[发明专利]从地热蒸汽和冷凝物中除去硫化氢的方法

说明书

本申请要求2008年12月5日提交的美国临时专利申请序号61/200,978的优先权。

背景

源于地核的地热为“可再生”能源。地壳以下的岩浆加热附近的岩石和水。由水和蒸汽组成的热的地热流出物经过断层和裂缝到达地表形成间歇泉。北加州的间歇泉目前是地热能源厂的来源。然而，大部分热的地热水停留在陷在地热储集层中的深层地下，若将其有效使用，则必须通过钻的生产井带至地表。

地热发电厂为热电厂，其中使用地热源作为其产生电力的主要来源。地热流出物为经地热加热的流出物，其用于给地热发电厂提供动力。存在基本上三种地热发电厂，它们利用地热储集层中的热水/蒸汽作为地热流出物。“干”蒸汽储集层产生蒸汽，但极少的水。这种蒸汽直接以管输送至“干”蒸汽发电厂从而为使涡轮发电机旋转提供力。

在“闪蒸”发电厂中使用地热储集层，该层主要产生300-200°F温度的热水。该高温水被带至地表并摆脱了储集层的压力；在分离器中闪蒸为蒸汽。蒸汽驱动涡轮机。

在第三种厂，即所谓的“双循环”发电厂中，250-360°F的地热水经过热交换器，在其中热量传递至相较于水在更低温度下沸腾的第二(双循环)液体。当加热时，该双循环液体闪蒸为蒸气，所述蒸气膨胀并使涡轮叶片旋转。

在所有这些类型的厂中，含水或蒸汽的地热流出物可包含不同量的硫化氢(H₂S)，如果不对硫化氢进行适当处理，则会引起环境、健康和安全问题。在“干”和“闪蒸”厂中，来自发电厂涡轮机的排出物通常经过冷凝器，由此产生包含不同量硫化氢(H₂S)的不可冷凝气流和冷凝物流。在双循环厂中，“冷的”地热流体被重新注入开采层。该流体包含硫化氢，并且在重新注入前可能要进行处理。

从地热流出物中除去硫化氢的通常方式为注入氧化剂如过氧化物或次氯酸盐；使用胺除去系统；吸收至水中；或者注入三嗪类产品。氧化剂为腐蚀性的，并可能导致形成可能引起操作问题的固体。胺系统是有效的，但是需要大的资金投入。

硫化氢吸收至水流中产生毒性水，该毒性水随后有可能向大气中释放硫化氢。如果将三嗪直接注入水性体系是无效的，并且如果对未冷凝蒸汽使用，则需要大量化学品才有效或需要大的资金投入。

附图简述

图1说明了本发明将丙烯醛注入冷却水以与冷凝物中的H₂S反应的方法的流程图。

具体实施方式

所述方法涉及使用丙烯醛从地热蒸汽中除去或清除硫化氢。丙烯醛(2-丙烯醛或C₃H₄O)为不饱和醛。丙烯醛在工业上最经常通过丙烯的氧化进行制备，但是当甘油加热至280℃时也形成丙烯醛。丙烯醛用于制备聚酯树脂、聚氨酯、丙二醇、丙烯酸、丙烯腈和甘油。其还用作杀虫剂以控制藻类、杂草、细菌和软体动物。

丙烯醛已经在自油气生产操作所产生的流体的处理中通过直接注入大量液相而用作硫化氢清除剂。然而，这些方法不适合用于地热蒸汽情况，或者需要加入成本过高量的丙烯醛以有效地减少地热蒸汽情况中的硫化氢水平。

如本发明中所述的，处理地热蒸汽以除去硫化氢呈现出另外的且不同的要求。这些要求包括在水溶液中以这样的方式使用丙烯醛，使得丙烯醛与气相中的硫化氢气体接触以使得反应能够在蒸汽冷凝器系统中可利用的非常有限的时间范围内发生。所述方法是用于处理地热流和冷凝物从而满足地热发电厂所要求的H₂S排放标准的一个有效、经济的方法。

本发明涉及从由地热电力发电设施所产生的蒸汽中除去硫化氢。通常，离开地热发电厂涡轮机的蒸汽经过多个串联的冷凝容器。在冷凝器的一个变体中，通过将冷凝水注入蒸汽中来冷凝蒸汽，其中不可冷凝的气体被排放至串联的最后一个冷凝器下游的排气管。当在低压、接近真空或真空下操作冷凝器时(通常就是这样)，包括硫化氢在内的很多气体不能彻底地分配至水相中。在一些情况下，这导致气相中40,000ppm浓度的H₂S和水相中仅1ppm浓度的H₂S。由于该现象，在这种冷凝器系统的本体水中的典型水相反应不是从地热发电厂的地热流出物中除去H₂S的有效方式。

以本文中所述的方式使用丙烯醛从地热蒸汽和冷凝物中除去硫化氢需要很少成本。反应动力学是令人满意的。反应产物稳定，且在过程的后续点不再产生硫化氢。所述方法的反应产物为水溶性的，不会导致固体形成而在注入点的下游引起处理问题或操作问题。

所述方法的基本化学反应如下(反应1为主要反应)：