由酸性尾氣田生產硫酸的方法
【專利說明】由酸性尾氣田生產硫酸的方法
[0001]相關專利申請的交叉引用
[0002 ] 本申請要求美國專利申請N0.61/847，953 (2013年7月18日提交)的權益，該申請在此全文作為參考引入。
技術領域
[0003]本發(fā)明概括地講涉及轉化酸性尾氣為硫酸的方法。更具體但非排它地，本發(fā)明涉及由含H2S的酸性尾氣、特別是由油和氣設施獲得的含H2S的氣體物流生產硫酸的方法。當油和氣設施包括硫酸生產裝置或者靠近硫酸生產裝置時，本方法是特別有用的。
【背景技術】
[0004]包含H2S的酸性氣體可以源自多種來源。例如，很多天然氣井產生酸性天然氣，即包含H2S和任選其它雜質(如其它含硫化合物如C0S、CS2、RSH等)的天然氣。天然氣是一種通用術語，其適用于由天然氣井獲得的輕烴和任選的其它氣體(氮、二氧化碳、氦)的混合物。天然氣的主要成分是甲烷。另外，通常也存在其它烴如乙烷、丙烷、丁烷或更高級烴。
[0005]經常應用克勞斯法處理由各種氣體物流如烴物流(例如天然氣)回收的硫化氫。多步方法由氣態(tài)硫化氫產生硫。
[0006]克勞斯法包括兩步，S卩第一步熱步驟和第二步催化步驟。在第一熱步驟中，氣體中的一部分硫化氫在溫度高于850°C氧化產生二氧化硫和水:2H2S+302—2S02+2H20 (I)。
[0007]在第二催化步驟中，熱步驟中產生的二氧化硫與硫化氫反應產生硫和水:2S02+4H2S^6S+4H20 (II)0
[0008]步驟(II)中產生的氣態(tài)元素硫可以在冷凝器中回收，開始作為液態(tài)硫，隨后進一步冷卻以提供固態(tài)元素硫。在一些工況中，所述第二催化步驟和硫冷凝步驟可以重復多次，通常至多三次以提高元素硫的回收率。
[0009]克勞斯法的第二催化步驟需要二氧化硫，即反應(I)的一種產物。但也需要硫化氫。通常，約三分之一的硫化氫氣體在反應(I)中被氧化為二氧化硫，從而獲得理想的二氧化硫與硫化氫的1:2的摩爾比，以用于在催化步驟(反應(II))中反應產生硫?？藙谒狗ǖ臍堄辔矚饪赡馨扇冀M分和含硫化合物，例如當氧過量或不足(和產生過量或不足的二氧化硫)時。這種可燃組分可以合適地在克勞斯尾氣處理裝置中進一步處理，例如在殼牌克勞斯尾氣處理(SCOT)裝置中進一步處理。因此，克勞斯法的總反應可以寫為:2H2S+02^2S+2Η20(ΙΙΙ)ο

【發(fā)明內容】

[0010]在一個方面，本發(fā)明概括地涉及由得自油和氣設施的酸性尾氣生產硫酸的方法。例如，可以在油和氣煉廠中處理原油以獲得各種烴產品物流。所述煉廠可以包括加氫裂化和/或加氫精制階段。在處理過程中獲得各種氣體物流?？梢蕴幚磉@些氣體物流以回收烴。作為結果，可以獲得烴濃度降低的一個或多個尾氣物流。[0011 ]替代地，可以向設施進料天然氣并進行處理以脫除其中的包括H2S在內的雜質。作為結果，可以獲得烴濃度降低的一個或多個尾氣物流。按照本發(fā)明的這個方面，可以將酸性尾氣用作原料通過生產SO2而生產硫酸。因此，至少一部分酸性尾氣物流可以在高溫下如在焚燒器中氧化，以產生可進料至硫酸生產裝置的SO2原料物流。從投資成本和操作成本方面來看，傳統(tǒng)的克勞斯裝置成本很高。本方面的優(yōu)點是可以在簡化的工藝生產路線中且不產生元素硫的情況下生產硫酸。
[0012]在另一個方面，本發(fā)明概括地涉及由優(yōu)選源自油和氣設施的酸性尾氣生產肥料的方法。
[0013]在本發(fā)明的一個實施方案中，酸性尾氣的非限定性來源包括由天然氣處理、頁巖氣處理、頁巖油伴生氣處理、煉廠酸性氣體物流、來自常規(guī)油田的伴生氣、來自氣化的合成氣處理、酸性氣體脫除裝置(與上述組合)和酸性氣富集裝置(與上述組合)產生的尾氣。在本發(fā)明的一個特定的實施方案中，酸性尾氣由油和氣設施獲得。
[0014]在本發(fā)明的另一個實施方案中，除了H2S外，酸性尾氣還可以包含COS和/或其它還原態(tài)硫物質。所述COS和/或其它還原態(tài)硫物質可以與氣體的剩余部分和H2S分離，并單獨送至焚燒器氧化。
[0015]在本發(fā)明的另一個實施方案中，所生產的硫酸可以轉化為肥料和/或用于各種化學和/或治金過程如選礦(如浮洗)中或作為商品銷售。
[0016]在另一個實施方案中，可以應用廢熱提供熱源，例如通過間接換熱產生蒸汽、熱的工藝物流等。
[0017]在本發(fā)明的一個實施方案中，所述酸性尾氣還可以包含更多硫源，其非限定性的例子包括C0S、CS2和RSH。
[0018]在一個實施方案中，所述酸性尾氣包含1-50VOI%的H2S。在另一個實施方案中，所述酸性氣體包含10-35￥01%的出3。
[0019]按照這一方面，提供一種生產硫酸的方法，所述方法包括:
[0020](a)由油和氣設施獲得包含H2S或還原態(tài)硫物質或其組合的酸性尾氣物流；
[0021 ] (b)使所述酸性尾氣物流發(fā)生氧化和獲得包含SO2的氧化的氣體物流;和，
[0022](c)應用所述氧化的氣體物流獲得硫酸和SO2減少的尾氣物流。
[0023]在一個實施方案中，所述方法還包括使所述氧化的氣體物流進行可再生的吸收過程，優(yōu)選為可再生胺吸收過程，和獲得富含SO2的氣體物流和SO2減少的氧化的氣體物流，和步驟(C)包括將富含SO2的氣體物流進料至硫酸生產裝置和獲得硫酸和SO2減少的尾氣物流。
[0024]在另一實施方案中，所述方法還包括使至少一部分SO2減少的尾氣物流循環(huán)以獲得更多硫酸?？梢詫⒅辽僖徊糠諷O2減少的尾氣物流循環(huán)至硫酸生產裝置。
[0025]在另一實施方案中，所述方法還包括使至少一部分SO2減少的尾氣物流進行SO2洗滌過程并獲得富含SO2的尾氣物流，和將至少一部分富含SO2的尾氣物流循環(huán)以獲得更多的硫酸。所述SO2洗滌可以包括可再生胺吸收過程。步驟(b)可以包括將原料氣體物流進料至火Λτη研ο
[0026]在另一實施方案中，所述方法還包括應用至少一部分硫酸生產肥料。
[0027]在另一實施方案中，所述方法還包括應用至少一部分硫酸在為油和氣設施一部分或鄰近油和氣設施的設施處生產肥料。
[0028]在另一實施方案中，所述方法還包括使至少一部分SO2減少的尾氣物流進行SO2吸收過程和獲得SO2進一步減少的尾氣物流。
[0029]在另一實施方案中，氧化和/或硫酸生產裝置產生的熱用于可再生吸收過程中。
[0030]在另一實施方案中，可再生吸收過程排出的水用于硫酸生產裝置中。
[0031]通過僅參考附圖，在閱讀了如下以舉例方式給出的本發(fā)明示例性實施方案的非限定性描述后，本發(fā)明的上述和其它目的、優(yōu)點和特征將會變得更明顯。
【附圖說明】
[0032]圖1的示意圖為按本發(fā)明一個實施方案由酸性尾氣生產硫酸的方法。
[0033]圖2的示意圖為按本發(fā)明一個實施方案可應用的可再生二氧化硫過程。
[0034]圖3的示意圖為按本發(fā)明一個實施方案由酸性尾氣生產硫酸的方法。
【具體實施方式】
[0035]圖1例舉了本發(fā)明的一個實施方案，其中進入的烴原料10在油和氣設施中處理，獲得酸性尾氣物流22、28。正如其中所示，油和氣煉廠12包括氣/液分離單元14，它產生可包括例如天然氣或其它含高濃度甲烷的烴氣體的氣體物流16和氣體減少了的液體物流18，液體物流18可以在煉廠20中處理，以獲得一個或多個酸性氣體物流22和一個或多個液體產品物流24。取決于提供的原料10，煉廠20可以包括各種設計，和可以包括各種加氫裂化和/或加氫精制和/或加氫處理單元。將會理解的是所述氣體物流16可能含有高濃度的包括H2S的雜質，和該氣體物流可以在例如洗滌單元26中處理，以生產雜質濃度降低了的產品烴29物流和尾氣物流28。
[0036]以物流的總組成為基準，氣體物流22、28可能具有較低濃度的烴，例如烴的濃度可以小于Imol %、或小于0.1mol %、或小于0.0lmol %。以物流的總組成為基準，H2S的濃度可以大于25mol%、大于50mol%、大于75mol%、大于95mol%、或大于0.1和小于0.25mol%。
[0037]例如，物流10和/或物流16可以包括天然氣、主要由天然氣組成或由天然氣組成。天然氣通常包含大量的甲烷，通常大于50mol%、典型地大于70mol%的甲烷。取決于其來源，天然氣可以包含變化量的重于甲烷的烴，如乙烷、丙烷、丁烷和戊烷以及一些芳烴。天然氣也可以包含不同量的硫化氫。例如，一些天然氣田包含硫化氫體積含量為15-30 %的天然氣。氣體也可以包含其它非烴雜質如H20、N2、C02等。
[0038]與優(yōu)質天然氣的可獲得性下降相關，獲取的天然氣的雜質含量傾向于隨時間逐漸增加。另外，環(huán)境法規(guī)對于燃燒氣體的雜質含量的要求變得越來越嚴格。作為結果，為了產生具有理想規(guī)格的產品氣體，越來越有必要對天然氣進行處理以從中脫除雜質氣體。
[0039]正如圖1所示，酸性尾氣物流28和/或22在如焚燒器30中進行氧化，在其中利用含氧氣體如空氣進行燃燒，以產生包含SO2的氧化的氣體物流32。焚燒器30可以為本領域中已知的任何設計。含氧氣體可以是純氧和/或空氣和/或富氧空氣。為了省掉分離空氣以提供富氧空氣或純氧的需求，優(yōu)選的是應用空氣燃燒硫化氫。產生的熱煙道氣可能具有400-1100°C的溫度。可以回收熱煙道氣的熱量，和例如可以用于熱回收蒸汽發(fā)生器中以產生蒸汽。
[0040]可以將氧化的氣體物流32送至硫酸生產裝置34，以脫除氧化的氣體物流32中的二氧化硫并用于產生硫酸物流36和SO2減少的尾氣物流44。硫酸生產裝置34可以為本領域中已知的任何設計。例如