شرح فرآیند مختصر واحد بازیابی گوگرد (Claus Process):
فرآيند بازيابی گوگرد (Claus process) شامل مراحل فرآيندی زير است:
– احتراق: هيـــدروکربنها و ساير ترکيبات قابل احتراق همراه با يک سوم سولفيد هيدروژن می سوزند.
– بازيابی اتلاف حرارتی: در اين قسمت محصولات حاصل از احتراق بوسيله توليد بخار با فشار kPa(ga) 3450 – 1030 سرد می شوند. دمـــای جــريـان گـاز فـرآينــدی ســرد شـده در حدود Cº 370-315 می باشد.
– ميعان گوگرد: جريانهای خروجی از واحد بازيابی اتلاف حرارتی و تبـــديل کننده های کاتاليستی نيز از طريق توليد بخار با فشار kPa(ga) 480- 345 سرد می شوند. دمای جريان خروجی از آخــرين کندانســور در حــدود Cº 177 يا Cº 149- Cº 127 می باشد.
-گرمايش مجدد: جريان گاز فرآيندی جهت ورود به تبديل کننده های کاتاليستی و ايجاد شرايط مناسب جهت واکنش تا دمای بالاتر از دمای شبنم گوگرد، گرم می شود.
– تبديل کاتاليستی: واکنش H2S و SO2 برای تشکيل گوگرد انجام می شود.
تفاوت های فرآيندی
مهمترين تفاوت هايی که باعث استفاده از حالت های متفاوت فرآيند کلاوس می شود، شامل کيفيت گوگرد توليدی، پيش گرم کردن هوا وخوراک گاز اسيدی، امکان استفاده از اکسيژن و افت فشار در طول فرآيند می باشد.
مهمترين حالات مربوط به فرآيند کلاوس در زير آمده است:
1)حالت يک سره
2)حالت شاخه ای يا انشعابی
3)فرآيند کلاوس همراه با برگرداندن گوگرد
4)فرآيند کلاوس همراه با اکسايش مستقيم سولفيد هيدروژن
تفاوت در ترکيب درصد گاز خوراک يک عامل استفاده از حالات متفاوت فرآيند کلاوس میباشد. تفاوت های ديگر مربوط به نحوه به کارگيری راکتور کلاوس، سرمايش در مبدلها و جداسـازی گوگرد می باشد.
در خوراک هايی که مقدار جزء H2S آن کم می باشد، مهمترين مسأله پايداری شعله است. (براي يک عمليات پايدار دمای شعله درحدودCº 980 می باشد) يک راه اجتناب از اين مسأله و ايجاد پايداری خوب شعله، پيش گرم شدن هوا و گاز اسيدی می باشد.
برای بهبود پايداری شعله نیز می توان از يک محترق کننده قوی، اضافه کردن گاز سوختنی به خوراک گاز يا استفاده از اکسيژن و يا هوای غنی از اکسيژن برای احتراق استفاده کرد.
عملیات متراکم سازی و تولید گوگرد
گوگرد توليدی از اولين تبديل کننده کاتاليستی مايع می شود. معمولا به دنبال هر کدام از تبديل کننده های کاتاليستی يک کندانسور قرار دارد. اين کندانسورها مشخصاً براي ايجـاد دماهاي C º 182-166 طراحی شده اند. اين شرايط دمایی باعث تشکيل گوگرد مايع با ويسکوزيته کم در دمای پوسته فلزی (که دمای آن بالای دمای شبنم اسيد سولفوريک می باشد) می شود.
دمای خروجی از آخرين کندانسور گوگرد بسته به سرمايش موجود C º 127 می باشد.
به علاوه، از يک اختلاف دمای بزرگ بين گازهای فرآيندی و متوسط سرمايش بايد اجتناب شود.
ذخیره گوگرد
در نهایت، گوگرد ذخيره شده به عنوان مايع (با دمای تقريبی Cº 138) و يا به عنوان جامد(در دمای محيط ) می باشد. يک طرح بازيابی گوگرد معمولاً با يک تانک يا ظرف، گوگرد را ذخيره می کند(که جنس آن از آهن يا ستون مقاوم در مقابل اسيد است و براي توليد 5-3 روز طراحی شده است).
اگرگوگردبه صورت مايع باشد ازهرتانک گوگردبه طورمستقيم به واگن تانک يا ماشين تانک درمسيرريلی پمپ می شود.
- منابع:
- Ribhi El-Bishtawi & No’man Haimour, Claus recycle with double combustion process, Fuel Processing Technology, 2004, 86, 245– 260.
- Manenti F. et al, Model-based optimization of sulfur recovery units, Computers & Chemical Engineering, 2014, 66, 244–251.
- Glarborc P., et al, Impact of SO, and NO on CO Oxidation under Post Flame Conditions, International Journal of Chemical Kinetics, 1996,28, 773-790.
- Manenti F., et al, Reactor network analysis of Claus furnace with detailed kinetics, Proceedings of the 22nd European Symposium on Computer Aided Process Engineering, 17-20 June 2012, London.
خلاصه ای از پروژه انجام شده:
در این پروژه واحد بازیابی گوگرد با کمک مقالات منتشر شده و سایر مطالعات انجام شده در مورد فرآیند کلاوس، با استفاده از نرم افزار Aspen HYSYS شبیه سازی شد.
از مهم ترین موارد قابل توجهی که در این پروژه وجود داشت می توان به موارد زیر اشاره کرد:
تعریف واکنش های متعدد و پیچیده کوره واحد کلاوس،
شبیه سازی کوره واحد کلاوس با راکتور تبدیلی،
استفاده همزمان از راکتور های تبدیلی و پلاگ به منظور انجام واکنش های بازیابی گوگرد،
استفاده از مبدل های حرارتی برای پیش گرم کردن جریان های ورودی به راکتورهای تبدیلی درهرمرحله از فرآیند کلاوس