# Zwavelproductie

Zwavel is een belangrijke grondstof voor onder andere de productie van zwavelzuur.
Vroeger werd zwavel gedolven uit sulfaat-ertsen, maar tegenwoordig wordt vrijwel alle zwavel geproduceerd uit H2S, een product dat vrijkomt bij de verwerking van aardolie.
De omzetting van H2S tot zwavel vindt plaats via het claus-proces.
In het claus-proces verlopen twee reacties.
2 H2S (g) + 3 O2 (g) --> 2 SO2 (g) + 2 H2O (g) (reactie 1)
2 H2S (g) + SO2 (g) Sx (g) + 2 H2O (g) (reactie 2)
De waarde van x is hierin alleen afhankelijk van de temperatuur.
Hieronder is een deel van een claus-installatie weergegeven.
In reactor 1 (R1) wordt H2S onvolledig omgezet volgens reactie 1. In R1 verloopt ook al deels reactie 2.
Om het H2S verder om te zetten tot Sx volgens reactie 2 is een volgende reactor (R2) nodig. In R2 verloopt alleen reactie 2. Door het gebruik van een katalysator in R2 kan het evenwicht van reactie 2 zich snel instellen.
Om in het totale proces uiteindelijk een hoge omzettingsgraad van H2S naar zwavel te verkrijgen, wordt de zuurstoftoevoer in R1 zodanig geregeld dat de molverhouding H2S : O2 bij de invoer in R1 2 : 1 is.

Een betrekkelijk kleine claus-installatie verwerkt per dag 20 ton H2S.

Lucht bevat 20,9 volume-% zuurstof.

Reactie 2 blijkt een bijzondere reactie te zijn. Omdat de waarde van x afhangt van de temperatuur, heeft de reactiewarmte van reactie 2 geen constante waarde.
Dit wordt veroorzaakt doordat de vormingswarmtes van S2 en S8 niet gelijk zijn.
De vormingswarmte van S8 is gelijkgesteld aan nul. De vormingswarmte van S2 is +1,28·105 J mol–1.

Het verband tussen de omzettingsgraad en de temperatuur in R2 van een claus-installatie is onderzocht bij temperaturen boven

100 °C. In de figuur zijn de resultaten van de metingen weergegeven.
De omzettingsgraad is in deze opgave gedefinieerd als het percentage H2S dat wordt omgezet tot Sx. Behalve de omzettingsgraad is in de figuur ook de gemiddelde waarde van x in Sx weergegeven.

Uit de figuur kan worden afgeleid of de reactie naar rechts van reactie 2 endotherm of exotherm is in het temperatuurgebied waar
x > 6.

De normen voor de maximale uitstoot van H2S en SO2 zijn bijzonder streng. Men streeft met het claus-proces dan ook naar de maximale omzettingsgraad.

De energie die in R1 vrijkomt, wordt door het gebruik van warmtewisselaars voor een groot deel elders in het proces gebruikt als bron van energie. In de warmtewisselaars wordt gebruikgemaakt van water om energie op te nemen of af te staan.
Na R2 is er geen zuurstof meer aanwezig in het gasmengsel.
In scheidingsruimte 1 (S1) wordt een deel van de gevormde zwavel gescheiden van de rest van de stoffen. Om de omzettingsgraad van H2S en SO2 nog verder te vergroten, wordt het mengsel in een warmtewisselaar weer verwarmd en in een volgende reactor (R3) geleid.
In R3 verloopt dezelfde reactie als in R2.
Na R3 zijn alle zwavelhoudende stoffen nog steeds niet volledig omgezet.