從氣態(tài)或液態(tài)物流中除去汞的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及從含汞材料例如進(jìn)料流、天然氣物流、天然氣冷凝物等中除去汞的方法。該方法包括使含汞流體（例如氣體或液體）物流流過(guò)聚合型膜接觸組件，同時(shí)清潔或洗滌溶液流過(guò)該膜的另一側(cè)。洗滌溶液促進(jìn)從第一溶液中借助例如其中所含的與汞具有反應(yīng)性的組分除去汞。
【專利說(shuō)明】從氣態(tài)或液態(tài)物流中除去汞的方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)
[0002]本申請(qǐng)要求2012年3月22日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)61/614，209的優(yōu)先權(quán)，其整體引入作為參考。
發(fā)明領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及從流體例如液體、氣體和氣態(tài)冷凝物中除去汞或含汞化合物的裝置和方法。更具體地，涉及級(jí)聯(lián)使用的多孔膜和洗滌溶液從前述流體中除去汞的用途。
_4] 背景和現(xiàn)有技術(shù)
[0005]汞(Hg)是許多天然產(chǎn)品包括烴燃料的雜質(zhì)。它以多種形式如單質(zhì)汞存在。有機(jī)和無(wú)機(jī)化合物也含有它。在本文提及的烴燃料的情況中，據(jù)信汞來(lái)自于獲取燃料如天然氣之處的地質(zhì)沉積物。
[0006]公知即使極小量的含汞化合物的毒性。并且重要的是，當(dāng)單質(zhì)汞存在于工業(yè)物質(zhì)或天然氣物流中時(shí)，由于冶金化學(xué)的問(wèn)題，它危害處理這些物流的裝置和管線的安全性和整體性。參見例如Audeh的美國(guó)專利4，880, 527，其整體引入作為參考。
[0007]考慮到汞在工業(yè)生產(chǎn)中的威脅和普遍存在，有大量文獻(xiàn)試圖從含有該物質(zhì)的材料中除去它。就此問(wèn)題，參見例如Al-Faqeer的美國(guó)專利7，476，365，其整體引入作為參考。另外的教導(dǎo)從材料中除去汞的參考文獻(xiàn)包括美國(guó)專利DeBerry的7，306，774 ；ffinkler等的 7，727，307 Jansen 等的 6，197，269 ；Chao 等的 4，474，896 ；Cooper 等的 7，381，388 ；Cooper 等的 6, 872, 370 ；Alper 等的 6, 491, 822 ； Jansen 等的 6, 355, 092 ；DenBoestert 等的WO 2008/116864 ;和Durante等的U.S.2006/0116287。其全部引入本文作為參考。
[0008]這些參考文獻(xiàn)大多教導(dǎo)將雜質(zhì)如單質(zhì)汞吸附到固體材料上。沒(méi)有教導(dǎo)構(gòu)成本文所述發(fā)明的特征的裝置或方法。
[0009]發(fā)明概沭
[0010]本發(fā)明涉及從液態(tài)或氣態(tài)物流如進(jìn)料流或工藝物流(下稱“第一物流”)中除去汞的方法和裝置，其通過(guò)使該物質(zhì)經(jīng)過(guò)多孔膜的一側(cè)，同時(shí)使能夠從該樣品、第一物進(jìn)料流或工藝物流中除去該汞的第二物流例如“洗滌物流”經(jīng)過(guò)該膜的另一側(cè)。洗滌可以通過(guò)使汞溶解到第二物流中，使其與“洗滌”或“第二”物流或者二者中的反應(yīng)性組分進(jìn)行反應(yīng)來(lái)進(jìn)行。
[0011]汞的轉(zhuǎn)移基本上通過(guò)多孔膜的孔來(lái)進(jìn)行?？椎某叽绮⒉恢匾Ｉ婕凹{濾、超濾和微濾的膜均處于本發(fā)明的范圍內(nèi)；但是，孔尺寸和數(shù)量(表面孔隙率)提供了控制汞跨越物流轉(zhuǎn)移的速率和第一和第二物流之間的界面穩(wěn)定性的手段。
[0012]洗滌溶液也稱為“吸收劑液體”可以是任何能夠溶解汞或與汞反應(yīng)或者實(shí)現(xiàn)兩種作用的溶液?？梢园谠撊芤褐械氖纠圆牧蠟閴A金屬硫化物、二硫化銨鹽、二硫化物鹽、多硫化物鹽(含有Sx，其中x>2的鹽)、過(guò)氧化氫、高氯酸鹽和本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其他材料。
[0013]洗滌溶液可以經(jīng)處理，例如以除去固體沉淀物，和/或添加相關(guān)化學(xué)物質(zhì)以補(bǔ)充該溶液，并且然后進(jìn)行再循環(huán)。當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到，可以是使用全新的溶液。
[0014]本文所述的發(fā)明提供了所述兩種物流之間的非分散接觸，這是相比于現(xiàn)在采用的常規(guī)分散相體系(包括液/液萃取，和氣/液洗滌和吸收)的顯著優(yōu)勢(shì)。
[0015]本領(lǐng)域遇到的問(wèn)題,包括溶劑滯留(holdup)、形成乳液、起泡、放空(unloading)和液泛(flooding),均得以避免。
[0016]并且，本發(fā)明允許膜的高填充密度，并且結(jié)果是采用的裝置遠(yuǎn)小于現(xiàn)在產(chǎn)業(yè)實(shí)踐中所見的裝置。
[0017]并且，與本領(lǐng)域的狀況相比，膜水平放置和豎直放置均起作用，與僅豎直放置相t匕，這是在標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)中布置方面的優(yōu)勢(shì)。
[0018]本發(fā)明的特征將見于以下公開內(nèi)容中。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1顯示了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案。
[0020]圖2顯示了本發(fā)明的第二實(shí)施方案。
[0021]優(yōu)選實(shí)施方案詳述
[0022]本申請(qǐng)的圖1顯示了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案。參照該圖，冷凝物儲(chǔ)存器“100”含有需要處理的富汞材料。該材料可以是例如天然氣、天然氣的冷凝物、液態(tài)烴或任何其他含汞材料。該材料經(jīng)由例如管裝置“101”或任何其他類型的導(dǎo)管傳送到形式為例如膜接觸器模塊“102”的多孔膜(以下詳述)，并且通過(guò)導(dǎo)管“105”回到儲(chǔ)存器“100”。膜接觸器模塊102中的該多孔膜可以采用平片材、中空纖維、圓盤、螺旋纏繞或其他本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的構(gòu)型的形式。用來(lái)制造膜的材料可以不同。示例性材料為聚乙烯、聚醚醚酮(PEEK)、特氟隆(PTFE)、聚偏氟乙稀(PVDF)以及任何其他與第一和第二物流相容的聚合型中空纖維材料。該材料經(jīng)過(guò)多孔膜接觸區(qū)模塊102并在膜的孔內(nèi)與洗滌溶液接觸。洗滌溶液從洗滌溶液儲(chǔ)存器“ 103”通過(guò)導(dǎo)管“ 104”和多孔膜接觸器“ 102”，然后再通過(guò)導(dǎo)管“ 106”再循環(huán)回到儲(chǔ)存器“103”。
[0023]流體可以以逆流方向(如本實(shí)例中)，或者以并流方向流動(dòng)。
[0024]汞從富汞物流在膜接觸器模塊102的孔內(nèi)轉(zhuǎn)移到與富汞物流直接接觸的洗滌溶液物流。因此，物流“ 105”將更貧含汞，而物流“ 106”將更富含汞。
[0025]本發(fā)明的第二實(shí)施方案示于圖2。在該圖中，富汞物流“108”經(jīng)由膜接觸器區(qū)塊111與洗滌溶液“ 109 ”接觸，在兩種物流流經(jīng)膜接觸區(qū)“ 111”后，得到“貧汞”物流“ 110 ”。將得到的富汞洗滌溶液物流“112”再循環(huán)回到“洗滌溶液處理區(qū)113”。
[0026]“洗滌溶液處理區(qū)”113可以含有另外的材料和裝置，例如一種或多種儲(chǔ)槽，用于新鮮洗滌溶液、已經(jīng)用過(guò)并經(jīng)處理以除去汞的洗滌溶液、或者將要進(jìn)行處理或進(jìn)行處置的用過(guò)的洗滌溶液。也可以為這些的每一種提供儲(chǔ)槽。該區(qū)可以還包括例如用于處理溶液如含汞洗滌物流以過(guò)濾固體(這些汞化合物或其他固體)的裝置，沉降或偏析裝置，以及補(bǔ)充和/或調(diào)節(jié)洗滌溶液的裝置。
[0027]實(shí)施例1
[0028]使用如圖1中所不的系統(tǒng)。將穩(wěn)定化的冷凝物慘有萊，以獲得3ppm的富萊樣品。
[0029]通過(guò)捆束7個(gè)中空的多孔聚丙烯纖維并用環(huán)氧樹脂將它們粘結(jié)成聚丙烯管和PVC-Y接頭，以形成殼和入口 /出口，來(lái)構(gòu)成中空纖維膜組件類型。該纖維的相關(guān)性質(zhì)包括OD為?2500 μ m,孔尺寸為2-20 μ m。
[0030]然后將經(jīng)摻雜的冷凝物從冷凝物儲(chǔ)存器通過(guò)中空纖維的內(nèi)腔側(cè)，然后回到該儲(chǔ)存器來(lái)循環(huán)。同時(shí)，將由15.6wt %的Na0H、6.3wt %的S8和78.1wt %的H2O組成的多硫化物溶液從它自己的儲(chǔ)存器通過(guò)中空纖維模塊內(nèi)腔外側(cè)(即殼側(cè))循環(huán)。
[0031]通過(guò)具有塑料軟管的校準(zhǔn)的、內(nèi)部加襯的齒輪泵促進(jìn)兩種流體的循環(huán)。
[0032]使用標(biāo)準(zhǔn)冷蒸氣原子熒光(“CVAF”)對(duì)樣品進(jìn)行經(jīng)時(shí)分析。隨著經(jīng)摻雜的冷凝物和多硫化物溶液在系統(tǒng)中循環(huán)，對(duì)它們進(jìn)行取樣以追蹤冷凝物中的汞含量。結(jié)果示于下面，作為具有分析標(biāo)準(zhǔn)偏差的各樣品的多次分析的平均值。
[0033]

時(shí)間(分鐘)I [Hg] (ppb) |SD%
?30010?！?br> 90850θΓδ
190749?79
[0034]實(shí)施例2
[0035]下表顯示了同樣使用圖1的實(shí)施方案，萊通過(guò)獲自Millipore Company的不同超濾膜的孔的傳質(zhì)。
[0036]
膜接觸器孔隙率厚度標(biāo)稱孔尺寸接觸器傳遞系數(shù)
(微孔零件號(hào))% (μ.ηι) (JLim)(ppb/cm/h)
PTFE-0.2 uni (JGWP)?80% 65 0.2 26.4PVDF-0.1 uni (VVLP) -70% 125 0.1 28.5PVDF-0.1 um (VVLP) -70% 1250 1_32.1
[0037]本發(fā)明的其他特征對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員將是清楚的，在此無(wú)需贅述。
[0038]采用的術(shù)語(yǔ)和表達(dá)以說(shuō)明而非限制的方式使用，不希望使用這些術(shù)語(yǔ)和表達(dá)排除所示和所述特征或其部分的任何等價(jià)物，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到不同的變型可能處于本發(fā)明的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.減少液態(tài)或氣態(tài)物質(zhì)汞的量的方法，其包括使含汞第一物流流過(guò)多孔膜的一側(cè)，同時(shí)使含有至少一種與所述汞反應(yīng)或溶解所述汞的化合物的第二物流流過(guò)所述多孔膜的另一側(cè)，以使第一和第二物流經(jīng)由所述孔接觸，從而從所述第一物流中除去汞。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述含汞物流是液體或氣體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述多孔膜包括聚合型材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述多孔膜包括聚丙烯、聚醚醚酮(PEEK)、特氟隆(PTFE)或聚偏氟乙稀(PVDF)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述多孔膜包括非聚合型材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述多孔膜包括中空纖維、平片材或圓盤。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述多孔膜包括尺寸有用于納濾或超濾或微濾的孔。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其包括使第一物流與第二物流在中空纖維膜組件中或者在螺旋纏繞膜組件中接觸。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第二物流包括堿金屬硫化物、二硫化銨鹽、二硫化物鹽、多硫化物鹽、過(guò)氧化氫或高氯酸鹽。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述方法連續(xù)進(jìn)行。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述方法以間歇模式進(jìn)行。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包括處理所述含汞第二物流溶液以從中除去萊。
【文檔編號(hào)】B01D53/22GK104220144SQ201380011623
【公開日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2013年3月15日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月22日
【發(fā)明者】F·哈瑪?shù)? A·A·哈姆丹, A·N·阿爾-穆哈姆, A·K·拉詩(shī)萬(wàn), B·A·法德海爾 申請(qǐng)人:沙特阿拉伯石油公司