황 함량이 높은 원유를 가공하는 정유 공장은 산성 가스라고도 하는 황화수소 (H2S)을 대량 생산합니다. 이 가스는 종종 클라우스(Claus) 황 회수 장치 (SRU)에서 처리됩니다.
클라우스 (Claus) 공정은 산소가 부족한 연소 과정에서 산성 가스 (H2S)를 황 원소로 변환한 다음 응축기의 액체 유황이 밀봉된 다리를 통해 덮인 구덩이로 흘러 들어가 트럭이나 철도 차량으로 펌핑되어 최종 사용자에게 배송됩니다. 이 과정에서 황의 약 65-70%가 회수됩니다. SCOT 공정(Shell Claus Off-gas Treatment Process)은 Shell에 의해 개발되었으며, 클라우스 황 회수 장치의 효율을 향상시키기 위한 매력적인 공정으로 70년대 초기에 도입되었습니다. 이 공정은 4 가지 연소 과정으로 구성됩니다 (여기에서 설명하지 않은 촉매 반응기 포함).
1. 반응로
2. 인라인 재가열기
3. 가스 발생기 감소
4. 잔류 가스 소각로
이 기사에서 논의된 CFD 분석은 두 번째 과정인 인라인 재가열기만 고려합니다. 인라인 재가열기는 산성 가스를 연소의 고온 환원 제품과 혼합하여 가열합니다. 중요한 설계 고려 사항은 혼합되는 연소 생성물이 감소하고 있다는 것입니다. O2 슬립(미연소 O2)이 산성 가스와 혼합될 수 있는 경우, H2S는 내화물을 공격하고 환경을 손상시킬 수 있는 바람직하지 않은 화합물 (예를 들어, SO3, SO4, H2SO4)로 산화될 수 있습니다.
이 논문에서 SCOT 시스템의 인라인 재가열기 섹션의 CFD 분석을 제시했습니다. 본 분석 결과, 근접 버너 구역에서 혼합이 매우 양호하며 O2 잔재의 발생이 예측되지 않는다는 것을 알 수 있었습니다. 열역학적 평형 코드 CET89를 사용한 반응기 내의 화학 조성의 분석은 용기 밖을 통한 위치에서 평형 아세틸렌 몰 분율의 예측을 용이하게 했습니다. 이러한 물 분율은 연소 영역 또는 SRU 잔류-가스 혼합 구역에서 그을음 형성이 일어나지 않음을 나타냅니다.
산업 연소 시스템의 설계 단계에서 CFD 분석을 사용하면 시동 및 작동 문제의 가능성을 크게 줄일 수 있습니다. 이 경우 용광로에서 긴 화염 또는 그을음 생산과 같은 문제는 장치가 지속적으로 작동하기 때문에 수리하는데 비용이 많이 들 것입니다. 후속 성능 사례를 통해 시스템 작동을 테스트 하였습니다. 또한 이 사례의 데이터를 실험 측정값 (반응기의 다양한 부분에 걸친 압력 강하 측정 및 그을음 형성의 시각적 관찰)과 비교했습니다. 이러한 비교를 바탕으로 원자로가 건설 및 설치되었으며 예상대로 성공적으로 작동되고 있습니다.
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