az alábbiakban egy alapvető 2+1 reaktor (átalakító) SuperClaus egység sematikus folyamatábrája látható:
A Claus technológia két folyamatlépésre osztható: termikus és katalitikus.
termikus lépés
a termikus lépésben a hidrogén-szulfiddal terhelt gáz substoichiometriás égésben reagál 850 ^ C feletti hőmérsékleten úgy, hogy az elemi kén kicsapódik a downstream technológiai gázhűtőben.
a H2S-tartalom és az egyéb éghető komponensek (szénhidrogének vagy ammónia) koncentrációja határozza meg a betáplált gáz elégetésének helyét. Claus gázok (savas gáz), amelyek a H2S-en kívül további éghető tartalommal nem rendelkeznek, a központi kipufogót körülvevő lándzsákban égnek a következő kémiai reakcióval:
2 H2S + 3 O2 ons 2 SO2 + 2 H2O (ons = -518 kJ mol−1)
ez a hidrogén-szulfid erősen exoterm szabadláng teljes oxidációja, amely kén-dioxidot hoz létre, amely a következő reakciókban reagál. A legfontosabb A Claus-reakció:
2 H2S + SO2 63 S + 2 H2O
a teljes egyenlet a következő:
2 H2S + O2 2 S + 2 H2o
A Claus-kemence belső hőmérsékletét gyakran 1050 C felett tartják.ez biztosítja a BTEX (benzol, toluol, Etil-benzol és xilol) pusztulását, amely egyébként eltömítené a downstream Claus katalizátort.
ammóniát tartalmazó gázokat, például a finomító savanyúvíz-eltávolítójából (SWS) származó gázt vagy szénhidrogéneket alakítanak át az égő kipufogójában. A kipufogóba elegendő levegőt injektálnak az összes szénhidrogén és ammónia teljes elégetéséhez. A levegő / savgáz arányt úgy szabályozzuk, hogy az összes hidrogén-szulfid (H2S) összesen 1/3-a SO2-vé alakul. Ez biztosítja a Claus reakció sztöchiometrikus reakcióját a második katalitikus lépésben (lásd az alábbi következő szakaszt).
az égési folyamatok szétválasztása biztosítja a betáplált gáz összetételének függvényében szükséges levegőmennyiség pontos adagolását. A folyamatgáz térfogatának csökkentése vagy magasabb égési hőmérséklet elérése érdekében a levegőigény tiszta oxigén befecskendezésével is fedezhető. Az iparban számos olyan technológia áll rendelkezésre, amelyek magas és alacsony szintű oxigéndúsítást alkalmaznak,ezért ehhez a folyamathoz speciális égőt kell használni a reakciókemencében.
általában az eljárás során előállított elemi kén teljes mennyiségének 60-70% – át kapjuk a hőkezelési lépésben.
az égéstérből származó forró gáz fő része átfolyik a technológiai gázhűtő csövén, majd úgy lehűtik, hogy a reakciólépésben képződött kén kondenzálódik. A folyamatgáz által leadott hőt és a kialakult kondenzációs hőt közepes vagy alacsony nyomású gőz előállítására használják fel. A kondenzált ként a technológiai gázhűtő folyadékkivezető szakaszán távolítják el.
a kén képződik a termikus fázisban, mint erősen reaktív S2 diradicals, amelyek egyesítik kizárólag az S8 allotróp:
4 S2 ons S8
Oldalreakciókszerkesztés
egyéb kémiai folyamatok zajlanak a termikus lépésben A Claus reakció:
- a hidrogéngáz képződése:
2 óra 2 / S2 + 2 óra 2 (6857> 0) CH 4 + 2 óra 2 O ~ CO2 + 4 óra 2
- karbonil-szulfid képződése:
H2 + CO2 ~ S=C=O + H2O
- szén-diszulfid képződése:
CH 4 + 2 S2(S=C=S + 2 H2S)
katalitikus lépés
a Claus-reakció folytatódik a katalitikus lépésben aktivált alumínium(III) vagy titán (IV) – oxiddal, és a kénhozam növelésére szolgál. Több hidrogén-szulfid (H2S) reagál a REAKCIÓKEMENCÉBEN az égés során keletkező SO2-vel A Claus-reakcióban, és gáznemű, elemi ként eredményez.
2 H2S + SO2 XHAMSTER3 s + 2 H2O (ons = -1165,6 kJ mol-1)
az egyik javasolt mechanizmus az, hogy az S6 és S8 deszorb a katalizátor aktív helyeiről, egyidejűleg stabil ciklikus elemi kén képződésével.
a kén katalitikus visszanyerése három alszakaszból áll: fűtés, katalitikus reakció és hűtés plusz kondenzáció.Ezt a három lépést általában legfeljebb háromszor ismételjük meg. Ha a Claus-üzem után égetőgáz-vagy véggáz-kezelő egységet (tgtu) adnak hozzá, általában csak két katalitikus fokozatot telepítenek.
a katalitikus szakasz első eljárási lépése a gázfűtési folyamat. Meg kell akadályozni a kén kondenzációját a katalizátorágyban, ami katalizátor elszennyeződéséhez vezethet. A szükséges ágy üzemi hőmérsékletét az egyes katalitikus szakaszokban úgy érjük el, hogy a technológiai gázt melegítőben melegítjük, amíg el nem érjük a kívánt üzemi ágy hőmérsékletet.
az iparban számos újramelegítési módszert alkalmaznak:
- Meleggáz bypass: amely magában foglalja a két technológiai gázáram keverését a technológiai gázhűtőből (hideggáz) és a bypass (forró gáz) a hulladékhő kazán első áthaladásából.
- közvetett gőzmelegítők: a gáz hőcserélőben nagynyomású gőzzel is melegíthető.
- gáz / gázcserélők: ezáltal a technológiai gázhűtőből származó lehűtött gázt közvetetten melegítik az upstream katalitikus reaktorból kilépő forró gázból egy gáz-gázcserélőben.
- közvetlen tüzelésű fűtőberendezések: tüzelt reheaters felhasználásával savas gáz vagy üzemanyag gáz, amely égett substoichiometrically elkerülése oxigén áttörés, amely károsíthatja Claus katalizátor.
az első katalizátorfokozat tipikusan ajánlott üzemi hőmérséklete 315-330 C (alsó ágyhőmérséklet). Az első szakaszban a magas hőmérséklet szintén segíti a COS és a CS2 hidrolizálását, amely a kemencében képződik, és egyébként nem alakulna át a módosított Claus folyamatban.
a katalitikus átalakítást alacsonyabb hőmérsékleten maximalizálják, de ügyelni kell arra, hogy minden ágy a kén harmatpontja felett működjön. A következő katalitikus fokozatok üzemi hőmérséklete a második fokozatban jellemzően 240, a harmadik fokozatban pedig 200 (alsó ágyhőmérséklet).
a kénkondenzátorban a katalitikus reaktorból érkező technológiai gázt 150-130 C közé hűtjük.
tárolás előtt a technológiai gázhűtőből, a kénkondenzátorokból és a végső kénszeparátorból származó folyékony kénáramokat a gáztalanító egységbe vezetik, ahol a kénben oldott gázokat (elsősorban H2S) eltávolítják.
a Claus-eljárásból származó, éghető komponenseket és kénvegyületeket (H2S, H2 és CO) tartalmazó véggázt vagy égetőberendezésben égetik el, vagy tovább kéntelenítik egy downstream véggázkezelő egységben.
Sub harmatpont Claus processEdit
a fent leírt hagyományos Claus-eljárás átalakulása korlátozott az elért reakcióegyensúly miatt. Mint minden exoterm reakciónál, alacsonyabb hőmérsékleten is nagyobb átalakítás érhető el, azonban, mint említettük, a Claus reaktort a kén harmatpontja felett kell működtetni (120-150 c), hogy elkerüljük a folyékony kén fizikai deaktiválását a katalizátoron. Ennek a problémának a leküzdésére a Clauss harmatpont alatti reaktorok párhuzamosan vannak orientálva, egy működő és egy tartalék. Amikor egy reaktor telítetté válik adszorbeált kénnel,a folyamatáramot a készenléti reaktorba terelik. A reaktort ezután úgy regenerálják, hogy a kén elpárologtatásához 300-350 KB-ra melegített folyamatgázt küldenek. Ezt az áramot egy kondenzátorba küldik, hogy visszanyerje a ként.