Der Claus-Prozess | netl.doe.gov

Das grundlegende Claus-Verfahren zur substöchiometrischen Verbrennung von Schwefelwasserstoff (H2S) zu elementarem Schwefel folgt den folgenden Reaktionen:

H2S + 1 ½ O2 → SO2 + H2O

2 H2S + SO2 → 2 H2O + 3 S1

3 H2S + 1 ½ O2 → 3 H2O + 3 S

Abbildung 12 zeigt ein typisches Prozessablaufschema einer 2-stufigen Straight-Through-Claus-Schwefelrückgewinnungseinheit (SRU). Sauergas aus dem Acid Gas Removal (AGR) -Prozess wird zusammen mit Kopfgasen aus dem Sauerwasserstrippen und einer kleinen Menge Rückführung aus der Endgasbehandlungseinheit (nicht gezeigt) im Claus-Ofen mit ausreichend Luft oder Sauerstoff verbrannt, um ein Gesamtgasgemisch mit dem gewünschten 2 bis 1 stöchiometrischen Verhältnis von H2S zu Schwefeldioxid (SO2) zur Umwandlung in Schwefel und Wasser zu erzeugen. Eine wesentliche Menge Schwefel (etwa 2/3 des gesamten zurückgewonnenen Schwefels) wird durch die obigen Reaktionen direkt im Ofen thermisch gebildet. Bei der Abkühlung des heißen Ofenabgases im Abhitzekessel (WHB) wird der gasförmige Schwefel kondensiert und aus den Gasen entfernt. Die Entfernung des Schwefels von den rechten Seiten der Reaktionen liefert treibende Kraft für die weitere Umsetzung in den nachgeschalteten katalytischen Reaktorstufen, die bei immer niedrigeren Temperaturen auftreten und auch eine vollständigere Umwandlung in Schwefel begünstigen. Die Gase werden wieder erwärmt und gelangen in den ersten katalytischen Reaktor, wo etwa 75% der verbleibenden Gase umgesetzt werden, gefolgt von Kühlung, Schwefelkondensation und Entfernung. Eine weitere Stufe oder zwei folgen, um etwa 98% des gesamten Schwefels zurückzugewinnen. Die im Brenner erzeugte Reaktionswärme wird im integrierten WHB durch Erzeugung von Mitteldruckdampf zurückgewonnen, der sowohl für die Nacherwärmung für katalytische Stufen als auch für den Außeneinsatz verwendet wird.

Schwefelprodukte werden gekühlt und kondensiert, wobei Niederdruckdampf erzeugt wird. Kondensiertes Schwefelprodukt wird in einer unterirdischen geschmolzenen Schwefelgrube gelagert, wo es später zur LKW-Beladung für den Versand gepumpt wird. Claus-Endgas aus dem Schwefelkondensator der letzten Stufe wird zu einer Endgasbehandlungseinheit geleitet, um nicht umgesetztes H2S, SO2 und Carbonylsulfid (COS) vor der Entsorgung zu entfernen.

Referenzen / Weiterführende Literatur

• Vergasung (2003)
  von Christopher Higman und Maarten van der Burgt, Elsevier Publishing

1. In der Praxis sind verschiedene allotrope Formen von Schwefel beteiligt, darunter hauptsächlich S2, S6 und S8. Die genaue Vorhersage der Bildung, des Verhaltens und der Verteilung von Schwefel in den Claus-Prozessstufen erfordert die Beachtung der Thermodynamik aller Allotrope.
2. Ursprünglich von Weiss, M.-M., “Selection of the acid gas removal process for IGCC applications”, Vortrag auf der IChemE-Konferenz “Gasification Technology in Practice”, Mailand; reproduziert in Christopher Higman und Maarten van der Burgt, Gasification, 1st edition, Elsevier Science (2003).
3. Es ist auch eine Split-Flow-Anordnung möglich, bei der ein erheblicher Teil der Sauergaszufuhr den Ofen umgeht und direkt in die erste katalytische Stufe gelangt; Die Auswahl der Strömungsanordnung hängt von mehreren Faktoren ab, einschließlich der Konzentration von H2S im Einsatzgas, des Kohlenwasserstoffgehalts des Sauergases, ob Luft oder Sauerstoff zum Befeuern des Ofens verwendet wird, und der Vorwärmung von Luft- und Sauergaszufuhrströmen. Eine detaillierte Diskussion dieser Komplexität sprengt den Rahmen dieser Diskussion; für weitere Informationen wird auf Kapitel 8 “Sulfur Recovery Processes” in Gas Purification, Arthur L. Kohl und Richard Nielsen, Gulf Professional Publishing (1997) verwiesen.

Syngasreinigung

• Kommerzielle Technologien für die Syngasreinigung
• Entfernung und Konditionierung von Syngasverunreinigungen
  • Entfernung von Sauergas (AGR)
  • Schwefelrückgewinnung und Endgasbehandlung
    • Der Claus-Prozess
    • SCOT Endgasbehandlung
    • Schwefelsäure
  • Partikelentfernung
  • Quecksilber- / Giftstoffemissionen
  • COS-Hydrolyse
  • Wassergasverschiebung & Wasserstoffproduktion
• Entwicklungssyngasreinigungstechnologie
• DOE unterstützte R& D-Projekte für Syngas Cleanup-Technologie
• Emissionen Vorteile der Vergasung