СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СЕРОВОДОРОДА В ВОДОРОД И СЕРУ Российский патент 2011 года по МПК C01B3/04 C01B3/50 C01B17/04 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для получения продукта водорода из исходного газа, где исходный газ содержит сероводород, а продукт водорода содержит элементарный водород. Предпочтительно, способ и устройство также производят продукт серы, содержащий элементарную серу.

Уровень техники

Многие формации природного газа содержат сероводород, метан, двуокись углерода и другие примеси или загрязнения. Как правило, эти примеси или загрязнения должны удаляться из природного газа до того, как природный газ станет пригодным для использования. Подобным же образом, технологические газы, такие как те, которые получают от способов переработки газа или в качестве побочных продуктов других промышленных процессов, могут содержать сероводород, метан, двуокись углерода и другие примеси или загрязнения. Эти примеси или загрязнения должны также удаляться или другим образом приниматься во внимание перед выпуском или дальнейшей переработкой технологического газа и перед манипуляциями с ним.

В этом контексте, термин "высокосернистый газ", как здесь используется, относится к природному газу, который содержит некоторые количества метана и сероводорода, а также одну или несколько примесей или загрязнений, таких как двуокись углерода. Кроме того, термин "кислотный газ", как здесь используется, относится к технологическому газу или высокосернистому газу, из которого по существу весь метан удален, оставляя сероводород и двуокись углерода в качестве главных компонентов. Метан, как правило, удаляется из высокосернистого газа с использованием обычных способов экстракции аминами, известных специалистам в этой области. Удаление сероводорода из высокосернистого газа, упоминаемое как опреснение газа, а также производство кислотного газа промышленностью приводит к получению некоторых количеств газа, содержащего сероводород, который должен выпускаться.

На установках или перерабатывающих заводах меньших размеров сероводород часто выпускается в атмосферу. Однако выпуск сероводорода преобразует его в двуокись серы, которая представляет собой главный компонент кислотного дождя. Таким образом, выпуск сероводорода, в особенности, в больших количествах, является нежелательным. Соответственно, на установках и перерабатывающих заводах больших размеров сероводород дополнительно перерабатывается в различных системах экстракции и извлечения серы для уменьшения объема сероводорода, который должен выпускаться. Однако эти системы, как правило, являются дорогостоящими и по-прежнему, как правило, приводят к получению значительных количеств сероводорода, которые необходимо выпускать.

Например, обычный способ извлечения серы, известный как "способ Клауса", использует двухстадийный способ, который приводит к получению элементарной серы и "хвостового газа" из сероводорода. Первая стадия представляет собой термическую стадию, заключающуюся в объединении газа, как правило, кислотного газа, с кислородом и нагреве его до температуры, необходимой для горения. Затем продукты горения подвергаются воздействию второй каталитической стадии. Конкретно, каталитическая стадия состоит в объединении продуктов горения с катализатором, которое приводит к получению элементарной серы и хвостового газа, который содержит остаточное количество сероводорода. Хвостовой газ, как правило, сжигается в факельной трубе или печи и откачивается в атмосферу.

Таким образом, целью способа Клауса является сведение к минимуму количества сероводорода, которое содержится в хвостовом газе, и тем самым сведение к минимуму производства двуокиси серы во время сжигания. Соответственно, для второй стадии разработаны специализированные или улучшенные катализаторы, которые достигают более высоких скоростей преобразования в серу. В дополнение к этому, когда это является желательным, третья стадия, представляющая собой стадию извлечения хвостового газа, может осуществляться на хвостовом газе после каталитической стадии для дополнительного уменьшения количества остаточного сероводорода в хвостовом газе. Например, обычные способы экстракции аминами или обычные аминовые установки или регенераторы могут использоваться для селективного удаления дополнительных количеств любых остатков сероводорода из хвостового газа. В дополнение к этому, "способ извлечения хвостового газа" может потребоваться для преобразования содержащих серу примесей, таких как COS, CS₂, SO₂ и аэрозоля серы, назад в сероводород для рециклирования назад в способ Клауса.

Однако использование специальных катализаторов и дополнительных стадий переработки, как правило, увеличивает общую стоимость способа извлечения серы, а также повышает общую потребность способа в энергии. Кроме того, некоторое количество двуокиси серы продолжает производиться и высвобождаться в атмосферу в результате сжигания непреобразованного сероводорода.

Используются также другие альтернативные подходы. Однако, как и в случае способа Клауса, ни один из этих альтернативных подходов, как обнаружено, не является вполне удовлетворительным.

Например, высокосернистый газ, кислотный газ и другие газообразные промышленные отходы вводятся в реактор, такой как плазменный реактор или термоэлектрический реактор, который вызывает диссоциацию сероводорода на водород и серу. Таким образом производятся как ценные продукты серы, так и потенциально ценные продукты водорода. Однако способ диссоциации также производит ряд других примесей или загрязнений в потоке продукта, происходящего от высокосернистого газа, включая COS, CS₂, SO₂, CO, CO₂, H₂O и аэрозоли серы. Примеры использования способа диссоциации включают в себя заявку на Европейский патент 1085075 A1, опубликованный 21 марта 2001 года, ABB Research Ltd, патент Соединенных Штатов № 5843395, зарегистрированный 1 декабря 1998 года, Wang и международную публикацию PCT заявки на Международный патент WO 00/56441, опубликованную 28 сентября 2000 года, Agarwal et. al.

Патент Соединенных Штатов № 5211923, зарегистрированный 18 мая 1993 года, Harkness et. al., в частности, относится к способу, который использует микроволновый плазменный реактор для получения серы и водорода из высокосернистого газа. Высокосернистый газ, поступающий в плазменный реактор, содержит множество примесей или загрязнения, включая метан, двуокись углерода, сероводород и различные другие вещества, содержащие углерод, водород, серу и кислород. В результате, плазменный реактор может использовать значительную энергию, вызывая диссоциацию ряда соединений в высокосернистом газе, в дополнение к сероводороду. Кроме того, диссоциация может приводить также к получению различных нежелательных примесей или загрязнений в потоке продукта, как отмечено выше.

Соответственно, Harkness et. al., в частности, включают установку каталитического восстановления после плазменного реактора, которая служит для преобразования содержащих серу примесей, которые покидают плазменный реактор, в "поток, обогащенный сероводородом". Затем водород выделяется из потока, обогащенного сероводородом, на "стадии очистки", и оставшийся сероводород рециклируется назад в плазменный реактор.

Наконец, как указано выше, в дополнение к получению продуктов серы, сероводород рассматривается как потенциальные исходные материалы для получения продуктов водорода. Разработка технологий переработки сероводорода для получения водорода также является желательной в условиях возрастающей важности водорода и потребности в нем, для химической технологии и в качестве потенциального источника топлива.

В результате, в промышленности существует необходимость в способе и устройстве для получения продукта водорода, содержащего элементарный водород, из исходного газа, содержащего сероводород. Кроме того, имеется необходимость в способе и устройстве, которые также получают продукт серы, содержащий элементарную серу. Также имеется необходимость в таком способе и устройстве, которые должны быть относительно энергетически и экономически эффективными и которые сводят к минимуму или уменьшают количество нежелательных газов, которые необходимо сжигать или откачивать в атмосферу.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для получения продукта водорода из исходного газа. Продукт водорода предпочтительно состоит из элементарного водорода, в то время как исходный газ предпочтительно состоит из сероводорода. В дополнение к этому, способ и устройство также предпочтительно получают продукт серы, этот продукт серы предпочтительно состоит из элементарной серы.

Более конкретно, в первом аспекте настоящего изобретения, изобретение состоит из способа получения продукта водорода из исходного газа, где исходный газ состоит из сероводорода. Во втором аспекте настоящего изобретения, изобретение состоит из устройства для получения продукта водорода из исходного газа, где исходный газ состоит из сероводорода. Способ, как описывается здесь, может осуществляться в любом устройстве или системе, способном и пригодном для осуществления каждой из стадий, как здесь описывается. Однако, предпочтительно, способ осуществляют с использованием устройства, как здесь описано, а предпочтительно, с использованием предпочтительного варианта осуществления устройства, описанного здесь.

Каждый объект из способа и устройства может использоваться для получения любого желаемого продукта водорода, состоящего из элементарного водорода. Однако предпочтительно, продукт водорода является относительно "обогащенным", так что он состоит из значительной доли или процента элементарного водорода. В предпочтительном варианте осуществления, продукт водорода представляет собой относительно чистый продукт или продукт настолько чистый, насколько его разумно получать. Другими словами, продукт водорода состоит, по существу или в основном, из элементарного водорода. Любые другие компоненты или любые загрязнения в продукте водорода сводятся к минимуму, а предпочтительно, устраняются. Как дополнительно описывается ниже, этот продукт чистого водорода может использоваться в качестве источника топлива для питания способа и/или устройства.

Кроме того, каждый объект из способа и устройства может получать продукт водорода из любого типа или источника исходного газа, состоящего из сероводорода. Например, исходный газ может состоять из природного газа, технологического газа или их смесей. Кроме того, исходный газ может состоять из высокосернистого газа, кислотного газа или любого иного газа, или их сочетаний, состоящих из одной или нескольких примесей или загрязнений, в дополнение к сероводороду, или содержащих их. В предпочтительном варианте осуществления исходный газ состоит из кислотного газа, где кислотный газ состоит из сероводорода (H₂S) и двуокиси углерода (CO₂).

В первом аспекте настоящего изобретения способ предпочтительно состоит из следующих стадий:

(a) первого разделения исходного газа, с получением первой очищенной фракции сероводорода из исходного газа, где первая очищенная фракция сероводорода состоит, по меньшей мере, примерно из 90 процентов объемных сероводорода;

(b) диссоциации сероводорода, присутствующего в первой очищенной фракции сероводорода, на элементарный водород и элементарную серу, для преобразования первой очищенной фракции сероводорода в диссоциированную первую очищенную фракцию сероводорода, где диссоциированная первая очищенная фракция сероводорода состоит из элементарного водорода и элементарной серы;

(c) второго разделения диссоциированной первой очищенной фракции сероводорода, с получением обогащенной водородом фракции из диссоциированной первой очищенной фракции сероводорода, где обогащенная водородом фракция состоит из элементарного водорода; и

(d) получения продукта водорода из обогащенной водородом фракции, где продукт водорода состоит из элементарного водорода.

Как сформулировано, первая стадия разделения разделяет исходный газ с получением первой очищенной фракции сероводорода из исходного газа. Первая очищенная фракция сероводорода может состоять из любой доли или процента сероводорода. Однако предпочтительно, первая очищенная фракция сероводорода является относительно "обогащенной", так что она состоит из значительной доли или процента сероводорода. Более предпочтительно, для увеличения эффективности способа и для увеличения привлекательности продукта водорода, получаемого в нем, первая очищенная фракция сероводорода состоит из минимального объемного процента сероводорода в пределах примерно от 90 до 100 процентов.

Таким образом, первая очищенная фракция сероводорода предпочтительно состоит, по меньшей мере, примерно из 90 процентов объемных сероводорода, хотя объемный процент сероводорода, по меньшей мере, примерно 94 процента является еще более предпочтительным. Кроме того, для доведения до максимума эффективности способа и для получения в высшей степени желательных продуктов водорода и серы, первая очищенная фракция сероводорода наиболее предпочтительно состоит, по меньшей мере, примерно из 98 или 99 процентов объемных сероводорода. Другими словами, объемный процент сероводорода предпочтительно доводится до максимума, в то же время сводя к минимуму и предпочтительно устраняя любые загрязнения или другие компоненты в первой очищенной фракции сероводорода. Таким образом, в предпочтительном варианте осуществления, первая очищенная фракция сероводорода является настолько "чистой", насколько ее разумно получать, состоит из настолько высокого объемного процента сероводорода, насколько его разумно получать.

Первая стадия разделения может состоять из любого процесса, способа или стадий, способных осуществлять и пригодных для выделения сероводорода из исходного газа, с получением первой очищенной фракции сероводорода. Более конкретно, в предпочтительном варианте осуществления, где исходный газ представляет собой кислотный газ, первая стадия разделения может состоять из любого процесса, способа или стадий, способных осуществлять и пригодных для выделения сероводорода из двуокиси углерода, составляющей кислотный газ, с получением первой очищенной фракции сероводорода.

Однако, предпочтительно, первая стадия разделения состоит из стадии прохождения исходного газа через реагент на основе амина, который способен селективно поглощать сероводород, так что первая очищенная фракция сероводорода поглощается реагентом на основе амина. В зависимости от желаемой эффективности первой стадии разделения, стадия прохождения может состоять из одного прохождения исходного газа через реагент на основе амина или ряда или множества прохождений исходного газа через реагент на основе амина. В дополнение к этому, первая стадия разделения предпочтительно, кроме того, состоит из стадии регенерации реагента на основе амина из первой очищенной фракции сероводорода для извлечения реагента на основе амина из первой очищенной фракции сероводорода.

Может использоваться любой реагент на основе амина, способный селективно поглощать сероводород. "Селективно поглощающий сероводород" относится к предпочтительному поглощению сероводорода из исходного газа, в то же время сводя к минимуму поглощение любых других компонентов или загрязнений в исходном газе. Таким образом, в предпочтительном варианте осуществления, реагент на основе амина выбирается для поглощения и удаления настолько большого количества сероводорода из исходного газа, насколько это возможно, при этом, в то же время, поглощая и удаляя настолько малое количество, насколько это возможно, других компонентов или загрязнений в исходном газе, таком как двуокись углерода. Другими словами, сероводород преимущественно поглощается, с эксклюзией других компонентов исходного газа. В предпочтительном варианте осуществления, селективное поглощение приводит к поглощению первой очищенной фракции сероводорода, предпочтительно, состоящей, по меньшей мере, примерно из 90 процентов объемных сероводорода, как подробно обсуждается выше. Затем стадия регенерации извлекает реагент на основе амина, с получением первой очищенной фракции сероводорода для дальнейшей переработки.

Как сформулировано, может использоваться любой реагент на основе амина, способный "селективно поглощать сероводород", когда сероводород поглощается, в то же время сводя к минимуму поглощение любых других компонентов исходного газа. Например, реагент на основе амина может состоять из моноэтаноламина (MEA), диэтаноламина (DEA), дигликольамина (DGA), диизопропаноламина (DIPA), метилдиэтаноламина (MDEA), триэтаноламина (TEA), UCARSOL™, SELEXOL™ и их смесей. UCARSOL™ и SELEXOL™ представляют собой торговое наименование The Dow Chemical Company и относятся к группе аминовых растворителей, производимых ею.

В предпочтительном варианте осуществления, реагент на основе амина состоит из реагента на основе амина Flexsorb™. Flexsorb™ представляет собой торговое наименование Exxon Corporation и относится к группе растворителей, состоящей из аминов и производимых ею посредством соответствующего способа, включая FLEXSORB SE™ и FLEXSORB SE PLUS™.

Стадия диссоциации может состоять из любого процесса, способа или стадий, способных осуществлять и пригодных для диссоциации сероводорода, присутствующего в первой очищенной фракции сероводорода, на элементарный водород и элементарную серу, с преобразованием первой очищенной фракции сероводорода в диссоциированную первую очищенную фракцию сероводорода. Первая диссоциированная очищенная фракция сероводорода состоит из элементарного водорода и элементарной серы. В дополнение к этому, как дополнительно обсуждается ниже, в зависимости от эффективности или действенности стадий диссоциации, диссоциированная первая очищенная фракция сероводорода может, кроме того, состоять из сероводорода.

Предпочтительно, стадия диссоциации состоит из диссоциации сероводорода, присутствующего в первой очищенной фракции сероводорода, посредством термического разложения, которое может также упоминаться как термическая деградация. Более предпочтительно, стадия диссоциации состоит из диссоциации сероводорода, присутствующего в первой очищенной фракции сероводорода, посредством термического разложения в условиях плазмы.

Соответственно, стадия диссоциации предпочтительно осуществляется в плазменном реакторе. Хотя может использоваться любой тип или конфигурация плазменного реактора, способного осуществлять стадию диссоциации, в предпочтительном варианте осуществления, плазменный реактор приводится в действие посредством электромагнитной энергии. Любая форма электромагнитной энергии может использоваться для приведения в действие плазменного реактора, например радиочастотная ("РЧ"), с получением РЧ плазменного реактора. Однако электромагнитная энергия предпочтительно состоит из микроволновой энергии.

Кроме того, стадия диссоциации может осуществляться при любой температуре и при любом давлении, пригодных для диссоциации сероводорода, присутствующего в первой очищенной фракции сероводорода, посредством термического разложения. Например, стадия диссоциации предпочтительно осуществляется при температуре, меньшей, примерно, чем 3000 градусов Цельсия. Однако, в предпочтительном варианте осуществления, стадия диссоциации осуществляется при температуре в пределах между примерно 1500 градусами Цельсия и примерно 2000 градусами Цельсия. Другими словами, стадия диссоциации осуществляется при температуре в пределах между 1500 и 2000 градусами Цельсия, что, как предполагается, включает в себя температуру, которая находится в пределах между указанными значениями или приблизительно равна им.

Кроме того, стадия диссоциации может осуществляться при любом давлении, совместимом с устройством, используемым для осуществления настоящей стадии. Например, когда используется микроволновый плазменный реактор, стадия диссоциации может осуществляться в широких пределах манометрических давлений от меньших, примерно, чем 10 килопаскаль (примерно 1,45 фунт/кв.дюйм) до больших, примерно, чем 1000 килопаскаль (145 фунт/кв.дюйм). Предпочтительно, стадия диссоциации осуществляется при манометрическом давлении примерно от 6 килопаскаль (примерно 0,87 фунт/кв.дюйм) примерно до 1000 килопаскаль (145 фунт/кв.дюйм). В предпочтительном варианте осуществления стадия диссоциации осуществляется при манометрическом давлении в пределах примерно между 200 килопаскаль (примерно 29 фунт/кв.дюйм) и примерно 500 килопаскаль (примерно 72,5 фунт/кв.дюйм). Другими словами, стадия диссоциации осуществляется при манометрическом давлении в пределах между 200 килопаскаль (примерно 29 фунт/кв.дюйм) и 500 килопаскаль (примерно 72,5 фунт/кв.дюйм), что, как предполагается, включает в себя давление, которое находится в пределах между указанными значениями или приблизительно равно им.

Как сформулировано, вторая стадия разделения разделяет диссоциированную первую очищенную фракцию сероводорода с получением обогащенной водородом фракции из диссоциированной первой очищенной фракции сероводорода. Обогащенная водородом фракция состоит из элементарного водорода. Кроме того, обогащенная водородом фракция может состоять из любой доли или процента элементарного водорода. Однако, как указано, обогащенная водородом фракция предпочтительно является относительно "обогащенной", так что она состоит из значительной доли или процента элементарного водорода. В предпочтительном варианте осуществления процент элементарного водорода в обогащенной водородом фракции доводится до максимума настолько, насколько его разумно получать, в то же время сводя к минимуму или уменьшая любые загрязнения или другие компоненты в обогащенной водородом фракции. В этом отношении, для увеличения или улучшения эффективности или действенности последующих стадий, составляющих способ, вторая стадия разделения предпочтительно достигает или обеспечивает обогащенную водородом фракцию, состоящую, по меньшей мере, примерно из 40 процентов объемных элементарного водорода.

Когда обогащенная водородом фракция является по существу или в основном состоит из элементарного водорода, обогащенная водородом фракция может составлять продукт водорода. Другими словами, продукт водорода может быть получен посредством простого сбора обогащенной водородом фракции, где продукт водорода состоит из обогащенной водородом фракции. Однако этого может и не происходить. Скорее, обогащенная водородом фракция может, дополнительно, состоять из сероводорода. В этом случае может потребоваться дополнительная переработка для получения продукта водорода, как обсуждается ниже.

В дополнение к этому, способ может, кроме того, состоять из стадии получения продукта серы из диссоциированной первой очищенной фракции сероводорода, где продукт серы состоит из элементарной серы. Продукт серы может состоять из любой доли или процента элементарной серы. Однако продукт серы предпочтительно является относительно "обогащенным", так что он состоит из значительной доли или процента элементарной серы. Другими словами, процент элементарной серы в продукте серы доводится до максимума, в то же время сводя к минимуму любые загрязнения или другие компоненты в продукте серы. В предпочтительном варианте осуществления продукт серы представляет собой относительно чистый продукт или продукт, настолько чистый, насколько разумно его получать. Другими словами, продукт серы состоит по существу или в основном из элементарной серы. Любые другие компоненты или любые загрязнения в продукте серы сводятся к минимуму, а предпочтительно, устраняются.

Таким образом, в предпочтительном варианте осуществления, диссоциированная первая очищенная фракция сероводорода разделяется с получением обогащенной водородом фракции, состоящей из элементарного водорода, и с получением продукта серы, состоящего из элементарной серы.

Вторая стадия разделения может состоять из любого процесса, способа или стадий, способных осуществлять и пригодных для выделения диссоциированной первой очищенной фракции сероводорода, с получением обогащенной водородом фракции. Конкретно, вторая стадия разделения предпочтительно выделяет обогащенную водородом фракцию из диссоциированной первой очищенной фракции сероводорода. Кроме того, в предпочтительном варианте осуществления, вторая стадия разделения состоит из процесса, способа или стадии или стадий, способных осуществлять и пригодных для разделения диссоциированной первой очищенной фракции сероводорода, с получением обогащенной водородом фракции и с получением продукта серы. Конкретно, вторая стадия разделения может отделять как обогащенную водородом фракцию, так и продукт серы из диссоциированной первой очищенной фракции сероводорода.

В дополнение к этому, как обсуждается выше, диссоциированная первая очищенная фракция сероводорода может, кроме того, состоять из сероводорода. В этом случае вторая стадия разделения, кроме того, состоит из получения второй очищенной фракции сероводорода из диссоциированной первой очищенной фракции сероводорода, где вторая очищенная фракция сероводорода состоит из сероводорода. Вторая очищенная фракция сероводорода может состоять из любой доли или процента сероводорода. Однако, предпочтительно, вторая очищенная фракция сероводорода является относительно "обогащенной", так что она состоит из значительной доли или процента сероводорода. Другими словами, объемный процент сероводорода предпочтительно доводится до максимума, в то же время сводя к минимуму, а предпочтительно, устраняя любые загрязнения или другие компоненты во второй очищенной фракции сероводорода. Таким образом, в предпочтительном варианте осуществления, вторая очищенная фракция сероводорода является настолько чистой, насколько разумно ее получать, являясь состоящей из настолько высокого объемного процента сероводорода, насколько его разумно получать.

Стадия получения второй очищенной фракции сероводорода из диссоциированной первой очищенной фракции сероводорода может состоять из любого процесса, способа или стадии или стадий, способных осуществлять и пригодных для получения второй очищенной фракции сероводорода. Предпочтительно, вторая стадия разделения выделяет вторую очищенную фракцию сероводорода из диссоциированной первой очищенной фракции сероводорода. Соответственно, в предпочтительном варианте осуществления, вторая стадия разделения разделяет диссоциированную первую очищенную фракцию сероводорода с получением обогащенной водородом фракции, с получением продукта серы и с получением второй очищенной фракции сероводорода.

Как указано, вторая очищенная фракция сероводорода может быть получена из диссоциированной первой очищенной фракции сероводорода любым способом и посредством любого пригодного для использования способа или процесса. Например, вторая очищенная фракция сероводорода может быть получена посредством центробежного разделения диссоциированной первой очищенной фракции сероводорода. Кроме того, вторая очищенная фракция сероводорода может быть получена посредством гравитационного разделения диссоциированной первой очищенной фракции сероводорода.

В дополнение к этому, в предпочтительном варианте осуществления, способ дополнительно включает в себя стадию объединения второй очищенной фракции сероводорода с первой очищенной фракцией сероводорода. Таким образом, стадия диссоциации сероводорода, как описано выше, осуществляется с диссоциацией сероводорода, присутствующего как в первой очищенной фракции сероводорода, так и во второй очищенной фракции сероводорода. Другими словами, в случае, когда некоторое количество сероводорода в первой очищенной фракции сероводорода не диссоциирует посредством стадии диссоциации, этот сероводород возвращается или рециклируется обратно или до стадии диссоциации как вторая очищенная фракция сероводорода для дополнительной диссоциации сероводорода.

Также, способ предпочтительно, кроме того, состоит из стадии охлаждения диссоциированной первой очищенной фракции сероводорода, после стадии диссоциации, для ингибирования рекомбинации элементарного водорода и элементарной серы. Стадия охлаждения может осуществляться в любой момент времени после стадии диссоциации, но перед рекомбинацией, по существу, элементарного водорода и элементарной серы. Однако стадия охлаждения предпочтительно осуществляется непосредственно после стадии диссоциации. Стадия охлаждения осуществляется непосредственно после стадии диссоциации для увеличения или доведения до максимума ингибирования любой потенциальной рекомбинации элементарного водорода и элементарной серы. Другими словами, быстрое охлаждение диссоциированной первой очищенной фракции сероводорода после стадии диссоциации сводит к минимуму или уменьшает любую рекомбинацию элементарного водорода и серы.

Стадия охлаждения может состоять из любого процесса, способа, стадии или стадий, способных осуществлять и пригодных для охлаждения диссоциированной первой очищенной фракции сероводорода до температуры, достаточной для ингибирования рекомбинации элементарного водорода и элементарной серы. Кроме того, температура предпочтительно выбирается для ингибирования любой их существенной рекомбинации. Таким образом, диссоциированная первая очищенная фракция сероводорода предпочтительно охлаждается до температуры, при которой элементарный водород и элементарная сера не являются химически активными или не взаимодействуют с легкостью.

В предпочтительном варианте осуществления стадия охлаждения состоит из охлаждения диссоциированной первой очищенной фракции сероводорода до температуры, меньшей, примерно, чем температура кипения элементарной серы. Другими словами, стадия охлаждения охлаждает диссоциированную первую очищенную фракцию сероводорода до температуры, меньшей, чем температура кипения элементарной серы, которая, как предполагается, включает в себя температуру, которая меньше или приблизительно равна температуре кипения. Температура кипения элементарной серы равна примерно 717,9 K (примерно 445 градусов Цельсия) при атмосферном давлении (или при манометрическом давлении 0). Соответственно, в предпочтительном варианте осуществления, стадия охлаждения состоит из охлаждения диссоциированной первой очищенной фракции сероводорода до температуры, меньшей, примерно, чем 445 градусов Цельсия, при атмосферном давлении.

Как обсуждается выше, стадия получения состоит из получения продукта водорода из обогащенной водородом фракции, где продукт водорода состоит из элементарного водорода. Кроме того, как обсуждается выше, обогащенная водородом фракция может, кроме того, состоять из сероводорода. В этом случае стадия получения продукта водорода предпочтительно состоит из стадии третьего разделения обогащенной водородом фракции, с получением продукта водорода из обогащенной водородом фракции.

Третья стадия разделения разделяет обогащенную водородом фракцию, с получением продукта водорода. Третья стадия разделения может состоять из любого процесса, способа, стадии или стадий, способных осуществлять и пригодных для выделения обогащенной водородом фракции, с получением продукта водорода. Более конкретно, в предпочтительном варианте осуществления, третья стадия разделения может состоять из любого процесса, способа, стадии или стадий, способных осуществлять и пригодных для выделения элементарного водорода из любых других компонентов обогащенной водородом фракции, таких как любой сероводород в ней, с получением продукта водорода.

Однако, предпочтительно, третья стадия разделения состоит из стадии прохождения обогащенной водородом фракции через реагент на основе амина, который способен селективно поглощать сероводород, с получением третьей очищенной фракции сероводорода, где третья очищенная фракция сероводорода состоит из сероводорода и где третья очищенная фракция сероводорода поглощается реагентом на основе амина. В зависимости от желаемой эффективности третьей стадии разделения стадия прохождения может состоять из одного прохождения обогащенной водородом фракции через реагент на основе амина или из ряда или множества прохождений обогащенной водородом фракции через реагент на основе амина. В дополнение к этому, третья стадия разделения предпочтительно, кроме того, состоит из стадии регенерации реагента на основе амина из третьей очищенной фракции сероводорода, для извлечения реагента на основе амина из третьей очищенной фракции сероводорода.

Третья очищенная фракции сероводорода может состоять из любой доли или процента сероводорода. Однако, предпочтительно, третья очищенная фракция сероводорода является относительно "обогащенной", так что она состоит из значительной доли или процента сероводорода. Другими словами, объемный процент сероводорода предпочтительно доводится до максимума, в то же время сводя к минимуму, а предпочтительно, устраняя, любые загрязнения или другие компоненты в третьей очищенной фракции сероводорода. Таким образом, в предпочтительном варианте осуществления, третья очищенная фракция сероводорода является настолько чистой, насколько ее разумно получать, являясь состоящей из настолько высокого объемного процента сероводорода, насколько его разумно получать.

Кроме того, стадия прохождения обогащенной водородом фракции через реагент на основе амина для селективного поглощения сероводорода приводит к получению третьей очищенной фракции сероводорода, а также к получению продукта водорода. Другими словами, любой оставшийся сероводород в обогащенной водородом фракции предпочтительно удаляется, что приводит к получению или образованию продукта водорода.

Как и для первой стадии разделения, любой реагент на основе амина, способный селективно поглощать сероводород, может использоваться для третьей стадии разделения. "Селективно поглощающий сероводород", при упоминании третьей стадии разделения, определяется таким же образом, как выше, по отношению к первой стадии разделения и, таким образом, имеет такое же значение. Конкретно, "селективно поглощающий сероводород" на этой стадии относится к предпочтительному поглощению сероводорода из обогащенной водородом фракции, в то же время сводя к минимуму поглощение любых других компонентов обогащенной водородом фракции, включая элементарный водород. Таким образом, в предпочтительном варианте осуществления, реагент на основе амина выбирается для поглощения и удаления настолько большого количества сероводорода из обогащенной водородом фракции, насколько это возможно, при этом, в то же время, поглощая и удаляя настолько мало, насколько это возможно, других компонентов обогащенной водородом фракции, в частности элементарного водорода. Другими словами, сероводород преимущественно поглощается с эксклюзией других компонентов обогащенной водородом фракции. В предпочтительном варианте осуществления селективное поглощение приводит к поглощению третьей очищенной фракции сероводорода. Затем стадия регенерации извлекает реагент на основе амина, с получением третьей очищенной фракции сероводорода для дальнейшей переработки.

Как сформулировано, любой реагент на основе амина, способный "селективно поглощать сероводород", может использоваться, когда поглощается сероводород, в то же время сводя к минимуму поглощение любых других компонентов обогащенной водородом фракции. Например, как и для первой стадии разделения, реагент на основе амина может состоять из моноэтаноламина (MEA), диэтаноламина (DEA), дигликольамина (DGA), диизопропаноламина (DIPA), метилдиэтаноламина (MDEA), триэтаноламина (TEA), UCARSOL™, SELEXOL™ и их смесей. В предпочтительном варианте осуществления реагент на основе амина состоит из реагента на основе амина Flexsorb™.

В дополнение к этому, в предпочтительном варианте осуществления, способ дополнительно включает в себя стадию объединения третьей очищенной фракции сероводорода с первой очищенной фракцией сероводорода. Таким образом, стадия диссоциации сероводорода, как описано выше, осуществляется с диссоциацией сероводорода, присутствующего как в первой очищенной фракции сероводорода, так и в третьей очищенной фракции сероводорода. Другими словами, в случае, когда некоторое количество сероводорода остается в обогащенной водородом фракции, этот сероводород возвращается или рециклируется обратно или до стадии диссоциации, как третья очищенная фракция сероводорода для дополнительной диссоциации сероводорода.

Как указано выше, реагент на основе амина предпочтительно регенерируется из первой очищенной фракции сероводорода, третьей очищенной фракции сероводорода или как из первой, так и из третьей очищенной фракции сероводорода, для извлечения из них реагента на основе амина. Таким образом, первая стадия разделения может состоять из стадии регенерации реагента на основе амина из первой очищенной фракции сероводорода. Подобным же образом, третья стадия разделения может состоять из стадии регенерации реагента на основе амина из третьей очищенной фракции сероводорода. Однако, в предпочтительном варианте осуществления, способ дополнительно включает в себя стадию регенерации реагента на основе амина из первой очищенной фракции сероводорода и третьей фракции сероводорода для извлечения реагента на основе амина из первой очищенной фракции сероводорода и третьей очищенной фракции сероводорода.

Наконец, способ предпочтительно, кроме того, состоит из стадии доставки продукта водорода в топливный элемент, для получения электрической энергии из продукта водорода. Топливный элемент может представлять собой любой тип водородного двигателя, способный производить электрическую энергию из продукта водорода. Электрическая энергия, производимая топливным элементом, предпочтительно используется для питания всего способа или его части или для поддержки дополнительного электрического источника энергии, для повышения энергетической эффективности способа. В предпочтительном варианте осуществления способ, кроме того, состоит из стадии использования на стадии диссоциации электрической энергии, производимой топливным элементом.

Устройство по настоящему изобретению и каждый из его компонентов или элементов предпочтительно используется при осуществлении способа по настоящему изобретению и каждой его стадии. Соответственно, одни и те же значения применяются как относительно терминологии, используемой по отношению к устройству, так и предусматриваются или определяются по отношению к способу.

Во втором аспекте настоящего изобретения изобретение состоит из устройства для получения продукта водорода из исходного газа, где исходный газ состоит из сероводорода, устройство предпочтительно содержит:

(a) первое устройство для разделения, для первого разделения исходного газа, с получением первой очищенной фракции сероводорода из исходного газа, так что первая очищенная фракция сероводорода состоит, по меньшей мере, примерно из 90 процентов объемных сероводорода;

(b) устройство для диссоциации, для диссоциации сероводорода, присутствующего в первой очищенной фракции сероводорода, на элементарный водород и элементарную серу, для преобразования первой очищенной фракции сероводорода в диссоциированную первую очищенную фракцию сероводорода, где диссоциированная первая очищенная фракция сероводорода состоит из элементарного водорода и элементарной серы;

(c) второе устройство для разделения, для второго разделения диссоциированной первой очищенной фракции сероводорода, с получением обогащенной водородом фракции из диссоциированной первой очищенной фракции сероводорода, где обогащенная водородом фракция состоит из элементарного водорода; и

(d) третье устройство для разделения, для третьего разделения обогащенной водородом фракции, с получением продукта водорода из обогащенной водородом фракции, где продукт водорода состоит из элементарного водорода.

Первое устройство для разделения предусматривается и адаптируется для первого разделения исходного газа, с получением первой очищенной фракции сероводорода из исходного газа. Первое устройство для разделения может состоять из любого устройства, механизма или аппарата, способного осуществлять и пригодного для разделения исходного газа, с получением первой очищенной фракции сероводорода, состоящей из желаемого процента или доли сероводорода. В этом отношении, как обсуждается выше, первая очищенная фракция сероводорода является предпочтительно относительно "обогащенной", так что она состоит из значительной доли или процента сероводорода. Конкретно, первая очищенная фракция сероводорода предпочтительно состоит, по меньшей мере, примерно из 90 процентов объемных сероводорода.

Таким образом, в предпочтительном варианте осуществления, первое устройство для разделения может состоять из любого устройства, механизма или аппарата, способного осуществлять и пригодного для разделения исходного газа, с получением первой очищенной фракции сероводорода, так что первая очищенная фракция сероводорода состоит, по меньшей мере, примерно из 90 процентов объемных сероводорода. Соответственно, первое устройство для разделения предпочтительно доводит до максимума объемный процент сероводорода, в то же время сводя к минимуму любые загрязнения или другие компоненты в первой очищенной фракции сероводорода, такие как двуокись углерода.

Предпочтительно, первое устройство для разделения состоит, по меньшей мере, из одной емкости абсорбера. В зависимости от желаемой эффективности первого устройства для разделения первое устройство для разделения может состоять из одной емкости абсорбера для осуществления одного прохождения или множества прохождений через нее исходного газа. Альтернативно, первое устройство для разделения может состоять из множества емкостей абсорбера, соединенных последовательно для осуществления одного прохождения или множества прохождений через них исходного газа. Может использоваться любой тип или конфигурация емкости абсорбера, который является пригодным для селективного поглощения сероводорода, так что первая очищенная фракция сероводорода поглощается в емкости абсорбера. Кроме того, первое устройство для разделения предпочтительно состоит из реагента, который способен селективно поглощать сероводород, так что первая очищенная фракция сероводорода поглощается реагентом.

Хотя может использоваться любой пригодный для использования реагент, способный осуществлять эту функцию, первое устройство для разделения предпочтительно, кроме того, состоит из реагента на основе амина, который способен "селективно поглощать сероводород", так что первая очищенная фракция сероводорода поглощается реагентом на основе амина. Может использоваться любой реагент на основе амина, способный "селективно поглощать сероводород", как этот термин определяется выше по отношению к первой стадии разделения. В предпочтительном варианте осуществления селективное поглощение приводит к поглощению первой очищенной фракции сероводорода, предпочтительно состоящей, по меньшей мере, примерно из 90 процентов объемных сероводород.

Как сформулировано, любой реагент на основе амина, способный селективно поглощать сероводород, так что сероводород поглощается преимущественно, в то же время сводя к минимуму поглощение любых других компонентов исходного газа, такой как те реагенты на основе амина, которые перечислены выше в связи с первой стадией разделения, могут составлять первое устройство для разделения. Однако, в предпочтительном варианте осуществления устройства, реагент на основе амина состоит из реагента на основе амина Flexsorb™.

В дополнение к этому, первое устройство для разделения может, кроме того, состоять из регенератора для извлечения реагента, предпочтительно реагента на основе амина, из первой очищенной фракции сероводорода. В этом случае регенератор предпочтительно находится в сообщении как с емкостью абсорбера первого устройства для разделения, так и с устройством для диссоциации, так что первая очищенная фракция сероводорода проходит из емкости абсорбера в регенератор и из регенератора в устройство для диссоциации.

Устройство для диссоциации может состоять из любого устройства, механизма или аппарата, способного осуществлять и пригодного для диссоциации сероводорода, присутствующего в первой очищенной фракции сероводорода, на элементарный водород и элементарную серу, для преобразования первой очищенной фракции сероводорода в диссоциированную первую очищенную фракцию сероводорода. Диссоциированная первая очищенная фракция сероводорода состоит из элементарного водорода и элементарной серы и может, кроме того, состоять из сероводорода.

Предпочтительно, устройство для диссоциации состоит из реактора, способного к диссоциации сероводорода посредством термического разложения, предпочтительно в условиях плазмы. Соответственно, устройство для диссоциации предпочтительно состоит из плазменного реактора. Хотя может использоваться любой тип или конфигурация плазменного реактора, способного для диссоциации сероводорода, в предпочтительном варианте осуществления плазменный реактор приводится в действие посредством электромагнитной энергии. Любая форма электромагнитной энергии может использоваться для приведения в действие плазменного реактора, такая как радиочастотная ("РЧ"), предусматривающая РЧ плазменный реактор. Однако электромагнитная энергия предпочтительно состоит из микроволновой энергии, предусматривающей микроволновой плазменный реактор.

Наконец, устройство для диссоциации может создавать любую рабочую температуру и рабочее давление, пригодные для диссоциации сероводорода, и которые являются совместимыми с конкретным устройством для диссоциации. Например, когда устройство для диссоциации состоит из микроволнового плазменного реактора, устройство для диссоциации предпочтительно способно обеспечивать рабочую температуру меньшую, примерно, чем 3000 градусов Цельсия. Однако, в предпочтительном варианте осуществления, устройство для диссоциации способно обеспечивать рабочую температуру в пределах между примерно 1500 градусами Цельсия и примерно 2000 градусами Цельсия. Другими словами, устройство для диссоциации способно обеспечивать рабочую температуру в пределах между 1500 и 2000 градусами Цельсия, которая, как предполагается, включает в себя температуру, которая находится в пределах между указанными значениями или приблизительно равна им.

Также, когда устройство для диссоциации состоит из микроволнового плазменного реактора, устройство для диссоциации может быть способным обеспечивать широкий диапазон рабочих манометрических давлений, от меньших, примерно, чем 10 килопаскаль (примерно 1,45 фунт/кв.дюйм), до больших, примерно, чем 1000 килопаскаль (145 фунт/кв.дюйм). Предпочтительно, устройство для диссоциации способно обеспечивать рабочее манометрическое давление примерно от 6 килопаскаль (примерно 0,87 фунт/кв.дюйм) примерно до 1000 килопаскаль (145 фунт/кв.дюйм). В предпочтительном варианте осуществления устройство для диссоциации способно обеспечивать рабочее манометрическое давление в пределах между примерно 200 килопаскаль (примерно 29 фунт/кв.дюйм) и примерно 500 килопаскаль (примерно 72,5 фунт/кв.дюйм). Другими словами, устройство для диссоциации способно обеспечивать рабочее манометрическое давление в пределах между 200 килопаскаль (примерно 29 фунт/кв.дюйм) и 500 килопаскаль (примерно 72,5 фунт/кв.дюйм), которое, как предполагается, включает в себя манометрическое давление, которое находится в пределах между указанными значениями или приблизительно равно им.

Второе устройство для разделения может состоять из любого устройства, механизма или аппарата, способного осуществлять и пригодного для второго разделения диссоциированной первой очищенной фракции сероводорода, с получением обогащенной водородом фракции. Конкретно, второе устройство для разделения предпочтительно отделяет обогащенную водородом фракцию от диссоциированной первой очищенной фракции сероводорода. Таким образом, в предпочтительном варианте осуществления, второе устройство для разделения, кроме того, состоит из выхода для обогащенной водородом фракции. Обогащенная водородом фракция состоит из элементарного водорода. Кроме того, как описано ранее, обогащенная водородом фракция может состоять из любой доли или процента элементарного водорода, однако обогащенная водородом фракция предпочтительно является относительно "обогащенной", так что она состоит из значительной доли или процента элементарного водорода. В этом отношении, для усиления или улучшения эффективности или действенности следующих далее компонентов, составляющих устройство, второе устройство для разделения предпочтительно достигает или обеспечивает обогащенную водородом фракцию, состоящую, по меньшей мере, примерно из 40 процентов объемных элементарного водорода.

В дополнение к этому, второе устройство для разделения может, кроме того, состоять из коллектора серы для сбора продукта серы. В этом случае коллектор серы предпочтительно получает продукт серы из диссоциированной первой очищенной фракции сероводорода, где продукт серы состоит из элементарной серы, как подробно обсуждается выше, в связи со способом. Коллектор серы может состоять из любого устройства, механизма или аппарата, способного осуществлять и пригодного для сбора продукта серы из диссоциированной первой очищенной фракции сероводорода. Конкретно, второе устройство для разделения предпочтительно разделяет диссоциированную первую очищенную фракцию сероводорода с получением продукта серы, который затем собирается посредством коллектора серы. Кроме того, в предпочтительном варианте осуществления, коллектор серы состоит из выхода серы.

Также, второе устройство для разделения предпочтительно, кроме того, состоит из сепаратора для получения второй очищенной фракции сероводорода из диссоциированной первой очищенной фракции сероводорода. Более конкретно, сепаратор предпочтительно разделяет диссоциированную первую очищенную фракцию сероводорода, с получением второй очищенной фракции сероводорода. Как обсуждалось ранее в связи со способом, вторая очищенная фракция сероводорода может состоять из любой доли или процента сероводорода. Однако вторая очищенная фракция сероводорода предпочтительно является относительно "обогащенной", так что она состоит из значительной доли или процента сероводорода. Сепаратор может состоять из любого устройства, механизма или аппарата, способного осуществлять и пригодного для получения второй очищенной фракции сероводорода из диссоциированной первой очищенной фракции сероводорода, такого как центробежный сепаратор или гравитационный сепаратор.

Второе устройство для разделения предпочтительно, кроме того, состоит из выхода для второй очищенной фракции сероводорода. В предпочтительном варианте осуществления выход для второй очищенной фракции сероводорода находится в сообщении с устройством для диссоциации, так что вторая очищенная фракция сероводорода диссоциирует посредством устройства для диссоциации.

Соответственно, в предпочтительном варианте осуществления, второе устройство для разделения разделяет диссоциированную первую очищенную фракцию сероводорода, с получением обогащенной водородом фракции, продукта серы и второй очищенной фракции сероводорода. Кроме того, второе устройство для разделения предпочтительно состоит из выхода для обогащенной водородом фракции, выхода серы и выхода для второй очищенной фракции сероводорода.

Наконец, второе устройство для разделения также предпочтительно состоит из теплообменника второго устройства для разделения, для охлаждения диссоциированной первой очищенной фракции сероводорода, для ингибирования рекомбинации элементарного водорода и элементарной серы, как подробно обсуждается в связи со способом. Второе устройство для разделения предпочтительно находится в близком или прямом сообщении с устройством для диссоциации, так что теплообменник второго устройства для разделения способен к быстрому или опосредованному охлаждению диссоциированной первой очищенной фракции сероводорода, выходящей из устройства для диссоциации, для сведения к минимуму или уменьшения любой рекомбинации элементарного водорода и серы.

Теплообменник второго устройства для разделения может состоять из любого устройства, механизма или аппарата, способного осуществлять и пригодного для охлаждения диссоциированной первой очищенной фракции сероводорода до температуры, достаточной для ингибирования рекомбинации, а предпочтительно, до температуры, достаточной для ингибирования любой существенной рекомбинации элементарного водорода и элементарной серы. В предпочтительном варианте осуществления теплообменник второго устройства для разделения состоит из устройства, механизма или аппарата, способного осуществлять и пригодного для охлаждения диссоциированной первой очищенной фракции сероводорода до температуры меньшей, примерно, чем температура кипения элементарной серы, как обсуждается выше в связи со способом.

Как указано, устройство по настоящему изобретению также состоит из третьего устройства для разделения, для третьего разделения обогащенной водородом фракции, с получением продукта водорода из обогащенной водородом фракции, где продукт водорода состоит из элементарного водорода. Третье устройство для разделения может состоять из любого устройства, механизма или аппарата, способного осуществлять и пригодного для разделения обогащенной водородом фракции, с получением продукта водорода из обогащенной водородом фракции, как обсуждается и определяется выше в связи со способом. По этой причине третье устройство для разделения предпочтительно способно производить или обеспечивать относительно "обогащенный" продукт водорода.

Предпочтительно, третье устройство для разделения состоит, по меньшей мере, из одной емкости абсорбера. В зависимости от желаемой эффективности третьего устройства для разделения третье устройство для разделения может состоять из одной емкости абсорбера для осуществления одного прохождения или множества прохождений обогащенной водородом фракции через нее. Альтернативно, третье устройство для разделения может состоять из множества емкостей абсорбера, соединенных последовательно для осуществления одного прохождения или множества прохождений обогащенной водородом фракции через нее. Может использоваться любой тип или конфигурация емкости абсорбера, который является пригодным для селективного поглощения сероводорода, так что третья очищенная фракция сероводорода поглощается в емкости абсорбера. Кроме того, третье устройство для разделения предпочтительно состоит из реагента, который способен селективно поглощать сероводород, так что третья очищенная фракция сероводорода поглощается реагентом.

Хотя может использоваться любой пригодный для использования реагент, способный осуществлять эту функцию, третье устройство для разделения предпочтительно, кроме того, состоит из реагента на основе амина, который способен селективно поглощать сероводород. Таким образом, в предпочтительном варианте осуществления, третье устройство для разделения, кроме того, состоит из реагента на основе амина, который способен селективно поглощать сероводород, так что третья очищенная фракция сероводорода поглощается реагентом на основе амина.

Может использоваться любой реагент на основе амина, способный "селективно поглощать сероводород", как этот термин определен выше в связи с третьей стадией разделения, так что сероводород преимущественно поглощается, в то же время сводя к минимуму поглощение любых других компонентов обогащенной водородом фракции. В предпочтительном варианте осуществления селективное поглощение приводит к поглощению третьей очищенной фракции сероводорода, как определено ранее. Например, любой реагент на основе амина, из перечисленных выше, в связи с третьей стадией разделения, может составлять третье устройство для разделения. Однако, в предпочтительном варианте осуществления, реагент на основе амина состоит из реагента на основе амина Flexsorb™.

В дополнение к этому, третье устройство для разделения может, кроме того, состоять из регенератора для извлечения реагента, предпочтительно реагента на основе амина, из третьей очищенной фракции сероводорода. В этом случае регенератор предпочтительно находится в сообщении как с емкостью абсорбера третьего устройства для разделения, так и с устройством для диссоциации, так что третья очищенная фракция сероводорода проходит из емкости абсорбера в регенератор и из регенератора в устройство для диссоциации.

Как указано выше, как первое устройство для разделения, так и третье устройство для разделения могут, каждое, состоять из регенератора. Однако, в предпочтительном варианте осуществления, предусматривается один регенератор. В частности, устройство по настоящему изобретению, кроме того, состоит из регенератора для извлечения реагента, предпочтительно реагента на основе амина, из первой очищенной фракции сероводорода и третьей очищенной фракции сероводорода. В этом случае регенератор предпочтительно находится в сообщении с каждым устройством из первого устройства для разделения, третьего устройства для разделения и устройства для диссоциации, так что первая очищенная фракция сероводорода и третья очищенная фракция сероводорода проходят из первого устройства для разделения и третьего устройства для разделения в регенератор и из регенератора в устройство для диссоциации.

В дополнение к этому, в предпочтительном варианте осуществления, регенератор состоит из теплообменника регенератора для нагрева первой очищенной фракции сероводорода и третьей очищенной фракции сероводорода. Теплообменник регенератора может состоять из любого устройства, механизма или аппарата, способного осуществлять и пригодного для нагрева первой и третьей очищенной фракции сероводорода до желаемой температуры, достаточной для усиления работы регенератора и для облегчения извлечения реагента на основе амина из первой и третьей очищенной фракции сероводорода.

Как указано выше, второе устройство для разделения предпочтительно состоит из теплообменника второго устройства для разделения, для охлаждения диссоциированной первой очищенной фракции сероводорода, для ингибирования рекомбинации элементарного водорода и элементарной серы. В этом случае теплообменник регенератора и теплообменник второго устройства для разделения предпочтительно связаны, так что тепло из второго устройства для разделения переносится в регенератор. Теплообменник регенератора и теплообменник второго устройства для разделения могут быть связаны любым образом, делающим возможным разумно эффективный перенос тепла между ними.

Наконец, устройство предпочтительно, кроме того, состоит из топливного элемента для производства электрической энергии из продукта водорода. Как обсуждается выше в связи со способом, топливный элемент может представлять собой любой тип водородного двигателя, способного производить электрическую энергию из продукта водорода. Электрическая энергия, производимая топливным элементом, предпочтительно используется для питания всего устройства, или его части, или для поддержки дополнительного источника электрической энергии, для улучшения энергетической эффективности устройства. В предпочтительном варианте осуществления топливный элемент электрически соединен с устройством для диссоциации, так что электрическая энергия используется для питания устройства для диссоциации.

Краткое описание чертежей

Варианты осуществления настоящего изобретения теперь будут описывать со ссылкой на прилагаемый чертеж, который представляет собой блок-схему предпочтительного варианта осуществления устройства по настоящему изобретению для использования при осуществлении предпочтительного варианта осуществления способа по настоящему изобретению.

Подробное описание

Обращаясь к чертежу, предусматриваются способ и устройство (20) для получения продукта водорода (22) из исходного газа (24). Продукт водорода (22) состоит из элементарного водорода, в то время как исходный газ (24) состоит из сероводорода. Кроме того, также предпочтительно предусматриваются способ и устройство (20) для получения продукта серы (26), состоящего из элементарной серы. Наконец, любые выбранные примеси или загрязнения, содержащиеся в исходном газе (24), такие как двуокись углерода, выделяются и производятся независимо из продуктов водорода и серы (22, 26), в качестве продукта загрязнения (28).

Таким образом, в предпочтительном варианте осуществления, способ и устройство (20) приводят к созданию трех потоков продуктов. Первый поток продукта представляет собой поток загрязнения или двуокиси углерода, которая образует продукт загрязнения (28). Второй поток продукта представляет собой поток серы, в частности поток жидкой серы, которая образует продукт серы (26). Третий поток продукта представляет собой поток водорода, который образует продукт водорода (22). Предполагается, что посредством оптимизации устройства (20) и стадий способа, продукт серы (26) будет представлять собой относительно чистый продукт, состоящий в основном или по существу из элементарной серы, продукт водорода (22) будет представлять собой относительно чистый продукт, состоящий в основном или по существу из элементарного водорода, и продукт загрязнения (28) будет состоять из двуокиси углерода и будет содержать небольшое количество серы или вообще не будет ее содержать. Таким образом, продукт загрязнения (28) может легко выпускаться, без необходимости в высвобождении какой-либо серы, или какого-либо значительного количества серы, в атмосферу.

Способ и устройство (20) предпочтительно являются относительно энергетически и экономически эффективными, по сравнению с предыдущими технологиями переработки сероводорода. Кроме того, в предпочтительном варианте осуществления, величина или количество нежелательных газов, которые должны сжигаться или откачиваться в атмосферу, сводятся к минимуму. Таким образом, устройство (20) и способ являются также относительно дружелюбными или безопасными для окружающей среды по сравнению с предыдущими технологиями переработки сероводорода.

Как указано, способ и устройство (20) предусматриваются для получения продукта водорода (22) из исходного газа (24). Хотя способ может осуществляться с помощью любого устройства или системы, способной и пригодной для осуществления каждой из стадий способа, как здесь описано, способ предпочтительно осуществляется с использованием предпочтительного варианта осуществления устройства (20), как здесь описано. Соответственно, терминология, как используется и определяется по отношению к одному объекту из способа и устройства (20), является в равной степени применимой по отношению к другому объекту из способа и устройства (20).

Любой желаемый продукт водорода (22), состоящий из элементарного водорода, может быть получен посредством способа и устройства (20). Однако, предпочтительно, продукт водорода (22) является относительно "обогащенным", так что он состоит из значительной доли или объемного процента элементарного водорода. В предпочтительном варианте осуществления продукт водорода (22) является относительно чистым или настолько чистым, насколько разумно его получать. Таким образом, продукт водорода (22) состоит по существу или в основном из элементарного водорода. Любые другие компоненты или любые загрязнения продукта водорода (22) сводятся к минимуму и предпочтительно устраняются. Предпочтительной целью или задачей является получение продукта водорода (22), состоящего, по меньшей мере, примерно из 95% объемных элементарного водорода. Чистый продукт является предпочтительным, поскольку продукт водорода (22) используется в качестве источника топлива в предпочтительном варианте осуществления для питания способа и/или устройства (20).

В дополнение к этому, любой желаемый продукт серы (26), состоящий из элементарной серы, может быть получен посредством способа и устройства (20). Однако, предпочтительно, продукт серы (26) также является относительно "обогащенным", так что он состоит из значительной доли или объемного процента элементарной серы. В предпочтительном варианте осуществления продукт серы (26) является относительно чистым или настолько чистым, насколько его разумно получать. Таким образом, продукт серы (26) состоит по существу или в основном из элементарной серы. Любые другие компоненты или любые загрязнения в продукте серы (26) сводятся к минимуму и, предпочтительно, устраняются. Также желаемой целью или задачей является получение продукта серы (26), состоящего, по меньшей мере, примерно из 95 мас.% элементарной серы.

Кроме того, любой тип или источник исходного газа (24), состоящего из сероводорода, может использоваться в способе и устройстве (20). Например, исходный газ (24) может состоять из природного газа, технологического газа или их смесей или сочетаний. Кроме того, исходный газ (24) может состоять из высокосернистого газа, кислотного газа или любого другого газа, состоящего из одной или нескольких примесей или загрязнений или содержащего их, в дополнение к сероводороду. В предпочтительном варианте осуществления исходный газ (24) состоит из кислотного газа, где кислотный газ состоит из сероводорода (H₂S) и двуокиси углерода (CO₂). Например, кислотный газ может доставляться из факельной линии существующей перерабатывающей или промышленной установки.

Исходный газ (24) в течение способа может находиться при любом давлении, совместимом с конкретной осуществляемой стадией способа и совместимом с конкретным компонентом устройства (20), осуществляющим стадию способа. Однако, в предпочтительном варианте осуществления, исходный газ (24), как правило, сначала подается при манометрическом давлении примерно 0-10 фунт/кв.дюйм (примерно 0-68,95 килопаскаль). Перед осуществлением первой стадии способа, как описывается ниже, давление исходного газа (24) предпочтительно повышается до манометрического давления примерно от 10 до 15 фунт/кв.дюйм (примерно 68,95-103,425 килопаскаль). Таким образом, устройство (20) предпочтительно состоит из компрессора (30), который упоминается здесь также как первый компрессор (30), для повышения давления исходного газа (24) до желаемого манометрического давления. В этой связи может использоваться любой тип или вид первого компрессора (30), способный к повышению давления исходного газа (24) до желаемого манометрического давления.

Далее, способ состоит из стадии первого разделения исходного газа (24), с получением первой очищенной фракции сероводорода (32) из исходного газа (24). Более конкретно, первая стадия разделения разделяет исходный газ (24), с получением как первой очищенной фракции сероводорода (32), так и продукта загрязнения (28).

Первая очищенная фракция сероводорода (32) может состоять из любой доли или процента сероводорода. Однако, предпочтительно, первая очищенная фракция сероводорода (32) является относительно "обогащенной", так что она состоит из значительной доли или объемного процента сероводорода. Более предпочтительно, для увеличения эффективности способа и устройства (20) по настоящему изобретению и для увеличения, в результате этого, привлекательности и чистоты продуктов водорода и серы (22, 26), первая очищенная фракция сероводорода (32) состоит из минимального объемного процента сероводорода в пределах примерно от 90 до 100%. Таким образом, первая очищенная фракция сероводорода (32) состоит, по меньшей мере, примерно из 90% объемных сероводорода, хотя объемный процент сероводорода, по меньшей мере, примерно 94%, является более предпочтительным. Кроме того, для получения в высшей степени привлекательных продуктов водорода и серы (22, 26), первая очищенная фракция сероводорода (32), наиболее предпочтительно, состоит, по меньшей мере, примерно из 98 или 99% объемных сероводорода. Другими словами, первая стадия разделения предпочтительно доводит до максимума объемный процент сероводорода, в то же время сводя к минимуму загрязнения или другие компоненты в первой очищенной фракции сероводорода (32). Любые загрязнения, такие как двуокись углерода, в исходном газе (24) выделяются в продукт загрязнения (28).

Соответственно, в предпочтительном варианте осуществления, первая стадия разделения приводит к получению первой очищенной фракции сероводорода (32), являющейся настолько "чистой", насколько разумно ее получать, так что она состоит из настолько высокого объемного процента сероводорода, насколько разумно его получать. В результате, продукт загрязнений (28) состоит из загрязнений, в частности двуокиси углерода, из исходного газа (24) и настолько низкого процента сероводорода, насколько разумно его получать. Другими словами, настолько большой процент сероводорода в исходном газе (24), насколько разумно его получать, направляется в первую очищенную фракцию сероводорода (32), в то время как настолько большой процент двуокиси углерода и других загрязнений в исходном газе (24), насколько разумно его получать, направляется в продукт загрязнений (28). В предпочтительном варианте осуществления продукт загрязнений (28) состоит, примерно менее чем из 200 м.д. сероводорода или из этого количества. Таким образом, продукт загрязнения (28) может выжигаться, или может сжигаться, или откачиваться в атмосферу. Альтернативно, продукт загрязнения (28) может выпускаться другим образом или может осуществляться дополнительная переработка продукта загрязнения (28).

Конкретная доля или процент элементарного водорода, составляющего продукт водорода (22), зависит, по меньшей мере, частично, от чистоты первой очищенной фракции сероводорода (32), или от процента, или доли сероводорода в ней. Конкретно, чем выше чистота первой очищенной фракции сероводорода (32), тем выше чистота продукта водорода (22), которая достигается или получается в рамках настоящего изобретения. Таким образом, процент или доля сероводорода в первой очищенной фракции сероводорода (32) выбирается для получения или достижения желаемого целевого процента или доли элементарного водорода в продукте водорода (22), который предпочтительно составляет, по меньшей мере, примерно 95% объемных элементарного водорода.

Конкретная доля или процент элементарной серы, составляющей продукт серы (26), также зависит, по меньшей мере, частично, от чистоты первой очищенной фракции сероводорода (32) или от процента или доли сероводорода в ней. Конкретно, чем выше чистота первой очищенной фракции сероводорода (32), тем выше чистота продукта серы (26), которая достигается или получается по настоящему изобретению. Таким образом, процент или доля сероводорода в первой очищенной фракции сероводорода (32) выбирается для получения или достижения желаемого целевого процента или доли элементарной серы в продукте серы (26), которая предпочтительно составляет, по меньшей мере, примерно 95% объемных элементарной серы.

В итоге, чистота, как продукта водорода (22), так и продукта серы (26), зависит от чистоты первой очищенной фракции сероводорода (32). Увеличение чистоты первой очищенной фракции сероводорода (32) сделает возможным или обеспечит увеличение чистоты получаемых продуктов водорода и серы (22, 26). Чистота продуктов, как водорода, так и серы (22, 26), предпочтительно доводится до максимума для доведения до максимума качества продуктов (22, 26).

Первая стадия разделения может состоять из любого процесса, способа, или стадии, или стадий, способных осуществлять и пригодных для выделения сероводорода из двуокиси углерода и других загрязнений в исходном газе (24). Однако, предпочтительно, первая стадия разделения состоит из стадии прохождения исходного газа (24) через реагент на основе амина (34), который способен селективно поглощать сероводород, так что первая очищенная фракция сероводорода (32) поглощается реагентом на основе амина (34). В дополнение к этому, первая стадия разделения, предпочтительно, кроме того, состоит из стадии регенерации реагента на основе амина (34) из первой очищенной фракции сероводорода (32) для извлечения реагента на основе амина (34) для рециклирования.

Может использоваться любой реагент на основе амина, способный селективно поглощать сероводород. "Селективно поглощающий сероводород" относится к предпочтительному поглощению сероводорода из исходного газа (24), в то же время сводя к минимуму поглощение любых других компонентов или загрязнений в исходном газе (24). Таким образом, в предпочтительном варианте осуществления, реагент на основе амина (34) выбирается для поглощения и удаления настолько большого количества сероводорода из исходного газа (24), насколько это возможно, при этом, в то же время, поглощая и удаляя настолько малое количество других компонентов или загрязнений в исходном газе (24), таких как двуокись углерода, насколько это возможно. В предпочтительном варианте осуществления селективное поглощение приводит к поглощению первой очищенной фракции сероводорода (32).

В предпочтительном варианте осуществления реагент на основе амина (34) состоит из реагента на основе амина Flexsorb™. Flexsorb™ представляет собой торговое наименование Exxon Corporation и относится к группе растворителей, изготавливаемых ими с помощью соответствующего способа, включая FLEXSORB SE™ и FLEXSORB SE PLUS™. Растворители Flexsorb™ описываются Exxon Corporation как водные растворы стерически затрудненного амина, конкретно сконструированного для высокой емкости и селективности по отношению к сероводороду.

Устройство (20) по настоящему изобретению состоит из первого устройства для разделения (36), для первого разделения исходного газа (24), с получением первой очищенной фракции сероводорода (32). Более конкретно, первое устройство для разделения (36) разделяет исходный газ (24), с получением из исходного газа (24) как первой очищенной фракции сероводорода (32), так и продукта загрязнения (28). Соответственно, первое устройство для разделения (36) используется для осуществления первой стадии разделения способа.

Первое устройство для разделения (36) может состоять из любого устройства, механизма или аппарата, способного осуществлять и пригодного для разделения исходного газа (24), с получением первой очищенной фракции сероводорода (32), состоящей из желаемого объемного процента или доли сероводорода. Однако, в предпочтительном варианте осуществления, первое устройство для разделения (36) состоит из одной или нескольких емкостей абсорбера (38), которые также коллективно упоминаются здесь как первая емкость абсорбера (38). Таким образом, первая емкость абсорбера (38) может состоять из одной емкости абсорбера для осуществления одного прохождения или множества прохождений исходного газа (24) через нее. Альтернативно, первая емкость абсорбера (38) может состоять из множества емкостей абсорбера, соединенных последовательно для осуществления одного прохождения или множества прохождений исходного газа (24) через нее.

Одна или несколько емкостей абсорбера любого обычного известного типа, или конфигурации, или сочетания емкостей абсорбера обычных, или известных типов, или конфигураций, могут составлять первую емкость абсорбера (38), которая является способной осуществлять и пригодной для селективного поглощения сероводорода, так что первая очищенная фракция сероводорода (32) поглощается в первой емкости абсорбера (38). Емкости абсорбера также упоминаются в промышленности как башни абсорберов, башни контакторов, аминовые установки, или башни, или скрубберы и используются, как правило, как часть системы опреснения газа.

Кроме того, первое устройство для разделения (36) предпочтительно состоит из реагента на основе амина (34), как описано выше, который способен селективно поглощать сероводород. Реагент на основе амина (34) содержится внутри первой емкости абсорбера (38). Исходный газ (24) доводится до высокого давления посредством компрессора (30), а затем проходит в первую емкость абсорбера (38) через вход (39) в первой емкости абсорбера (38) для исходного газа (24). Исходный газ (24) поступает в первую емкость абсорбера (38) и поднимается сквозь нисходящий реагент на основе амина (34), в течение этого процесса сероводород селективно поглощается реагентом на основе амина (34). Двуокись углерода и другие загрязнения продолжают подниматься внутри первой емкости абсорбера (38) и покидают первую емкость абсорбера (38) через выход для загрязнений (40), с получением или образованием продукта загрязнений (28).

Предпочтительно, устройство (20), кроме того, состоит из регенератора (42) для извлечения реагента на основе амина (34). Альтернативно, регенератор (42) может содержать или образовывать компонент первого устройства для разделения (36). Может использоваться любой обычный или известный тип или конфигурация регенератора (42) или другого устройства или аппарата для регенерации или извлечения реагента, который способен осуществлять и пригоден для извлечения реагента на основе амина (34) из первой очищенной фракции сероводорода (32). Регенераторы (42) также упоминаются в промышленности как регенерационные теплообменные колонны или башни или аминовые разделительные теплообменники и используются в сочетании с емкостями абсорбера.

Регенератор (42) находится в сообщении с первым устройством для разделения (36), так что первая очищенная фракция сероводорода (32), поглощенная в реагенте на основе амина (34), проходит от первого устройства для разделения (36) к регенератору (42). Затем регенератор (42) извлекает реагент на основе амина (34) из первой очищенной фракции сероводорода (32).

Более конкретно, в предпочтительном варианте осуществления, первая емкость абсорбера (38) состоит из выхода (44) для первой очищенной фракции сероводорода (32), для прохождения первой очищенной фракции сероводорода (32), поглощенной в реагенте на основе амина (34), из первой емкости абсорбера (38). Регенератор (42) состоит из входа регенератора (46). Выход (44) для первой очищенной фракции сероводорода (32) первой емкости абсорбера (38) находится в сообщении с входом регенератора (46), так что первая очищенная фракция сероводорода (32), поглощенная в реагенте на основе амина (34), проходит из первой емкости абсорбера (38) в регенератор (42), предпочтительно, под действием силы тяжести.

Затем регенератор (42) извлекает реагент на основе амина (34) из первой очищенной фракции сероводорода (32). Предпочтительно регенератор (42) дополнительно состоит из теплообменника регенератора (49) для нагрева содержимого регенератора (42). Теплообменник регенератора (42) может состоять из любого устройства, механизма или аппарата, способного осуществлять и пригодного для нагрева содержимого регенератора (42), включая первую очищенную фракцию сероводорода (32), до температуры, достаточной для улучшения работы регенератора (42) и для облегчения или улучшения извлечения реагента на основе амина (34).

Реагент на основе амина (34) извлекается с получением очищенного или извлеченного реагента на основе амина (48). Очищенный или извлеченный реагент на основе амина (48) покидает регенератор (42) через выход (50) для извлеченного реагента на основе амина (48) и предпочтительно рециклируется или циркулирует назад в первую емкость абсорбера (38) и в любые дополнительные емкости абсорбера, как описано ниже, посредством насоса (55) или других устройств для прокачки. В предпочтительном варианте осуществления, по меньшей мере, часть извлеченного реагента на основе амина (48) поступает в первую емкость адсорбера (38) через вход (52) для извлеченного реагента на основе амина (48). Кроме того, после извлечения реагента на основе амина (34) из первой очищенной фракции сероводорода (32) первая очищенная фракция сероводорода (32) проходит или выходит из регенератора (42) через выход (54) для первой очищенной фракции сероводорода (32).

В дополнение к этому, в зависимости от эффективности регенератора (42) при извлечении реагента на основе амина (34) устройство (20) может, кроме того, состоять, по меньшей мере, из одного каплеотбойника или другого дополнительного устройства или аппарата для извлечения, для извлечения или удаления любого дополнительного или остаточного реагента на основе амина (34), который покидает регенератор (42), вместе с первой очищенной фракцией сероводорода (32). В предпочтительном варианте осуществления устройство (20) состоит из первого каплеотбойника (56). В частности, выход (54) регенератора (42) для первой очищенной фракции сероводорода (32) находится в сообщении с первым каплеотбойником (56). Первый каплеотбойник (56) удаляет или извлекает любой дополнительный или остаточный реагент на основе амина (34), и любой извлеченный реагент на основе амина (48) из первого каплеотбойника (56) предпочтительно рециклируется в регенератор (42).

Далее, способ состоит из стадии диссоциации сероводорода, присутствующего в первой очищенной фракции сероводорода (32). Однако первая очищенная фракция сероводорода (32) в начале стадии диссоциации предпочтительно имеет манометрическое давление примерно 30-60 фунт/кв.дюйм (примерно 206,85-413,70 килопаскаль). Обнаружено, что манометрическое давление первой очищенной фракции сероводорода (32) после стадии регенерации и прохождения через первый каплеотбойник (56), как правило, составляет примерно 0-10 фунт/кв.дюйм (примерно 0-68,95 килопаскаль). Таким образом, перед стадией диссоциации давление первой очищенной фракции сероводорода (32) предпочтительно увеличивается до желаемого манометрического давления примерно 30-60 фунт/кв.дюйм (примерно 206,85-413,70 килопаскаль). Таким образом, устройство (20) предпочтительно состоит из дополнительного компрессора (60), который также упоминается здесь как второй компрессор (60), для повышения давления первой очищенной фракции сероводорода (32) до желаемого манометрического давления. В этой связи может использоваться любой тип или вид второго компрессора (60), способного увеличить давление первой очищенной фракции сероводорода (32) до желаемого манометрического давления.

Стадия диссоциации осуществляет диссоциацию сероводорода, присутствующего в первой очищенной фракции сероводорода (32), на элементарный водород и элементарную серу, для преобразования первой очищенной фракции сероводорода (32) в диссоциированную первую очищенную фракцию сероводорода (58). Таким образом, диссоциированная первая очищенная фракция сероводорода (58) состоит из элементарного водорода и элементарной серы. В дополнение к этому, в зависимости от эффективности или действенности стадии диссоциации, диссоциированная первая очищенная фракция сероводорода (58) может, кроме того, состоять из сероводорода.

Относительно устройства (20), устройство (20), кроме того, состоит из устройства для диссоциации (62), для диссоциации сероводорода, присутствующего в первой очищенной фракции сероводорода (32), с получением диссоциированной первой очищенной фракции сероводорода (58). Предпочтительно, устройство для диссоциации (62) состоит из устройства, механизма или аппарата, способного осуществлять и пригодного для диссоциации существенной или значительной доли или процента сероводорода, присутствующего в первой очищенной фракции сероводорода (32), на элементарный водород и элементарную серу.

Таким образом, в связи как со способом, так и с устройством (20), полученная диссоциированная первая очищенная фракция сероводорода (58) состоит из элементарного водорода, элементарной серы и сероводорода. Предпочтительно, диссоциированная первая очищенная фракция сероводорода (58) состоит из существенной или значительной доли или объемных процентов элементарного водорода и элементарной серы, по сравнению с долей или процентом недиссоциированного сероводорода. Более конкретно, диссоциированная первая очищенная фракция сероводорода (58) предпочтительно состоит из относительно малого, по объему, или минимального количества сероводорода. Однако относительная доля сероводорода в диссоциированной первой очищенной фракции сероводорода (58) будет зависеть, среди других факторов, от температуры, при которой осуществляется стадия диссоциации, как обсуждается ниже.

В предпочтительном варианте осуществления способа стадия диссоциации осуществляется посредством термического разложения первой очищенной фракции сероводорода (32), которое может также упоминаться как термическая деградация. Кроме того, сероводород, присутствующий в первой очищенной фракции сероводорода (32), предпочтительно термически разлагается или деградирует при условиях плазмы. Таким образом, стадия диссоциации предпочтительно осуществляется в плазменном реакторе (64).

Подобным же образом, устройство для диссоциации (62) предпочтительно состоит из реактора, способного к диссоциации сероводорода посредством термического разложения или деградации, предпочтительно в условиях плазмы. Соответственно, устройство для диссоциации (62) предпочтительно состоит из плазменного реактора (64).

В связи как со способом, так и с устройством (20), может использоваться любой тип или конфигурация плазменного реактора (64), способного осуществлять стадию диссоциации. Однако плазменный реактор (64) предпочтительно представляет собой микроволновой плазменный реактор, то есть плазменный реактор (64) приводится в действие посредством микроволновой энергии. Более конкретно, в предпочтительном варианте осуществления, микроволновой плазменный реактор (64) предпочтительно относится к типу, описанному в патенте Канады № 2221624, опубликованном 12 февраля 2002, Physical Sciences, Inc., и в патенте США № 5793013, опубликованном 11 августа 1998, Read et. al., который может быть упомянут как микроволновая плазменная горелка от Physical Sciences, Inc. Использование микроволновой плазменной горелки от Physical Sciences, Inc. является предпочтительным, поскольку оно, как обнаружено, производит относительно стабильную плазму и для ингибирования или уменьшения любого потенциального загрязнения или горения газов в ней.

Когда это желательно, гелий или другой газ может использоваться для запуска или воспламенения плазменного реактора (64) или для исследования целостности плазменного реактора (64) перед направлением в него какого-либо газа, содержащего сероводород. Затем первая очищенная фракция сероводорода (32) направляется в плазменный реактор (64) через вход реактора (66). Таким образом, вход реактора (66) находится в сообщении либо непосредственно, либо опосредованно, с выходом (54) регенератора (42), так что первая очищенная фракция сероводорода (32) проходит из регенератора (42) в устройство для диссоциации (62) и, в частности, в плазменный реактор (64). В предпочтительном варианте осуществления вход реактора (66) сообщается непосредственно с выходом (54) регенератора (42) через первый каплеотбойник (56) и второй компрессор (60).

Вход реактора (66) может состоять из одного или нескольких входных сопел (не показаны), когда это желательно, которые направляют первую очищенную фракцию сероводорода (32) в камеру реактора (68). Входные сопла направляются в камеру реактора (68) и конфигурируются образом, создающим скорость и завихрение в камере реактора (68), адекватные для стабилизации плазмы в ней. Камера реактора (68) предусматривается для удерживания или ограничения высокотемпературной плазмы и соединяется с источником микроволновой энергии, так что газы ионизируются внутри камеры реактора (68). Таким образом, внутри камеры реактора (68) первая очищенная фракция сероводорода (32) вступает в контакт с высокотемпературной плазмой для диссоциации сероводорода. Конкретно, первая очищенная фракция сероводорода (32) проходит сквозь плазму, которая вызывает разрывы химических связей между водородом и серой посредством процесса термической деградации. Диссоциированная первая очищенная фракция сероводорода (58) затем выходит из выхода реактора (70) плазменного реактора (64) для дополнительной переработки.

Стадия диссоциации может осуществляться при любой температуре и при любом давлении, пригодных для диссоциации сероводорода, присутствующего в первой очищенной фракции сероводорода (32), посредством термического разложения. Однако доля или процент сероводорода, который диссоциирует посредством стадии диссоциации, как предполагается, зависит от температуры, при которой осуществляется стадия диссоциации. Более конкретно, осуществляются теоретические термодинамические вычисления для получения теоретических кривых диссоциации, представляющих химические составляющие диссоциированной первой очищенной фракции сероводорода (58), включая процент сероводорода, элементарного водорода и элементарной серы как функции температуры.

Относительно процента сероводорода, теоретическая кривая диссоциация показывает большую отрицательную крутизну от 0 градусов Цельсия примерно до 2000 градусов Цельсия. Конкретно, при температуре примерно от 500 градусов Цельсия диссоциированная первая очищенная фракция сероводорода (58) состоит из более, примерно, чем 90% объемных сероводорода. При температуре примерно 1000 градусов Цельсия, диссоциированная первая очищенная фракция сероводорода (58) состоит примерно из 60%-70% объемных сероводорода. При температуре примерно 1500 градусов Цельсия диссоциированная первая очищенная фракция сероводорода (58) состоит примерно из 10-20% объемных сероводород. При температуре примерно 2000 градусов Цельсия диссоциированная первая очищенная фракция сероводорода (58) состоит из минимального количества сероводорода, такого как менее, примерно, чем 5% объемных сероводорода. При температурах больших, примерно, чем 2000 градусов Цельсия, кривая диссоциации выравнивается, так что дополнительное увеличение температуры имеет минимальное воздействие на уровень диссоциации.

Предпочтительно, диссоциированная первая очищенная фракция сероводорода (58) состоит из большей доли или процента элементарного водорода и серы, чем сероводорода. Более предпочтительно, доля или процент сероводорода, составляющего диссоциированную первую очищенную фракцию сероводорода (58), доводится до минимума или уменьшается настолько, насколько его разумно получать, при данных рабочих условиях и ограничениях устройства для диссоциации (62).

Согласно теоретической кривой диссоциации, температуры, меньшие, примерно, чем 1500 градусов Цельсия, не делают возможным оптимальный уровень диссоциации на элементарный водород и серу. Кроме того, температуры, большие, примерно, чем 2000 градусов Цельсия, обеспечивают минимальное увеличение уровня диссоциации, в то же время требуя большего количества потребляемой энергии для генерирования требуемой температуры. По этой причине, для доведения до максимума энергетической эффективности стадии диссоциации, в то же время по-прежнему достигая желаемых уровней диссоциации, стадия диссоциации предпочтительно осуществляется при температуре в пределах примерно между 1500 градусами Цельсия и примерно 2000 градусами Цельсия. Другими словами, стадия диссоциации осуществляется при температуре в пределах между 1500 и 2000 градусами Цельсия, которая, как предполагается, включает в себя температуру, которая находится в пределах между указанными значениями или приблизительно равна им.

Реальное исследование, осуществленное относительно процента диссоциации, показывает как тенденцию более низкий уровень диссоциации сероводорода, чем полученный теоретически, посредством теоретической кривой диссоциации, обсуждаемой выше. Предполагается, что эти более низкие уровни могут представлять собой результат рекомбинации элементарного водорода и элементарной серы в сероводород либо внутри плазменного реактора (64), либо после него. В порядке исключения любой потенциальной рекомбинации сероводорода элементарный водород и элементарная сера предпочтительно физически разделяются после стадии диссоциации, как дополнительно обсуждается ниже. Кроме того, любая рекомбинация может дополнительно замедляться или предотвращаться посредством охлаждения диссоциированной первой очищенной фракции сероводорода (58), как дополнительно обсуждается ниже. Охлаждение диссоциированной первой очищенной фракции сероводорода (58), как предполагается, усиливает или облегчает конденсацию газообразной серы в ее жидкую форму, для удаления в виде продукта серы (26), а также ингибирование химической реакции водорода с серой, с повторным образованием сероводорода.

Кроме того, стадия диссоциации осуществляется при давлении, совместимом с рабочими параметрами плазменного реактора (64). Например, стадия диссоциации может осуществляться в широком диапазоне манометрических давлений от меньших, примерно, чем 10 килопаскаль (примерно 1,45 фунт/кв.дюйм), до больших, примерно, чем 1000 килопаскаль (145 фунт/кв.дюйм). Предпочтительно, стадия диссоциации осуществляется при манометрическом давлении примерно от 6 килопаскаль (примерно 0,87 фунт/кв.дюйм) примерно до 1000 килопаскаль (145 фунт/кв.дюйм). В предпочтительном варианте осуществления стадия диссоциации осуществляется при манометрическом давлении в пределах между примерно 200 килопаскаль (примерно 29 фунт/кв.дюйм) и примерно 500 килопаскаль (примерно 72,5 фунт/кв.дюйм). Другими словами, стадия диссоциации осуществляется при манометрическом давлении в пределах между 200 килопаскаль (примерно 29 фунт/кв.дюйм) и 500 килопаскаль (примерно 72,5 фунт/кв.дюйм), которое, как предполагается, включает в себя манометрическое давление, которое находится в пределах между указанными значениями или приблизительно равно им.

Способ, кроме того, состоит из второй стадии разделения, после стадии диссоциации. Конкретно, вторая стадия разделения разделяет диссоциированную первую очищенную фракцию сероводорода (58), с получением обогащенной водородом фракции (72), состоящей из элементарного водорода. Обогащенная водородом фракция (72) может состоять из любой доли или процента элементарного водорода. Однако обогащенная водородом фракция (72) предпочтительно является относительно "обогащенной", так что она состоит из значительной доли или процента элементарного водорода. В предпочтительном варианте осуществления процент элементарного водорода в обогащенной водородом фракции (72) доводится до максимума настолько, насколько его разумно получать, в то же время сводя к минимуму или уменьшая любые загрязнения или другие компоненты в обогащенной водородом фракции (72).

Когда обогащенная водородом фракция (72) по существу или в основном состоит из элементарного водорода, обогащенная водородом фракция (72) может составлять продукт водорода (22). Другими словами, продукт водорода (22) может быть получен посредством простого сбора обогащенной водородом фракции (72), где продукт водорода (22) состоит из обогащенной водородом фракции (72). Когда обогащенная водородом фракция (72) не является по существу или в основном состоящей из элементарного водорода, обогащенная водородом фракция (72) может по-прежнему составлять продукт водорода (22) в случаях, в которых использование продукта водорода (22) является толерантным к количеству сероводорода в нем. Однако, как правило, обогащенная водородом фракция (72), кроме того, состоит из некоторой доли или процента сероводорода, требующего дополнительной переработки, как обсуждается ниже. Таким образом, в предпочтительном варианте осуществления, способ, кроме того, состоит из стадии получения продукта водорода (22) из обогащенной водородом фракции (72).

В дополнение к этому, когда является желаемым продукт серы (26), способ также предпочтительно состоит из стадии получения продукта серы (26) из диссоциированной первой очищенной фракции сероводорода (58). Таким образом, вторая стадия разделения осуществляется для разделения диссоциированной первой очищенной фракции сероводорода (58) с получением или образованием обогащенной водородом фракции (72), состоящей из элементарного водорода, и с получением или образованием продукта серы (26), состоящего из элементарной серы.

Наконец, как указано, диссоциированная первая очищенная фракция сероводорода (58) может, кроме того, состоять из некоторой доли или процента сероводорода, который не диссоциирует во время стадии диссоциации. В этом случае вторая стадия разделения может, возможно, кроме того, состоять из получения второй очищенной фракции сероводорода (74) из диссоциированной первой очищенной фракции сероводорода (58), где вторая очищенная фракция сероводорода (74) состоит из сероводорода. Вторая очищенная фракция сероводорода (74) может состоять из любой доли или процента сероводорода. Однако, предпочтительно, вторая очищенная фракция сероводорода (74) является относительно "обогащенной", так что она состоит из значительной доли или объемного процента сероводорода. Другими словами, объемный процент сероводорода предпочтительно доводится до максимума, в то же время сводя к минимуму, а предпочтительно, устраняя, любые загрязнения или другие компоненты во второй очищенной фракции сероводорода (74). Таким образом, в предпочтительном варианте осуществления вторая очищенная фракция сероводорода (74) является чистой настолько, насколько ее разумно получать, являясь состоящей из настолько высокого процента объемного сероводорода, насколько его разумно получать.

Соответственно, в предпочтительном варианте осуществления, вторая стадия разделения разделяет диссоциированную первую очищенную фракцию сероводорода (58) на три компонента или потока, с получением обогащенной водородом фракции (72), продукта серы (26) и второй очищенной фракции сероводорода (74). Вторая стадия разделения может осуществляться любым способом, способным к разделению этих трех компонентов или потоков, например, с помощью центробежного разделения диссоциированной первой очищенной фракции сероводорода (58), посредством гравитационного разделения диссоциированной первой очищенной фракции сероводорода (58) или посредством их сочетания.

Относительно устройства (20), устройство (20) предпочтительно, кроме того, состоит из второго устройства для разделения (76), для второго разделения диссоциированной первой очищенной фракции сероводорода (58), как описано выше. Второе устройство для разделения (76) сообщается либо непосредственно, либо опосредованно с устройством для диссоциации (62). Конкретно, второе устройство для разделения (76) состоит из входа второго устройства для разделения (78), который делает возможным прохождение диссоциированной первой очищенной фракции сероводорода (58) через него. Таким образом, выход реактора (70) сообщается с входом второго устройства для разделения (78), делая возможным прохождение диссоциированной первой очищенной фракции сероводорода (58) от устройства для диссоциации (62) ко второму устройству для разделения (76).

Кроме того, второе устройство для разделения (76) состоит из множества выходов, чтобы сделать возможным прохождение различных компонентов или потоков, как описано выше, для прохождения из второго устройства для разделения (76) после разделения в нем диссоциированной первой очищенной фракции сероводорода (58). Во-первых, второе устройство для разделения (76) предпочтительно состоит из выхода (80) для обогащенной водородом фракции (72), чтобы сделать возможным прохождение обогащенной водородом фракции (72) из второго устройства для разделения (76) после ее отделения от диссоциированной первой очищенной фракции сероводорода (58).

Во-вторых, второе устройство для разделения (76) предпочтительно, кроме того, состоит из коллектора серы (82) для сбора продукта серы (26) после его выделения из диссоциированной первой очищенной фракции сероводорода (58). Конкретно, коллектор серы (82) получает продукт серы (26) из диссоциированной первой очищенной фракции сероводорода (58). Таким образом, коллектор серы (82) может состоять из любого устройства, механизма или аппарата, способного осуществлять и пригодного для сбора продукта серы (26) после его выделения из диссоциированной первой очищенной фракции сероводорода (58). В предпочтительном варианте осуществления продукт серы (26) конденсируется во втором устройстве для разделения (76) и протекает в жидкой форме в коллектор серы (82) на дне второго устройства для разделения (76).

В дополнение к этому, коллектор серы (82) состоит из выхода серы (84), чтобы сделать возможным прохождение продукта серы (26) из коллектора серы (82) и, таким образом, из второго устройства для разделения (76). Конкретно, жидкий продукт серы (26) получает возможность для протекания под действием силы тяжести из выхода серы (84). Продукт серы (26) либо собирается и хранится в его жидкой форме, либо он может преобразовываться в блоки или гранулы и храниться в его жидкой форме.

В-третьих, второе устройство для разделения (76) предпочтительно, кроме того, состоит из сепаратора (86) для получения второй очищенной фракции сероводорода (74) из диссоциированной первой очищенной фракции сероводорода (58). Сепаратор (86) разделяет диссоциированную первую очищенную фракцию сероводорода (58), с получением второй очищенной фракции сероводорода (74). Предпочтительно, сепаратор (86) состоит из центробежного или гравитационного сепаратора. В дополнение к этому, второе устройство для разделения (76), а конкретно сепаратор (86), состоит, кроме того, из выхода (88) для второй очищенной фракции сероводорода (74). Таким образом, вторая очищенная фракция сероводорода (74) получает возможность для прохождения из второго устройства для разделения (76) после ее отделения от диссоциированной первой очищенной фракции сероводорода (58).

Для увеличения эффективности способа и устройства (20), вторая очищенная фракция сероводорода (74) предпочтительно рециклируется таким образом, что она может дополнительно подвергаться или повторно подвергаться стадии диссоциации. В результате, вторая очищенная фракция сероводорода (74) диссоциирует или термически разлагается для извлечения из нее дополнительного элементарного водорода и элементарной серы. Другими словами, в том случае, когда некоторое количество сероводорода в первой очищенной фракции сероводорода (32) изначально не диссоциирует под действием стадии диссоциации, этот сероводород возвращается или рециклируется обратно или перед стадией диссоциации, как вторая очищенная фракция сероводорода (74), для дополнительной диссоциации сероводорода в ней.

Вторая очищенная фракция сероводорода (74) может рециклироваться или циркулировать назад или на более раннюю стадию любым способом или на любую соответствующую точку или стадию в способе до стадии диссоциации. Однако, предпочтительно, способ, кроме того, включает в себя стадию объединения второй очищенной фракции сероводорода (74) с первой очищенной фракцией сероводорода (32). Таким образом, стадия диссоциации осуществляется для диссоциации сероводорода, присутствующего в объединенных первой и второй очищенных фракциях сероводорода (32, 74).

Соответственно, в предпочтительном варианте осуществления устройства (20), выход (88) для второй очищенной фракции сероводорода (74) находится в сообщении либо непосредственно, либо опосредованно с устройством для диссоциации (62), так что вторая очищенная фракция сероводорода (74) может диссоциировать посредством устройства для диссоциации (62). В частности, вторая очищенная фракция сероводорода (74) предпочтительно объединяется с первой очищенной фракцией сероводорода (32) после прохождения первой очищенной фракции сероводорода (32) из первого каплеотбойника (56) и перед ее прохождением во второй компрессор (60).

Как обсуждается выше, предполагается наличие тенденции элементарного водорода и элементарной серы к рекомбинации после стадии диссоциации, с повторным образованием сероводорода. Физическое разделение элементарного водорода и элементарной серы посредством второй стадии разделения может замедлить, а предпочтительно предотвратить, эту рекомбинацию. Эта тенденция к рекомбинации может, кроме того, замедляться или предотвращаться посредством охлаждения диссоциированной первой очищенной фракции сероводорода (58) для усиления или облегчения конденсации газообразной серы в ее жидкую форму, для удаления в виде продукта серы (26) и для ингибирования химической реакции водорода с серой, с повторным образованием сероводорода.

В результате, способ предпочтительно, кроме того, состоит из стадии охлаждения диссоциированной первой очищенной фракции сероводорода (58) после стадии диссоциации, для ингибирования рекомбинации элементарного водорода и элементарной серы. Стадия охлаждения предпочтительно осуществляется вскоре или непосредственно после стадии диссоциации, для ингибирования или предотвращения любой существенной рекомбинации элементарного водорода и элементарной серы. Такое быстрое охлаждение диссоциированной первой очищенной фракции сероводорода (58), в сочетании с физическим удалением или отделением элементарной серы от элементарного водорода, как предполагается, ограничивает или уменьшает любую рекомбинацию элементарного водорода и серы.

Стадия охлаждения может осуществляться при любой температуре, достаточной для ингибирования любой существенной рекомбинации элементарного водорода и серы. Таким образом, диссоциированная первая очищенная фракция сероводорода (58) предпочтительно охлаждается до температуры, при которой элементарный водород и элементарная сера не являются химически активными или не взаимодействуют с легкостью. В этой связи стадия охлаждения предпочтительно состоит из охлаждения диссоциированной первой очищенной фракции сероводорода (58) до температуры, меньшей, примерно, чем температура кипения элементарной серы, составляющая примерно 717,9 K (примерно 445 градусов Цельсия) при атмосферном давлении (или при манометрическом давлении 0). Соответственно, в предпочтительном варианте осуществления, стадия охлаждения состоит из охлаждения диссоциированной первой очищенной фракции сероводорода (58) до температуры, меньшей, примерно, чем 445 градусов Цельсия, при атмосферном давлении.

Для осуществления стадии охлаждения второе устройство для разделения (76) предпочтительно, кроме того, состоит из теплообменника второго устройства для разделения (90), для охлаждения диссоциированной первой очищенной фракции сероводорода (58). Чтобы сделать возможным быстрое или опосредованное охлаждение диссоциированной первой очищенной фракции сероводорода (58), второе устройство для разделения (76), состоящее из теплообменника второго устройства для разделения (90), предпочтительно находится в прямом сообщении с устройством для диссоциации (62) или вблизи него. В частности, теплообменник второго устройства для разделения (90) помещается или закрывается внутри второго устройства для разделения (76). Соответственно, теплообменник второго устройства для разделения (90) способен к быстрому или опосредованному охлаждению диссоциированной первой очищенной фракции сероводорода (58), когда она поступает на вход второго устройства сепаратора (78) из выхода реактора (70). Теплообменник второго устройства для разделения (90) может состоять из любого механизма или аппарата, способного к охлаждению диссоциированной первой очищенной фракции сероводорода (58) до желаемой температуры.

Как описано выше, регенератор (42) состоит из теплообменника регенератора (49) для нагрева первой очищенной фракции сероводорода (32) и любого другого содержимого регенератора (42). Второе устройство для разделения (76) состоит из теплообменника второго устройства для разделения (90), для охлаждения диссоциированной первой очищенной фракции сероводорода (58) во втором устройстве для разделения (76). Для улучшения энергетической эффективности способа и устройства (20), теплообменник регенератора (49) и теплообменник второго устройства для разделения (90) связаны таким образом, что тепло из второго устройства для разделения (76) переносится в регенератор (42). Теплообменник регенератора (49) и теплообменник второго устройства для разделения (90) предпочтительно связывают способом, делающим возможным перенос тепла между ними с разумной эффективностью.

В предпочтительном варианте осуществления предусматривается система циркуляции (92), которая состоит из теплообменника регенератора (49), теплообменника второго устройства для разделения (90) и насоса (94) для циркуляции или для прокачки воды или другой соответствующей текучей среды, способной переносить тепло, в системе циркуляции (92). Конкретно, когда диссоциированная первая очищенная фракция сероводорода (58) охлаждается внутри второго устройства для разделения (76), тепло переносится к воде, циркулирующей через теплообменник второго устройства для разделения (90), приводя к получению нагретой воды (96). Затем нагретая вода (96) циркулирует через систему циркуляции (92) в теплообменник регенератора (49). Внутри регенератора (42), тепло переносится от нагретой воды (96), циркулирующей через теплообменник регенератора (49), в первую очищенную фракцию сероводорода (32) и другое содержимое регенератора (42), приводя к получению охлажденной воды (98). Охлажденная вода (98) циркулирует обратно через систему циркуляции (92) к теплообменнику второго устройства для разделения (90), для повторения цикла.

После второй стадии разделения способ состоит из стадии получения продукта водорода (22) из обогащенной водородом фракции (72). Как обсуждается выше, обогащенная водородом фракция (72) состоит из элементарного водорода и может, кроме того, состоять из сероводорода. В результате, стадия получения продукта водорода (22) предпочтительно состоит из стадии третьего разделения обогащенной водородом фракции (72), с получением продукта водорода (22) из обогащенной водородом фракции (72).

Третья стадия разделения разделяет обогащенную водородом фракцию (72), с получением продукта водорода (22). Третья стадия разделения может состоять из любого процесса, способа или стадии, или стадий, способных осуществлять и пригодных для разделения обогащенной водородом фракции (72), с получением желаемого продукта водорода (22). Третья стадия разделения выделяет элементарный водород из любых других компонентов обогащенной водородом фракции (72), таких как любой сероводород в ней, с получением продукта водорода (22).

Предпочтительно, третья стадия разделения состоит из стадии прохождения обогащенной водородом фракции (72) через реагент на основе амина (34), который способен селективно поглощать сероводород, с получением третьей очищенной фракции сероводорода (100), где третья очищенная фракция сероводорода (100) состоит из сероводорода и где третья очищенная фракция сероводорода (100) поглощается реагентом на основе амина (34). В дополнение к этому, третья стадия разделения предпочтительно состоит из стадии регенерации реагента на основе амина (34) из третьей очищенной фракции сероводорода (100), для извлечения реагента на основе амина (34), для рециклирования.

Третья очищенная фракция сероводорода (100) может состоять из любой доли или процента сероводорода. Однако, предпочтительно, третья очищенная фракция сероводорода (100) является относительно "обогащенной", так что она состоит из значительной доли или объемного процента сероводорода. Другими словами, объемный процент сероводорода предпочтительно доводится до максимума, в то же время сводя к минимуму, а предпочтительно, устраняя любые загрязнения или другие компоненты в третьей очищенной фракции сероводорода (100). Таким образом, в предпочтительном варианте осуществления, третья очищенная фракция сероводорода (100) является настолько чистой, насколько ее разумно получать, являясь состоящей из настолько высокого объемного процента сероводорода, насколько его разумно получать.

Таким образом, стадия прохождения обогащенной водородом фракции (72) через реагент на основе амина (34) для селективного поглощения сероводорода приводит к получению третьей очищенной фракции сероводорода (100), а также к получению продукта водорода (22). Другими словами, любой оставшийся сероводород в обогащенной водородом фракции (72) предпочтительно удаляется, что приводит к получению или образованию продукта водорода (22).

Как и для первой стадии разделения, любой реагент на основе амина (34), способный селективно поглощать сероводород, может использоваться для третьей стадии разделения. "Селективно поглощающий сероводород", при упоминании третьей стадии разделения, определяется таким же способом, как выше, по отношению к первой стадии разделения, и, таким образом, имеет такое же значение. Конкретно, "селективно поглощающий водород серы" на этой стадии относится к предпочтительному поглощению сероводорода из обогащенной водородом фракции (72), в то же время сводя к минимуму поглощение любых других компонентов обогащенной водородом фракции, включая элементарный водород. Таким образом, в предпочтительном варианте осуществления, реагент на основе амина (34) выбирается для поглощения и удаления настолько большого количества сероводорода из обогащенной водородом фракции (72), насколько это возможно, при этом, в то же время, поглощая и удаляя настолько малое количество, насколько это возможно, других компонентов обогащенной водородом фракции (72), в частности, элементарного водорода. В предпочтительном варианте осуществления селективное поглощение приводит к поглощению третьей очищенной фракции сероводорода (100).

Как сформулировано, любой реагент на основе амина (34), способный "селективно поглощать сероводород", может использоваться, когда сероводород поглощается, в то же время сводя к минимуму поглощение любых других компонентов обогащенной водородом фракции. Например, как и для первой стадии разделения, реагент на основе амина (34) может состоять из моноэтаноламина (MEA), диэтаноламина (DEA), дигликольамина (DGA), диизопропаноламина (DIPA), метилдиэтаноламина (MDEA), триэтаноламина (TEA), UCARSOL™, SELEXOL™ и их смесей. В предпочтительном варианте осуществления реагент на основе амина (34) состоит из реагента на основе амина Flexsorb™.

В дополнение к этому, в предпочтительном варианте осуществления, способ, кроме того, включает в себя стадию объединения третьей очищенной фракции сероводорода (100) с первой очищенной фракцией сероводорода (32). Таким образом, стадия диссоциации, как описано выше, осуществляется для диссоциации сероводорода, присутствующего как в первой очищенной фракции сероводорода (32), так и в третьей очищенной фракции сероводорода (100). Другими словами, в случае, когда некоторое количество сероводорода остается в обогащенной водородом фракции (72), этот сероводород возвращается или рециклируется обратно или перед стадией диссоциации, как третья очищенная фракция сероводорода (100), для дополнительной диссоциации сероводорода.

Как указано, реагент на основе амина (34) предпочтительно регенерируется и извлекается из третьей очищенной фракции сероводорода (100), а также из первой очищенной фракции сероводорода (32). Таким образом, в предпочтительном варианте осуществления, способ, кроме того, включает в себя стадию регенерации реагента на основе амина (34) из первой очищенной фракции сероводорода (32) и третьей фракции сероводорода (100) для извлечения реагента на основе амина (34) из первой и третьей очищенных фракций сероводорода (32, 100) соответственно. В результате, первая и третья очищенная фракции сероводорода (32, 100) с поглощенным реагентом на основе амина (34) предпочтительно объединяются, и осуществляется одна стадия регенерации для извлечения из них реагента на основе амина (34).

Таким образом, устройство (20) по настоящему изобретению предпочтительно, кроме того, состоит из третьего устройства для разделения (102), для третьего разделения обогащенной водородом фракции (72), с получением продукта водорода (22). Более конкретно, третье устройство для разделения (102) разделяет обогащенную водородом фракцию (72), с получением как третьей очищенной фракции сероводорода (100), так и продукта водорода (22). Соответственно, третье устройство для разделения (102) используется для осуществления третьей стадии разделения способа.

Третье устройство для разделения (102) может состоять из любого устройства, механизма или аппарата, способного осуществлять и пригодного для разделения обогащенной водородом фракции (72) с получением желаемого продукта водорода (22). Однако, в предпочтительном варианте осуществления, устройство (20), третье устройство для разделения (102) состоит из одной или нескольких емкостей абсорберов (104), которые также коллективно упоминаются здесь как вторая емкость абсорбера (104). Таким образом, вторая емкость абсорбера (104) может состоять из одной емкости абсорбера для осуществления одного прохождения или множества прохождений обогащенной водородом фракции (72) через нее. Альтернативно, вторая емкость абсорбера (104) может состоять из множества емкостей абсорбера, соединенных последовательно, для осуществления одного прохождения или множества прохождений обогащенной водородом фракции (72) через них.

Одна или несколько емкостей абсорбера любого обычного или известного типа, или конфигурации, или сочетания емкостей абсорбера обычных или известных типов, или конфигураций, могут составлять вторую емкость абсорбера (104), которая способна осуществлять и пригодна для селективного поглощения сероводорода, так что третья очищенная фракция сероводорода (102) поглощается во второй емкости абсорбера (104). Кроме того, третье устройство для разделения (102) предпочтительно состоит из реагента на основе амина (34), как описано выше, который способен селективно поглощать сероводород, так что третья очищенная фракция сероводорода (100) поглощается реагентом на основе амина (34). Реагент на основе амина (34) содержится внутри второй емкости абсорбера (104).

Вторая емкость абсорбера (104) состоит из входа второй емкости абсорбера (106) для прохождения обогащенной водородом фракции (72) во вторую емкость абсорбера (104). Обогащенная водородом фракция (72) может находиться при любом давлении, совместимом с третьей стадией разделения и со второй емкостью абсорбера (104), при поступлении в нее. Однако, в предпочтительном варианте осуществления, манометрическое давление обогащенной водородом фракции (72), поступающей во вторую емкость абсорбера (104), предпочтительно составляет примерно 10-15 фунт/кв.дюйм (примерно 68,95-103,425 килопаскаль). Таким образом, когда необходимо достижение желаемого давления, дополнительный компрессор (не показан), подобный компрессору (30), может быть предусмотрен для повышения давления обогащенной водородом фракции (72).

Обогащенная водородом фракция (72), таким образом, проходит во вторую емкость абсорбера (104), содержащую реагент на основе амина (34). Обогащенная водородом фракция (72) поступает во вторую емкость абсорбера (104) и поднимается сквозь нисходящий реагент на основе амина (34), во время этого процесса сероводород селективно поглощается реагентом на основе амина (34). Элементарный водород и любые другие компоненты продолжают подниматься внутри второй емкости абсорбера (104) и покидают вторую емкость абсорбера (104) через выход второй емкости абсорбера (108), с получением или образованием продукта водорода (22).

Кроме того, как обсуждается ранее, устройство (20) предпочтительно, кроме того, состоит из регенератора (42) для извлечения реагента на основе амина (34). Конкретно, регенератор (42) предпочтительно предусматривается для извлечения реагента на основе амина (34) как из первой, так и из третьей очищенных фракций сероводорода (32, 100). Однако, если это желательно, отдельный или независимый регенератор может предусматриваться для извлечения реагента на основе амина (34) из каждой из первой очищенной фракции сероводорода (32) и из третьей очищенной фракции сероводорода (100).

Может использоваться регенератор (42) любого обычного или известного типа или конфигурации, который способен осуществлять и пригоден для извлечения реагента на основе амина (34), как из первой, так и из третьей очищенных фракций сероводорода (32, 100). Когда предусматривается один регенератор (42), регенератор (42) предпочтительно находится в сообщении с каждым устройством из первого устройства для разделения (36), третьего устройства для разделения (102) и устройства для диссоциации (62), так что первая очищенная фракция сероводорода (32) и третья очищенная фракция сероводорода (100) проходят из первого и третьего устройств для разделения (36, 102) соответственно, к регенератору (42) и от регенератора (42) к устройству для диссоциации (62).

Более конкретно, в предпочтительном варианте осуществления, вторая емкость абсорбера (104) состоит из выхода (104) для третьей очищенной фракции сероводорода (100) для прохождения третьей очищенной фракции сероводорода (100), поглощенной в реагенте на основе амина (34), из второй емкости абсорбера (104). Выход (110) для третьей очищенной фракции сероводорода (100) из второй емкости абсорбера (104) находится в сообщении с входом регенератора (46), так что третья очищенная фракция сероводорода (100), поглощенная в реагенте на основе амина (34), проходит из второй емкости абсорбера (104) к регенератору (42), предпочтительно, под действием силы тяжести.

Затем регенератор (42) извлекает реагент на основе амина (34) из первой и третьей очищенных фракций сероводорода (32, 100). Конкретно, реагент на основе амина (34) извлекается для получения очищенного или извлеченного реагента на основе амина (48), как обсуждается ранее. Очищенный или извлеченный реагент на основе амина (48) покидает регенератор (42) через выход (50) для извлеченного реагента на основе амина (48) и предпочтительно закачивается обратно или рециклируется как в первую емкость абсорбера (38), так и во вторую емкость абсорбера (104).

Относительно второй емкости абсорбера (104), извлеченный реагент на основе амина (48) поступает во вторую емкость абсорбера (104) через вход (112) для извлеченного реагента на основе амина (48). Кроме того, после извлечения реагента на основе амина (34) в регенераторе (42) третья очищенная фракция сероводорода (100) объединяется с первой очищенной фракцией сероводорода (32). В основном, третья очищенная фракция сероводорода (100) становится первой очищенной фракцией сероводорода (32) или образует ее часть и проходит или выходит из регенератора (42) через выход (54) для первой очищенной фракции сероводорода (32).

В дополнение к этому, устройство (20) может, кроме того, состоять, по меньшей мере, из одного каплеотбойника или другого устройства для извлечения или аппарата для извлечения или удаления любого оставшегося реагента на основе амина (34), который покидает вторую емкость абсорбера (104) вместе с продуктом водорода (22). Таким образом, в предпочтительном варианте осуществления, устройство (20) состоит из второго каплеотбойника (114). В частности, выход (110) для третьей очищенной фракции сероводорода (100) второй емкости абсорбера (104) находится в сообщении со вторым каплеотбойником (114). Второй каплеотбойник (114) удаляет или извлекает любой дополнительный или оставшийся реагент на основе амина (34), и любой реагент на основе амина (48), извлеченный из второго каплеотбойника (114), предпочтительно рециклируется в регенератор (42). В результате, относительно чистый продукт водорода (22) проходит из второго каплеотбойника (114).

Наконец, способ, предпочтительно, кроме того, состоит из стадии доставки продукта водорода (22) в топливный элемент (116) для производства электрической энергии (118) из продукта водорода (22). Соответственно, устройство (20), предпочтительно, кроме того, состоит из топливного элемента (116) для производства электрической энергии (118) из продукта водорода (22).

Топливный элемент (116) может представлять собой водородный двигатель любого типа, способный производить электрическую энергию (118) из продукта водорода (22). Электрическая энергия (118), производимая топливным элементом (116), предпочтительно используется для питания всего способа или устройства (20) или их части, или для поддержки дополнительного источника электрической энергии (120) или энергосистемы, для улучшения энергетической эффективности способа или устройства (20). Производство электрической энергии (118) также приводит к получению воды (122).

В предпочтительном варианте осуществления способ, кроме того, состоит из стадии использования электрической энергии (118), произведенной топливным элементом (116) на стадии диссоциации. Таким образом, в предпочтительном варианте осуществления устройства (20), топливный элемент (116) является электрически соединенным с устройством для диссоциации (62), так что электрическая энергия (118), производимая топливным элементом (116), может использоваться для подачи, по меньшей мере, части энергии, необходимой для устройства для диссоциации (62), и, в частности, для плазменного реактора (64).

Варианты осуществления настоящего изобретения, в которых заявляется исключительная собственность или приоритет, определяются следующим образом.

Изобретение относится к области химии и может быть использовано для получения водорода и серы. Исходный газ, представляющий собой кислотный газ, содержащий сероводород, подвергают первому разделению в первом устройстве для разделения с получением первой очищенной фракции сероводорода, где первая очищенная фракция сероводорода содержит, по меньшей мере, примерно 90 процентов объемных сероводорода, затем первую очищенную фракцию, содержащую сероводород, подают на диссоциацию сероводорода в устройство диссоциации для преобразования первой очищенной фракции сероводорода в диссоциированную первую очищенную фракцию сероводорода, где диссоциированная первая очищенная фракция сероводорода содержит элементарный водород и элементарную серу. Диссоциированную первую очищенную фракцию сероводорода подвергают второму разделению во втором устройстве разделения с получением обогащенной водородом фракции, содержащей элементарный водород, и получением продукта водорода из обогащенной водородом фракции в третьем устройстве разделения. Изобретение позволяет повысить эффективность. 2 н. и 67 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ получения продукта водорода из исходного газа, где исходный газ представляет собой кислотный газ, который содержит сероводород, включающий следующие стадии:
(a) первого разделения исходного газа с получением первой очищенной фракции сероводорода из исходного газа, где первая очищенная фракция сероводорода содержит, по меньшей мере, примерно 90 об.% сероводорода;
(b) диссоциации сероводорода, присутствующего в первой очищенной фракции сероводорода, на элементарный водород и элементарную серу, для преобразования первой очищенной фракции сероводорода в диссоциированную первую очищенную фракцию сероводорода, где диссоциированная первая очищенная фракция сероводорода содержит элементарный водород и элементарную серу;
(c) второго разделения диссоциированной первой очищенной фракции сероводорода с получением обогащенной водородом фракции из диссоциированной первой очищенной фракции сероводорода, где обогащенная водородом фракция содержит элементарный водород; и
(d) получения продукта водорода из обогащенной водородом фракции, где продукт водорода содержит элементарный водород.

2. Способ по п.1, в котором стадия диссоциации состоит из диссоциации сероводорода, присутствующего в первой очищенной фракции сероводорода, посредством термического разложения.

3. Способ по п.2, в котором стадию диссоциации осуществляют при температуре, находящейся в пределах между примерно 1500°С и примерно 2000°С.

4. Способ по п.3, в котором стадию диссоциации осуществляют при давлении, находящемся в пределах между примерно 200 кПа и примерно 500 кПа.

5. Способ по п.1, в котором стадия диссоциации состоит из диссоциации сероводорода, присутствующего в первой очищенной фракции сероводорода, посредством термического разложения в условиях плазмы.

6. Способ по п.5, в котором стадию диссоциации осуществляют при температуре, находящейся в пределах примерно между 1500°С и примерно 2000°С.

7. Способ по п.6, в котором стадию диссоциации осуществляют при давлении, находящемся в пределах примерно между 200 кПа и примерно 500 кПа.

8. Способ по п.1, в котором стадию диссоциации осуществляют в плазменном реакторе.

9. Способ по п.8, в котором плазменный реактор приводится в действие посредством электромагнитной энергии.

10. Способ по п.9, в котором электромагнитная энергия состоит из микроволновой энергии.

11. Способ по п.10, в котором стадию диссоциации осуществляют при температуре, находящейся в пределах примерно между 1500°С и примерно 2000°С.

12. Способ по п.11, в котором стадию диссоциации осуществляют при давлении, находящемся в пределах примерно между 200 кПа и примерно 500 кПа.

13. Способ по п.1, в котором первая стадия разделения состоит из стадии прохождения исходного газа через реагент на основе амина, который способен селективно поглощать сероводород, так что первая очищенная фракция сероводорода поглощается реагентом на основе амина.

14. Способ по п.13, в котором реагент на основе амина содержит реагент на основе амина Flexsorb™.

15. Способ по п.13, в котором первая стадия разделения, кроме того, содержит стадию регенерации реагента на основе амина из первой очищенной фракции сероводорода, для извлечения реагента на основе амина из первой очищенной фракции сероводорода.

16. Способ по п.1, в котором обогащенная водородом фракция, кроме того, содержит сероводород, и где стадия получения продукта водорода состоит из стадии третьего разделения обогащенной водородом фракции, с получением продукта водорода из обогащенной водородом фракции.

17. Способ по п.16, в котором третья стадия разделения содержит стадию прохождения обогащенной водородом фракции через реагент на основе амина, который способен селективно поглощать сероводород, с получением третьей очищенной фракции сероводорода, где третья очищенная фракция сероводорода содержит сероводород, и где третья очищенная фракция сероводорода поглощается реагентом на основе амина.

18. Способ по п.17, в котором реагент на основе амина содержит реагент на основе амина Flexsorb™.

19. Способ по п.17, в котором третья стадия разделения, кроме того, содержит стадию регенерации реагента на основе амина из третьей очищенной фракции сероводорода, для извлечения реагента на основе амина из третьей очищенной фракции сероводорода.

20. Способ по п.19, дополнительно включающий стадию объединения третьей очищенной фракции сероводорода с первой очищенной фракцией сероводорода.

21. Способ по п.17, в котором первая стадия разделения содержит стадию прохождения исходного газа через реагент на основе амина, который способен селективно поглощать сероводород, так что первая очищенная фракция сероводорода поглощается реагентом на основе амина.

22. Способ по п.21, в котором реагент на основе амина содержит реагент на основе амина Flexsorb™.

23. Способ по п.21, дополнительно включающий стадию объединения третьей очищенной фракции сероводорода с первой очищенной фракцией сероводорода.

24. Способ по п.23, дополнительно включающий стадию регенерации реагента на основе амина из первой очищенной фракции сероводорода и третьей очищенной фракции сероводорода, для извлечения реагента на основе амина из первой очищенной фракции сероводорода и третьей очищенной фракции сероводорода.

25. Способ по п.1, в котором диссоциированная первая очищенная фракция сероводорода, кроме того, содержит сероводород, и где вторая стадия разделения, кроме того, состоит из получения второй очищенной фракции сероводорода из диссоциированной первой очищенной фракции сероводорода, где вторая очищенная фракция сероводорода содержит сероводород.

26. Способ по п.25, в котором вторую очищенную фракцию сероводорода получают посредством центробежного разделения диссоциированной первой очищенной фракции сероводорода.

27. Способ по п.25, в котором вторую очищенную фракцию сероводорода получают посредством гравитационного разделения диссоциированной первой очищенной фракции сероводорода.

28. Способ по п.25, дополнительно включающий стадию объединения второй очищенной фракции сероводорода с первой очищенной фракцией сероводорода.

29. Способ по п.1, дополнительно включающий стадию охлаждения диссоциированной первой очищенной фракции сероводорода после стадии диссоциации для ингибирования рекомбинации элементарного водорода и элементарной серы.

30. Способ по п.29, в котором стадию охлаждения осуществляют непосредственно после стадии диссоциации.

31. Способ по п.29, в котором стадия охлаждения состоит из охлаждения диссоциированной первой очищенной фракции сероводорода до температуры, меньшей, примерно, чем температура кипения элементарной серы.

32. Способ по п.31, в котором стадию охлаждения осуществляют непосредственно после стадии диссоциации.

33. Способ по п.29, дополнительно включающий стадию получения продукта серы из диссоциированной первой очищенной фракции сероводорода, где продукт серы содержит элементарную серу.

34. Способ по п.1, дополнительно включающий стадию доставки продукта водорода в топливный элемент для получения электрической энергии из продукта водорода.

35. Способ по п.34, дополнительно включающий стадию использования на стадии диссоциации электрической энергии, производимой топливным элементом.

36. Устройство для получения продукта водорода из исходного газа, где исходный газ представляет собой кислотный газ, который содержит сероводород, причем устройство содержит:
(a) первое устройство для разделения для первого разделения исходного газа, с получением первой очищенной фракции сероводорода из исходного газа, так что первая очищенная фракция сероводорода содержит, по меньшей мере, примерно 90 об.% сероводорода;
(b) устройство для диссоциации для диссоциации сероводорода, присутствующего в первой очищенной фракции сероводорода, на элементарный водород и элементарную серу, для преобразования первой очищенной фракции сероводорода в диссоциированную первую очищенную фракцию сероводорода, где диссоциированная первая очищенная фракция сероводорода содержит элементарный водород и элементарную серу;
(с) второе устройство для разделения для второго разделения диссоциированной первой очищенной фракции сероводорода, с получением обогащенной водородом фракции из диссоциированной первой очищенной фракции сероводорода, где обогащенная водородом фракция содержит элементарный водород; и
(а) третье устройство для разделения для третьего разделения обогащенной водородом фракции, с получением продукта водорода из обогащенной водородом фракции, где продукт водорода содержит элементарный водород.

37. Устройство по п.36, в котором устройство для диссоциации содержит плазменный реактор.

38. Устройство по п.37, в котором плазменный реактор приводится в действие посредством электромагнитной энергии.

39. Устройство по п.38, в котором электромагнитная энергия состоит из микроволновой энергии.

40. Устройство по п.39, в котором плазменный реактор способен обеспечивать рабочую температуру в пределах между примерно 1500°С и примерно 2000°С.

41. Устройство по п.36, в котором первое устройство разделения состоит, по меньшей мере, из одной емкости абсорбера.

42. Устройство по п.41, в котором первое устройство разделения, кроме того, состоит из реагента на основе амина, который способен селективно поглощать сероводород, так что первая очищенная фракция сероводорода поглощается реагентом на основе амина.

43. Устройство по п.42, в котором реагент на основе амина содержит реагент на основе амина Flexsorb™.

44. Устройство по п.42, где первое устройство разделения дополнительно содержит регенератор для извлечения реагента на основе амина из первой очищенной фракции сероводорода.

45. Устройство по п.44, в котором регенератор находится в сообщении как с емкостью абсорбера, так и с устройством для диссоциации, так что первая очищенная фракция сероводорода проходит от емкости абсорбера к регенератору и от регенератора к устройству для диссоциации.

46. Устройство по п.36, в котором второе устройство разделения состоит из теплообменника второго устройства для разделения, для охлаждения диссоциированной первой очищенной фракции сероводорода, для ингибирования рекомбинации элементарного водорода и элементарной серы.

47. Устройство по п.46, в котором второе устройство для разделения дополнительно содержит коллектор серы для сбора продукта серы.

48. Устройство по п.47, в котором коллектор серы содержит выход для серы.

49. Устройство по п.47, в котором второе устройство для разделения дополнительно содержит выход для обогащенной водородом фракции.

50. Устройство по п.49, в котором второе устройство для разделения дополнительно содержит сепаратор для получения второй очищенной фракции сероводорода из диссоциированной первой очищенной фракции сероводорода.

51. Устройство по п.50, в котором второе устройство для разделения дополнительно содержит выход для второй очищенной фракции сероводорода.

52. Устройство по п.51, в котором выход для второй очищенной фракции сероводорода сообщается с устройством для диссоциации, так что вторая очищенная фракция сероводорода диссоциирует посредством устройства для диссоциации.

53. Устройство по п.36, в котором третье устройство для разделения содержит, по меньшей мере, одну емкость абсорбера.

54. Устройство по п.53, в котором третье устройство для разделения дополнительно содержит реагент на основе амина, который способен селективно поглощать сероводород, так что третья очищенная фракция сероводорода поглощается реагентом на основе амина.

55. Устройство по п.54, в котором реагент на основе амина содержит реагент на основе амина Flexsorb™.

56. Устройство по п.54, в котором третье устройство для разделения дополнительно содержит регенератор для извлечения реагента на основе амина из третьей очищенной фракции сероводорода.

57. Устройство по п.56, в котором регенератор сообщается как с емкостью абсорбера, так и с устройством для диссоциации, так что третья очищенная фракция сероводорода поступает из емкости абсорбера к регенератору и из регенератора к устройству для диссоциации.

58. Устройство по п.54, в котором первое устройство для разделения содержит, по меньшей мере, одну емкость абсорбера.

59. Устройство по п.58, в котором первое устройство для разделения дополнительно содержит реагент на основе амина, который способен селективно поглощать сероводород, так что первая очищенная фракция сероводорода поглощается реагентом на основе амина.

60. Устройство по п.59, в котором реагент на основе амина содержит реагент на основе амина Flexsorb™.

61. Устройство по п.59, дополнительно содержащее регенератор для извлечения реагента на основе амина из первой очищенной фракции сероводорода и третьей очищенной фракции сероводорода.

62. Устройство по п.61, в котором регенератор сообщается с каждым устройством из первого устройства для разделения, третьего устройства для разделения и устройства для диссоциации, так что первая очищенная фракция сероводорода и третья очищенная фракция сероводорода проходят из первого устройства для разделения и третьего устройства для разделения в регенератор и из регенератора в устройство для диссоциации.

63. Устройство по п.62, в котором регенератор содержит теплообменник регенератора для нагрева первой очищенной фракции сероводорода и третьей очищенной фракции сероводорода.

64. Устройство по п.63, в котором второе устройство для разделения содержит теплообменник второго устройства для разделения, для охлаждения диссоциированной первой очищенной фракции сероводорода, для ингибирования рекомбинации элементарного водорода и элементарной серы.

65. Устройство по п.64, в котором теплообменник регенератора и теплообменник второго устройства для разделения связаны таким образом, что тепло из второго устройства для разделения переносится к регенератору.

66. Устройство по п.36, дополнительно содержащее топливный элемент для производства электрической энергии из продукта водорода.

67. Устройство по п.66, в котором топливный элемент электрически соединяется с устройством для диссоциации таким образом, что электрическая энергия используется для питания устройства для диссоциации.

68. Способ по п.1, где первая очищенная фракция сероводорода содержит, по меньшей мере, примерно 94 об.% сероводорода.

69. Устройство по п.36, где первая очищенная фракция сероводорода содержит, по меньшей мере, примерно 94 об.% сероводорода.