2. INTRODUCCIÓN
Hasta 1970 el principal motivo para la recuperación de azufre de los gases de refinería era
el económico. El sulfuro de hidrogeno se empleaba, junto con otros gases como
combustible de la refinería, y las concentraciones de dióxido de azufre en los gases de
combustión estaban dentro de los limites aceptables. Incluso en las refinerías con
unidades de recuperación de azufre el rendimiento en la recuperación era del 90 al 93% el
contenido en la corriente de sulfuro de hidrogeno. Los métodos que se empleaban eran
del tipo de conversión en lecho catalítico seco, como los procesos Claus modificado y el de
Oxidación directa. En una operación de un solo paso el rendimiento se limita a 90 93% de
recuperación de azufre.
Después de la promulgación del Environmental Pollution Act se hizo necesario recuperar
más del 95% del azufre para cumplir las normas sobre polución. Ello requiere
generalmente procesos en dos etapas con unidad de Claus modificada o una unidad de
oxidación directa como primera etapa seguida de una segunda etapa tal como un proceso
Stretford o Sulfreen. Con estas combinaciones puede llegarse a recuperaciones superiores
a 98%.

3. OBJETIVO
El principal objetivo de este proceso es convertir el H2S presente en el gas acido y en el
gas agrio en azufre elemental.
El proceso Claus trabaja correctamente con gases que contengan mas del 20% (en
volumen de sulfuro de hidrogeno y menos del 5% en hidrocarburos).
El rendimiento global no es superior al 95%. Esta limitado por consideraciones
termodinámicas.

4. LIMITACIONES DE LOS PROCESOS EN (%molar)
1. Proceso de combustión parcial:
a)Concentración de sulfuro de hidrogeno: mayor o igual al 50%
b)Concentración de hidrocarburo: menor al 2%
2. Proceso de flujo dividido:
a)Concentración de sulfuro de hidrogeno: 20 a 50%
b)Concentración de hidrocarburo: menor al 5%

5. REACTOR
El reactor debe ser de flujo continuo es decir un CSTR. Y como el catalizador se
encuentra colocado en camas (lechos) el reactor mas adecuado es un reactor de lecho
fijo, que consisten en uno o más tubos empacados con partículas de catalizador, que
operan en posición vertical. Las partículas catalíticas pueden variar de tamaño y
forma: granulares, cilíndricas, esféricas, etc.
CATALIZADOR ALÚMINA(AL2O3)
Propiedades
Estado de agregación: sólido
Densidad 3860 kg/m3; 3,86 g/cm3
Masa molar 101,96 g/mol
Punto de fusión 2345 K (-270,805 °C)
Punto de ebullición 3250 K (-269,9 °C)
Solubilidad en agua: insoluble

6. Proceso Claus de combustión parcial (un solo paso)
En el proceso de un solo paso, se introduce al quemador la cantidad suficiente de aire
para quemar una tercera parte del sulfuro de hidrogeno hasta dióxido de azufre. Este
quemador se sitúa en una cámara de reacción que puede ser un recipiente separado o
bien una parte del calderin de residuo. El objetivo de la cámara de reacción es
proporcionar suficiente tiempo para que la reacción de combustión se complete antes
de que la temperatura del gas se reduzca en el calderin de residuo.
El calderin de residuo elimina la mayor parte del calor de la reacción exotérmica de los
gases mediante la producción de vapor. Se emplean distintos tipos de calderines.
Usualmente están dispuestos de modo que el gas circule por diversos grupos de tubos
en serie con unas cámaras o “canales” en las que una parte de los gases pueda extraerse
a una elevada temperatura y así se recaliente la corriente principal de gas antes de los
convertidores catalíticos. Frecuentemente condensa algo de azufre elemental, que se
elimina del gas en el calderin. En algunas plantas se coloca un condensador separado
después del calderin. Se controla la temperatura del gas de modo que sea de 425 a
475ºF. Ello es necesario para mantener el lecho de catalizador por encima del punto de
roció del azufre, para evitar que el catalizador se recubra con azufre y se desactive. La
reacción entre el sulfuro de hidrogeno y el dióxido de azufre en el convertidor es
también exotérmica.

7. Los gases del convertidor se enfrían en el condensado siguiente, y se elimina la mayor
parte del azufre elemental como liquido. Las temperaturas de salida del condensador
deben mantenerse por encima de 250ºF, para impedir la solidificación del azufre.
Normalmente se disponen dos convertidores y dos condensadores en serie, pero algunas
plantas mas modernas tienen tres convertidores. El rendimiento global, tal como se a
indicado anteriormente, no es superior al 95%. Esta limitado por consideraciones
termodinámicas. Las modificaciones al proceso en un solo paso se centran en el empleo de
varios métodos de recalentamiento para el control de la temperatura del alimento del
convertidor tales como cambiador de calor con convertidor de gases de salida,
quemadores en línea y recalentadores del tipo de horno.

8. DIAGRAMA DE FLUJO: Proceso Claus de un solo paso

9. DIAGRAMA DE FLUJO: Proceso Claus flujo dividido

10. REACCIONES
Proceso Claus de combustión parcial (un solo paso)
La corriente de gas rica en sulfuro de hidrogeno se quema con la tercera parte de la
cantidad estequiometria de aire, y los gases calientes se pasan por un catalizador de
alúmina, para hacer reaccionar el dióxido de azufre con el sulfuro de hidrogeno no
quemado para producir azufre elemental adicional.
Quemador: 2H2S + 2O2 SO2 + S + 2H2O
Reactor: 2H2S + SO2 3S + 2H2O
Proceso Claus de flujo dividido
H2S + 3/2O2 SO2 + S + H2O
2H2S + SO2 3S + 2H2O
La reacción de Claus es exotérmica , significa que se genera calor en la reacción

11. COMPUESTOS CARBONO-AZUFRE
El sulfuro de carbonilo (COS) y el desulfuro de carbono (CS2) han presentado problemas en
muchas plantas Claus debido al hecho que no pueden convertirse con facilidad en azufre
elemental y dióxido de carbono. Estos compuestos se forman en la etapa de combustión,
por la reacción de los hidrocarburos con el dióxido de carbono, de acuerdo con:
CH4 + SO2 COS + H2O + H2
CO2 + H2S COS + H2O
CH4 + 2S2 CS2 + 2H2S
Son también posibles reacciones mas complejas. Estos compuestos, si no se transforman,
representan una perdida de azufre recuperable y un aumento en la emisión de azufre a la
atmosfera. Estudios recientes indican que un catalizador especial de alúmina es
significativamente mas efectivo que el convencional a base de bauxita, para convertir el
COS y el CS2 en azufre elemental.

12. UNIDAD DE RECUPERACIÓN DE AZUFRE CLAUS
Base: 100.000 BPDC Aceite crudo, North Slope,Alaska
90% recuperación de azufre 86,6Ton/día de azufre
%Vol.
Componentes Base seca pcem Lb/hr S (lb/hr)
Alimento:
H2S 92,1 1.737 9.370 8.820
CO2 7,9 148 1.030
N2 3.124 13.850
O2 781 3.960
100,0 5.790 28.210 8.820
Productos:
H2S 5,0 174 940 880
CO2 4,3 148 1.030
N2 90,7 3.124 13.850
H2O 1.562 4.450
Azufre 7.940 7.940
100,0 3.446 28.210 8.820

13. Una unidad de azufre Claus reducirá el contenido de sulfuro de hidrogeno de los gases
de salida a menos de 5 ppm.
Necesidades de servicios generales de la unidad de azufre Claus:
Electricidad: 1.701KWh/día
Agua de alimentación al calderin: 48gpm
Producción de vapor, 250psia: 23.040 lb/hr

14. APLICACIONES
El proceso Claus se emplea ampliamente en refinerías y plantas de tratamiento de
gases, ya que sus características se adaptan muy bien a los caudales y composiciones
de gas ácido, que se obtienen en las refinerías. En las plantas de tratamiento de gas, las
concentraciones en H2S del gas ácido suelen ser más bajas y las plantas necesitan
algunas modificaciones.

15. PROCESO SUPERCLAUS
Las plantas recuperadoras de azufre que cuentan con proceso superclaus incrementan su
porcentaje de recuperación de azufre al 98.5%. Ver diagrama de flujo
El proceso superclaus consiste de una etapa térmica, seguida por 3 etapas de reacción
catalíticas (R-1, R-2, R-3), con sus correspondientes condensadores para la remoción de
azufre. Los dos primeros reactores se llenan con catalizador Claus estándar, mientras que
el tercero se llena con el nuevo catalizador de oxidación selectiva. En la etapa térmica, el
gas ácido se quema con una cantidad subestequiométrica de aire de combustión
controlada, tal que el gas de cola que abandona el segundo reactor (R-2), típicamente
contiene de 0.8% a 1.0% vol. de ácido sulfhídrico (H2S). El nuevo catalizador en el tercer
reactor (R-3), oxida el H2S a azufre con una eficiencia mayor de 85%. Sin embargo, dado
que el nuevo catalizador de oxidación selectiva ni oxida el H2S a azufre y agua, ni revierte
la reacción de azufre y agua a H2S y SO2, entonces se puede obtener una eficiencia total
de recuperación de azufre de hasta 99.0%. El azufre líquido recuperado tiene una pureza
del 99.9%.

16. DIAGRAMA DE FLUJO

17. APLICACIÓN EN MÉXICO
Los complejos procesadores de gas Cactus, Ciudad Pemex, Nuevo Pemex y Poza Rica
cuentan con plantas recuperadoras de azufre con proceso superclaus, similares a la de la
del diagrama típico, con una eficiencia de recuperación de azufre > 98.5%. Los complejos
de Arenque y Sector Cangrejera cuentan con proceso Claus mejorado con eficiencias de
recuperación de azufre del orden de 97.5% y Matapionche tiene una planta recuperadora
de azufre con proceso Claus y su eficiencia de recuperación de azufre es menor de 97%.