Claus-Prozess

Der Claus-Prozess ist ein Verfahren zur industriellen Herstellung von Schwefel aus Schwefelwasserstoff. Schwefelwasserstoff entsteht beispielsweise bei der Herstellung von Steinkohlenkoks als Bestandteil des Kokereigases oder bei der Entschwefelung von Erdöl in Raffinerien.

Chemisch-technisches Verfahren

Chemische Reaktion

Der Oxidation des Schwefelwasserstoffs läßt sich in zwei Schritte zerlegen^[1]:

1. Ein Drittel des Schwefelwasserstoffs wird zu Schwefeldioxid verbrannt:
    : ΔH = -4147,2 kJ/mol
   
2. Die restlichen 2/3 des Schwefelwasserstoffs reagieren mit dem SO₂ zu Schwefel (Komproportionierung):
    : ΔH = -1165,6 kJ/mol
   

Verfahrenstechnik

Das technische Verfahren läßt sich in 4 Stufen zerlegen:

1. Im Hauptbrenner wird durch substöchiometrisches Verbrennen des H₂S mit Luft (auch Luft/Reinsauerstoff-Gemische möglich) die benötigte Menge SO₂ erzeugt (Reaktion 1., ca. 1100°C). Das SO₂ reagiert bereits hier zum Großteil mit dem restlichen H₂S zu Schwefel (Reaktion 2.). Hinter dem Hauptbrenner wird das Gas abgekühlt (auf ca. 140°C), sodaß der erzeugte flüssige Schwefel abgeschieden werden kann (ca. 60-70% der erzeugten Schwefelmenge).
2. In 2 aufeinanderfolgenden katalytischen Stufen (Bauxit-Katalysator, ca. 250°C) wird nach Reaktion 2. weiterer Schwefel gewonnen. Die gesamte Ausbeute an Schwefel beträgt für diese prozesstechnische Konstellation 95% (Schwefelrückhaltungsgrad), denn Reaktion 2. läuft nicht vollständig ab (es existieren auch Claus-Anlagen, bei denen 3 katalytische Stufen den Schwefelrückhaltungsgrad auf ca. 97% anheben können).
3. Im Abgas hinter der 2. katalytischen Stufe befindet sich - neben SO₂ - immer noch H₂S, welches entweder in einem thermischen (~900°C) oder katalytischen (~400°C) Incinerator verbrannt wird (Reaktion 1.) um Emissionen von H₂S zu vermeiden.

Die Einhaltung der Stöchiometrie ist extrem wichtig, da sonst überschüssiges SO₂ bzw. H₂S (im nachfolgenden Incinerator zu SO₂ verbrannt) die Umwelt belastet.

Um den Schwefelrückhaltungsgrad weiter zu steigern, sind diverse Verfahren entwickelt worden, die das Abgas hinter den katalytischen Stufen von Schwefelverbindungen reinigen. Das bekannteste ist das sogenannte SCOT-Verfahren (Shell Claus Offgas Treating).

SCOT-Verfahren

SO₂, das im Claus-Verfahren nicht zu Schwefel umgesetzt wurde, wird im SCOT-Verfahren zu H₂S hydriert:

 : ΔH = -339,6 kJ/mol

und zusammen mit dem ebenfalls nicht umgesetzten H₂S der 2. katalytischen Stufe über eine Amin-Absorption aus dem Abgasstrom entfernt. Das absorbierte H₂S wird wieder freigesetzt und zum Einsatz der Clausanlage zurückgeführt (recycled). Das Abgas wird anschließend wegen der - wenn auch geringen - Spuren an H₂S ebenfalls incineriert. Ein guter Schwefelrückhaltungsgrad einer Claus/SCOT-Kombination liegt bei 99,8%.

Regenerative Rauchgasentschwefelung

Bei regenerativen Verfahren zur Rauchgasentschwefelung (z.B. Wellmann-Lord-Verfahren) entsteht SO₂, das direkt in eine (vorhandene) Claus-Anlage geleitet werden kann. Hierdurch wird die zusätzliche Investition für die SO₂-Aufarbeitung (Hydrierung) gespart. Speziell für Raffinerien ist dies eine interessante Lösung ^[2].

Quellenangaben

1. ↑ Charles E. Mortimer, Ulrich Müller: Chemie - das Basiswissen der Chemie. Thieme, Stuttgart 2003, S.411–412. ISBN 3-13-484308-0
2. ↑ "PCK Schwedt"

Weblinks

• SCOT Prozess
• Schwefelemissionen