Les raffineries qui traitent des pétroles bruts à haute teneur en soufre produisent des quantités importantes de sous-produit, le sulfure d'hydrogène (H2S), également appelé gaz acide. Ce gaz est souvent traité dans une unité de récupération du soufre (SRU) de Claus.
Le procédé Claus convertit les gaz acides (H2S) en soufre élémentaire dans un processus de combustion pauvre en oxygène. Le soufre liquide provenant du condenseur passe par une jambe d'étanchéité pour atteindre une fosse couverte d'où il est pompé vers des camions ou des wagons pour être expédié aux utilisateurs finaux. Environ 65 à 70 % du soufre est récupéré. Le procédé SCOT (Shell Claus Off-gas Treating Process) a été mis au point par Shell et présenté au début des années 70 comme un procédé intéressant pour améliorer l'efficacité d'une unité de récupération du soufre Claus. Le procédé se compose de quatre processus de combustion (ainsi que de réacteurs catalytiques qui ne sont pas abordés ici) :
1. Four de réaction
2. Réchauffeur en ligne
3. Générateur de gaz réducteur
4. Incinérateur de gaz de queue
L'analyse CFD présentée dans cet article ne prend en compte que le deuxième procédé, le réchauffeur en ligne. Le réchauffeur en ligne réchauffe le gaz acide en le mélangeant aux produits de combustion réducteurs chauds. Une considération importante de la conception est que les produits de combustion mélangés sont réducteurs. Si un glissement de O2 (O2 non brûlé) est disponible pour se mélanger au gaz acide, le H2S peut être oxydé en composés indésirables (par exemple, SO3, SO4, H2SO4) qui peuvent attaquer les réfractaires et endommager l'environnement.
Conclusions
Cet article présente l'analyse CFD de la section du réchauffeur en ligne d'un système SCOT. La présente analyse a indiqué que le mélange dans la zone proche du brûleur est très bon et que l'emportement de l'O2 ne devrait pas se produire. L'analyse de la composition chimique dans le réacteur à l'aide du code d'équilibre thermodynamique CET89 a facilité la prédiction des fractions molaires d'acétylène à l'équilibre à différents endroits de la cuve. Ces fractions molaires indiquent que la formation de suie ne se produira pas dans la zone de combustion ou dans la zone de mélange des gaz de queue du SRU.
L'utilisation de l'analyse CFD pendant la phase de conception des systèmes de combustion industriels peut réduire considérablement la probabilité de problèmes de démarrage et de fonctionnement. Dans ce cas, les problèmes tels que les longues flammes ou la production de suie dans le four seraient très coûteux à réparer car l'unité est opérationnelle en permanence. Le fonctionnement du système a été testé par le biais des cas de performance suivants. Les données de ces cas ont également été comparées aux mesures expérimentales (à la fois la chute de pression mesurée dans diverses parties du réacteur et l'observation visuelle de la formation de suie). Sur la base de ces comparaisons, le réacteur a été construit et installé et fonctionne avec succès comme prévu.
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