Las refinerías que procesan petróleos crudos con alto contenido de azufre producen cantidades significativas de subproducto sulfuro de hidrógeno (H2S), también llamado gas ácido. Este gas suele procesarse en una Unidad de Recuperación de Azufre (SRU) Claus.
El proceso Claus convierte el gas ácido (H2S) en azufre elemental en un proceso de combustión con falta de oxígeno y, a continuación, el azufre líquido del condensador pasa por un tramo de sellado a un pozo cubierto desde el que se bombea a camiones o vagones de ferrocarril para su envío a los usuarios finales. Se recupera aproximadamente entre el 65 y el 70% del azufre. El proceso SCOT (Shell Claus Off-gas Treating Process) fue desarrollado por Shell y presentado a principios de los años setenta como un proceso atractivo para mejorar la eficiencia de una unidad Claus de recuperación de azufre. El proceso consta de cuatro procesos de combustión (así como de reactores catalíticos que no se tratan aquí):
1. Horno de reacción
2. 2. Recalentador en línea
Generador de gas reductor
4. Incinerador de gases de cola
El análisis CFD que se discute en este artículo considera sólo el segundo proceso, el recalentador en línea. El recalentador en línea calienta el gas ácido mezclándolo con los productos reductores calientes de la combustión. Una consideración importante del diseño es que los productos de la combustión que se mezclan son reductores. Si el deslizamiento de O2 (O2 no quemado) está disponible para mezclarse con el gas ácido, el H2S puede oxidarse a compuestos indeseables (por ejemplo, SO3, SO4, H2SO4) que pueden atacar los refractarios y dañar el medio ambiente.
Conclusiones
En este trabajo se ha presentado el análisis CFD de la sección de recalentamiento en línea de un sistema SCOT. El presente análisis ha indicado que la mezcla en la zona cercana al quemador es muy buena y que no se prevé que se produzca un arrastre de O2. El análisis de la composición química en el reactor utilizando el código de equilibrio termodinámico CET89 facilitó la predicción de las fracciones molares de acetileno en equilibrio en distintos puntos del recipiente. Estas fracciones molares indican que la formación de hollín no se producirá en la zona de combustión ni en la zona de mezcla de gases de cola de la SRU.
El uso del análisis CFD durante la fase de diseño de los sistemas de combustión industrial puede reducir significativamente la probabilidad de que surjan problemas de puesta en marcha y funcionamiento. En este caso, problemas como las llamas largas o la producción de hollín en el horno serían muy costosos de reparar, ya que la unidad está operando continuamente. El funcionamiento del sistema se comprobó mediante los casos de rendimiento siguientes. Los datos de estos casos también se compararon con las mediciones experimentales (tanto la caída de presión medida en varias partes del reactor como la observación visual de la formación de hollín). Sobre la base de estas comparaciones, el reactor se construyó e instaló y está funcionando con éxito según lo previsto.
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