[发明专利]用于处理酸性气体和发电的方法

说明书

本发明提供了用于处理来自含硫气流的酸性气体的系统和方法。提供了一种化学链燃烧(CLC)方法，该方法使用CaCO₃从酸性气体中捕获硫并产生CaSO₄。酸性气体处理单元可接收来自酸性气体去除单元的酸性气体，并产生CaSO₄以及各种气体和空气流，以用于蒸汽生产用热交换器。酸性气体处理单元可包括燃料反应器、氧化反应器和煅烧反应器。另一个酸性气体处理单元可包括燃料反应器和氧化反应器，燃料反应器包括煅烧功能。可将选择性膜组件设置在含硫气流与酸性气体去除单元之间以产生H₂S和CO₂渗透物，H₂S和CO₂渗透物与提供给酸性气体处理单元的酸性气流混合。

技术领域

本公开主要涉及烃加工。更具体地，本公开的实施方案涉及在原油和天然气的加工期间产生的酸性气体(acid gas)的处理。

背景技术

对诸如原油和天然气之类的自然资源进行加工(例如，精炼)以生产可用于如燃料、工业化学品、溶剂等多种用途的烃。硫化氢(H₂S)为天然存在于原油和天然气中的不期望的化合物。在原油和天然气加工期间产生的酸性气体通常包括硫化氢和其他不期望的化合物。除去来自气态和液态烃料流的诸如硫化氢、二氧化碳(CO₂)、硫化碳(COS)、二硫化碳(CS₂)和硫醇(RSH)之类的酸性气体成分是烃加工工业的许多部分中的工艺要求。油气工业正面临着日益严格的环境考虑以及处理硫水平提高的天然气和原油的挑战。鉴于这样的挑战，开发高效且成本有效的方法可能很困难。

发明内容

传统上，使用吸收系统和诸如MEA和DEA之类的溶剂从含硫气体(sour gas)流中除去H₂S和CO₂，以产生主要包含H₂S和CO₂的酸性气流。然后，通常将该酸性气流供给至克劳斯工艺，在克劳斯工艺中，约95％至97％的H₂S进料流被回收并转化为单质硫。然后通常使用尾气处理工艺来转化剩余的H₂S，并避免将硫排放到大气中。选择合适且具有成本效益的尾气处理工艺以接续现有的克劳斯装置是炼油厂和天然气加工厂所有者面临的挑战。

用于碳基燃料转化的化学链燃烧(CLC)工艺已被用于工业实践，其可追溯到19世纪末至20世纪初。在例如CLC方法中，燃料首先在还原器(燃料反应器)中与金属氧化物反应，使得金属氧化物被还原为金属。来自还原器的反应产物为CO₂和蒸汽。离开还原器的金属进入燃烧器(空气反应器)，在燃烧器中金属与空气反应，从而使金属氧化物再生。然后使金属氧化物再循环回还原器。氧化的热量由经氧化的金属和来自空气反应器的经加热的废空气携带。废空气可用于产生蒸汽，蒸汽可以用作通用蒸汽或用于驱动蒸汽轮机以用于发电。

由于不同的金属对不同的燃料(例如，烃类和硫类)的反应不同，因此已经开发出用于特定燃料的特定氧载体。对于含硫燃料而言，钙基颗粒是良好的候选物，因为钙基颗粒可以将硫化合物捕获在钙基产物中，并且不需要通常用于燃烧含硫燃料的发电厂的烟道气脱硫(FGD)系统。

本公开的实施方案提供了一种用于在不使用热氧化器的情况下从酸性气体中有效且经济地回收硫的改进的系统和方法。实施方案包括基于碳酸钙的CLC工艺，其中酸性气流(如来自酸性气体去除单元(AGR)的酸性气流)被氧化，并且以硫酸钙(CaSO₄)副产物的形式回收硫，而不是使用常规的热氧化器接续尾气处理单元(TGTU)(如壳牌克劳斯废气处理(SCOT)或类似工艺)，以满足硫回收要求并将SO_x排放降低至可接受的环境水平。