Die Produktion von qualitativ hochwertigem Schwefel beginnt mit sauberen Rohstoffen. Art, Gehalt und Quelle der Verunreinigungen im Sauergas haben unterschiedliche Auswirkungen auf den Betrieb von Schwefelrückgewinnungsanlagen und fertigen Schwefelprodukten. Typische Verunreinigungen sind Kohlenwasserstoffe, CO₂, H₂O und NH₃. Eine strenge Kontrolle dieser Verunreinigungsindikatoren ist ein Muss für die Herstellung von hochwertigem Schwefel.
1. Kohlenwasserstoffe und Aminlösungsmittel
Das Mitreißen von Kohlenwasserstoffen und Aminlösungsmitteln im sauren Gas, das in den Ofen gelangt, erhöht die Ofentemperatur, erhöht die Wärmebelastung und die thermische Belastung von Abhitzekesseln und erfordert eine höhere Verbrennungsluftzufuhr. Das bei der Verbrennung entstehende CO₂ und H₂O senken den Partialdruck von H₂S und hemmen die Claus-Reaktion. Ein höherer Kohlenwasserstoffgehalt führt zu einem Anstieg der COS- und CS₂-Werte der Nebenprodukte, wodurch die Effizienz der Schwefelumwandlung verringert wird.
Schwankungen der Kohlenwasserstoffkonzentration führen zu einer verzögerten Luftverteilung und einem lokalen Sauerstoffmangel. Schwere Kohlenwasserstoffe, aromatische Kohlenwasserstoffe und Aminlösungsmittel werden unter Sauerstoffmangelbedingungen gecrackt und bilden Kohlenstoffablagerungen, die Schwefelprodukte verunreinigen, Katalysatorbetten verstopfen, Katalysatoren deaktivieren und den Druckabfall im System erhöhen. Schwere Blockaden unter extremen Betriebsbedingungen können zu ungeplanten Abschaltungen führen und die Wartungszyklen zur CO2-Verbrennung verlängern.
Kontrollspezifikation: Kohlenwasserstoffgehalt im Sauergas kleiner oder gleich 3 Vol.-%.
2. Kohlendioxid (CO₂)
Als inerte Komponente reduziert CO₂ den Partialdruck von H₂S und die Flammentemperatur des Ofens und steigert so die Bildung von COS und CS₂ im Prozessgas. Die Bildung von organischem Schwefel korreliert positiv mit der CO₂- und Kohlenwasserstoffkonzentration. Eine unvollständige Hydrolyse von organischem Schwefel im katalytischen Nieder--Temperaturbereich führt gleichzeitig zu einer Verringerung der Schwefelumwandlung und der Schwefelrückgewinnungsrate, wodurch hochreiner Schwefel unerreichbar wird.
3. Wasserdampf
Obwohl seine hemmende Wirkung milder ist als die von Ammoniak und CO₂, verändert Wasserdampf den Partialdruck der Komponenten in Reaktoren und schwächt die Effizienz der Claus-Reaktion, wodurch die Schwefelproduktion sinkt.
Im Normalbetrieb darf kein Wasserdampf in den Ofen gelangen. Der Wassereintrag am vorderen-Ende-verursacht einen starken Abfall der Ofentemperatur, einen Druckanstieg im Ofen und Schäden an der feuerfesten Auskleidung. Wasseraustritt aus Abhitzekesseln führt direkt zur Katalysatordeaktivierung.
Kontrollspezifikation: Wasserdampfgehalt im sauren Gas: 2 Vol.-% bis 5 Vol.-%.
4. Ammoniak (NH₃)
Der Eintrag von Ammoniak in die Rohstoffe hat schwerwiegende negative Auswirkungen:
①Ammoniumsalzkristalle bilden und blockieren Rohrleitungen und Geräte am vorderen Ende, wodurch der Transport saurer Gase behindert wird.
②Die Verbrennungsprodukte N₂ und H₂O reduzieren den H₂S-Partialdruck und die Schwefelrückgewinnungsrate;
③Unvollständige Ammoniakverbrennung erzeugt NOₓ. Unter aeroben Bedingungen fördert NOₓ die Umwandlung von SO₂ in SO₃ und bildet Sulfatkristalle, die Kondensatoren in Niedrigtemperaturzonen blockieren, wodurch der Systemdruckabfall drastisch ansteigt und sogar eine Abschaltung der Einheit erzwungen wird;
④Ammoniak reagiert mit Aluminiumoxidkatalysatoren und deaktiviert diese, während NOₓ die Korrosion der Ausrüstung und die Katalysatorvergiftung beschleunigt;
⑤Ammoniak reichert sich in der SCOT-Aminlösung an und schwächt die H₂S-Absorption im Absorber und die Desorptionsleistung im Regenerator.
Alle oben genannten Probleme beeinträchtigen die Gesamteffizienz der Schwefelrückgewinnung. Kontrollspezifikation: Ammoniakgehalt im Speisegas kleiner oder gleich 3 Vol.-%.
5. Methanol
Die Mitführung von Methanol ist ein wichtiger Kontrollpunkt für Schwefelrückgewinnungsanlagen in Kohlechemiewerken. Unter schwankenden Arbeitsbedingungen oder ungewöhnlichen Vorfällen kann Sauergas große Mengen Methanol transportieren. Die Betreiber müssen die Verbrennungsluftzufuhr rechtzeitig anpassen, um eine Kohlenstoffausfällung aufgrund von Sauerstoffmangel zu vermeiden und zu verhindern, dass Kohlenstoffablagerungen den fertigen Schwefel verunreinigen und die Katalysatorbetten verstopfen.