专利名称：气体脱硫方法
技术领域：
本发明涉及气体纯化，更具体而言涉及用于从气体中除去硫化氢的方法，以及用于执行所述方法的装置。
背景技术：
气流中存在的硫化氢对于工业过程可能是有害的，可能造成腐蚀和气体输送中的干扰，并且造成对健康、安全和环境的损害。因此，有利的是在此类气体根据应用而进行传输、使用或排放到大气中之前除去硫化氢。通常，在含硫天然气处理应用中，将含有硫化氢的原料气通入酸性气去除单元 (AGR)中，其中通过化学反应使硫化氢吸收在胺中。将从含有硫化氢的富胺液中脱离的酸性气送至克劳斯类(Claus based)硫回收单元(SRU)，或者作为另外一种选择将其注入蓄水池或盐水含水层的枯竭区。然而，利用克劳斯类SRU的胺系气体处理方法从资本支出和运转的观点来看是极其昂贵的方案，而且酸性气注入可能发生对健康和安全有潜在风险和在单质硫(elemental sulphur)市场走强时损失有价值的产品等一系列问题。因此，需要提供一种改进的气体处理方法和/或装置，其会减轻与现有技术有关的至少一些问题。
发明内容
在第一方面中，本发明提供了一种用于处理含有硫化氢的气流的方法，所述方法包括以下步骤(i)混合含有硫化氢的第一气流与含有二氧化硫的第二流体以产生合流 (combined stream)，由此通过硫化氢与二氧化硫之间的反应生成单质硫；(ii)从所述合流中除去单质硫和可选地除去水；和(iii)使至少部分单质硫氧化形成在第二流中使用的二氧化硫，其中，所述反应在15°C 155°C的温度和至少3MPa的压力下进行。在第二方面中，本发明提供了用于通过执行本文所述的方法来处理气流的装置， 所述装置包含用于提供含有硫化氢的第一气流的入口 ；用于提供含有二氧化硫的第二流体的入口 ；用于使所述气流混合的反应区；用于从合流中除去单质硫的分离区；用于使部分单质硫氧化成二氧化硫的单元；用于将所述二氧化硫转移至所述用于提供第二流体的入口的单元；用于提供反应温度的单元；用于提供反应压力的单元。在第三方面中，本发明提供了包含上述装置的井口设施。所述井口设施可以设置在陆上或海上位置。海上位置包括油和气钻探平台和浮动的油/气回收平台。在第四方面中，本发明提供了另一种用于处理含有硫化氢的气流的方法，所述方法包含以下步骤(i)混合含有硫化氢的第一气流与含有二氧化硫的第二流体以产生合流，由此通过硫化氢与二氧化硫之间的反应生成单质硫；(ii)从所述合流中除去单质硫；和(iii)使至少部分单质硫氧化形成在第二流体中使用的二氧化硫，其中，所述第一气流为含有硫化氢的天然气。
现将参照以实例的方式提供的附图来进一步描述本发明，附图中图1示出了本发明一个实施方式的大量硫化氢去除方法的流程图和装置。图2示出了可用于本发明中的高压反应器/分离器的构造的一个实例。
具体实施例方式现将进一步描述本发明。在下文中将更为详细地限定本发明的不同方面/实施方式。除非明确指出了相反情况，如此限定的各方面/实施方式可以与其他任何一个或多个方面/实施方式相结合。特别是，任何被指出为优选或有利的特征可以与其他任何一个或多个任何被指出为优选或有利的特征相结合。除非另有声明，否则所有百分比均以摩尔计。本发明的方法关注从含有硫化氢的气流中富有成本效益地除去硫化物(sulphur species)，并优选直接除去此类物质。所述方法可以在陆上或海上进行。通常，气流由烃、 二氧化碳和硫化氢构成。但是，应该理解，也可以存在其他气体。优选对下述气源进行本发明的方法，以气体总体积计，所述气源包含0. 05体积％ 50体积％的硫化氢，更优选包含 0. 1体积％ 40体积％、最优选包含2体积％ 35体积％或5体积％ 20体积％的硫化 Μ,ο所述方法从气流中除去至少部分、优选全部的硫化氢。即，所述方法优选除去至少 50体积％、更优选75体积％、进而更优选90体积％、最优选98体积％的硫化氢。特别理想的是生成适于商业销售的脱硫气体。本发明的方法适于从任何含硫化氢的气流中除去硫化氢。特别地，本发明将就含硫化氢的(含硫)天然气流和含硫化氢的二氧化碳气流来进行描述。因此，当说明书讨论天然气处理时，本领域技术人员将意识到，所述方法也可应用于其他含硫化氢的气流。在本发明的一个实施方式中，含硫气为天然气。天然气为主要由可燃性烃构成的气态化石燃料。可燃性烃是在氧存在下经点火而易于燃烧的烃。所述烃包括甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、烷烃、烯烃和炔烃。忽略硫化氢杂质，天然气优选包含至少50%、更优选75%、最优选90%的甲烷。天然气可能包含各自为至多10%的乙烷、丙烷、丁烷和戊烷。天然气还可以含有一些少量(低于2%)的挥发性重烃，但是这些重烃要在销售前除去。通常会发现天然气带有包括二氧化碳、氮气、氦和硫化氢等在内的杂质。可在油井、气井、凝析气井和煤床中发现这种天然气。在本实施方式中，理想的是压力由天然气源提供。即，当从地下抽出
5气体时，该气体在数十MPa的压力下获得。本实施方式的一个优点在于，不存在与利用本发明所需的高压有关的能耗。因此，反应的压力仅在上限受限于在气井中可发现天然气的最高压力。这种压力通常至多为40MPa。更常见的天然压力为5ΜΙ^ 15MPa。所利用的优选压力可通过降低通入装置中的气体压力来实现。本发明的方法包含多个步骤。本领域技术人员将要理解，由该方法的本质决定，这些步骤可以同时进行而不需相继进行。事实上，优选的是连续进行该方法。第一步骤包括混合含有硫化氢的第一气流与含有二氧化硫的第二流体以产生合流，由此通过硫化氢与二氧化硫之间的反应而生成单质硫。该步骤可以在反应区中进行。优选的是，该步骤包括所述气体的部分湍流，以促进完全混合。该步骤可以包括获取、钻取、存储和/或制备含硫气(含有硫化氢的气流)并将该气体导入用于执行该方法的装置中。气体作为流体而通过所述装置。优选的是，对气体的处理是连续过程而不是分批过程。含有二氧化硫的第二流体可以提供为液体，并注入反应区中。然而，优选的是，含有二氧化硫的流体是气流，因为这会增进第一和第二流体的混合，并提高反应速度。优选的是，第二流体是基本上纯的二氧化硫，其中仅带有不可避免的杂质。作为另外一种选择，在另一个实施方式中，二氧化硫可以提供在载体流中。所述载体可以相当于经处理的气流。步骤(i)中混合气流的条件为温度为15°C 155°C并且压力为至少3MPa。有利的是在低于155°C的温度下进行反应，因为高于该温度时硫的粘度会因聚合而升高。这使硫的去除更加困难。在低于15°C的温度处理气体出于动力学原因而是不利的。优选的是，步骤(i)中混合气流的温度为115°C 155°C。这是有利的，因为在高于115°C的温度，硫在步骤(ii)中会以低粘度液体而非固体除去。在低于约115°C时，在步骤(ii)中除去的硫将是固体。步骤(i)中所采用的压力大约3MPa，更优选的是大于7MPa。有利的是，本发明人已经发现，本发明的反应可以成功地在这些相对较低温度和较高压力下进行。这是反应产率(需要较高的压力)与产生所述高压的成本之间的平衡。 这将在下面进行更详细的讨论。本发明中进行的基本化学反应由以下方程式表示
权利要求
1.一种用于处理含有硫化氢的气流的方法，所述方法包括以下步骤(i)混合含有硫化氢的第一气流与含有二氧化硫的第二流体以产生合流，由此通过硫化氢与二氧化硫之间的反应生成单质硫；( )从所述合流中除去单质硫和可选地除去水；和(iii)使至少部分所述单质硫氧化以形成在所述第二流体中使用的二氧化硫， 其中，所述反应在15°C 155°C的温度和至少3MPa的压力下进行。
2.如权利要求1所述的方法，其中，将所述第二流体的流速调节为保持二氧化硫的摩尔数硫化氢的摩尔数的化学计量比为1 2 2. 5。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述反应在使单质硫生成为固体的温度下进行。
4.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述反应在使单质硫生成为液体的温度下进行。
5.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一气流包含至少50体积％的可燃性烃。
6.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一气流包含0.05体积％ 50体积％的硫化氢。
7.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一气流为含有硫化氢的天然气。
8.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第二流体为气流。
9.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述反应在不存在催化剂下进行。
10.如权利要求1 8中任一项所述的方法，其中，所述反应在催化剂存在下进行。
11.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，步骤(i)中的所述反应在至少的压力下进行。
12.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述反应在115°C 155°C的温度进行。
13.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在步骤(ii)中同时除去水与所述单质硫。
14.如权利要求1、2或4 13中任一项所述的方法，其中，在步骤(ii)中从所述合流中除去单质硫和水，并分为含硫水流和液态硫流体。
15.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，使步骤(iii)中形成的至少部分所述二氧化硫用于步骤(i)的所述第二流体中。
16.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，步骤(ii)在分离器单元中进行，所述分离器单元包括重力分离器或离心机。
17.—种通过执行前述权利要求中任一项所述的方法来处理气流的装置，所述装置包含用于提供含有硫化氢的第一气流的入口； 用于提供含有二氧化硫的第二流体的入口； 用于使所述气流混合的反应区； 用于从合流中除去单质硫的分离区； 用于使部分单质硫氧化成二氧化硫的单元；用于将所述二氧化硫转移至所述用于提供第二流体的入口的单元； 用于提供反应温度的单元； 用于提供反应压力的单元；和可选的用于从所述合流中除去水的单元。
18.如权利要求17所述的装置，所述装置还包含脱水器以从单质硫中提取与所述单质硫同时回收的水。
19.如权利要求17或18所述的装置，所述装置还包含通过液化来纯化二氧化硫的系统，所述二氧化硫通过使至少部分所述单质硫氧化而生成。
20.一种井口设施，所述井口设施包含如权利要求17 19中任一项所述的装置。
21.一种用于处理含有硫化氢的气流的方法，所述方法包括以下步骤(i)混合含有硫化氢的第一气流与含有二氧化硫的第二流体以产生合流，由此通过硫化氢与二氧化硫之间的反应生成单质硫； ( )从所述合流中除去单质硫；和(iii)使至少一些所述单质硫氧化形成在所述第二流体中使用的二氧化硫， 其中，所述第一气流为含有硫化氢的天然气。
22.—种基本上如本文所述的用于处理气流的方法。
全文摘要
一种用于处理含有硫化氢的气流的方法，所述方法包含以下步骤(i)混合含有硫化氢的第一气流与含有二氧化硫的第二流体以产生合流，由此通过硫化氢与二氧化硫之间的反应生成单质硫；(ii)从所述合流中除去单质硫并可选地除去水；和(iii)使至少部分单质硫氧化以形成在第二流体中使用的二氧化硫，其中，所述反应在15℃～155℃的温度和至少3MPa的压力下进行。
文档编号B01D53/52GK102245502SQ200980149186
公开日2011年11月16日 申请日期2009年12月8日 优先权日2008年12月9日
发明者J·福斯特, M·哈里斯, S·沃德, 翟素玲 申请人:福斯特惠勒能源有限公司