BRPI1000995B1 - Processo de dessulfuração de um efluente gasoso, comportando um dispositivo de análise em linha e de controle - Google Patents
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Abstract
PROCESSO DE DESSULFURAÇÃO DE UM EFLUENTE GASOSO, COMPORTANDO UM DISPOSITIVO DE ANÁLISE EM LINHA E DE CONTROLE. A presente invenção refere-se a um processo de dessulfuração de um efluente gasosos, contendo hidrogênio sulfurado, que utiliza uma unidade de tratamento Claus seguida de uma unidade de tratamento de gás residual de Clauss (TGT), esse processo compreende a utilização de umdispositivo de análise em linha da razão H2S/S02 à saída da unidade TGT e de um circuito de regulagem, permitindo manter essa razão molar H2S/S02 à saída da unidade TGT a um valor próximo de 2 e geralmente compreendida entre 1,5 e 2,5.
Description
[0001] A presente invenção refere-se ao domínio do tratamento de gás contendo enxofre, e mais precisamente ao tratamento de gás, aplicando a reação de Claus. Ela se refere mais particularmente a um processo melhorado de tratamento de um efluente gasoso, contendo hidrogênio sulfurado, esse processo permite maximizar o rendimento em enxofre da cadeia Claus e, consequentemente, produzir um gás purificado, contendo geralmente menos de 1% em volume de enxofre elementar, até mesmo menos de 0,5 ou 0,1% em volume de enxofre elementar.
[0002] A presente invenção pode ser vantajosamente aplicada para tratar gases provenientes de unidades de hidrodessulfuração, de craqueamento catalítico ou de purificação do gás natural.
[0003] A invenção tem por objeto um processo melhorado de dessulfuração de um efluente gasoso contendo o hidrogênio sulfurado, utilizando uma unidade de tratamento Claus seguida de uma unidade de tratamento de gás residual (Tail Gas Treatment ou TGT, segundo a terminologia anglo-saxônica), esse processo compreendendo um dispositivo de análise em linha, à saída da unidade TGT, da razão molar H2S/SO2 (igual à razão das percentagens volúmicas desses compostos em fase gasosa) e um circuito de regulagem, permitindo manter essa razão molar H2S/SO2, à saída da unidade TGT, a um valor próximo de 2 e geralmente compreendida entre 1,5 e 2,5.
[0004] Diversos métodos podem ser aplicados para eliminar o hidrogênio sulfurado em um gás a tratar. Esses métodos são descritos, por exemplo, nos pedidos de patente FR-A-2 411 802 e FR-A-2 336 163.
[0005] O processo Claus é amplamente aplicado para recuperar enxofre elementar a partir de cargas gasosas, contendo o hidrogênio sulfurado (H2S). Todavia, as fumaças emitidas pelas instalações de unidades de tipo Claus contêm, mesmo após vários estágios catalíticos, quantidades não desprezíveis de gases ácidos. Então, é necessário, tratar esses efluentes ou gases residuais de unidade Claus (denominados : "tail gas", segundo a terminologia anglo-saxônica) para eliminar a maioria dos compostos tóxicos, de forma a respeitar as normas antipoluição. Essas normas são cada vez mais severas e é necessário melhorar permanentemente a tecnologia existente.
[0006] É conhecido, por exemplo, recuperar, a partir de uma unidade Claus, aproximadamente 95% em peso do enxofre elementar presente no gás a tratar. Um tratamento posterior do efluente de uma unidade Claus (por uma unidade Clauspol®, por exemplo,) permite atingir, por exemplo, 99,8% em peso de enxofre recuperado. A reação de Claus é bem conhecida, em uma unidade Claus, o hidrogênio sulfurado (H2S) reage sobre o anidrido sulfuroso (SO2), segundo a reação: 2 H2S + SO2 3S + 2 H2O
[0007] Para assegurar um rendimento de eliminação do enxofre ótimo e limitar as reações secundárias, é preferível manter a razão molar H2S/SO2 o mais próximo de 2, de acordo com a estequiometria da reação de Claus.
[0008] No caso do processo Clauspol®, essa reação é aplicada em um meio reacional constituído por um solvente orgânico e um catalisador, compreendendo um sal alcalino ou alcalinoterroso de um ácido orgânico. A reação é feita, em geral, à contracorrente em um reator- contactor e sua temperatura é controlada por passagem do solvente que foi estirado na extremidade inferior do reator por uma bomba de circulação, em um trocador térmico, de modo a favorecer a conversão em enxofre, evitando a formação de enxofre sólido. O enxofre é, por- tanto, recuperado sob a forma líquida. O processo, independentemente de bom desempenho, é limitado por diferentes dificuldades: . o equilíbrio termodinâmico da reação é tal que a reação jamais é completa. Hidrogênio sulfurado e dióxido de enxofre permanecem em equilíbrio com o enxofre e a água formados. Tipicamente, a quantidade de enxofre presente em H2S e SO2 que não reagiram e que se encontra no efluente reacional do tratamento de gás residual corresponde a aproximadamente 0,2% a 0,5% em peso do enxofre total da carga da unidade Claus. Uma melhor conversão pode ser considerada a uma temperatura operacional mais baixa, mas essa temperatura deve ser mantida acima do ponto de congelamento do enxofre (aproximadamente 120°C), caso contrário, o reator seria obstruído pe-lo enxofre sólido; . a presença de enxofre líquido não separado no reator- contactor, que é acionado no solvente e o catalisador que circulam, e que se recicla no reator-contactor. Com efeito, todas as goticulas de enxofre líquido não são separadas do solvente e a presença de enxofre líquido aciona irremediavelmente a presença de enxofre gasoso no efluente, devido à tensão de vapor do enxofre. Por exemplo, a quantidade de enxofre não recuperado atribuível à sua tensão de vapor é de aproximadamente 0,1% em peso de enxofre da carga inicial.
[0009] Diferentes processos de tratamento de gás residual ou TGT ("Tail Gas Treatment", segundo a terminologia anglo-saxônica) foram desenvolvidos a partir dos anos 60, baseados na continuação da reação de Claus a mais baixa temperatura (125 - 160°C) sobre um catalisador sólido. Por exemplo, os processos Sulfreen®, CBA® ou MCRC® ou ainda o processo Clauspol® operado em fase líquida.
[00010] O efluente da unidade TGT contém H2S e SO2 residuais, assim como enxofre vapor, a uma pressão parcial correspondente à tensão de vapor à temperatura do reator. Outras espécies sulfuradas formadas no estágio térmico do Claus e notadamente COS e CS2 estão também presentes com teores residuais no efluente da unidade TGT depois que essas espécies tenham sido hidrolisadas em H2S na unidade TGT. O conjunto desse enxofre residual é, em seguida, transformado em SO2 no nível do incinerador antes de ser jogado na atmosfera. Um funcionamento ótimo visa, portanto, reduzir as espécies sulfuradas enviadas no incinerador situado a jusante da unidade TGT.
[00011] Na patente JP 56044844, é descrito um processo de tratamento de gás pela reação de Claus, no qual o funcionamento da unidade é otimizado, graças à determinação da razão H2S/SO2, esta sendo feita à saída da unidade de tipo Claus. A determinação é feita por análise em linha medindo, por um lado, o teor em SO2 do gás e, por outro lado, o teor total em H2S e SO2, graças à oxidação do H2S. Uma válvula de controle permite ajustar a vazão de gás à entrada do reator- contactor Claus, para manter a razão H2S/SO2 à saída do reator- contactor no valor 2. Assim, a reação de Claus pode ocorrer em boas condições, já que o reator-contactor funciona em condições estequio- métricas. Segundo o processo descrito na patente JP 56044844, o teor em enxofre dos gases residuais é ainda de alguns porcento. Essa patente não considera o emprego de um tratamento de gás residual, permitindo atingir os rendimentos atingidos pelo processo, segundo a invenção.
[00012] A patente US 4836999 combina um tratamento de tipo Claus e um tratamento dos gases residuais, nos quais a razão H2S/SO2 é medida à entrada da unidade TGT (ou à saída do Claus), o que permite agir sobre a quantidade de ar admitida no estágio térmico da unidade Claus para manter essa razão o mais próximo possível de 2. Na patente US4405593, a determinação da razão molar H2S/SO2 na saída da unidade Claus permite manter a razão o mais próximo possível de 2 na entrada da unidade TGT por um fornecimento de H2S ou de SO2, seja no nível do gás residual, seja antes do último estágio catalítico de Claus.
[00013] Nos dois casos precedentes, o controle da razão é feito a montante da unidade TGT. Além das espécies H2S e SO2 presentes, outras espécies sulfuradas como COS e CS2 formadas no nível do Claus podem se encontrar de maneira pontual em quantidade significativa na entrada da unidade TGT. A hidrólise dessas espécies no nível da unidade TGT libera então um H2S secundário, produzindo um excesso de H2S em relação à estequiometria ótima H2S/SO2 = 2.
[00014] Pela aplicação do processo da invenção, é possível melhorar o rendimento da unidade TGT e, consequentemente, o rendimento global da cadeia de recuperação do enxofre e, portanto, melhorar sensivelmente a taxa de purificação do gás, já que rendimentos de 99,5% em peso em enxofre, até mesmo de 99,8% em peso, podem ser obtidos. O desempenho em eliminação do enxofre é otimizado seja os teores em COS e CS2, já que a razão molar H2S/SO2 é mantida a mais próxima de 2, o que permite efetuar a reação de Claus em condições ótimas ao longo da cadeia, compreendendo a unidade Claus e a unidade TGT.
[00015] A invenção tem por objeto um processo de dessulfuração de um efluente gasoso contendo hidrogênio sulfurado, utilizando uma unidade de tratamento Claus, seguida de uma unidade de tratamento de gás residual de Claus (também denominada unidade TGT), esse processo compreende a utilização de um dispositivo de análise em linha da razão molar H2S/SO2 à saída da unidade TGT e de um circuito de regulagem, permitindo manter essa razão H2S/SO2 à saída da unidade TGT a um valor compreendido entre 1,5 e 2,5. Pelo termo "próximo de 2", entende-se que a razão molar H2S/SO2 é regulada em torno do valor 2, e que está geralmente compreendida entre 1,5 e 2,5, de preferência entre 1,7 e 2,3, de maneira mais preferida entre 1,75 e 2,25, até mesmo 1,8 e 2,2.
[00016] Na sequência da descrição, salvo menção contrária, as percentagens são expressas em volume (% em volume ou % em vol.) e as ppm (partes por milhão) são também ppm expressas em volume (ppm ou ppm em vol.). Em uma unidade Claus, o hidrogênio sulfurado reage sobre o anidrido sulfuroso. A unidade Claus contém geralmente três estágios, o anidrido sulfuroso sendo produzido, por oxidação do hidrogênio sulfurado, em um estágio térmico operado a uma temperatura elevada geralmente compreendida entre 1000 e 2000°C, de preferência da ordem de 1400°C, a reação de Claus tendo ocorrido em dois estágios catalíticos, nos quais a temperatura está geralmente compreendida entre 150 e 300°C, de preferência entre 200 e 250°C.
[00017] O gás coletado à saída da unidade Claus contém ainda o hidrogênio sulfurado e o anidrido sulfuroso com teores ainda muito importantes para jogar o gás na atmosfera. É, portanto, ainda necessário tratar o efluente da unidade Claus (gás residual) em uma unidade de tratamento de gás residual (unidade TGT). À saída da unidade TGT, por exemplo, e, de preferência, uma unidade comercializada sob a denominação Clauspol®, recupera-se um gás purificado que é, em seguida, enviado para um incinerador antes de ser jogado na atmosfera.
[00018] O processo, de acordo com a invenção, é descrito a seguir em relação às figuras 2 e 3, a figura 1 sendo relativa à técnica anterior.
[00019] Segundo a figura 1 (de acordo com a técnica anterior), um fluxo gasoso 1, contendo principalmente hidrogênio sulfurado e podendo conter vapor de água, nitrogênio e CO2, assim como outras impurezas como amoníaco e/ou hidrocarbonetos, é enviado no estágio térmico de uma unidade Claus 3. Um fluxo de ar levado por uma linha 2 é também admitido no estágio térmico do Claus, permitindo realizar a combustão parcial do hidrogênio sulfurado para formar anidrido sul- furoso. O estágio térmico é geralmente seguido de dois ou três estágios catalíticos, nos quais a reação de Claus prossegue, e que faz, portanto, parte da unidade Claus 3. Enxofre líquido é recuperado, após condensação, entre os diferentes reatores e é extraído por uma linha 4. A fração recuperada à saída da unidade Claus 3 representa geral-mente de 90 a 97% do enxofre presente na carga a tratar 1 sob a forma de hidrogênio sulfurado.
[00020] À saída da unidade Claus, o gás residual extraído por uma linha 5 é introduzido em uma unidade de tratamento (unidade TGT) 6. O gás da linha 5 contém geralmente 1 a 2% em volume de H2S e SO2 e contém geralmente acima de 300 a 1000 ppm em volume de enxofre vapor. O teor em enxofre na linha 5 é analisado em termos de teores em H2S e SO2. O analisador em linha 20 permite, portanto, o acompanhamento da razão molar H2S/SO2. Um circuito de regulagem permite manter essa razão a um valor próximo de 2 e compreendida entre 1,5 e 2,5, agindo sobre a vazão de ar secundária regulada pela válvula 32. A vazão de ar secundária vem completar a vazão de ar primária, regulada pela válvula 31, essa válvula sendo ela mesma comandada a partir da medida da vazão de gás ácido e de ar pelo controlador de vazão 22 e o analisador em linha 25 da concentração em H2S no gás ácido. À saída da unidade TGT 6, um efluente gasoso purificado é extraído por uma linha 8 e o enxofre formado é evacuado por uma linha 7.
[00021] A figura 2 descreve um primeiro modo de realização da invenção. Ela retoma elementos da figura 1 notadamente os elementos 1 a 8, 16, 22, 25 31 e 32.
[00022] O efluente 8 à saída da unidade TGT 6 contém o H2S, SO2, mas também enxofre vapor, assim, como COS e Cs2 com teores residuais. Uma parte desse efluente é retirada e esta é enviada para um alçapão com enxofre 9, depois para o analisador em linha 21. O analisador em linha 21, disposto na saída do alçapão com enxofre 9, permite regular a válvula 32. O alçapão com enxofre 9 compreende um compartimento contendo uma camada de sólido poroso para permitir a condensação da maior parte do enxofre vapor, evitando a condensação de água contida no efluente a analisar. O efluente retirado no nível da linha 8 é mantido à temperatura de funcionamento do reator- contactor, geralmente entre 125 e 160°C até que uma parte desse efluente seja introduzida no compartimento do alçapão com enxofre. A cabeça do alçapão é também mantida em temperatura, geralmente entre 125 e 160°C, para evitar qualquer depósito de enxofre sólido à entrada do alçapão que acarretaria um bujonamento deste. A camada de sólido que compreende o sólido poroso é mantida a uma temperatura compreendida entre 75 e 100°C, graças, por exemplo, a uma circulação de água quente em um duplo envoltório em torno do compartimento.
[00023] A camada de sólido poroso no compartimento é, por exemplo, constituída de esferas e de anéis Rashig em cerâmica ou em alumina, oferecendo uma superfície de troca importante. O gás a analisar, empobrecido em enxofre vapor, é extraído do compartimento por uma tubulação imersa no fundo do compartimento, após passagem através da camada de sólido poroso.
[00024] De acordo com a invenção, o gás a analisar contém aproximadamente 15 ppm em vol. de enxofre vapor. A análise é realizada por espectrofotometria UV. H2S e SO2 apresentam uma absorbância respectivamente a 228 e 280 nm. Para esses dois comprimentos de onda o enxofre vapor apresenta uma interferência importante. Para um composição típica de um gás na saída da unidade TGT, a saber 400 ppm em vol. de H2S, 200 ppm em vol. de SO2, um teor residual de 15 ppm em vol. de enxofre vapor contribui aproximadamente a 10% da absorbância total das espécies sulfuradas nos dois comprimentos de onda característico de H2S e SO2. Esse nível de interferência é comparável àquele habitualmente observado para a análise de gases residuais, os teores em H2S e SO2 sendo mais próximos de 1% em volume, e o enxofre vapor para 250 ppm em vol.
[00025] O alçapão com enxofre 9 segundo a utilização da figura 2 torna, portanto, possível a determinação por meio de uma análise em linha da razão molar H2S / SO2 na saída da unidade TGT e a regula- gem do ar secundária a partir da medida dessa razão. Esse alçapão com enxofre fornece uma melhoria notável em relação ao estado da técnica.
[00026] Nos analisadores em linha industriais, um alçapão com enxofre integrado permite eliminar uma parte do enxofre vapor por condensação do enxofre no estado líquido a cerca de 115°C. O enxofre líquido é assim evacuado em contínuo por gravidade e arrastado pelo fluxo gasoso na saída do circuito de amostragem aquecida voltando para o ponto de retirada. Esse tipo de condensador se torna inútil graças à utilização do alçapão com enxofre descrito antes. Este apresenta duas vantagens maiores em relação à técnica anterior.
[00027] Em primeiro lugar, o abaixamento do ponto frio de 125°C para 75°C permite baixar a tensão de vapor do enxofre de 250 ppm em vol. a 15 ppm em vol., o que torna possível a análise de H2S e SO2 na saída da unidade TGT, sem interferência maior com o enxofre vapor. Com efeito, a 250 ppm em vol. o enxofre representa aproximadamente 70% da absorbância total das espécies sulfuradas nos comprimentos de onda de medida de H2S e SO2; essa contribuição é reduzida a 10% da absorbância total, baixando-se a 15 ppm em vol. a concentração em enxofre vapor.
[00028] Em segundo lugar, o enxofre aprisionado se acumula no alçapão sob a forma sólida. Essa configuração do alçapão limita os riscos de bujonamento ligados ao refluxo de enxofre líquido na linha de amostragem até o ponto de retirada.
[00029] A figura 3 descreve um modo de realização preferido da invenção. Segundo esse modo de realização, a medida da razão H2S/SO2 é realizada ao mesmo tempo à saída da unidade Claus 3 e à saída da unidade TGT 6. Dessa maneira, controla-se a estequiometria H2S/SO2 para manter essa razão molar o mais aproximadamente de 2, ao longo da cadeia de enxofre, assegurando assim condições de rendimento de eliminação do enxofre ótimo. A figura 3 retoma elementos da figura 2 no que se refere notadamente a elementos 1 a 9 16, 21, 22, 25 31 e 32. Ele retoma também o analisador 20 da figura 1.
[00030] Uma parte do fluxo gasoso 1 que representa aproximadamente 0,5 a 2% da vazão total é enviada pela linha 11 sobre um forno 12 para uma oxidação total do H2S em SO2. A vazão do efluente 11 é regulada pela válvula 36, de maneira a representar uma fração fixa da vazão total do fluxo 1 medido pelo controlador de vazão 23. A vazão do ar admitido no forno 12pela linha 13 é regulada pela válvula 33, comandada pelo controlador de vazão 24 e o analisador em linha 25, indicando a concentração em H2S. Uma parte do efluente do forno 15 pode ser enviada a jusante do Claus pela abertura da válvula 34, a parte restante do efluente 14 é admitida no nível do estágio térmico do Claus com o fluxo 1 e o fluxo de ar 2. O analisador em linha 20 mede a razão H2S/SO2 do efluente 5 na saída de Claus. Um circuito de regula-gem permite manter essa razão próxima do valor 2, agindo sobre a vazão de ar secundária regulada pela válvula 32. A vazão de ar secundária vem completar a vazão de ar primária, regulada pela válvula 31, essa válvula sendo ela própria comandada a partir da medida da vazão de gás ácido e de ar pelo controlador de vazão 22, e pelo analisador em linha 25 da concentração em H2S no gás ácido.
[00031] O analisador em linha 21 permite determinar o valor da razão H2S/SO2 do efluente 8 na saída da unidade TGT, após passagem pelo alçapão com enxofre 9. Um circuito de regulagem permite manter essa razão H2S/SO2 agindo sobre os efluentes 10 e 15 que vêm se misturar ao efluente do Claus 5, o efluente resultante 17 é enviado na unidade TGT 6. A medida pelo analisador 21 de uma razão molar H2S/SO2 superior a 2 acarreta a abertura da válvula 34 e o fechamento completo da válvula 35. Acrescenta-se assim um excesso de SO2 na entrada da unidade TGT para restabelecer essa razão a um valor pró-ximo de 2, geralmente compreendido entre 1,5 e 2,5 na saída da unidade TGT. Ao contrário, uma medida pelo analisador 21 de uma razão H2S/SO2 inferior a 2 acarreta a abertura da válvula 35 e o fechamento completo da válvula 34. Acrescenta-se assim um excesso de H2S na entrada da unidade TGT para restabelecer essa razão a um valor próximo de 2 na saída da unidade TGT.
[00032] Uma vantagem suplementar do esquema da figura 3 em relação àquele da figura 2 é de manter um rendimento ótimo ao longo da cadeia, controlando, de maneira independente, a razão H2S/SO2 na saída de Claus e na saída da unidade TGT. Assim, é possível manter uma razão molar H2S/SO2 de 2 + 0,5 na saída da unidade TGT, assegurando um rendimento ótimo do conjunto da cadeia. Além disso, é possível manter também um valor compreendido entre 1,5 e 2,5, de preferência entre 1,8 e 2,2 até mesmo entre 1,9 e 2,1, a razão de saída do Claus e de manter assim a unidade Claus em condições de funcionamento ótimas.
[00033] A invenção refere-se a um processo de dessulfuração de um efluente gasoso, contendo hidrogênio sulfurado, utilizando uma unidade de tratamento Claus seguida de uma unidade de tratamento de gás residual de Claus dita unidade TGT, esse processo compreendendo a utilização de um dispositivo de análise em linha da razão H2S/SO2 dessa unidade TGT e de um circuito de regulagem, permitindo manter essa razão H2S/SO2 do efluente gasoso à saída dessa uni-dade TGT a um valor compreendido entre 1,5 e 2,5.
[00034] De preferência, essa razão H2S/SO2 à saída da unidade TGT é mantida a um valor compreendido entre 1,7 e 2,3.
[00035] De preferência, o efluente gasoso oriundo da unidade TGT é enviado para um alçapão com enxofre.
[00036] De maneira mais preferida, o efluente gasoso à saída da unidade TGT é mantido à temperatura de funcionamento da zona rea- cional do Claus até que esse efluente gasoso seja introduzido no compartimento do alçapão com enxofre, e de maneira muito preferida esse alçapão com enxofre compreende um compartimento que compreende uma camada de sólido poroso mantido a uma temperatura compreendida entre 75 e 100°C.
[00037] Segundo esse modo preferido de realização do processo, de acordo com a invenção, um fluxo gasoso 1, contendo principalmente o hidrogênio sulfurado e podendo conter vapor d’água, nitrogênio e CO2 é enviado no estágio térmico de uma unidade Claus 3, um fluxo de ar levado por uma linha 2 depois 16 é também admitido no estágio térmico do Claus, permitindo realizar a combustão parcial do hidrogênio sulfurado para formar anidrido sulfuroso, o estágio térmico é seguido de dois ou três estágios catalíticos, nos quais a reação de Claus prossegue, e faz, portanto, parte da unidade Claus 3, o enxofre líquido é recuperado, após condensação, entre os diferentes reatores e é extraído por uma linha 4, à saída da unidade Claus, o gás residual extraído por uma linha 5 é introduzido em uma unidade de tratamento (unidade TGT) 6, o enxofre formado é evacuado por uma linha 7, uma parte do efluente da unidade TGT 8 é retirada e é enviada para um alçapão com enxofre 9, depois para o analisador em linha 21, o analisador em linha 21 permite regular a válvula 32, o efluente retirado no nível da linha 8 é mantido à temperatura de funcionamento do reator-contactor, compreendida entre 125 e 160°C, até que uma parte desse efluente seja introduzida no compartimento do alçapão e mantida a uma temperatura compreendida entre 125 e 160°C, o sólido poroso é mantido a uma temperatura compreendida entre 75 e 100°C, graças a uma circulação de água quente em um duplo envoltório em torno do compartimento, um circuito de regulagem permite manter a razão molar H2S/SO2 a um valor compreendido entre 1,5 e 2,5, agindo sobre essa vazão de ar secundária regulada pela válvula 32, a vazão de ar secundária vem completar a vazão de ar primária, regulada pela válvula 31, essa vazão sendo ela própria comandada a partir da medida da vazão de gás ácido e de ar pelo controlador de vazão 22 e o analisador em linha 25 da concentração em H2S no gás ácido.
[00038] De acordo com um outro modo mais preferido de realização do processo, de acordo com a invenção, um fluxo gasoso 1 contendo principalmente o hidrogênio sulfurado e podendo conter vapor d’água, nitrogênio e CO2 é enviado no estágio térmico de uma unidade Claus 3, uma parte do efluente gasoso 1 representando aproximadamente 0,5 a 2% da vazão total é enviada pela linha 11 sobre um forno 12 para uma oxidação total do H2S em SO2, a vazão do efluente 11 é regulada pela válvula 36, de maneira a representar uma fração fixa da vazão total do fluxo 1 medida pelo controlador de vazão 23, a vazão do ar admitido no forno 12 pela linha 13 é regulada pela válvula 33, comandada pelo controlador de vazão 24 e o analisador em linha 25, indicando a concentração em H2S, uma parte do efluente do forno 15 é enviada a jusante do Claus pela abertura da válvula 34, a parte restante do efluente 14 é admitida no nível do estágio térmico do Claus com o fluxo 1 e o fluxo de ar 2 depois 16, o analisador em linha 20 mede a razão H2S/SO2 do efluente 5 na saída de Claus, um circuito de regulagem permite manter essa razão próxima do valor 2, agindo sobre a vazão de ar secundária regulada pela válvula 32, a vazão de ar secundária vem completar a vazão de ar primária, regulada pela válvula 31, essa válvula sendo ela própria comandada a partir da medida de gás ácido e de ar pelo controlador de vazão 22, e o analisador em li-nha 25 da concentração em H2S no gás ácido, o analisador em linha 21 permite determinar o valor da razão H2S/SO2 do efluente 8 na saída da unidade TGT, após passagem pelo alçapão com enxofre 9, um circuito de regulagem permite manter essa razão H2S/SO2, agindo sobre os efluentes 10 e 15 que vêm se misturar ao efluente do Claus 5, o efluente resultante 17 é enviado na unidade TGT 6, a medida pelo analisador 21 de uma razão molar H2S/SO2 superior a 2 acarreta a abertura da válvula 34 e o fechamento completo da válvula 35, ao contrário, uma medida pelo analisador 21 de uma razão H2S/SO2 inferior a 2 acarreta a abertura da válvula 35 e o fechamento completo da válvula 34.
[00039] De maneira muito preferida, o dispositivo de análise em linha da razão H2S/SO2 é a cromatografia em fase gasosa.
[00040] O alcance da invenção será melhor compreendido em relação aos exemplos seguintes.
[00041] Um fluxo gasoso, previamente dessulfurado em uma unidade Claus 3 com um rendimento de eliminação do enxofre de 93%, é introduzido em uma unidade TGT 6 com uma vazão de 550 kmol/h. Esse fluxo gasoso contém vapor de água (34% em vol.), dióxido de carbono (4% em vol.), assim como compostos sulfurados : H2S (1,2% em vol.), SO2 (0,6% em vol.), COS (1000 ppm em vol.), Cs2 (2000 ppm em vol.), assim como enxofre vapor (1000 ppm em vol.), o complemento é constituído pelo nitrogênio.
[00042] A unidade Claus 3 utilizada é uma unidade bem conhecida do técnico. Ela compreende três estágios, dos quais 1 estágio térmico e dois estágios catalíticos.
[00043] A unidade TGT 6 utilizada é uma unidade Clauspol®, cujas condições operacionais são adaptadas para que os compostos COS e CS2 sejam hidrolisados a 90%.
[00044] A determinação da razão H2S/SO2 à saída da unidade Claus 3 e a sua regulagem em torno do valor 2 por ação sobre a vazão de ar admitido no estágio térmico do Claus (segundo o esquema da figura 1) levam a um rendimento em enxofre da unidade TGT de 77,1%, seja um rendimento global da cadeia de enxofre de 98,5% em peso.
[00045] A coluna 1 da tabela 1 a seguir resume a composição do efluente gasoso à entrada e à saída da unidade TGT 6, assim como os rendimentos em enxofre obtidos.
[00046] O mesmo fluxo gasoso oriundo de uma unidade Claus 3 que no exemplo 1 e a mesma unidade Clauspol™ 6 são utilizados nesse exemplo. Esse exemplo difere do exemplo 1 pelo fato de o esquema e o modo de regulagem da razão H2S/SO2 empregados corresponderem àqueles da figura 2.
[00047] A determinação da razão H2S/SO2 permitindo sua regulagem em torno do valor 2 é feita à saída da unidade TGT 6, após passagem de uma fração do efluente em um alçapão com enxofre 9, cujo compartimento compreende um sólido de esfera em alumina mantido em T = 85°C, depois analisa por um analisador ultravioleta 11. A regulagem por aumento da vazão de ar admitido no estágio térmico do Claus (segundo o esquema da figura 2) leva a um rendimento em enxofre da unidade TGT de 91,8%, seja um rendimento global da cadeia enxofre de 99,5% em peso.
[00048] A coluna 2 da tabela 1 a seguir resume a composição do efluente gasoso à entrada e à saída da unidade TGT, assim como os rendimentos em enxofre obtidos.
[00049] O mesmo fluxo gasoso oriundo de uma unidade Claus 3 que no exemplo 1 e a mesma unidade Clauspol® 6 são utilizados nesse exemplo. Esse exemplo difere do exemplo 1 pelo fato de o esquema e o modo de regulagem da razão H2S/SO2 empregados corresponderem àqueles da figura 3.
[00050] A determinação da razão H2S/SO2 que permite sua regulagem em torno do valor 2 é feita ao mesmo tempo à saída da unidade Claus 3 e à saída da unidade TGT 6, após passagem de uma fração do efluente em um alçapão com enxofre 9, cujo compartimento compreende um sólido constituído de esfera em alumina mantido com T = 85°C, depois analisa por um analisador ultravioleta 21. A regulagem por fornecimento de SO2 ao efluente do Claus (segundo o esquema da figura 3) leva a um rendimento em enxofre da unidade TGT de 93,9%, seja um rendimento global da cadeia enxofre de 99,6% em peso.
[00051] A coluna 3 da tabela 1 a seguir resume a composição do efluente gasoso à entrada e à saída da unidade TGT, assim como os rendimentos em enxofre obtidos.Tabela 1
Claims (6)
1. Processo de dessulfuração de um efluente gasoso, contendo hidrogênio sulfurado, utilizando uma unidade de tratamento Claus seguida de uma unidade de tratamento de gás residual de Claus TGT, esse processo caracterizado pelo fato de que compreende a utilização de um dispositivo de análise em linha da razão H2S/SO2 na saída da dita unidade TGT e um circuito de regulagem que pode manter a dita razão H2S/SO2 do efluente gasoso à saída dessa unidade TGT a um valor compreendido entre 1,5 e 2,5, em que o efluente gasoso oriundo da unidade TGT é enviado para um alçapão com enxofre compreendendo um compartimento que compreende uma camada de sólido poroso mantido a uma temperatura compreendida entre 75 e 100°C.
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a razão H2S/SO2 à saída da unidade TGT é mantida a um valor compreendido entre 1,7 e 2,3.
3. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o efluente gasoso à saída da unidade TGT é mantido à temperatura de funcionamento da zona reacional do Claus até que esse efluente gasoso seja introduzido no compartimento do alçapão com enxofre.
4. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato que um fluxo gasoso (1) contendo principalmente hidrogênio sulfurado e podendo conter vapor d’água, nitrogênio e CO2 é enviado na etapa térmica de uma unidade Claus (3), um fluxo de ar levado por uma linha (2, depois 16) é também admitido na etapa térmica do Claus, permitindo realizar a combustão parcial do hidrogênio sulfurado para formar o anidrido sulfuroso, o estágio térmico é seguido de dois ou três estágios catalíticos, nos quais a reação de Claus prossegue, e que faz, portanto, parte da unidade Claus (3), enxofre líquido é recuperado, após condensação, entre os diferentes reatores e é extraído por uma linha (4), à saída da unidade Claus, o gás residual extraído por uma linha (5) é introduzido em uma unidade de tratamento (unidade TGT) (6), o enxofre formado é evacuado por uma linha (7), uma parte do efluente da unidade TGT (8) é retirado e é enviado para um alçapão com enxofre (9), depois para o analisador em linha (21), o analisador em linha (21) permite regular a válvula (32), o efluente retirado no nível da linha (8) é mantido à temperatura de funcionamento do reator-contactor, compreendida entre 125 e 160°C, até que uma parte desse efluente seja introduzida no compartimento do alçapão com enxofre, a cabeça do alçapão é mantida a uma temperatura compreendida entre 125 e 160°C, o sólido poroso é mantido a uma temperatura compreendida entre 75 e 100°C, graças a uma circulação de água quente em um duplo envoltório em torno do compartimento, um circuito de regulagem permite manter a razão molar H2S/SO2 a um valor compreendido entre 1,5 e 2,5 agindo sobre a vazão de ar secundária regulada pela válvula (32), a vazão de ar secundária vem completar a vazão de ar primária, regulada pela válvula (31), essa válvula sendo ela própria comandada a partir da medida da vazão de gás ácido e de ar pelo controlador de vazão (22) e o analisador em linha (25) da concentração em H2S no gás ácido.
5. Processo, de acordo com a reivindicação 1, em que um fluxo gasoso (1) contendo principalmente o hidrogênio sulfurado e podendo conter o vapor d’água, nitrogênio e CO2 é enviado no estágio térmico de uma unidade Claus (3), uma parte de um efluente gasoso (1) representando aproximadamente 0,5 a 2% da vazão total é enviada pela linha (11) sobre um forno (12) para uma oxidação total do H2S em SO2, a vazão do efluente (11) é regulada pela válvula (36), de maneira a representar uma fração fixa da vazão total do fluxo (1) medido pelo controlador de vazão (23), a vazão do ar admitido no forno (12) pela linha (13) é regulado pela válvula (33), comandada pelo controlador de vazão (24) e o analisador em linha (25) que indica concentração em H2S, uma parte do efluente do forno (15) é enviada a jusante do Claus pela abertura da válvula (34), a parte restante do efluente (14) é admitida ao nível do estágio térmico do Claus com o fluxo (1) e o fluxo de ar (2, depois 16), o analisador em linha (20) mede a razão H2S/SO2 do efluente (5) em saída de Claus, um circuito de regulagem permite manter essa razão próxima do valor 2, agindo sobre a vazão de ar secundária regulada pela válvula (32), a vazão de ar secundária vem completar a vazão de ar primária, regulada pela válvula (31), essa válvula sendo ela própria comandada a partir da medida da vazão de gás ácido e de ar pelo controlador de vazão (22), e o analisador em linha (25) da concentração em H2S no gás ácido, o analisador em linha 21 permite determinar o valor da razão H2S/SO2 do efluente (8) na saída da unidade TGT após passagem pelo alçapão com enxofre (9), um circuito de regulagem permite manter essa razão H2S/SO2, agindo sobre os efluentes (10) e (15) e vêm se misturar ao efluente Claus (5), o efluente resultante (17) é enviado na unidade TGT (6), a medida pelo analisador (21) de uma razão molar H2S/SO2 superior a 2 aciona a abertura da válvula (34) e o fechamento completo da válvula (35), ao contrário, uma medida pelo analisador (21) de uma razão H2S/SO2 inferior a 2 acarreta a abertura da válvula (35) e o fechamento completo da válvula (34).
6. Processo, de acordo com uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de análise em linha da razão H2S/SO2 é a cromatografia em fase gasosa.
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