Influenza delle condizioni operative e delle metodologie di monitoring sul processo di conversione a zolfo elementare del gas acido di raffineria

La ExxonMobil Augusta possiede un impianto Claus progettato per produrre fino a 220ton/day di zolfo, composto da due treni paralleli (chiamati Zolfo1 (S1) e Zolfo2 (S2)) di conversione da due stadi catalitici ciascuno, convogliati insieme in un terzo sta-dio catalitico (3° Stadio) la cui uscita (Tail gas) confluisce nell’impianto TGCU (Super-Claus®) e successivamente in un forno inceneritore.

Il gas acido che alimenta in parallelo i due treni di conversione proviene dalla rigenerazione della soluzione amminica (MEA) e dall’impianto Sour Water Stripper (SWS). Il gas acido da MEA è un gas particolarmente puro in H2S la cui concentrazione supera l‘80 mol%. Il gas acido da SWS invece ha una concentrazione inferiore di H2S (circa il 50-70%) e contiene diverse impurezze tra cui circa il 10-30mol% di ammoniaca.

Entrambi gli stream gassosi vengono alimentati, unitamente all‘aria di combustione, al combustore F861 (S1) e F871 (S2) dove avvengono le reazioni Claus e l‘ossidazione dei composti idrocarburici ed ammoniacali. Per evitare problematiche relative alla importante presenza di ammoniaca nel gas feed, è bene mantenere la temperatura nel combustore attorno ai 1300°C. A questa temperatura, infatti, l‘ammoniaca incombusta, reagisce con l‘NO prodotto dalla parziale combustione di NH3 e con l‘ossigeno, formando azoto gassoso N2 e H2O.

La regolazione della temperatura del combustore avviene effettuando uno split-flow di una parte del gas acido da MEA (il gas più povero di impurezze) direttamente verso la caldaia. In tal modo la quantità di ossigeno presente nel combustore non sarà più in forte difetto ri-spetto ai combustibili (atmosfera meno riducente rispetto lo straight-through); inoltre, si ottiene una fiamma più calda e stabile perché i fenomeni di quenching di gas freddi sono notevolmente ridimensionati.

Le caldaie E861 (S1) e E871 (S2) sono delle caldaie a tubi di fumi progettate per produrre vapore a media pressione. A tali condizioni la temperatura dei fumi in uscita sarà di 310°C. Tale temperatura si trova in prossimità del punto di rugiada dello zolfo in quelle condizioni, per cui, la caldaia è provvista di un drenaggio a guardia idraulica per recuperare l‘eventuale zolfo condensato.

I fumi uscenti dalle caldaie vengono ulteriormente raffreddati nei rispettivi primi condensatori che producono vapore a bassa pressione. Il susseguente rilancio termico è affidato a reheaters a contatto indiretto che utilizzano come fluido riscaldante vapore a 40 barg.

I due stadi catalitici operanti nei due impianti S1 e S2, sono progettati per ottimizzare l‘idrolisi di COS e CS2 nel primo reattore, mentre ottimizzano la reazione Claus nel secondo. Inoltre, entrambi i reattori, sono protetti da indesiderati trascinamenti di ossigeno dal combustore tramite un particolare strato catalitico superficiale di materiale che ne arresta l’avanzata.