[發明專利]用于深度脫除氣體物流的雜質的方法

無效

• 申請號: 201380042133.9
• 申請日: 2013-07-03
• 公開（公告）號: CN104519978A
• 公開（公告）日: 2015-04-15
• 發明（設計）人: D·P·瓦倫佐拉
• 申請（專利權）人: 國際殼牌研究有限公司
• 主分類號: B01D53/14
• 分類號: B01D53/14
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 王長青

技術領域

本發明涉及用于從氣體物流中除去含硫雜質的方法。當硫化氫與二氧化碳的比使得要求富集硫化氫以除去硫化氫時，該方法特別有用。

背景技術

要求深度脫除雜質的一種氣體物流為天然氣。包含H₂S和有機硫雜質的天然氣可以源自不同來源。例如，許多天然氣井生產酸性天然氣，即包含H₂S和任選的其它雜質的天然氣。天然氣為應用于源自天然氣井的輕質烴和任選的其它氣體(氮、二氧化碳、氦)的混合物的統稱。天然氣的主要組分為甲烷。此外，通常也存在其它烴如乙烷、丙烷、丁烷或更高級烴。

在過去從包含含硫化合物的天然氣中除去這種含硫化合物一直非常重要，而由于持續緊縮的環境法規，今天這一點甚至更加重要了。已經花費了相當大的努力來尋找有效和經濟高效的方法以除去這些不希望的化合物。此外，這種氣體物流也可包含不同量的二氧化碳，通常必須除去至少部分二氧化碳，這取決于氣體物流的用途。

在本領域中，通過利用可用于這種目的的不同烷醇胺中的一種來處理天然氣以使該氣體脫硫是已知的。通常，應用含水溶液中的胺，它可包含化學添加劑以強化該吸收劑的一些特征。胺已經獲得了廣泛接受和歡迎，因為它可以產生穩定滿足對氣體純度的嚴格要求和相對便宜的天然氣產物。早就已知和應用的一種吸收劑為伯胺單乙醇胺(MEA)。目前，甲基二乙醇胺(MDEA)為使用最多的使包含含硫化合物的天然氣脫硫的吸收劑之一。

胺吸收過程獲得清潔的氣體物流和包含硫雜質和二氧化碳的氣體物流。通常，二氧化碳不從氣體物流中分離，而是將該氣體物流作為進料直接送至硫回收裝置。作為硫回收步驟，常常利用Claus過程。該多步驟過程從氣態硫化氫產生硫。

Claus過程包括兩個步驟。第一步驟為熱步驟和第二步驟為催化步驟。在熱步驟中，在高于850℃的溫度下氧化氣體中的部分硫化氫以產生二氧化硫和水：

2H₂S+3O₂→2SO₂+2H₂O????(I)

在催化步驟中，在熱步驟中產生的二氧化硫與硫化氫反應以產生硫和水：

2SO₂+4H₂S→6S+4H₂O??????(II)

反應(II)中產生的氣態元素硫可以在冷凝器中回收，初始作為液體硫回收，之后進一步冷卻以提供固態元素硫。在一些情況下，催化步驟和硫冷凝步驟可以重復一次以上、通常高至三次以改進元素硫的回收。

Claus過程的第二催化步驟要求二氧化硫，即反應(I)的產物之一。但還要求硫化氫。通常大約三分之一的硫化氫氣體在反應(I)中被氧化為二氧化硫，從而獲得在催化步驟(反應(II))中所希望的二氧化硫與硫化氫的1:2摩爾比用于反應產生硫。Claus過程的殘余廢氣可包含可燃組分和含硫化合物，如當存在過量或不足的氧(和得到產量過剩或產量不足的二氧化硫)時。這些可燃組分可以適合地在Claus廢氣處理裝置如Shell?Claus廢氣處理(SCOT)裝置中進一步處理。

因此，對于Claus過程，總反應可以寫為：

2H₂S+O₂→2S+2H₂O????(III)

因此，Claus過程轉化含硫物種。但在一些情況下二氧化碳也大量存在于進入Claus裝置的物流中。二氧化碳為不參與Claus反應的惰性氣體，但是因為Claus過程的熱力學，二氧化碳將不利地影響反應產生硫。二氧化碳的存在稀釋了反應物-硫化氫、有機硫化合物、氧和二氧化硫，遲延了反應和降低了轉化為硫的百分比。稀釋效應直接影響Claus過程的化學平衡。在進入SRU的氣體進料富含硫化氫的情況下，二氧化碳的稀釋效應可能被忽略。但在二氧化碳的量超過硫化氫的量5倍或更多倍的情況下，已經可以察覺到對熱力學平衡的影響。