Le processus Claus | netl.doe.gov

Le procédé Claus de base pour la combustion sous-stoechiométrique du sulfure d’hydrogène (H2S) en soufre élémentaire suit les réactions suivantes:

H2S + 1 ½ O2 → SO2 + H2O

2 H2S + SO2 → 2 H2O + 3 S1

3 H2S + 1 ½ O2 → 3 H2O +3 S

La figure 12 montre un schéma d’écoulement de procédé typique d’une unité de récupération de soufre Claus à 2 étages (SRU). Le gaz acide issu du procédé d’élimination des gaz acides (AGR), ainsi que les gaz de tête provenant du décapage à l’eau acide et une petite quantité de recyclage provenant de l’unité de traitement des gaz de queue (non représentée), sont brûlés dans le four Claus avec suffisamment d’air ou d’oxygène pour produire un mélange gazeux global avec le rapport stoechiométrique souhaité de 2 à 1 de H2S sur le dioxyde de soufre (SO2) pour la conversion en soufre et en eau. Une quantité importante de soufre (environ 2/3 du soufre total récupéré) est formée thermiquement directement dans le four par les réactions ci-dessus. Lorsque l’échappement du four chaud est refroidi dans la chaudière à chaleur résiduelle (WHB), le soufre gazeux est condensé et éliminé des gaz. L’élimination du soufre des côtés droits des réactions fournit une force motrice pour une conversion ultérieure dans les étages de réacteur catalytique en aval, qui se produisent à des températures de plus en plus basses, favorisant également une conversion plus complète en soufre. Les gaz sont réchauffés et pénètrent dans le premier réacteur catalytique, où une conversion d’environ 75% des gaz restants a lieu, suivie d’un refroidissement, d’une condensation du soufre et d’une élimination. Une ou deux autres étapes suivent pour récupérer environ 98% du soufre total. La chaleur de réaction produite dans le brûleur est récupérée dans le WHB intégré en générant de la vapeur moyenne pression, utilisée à la fois pour le réchauffage des étages catalytiques et pour une utilisation extérieure.

Les produits soufrés sont refroidis et condensés, générant de la vapeur à basse pression. Le produit de soufre condensé est stocké dans une fosse souterraine de soufre fondu, où il est ensuite pompé vers le chargement par camion pour expédition. Le gaz de queue Claus du condenseur à soufre du dernier étage est envoyé à une unité de traitement du gaz de queue pour éliminer le H2S, le SO2 et le sulfure de carbonyle (COS) non convertis avant l’élimination.

Références / Lectures supplémentaires

• Gazéification (2003)
  par Christopher Higman et Maarten van der Burgt, Éditions Elsevier

1. En pratique, diverses formes allotropes de soufre sont impliquées dont principalement S2, S6 et S8. Prédire avec précision la formation, le comportement et la distribution du soufre dans les étapes du processus Claus nécessite une attention particulière à la thermodynamique de tous les allotropes.
2. Originaire de Weiss, M.-M., “Selection of the acid gas removal process for IGCC applications”, Document présenté à la conférence IChemE “La technologie de gazéification en pratique”, Milan; reproduit dans Christopher Higman et Maarten van der Burgt, Gazéification, 1ère édition, Elsevier Science (2003).
3. Un agencement de flux fractionné est également possible dans lequel une fraction significative de l’alimentation en gaz acide contourne le four et passe directement au premier étage catalytique; le choix de l’agencement de flux dépend de plusieurs facteurs, notamment la concentration en H2S dans le gaz d’alimentation, la teneur en hydrocarbures du gaz acide, si de l’air ou de l’oxygène est utilisé pour allumer le four, et le préchauffage des flux d’alimentation en air et en gaz acide. Une discussion détaillée de ces complexités dépasse le cadre de cette discussion; pour plus d’informations, le lecteur est renvoyé au chapitre 8 “Procédés de récupération du soufre” dans la Purification des gaz, Arthur L. Kohl et Richard Nielsen, Gulf Professional Publishing (1997).

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