CN102431971B - 可调节地处理酸性气体的方法和装置 - Google Patents

可调节地处理酸性气体的方法和装置 Download PDF

Info

Publication number
CN102431971B
CN102431971B CN201110230657.3A CN201110230657A CN102431971B CN 102431971 B CN102431971 B CN 102431971B CN 201110230657 A CN201110230657 A CN 201110230657A CN 102431971 B CN102431971 B CN 102431971B
Authority
CN
China
Prior art keywords
gas
material stream
poor
removes
sour gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201110230657.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102431971A (zh
Inventor
C·L·谢菲尔
A·D·赖特
K·B·富加什
J·W·克卢斯特曼
J·R·赫夫顿
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Air Products and Chemicals Inc
Original Assignee
Air Products and Chemicals Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Air Products and Chemicals Inc filed Critical Air Products and Chemicals Inc
Publication of CN102431971A publication Critical patent/CN102431971A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102431971B publication Critical patent/CN102431971B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10K—PURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
    • C10K1/00—Purifying combustible gases containing carbon monoxide
    • C10K1/002—Removal of contaminants
    • C10K1/003—Removal of contaminants of acid contaminants, e.g. acid gas removal
    • C10K1/004—Sulfur containing contaminants, e.g. hydrogen sulfide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/04—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
    • B01D53/047—Pressure swing adsorption
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/50—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification
    • C01B3/501—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification by diffusion
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/50—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification
    • C01B3/506—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification at low temperatures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/50—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification
    • C01B3/56—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification by contacting with solids; Regeneration of used solids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/50—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification
    • C01B3/56—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification by contacting with solids; Regeneration of used solids
    • C01B3/58—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification by contacting with solids; Regeneration of used solids including a catalytic reaction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2256/00—Main component in the product gas stream after treatment
    • B01D2256/16—Hydrogen
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/30—Sulfur compounds
    • B01D2257/304—Hydrogen sulfide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/50—Carbon oxides
    • B01D2257/504—Carbon dioxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0405—Purification by membrane separation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/042—Purification by adsorption on solids
    • C01B2203/043—Regenerative adsorption process in two or more beds, one for adsorption, the other for regeneration
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0435—Catalytic purification
    • C01B2203/045—Purification by catalytic desulfurisation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/046—Purification by cryogenic separation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0465—Composition of the impurity
    • C01B2203/0475—Composition of the impurity the impurity being carbon dioxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0465—Composition of the impurity
    • C01B2203/0485—Composition of the impurity the impurity being a sulfur compound
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/151—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions, e.g. CO2

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Industrial Gases (AREA)
  • Treating Waste Gases (AREA)
  • Gas Separation By Absorption (AREA)

Abstract

本发明涉及可调节地处理酸性气体的方法和装置，尤其涉及处理包含CO2、H2S和H2的进料气体以产生富H2产物和贫H2S的CO2产物。分离该进料气体以提供富H2产物和酸性气体料流。将酸性气体料流分成两部分，其中之一在H2S脱除系统中加工以形成一个或多个脱硫气体料流，另一部分绕过H2S脱除系统，脱硫气体料流和绕过H2S脱除系统的酸性气体料流随后再合并形成贫H2S的CO2产物气体。响应酸性气体的H2S含量的变化调节酸性气体在送入H2S脱除系统与绕过H2S脱除系统之间的分配，以减轻或消除所述变化对贫H2S的CO2产物气体的H2S含量的影响。

Description

可调节地处理酸性气体的方法和装置
技术领域
本发明涉及用于分离包含二氧化碳(CO2)、硫化氢(H2S)和氢气(H2)的进料气体以形成富H2的产物气体和与进料气体相比贫H2并富CO2和H2S的酸性气体和用于可调节地处理所述酸性气体以产生贫H2S的CO2产物气体的方法和装置。本发明特别用于分离和处理获自碳质原料的气化或重整的酸性合成气混合物。
背景技术
通过重整或气化碳质原料来生产合成气是公知的。如果原料含硫，如固体(例如煤、石油焦)或重质液体(例如沥青质)气化原料的常见情况那样，这种工艺产生含有氢气(H2)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、硫化氢(H2S)和通常其它物类，如甲烷(CH4)、硫化羰(COS)和二硫化碳(CS2)的初始合成气体料流。通常，随后对该初始合成气混合物(粗制合成气)施以进一步处理。特别地，可以对该初始合成气混合物施以水煤气变换反应，其中初始合成气混合物中存在的至少一部分CO通过在合适的变换催化剂存在下与H2O反应来转化成另外的CO2和H2。这种工艺还会通过在水煤气变换反应过程中合成气中的其它硫物类(如COS和CS2)的附带转化产生另外的H2S。
由于担心温室气体排放，越来越希望在使用剩余的富H2产物(主要包含H2或H2和CO的混合物)作为燃烧燃料或用于化学品生产或精炼用途之前从合成气中除去CO2。可以压缩CO2以便储存在地下或用于提高油采收率(EOR)。还可能必须从合成气中除去H2S。如果该富H2产物要用于化学品生产或精炼，则如果存在H2S，其可能是这些下游工艺的毒物。同样地，如果该富H2产物要在燃气轮机中燃烧产生动力，则如果存在H2S，其会转化成SOx(SO2和SO3)，对它们有排放限额，因此可能需要使用昂贵脱硫技术从燃烧废气中除去。同样地，与CO2一起储存H2S可能不实际或不允许。因此，还必须找到在管道运输或地质封存之前从CO2中成本有效地除去H2S的解决方案。
目前用于从酸性合成气混合物中捕获CO2和H2S的最常用的商业解决方案使用物理溶剂(即液体溶剂)吸收法，也称作酸性气体脱除(AGR)法，如SelexolTM或以将H2S、CO2和产物H2选择性分离成不同料流。通常通过与尾气处理单元(TGTU)联合的克劳斯法进一步处理典型含有大约20-80摩尔％H2S的富H2S料流以产生硫。典型压缩该CO2料流以符合管道或储存规格，并将产物H2作为燃料送往发电用的燃气轮机，或可通过变压吸附(PSA)进一步加工以实现用于精炼用途的“spec”纯度(典型地99.99摩尔％或更高)。但是，这种AGR法的缺点在于它们昂贵并具有相当大的功率消耗。
如上所述，除去获自AGR法的富H2S料流中所含的H2S的典型方法是使用克劳斯法转化成元素硫。这种方法如公知的那样典型地包括初始热步骤，接着一个或多个催化步骤。在热步骤中，该富H2S料流在高温下在亚化学计量燃烧中反应以将一部分H2S转化成SO2。控制燃烧过程中氧化剂(即O2)与H2S的比率以使所有H2S的总共1/3转化成SO2。这为后继催化步骤提供恰当的2∶1H2S∶SO2摩尔比。更具体地，在所述后继催化步骤中，使获自热步骤的H2S/SO2的2∶1混合物在合适的催化剂(例如活性铝(III)或钛(IV)氧化物)上反应以经由反应2H2S+SO2→3/8S8+2H2O将H2S和SO2转化成元素硫。该克劳斯法通常实现高(例如94至97％)但不完全的硫回收水平，因此，如上所述，通常还使用TGTU以从克劳斯工艺尾气中回收和/或除去残留H2S。
当要生产大于20短吨/天(tpd)硫(大约18000千克/天硫)时和当该工艺的进料中的H2S浓度大于10摩尔％，更优选大于20摩尔％时，克劳斯法的经济最大化。对小于20tpd(18000千克/天)硫的生产率而言和/或对H2S浓度更稀的进料流而言，其它更经济的除硫手段通常是优选的。典型地，这些是可再生类型或“一次性(once-and-done)”清除类型的催化剂基方法，并根据所处理的气体的加工条件而需要不同程度的工艺复杂性和运行成本。典型地，这些方法最适合处理H2S浓度小于5％的进料，和用于要生产小于20tpd(18000千克/天)的工艺(尽管已设计和建造更大的单元)。这些方法典型地能从进料中除去99％或更多的H2S。此类H2S处置技术的工业认可的实例包括LO-CAT和Stretford工艺。
用于从混合物中分离H2S和/或其它含硫化合物的已知现有技术方法的具体实例包括下列。
US-A1-2007/0178035，其公开内容经此引用并入本文，描述了处理包含H2、CO2和至少一种选自H2S、CO和CH4的可燃气体的气体混合物的方法。优选通过变压吸附(PSA)分离可获自碳质原料的部分氧化或重整的气体混合物，以产生分离的H2气体和包含可燃气体的粗制CO2气体。该粗制CO2气体随后在O2存在下燃烧以产生热和包含可燃气体燃烧产物的CO2产物气体。通过与分离的H2气体或由其衍生的气体间接热交换，回收来自至少一部分该CO2产物气体的热。当可燃气体是或包括H2S时，燃烧产物包括SO2和SO3(SOx)。在一个实施方案中，随后通过用水洗涤CO2产物气体以冷却该气体和除去SO3并将冷却的无SO3的气体在O2、水和NOx存在下保持在升高的压力下以将SO2和NOx转化成硫酸和硝酸来除去SOx，由此获得无SOx、贫NOx的CO2气体。
该文献中描述的方法因此是离开PSA的酸性尾气体料流中的H2S在燃烧形成SOx后最终转化成硫酸的一种硫处置途径。这种方法是常规元素硫处置途径的替代方案并另外可应付稀H2S浓度以及不同的硫总量。但是，市场状况可能限制这种硫处置途径的经济可行性，因为由这种方法产生的酸可能无法出售或品质差到可能需要昂贵的中和和处置。
US-B2-6,818,194描述了从酸性气体中除去H2S的方法，其中将酸性气体送入吸收器，在此通过包含元素硫的有机溶剂、溶解的元素硫、驱动被该液体吸收的H2S与溶解的硫之间的反应(以形成可溶于该吸收液的非挥发性多硫化物)的有机碱和防止形成多硫化物油的增溶剂的非水吸收液从该气体中除去H2S。该方法进一步包括将SO2添加到吸收器中以将多硫化物氧化成元素硫，由此通过降低H2S的平衡背压来实现H2S的更完全化学转化。来自吸收器的脱硫气离开该工艺，随后冷却吸收剂料流并送入结晶器以结晶足以平衡之前吸收的H2S量的硫。
在这种方法中，吸收器进料流中H2S/SO2的最佳摩尔比与克劳斯法的催化阶段的相同，即2∶1。在一个实施方案中，该方法用于已含有2∶1H2S/SO2摩尔比的进料流，如该进料流是运行产生具有这种组成的尾气的克劳斯工艺的尾气。在另一实施方案中，该方法可用于含H2S的进料流，在该料流流经吸收器之前先向其中加入SO2以获得所需2∶1比。可以实现这一点的一种示例性方式是将进料流分成两个料流，使所述料流之一经过催化氧化反应器以将其中所含的至少一部分H2S转化成SO2，随后再合并这些料流。
US-A-4,356，161描述了降低包含CO2、H2S和COS的高CO2含量进料气体料流的总硫含量的方法。首先将该进料气体送往吸收塔，在此使其与对H2S呈选择性的可再生的液体聚链烷醇胺吸收剂接触。随后将包含CO2和COS并基本不含H2S的未吸收的气体料流送往还原步骤，在此将其与克劳斯废气合并并将COS还原成H2S。随后将该处理过的气体送往第二吸收塔并将未吸收的气体排放到大气中。来自这两个吸收塔的富H2S溶剂在共用汽提塔中汽提并将富H2S气体送往克劳斯单元以转化成元素硫。该文献中描述的吸收法在工业中常被称作“酸性气体富集”法。
US-A-5,122,351描述了对通过转化成元素硫来除去H2S的已知LO-CAT和Stretford方法的细化，由此回收和再使用所述方法中所用的催化多价金属氧化还原溶液。这通过在硫洗涤/过滤/回收工艺中插入闭环蒸发器/冷凝器工艺来实现以便将用于提纯硫的洗水和从硫熔炉中回收的任何多价金属氧化还原溶液送入蒸发器以将该氧化还原溶液浓缩至能有效吸收H2S的浓度并将该蒸发器中蒸发的水冷凝为用于洗涤和/或过滤回收的硫的纯水。
US-A1-2010/0111824描述了由烃质进料，如炼油厂残渣、石油、天然气、石油气、石油焦或煤制造H2的方法。在示例性实施方案中，通过气化渣油、骤冷粗合成气和对骤冷的合成气施以水煤气变换反应来形成包含H2、CO、CO2和H2S的粗制合成气。该合成气经由PSA分离成H2产物和富含CO2并还含有H2S、H2和CO的尾气。将该PSA尾气与克劳斯工艺尾气混合并将该混合物供应至尾气净化阶段，其使用液体溶剂，如MDEA或Flexsorb从气体混合物中选择性洗出H2S。随后从溶剂中释放H2S并添加到克劳斯工艺的进料流中。
US-A-5,248,321描述了从气体混合物，如来自发电厂的烟气、熔炉气体和各种工业操作排放的其它气体中除去硫氧化物的方法。该方法包括使该气体混合物与基本疏水的非官能化聚合吸着剂，如苯乙烯聚合物接触，该吸着剂可用在PSA系统中以选择性吸附SO2。富SO2的解吸流可以与合适量的H2S一起送入克劳斯反应器以产生元素硫和水。
US-B2-7,306,651描述了使用PSA单元与膜的组合分离包含H2S和H2的气体混合物。PSA将进料流分离成H2流和两个富H2S流。一个富H2S流作为废物流回收，第二个压缩并经过膜以除去H2。H2S随后在压力下供应至PSA单元以供冲洗，H2送回PSA单元以供吹扫。该气体混合物可以例如是获自炼油厂中的加氢脱硫工艺的料流。可以将富H2S的废料流送入炼油厂的燃料/酸性气体管道之一中。
EP-B1-0444987描述了从煤气化产生的合成气体料流中分离CO2和H2S。含有H2S的该合成气体料流在催化CO-变换反应器中与蒸汽反应以将该料流中的基本所有CO转化成CO2。将该变换的料流送往PSA单元，其优先于H2吸附CO2和H2S，以将所述料流分离成H2产物气体和含CO2和H2S的料流。将含CO2和H2S的料流送往第二PSA单元，其优先于CO2吸附H2S，以提供据称具有高纯度的CO2产物和含H2S的料流，将后者送往克劳斯单元以将H2S转化成元素硫。
EP-A1-0633219描述了从含有硫化合物的气体料流，如来自克劳斯法的废气中除去硫化合物的方法。该方法包括下列步骤：(a)通过燃烧不同于SO2的硫化合物以形成SO2并将SO2催化氧化成随后在水中形成硫酸的SO3，将硫化合物转化成硫酸；(b)将硫酸与气体料流分离；和(c)将该硫酸供应到克劳斯法的热阶段中以使硫酸与硫化氢反应形成元素硫。
类似地，US-A-4,826,670描述了通过将硫酸流引入反应炉(克劳斯法的热阶段)以缓和氧诱发的高温来改进富氧克劳斯工艺的方法，其能使克劳斯工艺中的氧富集和附随吞吐量达到更高水平。
工业必须在选择用于加工酸性进料的技术时寻求精妙的平衡。成功的方案必须在确保所选技术能够适当和稳定地满足日益严格的排放标准的同时使资本和运行成本最小化。H2S处置技术的最终选择可如上所述取决于被处理的酸性气体料流中存在的H2S浓度。如果要捕获CO2(用于地下储存或提高油采收率)，CO2产物中H2S的存在涉及规章问题且必须原位采取仔细的设计措施以确保产品纯度合格。当考虑到酸性气体料流中的H2S量可随原料差异和用于制造和/或分离酸性气体的方法中的差异而变时，这变成更加复杂的问题。H2S量的显著变化又可以导致H2S脱除法变得经济上不利和/或危害产品纯度和/或排放标准。
本发明的实施方案的一个目的是提供能在符合空气排放标准和/或CO2纯度规格并实现优于常规酸性气体加工技术的成本优点的同时顺应酸性气体的H2S含量变化的方法和装置。
本发明的实施方案的一个目的是提供能够加工来自具有不同组成的不同原料的酸性气体料流的方法和装置。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供处理包含CO2、H2S和H2的进料气体以产生富H2产物和贫H2S的CO2产物的方法，该方法包括：
分离进料气体以形成富H2的产物气体料流和酸性气体料流，该酸性气体也包含CO2、H2S和H2但与进料气体相比贫H2并富H2S和CO2；
将该酸性气体料流分成两部分；
在H2S脱除系统中加工所述酸性气体料流的一个部分以形成与进料气体相比贫H2S和富CO2的一个或多个脱硫气体料流；
使所述酸性气体料流的另一部分绕过H2S脱除系统；和
合并所述脱硫气体料流与绕过H2S脱除系统的所述酸性气体以形成贫H2S的CO2产物气体料流；
其中响应酸性气体的H2S含量的变化调节酸性气体在送往H2S脱除系统并在其中加工与绕过所述系统之间的分配，以致如果H2S含量提高则提高与绕过所述系统相比在H2S脱除系统中加工的酸性气体的比例，如果H2S含量降低，则降低该比例。
根据本发明的第二方面，提供处理包含CO2、H2S和H2的进料气体以产生富H2的产物气体和贫H2S的CO2产物气体的装置，该装置包含：
用于分离进料气体以形成富H2的产物气体料流和酸性气体料流的变压吸附(PSA)系统，该酸性气体包含CO2、H2S和H2但与进料气体相比贫H2并富H2S和CO2；
用于加工一部分酸性气体以形成与进料气体相比贫H2S和富CO2的一个或多个脱硫气体料流的H2S脱除系统；
用于将一部分所述酸性气体转移到H2S脱除系统中并使另一部分所述酸性气体绕过H2S脱除系统的导管装置；
可调节地控制所述酸性气体在送往H2S脱除系统与绕过所述系统之间的分配的阀系统；和
用于从H2S脱除系统中提取一个或多个脱硫气体料流并将所述料流与绕过H2S脱除系统的酸性气体合并形成贫H2S的CO2产物气体的导管装置。
附图说明
图1是描绘本发明的一个实施方案的流程图；
图2是描绘本发明中可用的一种类型的H2S脱除系统的运行的流程图；且
图3是描绘本发明中可用的另一类型的H2S脱除系统的运行的流程图。
具体实施方式
本发明提供处理包含CO2、H2S和H2的进料气体以产生富H2产物和贫H2S的CO2产物的方法和装置。该方法包括：
分离进料气体以形成富H2的产物气体料流和酸性气体料流，该酸性气体也包含CO2、H2S和H2但与进料气体相比贫H2并富H2S和CO2；
将该酸性气体料流分成两部分；
在H2S脱除系统中加工所述酸性气体料流的一个部分以形成与进料气体相比贫H2S和富CO2的一个或多个脱硫气体料流；
使所述酸性气体料流的另一部分绕过H2S脱除系统；和
合并所述脱硫气体料流与绕过H2S脱除系统的所述酸性气体以形成贫H2S的CO2产物气体料流；
其中响应酸性气体的H2S含量的变化调节酸性气体在送往H2S脱除系统并在其中加工与绕过所述系统之间的分配，以致如果H2S含量提高则提高与绕过所述系统相比在H2S脱除系统中加工的酸性气体的比例，如果H2S含量降低，则降低该比例。
该方法因此解决经济地并在仍允许组成(特别地，H2S含量)变化的同时按符合空气排放标准和/或CO2产物纯度规格(例如用于地下储存或EOR)的要求分离和处理酸性气体的问题。这通过使一部分酸性气体绕过H2S脱除系统以便在H2S脱除系统中仅处理一部分酸性气体和通过响应酸性气体的H2S含量的变化调节在H2S脱除系统中处理的酸性气体的比例(即当H2S含量提高时将相对更多的酸性气体送往脱除系统且较少的绕过，和在H2S含量降低时将相对较少的酸性气体送往脱除系统且较多的绕过)以减轻或消除所述变化对贫H2S的CO2产物的H2S含量的影响来实现。由此，在H2S含量提高时仍可将酸性气体的H2S含量降至符合空气排放标准和/或CO2产物纯度规格所必需的水平，同时在酸性气体的H2S含量较低时避免不必要的或“过度的”H2S脱除程度(和相关的额外运行成本)。因此，在实现成本优点的同时保持排放标准和/或产物纯度规格。
如上所述，可能造成酸性气体组成变化的上游工艺变化包括，但不限于，获得(例如通过气化或重整)进料气体(例如酸性合成气混合物)用的原料(例如煤、石油焦、沥青质)的变化、上游单元(例如气化器/重整器、水煤气变换单元、变压吸附器或其它分离装置)中的不良性能或劣化或其它工艺干扰。可以使用本领域普通技术人员已知的标准H2S-分析器监测H2S含量的变化。可以在任何合适的位置监测H2S含量。例如，可以通过监测该料流的含量来直接监测酸性气体料流的H2S含量。或者，其可通过监测进料气体和/或贫H2S的CO2产物料流的H2S含量来间接监测。
如本文所用(和如本领域中所用)的术语“酸性”是指包含H2S的气体或料流。同样地，术语“脱硫”是指已从中除去至少一部分，优选基本全部，或全部H2S的气体或料流。
进料气体如上所述包含至少CO2、H2S和H2。进料气体优选包含大约10至大约65摩尔％CO2，更优选大约10至大约45摩尔％CO2。进料气体优选包含最多大约3摩尔％或最多大约1.5摩尔％H2S，优选包含至少大约50ppm H2S。进料气体优选包含至少大约30摩尔％，更优选至少大约50摩尔％H2。进料气体优选是获自碳质原料的气化或重整并可经过进一步工艺，例如水煤气变换反应(以将最初制成的粗制合成气中存在的一部分或所有CO转化成CO2和H2)的气体混合物。进料气体优选是酸性合成气混合物(其因此除所述CO2、H2S和H2外还含有至少一些CO)。进料气体还可例如含有：其它含碳物类，如CH4；其它含硫物类，如COS和CS2；惰性气体，如Ar和/或N2；和/或水。
如果进料气体还含有其它含硫物类(除H2S外)，优选在本发明的方法中以与H2S相同的方式处理这些。因此，当例如料流在本文中被指出富集、脱除、贫或不含H2S时，所述料流优选也富集、脱除、贫或不含所有其它含硫物类(如果存在)；当在本文中提到吸附、除去或燃烧H2S时，则优选也吸附、除去或燃烧其它含硫物类(如果存在)。此外，当在本文中提到H2S的最大ppm或摩尔％时，这些优选也代表所述气体或料流中的所有含硫物类(总计)的最大ppm或摩尔％。因此，例如，当进料气体还含有其它含硫物类时，该进料气体优选包含最多大约3摩尔％，更优选最多大约1.5摩尔％的含硫物类(总计)。
富H2的产物气体与进料气体相比富集H2(即其具有比进料气体高的H2摩尔％)。其也与进料气体相比贫H2S和CO2(即其具有比进料气体更低的H2S摩尔％和更低的CO2摩尔％)。其优选不含或至少基本不含H2S。例如，富H2的产物气体优选具有小于大约20ppm，更优选小于大约10ppm，最优选小于大约5ppm的H2S浓度。其也不含或至少基本不含CO2。当进料气体还含有CO时，该富H2的产物气体可以根据所述产物的所需最终用途与进料气体相比富CO或贫CO(或甚至两者都不)。但是，通常优选的是，当进料流含有多于微小量的CO时，该富H2的产物气体富CO以及H2。因此，通常优选的是，只有在进料气体具有大约5摩尔％或更小，更优选大约2摩尔％或更小，最优选大约1摩尔％或更小的CO浓度时该富H2的产物气体才与进料气体相比不富集CO。
优选地，富H2的产物气体中的H2回收率(即在富H2产物中回收的进料气体中存在的H2百分比)为至少大约80％，更优选至少大约85％，更优选至少大约90％，最优选至少大约95％。如果进料流含有CO且希望富H2产物富集CO以及H2，该富H2产物中H2和CO的总回收率(即在富H2产物中回收的进料气体中存在的H2和CO(合计)的百分比)优选为至少大约75％，更优选至少大约80％，最优选至少大约90％。可以由进料气体和富H2的产物气体中相关组分(一种或多种)的摩尔数计算组分或组分组合在该富H2的产物气体中的回收百分比。因此，如果例如进料气体含有25kmol/hr的H2和25kmol/hr的CO且富H2的产物气体包含23kmol/hr的H2和20kmol/hr的CO，在这种情况下在富H2的产物料流中会回收92％的H2和在富H2的产物料流中会回收86％的H2和CO(合计)。
富H2的产物气体优选包含至少大约90摩尔％H2或H2和CO的混合物并不含或至少基本不含H2S。富H2的产物气体可例如包含多于大约90摩尔％H2，如该富H2气体要用作在例如燃气轮机中燃烧和膨胀以产生动力用的燃料时情况可能如此。或者，该富H2气体可例如包含多于大约99.99摩尔％H2，如该富H2气体要用于化学品或精炼用途而无需进一步提纯时情况可能如此。或者，该富H2气体可例如包含至少大约90摩尔％，更优选95摩尔％的H2和CO的混合物，具有产物预期用途所需的CO∶H2比，如大约1∶3至大约3∶1，更优选大约1∶1至大约1∶2.5的CO∶H2比(例如费托法中所需的那样)。
该酸性气体如上所述包含CO2、H2S和至少一些H2，尽管其与进料气体相比贫H2并富H2S和CO2(即具有比进料气体更低的H2摩尔％和更高的H2S和CO2摩尔％)。该酸性气体优选含有最多大约30摩尔％H2，典型地含有至少大约5摩尔％H2。该酸性气体优选包含最多大约6摩尔％，更优选最多大约3摩尔％或最多大约1摩尔％H2S，该酸性气体优选包含至少大约100ppm，更优选至少大约0.5摩尔％H2S。该酸性气体优选包含至少大约80摩尔％CO2。该酸性气体可进一步包含如进料气体中可能已存在的其它含碳物类，如CO和/或CH4，和/或其它含硫物类，如COS和/或CS2。当酸性气体料流中存在CO和/或CH4时，该料流优选包含最多大约15摩尔％的CO、CH4或两者的组合。
由在H2S脱除系统中加工酸性气体以从中除去H2S而获得的所述或各脱硫气体料流如上所述与进料气体相比贫H2S。如同形成它或它们用的酸性气体那样，所述或各脱硫气体料流与进料气体相比还富CO2和贫H2。所述或各脱硫气体料流优选不含或基本不含H2S。H2S脱除系统优选除去在所述系统中加工的酸性气体中存在的H2S的至少大约90％，更优选至少大约97％，最优选至少大约99％，以使在脱硫气体料流中或如果产生多于一个料流，在合计的料流中回收的该酸性气体中存在的H2S的百分比优选为最多大约10％，更优选最多大约3％，更优选最多大约1％(通常可由要加工的酸性气体中存在的H2S的摩尔数与脱硫气体料流或脱硫气体料流的组合中存在的H2S的摩尔数计算H2S的回收百分比)。不言而喻地，未加工绕过H2S脱除系统的酸性气体料流来从中除去H2S。
该贫H2S的CO2产物气体优选具有最多大约200ppm，更优选最多大约100ppm的H2S浓度。该贫H2S的CO2产物气体优选具有最多大约4摩尔％，更优选最多大约1摩尔％的H2浓度。
在优选实施方案中通过变压吸附(PSA)分离进料气体以形成富H2的产物气体料流和酸性气体料流。使用变压吸附分离出富H2产物与使用如标准商业布置中所用的液体溶剂吸收法(由此，如上所述，使用液体溶剂吸收法将进料分离成独立的H2S、CO2和H2料流，接着在克劳斯单元中处理富H2S料流)相比提供资本和运行成本节省和降低的功率消耗。
实施分离的PSA系统包含选择性吸附CO2和H2S(即优先于H2吸附CO2和H2S)的一种或多种类型的吸附剂。如果该进料气体中存在其它含硫物类，如COS和/或CS2，则使用优选包含也选择性吸附这些附加含硫物类的一种或多种类型的吸附剂的PSA系统。如果该进料气体中还存在CO和/或其它含碳物类，则根据该富H2的产物气体的所需组成，可以使用或不使用选择性吸附一些或所有这些物类的吸附剂。示例性吸附剂包括碳、氧化铝、硅胶和分子筛。例如，如果产物要求是H2/CO混合物，可以使用单层硅胶，如果所需产物是燃气轮机级H2，可以使用单层硅胶或硅胶/碳拼合物(split)，如果所需产物是高纯H2，可以使用硅胶/碳/5A沸石拼合物(split)。适合用作吸附剂的硅胶类型是例如US-A1-2010/0011955中描述的高纯硅胶(大于99％SiO2)，其公开内容经此引用并入本文。
该系统可以如本领域中已知的那样包含多个吸附剂床。例如，该系统可包含多个床，各床的PSA周期大致交错以便在任何时间点始终有至少一个床在进行吸附，至少一个床在进行再生，以使该系统可连续分离供入其中的料流。该系统可包含串联和/或并联布置的床。该PSA系统可包含对要被所述系统选择性吸附的所有组分呈选择性的单一类型吸附剂，或联合提供所需选择性吸附的多于一种类型的吸附剂。当存在多于一种类型的吸附剂时，这些可以混杂和/或布置在床的分开的层/区域中，或存在于串联布置的分开的床中，或以适当和本领域中已知的任何其它方式布置。
该PSA系统可以以与用于将H2与CO2分离的已知PSA系统(在本文中也称作H2-PSA系统)相同的方式运行，采用适合这种技术领域的所有已知的周期选项(例如周期和步骤定时；吸附、平衡、再加压、降压和吹扫步骤的使用、次序和运行；等等)。PSA周期当然典型地包括至少吸附、放空/降压和吹扫步骤。在吸附步骤过程中，进料气体在超大气压下送入进行吸附步骤的床，并选择性吸附CO2、H2S和该吸附剂有选择性的任何其它物类，在此步骤中穿过该床(一个或多个)的至少一部分气体构成所有或至少一部分富H2的产物气体料流。在放空/降压步骤和吹扫步骤中，降低床(一个或多个)中的压力，吹扫气体流过该床(一个或多个)以解吸在前一吸附步骤中吸附的CO2、H2S和任何其它物类，由此再生该床(一个或多个)以准备用于下一吸附步骤，获自放空和/或吹扫步骤的至少一部分气体构成所有或至少一部分酸性气体料流。尽管如上所述，PSA系统中所用的吸附剂对CO2和H2S呈选择性，但由于PSA工艺的运行方式，在酸性气体中仍然还存在一些H2(例如由于一些H2也被吸附，存在于床的空隙空间中，和/或存在于用于吹扫床的气体中)。
适合PSA系统的运行条件也是本领域中已知的。该吸附步骤可以例如通过在大约1-10MPa(10-100巴)绝对压力和大约10-60℃的温度下将进料气体送入该PSA系统来进行，在这种情况下，在大致相同的压力下获得富H2的产物气体。如果需要，该富H2的产物气体可以在所述产物气体投入进一步使用(例如用于化学品或精炼用途)之前膨胀产生动力。
酸性气体典型地在大致大气压或略高于大气压的压力下，即在大致或略高于0.1MPa(1巴)绝对压力下获得，但也可以例如在最多大约0.5MPa(5巴)绝对压力的压力下或在低至大约0.01MPa(0.1巴)绝对压力的亚大气压下(在这种后一情况下该PSA系统是真空变压吸附系统)获得。如果需要，也可以在放空和吹扫步骤中使用更高压力(尽管当PSA的基础压力较高时PSA系统的性能降低，但由于PSA系统的动态容量降低，获自放空和吹扫步骤的气体在更高压力下获得，当需要压缩这些气体以供进一步使用时，这是有益的)。用于吹扫的气体可以在使用前至少部分预热。如果使用加热，则该吹扫气体升至的典型温度为大约150℃至大约300℃。
在优选实施方案中，使用与分离气化器产生的酸性合成气体料流(任选在进一步工艺步骤，如水煤气变换反应后)的PSA系统集成的燃烧化石燃料的气化系统进行该方法以形成富H2的产物气体料流和酸性气体料流。
该方法可进一步包括分离贫H2S的CO2产物气体料流以形成贫H2S、贫H2的CO2产物和包含H2的气体。典型地，该包含H2的气体与进料气体相比富集H2，因此构成第二富H2气体(富H2的产物气体是“第一”富H2气体)。该贫H2S、贫H2的CO2产物优选包含至少大约98摩尔％，更优选至少大约99摩尔％，更优选至少大约99.9摩尔％CO2。该包含H2的气体(第二富H2气体)优选为至少大约60摩尔％，更优选至少大约70摩尔％H2。该包含H2的气体(第二富H2气体)可用于其会具有价值的任何其它工艺。例如，根据其组成，该气体可以：与通过分离进料气体获得的富H2的产物气体(即“第一”富H2气体)掺合；再循环回用于分离进料气体的系统(例如，当所述系统是PSA系统时，该包含H2的气体可以与进料气体合并，在附加吸附步骤中分离以提供另一部分富H2的产物气体和酸性气体，用作PSA周期的冲洗步骤中的冲洗气体或用作PSA周期的再加压步骤中的再加压气体)；和/或用于一个或多个附加工艺。该贫H2S、贫H2的CO2产物可以压缩(或泵抽)至足以封存或用于EOR用途的压力。
该贫H2S的CO2产物气体可例如通过部分冷凝或使用膜分离法分离以形成贫H2S、贫H2的CO2产物和包含H2的气体(第二富H2气体)。
在部分冷凝的情况下，将该贫H2S的CO2产物气体冷却并例如使用一个或多个相分离器和/或蒸馏塔分离成冷凝物和蒸气。较重组分，即CO2和残留H2S浓缩在液相中，其因此形成贫H2S、贫H2的CO2产物，气相形成包含H2的气体(第二富H2气体)。例如在US-A1-2008/0173585和US-A1-2008/0173584中描述了适用于分离贫H2S的CO2产物气体的部分冷凝系统，它们的公开内容经此引用并入本文。
当使用部分冷凝时，同样重要的是，水和可能冻结的其它组分(例如NH3和痕量焦油)不存在在引入部分冷凝系统的贫H2S的CO2产物气体料流中，或仅以足以避免它们冻结和堵塞该冷凝系统热交换器(用于按必要冷却该气体以便随后分离成冷凝物和蒸气)或以其它方式影响该冷凝系统性能的小量存在。为了除去水，可以在该冷凝系统上游的任何位置使用干燥系统，如变温吸附(TSA)或吸收(例如二醇、甘油)系统。
当使用膜分离时，可以使用一个或多个具有选择性渗透率(即对要分离的料流的一种或多种组分比对所述料流的一种或多种其它组分更可透)的膜分离贫H2S的CO2产物气体。例如，可以使用H2可透但CO2大体上不可透的膜和/或反之亦然，如Journal of Membrane Science 327(2009)18-31，“Polymeric membranes for the hydrogen economy：Contemporary approaches and prospects for the future”中所述，其公开内容经此引用并入本文。当例如使用H2可透但比较而言CO2和H2S大体上不可透的膜时，在膜分离法过程中，将贫H2S的CO2产物气体引入(通常在升高的压力下)膜分离系统并通过膜分离成第二富H2气体(在较低压力下从膜的渗透侧获得)和贫H2S、贫H2的CO2产物(在升高的压力下从膜的上游侧获得)。也可以使用氮气“吹扫”料流以提高分离的驱动力，从而对相同的膜表面积在较高压力下获得离开膜分离系统的富H2气体料流。膜分离技术充分记载在文献中并可大致分类为金属、无机物、多孔碳、有机聚合物和混合物或复合材料(参见例如，Membranes forHydrogen Separation，Nathan W.Ockwig和Tina M.Nenoff，ChemicalReviews 2007 107(10)，4078-4110，其公开内容经此引用并入本文)。聚合物膜构成用于本发明的优选类型的膜。
H2S脱除系统可以是适用于加工酸性气体以获得所需脱硫气体料流(一股或多股)的任何类型的系统，并可包含单一类型的系统或两种或更多种不同类型的系统的组合。
在一个实施方案中，该H2S脱除系统可例如包含含有一个或多个H2S选择性吸附剂床的吸附系统，H2S脱除系统中的酸性气体加工包括使酸性气体通过所述吸附剂床以从中吸附H2S和形成所述脱硫气体料流或所述脱硫气体料流之一。
该床(一个或多个)可包含对H2S呈选择性(即优先于CO2吸附H2S)的单一类型的吸附剂或多于一种类型的吸附剂。该系统优选还包含对酸性气体中存在的任何其它含硫物类呈选择性的一种或多种吸附剂(这些吸附剂可以与H2S选择性吸附剂相同或不同，并可以存在于该系统的相同或不同的床中)。该系统可例如使用不可再生类型的吸附剂，例如H2S清除剂，如海绵铁或ZnO，它们一旦被H2S饱和就弃置并更换(尽管在酸性气体包含多于大约100ppm H2S的情况下，优选仅使用任何不可再生的吸附剂作为H2S脱除工艺的最终精制步骤，该H2S脱除系统因此还包括在通过不可再生吸附剂除去残留H2S之前先除去大部分H2S的可再生吸附剂系统或另一类型的H2S脱除系统)。与这种系统一起使用本发明的方法可通过降低可再生吸附剂床必须加工的酸性气体的流速和/或必须更换H2S清除剂的频率来降低资本/运行成本。
在一个实施方案中，该H2S脱除系统可例如包含将H2S转化成元素硫的系统，该H2S脱除系统中的酸性气体加工包括使酸性气体与试剂(例如一种或多种催化剂和/或反应物)接触以将H2S转化成元素硫(可随后通过例如本领域中已知的任何合适的硫处理法除去硫)和形成所述脱硫气体料流或所述脱硫气体料流之一。H2S脱除系统优选包含催化H2S转化成元素硫的催化剂。
用于将H2S转化成元素硫的系统可以例如是通过直接氧化或氧化还原法(即LO-CAT，Sulfa-Treat)将H2S转化成元素硫的系统。这些方法是工业中公知的并通常在包括气体处理、催化剂再生段和硫处理段的三个区段中运行。当酸性气体料流典型地包含小于大约5％时，此类系统的使用可以是优选选项。与这种系统一起使用本发明的方法可通过降低与再生催化剂(在催化剂再生段中)相关的运行成本以及降低除去的硫量由此降低与硫处理段相关的运行成本来降低成本。
当酸性气体除H2S外还含有一种或多种其它含硫物类时，该方法可进一步包括在所述转化系统中加工所述酸性气体前处理要在H2S至元素硫转化系统中加工的一部分或所有酸性气体以将一种或多种所述含硫物类转化成H2S。当相关转化系统的最佳性能需要较高H2S浓度时，这可能特别优选。或者或另外，如果合意，现场可得或可从现场外输入的一个或多个其它含H2S和/或硫物类的气体料流可以与要在转化系统中加工的酸性气体掺合以再提高要在转化系统中加工的所述气体的总H2S浓度。
酸性气体中可能存在的其它硫物类特别如上所述包括COS和CS2。将此类物类转化成H2S的各种方法是已知的并可合适地使用。例如，COS可以在氧化铝和/或二氧化钛催化剂存在下经由水解反应COS+H2O→H2S+CO2转化成H2S和CO2。CS2可通过反应CS2+2H2→2H2S+C还原产生H2S，该反应通常在高温下有利并可以在Co-Mo-Al催化剂上进行。上述水解反应也在高温下有利。
在一个实施方案中，H2S脱除系统可例如包含燃烧系统，其中H2S脱除系统中的酸性气体加工包括在O2存在下燃烧酸性气体以产生热和与进料气体相比贫H2S和H2并包含CO2、SOx和H2O的燃烧流出物，从所述燃烧流出物中除去SOx以形成(由所得贫SOx的燃烧流出物)所述脱硫气体料流或所述脱硫气体料流之一。与这种系统一起使用本发明的方法可通过降低与可能必须或最好和酸性气体一起燃烧以支持酸性气体燃烧(特别是如果酸性气体具有低热值)的修整(trim)燃料(即天然气)的添加相关的运行成本来降低成本。一部分酸性气体绕过燃烧系统也能潜在进一步回收该部分酸性气体中仍存在的氢气(送往燃烧系统的所有或基本所有氢气典型地燃烧形成水)，这可能具有经济益处。
该燃烧系统优选是富氧燃料燃烧系统，由此经由富氧燃料燃烧燃烧酸性气体。本文所用的术语“富氧燃料燃烧”是指其中与酸性气体(构成要燃烧的燃料)混合以为燃烧供氧的氧化剂料流包含多于21摩尔％氧气的燃烧。更优选地，该氧化剂料流为至少大约90摩尔％氧气，最优选至少大约95摩尔％氧气。该氧化剂料流可以是富氧空气、富氧再循环烟气或基本纯或纯的氧气。酸性气体中存在的优选所有或至少基本所有H2S、H2和任何其它可燃组分燃烧形成它们的燃烧产物(在H2S的情况下为SOx和H2O，在H2的情况下为H2O)。因此，优选地，氧化剂料流提供的O2的量超过要燃烧的酸性气体中存在的所有可燃组分的完全燃烧在理论上所需的化学计算量。
在此实施方案中，该方法优选进一步包括使燃烧流出物通过热交换器以经由间接热交换从中回收热。回收的热可用于各种用途。例如，回收的热可用于生成蒸汽(其又可例如用于汽轮机以产生动力)、供应给其它工艺和/或与其它工艺料流交换。
优选通过冷却该燃烧流出物以冷凝出水和将SO3转化成硫酸(典型地，这在与最初用于以上述方式从燃烧流出物中回收有用的热的任何热交换器分开的热交换器中进行)并使该冷却的燃烧流出物在O2、水和任选NOx存在下在升高的压力下保持足以将SO2转化成亚硫酸和/或将SO2转化成硫酸和将NOx转化成硝酸的时间来从所述燃烧流出物中除去SOx。
这种除去SOx的方法特别可以是如US-A1-2007/0178035中描述的方法，该方法的优选特征因此如该文献中所述。特别地，优选除去至少基本所有(和通常所有)的SOx和大部分，通常大约90％的任何NOx。该燃烧流出物通常在大约0.1MPa(1巴)至大约0.7MPa(7巴)，更通常大约0.1MPa(1巴)至大约0.2MPa(2巴)的压力下产生，至少部分取决于将该酸性气体料流引入燃烧系统时的压力，并可以压缩至升高的压力。该升高的压力通常为至少大约0.3MPa(3巴)，优选大约1MPa(10巴)至大约5MPa(50巴)。在压力升高后气体组分与液态水之间的接触时间(或“停留时间”)影响SO2转化成H2SO4和NOx转化成HNO3的程度，不大于60秒的总“停留”时间通常足以实现SO2/NOx的最大转化。逆流式气体/液体接触装置，如塔或洗涤塔能使水与气体组分密切混合以连续除去SO2和NOx，因此构成适合提供转化所需的接触时间的装置。可以添加转化所需的O2，尽管燃烧流出物中可能存在一定量的O2，例如当在燃烧过程中使用化学计算过量的O2时。在燃烧流出物中存在水作为燃烧产物之一，但如果需要，可以进一步添加水。同样地，在燃烧流出物中可能已存在NOx，和/或可按需要添加。
在一个实施方案中，该H2S脱除系统可以例如包含燃烧系统和用于通过与SO2、硫酸和/或亚硫酸反应来将H2S转化成元素硫的系统。要在H2S脱除系统中加工的酸性气体在这种情况下分成两个料流，所述加工包括：
在H2S至元素硫系统中使酸性气体料流与SO2、硫酸和/或亚硫酸接触以将H2S转化成元素硫(该硫可随后通过例如本领域中已知的任何合适的硫处理法除去)并形成所述脱硫气体料流或所述脱硫气体料流之一；和
在燃烧系统中在O2存在下燃烧另一酸性气体料流以产生热和与进料气体相比贫H2S和H2并包含CO2、SOx和H2O的燃烧流出物，和(i)将至少一部分燃烧流出物或从该燃烧流出物中分离的富SO2料流引入H2S至元素硫转化系统以提供与H2S反应用的至少一部分所述SO2；和/或(ii)将燃烧流出物中的SOx转化成硫酸和/或亚硫酸，并将至少一部分所述酸引入H2S至元素硫转化系统以提供与H2S反应用的至少一部分所述酸。
根据此实施方案的方法因此与US-A1-2007/0178035中描述的方法相比具有进一步优点，即由燃烧系统中的H2S燃烧形成的至少一部分SOx通过转化成元素硫而非通过转化成硫酸，或通过由SOx形成的至少一部分硫酸和/或亚硫酸进一步转化成元素硫来处置。
如上文联系H2S脱除系统包含H2S至元素硫转化系统，酸性气体除H2S外还含有一种或多种其它含硫物类的其它实施方案所述，该方法可进一步包括在该转化系统中加工所述料流前处理要在所述转化系统中加工的一部分或所有所述酸性气体料流以将一种或多种所述含硫物类转化成H2S。或者或另外，现场可得或可从现场外输入的一个或多个其它含H2S和/或硫物类的气体料流可以与要在转化系统中加工的酸性气体料流掺合以再提高要在转化系统中加工的所述气体的总H2S浓度。
如上文联系H2S脱除系统包含燃烧系统的其它实施方案所述，该燃烧系统可优选是富氧燃料燃烧系统，由此经由富氧燃料燃烧燃烧酸性气体。该方法可优选进一步包括使燃烧流出物通过热交换器以经由间接热交换从中回收热。回收的热可用于生成蒸汽、供应给其它工艺和/或与其它工艺流交换。回收的热可例如用于供应H2S在H2S至元素硫转化系统中的最佳转化和/或所述转化系统的酸性气体进料的最佳预处理以将额外的硫物类转化成H2S(如果进行这样的预处理)可能必需的一部分或所有热载荷。
如果H2S至元素硫系统通过与SO2反应来将H2S转化成元素硫并将一部分燃烧流出物引入所述转化系统以提供与H2S反应用的至少一部分所述SO2，可以将该燃烧流出物分成至少两部分，其中之一引入转化系统以提供与H2S反应用的至少一部分所述SO2，另一部分构成第二个所述脱硫气体料流。
如果H2S至元素硫系统通过与SO2反应来将H2S转化成元素硫，分离燃烧流出物以形成富SO2料流(即与燃烧流出物相比富集SO2的料流)和贫SO2料流(即与燃烧流出物相比贫化SO2的料流)，并将富SO2料流引入所述转化系统以提供与H2S反应用的至少一部分所述SO2，贫SO2料流可构成第二个所述脱硫气体料流。可通过任何合适的方式分离该燃烧流出物以形成富SO2料流和贫SO2料流。例如，可以使用合适的吸附剂(如US-A-5248321中所述，其公开内容经此引用并入本文)或经由蒸馏(例如使用EP-A-0798032中所述的系统，其公开内容经此引用并入本文)分离燃烧流出物。
通过在该H2S至元素硫转化系统中引入分离的富SO2料流或仅引入提供与H2S反应所必需的SO2量所需的量的燃烧流出物并取贫SO2料流或剩余燃烧流出物作为附加脱硫气体料流，可以提高与转化系统中处理的量相比在燃烧系统中燃烧的酸性气体量而不影响转化系统中的反应化学计量学。这进而可以允许通过燃烧反应生成并从燃烧反应中回收额外的可用热。但是，在这种情况下应小心确保取作附加脱硫气体料流的燃烧流出物的量或贫SO2料流中任何残留SOx的量不会使贫H2S的CO2产物气体的SOx含量超过容许限。如果例如划分燃烧流出物并取其一部分作为附加脱硫气体料流，因此优选响应酸性气体的H2S含量的变化按必要调节酸性气体在送往转化系统的料流与送往燃烧系统的料流之间的分配和燃烧流出物在送往转化系统与取作附加脱硫气体之间的分配，以使转化系统内的反应化学计量学和该贫H2S的CO2产物气体的SOx含量都保持在所需界限内。
如果H2S至元素硫系统通过与SO2反应来将H2S转化成元素硫，该H2S至元素硫系统优选包含催化H2S通过与SO2反应转化成元素硫的催化剂。合适的催化剂包括例如，如克劳斯工艺的催化步骤中所用的催化剂。
如果H2S至元素硫转化系统通过与硫酸和/或亚硫酸反应来将H2S转化成元素硫，将燃烧流出物中的SOx转化成硫酸和/或亚硫酸，并将至少一部分所述酸引入该H2S至元素硫转化系统以提供与H2S反应用的至少一部分所述酸，贫SOx的燃烧流出物(在除去酸后获得)可构成第二个所述脱硫气体料流。在引入H2S至元素硫转化系统之前，可以加热硫酸和/或亚硫酸料流以逐出过量水，由此在酸添加到转化系统中之前浓缩该酸。水的这种蒸发优选在大气压下或在真空下进行。
可以通过冷却该燃烧流出物以冷凝出水和将SO3转化成硫酸并使该冷却的燃烧流出物在O2、水和任选NOx存在下在升高的压力下保持足以将SO2转化成亚硫酸和/或将SO2转化成硫酸和将NOx转化成硝酸的时间来将该燃烧流出物中的SOx转化成硫酸或硫酸和亚硫酸。将SOx转化成硫酸的方法特别可以是如US-A1-2007/0178035中描述的方法，该方法的优选特征因此如该文献中所述和/或如上文联系将燃烧流出物中的SOx转化成硫酸的本发明的其它实施方案所述。
H2S通过与硫酸反应转化成元素硫可根据反应3H2S+H2SO4→4S+4H2O进行，其中使H2SO4水溶液与气态H2S反应。类似地，H2S通过与亚硫酸反应转化成元素硫可根据反应2H2S+H2SO3→3S+3H2O进行，其中使H2SO3水溶液与气态H2S反应。例如在Reactions betweenHydrogen Sulfide and Sulfuric Acid：A Novel Process for Sulfur Removaland Recovery，Qinglin Zhang，Ivo G.Dalla Lana，，Karl T.Chuang，和HuiWang，Industrial & Engineering Chemistry Research 2000 39(7)，2505-2509；Kinetics of Reaction between Hydrogen Sulfide and SulfurDioxide in Sulfuric Acid Solutions，Ind.Eng.Chem.Res.2002，41，4707-4713；Thermodynamics and Stoichiometry of Reactions betweenHydrogen Sulfide and Concentration Sulfuric Acid，The Canadian Journalof Chemical Engineering，Volume 81，2003年2月；和Mass-TransferCharacteristics for Gas-Liquid Reaction of H2S and Sulfuric Acid in aPacked Column Ind.Eng.Chem.Res.2004，43，5846-5853中给出关于H2S和硫酸之间的反应的进一步细节；它们的公开内容经此引用并入本文。
在任何上述实施方案中，该方法可进一步包括在H2S脱除系统中与要在该H2S脱除系统中加工的所述酸性气体料流的所述部分一起加工一个或多个附加的含H2S的料流。这些附加料流可来自该工厂内的工艺或可获自现场外。例如，如果通过变压吸附分离进料气体，该PSA系统可产生两个独立的酸性气体料流(例如具有不同组成)，将所述料流之一分成两部分，其中之一送往H2S脱除系统，另一个绕过所述系统(如上所述)，且另一所述料流整个在H2S脱除系统中加工(与所述第一料流的所述部分一起)。如果这两个酸性气体料流具有不同组成(如果例如一个由PSA工艺的放空步骤过程中获得的气体形成且另一个由吹扫步骤过程中获得的气体形成，情况如此)，可能特别优选在H2S脱除系统中加工所有具有更高H2S含量的料流(例如由放空步骤形成)并将具有较低H2S含量的料流(例如由吹扫步骤形成)分成在H2S脱除系统中加工用的一部分和绕过所述系统的另一部分。
本发明的装置适用于进行上述方法。该装置包含：
用于分离进料气体以形成富H2的产物气体料流和酸性气体料流的变压吸附(PSA)系统，该酸性气体包含CO2、H2S和H2但与进料气体相比贫H2并富H2S和CO2；
用于加工一部分酸性气体以形成与进料气体相比贫H2S和富CO2的一个或多个脱硫气体料流的H2S脱除系统；
用于将一部分所述酸性气体转移到H2S脱除系统中并使另一部分所述酸性气体绕过H2S脱除系统的导管装置；
可调节地控制所述酸性气体在送往H2S脱除系统与绕过所述系统之间的分配的阀系统；和
用于从H2S脱除系统中提取一个或多个脱硫气体料流并将所述料流与绕过H2S脱除系统的酸性气体合并形成贫H2S的CO2产物气体的导管装置。
该装置可进一步包含接收贫H2S的CO2产物气体和分离所述气体以形成贫H2S、贫H2的CO2产物和包含H2的气体(优选第二富H2气体)的分离系统。
在一个实施方案中：
该H2S脱除系统包含(i)用于在O2存在下燃烧酸性气体以产生热和贫H2S和H2并包含CO2、SOx和H2O的燃烧流出物的燃烧系统，(ii)用于通过与SO2反应来将H2S转化成元素硫的系统，和(iii)用于将至少一部分燃烧流出物从燃烧系统转移到该H2S至元素硫转化系统以提供与H2S反应用的SO2的导管装置；
所述用于将一部分酸性气体转移到H2S脱除系统的导管装置将酸性气体料流转移到燃烧系统中和将酸性气体料流转移到该H2S至元素硫转化系统中；和
所述用于从H2S脱除系统中提取一个或多个脱硫气体料流的导管装置从H2S至元素硫转化系统中提取脱硫气体料流和任选从燃烧系统中提取由一部分燃烧流出物形成的脱硫气体料流。
在另一实施方案中：
该H2S脱除系统包含(i)用于在O2存在下燃烧酸性气体以产生热和贫H2S和H2并包含CO2、SOx和H2O的燃烧流出物的燃烧系统，(ii)用于接收和分离燃烧流出物以形成富SO2料流和贫SO2料流的系统(iii)用于通过与SO2反应来将H2S转化成元素硫的系统，和(iv)用于将富SO2料流从分离燃烧流出物的系统转移到该H2S至元素硫转化系统以提供与H2S反应用的SO2的导管装置；
所述用于将一部分酸性气体转移到H2S脱除系统的导管装置将酸性气体料流转移到燃烧系统中和将酸性气体料流转移到该H2S至元素硫转化系统中；和
用于从H2S脱除系统中提取一个或多个脱硫气体料流的导管装置从H2S至元素硫转化系统中提取脱硫气体料流和任选从分离燃烧流出物的系统中提取由贫SO2料流形成的脱硫气体料流。
在另一实施方案中：
该H2S脱除系统包含(i)用于在O2存在下燃烧酸性气体以产生热和贫H2S和H2并包含CO2、SOx和H2O的燃烧流出物的燃烧系统，(ii)用于从燃烧系统接收燃烧流出物、将所述流出物中的SOx转化成硫酸和/或亚硫酸并从该流出物中分离所述酸以形成贫SOx的燃烧流出物的系统，(iii)用于通过与硫酸和/或亚硫酸反应来将H2S转化成元素硫的系统，和(iv)用于将硫酸和/或亚硫酸从SOx至酸转化系统转移到H2S至元素硫转化系统以提供与H2S反应用的硫酸和/或亚硫酸的导管装置；
所述用于将一部分酸性气体转移到H2S脱除系统中的导管装置将酸性气体料流转移到燃烧系统中和将酸性气体料流转移到该H2S至元素硫转化系统中；和
用于从H2S脱除系统中提取一个或多个脱硫气体料流的导管装置从H2S至元素硫转化系统中提取脱硫气体料流和任选从SOx至硫酸和/或亚硫酸转化系统中提取由贫SO2的流出物形成的脱硫气体料流。
用于将SOx转化成硫酸和/或亚硫酸的系统可例如包含用于冷却燃烧流出物以冷凝出水和将SO3转化成硫酸的冷却系统、用于升高该冷却的燃烧流出物的压力的压缩机和用于在升高的压力下在O2和任选NOx存在下用水洗涤该冷却的燃烧流出物足以将SO2转化成亚硫酸和/或将SO2转化成硫酸和将NOx转化成硝酸的时间的逆流式气体/液体接触装置。
从本发明的方法的优选特征和实施方案的上述描述中可看出本发明的装置的其它优选特征和实施方案。
本发明的方面包括：
#1.处理包含CO2、H2S和H2的进料气体以产生富H2产物和贫H2S的CO2产物的方法，该方法包括：
分离进料气体以形成富H2的产物气体料流和酸性气体料流，该酸性气体还包含CO2、H2S和H2但与进料气体相比贫H2并富H2S和CO2；
将该酸性气体料流分成两部分；
在H2S脱除系统中加工所述酸性气体料流的一个部分以形成与进料气体相比贫H2S和富CO2的一个或多个脱硫气体料流；
使所述酸性气体料流的另一部分绕过H2S脱除系统；和
合并所述脱硫气体料流与绕过H2S脱除系统的所述酸性气体以形成贫H2S的CO2产物气体料流；
其中响应酸性气体的H2S含量的变化调节酸性气体在送往H2S脱除系统并在其中加工与绕过所述系统之间的分配，以致如果H2S含量提高则提高与绕过所述系统相比在H2S脱除系统中加工的酸性气体的比例，如果H2S含量降低，则降低该比例。
#2.根据#1的方法，其中进料气体具有大约50ppm至大约3摩尔％的H2S浓度。
#3.根据#1或#2的方法，其中进料气体是获自碳质原料的气化或重整的包含CO2、H2S、H2和CO的酸性合成气混合物。
#4.根据#1至#3任一项的方法，其中富H2的产物气体包含至少大约90摩尔％H2或H2和CO的混合物并不含或基本不含H2S。
#5.根据#1至#4任一项的方法，其中该酸性气体包含小于大约6摩尔％H2S。
#6.根据#1至#5任一项的方法，其中所述或每一脱硫气体料流不含或基本不含H2S。
#7.根据#1至#6任一项的方法，其中贫H2S的CO2产物气体含有小于200ppm H2S。
#8.根据#1至#7任一项的方法，其中通过变压吸附分离进料气体。
#9.根据#1至#8任一项的方法，其中该方法进一步包括分离贫H2S的CO2产物气体料流以形成贫H2S、贫H2的CO2产物和第二富H2气体。
#10.根据#9的方法，其中通过部分冷凝或膜分离法分离贫H2S的CO2产物气体。
#11.根据#1至#10任一项的方法，其中该H2S脱除系统包含含有一个或多个H2S选择性吸附剂床的吸附系统，H2S脱除系统中的酸性气体加工包括使酸性气体通过所述吸附剂床以从中吸附H2S和形成所述脱硫气体料流或所述脱硫气体料流之一。
#12.根据#1至#11任一项的方法，其中该H2S脱除系统包含将H2S转化成元素硫的系统，该H2S脱除系统中的酸性气体加工包括使酸性气体与试剂接触以将H2S转化成元素硫和形成所述脱硫气体料流或所述脱硫气体料流之一。
#13.根据#1至#12任一项的方法，其中该H2S脱除系统包含燃烧系统，该H2S脱除系统中的酸性气体加工包括在O2存在下燃烧酸性气体以产生热和贫H2S和H2并包含CO2、SOx和H2O的燃烧流出物，从所述燃烧流出物中除去SOx以形成所述脱硫气体料流或所述脱硫气体料流之一。
#14.根据#13的方法，其中通过冷却该燃烧流出物以冷凝出水和将SO3转化成硫酸并使该冷却的燃烧流出物在O2、水和任选NOx存在下在升高的压力下保持足以将SO2转化成亚硫酸和/或将SO2转化成硫酸和将NOx转化成硝酸的时间来从所述燃烧流出物中除去SOx。
#15.根据#1至#10任一项的方法，其中该H2S脱除系统包含燃烧系统和用于通过与SO2、硫酸和/或亚硫酸反应来将H2S转化成元素硫的系统，且其中要在H2S脱除系统中加工的酸性气体分成两个料流，所述加工包括：
在H2S至元素硫转化系统中使酸性气体料流与SO2、硫酸和/或亚硫酸接触以将H2S转化成元素硫并形成所述脱硫气体料流或所述脱硫气体料流之一；和
在燃烧系统中在O2存在下燃烧另一酸性气体料流以产生热和贫H2S和H2并包含CO2、SOx和H2O的燃烧流出物，和(i)将至少一部分燃烧流出物或从该燃烧流出物中分离的富SO2料流引入H2S至元素硫转化系统以提供与H2S反应用的至少一部分所述SO2；和/或(ii)将燃烧流出物中的SOx转化成硫酸和/或亚硫酸，并将至少一部分所述酸引入H2S至元素硫转化系统以提供与H2S反应用的至少一部分所述酸。
#16.根据#15的方法，其中该H2S至元素硫转化系统通过与SO2反应来将H2S转化成元素硫并将至少一部分燃烧流出物或从该燃烧流出物中分离的富SO2料流引入所述转化系统以提供与H2S反应用的至少一部分所述SO2，
#17.根据#16的方法，其中将燃烧流出物分成两个料流，其中之一引入所述转化系统以提供与H2S反应用的至少一部分所述SO2，另一料流构成第二个所述脱硫气体料流。
#18.根据#16的方法，其中分离燃烧流出物以形成富SO2料流和贫SO2料流，将富SO2料流引入所述转化系统以提供与H2S反应用的至少一部分所述SO2，贫SO2料流构成第二个所述脱硫气体料流。
#19.根据#15的方法，其中该H2S至元素硫转化系统通过与硫酸和/或亚硫酸反应来将H2S转化成元素硫，将燃烧流出物中的SOx转化成硫酸和/或亚硫酸，并将至少一部分所述酸引入所述转化系统以提供与H2S反应用的至少一部分所述酸。
#20.根据#19的方法，其中通过冷却该燃烧流出物以冷凝出水和将SO3转化成硫酸并使该冷却的燃烧流出物在O2、水和任选NOx存在下在升高的压力下保持足以将SO2转化成亚硫酸和/或将SO2转化成硫酸和将NOx转化成硝酸的时间来将该燃烧流出物中的SOx转化成硫酸或硫酸和亚硫酸。
#21.根据#19或#20的方法，其中贫SOx的燃烧流出物构成第二个所述脱硫气体料流。
#22.根据#12或#15至#21任一项的方法，其中该酸性气体除H2S外还含有一种或多种其它含硫物类，且其中该方法进一步包括在所述转化系统中加工所述酸性气体前处理要在H2S至元素硫转化系统中加工的一部分或所有所述酸性气体以将一种或多种所述含硫物类转化成H2S。
#23.根据#13至#22任一项的方法，其中该燃烧系统是富氧燃料燃烧系统。
#24.根据#13至#23任一项的方法，其中该方法进一步包括使燃烧流出物通过热交换器以经由间接热交换从中回收热。
#25.处理包含CO2、H2S和H2的进料气体以产生富H2的产物气体和贫H2S的CO2产物气体的装置，该装置包含：
用于分离进料气体以形成富H2的产物气体料流和酸性气体料流的变压吸附(PSA)系统，该酸性气体包含CO2、H2S和H2但与进料气体相比贫H2并富H2S和CO2；
用于加工一部分酸性气体以形成与进料气体相比贫H2S和富CO2的一个或多个脱硫气体料流的H2S脱除系统；
用于将一部分所述酸性气体转移到H2S脱除系统中并使另一部分所述酸性气体绕过H2S脱除系统的导管装置；
可调节地控制所述酸性气体在送往H2S脱除系统与绕过所述系统之间的分配的阀系统；和
用于从H2S脱除系统中提取一个或多个脱硫气体料流并将所述料流与绕过H2S脱除系统的酸性气体合并形成贫H2S的CO2产物气体的导管装置。
#26.根据#25的装置，其中该装置进一步包含接收贫H2S的CO2产物气体和分离所述气体以形成贫H2S、贫H2的CO2产物和第二富H2气体的分离系统。
#27.根据#25或#26的装置，其中：
该H2S脱除系统包含(i)用于在O2存在下燃烧酸性气体以产生热和贫H2S和H2并包含CO2、SOx和H2O的燃烧流出物的燃烧系统，(ii)用于通过与SO2反应来将H2S转化成元素硫的系统，和(iii)用于将至少一部分燃烧流出物从燃烧系统转移到该H2S至元素硫转化系统以提供与H2S反应用的SO2的导管装置；
用于将一部分酸性气体转移到H2S脱除系统中的导管装置将酸性气体料流转移到燃烧系统中和将酸性气体料流转移到该H2S至元素硫转化系统；和
用于从H2S脱除系统中提取一个或多个脱硫气体料流的导管装置从H2S至元素硫转化系统中提取脱硫气体料流和任选从燃烧系统中提取由一部分燃烧流出物形成的脱硫气体料流。
#28.根据#25或#26的装置，其中：
该H2S脱除系统包含(i)用于在O2存在下燃烧酸性气体以产生热和贫H2S和H2并包含CO2、SOx和H2O的燃烧流出物的燃烧系统，(ii)用于接收和分离燃烧流出物以形成富SO2料流和贫SO2料流的系统(iii)用于通过与SO2反应来将H2S转化成元素硫的系统，和(iv)用于将富SO2料流从分离燃烧流出物的系统转移到该H2S至元素硫转化系统以提供与H2S反应用的SO2的导管装置；
用于将一部分酸性气体转移到H2S脱除系统中的导管装置将酸性气体料流转移到燃烧系统中和将酸性气体料流转移到该H2S至元素硫转化系统中；和
用于从H2S脱除系统中提取一个或多个脱硫气体料流的导管装置从H2S至元素硫转化系统中提取脱硫气体料流和任选从分离燃烧流出物的系统中提取由贫SO2料流形成的脱硫气体料流。
#29.根据#25或#26的装置，其中：
该H2S脱除系统包含(i)用于在O2存在下燃烧酸性气体以产生热和贫H2S和H2并包含CO2、SOx和H2O的燃烧流出物的燃烧系统，(ii)用于从燃烧系统接收燃烧流出物、将所述流出物中的SOx转化成硫酸和/或亚硫酸并从该流出物中分离所述酸以形成贫SOx的燃烧流出物的系统，(iii)用于通过与硫酸和/或亚硫酸反应来将H2S转化成元素硫的系统，和(iv)用于将硫酸和/或亚硫酸从SOx至酸转化系统转移到H2S至元素硫转化系统以提供与H2S反应用的硫酸和/或亚硫酸的导管装置；
用于将一部分酸性气体转移到H2S脱除系统中的导管装置将酸性气体料流转移到燃烧系统中和将酸性气体料流转移到该H2S至元素硫转化系统；和
用于从H2S脱除系统中提取一个或多个脱硫气体料流的导管装置从H2S至元素硫转化系统中提取脱硫气体料流和任选从SOx至硫酸和/或亚硫酸转化系统中提取由贫SO2的燃烧流出物形成的脱硫气体料流。
#30.根据#29的装置，其中用于将SOx转化成硫酸和/或亚硫酸的系统包含用于冷却燃烧流出物以冷凝出水和将SO3转化成硫酸的冷却系统、用于升高该冷却的燃烧流出物的压力的压缩机和用于在升高的压力下在O2和任选NOx存在下用水洗涤该冷却的燃烧流出物足以将SO2转化成亚硫酸和/或将SO2转化成硫酸和将NOx转化成硝酸的时间的逆流式气体/液体接触装置。
仅作为示例，现在参照附图描述本发明的某些实施方案。
参照图1，将包含H2、CO、CO2和H2S的酸性合成气体料流10送入PSA系统12，其通过变压吸附将酸性合成气分离成富H2的产物气体的高压料流14和酸性气体的低压料流16。该酸性气体还包含H2、CO、CO2和H2S，但与酸性合成气相比富CO2和H2S并贫H2。富H2的产物料流14可以在例如作为燃料送往燃气轮机以产生动力(例如，当富H2产物包含燃气轮机燃料级纯度H2时)或输出用于化学品或精炼用途(例如，当富H2气体包含高纯度，例如99.99摩尔％或更高的H2产物或含所需H2/CO比的高纯合成气时)之前可以在任选膨胀器32中膨胀。
将酸性气体料流16分成两个进一步料流18和24(因此保持与料流16相同的组成)。如下文更详细描述的那样，酸性气体在料流18和24之间的分配是可调节的。
将酸性气体料流18送入H2S脱除系统20，其加工该料流以从中选择性除去所有或基本所有的H2S，由此形成不含或基本不含H2S的脱硫气体料流22。该H2S脱除系统可使用任何合适的H2S脱除方式，包括(但不限于)吸附、转化成元素硫和/或燃烧。下面参照图2和3更详细描述两种示例性H2S脱除系统的运行。酸性气体料流24绕过H2S脱除系统并与脱硫气体料流22合并形成贫H2S的CO2产物气体。在所示实施方案中，合并料流22和24以形成贫H2S的CO2产物气体料流26，该料流随后在任选送往进一步分离系统之前在压缩机28中压缩。但是，同样地，料流22和24可以在压缩机28内合并形成贫H2S的CO2产物气体或可以分别压缩和随后合并形成贫H2S的CO2产物气体。
酸性气体在料流18和24之间的分配是可调节的，以使其可响应酸性气体的H2S含量的变化而变。由此，如果料流16的H2S含量升高，例如归因于由气化器/重整器原料的变化造成的酸性合成气体料流10的H2S含量升高，则可以提高料流18的流速和降低料流24的流速以使该贫H2S的CO2产物气体的H2S含量保持等于或低于由该工艺要满足的排放和/或CO2产物规格决定的所需最大含量。同样地，如果料流16的H2S含量降低，可以降低料流18的流速和提高料流24的流速，直至仍不超过该贫H2S的CO2产物气体的所需最大H2S含量的程度，由此节约资源和/或降低与H2S脱除法相关的成本。
如上所述，贫H2S的CO2产物气体料流26可任选在压缩机28中压缩，随后送入进一步分离系统。在图1中所示的实施方案中，该进一步分离系统是包含一个或多个H2可透但CO2相对不可透的膜的膜分离系统30，但同样可以使用其它类型的系统，例如部分冷凝系统。将压缩的贫H2S的CO2产物气体在膜分离系统30中分离成在较低压力下从膜的渗透侧获得的富H2气体料流34和从膜的上游侧获得的贫H2S、贫H2的CO2产物气体料流36。任选也使用N2“吹扫”料流38以提高分离的驱动力，从而用相同的膜表面积在较高压力下获得离开膜分离系统的第二富H2气体料流34。第二富H2气体料流34可以与富H2的产物气体料流14掺合，再循环至PSA系统10(例如通过添加到酸性合成气体料流10中或通过用在PSA周期的冲洗或再加压步骤中)或用于另一工艺。该贫H2S、贫H2的CO2产物料流可以在经管道输送至地质封存或EOR之前在压缩机40中压缩。
在图1中所示的实施方案中，酸性合成气体料流10可例如包含大约57％H2、3％CO、40％CO2和100ppm H2S(所有百分比为摩尔％)并在1.2至6MPa(12至60巴)绝对压力下引入PSA系统。该富H2的产物料流14可包含95％H2和5％CO并在与PSA系统的酸性合成气进料相同或大致相同的压力下获得(即经受与流过吸附剂填充床相关的任何不可避免的压降)，酸性气体料流16可包含大约93％CO2、6.6％H2、0.4％CO和233ppm H2S并在1巴绝对压力下获得。H2S脱除系统(例如包含用于将H2S转化成元素硫的催化系统，例如LO-CAT，接着用于最终精制的ZnO床)产生的脱硫气体料流可包含大约6.6％H2、0.4％CO、93％CO2、2ppm H2S。该贫H2S的CO2产物料流26可包含大约6.6％H2、0.4％CO、93％CO2和94ppm H2S。第二富H2气体可包含100％H2或(如果使用N2吹扫)H2/N2。贫H2S、贫H2的CO2产物料流36可包含大约96％CO2、4％CO和98ppm H2S并可压缩至12MPa(120巴)绝对压力。
参照图2，在一个示例性实施方案中，H2S脱除系统20包含富氧燃料燃烧系统50和含有催化H2S通过与SO2反应转化成元素硫的催化剂的H2S至元素硫转化系统52。
在所示实施方案中，将酸性气体料流18分成料流54和56，但同样地，可以与料流24同时或在料流24之前从料流16中分出料流54和56之一或两者。将料流54引入富氧燃料燃烧系统50并在由高纯氧料流58提供的氧存在下燃烧，以燃烧该料流中存在的所有或基本所有的H2、CO和H2S，由此产生包含CO2、SOx和H2O的燃烧流出物62。任选地，也可以如料流60所示向富氧燃料燃烧系统50供应额外燃料并在其中燃烧。燃烧流出物62随后通往热交换器64以经由间接热交换从中回收热。
将酸性气体料流56引入H2S至元素硫转化系统52，在此该料流中的所有或基本所有H2S与SO2在催化剂上反应产生元素硫和H2O(经由反应2H2S+SO2→3/8S8+2H2O)并形成脱硫气体料流22。经由转化系统内的硫处理法以料流68形式除去硫。通过将燃烧流出物62的至少一部分66送入转化系统来供应该反应所需的SO2，送入转化系统的燃烧流出物的量优选提供充足但不显著超过与H2S反应所需的化学计算量的SO2量。可以由在热交换器64中从燃烧流出物中回收的热供应H2S最佳转化成硫所需的热。或者或另外，在热交换器64中从燃烧流出物中回收的热可用于其它用途，例如在富H2的产物气体料流14在任选膨胀器32中膨胀之前加热所述料流。
热交换器64尽管被描绘为单一单元，但可包含串联或并联的一个或多个热交换器。在热交换器64中从料流62中回收热可例如经由通过使任何或所有料流54、58、60、56和14也通过热交换器64来与所述料流间接传热。或者，可以使用循环通过热交换器64和与任何或所有料流54、58、60、56和14相联的单独热交换器(未显示)的单独传热流体(例如蒸汽)以实现与这些料流的间接传热。在热交换器64中被料流62加热的单独传热流体(未显示)也可用于加热转化系统52的催化剂床。
获自转化系统52的脱硫气体料流22随后如上文参照图1描述的那样与酸性气体料流24合并形成贫H2S的CO2产物。可以在该料流与酸性气体料流24合并之前或之后除去该脱硫气体中存在的水。例如，可以在压缩机28中压缩料流的过程中除去水。也可任选提取另一部分燃烧流出物62作为第二含SOx的脱硫气体料流70。这种第二脱硫气体料流可以如图2中所示与来自转化系统52的脱硫气体料流合并，或这两个脱硫气体料流可分别添加到酸性气体料流24中以形成贫H2S的CO2产物。如果特别由一部分燃烧流出物形成第二脱硫气体料流70，酸性气体在送入富氧燃料燃烧和转化系统50和52的料流54和56之间的分配与燃烧流出物62在送往转化系统52和取作第二脱硫气体料流70之间的分配优选都可调节以便可以在酸性气体料流16、18、24、54和56的H2S含量改变时保持转化系统52内的所需反应化学计量学和贫H2S的CO2产物气体的SOx含量的所需限额。
在图2中所示的布置中，酸性气体料流18、54和56可例如包含大约93％CO2、6.6％H2、0.4％CO和233ppm H2S。燃烧流出物62可包含大约99％CO2和235ppm SOx。脱硫气体料流22可包含大约96％CO2和4％H2/CO2(在此实例中第二脱硫气体料流70不由燃烧流出物形成)。该贫H2S的CO2产物料流26可随之包含大约5.2％H2、0.8％CO、94％CO2和71ppm H2S，且贫H2S、贫H2的CO2产物料流36可包含大约99％CO2、1％CO和76ppm H2S。所有上述数值都折干计算。
参照图3，显示H2S脱除系统的另一示例性实施方案，在图3中使用与图2中相同的标号表示共同构件。脱除系统20在此实施方案中包含富氧燃料燃烧系统50和H2S至元素硫转化系统82，其中H2S通过与硫酸(H2SO4)和/或亚硫酸(H2SO3)反应来转化成元素硫。再将酸性气体料流54和56分别送入燃烧系统50和转化系统82，燃烧系统50燃烧酸性气体料流54中的所有或基本所有的H2、CO和H2S以形成包含CO2、SOx和H2O的燃烧流出物62，转化系统82将酸性气体料流56中的所有或基本所有H2S转化成元素硫以提供脱硫气体料流22和硫料流68。燃烧流出物62再通过热交换器64以经由间接热交换从中回收热。
但是，在这种布置中，将离开热交换器64的燃烧流出物62引入SOx至酸转化系统80，在此将其冷却(在另一热交换器中)，压缩并在O2、水和任选NOx存在下保持在升高的压力下以将燃烧流出物中的所有或基本所有SOx转化成H2SO4和/或H2SO3，由此形成另一脱硫气体料流84和H2SO4和/或H2SO3水溶液料流。随后将至少一部分这种酸(任选在蒸发一些水以获得更浓的酸溶液后)引入H2S至元素硫转化系统82，送入该转化系统的酸的量优选至少足以提供转化酸性气体料流56中的所有H2S所需的H2SO4和/或H2SO3化学计量量，这根据反应3H2S(g)+H2SO4(l)→4S+4H2O(l)和2H2S(g)+H2SO3(l)→3S+3H2O(l)进行。
在热交换器64中从燃烧流出物中回收的热可以如H2S的最佳转化所需的那样再供应到H2S至元素硫转化系统82，和/或用于其它用途。获自SOx至酸转化系统80和H2S至元素硫转化系统82的脱硫气体料流84和22可以如图3中所示在与酸性气体料流24合并形成贫H2S的CO2产物之前合并，或这两个脱硫气体料流可分开添加到酸性气体料流24中。
要认识到，本发明不限于上文参照优选实施方案描述的细节，而是可以在不背离如下列权利要求中规定的本发明的精神或范围的情况下做出许多修改和变动。

Claims (29)

1.处理包含CO2、H2S和H2的进料气体以产生富H2产物和贫H2S的CO2产物的方法，该方法包括：
通过变压吸附分离进料气体以形成富H2的产物气体料流和酸性气体料流，该酸性气体还包含CO2、H2S和H2但与进料气体相比贫H2并富H2S和CO2；
将该酸性气体料流分成两部分；
在H2S脱除系统中加工所述酸性气体料流的一个部分以形成与进料气体相比贫H2S和富CO2的一个或多个脱硫气体料流；
使所述酸性气体料流的另一部分绕过H2S脱除系统；和
合并所述脱硫气体料流与绕过H2S脱除系统的所述酸性气体以形成贫H2S的CO2产物气体料流；
其中响应酸性气体的H2S含量的变化调节酸性气体在送往H2S脱除系统并在其中加工与绕过所述系统之间的分配，以致如果H2S含量提高则提高与绕过所述系统相比在H2S脱除系统中加工的酸性气体的比例，如果H2S含量降低，则降低该比例。
2.权利要求1的方法，其中进料气体具有50 ppm至3摩尔%的H2S浓度。
3.权利要求1的方法，其中进料气体是获自碳质原料的气化或重整的包含CO2、H2S、H2和CO的酸性合成气混合物。
4.权利要求1的方法，其中富H2的产物气体包含至少90摩尔%H2或H2和CO的混合物并不含或基本不含H2S。
5.权利要求1的方法，其中该酸性气体包含小于6摩尔%H2S。
6.权利要求1的方法，其中所述或各脱硫气体料流不含或基本不含H2S。
7.权利要求1的方法，其中贫H2S的CO2产物气体含有最多200 ppm H2S。
8.权利要求1的方法，其中该方法进一步包括分离贫H2S的CO2产物气体料流以形成贫H2S、贫H2的CO2产物和第二富H2气体。
9.权利要求8的方法，其中通过部分冷凝或膜分离法分离贫H2S的CO2产物气体。
10.权利要求1的方法，其中该H2S脱除系统包含含有一个或多个H2S选择性吸附剂床的吸附系统，H2S脱除系统中的酸性气体加工包括使酸性气体通过所述吸附剂床以从中吸附H2S和形成所述脱硫气体料流或所述脱硫气体料流之一。
11.权利要求1的方法，其中该H2S脱除系统包含将H2S转化成元素硫的系统，该H2S脱除系统中的酸性气体加工包括使酸性气体与试剂接触以将H2S转化成元素硫和形成所述脱硫气体料流或所述脱硫气体料流之一。
12.权利要求11的方法，其中该酸性气体除H2S外还含有一种或多种其它含硫物类，且其中该方法进一步包括在所述转化系统中加工所述酸性气体前处理要在H2S至元素硫转化系统中加工的一部分或所有所述酸性气体以将一种或多种所述含硫物类转化成H2S。
13.权利要求1的方法，其中该H2S脱除系统包含燃烧系统，该H2S脱除系统中的酸性气体加工包括在O2存在下燃烧酸性气体以产生热和贫H2S和H2并包含CO2、SOx和H2O的燃烧流出物，从所述燃烧流出物中除去SOx以形成所述脱硫气体料流或所述脱硫气体料流之一。
14.权利要求13的方法，其中该燃烧系统是富氧燃料燃烧系统。
15.权利要求13的方法，其中该方法进一步包括使燃烧流出物通过热交换器以经由间接热交换从中回收热。
16.权利要求13的方法，其中通过冷却该燃烧流出物以冷凝出水和将SO3转化成硫酸并使该冷却的燃烧流出物在O2、水和任选NOx存在下在升高的压力下保持足以将SO2转化成亚硫酸和/或将SO2转化成硫酸和将NOx转化成硝酸的时间来从所述燃烧流出物中除去SOx。
17.权利要求1的方法，其中该H2S脱除系统包含燃烧系统和用于通过与SO2、硫酸和/或亚硫酸反应来将H2S转化成元素硫的系统，且其中要在H2S脱除系统中加工的酸性气体分成两个料流，所述加工包括：
在H2S至元素硫转化系统中使酸性气体料流与SO2、硫酸和/或亚硫酸接触以将H2S转化成元素硫并形成所述脱硫气体料流或所述脱硫气体料流之一；和
在燃烧系统中在O2存在下燃烧另一酸性气体料流以产生热和贫H2S和H2并包含CO2、SOx和H2O的燃烧流出物，和（i）将至少一部分该燃烧流出物或从该燃烧流出物中分离的富SO2料流引入该H2S至元素硫转化系统以提供与H2S反应用的至少一部分所述SO2；和/或（ii）将燃烧流出物中的SOx转化成硫酸和/或亚硫酸，并将至少一部分所述酸引入该H2S至元素硫转化系统以提供与H2S反应用的至少一部分所述酸。
18.权利要求17的方法，其中该H2S至元素硫转化系统通过与SO2反应来将H2S转化成元素硫并将至少一部分该燃烧流出物或从该燃烧流出物中分离的富SO2料流引入所述转化系统以提供与H2S反应用的至少一部分所述SO2。
19.权利要求18的方法，其中将该燃烧流出物分成两个料流，其中之一引入所述转化系统以提供与H2S反应用的至少一部分所述SO2，另一料流构成第二个所述脱硫气体料流。
20.权利要求18的方法，其中分离该燃烧流出物以形成富SO2料流和贫SO2料流，将该富SO2料流引入所述转化系统以提供与H2S反应用的至少一部分所述SO2，该贫SO2料流构成第二个所述脱硫气体料流。
21.权利要求17的方法，其中该H2S至元素硫转化系统通过与硫酸和/或亚硫酸反应来将H2S转化成元素硫，将该燃烧流出物中的SOx转化成硫酸和/或亚硫酸，并将至少一部分所述酸引入所述转化系统以提供与H2S反应用的至少一部分所述酸。
22.权利要求21的方法，其中通过冷却该燃烧流出物以冷凝出水和将SO3转化成硫酸并使该冷却的燃烧流出物在O2、水和任选NOx存在下在升高的压力下保持足以将SO2转化成亚硫酸和/或将SO2转化成硫酸和将NOx转化成硝酸的时间来将该燃烧流出物中的SOx转化成硫酸或硫酸和亚硫酸。
23.权利要求21的方法，其中该贫SOx的燃烧流出物构成第二个所述脱硫气体料流。
24.处理包含CO2、H2S和H2的进料气体以产生富H2的产物气体和贫H2S的CO2产物气体的装置，该装置包含：
用于分离进料气体以形成富H2的产物气体料流和酸性气体料流的变压吸附（PSA）系统，该酸性气体包含CO2、H2S和H2但与进料气体相比贫H2并富H2S和CO2；
用于加工一部分该酸性气体以形成与进料气体相比贫H2S和富CO2的一个或多个脱硫气体料流的H2S脱除系统；
用于将一部分所述酸性气体转移到该H2S脱除系统中并使另一部分所述酸性气体绕过该H2S脱除系统的导管装置；
可调节地控制所述酸性气体在送往该H2S脱除系统与绕过所述系统之间的分配的阀系统；和
用于从该H2S脱除系统中提取一个或多个脱硫气体料流并将所述料流与绕过该H2S脱除系统的酸性气体合并形成贫H2S的CO2产物气体的导管装置。
25.根据权利要求24的装置，其中该装置进一步包含接收该贫H2S的CO2产物气体和分离所述气体以形成贫H2S、贫H2的CO2产物和第二富H2气体的分离系统。
26.根据权利要求24的装置，其中：
该H2S脱除系统包含（i）用于在O2存在下燃烧酸性气体以产生热和贫H2S和H2并包含CO2、SOx和H2O的燃烧流出物的燃烧系统，（ii）用于通过与SO2反应来将H2S转化成元素硫的系统，和（iii）用于将至少一部分该燃烧流出物从该燃烧系统转移到该H2S至元素硫转化系统以提供与H2S反应用的SO2的导管装置；
用于将一部分该酸性气体转移到该H2S脱除系统中的该导管装置将酸性气体料流转移到该燃烧系统中和将酸性气体料流转移到该H2S至元素硫转化系统中；和
用于从该H2S脱除系统中提取一个或多个脱硫气体料流的该导管装置从该H2S至元素硫转化系统中提取脱硫气体料流和任选从燃烧系统中提取由一部分该燃烧流出物形成的脱硫气体料流。
27.根据权利要求24的装置，其中：
该H2S脱除系统包含（i）用于在O2存在下燃烧酸性气体以产生热和贫H2S和H2并包含CO2、SOx和H2O的燃烧流出物的燃烧系统，（ii）用于接收和分离该燃烧流出物以形成富SO2料流和贫SO2料流的系统，（iii）用于通过与SO2反应来将H2S转化成元素硫的系统，和（iv）用于将该富SO2料流从该分离燃烧流出物的系统转移到该H2S至元素硫转化系统以提供与H2S反应用的SO2的导管装置；
用于将一部分该酸性气体转移到该H2S脱除系统中的导管装置将酸性气体料流转移到该燃烧系统中和将酸性气体料流转移到该H2S至元素硫转化系统中；和
用于从该H2S脱除系统中提取一个或多个脱硫气体料流的导管装置从H2S至元素硫转化系统中提取脱硫气体料流和任选从该分离燃烧流出物的系统中提取由该贫SO2料流形成的脱硫气体料流。
28.根据权利要求24的装置，其中：
该H2S脱除系统包含（i）用于在O2存在下燃烧酸性气体以产生热和贫H2S和H2并包含CO2、SOx和H2O的燃烧流出物的燃烧系统，（ii）用于从该燃烧系统接收燃烧流出物、将所述流出物中的SOx转化成硫酸和/或亚硫酸并从该流出物中分离所述酸以形成贫SOx的燃烧流出物的系统，（iii）用于通过与硫酸和/或亚硫酸反应来将H2S转化成元素硫的系统，和（iv）用于将硫酸和/或亚硫酸从该SOx至酸转化系统转移到该H2S至元素硫转化系统以提供与H2S反应用的硫酸和/或亚硫酸的导管装置；
用于将一部分该酸性气体转移到该H2S脱除系统中的该导管装置将酸性气体料流转移到该燃烧系统中和将酸性气体料流转移到该H2S至元素硫转化系统中；和
用于从该H2S脱除系统中提取一个或多个脱硫气体料流的导管装置从该H2S至元素硫转化系统中提取脱硫气体料流和任选从该SOx至硫酸和/或亚硫酸转化系统中提取由该贫SO2的流出物形成的脱硫气体料流。
29.根据权利要求27的装置，其中该用于将SOx转化成硫酸和/或亚硫酸的系统包含用于冷却该燃烧流出物以冷凝出水和将SO3转化成硫酸的冷却系统、用于升高该冷却的燃烧流出物的压力的压缩机和用于在升高的压力下在O2和任选NOx存在下用水洗涤该冷却的燃烧流出物足以将SO2转化成亚硫酸和/或将SO2转化成硫酸和将NOx转化成硝酸的时间的逆流式气体/液体接触装置。
CN201110230657.3A 2010-07-27 2011-07-27 可调节地处理酸性气体的方法和装置 Active CN102431971B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/844,000 US8518356B2 (en) 2010-07-27 2010-07-27 Method and apparatus for adjustably treating a sour gas
US12/844000 2010-07-27

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102431971A CN102431971A (zh) 2012-05-02
CN102431971B true CN102431971B (zh) 2014-10-29

Family

ID=44503622

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201110230657.3A Active CN102431971B (zh) 2010-07-27 2011-07-27 可调节地处理酸性气体的方法和装置

Country Status (4)

Country Link
US (2) US8518356B2 (zh)
EP (1) EP2412667A1 (zh)
CN (1) CN102431971B (zh)
CA (1) CA2746899C (zh)

Families Citing this family (59)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012118755A1 (en) 2011-03-01 2012-09-07 Exxonmobil Upstream Research Company Apparatus and systems having an encased adsorbent contractor and swing adsorption processes related thereto
CA2842928A1 (en) 2011-03-01 2012-11-29 Exxonmobil Upstream Research Company Apparatus and systems having a rotary valve assembly and swing adsorption processes related thereto
US8790452B2 (en) 2012-02-22 2014-07-29 Richard Paul Posa Method and system for separating and destroying sour and acid gas
JP2016505695A (ja) * 2013-01-09 2016-02-25 ティッセンクルップ インダストリアル ソリューションズ アクツィエンゲゼルシャフトＴｈｙｓｓｅｎＫｒｕｐｐ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ ＡＧ 無煙炭から合成ガスを生成する方法
US9677018B2 (en) 2013-01-09 2017-06-13 Thyssenkrupp Industrial Solutions Ag Process for the production of synthesis gas from hard coal
US10066834B2 (en) 2013-01-30 2018-09-04 Bogdan Wojak Sulphur-assisted carbon capture and storage (CCS) processes and systems
CA2843041C (en) 2013-02-22 2017-06-13 Anschutz Exploration Corporation Method and system for removing hydrogen sulfide from sour oil and sour water
US9708196B2 (en) 2013-02-22 2017-07-18 Anschutz Exploration Corporation Method and system for removing hydrogen sulfide from sour oil and sour water
US9364773B2 (en) 2013-02-22 2016-06-14 Anschutz Exploration Corporation Method and system for removing hydrogen sulfide from sour oil and sour water
US11440815B2 (en) 2013-02-22 2022-09-13 Anschutz Exploration Corporation Method and system for removing hydrogen sulfide from sour oil and sour water
WO2015006873A1 (en) 2013-07-18 2015-01-22 Cansolv Technology Inc. Processes for producing sulfuric acid from sour tail gas field
US20150059579A1 (en) * 2013-08-28 2015-03-05 Gwangju Institute Of Science And Technology Gas separation membrane for carbon dioxide and preparation method thereof
CA3063636C (en) 2014-07-25 2022-03-01 Exxonmobil Upstream Research Company Cyclical swing absorption process and system
US9518239B2 (en) 2014-07-29 2016-12-13 Uop Llc Process for removing sulfur compounds from natural gas streams
US9517431B2 (en) 2014-09-22 2016-12-13 Uop Llc Method for smoothing time-varying concentration of a fluid stream
RU2699551C2 (ru) 2014-11-11 2019-09-06 Эксонмобил Апстрим Рисерч Компани Высокоемкие структуры и монолиты посредством печати пасты
SG11201703809RA (en) 2014-12-10 2017-06-29 Exxonmobil Res & Eng Co Adsorbent-incorporated polymer fibers in packed bed and fabric contactors, and methods and devices using same
SG11201703813PA (en) 2014-12-23 2017-07-28 Exxonmobil Upstream Res Co Structured adsorbent beds, methods of producing the same and uses thereof
CA2984609A1 (en) 2015-05-01 2016-11-10 Velocys Technologies, Ltd. Process for operating an integrated gas-to-liquids facility
EA201792488A1 (ru) 2015-05-15 2018-03-30 Эксонмобил Апстрим Рисерч Компани Аппарат и система для процессов короткоцикловой адсорбции, связанные с ней, содержащие системы продувки среднего слоя
EA034705B1 (ru) 2015-05-15 2020-03-10 Эксонмобил Апстрим Рисерч Компани Аппарат и система для процессов короткоцикловой адсорбции, связанные с ней
US9808755B2 (en) * 2015-07-24 2017-11-07 Air Products And Chemicals, Inc. Sour pressure swing adsorption process
WO2017039991A1 (en) 2015-09-02 2017-03-09 Exxonmobil Upstream Research Company Process and system for swing adsorption using an overhead stream of a demethanizer as purge gas
US10080991B2 (en) 2015-09-02 2018-09-25 Exxonmobil Upstream Research Company Apparatus and system for swing adsorption processes related thereto
WO2017074655A1 (en) 2015-10-27 2017-05-04 Exxonmobil Upstream Research Company Apparatus and system for swing adsorption processes related thereto having a plurality of valves
JP6615373B2 (ja) 2015-10-27 2019-12-04 エクソンモービル アップストリーム リサーチ カンパニー 能動制御型供給ポペット弁及び受動制御型生成物弁を有するスイング吸着プロセス用の装置及びシステム
JP6616011B2 (ja) 2015-10-27 2019-12-04 エクソンモービル アップストリーム リサーチ カンパニー 複数の弁を有するスイング吸着プロセス用の装置及びシステム
EP3377194A1 (en) 2015-11-16 2018-09-26 Exxonmobil Upstream Research Company Adsorbent materials and methods of adsorbing carbon dioxide
JP2019508245A (ja) 2016-03-18 2019-03-28 エクソンモービル アップストリーム リサーチ カンパニー スイング吸着プロセス用の装置及びシステム
WO2017209860A1 (en) 2016-05-31 2017-12-07 Exxonmobil Upstream Research Company Apparatus and system for swing adsorption processes
RU2716686C1 (ru) 2016-05-31 2020-03-13 Эксонмобил Апстрим Рисерч Компани Устройство и система для осуществления процессов короткоцикловой адсорбции
US10434458B2 (en) 2016-08-31 2019-10-08 Exxonmobil Upstream Research Company Apparatus and system for swing adsorption processes related thereto
BR112019002106B1 (pt) 2016-09-01 2023-10-31 ExxonMobil Technology and Engineering Company Processo para remover água de corrente de alimentação gasosa,sistema cíclico adsorvente por variação de ciclo rápido e contator de canal substancialmente paralelo
US10328382B2 (en) 2016-09-29 2019-06-25 Exxonmobil Upstream Research Company Apparatus and system for testing swing adsorption processes
WO2018096178A1 (en) * 2016-11-28 2018-05-31 Haldor Topsøe A/S Method for production of sulfur and sulfuric acid
EP3558487A1 (en) 2016-12-21 2019-10-30 ExxonMobil Upstream Research Company Self-supporting structures having active materials
RU2019120009A (ru) 2016-12-21 2021-01-22 Эксонмобил Апстрим Рисерч Компани Самоподдерживающиеся структуры, имеющие структуры с геометрией пены и активные материалы
WO2019147516A1 (en) 2018-01-24 2019-08-01 Exxonmobil Upstream Research Company Apparatus and system for temperature swing adsorption
EP3758828A1 (en) 2018-02-28 2021-01-06 ExxonMobil Upstream Research Company Apparatus and system for swing adsorption processes
WO2020131496A1 (en) 2018-12-21 2020-06-25 Exxonmobil Upstream Research Company Flow modulation systems, apparatus, and methods for cyclical swing adsorption
CN109772134B (zh) * 2019-01-10 2021-12-28 昆明理工大学 一种循环脱除h2s和so2并回收硫的方法
US11376545B2 (en) 2019-04-30 2022-07-05 Exxonmobil Upstream Research Company Rapid cycle adsorbent bed
CN113939355B (zh) 2019-05-17 2024-07-26 沙特阿拉伯石油公司 涉及吸收和膜扩散步骤的从合成气混合物中捕获硫的改进工艺
CN110157489A (zh) * 2019-06-14 2019-08-23 林千果 提高高炉煤气燃烧热值的装置及方法
CN110157488A (zh) * 2019-06-14 2019-08-23 林千果 脱除高炉煤气中的羰基硫并提高高炉煤气燃烧热值的装置及方法
CN110157486A (zh) * 2019-06-14 2019-08-23 林千果 高炉煤气的综合处理装置及方法
CN110157490A (zh) * 2019-06-14 2019-08-23 林千果 高炉煤气的综合处理装置及方法
CN110157487A (zh) * 2019-06-14 2019-08-23 林千果 提高高炉煤气燃烧热值的装置及方法
CN110540178B (zh) * 2019-09-10 2024-02-02 中国成达工程有限公司 一种中压法硝酸生产工艺及其生产设备
US11655910B2 (en) 2019-10-07 2023-05-23 ExxonMobil Technology and Engineering Company Adsorption processes and systems utilizing step lift control of hydraulically actuated poppet valves
WO2021076594A1 (en) 2019-10-16 2021-04-22 Exxonmobil Upstream Research Company Dehydration processes utilizing cationic zeolite rho
CN110844887B (zh) * 2019-11-25 2023-03-21 宜宾海翔化工有限责任公司 一种硫化氢处理的方法及装置
WO2021130530A1 (en) * 2019-12-28 2021-07-01 Saudi Arabian Oil Company Regeneration schemes for a two-stage adsorption process for claus tail gas treatment
US11596895B2 (en) 2020-07-17 2023-03-07 Air Products And Chemicals, Inc. Radial adsorber, adsorption system, and adsorption methods
US11383200B2 (en) * 2020-09-03 2022-07-12 Saudi Arabian Oil Company Membrane process for H2 recovery from sulfur recovery tail gas stream of sulfur recovery units and process for environmentally greener sales gas
CN112831349A (zh) * 2020-12-11 2021-05-25 中国石油天然气股份有限公司 一种提高油田作业场站伴生气利用效率的方法
US20230027070A1 (en) 2021-07-21 2023-01-26 Air Products And Chemicals, Inc. Air separation apparatus, adsorber, and method
US20230087673A1 (en) 2021-09-23 2023-03-23 Air Products And Chemicals, Inc. Pre-purification arrangement for air separation and method of hybrid air purification
CN113955757B (zh) * 2021-11-26 2023-11-03 内蒙古禹源机械有限公司 气化渣制二氧化碳捕捉剂并联产氢气与合金的装置及工艺

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4263270A (en) * 1976-03-08 1981-04-21 Shell Oil Company Process for working-up hydrogen sulphide-containing gases
EP0005572B1 (en) * 1978-05-23 1982-04-07 Shell Internationale Researchmaatschappij B.V. Improved process for the further processing of hydrogen sulphide-containing gases
CN1061386A (zh) * 1990-11-16 1992-05-27 德士古发展公司 高纯度氢气的制备方法
CN1872390A (zh) * 2005-04-26 2006-12-06 气体产品与化学公司 变压吸附系统的设计和操作方法
CN101516766A (zh) * 2006-09-26 2009-08-26 鲁奇有限责任公司 生产氢气的方法
CN101674875A (zh) * 2007-02-22 2010-03-17 氟石科技公司 用于从气化物流中制造二氧化碳和氢气的配置和方法

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4356161A (en) 1981-08-24 1982-10-26 Shell Oil Company Process for reducing the total sulfur content of a high CO2 -content feed gas
US4826670A (en) 1985-03-20 1989-05-02 Air Products And Chemicals, Inc. Oxygen enriched claus system with sulfuric acid injection
US4781731A (en) 1987-12-31 1988-11-01 Texaco Inc. Integrated method of charge fuel pretreatment and tail gas sulfur removal in a partial oxidation process
AU638543B2 (en) 1990-02-09 1993-07-01 Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha Process for purifying high-temperature reducing gases and integrated coal gasification combined cycle power generation plant
US5122351A (en) 1990-12-20 1992-06-16 Ari Technologies Inc. Method and apparatus for removing H2 S from a process gas and recovering sulfur
US5304361A (en) 1992-06-26 1994-04-19 Union Carbide Chemicals & Plastics Technology Corporation Removal of hydrogen sulfide
US5248321A (en) 1992-08-06 1993-09-28 The Research Foundation Of State University Of New York At Buffalo Process of removing sulfur oxides from gaseous mixtures
EP0633219A1 (en) 1993-07-06 1995-01-11 Shell Internationale Researchmaatschappij B.V. Process for removing sulphur compounds from a gas stream
GB9606685D0 (en) 1996-03-29 1996-06-05 Boc Group Plc Gas separation
US6416729B1 (en) 1999-02-17 2002-07-09 Crystatech, Inc. Process for removing hydrogen sulfide from gas streams which include or are supplemented with sulfur dioxide
US6946016B2 (en) * 2001-12-18 2005-09-20 Fluor Technologies Corporation PSA sharing
FR2836061B1 (fr) 2002-02-15 2004-11-19 Air Liquide Procede de traitement d'un melange gazeux comprenant de l'hydrogene et du sulfure d'hydrogene
US7416716B2 (en) 2005-11-28 2008-08-26 Air Products And Chemicals, Inc. Purification of carbon dioxide
US7909898B2 (en) 2006-02-01 2011-03-22 Air Products And Chemicals, Inc. Method of treating a gaseous mixture comprising hydrogen and carbon dioxide
US7850763B2 (en) 2007-01-23 2010-12-14 Air Products And Chemicals, Inc. Purification of carbon dioxide
US7819951B2 (en) 2007-01-23 2010-10-26 Air Products And Chemicals, Inc. Purification of carbon dioxide
EP2209922A2 (en) 2007-11-20 2010-07-28 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Process for production of elemental iron
DE102008031509A1 (de) 2008-07-03 2010-01-07 Linde Aktiengesellschaft Verfahren zur Abtrennung von Schwefel aus einem Schwefel-enthaltenden Gas
US7909913B2 (en) 2008-07-17 2011-03-22 Air Products And Chemicals, Inc. Gas purification by adsorption of hydrogen sulfide
FR2934581B1 (fr) * 2008-08-04 2011-02-18 Air Liquide Procede et appareil de generation et de purification de gaz de synthese.

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4263270A (en) * 1976-03-08 1981-04-21 Shell Oil Company Process for working-up hydrogen sulphide-containing gases
EP0005572B1 (en) * 1978-05-23 1982-04-07 Shell Internationale Researchmaatschappij B.V. Improved process for the further processing of hydrogen sulphide-containing gases
CN1061386A (zh) * 1990-11-16 1992-05-27 德士古发展公司 高纯度氢气的制备方法
CN1872390A (zh) * 2005-04-26 2006-12-06 气体产品与化学公司 变压吸附系统的设计和操作方法
CN101516766A (zh) * 2006-09-26 2009-08-26 鲁奇有限责任公司 生产氢气的方法
CN101674875A (zh) * 2007-02-22 2010-03-17 氟石科技公司 用于从气化物流中制造二氧化碳和氢气的配置和方法

Also Published As

Publication number Publication date
US8518356B2 (en) 2013-08-27
US20120027655A1 (en) 2012-02-02
US20130315794A1 (en) 2013-11-28
CA2746899C (en) 2013-12-31
US9090839B2 (en) 2015-07-28
CN102431971A (zh) 2012-05-02
EP2412667A1 (en) 2012-02-01
CA2746899A1 (en) 2012-01-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102431971B (zh) 可调节地处理酸性气体的方法和装置
CN102408098B (zh) 处理酸性气体的方法和装置
CN102408111B (zh) 酸性合成气物流的分离
JP4556175B2 (ja) 製油所水素製造装置の生成ガスからの一酸化炭素分離回収方法。
AU2010241062B2 (en) Process for producing purified synthesis gas
CN1321880C (zh) 氢气循环和用薄膜除去酸性气体
CA3007124A1 (en) Polygeneration production of hydrogen for use in various industrial processes
EP2364202B1 (en) Integrated warm gas desulfurization and gas shift for cleanup of gaseous streams
JP2012521956A (ja) 精製合成ガスを製造する方法
JP2019537631A (ja) 部分酸化を使用した電力生産のためのシステムおよび方法
CA2877924A1 (en) System and process for producing ammonia using an ion transport membrane, gasifier, and ammonia synthesis unit
CN106362546B (zh) 改进的酸性变压吸附方法
CA2782101A1 (en) Process for the production of hydrogen and carbon dioxide utilizing magnesium based sorbents
CN109153565A (zh) 生产合成气的方法
US8241603B1 (en) Process and system for removing sulfur from sulfur-containing gaseous streams
Allam et al. Carbon dioxide separation technologies
EP2896598A1 (en) System and process for producing ammonia using an ion transport membrane, gasifier, and ammonia synthesis unit
WO2013036273A2 (en) Integrated underground coal gasification and acid gas removal configurations

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant