Le raffinerie che lavorano greggi ad alto tenore di zolfo producono quantità significative di sottoprodotto solfuro di idrogeno (H2S), chiamato anche gas acido. Questo gas viene spesso trattato in un'unità di recupero dello zolfo (SRU) Claus.
Il processo Claus converte il gas acido (H2S) in zolfo elementare in un processo di combustione in carenza di ossigeno e lo zolfo liquido proveniente dal condensatore passa attraverso una gamba di tenuta in una fossa coperta da cui viene pompato su camion o vagoni ferroviari per essere spedito agli utenti finali. Circa il 65-70% dello zolfo viene recuperato. Il processo SCOT (Shell Claus Off-gas Treating Process) è stato sviluppato da Shell e introdotto nei primi anni Settanta come un processo interessante per migliorare l'efficienza di un'unità di recupero dello zolfo Claus. Il processo consiste in quattro processi di combustione (oltre a reattori catalitici che non vengono trattati in questa sede):
1. Forno di reazione
2. Riscaldatore in linea Riscaldatore in linea
3. Generatore di gas di riduzione
4. Inceneritore di gas di coda Inceneritore di gas di coda
L'analisi CFD discussa in questo articolo considera solo il secondo processo, il riscaldatore in linea. Il riscaldatore in linea riscalda il gas acido mescolandolo con i prodotti di riduzione caldi della combustione. Un'importante considerazione progettuale è che i prodotti di combustione miscelati siano riducenti. Se l'O2 slip (O2 non bruciato) è disponibile per la miscelazione con il gas acido, l'H2S può essere ossidato in composti indesiderati (ad esempio, SO3, SO4, H2SO4) che possono attaccare i refrattari e danneggiare l'ambiente.
Conclusioni
Il presente lavoro ha presentato l'analisi CFD della sezione del riscaldatore in linea di un sistema SCOT. L'analisi ha indicato che la miscelazione nella zona vicina al bruciatore è molto buona e che non è previsto il carryover di O2. L'analisi della composizione chimica nel reattore utilizzando il codice di equilibrio termodinamico CET89 ha facilitato la previsione delle frazioni molari di acetilene all'equilibrio in punti del recipiente. Queste frazioni molari indicano che la formazione di fuliggine non si verificherà nella zona di combustione o nella zona di miscelazione dei gas di coda della SRU.
L'uso dell'analisi CFD durante la fase di progettazione dei sistemi di combustione industriali può ridurre significativamente la probabilità di problemi di avvio e di funzionamento. In questo caso, problemi come le fiamme lunghe o la produzione di fuliggine nel forno sarebbero molto costosi da riparare perché l'unità è in funzione continuamente. Il funzionamento del sistema è stato testato attraverso i casi di prestazione successivi. I dati ottenuti da questi casi sono stati confrontati con le misure sperimentali (sia la caduta di pressione misurata in varie parti del reattore sia l'osservazione visiva della formazione di fuliggine). Sulla base di questi confronti, il reattore è stato costruito e installato e sta funzionando con successo come previsto.
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