[发明专利]使用高容量铜吸附剂从流体料流中除去汞的方法

说明书

早期国家申请的优先权要求

本申请要求2012年2月6日提交的美国申请No.13/367,219的优先权。

发明领域

本公开内容一般性地涉及从烃液体和气体中除去污染物。在某些实施方案中，本公开内容涉及使用铜基吸着剂从烃料流中除去汞。在某些实施方案中，本公开内容涉及包含铜硫化物化合物的高容量吸着剂的用途，其中铜硫化物化合物通过铜含氧盐的直接硫化而制备。

发明背景

烃流体料流，包括液流和气流通常被汞化合物污染。包含负载型金属硫化物如铜硫化物(CuS)的吸着剂用于通过反应1从烃流体料流中清除汞。

2CuS+Hg→HgS+Cu₂S   (1)

例如，美国专利No.4,094,777描述了包含载体和铜硫化物的固体物质作为来自气体或液体的汞的吸收剂。用于Hg脱除的CuS基材料由Axens，Johnson Matthey及其它提供以用于天然气和烃工业中。

制备铜硫化物吸着剂的现有技术方法包括两步骤方法。首先使铜碳酸盐分解成氧化铜，随后将氧化铜硫化以产生吸着剂的活性铜硫化物组分。铜碳酸盐的分解和氧化铜的硫化需要较高温度，产生吸着剂的活性组分的附聚或结块。表面积的降低限制了活性组分的利用。活性铜硫化物组分的高利用对降低吸附剂床体积和/或提高吸附剂使用寿命而言是理想的。因此，需要(i)能够清除更多汞每活性组分量和/或(ii)具有比现有技术组合物和方法更高活性组分利用水平的更高容量汞吸着剂。

发明概述

提出从流体料流中除去汞的方法。该方法包括使流体料流与包含铜硫化物的吸着剂接触。铜硫化物由铜碳酸盐在小于150℃的温度下直接硫化而形成，而不使铜碳酸盐热分解成氧化物。

附图简述

图1为现有技术吸附剂和申请人的吸着剂的一个实施方案的穿透曲线的图，其各自具有7×14的筛目大小；和

图2为现有技术吸收剂和申请人的吸着剂的一个实施方案的穿透曲线的图，其各自具有5×8的筛目大小。

优选实施方案详述

在以下描述中参考附图以优选实施方案描述本发明，其中类似的数字表示相同或类似的元件。在整个该说明书中，关于“一个(one/an)实施方案”或类似语言的提及意指关于该实施方案描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施方案中。因此，在整个该说明书中，短语“在一个(one/an)实施方案中”和类似语言可以，但未必都指相同的实施方案。

如本文所用术语吸着剂、吸附剂和吸收剂指材料吸收或吸取其表面上的液体或气体组分或者将这类组分吸收到其本体中的能力。

提出制备铜基吸着剂的方法和通过这类方法制备的吸着剂。在一个实施方案中，申请人的吸着剂包含置于载体材料内的铜材料。在各个实施方案中，吸着剂包含置于载体材料内的铜硫化物。在各个实施方案中，铜硫化物为硫化铜(CuS)。在各个实施方案中，铜硫化物为硫化亚铜(Cu₂S)。

在各个实施方案中，载体材料为选自由氧化铝、二氧化硅、二氧化硅-氧化铝、硅酸盐、铝酸盐、硅铝酸盐如沸石、二氧化钛、氧化锆、赤铁矿、二氧化铈、氧化镁和氧化钨组成的组的金属氧化物。在一个实施方案中，载体材料为氧化铝。在一些实施方案中，载体材料为碳或活性炭。在某些实施方案中，申请人的吸着剂不包含粘合剂。

在各个实施方案中，氧化铝载体材料以过渡型氧化铝的形式存在，其包含能够快速再水化并可以反应性形式保留实质量的水的弱结晶氧化铝相如“ρ”、“χ”和“伪γ”氧化铝的混合物。氢氧化铝Al(OH)₃如三水铝石是制备过渡型氧化铝的来源。制备过渡型氧化铝的现有技术工业方法包括将三水铝石研磨至1-20μm的粒度，其后快速煅烧短的接触时间，如专利文献如美国专利No.2,915,365所述。无定形氢氧化铝和其它天然发现的矿物结晶氢氧化物如三羟铝石和诺三水氧化铝或一氧化物氢氧化物(monoxide hydroxide)、AlOOH如勃姆石和水铝石也可用作过渡型氧化铝的来源。在某些实施方案中，该过渡型氧化铝材料的BET表面积为300m²/g，且平均孔径为45埃，如通过氮吸附法测定，产生多孔吸着剂。

在各个实施方案中，过渡金属的固体含氧盐用作吸着剂的起始组分。通过定义，“含氧盐”指含氧酸的任何盐。有时该定义加宽至“包含氧以及给定阴离子的盐”。例如FeOCl被认为是根据该定义的含氧盐。