Anwendung von Thermoplattenreaktoren in der Schwefelrückgewinnung
Einleitung Abb. 1: SMARTSULF-Verfahrensschema
Reaktoren mit Innenkühlung sind bei der Schwefelrückgewinnung nicht allzu häufig anzutreffen, obwohl es eigentlich
durchaus gute Gründe für ihre Anwendung gibt. Der wichtigste ist, dass sie bei einer ziemlich einfachen
Anlagenkonfiguration (siehe Verfahrensschema des SMARTSULF-Prozesses in Abb. 1) eine sehr hohe Schwefelrückgewinnungsrate
(SRR) ermöglichen. Durch den dargestellten Prozess kann eine Schwefelrückgewinnungsrate von bis zu 99,9 % erreicht werden.
Für so hohe Werte benötigen herkömmliche Prozesse zur Schwefelrückgewinnung wesentlich komplexere Anlagen.
Ein neuer, aber bereits im technischen Maßstab bewährter Typ von Reaktor, der sog. Thermoplattenreaktor ermöglicht jetzt, die Reaktionsbedingungen zu optimieren, beinahe ohne irgendwelche Begrenzungen seitens des Wärmetauschers berücksichtigen zu müssen. Eine Thermoplatte, auch Thermoblech genannt besteht aus zwei Blechen, die an den Rändern zusammengeschweißt werden. Über die Oberfläche werden Punktschweißungen verteilt. Diese Arbeiten können von Robotern ausgeführt werden, was bedeutet, dass große Flächen zu niedrigen Preisen hergestellt werden können. Nach diesem Schritt werden die Bleche expandiert durch Einpressen einer Flüssigkeit unter hohem Druck. Dadurch entstehen Kanäle zwischen den Blechen, wie das in Abb. 1 schematisch gezeigt ist. Mehrere solche Thermobleche werden verbunden zu einem Wärmetauscherpaket, das dann in einen Mantel eingebracht wird. Damit ist der Wärmetauscher komplett. Die wichtigsten Schritte bei der Produktion eines solchen Wärmetauschers sind in Abb. 2 bis 5 gezeigt.
Das Sauergas zur Schwefelrückgewinnung wird genauso wie in jeder anderen Claus-Anlage unterstöchiometrisch verbrannt. Anschließend folgen ein Abhitzekessel, ein Schwefelabscheider und ein Zwischenerhitzer zum ersten Reaktor, der sich von herkömmlichen Reaktoren unterscheidet.
Das Konzept, das dem SMARTSULF-Prozess zugrunde liegt, besteht darin, die Reaktionswärme der Claus-Reaktion direkt im Katalysatorbett statt in einem nachgeschalteten Wärmetauscher zu übertragen. Dadurch wird die Temperatur am Auslass des Katalysatorbetts innerhalb eines engen Bereichs kontrolliert. Der eingesetzte Wärmetauscher besteht aus einem Stapel Thermoplatten, die mit relativ großen Abständen von einander angeordnet sind. Der Raum zwischen den Thermoplatten wird mit dem Katalysator gefüllt, der auf diese Weise rasch abgekühlt werden kann. Da diese Art Wärmetauscher noch wenig bekannt ist, wird er im Folgenden ausführlicher erörtert. Zuerst muss jedoch noch der Prozess beschrieben werden.
Der erste Reaktor einer Claus-Anlage stellt stets einen Kompromiss zwischen zwei an sich widersprüchlichen Aufgaben dar: Die Reaktionstemperatur muss einerseits hoch genug sein für eine maximale COS- und CS2-Hydrolyse und andererseits so niedrig wie möglich, um ein günstiges Gleichgewicht der Claus-Reaktion und infolgedessen maximalen Umsatz zu erreichen. Der innengekühlte Reaktor kann diesen Konflikt lösen. Die obere Schicht des Katalysators wird ohne Kühlung belassen. Die Einlauftemperatur in diesen Abschnitt beträgt normalerweise 220 °C bis 240 °C. Die Reaktion erwärmt das Gas auf ca. 320 °C, die Temperatur, die für die COS- und CS2-Hydrolyse erforderlich ist. Der zweite, nachgelagerte Abschnitt im gleichen Reaktor wird abgekühlt, und durch das Verdampfen von Kesselspeisewasser kann eine feste Auslauftemperatur etwas über dem Taupunkt von Schwefel erreicht werden. Diese Kombination aus einem adiabatischen und einem gekühlten Abschnitt in einem Reaktor sorgt für Umsatzgrade, die mit einer zweistufigen Claus-Anlage vergleichbar sind.
Auf den ersten Reaktor folgt zunächst ein Schwefelkondensator und dann ein zweiter, identischer Reaktor, der allerdings bei einer niedrigeren Temperatur betrieben wird. Dadurch wird das chemische Gleichgewicht zur Bildung von mehr Schwefel hin verschoben. Tatsächlich wird die Auslauftemperatur so gewählt, dass sie zwischen 100 °C und 125 °C beträgt, was bedeutet, dass sie sogar unter dem Erstarrungspunkt von Schwefel liegen kann.
Während des Betriebs unter dem Schwefeltaupunkt von sammelt sich der gewonnene Schwefel auf dem Katalysator an und desaktiviert ihn allmählich. Er muss daher wieder regeneriert werden. Dies geschieht, indem er in die Position des ersten Reaktors umgeschaltet wird. Dort wird der Schwefel bei der hohen Temperatur von bis zu 320 °C desorbiert, so dass der Katalysator regeneriert wird. Gleichzeitig wird der frühere erste Reaktor umgeschaltet, so dass er die Position des kühlen zweiten Reaktors einnimmt. Dieser Vorgang wird normalerweise einmal pro Tag wiederholt.
Das behandelte Gas geht schließlich zur thermischen Nachverbrennung und dann zum Kamin.
SMARTSULF im Vergleich zu herkömmlichen Schwefelrückgewinnungsprozessen
Die herkömmlichen Schwefelrückgewinnungsprozesse mit einer Rückgewinnungsrate von über 99,0 % haben allesamt einen Nachteil gemein: Sie schalten hinter den Claus-Prozess zusätzliche Abgasreinigungsprozesse. Dadurch wird das ganze System einigermaßen komplex und daher auch teurer, wartungsanfälliger, was längere Stillstandzeiten sowie höhere Investitionen und Betriebskosten nach sich zieht. SMARTFUL wendet eine neue Lösung an, indem der katalytische Claus-Prozess mit einer SubDewPoint-Abgasbehandlung in nur zwei Reaktoren kombiniert wird.
Der Prozess der Behandlung des Abgases unter dem Schwefeltaupunkt basiert auf einem bewährten Prinzip, das von Prozessen wie beispielsweise CBA und SULFREEN bekannt ist. Im Unterschied zu diesen herkömmlichen Prozessen erfordert SMARTSULF jedoch nur zwei katalytische Reaktoren mit Innenkühlung. Das ermöglicht ziemlich niedrige Temperaturen am Auslass der Reaktoren. Die direkte Folge davon ist eine Erhöhung der Schwefelrückgewinnungsrate (siehe Abb. 2).
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Abb. 2: Schwefelrückgewinnungsrate (SRR) in Abhängigkeit von der Austrittstemperatur des zweiten Reaktors
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Die Thermodynamik bewirkt, dass die Schwefelrückgewinnungsrate (SRR) bei abnehmender Temperatur ansteigt. Es gibt jedoch Untergrenzen für die Temperatur, die gegeben sind durch den Wassertaupunkt des Gases, der nicht unterschritten werden darf, und die Kinetik der Reaktion, die zu langsam werden könnte. Die thermodynamische Wirkung niedriger Temperatur ist seit langem bekannt. Bei den herkömmlichen Prozessen sind Austrittstemperaturen unter 130 °C jedoch nicht möglich, da Schwefel ein sehr guter Isolator ist. Aus diesem Grund muss die Austrittstemperatur des Wärmetauschers vor einem SULFREEN- oder CBA-Reaktor über der Erstarrungstemperatur des Schwefels gehalten werden, d.h. sie darf nicht unter 125 °C sinken. Infolge der Claus-Reaktion steigt die Temperatur im Reaktor leicht an, so dass die Austrittstemperatur aus dem Reaktor ungefähr 130 °C beträgt oder sogar noch höher ist. Dies entspricht einer bestmöglichen SRR von ca. 99,5 %. Schwankungen der Einsatzgaszusammen-setzung und/oder des Durchflusses sowie Reglerschwankungen reduzieren die SRR, so dass der langfristige Mittelwert der Schwefelrückgewinnungsrate bei diesen Verfahren in der Praxis normalerweise 99,0 % bis 99,2 % beträgt. >
Bei SMARTSULF reduziert der Wärmetauscher im Reaktor die Temperatur von den typischen 190 °C am Einlass auf etwa 100 °C am Austritt. Im Katalysatorbett wird der gebildete Schwefel auf dem Katalysator schneller adsorbiert als auf der Oberfläche des Wärmetauschers. Dadurch kann die Austrittstemperatur des Reaktors nicht nur auf niedrigere Werte, sondern sogar unter den Erstarrungspunkt von Schwefel gesenkt werden, was zu Schwefelrückgewin-nungsraten von bis zu knapp 99,9 % führt. Aber dieser Wert wird nur unter idealen Bedingungen erreicht. Der langfristige Mittelwert liegt wie bei den herkömmlichen SubDewPoint-Prozessen normalerweise um etwa 0,2 bis 0,3 % unter dem thermodynamischen Optimum. So hohe SRR-Werte konnten bisher nur durch wesentlich kompliziertere Prozesse erreicht werden, wie beispielsweise eine komplette Claus-Anlage mit nachgeschalteter Hydrierung und Aminwäsche für die Abgasbehandlung, wie etwa BSR-Amin, SCOT-Verfahren und dergleichen. Da der Prozess mit zwei Reaktoren mit viel weniger Apparaten und Prozessschritten auskommt, ist er wesentlich billiger. Und da er weniger komplex ist, ist er auch zuverlässiger.
Die erste industrielle Anlage, die diesen Zwei-Reaktor-Prozess nutzt, wurde im Dezember 1995 in der schwedischen Raffinerie Nynäs in Betrieb genommen. Es waren zwei Gasströme aus einer Amin-Wäsche und einem Sauerwasserstripper zu behandeln. Die Anlage erwies sich als äußerst zuverlässig, leicht zu bedienen und wartungsarm. Die Verfügbarkeit lag immer über 99,5 %/Jahr. Der Kunde sagt, dass diese Anlage selbst nach mehr als 15 Betriebsjahren noch immer die zuverlässigste der gesamten Raffinerie ist. Sie erreichte die erwarteten Schwefelrückgewinnungsraten bei Bestwerten von bis zu 99,85 % mit gealterten Katalysatoren. Im Betrieb mit geringer Last sank die Schwefelrückgewinnungsrate bei einem Tunr-down von 6:1 nur um 0,1 %. Abb. 3 ist ein Foto der Anlage.
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Abb. 3: Schwefelrückgewinnungsanlage in der Raffinerie Nynäs, Schweden
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1. Für die Innenkühlung sorgt jetzt ein spezieller Plattenwärmetauscher, nämlich der Thermoplattentauscher, anstelle der teuren spiralförmig gewickelten Rohrwärmetauscher, die früher verwendet wurden. Dieses Reaktorsystem ist patentiert.>
2. Die beiden Reaktoren werden vorzugsweise durch Dampfsysteme mit geschlossenem Kreislauf und Luftkühlern zum Kondensieren des entstehenden Dampfes gekühlt. Dieses System ähnelt den Kühlern von Kraftfahrzeugmotoren.
3. Bei den zwei Umschaltventilen, die im Prozess benötigt werden, handelt es sich um zuverlässige Vierwegeventile. Die Patentanmeldung für diese Ventile ist eingereicht.
Thermoplatten für die Innenkühlung katalytischer Reaktoren
Innengekühlte katalytische Reaktoren haben sich in vielen Anwendungen bewährt. Sie werden in erster Linie für selektive Reaktionen verwendet, die eine genaue Temperaturkontrolle erfordern, oder bei Reaktionen, bei denen das chemische Gleichgewicht stark temperaturabhängig ist. Die Claus-Reaktion für die Schwefelrückgewinnung gehört zu dieser zweiten Art. Bislang wurden meist Rohrwärmetauscher zur Reaktorkühlung verwendet, bei denen sich der Katalysator in den Rohren befindet. In einigen Fällen wurden auch gewickelte Wärmetauscher angewendet, deren spiralförmig gewundenen Rohre im Katalysatorbett liegen. Beide Reaktortypen haben jedoch etliche nachteilige Eigenschaften. Vor allem haben Zwänge bezüglich der Baubarkeit der Wärmetauscher häufig dazu geführt, dass die Bedingungen für die katalytische Reaktion nicht optimal sind. So müssen beispielsweise Geradrohrreaktoren möglichst schlank und hoch gebaut werden, um die thermischen Spannungen auf die Rohrböden nicht unzulässig hoch werden zu lassen. Diese Bauweise bringt jedoch unweigerlich hohen Druckverlust, hohe Lineargeschwindigkeit und mechanische Belastung der unteren Partikelschichten des Katalysators mit sich. Die spiralgewickelten Wärmetauscher vermeiden diese Nachteile bis zu einem gewissen Grad. Aber sie erfordern viele Arbeitsgänge bei der Herstellung und ein hohes Qualifikationsniveau, was solche Tauscher normalerweise teuer macht. All diese Eigenschaften der Rohrreaktoren wirken sich auf Schwefelrückgewinnungsanlagen eher ungünstig aus.
Die katalytischen Reaktoren der neuen Generation setzen bei SMARTSULF Thermoplatten als Wärmetauscher ein. Daher werden sie „Thermoplattenreaktoren“ genannt. Sie beseitigen sämtliche der zuvor genannten Nachteile von Rohrreaktoren.
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Abb. 4: Funktionsprinzip eines Thermoplatten-Wärmetauschers |
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Eine Thermoplatte besteht aus zwei gleich starken Blechen, die durch Punktschweißen miteinander verbunden werden (siehe Abb. 5 und 6). An ihren Kanten werden diese Bleche durch eine Widerstandsrollnaht zusammen-geschweißt. Diese Arbeiten werden von Robotern ausgeführt, so dass große Wärmetauscherflächen zu niedrigen Preisen hergestellt werden können. Die Punkt- und Nahtschweißungen der Thermoplatten sind spaltfrei. Nach dem Schweißen werden die Platten durch Einspritzen einer Flüssigkeit unter hohem Druck expandiert. Dadurch entstehen Kanäle zwischen den Blechen, wie in Abb. 4 schematisch dargestellt ist.
Jeweils vier Schweißpunkte bilden Vierecke. Durch die Expansion ergibt sich die typische Kissenform, die in Fig. 6 zu erkennen ist. Mehrere, parallel ausgerichtete Thermoplatten bilden ein Thermoplattenpaket (Abb. 7), das dann in einen Mantel eingeführt wird (Abb. 8)
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Abb. 5: Punktschweißen von Thermoplatten
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Abb. 6: Thermoplatte
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Abb. 7: Thermoplatten mit Dampfsammler
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Abb. 8: Thermoplatten-Wärmetauscher in Mantel
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Über tausend solcher Thermoplatten-Wärmetauscher wurden bislang gebaut und in Anlagen auf der ganzen Welt installiert. Der Service umfasste auch ausgesprochen schwierige Implementierungen wie etwa Kondensatoren für COCl2, das nicht nur hoch giftig, sondern bei Kontakt mit Wasser auch korrosiv ist. Es wurden Wärmetauscher in Größen von mehreren tausend m2 ausgeliefert. Zusammengefasst kann festgestellt werden, dass es sich bei diesem Wärmetauschertyp zweifellos um eine reife und erprobte Technologie handelt.
Thermoplatten-Wärmetauscher sind kompakt und leicht. Sie weisen einen geringen Druckverlust auf und haben einen hohen Wärmewirkungsgrad. Diese Eigenschaften machen diese Wärmetauscher aus geschweißten Platten zur idealen Lösung für Schwefelrückgewinnungsreaktoren.
Die inneren und äußeren Fluidkanäle sind durch Schweißnähte vollständig voneinander getrennt. Im Gegensatz zu anderen Typen von Platten-wärmetauschern besteht hier kein Kontakt zwischen benachbarten Blechen. Jede Thermoplatte ist vielmehr in sich abgeschlossen, ohne irgendwelche Kräfte auf die nächste Platte zu übertragen. Der Katalysator kann daher ohne mechanische Belastung der Partikel zwischen die Platten eingebracht werden. Aufgrund der hohen Turbulenz auf beiden Seiten der Thermoplatte weisen die Thermoplatten-Wärmetauscher hohe Wärmeübergangskoeffizienten auf. Daher ist die zu installierende Wärmetauschfläche im Vergleich zu Rohrwärmetauschern kleiner, auch wenn der Unterschied nicht allzu groß ist.
Die Distanz zwischen den Platten, die Stapelhöhe, der Abstand zwischen den Punktschweißungen sowie die Abmessungen und die Anzahl der Thermoplatten können beliebig variiert werden. Daher können Thermoplatten-Wärmetauscher optimal auf jede Anwendung zugeschnitten werden.
Da Thermoplatten-Wärmetauscher zu Modulen zusammengebaut werden können, sind Ausführungen praktisch in jedem Durchmesser und jeder Höhe möglich. Dies wiederum eröffnet die Möglichkeit, den Wärmetauscher den optimalen Betriebsbedingungen des Katalysators entsprechend so anzupassen, dass die am besten geeigneten Prozessbedingungen bezüglich linearer Gasgeschwindigkeit, Raumgeschwindigkeit, Druckverlust und Temperatur erreicht werden.
Mechanische Aspekte
Für die Maßhaltigkeit des Reaktormantels genügen die Toleranzen für die Rundheit nach DIN, d.h. eine Änderung des normalen Herstellungsprozesses ist nicht nötig.Thermoplattenmodule werden im Reaktor mit einem Festlager an einem Ende und einem Loslager am anderen installiert. Bei Schwefelrückgewinnungsreaktoren ist das untere Ende als Festlager vorgesehen. Die thermischen Spannungen werden von einem Kompensator in der Rohrleitung aufgenommen, die den Dampfsammler mit dem Rohr aus dem Reaktor verbindet. Dadurch wird die mechanische Belastung der Thermoplatten minimiert.
Die Kräfte, die aus dem Gewicht des Wärmetauschers, des Katalysators und aus den dynamischen Kräften des Druckverlusts im Betrieb resultieren, werden über I-Träger auf den Reaktormantel und den unteren Klöpperboden übertragen. Dadurch ist die mechanische Belastung der Thermoplatten selbst gering, so dass ihre Maßhaltigkeit davon nicht beeinträchtigt wird.
Befüllung mit Katalysator und Verteilung des Druckverlusts
Für katalytische Reaktoren ist eine gleichmäßige Verteilung des Druckverlusts über den Reaktorquerschnitt äußerst wichtig. Das ist in Thermoplattenreaktoren verhältnismäßig leicht zu erreichen. Der Katalysator wird ganz ähnlich wie in einem Festbett ohne Wärmetauscher über den Querschnitt des Wärmetauschers verteilt. Dadurch ist eine gleichmäßige Verteilung des Katalysators und eine gleiche Packungsdichte gewährleistet. Da der Abstand zwischen den benachbarten Thermoplatten im Vergleich zu den Katalysatorpartikeln ziemlich groß ist, besteht keine Gefahr der Brückenbildung, selbst wenn beim Einfüllen des Katalysators keine allzu große Sorgfalt angewendet wird.
Zum Entleeren wird der verbrauchte Katalysator entweder abgesaugt oder man nimmt das Traggitter heraus, so dass die Katalysatorpartikel durch den Boden des Reaktors ausströmen.
Umschaltvorgang bei SMARTSULF
Sobald der SubDewPoint-Reaktor vollständig mit Schwefel beladen ist, muss er zur Regenerierung in die Position des heißen Reaktor geschaltet werden. Das Umschalten erfolgt vollautomatisch, sobald eine vorgegebene Gasmenge zur Schwefelrückgewinnungsanlage erreicht wurde. Der komplette Vorgang wird dann vom Ablaufsteuerprogramm des Reaktors ohne Eingriff des Anlagenfahrers gesteuert und ausgeführt.
Bei SMARTSULF wird das Prozessgas durch zwei Vierwegearmaturen (Abb. 9) umgeschaltet. Auch in dieser Hinsicht unterscheidet sich die Lösung von den herkömmlichen Techniken. Die Armaturen sind so einfach wie möglich aufgebaut und haben nur eine rotierende Platte, die die Gasströme trennt. Dadurch sind sie strapazierfähig, leicht zu warten und einfach zu bedienen. Zum Umschalten der beiden Armaturen, die durch eine Antriebswelle verbunden sind, bedarf es nur einer einzigen Ansteuerung. Dadurch wird auch sichergestellt, dass alle Wege genau zum gleichen Zeitpunkt umgeschaltet werden.
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Abb. 9: Skizze der Vierwegearmatur
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Bei herkömmlichen SubDewPoint-Prozessen wie SULFREEN oder CBA werden Auf-/Zu-Ventile zum Umschalten der Gasströme verwendet. Für zwei SubDewPoint-Reaktoren (siehe Abb. 10 unten) werden acht solcher Ventile benötigt, für drei Reaktoren zwölf. Diese Auf-/Zu-Ventile haben mehrere Nachteile: Sie sind teuer und verursachen einen erheblichen Druckverlust. Zudem muss sorgsam darauf geachtet werden, dass sie nicht durch festen Schwefel blockiert werden. Und solange sie geschlossen sind, sind die Rohre nicht durchströmt. Dadurch besteht die Gefahr, dass die Rohre aufgrund von Ablagerungen von Ammoniumsalz, sowie durch Schwefelkondensation und Kondenswasserbildung von Korrosion angegriffen werden.
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Abb. 10: CBA SubDewPoint-Prozess mit acht Umschaltventilen (Quelle: /1/)
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In Abb. 10 sind die blauen Ventile bei diesem Arbeitsgang geschlossen und die weißen geöffnet. Nach dem Umschalten sind die weißen geschlossen und die blauen geöffnet. Die Rohre mit den geschlossenen Ventilen sind zwangsläufig tot. Das bedeutet, dass diese Rohre abkühlen, auch wenn sie möglicherweise beheizt werden. Ammoniumsalze, die vom Prozessgas mitgeführt werden, lagern sich hier ab (siehe Abb. 11). Solche Ablagerungen führen unvermeidlich zu Korrosion, was kostspielige Reparaturarbeiten zur Folge hat.
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Abb. 11: Rohr einer herkömmlichen SubDewPoint-Prozessanlage mit Ammoniumsalzablagerungen
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SMARTSULF löst diese Probleme durch den Einsatz zweier Vierwegearamturen. Dies ermöglicht ein Leitungssystem, bei dem Gas in allen Betriebszuständen kontinuierlich durch alle Prozessrohre befördert wird. Auf diese Weise gibt es im Prozess zu keinem Zeitpunkt tote Leitungen. Dadurch wird das Korrosionsproblem beseitigt oder zumindest erheblich reduziert. Außerdem wird verhindert, dass sich Kondenswasser bildet und der Schwefel erstarrt, da die Ventile und natürlich auch die Rohre beheizt werden.
Diese Ventile sind zum Patent angemeldet.
Vergleich mit anderen Claus-Abgasreinigungsverfahren
In Hydrocarbon Processing /4/ werden verschiedene Verfahren zur Claus-Abgasreinigung verglichen in Bezug auf ihren jeweiligen CO2 –Ausstoß. Unter diesen Verfahren ist auch SMARTSULF. Die wesentlichsten Ergebnisse des Vergleichs sind in der folgenden Tab 1 und in Diagramm Fig. 12 zusammengefasst.
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Tab. 1: Vergleich der CO2- und SO2 – Emissionen für verschiedene Verfahren der Claus-Abgasreinigung
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Wenn man die Liste von oben nach unten durchgeht kann man leicht erkennen, welchen Beitrag die verschiedenen Formen von Energie zur Gesamtemission beitragen. Wie die Werte im einzelnen berechnet wurden ist in dem zitierten Artikel /4/ nachzulesen.
CO2 –Emission im Vergleich zur SO2-Emission
In Bezug auf die CO2 –Emissionen im Vergleich zu den SO2 –Emissionen sind die Verfahren sehr unterschiedlich. SCOT ist das effizienteste Verfahren, um SO2 zu reduzieren: Hinter einer 2-stufigen Clausanlage mit z.B. 100 t/d Schwefelkapazität werden nur ca 17 kg/h SO2 emittiert. Aber dafür verbraucht SCOT Energie, die ca 241 kg/h CO2-Emission entspricht, während andere Prozesse Überschussenergie liefern. Der zweitbeste Prozess bezüglich SO2 –Emissionen ist SMARTSULF mit ca 33 kg/h SO2 –Emission. Aber diese 16 kg/h weniger an SO2 kosten (350 + 932) = 1282 kg/h CO2-Emission. Es ist sehr fragwürdig, ob die geringe SO2 –Menge zurückzuhalten tatsächlich den 75-mal höheren Ausstoß an CO2 rechtfertigt. In Fig. 12 sind diese Werte zum Vergleich grafisch dargestellt.
In der gegenwärtigen Diskussion der negative Einflüsse durch den Klimawandel wird immer wieder auf CO2 als einen der Hauptverursacher hingewiesen. Wir sollten also lernen, nicht nur die SO2 –Emissionen zu betrachten, sondern auch die CO2 –Emissionen.
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Fig 12: Vergleich der CO2-Emission und der SO2 -Emissionen
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Zusammenfassung
Der Thermoplattenreaktor ist ein neuer Typ von katalytischem Reaktor mit Innenkühlung, bei dem Thermoplatten zur Wärmeübertragung eingesetzt werden. Diese Art von Wärmetauscher ist schon über tausend Mal gebaut worden und hat sich in zahlreichen Anwendungen bewährt. Der SMARTSULF SubDewPoint-Prozess setzt Thermoplatten-reaktoren bei der Schwefelrückgewinnung ein, wodurch in einem einfachen Zwei-Reaktor-System Schwefelrückgewinnungsraten bis knapp unter 99,9 % erreicht werden können. Der Prozess erwies sich als verhältnismäßig kostengünstig und sehr zuverlässig. Außerdem ist er leicht zu betreiben. Es lässt sich ein Lastbereich herunter bis ca 15% fahren, wobei der Verlust an Rückgewinnungsrate lediglich 0,1 % beträgt. Von der ersten Anlage, die 1995 in Betrieb genommen wurde, sagt der Kunde, dass sie noch immer die zuverlässigste Anlage in der gesamten Raffinerie ist. In all diesen Jahren fiel die Anlage nie länger als 48 Stunden pro Jahr aus. Im Allgemeinen war die ungeplante Stillstandszeit aber wesentlich kürzer.
Der Artikel zeigt auch, dass die Energieffizienz von SMARTSULF höher ist als bei anderen Typen von Claus-Abgasreingung. Die äquivalenten CO2 –Emissionen der häufigsten Abgasreinigungs-verfahren variieren um einen Faktor 5. Angesichts der hohen CO2 –Emissionen ist es fraglich, ob die nur geringfügig niedrigere SO2 –Emission wirklich für die Umwelt den besten Kompromiss darstellt. Die Behörden sollten daraufhin die Regeln noch einmal überprüfen. Angesichts der Klimaänderungen, die CO2 auslöst sollte jede unnötige CO2 –Emission vermieden werden. Besser geeignete und in dieser Hinsicht optimierte Claus-Abgasreinigungsverfahren können zu weniger Umweltbelastung beitragen.
Literatur
/1/ Hydrocarbon Processing, Gas Processing Handbook 2009
/2/ http://www.world-nuclear.org/uploadedImages/org/education/IAEA%202000(1).gif
/3/ J. Mertens, “Greenhouse gas legislation and its impact on the refining industry”, Hydrocarbon Engineering, vol 14 no.11, vol15 no 1
/4/ M. Heisel, M. Rameshni, “Minimize Carbon Footprint from Claus tailgas units”, Hydrocarbon Processing, vol. 90, no. 2, p. 71ff