Procédé Claus

Le procédé Claus constitue la technique de référence pour extraire le soufre élémentaire des courants gazeux riches en sulfure d'hydrogène (H2S). Le principe repose sur une oxydation partielle contrôlée : une portion du H2S est transformée en dioxyde de soufre (SO2) par combustion, puis ce SO2 entre en réaction avec le H2S restant sur un catalyseur pour produire du soufre qui se condense. L'association de l'unité Claus avec un traitement aval des gaz résiduels permet d'atteindre des taux de récupération allant de 98,66 % à 99,99 %^[1].

Domaines d'application

Le procédé Claus est universellement employé dès que des flux industriels contiennent du H2S en quantité significative. Il constitue la méthode standard dans le raffinage pétrolier et le traitement du gaz naturel acide (sour gas), où les volumes traités dépassent largement ceux de l'industrie des engrais. Dans le secteur de l'ammoniac, il s'intègre notamment aux unités d'oxydation partielle de résidus lourds ou de houille. Le soufre présent dans la charge — pouvant représenter jusqu'à 7 % de celle-ci — se retrouve sous forme de H2S dans le gaz brut issu du gazéificateur^[2]. Après refroidissement et récupération de chaleur, un lavage au méthanol réfrigéré permet de séparer une fraction CO2/H2S destinée au traitement Claus^[2]. Selon les références relatives aux meilleures techniques disponibles pour la production d'ammoniac par oxydation partielle, 87 % à 95 % du soufre contenu dans l'alimentation du gazéificateur sont récupérés dans l'unité Claus^[3]. Le soufre ainsi obtenu peut alimenter des unités de fabrication d'acide sulfurique^[4].

Variantes de procédé et catalyse

Deux configurations principales coexistent pour l'épuration du gaz de synthèse. Dans la voie classique, le H2S est éliminé avant la conversion de shift par absorption sélective, puis traité dans l'unité Claus^[2][5]. Dans une alternative, le gaz brut passe directement à la conversion de shift sans épuration préalable du soufre ; le H2S est alors éliminé après cette étape, en même temps que le CO2 formé lors de la conversion^[2]. Lors de la régénération du solvant chargé, deux fractions distinctes sont obtenues : une fraction de CO2 pur, utilisable pour la fabrication d'urée ou d'autres produits, et une fraction contenant H2S/CO2 qui est acheminée vers l'unité Claus^[2]. Cette seconde voie fait appel à des catalyseurs de shift au cobalt et au molybdène, tolérants aux composés soufrés, dont l'activité s'exerce dans une plage thermique étendue. Pour ces catalyseurs, la présence de soufre dans le gaz n'est pas un inconvénient mais une condition nécessaire à leur performance^[2].

Performances énergétiques et environnementales

Les unités Claus requièrent un système d'abattement des émissions de SO2 en aval du réacteur catalytique^[2]. Le traitement des gaz de queue (tail gas treatment) constitue l'étape supplémentaire qui permet d'extraire le soufre restant après le procédé principal, d'où les rendements élevés mentionnés^[1].

Sur le plan énergétique, les installations d'oxydation partielle équipées d'une unité Claus affichent une consommation spécifique de 38,7 GJ (PCI) par tonne d'ammoniac produit^[6]. Cette voie de production, plus exigeante en énergie que le reformage à la vapeur, demeure pertinente pour les charges carbonées lourdes ou le charbon.

Le soufre commercial récupéré par voie Claus est livré aux unités d'acide sulfurique préférentiellement à l'état liquide, ou à l'état solide à des températures de 140 à 150 °C ; un filtrage peut être nécessaire avant combustion^[7].