Refinarias que processam óleos brutos com alto teor de enxofre produzem quantidades significativas de sulfeto de hidrogênio (H2S) por produto, também chamado gás ácido. Este gás é freqüentemente processado em uma Unidade de Recuperação de Enxofre Claus (SRU).
O processo Claus converte gás ácido (H2S) em enxofre elementar em um processo de combustão pobre em oxigênio e depois o enxofre líquido do condensador passa através de uma perna de vedação para um poço coberto do qual é bombeado para caminhões ou vagões ferroviários para envio aos usuários finais. Aproximadamente 65 a 70 por cento do enxofre é recuperado. O Processo SCOT (Shell Claus Off-gas Treating Process) foi desenvolvido pela Shell, e introduzido no início dos anos setenta como um processo atraente para melhorar a eficiência de uma unidade de recuperação de enxofre Claus. O processo consiste em quatro processos de combustão (bem como reatores catalíticos que não são discutidos aqui):
1. Forno de reação
2. Reaquecedor em linha
3. Gerador de gás redutor
4. Incinerador de gás de cauda
A análise CFD discutida neste artigo considera apenas o segundo processo, o reaquecedor em linha. O reaquecedor em linha aquece o gás ácido misturando-o com produtos de combustão redutores de calor. Uma consideração importante no projeto é que os produtos de combustão que estão sendo misturados estão reduzindo. Se o escorregamento de O2 (O2 não queimado) estiver disponível para misturar com o gás ácido, o H2S pode ser oxidado em compostos indesejáveis (por exemplo, SO3, SO4, H2SO4) que podem atacar os refratários e danificar o meio ambiente.
Este documento apresentou a análise CFD da seção de reaquecedor em linha de um sistema SCOT. A presente análise indicou que a mistura na zona do queimador próximo é muito boa e que o transporte de O2 não está previsto para ocorrer. A análise da composição química no reator utilizando o código de equilíbrio termodinâmico CET89 facilitou a previsão de frações moles de acetileno de equilíbrio em locais que atravessam o vaso. Estas frações moles indicam que a formação de fuligem não ocorrerá na zona de combustão ou na zona de mistura de gás de cauda da SRU.
O uso da análise CFD durante a fase de projeto de sistemas de combustão industrial pode reduzir significativamente a probabilidade de problemas na partida e operação. Neste caso, problemas como chamas longas ou produção de fuligem no forno seriam muito caros de reparar porque a unidade está em operação contínua. O funcionamento do sistema foi testado através dos seguintes casos de desempenho. Os dados desses casos também foram comparados com medições experimentais (tanto a queda de pressão medida em várias porções do reator quanto a observação visual da formação de fuligem). Com base nessas comparações, o reator foi construído e instalado e está operando com sucesso, como esperado.
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