o diagramă schematică a fluxului de proces al unei unități SuperClaus de bază cu 2 + 1 reactor (convertor) este prezentată mai jos:
tehnologia Claus poate fi împărțită în două etape de proces, termică și catalitică.
stepEdit termic
în etapa termică, gazul încărcat cu hidrogen sulfurat reacționează într-o combustie substoichiometrică la temperaturi de peste 850 centimetric C, astfel încât sulful elementar precipită în răcitorul de gaz de proces din aval.
conținutul de H2S și concentrația altor componente combustibile (hidrocarburi sau amoniac) determină locul în care este ars gazul de alimentare. Gazele Claus (gaz acid) fără alte conținuturi combustibile în afară de H2S sunt arse în lănci care înconjoară o mufă centrală prin următoarea reacție chimică:
2 H2S + 3 O2 2 SO2 + 2 H2O (018 kJ mol−1)
aceasta este o oxidare totală cu flacără liberă puternic exotermă a hidrogenului sulfurat, generând dioxid de sulf, care reacționează în reacțiile ulterioare. Cea mai importantă este reacția Claus:
2 H2S + SO2 3 S + 2 H2O
ecuația generală este:
2 H2S + O2 2 S + 2 H2O
temperatura din interiorul cuptorului Claus este adesea menținută peste 1050 C. Acest lucru asigură distrugerea BTEX (benzen, toluen, etil benzen și xilen) care altfel ar înfunda catalizatorul Claus în aval.
gazele care conțin amoniac, cum ar fi gazul de la decapantul de apă acră (SWS) al rafinăriei sau hidrocarburile sunt transformate în mufa arzătorului. Se injectează suficient aer în mufă pentru arderea completă a tuturor hidrocarburilor și amoniacului. Raportul aer-gaz acid este controlat astfel încât în total 1/3 din tot hidrogenul sulfurat (H2S) este transformat în SO2. Aceasta asigură o reacție stoichiometrică pentru reacția Claus în a doua etapă catalitică (vezi secțiunea următoare de mai jos).
separarea proceselor de ardere asigură o dozare exactă a volumului de aer necesar în funcție de compoziția gazului de alimentare. Pentru a reduce volumul gazului de proces sau pentru a obține temperaturi mai ridicate de ardere, necesarul de aer poate fi acoperit și prin injectarea de oxigen pur. Mai multe tehnologii care utilizează îmbogățirea oxigenului la nivel înalt și scăzut sunt disponibile în industrie, ceea ce necesită utilizarea unui arzător special în cuptorul de reacție pentru această opțiune de proces.
de obicei, 60 până la 70% din cantitatea totală de sulf elementar produsă în proces este obținută în etapa procesului termic.
porțiunea principală a gazului fierbinte din camera de ardere curge prin tubul răcitorului de gaz de proces și este răcită astfel încât sulful format în etapa de reacție să se condenseze. Căldura degajată de gazul de proces și căldura de condensare evoluată sunt utilizate pentru a produce abur de presiune medie sau joasă. Sulful condensat este îndepărtat la secțiunea de ieșire a lichidului din răcitorul de gaz de proces.
sulful formeaza in termică faza ca foarte reactive S2 diradicals care combină exclusiv S8 alotrop:
4 S2 → S8
Partea reactionsEdit
Alte procese chimice care au loc în termică pas de Crăciun reacție sunt:
- formarea de gaz de hidrogen:
2 H2S → S2 + 2 H2 (ΔH > 0) CH4 + 2 H2O → CO2 + 4 H2
- formarea de carbonil sulfură de:
H2S + CO2 → S=C=O + H2O
- formarea de disulfură de carbon:
CH4 + 2 S2 S=C=S + 2 H2S
catalitic stepEdit
reacția Claus continuă în etapa catalitică cu oxid de aluminiu(III) sau titan(IV) activat și servește la creșterea producției de sulf. Mai mult hidrogen sulfurat (H2S) reacționează cu SO2 format în timpul arderii în cuptorul de reacție în reacția Claus și are ca rezultat sulf gazos, elementar.
2 H2S + SO2 3 S + 2 H2O (-1165,6 kJ mol-1)
un mecanism sugerat este acela că S6 și S8 se desorb din situsurile active ale catalizatorului cu formarea simultană a sulfului elementar ciclic stabil.
recuperarea catalitică a sulfului constă din trei substepuri: încălzire, reacție catalitică și răcire plus condensare.Acești trei pași se repetă în mod normal de maximum trei ori. În cazul în care se adaugă o unitate de incinerare sau de tratare a gazelor reziduale (tgtu) în aval de instalația Claus, sunt instalate de obicei doar două etape catalitice.
prima etapă a procesului în etapa catalitică este procesul de încălzire cu gaz. Este necesar să se prevină condensarea sulfului în patul catalizatorului, ceea ce poate duce la murdărirea catalizatorului. Temperatura necesară de funcționare a patului în etapele catalitice individuale se obține prin încălzirea gazului de proces într-un reîncălzitor până la atingerea temperaturii dorite a patului de funcționare.
mai multe metode de reîncălzire sunt utilizate în industrie:
- bypass cu gaz fierbinte: care implică amestecarea celor două fluxuri de gaz de proces din răcitorul de gaz de proces (gaz rece) și bypass (gaz fierbinte) de la prima trecere a cazanului de căldură reziduală.
- reîncălzitoare indirecte cu abur: gazul poate fi încălzit și cu abur de înaltă presiune într-un schimbător de căldură.
- schimbătoare de gaze/gaze: prin care gazul răcit din răcitorul de gaz de proces este încălzit indirect din gazul fierbinte care iese dintr-un reactor catalitic din amonte într-un schimbător gaz-gaz.
- încălzitoare cu ardere directă: reîncălzitoare cu ardere care utilizează gaz acid sau gaz combustibil, care este ars substoichiometric pentru a evita pătrunderea oxigenului care poate deteriora catalizatorul Claus.
temperatura de funcționare recomandată în mod obișnuit pentru prima treaptă a catalizatorului este de 315 la 330 la 330 la sută la sută (temperatura patului inferior). Temperatura ridicată din prima etapă ajută, de asemenea, la hidrolizarea COS și CS2, care se formează în cuptor și altfel nu ar fi transformată în procesul Claus modificat.
conversia catalitică este maximizată la temperaturi mai scăzute, dar trebuie să aveți grijă ca fiecare pat să funcționeze deasupra punctului de rouă al sulfului. Temperaturile de funcționare ale etapelor catalitice ulterioare sunt de obicei de 240 CTX pentru a doua etapă și de 200 CTX pentru a treia etapă (temperaturile patului inferior).
în condensatorul de sulf, gazul de proces provenit de la reactorul catalitic este răcit la între 150 și 130 C. Căldura de condensare este utilizată pentru a genera abur la partea carcasei condensatorului.
înainte de depozitare, fluxurile de sulf lichid din răcitorul de gaz de proces, condensatoarele de sulf și din separatorul final de sulf sunt direcționate către unitatea de degazare, unde sunt îndepărtate gazele (în principal H2S) dizolvate în sulf.
gazul rezidual din procesul Claus care conține încă componente combustibile și compuși ai sulfului (H2S, H2 și CO) este fie ars într-o unitate de incinerare, fie desulfurat în continuare într-o unitate de tratare a gazelor reziduale din aval.
sub punctul de rouă Claus processEdit
procesul convențional Claus descris mai sus este limitat în conversia sa datorită atingerii echilibrului de reacție. La fel ca toate reacțiile exoterme, se poate realiza o conversie mai mare la temperaturi mai scăzute, totuși, așa cum s-a menționat, reactorul Claus trebuie să funcționeze deasupra punctului de rouă de sulf (120-150 CTC) pentru a evita dezactivarea fizică a catalizatorului cu sulf lichid. Pentru a depăși această problemă, reactoarele Clauss sub punctul de rouă sunt orientate în paralel, cu unul de funcționare și unul de rezervă. Când un reactor a devenit saturat cu sulf adsorbit, fluxul de proces este deviat către reactorul de așteptare. Reactorul este apoi regenerat prin trimiterea gazului de proces care a fost încălzit la 300-350 C pentru a vaporiza sulful. Acest flux este trimis la un condensator pentru a recupera sulful.