产生功的方法技术

本发明专利技术提供一种由含至少30mol％硫化氢的燃料物流产生功的方法。所述燃料物流利用含分子氧的氧化剂物流燃烧以产生包含热功的燃烧气体物流，其中分子氧与硫化氢的摩尔比为至少1:1。由燃烧气体物流的热功产生电功。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及。具体地，本专利技术涉及由富含硫化氢的燃料物流。
技术介绍
天然气由天然气贮层采收和通常在通过管线输送至能量生产设施之后燃烧以产生电能。由贮层采收的气体物流的组成影响由气体物流回收和产生电功的经济可行性。由不同贮层采收的气体物流可能具有明显不同的组成。例如，脱硫的非酸性气体含有大量的甲烷(通常大于90mol%)，和可能含有少量硫化氢和二氧化碳。脱硫的非酸性气体物流是产生电功最优选的气体物流，需要较少的用于调节和管路输送的处理。酸性气含有大量的二氧化碳，例如大于5mol % CO2,并且比脱硫的非酸性气略不理想，因为为了避免腐蚀管线在管线输送前必须花费能量来从气体物流中脱除co2。所述能量经常由燃烧已从中分离CO2的一部分甲烷提供，这减少了提供给管线的天然气量。相对于脱硫的非酸性气体，因为CO2没有热能值，气体物流中大量的CO2也降低了气体物流的总能量值。 酸性气含有大量的硫化氢，例如至少5mol %，或至少IOmol %,经常为至少30mol %，和有时大于50mol %,75mol %或甚至90mol %的H2S。对于采收和生产天然气来说，由于必须从贮层气体物流中脱除硫化氢，气体物流中中等量的硫化氢使得气体物流不太理想。这需要气体物流的一部分能量来实施分离，这减少了可由气体物流捕集的总能量。因为由天然气中分离H2S需要的能量对于待工业开发的贮层来说变得太大，气体物流中的大量硫化氢(例如至少30mol^^^H2S)阻止了气体物流贮层的开发和采收。大约20世纪70年代前，含小到中等量硫化氢的气体物流中的硫化氢被火炬烧掉以允许采收天然气和相关的烃液体。火炬烧掉硫化氢导致二氧化硫排放到大气中，这在现在受到硫排放的限制。引入Claus法作为由含硫化氢的天然气物流中以元素硫分离和捕集H2S的措施，同时捕集H2S的一些热能值用于分离方法中。Claus法利用空气燃烧1/3的低于化学计量量的H2S和使所得的二氧化硫与剩余的H2S在催化剂的作用下反应以回收元素硫。燃烧部分硫化氢产生的热能通常用于从气体物流中分离硫化氢。但Claus法只对含中等量硫化氢如至多30mol % H2S的气体物流工业有效。正如图1中的图表所示，对于含有35m0l% H2S和少量二氧化碳和氮以及天然气液体和甲烷的天然气田来说，在与分离H2S、CO2和天然气液体相关的能量损失后，即使包括由Claus法提供的能量，可获得气体物流中天然气的小于50%的能量。这导致只有一半的物流可作为市场出售的气体来为气田开发、复杂的工艺操作和输送基础设施买单，这种成本经常太高以致于难以验证含硫天然气田的开发和生产。由含甚至更高浓度硫化氢的酸性气贮层生产天然气在工业上甚至更不理想，和当硫化氢的浓度为约65-70mol %和更高时，则必须应用比所产生天然气中存在的天然气更多的能量来生产天然气，否则不可能实现。需要的是捕集含大量硫化氢的气体物流(例如含至少30mol %硫化氢的气体物流)的能量的方法。
技术实现思路
在一个方面，本专利技术涉及一种产生电功的方法，其中燃烧至少90vol%的含至少30mol%硫化氢的气体物流以产生包含在燃烧气体物流内的热功。所述燃烧气体物流包含二氧化硫。由所述燃烧气体物流的热功产生电功。在另一方面，本专利技术涉及一种产生电功的方法，其中由地下地质地层中分离出含至少30mol%硫化氢的气体物流和使其燃烧以产生包含在含二氧化硫的燃烧气体物流内的热功。由所述燃烧气体物流的热功产生电功。在一个实施方案中，从燃烧气体物流中捕集二氧化硫，和将其注入地下地质地层。【附图说明】图1的图表给出了应用现有技术的Claus法从含35vol%硫化氢的气体物流中捕集硫的方法的能量捕集效率。图2图示了用于实施处理高硫化氢含量的原料气物流以产生电功的本专利技术方法的系统不意图。图3图示了用于实施处理高硫化氢含量的原料气物流以产生电功的本专利技术方法的系统示意图，其中所述系统包括燃气透平和热回收蒸汽发生器。图4图示了用于实施处理高硫化氢含量的原料气物流以产生电功的本专利技术方法的系统示意图，其中所述系统包括燃气透平、补充燃烧装置和热回收蒸汽发生器。图5图示了用于实施处理高硫化氢含量的原料气物流以产生电功的本专利技术方法的系统示意图，其中所述系统包括二次功循环。【具体实施方式】本专利技术描述了应用一个或多个含高浓度硫化氢的原料物流产生电功的方法。在本专利技术方法中通过如下过程由所述原料物流产生电功:燃烧包括一个或多个原料物流的燃料物流(所述燃料物流含至少30mOl%硫化氢)产生热功，和随后由燃烧燃料物流产生的热功产生电功。含高浓度硫化氢的原料物流可由地下地质地层如富酸性气贮层获得，和在本专利技术方法中使用的燃料物流可以由地下地质地层分离出的一个或多个原料物流形成。这里描述的本专利技术允许处理以前认为不适合商业开发的燃料物流。这种燃料物流包含至少约3OmoI %、或至少35mol %、或至少约40mol %、或至少约50mol %、或至少约90mol %的硫化氢。在本专利技术方法中应用的燃料物流可以包含非H2S组分。所述燃料物流可以包含大量的甲烷、其它含烃气体和/或烃液体，和可以包含高达70mol%、或高达50mol%、或高达30mOl%的含烃气体(包括甲烷)和烃液体。所述燃料物流也可以包含高达30mOl%的二氧化碳，但因为二氧化碳在燃料物流燃烧时不提供热能，因此较少的二氧化碳是优选的。所述燃料物流还可以包括少量的夹带烃液体、少量的惰性气体如氮和氦和夹带的微粒。在本专利技术方法中应用的燃料物流可以由地下地质地层的一个原料物流或一个或多个地下地质地层的多个原料物流形成。如果所述燃料物流由多个原料物流形成，各原料物流可以包含小于30mol %的硫化氢，但形成燃料物流的混合原料物流将含有至少30mol %的硫化氢。类似地，如果所述燃料物流由多个原料物流形成，各原料物流可以包含大于70mol %的含烃气体和液体，但形成燃料物流的混合原料物流将含有至多70mol %的含烃气体和液体。同样，如果所述燃料物流由多个原料物流形成，各原料物流可以包含大于30mol %的二氧化碳,但形成燃料物流的混合原料物流将含有至多30mol %的二氧化碳。在本专利技术方法中应用的燃料物流将主要由气体组分形成，但可以包含少量烃液体、非烃液体和颗粒状固体。在为本专利技术方法提供燃料物流的温度和压力下，燃料物流的气体组分可以占燃料物流全部组分的至少90wt%、或至少95wt%、或至少99wt%。在一个实施方案中，燃料物流可以包含夹带的烃液体(C2+)，其中所述夹带的烃液体可以占燃料物流的高达至多10wt%、或高达5wt%、或高达Iwt %。替代地，在应用原料物流作为至少部分燃烧以产生功的燃料物流之前，可以将夹带的烃液体(C2+)从原料物流中分离出来。燃料物流优选不包含固体颗粒，和在燃烧前可以过滤以基本脱除全部的颗粒。用来形成在本专利技术方法中应用的燃料物流的原料物流优选由地下地质地层获得。但用来形成燃料物流的一个或多个原料物流可以由非地下地质地层的来源提供，例如由处理装置、重整装置或炼厂提供。如果在本专利技术方法中应用的原料物流由地下地质地层提供，所述原料物流可以按从地下地质地层分离气体物流的常规方法和手段由地下地质地层中分离出来。例如，可以按从地下本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种产生功的方法，所述方法包括：燃烧氧化剂物流和至少部分包括一个或多个原料物流的燃料物流以产生包含热功的燃烧气体物流，其中所述燃料物流具有至少30mol的硫化氢含量，至少90wt％的燃料物流组分是气态的，所述氧化剂物流包含分子氧，和分子氧与硫化氢的摩尔比为至少1:1；和由所述燃烧气体物流的热功产生电功。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.11.15 US 61/559,8461.一种产生功的方法,所述方法包括: 燃烧氧化剂物流和至少部分包括一个或多个原料物流的燃料物流以产生包含热功的燃烧气体物流，其中所述燃料物流具有至少30mol的硫化氢含量，至少90Wt%的燃料物流组分是气态的，所述氧化剂物流包含分子氧，和分子氧与硫化氢的摩尔比为至少1:1 ;和 由所述燃烧气体物流的热功产生电功。2.权利要求1的方法，其中分子氧与硫化氢的摩尔比为1.3:1至1.7:1。3.权利要求1的方法，其中通过如下步骤由燃烧气体物流的热功产生电功:在燃烧气体物流与含水液体物流之间充分换热以转化含水液体物流为蒸汽和冷却燃烧气体物流，其中冷却后的燃烧气体物流为包含二氧化硫的烟道气物流；通过膨胀器膨胀蒸汽以产生机械功和膨胀后的蒸汽物流；和转化机械功为电功。4.权利要求3的方法，还包括如下步骤: 在膨胀蒸汽物流与流体之间换热以由膨胀蒸汽物流冷凝水和由流体形成传热气体，其中所述流体在0.1OlMPa 下的沸点比含水液体物流的液体低至少50°C且气化潜热为至少350kJ/kg,其中所述传热气体包含由膨胀蒸汽物流与流体换热传递的热功； 通过膨胀器使传热气体膨胀以产生机械功和形成流体；和 由膨胀传热气体产生的机械功产生电功。5.权利要求4的方法，其中由膨胀蒸汽物流传递给流体的部分热功源于膨胀蒸汽物流中水冷凝的潜热。6.权利要求4的方法，其中所述流体选自无水氨、氨水、无水二氧化硫、二氧化碳和二乙醚。7.权利要求4的方法，其中由膨胀蒸汽物流冷凝的水的温度为至多85°C，和作为含水液体物流提供以冷却燃烧气体物流。8.权利要求3的方法，其中所述烟道气物流还包含蒸汽和具有大于100°C至150°C的温度，所述方法还包括如下步骤: 在烟道气物流与流体之间换热以冷却烟道气物流至大于0°C至50°C的温度和从中冷凝和分离水且由流体形成传热气体，其中所述流体在0.1OlMPa下的沸点比含水液体物流的液体低至少50°C且气化潜热为至少350kJ/kg，其中所述传热气体包含由烟道气物流与流体换热传递给流体的热功； 通过膨胀器使传热气体膨胀以产生机械功和形成流体；和 由膨胀传热气体产生的机械功产生电功。9.权利要求8的方法，其中通过膨胀器使传热气体膨胀形成的流体具有-25°C至-10(rc的温度，所述方法还包括如下步骤: 在温度为-25°c至-100°C的流体与可能溶解有二氧化硫、二氧化碳或这两者的洗涤溶剂之间换热，以使洗涤溶剂急冷至-100°C至0°C的温度和在不转化流体为气体的情况下提升流体的温度至至少0°C ;和 使已经分离出水的烟道气物流与急冷后的洗涤溶剂接触，以使二氧化硫、二氧化碳或这两者由烟道气物流分离出来进入洗涤溶剂。10.权利要求9的方法，还包括如下步骤:将急冷后的洗涤溶剂加热至二氧化硫、二氧化碳或这两者与洗涤溶剂分离的温度，和使二氧化硫、二氧化碳或这两者与洗涤溶剂分离。11.权利要求10的方法，还包括如下步骤:在已与二氧化硫、二氧化碳或这两者分离的洗涤溶剂与温度为-25°c至-100°C的流体之间换热，以急冷洗涤溶剂至-100°c至0°C的温度和在不转化流体为气体的情况下将流体加热至至少0°C的温度。12.权利要求1的方法，其中通过膨胀器膨胀燃烧气体物流以产生机械功和膨胀的燃烧气体物流和转化机械功为电功，从而由燃烧气体物流的至少部分热功产生电功。13.权利要求12的方法，其中氧化剂物流中的分子氧与燃料物流中的硫化氢之间的摩尔比为至少2:1。14.权利要求12的方法，其中通过如下步骤产生电功:在膨胀燃烧气体物流与含水液体物流之间换热以转化含水液体物流为蒸汽和冷却所述膨胀燃烧气体物流，其中冷却后的膨胀燃烧气体物流为包含二氧化硫的烟道气物流；通过膨胀器膨胀蒸汽以产生机械功和膨胀后的蒸汽物流；和转化机械功为电功。15.权利要求14的方法，还包括如下步骤:在膨胀蒸汽物流与流体之间换热以由膨胀蒸汽物流冷凝水和由流体形成传热气体，其中所述流体在0.1OlMPa下的沸点比含水液体物流的液体低至少50°C且气化潜热为至少350kJ/kg，其中所述传热气体包含由膨胀蒸汽物流与流体换热传递的热功； 通过膨胀器使传热气体膨胀以产生机械功和形成流体；和 由膨胀传热气体产生的机械功产生电功。16.权利要求15的方 法，其中所述流体选自无水氨、氨水、无水二氧化硫、二氧化碳和二乙醚。17.权利要求15的方法，其中由膨胀蒸汽物流传递给流体的部分热功源于膨胀蒸汽物流中水冷凝的潜热。18.权利要求15的方法，其中由膨胀蒸汽物流冷凝的水具有至多85°C的温度，和作为含水液体物流提供以冷却膨胀燃烧气体物流。19.权利要求14的方法，其中所述烟道气物流还包含蒸汽和具有大于100°C至150°C的温...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·B·泰勒，S·N·米拉姆，
申请(专利权)人：国际壳牌研究有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL