[发明专利]由酸性气体发电的方法

说明书

技术领域

本发明涉及由包含H₂S的酸性气体、特别是衍生自天然气的含硫化氢的气体物流发电的方法。当与硫酸装置组合时，所述方法特别有用。

背景技术

包含H₂S的酸性气体可以源自各种来源。例如，很多天然气井产生酸性天然气，即包含H₂S和任选的其它污染物的天然气。天然气为用于衍生自天然气井的轻烃和任选的其它气体(氮、二氧化碳、氦)的混合物的通用术语。天然气的主要成分是甲烷。另外，经常存在其它烃如乙烷、丙烷、丁烷或更高级烃。

由于多种原因，希望降低酸性气体中硫化氢的量。在许多国家通过排放标准控制含硫化合物如硫化氢和硫氧化物。另外，特别是硫化氢可能引起设备腐蚀。

通常应用克劳斯法处理从各种气体物流如烃物流(例如天然气)中回收的硫化氢。这种多步方法由气态硫化氢生产硫。

克劳斯法包括两个步骤，即第一热步骤和第二催化步骤。在第一热步骤中，气体中的部分硫化氢在温度高于850℃时被氧化产生二氧化硫和水：

2H₂S+3O₂→2SO₂+2H₂O    (I)

在第二催化步骤中，热步骤中产生的二氧化硫与硫化氢反应产生硫和水：

2SO₂+4H₂S→6S+4H₂O    (II)

步骤(II)中产生的气态元素硫可以在冷凝器中回收，初始作为液态硫回收，随后进一步冷却以提供固体元素硫。在有些情况下，第二催化步骤和硫冷凝步骤可以重复多次，通常至多三次，以提高元素硫的回收率。

克劳斯法的第二催化步骤需要反应(I)的一种产品即二氧化硫。但还需要硫化氢。为了得到在催化步骤(反应(II))中二氧化硫与硫化氢反应生产硫的理想摩尔比1∶2，通常在反应(I)中将约三分之一的硫化氢气体氧化为二氧化硫。克劳斯法的剩余尾气可以包含可燃组分和含硫化合物，例如当氧过量或氧不足时(和导致二氧化硫过量或不足)。这些可燃组分可以合适地在克劳斯尾气处理装置例如Shell克劳斯尾气处理(SCOT)装置中进一步处理。

因此克劳斯法的总反应可以写作：

2H₂S+O₂→2S+2H₂O    (III)

由于传统的克劳斯装置在投资费用和操作成本方面都很高，因此已有替代方法报导。

发明内容

本发明的一个目的是提供由包含硫化氢的酸性气体更有效地发电的方法。

本发明的另一个目的是提供其中由酸性气体发电与生产硫酸组合的方法。

为此目的，本发明提供由包含H₂S的酸性气体发电的方法，所述方法包括如下步骤：(a)向酸性气体脱除装置提供包含天然气和H₂S的酸性气体物流，得到清洁天然气和包含H₂S的酸性气体；(b)在燃气轮机中利用含氧气体燃烧清洁天然气物流以产生电力和热的烟道气；(c)将热烟道气送至第一热回收蒸汽发生器，以产生蒸汽和清洁烟道气；(d)在含氧气体存在下使包含H₂S的酸性气体中的至少部分H₂S燃烧，以获得包含SO₂的热气体流出物；(e)将包含SO₂的热气体流出物送至第二热回收蒸汽发生器，以产生蒸汽和冷却的包含SO₂的气体流出物；(f)将冷却的包含SO₂的气体流出物引入硫酸装置，以产生硫酸、蒸汽和清洁烟道气物流。

本发明的方法应用热能由高度污染的酸性气体更有效地发电。本发明适合于如下酸性气体，其中所述酸性气体优选包含1-50vol％的H₂S，更优选为10-35vol％的H₂S。另外，本发明允许不考虑硫的生产来生产硫酸。这减少了工艺步骤数目和相关的工艺设备。

按照现有技术，对酸性气体进行处理以产生用于在包括燃气轮机和蒸汽透平的所谓的联合循环中发电的清洁天然气物流。将所得的包含大部分H₂S的酸性气体送至硫回收装置用于生产固体硫，然后对所述固体硫进行脱气、造粒、贮存和运输。在该生产线中，H₂S的燃烧热(可能多达酸性气体化学能的30％)未用于发电。