CN103998373A - 生产二氧化硫的方法 - Google Patents
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Abstract
提供一种生产二氧化硫的方法。提供含有至少5vol％硫化氢的原料气物流。将所述原料气物流分离为硫化氢物流和烃气体物流。提供氧化剂物流，和燃烧硫化氢物流以产生热功及含二氧化硫和蒸汽的燃烧物流。从燃烧物流中分离出二氧化硫。
Description
技术领域
本发明涉及生产二氧化硫的方法。具体地，本发明涉及处理来自地下烃地层的含硫化氢的原料物流以生产二氧化硫和热功的方法。
背景技术
由地下地层获得的烃通常用作能源如原料和消费产品。对于可获得烃资源耗尽的担心已经导致开发更有效地采收、处理、和/或应用可获得烃资源的方法。
在常规方法中，由地下烃地层获得的流体可以包括水和气和/或其它液体。如果由烃地下地层获得的流体含有气体和液体的混合物，可以将气体与液体分离。当主要由地下地层产生烃气体时，可以处理烃气体以脱除杂质和/或惰性气体来制备燃料(例如天然气和/或管道气)。地下地层气的常规处理可以包括用可再生的化学萃取***如胺萃取***处理，以从地下地层气中捕集硫化氢和/或二氧化碳和产生烃气体物流。可以将所述烃气体物流进一步处理以产生天然气。
最通常地，由地下地层气捕集的硫化氢应用Claus法转化为元素硫。Claus法可以通过如下方程式表示：2H2S+O2→2S+2H2O。应用Claus法处理由含大量硫化氢的地下地层气捕集的硫化氢产生大量的元素硫。但所产生硫的潜在用途有限和/或硫化氢转化为元素硫在经济上可能不利。但Claus法可以产生一些功，所产生的功量可能不足以操作用于从地下地层气捕集硫化氢和由所得烃气体物流产生天然气的处理***；因此需要来自其它来源的补充功。一部分由所述方法产生的天然气和/或其它燃料源通常用作燃料，来产生所需的补充功。
补充功的一些来源通过燃烧含少量硫化合物的硫处理方法的尾气获得。例如，Ahner等的美国专利US5,092,121描述了通过在气体透平中燃烧含硫燃料发电的方法。含二氧化碳和含硫化合物的硫处理方法的尾气与纯化的燃料气物流在气体透平的燃烧器中或者补充的点火装置中组合燃烧以燃烧含硫化合物。虽然在产生电功时比Claus法更加能量有效，但所述方法仍是相对低效率的，和燃烧燃料可能会导致向环境排放二氧化碳和二氧化硫。
处理含硫化氢和/或二氧化碳的烃气体物流的其它方法从烃气体物流中分离出硫化氢和/或二氧化碳和将硫化氢和/或二氧化碳注入到地下地层中。这些方法需要功来分离、压缩和泵送硫化氢和二氧化碳进入地下地层。用于产生功的燃料通常通过燃烧部分由烃气体物流产生的天然气和/或其它燃料源来提供。燃烧燃料不够有效，且可能会导致向环境排放二氧化碳。
正如上文所述，处理含硫化氢的烃气体物流的方法是已知的，但通常不选择具有大于2vol％硫化氢的烃气体物流来开发，这是由于包括腐蚀、环境排放管理、处理的能量需求、和/或由相关的Claus法产生大量元素硫等多种担心造成的。因此，需要的是处理含烃和大量硫化氢和/或硫化氢和二氧化碳的组合的物流的有效的成本高效方法。
发明内容
本发明涉及一种生产二氧化硫的方法，该方法包括：
提供含硫化氢和烃的原料气物流，其中所述原料气物流含有至少5vol％的硫化氢；
将至少部分原料气物流分离为硫化氢物流和烃气体物流，所述硫化氢物流含有比原料气物流更多体积百分比的硫化氢，和所述烃气体物流含有比原料气物流更少体积百分比的硫化氢；
提供氧化剂物流；
利用至少部分氧化剂物流燃烧至少部分硫化氢物流以产生热功和产生含二氧化硫和蒸汽的燃烧物流；和
从燃烧物流中分离出至少部分二氧化硫。
附图说明
受益于如下优选实施方案的详细描述并参考附图，本发明的其它优点对本领域的熟练技术人员来说可能变得很明显，其中：
图1的示意图描述了用于处理高硫化氢含量的原料气物流以产生电功和/或二氧化硫的***的实施方案。
图2的示意图描述了由高硫化氢含量的原料气物流生产硫酸的实施方案。
图3描述了应用本发明的方法，可输出电功(MWe)与气体物流的硫化氢含量(vol％)的关系图的例子。
图4描述了应用Claus法，液化1千万公吨甲烷/日历年，以公吨/小时(mT/h)消耗的甲烷和以公吨/小时(mT/h)排放的二氧化碳与甲烷的体积分数(余量为硫化氢)的关系图的例子。
虽然本发明易于作各种改进和具有很多替换形式，但它们的具体实施方案通过附图中的实施例给出，和可能在这里更为详细地描述。所述附图可能不是按比例的。但应该理解的是所述附图及其详细描述不用于将本发明局限于所公开的特定形式，本发明由所附权利要求定义。
具体实施方式
本发明描述由地下地层产生的含有硫化氢和烃的气体物流的应用方法。这种气体物流在这里被称为"原料气物流"。在本发明方法中应用的原料气物流包含至少5vol％的硫化氢。这里描述的本发明允许处理来自以前被认为不适合于商业开发的地下地层的原料气物流。这种原料气物流含有至少5％、或优选至少10％、或至少20％、或至少30％、或至少50％、或至少90vol％的硫化氢，余量为烃、其它气体以及夹带的液体和颗粒。
本发明也提供处理由地下地层产生的含烃和大量硫化氢和二氧化碳的原料气物流的方法。原料气物流可以含有至少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％的硫化氢(体积百分比)，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(体积百分比)。在一些实施方案中，原料气物流中硫化氢和二氧化碳的总体积的至少60％、或至少70％、或至少90％可以是硫化氢，和原料气物流中硫化氢和二氧化碳的总体积的至多40％、或至多30％、或至多20％、或至多10％可以是二氧化碳。在一些实施方案中，原料气物流含有至少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％的烃(体积百分比)，余量为硫化氢、二氧化碳、包括氮和氦的惰性气、以及夹带液体和颗粒的混合物。
本发明提供应用含烃和至少5vol％硫化氢的原料气物流以产生热功和二氧化硫的方法，其中通过处理所述原料气物流以产生硫化氢物流和烃气体物流和燃烧硫化氢物流进行。在一些实施方案中，原料气物流包含至少5vol％的硫化氢和至少2vol％的二氧化碳，剩余量为烃和少量杂质如除二氧化碳以外的碳氧化物、金属、颗粒和惰性气体。
处理由原料气物流分离的至少部分烃气体物流以产生天然气、压缩天然气和/或液化天然气("LNG")。优选处理全部(100vol％)的烃气体物流以产生天然气、压缩天然气或LNG，但部分烃气体物流可以用于其它目的，从而只处理一部分烃气体物流来产生天然气、压缩天然气或LNG。优选地，至少25％、或至少50％、或至少75％、或至少80％、或至少90％、或至少95vol％的烃气体物流可以被处理来生产天然气、压缩天然气或LNG。至少90％、或至少95％、或至少99％所产生的天然气、压缩天然气或液化天然气可以被输送至一个或多个贮存设施进一步处理和/或进行分配。
正如这里所应用的，"天然气"指碳数为1-6的烃("C1-C6烃")的混合物，其含有的C1烃(甲烷)多于C2-C6烃总量。碳数为1-6的烃包括但不限于甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷和己烷。正如这里所应用的，天然气可以含有大于50％、或至少70％、或至少90vol％的甲烷。正如这里所应用的，"压缩天然气"指已经被压缩至小于其体积(在标准大气压下)1％的天然气，和具有13.8-27.6MPa(2000-4000psi)的压力。正如这里所应用的，"LNG"指含至少90％甲烷、优选至少95％甲烷，和更优选至少99％甲烷的液化天然气。
正如这里所应用的，"处理烃气体物流以产生天然气"包括如下一个或多个步骤：1)使烃气体物流脱水；2)从烃气体物流中脱除金属；和3)从烃气体物流中分离出非烃气体(如氮、氦、碳氧化物和微量硫化氢)以产生天然气。通过至少用附加步骤4)压缩天然气处理天然气，可以由天然气形成压缩天然气。正如这里所应用的，术语"处理烃气体物流以产生压缩天然气"包括至少用附加步骤压缩天然气处理烃气体物流以产生天然气的步骤。通过至少用如下附加步骤处理压缩天然气可以由压缩天然气形成液化天然气(LNG)：5)从压缩天然气中分离出至少部分碳数为2-6的烃(C2-C6)，以形成富甲烷气；和6)液化所述富甲烷气。术语"处理烃气体物流以产生液化天然气(LNG)"包括用至少如下附加步骤处理烃气体物流以产生天然气或压缩天然气的步骤：从天然气或压缩天然气中分离出至少部分碳数为2-6的烃(C2-C6)，以形成富甲烷气；和液化所述富甲烷气。在一个实施方案中，处理烃气体物流以产生LNG包括如下步骤：1)使烃气体物流脱水；2)从烃气体物流中脱除金属；3)从烃气体物流中分离出非烃气体(如氮、氦、碳氧化物和微量硫化氢)以产生天然气；4)压缩天然气；5)从压缩天然气中分离出至少部分碳数为2-6的烃(C2-C6烃)，以产生富甲烷气；和6)液化所述富甲烷气。
用于分离过程和进一步处理烃气体物料以形成天然气、压缩天然气或LNG的装置需要热、机械和/或电功。本发明提供一种方法，其中燃烧硫化氢物流或其一部分以产生将原料气物流分离为硫化氢物流和烃气体物流和处理至少部分或全部烃气体物流为天然气、压缩天然气或LNG所需功的至少50％、或至少75％、或至少90％、或全部。将原料气物流分离为硫化氢物流和烃气体物流和处理烃气体物流为天然气、压缩天然气或LNG所需的功可以包括热功、机械功、电功或它们的组合。
燃烧至少部分硫化氢物流产生热功和燃烧物流。在一个优选的实施方案中，相对于硫化氢物流中硫化氢的摩尔量，在化学计量过量的氧化剂存在下燃烧至少部分硫化氢物流。正如这里所应用的，“相对于硫化氢的摩尔量化学计量过量的氧化剂”指氧化剂的量足以完全氧化硫化氢为二氧化硫和水，例如氧化剂的量足以提供每1摩尔硫化氢至少1.5摩尔的分子氧。正如这里所应用的，"氧化剂"指可与作为燃料源的硫化氢燃烧的组合物。氧化剂的例子包括氧、与蒸汽混合的氧、与二氧化碳混合的氧、空气和/或富氧空气。"富氧空气"指氧含量大于约21vol％的空气。相对于空气，富氧空气可以用于在恒定燃料输入流量的条件下增加硫化氢物流的燃烧温度，和/或有利于燃烧流出气体的后燃烧处理。
几乎全部由硫化氢物流和氧化剂燃烧产生的热功均可以作为蒸汽捕集，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％的由燃烧产生的热功可以作为蒸汽捕集。作为蒸汽捕集的热功可以用于提供热功、和/或用于产生机械功和/或电功。至少部分捕集的蒸汽被用来提供或产生以下操作所需的全部功(热、机械和/或电)：将原料气物流分离为硫化氢物流和烃气体物流和/或处理烃气体物流以形成天然气、压缩天然气或LNG和任选在燃烧流出物气体物流中存在的或由原料气物流分离出来的任何二氧化碳。
由硫化氢物流或它的一部分燃烧产生的热功可以作为具有选定温度和/或压力曲线的蒸汽而被捕集。全部或基本全部来自硫化氢物流燃烧的热功均可以用于产生蒸汽，所产生蒸汽的压力为0.34-34.5MPa、或3.4-34.5MPa、或13.8-34.5MPa、或22.2-34.5MPa、或30-34.5MPa；和温度范围为135-650℃、或240-650℃、或335-650℃、或375-650℃。
根据选择用来将原料气物流分离为硫化氢物流和烃气体物流和/或处理烃气体物流为天然气、压缩天然气或LNG的***的需求，以及选择用于产生输出能量的需求，所产生的蒸汽可以为饱和蒸汽、过热蒸汽、超临界蒸汽或超超临界蒸汽。正如这里所应用的，"饱和蒸汽"被定义为与液态水平衡的蒸汽；"过热蒸汽"被定义为在选定的压力下温度高于水的沸点的蒸汽；"超临界蒸汽"被定义为温度至少为374℃和压力至少为22.15MPa的蒸汽，和"超超临界蒸汽"被定义为温度至少为374℃和压力至少为30MPa的蒸汽。所产生蒸汽类型的选择可能取决于需要机械和/或热和/或电功的装置。例如，对于将原料气物流分离为硫化氢物流和烃气体物流而应用的再生化学单元再沸器提供热功，低压饱和蒸汽可能是优选的。更高压力的饱和和/或过热蒸汽对于产生机械功来驱动用于纯化和/或压缩天然气的设备来说可能是优选的，而非常高压力的超临界和/或超超临界蒸汽可用于应用蒸汽透平产生电功。例如，过热蒸汽如超临界蒸汽或超超临界蒸汽可以通过在蒸汽膨胀设备(例如蒸汽涡轮膨胀机或蒸汽透平)膨胀被转化为机械功。可以应用机械功(轴功)来驱动旋转设备如气体压缩机、泵和发电机。
虽然已知燃烧硫化氢释放能量(在600°K下ΔHrxn＝-124kcal/mol)，但已经令人意外地发现当应用硫化氢作燃料产生用于由含烃和至少5vol％硫化氢的原料气物流生产天然气或压缩天然气的热功时，相对于将原料气物流分离为硫化氢物流和烃气体物流以及处理烃气体物流以产生天然气或压缩天然气所需要的能量，每kg硫化氢产生至少0.01kWh的过量热功。也发现当应用硫化氢作燃料产生用于由含烃和至少10vol％硫化氢的原料气物流生产LNG的热功时，相对于将原料气物流分离为硫化氢物流和烃气体物流以及处理烃气体物流以产生LNG所需要的能量，每kg硫化氢产生至少0.01kWh的过量热功。
在本发明的一些实施方案中，相对于分离原料气物流和进一步处理烃气体物流以产生天然气、压缩天然气或LNG所需要的功产生过量热功，该过量热功可以被转化为可输出至例如电网、工业电熔炉和/或服务器群的电功。由燃烧硫化氢物流产生的热功以至少200MW每千万公吨由原料气产生的天然气的比产生。由燃烧硫化氢物流产生的热功可以以至少300MW、或至少400MW、或至少500MW、或至少1000MW每千万公吨由原料气产生的天然气的比产生。
在一些实施方案中，相对于将原料气物流分离为硫化氢物流和烃气体物流和处理所得的烃气体物流以产生天然气、压缩天然气或LNG，和任选压缩从原料气物流或硫化氢物流燃烧产生的燃烧物流中分离的二氧化碳所需要的全部机械、热和电功，每千克烃原料气物流中的硫化氢产生至少0.01千瓦时(kWh)、至少0.5kWh、或至少1kWh或至少1.5kWh的过量热功。如果由原料气物流分离的整个硫化氢物流均被燃烧，则可由原料气物流产生的过量功的量与原料气物流中硫化氢的量成正比。随着原料气物流的硫化氢含量增加，可以通过燃烧从原料气物流分离的硫化氢物流产生大量过量热功。例如，当原料气物流包含20vol％硫化氢时，相对于由原料气物流生产液化天然气所需的全部功原料气物流中的每千克硫化氢产生1kWh的过量热功。在一些实施方案中，可以应用含至少10vol％硫化氢的原料气物流来产生每kg原料气物流中的硫化氢至少0.1kWh的过量热功。对于含至少50vol％硫化氢的原料气物流，每kg原料气物流中的硫化氢可以产生至少1.5kWh的过量热功。对于含至少90vol％硫化氢的原料气物流，每kg原料气物流中的硫化氢可以产生至少1.6kWh的过量热功。
在产生将原料气物流分离为烃气体物流和硫化氢物流和处理烃气体物流以生产1千万公吨天然气/日历年的所有功之后，由含烃和至少5vol％硫化氢的原料气物流的硫化氢燃烧产生的过量热功可以为至少0.01MW热功(“MWt”)至80000MWt、或200-75000MWt、或300-70000MWt、或400-65000MWt、或500-60000MWt。
在原料气物流含有烃及大量硫化氢和二氧化碳的实施方案中，在产生将原料气物流分离为硫化氢物流和烃气体物流和处理烃气体物流以生产天然气的所有功之后，原料气物流中的每千克硫化氢可以产生至少0.1kWh、至少0.5kWh、或至少0.8kWh的过量热功。在一些实施方案中，含烃和至少10％总体积的硫化氢和二氧化碳的原料气物流(其中至少5％的总体积为硫化氢)在产生用来处理烃气体物流以制备1千万公吨天然气/日历年的所有功之后，可以产生50-40000MWt、或100-30000MWt、或200-20000MWt的过量热功。
由于原料气物流具有高的硫化氢含量，它提供至少足够的功用于处理原料气物流，因此由原料气物流分离的烃基本上不或不用作燃料来产生用于将原料气物流分离为烃气体物流和硫化氢物流和处理烃气体物流以产生天然气、压缩天然气或LNG所需的功。例如，在本发明的方法中，由原料气物流分离的烃气体物流、或由烃气体物流产生的天然气或压缩天然气的0vol％、或大于0vol％至至多0.1vol％、或至多0.5vol％、或至多1vol％、或至多2vol％、或至多5vol％被用作燃料，来生产用于将原料气物流分离为烃气体物流和硫化氢物流和处理烃气体物流为天然气、压缩天然气或LNG所需的功。
为了对比，由含大量硫化氢、或硫化氢和二氧化碳的烃原料气物流生产天然气、压缩天然气或LNG的常规方法(其中应用Claus法由烃原料气物流分离的硫化氢产生元素硫)需要燃烧补充燃料来满足方法的总机械和/或热和/或电功需求。这种补充燃料通常由方法所产生的天然气或压缩天然气提供。作为补充燃料，天然气或压缩天然气的燃烧导致产生比由Claus法产生的二氧化碳量更多和更大量的附加二氧化碳，和应用所述方法的部分天然气或压缩天然气产品来驱动方法。在常规方法中产生的二氧化碳可以被排放到大气中，或者必须采取需要附加能量和设备的具体步骤来捕集所产生的二氧化碳。
按照本发明方法，取代烃燃料应用硫化氢物流作燃料能够在工业上由含大量的硫化氢的含酸性烃气的地下地层中实际采收烃。常规地，从酸性烃原料气物流分离硫化氢所需的功量为从地下地层采收酸性烃原料气提供了实际的工业极限--酸性烃原料气从原料气中分离出硫化氢所需的能量比所得天然气产品中含有的化学能更多，即实施方法所需的能量比方法产生的能量还多，因此，没有采收这种酸性烃原料气。因此，由于从原料气物流产生的硫化氢被用作主要或唯一燃料源来产生操作烃原料气处理***所需的全部功，以前不想要的含烃和至少5vol％硫化氢的原料气物流可以从地下地层中产出并且用作工业产品(例如天然气、压缩天然气、液化天然气、液化的二氧化碳和二氧化硫)的来源。
另外，在本发明的方法中应用硫化氢作燃料提供了在不产生元素硫的情况下消耗来自其它方法(例如产油伴生的酸性气和/或炼厂操作如加氢处理作为副产品物流产生的硫化氢等)的硫化氢的方法。应用硫化氢物流作燃料可以允许0.3-1摩尔的甲烷被回收而不是被用作燃料，以每摩尔原料气物流中的原子硫计。
本发明方法也提供在产生功时产生最少量、或基本上不产生二氧化碳的方法。燃烧至少部分硫化氢物流产生功，产生至多0.1克二氧化碳，以每克原料气物流中的烃计，和可以产生大于0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，以每克原料气物流中的烃计。因为硫化氢物流替代来自烃气体物流的烃和/或来自其它来源的烃用作燃料，相对于用烃作燃料的方法来说，避免了二氧化碳的产生。例如，甲烷燃烧产生二氧化碳作为副产品，正如如下反应所示：CH4+2O2→CO2+2H2O。与之对比。硫化氢燃烧产生二氧化硫和水，正如如下反应所示：H2S+1.5O2→SO2+H2O。
当原料气物流含有大量二氧化碳和硫化氢，例如至少2vol％的二氧化碳和至少5vol％的硫化氢时，在燃烧硫化氢物流前，二氧化碳可以与硫化氢分离并可以作为商业产品出售。在一个实施方案中，在二氧化碳和硫化氢已经从原料气物流中分离之后，可以通过温差分离和/或压差分离使二氧化碳与硫化氢分离。例如，二氧化碳和硫化氢可以通过用胺溶剂洗涤原料气物流而从原料气物流中分离出来，和通过在二氧化碳从胺溶剂中释放出来但硫化氢不释放的温度和压力下处理含二氧化碳和硫化氢的胺溶剂，可以使二氧化碳独立于硫化氢从胺溶剂中分离出来。然后可以在第二步骤中在硫化氢从溶剂中释放出来的第二温度和压力下处理胺溶剂。
在一些实施方案中，当原料气物流含有至少5vol％的硫化氢和至少2vol％的二氧化碳时，可以将二氧化碳分离和与硫化氢物流共进料至燃烧器和/或可以将含二氧化碳的硫化氢物流进料至燃烧器以产生含二氧化碳和二氧化硫的燃烧物流。燃烧物流中的二氧化碳和二氧化硫可以被分离和作为一种或多种商业产品出售。至少部分二氧化碳和二氧化硫产品可以被单独或一起隔离入地下地质地层。
可以提供氧化剂物流用于燃烧硫化氢物流。可以以一定量提供氧化剂物流从而使硫化氢物流中至少90％、或至少95％、或全部的硫化氢被燃烧以形成二氧化硫和水。可以相对于硫化氢物流中硫化氢的量以一定量提供氧化剂物流，从而以硫化氧物流中每1摩尔硫化氢计，氧化剂物流含有至少1.5摩尔的分子氧。
相对于硫化氢的摩尔量，在化学计量过量氧化剂存在下燃烧硫化氢物流产生包含二氧化硫和水的燃烧物流。所得的二氧化硫可以被转化为商业产品例如硫酸。在一些实施方案中，燃烧硫化氢物流产生的二氧化硫被用于促进从地下地层中采收烃。硫化氢物流燃烧所得的水可以用于其它处理装置、贮存或输送至其它处理设施。
图1的示意图描述了处理含有烃和至少5vol％硫化氢的原料气物流以产生天然气、压缩天然气、液化天然气、液化的二氧化碳、二氧化硫、功或它们的组合的***。原料气物流可以由地下地层产生。在一些实施方案中，原料气物流含有有机硫化合物。有机硫化合物的例子包括但不限于硫醇、硫醚、二硫化碳、羰基硫、或它们的混合物。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、环状硫醚、四氢噻吩和噻吩化合物。
原料气物流含有至少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％的硫化氢。原料气物流中硫化氢的体积百分比可以为5至至多99.9、20-90、或30-80。在一些实施方案中，原料气物流含有至少5％、或至少10％、至少20％、或至少50％或至少60vol％的硫化氢和至少2％、或至少5％、或至少10％或至少20％或至少30vol％的二氧化碳。原料气物流含有至多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1％、或至少5％或至少10vol％的烃。
在图1的***100中，原料气物流104进入原料气分离装置102。在原料气分离装置102中，原料气物流104被分离为硫化氢物流106、烃气体物流108、水物流110和/或在25℃和0.101MPa下可冷凝的烃物流112(下文称为"液态烃")。在一个实施方案中，当存在二氧化碳时，从原料气物流102分离出的硫化氢物流106也可以含有二氧化碳。任选地，当原料气物流含有至少2vol％的二氧化碳时，原料气物流可以通过如下操作被分离为硫化氢物流106、烃气体物流108、和二氧化碳物流：从原料气物流分离硫化氢和二氧化碳，和分离硫化氢和二氧化碳分别进入硫化氢物流和二氧化碳物流。任选含有二氧化碳的硫化氢物流106比原料气物流104含有更多体积百分比的硫化氢和任选更多体积百分比的二氧化碳，和烃气体物流108比原料气物流104含有更少体积百分比的硫化氢和任选更少体积百分比的二氧化碳。
原料气分离装置102可以包括一个或多个物理处理***和/或一个或多个化学处理***。物理处理***可以为但不局限于聚结装置、旋风分离器装置、静电沉淀器装置、固定床吸附装置、过滤器、换热器、膜装置、变压吸附装置和/或温度分离装置。化学处理***可以为吸收装置。化学处理***可以是可再生的，从而化学处理***可以吸收原料气物流中的目标组分如硫化氢和二氧化碳或与它们反应以从原料气物流中脱除目标组分，和随后在从原料气物流中分离后例如通过向化学处理***应用热功(热量)可以将目标组分从化学处理***中释放出来。化学处理装置中应用的组合物可以溶解原料气物流中的目标组分、复合原料气物流中的目标组分和/或与原料气物流104中的目标组分反应，其中所述目标组分包括硫化氢和可以包括其它含硫化合物和二氧化碳。在优选实施方案中，化学处理***是一个可再生的化学处理***，其有效地溶解、复合原料气物流104中的一个或多个目标组分或与它们反应，以从原料气物流104分离出目标组分，和随后可以从中分离出目标组分。分离装置102可以包括一个或多个消耗热功和/或机械功和/或电功或它们的组合进行操作的单元(如泵、压缩机和其它马达驱动设备)。
分离装置102可以包括蒸汽锅炉和/或再生的化学处理***的再沸器。用于蒸汽锅炉和/或再沸器的水可以利用燃烧硫化氢物流106产生的热功加热。在一些实施方案中，由燃烧硫化氢物流106燃烧捕集的蒸汽(热功)用于产生用于分离装置102的低压蒸汽。
当原料气分离装置102为可再生的化学处理***时，原料气物流104与吸收、溶解、复合至少大部分硫化氢、或与之反应的组合物接触，以形成含有硫化氢的组合物或复合物或通过硫化氢与接触组合物反应形成的组合物或加合物。如果在原料气物流104中存在二氧化碳，所述组合物也可以溶解、复合原料气物流中的至少大部分二氧化碳、
或与之反应以形成含有二氧化碳的组合物或复合物或通过二氧化碳与接触组合物反应形成的组合物或加合物。
与原料气物流104接触分离后，将含硫化氢和任选二氧化碳的组合物、和/或由硫化氢和任选二氧化碳形成的复合物、组合物或加合物再生，以再生接触组合物并产生硫化氢物流106。可以通过应用热功来实施再生，以释放含硫化氢和二氧化碳(如果存在)的硫化氢物流106。热功可以作为蒸汽提供。再生用于与原料气物流104接触的组合物所需的全部热功可以通过燃烧硫化氢气体物流106来提供。
在本发明方法的一个实施方案中，当原料气物流104含有硫化氢和二氧化碳两者时，可以再生含硫化氢和二氧化碳的组合物、和/或由硫化氢和/或二氧化碳形成的复合物、组合物或加合物，从而可以单独回收二氧化碳和硫化氢。正如上文所述，通过从含硫化氢和二氧化碳的组合物、和/或由其形成的复合物、组合物或加合物中温差和/或压差分离，可以独立于硫化氢物流回收二氧化碳。二氧化碳可以作为二氧化碳物流独立于硫化氢物流回收。替代地，硫化氢和二氧化碳可以一起由组合物中回收以形成硫化氢物流106。
在化学处理***中用于与原料气物流104接触的组合物可以是可从原料气物流104分离硫化氢和任选二氧化碳和可以再生以释放硫化氢和二氧化碳(如果在原料气物流104中存在的话)的液体、固体和/或任何材料。这种组合物包括但不限于胺、环丁砜、水、甲醇、乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、n-甲基-2-吡咯烷酮、碳酸亚丙酯、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n为约2-9的整数)、液态烃、或它们的混合物。
在某些实施方案中，气体分离装置102包括可再生的胺处理装置。在可再生的胺处理装置中应用的胺的例子包括但不限于单乙醇胺、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-异丙醇胺。
可在本发明方法中应用的可再生的工业化学处理方法的例子包括但不限于Sulfinol气体处理方法、Selexol(UOPTM,Des Planes,IL,USA)气体处理方法、Process(Lurgi GmbH,Frankfurt,Germany)和/或Rectisol Wash Process(Linde Engineering,Germany)。
原料气物流104可以在原料气分离装置102中在两个或多个分离过程中被处理，和/或可以一次或多次地循环通过原料气分离装置102中的单个分离过程，以产生具有可接受浓度限度硫化氢和可接受浓度限度二氧化碳的烃气体物流108，用于进一步处理烃气体物流108以提供适合于作为管道气体出售或者适合于转化为压缩天然气或液化天然气的天然气物流。
可以将烃气体物流108进料至分离装置114。分离装置114可以包括一个或多个物理处理***，包括但不限于聚结装置、旋风分离器装置、静电沉淀器装置、固定床吸附装置、过滤器、换热器、脱水装置、膜装置、变压吸附装置、温度分离装置；和/或一个或多个化学处理装置。在分离装置114中，可以将水、金属、微量碳氧化物、微量硫化氢、较重烃(例如C5-C10烃)、和/或惰性气体从烃气体物流108分离，以形成适合于作为管道气出售的天然气物流122和/或含烃物流。"碳氧化物"指具有碳氧键的化合物。碳氧化物的例子包括但不限于二氧化碳、一氧化碳、羰基硫或它们的混合物。
例如，可以通过使物流流过二醇脱水***、变压吸附装置和/或固体干燥***从烃气体物流108中脱除水。如果存在，金属(如汞)可以通过使干燥的烃气体物流与分子筛和/或活性炭接触来脱除，以从烃气体物流中脱除部分或几乎全部金属。在一些实施方案中，烃气体物流108的金属含量可以足够低从而不必脱除金属。例如通过在换热器中冷却烃气体物流108至低于所述烃露点的温度，可以使较重烃从烃气体物流108中冷凝出来。
烃气体物流108可以流过一系列低温装置和/或吸收装置，以从烃气体物流中脱除惰性气体如氮和/或碳氧化物。残余的二氧化碳可以应用和/或Benfield气体处理方法脱除。在一些实施方案中，所述吸附装置和/或低温装置为精馏吸附和高压蒸馏装置。在一些实施方案中，分离装置114包括化学处理装置，以从烃气体物流108中脱除微量的硫化氢。在分离装置114中从烃气体物流108脱除的微量硫化氢可以与流出气体分离装置102的硫化氢物流106混合。
在一些实施方案中，天然气或管道气体物流122含有至多50ppm或至多30ppm或至多10ppm的硫化氢。天然气或管道气体物流122中的硫化氢含量可以按ASTM方法D4804测量。天然气或管道气体物流122含有比原料气物流104更少体积百分比的硫化氢。
在一些实施方案中，处理烃气体物流108以从烃气体物流中分离出碳数为2-6的烃(C2-6烃)，以形成天然气或管道气物流122和天然气液体物流120。可以在分离装置114中处理烃气体物流108，通过压缩烃气体物流108、冷却压缩后的烃气体物流和膨胀经过压缩和冷却的烃气体物流而从烃气体物流中从离出C2-6烃，从而从烃气体物流中分离出C2-6烃并产生天然气。例如，可以将烃气体物流流过涡轮膨胀机/脱甲烷塔***，以产生天然气物流和C2-6烃物流。由涡轮膨胀机/脱甲烷塔***产生的天然气物流122可以含有至少50％、至少70％、或至少95％的甲烷。
天然气物流122优选具有至少1.7MPa(250psig)的压力，其中天然气物流122的压力可以源自来自地下地层的原料气物流104的压力。如果天然气物流122的压力小于1.7MPa，则可以用压缩气将天然气物流压缩至至少1.7MPa的压力以产生可管道输送的天然气物流。
在一些实施方案中，可以将烃气体物流108流过分离装置114中的气/液萃取***。在气/液萃取***中，烃气体物流108与吸收组合物接触。吸收组合物从烃气体物流108中分离出天然气液体，以形成天然气物流122和吸收组合物/C2-6烃物流120。在一些实施方案中，吸收组合物可以为油，和可以精馏吸收油/C2-6烃物流120以产生乙烷、丙烷、丁烷、戊烷和/或己烷物流。
分离装置114中产生的至少部分天然气可以作为天然气物流126提供，以在设施124中进一步处理。天然气物流126优选具有至少1.7MPa的压力，其中所述压力可以源自来自地下地层的原料气物流104的压力，或者如果离开分离装置114的天然气物流126的压力低于1.7MPa，由可以压缩天然气物流至至少1.7MPa的压力。在一些实施方案中，离开烃分离装置114的至少99％的天然气作为天然气物流126提供，以在设施124中进一步处理。
设施124包括用于处理天然气物流126的一个或多个***，和可以包括压缩/液化***。在压缩/液化***中，可以压缩天然气物流126以在无液化时产生压缩天然气130或在有液化时产生液化天然气128。
可以应用已知的压缩方法压缩天然气物流126。例如，可以在等温、绝热或多级条件下压缩天然气物流126。可以使天然气物流126流过一个或多个压缩机。压缩机可以是容积式和/或动态压缩机。压缩机的例子包括但不限于往复式、旋转式、离心式和/或轴流式。
在设施124内的压缩/液化***中，由天然气物流126形成的压缩天然气物流可以进一步压缩和通过应用换热和/或膨胀冷却至低于约-160℃、或低于约-165℃、优选为约-162℃的温度，以形成液化天然气128。可商购的天然气液化***和方法的例子包括但不限于AirProducts AP-XTM***、Shell DMR方法和ConocoPhilips方法。压缩天然气130和/或液化天然气128可以被输送至其它处理单元和/或贮存单元。
将硫化氢物流106从原料气分离装置102提供给燃烧单元132。所述硫化氢物流可以含有至多1vol％、至多0.1vol％、或至多0.01vol％的包括有机硫类物质(包括硫醇)的烃。所述硫化氢物流106可以含有大于0％至40vol％、1-30vol％、或5-20vol％的二氧化碳。在一些实施方案中，元素硫可以与硫化氢物流混合，和/或提供给燃烧单元132。
为燃烧单元132提供氧化剂物流134用于与硫化氢物流106燃烧。当硫化氢物流106含有大量二氧化碳时，富氧的氧化剂物流如氧气或富氧空气是优选的。当硫化氢物流106基本不含二氧化碳时，空气是优选的氧化剂物流。
在燃烧装置132中，至少部分硫化氢物流106用氧化剂物流134燃烧。可以在高压下为燃烧单元132提供硫化氢物流106和/或氧化剂物流134，例如通过强制通风风扇和/或强制通风和诱导通风风扇的组合在燃烧单元中循环气体物流。燃烧单元132中的温度可以通过控制进入燃烧单元132的氧化剂物流134的流量、和/或进入燃烧单元132的硫化氢物流106的流量、和/或在从燃烧气回收热功后通过控制燃烧物流的循环物流的流量而进行控制。至少部分硫化氢物流106的燃烧产生热量和由燃烧气体形成的燃烧物流。
至少部分硫化氢物流106的燃烧优选在相对于硫化氢的摩尔量化学计量过量的氧化剂存在下实施。在实施方案中，当为燃烧单元132提供元素硫时，可以调节氧化剂物流134的流量，从而相对于提供给燃烧单元132的硫化氢物流106中的硫化氢和元素硫的总量保持化学计量过量的氧化剂，从而几乎全部、或全部硫化氢和元素硫均在燃烧单元132中转化为二氧化硫和水。
在一些实施方案中，由硫化氢物流106燃烧形成的燃烧物流包括少量或没有硫化氢及基本上等摩尔的二氧化硫和作为蒸气的水的混合物。燃烧物流可以含有0％、或大于0％但小于0.1％、或小于0.05％、或小于0.001vol％的硫化氢。燃烧物流可以含有过量氧、一种或多种硫氧化物和蒸汽，和如果氧化剂物流为空气或富氧空气，还可以含有氮。硫化氢物流106的燃烧产生0克、或大于0克但至多0.1克、或至多0.01克、或至多0.001克二氧化碳，以每克原料气物流104中的烃计。燃烧物流也可以含有几乎全部从原料气物流中分离的二氧化碳，条件是：1)原料气物流含有二氧化碳；和2)在燃烧硫化氢物流前来自原料气物流的二氧化碳没有与来自原料气物流的硫化氢分离。
燃烧物流在温度为200-3000℃、或300-1500℃、或500-1000℃下产生。来自燃烧物流的热以一定的流量产生从而由燃烧物流的热捕集的热功足以产生操作分离装置102、分离装置114和压缩/液化装置124中应用的所有方法和***必须的全部功(热、机械和/或电)。由燃烧物流的热捕集的热功可以为与所应用的方法整合的热和机械和电功，以产生天然气和/或压缩天然气和/或液化天然气、和/或液化的二氧化碳和/或二氧化硫。
由燃烧单元132中形成的燃烧物流的热捕集的热功在热功单元140中捕集。燃烧单元132和热功单元140可以是整合的单元或单独的单元。在优选实施方案中，热功在热功单元140中作为蒸汽捕集。热功单元140可以包括一个或多个换热器和/或一个或多个蒸汽生产装置如蒸汽锅炉。
热功单元140可以由燃烧物流中作为蒸汽捕集热功。来自硫化氢物流106燃烧的全部或几乎全部热功均用于产生压力范围为0.34-34.5MPa、或3.4-34.5MPa、或13.8-34.5MPa、或22.2-34.5MPa、或30-34.5MPa和温度范围135-650℃、或240-650℃、或335-650℃、或375-650℃的蒸汽。
基于蒸汽的温度和压力，可以设计和应用热功单元140来产生各种等级的蒸汽。饱和蒸汽、过热蒸汽、超临界蒸汽和/或超超临界蒸汽均可以在热功单元140的单独区域中产生。
由硫化氢物流的燃烧产生的至少部分热功可以被转化为机械和/或电功或者可以作为热功提供给***100中的单元。可在热功单元140中产生的各种等级的蒸汽可以被用于为方法提供热功和产生机械和/或电功。在热功单元140中由燃烧物流的热产生的蒸汽可以通过管道144提供给蒸汽透平装置142来产生机械和/或电功，和/或通过管道146提供给分离装置102中的蒸汽驱动装置，和/或通过管道148提供给分离装置114中的蒸汽驱动装置，和/或和通过管道150提供给压缩/液化装置124中的蒸汽驱动装置。蒸汽驱动装置包括但不限于化学处理***中的泵、天然气压缩机、二氧化碳液化压缩机、制冷压缩机和发电机。
可以应用低压饱和蒸汽为分离装置102和/或分离装置114的化学处理***的再沸器提供热功。可以应用高压饱和和/或过热和/或超临界蒸汽为分离装置102和/或分离装置114和/或压缩/液化装置124中应用的设备提供机械功，例如使高压饱和和/或过热和/或超临界蒸汽流过蒸汽膨胀设备(即蒸汽涡轮膨胀机或蒸汽透平)来产生机械(轴)功。可以应用过热蒸汽、更优选为超临界蒸汽、和最优选为超超临界蒸汽来产生电功，例如通过使蒸汽流过与发电机偶合的蒸汽膨胀设备(例如蒸汽涡轮膨胀机或蒸汽透平)。
在一些实施方案中，通过燃烧硫化氢物流106产生的至少75％、或至少85％、或至少90％的热功用于应用蒸汽透平产生电功。可以为蒸汽透平装置142提供超超临界或超临界蒸汽146。可以应用超超临界或超临界蒸汽来驱动蒸汽透平装置142中的发电机，来满足将原料气物流104分离为硫化氢物流106和烃气体物流108和用于处理烃气体物流108以产生天然气、压缩天然气或LNG的电功需求。蒸汽透平装置142可以将来自超超临界或超临界蒸汽146的热功转化为处理烃气体物流108以及从原料气物流104分离出硫化氢物流106和烃气体物流108所需的全部电功(例如操作分离装置102、分离装置114和/或压缩/液化装置124所需的全部电功)。
蒸汽透平装置142可以包括一个或多个发电机和/或一个或多个蒸汽透平。蒸汽透平装置142可以为多级透平(例如，蒸汽透平可以包括至少一个高压级、至少一个中压级、至少一个低压级、或它们的组合)。在一些实施方案中，蒸汽透平装置142与分离装置102、分离装置114和/或压缩/液化装置124电整合。蒸汽透平装置142可以与通过电线152向电网输出电功的电网电整合。
在优选实施方案中，来自硫化氢物流106燃烧的全部热功均作为蒸汽被捕集。由硫化氢物流106燃烧为热功单元140提供足够的热量，从而热功单元140中的一个或多个锅炉中的水温被提升以产生蒸汽和/或维持蒸汽产量。至少部分蒸汽可以用于产生用来生产天然气、压缩天然气、液化天然气的过程和/或操作其它地面设施过程所需的全部机械、电和热功。蒸汽透平装置142可以为处理装置和/或分离装置102、114和124提供电功和/或可以通过管线152输出电功。电功可以通过电线154提供给分离装置102和/或通过电线156提供给分离装置114和/或通过管线158提供给压缩/液化装置124。所提供的电功对于如下操作是足够的：(a)分离原料气物流(例如操作原料气分离装置102以将原料气物流104分离为硫化氢物流106和烃气体物流108)所需的全部电功；(b)将烃气体物流108处理为天然气、压缩天然气或LNG(例如操作分离装置114和任选的压缩/液化装置124)；和对于(c)销售或在其它电功消耗单元中应用可能是足够的。
可以由***100产生的电功驱动的其它电功消耗单元包括但不限于配电网、服务器群、工业电熔炉、或它们的组合。在一些实施方案中，其它电功消耗单元位于水体上或接近于水体。例如位于水体上的浮动或固定平台上的服务器群。熔炉可以包括但不限于铝熔炉。
已经在热功单元140中从燃烧物流的热量捕集热功后，可以由热功单元140为二氧化硫分离器138提供冷却的燃烧物流136。在二氧化硫分离器138中，冷却的燃烧物流136可以被分离为二氧化硫物流和水物流以及惰性气体物流(如果在冷却的燃烧物流中存在惰性气体)。通过调节冷却的燃烧物流136的温度和压力，可以在二氧化硫分离器138中将冷却的燃烧物流136中的水与二氧化硫分离，从而水从冷却的燃烧物流中冷凝出来。通过使冷却的燃烧物流或脱水冷却的燃烧物流与浓硫酸接触，可以从冷却的燃烧物流136或脱水冷却的燃烧物流中分离出二氧化硫。
为了从冷却的燃烧物流136中分离出水，可以在二氧化硫分离器138内使冷却的燃烧物流进一步冷却，和如果需要，膨胀以降低燃烧物流的压力，至水从冷却的燃烧物流中分离出来的温度和压力。例如，在二氧化硫分离器138中，冷却的燃烧物流136可以进一步冷却至从约-5℃至约85℃的温度和如果需要，可以调节物流的压力至0.1-0.2MPa，以使水与二氧化硫及未反应的氧化剂和惰性气体分离。
可以将二氧化硫分离器138中产生的水通过管道160提供给热功单元140用于产生蒸汽，和/或可以通过管道162将其直接提供给蒸汽透平142，和/或可以通过管道164与管道144中的来自热功单元140的蒸汽混合。在二氧化硫分离器138中，通过使物流与从物流中吸附至少部分二氧化硫的物质和/或化合物接触而将二氧化硫从冷却的燃烧物流136或脱水冷却的燃烧物流中分离出来。可以处理吸附剂以释放二氧化硫，从而形成纯化的二氧化硫物流。在一些实施方案中，通过使冷却的燃烧物流或脱水冷却的燃烧物流与无水盐的水溶液、有机盐的水溶液、胺、醇的水溶液、醚和/或聚二醇溶液混合而将二氧化硫物流与冷却的燃烧物流136中的其它组分(如惰性气体、碳氧化物和/或水)分离。可以用来从冷却的燃烧物流136或脱水冷却的燃烧物流中分离二氧化硫的可商购二氧化硫分离***有SO2洗涤***(Cansolv Technologies,Montreal Canada)。
从冷却的燃烧物流136或脱水冷却的燃烧物流中分离的二氧化硫物流166可以作为气体、压缩气体和/或液体流出二氧化硫分离器138。二氧化硫物流166可以含有二氧化硫和一些三氧化硫。在一些实施方案中，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应用ISO方法7935测量。二氧化硫物流166可以被贮存和/或与一个或多个物流组合以形成浓缩的二氧化硫物流。
在本发明方法的一些实施方案中，可以将二氧化硫物流干燥、压缩和/或液化。可以通过使二氧化硫物流166在30℃与浓硫酸接触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应用在0.38-0.5MPa间工作的压缩机压缩以形成压缩后的二氧化硫。可以将压缩后的二氧化硫冷却至-30℃至-60℃以形成液化的二氧化硫物流。可以应用由硫化氢物流106燃烧产生的热功来产生干燥、压缩和液化二氧化硫物流166所需的全部热和/或电和/或机械功和用于将原料气物流104分离为硫化氢物流106和烃气体物流108和用于处理烃气体物流108的全部热和/或电和/或机械功。
在一些实施方案中，二氧化硫物流166中的二氧化硫可以被转化为硫酸。二氧化硫的纯化和随后硫酸的生产在Brandle等人的美国专利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。硫酸可以在生产天然气、压缩天然气和/或液化天然气的相同设施处或在遥远的位置处生产。当在用于天然气、压缩天然气和/或液化天然气的生产设施处生产硫酸时，由硫化氢物流106燃烧产生的热功足以产生生产硫酸所需的全部必须的机械和/或电和/或热功，和分离原料气物流104为硫化氢物流106和烃气体物流108和处理烃气体物流108所需的全部热和/或机械和/或电功。
在一些实施方案中,可以在二氧化硫分离器138中将二氧化碳从冷却的燃烧物流136或脱水冷却的燃烧物流中分离出来。冷却的燃烧物流136中的二氧化碳可以为原料气物流104中存在和被载带通过所述方法进入冷却的燃烧物流136的二氧化碳和/或可以为由硫化氢物流106中存在的烃(如硫醇和噻吩)的燃烧形成的二氧化碳。分离后的二氧化碳可以被隔离、处理、出售、作为驱动或替换流体引入地层和/或与其它碳氧化物的物流混合。可以将二氧化碳压缩和/或液化，和然后泵入烃地层、贮存设施和/或运输单元。
图2的示意图描述了由高硫化氢含量的原料气物流生产硫酸的实施方案。在图2中，原料气物流按图1所述进行处理。在一些实施方案中，将浓硫酸(如90-100wt％的硫酸溶液)用作分离组合物从冷却的燃烧物流136中分离出二氧化硫。将浓硫酸物流168或其它分离组合物提供给二氧化硫分离器138以与冷却的燃烧物流136接触。通过使冷却的燃烧物流136与浓硫酸物流168接触而将水从冷却的燃烧物流136中吸附出来，产生脱水冷却的燃烧物流170。脱水冷却的燃烧物流170可以含有硫酸、二氧化硫、分子氧、氮和/或一种或多种氮氧化物，和也可以含有二氧化碳。脱水冷却的燃烧物流170流出二氧化硫分离器138和进入氧化单元172。在氧化单元172中，脱水冷却的燃烧物流170与一种或多种催化剂接触以产生三氧化硫物流。如果在脱水冷却的燃烧物流中没有足够的分子氧来氧化其中的二氧化硫形成三氧化硫，可以为氧化单元172提供分子氧物流174。所述一种或多种催化剂可以包括对于催化二氧化硫氧化为三氧化硫有效的任何催化剂，例如氧化钒(V)催化剂。脱水冷却的燃烧物流可以在氧化单元172中在400-500℃的温度下与一种或多种氧化催化剂和任选的分子氧物流174接触，以实施氧化。在进料至氧化单元172之前，可以将脱水冷却的燃烧物流170加热。
在氧化单元172中产生的三氧化硫物流178流出氧化单元172和进入吸收装置176。在吸收装置176中，三氧化硫物流178与足够的水接触以水合三氧化硫和由此形成浓硫酸溶液(如90-100wt％的硫酸溶液)。浓硫酸溶液物流180流出吸收装置176进行贮存和/或运输。在一些实施方案中，所述硫酸适用于生产硫酸。
为了更好地理解本发明，现提供如下实施例。如下实施例不应该以任何方式理解为限制或定义本发明的范围。
实施例
实施例1-11
在应用本发明方法的工艺步骤的工艺模型中，应用由已知炼制方法获得的能量消耗数据计算由含烃和5-95vol％硫化氢的原料气物流生产1千万公吨天然气和随后液化天然气(LNG)所需的功。在工艺模型中，处理原料气物流以从原料气物流中分离出水和液态烃。接下来，应用胺萃取***从原料气物流中脱除硫化氢。再生负载硫化氢的胺***所需的功作为锅炉中产生的蒸汽提供。假定锅炉具有100％的热效率。在工艺模型中，通过燃烧回收的硫化氢产生用于锅炉的热功。在计算中，应用6545Btu/磅(15213kJ/kg)硫化氢的低热值。在计算中，对于再生负载硫化氢的胺萃取溶液，应用4030Btu/磅(9374kJ/kg)所产生的硫化氢的热值。在工艺模型中，如果需要补充功，则使用甲烷作燃料。在计算中，应用21433Btu/磅(49820kJ/kg)甲烷的低热值估计甲烷消耗量。
表1列出了含5-95vol％硫化氢的原料气物流的功数据、LNG生产数据、二氧化硫生产数据和二氧化碳排放数据。图3描述了对于表1所列的原料物流组合物，在以1142mT/h(1千万公吨LNG/日历年)的流率生产LNG期间，可输出功量(MW)与硫化氢含量的关系图的例子。数据180代表在40％热效率下可输出的电功。数据182代表在60％热效率下可输出的电功。
应用表1中的值，当由含5-95vol％硫化氢的原料气物流生产1千万公吨天然气/日历年时，所产生的功的最大量(燃烧H2S产生的功减去分离H2S消耗的功)计算为在5％H2S时为207MWt、10％H2S时为437MWt、20％H2S时为984MWt、30％H2S时为1687MWt、40％H2S时为2624MWt、50％H2S时为3936MWt、60％H2S时为5905MWt、70％H2S时为9185MWt、80％H2S时为15746MWt、90％H2S时为35428MWt和95％H2S时为74793MWt。当生产天然气或压缩天然气时，所产生的功的量接近所产生的功的最大量，这是因为相对于所产生的功的量，只需要少量的功来从由原料气物流分离的烃物流中脱水、脱金属和分离出非烃气体、和压缩天然气为管道气规格。当由含10-95vol％硫化氢的原料气物流生产的1千万公吨天然气来生产液化天然气时，所产生的功的量(燃烧H2S产生的功减去分离H2S消耗的功和制备LNG需要的功)计算为在10％H2S时为60MWt、20％H2S时为607MWt、30％H2S时为1309MWt、40％H2S时为2247MWt、50％H2S时为3559MWt、60％H2S时为5527MWt、70％H2S时为8808MWt、80％H2S时为15368MWt、90％H2S时为35051MWt、和95％H2S时为74415MWt。
实施例1-11中的数据证实了通过从含至少5vol％硫化氢的原料气物流分离硫化氢物流、燃烧硫化氢物流和从燃烧物流中捕集二氧化硫而由所述原料气物流生产二氧化硫。实施例1-11中的数据也证实了由燃烧硫化氢物流产生热功，其中硫化氢物流由原料气物流分离出来，其中还从原料气物流分离出烃气体物流和处理烃气体物流以产生天然气，和其中以每1千万公吨产生的天然气至少200MWt热功的比产生热功。实施例1-11中的数据也证实了应用由含至少5vol％硫化氢的原料气物流产生的硫化氢物流燃烧所产生的至少部分功来产生用于将原料气物流分离为烃气体物流和硫化氢物流所需的全部功和足够用于处理烃气体物流以产生LNG的功。另外，实施例1-11中的数据证实了以每kg原料气物流中的硫化氢计，至少0.01kWh的热功过量于将原料气物流分离为烃气体物流和硫化氢物流和处理烃气体物流产生LNG所需的功产生，和/或在40％效率下可获得至少20MW的电功作为电输出，而在硫化氢燃烧过程中，原料气物流中的每克烃产生至多0.1克二氧化碳。
对比例12-22。
在应用按常规Claus法生产LNG的工艺步骤的工艺模型中，应用由已知炼厂方法获得的能量消耗数据计算用于生产1千万公吨天然气和随后液化天然气的功。在工艺模型中，处理原料气物流以从原料气物流中分离出水和液态烃。接下来，应用胺萃取***从原料气物流中脱除硫化氢。在工艺模型中，再生负载硫化氢的胺***所需的热功作为由Claus法热回收单元和操作用方法中产生的天然气为燃料的补充锅炉产生的蒸汽提供。假定锅炉具有100％的热效率。在工艺模型中，通过Claus法将胺***再生产生的硫化氢转化为硫。在计算中，应用2973Btu/磅(6915kJ/kg)由Claus法产生的硫的热值。在计算中，对于再生负载硫化氢的胺萃取溶液，应用4030Btu/磅(9374kJ/kg)所产生的硫化氢的热值。在工艺模型中，应用甲烷作燃料产生补充功。应用21433Btu/磅(49820kJ/kg)甲烷的低热值估计甲烷消耗量。
表2列出了由含0-95vol％硫化氢的原料气物流生产LNG的功数据、LNG生产数据、元素硫生产数据和二氧化碳排放数据。图4描述了对于表2所列的原料物流组合物，在以1142mT/h(1千万公吨LNG/日历年)的流率生产LNG期间，甲烷消耗(mT/h)和二氧化碳排放(mT/h)与甲烷体积分数(余量为硫化氢)的关系图。在图4中，数据184代表相对于原料气物流中甲烷的体积分数，以公吨/小时(mT/h)表示的足以为操作方法提供所需的补充功的甲烷消耗量。数据186代表当补充甲烷的量足以提供操作方法所需的补充功时，相对于原料气物流中甲烷的体积分数，以公吨/小时(mT/h)表示的二氧化碳排放。正如表2和图4所示，随着原料物流中硫化氢量的增加，用于硫化氢分离以产生LNG的补充功所需的甲烷燃料量明显增加。通过比较实施例1-11中的数据和对比例12-22中的数据表明，为了驱动原料气物流分离为硫化氢物流和烃气体物流和处理烃气体物流以形成LNG，应用硫化氢作燃料产生比这些工艺步骤所需的更多热功，和允许产生作为电输出的电功。由含大量硫化氢的原料气物流生产LNG的常规方法应用Claus法由硫化氢形成元素硫，但其需要补充燃烧甲烷及伴随的二氧化碳排放，以满足生产LNG所需要的全部热和/或机械功。
实施例23-33
在应用本发明的工艺步骤的工艺模型中，应用由已知炼厂方法获得的能量消耗数据计算由含0-63vol％硫化氢、0-32vol％二氧化碳和100-5vol％甲烷的原料气物流生产1千万公吨天然气和随后液化天然气的功。在工艺模型中，处理原料气物流以从原料气物流中分离出水和液态烃。接下来，应用胺萃取***从原料气物流中脱除硫化氢和二氧化碳。在工艺模型中，再生负载硫化氢/二氧化碳的胺***所需的热功作为在锅炉产生的蒸汽提供。假定锅炉具有100％的热效率。在工艺模型中，通过燃烧回收的硫化氢物流产生用于锅炉的热功。在计算中，应用6545Btu/磅(15213kJ/kg)硫化氢的低热值。在计算中，对于再生负载硫化氢的胺萃取溶液，应用4030Btu/磅(9374kJ/kg)所产生的硫化氢的热值。对于再生负载二氧化碳的胺萃取溶液，在计算中应用按Lars Erik在"Aspen HYSYS Simulation of CO2Removal byAmine Absorption from a Gas Based Power Plant"SIMS2007Conference,Gфteborg,瑞典，2007年10月30和31日中所述的1513Btu/磅(1596kJ/kg)二氧化碳的热值。二氧化碳压缩、液化和泵送所需的功按Baldwin等人在"Capturing CO2:Gas Compression vs.Liquefaction,"Power,2009年6月，electronic publication中所述估计为0.11MW/mT/h。在工艺模型中，如果需要补充功，则使用甲烷作燃料。应用21433Btu/磅(49820kJ/kg)甲烷的低热值估计甲烷消耗量。
表3列出了应用硫化氢作功源由组成为0-63vol％硫化氢、0-32vol％二氧化碳和100-5vol％甲烷的原料气物流生产LNG的功数据、LNG生产数据、二氧化硫生产数据和二氧化碳排放数据。
应用表3中的值，当由含0-63vol％硫化氢、0-32vol％二氧化碳和100-5vol％甲烷的原料气物流生产1千万公吨天然气/日历年时，对于单个原料气物流，所产生的功的最大量(燃烧H2S产生的功减去从原料气物流中分离H2S和CO2所需的功)计算为：在90％甲烷时为173MWtt、在80％时为389MWt、在70％时为666MWt、在60％时为1036MWt、在50％时为1555MWt、在40％时为2233MWt、在30％时为3629MWt、在20％时为6221MWt、在10％时为13996MWt和在5％时为29549MWt。当由含有0-63vol％硫化氢、0-32vol％二氧化碳和100-5vol％甲烷的原料气生产的1千万公吨天然气生产液化天然气时，对于单个原料气物流，所产生的功的量(燃烧H2S产生的功减去从原料气物流中分离H2S和CO2和液化天然气所需的功)计算为：在80％甲烷时为11MWt、在70％时为288MWt、在60％时为658MWt、在50％时为1177MWt、在40％时为1855MWt、在30％时为2251MWt、在20％时为5843MWt、在10％时为13618MWt和在5％时为74037MWt。当由含有0-63vol％硫化氢、0-32vol％二氧化碳和100-5vol％甲烷的原料气生产的1千万公吨天然气生产液化天然气和由原料气中的二氧化碳生产液化二氧化碳物流时，对于单个原料物流，所产生的功的量(燃烧H2S产生的功减去从原料气物流中分离H2S和CO2消耗的功及液化天然气消耗的功和液化CO2消耗的功)计算为：在70％甲烷时为239MWt、在60％时为581MWt、在50％时为1060MWt、在40％时为1779MWt、在30％时为2977MWt、在20％时为5374MWt、在10％时为12652MWt和在5％时为26940MWt。
实施例23-33中的数据证实了由含硫化氢和二氧化碳及余量为烃的原料气物流产生的硫化氢物流燃烧捕集的全部热功可以产生分离原料气物流为硫化氢物流、烃气体物流和二氧化碳物流所需的全部热和/或机械功，和也产生足够用于处理烃气体物流以产生LNG和产生液体二氧化碳的热和/或电和/或机械功。当原料气物流中硫化氢的体积超过20vol％时，可以产生大量功用于作为机械或电功输出。
对比例34-44
在应用按常规Claus法生产LNG的工艺步骤的工艺模型中，应用由已知炼厂方法获得的能量消耗数据计算由含0-63vol％硫化氢、0-32vol％二氧化碳和100-5vol％甲烷的原料气物流生产1千万公吨天然气所需的功。在工艺模型中，处理原料气物流以从原料气物流中分离出水和液态烃。接下来，应用胺萃取***从原料气物流中脱除硫化氢和二氧化碳。在工艺模型中，再生负载硫化氢/二氧化碳的胺***所需的热功作为由Claus法热回收单元和操作以方法中产生的天然气为燃料的补充锅炉产生的蒸汽提供。假定锅炉具有100％的热效率。在工艺模型中，由胺***再生产生的硫化氢通过Claus法转化为元素硫。在计算中，应用2973Btu/磅(6915kJ/kg)由Claus法产生的元素硫的热值。在计算中，对于再生负载硫化氢的胺萃取溶液，应用4030Btu/磅(9374kJ/kg)所产生的硫化氢的热值。在计算中，对于再生负载二氧化碳的胺萃取溶液，应用1513Btu/磅(1596kJ/kg)二氧化碳的热值。在计算中，应用0.11MW/mT/h二氧化碳压缩、液化和泵送所需的功。在工艺模型中，如果需要补充功，则使用甲烷作燃料。应用21433Btu/磅(49820kJ/kg)甲烷的低热值估计甲烷消耗量。
表4列出了由组成为0-约63vol％硫化氢、0-约32vol％二氧化碳和100-5vol％甲烷的原料气物流生产LNG的功数据、LNG生产数据、元素硫数据和二氧化碳排放数据。正如表4所示，对于含有大量硫化氢和二氧化碳和少量甲烷的原料气物流，随着补充功所需的甲烷量增加，二氧化碳排放量明显增加。
通过比较实施例23-33中的数据和对比例34-44中的数据表明，为了驱动从原料气物流中分离出硫化氢和二氧化碳以产生天然气及随后液化天然气为LNG和随后液化二氧化碳，应用硫化氢作燃料产生这些过程所需要的大部分和典型地为全部热和/或机械功，和可能允许产生用于输出的电功。由含大量硫化氢和二氧化碳的物流生产LNG的常规方法应用Claus法由硫化氢形成元素硫，但总需要补充燃烧甲烷及伴随的二氧化碳排放，以满足方法的全部能量需求。
本发明很好地用于达到所提到的及其固有的各种目的和优点。上文公开的具体实施方案只是描述性的，因为在受益于此处给出的教导后，本发明可以以对本领域熟练技术人员来说不同但等同的方式进行调整和实施。另外，除了在下文权利要求中所述，不打算限制这里所给出的结构或设计的细节。因此，很明显上文所公开的具体描述性实施方案可以进行改变或调整，和所有这些变化均在本发明范围和实质内。虽然各组合物和方法均"包括"、"含有"或"包含"各种组分或步骤的方式描述，但各组合物和方法也可以基本由或由各种组分和步骤"组成"。当公开具有下限和上限的数值范围时，均具体公开了落在范围内的任意数值和任意包括的范围。具体地，这里所公开的每一个数值范围(为"a至b"或等价的"a-b"形式)均应理解为包括在所述较宽数值范围内的所有数值和范围。当公开了只有特定下限、只有特定上限、或具有特定上限和特定下限的数字范围时，所述范围亦包括在特定下限和/或特定上限左右的任意数值。同样，除非专利权人另外明确和清楚地定义，权利要求中的术语按照它们基本的常用含义理解。另外，在权利要求中所应用的不定冠词在这里定义为指它们所指代的元件的一个或多个。
Claims (14)
1.一种生产二氧化硫的方法，该方法包括：
提供含硫化氢和烃的原料气物流，其中所述原料气物流含有至少5vol％的硫化氢；
将至少部分原料气物流分离为硫化氢物流和烃气体物流，所述硫化氢物流含有比原料气物流更多体积百分比的硫化氢，和所述烃气体物流含有比原料气物流更少体积百分比的硫化氢；
提供氧化剂物流；
利用至少部分氧化剂物流燃烧至少部分硫化氢物流以产生热功和产生含二氧化硫和蒸汽的燃烧物流；和
从燃烧物流中分离出至少部分二氧化硫。
2.权利要求1的生产二氧化硫的方法，其中提供氧化剂物流用于燃烧硫化氢物流，所提供的氧化剂物流的量足以提供每1摩尔硫化氢至少1.5摩尔的分子氧。
3.权利要求1或2的方法，其中从燃烧物流中分离至少部分二氧化硫包括使燃烧物流冷却和至少部分脱水。
4.权利要求3的方法，其中将燃烧物流冷却至-5℃至85℃的温度。
5.权利要求1-4任一项的方法，其中从燃烧物流中分离至少部分二氧化硫包括冷却燃烧物流和使冷却后的燃烧物流与浓硫酸接触。
6.权利要求1-5任一项的方法，还包括在催化剂的存在下使至少部分分离的二氧化硫与空气接触以产生三氧化硫；和使至少部分三氧化硫与水接触以产生硫酸。
7.权利要求1-6任一项的方法，还包括提供至少部分分离的二氧化硫和/或部分燃烧物流至地下烃地层。
8.权利要求1-7任一项的方法，其中将硫化氢物流燃烧产生的至少部分热功转化为电功。
9.权利要求8的方法，其中提供至少部分电功用于销售或用于耗电装置。
10.权利要求9的方法，其中所述耗电装置为电网或熔炉或服务器群。
11.权利要求9的方法，其中所述耗电装置位于水体上或接近于水体。
12.权利要求1-11任一项的方法,其中将硫化氢物流燃烧产生的至少部分热功转化为机械功。
13.权利要求1-12任一项的方法,还包括处理烃气体物流以产生天然气的步骤。
14.权利要求1-13任一项的方法，还包括处理烃气体物流以产生液化天然气的步骤。
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