CN1946632A - 将硫化氢转化为氢和硫的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

用于从进料气体获得氢产物和硫产物的方法和装置。进料气体包括硫化氢、氢产物包括元素氢且硫产物包括元素硫。在该方法中，第一分离步骤分离进料气体以获得包括至少约90体积％硫化氢的第一纯化硫化氢级分。离解步骤离解存在于第一纯化硫化氢级分中的硫化氢，以将其转化为包括元素氢和硫的离解的第一纯化硫化氢级分。第二分离步骤分离离解的第一纯化硫化氢级分，以获得包括元素氢的富氢级分。也可以从离解的第一纯化硫化氢级分获得硫产物。最终，从富氢级分获得氢产物。所述装置实施所述方法。

Description

将硫化氢转化为氢和硫的方法和装置
技术领域
本发明涉及从进料气体获得氢产物的方法和装置，其中进料气体包括硫化氢且氢产物包括元素氢。优选地，所述方法和装置还获得包括元素硫的硫产物。
背景技术
许多天然气地层含有硫化氢、甲烷、二氧化碳和其他杂质或污染物。通常，必须在使天然气适于使用之前从天然气中除去这些杂质或污染物。相似地，工艺气体，例如由气体提纯方法得到的工艺气体或者作为其他工业方法的副产物的工艺气体，可以包含硫化氢、甲烷、二氧化碳和其他杂质或污染物。还必须在处置或进一步加工和处理工艺气体之前除去这些杂质或污染物或者用其他方式解决。
本文中使用的术语″酸气″是指含有一定量的甲烷和硫化氢以及一种或多种杂质或污染物(例如二氧化碳)的天然气。进一步地，这里使用的术语″酸性气″是指已经由其中基本上提取出所有甲烷的工艺气体或酸气，留下硫化氢和二氧化碳作为主要组分。通常使用本领域技术人员已知的常规的胺萃取工艺从酸气中萃取甲烷。除去酸气中的硫化氢(称作气体脱硫)以及工业制备酸性气导致产生一定量的硫化氢，其含有必须被处置的气体。
在小型工厂或精炼厂中，经常燃烧硫化氢，从而将其排入大气中。但是，燃烧硫化氢将其转化为酸雨的主要成分——二氧化硫。因此，燃烧硫化氢，特别是燃烧大量硫化氢是不希望的。因此，在大型工厂和精炼厂中，在各种硫萃取和回收体系中进一步处理硫化氢，从而减小需要被处置的硫化氢的体积。但是，这些体系往往是高成本的，且仍然倾向于产生大量需要被燃烧的硫化氢。
例如，称作“Claus方法”的常规硫回收方法使用导致由硫化氢制备元素硫和“尾气”的两步法。第一步是热步骤，其包括将气体(通常是酸性气)与氧气混合，以及将其加热至燃烧所需的温度。然后，对燃烧产物进行第二催化步骤。具体地，催化步骤包括将燃烧产物与催化剂混合，导致产生元素硫和包括残余量的硫化氢的尾气。通常在火炬烟囱或炉中焚烧尾气并且排放到大气中。
因此，Claus方法的目的是使尾气中所含的硫化氢的量最小，由此使燃烧期间二氧化硫的产量最小。因此，已经开发了用于第二分离步骤的专用或改进的催化剂，其实现向硫的高转化率。而且，需要时，可以在催化步骤之后对尾气进行作为尾气回收步骤的第三分离步骤，以进一步减少尾气中的残余硫化氢的量。例如，可以使用常规的胺萃取方法或常规的胺设备(amine plant)或再生器进一步选择性地除去尾气中的任何残余的硫化氢的量。而且，可能需要″尾气回收方法″以将含硫杂质，例如COS、CS2、SO2和硫的气溶胶转化回硫化氢，用于再循环回Claus方法。
但是，使用专用催化剂和进一步的处理步骤往往增加硫回收方法的整体成本，以及增加所述方法的整体能量需要。而且，燃烧未转化的硫化氢的结果是，继续生产一些二氧化硫并释放到大气中。
而且，已经使用了其他替代性方法。但是，如同使用Claus方法一样，发现这些替代性方法中的没有一种方法是完全令人满意的。
例如，将酸气、酸性气和其他工业废气输送至反应器，例如等离子体反应器或热电反应器中，这导致硫化氢离解成氢和硫。因此，产生了有价值的硫产物和潜在有价值的氢产物。但是，离解方法还在产物流中产生许多其他杂质或污染物，所述杂质或污染物是由包括COS、CS2、SO2、CO、CO2、H2O和硫的气溶胶的酸气产生的。使用离解方法的实例包括2001年3月21日公开的ABB Research Ltd的欧洲专利申请1,085,075Al；1998年12月1日授权的Wang的美国专利5,843,395；以及2000年9月28日公开的Agarwal等人的PCT国际公开WO 00/56441。
1993年5月18日授权的Harkness等人的美国专利No.5,211,923具体涉及一种使用微波等离子体反应器由酸气制备硫和氢的方法。进入等离子体反应器的所述酸气包括多种杂质或污染物，所述杂质或污染物包括甲烷、二氧化碳、硫化氢和含有碳、氢、硫和氧的其他各种物质。结果，除了离解硫化氢，等离子体反应器还可以利用离解酸气中的多种化合物(包括硫化氢)的大量能量。而且，离解还可以导致在产物流中产生各种不希望的杂质或污染物，如上所述。
因此，Harkness等人特别地在等离子体反应器后引入催化还原单元，其用于将从等离子体反应器排出的含硫杂质转化为“硫化氢浓缩流”。然后在“纯化步骤”中从硫化氢浓缩流中分离氢气，并且将剩余的硫化氢循环回等离子体反应器中。
最终，如上所述，除了产生硫产物，硫化氢已经被认为是生产氢产物的潜在原料。考虑到用于化学处理和作为潜在燃料源的氢的重要性的增加和对其的需要，还需要开发用于生产氢的硫化氢处理技术。
结果，工业上需要从包含硫化氢的进料气体获得包括元素氢的氢产物的方法和装置。而且，需要还能获得包括元素硫的硫产物的方法和装置。另外，需要这种方法和装置是相对节约能量和节约成本的且能够最小化或减少需要被燃烧或被排入大气中的不希望的气体的量。
发明内容
本发明涉及一种用于由进料气体获得氢产物的方法和装置。所述氢产物优选包括元素氢，而进料气体优选包括硫化氢。而且，所述方法和装置还优选获得硫产物，所述硫产物优选包括元素硫。
更具体地，在本发明的第一方面，本发明包括用于由进料气体获得氢产物的方法，其中进料气体包括硫化氢。在本发明的第二方面，本发明包括用于由进料气体获得氢产物的装置，其中进料气体包括硫化氢。所述的方法可以在能够和适用于实施这里列出的每一步骤的任何装置或体系中实施。但是，所述方法优选使用这里所述的装置且优选使用这里所述的装置的优选实施方式实施。
每种方法和装置都可以用于获得包括元素氢的任何所需的氢产物。但是，优选地，氢产物是相对″富集的″，使其包括高比例或百分比的元素氢。在优选实施方案中，氢产物是相对纯的产物或者具有可合理实施的纯度。换句话说，氢产物主要或基本上由元素氢组成。氢产物中的其他任何组分或任何污染物被最小化，优选被完全除去。如下文所进一步讨论的，这种纯的氢产物可以用作为所述方法和/或装置提供动力的燃料源。
而且，每种方法和装置都可以从包括硫化氢的任何类型或来源的进料气体获得氢产物。例如，进料气体可以包括天然气、工艺气体或其混合物。而且，除硫化氢以外，进料气体可以包括酸气、酸性气或者含有或包括一种或多种杂质或污染物的其他任何气体或其组合。在优选实施方案中，进料气体包括酸性气，其中酸性气包括硫化氢(H2S)和二氧化碳(CO2)。
在本发明的第一方面，所述方法优选包括以下步骤：
(a)第一次分离进料气体以从进料气体获得第一纯化硫化氢级分，其中第一纯化硫化氢级分包括至少约90体积％的硫化氢；
(b)将第一纯化硫化氢级分中存在的硫化氢离解为元素氢和元素硫，从而将第一纯化硫化氢级分转化成离解的第一纯化硫化氢级分，其中离解的第一纯化硫化氢级分包括元素氢和元素硫；
(c)第二次分离离解的第一纯化硫化氢级分以从离解的第一纯化硫化氢级分获得富氢级分，其中富氢级分包括元素氢；和
(d)从富氢级分获得氢产物，其中氢产物包括元素氢。
如上所述，第一分离步骤分离进料气体以从进料气体获得第一纯化硫化氢级分。第一纯化硫化氢级分可以包括任何比例或百分比的硫化氢。但是，优选地，第一纯化硫化氢级分是相对“富集的”，使其包括高比例或百分比的硫化氢。更优选地，为了提高所述方法的有效性并提高由其得到的氢产物的合意性，第一纯化硫化氢级分包括硫化氢的最小百分比范围为约90-100体积％。
因此，第一纯化硫化氢级分优选包括至少约90体积％的硫化氢，但是，进一步优选硫化氢的百分比为至少约94体积％。而且，为了使所述方法的有效性达到最大且产生非常需要的氢和硫产物，第一纯化硫化氢级分最优选包括至少约98或99体积％的硫化氢。换句话说，优选最大化硫化氢的体积百分比，同时最小化并优选完全除去第一纯化硫化氢组分中的任何污染物或其他组分。因此，在优选实施方案中，第一纯化硫化氢级分具有可合理实施的纯度，包括可合理实施的高体积百分比的硫化氢。
第一分离步骤可以包括能够和适于从进料气体分离硫化氢以获得第一纯化硫化氢级分的任何工艺、方法或步骤。更具体地，在进料气体是酸性气的优选实施方案中，第一分离步骤可以包括能够和适于从包含酸性气的二氧化碳分离硫化氢以获得第一纯化硫化氢级分的任何工艺、方法或步骤。
但是，优选地，第一分离步骤包括输送进料气体使其流经能够选择性吸收硫化氢的胺类试剂的步骤，使得第一纯化硫化氢级分被胺类试剂吸收。根据所需的第一分离步骤的有效性，输送步骤可以包括输送进料气体使其流经胺类试剂的单个输送步骤或者输送进料气体使其流经胺类试剂的一系列或多个步骤。而且，第一分离步骤优选地进一步包括从第一纯化硫化氢级分再生胺类试剂的步骤，以从第一纯化硫化氢级分回收胺类试剂。
能够选择性地吸收硫化氢的任何胺类试剂都可以使用。″选择性吸收硫化氢″是指优先从进料气体中吸收硫化氢，同时最小化对进料气体中的其他任何组分或污染物的吸收。因此，在优选实施方案中，选择胺类试剂，以从进料气体中尽可能多地吸收和除去硫化氢，同时尽可能少地吸收和除去进料气体中的其他组分或污染物，例如二氧化碳。换句话说，优先吸收硫化氢，而不吸收进料气体的其他组分。在优选实施方案中，选择性吸收导致第一纯化硫化氢级分的吸收，其优选包括至少约90体积％的硫化氢，如上面详细讨论的。然后，再生步骤回收胺类试剂以提供第一纯化硫化氢级分，用于进一步处理。
如上所述，可以使用能够″选择性吸收硫化氢″的任何胺类试剂，其中硫化氢被吸收，同时最小化对进料气体的其他任何组分的吸收。例如，胺类试剂可以包括单乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)、二甘醇胺(DGA)、二异丙醇胺(DIPA)、甲基二乙醇胺(MDEA)、三乙醇胺(TEA)、UCARSOLTM、SELEXOLTM及其混合物。UCARSOLTM和SELEXOLTM是Dow Chemicalcompany的商标，是指由其生产的一组胺溶剂。
在优选实施方案中，胺类试剂包括FlexsorbTM胺类试剂。FlexsorbTM是Exxon Corporation的商标，是指由其使用专有方法生产的一组包括胺的溶剂，包括FLEXSORB SETM和FLEXSORB SE PLUSTM。
离解步骤可以包括能够和适于将第一纯化硫化氢级分中存在的硫化氢离解成元素氢和元素硫以将第一纯化硫化氢级分转化成离解的第一纯化硫化氢级分的任何工艺、方法或步骤。离解的第一纯化硫化氢级分包括元素氢和元素硫。而且，如下面进一步讨论的，根据离解步骤的功效或有效性，离解的第一纯化硫化氢级分可以进一步包括硫化氢。
优选地，离解步骤包括通过热分解离解第一纯化硫化氢级分中存在的硫化氢，其也可以称作热降解。更优选地，离解步骤包括在等离子体条件下通过热分解离解第一纯化硫化氢级分中存在的硫化氢。
因此，离解步骤优选在等离子体反应器中进行。虽然可以使用能够实施离解步骤的任何类型或构型的等离子体反应器，但是，在优选实施方案中，利用电磁能驱动等离子体反应器。可以使用任何形式的电磁能来驱动等离子体反应器，例如射频(″RF″)提供RF-驱动的等离子体反应器。但是，电磁能优选包括微波能。
而且，离解步骤可以在适于通过热分解离解第一纯化硫化氢级分中存在的硫化氢的任何温度和任何压力下进行。例如，离解步骤优选在小于约3000℃的温度下进行。但是，在优选实施方案中，离解步骤在约1500℃至约2000℃的温度下进行。换句话说，离解步骤在约1500℃至约2000℃的温度下进行，这一温度范围包括接近所指出的温度值的温度。
另外，离解步骤可以在与用于实施所述步骤的装置相适应的任何压力下进行。例如，当使用微波驱动等离子体反应器时，离解步骤可以在小于约10千帕(约1.45psi)至高于约1000千帕(145psi)的大范围表压下进行。优选地，离解步骤在约6千帕(约0.87psi)至约1000千帕(145psi)的表压下进行。在优选实施方案中，离解步骤在约200千帕(约29psi)至约500千帕(约72.5psi)的表压下进行。换句话说，离解步骤在200千帕(约29psi)至500千帕(约72.5psi)的表压下进行，这一范围包括接近所指出的压力值的压力。
如上所述，第二分离步骤分离离解的第一纯化硫化氢级分，以从离解的第一纯化硫化氢级分获得富氢级分。富氢级分包括元素氢。而且，富氢级分可以包括任何比例或百分比的元素氢。但是，如所指出的那样，富氢级分优选是相对″富集的″，使其包括高比例或百分比的元素氢。在优选实施方案中，以可合理实施的程度使富氢级分中的元素氢的百分比最大化，同时最小化或减少富氢级分中的任何污染物或其他组分。关于这一点，为了提高或改进包括所述方法的后续步骤的功效或有效性，第二分离步骤优选获得或提供包括至少约40体积％元素氢的富氢级分。
当富氢级分主要或基本上由元素氢组成时，富氢级分可以包含氢产物。换句话说，可以通过简单收集富氢级分获得氢产物，其中所述氢产物构成富氢级分。但是，可能不出现这种情况。而是，富氢级分可以进一步包括硫化氢。在这种情况下，可能需要进一步处理以获得氢产物，如下所述。
而且，所述方法可以进一步包括从离解的第一纯化硫化氢级分获得硫产物的步骤，其中所述硫产物包括元素硫。所述硫产物可以包括任何比例或百分比的元素硫。但是，硫产物优选是相对“富集的”，使其包括高比例或百分比的元素硫。换句话说，使硫产物中的元素硫的百分比最大化，同时最小化硫产物中的任何污染物或其他组分。在优选实施方案中，硫产物是相对纯的产物或者具有可合理实施的纯度。换句话说，硫产物主要或基本上由元素硫组成。使硫产物中的其他任何组分或任何污染物最小化，优选将其完全除去。
因此，在优选实施方案中，分离离解的第一纯化硫化氢级分以获得包括元素氢的富氢级分并获得包括元素硫的硫产物。
第二分离步骤可以包括能够和适于分离离解的第一纯化硫化氢级分以获得富氢级分的一个或多个工艺、方法或步骤。具体地，第二分离步骤优选从离解的第一纯化硫化氢级分中分离富氢级分。另外，在优选实施方案中，第二分离步骤包括能够和适于分离离解的第一纯化硫化氢级分以获得富氢级分和获得硫产物的任何工艺、方法或步骤。具体地，第二分离步骤可以从离解的第一纯化硫化氢级分中分离富氢级分和硫产物。
而且，如上所述，离解的第一纯化硫化氢级分可以进一步包括硫化氢。在这种情况下，第二分离步骤进一步包括从离解的第一纯化硫化氢级分获得第二纯化硫化氢级分，其中第二纯化硫化氢级分包括硫化氢。第二纯化硫化氢级分可以包括任何比例或百分比的硫化氢。但是，优选地，第二纯化硫化氢级分是相对纯的，使其包括高比例或百分比的硫化氢。换句话说，优选最大化硫化氢的体积百分比，同时最小化和优选地完全除去第二纯化硫化氢级分中的任何污染物或其他组分。因此，在优选实施方案中，第二纯化硫化氢级分具有可合理实施的纯度，包括可合理实施的高体积百分比的硫化氢。
从离解的第一纯化硫化氢级分获得第二纯化硫化氢级分的步骤可以包括能够和适于获得第二纯化硫化氢级分的一个或多个工艺、方法或步骤。优选地，第二分离步骤从离解的第一纯化硫化氢级分分离第二纯化硫化氢级分。因此，在优选实施方案中，第二分离步骤分离离解的第一纯化硫化氢级分以获得富氢级分、硫产物和第二纯化硫化氢级分。
如所指出的那样，可以以任何方式和借助任何合适的方法或工艺从离解的第一纯化硫化氢组分获得第二纯化硫化氢级分。例如，可以通过离心分离离解的第一纯化硫化氢级分获得第二纯化硫化氢级分。另外，可以通过重力分离离解的第一纯化硫化氢级分获得第二纯化硫化氢级分。
而且，在优选实施方案中，所述方法进一步包括将第二纯化硫化氢级分与第一纯化硫化氢级分组合的步骤。因此，进行上述硫化氢离解步骤用以离解存在于第一纯化硫化氢级分和第二纯化硫化氢级分中的硫化氢。换句话说，当离解步骤没有离解第一纯化硫化氢级分中的一定量的硫化氢时，所述硫化氢返回或循环回去或者移动至离解步骤的上游，作为用于进一步离解硫化氢的第二纯化硫化氢级分。
而且，所述方法优选进一步包括在离解步骤之后冷却离解的第一纯化硫化氢级分的步骤，从而抑制元素氢和元素硫的再结合。冷却步骤可以在离解步骤之后的任何时间进行，但是在元素氢和元素硫的实质性再结合之前进行。但是，冷却步骤优选在离解步骤之后立即进行。冷却步骤在离解步骤之后立即进行，从而增大或最大化对元素氢和元素硫的任何潜在再结合的抑制。换句话说，在离解步骤之后迅速冷却离解的第一纯化硫化氢级分能够最小化或减少元素氢和硫的任何再结合。
冷却步骤可以包括能够和适于将离解的第一纯化硫化氢级分冷却至足以抑制元素和元素硫的再结合的温度的一个或多个工艺、方法或步骤。而且，优选选择温度以抑制元素氢和元素硫的任何实质性再结合。因此，优选将离解的第一纯化硫化氢级分冷却至元素氢和元素硫不反应或不容易反应的温度。
在优选实施方案中，冷却步骤包括将离解的第一纯化硫化氢级分冷却至低于约为元素硫的沸点的温度的步骤。换句话说，冷却步骤将离解的第一纯化硫化氢级分冷却至低于元素硫的沸点的温度，所述温度意图包括低于接近于所述沸点的温度。元素硫的沸点在大气压(或0表压)下为约717.9K(约445℃)。因此，在优选实施方案中，冷却步骤包括将离解的第一纯化硫化氢级分冷却至在大气压下低于约445℃的温度。
如上所述，获得步骤包括从富氢级分获得氢产物，其中氢产物包括元素氢。而且，如上所述，富氢级分可以进一步包括硫化氢。在这种情况下，氢产物获得步骤优选包括第三次分离富氢级分以从富氢级分获得氢产物的步骤。
第三分离步骤分离富氢级分以获得氢产物。第三分离步骤可以包括能够和适于分离富氢级分以获得氢产物的任何工艺、方法或步骤。更具体地，在优选实施方案中，第三分离步骤可以包括能够和适于从富氢级分的其他任何组分，例如从其中存在的任何硫化氢中分离元素氢以获得氢产物的任何工艺、方法或步骤。
但是，优选地，第三分离步骤包括输送富氢级分使其流经能够选择性地吸收硫化氢以获得第三纯化硫化氢级分的胺类试剂，其中第三纯化硫化氢级分包括硫化氢且其中第三纯化硫化氢级分被胺类试剂吸收。根据所需的第三分离步骤的有效性，输送步骤可以包括使富氢级分流经胺类试剂的单个输送步骤或者使富氢级分流经胺类试剂的一系列或多个输送步骤。而且，第三分离步骤优选进一步包括从第三纯化硫化氢级分再生胺类试剂的步骤，以从第三纯化硫化氢级分回收胺类试剂。
第三纯化硫化氢级分可以包括任何比例或百分比的硫化氢。但是，优选地，第三纯化硫化氢级分是相对“富集的”，使其包括高比例或百分比的硫化氢。换句话说，优选最大化硫化氢的体积百分比，同时最小化和优选地完全除去第三纯化硫化氢级分中的任何污染物或其他组分。因此，在优选实施方案中，第三纯化硫化氢级分具有可合理实施的纯度，包括可合理实施的高体积百分比的硫化氢。
而且，输送富氢级分使其流经胺类试剂以选择性地吸收硫化氢的步骤导致获得第三纯化硫化氢级分以及获得氢产物。换句话说，优选除去富氢级分中的任何剩余的硫化氢，由此产生或提供氢产物。
如实施第一分离步骤一样，可以使用能够选择性地吸收硫化氢的任何胺类试剂用于第三分离步骤。以与第一分离步骤中的相同方式限定第三分离步骤中的″选择性吸收硫化氢″，因此具有相同含义。具体地，该步骤中的″选择性吸收硫化氢″是指优先从富氢级分吸收硫化氢，同时最小化对包括元素氢的富氢级分的其他任何组分的吸收。因此，在优选实施方案中，选择胺类试剂，从而尽可能多地从富氢级分吸收和除去硫化氢，同时尽可能少地吸收和除去富氢级分的其他组分，特别是元素氢。换句话说，优选吸收硫化氢，而不吸收富氢级分的其他组分。在优选实施方案中，选择性吸收导致吸收第三纯化硫化氢级分。然后，再生步骤回收胺类试剂，以提供第三纯化硫化氢级分用于进一步处理。
如上所述，可以使用能够″选择性吸收硫化氢″的任何胺类试剂，其中硫化氢被吸收，同时最小化对富氢级分的其他任何级分的吸收。例如，与实施第一分离步骤一样，胺类试剂可以包括单乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)、二甘醇胺(DGA)、二异丙醇胺(DIPA)、甲基二乙醇胺(MDEA)、三乙醇胺(TEA)、UCARSOLTM、SELEXOLTM及其混合物。在优选实施方案中，胺类试剂包括FlexsorbTM胺类试剂。
而且，在优选实施方案中，所述方法进一步包括将第三纯化硫化氢级分与第一纯化硫化氢级分组合的步骤。因此，进行上述硫化氢离解步骤以离解第一纯化硫化氢级分和第三纯化硫化氢级分中的硫化氢。换句话说，当富氢级分中剩余一定量的硫化氢时，所述硫化氢返回或循环回去或者移动至离解步骤的上游，作为第三纯化硫化氢级分用于进一步离解硫化氢。
如上所述，优选从第一纯化硫化氢级分，第三纯化硫化氢级分，或第一和第三纯化硫化氢级分再生胺类试剂，以由其回收胺类试剂。因此，第一分离步骤可以包括从第一纯化硫化氢级分再生胺类试剂的步骤。相似地，第三分离步骤可以包括从第三纯化硫化氢级分再生胺类试剂的步骤。但是，在优选实施方案中，所述方法进一步包括从第一纯化硫化氢级分和第三硫化氢级分再生胺类试剂的步骤，以从第一纯化硫化氢级分和第三纯化硫化氢级分回收胺类试剂。
最终，优选所述方法进一步包括将氢产物输送至燃料电池的步骤，从而由氢产物产生电能。燃料电池可以是能够由氢产物产生电能的任何类型的氢发动机。燃料电池产生的电能优选用于为所述方法的全部或一部分提供动力，或者补充其他电能来源，从而提高所述方法的能量效率。在优选实施方案中，所述方法进一步包括在离解步骤中使用燃料电池产生的电能的步骤。
优选在实施本发明的方法及其每个步骤时使用本发明的装置及其每个组件或元件。因此，所述装置所使用的术语与前面提供或限定的本方法中使用的术语具有相同的含义。
在本发明的第二方面，本发明包括用于从进料气体获得氢产物的装置，其中进料气体包括硫化氢，所述装置优选包括：
(a)第一分离装置，用于第一次分离进料气体以从进料气体获得第一纯化硫化氢级分，使得第一纯化硫化氢级分包括至少约90体积％的硫化氢；
(b)离解装置，用于将第一纯化硫化氢级分中存在的硫化氢离解为元素氢和元素硫，从而将第一纯化硫化氢级分转化成离解的第一纯化硫化氢级分，其中离解的第一纯化硫化氢级分包括元素氢和元素硫；
(c)第二分离装置，用于第二次分离离解的第一纯化硫化氢级分，以从离解的第一纯化硫化氢级分获得富氢级分，其中富氢级分包括元素氢；和
(d)第三分离装置，用于第三次分离富氢级分，以从富氢级分获得氢产物，其中氢产物包括元素氢。
提供和调整第一分离装置，用于第一分离进料气体，从而从进料气体获得第一纯化硫化氢级分。第一分离装置可以包括适于和能够分离进料气体的任何装置、机构或设备，以获得包括所需百分比或比例的硫化氢的第一纯化硫化氢级分。关于这一点，如上所述，第一纯化硫化氢级分优选为相对“富集的”，使其包括高比例或百分比的硫化氢。具体地，第一纯化硫化氢级分优选包括至少约90体积％的硫化氢。
因此，在优选实施方案中，第一分离装置可以包括适于和能够分离进料气体从而获得第一纯化硫化氢级分的任何装置、机构或设备，使得第一纯化硫化氢级分包括至少约90体积％的硫化氢。因此，第一分离装置优选地最大化硫化氢的体积百分比，同时最小化第一纯化硫化氢级分中的任何污染物或其他组分，例如二氧化碳。
优选地，第一分离装置包括至少一个吸收容器。根据所需的第一分离装置的有效性，第一分离装置可以包括用于单次输送或多次输送进料气体使其通过的单个吸收容器。或者，第一分离装置可以包括具有串联连接用于单次输送或多次输送进料气体使其通过的多个吸收容器。适于选择性吸收硫化氢使得第一纯化硫化氢级分被吸收到吸收容器中的任何类型或构型的吸收容器都可以使用。而且，第一分离装置优选包括能够选择性地吸收硫化氢使得第一纯化硫化氢级分被其吸收的试剂。
虽然可以使用能够实现此功能的任何合适试剂，但是，第一分离装置优选进一步包括能够″选择性吸收硫化氢″的胺类试剂，使得第一纯化硫化氢级分被胺类试剂吸收。可以使用能够″选择性吸收硫化氢″的任何胺类试剂，该术语在第一分离步骤中已定义。在优选实施方案中，选择性吸收导致吸收第一纯化硫化氢级分，其优选包括至少约90体积％的硫化氢。
如上所述，能够选择性地吸收硫化氢使得硫化氢优先被吸收，同时最小化对进料气体的其他任何组分的吸收的任何胺类试剂都可以包含在第一分离装置中，例如前面第一分离步骤中列出的那些胺类试剂。但是，在所述装置的优选实施方案中，胺类试剂包括FlexsorbTM胺类试剂。
而且，第一分离装置可以进一步包括用于从第一纯化硫化氢级分回收试剂的再生器，所述试剂优选为胺类试剂。在这种情况下，再生器优选地与第一分离装置的吸收容器和离解装置相通，使得第一纯化硫化氢级分从吸收容器输送至再生器并且从再生器输送至离解装置。
离解装置可以包括适于和能够将第一纯化硫化氢级分中存在的硫化氢离解成元素氢和元素硫的任何装置、机构或设备，从而将第一纯化硫化氢级分转化成离解的第一纯化硫化氢级分。离解的第一纯化硫化氢级分包括元素氢和元素硫，且可以进一步包括硫化氢。
优选地，离解装置包括能够通过热分解离解硫化氢的反应器，优选在等离子体条件下进行。因此，离解装置优选包括等离子体反应器。虽然可以使用能够离解硫化氢的任何类型或构型的等离子体反应器，但是，在优选实施方案中，使用电磁能驱动等离子体反应器。可以使用任何形式的电磁能来驱动等离子体反应器，例如射频(″RF″)提供RF-驱动的等离子体反应器。但是，电磁能优选包括提供微波驱动等离子体反应器的微波能。
最终，离解装置可以提供适于离解硫化氢且与特定的离解装置相适应的任何操作温度和操作压力。例如，当离解装置包括微波驱动等离子体反应器时，离解装置优选能够提供低于约3000℃的操作温度。但是，在优选实施方案中，离解装置能够提供约1500℃至约2000℃的操作温度。换句话说，离解装置能够提供1500至2000℃的操作温度，该温度包括在接近于所指出的温度值之间的温度。
而且，当离解装置包括微波驱动等离子体反应器时，离解装置能够提供小于约10千帕(约1.45psi)至高于约1000千帕(145psi)的大范围的操作表压。优选地，离解装置能够提供约6千帕(约87psi)至约1000千帕(145psi)的操作表压。在优选实施方案中，离解装置能够提供约200千帕(约29psi)至约500千帕(约72.5psi)的操作表压。换句话说，离解装置能够提供200千帕(约29psi)至500千帕(约72.5psi)的操作表压，该压力意图包括在接近所指出的值之间的表压。
第二分离装置可以包括能够和适于第二次分离离解的第一纯化硫化氢级分以获得富氢级分的任何装置、机构或设备。具体地，第二分离装置优选从离解的第一纯化硫化氢级分分离富氢级分。因此，在优选实施方案中，第二分离装置进一步包括富氢级分的出口。富氢级分包括元素氢。而且，如上所述，富氢级分可以包括任何比例或百分比的元素氢，但是，富氢级分优选是相对“富集的”，使其包括高比例或百分比的元素氢。关于这一点，为了提高或改进包括所述装置的后续装置的功效或有效性，第二分离装置优选获得或提供包括至少约40体积％元素氢的富氢级分。
而且，第二分离装置可以进一步包括用于收集硫产物的硫收集器。在这种情况下，硫收集器优选从离解的第一纯化硫化氢级分获得硫产物，其中硫产物包括元素硫，如上文中针对所述方法所详细讨论的。硫收集器可以包括能够和适于从离解的第一纯化硫化氢级分收集硫产物的任何装置、机构或设备。具体地，第二分离装置优选分离离解的第一纯化硫化氢级分以获得硫产物，然后所述硫产物被硫收集器收集。而且，在优选实施方案中，硫收集器包括硫出口。
而且，第二分离装置优选进一步包括用于从离解的第一纯化硫化氢级分获得第二纯化硫化氢级分的分离器。更具体地，分离器优选分离离解的第一纯化硫化氢级分以获得第二纯化硫化氢级分。如上文中针对所述方法所讨论的，第二纯化硫化氢级分可以包括任何比例或百分比的硫化氢。但是，第二纯化硫化氢级分优选是相对“富集的”，使其包括高比例或百分比的硫化氢。分离器可以包括适于和能够从离解的第一纯化硫化氢级分获得第二纯化硫化氢级分的任何装置、机构或设备，例如离心分离器或重力分离器。
第二分离装置优选进一步包括第二纯化硫化氢级分的出口。在优选实施方案中，第二纯化硫化氢级分的出口与离解装置相通，使得第二纯化硫化氢级分被离解装置离解。
因此，在优选实施方案中，第二分离装置分离离解的第一纯化硫化氢级分以获得富氢级分、硫产物和第二纯化硫化氢级分。而且，第二分离装置优选包括富氢级分的出口、硫的出口以及第二纯化硫化氢级分的出口。
最终，第二分离装置还优选包括用于冷却离解的第一纯化硫化氢级分的第二分离装置热交换器，从而抑制元素氢和元素硫的再结合，如针对所述方法所详细讨论的。第二分离装置优选紧邻离解装置或与离解装置直接相通，使得第二分离装置热交换器能够迅速或立即冷却从离解装置排出的离解的第一纯化硫化氢级分，从而最小化或减少元素氢和硫的任何再结合。
第二分离装置热交换器可以包括能够和适于将离解的第一纯化硫化氢级分冷却至足以抑制元素氢和元素硫的任何再结合温度的任何装置、机构或设备，优选冷却至足以抑制元素氢和元素硫的任何实质性再结合的温度。在优选实施方案中，第二分离装置热交换器包括能够和适于将离解的第一纯化硫化氢级分冷却至低于约元素硫的沸点的温度的装置、机构或设备，如上针对所述方法的描述。
如所指出的那样，本发明的装置还包括第三分离装置，用于第三次分离富氢级分以从富氢级分获得氢产物，其中氢产物包括元素氢。第三分离装置可以包括适于和能够分离富氢级分以从富氢级分获得氢产物的任何装置、机构或设备，如上述针对所述方法所讨论和限定的那样。因此，第三分离装置优选能够产生或提供相对“富集的”氢产物。
优选地，第三分离装置包括至少一个吸收容器。根据所需的第三分离装置的有效性，第三分离装置可以包括用于使富氢级分通过的单次输送或多次输送的单个吸收容器。或者，第三分离装置可以包括串联连接的用于使富氢级分通过的单次输送或多次输送的多个吸收容器。可以使用适于选择性吸收硫化氢使得第三纯化硫化氢级分被吸收到吸收容器中的任何类型或构型的吸收容器。而且，第三分离装置优选包括能够选择性地吸收硫化氢使得第三纯化硫化氢级分被其吸收的试剂。
虽然可以使用能够实现此功能的任何合适试剂，但是优选第三分离装置进一步包括能够选择性地吸收硫化氢的胺类试剂。因此，在优选实施方案中，第三分离装置进一步包括能够选择性地吸收硫化氢的胺类试剂，使得第三纯化硫化氢级分被胺类试剂吸收。
可以使用能够″选择性吸收硫化氢″的任何胺类试剂，该术语在第三分离步骤中进行过限定，使得优先吸收硫化氢，同时最小化对富氢级分的其他任何组分的吸收。在优选实施方案中，选择性吸收导致吸收第三纯化硫化氢级分，如上文所定义的。例如，以上针对第三分离步骤所列的任何胺类试剂都可以包含在第三分离装置中。但是，在优选实施方案中，胺类试剂包括FlexsorbTM胺类试剂。
而且，第三分离装置可以进一步包括用于从第三纯化硫化氢级分回收试剂的再生器，所述试剂优选为胺类试剂。在这种情况下，再生器优选与第三分离装置的吸收容器以及离解装置相通，使得第三纯化硫化氢级分从吸收容器输送至再生器并且从再生器输送至离解装置。
如上所述，第一分离装置和第三分离装置均包括再生器。但是，在优选实施方案中，提供单个再生器。尤其是，本发明的装置进一步包括用于从第一纯化硫化氢级分和第三纯化硫化氢级分回收试剂的再生器，所述试剂优选为胺类试剂。在这种情况下，再生器优选与第一分离装置、第三分离装置和离解装置中的每一个相通，使得第一纯化硫化氢级分和第三纯化硫化氢级分从第一分离装置和第三分离装置输送至再生器并且从再生器输送至离解装置。
而且，在优选实施方案中，再生器包括用于加热第一纯化硫化氢级分和第三纯化硫化氢级分的再生器热交换器。再生器热交换器可以包括能够和适于将第一和第三纯化硫化氢级分加热至足以改进再生器的操作并便于从第一和第三纯化硫化氢级分回收胺类试剂的所需温度的任何装置、机构或设备。
如上所述，第二分离装置优选包括用于冷却离解的第一纯化硫化氢级分的第二分离装置热交换器，从而抑制元素氢和元素硫的再结合。在这种情况下，再生器热交换器和第二分离装置热交换器优选地相关联，从而将来自第二分离装置的热量传递至再生器。再生器热交换器和第二分离装置热交换器可以以允许两者之间合理地进行有效热传递的任何方式相关联。
最终，装置优选进一步包括用于由氢产物产生电能的燃料电池。如上针对所述方法所讨论的，燃料电池可以是能够由氢产物产生电能的任何类型的氢发动机。优选使用燃料电池产生的电能为所述装置的全部或一部分提供动力，或者用于补充其他电能来源，从而提高所述装置的能量效率。在优选实施方案中，燃料电池与离解装置电连接，使得使用电能为离解装置提供动力。
附图说明
下面结合附图描述本发明的实施方式，其中：
图1是本发明装置的优选实施方式的示意图，用于实施本发明方法的
优选实施方式。
具体实施方式
参见图1，提供用于由进料气体(24)获得氢产物(22)的方法和装置(20)。氢产物(22)包括元素氢，而进料气体(24)包括硫化氢。而且，优选还提供用于获得包括元素硫的硫产物(26)的方法和装置(20)。最终，独立于氢和硫产物(22，26)，分离和产生进料气体(24)中所含的任何所选杂质或污染物(例如二氧化碳)作为污染产物(28)。
因此，在优选实施方案中，方法和装置(20)导致产生三种产物流。第一产物流是提供污染产物(28)的污染物或二氧化碳流。第二产物流是硫产物流，特别是液体的硫产物流，其提供硫产物(26)。第三产物流是氢产物流，其提供氢产物(22)。认为通过优化装置(20)和方法步骤，硫产物(26)是主要或基本上由元素硫组成的相对纯的产物，氢产物(22)是主要或基本上由元素氢组成的相对纯的产物，污染产物(28)包括二氧化碳且包括少量硫或不包括硫。因此，污染产物(28)容易处置，而不需向大气中释放任何硫，或者任何大量的硫。
与现有技术的硫化氢处理技术相比，方法和装置(20)优选是相对节约能量和成本的。而且，在优选实施方案中，最小化需要被燃烧或排放至大气中的不希望的气体的量。因此，与现有技术的硫化氢处理技术相比，装置(20)和方法是相对有利于环境的或安全的。
如所指出的那样，提供用于从进料气体(24)获得氢产物(22)的方法和装置(20)。虽然所述方法可以在能够和适于进行上述方法的每个步骤的任何装置或体系中进行，但是优选利用所述的装置(20)的优选实施方式实施所述方法。因此，方法和装置(20)之一中所使用和定义的术语同样适用于方法和装置(20)中的另一种。
包括元素氢的任何所需的氢产物(22)都可以由方法和装置(20)获得。但是，优选地，氢产物(22)是相对“富集的”，使其包括高体积比例或体积百分比的元素氢。在优选实施方案中，氢产物(22)是相对纯的或者具有可合理实施的纯度。因此，氢产物(22)主要或基本上由元素氢组成。最小化且优选完全除去氢产物(22)中的其他任何组分或任何污染物。试图获得包括至少约95体积％的元素氢是理想的。纯净产物是优选的，因为在优选实施方案中，氢产物(22)用作燃料源，用于为方法和/或装置(20)提供动力。
而且，包括元素硫的任何所需的硫产物(26)都可以由方法和装置(20)获得。但是，优选地，硫产物(26)也是相对“富集的”，使其包括高体积比例或体积百分比的元素硫。在优选实施方案中，硫产物(26)是相对纯的或者具有可合理实施的纯度。因此，硫产物(26)主要或基本上由元素硫组成。最小化并优选完全除去硫产物(26)中的任何其他组分或任何污染物。试图获得包括至少约95重量％的元素硫的硫产物(26)也是理想的。
而且，在方法和装置(20)中可以使用包括硫化氢的任何类型或来源的进料气体(24)。例如，进料气体(24)可以包括天然气、工艺气体或其混合物或组合。而且，除了硫化氢以外，进料气体(24)可以包括酸气、酸性气或者包括一种或多种杂质或污染物的其他任何气体。在优选实施方案中，进料气体(24)包括酸性气，其中酸性气包括硫化氢(H2S)和二氧化碳(CO2)。例如，酸性气可以由现有的处理车间或工厂的废气燃烧管线(flare line)提供。
在与进行特定处理步骤相适应的且与实施所述工艺步骤的装置(20)的特定组件相适应的方法中，进料气体(24)可以处于任何压力下。但是，在优选实施方案中，通常最初提供的进料气体(24)处于约0-10psi或lb/in2(约0-68.95千帕)的表压下。在进行第一工艺步骤之前，如下所述，优选将进料气体(24)的压力增大至约10-15psi或lb/in2(约68.95-103.425千帕)的表压。因此，装置(20)优选包括压缩器(30)，其也称作第一压缩器(30)，用于将进料气体(24)加压至所需表压。关于这一点，可以使用能够将进料气体(24)加压至所需表压的任何类型或方式的第一压缩器(30)。
接下来，所述方法包括第一次分离进料气体(24)以从进料气体(24)获得第一纯化硫化氢级分(32)的步骤。更具体地，第一分离步骤分离进料气体(24)以获得第一纯化硫化氢级分(32)和污染产物(28)。
第一纯化硫化氢级分(32)可以包括任何比例或百分比的硫化氢。但是，优选地，第一纯化硫化氢级分(32)是相对“富集的”，使其包括高体积比例或体积百分比的硫化氢。更优选地，为了提高本发明的方法和装置(20)的有效性以及提高由其获得的氢和硫产物(22，26)的合意性和纯度，第一纯化硫化氢级分(32)包括最小百分比约为90-100体积％的的硫化氢。因此，第一纯化硫化氢级分(32)包括至少约90体积％的硫化氢，但是至少约94％体积百分比的硫化氢是更优选的。而且，为了产生非常需要的氢和硫产物(22，26)，第一纯化硫化氢级分(32)最优选地包括至少约98体积％或99体积％的硫化氢。换句话说，第一分离步骤优选最大化硫化氢的体积百分比，同时最小化第一纯化硫化氢级分(32)中的污染物或其他组分。将进料气体(24)中诸如二氧化碳之类的任何污染物分离为污染产物(28)。
因此，在优选实施方案中，第一分离步骤导致第一纯化硫化氢级分具有可合理实施的纯度，使其包括可合理实施的高体积百分比的硫化氢。结果，污染产物(28)包括来自进料气体(24)的污染物，特别是二氧化碳，以及可合理实施的低百分比的硫化氢。换句话说，将可合理实施的高比例的硫化氢引入第一纯化硫化氢级分(32)中，同时将进料气体(24)中的可合理实施的高百分比的二氧化碳和其他污染物引入污染产物(28)中。在优选实施方案中，污染产物(28)包括等于或小于约200ppm的硫化氢。因此，可以焚烧污染产物(28)或者可以燃烧污染产物(28)或将其排入大气中。或者，可以以其他方式处置污染产物(28)，或者可以对污染产物(28)进行后处理。
包括在氢产物(22)中的元素氢的特定比例或百分比至少部分地依赖于第一纯化硫化氢级分(32)的纯度或者其中的硫化氢的百分比或比例。具体地，第一纯化硫化氢级分(32)的纯度越高，则通过本发明可实现或获得的氢产物(22)的纯度越高。因此，选择第一纯化硫化氢级分(32)中的硫化氢的百分比或比例，从而获得或实现氢产物(22)中的元素氢的所需目标百分比或比例，优选为至少约95体积％的元素氢。
包括在硫产物(26)中的元素硫的特定比例或百分比也是至少部分地依赖于第一纯化硫化氢级分(32)的纯度或者该级分中的硫化氢的百分比或比例。具体地，第一纯化硫化氢级分(32)的纯度越高，则根据本发明可实现或获得的硫产物(26)的纯度越高。因此，选择第一纯化硫化氢级分(32)中的硫化氢的百分比或比例，从而获得或实现硫产物(26)中的元素硫的所需目标百分比或比例，所述百分比或比例优选为元素硫的至少约95体积％。
概括地讲，氢产物(22)和硫产物(26)的纯度都依赖于第一纯化硫化氢级分(32)的纯度。增大第一纯化硫化氢级分(32)的纯度将允许或实现所得氢和硫产物(22，26)纯度的提高。优选最大化氢和硫产物(22，26)的纯度，从而最大化产物(22，26)的价值。
第一分离步骤可以包括能够和适于从进料气体(24)中的二氧化碳和其他污染物中分离硫化氢的任何工艺、方法或步骤。但是，优选地，第一分离步骤包括输送进料气体(24)使其流经能够选择性地吸收硫化氢的胺类试剂(34)的步骤，使得第一纯化硫化氢级分(32)被胺类试剂(34)吸收。而且，第一分离步骤优选进一步包括从第一纯化硫化氢级分(32)再生胺类试剂(34)的步骤，以回收胺类试剂(34)用于再循环。
可以使用能够选择性地吸收硫化氢的任何胺类试剂。″选择性吸收硫化氢″是指优先从进料气体(24)中吸收硫化氢，同时最小化对进料气体(24)中的其他任何组分或污染物的吸收。因此，在优选实施方案中，选择胺类试剂(34)，从而从进料气体(24)中尽可能多地吸收和除去硫化氢，同时尽可能少地吸收和除去进料气体(24)中的其他组分或污染物，例如二氧化碳。在优选实施方案中，选择性吸收导致吸收第一纯化硫化氢级分(32)。
在优选实施方案中，胺类试剂(34)包括FlexsorbTM胺类试剂。FlexsorbTM是Exxon Corporation的商标，是指由其使用专有方法生产的一组溶剂，包括FLEXSORB SETM和FLEXSORB SE PLUSTM。FlexsorbTM溶剂由Exxon Corporation描述为专门为高的硫化氢容量和选择性而设计的立体受阻胺的水溶液。
本发明的装置(20)包括第一分离装置(36)，用于第一次分离进料气体(24)以获得第一纯化硫化氢级分(32)。更具体地，第一分离装置(36)分离进料气体(24)，以从进料气体(24)获得第一纯化硫化氢级分(32)和污染产物(28)。因此，第一分离装置(36)用于实施所述方法的第一分离步骤。
第一分离装置(36)可以包括适于和能够分离进料气体(24)以获得包括所需体积百分比或体积比例的硫化氢的第一纯化硫化氢级分(32)的任何装置、机构或设备。但是，在优选实施方案中，第一分离装置(36)包括一个或多个吸收容器(38)，其可以总体称作第一吸收容器(38)。因此，第一吸收容器(38)可以包括用于单次或多次输送进料气体(24)使其通过的单个吸收容器。或者，第一吸收容器(38)可以包括串联连接的用于单次或多次输送进料气体(24)使其通过的多个吸收容器。
一个或多个任何常规或已知类型或构型的吸收容器，或者常规或已知类型或构型的吸收容器的组合可以包括适于和能够选择性地吸收硫化氢的第一吸收容器(38)，使得第一纯化硫化氢级分(32)被吸收到第一吸收容器(38)中。工业中，吸收容器也称作吸收塔、接触塔、胺设备或塔或洗刷器，且通常用作气体脱硫体系的一部分。
而且，第一分离装置(36)优选包括胺类试剂(34)，如上所述，其能够选择性地吸收硫化氢。胺类试剂(34)装在第一吸收容器(38)中。进料气体(24)由压缩器(30)加压，然后通过第一吸收容器(38)的进料气体(24)入口(39)将其输送至第一吸收容器(38)中。进料气体(24)进入第一吸收容器(38)且上升通过正在下降的胺类试剂(34)，在此工艺期间，硫化氢被胺类试剂(34)选择性地吸收。二氧化碳和其他污染物在第一吸收容器(38)中继续上升，且经由污染物出口(40)离开第一吸收容器(38)，从而提供或形成污染产物(28)。
优选地，装置(20)进一步包括用于回收胺类试剂(34)的再生器(42)。或者，再生器(42)可以构成或者形成第一分离装置(36)的组件。可以使用适于和能够从第一纯化硫化氢级分(32)回收胺类试剂(34)的任何常规或已知类型或构型的再生器(42)或者其他试剂再生或回收设备或装置。再生器(42)在工业中也称作再生蒸馏柱或者塔或胺汽提蒸馏器(amine stripping still)，且与吸收容器组合使用。
再生器(42)与第一分离装置(36)相通，使得吸收到胺类试剂(34)中的第一纯化硫化氢级分(32)从第一分离装置(36)输送至再生器(42)。然后，再生器(42)从第一纯化硫化氢级分(32)回收胺类试剂(34)。
更具体地，在优选实施方案中，第一吸收容器(38)包括第一纯化硫化氢级分(32)的出口(44)，用于将吸收到胺类试剂(34)中的第一纯化硫化氢级分(32)输送出第一吸收容器(38)。再生器(42)包括再生器入口(46)。第一吸收容器(38)的第一纯化硫化氢级分(32)出口(44)与再生器入口(46)相通，使得被吸收到胺类试剂(34)中的第一纯化硫化氢级分(32)从第一吸收容器(38)输送至再生器(42)中，优选借助重力输送。
然后，再生器(42)从第一纯化硫化氢级分(32)回收胺类试剂(34)。优选地，再生器(42)额外包括用于加热再生器(42)的内容物的再生器热交换器(49)。再生器热交换器(42)可以包括能够和适于将再生器(42)的内容物加热至足以改进再生器(42)的操作并便于或改进胺类试剂(34)的回收的温度的任何装置、机构或设备，所述内容物包括第一纯化硫化氢级分(32)。
回收胺类试剂(34)以提供净化或回收的胺类试剂(48)。净化或回收的胺类试剂(48)经由回收的胺类试剂(48)的出口(50)从再生器(42)排出，优选借助泵(55)或其他泵送装置再循环或循环回到第一吸收容器(38)和下述任何其他吸收容器。在优选实施方案中，至少一部分回收的胺类试剂(48)经由回收的胺类试剂(48)的入口(52)进入第一吸收容器(38)中。而且，在从第一纯化硫化氢级分(32)回收胺类试剂(34)之后，经由第一纯化硫化氢级分(32)的出口(54)将第一纯化硫化氢级分(32)输送出或排放出再生器(42)。
另外，根据再生器(42)在回收胺类试剂(34)中的功效，装置(20)可以进一步包括至少一个除雾器或其他回收装置或设备，用于回收或除去与第一纯化硫化氢级分(32)一起从再生器(42)排出的任何其他或剩余的胺类试剂(34)。在优选实施方案中，装置(20)包括第一除雾器(56)。尤其是，用于第一纯化硫化氢级分(32)的再生器(42)的出口(54)与第一除雾器(56)相通。第一除雾器(56)除去或回收任何额外的或残余的胺类试剂(34)，且来自第一除雾器(56)的任何回收的胺类试剂(48)优选循环至再生器(42)。
接下来，所述方法包括离解第一纯化硫化氢级分(32)中存在的硫化氢的步骤。但是，离解步骤开始时，第一纯化硫化氢级分(32)的表压优选为约30-60psi或lb/in2(约206.85-413.70千帕)。已经发现，再生步骤和被输送流经第一除雾器(56)之后，第一纯化硫化氢级分(32)的表压通常为约0-10psi或lb/in2(约0-68.95千帕)。因此，在离解步骤之前，优选将第一纯化硫化氢级分(32)的压力增加至约30-60psi或lb/in2(约206.85-413.70千帕)的所需表压。因此，装置(20)优选包括其他压缩器(60)，其也称作第二压缩器(60)，用于将第一纯化硫化氢级分(32)加压至所需表压。关于这一点，可以使用能够将第一纯化硫化氢级分(32)加压至所需表压的任何类型或方式的第二压缩器(60)。
离解步骤将第一纯化硫化氢级分(32)中存在的硫化氢离解成元素氢和元素硫，从而将第一纯化硫化氢级分(32)转化为离解的第一纯化硫化氢级分(58)。因此，离解的第一纯化硫化氢级分(58)包括元素氢和元素硫。而且，根据离解步骤的功效或有效性，离解的第一纯化硫化氢级分(58)可以进一步包括硫化氢。
关于装置(20)，装置(20)进一步包括离解装置(62)，其用于离解第一纯化硫化氢级分(32)中存在的硫化氢以提供离解的第一纯化硫化氢级分(58)。优选地，离解装置(62)包括适于和能够将第一纯化硫化氢级分(32)中存在的高比例或百分比的硫化氢离解成元素氢和元素硫的装置、机构或设备。
因此，关于所述方法和装置(20)，得到的离解的第一纯化硫化氢级分(58)包括元素氢、元素硫和硫化氢。优选地，离解的第一纯化硫化氢级分(58)包括相对于未离解的硫化氢的比例或百分比而言高体积比例或体积百分比的元素氢和元素硫。更具体地，离解的第一纯化硫化氢级分(58)优选包括相对少量(体积)或最小量(体积)的硫化氢。但是，在其他因素中，离解的第一纯化硫化氢级分(58)中的硫化氢的相对比例将依赖于如下所述进行离解步骤的温度。
在本发明方法的优选实施方案中，离解步骤通过热分解第一纯化硫化氢级分(32)而进行，其也可以称作热降解。而且，第一纯化硫化氢级分(32)中存在的硫化氢优选在等离子体条件下热分解或降解。因此，离解步骤优选在等离子体反应器(64)中进行。
相似地，离解装置(62)优选包括能够通过热分解或热降解离解硫化氢的反应器，优选在等离子体条件下进行离解。因此，离解装置(62)优选包括等离子体反应器(64)。
关于所述方法和装置(20)，可以使用能够实施离解步骤的任何类型或构型的等离子体反应器(64)。但是，等离子体反应器(64)优选是微波驱动等离子体反应器，即，由微波能驱动等离子体反应器(64)。更具体地，在优选实施方案中，微波驱动等离子体反应器(64)优选是2002年2月12日授权的Physical Sciences，Inc.的加拿大专利No.2,221,624以及1998年8月11日授权的Read等人的美国专利No.5,793,013所述的类型，其可以称作Physical Sciences，Inc.微波等离子体焰炬。使用Physical Sciences，Inc.微波等离子体焰炬是优选的，因为已经发现其能够产生相对稳定的等离子体并且能够抑制或减少其中的气体的任何潜在的污染或燃烧。
需要时，可以使用氦或替代气体用于启动或触发等离子体反应器(64)或者用于在向其中引入任何含硫化氢气体之前检测等离子体反应器(64)的完整性。然后，通过反应器入口(66)将第一纯化硫化氢级分(32)引入等离子体反应器(64)中。因此，反应器入口(66)直接或间接与再生器(42)的出口(54)相通，使得第一纯化硫化氢级分(32)从再生器(42)输送至离解装置(62)，特别是输送至等离子体反应器(64)。在优选实施方案中，反应器入口(66)通过第一除雾器(56)和第二压缩器(60)与再生器(42)的出口(54)间接相通。
反应器入口(66)可以包括一个或多个入口喷嘴(未示出)，如所需要的，其将第一纯化硫化氢级分(32)引入反应器室(68)中。入口喷嘴导入反应器室(68)中且以在反应器室(68)中产生足以稳定其中的等离子体的速率和旋转的方式构造。设置反应器室(68)，用于容纳或限制高温等离子体且与微波能源偶联使得反应器室(68)中的气体离子化。因此，在反应器室(68)中，第一纯化硫化氢级分(32)接触高温等离子体，以离解硫化氢。具体地，第一纯化硫化氢级分(32)流经等离子体，导致氢和硫之间的化学键被热降解方法破坏。然后，离解的第一纯化硫化氢级分(58)从等离子体反应器(64)的反应器出口(70)排出，用于进一步处理。
离解步骤可以在适于通过热分解离解第一纯化硫化氢级分(32)中存在的硫化氢的任何温度和任何压力下进行。但是，可以相信，离解步骤离解的硫化氢的比例或百分比取决于进行离解步骤时的温度。更具体地，已经进行理论热动力学计算，以提供代表离解的第一纯化硫化氢级分(58)的化学组分(包括硫化氢、元素氢和元素硫的百分比)作为温度的函数的理论离解曲线。
关于硫化氢的比例，理论离解曲线显示从0℃至约2000℃的陡斜率。具体地，在约500℃的温度下，离解的第一纯化硫化氢级分(58)包括大于约90体积％的硫化氢。在约1000℃的温度下，离解的第一纯化硫化氢级分(58)包括约60体积％-70体积％的硫化氢。在约1500℃的温度下，离解的第一纯化硫化氢级分(58)包括约10-20体积％的硫化氢。在约2000℃的温度下，离解的第一纯化硫化氢级分(58)包括最小量的硫化氢，例如小于约5体积％的硫化氢。在高于约2000℃的温度下，离解曲线变得平稳，使得温度的进一步升高对离解水平具有最小的影响。
优选地，离解的第一纯化硫化氢级分(58)包括比硫化氢更高比例或百分比的元素氢和硫。更优选地，考虑到离解装置(62)的操作条件和限制，以可合理实施的程度尽可能多地最小化或减少构成离解的第一纯化硫化氢级分(58)的硫化氢的比例或百分比。
根据理论离解曲线，小于约1500℃的温度不允许以最佳水平离解成元素氢和硫。而且，高于约2000℃的温度导致离解水平最小程度地增大，同时需要更多的能量输入以产生所需温度。因此，为了最大化离解步骤的能量效率，同时仍然实现所需的离解水平，离解步骤优选在约1500℃至约2000℃的温度下进行。换句话说，离解步骤在约1500℃至约2000℃的温度下进行，该温度范围意图包括在接近于所指出的温度值之间的温度。
针对离解百分比进行的实际试验往往显示比上述理论离解曲线得到的理论水平更低的硫化氢离解水平。可以相信，这些低水平可能是元素氢和元素硫在等离子体反应器(64)中或在其下游再结合成硫化氢的结果。为了解决产生硫化氢的任何潜在的再结合，优选在离解步骤之后对元素氢和元素硫进行物理分离，如下所述。而且，可以通过冷却离解的第一纯化硫化氢级分(58)进一步抑制或阻止任何再结合，如下文所述。冷却离解的第一纯化硫化氢级分(58)被认为能够改进或便于使气态硫冷凝成其液体形式从而作为硫产物(26)除去，以及能够抑制氢与硫发生化学反应再形成硫化氢。
而且，离解步骤在与等离子体反应器(64)的操作参数相适应的压力下进行。例如，离解步骤可以在小于约10千帕(约1.45psi)至高于约1000千帕(145psi)的大范围表压下进行。优选地，离解步骤在约6千帕(约0.87psi)至约1000千帕(145psi)的表压下进行。在优选实施方案中，离解步骤在约200千帕(约29psi)至约500千帕(约72.5psi)的表压下进行。换句话说，离解步骤在200千帕(约29psi)至500千帕(约72.5psi)的表压下进行，该压力范围意图包括在接近于所指出的压力值之间的压力。
所述方法进一步包括在离解步骤之后的第二分离步骤。具体地，第二分离步骤分离离解的第一纯化硫化氢级分(58)以获得包括元素氢的富氢级分(72)。富氢级分(72)可以包括任何比例或百分比的元素氢。但是，富氢级分(72)优选是相对“富集的”，使其包括高比例或百分比的元素氢。在优选实施方案中，以可合理实施的程度尽可能多地最大化富氢级分(72)中的元素氢的百分比，同时最小化或减少富氢级分(72)中的任何污染物或其他组分。
当富氢级分(72)主要或基本上由元素氢组成时，富氢级分(72)可以包含氢产物(22)。换句话说，氢产物(22)可以通过简单收集富氢级分(72)而获得，其中氢产物(22)包括富氢级分(72)。当富氢级分(72)不是主要或基本上由元素氢组成时，在使用氢产物(22)允许其中存在一定量的硫化氢时，富氢级分(72)仍然可以包含氢产物(22)。但是，通常，富氢级分(72)进一步包括一定比例或百分比的如下文所述需要进一步处理的硫化氢。因此，在优选实施方案中，所述方法进一步包括富氢级分(72)获得氢产物(22)的步骤。
而且，当需要硫产物(26)时，所述方法还优选包括从离解的第一纯化硫化氢级分(58)获得硫产物(26)的步骤。因此，进行第二分离步骤以分离离解的第一纯化硫化氢级分(58)，从而获得或提供包括元素氢的富氢级分(72)并获得或提供包括元素硫的硫产物(26)。
最终，如所指出的那样，离解的第一纯化硫化氢级分(58)可以进一步包括一定比例或百分比的在离解步骤期间未被离解的硫化氢。在这种情况下，第二分离步骤可能进一步包括从离解的第一纯化硫化氢级分(58)获得第二纯化硫化氢级分(74)的步骤，其中第二纯化硫化氢级分(74)包括硫化氢。第二纯化硫化氢级分(74)可以包括任何比例或百分比的硫化氢。但是，优选地，第二纯化硫化氢级分(74)是相对“富集的”，使其包括高体积比例或体积百分比的硫化氢。换句话说，优选最大化硫化氢的体积百分比，同时最小化且优选完全除去第二纯化硫化氢级分(74)中的任何污染物或其他组分。因此，在优选实施方案中，第二纯化硫化氢级分(74)具有可合理实施的纯度，包括具有可合理实施的高体积百分比的硫化氢。
因此，在优选实施方案中，第二分离步骤将离解的第一纯化硫化氢级分(58)分离成三种组分或物流，从而获得富氢级分(72)、硫产物(26)和第二纯化硫化氢级分(74)。第二分离步骤可以以能够分离上述三种组分或流体的任何方式进行，例如通过离心分离离解的第一纯化硫化氢级分(58)、通过重力分离离解的第一纯化硫化氢级分(58)，或者通过两者的组合进行。
关于装置(20)，装置(20)优选进一步包括第二分离装置(76)，用于第二次分离离解的第一纯化硫化氢级分(58)，如上所述。第二分离装置(76)与离解装置(62)直接或间接相通。具体地，第二分离装置(76)包括第二分离装置入口(78)，其允许离解的第一纯化硫化氢级分(58)从中通过。因此，反应器出口(70)与第二分离装置入口(78)相通，以允许离解的第一纯化硫化氢级分(58)从离解装置(62)输送至第二分离装置(76)。
而且，第二分离装置(76)包括多个出口以允许在分离其中的离解的第一纯化硫化氢级分(58)之后，将上述各种组分或物流输送出第二分离装置(76)。首先，第二分离装置(76)优选包括富氢级分(72)的出口(80)，以允许在将富氢级分(72)从离解的第一纯化硫化氢级分(58)分离出来之后输送出第二分离装置(76)。
其次，第二分离装置(76)优选进一步包括硫收集器(82)，用于在将硫产物(26)从离解的第一纯化硫化氢级分(58)中分离出来之后收集硫产物(26)。具体地，硫收集器(82)从离解的第一纯化硫化氢级分(58)获得硫产物(26)。因此，硫收集器(82)可以包括能够和适于在从离解的第一纯化硫化氢级分(58)中分离硫产物(26)之后收集硫产物(26)的任何装置、机构或设备。在优选实施方案中，硫产物(26)在第二分离装置(76)中冷凝并以液体形式流入位于第二分离装置(76)底部的硫收集器(82)中。
而且，硫收集器(82)包括硫出口(84)，以允许硫产物(26)由硫收集器(82)排出，以及因此由第二分离装置(76)排出。具体地，允许液体硫产物(26)在重力作用下由硫出口(84)流出。以其液体形式收集和储存硫产物(26)，或者可以将其转化为块或球粒形式并且以固体形式储存。
再次，第二分离装置(76)优选进一步包括分离器(86)，用于从离解的第一纯化硫化氢级分(58)获得第二纯化硫化氢级分(74)。分离器(86)分离离解的第一纯化硫化氢级分(58)以获得第二纯化硫化氢级分(74)。优选地，分离器(86)包括离心或重力分离器。而且，第二分离装置(76)，具体而言，分离器(86)进一步包括第二纯化硫化氢级分(74)出口(88)。因此，允许在将第二纯化硫化氢级分(74)与离解的第一纯化硫化氢级分(58)分离之后将其排出第二分离装置(76)。
为了提高所述方法和装置(20)的效率，优选再循环第二纯化硫化氢级分(74)，使其可以进一步经历或再接受离解步骤。结果，离解或热分解第二纯化硫化氢级分(74)以进一步回收由此得到的元素氢和元素硫。换句话说，在第一纯化硫化氢级分(32)中的一定量的硫化氢最初没有经离解步骤离解时，所述硫化氢返回或再循环回去或者移动至离解步骤的上游，作为第二纯化硫化氢级分(74)，用于进一步离解其中的硫化氢。
可以在离解步骤之前，以任何方式将第二纯化硫化氢级分(74)再循环或循环回去或移动至上游，以及循环至所述方法中任何合适的点或步骤。但是，优选地，所述方法进一步包括将第二纯化硫化氢级分(74)与第一纯化硫化氢级分(32)组合的步骤。因此，进行离解步骤，以离解经组合的第一和第二纯化硫化氢级分(32，74)中存在的硫化氢。
因此，在装置(20)的优选实施方案中，第二纯化硫化氢级分(74)的出口(88)直接或间接与离解装置(62)相通，使得第二纯化硫化氢级分(74)可以被离解装置(62)离解。尤其是，第二纯化硫化氢级分(74)优选在将第一纯化硫化氢级分(32)输送出第一除雾器(56)之后且在将其输送至第二压缩器(60)之前与第一纯化硫化氢级分(32)组合。
如上所述，可以相信在离解步骤之后存在元素氢和元素硫再结合而形成硫化氢的倾向。借助第二分离步骤的元素氢和元素硫的物理分离可以抑制且优选阻止所述再结合。通过冷却离解的第一纯化硫化氢级分(58)可以进一步抑制或阻止这一再结合的倾向，从而改进或便于气态硫冷凝成其液体形式作为硫产物(26)除去并且抑制氢和硫发生化学反应再形成硫化氢。
结果，所述方法优选进一步包括在离解步骤之后冷却离解的第一纯化硫化氢级分(58)的步骤，从而抑制元素氢和元素硫的再结合。冷却步骤优选在离解步骤之后迅速或立即进行，从而抑制或防止元素氢和元素硫的任何实质性再结合。可以相信，离解的第一纯化硫化氢级分(58)的这种迅速冷却，结合从元素氢中物理去除或分离元素硫，可限制或减少元素氢和硫的任何再结合。
冷却步骤可以在足以抑制元素氢和硫的任何实质性再结合的任何温度下进行。因此，优选将离解的第一纯化硫化氢级分(58)冷却至元素氢和元素硫不反应或不容易反应的温度。关于这一点，冷却步骤优选包括将离解的第一纯化硫化氢级分(58)冷却至低于约为元素硫的沸点的温度(在大气压(或0表压)下为约717.9K(约445℃))。因此，在优选实施方案中，冷却步骤包括将离解的第一纯化硫化氢级分(58)冷却至在大气压下小于约445℃的温度。
为了进行冷却步骤，第二分离装置(76)进一步优选包括第二分离装置热交换器(90)，用于冷却离解的第一纯化硫化氢级分(58)。为了允许离解的第一纯化硫化氢级分(58)迅速或立即冷却，包括第二分离装置热交换器(90)的第二分离装置(76)优选紧邻离解装置或直接与离解装置(62)相通。尤其是，第二分离装置热交换器(90)容纳或安装在第二分离装置(76)中。因此，第二分离装置热交换器(90)能够在离解的第一纯化硫化氢级分(58)从反应器出口(70)进入第二分离器装置入口(78)时迅速或立即冷却离解的第一纯化硫化氢级分(58)。第二分离装置热交换器(90)可以包括能够将离解的第一纯化硫化氢级分(58)冷却至所需温度的任何机构或设备。
如上所述，再生器(42)包括再生器热交换器(49)，用于加热第一纯化硫化氢级分(32)和再生器(42)的其他任何内容物。第二分离装置(76)包括第二分离装置热交换器(90)，用于冷却第二分离装置(76)中的离解的第一纯化硫化氢级分(58)。为了提高方法和装置(20)的的能量效率，以以下方式将再生器热交换器(49)和第二分离装置热交换器(90)相关联，使得来自第二分离装置(76)中的热量转移至再生器(42)。再生器热交换器(49)和第二分离装置热交换器(90)优选以允许其间进行合理有效热传递的方式相关联。
在优选实施方案中，设置循环系统(92)，其包括再生器热交换器(49)、第二分离装置热交换器(90)，和用于循环或泵送水或能够围绕循环系统(92)传递热量的另外的合适流体的泵(94)。具体地，当离解的第一纯化硫化氢级分(58)在第二分离装置(76)中经冷却时，热量通过第二分离装置热交换器(90)传递给水，产生被加热的水(96)。被加热的水(96)然后经由循环系统(92)循环至再生器热交换器(49)。在再生器(42)中，热量从经由再生器热交换器(49)循环的被加热的水(96)转移至第一纯化硫化氢级分(32)和再生器(42)的其他内容物，产生经冷却的水(98)。经冷却的水(98)经由循环系统(92)循环至第二分离装置热交换器(90)，从而重复循环。
在第二分离步骤之后，所述方法包括从富氢级分(72)获得氢产物(22)的步骤。如上所述，富氢级分(72)包括元素氢，且可以进一步包括硫化氢。结果，氢产物(22)获得步骤优选包括第三次分离富氢级分(72)从而从富氢级分(72)获得氢产物(22)的步骤。
第三分离步骤分离富氢级分(72)以获得氢产物(22)。第三分离步骤可以包括能够和适于分离富氢级分(72)以获得所需氢产物(22)的任何工艺、方法或步骤。第三分离步骤从富氢级分(72)的其他任何组分中分离元素氢，以提供氢产物(22)，例如从其中的任何硫化氢中分离。
优选地，第三分离步骤包括输送富氢级分(72)使其流经能够选择性地吸收硫化氢的胺类试剂(34)的步骤，从而获得第三纯化硫化氢级分(100)，其中第三纯化硫化氢级分(100)包括硫化氢，且其中第三纯化硫化氢级分(100)被胺类试剂(34)吸收。而且，第三分离步骤优选包括从第三纯化硫化氢级分(100)再生胺类试剂(34)的步骤，以回收胺类试剂(34)用于再循环。
第三纯化硫化氢级分(100)可以包括任何比例或百分比的硫化氢。但是，优选地，第三纯化硫化氢级分(100)是相对“富集的”，使其包括高体积比例或体积百分比的硫化氢。换句话说，优选最大化硫化氢的体积百分比，同时最小化且优选完全除去第三纯化硫化氢级分(100)中的任何污染物或其他组分。因此，在优选实施方案中，第三纯化硫化氢级分(100)具有可合理实施的纯度，包括可合理实施的高体积百分比的硫化氢。
因此，输送富氢级分(72)使其通过胺类试剂(34)以选择性吸收硫化氢的步骤导致获得第三纯化硫化氢级分(100)，以及获得氢产物(22)。换句话说，优选除去富氢级分(72)中的任何残余的硫化氢，该富氢级分产生或提供氢产物(22)。
如同使用第一分离步骤，能够选择性地吸收硫化氢的任何胺类试剂(34)都可以用于第三分离步骤。第三分离步骤所指的″选择性吸收硫化氢″以与上述在第一分离步骤中相同的方式定义且具有相同的含义。具体地，本步骤中的″选择性吸收氢硫″是指优先从富氢级分(72)中吸收硫化氢，同时最小化对包括元素氢的富氢级分的其他任何组分的吸收。因此，在优选实施方案中，选择胺类试剂(34)，以尽可能多地从富氢级分(72)中吸收和除去硫化氢，同时尽可能少地吸收和除去富氢级分(72)的其他组分，特别是元素氢。在优选实施方案中，选择性吸收导致吸收第三纯化硫化氢级分(100)。
如上所述，可以使用能够″选择性吸收硫化氢″的任何胺类试剂(34)，其中硫化氢被吸收，同时最小化对富氢级分的其他任何组分的吸收。例如，如同使用第一分离步骤，胺类试剂(34)可以包括单乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)、二甘醇胺(DGA)、二异丙醇胺(DIPA)、甲基二乙醇胺(MDEA)、三乙醇胺(TEA)、UCARSOLTM、SELEXOLTM及其混合物。在优选实施方案中，胺类试剂(34)包括FlexsorbTM胺类试剂。
而且，在优选实施方案中，所述方法进一步包括将第三纯化硫化氢级分(100)与第一纯化硫化氢级分(32)组合的步骤。因此，如上所述，进行离解步骤，以离解第一纯化硫化氢级分(32)和第三纯化硫化氢级分(100)中存在的硫化氢。换句话说，当富氢级分(72)中剩余一定量的硫化氢时，所述硫化氢返回或循环回去或移动至离解步骤上游，作为第三纯化硫化氢级分(100)，用于进一步离解硫化氢。
如所指出的那样，优选从第三纯化硫化氢级分(100)以及第一纯化硫化氢级分(32)再生和回收胺类试剂(34)。因此，在优选实施方案中，所述方法进一步包括从第一纯化硫化氢级分(32)和第三硫化氢级分(100)再生胺类试剂(34)的步骤，从而分别从第一和第三纯化硫化氢级分(32，100)回收胺类试剂(34)。结果，优选合并第一和第三纯化硫化氢级分(32，100)以及被吸收的胺类试剂(34)，且进行单个再生步骤以由其回收胺类试剂(34)。
因此，本发明的装置(20)优选进一步包括第三分离装置(102)，用于第三次分离富氢级分(72)，从而获得氢产物(22)。更具体地，第三分离装置(102)分离富氢级分(72)以获得第三纯化硫化氢级分(100)和氢产物(22)。因此，第三分离装置(102)用于实施所述方法的第三分离步骤。
第三分离装置(102)可以包括适于和能够分离富氢级分(72)以获得所需氢产物(22)的任何装置、机构或设备。但是，在装置(20)的优选实施方案中，第三分离装置(102)包括一个或多个吸收容器(104)，其总体上称作第二吸收容器(104)。因此，第二吸收容器(104)可以包括用于单次输送或多次输送富氢级分(72)使其通过的单个吸收容器。或者，第二吸收容器(104)可以包括串联连接用于单次输送或多次输送富氢级分(72)使其通过的多个吸收容器。
第二吸收容器(104)可以包括一个或多个的任何常规或已知类型或构型的吸收容器，或者常规或已知类型或构型的吸收容器的组合，其适于和能够选择性地吸收硫化氢使得第三纯化硫化氢级分(102)被吸收到第二吸收容器(104)中。而且，第三分离装置(102)优选包括胺类试剂(34)，如上所述，其能够选择性地吸收硫化氢使得第三纯化硫化氢级分(100)被胺类试剂吸收(34)。胺类试剂(34)装在第二吸收容器(104)中。
第二吸收容器(104)包括第二吸收容器入口(106)，用于输送富氢级分(72)进入第二吸收容器(104)。当进入第二吸收容器(104)中时，富氢级分(72)可以处于与第三分离步骤和第二吸收容器(104)相适应的任何压力下。但是，在优选实施方案中，进入第二吸收容器(104)中的富氢级分(72)的表压优选为约10-15psi或lb/in2(约68.95-103.425千帕)。因此，当需要实现所需压力时，可以设置与压缩器(30)相似的其他压缩器(未示出)用于对富氢级分(72)加压。
因此，富氢级分(72)进入装有胺类试剂(34)的第二吸收容器(104)中。富氢级分(72)进入第二吸收容器(104)并且上升通过正在下降的胺类试剂(34)，在所述处理期间，胺类试剂(34)吸收硫化氢。元素氢和其他任何组分继续在第二吸收容器(104)中升高并且经由第二吸收容器出口(108)从第二吸收容器(104)中排出，以提供或形成氢产物(22)。
而且，如前所述，装置(20)优选进一步包括再生器(42)，用于回收胺类试剂(34)。具体地，优选设置再生器(42)，用于从第一和第三纯化硫化氢级分(32，100)回收胺类试剂(34)。但是，如果需要，可以设置单独或独立的再生器，用于从第一纯化硫化氢级分(32)和第三纯化硫化氢级分(100)中的每一种回收胺类试剂(34)。
可以使用任何常规或已知类型或构型的再生器(42)，其适于和能够从第一和第三纯化硫化氢级分(32，100)回收胺类试剂(34)。当设置单个再生器(42)时，再生器(42)优选与第一分离装置(36)、第三分离装置(102)和离解装置(62)中的每一个相通，使得第一纯化硫化氢级分(32)和第三纯化硫化氢级分(100)分别从第一和第三分离装置(36，102)输送至再生器(42)并且从再生器(42)输送至离解装置(62)。
更具体地，在优选实施方案中，第二吸收容器(104)包括第三纯化硫化氢级分(100)的出口(104)，用于将胺类试剂(34)吸收的第三纯化硫化氢级分(100)输送出第二吸收容器(104)。第二吸收容器(104)的第三纯化硫化氢级分(100)的出口(110)与再生器入口(46)相通，使得将胺类试剂(34)所吸收的第三纯化硫化氢级分(100)从第二吸收容器(104)输送至再生器(42)，优选地借助重力输送。
然后，再生器(42)从第一和第三纯化硫化氢级分(32，100)回收胺类试剂(34)。具体地，回收胺类试剂(34)，以提供经净化的或回收的胺类试剂(48)，如上所述。经净化或回收的胺类试剂(48)经由用于回收的胺类试剂(48)的出口(50)离开再生器(42)，且优选被泵送回去或再循环至第一吸收容器(38)和第二吸收容器(104)。
关于第二吸收容器(104)，回收的胺类试剂(48)经由用于回收的胺类试剂(48)的入口(112)进入第二吸收容器(104)。而且，在再生器(42)中回收胺类试剂(34)之后，将第三纯化硫化氢级分(100)与第一纯化硫化氢级分(32)组合。事实上，第三纯化硫化氢级分(100)变成或形成第一纯化硫化氢级分(32)的一部分，且经由用于第一纯化硫化氢级分(32)的出口(54)被输送出或排出再生器(42)。
另外，装置(20)可以进一步包括至少一个除雾器或其他回收装置或设备，用于回收或除去与氢产物(22)一起离开第二吸收容器(104)的任何残余的胺类试剂(34)。因此，在优选实施方案中，装置(20)包括第二除雾器(114)。尤其是，第二吸收容器(104)的第三纯化硫化氢级分(100)的出口(110)与第二除雾器(114)相通。第二除雾器(114)除去或回收任何额外或残余的胺类试剂(34)，来自第二除雾器(114)的任何回收的胺类试剂(48)优选再循环至再生器(42)。结果，将相对纯的氢产物(22)输送出第二除雾器(114)。
最终，所述方法优选进一步包括将氢产物(22)输送至燃料电池(116)的步骤，从而由氢产物(22)产生电能(118)。因此，装置(20)优选进一步包括燃料电池(116)，用于从氢产物(22)产生电能(118)。
燃料电池(116)可以是能够由氢产物(22)产生电能(118)的任何类型的氢发动机。优选利用燃料电池(116)产生的电能(118)为方法或装置(20)的全部或一部分提供动力，或者补充其他电能来源(120)或供电网(power grid)，从而提高方法或装置(20)的能量效率。产生电能(118)还导致产生水(122)。
在优选实施方案中，所述方法进一步包括在离解步骤中使用燃料电池(116)产生的电能(118)的步骤。因此，在装置(20)的优选实施方案中，燃料电池(116)与离解装置(62)电连接，使得燃料电池(116)产生的电能(118)可以用于提供离解装置(62)(特别是等离子体反应器(64))所需的至少一部分动力。

Claims (67)

1.由进料气体获得氢产物的方法，其中进料气体包括硫化氢，所述方法包括以下步骤：
(a)第一次分离进料气体，从而由进料气体获得第一纯化硫化氢级分，其中第一纯化硫化氢级分包括至少约90体积％的硫化氢；
(b)将存在于第一纯化硫化氢级分中的硫化氢离解成元素氢和元素硫，从而将第一纯化硫化氢级分转化为离解的第一纯化硫化氢级分，其中离解的第一纯化硫化氢级分包括元素氢和元素硫；
(c)第二次分离离解的第一纯化硫化氢级分，以从离解的第一纯化硫化氢级分获得富氢级分，其中富氢级分包括元素氢；和
(d)从富氢级分获得氢产物，其中氢产物包括元素氢。
2.权利要求1的方法，其中离解步骤包括通过热分解离解存在于第一纯化硫化氢级分中的硫化氢。
3.权利要求2的方法，其中离解步骤在约1500℃至约2000℃的温度下进行。
4.权利要求3的方法，其中离解步骤在约200千帕至约500千帕的压力下进行。
5.权利要求1的方法，其中离解步骤包括通过在等离子体条件下热分解而离解存在于第一纯化硫化氢级分中的硫化氢。
6.权利要求5的方法，其中离解步骤在约1500℃至约2000℃的温度下进行。
7.权利要求6的方法，其中离解步骤在约200千帕至约500千帕的压力下进行。
8.权利要求1的方法，其中离解步骤在等离子体反应器中进行。
9.权利要求8的方法，其中等离子体反应器由电磁能驱动。
10.权利要求9的方法，其中电磁能包括微波能。
11.权利要求10的方法，其中离解步骤在约1500℃至约2000℃的温度下进行。
12.权利要求11的方法，其中离解步骤在约200千帕至约500千帕的压力下进行。
13.权利要求1的方法，其中第一分离步骤包括输送进料气体使其流经能够选择性地吸收硫化氢的胺类试剂的步骤，使得第一纯化硫化氢级分被胺类试剂吸收。
14.权利要求13的方法，其中胺类试剂包括FlexsorbTM胺类试剂。
15.权利要求13的方法，其中第一分离步骤进一步包括由第一纯化硫化氢级分再生胺类试剂的步骤，从而由第一纯化硫化氢级分回收胺类试剂。
16.权利要求1的方法，其中富氢级分进一步包括硫化氢，且其中氢产物获得步骤包括第三次分离富氢级分从而由富氢级分获得氢产物的步骤。
17.权利要求16的方法，其中第三分离步骤包括输送富氢级分使其流经能够选择性地吸收硫化氢的胺类试剂的步骤，从而获得第三纯化硫化氢级分，其中第三纯化硫化氢级分包括硫化氢，且其中第三纯化硫化氢级分被胺类试剂吸收。
18.权利要求17的方法，其中胺类试剂包括FlexsorbTM胺类试剂。
19.权利要求17的方法，其中第三分离步骤进一步包括由第三纯化硫化氢级分再生胺类试剂的步骤，从而由第三纯化硫化氢级分回收胺类试剂。
20.权利要求19的方法，其进一步包括将第三纯化硫化氢级分与第一纯化硫化氢级分组合的步骤。
21.权利要求17的方法，其中第一分离步骤包括输送进料气体使其流经能够选择性地吸收硫化氢的胺类试剂的步骤，使得第一纯化硫化氢级分被胺类试剂吸收。
22.权利要求21的方法，其中胺类试剂包括FlexsorbTM胺类试剂。
23.权利要求21的方法，其进一步包括将第三纯化硫化氢级分与第一纯化硫化氢级分组合的步骤。
24.权利要求23的方法，其进一步包括由第一纯化硫化氢级分和第三纯化硫化氢级分再生胺类试剂的步骤，从而由第一纯化硫化氢级分和第三纯化硫化氢级分回收胺类试剂。
25.权利要求1的方法，其中离解的第一纯化硫化氢级分进一步包括硫化氢，且其中第二分离步骤进一步包括由离解的第一纯化硫化氢级分获得第二纯化硫化氢级分，其中第二纯化硫化氢级分包括硫化氢。
26.权利要求25的方法，其中第二纯化硫化氢级分通过离心分离离解的第一纯化硫化氢级分而获得。
27.权利要求25的方法，其中通过重力分离离解的第一纯化硫化氢级分而获得第二纯化硫化氢级分。
28.权利要求25的方法，进一步包括将第二纯化硫化氢级分与第一纯化硫化氢级分组合的步骤。
29.权利要求1的方法，进一步包括在离解步骤后冷却离解的第一纯化硫化氢级分的步骤，从而抑制元素氢和元素硫的再结合。
30.权利要求29的方法，其中在离解步骤后立即进行冷却步骤。
31.权利要求29的方法，其中冷却步骤包括将离解的第一纯化硫化氢级分冷却至低于约为元素硫的沸点的温度。
32.权利要求31的方法，其中在离解步骤后立即进行冷却步骤。
33.权利要求29的方法，进一步包括从离解的第一纯化硫化氢级分获得硫产物的步骤，其中硫产物包括元素硫。
34.权利要求1的方法，进一步包括将氢产物输送至燃料电池的步骤，从而由氢产物产生电能。
35.权利要求34的方法，进一步包括在离解步骤中使用燃料电池产生的电能的步骤。
36.由进料气体获得氢产物的装置，其中进料气体包括硫化氢，所述装置包括：
(a)第一分离装置，用于第一次分离进料气体从而由进料气体获得第一纯化硫化氢级分，使得第一纯化硫化氢级分包括至少约90体积％的硫化氢；
(b)离解装置，用于将存在于第一纯化硫化氢级分中的硫化氢离解成元素氢和元素硫，从而将第一纯化硫化氢级分转化为离解的第一纯化硫化氢级分，其中离解的第一纯化硫化氢级分包括元素氢和元素硫；
(c)第二分离装置，用于第二次分离离解的第一纯化硫化氢级分，从而由离解的第一纯化硫化氢级分获得富氢级分，其中富氢级分包括元素氢；和
(d)第三分离装置，用于第三次分离富氢级分，从而由富氢级分获得氢产物，其中氢产物包括元素氢。
37.权利要求36的装置，其中离解装置包括等离子体反应器。
38.权利要求37的装置，其中等离子体反应器由电磁能驱动。
39.权利要求38的装置，其中电磁能包括微波能。
40.权利要求39的装置，其中等离子体反应器能够提供约1500℃至约2000℃的操作温度。
41.权利要求36的装置，其中第一分离装置包括至少一个吸收容器。
42.权利要求41的装置，其中第一分离装置进一步包括能够选择性吸收硫化氢的胺类试剂，使得第一纯化硫化氢级分被胺类试剂吸收。
43.权利要求42的装置，其中胺类试剂包括FlexsorbTM胺类试剂。
44.权利要求42的装置，其中第一分离装置进一步包括用于由第一纯化硫化氢级分回收胺类试剂的再生器。
45.权利要求44的装置，其中再生器与吸收容器和离解装置相通，使得第一纯化硫化氢级分从吸收容器输送至再生器且从再生器输送至离解装置。
46.权利要求36的装置，其中第二分离装置包括用于冷却离解的第一纯化硫化氢级分的第二分离装置热交换器，从而抑制元素氢和元素硫的再结合。
47.权利要求46的装置，其中第二分离装置进一步包括用于收集硫产物的硫收集器。
48.权利要求47的装置，其中硫收集器包括硫出口。
49.权利要求47的装置，其中第二分离装置进一步包括富氢级分的出口。
50.权利要求49的装置，其中第二分离装置进一步包括用于由离解的第一纯化硫化氢级分获得第二纯化硫化氢级分的分离器。
51.权利要求50的装置，其中第二分离装置进一步包括第二纯化硫化氢级分的出口。
52.权利要求51的装置，其中第二纯化硫化氢级分的出口与离解装置相通，从而通过离解装置离解第二纯化硫化氢级分。
53.权利要求36的装置，其中第三分离装置包括至少一个吸收容器。
54.权利要求53的装置，其中第三分离装置进一步包括能够选择性吸收硫化氢的胺类试剂，从而第三纯化硫化氢级分被胺类试剂吸收。
55.权利要求54的装置，其中胺类试剂包括FlexsorbTM胺类试剂。
56.权利要求54的装置，其中第三分离装置进一步包括用于由第三纯化硫化氢级分回收胺类试剂的再生器。
57.权利要求56的装置，其中再生器与吸收容器和离解装置相通，使得第一纯化硫化氢级分从吸收容器输送至再生器且从再生器输送至离解装置。
58.权利要求54的装置，其中第一分离装置包括至少一个吸收容器。
59.权利要求58的装置，其中第一分离装置进一步包括能够选择性吸收硫化氢的胺类试剂，从而第一纯化硫化氢级分被胺类试剂吸收。
60.权利要求59的装置，其中胺类试剂包括FlexsorbTM胺类试剂。
61.权利要求59的装置，进一步包括用于由第一纯化硫化氢级分和第三纯化硫化氢级分回收胺类试剂的再生器。
62.权利要求61的装置，其中再生器与第一分离装置、第三分离装置和离解装置中的每一个相通，使得第一纯化硫化氢级分和第三纯化硫化氢级分从第一分离装置和第三分离装置输送至再生器且从再生器输送至离解装置。
63.权利要求62的装置，其中再生器包括用于加热第一纯化硫化氢级分和第三纯化硫化氢级分的再生器热交换器。
64.权利要求63的装置，其中第二分离装置包括用于冷却离解的第一纯化硫化氢级分的第二分离装置热交换器，从而抑制元素氢和元素硫的再结合。
65.权利要求64的装置，其中再生器热交换器和第二分离装置热交换器相关联，从而将来自第二分离装置的热量传递至再生器。
66.权利要求36的装置，进一步包括用于由氢产物产生电能的燃料电池。
67.权利要求66的装置，其中燃料电池与离解装置电连接，从而使用电能来为离解装置提供动力。
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