GB∕T 35212.3-2021 天然气处理厂气体及溶液分析与脱硫、脱碳及硫磺回收分析评价方法 第3部分：硫磺回收及尾气处理催化剂技术要求及分析评价方法

犐犆犛７５．０６０犆犆犛犈２４

中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

犌犅／犜３５２１２．３—２０２１

天然气处理厂气体及溶液分析与脱硫、脱碳及硫磺回收分析评价方法

第３部分：硫磺回收及尾气处理催化剂技术要求及分析评价方法

犃狀犪犾狔狊犻狊犪狀犱犲狏犪犾狌犪狋犻狅狀犿犲狋犺狅犱狊狅犳犵犪狊犪狀犱狊狅犾狌狋犻狅狀犪狀犱犱犲狊狌犾犳狌狉犻狕犪狋犻狅狀犱犲犮犪狉犫狅狀犻狕犪狋犻狅狀犪狀犱狊狌犾犳狌狉狉犲犮狅狏犲狉狔犳狅狉狀犪狋狌狉犪犾犵犪狊狋狉犲犪狋犻狀犵狆犾犪狀狋—犘犪狉狋３：犜犲犮犺狀犻犮犪犾狉犲狇狌犻狉犲犿犲狀狋狊犪狀犱犪狀犪犾狔狊犻狊犲狏犪犾狌犪狋犻狅狀犿犲狋犺狅犱狊犳狅狉

狊狌犾犳狌狉狉犲犮狅狏犲狉狔犪狀犱狋犪犻犾犵犪狊犮犪狋犪犾狔狊狋狊

２０２１１２３１发布 ２０２０７０１实施

发布

国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

犌犅／犜３５２１２．３—２０２１

目 次

前言 Ⅲ

引言 Ⅳ

１范围 １

２规范性引用文件 １

３术语和定义 １

４要求 ２

４．１通用要求 ２

４．２常规硫磺回收催化剂技术要求 ２

４．３亚露点硫磺回收催化剂技术要求 ２

４．４硫化氢选择性氧化制硫催化剂技术要求 ２

４．５常规加氢水解催化剂技术要求

４．６低温加氢水解催化剂技术要求

……………………３

……………………３

５试验方法 ３

５．１抗压碎力测定

５．２比表面积测定

………………………３

………………………４

５．３磨耗率测定 ４

５．４总孔体积测定 ４

５．５活性评价 ４

Ⅰ

犌犅／犜３５２１２．３—２０２１

前 言

本文件按照ＧＢ／Ｔ１．１—２０２０《标准化工作导则 第１部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。

本文件是ＧＢ／Ｔ３５２１２《天然气处理厂气体及溶液分析与脱硫、脱碳及硫磺回收分析评价方法》的第３部分。ＧＢ／Ｔ３５２１２已经发布了以下部分：

——第１部分：气体及溶液分析；

——第２部分：脱硫、脱碳溶剂分析；

——第３部分：硫磺回收及尾气处理催化剂技术要求及分析评价方法。

请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由全国天然气标准化技术委员会（ＳＡＣ／ＴＣ２４）提出并归口。

本文件起草单位：中国石油天然气股份有限公司西南油气田分公司天然气研究院、中国石油天然气

股份有限公司西南油气田分公司重庆天然气净化总厂、中国石油化工股份有限公司中原油田普光分公司、中海石油（中国）有限公司湛江分公司、中国石油四川石化有限责任公司、中国石油天然气股份有限公司长庆油田分公司。

本文件主要起草人：谭雪琴、!陈媛、温崇荣、陈昌介、何金龙、刘其松、常宏岗、陈小波、李永生、常户星、苟科、杨芳、李剑锋、周代兵。

Ⅲ

犌犅／犜３５２１２．３—２０２１

引 言

能源构成调整是我国经济结构调整的重头戏之一，在为此而采取的诸多对策中最现实、最有效的是大幅提高天然气在能源构成中的比例，它将成为降低煤炭消费比例、提高能效、减轻环境污染最得力的“抓手”。进入２１世纪以来，中国天然气工业获得了高速发展，但是与高速发展的国民经济要求相比，与世界天然气工业相比，中国天然气工业的发展仍存在很大的差距与问题。提高我国天然气生产技术，健全配套技术标准，是助推天然气工业快速发展的重要举措。ＧＢ／Ｔ３５２１２《天然气处理厂气体及溶液分析与脱硫、脱碳及硫磺回收分析评价方法》系列标准是为规范天然气净化生产活动，保障天然气高效生产而提出的技术标准化文件，拟由三个部分构成。

——第１部分：气体及溶液分析。目的在于为天然气处理厂气体及溶液确立通用的、可操作的分析

评价方法。

——第２部分：脱硫、脱碳溶剂分析。目的在于为天然气处理厂脱硫、脱碳溶剂确立可操作的分析评价方法，并规定了相应的技术要求。

——第３部分：硫磺回收及尾气处理催化剂技术要求及分析评价方法。目的在于为天然气处理厂

硫磺回收及尾气处理催化剂确立可操作的分析评价方法，并规定了相应的技术要求。

本文件是该系列标准的第３部分，本文件根据不同天然气处理厂硫磺回收及尾气处理工艺规定了对应的催化剂技术要求及分析评价方法。天然气处理厂以硫磺回收加尾气处理达到回收硫和减排目的的工艺已成为天然气处理过程中的一个重要组成部分，而系列硫磺回收及尾气处理催化剂的选择是该类工艺的核心。在硫磺回收大型化及环保法规日益严格的双重要求下，天然气处理厂应针对不同的原料气组成，不同的工艺路线，选择不同的硫磺回收及尾气处理催化剂，做到既经济又合理、可靠，满足国家二氧化硫的排放要求。本文件将为天然气处理厂硫磺回收及尾气处理工艺提供选择对应催化剂的依据，为天然气处理厂节约投资、降低消耗，提高装置整体运行能力，排放达到环保要求提供技术保障。

Ⅳ

犌犅／犜３５２１２．３—２０２１

天然气处理厂气体及溶液分析与脱硫、脱碳及硫磺回收分析评价方法

第３部分：硫磺回收及尾气处理催化剂技术要求及分析评价方法

警告：本文件不涉及与其应用有关的安全问题。在使用本文件前，使用者有责任制定相应的安全和保护措施，并明确其限定的适用范围。

１范围

本文件规定了硫磺回收及尾气处理催化剂的要求和试验方法。

本文件适用于天然气处理厂使用的硫磺回收及尾气处理催化剂的分析评价，炼油厂硫磺回收及尾气处理催化剂的分析评价可参照本文件。

２规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

ＧＢ／Ｔ１０６０．４天然气含硫化合物的测定第４部分：用氧化微库仑法测定总硫含量

ＧＢ／Ｔ３１５８３—２０１５脱氧保护型硫磺回收催化剂物理性能试验方法

ＳＹ／Ｔ６５３７天然气净化厂气体及溶液分析方法

３术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

３．１

３．２３．３

克劳斯转化率犆犔犃犝犛犮狅狀狏犲狉狊犻狅狀狉犪狋犲

硫化氢和二氧化硫消耗占原料气中全部硫化氢与二氧化硫之和的百分含量。

注１：克劳斯转化率用来衡量克劳斯反应进行程度。

注２：克劳斯转化率表示反应过程中有多少硫化氢和二氧化硫发生了变化。

硫化氢转化率犺狔犱狉狅犵犲狀狊狌犾犳犻犱犲犮狅狀狏犲狉狊犻狅狀狉犪狋犲

反应过程中硫化氢的消耗占原料气中全部硫化氢的百分含量。

注：硫化氢转化率用来衡量原料气中硫化氢转化程度。

硫回收率狊狌犾犳狌狉狉犲犮狅狏犲狉狔狉犪狋犲

实际得到的产品硫磺占原料气中全部硫化氢的百分含量。

１

犌犅／犜３５２１２．３—２０２１

３．４

硫容狊狌犾犳狌狉犮犪狆犪犮犻狋狔

催化剂中所能吸附的硫磺质量。

注：硫容针对低温克劳斯工艺如冷床吸附（ＣＢＡ）、萨弗林（Ｓｕｌｆｒｅｎ）等提出。

４要求

４．１通用要求

用催化剂的活性来评价天然气处理厂使用的硫磺回收及尾气处理催化剂性能的优劣以及是否符合使用要求。“常规硫磺回收催化剂”活性用“克劳斯转化率”来表示；“亚露点硫磺回收催化剂”活性用“克劳斯转化率”和“硫容”来表示；“硫化氢选择性氧化制硫催化剂”活性用“硫化氢转化率”和“硫回收率”来表示；“常规加氢水解催化剂”和“低温加氢水解催化剂”活性用“尾气中除硫化氢外的总硫含量”来表示。

４．２常规硫磺回收催化剂技术要求

常规硫磺回收催化剂适用于从含硫化氢的酸性气中回收硫磺的克劳斯工艺过程，可用于克劳斯硫磺回收装置第一、二、三级反应器，该类催化剂应符合表１的规定。

表１常规硫磺回收催化剂的技术要求

项目

技术指标

抗压碎力／（Ｎ／颗）

≥１３０

比表面积／（ｍ２／ｇ）

≥２４０

磨耗率／％

≤０．５

活性评价：克劳斯转化率／％

≥６５．０

４．３亚露点硫磺回收催化剂技术要求

亚露点硫磺回收催化剂适用于从含硫化氢的酸性气中回收硫磺的克劳斯工艺过程，可用于低温克劳斯硫磺回收装置低温反应器，该类催化剂应符合表２的规定。

表２亚露点硫磺回收催化剂的技术要求

项目

技术指标

抗压碎力／（Ｎ／颗）

≥８０

比表面积／（ｍ２／ｇ）

≥３０

磨耗率／％

≤０．５

活性评价

克劳斯转化率／％

≥９０

硫容／（ｇ／ｇ）

≥０．８０

４．４硫化氢选择性氧化制硫催化剂技术要求

硫化氢选择性氧化制硫催化剂适用于克劳斯工艺尾气的选择性氧化处理过程，如超级克劳斯工艺，

２

犌犅／犜３５２１２．３—２０２１

该类催化剂应符合表３的规定。

表３硫化氢选择性氧化制硫催化剂的技术要求

项目

技术指标

抗压碎力／（Ｎ／ｃｍ）

≥１０

比表面积／（ｍ２／ｇ）

３５～５０

总孔体积／（ｍＬ／ｇ）

０．４０～０．６０

活性评价

硫化氢转化率／％

≥９５．０

硫回收率／％

≥８５．０

４．５常规加氢水解催化剂技术要求

常规加氢水解催化剂适用于克劳斯工艺尾气的加氢水解过程，如斯科特工艺，该催化剂应符合表４的规定。

表４常规加氢水解催化剂的技术要求

项目

技术指标

抗压碎力／（Ｎ／颗）

≥１３０

比表面积／（ｍ２／ｇ）

≥２０

磨耗率／％

≤０．５

活性评价：尾气中除硫化氢外的总硫含量（以硫计）／（ｍｇ／ｍ３）

≤２５７

４．６低温加氢水解催化剂技术要求

低温加氢水解催化剂适用于低温克劳斯工艺尾气的加氢水解过程，如低温斯科特工艺，该类催化剂应符合表５的规定。

表５低温加氢水解催化剂的技术要求

项目

技术指标

抗压碎力／（Ｎ／ｃｍ）

≥１４０

比表面积／（ｍ２／ｇ）

≥２０

磨耗率／％

≤１．０

活性评价：尾气中除硫化氢外的总硫含量（以硫计）／（ｍｇ／ｍ３）

≤２８６

５试验方法

５．１抗压碎力测定

按ＧＢ／Ｔ３１５８３—２０１５中第４章的规定执行。

３

犌犅／犜３５２１２．３—２０２１

５．２比表面积测定

按ＧＢ／Ｔ３１５８３—２０１５中第６章的规定执行。

５．３磨耗率测定

按ＧＢ／Ｔ３１５８３—２０１５中第５章的规定执行。

５．４总孔体积测定

按ＧＢ／Ｔ３１５８３—２０１５中第６章的规定执行。

５．５活性评价

５．５．１评价装置

催化剂活性评价装置为小型硫磺回收反应装置，流程见图１。该装置主要由原料气混合器、预热器、加热炉、反应器、分离器和冷凝器构成。

气体原料气经混合器混合后，与恒流泵送来的液体原料混合，进入预热器预热，预热后气体进入装填有颗粒状催化剂的固定床反应器中，在催化剂作用下，气体中硫化物发生化学反应，尾气经灼烧系统灼烧后排放。

标引序号说明：

１——阀门； ７——加热炉； １３——水泵；

２——流量计； ８——取样点； １４——冷凝器；

３——恒流泵； ９——测温点； １５——湿式流量计；

４——混合器； １０——反应器； １６——ＣＳ２恒流泵；

５——压力计； １——催化剂； １７——灼烧处。

６——预热器； １２——分离器；

图１评价装置流程

５．５．２活性评价方法

５．５．２．１常规硫磺回收催化剂活性评价方法

５．５．２．１．１方法简述

４常规硫磺回收催化剂活性评价装置工艺流程见图１。将催化剂装填在评价装置上，按表６的试验

犌犅／犜３５２１２．３—２０２１

条件，模拟硫磺回收工艺各级反应器，包括温度、气体组成、空速等条件，测定原料气及尾气组成，考查催化剂克劳斯转化率。

５．５．２．１．２评价条件

常规硫磺回收催化剂活性评价试验条件见表６。

表６常规硫磺回收催化剂活性评价试验条件

项目

试验条件

反应温度／℃

３２０±１

反应压力（表压）／ｋＰａ

＜５０

体积空速／ｈ－１

１５０

催化剂装量／ｍＬ

２０

催化剂粒度／ｍｍ

１．５～２．５

反应器规格／ｍｍ

２５×３０

原料气组成浓度（体积分数）

Ｈ２Ｓ：（４．０±０．４）％；ＳＯ２：（２．０±０．２）％；ＣＳ２：（０．８±０．０８）％；

Ｈ２Ｏ：（２５．０±２．５）％；Ｎ２：余量

注：液态原料气（如ＣＳ２、水等）采用高压恒流泵注入。

５．５．２．１．３操作步骤

将催化剂按表６要求装填在评价装置反应器内，当反应温度、反应压力、体积空速和原料气组成浓度达到表６中规定值时，进行活性评价试验。运转时间１０ｈ，按ＳＹ／Ｔ６５３７中规定，每２ｈ用气相色谱仪分析一次原料气及尾气组成，然后根据原料气及尾气中各硫化物的分析数据来计算克劳斯转化率。

５．５．２．１．４克劳斯转化率计算

犓＝ ２ ２ ２ ２犞

体积校正系数犓犞按式（１）计算：

式中：

１０－（φＨＳ＋φＳＯ＋φＯ＋φＣＳ）

１０－（φ′Ｈ２Ｓ＋φ′ＳＯ２＋φ′Ｏ２＋φ′ＣＳ２）

…………（１）

犓犞 ——体积校正系数；

φＨ２Ｓ——原料气硫化氢干基含量，％；φＳＯ２——原料气二氧化硫干基含量，％；φＯ２ ——原料气氧气干基含量，％；φＣＳ２——原料气二硫化碳干基含量，％；φ′Ｈ２Ｓ——尾气硫化氢干基含量，％；φ′ＳＯ２——尾气二氧化硫干基含量，％；φ′Ｏ２ ——尾气氧气干基含量，％；

φ′ＣＳ２——尾气二硫化碳干基含量，％。

克劳斯转化率ηＣ按式（２）计算：

∑犛

ηＣ＝１０－１０×犓犞×∑犛′

…………（２）

５

犌犅／犜３５２１２．３—２０２１

式中：

ηＣ——克劳斯转化率，％；

犓犞——体积校正系数；

∑犛′＝φ′Ｈ２Ｓ＋φ′ＳＯ２，％；

∑犛＝φＨ２Ｓ＋φＳＯ２＋２（φＣＳ２－φ′ＣＳ２），％。

５．５．２．２亚露点硫磺回收催化剂活性评价方法

５．５．２．２．１方法简述

亚露点硫磺回收催化剂活性评价装置工艺流程见图１。将催化剂装填在评价装置上，按表７的试验条件，模拟冷床吸附工艺的操作条件，对亚露点硫磺回收催化剂进行吸附再生循环试验，测定原料气及尾气组成，考查克劳斯转化率及低温硫容。吸附结束点：转化率下降到６０％时认为吸附阶段结束。

５．５．２．２．２评价条件

亚露点硫磺回收催化剂活性评价试验条件见表７。

表７亚露点硫磺回收催化剂活性评价试验条件

项目

试验条件

反应温度／℃

１３０±１

再生温度／℃

３２５±１

反应压力（表压）／ｋＰａ

＜５０

体积空速／ｈ－１

１５０

催化剂装量／ｍＬ

２０

催化剂粒度／ｍｍ

１．５～２．５

反应器规格／ｍｍ

２５×３０

原料气组成浓度（体积分数）

Ａ吸附阶段：Ｈ２Ｓ：（２．０±０．２）％；ＳＯ２：（１．０±０．１）％；Ｈ２Ｏ：（３０．０±３．０）％；Ｎ２：余量

Ｂ再生阶段：Ｎ２

注：液态原料气（如ＣＳ２、水等）采用高压恒流泵注入。

５．５．２．２．３操作步骤

将催化剂按表７要求装填在评价装置反应器内，当反应温度、反应压力、体积空速和原料气组成浓度达到表７中规定值时，进行活性评价试验。运转时间１０ｈ，按ＳＹ／Ｔ６５３７中规定，每２ｈ用气相色谱仪分析一次原料气及尾气组成，然后根据原料气及尾气中各硫化物的分析数据来计算克劳斯转化率和硫容。

５．５．２．２．４克劳斯转化率计算

按式（１）、式（２）计算。

５．５．２．２．５硫容计算

６硫容ω按式（３）计算：

式中：

犿

ω——硫容，单位为克每克（ｇ／ｇ）；

ω＝犿′

犌犅／犜３５２１２．３—２０２１

…………（３）

犿′——再生过程中收集的硫磺质量，单位为克（ｇ）；犿——催化剂的质量，单位为克（ｇ）。

５．５．２．３硫化氢选择性氧化制硫催化剂活性评价方法

５．５．２．３．１方法简述

硫化氢选择性氧化制硫催化剂活性评价装置工艺流程见图１。将催化剂装填在评价装置上，按表８的试验条件，模拟硫化氢选择性氧化反应器，包括温度、气体组成、空速等条件，测定原料气及尾气组成，考查催化剂硫化氢转化率和硫回收率。

５．５．２．３．２评价条件

硫化氢选择性氧化制硫催化剂活性评价试验条件见表８。

表８硫化氢选择性氧化制硫催化剂活性评价试验条件

项目

试验条件

反应温度／℃

２４０±１

反应压力（表压）／ｋＰａ

＜５０

体积空速／ｈ－１

２００

催化剂装量／ｍＬ

４０

催化剂粒度／ｍｍ

１．５～２．５

反应器规格／ｍｍ

２５×３０

原料气组成浓度（体积分数）

Ｈ２Ｓ：（１．０±０．１）％；ＳＯ２：（０．０５±０．０５）％；Ｈ２Ｏ：（２５．０±２．５）％；Ｏ２：（０．７５±０．０７５）％；Ｎ２：余量

注：液态原料气（如ＣＳ２、水等）采用高压恒流泵注入。

５．５．２．３．３操作步骤

将催化剂按表８要求装填在评价装置反应器内，当反应温度、反应压力、体积空速和原料气组成浓度达到表８中规定值时，进行初活性评价试验。运转时间１０ｈ，按ＳＹ／Ｔ６５３７中规定，每２ｈ用气相色谱仪分析一次原料气及尾气组成，然后根据原料气及尾气中各硫化物的分析数据来计算硫化氢转化率及硫回收率。

５．５．２．３．４硫化氢转化率计算

φＨ２Ｓ

硫化氢转化率ηＨ２Ｓ按式（４）计算：

式中：

ηＨ２Ｓ——硫化氢转化率，％；

ηＨ２Ｓ＝１０－１０×φ′Ｈ２Ｓ

…………（４）

７

犌犅／犜３５２１２．３—２０２１

φ′Ｈ２Ｓ——尾气硫化氢干基含量，％；

φ′Ｈ２Ｓ——原料气硫化氢干基含量，％。

５．５．２．３．５硫回收率计算

硫回收率ηγ按式（５）计算：

ηγ＝１０－１０×（φ′Ｈ２Ｓ＋φ′ＳＯ２－φＳＯ２）

…………（５）

式中：

ηγ ——硫回收率，％；

φ′Ｈ２Ｓ——尾气硫化氢干基含量，％；φ′ＳＯ２——尾气二氧化硫干基含量，％；φＳＯ２——原料气二氧化硫干基含量，％；φＨ２Ｓ——原料气硫化氢干基含量，％。

５．５．２．４常规加氢水解催化剂活性评价方法

５．５．２．４．１方法简述

φＨ２Ｓ

常规加氢水解催化剂活性评价装置工艺流程见图１。将催化剂装填在评价装置上，按表９的试验条件，模拟硫磺回收尾气加氢工艺反应器，包括温度、气体组成、空速等条件，测定尾气中除硫化氢以外的总硫含量。

５．５．２．４．２评价条件

常规加氢水解催化剂活性评价试验条件见表９。

表９常规加氢水解催化剂活性评价试验条件

项目

试验条件

反应温度／℃

３０±１

反应压力（表压）／ｋＰａ

＜５０

体积空速／ｈ－１

１５０

催化剂装量／ｍＬ

３０

催化剂粒度／ｍｍ

１．５～２．５

反应器规格／ｍｍ

２５×３０

原料气组成浓度（体积分数）

Ｈ２Ｓ：（２．０±０．２）％；ＳＯ２：（０．５±０．０５）％；ＣＳ２：（０．１±０．０１）％；Ｈ２Ｏ：（３０．０±３．０）％；Ｈ２：（４．０±０．４）％；Ｎ２：余量

注：液态原料气（如ＣＳ２、水等）采用高压恒流泵注入。

５．５．２．４．３操作步骤

将催化剂按表９要求装填在评价装置反应器内，当反应温度、反应压力、体积空速和原料气组成浓度达到表９中规定值时，进行初活性评价试验。运转时间１０