[发明专利]用于深度脱除气体物流的杂质的方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于从气体物流中除去含硫杂质的方法。当硫化氢与二氧化碳的比使得要求富集硫化氢以除去硫化氢时，该方法特别有用。

背景技术

要求深度脱除杂质的一种气体物流为天然气。包含H₂S和有机硫杂质的天然气可以源自不同来源。例如，许多天然气井生产酸性天然气，即包含H₂S和任选的其它杂质的天然气。天然气为应用于源自天然气井的轻质烃和任选的其它气体(氮、二氧化碳、氦)的混合物的统称。天然气的主要组分为甲烷。此外，通常也存在其它烃如乙烷、丙烷、丁烷或更高级烃。

在过去从包含含硫化合物的天然气中除去这种含硫化合物一直非常重要，而由于持续紧缩的环境法规，今天这一点甚至更加重要了。已经花费了相当大的努力来寻找有效和经济高效的方法以除去这些不希望的化合物。此外，这种气体物流也可包含不同量的二氧化碳，通常必须除去至少部分二氧化碳，这取决于气体物流的用途。

在本领域中，通过利用可用于这种目的的不同烷醇胺中的一种来处理天然气以使该气体脱硫是已知的。通常，应用含水溶液中的胺，它可包含化学添加剂以强化该吸收剂的一些特征。胺已经获得了广泛接受和欢迎，因为它可以产生稳定满足对气体纯度的严格要求和相对便宜的天然气产物。早就已知和应用的一种吸收剂为伯胺单乙醇胺(MEA)。目前，甲基二乙醇胺(MDEA)为使用最多的使包含含硫化合物的天然气脱硫的吸收剂之一。

胺吸收过程获得清洁的气体物流和包含硫杂质和二氧化碳的气体物流。通常，二氧化碳不从气体物流中分离，而是将该气体物流作为进料直接送至硫回收装置。作为硫回收步骤，常常利用Claus过程。该多步骤过程从气态硫化氢产生硫。

Claus过程包括两个步骤。第一步骤为热步骤和第二步骤为催化步骤。在热步骤中，在高于850℃的温度下氧化气体中的部分硫化氢以产生二氧化硫和水：

2H₂S+3O₂→2SO₂+2H₂O    (I)

在催化步骤中，在热步骤中产生的二氧化硫与硫化氢反应以产生硫和水：

2SO₂+4H₂S→6S+4H₂O      (II)

反应(II)中产生的气态元素硫可以在冷凝器中回收，初始作为液体硫回收，之后进一步冷却以提供固态元素硫。在一些情况下，催化步骤和硫冷凝步骤可以重复一次以上、通常高至三次以改进元素硫的回收。

Claus过程的第二催化步骤要求二氧化硫，即反应(I)的产物之一。但还要求硫化氢。通常大约三分之一的硫化氢气体在反应(I)中被氧化为二氧化硫，从而获得在催化步骤(反应(II))中所希望的二氧化硫与硫化氢的1:2摩尔比用于反应产生硫。Claus过程的残余废气可包含可燃组分和含硫化合物，如当存在过量或不足的氧(和得到产量过剩或产量不足的二氧化硫)时。这些可燃组分可以适合地在Claus废气处理装置如Shell Claus废气处理(SCOT)装置中进一步处理。

因此，对于Claus过程，总反应可以写为：

2H₂S+O₂→2S+2H₂O    (III)

因此，Claus过程转化含硫物种。但在一些情况下二氧化碳也大量存在于进入Claus装置的物流中。二氧化碳为不参与Claus反应的惰性气体，但是因为Claus过程的热力学，二氧化碳将不利地影响反应产生硫。二氧化碳的存在稀释了反应物-硫化氢、有机硫化合物、氧和二氧化硫，迟延了反应和降低了转化为硫的百分比。稀释效应直接影响Claus过程的化学平衡。在进入SRU的气体进料富含硫化氢的情况下，二氧化碳的稀释效应可能被忽略。但在二氧化碳的量超过硫化氢的量5倍或更多倍的情况下，已经可以察觉到对热力学平衡的影响。