利用氧化膜脱除气流中的汞

2018-12-06杨娜徐勇西南石油大学

新商务周刊 2018年15期

文/杨娜徐勇，西南石油大学

1 前言

汞是一种危险的有毒的化学物质，所以应尽量避免汞泄漏排入大气中。泄漏发生在以下几种工业过程中：（1）对汞污染过进行热处理的土壤；（2）工业和居民焚烧的废气；（3）在脱汞处理过程中溢出的；4）从含汞气井中得到的天然气。汞脱除后残留汞含量是一个非常重要的数据，从中可知具有氧化性的液体可以吸收金属汞蒸汽。在本文中，氧化薄膜气体吸收的工艺过程和经济方面的问题将被考虑，而本文研究的重点将放在游离的金属汞蒸汽上。

2 氧化薄膜气体吸附

在氧化薄膜气体吸附中，液态的吸收剂与含汞天然气通过薄膜相接触。氧化薄膜气体吸收比传统的接触媒介具有更多的优点，这些优点为：（1）可以处理液气比很高的情形，而不会出现溢流或需要疏导装置；（2）脱汞操作具有很高的灵活性；（3）装在滑动底座，易移动；（4）可按天然气中汞含量的多少按比例增加吸收剂溶液；（5）具有很大的接触区域。在处理低汞浓度时，因为吸附剂溶液所需的数量较少，故薄膜吸收较传统吸收剂有优势。在传统吸收过程中，在气流量很大而所需吸收剂溶液较少时，可能会导致非常严重的问题。

3 工艺过程

3.1 选择合适的氧化剂

吸附剂溶液所用的配方应具有储量大，易操作，环保性强的特点。同时应具有较强的脱汞能力。现在所应用的氧化液有H2O2（3 4g/l）/H2SO4（10g/l）、K2Cr2O7、K2S2O8、K2S2O8（100 g/l）+A gNO3催化剂（4g/l）、KMnO4（50g/l）、NaClOx（饱和的）、和Cl2[2、10、11、12和13]。所有这些都应做稳定性的检测。最后，H2O2和K2S2O8被用来测定质量转移，因为它们可以非常好的满足以上标准。

3.2 质量转移系数的测定

实验：这个实验需要一个高气/液比（在气体中的汞浓度较低），吸收剂溶液通过薄膜中空纤维的管腔进行流动，同时采用著名的sh ell＆tube和TNO横向流模式。在这个模式中通过剪切和逆流可得到高质量汞的转移。

4 结论及探讨

在液体处于层流状态时，进料器中的汞含量和氧化率（对简单反应来说）与氧化剂强度成正比，实验证明，在不同情况下，传质因子不同。这些数据是运用PE薄膜采用TNO的横向流模式得到的。运用PP和PTFE薄膜可得到相同的传质率。数据统计表明了在低氧化电势的情况下（如H2O2）k与液体流量有很大的关系，这就表明了质量传递的阻碍主要来自液层中，这一结论对任意汞含量的进料气均成立。在高氧化电势的情况下（如K2S2O8），k的数值很高，并且与液体流量并无直接的关系。理论上认为应用薄膜时，气相中的传质因子比预测的0.01m/s要大得多，但是，测量得来的传质因子比预测的要小得多，而且反应边界层比水动力边界层要薄得多。在这种情况下，质量转移受到液相反应系数的限制，而水动力条件却对其无影响。

4.1 实验

氧化物薄膜的稳定性测试是由静态的液浸法和瞬时质量转移检测进行的。在液浸法中，薄膜纤维被浸在3.1部分所提及的氧化剂溶液中，经过11周后，对纤维进行检查。在以后的工作中将进行更多特性的检测（如抗拉强度），以对纤维的长期稳定性进行评估。

由静态液浸法实验可知：PP和PE纤维在选定的氧化剂溶液中经11周的实验后变脆，易碎，而PTFE纤维没有大的变化，但从外表上看不出薄膜与原薄膜的区别。

从瞬时质量转移实验中可得以下结论，对于多孔的聚丙烯和乙烯，质量转移在几天到三周以后将会降低，薄膜开始出现泄漏迹象，应用PTFE薄膜时SO2的吸收通过，质量转移在3个月以后趋于稳定。

4.2 吸附剂溶液再生

对吸收剂溶液再生的两种方法进行评估：（1）阴离子交换；（2）含汞盐的沉积。由于加入氢氧化物（使汞沉淀）将使PH值增加，同时脱汞效率降低到原来的80%。这种方法的另一个缺点就是需要消耗其它的化学物质和需要较高的费用。

4.3 过程设计及评估

根据预计传质因子的上、下限，可以估计所需薄膜表面积。膜脱汞在表格3中的应用中，薄膜面积在表格6中汇总下来。表格6中所提供的薄膜面积可用来对脱汞处理厂的投资费用做前期预算。投资费用（不包括设备仪器）在以下几种情况下给出。

4.3.1 在热土处理中，因为处理规模大，所以所用费用较低仅为每平方米5.0美元，一个完备系统的投资是所需薄膜费用的3倍。

4.3.2 在直接处理天然气的情况下，需要较高的薄膜费用，每平方米100美元，该预计是建立在高压下气体分离膜的价格基础之上。当膜两端差压不大时价格将会非常的低，总投资费用估计是薄膜费用的4倍。

4.3.3 在三甘醇干燥系统中，处理横向流模式时，膜的价格为每平方米2000美元，这是因为所需表面积小，需要很多个小模式，于是就带来了很高的费用。