，也即供入的硫的92%被除去。这种硫的大部分是以液态硫的形式从热交换器中除去。
所述热交换器每三天再生一次，为此需借助于空气预热器使冷却空气升温至138℃。在此15分钟再生过程中，存在于管中的固态硫被熔化并排出。