The HydroClaus process

This Master Thesis aims to analyze some of the most problematic and still not adequately investigated aspects of the HydroClaus process. This process, patented by Eni S.p.A., is a new and alternative process for the enhancement of the H2S-rich streams obtained in the natural gas desulfurization processes. Differently from other processes with the same aim, for example the widespread Claus process, the reaction product produced is not solid elemental sulfur but a homogeneous mixture characterized by a colloidal structure formed by elemental sulfur S8 and polythionic acids. This mixture has shown excellent properties as a fertilizer. The first part of this Master Thesis describes the experimental activity conducted in the Eni S.p.A. laboratories di Bolgiano (San Donato Milanese, Milan), in collaboration with Eni S.p.A. researchers who usually deal with the HydroClaus process. During this experimental activity, the fouling phenomenon that characterizes the lab-scale reactor currently used for the study of the HydroClaus process was investigated and characterized. This phenomenon has been analyzed in an ad-hoc stand-alone structure. In the second phase, the attention shifted to the scale-up of the process. In this phase, the entire plant scheme of the HydroClaus process was reproduced through the use of the Aspen Plus® V9.0 simulator. Initially a simulation was developed following the guidelines provided by Eni S.p.A. After that, some important changes were implemented in this simulation both considering the experimental activities carried out on the HydroClaus process in recent years and some further indications provided specifically by Eni S.p.A., considering that a possible first future HydroClaus plant will be built in the industrial site that Eni S.p.A. administers in Val d’Agri (Basilicata, Italy).

Questa tesi magistrale si propone di analizzare alcuni degli aspetti più problematici e ancora non approfonditi adeguatamente del processo HydroClaus. Tale processo, brevettato da Eni S.p.A., è un nuovo e alternativo processo per la valorizzazione delle correnti ricche di H2S ottenute nei processi di desolforizzazione del gas naturale. Differentemente da altri processi, ad esempio il largamente diffuso processo Claus, come prodotto di reazione non si ottiene zolfo elementare solido bensì una miscela omogenea caratterizzata da una struttura colloidale formata da zolfo elementare S8 e acidi politionici. Tale miscela ha evidenziato ottime proprietà come fertilizzante. Nella prima parte di questa tesi magistrale viene descritta l’attività sperimentale condotta presso i laboratori Eni S.p.A. di Bolgiano (San Donato Milanese, Milano) in collaborazione con i ricercatori di Eni S.p.A. che si occupano del processo HydroClaus. In tale attività sperimentale è stata approfondito e analizzato il fenomeno del fouling che caratterizza il reattore da laboratorio attualmente impiegato per lo studio del processo. Tale fenomeno è stato analizzato in una apparecchiatura sperimentale ad-hoc a sé stante. Nella seconda fase l’attenzione si è spostata sullo scale-up del processo. In questa fase attraverso l’impiego del simulatore Aspen Plus® V9.0 si è riprodotto l’intero schema di impianto del processo HydroClaus. Inizialmente è stata sviluppata una simulazione seguendo le linee guida fornite da Eni S.p.A. Successivamente, invece, alcune importanti modifiche sono state implementate in tale simulazione sia considerando le attività sperimentali svolte sul processo HydroClaus negli ultimi anni sia alcune ulteriori indicazioni fornite specificatamente da parte Eni S.p.A., considerando che un possibile primo futuro impianto HydroClaus sarà costruito nel sito industriale che Eni S.p.A. amministra in Val d’Agri (Basilicata, Italia).