專(zhuān)利名稱(chēng)：提純包含汞的氣流的方法
提純包含汞的氣流的方法本發(fā)明涉及一種提純包含CO2、元素汞(Hg°)和氮氧化物(NOx)的氣流的方法。更具體而言，它涉及開(kāi)發(fā)一種提純通過(guò)工業(yè)性質(zhì)的燃燒，特別是通過(guò)含氧燃料燃燒(用純氧氣或用比空氣更貧含氮?dú)獾臍怏w燃燒)而產(chǎn)生的CO2，適于將它包裝以運(yùn)輸和儲(chǔ)存用于各種用途的方法。通過(guò)化石燃料和/或生物質(zhì)燃燒產(chǎn)生或來(lái)自廢物焚化的煙道氣或來(lái)自鼓風(fēng)爐和玻璃爐的氣體可能含有金屬或鹽等形式的重金屬如汞、砷、鐵、鎳，有機(jī)污染物如醇、醛、酮、 酸、酯，和SOx或NOxK合物。CO2捕獲和儲(chǔ)存應(yīng)用需要提純手段以除去至少一部分本身對(duì)CO2富集方法和/或?qū)λ?X)2在合適地質(zhì)層組中的儲(chǔ)存有害的上述雜質(zhì)和/或組分。這是因?yàn)樵揅O2捕獲和儲(chǔ)存應(yīng)用一般需要至少部分地在深冷條件下進(jìn)行的(X)2富集方法。在這種ω2富集方法中，達(dá)到的最冷溫度一般在-30/-60°C的溫度范圍內(nèi)。這類(lèi)單元包括換熱器、液體-蒸氣分離器轉(zhuǎn)鼓和任選蒸餾塔。一般而言，當(dāng)處理例如數(shù)千Nm3/h(在標(biāo)準(zhǔn)條件下立方米/小時(shí))的高生產(chǎn)量時(shí)， 深冷單元中傳統(tǒng)實(shí)踐是使用鋁裝置，特別是鋁銅焊板式換熱器。鋁銅焊板式換熱器提供在熱交換面積/體積換熱器和熱效率方面無(wú)比的性能，以及無(wú)與倫比的流體配置可能性。在這種情況下理想的還有使用鋁分離器轉(zhuǎn)鼓和任選蒸餾塔，特別是以便簡(jiǎn)化設(shè)備件之間的連接。工業(yè)上熟悉的是元素汞(Hg°)導(dǎo)致的鋁腐蝕問(wèn)題。當(dāng)達(dá)到它的三相點(diǎn)(-38. 830C )時(shí)，以無(wú)害固體形式累積的元素汞(Hg°)液化時(shí)， 在換熱器加熱階段期間發(fā)生腐蝕。為了能處理這類(lèi)氣體，現(xiàn)有技術(shù)需要安裝吸附單元，優(yōu)選定位床(remaining bed)，以通過(guò)降低殘留汞含量至值< 0. 1 μ g/Nm3而阻止易受攻擊設(shè)備上游的元素汞(Hg°)。 一些文章甚至提到含量< 0.01 μ g/Nm3。這例如詳細(xì)描述于許多文章如Hydrocarbon Processing，1999 年 4 月，"Design mercury removal Systems for liquid hydrocarbons by S. M. Wilhelm，，,禾口 Hydrocarbon Processing, 1980"Mercury-LNG's problem by J. E. Leeper “中。常用的吸附劑一般為-一般用硫浸漬的活性碳、沸石或氧化鋁，-含硫化銅的ZnO或氧化鋁；-交換沸石。在二氧化碳分離和提純方法的情況下，通常含有元素汞(Hg°)的待處理氣體還含有氮氧化物(NO、NO2)。這些氮氧化物，特別是二氧化氮(NO2)對(duì)各種吸附劑具有各類(lèi)有害影響。特別是已確定各種問(wèn)題— 吸附劑濕雖ι濕高壓ι 干高壓
礙漬的活性炭活性炭在NO2存在下可能氧似自燃 ^漬的彿石或氧不可按比例增加至大單元I限制秘獲的NO2疑似共吸附
含^^的ZnO由于酸的存在而導(dǎo)致的載^C壞的風(fēng)限制捕M的能力
的氧#險(xiǎn)，和在而形^^L 的NO2共吸附表述“濕低壓”意指通常在干燥器以前，大氣壓力與約6巴之間的壓力，和高于數(shù) ppm的水的存在。表述“濕高壓”意指通常在干燥器以前，高于6巴的壓力，和高于數(shù)ppm的水的存在。表述“干高壓”意指通常在干燥器以后，高于6巴的壓力，和低于Ippm的水的存在。表述“不可按比例增加至大單元”意指涉及的體積和所得壓降由于資金總額和/ 或能量消耗而產(chǎn)生非工業(yè)解決方法?；诖耍a(chǎn)生的一個(gè)問(wèn)題是提供用于處理包含CO2、氮氧化物和元素汞(Hg°)的氣流的改進(jìn)方法。本發(fā)明的一個(gè)解決方法是一種提純包含CO2、氮氧化物和元素汞(Hg°)的氣流的方法，其包括如下連續(xù)步驟a)將氣流冷卻至環(huán)境溫度以下的溫度Tl的步驟；b)將氮氧化物從冷卻的氣流中除去的步驟；c)將來(lái)自步驟b)的料流加熱的步驟，優(yōu)選加熱至5_150°C的溫度；d)將元素汞(Hg°)從來(lái)自步驟C)的氣流中除去的步驟；和e)回收富含CO2氣流的步驟。氣流冷卻至的溫度Tl為環(huán)境溫度以下，但高于操作條件下元素汞(Hg°)沉積溫度。環(huán)境溫度意指可借助通過(guò)大氣(例如冷卻塔)或通過(guò)裝置的標(biāo)準(zhǔn)冷卻水回路冷卻而達(dá)到的溫度。取決于地理位置，溫度一般為45-10°C。在實(shí)踐中這意指為達(dá)到溫度Tl，必須執(zhí)行本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的任一種冷卻手段(冷藏單元、冰水、通過(guò)閥或渦輪流體膨脹、 液體蒸發(fā)等)。如

圖1所示，元素汞(Hg°)沉積溫度THg為汞蒸氣壓力的函數(shù)。因此，為進(jìn)行步驟 a)，本領(lǐng)域技術(shù)人員將考慮操作壓力和待處理氣體的汞含量。例如，燃燒煙道氣流中的通常汞含量為約20μ g/Nm3，這相當(dāng)于2. 24X 10 的萊蒸氣壓力。在20巴下的方法的情況下，可認(rèn)為4.48X10_6kPa的蒸氣壓力當(dāng)量。然而， 圖1中的圖，顯示作為溫度的函數(shù)的汞蒸氣壓力(由國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)研究所(National Institute of Standards and Technology)的文件 NISTIR6643 取得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù))，表明對(duì)于4. 48 X KT6Ua的值，元素汞(Hg°)沉積時(shí)的溫度為約_13°C，其低于NOx分離時(shí)的溫度 (在這種情況下約-10°C)，使得沒(méi)有元素汞(Hg°)沉積可發(fā)生，由此腐蝕問(wèn)題變得不存在。 NOx分離時(shí)的溫度一般為-10至-30°C，但+5至_50°C的更寬范圍也是便利的。為定義汞沉積條件，可使用以下方程式以作為溫度T(以K度表示)的函數(shù)計(jì)算蒸氣壓力PHg (以KPa表示)
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PHg = exp (-202. 56+34. 261n (T))對(duì)于相應(yīng)于分壓PHg的氣流中的平均汞含量，因此計(jì)算沉積溫度THg，向其上另外加差數(shù)(margin)以確定最小溫度Tl。取決于各種情況，本發(fā)明方法可具有一種或多種以下特征-溫度Tl高于存在于氣流中的元素汞(Hg°)的沉積溫度THg；-步驟a)使用銅焊接的鋁換熱器，優(yōu)選板式換熱器進(jìn)行；-步驟b)使用洗滌塔或深冷分離單元進(jìn)行；-步驟c)使用銅焊接的鋁板式換熱器，任選與輔助加熱器、優(yōu)選電加熱器或蒸汽加熱器組合進(jìn)行；-步驟d)使用吸附單元進(jìn)行，所述吸附單元包含至少一種選自?xún)?yōu)選摻雜、甚至更優(yōu)選摻雜硫的活性碳，交換沸石，摻硫沸石，摻硫氧化鋁，含硫化銅的氧化鋅或氧化鋁的吸附劑；-吸附單元為定位床；-在經(jīng)受第三汽提步驟以前將來(lái)自步驟d)的氣流冷卻至低于步驟a)的溫度Tl的溫度T2 ；-溫度T2低于汞沉積溫度THg；-在步驟a)以前使氣流經(jīng)受干燥步驟，優(yōu)選通過(guò)壓縮和冷卻，其后任何類(lèi)型的吸附干燥單元(PSA、TSA等)；-第三汽提步驟用于從氣流中至少部分地除去至少一種雜質(zhì)，所述雜質(zhì)選自氫氣、 一氧化碳、氮?dú)狻⒀鯕?、氬氣和稀有氣體；-氣流為燃燒煙道氣流；-氣流為來(lái)自鼓風(fēng)爐的料流?，F(xiàn)在參考圖2更詳細(xì)地描述本發(fā)明。將從含氧燃料燃燒方法流出的除(X)2外還包含氮氧化物和汞的氣流預(yù)先在干燥器 (1)中汽提出它所含的水分。將由此汽提出它的水的氣流通過(guò)銅焊接的鋁板式換熱器O) 冷卻至約-10°c的溫度，其后經(jīng)受其中將氮氧化物通過(guò)洗滌塔C3)除去的汽提步驟。然后將因此汽提出氮氧化物的氣流在銅焊接的鋁板式換熱器⑵中加熱至達(dá)到130°C的溫度(取決于安置在汽提器中的吸附劑的類(lèi)型，該溫度可在5°C與150°C之間變化以得到有效汽提；因此可考慮更冷的汽提，但這會(huì)降低系統(tǒng)的效率)。可將因此加熱的氣流在含有能夠捕獲元素汞(Hg°)的吸附劑如優(yōu)選摻雜有硫的摻雜活性碳、交換沸石、摻硫沸石、摻硫氧化鋁、含硫化銅的氧化鋅或氧化鋁的定位床(4)中汽提出元素汞(Hg°)。將因此汽提出元素汞 (Hg0)的氣流再次通過(guò)銅焊接的鋁板式換熱器(2，然后6)冷卻至低于-10°C的溫度，以隨后經(jīng)受連續(xù)處理以除去其它雜質(zhì)。在本文中，定位床意指不可原位再生的吸附單元，其中吸附劑負(fù)載定期地至少部分地置換。注意到也可在TSA方法中使用可原位再生的吸附劑，例如市售交換沸石。由本發(fā)明提純方法流出的氣體可在低于待處理氣流中的汞沉積溫度THg的溫度下經(jīng)受其它處理步驟，而沒(méi)有任何銅焊接的鋁換熱器腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)。本發(fā)明的顯著優(yōu)點(diǎn)是特別在不具有在高壓下管理這兩種雜質(zhì)的能力的吸附劑上處理含有元素汞(Hg°)和氮氧化物(NO2)的氣體。
權(quán)利要求
1.一種提純包含CO2、氮氧化物和元素汞(Hg°)的氣流的方法，其包括如下連續(xù)步驟a)將氣流冷卻至環(huán)境溫度以下的溫度Tl的步驟；b)將氮氧化物從冷卻的氣流中除去的步驟；c)將汽提出氮氧化物的料流加熱的步驟，優(yōu)選加熱至5-150°C的溫度；d)通過(guò)至少一種吸附劑將元素汞(Hg°)從來(lái)自步驟c)的氣流中除去的步驟；和e)回收富含CO2氣流的步驟。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于溫度Tl高于存在于氣流中的元素汞(Hg°)的沉積溫度THg。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于步驟a)使用銅焊接的鋁換熱器、優(yōu)選板式換熱器進(jìn)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2和3中一項(xiàng)的方法，其特征在于步驟b)使用洗滌塔或深冷分離單元進(jìn)行。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)的方法，其特征在于步驟c)使用銅焊接的鋁板式換熱器，任選與輔助加熱器、優(yōu)選電加熱器或蒸汽加熱器組合進(jìn)行。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)的方法，其特征在于步驟d)使用吸附單元進(jìn)行，所述吸附單元包含至少一種選自?xún)?yōu)選摻雜、甚至更優(yōu)選摻雜硫的活性碳，交換沸石，摻硫沸石，摻硫氧化鋁，含硫化銅的氧化鋅或氧化鋁的吸附劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其特征在于所述吸附單元為定位床。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)的方法，其特征在于在經(jīng)受第三汽提步驟以前將來(lái)自步驟d)的氣流冷卻至低于步驟a)的溫度Tl的溫度T2。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其特征在于所述溫度T2低于汞沉積溫度THg。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)的方法，其特征在于在步驟a)以前使氣流經(jīng)受干燥步馬聚ο
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其特征在于第三汽提步驟用于從氣流中至少部分地除去至少一種雜質(zhì)，所述雜質(zhì)選自氫氣、一氧化碳、氮?dú)狻⒀鯕?、氬氣和稀有氣體。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)的方法，其特征在于氣流為燃燒煙道氣流。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)的方法，其特征在于氣流為來(lái)自鼓風(fēng)爐的料流。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種從氮氧化物和元素汞(Hg0)提純包含CO2的氣流的方法，所述方法包括如下連續(xù)步驟a)將氣流冷卻至低于環(huán)境溫度的溫度T1的步驟(2)；b)將氮氧化物從冷卻的氣流中排出的步驟(3)；c)將提純的氮氧化物流優(yōu)選在5-150℃的溫度下加熱的步驟(2)；d)通過(guò)至少一種吸附劑將元素汞(Hg0)從來(lái)自步驟c)的氣流中排出的步驟(4)；和e)回收富含CO2氣流的步驟。
文檔編號(hào)B01D53/56GK102481510SQ201080039059
公開(kāi)日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2010年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月17日
發(fā)明者A·布里利亞, C·莫內(nèi)羅 申請(qǐng)人:喬治洛德方法研究和開(kāi)發(fā)液化空氣有限公司