Entschwefelung

Ein Nachbehandlungsprozess - Entschwefelung (Hydrofiner und Clausanlage)

Schwefel ist ein natürlicher Bestandteil des Erdöls. Je nach geographischer Herkunft des Rohöles liegt der Schwefelgehalt zwischen einigen Zehntel Prozent (Nordsee, Nordafrika) und mehreren Prozenten (Arabien, Russland, Südamerika). Je nach Schwefelgehalt wird hier zwischen sog. süßen und sauren Rohölen unterschieden.

Die Anforderungen an den Schwefelgehalt der Mineralölprodukte lassen sich bei den Destillaten - Flüssiggas, Benzine, Dieselkraftstoff und Heizöl EL - nur durch Entschwefeln erfüllen. Dies geschieht im Hydrofiner. 

Bei der Entschwefelung reagieren Schwefelverbindungen an einem Katalysator mit Wasserstoff unter Bildung von Schwefelwasserstoffgas H2S. Das Gas wird abgetrennt und in sog. Clausanlagen zu Schwefel verarbeitet. Die Waschlösung - i. a. ein Amin wie z. B. Diethanolamin - nimmt H2S auf und gibt beim Erhitzen dieses H2S wieder ab. 

Hydrofiner

Der Hydrofiner ist eine der wichtigsten Raffinationsanlagen. Die Anforderungen an den Schwefelgehalt sind in den letzten Jahren ständig erhöht worden. Das Produkt - z.B. Benzin oder Heizöl - wird zunächst mit Wasserstoff vermischt und erhitzt. Das heiße Gemisch leitet man in einen Reaktor, der mit einem Katalysator gefüllt ist.
Dort verbinden sich bei einer Temperatur zwischen 300 und 400 °C über dem Katalysator der Schwefel aus dem schwefelhaltigen Produkt mit dem Wasserstoff zu Schwefelwasserstoff. Das gereinigte Produkt, der entstandene Schwefelwasserstoff und übrig gebliebener Wasserstoff werden im nächsten Schritt getrennt.
Der Wasserstoff kehrt an den Ausgangspunkt des Verfahrens zurück, während der Schwefelwasserstoff in nachgeschalteten Clausanlagen zu elementarem Schwefel umgesetzt wird. Durch das Hydrofinieren wird aber nicht nur der Schwefelgehalt in den Produkten herabgesetzt, also ein Beitrag zur Luftreinhaltung geleistet, sondern auch die Produktqualität verbessert. So wird beispielsweise die Zündwilligkeit von Dieselkraftstoff heraufgesetzt. Für den praktischen Fahrbetrieb bedeutet dies geringere Korrosion, Verringerung der Rückstandsbildung im Verbrennungsraum und geringerer Verschmutzungsgrad der Motorenöle bei Kaltfahrbetrieb.

Der im Hydrofiner, aber auch bei vielen anderen Verarbeitungsvorgängen in der Raffinerie anfallende Schwefelwasserstoff - ein extrem giftiges Gas, nach dem auch faule Eier riechen - wird unter definierten Bedingungen (z.B. Temperatur) in der Clausanlage zu elementarem Schwefel und Wasser verbrannt. Der so erzeugte, bei Temperaturen unter Schmelzbedingungen gelbe Flüssigschwefel ist geruchsfrei und wird in der Anlage stets unter Temperatur der Schmelzbedingung gehalten.

Die Schwefelgewinnung der Mineralölverarbeitung befriedigt einen großen Teil des Schwefelbedarfs der chemischen Industrie, die daraus, neben z.B. dem Einsatz beim Vulkanisieren, vor allem Schwefelsäure für die Düngemittelproduktion herstellt.

Clausanlage

Schwefelwasserstoff H2S bildet beim einfachen Verbrennen mit Luft Schwefeldioxid SO2. In der Schwefelgewinnungsanlage erfolgt im Ofen nur eine Teilverbrennung, bei der von drei Teilen H2S nur ein Teil zu SO2 umgesetzt wird. Die entstehende Mischung aus zwei Teilen H2S und einem Teil SO2 reagiert schon im Ofen, aber vor allem im Reaktor an einem Bauxitkatalysator nach der chemischen Gleichung 2 H2S + 1 SO2 = 3 S + 2 H2O zu Schwefel und Wasser. Der Schwefel ist unter den Prozessbedingungen flüssig und wird in einer Schwefelgrube (= Tank) gesammelt.

Die drei hintereinander geschalteten Reaktoren bewirken einen fast vollständigen Ablauf (= 96 %) dieser Reaktion. Dann schließt sich eine thermische oder katalytische Nachverbrennung an. Die bei der Reaktion frei werdende Energie wird zur Dampferzeugung genutzt.