基本的な2+1反応器(コンバータ)スーパークラウスユニットの概略的なプロセスフロー図を以下に示します:
Claus技術は、熱と触媒の2つのプロセスステップに分けることができます。
熱工程edit
熱工程では、硫化水素を含むガスが850℃以上の温度で化学量論的な燃焼中に反応し、下流プロセスガス冷却器に元素硫黄が析出する。
h2S含有量およびその他の可燃性成分(炭化水素またはアンモニア)の濃度により、供給ガスが燃焼される場所が決まります。 H2Sから離れてそれ以上の可燃性の内容のClausのガス(酸ガス)は次の化学反応によって中央マッフルを囲む槍で燃えます:
2H2S+3O2→2SO2+2H2O(Δ H=−518kJ mol-1)
これは硫化水素の強い発熱性自由炎全酸化であり、その後の反応で反応する二酸化硫黄を生成する。 最も重要なものはクラウス反応である:
2H2S+SO2→3S+2H2O
全体の式は次のとおりです。
2H2S+O2→2S+2H2O
クラウス炉内の温度は、多くの場合、1050℃以上に維持される。
精製所のサワーウォーターストリッパー(SWS)からのガスや炭化水素などのアンモニアを含むガスは、バーナーマッフルで変換されます。 十分な空気はすべての炭化水素およびアンモナルの完全燃焼のためのマッフルに注入されます。 空気と酸ガスの比率は、すべての硫化水素(H2S)の合計1/3がSO2に変換されるように制御されます。 これにより、第二の触媒工程におけるクラウス反応の化学量論的反応が保証される(以下の次のセクションを参照)。
燃焼プロセスの分離により、供給ガス組成の関数として必要とされる必要な空気量の正確な投与量が保証されます。 プロセスガスの容積を減らすか、またはより高い燃焼の温度を得るために、空気条件はまた純粋な酸素の注入によってカバーすることができます。 高レベルおよび低レベルの酸素の強化を利用する複数の技術はこのプロセス選択のために反作用の炉の特別なバーナーの使用を要求する企業で利
通常、このプロセスで生成される元素硫黄の総量の60-70%が熱プロセスステップで得られる。
燃焼室からの高温ガスの主要部は、プロセスガス冷却器の管を流れ、反応工程で形成された硫黄が凝縮するように冷却される。 プロセスガスによって放たれる熱および展開される凝縮熱が中型か低圧の蒸気を作り出すのに利用されている。 凝縮させた硫黄はプロセスガスのクーラーの液体の出口セクションで取除かれる。
熱相中の硫黄は反応性の高いS2ジラジカルとして形成され、S8同素体と排他的に結合する:
4S2→S8
側反応edit
クラウス反応の熱工程で行われる他の化学プロセスは次のとおりである。:
- 水素ガスの形成:
2H2S→S2+2H2(Δ H>0)CH4+2H2O→CO2+4h2
- 硫化カルボニルの形成:
H2S+CO2→S=C=O+h2O
- 二硫化炭素の形成:
h2S+CO2→S=C=O+h2O
- :
CH4+2S2→S=C=S+2H2S
触媒工程edit
クラウス反応は活性化された酸化アルミニウム(III)または酸化チタン(IV)との触媒工程で継続し、硫黄収率を高める役割を果たす。 より多くの硫化水素(H2S)は、クラウス反応で反応炉内で燃焼中に形成されたSO2と反応し、ガス状の元素硫黄をもたらす。
2H2S+SO2→3S+2h2O(Δ H=−1165.6kJ mol-1)
一つの提案されたメカニズムは、S6とS8が安定した環状元素硫黄の同時形成と触媒の活性サイトから脱
硫黄の触媒回収は、加熱、触媒反応、冷却と凝縮の三つのサブステップで構成されています。これらの3つのステップは、通常、最大3回繰り返されます。 焼却またはテールガス処理ユニット(TGTU)がClausプラントの下流に追加される場合、通常は二つの触媒段階のみが設置されています。
触媒段階の最初のプロセスステップはガス加熱プロセスです。 触媒床における硫黄凝縮を防止することが必要であり、これは触媒の汚れを引き起こす可能性がある。 個々の触媒段階の必須のベッドの実用温度は再加熱器のプロセスガスを熱することによって望ましい作動のベッドの温度が達されるまで達成され
業界ではいくつかの再加熱方法が使用されています:
- 熱ガスのバイパス:プロセスガスのクーラー(冷たいガス)からの2つのプロセスガスの流れおよび不用な熱ボイラーの最初のパスからのバイパス(熱いガ
- 間接蒸気再加熱:ガスは熱交換器内の高圧蒸気で加熱することもできます。
- ガス/ガス交換器: これにより、プロセスガス冷却器からの冷却されたガスは、ガス対ガス交換器内の上流触媒反応器から出てくる高温ガスから間接的に加熱される。
- 直火式ヒーター:酸性ガスや燃料ガスを利用した直火式のヒーター。触媒を損傷する恐れのある酸素ブレークスルーを避けるために実質的に燃焼されます。
最初の触媒ステージの一般的に推奨される動作温度は、315°C330°C(底床温度)です。 第一段階の高温はまた炉で形作られ、変更されたClausプロセスで別の方法で変えられないCOSおよびCS2を加水分解するのを助けます。
触媒変換はより低い温度で最大化されますが、各ベッドが硫黄の露点よりも高い温度で動作するように注意する必要があります。 その後の触媒段階の動作温度は、典型的には、第二段階では240℃、第三段階では200℃である(底床温度)。
硫黄凝縮器では、触媒反応器から来るプロセスガスを150-130℃に冷却します。
貯蔵の前に、プロセスガス冷却器、硫黄凝縮器、および最終硫黄分離器からの液体硫黄流が脱ガスユニットに送られ、硫黄に溶解したガス(主にH2S)
まだ可燃性成分と硫黄化合物(H2S、H2、CO)を含むClausプロセスからのテールガスは、焼却ユニットで燃焼するか、下流のテールガス処理ユニットでさら
サブ露点Clausプロセス編集
上記の従来のClausプロセスは、反応平衡に達しているため、その変換が制限されています。 すべての発熱反応と同様に、より低い温度でより大きな変換を達成することができるが、前述のように、Claus反応器は、液体硫黄が触媒を物理的に失活させないように、硫黄露点(120-150℃)以上で動作させなければならない。 この問題を克服するために、サブ露点Claussリアクトルは、一つの動作と一つのスペアで、並列に配向されています。 一つの反応器が吸着した硫黄で飽和すると、プロセスフローは待機反応器に転用される。 リアクターは硫黄を蒸発させるために300-350°Cに熱されたプロセスガスの送信によってそれから再生されます。 この流れは、硫黄を回収するために凝縮器に送られる。