生產(chǎn)二氧化硫的方法
【專利摘要】提供一種生產(chǎn)二氧化硫的方法。提供含有至少5vol％硫化氫的原料氣物流。將所述原料氣物流分離為硫化氫物流和烴氣體物流。提供氧化劑物流，和燃燒硫化氫物流以產(chǎn)生熱功及含二氧化硫和蒸汽的燃燒物流。從燃燒物流中分離出二氧化硫。
【專利說明】生產(chǎn)二氧化硫的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及生產(chǎn)二氧化硫的方法。具體地，本發(fā)明涉及處理來自地下烴地層的含硫化氫的原料物流以生產(chǎn)二氧化硫和熱功的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由地下地層獲得的烴通常用作能源如原料和消費(fèi)產(chǎn)品。對于可獲得烴資源耗盡的擔(dān)心已經(jīng)導(dǎo)致開發(fā)更有效地采收、處理、和/或應(yīng)用可獲得烴資源的方法。
[0003]在常規(guī)方法中，由地下烴地層獲得的流體可以包括水和氣和/或其它液體。如果由烴地下地層獲得的流體含有氣體和液體的混合物，可以將氣體與液體分離。當(dāng)主要由地下地層產(chǎn)生烴氣體時，可以處理烴氣體以脫除雜質(zhì)和/或惰性氣體來制備燃料(例如天然氣和/或管道氣)。地下地層氣的常規(guī)處理可以包括用可再生的化學(xué)萃取系統(tǒng)如胺萃取系統(tǒng)處理，以從地下地層氣中捕集硫化氫和/或二氧化碳和產(chǎn)生烴氣體物流?？梢詫⑺鰺N氣體物流進(jìn)一步處理以產(chǎn)生天然氣。
[0004]最通常地，由地下地層氣捕集的硫化氫應(yīng)用Claus法轉(zhuǎn)化為元素硫。Claus法可以通過如下方程式表示:2H2S+02 — 2S+2H20。應(yīng)用Claus法處理由含大量硫化氫的地下地層氣捕集的硫化氫產(chǎn)生大量的元素硫。但所產(chǎn)生硫的潛在用途有限和/或硫化氫轉(zhuǎn)化為元素硫在經(jīng)濟(jì)上可能不利。但Claus法可以產(chǎn)生一些功，所產(chǎn)生的功量可能不足以操作用于從地下地層氣捕集硫化氫和由所得烴氣體物流產(chǎn)生天然氣的處理系統(tǒng)；因此需要來自其它來源的補(bǔ)充功。一部分由所述方法產(chǎn)生的天然氣和/或其它燃料源通常用作燃料，來產(chǎn)生所需的補(bǔ)充功。
[0005]補(bǔ)充功的一些來源通過燃燒含少量硫化合物的硫處理方法的尾氣獲得。例如，Ahner等的美國專利US5，092，121描述了通過在氣體透平中燃燒含硫燃料發(fā)電的方法。含二氧化碳和含硫化合物的硫處理方法的尾氣與純化的燃料氣物流在氣體透平的燃燒器中或者補(bǔ)充的點(diǎn)火裝置中組合燃燒以燃燒含硫化合物。雖然在產(chǎn)生電功時比Claus法更加能量有效，但所述方法仍是相對低效率的，和燃燒燃料可能會導(dǎo)致向環(huán)境排放二氧化碳和二氧化硫。
[0006]處理含硫化氫和/或二氧化碳的烴氣體物流的其它方法從烴氣體物流中分離出硫化氫和/或二氧化碳和將硫化氫和/或二氧化碳注入到地下地層中。這些方法需要功來分離、壓縮和泵送硫化氫和二氧化碳進(jìn)入地下地層。用于產(chǎn)生功的燃料通常通過燃燒部分由烴氣體物流產(chǎn)生的天然氣和/或其它燃料源來提供。燃燒燃料不夠有效，且可能會導(dǎo)致向環(huán)境排放二氧化碳。
[0007] 正如上文所述，處理含硫化氫的烴氣體物流的方法是已知的，但通常不選擇具有大于2Vol%硫化氫的烴氣體物流來開發(fā)，這是由于包括腐蝕、環(huán)境排放管理、處理的能量需求、和/或由相關(guān)的Claus法產(chǎn)生大量元素硫等多種擔(dān)心造成的。因此，需要的是處理含烴和大量硫化氫和/或硫化氫和二氧化碳的組合的物流的有效的成本高效方法。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)二氧化硫的方法，該方法包括:
[0009]提供含硫化氫和烴的原料氣物流，其中所述原料氣物流含有至少5vol %的硫化氫；
[0010]將至少部分原料氣物流分離為硫化氫物流和烴氣體物流，所述硫化氫物流含有比原料氣物流更多體積百分比的硫化氫，和所述烴氣體物流含有比原料氣物流更少體積百分比的硫化氫；
[0011]提供氧化劑物流；
[0012]利用至少部分氧化劑物流燃燒至少部分硫化氫物流以產(chǎn)生熱功和產(chǎn)生含二氧化硫和蒸汽的燃燒物流；和
[0013]從燃燒物流中分離出至少部分二氧化硫。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]受益于如下優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)描述并參考附圖，本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)對本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員來說可能變得很明顯，其中:
[0015]圖1的示意圖描述了用于處理高硫化氫含量的原料氣物流以產(chǎn)生電功和/或二氧化硫的系統(tǒng)的實(shí)施方案。 [0016]圖2的示意圖描述了由高硫化氫含量的原料氣物流生產(chǎn)硫酸的實(shí)施方案。
[0017]圖3描述了應(yīng)用本發(fā)明的方法，可輸出電功(MWe)與氣體物流的硫化氫含量(vol % )的關(guān)系圖的例子。
[0018]圖4描述了應(yīng)用Claus法，液化I千萬公噸甲烷/日歷年，以公噸/小時(mT/h)消耗的甲烷和以公噸/小時(mT/h)排放的二氧化碳與甲烷的體積分?jǐn)?shù)(余量為硫化氫)的關(guān)系圖的例子。
[0019]雖然本發(fā)明易于作各種改進(jìn)和具有很多替換形式，但它們的具體實(shí)施方案通過附圖中的實(shí)施例給出，和可能在這里更為詳細(xì)地描述。所述附圖可能不是按比例的。但應(yīng)該理解的是所述附圖及其詳細(xì)描述不用于將本發(fā)明局限于所公開的特定形式，本發(fā)明由所附權(quán)利要求定義。
【具體實(shí)施方式】
[0020]本發(fā)明描述由地下地層產(chǎn)生的含有硫化氫和烴的氣體物流的應(yīng)用方法。這種氣體物流在這里被稱為〃原料氣物流"。在本發(fā)明方法中應(yīng)用的原料氣物流包含至少5Vol%的硫化氫。這里描述的本發(fā)明允許處理來自以前被認(rèn)為不適合于商業(yè)開發(fā)的地下地層的原料氣物流。這種原料氣物流含有至少5%、或優(yōu)選至少10%、或至少20%、或至少30%、或至少50%、或至少90Vol%的硫化氫，余量為烴、其它氣體以及夾帶的液體和顆粒。
[0021]本發(fā)明也提供處理由地下地層產(chǎn)生的含烴和大量硫化氫和二氧化碳的原料氣物流的方法。原料氣物流可以含有至少5%、或至少10%、或至少20%、或至少30%、或至少50%或至少75%、和至多95%的硫化氫(體積百分比)，和2%至至多50%、或至多40%、或至多30%、或至多20%、或至多10%、或至多5%的二氧化碳(體積百分比)。在一些實(shí)施方案中，原料氣物流中硫化氫和二氧化碳的總體積的至少60%、或至少70%、或至少90%可以是硫化氫，和原料氣物流中硫化氫和二氧化碳的總體積的至多40%、或至多30%、或至多20%、或至多10%可以是二氧化碳。在一些實(shí)施方案中，原料氣物流含有至少1%、或至少5 %、或至少10 %、或至少25 %、或至少50 %和至多90 %、或至多70 %、或至多50 %、或至多10%的烴(體積百分比)，余量為硫化氫、二氧化碳、包括氮和氦的惰性氣、以及夾帶液體和顆粒的混合物。
[0022]本發(fā)明提供應(yīng)用含烴和至少5Vol%硫化氫的原料氣物流以產(chǎn)生熱功和二氧化硫的方法，其中通過處理所述原料氣物流以產(chǎn)生硫化氫物流和烴氣體物流和燃燒硫化氫物流進(jìn)行。在一些實(shí)施方案中，原料氣物流包含至少5vol%的硫化氫和至少2vol%的二氧化碳，剩余量為烴和少量雜質(zhì)如除二氧化碳以外的碳氧化物、金屬、顆粒和惰性氣體。
[0023]處理由原料氣物流分離的至少部分烴氣體物流以產(chǎn)生天然氣、壓縮天然氣和/或液化天然氣("LNG")。優(yōu)選處理全部(100VOl%)的烴氣體物流以產(chǎn)生天然氣、壓縮天然氣或LNG，但部分烴氣體物流可以用于其它目的，從而只處理一部分烴氣體物流來產(chǎn)生天然氣、壓縮天然氣或LNG。優(yōu)選地，至少25%、或至少50%、或至少75%、或至少80%、或至少90%、或至少95vol%的烴氣體物流可以被處理來生產(chǎn)天然氣、壓縮天然氣或LNG。至少90%、或至少95%、或至少99%所產(chǎn)生的天然氣、壓縮天然氣或液化天然氣可以被輸送至一個或多個貯存設(shè)施進(jìn)一步處理和/或進(jìn)行分配。
[0024]正如這里所應(yīng)用的，〃天然氣〃指碳數(shù)為1-6的烴("C1-C6烴〃)的混合物，其含有的(^烴(甲烷)多于C2-C6烴總量。碳數(shù)為1-6的烴包括但不限于甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷和己烷。正如這里所應(yīng)用的，天然氣可以含有大于50%、或至少70%、或至少90Vol%的甲烷。正如這里所應(yīng)用的，〃壓縮天然氣〃指已經(jīng)被壓縮至小于其體積(在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下)1%的天然氣，和具有13.8-27.6MPa(2000-4000psi)的壓力。正如這里所應(yīng)用的，〃LNG〃指含至少90%甲烷、優(yōu)選至少95%甲烷，和更優(yōu)選至少99%甲烷的液化天然氣。
[0025]正如這里所應(yīng)用的，〃處理烴氣體物流以產(chǎn)生天然氣〃包括如下一個或多個步驟:I)使烴氣體物流脫水；2)從烴氣體物流中脫除金屬；和3)從烴氣體物流中分離出非烴氣體(如氮、氦、碳氧化物和微量硫化氫)以產(chǎn)生天然氣。通過至少用附加步驟4)壓縮天然氣處理天然氣，可以由天然氣形成壓縮天然氣。正如這里所應(yīng)用的，術(shù)語"處理烴氣體物流以產(chǎn)生壓縮天然氣"包括至少用附加步驟壓縮天然氣處理烴氣體物流以產(chǎn)生天然氣的步驟。通過至少用如下附加步驟處理壓縮天然氣可以由壓縮天然氣形成液化天然氣(LNG):5)從壓縮天然氣中分離出至少部分碳數(shù)為2-6的烴(C2-C6),以形成富甲烷氣；和6)液化所述富甲烷氣。術(shù)語"處理烴氣體物流以產(chǎn)生液化天然氣(LNG) 〃包括用至少如下附加步驟處理烴氣體物流以產(chǎn)生天然氣或壓縮天然氣的步驟:從天然氣或壓縮天然氣中分離出至少部分碳數(shù)為2-6的烴(C2-C6)，以形成富甲烷氣；和液化所述富甲烷氣。在一個實(shí)施方案中，處理烴氣體物流以產(chǎn)生LNG包括如下步驟:1)使烴氣體物流脫水；2)從烴氣體物流中脫除金屬；3)從烴氣體物流中分離出非烴氣體(如氮、氦、碳氧化物和微量硫化氫)以產(chǎn)生天然氣；4)壓縮天然氣；5)從壓縮天然氣中分離出至少部分碳數(shù)為2-6的烴((:2-(:6烴)，以產(chǎn)生富甲烷氣；和6)液化所述富甲烷氣。
[0026] 用于分離過程和進(jìn)一步處理烴氣體物料以形成天然氣、壓縮天然氣或LNG的裝置需要熱、機(jī)械和/或電功。本發(fā)明提供一種方法，其中燃燒硫化氫物流或其一部分以產(chǎn)生將原料氣物流分離為硫化氫物流和烴氣體物流和處理至少部分或全部烴氣體物流為天然氣、壓縮天然氣或LNG所需功的至少50 %、或至少75 %、或至少90 %、或全部。將原料氣物流分離為硫化氫物流和烴氣體物流和處理烴氣體物流為天然氣、壓縮天然氣或LNG所需的功可以包括熱功、機(jī)械功、電功或它們的組合。
[0027]燃燒至少部分硫化氫物流產(chǎn)生熱功和燃燒物流。在一個優(yōu)選的實(shí)施方案中，相對于硫化氫物流中硫化氫的摩爾量，在化學(xué)計(jì)量過量的氧化劑存在下燃燒至少部分硫化氫物流。正如這里所應(yīng)用的，“相對于硫化氫的摩爾量化學(xué)計(jì)量過量的氧化劑”指氧化劑的量足以完全氧化硫化氫為二氧化硫和水，例如氧化劑的量足以提供每I摩爾硫化氫至少1.5摩爾的分子氧。正如這里所應(yīng)用的，〃氧化劑"指可與作為燃料源的硫化氫燃燒的組合物。氧化劑的例子包括氧、與蒸汽混合的氧、與二氧化碳混合的氧、空氣和/或富氧空氣。"富氧空氣"指氧含量大于約21vol %的空氣。相對于空氣，富氧空氣可以用于在恒定燃料輸入流量的條件下增加硫化氫物流的燃燒溫度，和/或有利于燃燒流出氣體的后燃燒處理。
[0028]幾乎全部由硫化氫物流和氧化劑燃燒產(chǎn)生的熱功均可以作為蒸汽捕集，例如至少80%、或至少85%、或至少90%至至多95%、或至多97%、或至多99%、或至多100%的由燃燒產(chǎn)生的熱功可以作為蒸汽捕集。作為蒸汽捕集的熱功可以用于提供熱功、和/或用于產(chǎn)生機(jī)械功和/或電功。至少部分捕集的蒸汽被用來提供或產(chǎn)生以下操作所需的全部功(熱、機(jī)械和/或電):將原料氣物流分離為硫化氫物流和烴氣體物流和/或處理烴氣體物流以形成天然氣、壓縮天然氣或LNG和任選在燃燒流出物氣體物流中存在的或由原料氣物流分離出來的任何二氧化碳。
[0029]由硫化氫物流或它的一部分燃燒產(chǎn)生的熱功可以作為具有選定溫度和/或壓力曲線的蒸汽而被捕集。全部或基本全部來自硫化氫物流燃燒的熱功均可以用于產(chǎn)生蒸汽，所產(chǎn)生蒸汽的壓力為 0.34-34.5MPa、或 3.4-34.5MPa、或 13.8-34.5MPa、或 22.2-34.5MPa、或 30-34.5MPa ;和溫度范圍為 135_650°C、或 240_650°C、或 335_650°C、或 375_650°C。
[0030]根據(jù)選擇用來將原料氣物流分離為硫化氫物流和烴氣體物流和/或處理烴氣體物流為天然氣、壓縮天然氣或LNG的系統(tǒng)的需求，以及選擇用于產(chǎn)生輸出能量的需求，所產(chǎn)生的蒸汽可以為飽和蒸汽、過熱蒸汽、超臨界蒸汽或超超臨界蒸汽。正如這里所應(yīng)用的，〃飽和蒸汽"被定義為與液態(tài)水平衡的蒸汽；"過熱蒸汽"被定義為在選定的壓力下溫度高于水的沸點(diǎn)的蒸汽；〃超臨界蒸汽〃被定義為溫度至少為374°C和壓力至少為22.15MPa的蒸汽，和〃超超臨界蒸汽〃被定義為溫度至少為374°C和壓力至少為30MPa的蒸汽。所產(chǎn)生蒸汽類型的選擇可能取決于需要機(jī)械和/或熱和/或電功的裝置。例如，對于將原料氣物流分離為硫化氫物流和烴氣體物流而應(yīng)用的再生化學(xué)單元再沸器提供熱功，低壓飽和蒸汽可能是優(yōu)選的。更高壓力的飽和和/或過熱蒸汽對于產(chǎn)生機(jī)械功來驅(qū)動用于純化和/或壓縮天然氣的設(shè)備來說可能是優(yōu)選的，而非常高壓力的超臨界和/或超超臨界蒸汽可用于應(yīng)用蒸汽透平產(chǎn)生電功。例如，過熱蒸汽如超臨界蒸汽或超超臨界蒸汽可以通過在蒸汽膨脹設(shè)備(例如蒸汽渦輪膨脹機(jī)或蒸汽透平)膨脹被轉(zhuǎn)化為機(jī)械功?？梢詰?yīng)用機(jī)械功(軸功)來驅(qū)動旋轉(zhuǎn)設(shè)備如氣體壓縮機(jī)、泵和發(fā)電機(jī)。
[0031] 雖然已知燃燒硫化氫釋放能量(在600° K下AHrxn =-124kcal/mol)，但已經(jīng)令人意外地發(fā)現(xiàn)當(dāng)應(yīng)用硫化氫作燃料產(chǎn)生用于由含烴和至少5Vol%硫化氫的原料氣物流生產(chǎn)天然氣或壓縮天然氣的熱功時，相對于將原料氣物流分離為硫化氫物流和烴氣體物流以及處理烴氣體物流以產(chǎn)生天然氣或壓縮天然氣所需要的能量，每kg硫化氫產(chǎn)生至少0.01kffh的過量熱功。也發(fā)現(xiàn)當(dāng)應(yīng)用硫化氫作燃料產(chǎn)生用于由含烴和至少IOvol %硫化氫的原料氣物流生產(chǎn)LNG的熱功時，相對于將原料氣物流分離為硫化氫物流和烴氣體物流以及處理烴氣體物流以產(chǎn)生LNG所需要的能量，每kg硫化氫產(chǎn)生至少0.01kffh的過量熱功。
[0032]在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，相對于分離原料氣物流和進(jìn)一步處理烴氣體物流以產(chǎn)生天然氣、壓縮天然氣或LNG所需要的功產(chǎn)生過量熱功，該過量熱功可以被轉(zhuǎn)化為可輸出至例如電網(wǎng)、工業(yè)電熔爐和/或服務(wù)器群的電功。由燃燒硫化氫物流產(chǎn)生的熱功以至少200MW每千萬公噸由原料氣產(chǎn)生的天然氣的比產(chǎn)生。由燃燒硫化氫物流產(chǎn)生的熱功可以以至少300MW、或至少400MW、或至少500MW、或至少1000MW每千萬公噸由原料氣產(chǎn)生的天然氣的比產(chǎn)生。
[0033]在一些實(shí)施方案中，相對于將原料氣物流分離為硫化氫物流和烴氣體物流和處理所得的烴氣體物流以產(chǎn)生天然氣、壓縮天然氣或LNG，和任選壓縮從原料氣物流或硫化氫物流燃燒產(chǎn)生的燃燒物流中分離的二氧化碳所需要的全部機(jī)械、熱和電功，每千克烴原料氣物流中的硫化氫產(chǎn)生至少0.01千瓦時(kWh)、至少0.5kWh、或至少IkWh或至少1.5kffh的過量熱功。如果由原料氣物流分離的整個硫化氫物流均被燃燒，則可由原料氣物流產(chǎn)生的過量功的量與原料氣物流中硫化氫的量成正比。隨著原料氣物流的硫化氫含量增加，可以通過燃燒從原料氣物流分離的硫化氫物流產(chǎn)生大量過量熱功。例如，當(dāng)原料氣物流包含20vol %硫化氫時，相對于由原料氣物流生產(chǎn)液化天然氣所需的全部功原料氣物流中的每千克硫化氫產(chǎn)生IkWh的過量熱功。在一些實(shí)施方案中，可以應(yīng)用含至少10vol%硫化氫的原料氣物流來產(chǎn)生每kg原料氣物流中的硫化氫至少0.1kffh的過量熱功。對于含至少50vol%硫化氫的原料氣物流，每kg原料氣物流中的硫化氫可以產(chǎn)生至少1.5kffh的過量熱功。對于含至少90vol%硫化 氫的原料氣物流，每kg原料氣物流中的硫化氫可以產(chǎn)生至少
1.6kffh的過量熱功。
[0034]在產(chǎn)生將原料氣物流分離為烴氣體物流和硫化氫物流和處理烴氣體物流以生產(chǎn)I千萬公噸天然氣/日歷年的所有功之后，由含烴和至少5Vol%硫化氫的原料氣物流的硫化氫燃燒產(chǎn)生的過量熱功可以為至少0.01MW熱功(“MWt”)至80000MWt、或200-75000MWt、或300-70000MWt、或 400-65000MWt、或 500-60000MWt。
[0035]在原料氣物流含有烴及大量硫化氫和二氧化碳的實(shí)施方案中，在產(chǎn)生將原料氣物流分離為硫化氫物流和烴氣體物流和處理烴氣體物流以生產(chǎn)天然氣的所有功之后，原料氣物流中的每千克硫化氫可以產(chǎn)生至少0.lkWh、至少0.5kWh、或至少0.8kffh的過量熱功。在一些實(shí)施方案中，含烴和至少10%總體積的硫化氫和二氧化碳的原料氣物流(其中至少5%的總體積為硫化氫)在產(chǎn)生用來處理烴氣體物流以制備I千萬公噸天然氣/日歷年的所有功之后,可以產(chǎn)生50-40000MWt、或100-30000MWt、或200_20000MWt的過量熱功。
[0036]由于原料氣物流具有高的硫化氫含量，它提供至少足夠的功用于處理原料氣物流，因此由原料氣物流分離的烴基本上不或不用作燃料來產(chǎn)生用于將原料氣物流分離為烴氣體物流和硫化氫物流和處理烴氣體物流以產(chǎn)生天然氣、壓縮天然氣或LNG所需的功。例如，在本發(fā)明的方法中，由原料氣物流分離的烴氣體物流、或由烴氣體物流產(chǎn)生的天然氣或壓縮天然氣的Ovol %、或大于Ovol %至至多0.1vol %、或至多0.5vol %、或至多Ivol %、或至多2V01%、或至多5V01%被用作燃料，來生產(chǎn)用于將原料氣物流分離為烴氣體物流和硫化氫物流和處理烴氣體物流為天然氣、壓縮天然氣或LNG所需的功。[0037]為了對比，由含大量硫化氫、或硫化氫和二氧化碳的烴原料氣物流生產(chǎn)天然氣、壓縮天然氣或LNG的常規(guī)方法(其中應(yīng)用Claus法由烴原料氣物流分離的硫化氫產(chǎn)生元素硫)需要燃燒補(bǔ)充燃料來滿足方法的總機(jī)械和/或熱和/或電功需求。這種補(bǔ)充燃料通常由方法所產(chǎn)生的天然氣或壓縮天然氣提供。作為補(bǔ)充燃料，天然氣或壓縮天然氣的燃燒導(dǎo)致產(chǎn)生比由Claus法產(chǎn)生的二氧化碳量更多和更大量的附加二氧化碳，和應(yīng)用所述方法的部分天然氣或壓縮天然氣產(chǎn)品來驅(qū)動方法。在常規(guī)方法中產(chǎn)生的二氧化碳可以被排放到大氣中，或者必須采取需要附加能量和設(shè)備的具體步驟來捕集所產(chǎn)生的二氧化碳。
[0038]按照本發(fā)明方法，取代烴燃料應(yīng)用硫化氫物流作燃料能夠在工業(yè)上由含大量的硫化氫的含酸性烴氣的地下地層中實(shí)際采收烴。常規(guī)地，從酸性烴原料氣物流分離硫化氫所需的功量為從地下地層采收酸性烴原料氣提供了實(shí)際的工業(yè)極限一酸性烴原料氣從原料氣中分離出硫化氫所需的能量比所得天然氣產(chǎn)品中含有的化學(xué)能更多，即實(shí)施方法所需的能量比方法產(chǎn)生的能量還多，因此，沒有采收這種酸性烴原料氣。因此，由于從原料氣物流產(chǎn)生的硫化氫被用作主要或唯一燃料源來產(chǎn)生操作烴原料氣處理系統(tǒng)所需的全部功，以前不想要的含烴和至少5Vol%硫化氫的原料氣物流可以從地下地層中產(chǎn)出并且用作工業(yè)產(chǎn)品(例如天然氣、壓縮天然氣、液化天然氣、液化的二氧化碳和二氧化硫)的來源。
[0039]另外，在本發(fā)明的方法中應(yīng)用硫化氫作燃料提供了在不產(chǎn)生元素硫的情況下消耗來自其它方法(例如產(chǎn)油伴生的酸性氣和/或煉廠操作如加氫處理作為副產(chǎn)品物流產(chǎn)生的硫化氫等)的硫化氫的方法。應(yīng)用硫化氫物流作燃料可以允許0.3-1摩爾的甲烷被回收而不是被用作燃料，以每摩爾原料氣物流中的原子硫計(jì)。
[0040]本發(fā)明方法也提供在產(chǎn)生功時產(chǎn)生最少量、或基本上不產(chǎn)生二氧化碳的方法。燃燒至少部分硫化氫物流產(chǎn)生功，產(chǎn)生至多0.1克二氧化碳，以每克原料氣物流中的烴計(jì)，和可以產(chǎn)生大于O克至至多0.1克、或至至多0.05克、或至至多0.01克二氧化碳，以每克原料氣物流中的烴計(jì)。因?yàn)榱蚧瘹湮锪魈娲鷣碜詿N氣體物流的烴和/或來自其它來源的烴用作燃料，相對于用烴作燃料的方法來說，避免了二氧化碳的產(chǎn)生。例如，甲烷燃燒產(chǎn)生二氧化碳作為副產(chǎn)品，正如如下反應(yīng)所示:CH4+202 — C02+2H20。與之對比。硫化氫燃燒產(chǎn)生二氧化硫和水，正如如下反應(yīng)所示:H2S+1.502 — S02+H20。
[0041]當(dāng)原料氣物流含有大量二氧化碳和硫化氫，例如至少2vol%的二氧化碳和至少5vol %的硫化氫時，在燃燒硫化氫物流前，二氧化碳可以與硫化氫分離并可以作為商業(yè)產(chǎn)品出售。在一個實(shí)施方案中，在二氧化碳和硫化氫已經(jīng)從原料氣物流中分離之后，可以通過溫差分離和/或壓差分離使二氧化碳與硫化氫分離。例如，二氧化碳和硫化氫可以通過用胺溶劑洗滌原料氣物流而從原料氣物流中分離出來，和通過在二氧化碳從胺溶劑中釋放出來但硫化氫不釋放的溫度和壓力下處理含二氧化碳和硫化氫的胺溶劑，可以使二氧化碳獨(dú)立于硫化氫從胺溶劑中分離出來。然后可以在第二步驟中在硫化氫從溶劑中釋放出來的第二溫度和壓力下處理胺溶劑。
[0042] 在一些實(shí)施方案中，當(dāng)原料氣物流含有至少5vol%的硫化氫和至少2vol%的二氧化碳時，可以將二氧化碳分離和與硫化氫物流共進(jìn)料至燃燒器和/或可以將含二氧化碳的硫化氫物流進(jìn)料至燃燒器以產(chǎn)生含二氧化碳和二氧化硫的燃燒物流。燃燒物流中的二氧化碳和二氧化硫可以被分離和作為一種或多種商業(yè)產(chǎn)品出售。至少部分二氧化碳和二氧化硫產(chǎn)品可以被單獨(dú)或一起隔離入地下地質(zhì)地層。[0043]可以提供氧化劑物流用于燃燒硫化氫物流?？梢砸砸欢刻峁┭趸瘎┪锪鲝亩沽蚧瘹湮锪髦兄辽?0%、或至少95%、或全部的硫化氫被燃燒以形成二氧化硫和水?？梢韵鄬τ诹蚧瘹湮锪髦辛蚧瘹涞牧恳砸欢刻峁┭趸瘎┪锪?，從而以硫化氧物流中每I摩爾硫化氫計(jì)，氧化劑物流含有至少1.5摩爾的分子氧。
[0044]相對于硫化氫的摩爾量，在化學(xué)計(jì)量過量氧化劑存在下燃燒硫化氫物流產(chǎn)生包含二氧化硫和水的燃燒物流。所得的二氧化硫可以被轉(zhuǎn)化為商業(yè)產(chǎn)品例如硫酸。在一些實(shí)施方案中，燃燒硫化氫物流產(chǎn)生的二氧化硫被用于促進(jìn)從地下地層中采收烴。硫化氫物流燃燒所得的水可以用于其它處理裝置、貯存或輸送至其它處理設(shè)施。
[0045]圖1的示意圖描述了處理含有烴和至少5Vol%硫化氫的原料氣物流以產(chǎn)生天然氣、壓縮天然氣、液化天然氣、液化的二氧化碳、二氧化硫、功或它們的組合的系統(tǒng)。原料氣物流可以由地下地層產(chǎn)生。在一些實(shí)施方案中，原料氣物流含有有機(jī)硫化合物。有機(jī)硫化合物的例子包括但不限于硫醇、硫醚、二硫化碳、羰基硫、或它們的混合物。硫醇例子包括但不限于甲硫醇和苯硫酚。硫醚的例子包括但不限于二乙基硫醚、環(huán)狀硫醚、四氫噻吩和噻吩化合物。
[0046]原料氣物流含有至少5%、或至少10%、或至少20%、或至少25%、或至少30%至至多99.9%、或至多95%、或至多90%、或至多80%、或至多75%、或至多60vol%的硫化氫。原料氣物流中硫化氫的體積百分比可以為5至至多99.9、20-90、或30-80。在一些實(shí)施方案中，原料氣物流含有至少5 %、或至少10 %、至少20 %、或至少50 %或至少60vol %的硫化氫和至少2%、或至少5%、或至少10%或至少20%或至少30vol%的二氧化碳。原料氣物流含有至多95%、或至多90%、或至多70%或至多50%或至多10%和至少0.1%、或至少I %、或至少5%或至少IOvol %的烴。 [0047]在圖1的系統(tǒng)100中，原料氣物流104進(jìn)入原料氣分離裝置102。在原料氣分離裝置102中，原料氣物流104被分離為硫化氫物流106、烴氣體物流108、水物流110和/或在25°C和0.1OlMPa下可冷凝的烴物流112 (下文稱為〃液態(tài)烴")。在一個實(shí)施方案中，當(dāng)存在二氧化碳時，從原料氣物流102分離出的硫化氫物流106也可以含有二氧化碳。任選地，當(dāng)原料氣物流含有至少2Vol%的二氧化碳時，原料氣物流可以通過如下操作被分離為硫化氫物流106、烴氣體物流108、和二氧化碳物流:從原料氣物流分離硫化氫和二氧化碳，和分離硫化氫和二氧化碳分別進(jìn)入硫化氫物流和二氧化碳物流。任選含有二氧化碳的硫化氫物流106比原料氣物流104含有更多體積百分比的硫化氫和任選更多體積百分比的二氧化碳，和烴氣體物流108比原料氣物流104含有更少體積百分比的硫化氫和任選更少體積百分比的二氧化碳。
[0048]原料氣分離裝置102可以包括一個或多個物理處理系統(tǒng)和/或一個或多個化學(xué)處理系統(tǒng)。物理處理系統(tǒng)可以為但不局限于聚結(jié)裝置、旋風(fēng)分離器裝置、靜電沉淀器裝置、固定床吸附裝置、過濾器、換熱器、膜裝置、變壓吸附裝置和/或溫度分離裝置?；瘜W(xué)處理系統(tǒng)可以為吸收裝置?；瘜W(xué)處理系統(tǒng)可以是可再生的，從而化學(xué)處理系統(tǒng)可以吸收原料氣物流中的目標(biāo)組分如硫化氫和二氧化碳或與它們反應(yīng)以從原料氣物流中脫除目標(biāo)組分，和隨后在從原料氣物流中分離后例如通過向化學(xué)處理系統(tǒng)應(yīng)用熱功(熱量)可以將目標(biāo)組分從化學(xué)處理系統(tǒng)中釋放出來。化學(xué)處理裝置中應(yīng)用的組合物可以溶解原料氣物流中的目標(biāo)組分、復(fù)合原料氣物流中的目標(biāo)組分和/或與原料氣物流104中的目標(biāo)組分反應(yīng)，其中所述目標(biāo)組分包括硫化氫和可以包括其它含硫化合物和二氧化碳。在優(yōu)選實(shí)施方案中，化學(xué)處理系統(tǒng)是一個可再生的化學(xué)處理系統(tǒng)，其有效地溶解、復(fù)合原料氣物流104中的一個或多個目標(biāo)組分或與它們反應(yīng)，以從原料氣物流104分離出目標(biāo)組分，和隨后可以從中分離出目標(biāo)組分。分離裝置102可以包括一個或多個消耗熱功和/或機(jī)械功和/或電功或它們的組合進(jìn)行操作的單元(如泵、壓縮機(jī)和其它馬達(dá)驅(qū)動設(shè)備)。
[0049]分離裝置102可以包括蒸汽鍋爐和/或再生的化學(xué)處理系統(tǒng)的再沸器。用于蒸汽鍋爐和/或再沸器的水可以利用燃燒硫化氫物流106產(chǎn)生的熱功加熱。在一些實(shí)施方案中，由燃燒硫化氫物流106燃燒捕集的蒸汽(熱功)用于產(chǎn)生用于分離裝置102的低壓蒸汽。
[0050]當(dāng)原料氣分離裝置102為可再生的化學(xué)處理系統(tǒng)時，原料氣物流104與吸收、溶解、復(fù)合至少大部分硫化氫、或與之反應(yīng)的組合物接觸，以形成含有硫化氫的組合物或復(fù)合物或通過硫化氫與接觸組合物反應(yīng)形成的組合物或加合物。如果在原料氣物流104中存在二氧化碳，所述組合物也可以溶解、復(fù)合原料氣物流中的至少大部分二氧化碳、
[0051]或與之反應(yīng)以形成含有二氧化碳的組合物或復(fù)合物或通過二氧化碳與接觸組合物反應(yīng)形成的組合物或加合物。
[0052]與原料氣物流104接觸分離后，將含硫化氫和任選二氧化碳的組合物、和/或由硫化氫和任選二氧化碳形成的復(fù)合物、組合物或加合物再生，以再生接觸組合物并產(chǎn)生硫化氫物流106。可以通過應(yīng)用熱功來實(shí)施再生，以釋放含硫化氫和二氧化碳(如果存在)的硫化氫物流106。熱功可以作為蒸汽提供。再生用于與原料氣物流104接觸的組合物所需的全部熱功可以通過燃燒硫化氫氣體物流106來提供。
[0053]在本發(fā)明方法的一個實(shí)施方案中，當(dāng)原料氣物流104含有硫化氫和二氧化碳兩者時，可以再生含硫化氫和二氧化碳的組合物、和/或由硫化氫和/或二氧化碳形成的復(fù)合物、組合物或加合物,從而可以單獨(dú)回收二氧化碳和硫化氫。正如上文所述,通過從含硫化氫和二氧化碳的組合物、和/或由其形成的復(fù)合物、組合物或加合物中溫差和/或壓差分離，可以獨(dú)立于硫化氫物流回收二氧化碳。二氧化碳可以作為二氧化碳物流獨(dú)立于硫化氫物流回收。替代地，硫化氫和二氧化碳可以一起由組合物中回收以形成硫化氫物流106。
[0054]在化學(xué)處理系統(tǒng)中用于與原料氣物流104接觸的組合物可以是可從原料氣物流104分離硫化氫和任選二氧化碳和可以再生以釋放硫化氫和二氧化碳(如果在原料氣物流104中存在的話)的液體、固體和/或任何材料。這種組合物包括但不限于胺、環(huán)丁砜、水、甲醇、乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、η-甲基-2-吡咯烷酮、碳酸亞丙酯、聚乙二醇的二甲醚、具有通式CH3O-(C2H4O)nCH3的化合物的混合物(其中η為約2_9的整數(shù))、液態(tài)烴、或它們的混合物。
[0055]在某些實(shí)施方案中，氣體分離裝置102包括可再生的胺處理裝置。在可再生的胺處理裝置中應(yīng)用的胺的例子包括但不限于單乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、甲基二乙醇胺、2-(2-氨基乙氧基)-乙醇、或二 _異丙醇胺。
[0056] 可在本發(fā)明方法中應(yīng)用的可再生的工業(yè)化學(xué)處理方法的例子包括但不限于Sulfinol 氣體處理方法、Selexol (UOP?, Des Planes, IL, USA)氣體處理方法、RectlSOl?Process(Lurgi GmbH, Frankfurt, Germany)和 / 或 Rectisol Wash Process (LindeEngineering, Germany)。
[0057]原料氣物流104可以在原料氣分離裝置102中在兩個或多個分離過程中被處理，和/或可以一次或多次地循環(huán)通過原料氣分離裝置102中的單個分離過程，以產(chǎn)生具有可接受濃度限度硫化氫和可接受濃度限度二氧化碳的烴氣體物流108，用于進(jìn)一步處理烴氣體物流108以提供適合于作為管道氣體出售或者適合于轉(zhuǎn)化為壓縮天然氣或液化天然氣的天然氣物流。
[0058]可以將烴氣體物流108進(jìn)料至分離裝置114。分離裝置114可以包括一個或多個物理處理系統(tǒng)，包括但不限于聚結(jié)裝置、旋風(fēng)分離器裝置、靜電沉淀器裝置、固定床吸附裝置、過濾器、換熱器、脫水裝置、膜裝置、變壓吸附裝置、溫度分離裝置；和/或一個或多個化學(xué)處理裝置。在分離裝置114中，可以將水、金屬、微量碳氧化物、微量硫化氫、較重?zé)N(例如C5-Cltl烴)、和/或惰性氣體從烴氣體物流108分離，以形成適合于作為管道氣出售的天然氣物流122和/或含烴物流。"碳氧化物"指具有碳氧鍵的化合物。碳氧化物的例子包括但不限于二氧化碳、一氧化碳、羰基硫或它們的混合物。
[0059]例如，可以通過使物流流過二醇脫水系統(tǒng)、變壓吸附裝置和/或固體干燥系統(tǒng)從烴氣體物流108中脫除水。如果存在，金屬(如汞)可以通過使干燥的烴氣體物流與分子篩和/或活性炭接觸來脫除，以從烴氣體物流中脫除部分或幾乎全部金屬。在一些實(shí)施方案中，烴氣體物流108的金屬含量可以足夠低從而不必脫除金屬。例如通過在換熱器中冷卻烴氣體物流108至低于所述烴露點(diǎn)的溫度，可以使較重?zé)N從烴氣體物流108中冷凝出來。
[0060]烴氣體物流108可以流過一系列低溫裝置和/或吸收裝置，以從烴氣體物流中脫除惰性氣體如氮和/或碳氧 化物。殘余的二氧化碳可以應(yīng)用Catacarb?和/或Benfield氣體處理方法脫除。在一些實(shí)施方案中，所述吸附裝置和/或低溫裝置為精餾吸附和高壓蒸餾裝置。在一些實(shí)施方案中，分離裝置114包括化學(xué)處理裝置，以從烴氣體物流108中脫除微量的硫化氫。在分離裝置114中從烴氣體物流108脫除的微量硫化氫可以與流出氣體分離裝置102的硫化氫物流106混合。
[0061]在一些實(shí)施方案中，天然氣或管道氣體物流122含有至多50ppm或至多30ppm或至多IOppm的硫化氫。天然氣或管道氣體物流122中的硫化氫含量可以按ASTM方法D4804測量。天然氣或管道氣體物流122含有比原料氣物流104更少體積百分比的硫化氫。
[0062]在一些實(shí)施方案中，處理烴氣體物流108以從烴氣體物流中分離出碳數(shù)為2-6的烴(C2_6烴)，以形成天然氣或管道氣物流122和天然氣液體物流120?？梢栽诜蛛x裝置114中處理烴氣體物流108，通過壓縮烴氣體物流108、冷卻壓縮后的烴氣體物流和膨脹經(jīng)過壓縮和冷卻的烴氣體物流而從烴氣體物流中從離出C2_6烴，從而從烴氣體物流中分離出C2_6烴并產(chǎn)生天然氣。例如，可以將烴氣體物流流過渦輪膨脹機(jī)/脫甲烷塔系統(tǒng)，以產(chǎn)生天然氣物流和C2_6烴物流。由渦輪膨脹機(jī)/脫甲烷塔系統(tǒng)產(chǎn)生的天然氣物流122可以含有至少50%、至少70%、或至少95%的甲烷。
[0063]天然氣物流122優(yōu)選具有至少1.7MPa(250psig)的壓力，其中天然氣物流122的壓力可以源自來自地下地層的原料氣物流104的壓力。如果天然氣物流122的壓力小于
1.7MPa，則可以用壓縮氣將天然氣物流壓縮至至少1.7MPa的壓力以產(chǎn)生可管道輸送的天然氣物流。
[0064]在一些實(shí)施方案中，可以將烴氣體物流108流過分離裝置114中的氣/液萃取系統(tǒng)。在氣/液萃取系統(tǒng)中，烴氣體物流108與吸收組合物接觸。吸收組合物從烴氣體物流108中分離出天然氣液體，以形成天然氣物流122和吸收組合物/C2_6烴物流120。在一些實(shí)施方案中，吸收組合物可以為油，和可以精餾吸收油/c2_6烴物流120以產(chǎn)生乙烷、丙烷、丁烷、戊烷和/或己烷物流。
[0065]分離裝置114中產(chǎn)生的至少部分天然氣可以作為天然氣物流126提供，以在設(shè)施124中進(jìn)一步處理。天然氣物流126優(yōu)選具有至少1.7MPa的壓力，其中所述壓力可以源自來自地下地層的原料氣物流104的壓力，或者如果離開分離裝置114的天然氣物流126的壓力低于1.7MPa,由可以壓縮天然氣物流至至少1.7MPa的壓力。在一些實(shí)施方案中，離開烴分離裝置114的至少99%的天然氣作為天然氣物流126提供，以在設(shè)施124中進(jìn)一步處理。
[0066]設(shè)施124包括用于處理天然氣物流126的一個或多個系統(tǒng)，和可以包括壓縮/液化系統(tǒng)。在壓縮/液化系統(tǒng)中，可以壓縮天然氣物流126以在無液化時產(chǎn)生壓縮天然氣130或在有液化時產(chǎn)生液化天然氣128。
[0067]可以應(yīng)用已知的壓縮方法壓縮天然氣物流126。例如，可以在等溫、絕熱或多級條件下壓縮天然氣物流126?？梢允固烊粴馕锪?26流過一個或多個壓縮機(jī)。壓縮機(jī)可以是容積式和/或動態(tài)壓縮機(jī)。壓縮機(jī)的例子包括但不限于往復(fù)式、旋轉(zhuǎn)式、離心式和/或軸流式。
[0068]在設(shè)施124內(nèi)的壓縮/液化系統(tǒng)中，由天然氣物流126形成的壓縮天然氣物流可以進(jìn)一步壓縮和通過應(yīng)用換熱和/或膨脹冷卻至低于約-160°C、或低于約_165°C、優(yōu)選為約-162°C的溫度，以形成液化天然氣128?？缮藤彽奶烊粴庖夯到y(tǒng)和方法的例子包括但不限于 AirProducts AP-X? 系統(tǒng)、Shell DMR 方法和 ConocoPhilips Cascade Λ/'法。壓
縮天然氣130和/或液化天然氣128可以被輸送至其它處理單元和/或貯存單元。
[0069]將硫化氫物流106從原料氣分離裝置102提供給燃燒單元132。所述硫化氫物流可以含有至多Ivol%、至多0.1vol%、或至多0.01vol%的包括有機(jī)硫類物質(zhì)(包括硫醇)的烴。所述硫化氫物流106可以含有大于0%至40νοI %、1-30νοI %、或5_20vol %的二氧化碳。在一些實(shí)施方案中，元素硫可以與硫化氫物流混合，和/或提供給燃燒單元132。
[0070]為燃燒單元132提供氧化劑物流134用于與硫化氫物流106燃燒。當(dāng)硫化氫物流106含有大量二氧化碳時，富氧的氧化劑物流如氧氣或富氧空氣是優(yōu)選的。當(dāng)硫化氫物流106基本不含二氧化碳時，空氣是優(yōu)選的氧化劑物流。
[0071]在燃燒裝置132中，至少部分硫化氫物流106用氧化劑物流134燃燒?？梢栽诟邏合聻槿紵龁卧?32提供硫化氫物流106和/或氧化劑物流134，例如通過強(qiáng)制通風(fēng)風(fēng)扇和/或強(qiáng)制通風(fēng)和誘導(dǎo)通風(fēng)風(fēng)扇的組合在燃燒單元中循環(huán)氣體物流。燃燒單元132中的溫度可以通過控制進(jìn)入燃燒單元132的氧化劑物流134的流量、和/或進(jìn)入燃燒單元132的硫化氫物流106的流量、和/或在從燃燒氣回收熱功后通過控制燃燒物流的循環(huán)物流的流量而進(jìn)行控制。至少部分硫化氫物流106的燃燒產(chǎn)生熱量和由燃燒氣體形成的燃燒物流。
[0072]至少部分硫化氫物流106的燃燒優(yōu)選在相對于硫化氫的摩爾量化學(xué)計(jì)量過量的氧化劑存在下實(shí)施。在實(shí)施方案中，當(dāng)為燃燒單元132提供元素硫時，可以調(diào)節(jié)氧化劑物流134的流量，從而相對于提供給燃燒單元132的硫化氫物流106中的硫化氫和元素硫的總量保持化學(xué)計(jì)量過量的氧化劑，從而幾乎全部、或全部硫化氫和元素硫均在燃燒單元132中轉(zhuǎn)化為二氧化硫和水。 [0073]在一些實(shí)施方案中，由硫化氫物流106燃燒形成的燃燒物流包括少量或沒有硫化氫及基本上等摩爾的二氧化硫和作為蒸氣的水的混合物。燃燒物流可以含有0%、或大于0%但小于0.1 %、或小于0.05%、或小于0.001VOI %的硫化氫。燃燒物流可以含有過量氧、一種或多種硫氧化物和蒸汽，和如果氧化劑物流為空氣或富氧空氣，還可以含有氮。硫化氫物流106的燃燒產(chǎn)生O克、或大于O克但至多0.1克、或至多0.01克、或至多0.001克二氧化碳，以每克原料氣物流104中的烴計(jì)。燃燒物流也可以含有幾乎全部從原料氣物流中分離的二氧化碳，條件是:1)原料氣物流含有二氧化碳；和2)在燃燒硫化氫物流前來自原料氣物流的二氧化碳沒有與來自原料氣物流的硫化氫分離。
[0074]燃燒物流在溫度為200-3000°C、或300-1500°C、或500-1000°C下產(chǎn)生。來自燃燒
物流的熱以一定的流量產(chǎn)生從而由燃燒物流的熱捕集的熱功足以產(chǎn)生操作分離裝置102、分離裝置114和壓縮/液化裝置124中應(yīng)用的所有方法和系統(tǒng)必須的全部功(熱、機(jī)械和/或電)。由燃燒物流的熱捕集的熱功可以為與所應(yīng)用的方法整合的熱和機(jī)械和電功，以產(chǎn)生天然氣和/或壓縮天然氣和/或液化天然氣、和/或液化的二氧化碳和/或二氧化硫。
[0075]由燃燒單元132中形成的燃燒物流的熱捕集的熱功在熱功單元140中捕集。燃燒單元132和熱功單元140可以是整合的單元或單獨(dú)的單元。在優(yōu)選實(shí)施方案中，熱功在熱功單元140中作為蒸汽捕集。熱功單元140可以包括一個或多個換熱器和/或一個或多個蒸汽生產(chǎn)裝置如蒸汽鍋爐。
[0076]熱功單元140可以由燃燒物流中作為蒸汽捕集熱功。來自硫化氫物流106燃燒的全部或幾乎全部熱功均用于產(chǎn)生壓力范圍為0.34-34.5MPa、或3.4-34.5MPa、或13.8-34.5MPa、或 22.2-34.5MPa、或 30-34.5MPa 和溫度范圍 135_650°C、或 240_650°C、或335-650°C、或 375-650°C 的蒸汽。
[0077]基于蒸汽的溫 度和壓力，可以設(shè)計(jì)和應(yīng)用熱功單元140來產(chǎn)生各種等級的蒸汽。飽和蒸汽、過熱蒸汽、超臨界蒸汽和/或超超臨界蒸汽均可以在熱功單元140的單獨(dú)區(qū)域中產(chǎn)生。
[0078]由硫化氫物流的燃燒產(chǎn)生的至少部分熱功可以被轉(zhuǎn)化為機(jī)械和/或電功或者可以作為熱功提供給系統(tǒng)100中的單元?？稍跓峁卧?40中產(chǎn)生的各種等級的蒸汽可以被用于為方法提供熱功和產(chǎn)生機(jī)械和/或電功。在熱功單元140中由燃燒物流的熱產(chǎn)生的蒸汽可以通過管道144提供給蒸汽透平裝置142來產(chǎn)生機(jī)械和/或電功，和/或通過管道146提供給分離裝置102中的蒸汽驅(qū)動裝置，和/或通過管道148提供給分離裝置114中的蒸汽驅(qū)動裝置，和/或和通過管道150提供給壓縮/液化裝置124中的蒸汽驅(qū)動裝置。蒸汽驅(qū)動裝置包括但不限于化學(xué)處理系統(tǒng)中的泵、天然氣壓縮機(jī)、二氧化碳液化壓縮機(jī)、制冷壓縮機(jī)和發(fā)電機(jī)。
[0079]可以應(yīng)用低壓飽和蒸汽為分離裝置102和/或分離裝置114的化學(xué)處理系統(tǒng)的再沸器提供熱功?？梢詰?yīng)用高壓飽和和/或過熱和/或超臨界蒸汽為分離裝置102和/或分離裝置114和/或壓縮/液化裝置124中應(yīng)用的設(shè)備提供機(jī)械功，例如使高壓飽和和/或過熱和/或超臨界蒸汽流過蒸汽膨脹設(shè)備(即蒸汽渦輪膨脹機(jī)或蒸汽透平)來產(chǎn)生機(jī)械(軸)功?？梢詰?yīng)用過熱蒸汽、更優(yōu)選為超臨界蒸汽、和最優(yōu)選為超超臨界蒸汽來產(chǎn)生電功，例如通過使蒸汽流過與發(fā)電機(jī)偶合的蒸汽膨脹設(shè)備(例如蒸汽渦輪膨脹機(jī)或蒸汽透平)。
[0080]在一些實(shí)施方案中，通過燃燒硫化氫物流106產(chǎn)生的至少75%、或至少85%、或至少90%的熱功用于應(yīng)用蒸汽透平產(chǎn)生電功?？梢詾檎羝钙窖b置142提供超超臨界或超臨界蒸汽146?？梢詰?yīng)用超超臨界或超臨界蒸汽來驅(qū)動蒸汽透平裝置142中的發(fā)電機(jī)，來滿足將原料氣物流104分離為硫化氫物流106和烴氣體物流108和用于處理烴氣體物流108以產(chǎn)生天然氣、壓縮天然氣或LNG的電功需求。蒸汽透平裝置142可以將來自超超臨界或超臨界蒸汽146的熱功轉(zhuǎn)化為處理烴氣體物流108以及從原料氣物流104分離出硫化氫物流106和烴氣體物流108所需的全部電功(例如操作分離裝置102、分離裝置114和/或壓縮/液化裝置124所需的全部電功)。
[0081]蒸汽透平裝置142可以包括一個或多個發(fā)電機(jī)和/或一個或多個蒸汽透平。蒸汽透平裝置142可以為多級透平(例如，蒸汽透平可以包括至少一個高壓級、至少一個中壓級、至少一個低壓級、或它們的組合)。在一些實(shí)施方案中，蒸汽透平裝置142與分離裝置102、分離裝置114和/或壓縮/液化裝置124電整合。蒸汽透平裝置142可以與通過電線152向電網(wǎng)輸出電功的電網(wǎng)電整合。
[0082]在優(yōu)選實(shí)施方案中，來自硫化氫物流106燃燒的全部熱功均作為蒸汽被捕集。由硫化氫物流106燃燒為熱功單元140提供足夠的熱量，從而熱功單元140中的一個或多個鍋爐中的水溫被提升以產(chǎn)生蒸汽和/或維持蒸汽產(chǎn)量。至少部分蒸汽可以用于產(chǎn)生用來生產(chǎn)天然氣、壓縮天然氣、液化天然氣的過程和/或操作其它地面設(shè)施過程所需的全部機(jī)械、電和熱功。蒸汽透平裝置142可以為處理裝置和/或分離裝置102、114和124提供電功和/或可以通過管線152輸出電功。電功可以通過電線154提供給分離裝置102和/或通過電線156提供給分離裝置114和/或通過管線158提供給壓縮/液化裝置124。所提供的電功對于如下操作是足夠的:(a)分離原料氣物流(例如操作原料氣分離裝置102以將原料氣物流104分離為硫化氫物流106和烴氣體物流108)所需的全部電功；(b)將烴氣體物流108處理為天然氣、壓縮天然氣或LNG (例如操作分離裝置114和任選的壓縮/液化裝置124);和對于(c)銷售或在其它電功消耗單元中應(yīng)用可能是足夠的。
[0083]可以由系統(tǒng)100產(chǎn)生的電功驅(qū)動的其它電功消耗單元包括但不限于配電網(wǎng)、服務(wù)器群、工業(yè)電熔爐、或它們的組合。在一些實(shí)施方案中，其它電功消耗單元位于水體上或接近于水體。例如位于水體上的浮動或固定平臺上的服務(wù)器群。熔爐可以包括但不限于鋁熔爐。
[0084]已經(jīng)在熱功單元140中從燃燒物流的熱量捕集熱功后，可以由熱功單元140為二氧化硫分離器138提供冷卻的燃燒物流136。在二氧化硫分離器138中，冷卻的燃燒物流136可以被分離為二氧化硫物流和水物流以及惰性氣體物流(如果在冷卻的燃燒物流中存在惰性氣體)。通過調(diào)節(jié)冷卻的燃燒物流136的溫度和壓力，可以在二氧化硫分離器138中將冷卻的燃燒物流136中的水與二氧化硫分離，從而水從冷卻的燃燒物流中冷凝出來。通過使冷卻的燃燒物流或脫水冷卻的燃燒物流與濃硫酸接觸，可以從冷卻的燃燒物流136或脫水冷卻的燃燒物流中分離出二氧化硫。
[0085]為了從冷卻的燃燒物流136中分離出水，可以在二氧化硫分離器138內(nèi)使冷卻的燃燒物流進(jìn)一步冷卻，和如果需要，膨脹以降低燃燒物流的壓力，至水從冷卻的燃燒物流中分離出來的溫度和壓力。例如，在二氧化硫分離器138中，冷卻的燃燒物流136可以進(jìn)一步冷卻至從約_5°C至約85°C的溫度和如果需要，可以調(diào)節(jié)物流的壓力至0.1-0.2MPa，以使水與二氧化硫及未反應(yīng)的氧化劑和惰性氣體分離。
[0086]可以將二氧化硫分離器138中產(chǎn)生的水通過管道160提供給熱功單元140用于產(chǎn)生蒸汽，和/或可以通過管道162將其直接提供給蒸汽透平142，和/或可以通過管道164與管道144中的來自熱功單元140的蒸汽混合。在二氧化硫分離器138中，通過使物流與從物流中吸附至少部分二氧化硫的物質(zhì)和/或化合物接觸而將二氧化硫從冷卻的燃燒物流136或脫水冷卻的燃燒物流中分離出來?？梢蕴幚砦絼┮葬尫哦趸?，從而形成純化的二氧化硫物流。在一些實(shí)施方案中，通過使冷卻的燃燒物流或脫水冷卻的燃燒物流與無水鹽的水溶液、有機(jī)鹽的水溶液、胺、醇的水溶液、醚和/或聚二醇溶液混合而將二氧化硫物流與冷卻的燃燒物流136中的其它組分(如惰性氣體、碳氧化物和/或水)分離?？梢杂脕韽睦鋮s的燃燒物流136或脫水冷卻的燃燒物流中分離二氧化硫的可商購二氧化硫分離系統(tǒng)丫j Cansolv? SO2 洗漆系統(tǒng)(Cansolv Technologies, Montreal Canada)。
[0087]從冷卻的燃燒物流136或脫水冷卻的燃燒物流中分離的二氧化硫物流166可以作為氣體、壓縮氣體和/或液體流出二氧化硫分離器138。二氧化硫物流166可以含有二氧化硫和一些三氧化硫。在一些實(shí)施方案中，二氧化硫物流166含有至少50vol%、至少80vol%、或至少99vol%的二氧化硫。物流中的二氧化硫含量可以應(yīng)用ISO方法7935測量。二氧化硫物流166可以被貯存和/或與一個或多個物流組合以形成濃縮的二氧化硫物流。
[0088]在本發(fā)明方法的一些實(shí)施方案中，可以將二氧化硫物流干燥、壓縮和/或液化?？梢酝ㄟ^使二氧化硫物流166在30°C與濃硫酸接觸形成干燥的二氧化硫物流而使二氧化硫物流166干燥。干燥的二氧化硫物流可以應(yīng)用在0.38-0.5MPa間工作的壓縮機(jī)壓縮以形成壓縮后的二氧化硫。可以將壓縮后的二氧化硫冷卻至_30°C至-60°C以形成液化的二氧化硫物流?？梢詰?yīng)用由硫化氫物流106燃燒產(chǎn)生的熱功來產(chǎn)生干燥、壓縮和液化二氧化硫物流166所需的全部熱和/或電和/或機(jī)械功和用于將原料氣物流104分離為硫化氫物流106和烴氣體物流108和用于 處理烴氣體物流108的全部熱和/或電和/或機(jī)械功。
[0089]在一些實(shí)施方案中，二氧化硫物流166中的二氧化硫可以被轉(zhuǎn)化為硫酸。二氧化硫的純化和隨后硫酸的生產(chǎn)在Brandle等人的美國專利US5, 389，354、Eros的US4, 659，556、Cameron 等人的 US4, 213，958 和 Mauer 等人的 US3, 475，120 中有描述。硫酸可以在生產(chǎn)天然氣、壓縮天然氣和/或液化天然氣的相同設(shè)施處或在遙遠(yuǎn)的位置處生產(chǎn)。當(dāng)在用于天然氣、壓縮天然氣和/或液化天然氣的生產(chǎn)設(shè)施處生產(chǎn)硫酸時，由硫化氫物流106燃燒產(chǎn)生的熱功足以產(chǎn)生生產(chǎn)硫酸所需的全部必須的機(jī)械和/或電和/或熱功，和分離原料氣物流104為硫化氫物流106和烴氣體物流108和處理烴氣體物流108所需的全部熱和/或機(jī)械和/或電功。
[0090]在一些實(shí)施方案中，可以在二氧化硫分離器138中將二氧化碳從冷卻的燃燒物流136或脫水冷卻的燃燒物流中分離出來。冷卻的燃燒物流136中的二氧化碳可以為原料氣物流104中存在和被載帶通過所述方法進(jìn)入冷卻的燃燒物流136的二氧化碳和/或可以為由硫化氫物流106中存在的烴(如硫醇和噻吩)的燃燒形成的二氧化碳。分離后的二氧化碳可以被隔離、處理、出售、作為驅(qū)動或替換流體引入地層和/或與其它碳氧化物的物流混合?？梢詫⒍趸級嚎s和/或液化，和然后泵入烴地層、貯存設(shè)施和/或運(yùn)輸單元。
[0091]圖2的不意圖描述了由聞硫化氧含量的原料氣物流生廣硫酸的實(shí)施方案。在圖2中，原料氣物流按圖1所述進(jìn)行處理。在一些實(shí)施方案中，將濃硫酸(如90_100wt%的硫酸溶液)用作分離組合物從冷卻的燃燒物流136中分離出二氧化硫。將濃硫酸物流168或其它分離組合物提供給二氧化硫分離器138以與冷卻的燃燒物流136接觸。通過使冷卻的燃燒物流136與濃硫酸物流168接觸而將水從冷卻的燃燒物流136中吸附出來，產(chǎn)生脫水冷卻的燃燒物流170。脫水冷卻的燃燒物流170可以含有硫酸、二氧化硫、分子氧、氮和/或一種或多種氮氧化物，和也可以含有二氧化碳。脫水冷卻的燃燒物流170流出二氧化硫分離器138和進(jìn)入氧化單元172。在氧化單元172中，脫水冷卻的燃燒物流170與一種或多種催化劑接觸以產(chǎn)生三氧化硫物流。如果在脫水冷卻的燃燒物流中沒有足夠的分子氧來氧化其中的二氧化硫形成三氧化硫，可以為氧化單元172提供分子氧物流174。所述一種或多種催化劑可以包括對于催化二氧化硫氧化為三氧化硫有效的任何催化劑，例如氧化釩(V)催化劑。脫水冷卻的燃燒物流可以在氧化單元172中在400-500°C的溫度下與一種或多種氧化催化劑和任選的分子氧物流174接觸，以實(shí)施氧化。在進(jìn)料至氧化單元172之前，可以將脫水冷卻的燃燒物流170加熱。
[0092]在氧化單元172中產(chǎn)生的三氧化硫物流178流出氧化單元172和進(jìn)入吸收裝置176。在吸收裝置176中，三氧化硫物流178與足夠的水接觸以水合三氧化硫和由此形成濃硫酸溶液(如90-100wt%的硫酸溶液)。濃硫酸溶液物流180流出吸收裝置176進(jìn)行貯存和/或運(yùn)輸。在一些實(shí)施方案中，所述硫酸適用于生產(chǎn)硫酸。
[0093]為了更好地理解本發(fā)明，現(xiàn)提供如下實(shí)施例。如下實(shí)施例不應(yīng)該以任何方式理解為限制或定義本發(fā)明的范圍。
[0094]實(shí)施例
[0095]實(shí)施例1-11
[0096]在應(yīng)用本發(fā)明方法的工藝步驟的工藝模型中，應(yīng)用由已知煉制方法獲得的能量消耗數(shù)據(jù)計(jì)算由含烴和5-95Vol %硫化氫的原料氣物流生產(chǎn)I千萬公噸天然氣和隨后液化天然氣(LNG)所需的功。在工藝模型中，處理原料氣物流以從原料氣物流中分離出水和液態(tài)烴。接下來，應(yīng)用胺萃取系統(tǒng)從原料氣物流中脫除硫化氫。再生負(fù)載硫化氫的胺系統(tǒng)所需的功作為鍋爐中產(chǎn)生的蒸汽提供。假定鍋爐具有100%的熱效率。在工藝模型中，通過燃燒回收的硫化氫產(chǎn)生用于鍋爐的熱功。在計(jì)算中，應(yīng)用6545Btu/磅(15213kJ/kg)硫化氫的低熱值。在計(jì)算中，對于再生負(fù)載硫化氫的胺萃取溶液，應(yīng)用4030Btu/磅(9374kJ/kg)所產(chǎn)生的硫化氫的熱值。在工藝模型中，如果需要補(bǔ)充功，則使用甲烷作燃料。在計(jì)算中，應(yīng)用21433Btu/磅(49820kJ/kg)甲烷的低熱值估計(jì)甲烷消耗量。
[0097]表1列出了含5-95vol%硫化氫的原料氣物流的功數(shù)據(jù)、LNG生產(chǎn)數(shù)據(jù)、二氧化硫生產(chǎn)數(shù)據(jù)和二氧化碳排放數(shù)據(jù)。圖3描述了對于表1所列的原料物流組合物，在以1142mT/h (I千萬公噸LNG/日歷年)的流率生產(chǎn)LNG期間，可輸出功量(MW)與硫化氫含量的關(guān)系圖的例子。數(shù)據(jù)180代表在40%熱效率下可輸出的電功。數(shù)據(jù)182代表在60%熱效率下可輸出的電功。
[0098]應(yīng)用表1中的值，當(dāng)由含5_95vol%硫化氫的原料氣物流生產(chǎn)I千萬公噸天然氣/日歷年時，所產(chǎn)生的功的最大量(燃燒H2S產(chǎn)生的功減去分離H2S消耗的功)計(jì)算為在5%H2S 時為 207MWt、10% H2S 時為 437MWt、20% H2S 時為 984MWt、30% H2S 時為 1687MWt、40% H2S時為 2624MWt、50% H2S 時為 3936MWt、60% H2S 時為 5905MWt、70% H2S 時為 9185MWt、80% H2S時為15746MWt、90% H2S時為35428MWt和95% H2S時為74793MWt。當(dāng)生產(chǎn)天然氣或壓縮天然氣時，所產(chǎn)生的功的量接近所產(chǎn)生的功的最大量，這是因?yàn)橄鄬τ谒a(chǎn)生的功的量，只需要少量的功來從由原料氣物流分離的烴物流中脫水、脫金屬和分離出非烴氣體、和壓縮天然氣為管道氣規(guī)格。當(dāng)由含10-95vol%硫化氫的原料氣物流生產(chǎn)的I千萬公噸天然氣來生產(chǎn)液化天然氣時，所產(chǎn)生的功的量(燃燒H2S產(chǎn)生的功減去分離H2S消耗的功和制備LNG需要的功)計(jì)算為在 10% H2S 時為 60MWt、20% H2S 時為 607MWt、30% H2S 時為 1309MWt、40%H2S 時為 2247MWt、50% H2S 時為 3559MWt、60% H2S 時為 5527MWt、70% H2S 時為 8808MWt、80%H2S 時為 15368MWt、90% H2S 時為 35051MWt、和 95% H2S 時為 74415MWt。
[0099]實(shí)施例1-11中的數(shù)據(jù)證實(shí)了通過從含至少5vol %硫化氫的原料氣物流分離硫化氫物流、燃燒硫化氫物流和從燃燒物流中捕集二氧化硫而由所述原料氣物流生產(chǎn)二氧化硫。實(shí)施例1-11中的數(shù)據(jù)也證實(shí)了由燃燒硫化氫物流產(chǎn)生熱功，其中硫化氫物流由原料氣物流分離出來，其中還從原料氣物流分離出烴氣體物流和處理烴氣體物流以產(chǎn)生天然氣，和其中以每I千萬公噸產(chǎn)生的天然氣至少200MWt熱功的比產(chǎn)生熱功。實(shí)施例1-11中的數(shù)據(jù)也證實(shí)了應(yīng)用由含至少5Vol%硫化氫的原料氣物流產(chǎn)生的硫化氫物流燃燒所產(chǎn)生的至少部分功來產(chǎn)生用于將原料氣物流分離為烴氣體物流和硫化氫物流所需的全部功和足夠用于處理烴氣體物流以產(chǎn)生LNG的功。另外，實(shí)施例1-11中的數(shù)據(jù)證實(shí)了以每kg原料氣物流中的硫化氫計(jì)，至少0.01kffh的熱功過量于將原料氣物流分離為烴氣體物流和硫化氫物流和處理烴氣體物流產(chǎn)生LNG所需的功產(chǎn)生，和/或在40%效率下可獲得至少20MW的電功作為電輸出，而在硫化氫燃燒過程中，原料氣物流中的每克烴產(chǎn)生至多0.1克二氧化碳。
[0100]對比例12-22。
[0101]在應(yīng)用按常規(guī)Claus法生產(chǎn)LNG的工藝步驟的工藝模型中，應(yīng)用由已知煉廠方法獲得的能量消耗數(shù)據(jù)計(jì)算用于生產(chǎn)I千萬公噸天然氣和隨后液化天然氣的功。在工藝模型中，處理原料氣物流以從原料氣物流中分離出水和液態(tài)烴。接下來，應(yīng)用胺萃取系統(tǒng)從原料氣物流中脫除硫化氫。在工藝模型中，再生負(fù)載硫化氫的胺系統(tǒng)所需的熱功作為由Claus法熱回收單元和操作用方法中產(chǎn)生的天然氣為燃料的補(bǔ)充鍋爐產(chǎn)生的蒸汽提供。假定鍋爐具有100%的熱效率。在工藝模型中，通過Claus法將胺系統(tǒng)再生產(chǎn)生的硫化氫轉(zhuǎn)化為硫。在計(jì)算中，應(yīng)用2973Btu/磅(6915kJ/kg)由Claus法產(chǎn)生的硫的熱值。在計(jì)算中，對于再生負(fù)載硫化氫的胺萃取溶液，應(yīng)用4030Btu/磅(9374kJ/kg)所產(chǎn)生的硫化氫的熱值。在工藝模型中，應(yīng)用甲烷作燃料產(chǎn)生補(bǔ)充功。應(yīng)用21433Btu/磅(49820kJ/kg)甲烷的低熱值估計(jì)甲烷消耗量。
[0102] 表2列出了由含0-95vol %硫化氫的原料氣物流生產(chǎn)LNG的功數(shù)據(jù)、LNG生產(chǎn)數(shù)據(jù)、元素硫生產(chǎn)數(shù)據(jù)和二氧化碳排放數(shù)據(jù)。圖4描述了對于表2所列的原料物流組合物，在以1142mT/h(l千萬公噸LNG/日歷年)的流率生產(chǎn)LNG期間，甲烷消耗(mT/h)和二氧化碳排放(mT/h)與甲烷體積分?jǐn)?shù)(余量為硫化氫)的關(guān)系圖。在圖4中，數(shù)據(jù)184代表相對于原料氣物流中甲烷的體積分?jǐn)?shù)，以公噸/小時(mT/h)表示的足以為操作方法提供所需的補(bǔ)充功的甲烷消耗量。數(shù)據(jù)186代表當(dāng)補(bǔ)充甲烷的量足以提供操作方法所需的補(bǔ)充功時，相對于原料氣物流中甲烷的體積分?jǐn)?shù)，以公噸/小時(mT/h)表示的二氧化碳排放。正如表2和圖4所示，隨著原料物流中硫化氫量的增加，用于硫化氫分離以產(chǎn)生LNG的補(bǔ)充功所需的甲烷燃料量明顯增加。通過比較實(shí)施例1-11中的數(shù)據(jù)和對比例12-22中的數(shù)據(jù)表明，為了驅(qū)動原料氣物流分離為硫化氫物流和烴氣體物流和處理烴氣體物流以形成LNG，應(yīng)用硫化氫作燃料產(chǎn)生比這些工藝步驟所需的更多熱功，和允許產(chǎn)生作為電輸出的電功。由含大量硫化氫的原料氣物流生產(chǎn)LNG的常規(guī)方法應(yīng)用Claus法由硫化氫形成元素硫，但其需要補(bǔ)充燃燒甲烷及伴隨的二氧化碳排放，以滿足生產(chǎn)LNG所需要的全部熱和/或機(jī)械功。
[0103]實(shí)施例23-33
[0104]在應(yīng)用本發(fā)明的工藝步驟的工藝模型中，應(yīng)用由已知煉廠方法獲得的能量消耗數(shù)據(jù)計(jì)算由含0-63vol%硫化氫、0-32vol%二氧化碳和100-5vol %甲烷的原料氣物流生產(chǎn)I千萬公噸天然氣和隨后液化天然氣的功。在工藝模型中，處理原料氣物流以從原料氣物流中分離出水和液態(tài)烴。接下來，應(yīng)用胺萃取系統(tǒng)從原料氣物流中脫除硫化氫和二氧化碳。在工藝模型中，再生負(fù)載硫化氫/ 二氧化碳的胺系統(tǒng)所需的熱功作為在鍋爐產(chǎn)生的蒸汽提供。假定鍋爐具有100%的熱效率。在工藝模型中，通過燃燒回收的硫化氫物流產(chǎn)生用于鍋爐的熱功。在計(jì)算中，應(yīng)用6545Btu/磅(15213kJ/kg)硫化氫的低熱值。在計(jì)算中，對于再生負(fù)載硫化氫的胺萃取溶液，應(yīng)用4030Btu/磅(9374kJ/kg)所產(chǎn)生的硫化氫的熱值。對于再生負(fù)載二氧化碳的胺萃取溶液，在計(jì)算中應(yīng)用按Lars Eril.01在"Aspen HYSYSSimulation of CO2Removal by Amine Absorption from a Gas Based Power Plant〃SIMS2007Conference, G Φ teborg,瑞典，2007 年 10 月 30 和 31 日中所述的 1513Btu/ 鎊(1596kJ/kg) 二氧化碳的熱值。二氧化碳壓縮、液化和泵送所需的功按Baldwin等人在"Capturing CO2:GasCompression vs.Liquefaction, 〃Power, 2009 年 6 月，electronic publication 中所述估計(jì)為0.llMW/mT/h。在工藝模型中，如果需要補(bǔ)充功，則使用甲烷作燃料。應(yīng)用21433Btu/磅(49820kJ/kg)甲烷的低熱值估計(jì)甲烷消耗量。
[0105]表3列出了應(yīng)用硫化氫作功源由組成為0-63vol%硫化氫、0-32vol%二氧化碳和100-5vol%甲烷的原料氣物流生產(chǎn)LNG的功數(shù)據(jù)、LNG生產(chǎn)數(shù)據(jù)、二氧化硫生產(chǎn)數(shù)據(jù)和二氧化碳排放數(shù)據(jù)。
[0106]應(yīng)用表3中的值，當(dāng)由含0_63vol%硫化氫、0_32vol%二氧化碳和100_5vol%甲烷的原料氣物流生產(chǎn)I千萬公噸天然氣/日歷年時，對于單個原料氣物流，所產(chǎn)生的功的最大量(燃燒H2S產(chǎn)生的功減去從原料氣物流中分離H2S和CO2所需的功)計(jì)算為:在90%甲烷時為173MWtt、在80%時為389MWt、在70%時為666MWt、在60%時為1036MWt、在50%時為 1555MWt、在 40% 時為 2233MWt、在 30% 時為 3629MWt、在 20% 時為 6221MWt、在 10% 時為13996MWt和在5%時為29549MWt。當(dāng)由含有0_63vol %硫化氫、0_32vol % 二氧化碳和100-5vol%甲烷的原料氣生產(chǎn)的I千萬公噸天然氣生產(chǎn)液化天然氣時，對于單個原料氣物流，所產(chǎn)生的功的量(燃燒H2S產(chǎn)生的功減去從原料氣物流中分離H2S和CO2和液化天然氣所需的功)計(jì)算為:在80%甲烷時為imWt、在70%時為288MWt、在60%時為658MWt、在 50% 時為 1177MWt、在 40% 時為 1855MWt、在 30% 時為 2251MWt、在 20% 時為 5843MWt、在10%時為13618MWt和在5%時為74037MWt。當(dāng)由含有0_63vol%硫化氫、0_32vol%二氧化碳和100-5vol%甲烷的原 料氣生產(chǎn)的I千萬公噸天然氣生產(chǎn)液化天然氣和由原料氣中的二氧化碳生產(chǎn)液化二氧化碳物流時，對于單個原料物流，所產(chǎn)生的功的量(燃燒H2S產(chǎn)生的功減去從原料氣物流中分離H2S和CO2消耗的功及液化天然氣消耗的功和液化CO2消耗的功)計(jì)算為:在70%甲烷時為239MWt、在60%時為581MWt、在50%時為1060MWt、在40%時為 1779MWt、在 30%時為 2977MWt、在 20%時為 5374MWt、在 10%時為 12652MWt 和在 5%時為26940MWt。
[0107]實(shí)施例23-33中的數(shù)據(jù)證實(shí)了由含硫化氫和二氧化碳及余量為烴的原料氣物流產(chǎn)生的硫化氫物流燃燒捕集的全部熱功可以產(chǎn)生分離原料氣物流為硫化氫物流、烴氣體物流和二氧化碳物流所需的全部熱和/或機(jī)械功，和也產(chǎn)生足夠用于處理烴氣體物流以產(chǎn)生LNG和產(chǎn)生液體二氧化碳的熱和/或電和/或機(jī)械功。當(dāng)原料氣物流中硫化氫的體積超過20vol %時,可以產(chǎn)生大量功用于作為機(jī)械或電功輸出。
[0108]對比例34-44
[0109]在應(yīng)用按常規(guī)Claus法生產(chǎn)LNG的工藝步驟的工藝模型中，應(yīng)用由已知煉廠方法獲得的能量消耗數(shù)據(jù)計(jì)算由含0-63vol%硫化氫、0-32vol%二氧化碳和100-5vol%甲烷的原料氣物流生產(chǎn)I千萬公噸天然氣所需的功。在工藝模型中，處理原料氣物流以從原料氣物流中分離出水和液態(tài)烴。接下來，應(yīng)用胺萃取系統(tǒng)從原料氣物流中脫除硫化氫和二氧化碳。在工藝模型中，再生負(fù)載硫化氫/ 二氧化碳的胺系統(tǒng)所需的熱功作為由Claus法熱回收單元和操作以方法中產(chǎn)生的天然氣為燃料的補(bǔ)充鍋爐產(chǎn)生的蒸汽提供。假定鍋爐具有100%的熱效率。在工藝模型中，由胺系統(tǒng)再生產(chǎn)生的硫化氫通過Claus法轉(zhuǎn)化為元素硫。在計(jì)算中，應(yīng)用2973Btu/磅(6915kJ/kg)由Claus法產(chǎn)生的元素硫的熱值。在計(jì)算中，對于再生負(fù)載硫化氫的胺萃取溶液，應(yīng)用4030Btu/磅(9374kJ/kg)所產(chǎn)生的硫化氫的熱值。在計(jì)算中，對于再生負(fù)載二氧化碳的胺萃取溶液，應(yīng)用1513Btu/磅(1596kJ/kg) 二氧化碳的熱值。在計(jì)算中，應(yīng)用0.llMW/mT/h 二氧化碳壓縮、液化和泵送所需的功。在工藝模型中，如果需要補(bǔ)充功，則使用甲烷作燃料。應(yīng)用21433Btu/磅(49820kJ/kg)甲烷的低熱值估計(jì)甲烷消耗量。
[0110]表4列出了由組成為O-約63vol %硫化氫、O-約32vol %二氧化碳和100_5vol %甲烷的原料氣物流生產(chǎn)LNG的功數(shù)據(jù)、LNG生產(chǎn)數(shù)據(jù)、元素硫數(shù)據(jù)和二氧化碳排放數(shù)據(jù)。正如表4所示，對于含有大量硫化氫和二氧化碳和少量甲烷的原料氣物流，隨著補(bǔ)充功所需的甲烷量增加，二氧化碳 排放量明顯增加。
[0111]通過比較實(shí)施例23-33中的數(shù)據(jù)和對比例34-44中的數(shù)據(jù)表明，為了驅(qū)動從原料氣物流中分離出硫化氫和二氧化碳以產(chǎn)生天然氣及隨后液化天然氣為LNG和隨后液化二氧化碳，應(yīng)用硫化氫作燃料產(chǎn)生這些過程所需要的大部分和典型地為全部熱和/或機(jī)械功，和可能允許產(chǎn)生用于輸出的電功。由含大量硫化氫和二氧化碳的物流生產(chǎn)LNG的常規(guī)方法應(yīng)用Claus法由硫化氫形成元素硫，但總需要補(bǔ)充燃燒甲烷及伴隨的二氧化碳排放，以滿足方法的全部能量需求。
【權(quán)利要求】
1.一種生產(chǎn)二氧化硫的方法，該方法包括: 提供含硫化氫和烴的原料氣物流，其中所述原料氣物流含有至少5vol%的硫化氫；將至少部分原料氣物流分離為硫化氫物流和烴氣體物流，所述硫化氫物流含有比原料氣物流更多體積百分比的硫化氫，和所述烴氣體物流含有比原料氣物流更少體積百分比的硫化氣； 提供氧化劑物流； 利用至少部分氧化劑物流燃燒至少部分硫化氫物流以產(chǎn)生熱功和產(chǎn)生含二氧化硫和蒸汽的燃燒物流；和 從燃燒物流中分離出至少部分二氧化硫。
2.權(quán)利要求1的生產(chǎn)二氧化硫的方法，其中提供氧化劑物流用于燃燒硫化氫物流，所提供的氧化劑物流的量足以提供每1摩爾硫化氫至少1.5摩爾的分子氧。
3.權(quán)利要求1或2的方法，其中從燃燒物流中分離至少部分二氧化硫包括使燃燒物流冷卻和至少部分脫水。
4.權(quán)利要求3的方法，其中將燃燒物流冷卻至_5°C至85°C的溫度。
5.權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)的方法，其中從燃燒物流中分離至少部分二氧化硫包括冷卻燃燒物流和使冷卻后的燃燒物流與濃硫酸接觸。
6.權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)的方法，還包括在催化劑的存在下使至少部分分離的二氧化硫與空氣接觸以產(chǎn)生三氧化硫；和使至少部分三氧化硫與水接觸以產(chǎn)生硫酸。
7.權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)的方法，還包括提供至少部分分離的二氧化硫和/或部分燃燒物流至地下烴地層。
8.權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)的方法，其中將硫化氫物流燃燒產(chǎn)生的至少部分熱功轉(zhuǎn)化為電功。
9.權(quán)利要求8的方法，其中提供至少部分電功用于銷售或用于耗電裝置。
10.權(quán)利要求9的方法，其中所述耗電裝置為電網(wǎng)或熔爐或服務(wù)器群。
11.權(quán)利要求9的方法，其中所述耗電裝置位于水體上或接近于水體。
12.權(quán)利要求1-11任一項(xiàng)的方法，其中將硫化氫物流燃燒產(chǎn)生的至少部分熱功轉(zhuǎn)化為機(jī)械功。
13.權(quán)利要求1-12任一項(xiàng)的方法，還包括處理烴氣體物流以產(chǎn)生天然氣的步驟。
14.權(quán)利要求1-13任一項(xiàng)的方法，還包括處理烴氣體物流以產(chǎn)生液化天然氣的步驟。
【文檔編號】C10L3/06GK103998373SQ201280062520
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2012年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月15日
【發(fā)明者】S·N·米拉姆, A·M·勞里岑, M·A·雷諾爾茲, E·帕魯舒利, S·L·威靈頓 申請人:國際殼牌研究有限公司