Schwefel – eine Frage pro Tag, 4. Mai------Teilnahme bringt 3 Reichtümer, 10 richtige Antworten bringen 1 Reichtum

Die Art und Menge der Verunreinigungen in sauren Gasen hängt stark von deren Quelle ab. Zu den wichtigsten Verunreinigungen gehören CO2, Kohlenwasserstoffe, H2O und NH3. Kohlendioxid und Kohlenwasserstoffe gehören zu den kohlenstoffbasierten Schadstoffen. Ihre Hauptgefahr besteht darin, dass im Hauptofen Carbonsulfide und Kohlendisulfid entstehen (Temperaturkontrolle). Ein Teil der Stoffe, die nicht vollständig verbrannt werden, sammelt sich als Kohlenstoffablagerungen im Ofen an ； Wasser selbst gelangt nicht in den Reaktorkessel (durch die Trennung vorher). Zudem entsteht im Laufe der Reaktion eine gewisse Menge an Wasser. Sollten jedoch Störungen auftreten, kann Wasserdampf in den Verbrennungsraum eindringen und dadurch die Temperatur erheblich senken. Die Entstehung großer Mengen an Wasserdampf erhöht wiederum den Druck im Kessel und kann die feuerfeste Struktur beschädigen. Wenn der Hauptkessel durch Wasser beschädigt wird, kann dies dazu führen, dass der Katalysator durch hydrothermische Einflüsse altern und somit seine Lebensdauer verkürzt wird. Wenn Ammoniak nicht im Verbrennungsofen verbrannt wird, kann es später zu einer Vergiftung des Katalysators führen. In den kälteren Bereichen bilden sich kristalline Ammoniumsalze, die die Anlage verstopfen können – insbesondere in den Abschnitten der Schnellkühltürme. Alle inerten Gase (auch Kohlendioxid kann in gewissem Maße dazu gezählt werden) führen zu einer erhöhten Belastung der Anlage (Wärmebelastung). Dadurch sinkt die Rückgewinnungsrate von Schwefel, und die Investitionskosten für die Anlage steigen.

Wenn der Gehalt an sauren Kohlenwasserstoffen zu hoch ist, führt die unvollständige Verbrennung zur Entstehung von Ruß. Dies wiederum verursacht Probleme wie die Inaktivierung des Katalysators sowie Verstopfungen in den Leitungen.

Dieser Beitrag wurde zuletzt von Zhongyuanren am 4.5.2016 um 16:59 bearbeitet. Gefahren durch Kohlenwasserstoffe: Wenn der Gehalt an Kohlenwasserstoffen und anderen organischen Stoffen hoch ist, führt dies nicht nur dazu, dass die Temperatur im Verbrennungsofen ansteigt, sondern auch zu erhöhten thermischen Belastungen sowie einem höheren Bedarf an Luft für den Ofen. Das bei der Verbrennung entstehende CO2 und H2O dilutieren die Reaktanten als inerte Gase – dadurch wird die Kroll-Reaktion gehemmt. Wenn der Kohlenwasserstoffgehalt stark schwankt, kann dies dazu führen, dass die Belüftung während des Verbrennungsprozesses nicht rechtzeitig stattfindet. Einerseits kann dadurch Sauerstoff entweichen. Andererseits zerfallen die schwereren Kohlenwasserstoffe – insbesondere Aromaten und Alkylalkohole – unter Sauerstoffmangel und bilden so Ruß. Dies verschmutzt die Schwefelprodukte, verstopft die Katalysatoren und lässt diese inaktiv werden. Daher wird für saure Gase in der Regel ein Kohlenwasserstoffgehalt von <2 % gefordert. Einfluss von CO2: In den meisten Fällen bilden H2S und CO2 gemeinsam den Hauptbestandteil der sauren Gase. Neben der Verdünnungswirkung hat CO2 in sauren Gasen vor allem die schädliche Wirkung, dass es die Flammen Temperatur im Reaktor senkt und den Gehalt an COS und CS2 in den Gassen am Ausgang des Verbrennungsofens erhöht. Wenn eine ausreichende Hydrolyse in der Phase der katalytischen Reaktion bei niedrigen Temperaturen nicht stattfindet, wird dies die Umsetzungsrate sowie die Erträge des Systems beeinträchtigen. Die Bildung von COS und CS2 hängt von der CO2-Konzentration sowie vom Gehalt an Kohlenwasserstoffen in den sauren Gasen ab. Einfluss von HO2: Der Einfluss von Wasserdampf auf den Betrieb ist nicht so ausgeprägt wie bei NH3 und CO2, doch er ist dennoch erheblich. Wasserdampf wirkt dabei sowohl als inerte Substanz als auch als Produkt der Claus-Reaktion – dadurch hat er Einfluss auf das Gleichgewicht in der Claus-Reaktion sowie auf die effektiven Partialdrücke der Reaktanten.

Wenn saure Gase Kohlenwasserstoffe (Amine) enthalten, führt der Mangel an ausreichend Luft dazu, dass sich erhebliche Ablagerungen von Kohlenwasserstoffen (Aminen) bilden – insbesondere bei Aminen. Diese bilden glänzende Teerablagerungen. Dies erhöht die Verkokungsbelastung bei Stillstand der Schwefelanlage und verlängert die Stillstandsdauer. Noch wichtiger ist, dass ein zu hoher Rußanteil dazu führen kann, dass das Gerät bei normaler Betriebsweise verstopft, wodurch die Explosionshemmschicht reißt und giftige Gase entweichen können.

Es wird der Druck des Schwefelwasserstoffs verringert, was der Reaktionsablauf behindert und somit die Umsetzungsrate senkt

Welche Auswirkungen haben saure Gase als Verunreinigungen auf die Schwefelrückgewinnungseinheit? Antwort: Verunreinigungen in den sauren Gasen, die in das System eingespeist werden – (1) Kohlenwasserstoffe sowie Alkohol- und Aminschmelzer. Wenn der Gehalt dieser Stoffe hoch ist, führt dies dazu, dass nicht nur die Temperatur im Verbrennungsofen ansteigt, sondern auch die thermischen Belastungen sowie die Wärmebelastung des Kessels zunehmen. Zudem erhöht sich der Bedarf an Luft für die Verbrennung. Das bei der Verbrennung entstehende CO2 und H2O dilutieren die Reaktanten als inerte Gase – dadurch wird die Kroll-Reaktion gehemmt. Ein zu hoher Gehalt an Kohlenwasserstoffen erhöht die Menge an COS und CS2 im Reaktor und beeinflusst somit die Umwandlungsrate von Schwefel. Wenn der Kohlenwasserstoffgehalt stark schwankt, kann dies dazu führen, dass die Belüftung im Verbrennungsprozess nicht rechtzeitig stattfindet. Einerseits kann dadurch Sauerstoff entweichen. Andererseits zerfallen die schwereren Kohlenwasserstoffe – insbesondere Arene und Alkylalkoholamine – unter Sauerstoffmangel und bilden so Ruß. Dies verschmutzt die Schwefelprodukte, verstopft die Katalysatorbetten und macht diese inaktiv. Dadurch steigt der Systemdruck an. Im schlimmsten Fall muss die Anlage stillgelegt werden. Daher wird für saure Gase in der Regel ein Kohlenwasserstoffgehalt von < 3 % gefordert. (2) Ammoniak – Der Ammoniakgehalt im Rohgas ist ein weiteres häufiges Problem in Anlagen zur Schwefelrückgewinnung. In der Regel darf der Ammoniakgehalt im Rohgas 3 % nicht überschreiten. Der Einfluss von Ammoniak im Rohgas auf den ordnungsgemäßen Betrieb der Schwefelrückgewinnungsanlagen darf ebenfalls nicht unterschätzt werden. Dies zeigt sich darin, dass vor dem Eintreten des sauren Gases in den Ofen verschiedene Ammoniumsalze die Geräte und Leitungen verstopfen und somit den normalen Transport des sauren Gases beeinträchtigen. Nach dem Betreten des Systems sind das durch die Verbrennung von Ammoniak entstehende Stickstoff sowie Wasser inert gegenüber der Claus-Reaktion; dadurch sinkt der Schwefeldruck und somit auch die Ausbeute an Schwefel. Eine unvollständige Verbrennung von Ammoniak reagiert mit den sauren Bestandteilen im Prozessgas, wodurch Ammoniumhydrid oder Ammoniumpolysulfide entstehen. Diese Kristalle verstopfen die Rohre des Kondensators, erhöhen den Druckabfall im System und können sogar dazu führen, dass die Anlage stillgelegt werden muss. Die Reaktion von Ammoniak mit Aluminiumoxid führt zur Inaktivierung des Katalysators. Die Nebenprodukte, nämlich Stickoxide, verursachen Umweltverschmutzung. Zudem wirken Stickoxide als Katalysator für die weitere Oxidation von Schwefeldioxid – dadurch entsteht Schwefelsäure, die wiederum zu Korrosion der Anlagen sowie zur Vergiftung des Katalysators führt. (3) CO2: In den meisten Fällen bilden H2S und CO2 gemeinsam den Hauptbestandteil der sauren Gase. Neben der Verdünnungswirkung hat CO2 in sauren Gasen vor allem die schädliche Wirkung, dass es die Flammen Temperatur im Reaktor senkt und den Gehalt an COS und CS2 in den Gassen am Ausgang des Verbrennungsofens erhöht. Wenn eine ausreichende Hydrolyse in der Phase der katalytischen Reaktion bei niedrigen Temperaturen nicht stattfindet, wird dies die Umsetzungsrate sowie die Erträge des Systems beeinträchtigen. (4) Wasser: Als eigentlich inerte Substanz ist Wasser außerdem ein Produkt der Claus-Reaktion. Daher hat es Einfluss auf das Gleichgewicht der Claus-Reaktion sowie auf die effektiven Partialdrücke der Reaktanten. Dadurch verringert sich die Umwandlungsrate von Schwefelwasserstoff sowie die Erträge an Schwefel. Der Wasserdampfgehalt in üblichen sauren Gasen beträgt etwa 2 % bis 5 %.

Einfluss von sauren Gaseintragstoffen auf die Schwefelrückgewinnungseinheit (1) Kohlenwasserstoffe und Alkoholamin-Lösungsmittel: Bei hohem Gehalt dieser Stoffe führt dies dazu, dass nicht nur die Temperatur im Verbrennungsofen ansteigt, sondern auch die thermischen Belastungen sowie die Wärmebelastung der Kessel zunehmen. Zudem erhöht sich der Bedarf an Luft für die Verbrennung. Das bei der Verbrennung entstehende CO2 und H2O dilutieren als inerte Gase die Reaktanten und hemmen somit die Claus-Reaktion. Ein zu hoher Gehalt an Kohlenwasserstoffen erhöht die Menge an COS und CS2 im Reaktor und beeinflusst somit die Umwandlungsrate von Schwefel. Wenn der Kohlenwasserstoffgehalt stark schwankt, kann dies dazu führen, dass die Belüftung im Verbrennungsprozess nicht rechtzeitig stattfindet. Einerseits kann dadurch Sauerstoff entweichen. Andererseits zerfallen die schwereren Kohlenwasserstoffe – insbesondere Arene und Alkylalkoholamine – unter Sauerstoffmangel und bilden so Ruß. Dies verschmutzt die Schwefelprodukte, verstopft die Katalysatorbetten und macht diese inaktiv. Dadurch steigt der Systemdruck an. Im schlimmsten Fall muss die Anlage stillgelegt werden. Daher wird für saure Gase in der Regel ein Kohlenwasserstoffgehalt von < 3 % gefordert. (2) Ammoniak – Der Ammoniakgehalt im Rohgas ist ein weiteres häufiges Problem in Anlagen zur Schwefelrückgewinnung. In der Regel darf der Ammoniakgehalt im Rohgas 3 % nicht überschreiten. Der Einfluss von Ammoniak im Rohgas auf den ordnungsgemäßen Betrieb der Schwefelrückgewinnungsanlagen darf ebenfalls nicht unterschätzt werden. Dies zeigt sich darin, dass vor dem Eintreten des sauren Gases in den Ofen verschiedene Ammoniumsalze die Geräte und Leitungen verstopfen und somit den normalen Transport des sauren Gases beeinträchtigen. Nach dem Betreten des Systems sind das durch die Verbrennung von Ammoniak entstehende Stickstoff sowie Wasser inert gegenüber der Claus-Reaktion; dadurch sinkt der Schwefeldruck und somit auch die Ausbeute an Schwefel. Eine unvollständige Verbrennung von Ammoniak reagiert mit den sauren Bestandteilen im Prozessgas, wodurch Ammoniumhydrid oder Ammoniumpolysulfide entstehen. Diese Kristalle verstopfen die Rohre des Kondensators, erhöhen den Druckabfall im System und können sogar dazu führen, dass die Anlage stillgelegt werden muss. Die Reaktion von Ammoniak mit Aluminiumoxid führt zur Inaktivierung des Katalysators. Die Nebenprodukte, nämlich Stickoxide, verursachen Umweltverschmutzung. Zudem wirken Stickoxide als Katalysator für die weitere Oxidation von Schwefeldioxid – dadurch entsteht Schwefelsäure, die wiederum zu Korrosion der Anlagen sowie zur Vergiftung des Katalysators führt. (3) CO2: In den meisten Fällen bilden H2S und CO2 gemeinsam den Hauptbestandteil der sauren Gase. Neben der Verdünnungswirkung hat CO2 in sauren Gasen vor allem die schädliche Wirkung, dass es die Flammen Temperatur im Reaktor senkt und den Gehalt an COS und CS2 in den Gassen am Ausgang des Verbrennungsofens erhöht. Wenn eine ausreichende Hydrolyse in der Phase der katalytischen Reaktion bei niedrigen Temperaturen nicht stattfindet, wird dies die Umsetzungsrate sowie die Erträge des Systems beeinträchtigen. (4) Wasser: Als eigentlich inerte Substanz ist Wasser außerdem ein Produkt der Claus-Reaktion. Daher hat es Einfluss auf das Gleichgewicht der Claus-Reaktion sowie auf die effektiven Partialdrücke der Reaktanten. Dadurch verringert sich die Umwandlungsrate von Schwefelwasserstoff sowie die Erträge an Schwefel. Der Wasserdampfgehalt in üblichen sauren Gasen beträgt etwa 2 % bis 5 %.

Es kommt zu Inaktivierung des Katalysators sowie zu Verstopfungen in den Leitungen, was die Effizienz bei der Rückgewinnung von Schwefel beeinträchtigt

Es kann zu Schwankungen der Ofentemperatur kommen, was wiederum die Temperatur im Ofenraum sowie den Systemdruck beeinflusst. Zudem entsteht leicht schwarzer Schwefel, was zur Inaktivierung des Katalysators führt. Was die anderen angeht, weiß ich es nicht.

Eine Erhöhung der Betriebstemperatur des Hauptverbrennungsofens kann die langfristige sichere Funktionsfähigkeit des Ofens beeinträchtigen; sie verringert außerdem die Effizienz der Schwefelrückgewinnungsanlage, erhöht den Luftverbrauch und beeinflusst die Qualität des Schwefels – zudem steigt der Energieverbrauch.