et skjematisk prosessflytskjema av en grunnleggende 2 + 1-reaktor (omformer) SuperClaus-enhet er vist nedenfor:
Claus-teknologien kan deles inn i to prosesstrinn, termisk og katalytisk.
Termisk trinnrediger
i termisk trinn reagerer hydrogensulfidbelastet gass i en substoikiometrisk forbrenning ved temperaturer over 850 °C slik at elementært svovel faller ut i nedstrøms prosessgasskjøleren.
h2s-innholdet og konsentrasjonen av andre brennbare komponenter (hydrokarboner eller ammoniakk) bestemmer stedet der matgassen brennes. Claus-gasser (syregass) uten ytterligere brennbart innhold bortsett FRA H2S, brennes i lanser som omgir en sentral muffel ved følgende kjemiske reaksjon:
2 H2S + 3 o2 → 2 SO2 + 2 H2O (ΔH = -518 kJ mol−1)
dette er en sterkt eksoterm fri flamme total oksidasjon av hydrogensulfid som genererer svoveldioksid som reagerer bort i påfølgende reaksjoner. Den viktigste er Claus-reaksjonen:
2 H2S + SO2 → 3 S + 2 H2O
den generelle ligningen er:
2 H2S + O2 → 2 S + 2 H2O
temperaturen inne I claus-ovnen holdes ofte over 1050°C. Dette sikrer BTEX (Benzen, Toluen, Ethyl benzen og Xylen) ødeleggelse som ellers ville tette nedstrøms claus catalyst.
Gasser som inneholder ammoniakk, slik som gassen fra raffineriets syreholdige vannstripper (SWS), eller hydrokarboner omdannes i brennermuffelen. Tilstrekkelig luft injiseres i muffelen for fullstendig forbrenning av alle hydrokarboner og ammoniakk. Luften til syregassforholdet styres slik at totalt 1/3 av alt hydrogensulfid (H2S) omdannes TIL SO2. Dette sikrer en støkiometrisk reaksjon for Claus-reaksjonen i det andre katalytiske trinnet(se neste avsnitt nedenfor).
separasjonen av forbrenningsprosessene sikrer en nøyaktig dosering av det nødvendige luftvolumet som trengs som en funksjon av matgassblandingen. For å redusere prosessgassvolumet eller oppnå høyere forbrenningstemperaturer, kan luftbehovet også dekkes ved å injisere rent oksygen. Flere teknologier som bruker oksygenberikning på høyt nivå og lavt nivå er tilgjengelige i industrien, noe som krever bruk av en spesiell brenner i reaksjonsovnen for dette prosessalternativet.
vanligvis oppnås 60 til 70% av den totale mengden elementært svovel produsert i prosessen i det termiske prosessstrinnet.
hoveddelen av den varme gassen fra forbrenningskammeret strømmer gjennom røret til prosessgasskjøleren og avkjøles slik at svovelet dannet i reaksjonstrinnet kondenserer. Varmen som avgis av prosessgassen og kondensasjonsvarmen som utvikles, benyttes til å produsere medium-eller lavtrykksdamp. Det kondenserte svovelet fjernes ved væskeutløpsseksjonen av prosessgasskjøleren.
svovelet dannes i termisk fase som svært reaktive s2 diradikaler som kombinerer utelukkende Til s8 allotrope:
4 s2 → S8
sidereaksjonerrediger
andre kjemiske prosesser som finner sted i termisk trinn Av Claus-reaksjonen er:
- dannelsen AV hydrogengass:
2 h2s → s2 + 2 H2 (ΔH > 0) CH4 + 2 H2O → CO2 + 4 h2
- dannelsen av karbonylsulfid:
H2S + CO2 → S=C=O + H2O
- dannelsen av karbondisulfid:
CH4 + 2 S2 → S=C=S + 2 H2S
Katalytisk trinnrediger
Claus-reaksjonen fortsetter i katalytisk trinn med aktivert aluminium(III) eller titan (IV) oksid, og tjener til å øke svovelutbyttet. Mer hydrogensulfid (H2S) reagerer MED SO2 dannet under forbrenning i reaksjonsovnen i Claus-reaksjonen, og resulterer i gassformig, elementært svovel.
2 H2S + SO2 HRYVNIAS 3 S + 2 H2O (ΔH = -1165.6 kJ mol−1)
en foreslått mekanisme er At S6 Og S8 desorb fra katalysatorens aktive steder med samtidig dannelse av stabilt syklisk elementært svovel.
katalytisk utvinning av svovel består av tre undertrinn: oppvarming, katalytisk reaksjon og kjøling pluss kondensering.Disse tre trinnene gjentas vanligvis maksimalt tre ganger. Der en forbrenning eller tail-gas treatment unit (tgtu) legges nedstrøms Claus-anlegget, installeres vanligvis bare to katalytiske trinn.
det første prosesstrinnet i katalytisk fase er gassoppvarmingsprosessen. Det er nødvendig å forhindre svovelkondensasjon i katalysatorsengen, noe som kan føre til katalysatorfouling. Den nødvendige sengens driftstemperatur i de enkelte katalytiske stadiene oppnås ved oppvarming av prosessgassen i en reheater til ønsket driftstemperatur er nådd.
Flere metoder for oppvarming brukes i industrien:
- Varmgass bypass: som innebærer å blande de to prosessgassstrømmene fra prosessgasskjøleren (kald gass) og bypassen (varm gass) fra den første passeringen av spillvarmekjelen.
- Indirekte dampvarmere: gassen kan også varmes opp med høytrykksdamp i en varmeveksler.
- Gass / gass vekslere: hvorved den avkjølte gassen fra prosessgasskjøleren oppvarmes indirekte fra den varme gassen som kommer ut av en oppstrøms katalytisk reaktor i en gass-til-gass-veksler.
- Direktefyrte ovner: avfyrte reheaters som bruker syregass eller brenngass, som brennes substoichiometrically for å unngå oksygen gjennombrudd som kan skade claus catalyst.
den vanligvis anbefalte driftstemperaturen i det første katalysatorstadiet er 315 °C til 330 °C (bunnsengtemperatur). Den høye temperaturen i første fase bidrar også til å hydrolysere COS OG CS2, som dannes i ovnen og ellers ikke ville bli omdannet i den modifiserte Claus-prosessen.
den katalytiske omdannelsen maksimeres ved lavere temperaturer, men det må tas hensyn til at hver seng drives over duggpunktet av svovel. Driftstemperaturene i de påfølgende katalytiske stadiene er typisk 240 °C for andre trinn og 200 hryvnias C for tredje trinn (bunnsengtemperaturer).
i svovelkondensatoren avkjøles prosessgassen som kommer fra den katalytiske reaktoren til mellom 150 Og 130 °C. kondensasjonsvarmen brukes til å generere damp på kondensatorens skallside.
før lagring føres flytende svovelstrømmer fra prosessgasskjøleren, svovelkondensatorene og fra den endelige svovelseparatoren til avgassingsenheten, hvor gassene (primært H2S) oppløst i svovelet fjernes.
halegassen fra Claus-prosessen som fortsatt inneholder brennbare komponenter og svovelforbindelser (H2S, H2 og CO) blir enten brent i en forbrenningsenhet eller videre desulfurisert i en nedstrøms halegassbehandlingsenhet.
sub duggpunkt Claus processEdit
den konvensjonelle Claus prosessen beskrevet ovenfor er begrenset i sin konvertering på grunn av reaksjonslikevekt blir nådd. Som alle eksoterme reaksjoner, kan større konvertering oppnås ved lavere temperaturer, men Som nevnt Claus reaktoren må drives over svovel duggpunkt (120-150 °C) for å unngå flytende svovel fysisk deaktivere katalysatoren. For å overvinne dette problemet, er sub duggpunkt Clauss reaktorer orientert parallelt, med en drift og en ekstra. Når en reaktor har blitt mettet med adsorbert svovel, blir prosessstrømmen viderekoblet til standby-reaktoren. Reaktoren regenereres deretter ved å sende prosessgass som er oppvarmet til 300-350 °C for å fordampe svovelet. Denne strømmen sendes til en kondensator for å gjenopprette svovelet.