クラウスプロセス

熱段階では、硫化水素を含むガスが850 ℃以上の温度で化学量論比以下の燃焼を起こします。 ^{[ 7 ]}このプロセスでは、 燃料と空気の比率を注意深く制御する必要があります。触媒段階で化学量論的なクラウス反応を確実にするためには、硫化水素（H2S）含有量の_1/3だけが_SO2に変換される必要があります。 

クラウス式炉では通常、中央のマッフル炉を囲む複数のランスにそれぞれ独立した火炎を発生させ、様々なガス源に対応します。そして、硫化水素（ _H₂S）やその他の可燃性成分（炭化水素やアンモニアなど）の濃度によって、供給ガスの燃焼状態が決まります。

_H₂S （酸性ガス）以外の可燃性成分を含まないクラウスガスは、ランス内で以下の化学反応によって燃焼する。

2 H ₂ S + 3 O ₂ → 2 SO ₂ + 2 H ₂ O (Δ H = −518 kJ mol ⁻¹ )      

これは硫化水素の強い発熱反応であり、炎のない状態での酸化反応で、二酸化硫黄を生成する。

中央のマッフル炉自体では、アンモニア（製油所の酸性水ストリッパーからのもの）または炭化水素を含む混合ガスが燃焼されます。すべての炭化水素とアンモニアを完全に燃焼させるのに十分な空気がマッフル炉に注入され、温度はしばしば1050  ℃以上に維持されます。^{[ 8 ] [ 9 ]}高温により、下流のクラウス触媒を汚染する可能性のあるBTEX（ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、キシレン）混合物が破壊されます。^{[ 10 ]}

プロセスガス量を削減したり、燃焼温度を高めたりするには、酸素を注入することで空気量を補うことができる。酸素富化を利用した技術は産業界でいくつか存在するが、反応炉内に専用のバーナーが必要となる。

クラウス反応は下流でさらに進行し、硫化水素（H₂S）が二酸化硫黄（SO₂）と反応して気体の_単体硫黄を生成する。

2 H ₂ S + SO ₂ → 3 S + 2 H ₂ O (Δ H = −1165.6 kJ mol ⁻¹ )      

硫黄は熱相において非常に反応性の高いS2ジラジカルとして生成され_、S8同素体とのみ結合する。

4 S ₂ → S ₈

通常、プロセスで生成される元素硫黄の総量の60～70％は、熱処理工程の終了時点で既に存在している。

熱処理工程からの廃液は、まず冷却して硫黄を沈殿させる。これは、後述する触媒後冷却と同様である。その後、活性化アルミニウム(III)またはチタン(IV)酸化物触媒でさらに処理すると、硫黄収率が向上する。提案されているメカニズムの一つは、S ₆とS _8が触媒の活性部位から脱着し、同時に安定な環状元素硫黄が形成されるというものである。^{[ 11 ]}

触媒処理は通常、最大3回まで繰り返されます。クラウスプラントの下流に焼却炉または排ガス処理装置（TGTU）が追加される場合は、通常2段階の触媒処理のみが設置されます。

硫黄の触媒回収は、加熱、触媒反応、冷却・凝縮の3つの工程から構成される。ガスを再加熱することで、触媒床内での硫黄の凝縮を防ぎ、触媒の汚染を防ぐ。必要な触媒床の運転温度を達成するには、いくつかの工業的方法がある。

• 高温ガスバイパス：廃熱ボイラーから直接バイパスガスを混合する。
• 間接式蒸気再加熱器：高圧蒸気を消費する熱交換器。
• ガス／ガス熱交換器：上流の触媒反応器から送られてくる高温ガスを冷却する熱交換器。
• 直接燃焼式ヒーター：酸素の侵入を防ぐために酸性ガスまたは燃料ガスを化学量論比よりも低い比率で燃焼させる再加熱器

第一触媒段階の推奨運転温度は、通常315  ℃～330  ℃（底部温度）です。高温により、改良クラウス法では不活性な燃焼副生成物であるCOSとCS₂_が加水分解されます。後続の段階では、低温で触媒変換率が最大化されますが、硫黄の露点以上を維持するように注意する必要があります。後続の触媒段階の運転温度は、通常、 第二段階で240℃、 第三段階で200℃（底部温度）です。

触媒反応の各工程後、プロセスガスは硫黄凝縮器内で150～130  ℃まで冷却され、そこで生成された硫黄が凝縮する。廃熱と凝縮熱は中圧または低圧の蒸気として回収される。凝縮した硫黄は液体排出口から除去される。

貯蔵前に、液体硫黄の流れは脱気装置を通過し、硫黄に溶解しているガス（主にH₂S）_{が除去される。}

クラウス法から排出される排ガスには、可燃性成分と硫黄化合物（H₂S、H₂、CO）が依然として含まれています_。この_排ガスは、焼却炉で燃焼されるか、下流の排ガス処理装置でさらに脱硫されます。

上述の従来型クラウス法は、反応平衡に達すると転化率が制限されるという問題がある。すべての発熱反応と同様に、低温ではより高い転化率を達成できるが、前述のように、液体 硫黄が触媒を物理的に失活させるのを避けるため、クラウス反応器は硫黄露点（120～150℃）以上で運転する必要がある。この問題を克服するため、露点以下のクラウス反応器を並列に配置し、1基を運転、もう1基を予備とする。一方の反応器が吸着硫黄で飽和状態になると、プロセスの流れを予備の反応器に切り替える。その後、反応器は、 硫黄を気化させるために300～350℃に加熱したプロセスガスを送ることで再生される。このガス流は凝縮器に送られ、硫黄が回収される。