et skematisk processtrømsdiagram over en grundlæggende 2 + 1-reaktor (konverter) SuperClaus enhed er vist nedenfor:
Claus-teknologien kan opdeles i to procestrin, termisk og katalytisk.
termisk trinredit
i det termiske trin reagerer hydrogensulfidbelastet gas i en substoichiometrisk forbrænding ved temperaturer over 850 liter C, således at elementært svovl udfældes i den nedstrøms procesgaskøler.
H2S-indholdet og koncentrationen af andre brændbare komponenter (kulbrinter eller ammoniak) bestemmer det sted, hvor fodergassen brændes. Claus gasser (syregas) uden yderligere brændbart indhold bortset fra H2S brændes i lanser omkring en central muffe ved følgende kemiske reaktion:
2 H2S + 3 O2 liter 2 SO2 + 2 H2O (PRISH = -518 kJ mol−1)
dette er en stærkt eksoterm fri-flamme total iltning af hydrogensulfid, der genererer svovlsyre, der reagerer væk i efterfølgende reaktioner. Den vigtigste er Claus-reaktionen:
2 H2S + SO2 liter 3 S + 2 H2O
den samlede ligning er:
2 H2S + O2 liter 2 s + 2 H2O
temperaturen inde i Claus-ovnen holdes ofte over 1050 liter C. Dette sikrer ødelæggelse af Bteksen (Bent, toluen, Ethylbensen og Kylen), som ellers ville tilstoppe nedstrøms Claus-katalysator.
gasser, der indeholder ammoniak, såsom gassen fra raffinaderiets sure vandstripper (SV) eller kulbrinter omdannes i brændermufflen. Tilstrækkelig luft injiceres i mufflen til fuldstændig forbrænding af alle carbonhydrider og ammoniak. Luft til syregasforholdet styres således, at i alt 1/3 af alt hydrogensulfid (H2S) omdannes til SO2. Dette sikrer en støkiometrisk reaktion for Claus-reaktionen i det andet katalytiske trin (se næste afsnit nedenfor).
adskillelsen af forbrændingsprocesserne sikrer en nøjagtig dosering af det krævede luftvolumen, der er nødvendigt som en funktion af fodergassammensætningen. For at reducere procesgasvolumenet eller opnå højere forbrændingstemperaturer kan luftbehovet også dækkes ved at injicere rent ilt. Flere teknologier, der anvender iltberigelse på højt niveau og lavt niveau, er tilgængelige i industrien, hvilket kræver brug af en speciel brænder i reaktionsovnen til denne procesindstilling.
normalt opnås 60 til 70% af den samlede mængde elementært svovl produceret i processen i det termiske procestrin.
hoveddelen af den varme gas fra forbrændingskammeret strømmer gennem røret i procesgaskøleren og afkøles således, at svovlet dannet i reaktionstrinnet kondenserer. Den varme, der afgives af procesgassen, og den kondenserende varme, der udvikles, bruges til at producere medium-eller lavtryksdamp. Det kondenserede svovl fjernes ved væskeudløbssektionen i procesgaskøleren.
svovlformerne i den termiske fase som stærkt reaktive S2-diradicaler, der udelukkende kombineres med S8-allotropen:
4 S2 list S8
sidereaktioneredit
andre kemiske processer, der finder sted i Claus-reaktionens termiske trin, er:
- dannelsen af brintgas:
2 H2S-karbonylsulfid: H2S-karbonylsulfid + 2 H227>0) CH4 + 2 H2O-KARBONYLSULFID + 4 h2228>
H2S + CO2-karbonhydrid S=C=O + H2O
- dannelsen af carbondisulfid:
CH4 + 2 S2 List s=C=S + 2 H2S
katalytisk trinrediger
Claus-reaktionen fortsætter i katalytisk trin med aktiveret aluminium(III) eller titan(IV) ilt og tjener til at øge svovludbyttet. Mere hydrogensulfid (H2S) reagerer med SO2 dannet under forbrænding i reaktionsovnen i Claus-reaktionen og resulterer i gasformigt, elementært svovl.
2 H2S + SO2 liter 3 S + 2 H2O (LYSH = -1165.6 kJ mol−1)
en foreslået mekanisme er, at S6 og S8 desorb fra katalysatorens aktive steder med samtidig dannelse af stabilt cyklisk elementært svovl.
den katalytiske genvinding af svovl består af tre subtrin: opvarmning, katalytisk reaktion og afkøling plus kondens.Disse tre trin gentages normalt maksimalt tre gange. Hvor en forbrændings-eller halegasbehandlingsenhed (TGTU) tilføjes nedstrøms for Claus-anlægget, installeres normalt kun to katalytiske trin.
det første procestrin i det katalytiske trin er gasopvarmningsprocessen. Det er nødvendigt at forhindre svovlkondensation i katalysatorlejet, hvilket kan føre til katalysatorfouling. Den krævede lejedriftstemperatur i de enkelte katalytiske trin opnås ved opvarmning af procesgassen i en genopvarmning, indtil den ønskede driftslejstemperatur er nået.
flere metoder til genopvarmning anvendes i industrien:
- varmgas bypass: som involverer blanding af de to procesgasstrømme fra procesgaskøleren (kold gas) og bypass (varm gas) fra den første passage af spildvarmekedlen.
- indirekte dampopvarmere: gassen kan også opvarmes med højtryksdamp i en varmeveksler.
- gas / gasbyttere: hvorved den afkølede gas fra procesgaskøleren indirekte opvarmes fra den varme gas, der kommer ud af en opstrøms katalytisk reaktor i en gas-til-gas-veksler.
- direkte fyrede varmeapparater: fyrede genopvarmere, der bruger syregas eller brændstofgas, som brændes substoichiometrisk for at undgå ilt gennembrud, der kan skade Claus catalyst.
den typisk anbefalede driftstemperatur i det første katalysatortrin er 315 liter C til 330 liter C (bundlagstemperatur). Den høje temperatur i det første trin hjælper også med at hydrolysere COS og CS2, som dannes i ovnen og ellers ikke ville blive konverteret i den modificerede Claus-proces.
den katalytiske omdannelse maksimeres ved lavere temperaturer, men man skal sørge for, at hver seng drives over svovlets Dugpunkt. Driftstemperaturerne for de efterfølgende katalytiske trin er typisk 240 liter C for det andet trin og 200 liter C for det tredje trin (bundlejetemperaturer).
i svovlkondensatoren afkøles procesgassen fra den katalytiske reaktor til mellem 150 og 130 liter C. kondensationsvarmen bruges til at generere damp ved kondensatorens skalside.
før opbevaring føres flydende svovlstrømme fra procesgaskøleren, svovlkondensatorerne og fra den endelige svovlseparator til afgasningsenheden, hvor de gasser (primært H2S), der er opløst i svovlet, fjernes.
slutgassen fra Claus-processen, der stadig indeholder brændbare komponenter og svovlforbindelser (H2S, H2 og CO), brændes enten i en forbrændingsenhed eller afsvovles yderligere i en efterfølgende slutgasbehandlingsenhed.
sub Dugpunkt Claus processEdit
den konventionelle Claus-proces beskrevet ovenfor er begrænset i dens omdannelse på grund af den reaktionsligevægt, der nås. Som alle eksoterme reaktioner kan større omdannelse opnås ved lavere temperaturer, men som nævnt skal Claus-reaktoren betjenes over svovl-dugpunktet (120-150 liter C) for at undgå, at flydende svovl fysisk deaktiverer katalysatoren. For at overvinde dette problem er sub Dugpunkt Clauss reaktorerne orienteret parallelt med en drift og en reserve. Når en reaktor er blevet mættet med adsorberet svovl, omdirigeres processtrømmen til standbyreaktoren. Reaktoren regenereres derefter ved at sende procesgas, der er opvarmet til 300-350 liter C for at fordampe svovlet. Denne strøm sendes til en kondensator for at genvinde svovlet.