[发明专利]从气体中除去重金属的方法

说明书

本发明涉及从流体流中除去金属方面的改进。更具体地说，其涉及到从生 产气体流(process gas streams)中除去重金属，尤其是汞，以及例如砷和硒的金属， 并且也有可能是镉，以减少他们对下游气体处理的影响和它们最终向环境中的 排放。

来自于例如燃煤发电厂的燃烧气体，可能是向环境中排放重金属的一个重 要来源。类似地，来自火葬场的气体可能含有来自牙齿填充物的汞释放，以及 可能的其他重金属。金属释放的其他来源包括水泥窑、氯碱池(chlor-alkali cells) 以及自流井黄金开采(artesianal gold-mining)。需要有效的技术以允许从富氧的气 体流例如直接排放入大气中的化石燃料燃烧气体中除去这些重金属这一认识， 正在快速增长。

除了从直接排放的氧化气体流中除去这些重金属之外，将他们从生产气体 流中除去的要求同样在增加，在生产气体流中重金属的存在例如可能对随后的 下游过程是有害的，尤其是对涉及气体流组合物的催化变化或者是使用气体流 用于产生能量的那些而言。例如，目前在美国，由于进口油价的上涨，供应量 巨大的煤炭通过煤气化过程产生富氢的燃料气体(或者合成气(syn-gas))的潜在 用途受到的关注正在增加。煤炭以不同比例含有有毒重金属，廉价地和有效地 从所得燃料气体中将这些金属除去的能力将具有巨大的经济利益。

然而，在上述的燃烧和燃料气体中遇到的条件在技术上是具有挑战性的。 在煤燃烧气体流的情况下，例如，其包括大量的飞灰(flyash)，存在有毒金属例 如汞和砷以及有毒气体例如硫和氮的氧化物，潜在的腐蚀性卤化物物种，都在 大气压力下以巨大气体体积存在。在煤炭气化衍生的燃料气体的情况下，例如， 气体在高温例如>700℃和高压例如最高达到70-80bar离开气化器。现有技术， 例如应用于美国工厂中的技术，要求将气体冷却至接近环境温度以通过吸附到 碳床上除去有毒金属如汞。然后，下游加工过程可能要求再次加热该经净化的 气体。以前已经评估，将有毒金属在升高的温度下从燃料气体流中除去的能力 可导致大约3％的工厂能量效率改进，这是由于将气体冷却以允许实施一些除去 重金属的方法在热力学方面是不理想的。

美国能源部国家能源技术实验室已经发现，USP7,033,419，使用包含贵金属 的吸收剂可以从燃料气体除去汞。然而，在可以开发商业规模的汞吸收剂之前， 仍然存在需要克服的技术挑战。

US4,814,152(Mobil Oil Corp)公开了一种使用惰性载体从气体中除去汞的 方法，该惰性载体含有至少约5wt％的元素硫和催化剂(其可以是铂或钯)，该 催化剂在不高于170℃的温度催化以下可逆反应

2Hg+S₂＝2HgS。

USP5,601,701(Institut Francais du Petrole)公开了使用催化剂床和汞滞留床 而从碳氢化合物级分中除去汞。该催化剂可以是被部分硫化的负载金属，优选 为镍或者镍与钯的结合体(association)。如果钯存在，那么其不应超过该催化剂 的0.2％。该催化过程在120-250℃的温度下进行。在所述催化剂床之后的所述 汞滞留床合适地由硫化铜、二氯化锡或碘酸钾组成。

本发明提供了在高于约200℃的温度，在一定的温度和压力范围减少源自生 产过程的气体流(process-derived gas streams)中的重金属水平的方法，特别是在高 温缺氧(oxygen-deficient)的气体流中，和最特别是在对于应用于源自气化的燃料 气体流中而言理想的温度范围内。据信该方法能够在最高约400℃的温度实施。 本发明的方法包括使气体通过吸收剂材料，其特征在于该吸收剂是被硫化的含 钯吸收剂(sulphided palladium-containing absorbent)，并且优选是被预硫化的吸收 剂。该吸收剂优选是沉积于载体上的钯，钯的负载量为大于约1.5wt％，适宜地 为约2wt％。对于在氧化铝上具有5wt％和10wt％Pd的负载吸收剂，试验已经获 得成功。所述试验已经显示被除去的汞的数量是随着钯负载量的增加而增加的， 但是对于在氧化铝上的2wt％Pd，Hg:Pd的比率最高。然而，已经意识到非负载 的钯材料，例如粉末、海绵状物(sponges)或者纱网(gauzes)也都可以用于实施本 发明。