Las plantas recuperadoras de azufre que cuentan con proceso superclaus incrementan su porcentaje de recuperación de azufre al 98.5%. Ver diagrama de flujo

El proceso superclaus consiste de una etapa térmica, seguida por 3 etapas de reacción catalíticas (R-1, R-2, R-3), con sus correspondientes condensadores para la remoción de azufre. Los dos primeros reactores se llenan con catalizador claus estándar, mientras que el tercero se llena con el nuevo catalizador de oxidación selectiva. En la etapa térmica, el gas ácido se quema con una cantidad subestequiométrica de aire de combustión controlada, tal que el gas de cola que abandona el segundo reactor (R-2), típicamente contiene de 0.8% a 1.0% vol. de ácido sulfhídrico (H2S). El nuevo catalizador en el tercer reactor (R-3), oxida el H2S a azufre con una eficiencia mayor de 85%. Sin embargo, dado que el nuevo catalizador de oxidación selectiva ni oxida el H2S a azufre y agua, ni revierte la reacción de azufre y agua a H2S y SO2, entonces se puede obtener una eficiencia total de recuperación de azufre de hasta 99.0%. El azufre líquido recuperado tiene una pureza del 99.9%.

Los complejos procesadores de gas Cactus, Ciudad Pemex, Nuevo Pemex y Poza Rica cuentan con plantas recuperadoras de azufre con proceso superclaus, similares a la de la del diagrama típico, con una eficiencia de recuperación de azufre > 98.5%. Los complejos de Arenque y Sector Cangrejera cuentan con proceso claus mejorado con eficiencias de recuperación de azufre del orden de 97.5% y Matapionche tiene una planta recuperadora de azufre con proceso claus y su eficiencia de recuperación de azufre es menor de 97%.

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Las plantas recuperadoras de azufre que cuentan con proceso superclaus incrementan su porcentaje de recuperación de azufre al 98.5%. Ver diagrama de ..

1. INTRODUCCIÓNHasta 1970 el principal motivo para la recuperación de azufre de los gases de refinería erael económico. El sulfuro de hidrogeno se empleaba, junto con otros gases comocombustible de la refinería, y las concentraciones de dióxido de azufre en los gases decombustión estaban dentro de los limites aceptables. Incluso en las refinerías conunidades de recuperación de azufre el rendimiento en la recuperación era del 90 al 93% elcontenido en la corriente de sulfuro de hidrogeno. Los métodos que se empleaban erandel tipo de conversión en lecho catalítico seco, como los procesos Claus modificado y el deOxidación directa. En una operación de un solo paso el rendimiento se limita a 90 93% derecuperación de azufre.Después de la promulgación del Environmental Pollution Act se hizo necesario recuperarmás del 95% del azufre para cumplir las normas sobre polución. Ello requieregeneralmente procesos en dos etapas con unidad de Claus modificada o una unidad deoxidación directa como primera etapa seguida de una segunda etapa tal como un procesoStretford o Sulfreen. Con estas combinaciones puede llegarse a recuperaciones superioresa 98%.

2. OBJETIVOEl principal objetivo de este proceso es convertir el H2S presente en el gas acido y en elgas agrio en azufre elemental.El proceso Claus trabaja correctamente con gases que contengan mas del 20% (envolumen de sulfuro de hidrogeno y menos del 5% en hidrocarburos).El rendimiento global no es superior al 95%. Esta limitado por consideracionestermodinámicas.

3. LIMITACIONES DE LOS PROCESOS EN (%molar)1. Proceso de combustión parcial:a)Concentración de sulfuro de hidrogeno: mayor o igual al 50%b)Concentración de hidrocarburo: menor al 2%2. Proceso de flujo dividido:a)Concentración de sulfuro de hidrogeno: 20 a 50%b)Concentración de hidrocarburo: menor al 5%

4. REACTOREl reactor debe ser de flujo continuo es decir un CSTR. Y como el catalizador seencuentra colocado en camas (lechos) el reactor mas adecuado es un reactor de lechofijo, que consisten en uno o más tubos empacados con partículas de catalizador, queoperan en posición vertical. Las partículas catalíticas pueden variar de tamaño yforma: granulares, cilíndricas, esféricas, etc.CATALIZADOR ALÚMINA(AL2O3)PropiedadesEstado de agregación: sólidoDensidad 3860 kg/m3; 3,86 g/cm3Masa molar 101,96 g/molPunto de fusión 2345 K (-270,805 °C)Punto de ebullición 3250 K (-269,9 °C)Solubilidad en agua: insoluble

5. Proceso Claus de combustión parcial (un solo paso)En el proceso de un solo paso, se introduce al quemador la cantidad suficiente de airepara quemar una tercera parte del sulfuro de hidrogeno hasta dióxido de azufre. Estequemador se sitúa en una cámara de reacción que puede ser un recipiente separado obien una parte del calderin de residuo. El objetivo de la cámara de reacción esproporcionar suficiente tiempo para que la reacción de combustión se complete antesde que la temperatura del gas se reduzca en el calderin de residuo.El calderin de residuo elimina la mayor parte del calor de la reacción exotérmica de losgases mediante la producción de vapor. Se emplean distintos tipos de calderines.Usualmente están dispuestos de modo que el gas circule por diversos grupos de tubosen serie con unas cámaras o “canales” en las que una parte de los gases pueda extraersea una elevada temperatura y así se recaliente la corriente principal de gas antes de losconvertidores catalíticos. Frecuentemente condensa algo de azufre elemental, que seelimina del gas en el calderin. En algunas plantas se coloca un condensador separadodespués del calderin. Se controla la temperatura del gas de modo que sea de 425 a475ºF. Ello es necesario para mantener el lecho de catalizador por encima del punto deroció del azufre, para evitar que el catalizador se recubra con azufre y se desactive. Lareacción entre el sulfuro de hidrogeno y el dióxido de azufre en el convertidor estambién exotérmica.

6. Los gases del convertidor se enfrían en el condensado siguiente, y se elimina la mayorparte del azufre elemental como liquido. Las temperaturas de salida del condensadordeben mantenerse por encima de 250ºF, para impedir la solidificación del azufre.Normalmente se disponen dos convertidores y dos condensadores en serie, pero algunasplantas mas modernas tienen tres convertidores. El rendimiento global, tal como se aindicado anteriormente, no es superior al 95%. Esta limitado por consideracionestermodinámicas. Las modificaciones al proceso en un solo paso se centran en el empleo devarios métodos de recalentamiento para el control de la temperatura del alimento delconvertidor tales como cambiador de calor con convertidor de gases de salida,quemadores en línea y recalentadores del tipo de horno.

7. DIAGRAMA DE FLUJO: Proceso Claus de un solo paso8. DIAGRAMA DE FLUJO: Proceso Claus flujo dividido9. REACCIONESProceso Claus de combustión parcial (un solo paso)La corriente de gas

rica en sulfuro de hidrogeno se quema con la tercera parte de lacantidad estequiometria de aire, y los gases calientes se pasan por un catalizador dealúmina, para hacer reaccionar el dióxido de azufre con el sulfuro de hidrogeno noquemado para producir azufre elemental adicional.Quemador: 2H2S + 2O2 SO2 + S + 2H2OReactor: 2H2S + SO2 3S + 2H2OProceso Claus de flujo divididoH2S + 3/2O2 SO2 + S + H2O2H2S + SO2 3S + 2H2OLa reacción de Claus es exotérmica , significa que se genera calor en la reacción

10. COMPUESTOS CARBONO-AZUFREEl sulfuro de carbonilo (COS) y el desulfuro de carbono (CS2) han presentado problemas enmuchas plantas Claus debido al hecho que no pueden convertirse con facilidad en azufreelemental y dióxido de carbono.

Estos compuestos se forman en la etapa de combustión,por la reacción de los hidrocarburos con el dióxido de carbono, de acuerdo con:CH4 + SO2 COS + H2O + H2CO2 + H2S COS + H2OCH4 + 2S2 CS2 + 2H2SSon también posibles reacciones mas complejas. Estos compuestos, si no se transforman,representan una perdida de azufre recuperable y un aumento en la emisión de azufre a laatmosfera. Estudios recientes indican que un catalizador especial de alúmina essignificativamente mas efectivo que el convencional a base de bauxita, para convertir elCOS y el CS2 en azufre elemental.

11. UNIDAD DE RECUPERACIÓN DE AZUFRE CLAUSBase: 100.000 BPDC Aceite crudo, North Slope,Alaska90% recuperación de azufre 86,6Ton/día de azufre %Vol. Componentes Base seca pcem Lb/hr S (lb/hr) Alimento: H2S 92,1 1.737 9.370 8.820 CO2 7,9 148 1.030 N2 3.124 13.850 O2 781 3.960 100,0 5.790 28.210 8.820 Productos: H2S 5,0 174 940 880 CO2 4,3 148 1.030 N2 90,7 3.124 13.850 H2O 1.562 4.450 Azufre 7.940 7.940 100,0 3.446 28.210 8.820

12. Una unidad de azufre Claus reducirá el contenido de sulfuro de hidrogeno de los gasesde salida a menos de 5 ppm.Necesidades de servicios generales de la unidad de azufre Claus:Electricidad: 1.701KWh/díaAgua de alimentación al calderin: 48gpmProducción de vapor, 250psia: 23.040 lb/hr

13. APLICACIONESEl proceso Claus se emplea ampliamente en refinerías y plantas de tratamiento degases, ya que sus características se adaptan muy bien a los caudales y composicionesde gas ácido, que se obtienen en las refinerías. En las plantas de tratamiento de gas, lasconcentraciones en H2S del gas ácido suelen ser más bajas y las plantas necesitanalgunas modificaciones.

14. PROCESO SUPERCLAUSLas plantas recuperadoras de azufre que cuentan con proceso superclaus incrementan suporcentaje de recuperación de azufre al 98.5%. Ver diagrama de flujoEl proceso superclaus consiste de una etapa térmica, seguida por 3 etapas de reaccióncatalíticas (R-1, R-2, R-3), con sus correspondientes condensadores para la remoción deazufre. Los dos primeros reactores se llenan con catalizador Claus estándar, mientras queel tercero se llena con el nuevo catalizador de oxidación selectiva. En la etapa térmica, elgas ácido se quema con una cantidad subestequiométrica de aire de combustióncontrolada, tal que el gas de cola que abandona el segundo reactor (R-2), típicamentecontiene de 0.8% a 1.0% vol. de ácido sulfhídrico (H2S). El nuevo catalizador en el tercerreactor (R-3), oxida el H2S a azufre con una eficiencia mayor de 85%. Sin embargo, dadoque el nuevo catalizador de oxidación selectiva ni oxida el H2S a azufre y agua, ni reviertela reacción de azufre y agua a H2S y SO2, entonces se puede obtener una eficiencia totalde recuperación de azufre de hasta 99.0%. El azufre líquido recuperado tiene una purezadel 99.9%.

15. DIAGRAMA DE FLUJO16. APLICACIÓN EN MÉXICOLos complejos procesadores de gas Cactus, Ciudad

Pemex, Nuevo Pemex y Poza Ricacuentan con plantas recuperadoras de azufre con proceso superclaus, similares a la de ladel diagrama típico, con una eficiencia de recuperación de azufre > 98.5%. Los complejosde Arenque y Sector Cangrejera cuentan con proceso Claus mejorado con eficiencias derecuperación de azufre del orden de 97.5% y Matapionche tiene una planta recuperadorade azufre con proceso Claus y su eficiencia de recuperación de azufre es menor de 97%.

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