KR20220011679A - 개선된 이산화탄소 회수를 갖는 개선된 황 회수 작업 - Google Patents

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밀린드 엠. 바이드야
세바스티엔 에이. 듀발
페라스 하마드
리차드 베이커
팀 메르켈
카에이드 록핸드왈라
아흐마드 에이. 바함단
파이살 디. 알-오타이비
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사우디 아라비안 오일 컴퍼니
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Abstract

사워 가스(sour gas) 스트림으로부터 황 및 이산화탄소를 회수하기 위한 공정으로서, 상기 공정은: 사워 가스 스트림을 멤브레인 분리 유닛에 제공하는 단계, 상기 사워 가스 스트림은 황화수소 및 이산화탄소를 포함하며; 농축물(retentate) 스트림 및 제1 투과물(permeate) 스트림을 얻기 위해 상기 멤브레인 분리 유닛에서 황화수소를 이산화탄소로부터 분리하는 단계, 여기서 상기 농축물 스트림은 황화수소를 포함하고, 여기서 상기 투과물 스트림은 이산화탄소를 포함하며; 황 스트림 및 테일 가스 스트림을 생성하기 위해 상기 농축물 스트림을 황 회수 유닛에서 처리하는 단계, 여기서 황 스트림은 액체 황을 포함하며; 상기 투과물 스트림을 아민 흡수 유닛에 도입하는 단계; 및 농축된 이산화탄소 스트림을 생성하기 위해 상기 투과물 스트림을 아민 흡수 유닛에서 처리하는 단계를 포함한다.

Description

개선된 이산화탄소 회수를 갖는 개선된 황 회수 작업
기재된 시스템 및 방법은 황화수소 및 이산화탄소 회수를 개선하는 것에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 제공된 것은 조합된 아민 흡수 및 멤브레인 가스 분리 기술을 위한 시스템 및 방법이다.
30 mol% 미만의 농도와 같은, 낮은 농도의 황화수소를 갖는 산성 가스 스트림은 클라우스(Claus) 유닛에서 문제를 야기할 수 있다. 낮은 농도의 황화수소는 클라우스 노에서 낮은 온도를 결과할 수 있다. 이러한 낮은 온도에서는, BTX, 메르캅탄, C2+ 탄화수소와 같은 오염 물질이 파괴될 수 없다. 파괴되지 않은 오염 물질은 클라우스 유닛의 다른 부분에서 촉매 비활성화를 초래할 수 있다.
선택적 아민 흡수 기술은 클라우스 플랜트 피드의 황화수소 농도를 높이는데 사용될 수 있으나, 이러한 공정은 황화수소 농도를 증가시키는 제한된 결과와 함께 크고 비싼 컬럼을 요구하는 경향이 있다.
기재된 시스템 및 방법은 황화수소 및 이산화탄소 회수를 개선하는 것에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 제공된 것은 조합된 아민 흡수 및 멤브레인 가스 분리 기술을 위한 시스템 및 방법이다.
제1 관점에서, 사워 가스 스트림으로부터 황 및 이산화탄소를 회수하기 위한 공정이 제공된다. 상기 공정은: 사워 가스 스트림을 멤브레인 분리 유닛에 제공하는 단계, 상기 사워 가스 스트림은 황화수소 및 이산화탄소를 포함하며; 농축물(retentate) 스트림 및 제1 투과물(permeate) 스트림을 얻기 위해 상기 멤브레인 분리 유닛에서 황화수소를 이산화탄소로부터 분리하는 단계, 여기서 상기 농축물 스트림은 황화수소를 포함하고, 여기서 상기 투과물 스트림은 이산화탄소를 포함하며; 상기 농축물 스트림을 황 회수 유닛에 도입하는 단계; 황 스트림 및 테일 가스 스트림을 생성하기 위해 상기 농축물 스트림을 황 회수 유닛에서 처리하는 단계, 여기서 황 스트림은 액체 황을 포함하며; 상기 투과물 스트림을 아민 흡수 유닛에 도입하는 단계; 및 농축된 이산화탄소 스트림을 생성하기 위해 상기 투과물 스트림을 아민 흡수 유닛에서 처리하는 단계를 포함한다.
적어도 하나의 구체예에 따르면, 농축물 스트림은 80 내지 95 mol%의 황화수소의 농도를 가질 수 있다. 멤브레인 분리 단계는 이산화탄소-선택적 멤브레인을 포함한다. 멤브레인 분리 유닛은 멤브레인을 포함하고, 여기서 상기 멤브레인은 적어도 10의 이산화탄소-황화수소 선택도 및 적어도 500 가스 투과 유닛(gpu)의 투과도(permeance)를 가질 수 있다. 상기 멤브레인은 퍼플루오로 중합체로부터 제조될 수 있다.
적어도 하나의 구체예에 따르면, 멤브레인 분리 유닛은 농축물-연속 배열(retentate-in-series configuration)의 2개의 멤브레인 단계를 포함한다. 적어도 또 다른 구체예에 따르면, 멤브레인 분리 유닛은 투과물-연속 배열(permeate-in-series configuration)의 2개의 멤브레인 단계를 포함한다.
제2 관점에서, 사워 가스 스트림으로부터 황 및 이산화탄소를 회수하기 위한 공정이 제공된다. 상기 공정은: 사워 가스 스트림을 선택적 아민 흡수 유닛에 제공하는 단계, 상기 사워 가스 스트림은 황화수소 및 이산화탄소를 포함하고; 농축된 이산화탄소 스트림 및 농축된 황화수소 스트림을 생성하기 위해 선택적 아민 흡수 유닛에서 황화수소를 이산화탄소로부터 분리하는 단계, 여기서 상기 농축된 이산화탄소 스트림은 이산화탄소를 포함하고; 상기 농축된 황화수소 스트림을 멤브레인 분리 유닛에 도입하는 단계, 여기서 상기 농축된 황화수소 스트림은 황화수소 및 이산화탄소를 포함하며; 농축물 스트림 및 투과물 스트림을 생성하기 위해 상기 멤브레인 분리 유닛에서 황화수소를 농축된 황화수소 스트림의 이산화탄소로부터 분리하는 단계; 상기 농축물 스트림을 황 회수 유닛에 도입하는 단계, 여기서 상기 농축물 스트림은 황화수소를 포함하며; 및 황 스트림 및 테일 가스 스트림을 생성하기 위해 황 회수 유닛에서 농축물 스트림을 처리하는 단계를 포함하고, 여기서 상기 황 스트림은 액체 황을 포함한다.
적어도 하나의 구체예에 따르면, 상기 농축물 스트림에서의 황화수소 농도는 80 내지 95 mol%일 수 있다. 멤브레인 분리 단계는 이산화탄소-선택적 멤브레인을 포함한다. 상기 멤브레인 분리 유닛은 멤브레인을 포함하고, 여기서 상기 멤브레인은 적어도 10의 이산화탄소-황화수소 선택도 및 적어도 500 gpu의 투과도를 갖는다.
적어도 하나의 구체예에 따르면, 상기 멤브레인 분리 유닛은 퍼플루오로 중합체로부터 제조된 멤브레인을 포함한다. 적어도 또 다른 구체예에 따르면, 상기 테일 가스 스트림은 선택적 아민 흡수 유닛으로 재순환된다.
적어도 하나의 구체예에 따르면, 상기 멤브레인 분리 유닛은 농축물-연속 배열의 2개의 멤브레인 단계를 포함한다. 적어도 또 다른 구체예에 따르면, 상기 멤브레인 분리 유닛은 투과물-연속 배열의 2개의 멤브레인 단계를 포함한다.
제3 관점에서, 10 mol% 초과의 이산화탄소 및 황화수소 농도와 10 mol% 미만의 질소 농도를 갖는 제1 사워 가스 스트림 및 20 mol% 미만의 이산화탄소 및 황화수소 농도 또는 10 mol% 초과의 질소 농도를 갖는 제2 사워 가스 스트림의 두 사워 가스 스트림으로부터 황 및 이산화탄소를 회수하기 위한 공정이 제공된다. 상기 공정은: 제1 사워 가스 스트림을 멤브레인 분리 유닛에 도입하고 농축물 스트림 및 투과물 스트림을 얻기 위해 제1 사워 가스 스트림을 분리하는 단계, 상기 농축물 스트림은 황화수소를 포함하고 투과물 스트림은 이산화탄소를 포함하며; 상기 투과물 스트림 및 제2 사워 가스 스트림을 선택적 아민 흡수 유닛에 도입하고 회수된 황화수소 스트림 및 농축된 이산화탄소 스트림을 얻기 위해 아민 흡수 공정을 사용하는 단계, 상기 회수된 황화수소 스트림은 황화수소를 포함하고 농축된 이산화탄소 스트림은 이산화탄소를 포함하며; 상기 회수된 황화수소 스트림을 멤브레인 분리 유닛으로 재순환하는 단계; 및 상기 농축물 스트림을 황 회수 유닛에 도입하는 단계 및 황을 포함하는 황 스트림을 얻기 위해 상기 농축물 스트림을 클라우스 공정을 사용하여 처리하는 단계를 포함한다.
적어도 하나의 구체예에 따르면, 황 회수 유닛에 도입되는 농축물 스트림은 80 내지 95 mol%의 황화수소를 포함한다. 적어도 하나의 구체예에 따르면, 상기 멤브레인 분리 유닛은 농축물-연속 배열의 2개의 멤브레인 단계를 포함한다. 적어도 또 다른 구체예에 따르면, 상기 멤브레인 분리 유닛은 투과물-연속 배열의 2개의 멤브레인 단계를 포함한다.
상기 멤브레인 분리 유닛은 퍼플루오로 중합체로 제조된 멤브레인을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 구체예에 따르면, 상기 멤브레인 분리 유닛은 적어도 10의 이산화탄소-황화수소 선택도 및 적어도 500 gpu의 투과도를 갖는 멤브레인을 포함한다. 적어도 하나의 구체예에 따르면, 상기 제2 사워 가스 스트림은 5 내지 50 mol%의 질소를 포함한다.
본 구체예의 이들 및 다른 특징, 관점 및 이점은 다음의 설명, 청구 범위 및 첨부된 도면과 관련하여 보다 잘 이해될 것이다. 그러나, 도면은 몇몇 구체예만을 예시하고 따라서 다른 동등하고 효과적인 구체예를 허용할 수 있기 때문에 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다는 점에 유의해야 한다.
도 1은 다양한 멤브레인 물질에 대한 이산화탄소-황화수소 선택도 및 이산화탄소 투과도의 플롯이다.
도 2는 멤브레인 분리 유닛의 다양한 멤브레인 단계 배열의 예시이다.
도 3은 사워 가스 스트림으로부터 황 및 이산화탄소를 회수하기 위한 다양한 공정 및 시스템 배열의 예시이다.
도 4는 선택적 아민 흡수 유닛에 대한 피드 가스 내의 황화수소의 함수로서의 황화수소-농축된 산성 가스 내 황화수소 농도의 플롯이다.
도 5는 사워 가스가 멤브레인 분리 유닛에 공급되는 2-단계 농축물-연속 멤브레인 단계 배열을 사용하는 공정 및 시스템의 구체예의 예시이다.
도 6은 사워 가스가 멤브레인 분리 유닛 및 선택적 아민 흡수 유닛에 공급되는 2-단계 투과물-연속 멤브레인 단계 배열을 사용하는 공정 및 시스템의 구체예의 예시이다.
도 7은 사워 가스 스트림으로부터 황 및 이산화탄소를 회수하기 위한 두 공정의 예시 및 비교이며, 이 중 하나는 멤브레인 분리 단계를 갖고 다른 하나는 멤브레인 분리 단계가 없다.
도 8은 사워 가스 스트림으로부터 황 및 이산화탄소를 회수하기 위해 2-단계 농축물-연속 멤브레인 단계 배열 및 선택적 아민 흡수 유닛을 사용하는 공정 및 시스템의 구체예의 예시이다.
도 9는 사워 가스 스트림으로부터 황 및 이산화탄소를 회수하기 위해 선택적 아민 흡수 유닛을 갖는 2-단계 투과물-연속 멤브레인 단계 배열을 사용하는 공정 및 시스템의 구체예의 예시이다.
여러 구체예가 기재될 것이지만, 관련 분야의 통상의 기술자는 본원에 기재된 장치 및 방법에 대한 많은 예, 변형 및 변경이 본 구체예의 범위 및 사상 내에 있음을 이해한다. 따라서, 본원에 기재된 예시적인 구체예는 청구된 구체예에 대한 일반성의 손실 없이, 및 제한의 부과 없이 설명된다.
본원에 기재된 구체예는 농축된 황화수소 가스 스트림 및 농축된 이산화탄소 가스 스트림을 생성하기 위한 멤브레인 분리 유닛 및 아민 흡수 공정을 모두 함유하는 하이브리드 공정 및 시스템에 관한 것이다. 유리하게는, 하이브리드 공정은 통상적인 공정과 비교하여 향상된 효율성 및 경제성을 갖는 전체 황 회수 공정을 초래한다. 유리하게는, 본원에 기재된 공정 및 시스템은 황 회수 유닛에 대해 농축된 황화수소 스트림을 초래하는 이산화탄소를 제거할 수 있으며, 이는 클라우스 플랜트의 테일 가스 처리 공정에서의 이산화탄소의 양을 감소시킬 수 있으며, 테일 가스 처리 공정의 가동을 위한 복잡성 및 비용을 감소시킨다. 유리하게는, 멤브레인 분리 유닛 및 아민 흡수 공정의 조합은 클라우스 플랜트 피드가 높은 농도의 이산화탄소를 갖는 경우의 클라우스 플랜트 내 재순환 가스로 인해 이산화탄소의 축적을 감소 또는 제거할 수 있다. 유리하게는, 멤브레인 분리 유닛 및 아민 흡수 공정의 조합은 개선된 황 회수 및 감소된 자본 지출을 초래하는 테일 가스 처리 내의 흡수 공정의 사용을 제거할 수 있다. 유리하게는, 멤브레인 분리 유닛 및 아민 흡수 공정의 조합은 아민 흡수 공정 단독의 사용과 비교하여 향상된 오일 회수 작업 및 보다 효율적인 이산화탄소의 격리에서의 사용을 위한 이산화탄소의 증가된 회수를 초래한다. 유리하게는, 아민 흡수 공정에 대한 피드로부터 오염 물질의 제거는 아민 흡수 공정에서 발포 및 다른 작동성 문제를 감소시키거나 제거할 수 있다. 유리하게는, 멤브레인 분리 유닛 및 아민 흡수 공정은 클라우스 유닛 작동성 및 효율성을 개선하여 개선된 황 회수 및 소각로 스택으로부터의 최소화된 이산화황 방출을 초래한다. 유리하게는, 멤브레인 분리 유닛 및 아민 흡수 공정의 조합을 통해 이산화탄소를 제거하는 것은 클라우스 유닛의 노의 오염 물질의 증가된 파괴 및 개선된 효율성을 초래한다.
본원에 사용된 바와 같은 "황의 전체 회수" 또는 "황 회수"는 산성 가스 피드 스트림에 존재하는 황의 양에 기초한 감소된 황의 퍼센트를 지칭한다. 99.0%의 회수는 산성 가스 피드 스트림 내의 황의 99.0%가 회수된 황 스트림의 일부로 회수됨을 의미한다.
본원에 사용된 바와 같이, 동사로서 "투과하다"는 멤브레인 유닛의 멤브로인을 통해 퍼지거나 유동하거나 통과하는 것을 의미한다. 예를 들어, 액체 및 가스는 멤브레인을 투과할 수 있다. 명사로서, 투과물은 멤브레인 유닛의 멤브레인을 투과한 액체 및 가스를 지칭한다.
멤브레인 분리 생산성은 플럭스 또는 멤브레인을 통한 투과물의 체적 흐름(시간 당 면적 당 부피의 단위)에 의해 기재된다. 멤브레인의 투과도는 멤브레인을 가로지르는 압력(또는 트랜스멤브레인 압력)의 평균 차이에 대한 플럭스 민감도를 지칭한다. 멤브레인의 분리력의 유용한 측정은 이의 선택도(aij)이며, 이는 투과물 스트림 내의 성분 i 및 j의 상대 농도 대 피드 스트림 내의 성분의 비이다. 관례에 따라, 멤브레인을 보다 많이 통과하는 성분은 선택도 계수가 1을 초과하도록 성분 i로 지정된다. 멤브레인의 선택도는 식 1에 나타난 바와 같이 각 성분에 대해 확산 계수, Di 및 Dj, 및 가스 흡착 계수, Ki 및 Kj를 사용하여 결정될 수 있다.
식 1
Figure pct00001
두 성분에 대한 확산 계수의 비는 이동도 선택도로 지칭되고, 흡착 계수의 비는 흡착 선택도로 지칭된다. 중합체 멤브레인의 경우, 보다 작은 분자는 일반적으로 큰 분자보다 쉽게 확산되며, 이는 보다 큰 확산 계수를 초래한다. 반면, 보다 작은 분자는 일반적으로 보다 작은 흡착 계수를 초래하는데, 이는 이들이 보다 큰 분자에 비해 덜 응축 가능하기 때문이다. 분리될 두 성분이 황화수소 및 이산화탄소인 경우, 이동도 선택도는 황화수소(3.6 Å의 동적 직경)보다 이산화탄소(3.3 Å의 동적 직경)를 선호하고, 흡착 선택도는 이산화탄소보다 황화수소를 선호한다.
일반적으로, 황화수소-선택적 멤브레인에 대한 흡착 선택도 항은 이동도 선택도 항보다 우세하며, 이산화탄소-선택적 멤브레인에 대하여 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 황화수소-선택적 멤브레인의 유형의 예는 고무질 극성 멤브레인을 포함한다. 이산화탄소-선택적 멤브레인의 예는 유리질 소수성 중합체를 포함한다. 도 1은 다양한 물질에 대한 투과도 및 선택도의 로그 플롯을 나타낸다. 상기 플롯은 퍼플루오르화된 계열의 중합체가 적합한 이산화탄소 투과도와 조합된 적합한 이산화탄소/황화수소 선택도를 갖는다는 것을 나타낸다. 이러한 물질로 제조된 멤브레인은 본 개시에 기재된 공정에서의 사용에 특히 적합하다.
몇몇 구체예에서, 멤브레인은 적어도 10의 이산화탄소/황화수소 선택도 및 적어도 500 gpu의 이산화탄소 투과도를 가질 수 있다. 몇몇 경우, 20의 이산화탄소/황화수소 선택도를 갖는 멤브레인이 사용된다. 몇몇 경우, 30의 이산화탄소/황화수소 선택도를 갖는 멤브레인이 사용된다. 몇몇 경우, 멤브레인은 약 10 내지 30의 이산화탄소/황화수소 선택도를 가질 수 있다.
멤브레인 단계는 다양한 배열의 하나 또는 다중 멤브레인 모듈을 포함할 수 있다. 예를 들어, 다양한 멤브레인 단계 배열은 도 2에 도시되고; 단일-패스 멤브레인 배열은 도 2a에; 투과물-연속의 2-단계 배열은 도 2b에; 농축물 연속 2-단계 배열은 도 2c에 도시된다.
도 2a는 단일 멤브레인 단계를 갖는 가장 간단한 배열이다. 도 2a에서, 피드-가스 스트림(201)은 압축된 피드-가스 스트림(208)을 얻기 위해 제1 압축기(205)에서 압축된다. 압축된 피드-가스 스트림(208)은 단일-패스 멤브레인 단계(210)로 공급되며, 여기서 단일-패스 농축물 스트림(211) 및 단일-패스 투과물 스트림(212)을 얻기 위해 이산화탄소-선택적 멤브레인으로 도입되고; 상기 단일-패스 농축물 스트림(211) 및 단일-패스 투과물 스트림(212)은 각각 황화수소 및 이산화탄소가 풍부하다.
도 2b는 제1 단계로부터의 투과물이 다음 단계로 공급되는 2 멤브레인 단계를 포함한다. 도 2b에서, 피드-가스 스트림(201)은 압축된 피드-가스 스트림(208)을 얻기 위해 제1 압축기(205)에서 압축된다. 압축된 피드-가스 스트림(208)은 제1-단계 피드-가스 스트림(209)을 얻기 위해 제2 투과물-연속 멤브레인 단계(230)로부터의 제2 투과물-연속 농축물 스트림(231)과 조합된다. 제1-단계 피드-가스 스트림(209)은 제1 투과물-연속 멤브레인 단계(220)에 도입되고, 여기서 제1 투과물-연속 농축물 스트림(221) 및 제1 투과물-연속 투과물 스트림(22)을 얻기 위해 이산화탄소-선택적 멤브레인을 사용하여 분리되며; 상기 제1 투과물-연속 농축물 스트림(221) 및 제1 투과물-연속 투과물 스트림(222)은 각각 황화수소 및 이산화탄소가 풍부하다. 제1 투과물-연속 투과물 스트림(222)은 제2 압축기(225)에서 압축되고 그 후 투과물-연속 멤브레인 단계(230)에 도입되며, 여기서 제2 투과물-연속 투과물 스트림(231) 및 제2 투과물-연속 투과물 스트림(232)을 얻기 위해 이산화탄소-선택적 멤브레인을 사용하여 분리되고; 상기 제2 투과물-연속 농축물 스트림(231) 및 제2 투과물-연속 투과물 스트림(232)은 각각 황화수소 및 이산화탄소가 풍부하다. 제2 투과물-연속 투과물 스트림(231)은 이후 압축된 피드-가스 스트림(208)과 조합된다.
도 2c는 제1 단계로부터의 농축물이 다음 단계로 공급되는 2 멤브레인 단계를 포함한다. 도 2c에서, 피드-가스 스트림(201)은 압축된 피드-가스 스트림(208)을 얻기 위해 제1 압축기(205)에서 압축되며, 이는 이것이 제1 농축물-연속 투과물 스트림(241) 및 제1 농축물-연속 농축물 스트림(242)을 얻기 위해 이산화탄소-선택적 멤브레인을 사용하여 분리되는 제1 농축물-연속 멤브레인 단계(240)에 공급되며; 상기 제1 농축물-연속 투과물 스트림(241) 및 제1 농축물-연속 농축물 스트림(242)은 각각 이산화탄소 및 황화수소가 풍부하다. 제1 농축물-연속 농축물 스트림(242)은 이후 제2 농축물-연속 멤브레인 단계(250)에 도입되고, 여기서 제2 농축물-연속 투과물 스트림(251) 및 제2 농축물-연속 농축물 스트림(252)을 얻기 위해 이산화탄소-선택적 멤브레인을 사용하여 분리되며; 제2 농축물-연속 투과물 스트림(251) 및 제2 농축물-연속 농축물 스트림(252)은 각각 이산화탄소 및 황화수소가 풍부하다. 제2 농축물-연속 투과물 스트림(251)은 피드-가스 스트림(201)과 조합되고 상기 공정을 통해 재순환된다.
다양한 배열을 예시하기 위해, 실시예가 10 vol% 황화수소 및 90 vol% 이산화탄소를 함유하는 피드 가스를 갖는 도 2에 도시된 3개의 배열을 사용하여 시뮬레이션되었다. 멤브레인 모듈은 90 vol% 황화수소를 함유하는 농축된 사워 가스를 생성하기에 충분한 멤브레인을 갖는 것으로 가정되었다. 멤브레인은 500 gpu의 이산화탄소 투과도, 50 gpu의 황화수소 투과도, 및 20 gpu의 질소 투과도를 갖는 것으로 가정된다. 이들 파라미터는 전형적으로 약 10의 이산화탄소-황화수소 선택도, 및 약 25의 이산화탄소-질소 선택도를 초래한다.
시뮬레이션은 단일-패스 멤브레인 배열이 가장 적은 멤브레인 면적 및 압축력을 요구하나, 또한 피드 가스로부터의 가장 적은 양의 황화수소(피드 가스로부터 회수된 53%의 황화수소; 표 1)를 회수함을 제안하였다. 투과물 연속을 갖는 2-단계 배열은 피드 가스로부터 가장 많은 황화수소를 회수하였으나, 상당히 큰 멤브레인 면적 및 이론적인 압축기 전력을 요구하였다(표 2). 2-단계 농축물-연속 배열은 단일-패스 멤브레인 배열과 2-단계 투과물-연속 배열 사이의 중간 황화수소 회수를 결과하였으며, 중간 멤브레인 면적 및 이론적 압축기 전력을 가졌다(표 3). 상기 배열은 사용 가능한 자원 및 원하는 결과에 따라 달라질 수 있다.
스트림 조성: 단일-패스 멤브레인 배열*
압력
(bar)b 		H2S (mol%) CO2
(mol%)		 유량
(mmscfd)
피드-가스 스트림(201) 10.0 10.0 90.0 1.0
단일-패스 농축물 스트림(211) 10.0 90.0 10.0 0.059
단일-패스 투과물 스트림(212) 1.0 5.0 95.0 0.941
a* 132 m2의 멤브레인 면적 및 116 kWe의 이론적 압축기 전력을 사용함.
b 절대 압력
스트림 조성: 2-단계 투과물-연속 배열a
압력
(bar)b 		H2S
(mol%)		 CO2
(mol%)		 유량
(mmscfd)
피드-가스 스트림(201) 1.0 10.0 90.0 1.0
제1-단계 피드-가스 스트림(209) 10.0 10.0 90.0 1.74
제1 PIS 농축물 스트림(221) 10.0 90.0 10.0 0.103
제1 PIS 연속 투과물 스트림(222) 1.0 5.0 95.0 1.63
제2 PIS 농축물 스트림(231) 10.0 10.0 90.0 0.74
제2 PIS 투과물 스트림(232) 1.0 0.81 99.2 0.90
PIS, 투과물-연속(permeate-in-series)
a 제 PIS 멤브레인 단계(220)에서의 227의 누적 면적; 및 각각 제1 및 제2 압축기(205 및 225)에 전력을 공급하기 위해 112 kWe 및 231 kWe의 이론적 압축기 전력을 사용함.
b 절대 압력
스트림 조성: 2-단계 농축물-연속(RIS) 배열a
압력
(bar)b 		H2S
(mol%)		 CO2
(mol%) 		유량 (mmscfd)
피드-가스 스트림(201) 1.0 10.0 90.0 1.00
압축된 피드-가스 스트림(208) 10.0 10.6 89.5 1.44
제1 RIS 농축물 스트림(242) 10.0 25.0 75.0 0.53
제1 RIS 투과물 스트림(241) 1.0 2.05 98.0 0.91
제2 RIS 농축물 스트림(252) 10.0 90.0 10.0 0.09
제2 RIS 투과물 스트림(251) 1.0 11.7 86.3 0.44
RIS, 농축물-연속(retentate-in-series)
a 각각 제1 및 제2 RIS 멤브레인 단계(240 및 250)에서 105 및 88 m2의 멤브레인 면적; 및 165 kWe의 이론적 압축기 전력을 사용함.
b 절대 압력
도 3은 사워 가스 스트림을 분리하기 위한 여러 공정의 예시이며, 각 공정은 상이한 위치에서 도입되는 사워 가스를 갖는다. 도 3a를 참조하면, 제1 사워 가스 스트림(301)은 압축기(305)로 도입되고, 여기서 압축된 사워 가스 스트림(309)을 얻기 위해 압축된다. 압축된 사워 가스 스트림(309)은 이후 멤브레인 분리 유닛(310)에 도입된다. 제1 사워 가스 스트림(301)은 산성 가스를 함유하는 가스 스트림을 생성하는 임의의 소스로부터 유래할 수 있다. 제1 사워 가스 스트림(301)은 산성 가스 및 오염 물질을 포함할 수 있다. 제1 사워 가스 스트림(301) 내의 산성 가스는 황화수소, 이산화탄소 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 사워 가스 스트림(301) 내의 오염 물질은 BTX, 카르보닐 설파이드(COS), 이황화탄소(CS2), 티올(R-SH), 물, 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. BTX는 벤젠, 톨루엔, 크실렌 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 구체예에서, 제1 사워 가스 스트림(301)은 황화수소, 이산화탄소, BTX, COS, CS2, R-SH, 물 및 이들의 조합을 함유한다. 제1 사워 가스 스트림(301) 내의 황화수소의 양은 20 mol% 내지 55 mol%, 대안적으로 20 mol% 내지 50 mol%, 및 대안적으로 20 mol% 내지 25 mol%이다. 적어도 하나의 구체예에서, 제1 사워 가스 스트림(301) 내의 황화수소의 양은 20 mol% 내지 25 mol%이다.
멤브레인 분리 유닛(310)은 황화수소-농축된 농축물 스트림(311) 및 이산화탄소-농축된 투과물 스트림(312)을 얻기 위해 압축된 사워 가스 스트림(309) 내의 이산화탄소로부터 황화수소를 분리할 수 있다. 멤브레인 분리 유닛(310)은 멤브레인을 갖는 멤브레인 모듈을 포함할 수 있다. 멤브레인 분리 유닛(310) 내의 멤브레인은 황화수소와 이산화탄소를 분리할 수 있는 임의의 유형의 멤브레인일 수 있다. 적어도 하나의 구체예에서, 멤브레인은 이산화탄소-선택적 멤브레인이다. 적어도 하나의 구체예에 따르면, 멤브레인은 퍼플루오르화된 중합체의 계열로부터 선택되는 중합체로 제조될 수 있다. 멤브레인 분리 유닛(310)이 단일 유닛을 사용하여 예시되지만, 분리 유닛은 다양한 배열에서의 다중 멤브레인 모듈 및 멤브레인 단계를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 구체예에 따르면, 멤브레인 분리 유닛은 도 2에 도시된 3개의 배열; 즉, 단일-패스 배열, 2-단계 투과물-연속 배열, 또는 2-단계 농축물-연속 배열 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 본 기술분야의 통상의 기술자는 다른 적합한 배열 또한 고려할 것이다.
황화수소-농축된 농축물 스트림(311)은 황화수소 및 오염 물질을 함유할 수 있다. 황화수소-농축된 농축물 스트림(311) 내의 오염 물질은 BTX, COS, CS2, R-SH, 물 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 구체예에서, 황화수소-농축된 농축물 스트림(311) 내의 황화수소 농도는 80 mol% 내지 95 mol%; 예를 들어, 약 90 내지 95 mol%일 수 있다. 유리하게는, 이 범위 내의 황화수소 농도는 오염 물질을 파괴하는데 적합한 클라우스 유닛의 노에서의 온도 프로파일을 달성하기에 적합할 수 있다. 황화수소-풍부 농축물 스트림(311)은 황 회수 유닛(320)에 도입될 수 있다.
이산화탄소-농축된 투과물 스트림(312)은 이산화탄소, 불활성 가스 및 이들의 조합을 함유할 수 있다. 이산화탄소-농축된 투과물 스트림(312)은 아민 흡수 유닛(330)으로 도입될 수 있다.
황 회수 유닛(320)은 황화수소 및 다른 황-함유 오염 물질로부터 황을 회수할 수 있는 임의의 유형의 시스템일 수 있다. 적어도 하나의 구체예에서, 황 회수 유닛(320)은 클라우스 유닛일 수 있다. 황 회수 유닛(320)은 황 스트림(322) 및 테일 가스 스트림(321)을 생성할 수 있다. 황 스트림(322)은 액체 황을 함유할 수 있다. 일반적으로, 황 회수 유닛(320)은 유닛에 공급되는 가스가 적어도 20 vol%의 황화수소를 함유할 것을 요구한다. 적어도 하나의 구체예에 따르면, 황화수소-농축된 농축물 스트림(311)은 적어도 20 mol%의 황화수소, 바람직하게는 적어도 60 mol%의 황화수소, 보다 바람직하게는 적어도 80 mol%의 황화수소, 및 보다 더욱 바람직하게는 적어도 90 mol%의 황화수소를 함유한다. 적어도 하나의 구체예에 따르면, 황화수소-농축된 농축물 스트림(311)은 약 80 내지 95 mol%, 바람직하게는 약 85 내지 95 mol%의 황화수소, 보다 바람직하게는 약 90 내지 95 mol%의 황화수소를 함유한다.
클라우스 유닛은 일반적으로 사워 가스로부터 황을 회수하는데 사용된다. 일반적으로 이들은 비교적 낮은 압력(즉, 약 1 bar 게이지 미만)에서 작동하기 때문에, 기존 시스템의 클라우스 유닛은 종종 사워 가스를 처리하기 위한 보다 크고 비싼 장비를 요구한다. 그리고 사워 가스를 처리한 후에도, 약 1 내지 2 mol%의 원래 황은 테일 가스에 남아있을 수 있다. 현대적인 클라우스 유닛으로부터의 테일 가스는 대기로 안전하게 배출되도록 테일 가스로부터의 잔류 황을 제거하기 위한 추가적인 처리를 요구한다. 일반적인 테일 가스 처리 공정의 예는 쉘 오프-가스 처리 공정(SCOT)이다. 몇몇 구체예에 따르면, 상기 공정은 테일 가스 스트림(321)이 산화 외의 테일 가스 처리가 필요하지 않도록 상당량의 황을 함유하지 않도록 수행될 수 있다. 적어도 하나의 구체예에 따르면, 공정, 시스템, 또는 둘 모두는 테일 가스 처리 유닛 및 공정(단순 열 산화 제외)이 없다. 적어도 하나의 구체예에 따르면, 상기 공정은 아민 흡수를 포함하는 후속 테일 가스 처리 단계 없이 수행될 수 있다. 적어도 하나의 구체예에 따르면, 상기 시스템은 아민 흡수를 사용하는 테일 가스를 처리하도록 배열된 테일 가스 처리 유닛이 없을 수 있다.
아민 흡수 유닛(330)은 아민 흡수를 사용하여 이산화탄소를 회수할 수 있는 임의의 시스템일 수 있다. 아민 흡수 유닛은 단일 컬럼으로 도시되지만, 아민 흡수 유닛(330)은 다양한 배열을 포함할 수 있음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 본 기술 분야의 통상의 기술자는 다양한 정렬(arrangemet)의 일 이상의 흡수 컬럼, 일 이상의 스트리핑 컬럼, 다른 가스-액체 접촉 장비, 또는 이들의 조합을 사용하는 것을 고려할 것이다. 아민 흡수 유닛(330)은 처리된 이산화탄소 스트림(331) 및 회수된 황화수소 스트림(332)을 생성할 수 있다. 적어도 하나의 구체예에 따르면, 회수된 황화수소 스트림(332)은 약 10 mol% 내지 약 70 mol%, 바람직하게는 약 30 내지 70 mol%, 보다 바람직하게는 약 40 내지 70 mol%, 보다 더욱 바람직하게는 약 50 내지 70 mol% 범위인 황화수소 농도를 가질 수 있다. 처리된 이산화탄소 스트림(331)은 이산화탄소 격리를 위한 공정에 도입되거나 또는 향상된 오일 회수 공정에 사용될 수 있다. 유리하게는, 아민 흡수 유닛(330)의 업스트림의 멤브레인 분리 단계(310)를 갖는 것은 아민 흡수 유닛(330) 내 보다 작고, 덜 비싼 장비의 사용을 허용할 수 있다. 적어도 하나의 구체예에 따르면, 회수된 황화수소 스트림(332)의 적어도 일부는 블리드 스트림(333) 내 공정으로부터 제거될 수 있다.
도 3b 및 3c는 도 3b 및 3c가 멤브레인 분리 유닛(310) 후 도입되고 이산화탄소-농축된 투과물 스트림(312)과 조합되는 제2 사워 가스 스트림(302)을 포함하고; 및 도 3b는 제1 사워 가스 스트림(301)을 포함하지 않으며, 회수된 황화수소 스트림(332)은 임의의 다른 피드 스트림과 조합되지 않고 상기 공정 및 시스템을 통해 재순환된다. 적어도 하나의 구체예에 따르면, 상기 공정 및 시스템은 직접 제2 사워 가스 스트림(302)을 아민 흡수 유닛(330)에 직접 도입하는 단계를 포함할 수 있다.
가장 적합한 배열은 다양한 요인에 따라 달라질 것이나, 특히 사용 가능한 가스 스트림(들)의 조성에 따라 달라질 것이다. 사워 가스 스트림이 상당량의 질소(즉, 약 10 mol% 초과)를 포함하거나, 사워 가스가 약 20 mol% 미만의 황화수소를 함유하는 경우, 일반적으로 질소-함유 스트림을 아민 흡수 유닛에 도입하는 것이 유리하다. 예를 들어, 상당량의 질소를 함유하는 사워 가스가 멤브레인 분리 단계(310)으로 도입되는 경우, 질소는 농축물에 보유될 수 있고, 이는 다소 희석된 황화수소 및 농축물을 초래한다. 반면, 질소-함유 사워 가스를 아민 흡수 유닛에 도입하는 것은 질소가 처리된 이산화탄소 스트림(331)과 함께 제거되도록 한다.
아민 흡수 공정은 또한 약 20 mol% 미만의 황화수소를 함유하는 사워 가스를 처리하기에 적합하다. 도 4는 공정에 대한 피드 가스 내의 황화수소 농도의 함수로서 선택적 아민 흡수 공정으로부터 회수된 황화수소-농축된 가스 내 황화수소 농도의 플롯을 나타낸다. 도 4에 도시된 바와 같이, 아민 흡수 공정은 황화수소의 비교적 낮은 농도(즉, 약 20 mol% 미만)를 갖는 피드 가스를 처리하는데 가장 효과적이다. 또한, 아민 흡수 공정에서 용매로부터 용해된 황화수소를 스트리핑하는 작업 비용은 일반적으로 피드 가스 내의 황화수소의 양이 상대적으로 낮을 때보다 낮다.
실시예
다음의 실시예는 본 개시의 구체예를 입증하기 위해 포함되며, 비-제한적인 것으로 간주되어야 한다. 특정 실시예는 본 개시의 실시에서 잘 기능하는 것으로 발견된 기술, 시스템, 조성 및 장치를 나타내며, 따라서 이의 실시를 위한 모드를 구성하는 것으로 간주될 수 있다. 변화는 본 개시의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 실시예에서 개시되는 구체예에 대해 이루어질 수 있다.
실시예 1: 멤브레인 분리 유닛 및 아민 흡수 유닛에 대한 피드를 갖는 2-단계 농축물-연속 배열
시뮬레이션은 멤브레인 분리 유닛에 공급되는 사워 가스를 갖는 2-단계 농축물-연속 멤브레인 단계 배열을 사용하여 수행되었다. 공정 및 시스템의 예시는 도 5에 나타난다. 도 5에 나타난 공정 및 시스템은 도 2c 및 도 3c에 예시된 것과 유사한 요소 및 특징을 포함한다. 도 5에서, 사워 천연가스 스트림(501)은 이산화탄소, 황화수소 및 천연 가스를 갖도록 제공된다. 사워 천연가스 스트림(501)은 또한 BTX, 카보닐 설파이드(COS), 이황화탄소(CS2), 티올, 물 등과 같은 오염 물질을 포함할 수 있다. 사워 천연가스 스트림(501)은 스위트닝된(sweetened) 천연가스 스트림(502) 및 사워 가스 스트림(503)을 얻기 위해 비선택적 산성 가스 제거 공정에 의해 천연가스 처리 유닛(510)에서 처리된다. 사워 가스 스트림(503)은 90 mol% 이산화탄소, 10 mol% 황화수소 및 무시 가능한 양의 오염 물질을 포함한다. 천연가스 처리 유닛(510)을 떠날 때의 사워 가스 스트림(503)의 조성은 통상적인 클라우스 유닛에서의 처리에 적합하지 않은데, 이는 스트림 내의 황화수소의 농도가 클라우스 공정의 열적 단계를 수행하기에 충분하지 않기 때문이다.
사워 가스 스트림(503)은 황화수소를 함유하는 다른 스트림과 조합될 수 있다. 이 경우, 사워 가스 스트림(503)은 제2 멤브레인 단계 투과물 스트림(532) 및 회수된 황화수소 스트림(552)과 조합되며, 이후 압축된 혼합 스트림(506)을 얻기 위해 압축기를 사용하여 압축된다. 압축된 혼합 스트림은 제1 멤브레인 단계(520)에 도입되고, 여기서 제1 멤브레인 단계 농축물 스트림(521) 및 제1 멤브레인 단계 투과물 스트림(522)을 얻기 위해 분리된다. 제1 멤브레인 단계 농축물 스트림은 이후 제2 멤브레인 단계 농축물 스트림(531) 및 제2 멤브레인 단계 투과물 스트림(532)을 얻기 위해 제2 멤브레인 단계(530)에 도입된다.
제1 및 제2 멤브레인 단계(520, 530)는 약 500 gpu 이산화탄소 투과도 및 약 10의 이산화탄소-황화수소 선택도를 갖는 이산화탄소-선택적 멤브레인을 갖는다. 제2 멤브레인 단계 농축물 스트림(531)의 황화수소 및 이산화탄소 농도는 각각 90 mol% 및 10 mol%이다(표 4). 이 스트림 내의 황화수소 농도는 클라우스 유닛에서의 처리에 적합하다. 제2 멤브레인 단계 농축물 스트림(531)은 이후 황 회수 유닛(540)에 도입되고, 여기서 황 스트림(542) 및 테일 가스 스트림(541)을 얻기 위해 클라우스 공정을 사용하여 처리된다. 실질적인 양의 이산화탄소가 제1 및 제2 멤브레인 단계(520, 530)에 의해 제거되기 때문에, 테일 가스 스트림(541)은 통상적인 공정으로부터의 유사한 테일 가스에 비해 상당히 감소된 유량을 갖는다.
테일 가스 스트림(541)은 사워 가스 스트림(503) 또는 제1 멤브레인 단계 투과물 스트림(522)과 조합될 수 있다. 이 경우, 테일 가스 스트림(541)은 농축된 이산화탄소 스트림(551) 및 회수된 황화수소 스트림(552)을 얻기 위해 아민 흡수 공정을 사용하여 처리되는 선택적 아민 흡수 유닛(550)에 도입되기 전에 제1 멤브레인 단계 투과물 스트림(522)과 조합된다. 회수된 황화수소 스트림(552)은 공정 및 시스템을 통해 재순환될 수 있도록 사워 가스 스트림(503)과 조합된다.
스트림 조성: 멤브레인 분리 유닛 및 선택적 아민 흡수 유닛에 공급되는 피드 가스를 갖는 2-단계 농축물-연속 멤브레인 단계 배열*
압력
(bar)b 		H2S
(mol%)		 CO2
(mol%)		 유량 (mmscfd)
사워 가스 스트림(503) 2.0 10.0 90.0 10.0
압축된 혼합 스트림(506) 15.0 11.6 88.4 17.0
제1 MS 농축물 스트림(521) 15.0 30.0 70.0 5.7
제1 MS 투과물 스트림(522) 2.0 2.5 97.5 11.0
제2 MS 농축물 스트림(531) 15.0 90.0 10.0 1.1
제2 MS 투과물 스트림(532) 2.0 85.0 15.0 4.5
테일 가스 스트림(541) 2.0 13.9 86.1 0.2
농축된 이산화탄소 스트림(551) 2.0 0.0 100 9.0
회수된 황화수소 스트림(552) 2.0 12.1 87.9 2.6
MS, 멤브레인 단계
a 각각 제1 및 제2 멤브레인 단계(520 및 530)에서 940　및 720　m2 면적; 및 1590 kWe의 이론적 압축력을 갖는 멤브레인을 사용함
b 절대 압력
실시예 2: 멤브레인 분리 유닛 및 아민 흡수 유닛에 대한 피드를 갖는 2-단계 투과물-연속 배열
시뮬레이션은 도 6에 도시된 바와 같은 멤브레인 분리 유닛 및 아민 흡수 유닛에 공급되는 사워 가스를 갖는 2-단계 투과물-연속 멤브레인 단계 배열을 사용하여 수행되었다. 이 예에서, 공정 및 시스템은 도 2b 및 도 3c에 도시된 것과 유사한 요소 및 특징을 포함한다. 멤브레인 분리 유닛은 투과물-연속을 갖는 2 단계를 포함하였고, 사워 가스는 멤브레인 분리 유닛 및 아민 흡수 유닛에 도입되었다. 실시예 1과 유사하게, 실시예 1에 제공된 사워 천연가스 스트림(501)과 동일한 조성을 갖는 사워 천연가스 스트림(601)은 스위트닝된 천연가스 스트림(602) 및 사워 가스 스트림(603)을 얻기 위해 비선택적 산성 가스 제거 공정에 의해 천연가스 처리 유닛(610)에서 처리된다. 실시예 1에서와 같이, 사워 가스 스트림(603)은 90 mol% 이산화탄소, 10 mol% 황화수소, 및 무시 가능한 양의 오염 물질을 포함한다.
사워 가스 스트림(603)은 다른 사워 가스 스트림과 조합될 수 있다. 이 경우, 이는 혼합 사워 가스 스트림(604)을 얻기 위해 선택적 흡수 유닛(650)으로부터 회수된 황화수소 스트림(652)과 조합된다. 혼합 사워 가스 스트림(604)은 15 bar로 압축되고 제1 멤브레인 단계 농축물 스트림(621) 및 제1 멤브레인 단계 투과물 스트림(622)을 얻기 위해 제1 멤브레인 분리 단계(620)에서 분리되는 압축된 혼합 스트림을 얻기 위해 제2 멤브레인 단계 농축물 스트림(631)과 조합된다. 제1 멤브레인 단계 농축물 스트림(621)은 황 스트림(642) 및 테일 가스 스트림(641)을 얻기 위해 황 회수 유닛(640)으로 보내진다. 여기서, 황 회수 유닛(640)은 클라우스 공정으로부터의 테일 가스를 처리하기 위한 전용 아민 흡수 유닛을 포함하지 않으며, 이는 장비 비용을 상당히 감소시킨다.
제1 멤브레인 단계 투과물 스트림(622)은 제2 멤브레인 단계 농축물 스트림(631) 및 제2 멤브레인 단계 투과물 스트림(632)을 얻기 위해 압축되고 제2 멤브레인 단계(630)에 보내진다. 제2 멤브레인 단계 투과물 스트림(632)은 테일 가스 스트림(641)과 조합되고 선택적 아민 흡수 유닛(650)에 보내진다.
스트림 조성: 멤브레인 분리 유닛 및 선택적 아민 흡수 유닛에 공급되는 사워 가스를 갖는 2-단계 투과물-연속 멤브레인 단계 배열a
압력 (bar)b H2S
(mol%)		 CO2
(mol%)		 N2
(mol%)		 유량 (mmscfd)
사워 가스 스트림(603) 2.0 10.0 90.0 0.0 10.0
압축된 혼합 스트림(609) 15.0 10.0 90.0 0.0 20.4
제1 MS 농축물 스트림(621) 15.0 90.0 10.0 0.0 1.1
제1 MS 투과물 스트림(622) 2.0 5.27 94.7 0.0 19.2
제2 MS 농축물 스트림(631) 15.0 10.0 90.0 0.0 9.3
제2 MS 투과물 스트림(632) 2.0 0.51 99.1 0.0 10.0
농축된 CO2 스트림(651) 2.0 0.01 82.7 17.3 11.0
회수된 H2S 스트림(652) 2.0 9.7 90.3 0.0 1.1
MS, 멤브레인 단계
a 각각 제1 및 제2 멤브레인 단계(620 및 630)에서 1,907 및 723　m2 면적; 및 1720 kWe의 이론적 압축기 전력을 사용
b 절대 압력
실시예 3: 멤브레인 분리를 갖는, 및 갖지 않는 황 회수 공정 비교
정유소는 황 회수 유닛에서 직접 처리에 적합한 사워 가스를 생성하는 작업을 가질 수 있다. 몇몇 경우, 이러한 스트림에서의 황화수소의 농도는 약 90 mol% 초과일 수 있으며, 약 10 mol% 미만의 이산화탄소를 갖는다. 이러한 스트림은 황화수소를 농축하기 위한 처리 없이 황 회수 유닛에 직접 공급될 수 있다. 그러나, 재순환 스트림으로부터의 이산화탄소가 시스템에 축적되어 황 회수 유닛의 효율성을 감소시킬 수 있다. 이러한 시스템의 예는 도 7a에 도시된다. 도 7a에서, 사워 가스 스트림(703)은 90 mol% 황화수소 및 10 mol% 이산화탄소를 함유한다. 스트림은 또한 매우 적은 양의 오염 물질을 함유한다(즉, 약 0.01 mol% 미만). 도 7a에서, 사워 가스 스트림(703)은 황화수소-농축 스트림(742)와 조합되고 이후 황 스트림(722) 및 테일 가스 스트림(721)을 얻기 위해 공기 스트림(719)으로부터의 공기와 반응되는 클라우스 반응기(720)에 도입된다. 테일 가스 스트림(721)은 잔류 황 성분을 황화수소로 환원시키기 위해 수소 스트림(729)으로부터의 수소로 촉매 반응기(730)에서 처리된다. 오프-가스 스트림(731)은 약 1 내지 2 mol%의 황화수소를 함유하고; 이는 또한 사워 가스 스트림(703)으로부터의 이산화탄소 및 공기 스트림(719)으로부터의 질소 모두를 함유한다.
오프-가스 스트림(731)은 황화수소를 제거하기 위해 선택적 아민 흡수 유닛(740)에 보내진다. 선택적 아민 흡수 유닛(740)은 질소 및 이산화탄소를 함유하는 처리된 테일-가스 스트림(741) 및 황화수소 및 이산화탄소를 함유하는 황화수소-농축된 스트림(742)을 생성하고, 여기서 이산화탄소가 지배적인 성분이다. 황화수소-농축된 스트림(742)은 혼합 사워 가스 스트림(704) 내의 황화수소 농도가 75 mol% 미만이도록(표 6) 상당히 희석된다.
스트림 조성: 멤브레인 분리 유닛 없는 황 회수 공정
압력 (bar)a H2S
(mol%)		 CO2
(mol%)		 N2
(mol%)		 유량 (mmscfd)
사워 가스 스트림(703) 2.0 90.0 10.0 0.0 10.0
H2S-농축된 스트림(742) 2.0 10.7 89.3 0.0 2.6
혼합 사워 가스 스트림(704) 2.0 73.4 26.4 0.0 12.6
오프-가스 스트림(731) 2.0 1.2 14.3 84.5 23.0
처리된 테일-가스 스트림(741) 2.0 0.0 4.8 95.2 21.0
a 절대 압력
혼합 사워 가스 스트림(704) 내의 황화수소 농도는 도 7b에 도시된 배열을 사용하여 증가될 수 있다. 도 7b에 도시된 배열은 재순환 스트림을 압축하는 단계 및 이후 이산화탄소-선택적 멤브레인을 사용하여 황화수소-농축된 스트림을 분리하고 투과물 스트림(751) 및 농축물 스트림(752)을 얻기 위해 이를 멤브레인 분리 단계(750)에 공급하는 단계를 포함한다. 멤브레인 분리 단계(750)는 500 gpu의 이산화탄소 투과도 및 10의 이산화탄소-황화수소 선택도를 갖는 이산화탄소-선택적 멤브레인을 갖는다. 보다 큰 선택도를 갖는 멤브레인은 일반적으로 성분의 보다 나은 분리를 결과할 것으로 예상되나, 대개 투과성을 희생하며, 이는 보다 큰 면적이 요구되도록 한다.
도 7b에 도시된 공정은 테일 가스 내의 이황화수소를 황화수소로 전환하는 단계 및 메틸 디에탄올아민(MDEA) 선택적 흡수를 사용하여 황화수소를 제거하는 단계를 포함하는 쉘 클라우스 오프-가스 처리(SCOT) 공정을 갖도록 배열된 클라우스 플렌트와 함께 사용될 수 있다. 그러나, 본 개시는 이러한 공정에 제한되지 않는다. 본 기술 분야의 통상의 기술자는 또한 유사한 결과를 얻기 위해 다른 가능한 배열 및 변경을 고려할 것이다.
농축물 스트림(752)은 도 7a에 도시된 배열보다 이 배열에서 보다 큰 황화수소 농도(즉, 50 mol%)를 갖는다. 농축물 스트림(752) 내의 이 증가된 황화수소 농도는 혼합된 사워 가스 스트림(704) 내의 보다 큰 황화수소 농도(즉, 87.9 mol%) 또한 초래한다(표 7).
스트림 조성: 멤브레인 분리 유닛을 갖는 황 회수 공정a
압력 (bar)b H2S
(mol%)		 CO2
(mol%)		 N2
(mol%)		 유량 (mmscfd)
사워 가스 스트림(703) 2.0 90.0 10.00 0.0 10.0
혼합 사워 가스 스트림(704) 2.0 87.9 12.1 0.0 10.6
오프-가스 스트림(731) 2.0 1.3 6.0 92.7 21.3
혼합 오프-가스 스트림(732) 2.0 1.55 14.2 84.2 23.4
처리된 테일-가스 스트림(741) 2.0 0.0 95.2 4.8 20.7
H2S-농축된 스트림(742) 15.0 13.3 86.7 0.0 2.7
투과물 스트림(751) 2.0 3.8 96.2 0.0 2.1
농축물 스트림(752) 15.0 50.0 50.0 0.0 0.6
a 192 m2의 면적 및 255 kWe의 이론적 압축기 전력을 갖는 멤브레인을 사용
b 절대 압력
실시예 4: 2-단계 농축물-연속 멤브레인 분리 배열을 사용하는 저-농도 황화수소 피드
테일 가스를 처리하기 위한 전용 아민 흡수 공정 없이 비교적 낮은 농도의 황화수소를 갖는 스트림을 처리하기 위한 공정이 이 실시예에서 제공된다. 상기 공정 및 시스템의 예시는 도 8에 제공된다(표 8). 도 8에서, 사워 가스 스트림(803)은 농축된 이산화탄소 스트림(821) 및 회수된 황화수소 스트림(822)을 얻기 위해 선택적 아민 흡수 유닛(820)에서 분리되는 혼합 사워 가스 스트림(805)을 얻기 위해 제1 멤브레인 단계 투과물 스트림(832) 및 테일 가스 스트림(851)과 조합된다.
회수된 황화수소 스트림(822)은 너무 희석되어 직접 황 회수 유닛(850)으로 보내질 수 없기 때문에, 이는 황 회수 공정을 위해 황화수소를 농축하기 위해 멤브레인 분리 유닛으로 보내진다. 회수된 황화수소 스트림(822)은 제2 멤브레인 단계 투과물 스트림(841)과 조합된다. 조합된 회수된 황화수소 스트림(822) 및 제2 멤브레인 단계 투과물 스트림(841)은 도 2c에 도시된 바와 같이 투과물-연속을 갖는 2개의 멤브레인 단계를 포함하는 멤브레인 분리 유닛에 도입된다. 제1 멤브레인 단계 농축물 스트림(831)은 제2 멤브레인 단계 농축물(842) 및 제2 멤브레인 단계 투과물(841)을 얻기 위해 제2 멤브레인 단계(840)에 보내진다. 제2 멤브레인 단계 투과물은 멤브레인 분리 유닛을 통해 재순환되고, 제2 멤브레인 단계 농축물은 황 회수 유닛(850)에 보내진다.
황 회수 유닛(850)은 클라우스 유닛 및 촉매 반응기를 포함한다. 이는 클라우스 유닛 내의 황화수소의 농도가 전환에 충분하나 클라우스 유닛으로부터의 테일 가스를 처리하기 위한 전용 선택적 아민 흡수 유닛을 포함하지 않기 때문이다.
스트림 조성: 저-농도 황화수소를 갖는 2-단계 투과물-연속 멤브레인 단계 배열a
압력 (bar)b H2S (mol%) CO2
(mol%)		 N2
(mol%)		 유량 (mmscfd)
사워 가스 스트림(803) 2.0 2.0 98.0 0.0 20.0
혼합 사워 가스 스트림(805) 2.0 2.5 94.2 3.2 24.5
회수된 H2S 스트림(822) 20.0 15.2 84.8 0.0 4.1
제1 MS 투과물 스트림(832) 2.0 5.6 94.4 0.0 3.6
제1 MS 농축물 스트림(831) 20.0 70.0 30.0 0.0 0.75
제2 MS 농축물 스트림(842) 20.0 90.0 10.0 0.0 0.46
테일 가스 스트림(851) 2.0 1.9 5.4 91.5 0.86
MS, 멤브레인 단계
a 264 및 60 m2 면적 및 488 kWe의 이론적 압축기 전력을 갖는 멤브레인을 사용
b 절대 압력
실시예 6: 멤브레인 분리 유닛 및 아민 흡수 유닛에 대한 피드를 갖는 2-단계 투과물-연속 멤브레인 분리 배열
멤브레인 분리 유닛 및 아민 흡수 유닛에 공급되는 사워 가스를 갖는 2-단계 투과물-연속 멤브레인 분리 배열을 포함하는 공정이 시뮬레이션되었다(표 9). 상기 공정 및 시스템은 도 9에 도시되며, 도 2b 및 도 3c에 도시된 것과 유사한 요소 및 특징을 포함한다. 도 9에서, 사워 가스는 압축되고 도 2b에 도시된 것과 유사한 2-단계 투과물-연속 배열을 갖는 멤브레인 분리 유닛에 도입된다. 사워 가스 스트림(903)은 약 20 mol%의 황화수소 농도를 가지며 질소를 함유하지 않기 때문에 멤브레인 분리 유닛에서의 처리에 적합하나, 황화수소의 농도는 비교적 낮기 때문에 덜 바람직하다.
제1 멤브레인 단계 농축물 스트림(921)은 클라우스 유닛(950)에 보내진다. 제2 멤브레인 단계 투과물 스트림(932)은 제2 아민 흡수 유닛(970)으로부터의 재순환 스트림(971)과 조합되고 제1 아민 유닛 피드 스트림(939)을 얻기 위해 압축된다. 제1 아민 유닛 피드 스트림(939)은 농축된 이산화탄소 스트림(941) 및 회수된 황화수소 스트림을 얻기 위해 제1 아민 유닛(940)에서 처리된다. 아민 유닛은 제1 아민 유닛 피드 스트림(939)을 처리하는데 사용되는데, 이는 상기 스트림이 멤브레인 분리 공정에서 문제가 되는 상당한 농도의 질소(33.3 mol%)를 함유하기 때문이다. 회수된 황화수소 스트림은 이후 클라우스 피드 스트림(949)을 얻기 위해 제1 멤브레인 단계 농축물 스트림(921)과 조합된다.
클라우스 피드 스트림(949)은 황 스트림(952) 및 테일 가스 스트림(951)을 생성하기 위해 공기 스트림(948)을 갖는 클라우스 유닛(950)에 도입된다. 테일 가스 스트림(951)은 테일 가스 스트림에 존재하는 이산화황을 황화수소로 전환함으로써 오프-가스 스트림(961)을 생성하기 위해 수소 스트림(959)을 갖는 촉매 반응기(960)에 보내진다. 오프-가스 스트림(961)은 이후 제2 아민 흡수 유닛(970)으로 보내지며, 여기서 질소 스트림(972) 및 재순환 스트림(971)을 얻기 위해 처리된다. 재순환 스트림(971)은 비교적 낮은 농도의 황화수소(즉, 약 20 mol% 미만)를 갖기 때문에 제1 아민 유닛(940)에서의 처리에 적합하다.
스트림 조성: 저-농도 황화수소를 갖는 2-단계 투과물-연속 멤브레인 단계 배열a
압력 (bar)b H2S (mol%) CO2
(mol%)		 N2
(mol%)		 O2
(mol%)		 유량 (mmscfd)
사워 가스 스트림(903) 2.0 20.0 80.0 ― ― 10.0
제1 MS 투과물 스트림(922) 2.0 10.2 89.8 ― ― 11.9
제1 MS 농축물 스트림(921) 20.0 60.0 40.0 ― ― 2.9
제2 MS 투과물 스트림(932) 2.0 3.4 95.6 ― ― 7.1
오프-가스 스트림(961) 2.0 1.5 28.8 66.1 3.6 7.2
제1 아민 유닛 피드 스트림(939) 20.0 2.4 62.4 33.3 1.8 14.2
회수된 H2S 스트림(942) 2.0 28.1 71.9 ― ― 1.2
클라우스 피드 스트림(949) 2.0 50.5 49.5 ― ― 4.2
공기 스트림(948) 2.0 ― ― 79.0 21.0 6.0
MS, 멤브레인 단계
a 810　및 390　m2 면적을 갖는 멤브레인을 사용
b 절대 압력
본 구체예가 상세하게 기재되었으나, 본 개시의 원리 및 범위를 벗어나지 않고 다양한 변화, 대체 및 변경이 이루어질 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 구체예의 범위는 다음의 청구 범위 및 이의 적절한 법적 균등물에 의해 결정되어야 한다.
단수형 "하나의(a, an)" 및 "상기(the)"는 문맥 상 명백히 달리 지시하지 않는 한 복수의 대상을 포함한다.
"선택적" 또는 "선택적으로"는 이후에 설명된 사건 또는 상황이 발생할 수 있거나 발생하지 않을 수 있음을 의미한다. 설명은 사건 또는 상황이 발생하는 경우 및 발생하지 않는 경우를 포함한다.
범위는 본원에서 약 하나의 특정 값으로부터 및/또는 약 또 다른 특정 값까지로 표현될 수 있다. 이러한 범위가 표현될 때, 또 다른 구체예는 상기 범위 내의 모든 조합과 함께 하나의 특정 값으로부터 및/또는 다른 특정 값까지임이 이해되어야 한다.
본원 및 첨부된 청구 범위에 사용된 바와 같이, 단어 "포함하다(comprise)", "갖다(has)" 및 "포함하다(include)" 및 이들의 모든 문법적 변형은 각각 추가적인 요소 또는 단계를 배제하지 않는 개방적, 비-제한적 의미를 갖는 것으로 의도된다.
설명은 단지 특정 성분 또는 단계를 식별하고 이들을 동일 또는 유사한 용어에 의해 기재되는 다른 것과 구별하기 위해 서수("제1", "제2", "제3" 등)를 사용할 수 있다. 달리 명시적으로 제공되지 않는 한, 서수의 사용은 관계, 순서, 품질, 순위 또는 중요성을 나타내지 않으며; 수치적 한계를 정의하지도 않는다.

Claims (22)

  1. 사워 가스(sour gas) 스트림으로부터 황 및 이산화탄소를 회수하기 위한 공정으로서, 상기 공정은:
    사워 가스 스트림을 멤브레인 분리 유닛에 제공하는 단계, 상기 사워 가스 스트림은 황화수소 및 이산화탄소를 포함하며;
    농축물(retentate) 스트림 및 제1 투과물(permeate) 스트림을 얻기 위해 상기 멤브레인 분리 유닛에서 황화수소를 이산화탄소로부터 분리하는 단계, 여기서 상기 농축물 스트림은 황화수소를 포함하고, 여기서 상기 투과물 스트림은 이산화탄소를 포함하며;
    상기 농축물 스트림을 황 회수 유닛에 도입하는 단계;
    황 스트림 및 테일 가스 스트림을 생성하기 위해 상기 농축물 스트림을 황 회수 유닛에서 처리하는 단계, 여기서 황 스트림은 액체 황을 포함하며;
    상기 투과물 스트림을 아민 흡수 유닛에 도입하는 단계; 및
    농축된 이산화탄소 스트림을 생성하기 위해 상기 투과물 스트림을 아민 흡수 유닛에서 처리하는 단계를 포함하는, 사워 가스 스트림으로부터 황 및 이산화탄소를 회수하기 위한 공정.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 농축물 스트림은 80 내지 95 mol%의 황화수소의 농도를 갖는, 사워 가스 스트림으로부터 황 및 이산화탄소를 회수하기 위한 공정.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 멤브레인 분리 유닛은 멤브레인을 포함하고, 여기서 상기 멤브레인은 이산화탄소-선택적 멤브레인인, 사워 가스 스트림으로부터 황 및 이산화탄소를 회수하기 위한 공정.
  4. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 멤브레인 분리 유닛은 멤브레인을 포함하고, 여기서 상기 멤브레인은 적어도 10의 이산화탄소-황화수소 선택도 및 적어도 500 가스 투과 유닛(gpu)의 투과도(permeance)를 갖는, 사워 가스 스트림으로부터 황 및 이산화탄소를 회수하기 위한 공정.
  5. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 멤브레인 분리 유닛은 퍼플루오로 중합체로부터 제조된 멤브레인을 포함하는, 사워 가스 스트림으로부터 황 및 이산화탄소를 회수하기 위한 공정.
  6. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 멤브레인 분리 유닛은 농축물-연속 배열(retentate-in-series configuration)의 2개의 멤브레인 단계를 포함하는, 사워 가스 스트림으로부터 황 및 이산화탄소를 회수하기 위한 공정.
  7. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 멤브레인 분리 유닛은 투과물-연속 배열(permeate-in-series configuration)의 2개의 멤브레인 단계를 포함하는, 사워 가스 스트림으로부터 황 및 이산화탄소를 회수하기 위한 공정.
  8. 사워 가스 스트림으로부터 황 및 이산화탄소를 회수하기 위한 공정으로서, 상기 공정은:
    사워 가스 스트림을 선택적 아민 흡수 유닛에 제공하는 단계, 상기 사워 가스 스트림은 황화수소 및 이산화탄소를 포함하고;
    농축된 이산화탄소 스트림 및 농축된 황화수소 스트림을 생성하기 위해 선택적 아민 흡수 유닛에서 황화수소를 이산화탄소로부터 분리하는 단계, 여기서 상기 농축된 이산화탄소 스트림은 이산화탄소를 포함하고;
    상기 농축된 황화수소 스트림을 멤브레인 분리 유닛에 도입하는 단계, 여기서 상기 농축된 황화수소 스트림은 황화수소 및 이산화탄소를 포함하며;
    농축물 스트림 및 투과물 스트림을 생성하기 위해 상기 멤브레인 분리 유닛에서 황화수소를 농축된 황화수소 스트림의 이산화탄소로부터 분리하는 단계;
    상기 농축물 스트림을 황 회수 유닛에 도입하는 단계, 여기서 상기 농축물 스트림은 황화수소를 포함하며; 및
    황 스트림 및 테일 가스 스트림을 생성하기 위해 황 회수 유닛에서 농축물 스트림을 처리하는 단계를 포함하고, 여기서 상기 황 스트림은 액체 황을 포함하는, 사워 가스 스트림으로부터 황 및 이산화탄소를 회수하기 위한 공정.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 농축물 스트림에서의 황화수소 농도는 80 내지 95 mol%인, 사워 가스 스트림으로부터 황 및 이산화탄소를 회수하기 위한 공정.
  10. 청구항 8 또는 9에 있어서,
    멤브레인 분리 단계는 멤브레인을 포함하며, 여기서 상기 멤브레인은 이산화탄소-선택적 멤브레인인, 사워 가스 스트림으로부터 황 및 이산화탄소를 회수하기 위한 공정.
  11. 청구항 8 내지 10 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 멤브레인 분리 유닛은 멤브레인을 포함하고, 여기서 상기 멤브레인은 적어도 10의 이산화탄소-황화수소 선택도 및 적어도 500 gpu의 투과도를 갖는, 사워 가스 스트림으로부터 황 및 이산화탄소를 회수하기 위한 공정.
  12. 청구항 8 내지 11 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 멤브레인 분리 유닛은 퍼플루오로 중합체로부터 제조된 멤브레인을 포함하는, 사워 가스 스트림으로부터 황 및 이산화탄소를 회수하기 위한 공정.
  13. 청구항 8 내지 12 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 테일 가스 스트림은 선택적 아민 흡수 유닛으로 재순환되는, 사워 가스 스트림으로부터 황 및 이산화탄소를 회수하기 위한 공정.
  14. 청구항 8 내지 13 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 멤브레인 분리 유닛은 농축물-연속 배열의 2개의 멤브레인 단계를 포함하는, 사워 가스 스트림으로부터 황 및 이산화탄소를 회수하기 위한 공정.
  15. 청구항 8 내지 14 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 멤브레인 분리 유닛은 투과물-연속 배열의 2개의 멤브레인 단계를 포함하는, 사워 가스 스트림으로부터 황 및 이산화탄소를 회수하기 위한 공정.
  16. 10 mol% 초과의 이산화탄소 및 황화수소 농도와 10 mol% 미만의 질소 농도를 갖는 제1 사워 가스 스트림 및 20 mol% 미만의 이산화탄소 및 황화수소 농도 또는 10 mol% 초과의 질소 농도를 갖는 제2 사워 가스 스트림의 두 사워 가스 스트림으로부터 황 및 이산화탄소를 회수하기 위한 공정으로서, 상기 공정은:
    제1 사워 가스 스트림을 멤브레인 분리 유닛에 도입하고 농축물 스트림 및 투과물 스트림을 얻기 위해 제1 사워 가스 스트림을 분리하는 단계, 상기 농축물 스트림은 황화수소를 포함하고 투과물 스트림은 이산화탄소를 포함하며;
    상기 투과물 스트림 및 제2 사워 가스 스트림을 선택적 아민 흡수 유닛에 도입하고 회수된 황화수소 스트림 및 농축된 이산화탄소 스트림을 얻기 위해 아민 흡수 공정을 사용하는 단계, 상기 회수된 황화수소 스트림은 황화수소를 포함하고 농축된 이산화탄소 스트림은 이산화탄소를 포함하며;
    상기 회수된 황화수소 스트림을 멤브레인 분리 유닛으로 재순환하는 단계; 및
    상기 농축물 스트림을 황 회수 유닛에 도입하는 단계 및 황을 포함하는 황 스트림을 얻기 위해 상기 농축물 스트림을 클라우스(Claus) 공정을 사용하여 처리하는 단계를 포함하는, 두 사워 가스 스트림으로부터 황 및 이산화탄소를 회수하기 위한 공정.
  17. 청구항 16에 있어서,
    황 회수 유닛에 도입되는 농축물 스트림은 80 내지 95 mol%의 황화수소를 포함하는, 두 사워 가스 스트림으로부터 황 및 이산화탄소를 회수하기 위한 공정.
  18. 청구항 16 또는 17에 있어서,
    상기 멤브레인 분리 유닛은 농축물-연속 배열의 2개의 멤브레인 단계를 포함하는, 두 사워 가스 스트림으로부터 황 및 이산화탄소를 회수하기 위한 공정.
  19. 청구항 16 내지 18 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 멤브레인 분리 유닛은 투과물-연속 배열의 2개의 멤브레인 단계를 포함하는, 두 사워 가스 스트림으로부터 황 및 이산화탄소를 회수하기 위한 공정.
  20. 청구항 16 내지 19 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 멤브레인 분리 유닛은 퍼플루오로 중합체로 제조된 멤브레인을 포함하는, 두 사워 가스 스트림으로부터 황 및 이산화탄소를 회수하기 위한 공정.
  21. 청구항 16 내지 20 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 멤브레인 분리 유닛은 적어도 10의 이산화탄소-황화수소 선택도 및 적어도 500 gpu의 투과도를 갖는 멤브레인을 포함하는, 두 사워 가스 스트림으로부터 황 및 이산화탄소를 회수하기 위한 공정.
  22. 청구항 16 내지 21 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 사워 가스 스트림은 5 내지 50 mol%의 질소를 포함하는, 두 사워 가스 스트림으로부터 황 및 이산화탄소를 회수하기 위한 공정.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11097952B2 (en) * 2019-06-07 2021-08-24 Fluor Technologies Corporation Oxygen-enhanced Claus carbon dioxide recovery

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2253806C3 (de) 1972-11-03 1978-06-15 Metallgesellschaft Ag, 6000 Frankfurt Verfahren zur Umsetzung des in Gasgemischen enthaltenen Schwefelwasserstoffs mit Schwefeldioxid nach dem Claus-Prozess
IT1048269B (it) 1973-03-01 1980-11-20 Shell Int Research Processo per ridurre il contenuto totale di zolfo di gas di scarico del processo claus
US4507275A (en) 1983-08-30 1985-03-26 Standard Oil Company (Indiana) Process for producing and recovering elemental sulfur from acid gas
US4508699A (en) 1984-01-13 1985-04-02 Schoofs, Inc. Claus process improvement
CA2108892A1 (en) 1991-05-21 1992-11-22 Amos Korin Treatment of acid gas using hybrid membrane separation systems
US5304361A (en) 1992-06-26 1994-04-19 Union Carbide Chemicals & Plastics Technology Corporation Removal of hydrogen sulfide
US5556449A (en) * 1993-10-25 1996-09-17 Membrane Technology And Research, Inc. Acid gas fractionation process for fossil fuel gasifiers
US5407466A (en) 1993-10-25 1995-04-18 Membrane Technology And Research, Inc. Sour gas treatment process including membrane and non-membrane treatment steps
US5558698A (en) 1993-10-25 1996-09-24 Membrane Technology And Research, Inc. Acid gas fractionation process
FR2733162B1 (fr) * 1995-04-19 1997-06-06 Inst Francais Du Petrole Procede et dispositif d'elimination d'au moins un gaz acide par solvant pour l'epuration du gaz naturel
CA2177299A1 (en) * 1995-05-26 1996-11-27 Elmo Nasato Sulfur recovery enhanced by oxygen-enriched gas supplied by gas separation membranes
US20050135992A1 (en) 2000-06-19 2005-06-23 Parsons Parsons Energy & Chemicals Group, Inc. Superox process for increasing processing capacity of sulfur recovery facilities
US6387159B1 (en) 2000-06-26 2002-05-14 Engelhard Corporation Claus feed gas hydrocarbon removal
US6508863B1 (en) 2001-10-11 2003-01-21 Engelhard Corporation Claus feed gas hydrocarbon removal
AU2008292143B2 (en) 2007-08-30 2011-12-08 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Process for removal of hydrogen sulphide and carbon dioxide from an acid gas stream
CN102227372B (zh) * 2008-11-28 2014-12-24 国际壳牌研究有限公司 选择性氧化硫化氢的方法
DE102009018911A1 (de) 2009-04-28 2011-01-20 Lurgi Gmbh Verfahren zum Herstellen von Prozessgas für das Claus-Verfahren
DE102010013279B3 (de) 2010-03-29 2011-07-28 Uhde GmbH, 44141 Verfahren und Vorrichtung zur Verarbeitung eines kohlendioxidreichen Sauergases in einem Claus-Prozess
US8869890B2 (en) * 2010-12-30 2014-10-28 Chevron U.S.A. Inc. Use of gas-separation membranes to enhance production in fields containing high concentrations of hydrogen sulfides
US8814984B2 (en) * 2012-05-09 2014-08-26 Uop Llc Process and apparatus for removing contaminants from a gas stream
EP3131658B1 (en) 2014-04-16 2019-09-25 Saudi Arabian Oil Company Improved sulfur recovery process for treating low to medium mole percent hydrogen sulfide gas feeds with btex in a claus unit
US9387430B2 (en) 2014-11-19 2016-07-12 Apache Corporation Methods and systems of enhanced carbon dioxide recovery
US20160184771A1 (en) 2014-12-31 2016-06-30 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Polyimide membrane for h2s removal
US9943802B1 (en) * 2017-03-13 2018-04-17 Saudi Arabian Oil Company Enhancement of claus tail gas treatment with membrane and reducing step
US10765995B2 (en) * 2017-06-08 2020-09-08 Saudi Arabian Oil Company Helium recovery from gaseous streams
US20180363978A1 (en) * 2017-06-19 2018-12-20 Saudi Arabian Oil Company Treating raw natural gas
US10589215B2 (en) 2017-09-21 2020-03-17 Air Liquide Advanced Technologies U.S. Llc Production of biomethane using multiple types of membrane
US10363517B2 (en) * 2017-10-09 2019-07-30 Chevron U.S.A. Inc. Systems and methods to dehydrate high acid gas streams using membranes in an oil and gas processing plant

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EP3946687B1 (en) 2023-03-01
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WO2020236533A1 (en) 2020-11-26
US20200360854A1 (en) 2020-11-19
CN113825559A (zh) 2021-12-21

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