本申請要求在2014年3月5日提交的美國臨時專利申請第61/948,118號的優(yōu)先權，其說明書通過引用并入本文。

關于聯(lián)邦資助研究的聲明

不適用。

技術領域

本發(fā)明一般涉及用于增強H₂S汽提塔中硫化氫(H₂S)和氨(NH₃)的分離的系統(tǒng)和方法。更具體地，本發(fā)明涉及使用二氧化碳和/或惰性氣體增強H₂S汽提塔中H₂S和NH₃的分離。

背景技術：

常規(guī)技術使用H₂S汽提塔和NH₃汽提塔分別從酸性水中回收硫化氫(H₂S)和氨(NH₃)，這有時被稱為雙塔酸性水汽提過程。此過程產生具有小于50ppmw的NH₃的酸性氣體(H₂S)和高純度氣態(tài)或液態(tài)NH₃產品。所分離的水具有優(yōu)異的質量，使其適合再利用作為焦炭鼓驟冷水、原油蒸餾裝置脫鹽水和加氫處理裝置注射水，或者它可被送至流出物處理用于排放。

雙塔酸性水汽提過程通常包括四個主要處理階段：1)脫氣和進料制備；2)H₂S汽提；3)NH₃汽提；和4)NH₃純化和液化。現(xiàn)在參照圖1A和1B，常規(guī)的雙塔酸性水汽提系統(tǒng)的示意圖示出了所述四個處理階段。下面的壓力和溫度是示例性的并且僅用于說明的目的。

脫氣和進料制備：

來自單個或多個源的酸性水進料102與來自NH₃汽提塔106的再循環(huán)流104結合，其被冷卻并通過脫氣裝置108，在其中溶解的氫(H₂)、甲烷(CH₄)和其它輕質烴被移除作為烴蒸氣流105。酸性水進料102包括溶解的NH₃和H₂S。再循環(huán)流104包括豐富的NH₃，這有助于在脫氣裝置108中保持溶液中的酸性氣體，從而最大限度地減少酸性氣體的釋放和可能的空氣污染。脫氣的酸性水流109被送至脫油裝置103，其從脫氣的酸性水流109中除去游離油以產生脫氣/脫油的酸性水流107。脫氣/脫油的酸性水流107被泵送至進料制備罐110，其用于減弱流速和組成的變化，同時也提供除去夾帶的油和固體的機會。進料制備罐110產生處理的酸性水流111，其被泵送至進料聚結器裝置112，所述進料聚結器裝置過濾保留在處理的酸性水流111中的固體并進一步分離夾帶的油，以產生烴液體113和脫油的酸性水流115。脫油的酸性水流115被送至進料/產物交換器114，所述進料/產物交換器作為熱交換器以加熱脫油的酸性水流115和冷卻NH₃汽提塔塔底流132，以產生加熱的脫油的酸性水流116和汽提的水流134。以這種方式，包含NH₃汽提塔塔底流132的組分、汽提的水流134和包含脫油的酸性水流115的組分、加熱的脫油的酸性水流116分別是相同的，但可具有不同的濃度和溫度。然后加熱的脫油的酸性水流116被送至H₂S汽提塔118。

H₂S汽提

H₂S汽提塔118含有塔板或填料(未示出)，加熱的脫油的酸性水流116流經塔板或填料并在其周圍以從加熱的脫油的酸性水流116中分離H₂S。冷卻的回流水流(例如水洗)136用于除去熱并抑制氣態(tài)NH₃在H₂S汽提塔中的演變。再沸器137作為熱交換器，以提供以下所需的能量：i)加熱所述加熱的脫油的酸性水流116和冷卻的回流水流136至優(yōu)選的溫度；和ii)從加熱的脫油的酸水流116中汽提出H₂S。所形成的H₂S汽提塔塔頂流120被送至緩沖罐(knock out drum)138，以基本上除去任何夾帶的液滴，并產生H₂S流126。H₂S流126是高純度的，且是硫回收裝置(SRU)或硫酸廠的優(yōu)良進料。它包含可忽略量的NH₃(小于50ppmw)和非常少的烴，因為酸性水進料102已被脫氣?？稍诩s100-180psig和100-120°F下得到H₂S流126。所形成的含有NH₃和一些H₂S的H₂S汽提塔塔底流130被直接送至NH₃汽提塔106。

NH₃汽提：

NH₃汽提塔106是蒸汽再煮沸、回流的蒸餾塔。在NH₃汽提塔106中，基本上所有的NH₃和任何剩余的H₂S從H₂S汽提塔塔底流130中除去，其作為NH₃汽提塔塔底流132離開NH₃汽提塔106。NH₃汽提塔塔底流132被送至進料/產物交換器114，在其中熱與脫油的酸性水流115交換且NH₃汽提塔塔底流132被冷卻以形成汽提的水流134。汽提的水流134適用于許多廠重新利用的需求或可被排放。汽提的水流134中的H₂S和NH₃的含量水平可被調節(jié)為個體要求，并通常為10-50ppmw NH₃和1-25ppmw H₂S?？稍诩s100-200°F下得到汽提的水流134。在NH₃汽提塔106中，基本上所有的NH₃和任何剩余的H₂S從H₂S汽提塔塔底流130中除去，其作為NH₃汽提塔塔頂流133離開NH₃汽提塔106。NH₃汽提塔塔頂流133被送至塔頂冷凝器，在其中NH₃汽提塔塔頂流133被轉換成NH₃蒸氣流和NH₃液體流。緩沖罐139分離NH₃蒸氣流140和NH₃液體流150。NH₃液體流150的一部分作為回流返回至NH₃汽提塔106且NH₃液流150的另一部分形成再循環(huán)流104。再沸器141作為熱交換器，以提供除去NH₃和任何剩余的H₂S所需的能量。NH₃蒸氣流140是富含NH₃的氣體，其可以多種方式被處理。

NH₃純化和液化：

現(xiàn)在參考圖1B，NH₃蒸氣流140被送至水洗142以去除殘余量的H₂S和一些烴。此步驟也被稱為水洗滌，其產生洗滌的NH₃蒸氣流160。如果NH₃回收是不被期望的或不經濟的，洗滌的氨蒸氣流160可以被燒棄。然而，在大多數情況下，理想的是進一步純化洗滌的NH₃蒸氣流160，以產生無水液態(tài)NH₃流170或適于商業(yè)用途的氨水180。為了進一步純化洗滌的NH₃蒸氣流160，洗滌的NH₃蒸氣流160被送至堿洗144以去除殘余的污染物，包括一些烴。此步驟也被稱為堿洗滌，其產生雙重洗滌的NH₃蒸氣流162，且當預期具有工藝失常、二氧化碳或復雜硫化合物(例如硫醇或二硫化物)的問題時，這可能是必要的。雙重洗滌的NH₃蒸氣流162可被送至壓縮機146或制冷裝置148，以產生無水液態(tài)NH₃流170，其包含可忽略量的H₂S(小于5ppmw)。如果通過壓縮液化，無水液態(tài)NH₃流170可在約200psig和100°F下得到；如果通過冷卻液化，無水液態(tài)NH₃流170可在大氣壓力和約-26F下得到。冷卻水和/或制冷劑可被用來與雙重洗滌的NH₃蒸氣流162交換熱。雙重洗滌的NH₃蒸氣流162也可被送至NH₃吸收器149，其實質上是另一個水洗，以產生包含可忽略量的硫(不大于約2ppmw)的氨水180。所述氨水180可在約35psig和100°F下得到。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明通過提供使用二氧化碳和/或惰性氣體的用于增強H₂S汽提塔中H₂S和NH₃的分離的系統(tǒng)和方法克服了現(xiàn)有技術的一個或多個缺點。

在一個實施方案中，本發(fā)明包括用于分離硫化氫和氨的系統(tǒng)，其包括：i)用于分離硫化氫和氨的硫化氫汽提塔；和ii)連接至所述硫化氫汽提塔的汽提氣體流，其中所述汽提氣體流包括二氧化碳和惰性氣體中的至少一種。

在另一個實施方案中，本發(fā)明包括用于分離硫化氫和氨的方法，其包括：i)將硫化氫和氨的流體混合物引入硫化氫汽提塔；ii)將汽提氣體引入所述硫化氫汽提塔，其中所述汽提氣體包括二氧化碳和惰性氣體中的至少一種；和iii)在硫化氫汽提塔中使用所述汽提氣體分離多數的硫化氫和氨，這形成硫化氫汽提塔塔頂流和硫化氫汽提塔塔底流。

從下面各實施方案的描述和相關的附圖，本發(fā)明的其他方面、優(yōu)點和實施方案對于本領域技術人員將變得明顯。

附圖說明

下面參考附圖描述本發(fā)明，其中相同的元件用相同的數字標記，且其中：

圖1A-1B是說明常規(guī)雙塔酸性水汽提系統(tǒng)的示意圖。

圖2是說明根據本發(fā)明的在圖1A中的H₂S汽提階段的示意圖。

具體實施方式

本發(fā)明的主題是被具體描述，但是，描述本身不旨在限制本發(fā)明的范圍。因此，本發(fā)明的主題也可以其他方式呈現(xiàn)，以包括類似于本文描述的那些的與其他技術結合的不同步驟和步驟組合。此外，盡管術語“步驟”可在本文中用于描述采用的方法的不同元素，該術語不應被解釋為意味著本文所公開的各步驟之間的任何特定順序，除非描述清楚地限定為特定順序。雖然下面的描述涉及石油和天然氣工業(yè)，本發(fā)明的系統(tǒng)和方法并不限定于此，且也可以在其他工業(yè)應用來實現(xiàn)相似的結果。

本發(fā)明提供使用二氧化碳和/或惰性氣體以增強在H₂S汽提塔中H₂S和NH₃的分離的系統(tǒng)和方法。所述二氧化碳和/或惰性氣體(也被稱為汽提氣體)的目的是通過i)降低硫化氫的分壓和ii)提供汽提作用來增強H₂S汽提階段中H₂S和NH₃的分離。

現(xiàn)在參考圖2，在圖1A中H₂S汽提階段的示意圖說明了使用汽提氣體流202以增強在H₂S汽提塔118中H₂S和NH₃的分離。該階段可以由不同設備組成，取決于所需的NH₃的最終濃度和質量。汽提氣體流202可在H₂S汽提塔118的頂部和底部之間的任何地方引入。然而，優(yōu)選的是汽提氣體流202在靠近H₂S汽提塔118的底部引入，因為它將接觸更多的加熱的脫油的酸性水流116。以這種方式，包括H₂S的任何常規(guī)的雙塔酸性水汽提系統(tǒng)可以容易地被改造具有汽提氣體的引入。

汽提氣體流202可包括二氧化碳和/或任何惰性氣體，所述惰性氣體是不與H₂S汽提塔118或酸性水汽提塔的其它成分，如，例如，氫、氦、硼、氖、氬、氪、氙、氡、雙原子氮、甲烷和乙烷反應的氣體。

在具有包括含二氧化碳的汽提氣體流202的H₂S汽提階段的雙塔酸性水汽提系統(tǒng)的操作中，H₂S和NH₃的分離操作可被提高至少百分之五。通過以這種方式增強H₂S和NH₃的分離，在雙塔酸性水汽提系統(tǒng)中設施(例如再沸器加熱介質)的消耗將被降低，從而節(jié)約能量或在相同設施的消耗下具有提高的性能。

常規(guī)的雙塔酸性水汽提系統(tǒng)在約20世紀60年代已經出現(xiàn)。盡管這種系統(tǒng)的操作者已經認識到需要增強H₂S和NH₃的分離，二氧化碳的特性類似于酸性氣體的特征。這解釋了為什么自20世紀60年代以來，對于在雙塔酸性水汽提系統(tǒng)的H₂S汽提階段中使用二氧化碳增強H₂S和NH₃的分離的需求，與另一種酸性氣體(H₂S)，一直未解決。