一种可间歇再生的气态零价汞回收系统及其应用

1.本发明涉及一种可间歇再生的气态零价汞回收系统及其应用，属于天然气液化前气态零价汞的脱除处理领域。


背景技术：

2.天然气是一种清洁的化石能源，液化罐装输送是其主要贸易方式之一。天然气液化一般包括前处理、液化过程以及储运三个步骤。由于天然气液化投资巨大，对液化设备的保护就显得尤为重要。天然气中通常含有一定浓度的气态零价汞，其在液化过程中不仅会严重腐蚀铝制换热设备、污染管道，还会使工人在维修设备期间暴露在汞风险之中。因此，在天然气液化前需要对其进行脱汞处理。
3.天然气中气态零价汞的脱除方法主要包括吸收法和吸附法。由于吸收法存在腐蚀设备和污染管道等问题，其难以推广应用。硫负载活性炭吸附法是当前应用最广泛的天然气中气态零价汞的脱除方法。但吸汞后的吸附剂不仅难以安全处置，存在汞的二次释放风险，而且难以再生，运行成本较高。为此，设计出合适的可再生的气态零价汞脱除与回收系统，对于解决天然气液化过程中的汞腐蚀问题具有十分重要的意义。


技术实现要素：

4.为解决上述问题，本发明提供一种能高效回收天然气中气态零价汞且能提高吸附剂使用寿命的可间歇再生的气态零价汞回收系统及其应用。
5.本发明是通过以下技术方案实现的：
6.一种可间歇再生的气态零价汞回收系统，包括吸附装置、布设在吸附装置左右两端并可间歇转动的左旋转风阀装置和右旋转风阀装置、与左旋转风阀装置连通的空气加热器、与空气加热器连通的引风机以及与右旋转风阀装置连通的冷凝器；所述左旋转风阀装置与右旋转风阀装置共同将吸附装置在圆周方向上平均分隔出气态零价汞吸附区和吸附剂再生区。
7.在本发明的一种实施方式中，所述吸附装置包括内筒、套设于内筒外的外筒以及两个沿径向平均布置在内筒与外筒之间的分隔板，所述分隔板将内筒与外筒之间的腔体平均分隔成两个吸附剂填充区。
8.在本发明的一种实施方式中，所述吸附填充区装载有蜂窝状吸附剂，并用颗粒状或条状吸附剂进行填缝；吸附剂为二氧化钛负载氧化铜或二氧化钛负载氧化铁。
9.在本发明的一种实施方式中，所述左旋转风阀装置包括水平插接在所述内筒左端并安装有机械定位器的左旋转管轴、用于驱动所述左旋转管轴旋转的电机、所述左旋转管轴左端设置的热空气进口、所述左旋转管轴右侧上设置的热空气进左风阀箱口、与所述热空气进左风阀箱口相连通的左风阀箱；所述左旋转管轴内开设有热空气进气通道。
10.在本发明的一种实施方式中，所述右旋转风阀装置包括水平插接在所述内筒右端并安装有机械定位器的右旋转管轴、用于驱动所述右旋转管轴旋转的电机、所述右旋转管
轴右端设置的热空气出口、所述右旋转管轴左侧上设置的热空气进右风阀箱口、与所述热空气进右风阀箱口相连通的右风阀箱；所述右旋转管轴内开设有热空气出气通道。
11.在本发明的一种实施方式中，所述内筒的左端和右端分别设置有左卡位槽和右卡位槽，分别用于固定连接左旋转管轴和右旋转管轴。
12.在本发明的一种实施方式中，所述左旋转管轴左端的热空气进口处设有进气罩，用于固定连通空气加热器；所述右旋转管轴右端的热空气出口处设有出气罩，用于固定连通冷凝器。
13.在本发明的一种实施方式中，所述左风阀箱覆盖一个吸附剂填充区的一侧，右风阀箱同时覆盖该吸附剂填充区的另一侧，共同构成吸附剂再生区；未被风阀箱覆盖的另一个吸附剂填充区形成气态零价汞吸附区。
14.在本发明的一种实施方式中，还包括天然气进口和天然气出口，所述吸附装置与天然气进口和天然气出口连通，主体气体从天然气进口进入并经过吸附装置从天然气出口流出；在吸附剂再生状态下，空气经引风机导入空气加热器加热到400-450℃，形成热空气；热空气经左旋转分阀装置进入吸附剂再生区，再经右旋转分阀装置导入冷凝器中将脱附出来的超高浓度气态零价汞冷凝成液态汞进行回收，最后与主体气体混合；所述的热空气的流量为主体气体流量的1％～5％。
15.在本发明的一种实施方式中，所述系统用于天然气液化前气态零价汞的脱除处理。
16.有益效果
17.本发明提供了一种能高效回收天然气中气态零价汞且能提高吸附剂使用寿命的可间歇再生的气态零价汞回收系统及其应用，该系统包括吸附装置、布设在吸附装置左右两端并可间歇转动的左旋转风阀装置和右旋转风阀装置、与左旋转风阀装置连接的空气加热器、与空气加热器连接的引风机以及与右旋转风阀装置连接的冷凝器；左旋转风阀装置与右旋转风阀装置共同将吸附装置在圆周方向上平均分隔出气态零价汞吸附区和吸附剂再生区；在吸附剂再生状态下，空气经引风机导入空气加热器加热到400-450℃，形成热空气；热空气经左旋转分阀装置进入吸附剂再生区，再经右旋转分阀装置导入冷凝器中将脱附出来的超高浓度气态零价汞冷凝成液态汞进行回收，最后与主体气体混合。本发明利用上述独特结构设计，可同时实现天然气中气态零价汞的脱除、回收以及吸附剂的再生，能够有效解决含汞吸附剂的再生与安全处置问题，避免了汞二次暴露的风险。与此同时，再生热空气仅是将小股空气经空气加热器加热到400-450℃后的气体，能耗低。此外，可根据吸附剂的气态零价汞吸附性能，灵活调旋转风阀装置的转动频率。
附图说明
18.图1为本发明气态零价汞回收系统的工作原理示意图；
19.图2为本发明气态零价汞回收系统的整体结构示意图；
20.图3为本发明吸附装置的结构示意图；
21.图4为本发明吸附装置中间段的截面结构示意图；
22.图5为本发明左旋转风阀装置的结构示意图；
23.图6为本发明右旋转风阀装置的结构示意图；
24.图7为本发明风阀箱的平面结构示意图。
25.图中：1、引风机，2、空气加热器，3、左旋转风阀装置，4、吸附装置，5、右旋转风阀装置，6、冷凝器，7、进气罩，8、天然气进口，9、出气罩，10、天然气出口，11、左卡位槽，12、右卡位槽，13、内筒，14、吸附剂填充区，15、外筒，16、分隔板，17、热空气进口，18、左旋转管轴，19、热空气进气通道，20、热空气进风阀箱口，21、左风阀箱，22、右风阀箱，23、热空气出风阀箱口，24、热空气出气通道，25、右旋转管轴，26、热空气出口，27、吸附剂再生区。
具体实施方式
26.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
28.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
29.实施例1
30.如图1至7所示，一种可间歇再生的气态零价汞回收系统，包括吸附装置4、布设在吸附装置4左右两端并可间歇转动的左旋转风阀装置3和右旋转风阀装置5、与吸附装置4配套使用的引风机1、空气加热器2以及冷凝器6，左旋转风阀装置3与右旋转风阀装置5共同将吸附装置4在圆周方向上平均分隔出气态零价汞吸附区和吸附剂再生区27。
31.可选地，所述吸附装置4包括内筒13、套设于内筒13外的外筒15以及两个沿径向平均布置在内筒13与外筒15之间的分隔板16，分隔板16将内筒13与外筒15之间的腔体平均分隔成两个吸附剂填充区14。
32.进一步地，所述吸附填充区14装载有蜂窝状吸附剂，并用颗粒状或条状吸附剂进行填缝；所述吸附剂为二氧化钛负载氧化铜(cuo/tio2)或二氧化钛负载氧化铁(fe2o3/tio2)。
33.可选地，所述左旋转风阀装置3包括水平插接在所述内筒13左端并安装有机械定位器的左旋转管轴18、用于驱动所述左旋转管轴18旋转的电机、所述左旋转管轴18左端设置的热空气进口17、所述左旋转管轴18右侧上设置的热空气进左风阀箱口20、与所述热空气进左风阀箱口20相连通的左风阀箱21；所述左旋转管轴18内开设有再生热空气进气通道19。
34.可选地，所述右旋转风阀装置5包括水平插接在所述内筒13右端并安装有机械定位器的右旋转管轴25、用于驱动所述右旋转管轴25旋转的电机、所述右旋转管轴25右端设置的热空气出口26、所述右旋转管轴25左侧上设置的热空气进右风阀箱口23、与所述热空气进右风阀箱口23相连通的右风阀箱22；所述右旋转管轴25内开设有热空气出气通道24。
35.可选地，所述内筒13的左端和右端分别设置有左卡位槽11和右卡位槽12，分别用于固定连接左旋转管轴18和右旋转管轴25。
36.可选地，所述左旋转管轴18左端的热空气进口17处设有进气罩7，用于固定连通空气加热器2；所述右旋转管轴25右端的热空气出口26处设有出气罩9，用于固定连通冷凝器6。
37.可选地，所述左风阀箱21覆盖一个吸附剂填充区14的一侧，右风阀箱22同时覆盖该吸附剂填充区14的另一侧，共同构成吸附剂再生区27；未被风阀箱覆盖的另一个吸附剂填充区14形成气态零价汞吸附区。
38.可选地，还包括天然气进口8和天然气出口10，所述吸附装置4与天然气进口8和天然气出口10连通，主体气体从天然气进口8进入并经过吸附装置4从天然气出口10流出；在吸附剂再生状态下，空气经引风机1导入空气加热器2加热到400-450℃，形成热空气；热空气经左旋转分阀装置3进入吸附剂再生区27，再经右旋转分阀装置5导入冷凝器6中将脱附出来的超高浓度气态零价汞冷凝成液态汞进行回收，最后与主体气体混合；所述的热空气的流量为主体气体流量的1％～5％。
39.可选地，本实施例装置中，吸附装置4左右两个截面安装密封截面，内筒13直径为600mm，外筒15直径为3000mm，吸附剂填充有效长度为5000mm。左卡位槽11和右卡位槽12内径为290mm、外径为300mm，正好可以将内径为280mm、壁厚10mm的左旋转管轴18与右旋转管轴25卡入。
40.在实际使用时，风阀箱转动前，需将风阀箱向外推开。左风阀箱21利用气动系统进行左右平移，然后再利用驱动管轴旋转的电机使左风阀箱21转动；右风阀箱22用类似的方法进行轴向角度和位置调整。转动到位后，再利用气动系统使之重新压紧密封。
41.本实施例装置采用卧式安装方式，内筒13、外筒15、分隔板16以及风阀箱等均为耐热金属材质。旋转风阀装置采用电机驱动进行间歇转动，每次转动恰好切换一个区域，切换时间间隔视吸附剂的气态零价汞吸附性能而定。
42.实施例2
43.采用实施例1的装置，将流量为150000m3/h，温度为150℃的天然气通过进气口8进入吸附装置4的气态零价汞吸附区，引风机1抽取流量为天然气流量3％的空气经空气加热器2加热到400℃后，利用左旋转风阀装置3进入吸附装置4的吸附剂再生区27，热空气通过吸附装置4后，利用右旋转风阀装置5导入冷凝器6中将脱附出来的超高浓度气态零价汞冷凝成液态汞进行回收，最后与天然气混合。
44.吸附剂需要再生时，就转动旋转风阀装置。每次转动时，左风阀箱21利用气动系统进行左右平移，然后再利用驱动管轴旋转的电机使左风阀箱21转动；右风阀箱22用类似的方法进行轴向角度和位置调整。转动到位后，再利用气动系统使之重新压紧密封。这样能够同时实现天然气中气态零价汞的脱除、回收以及吸附剂的再生。
45.虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技
术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

技术特征：
1.一种可间歇再生的气态零价汞回收系统，其特征在于：包括吸附装置、布设在吸附装置左右两端并可间歇转动的左旋转风阀装置和右旋转风阀装置、与左旋转风阀装置连通的空气加热器、与空气加热器连通的引风机以及与右旋转风阀装置连通的冷凝器；所述左旋转风阀装置与右旋转风阀装置共同将吸附装置在圆周方向上平均分隔出气态零价汞吸附区和吸附剂再生区。2.根据权利要求1所述的一种可间歇再生的气态零价汞回收系统，其特征在于：所述吸附装置包括内筒、套设于内筒外的外筒以及两个沿径向平均布置在内筒与外筒之间的分隔板，所述分隔板将内筒与外筒之间的腔体平均分隔成两个吸附剂填充区。3.根据权利要求2所述的一种可间歇再生的气态零价汞回收系统，其特征在于：所述吸附填充区装载有蜂窝状吸附剂，并用颗粒状或条状吸附剂进行填缝；吸附剂为二氧化钛负载氧化铜或二氧化钛负载氧化铁。4.根据权利要求2所述的一种可间歇再生的气态零价汞回收系统，其特征在于：所述左旋转风阀装置包括水平插接在所述内筒左端并安装有机械定位器的左旋转管轴、用于驱动所述左旋转管轴旋转的电机、所述左旋转管轴左端设置的热空气进口、所述左旋转管轴右侧上设置的热空气进左风阀箱口、与所述热空气进左风阀箱口相连通的左风阀箱；所述左旋转管轴内开设有热空气进气通道。5.根据权利要求4所述的一种可间歇再生的气态零价汞回收系统，其特征在于：所述右旋转风阀装置包括水平插接在所述内筒右端并安装有机械定位器的右旋转管轴、用于驱动所述右旋转管轴旋转的电机、所述右旋转管轴右端设置的热空气出口、所述右旋转管轴左侧上设置的热空气进右风阀箱口、与所述热空气进右风阀箱口相连通的右风阀箱；所述右旋转管轴内开设有热空气出气通道。6.根据权利要求5所述的一种可间歇再生的气态零价汞回收系统，其特征在于：所述内筒的左端和右端分别设置有左卡位槽和右卡位槽，分别用于固定连接左旋转管轴和右旋转管轴。7.根据权利要求6所述的一种可间歇再生的气态零价汞回收系统，其特征在于：所述左旋转管轴左端的热空气进口处设有进气罩，用于固定连通空气加热器；所述右旋转管轴右端的热空气出口处设有出气罩，用于固定连通冷凝器。8.根据权利要求7所述的一种可间歇再生的气态零价汞回收系统，其特征在于：所述左风阀箱覆盖一个吸附剂填充区的一侧，右风阀箱同时覆盖该吸附剂填充区的另一侧，共同构成吸附剂再生区；未被风阀箱覆盖的另一个吸附剂填充区形成气态零价汞吸附区。9.根据权利要求8所述的一种可间歇再生的气态零价汞回收系统，其特征在于：还包括天然气进口和天然气出口，所述吸附装置与天然气进口和天然气出口连通，主体气体从天然气进口进入并经过吸附装置从天然气出口流出；在吸附剂再生状态下，空气经引风机导入空气加热器加热到400-450℃，形成热空气；热空气经左旋转分阀装置进入吸附剂再生区，再经右旋转分阀装置导入冷凝器中将脱附出来的超高浓度气态零价汞冷凝成液态汞进行回收，最后与主体气体混合；所述的热空气的流量为主体气体流量的1％～5％。10.根据权利要求1-9任一项所述的一种可间歇再生的气态零价汞回收系统，其特征在于：所述系统用于天然气液化前气态零价汞的脱除处理。

技术总结
本发明公开一种可间歇再生的气态零价汞回收系统及其应用，属于天然气液化前气态零价汞的脱除处理领域。该系统包括吸附装置、布设在吸附装置左右两端并可间歇转动的左旋转风阀装置和右旋转风阀装置、与左旋转风阀装置连通的空气加热器、与空气加热器连通的引风机以及与右旋转风阀装置连通的冷凝器；所述左旋转风阀装置与右旋转风阀装置共同将吸附装置在圆周方向上平均分隔出气态零价汞吸附区和吸附剂再生区。本发明利用巧妙的系统设计，不仅能够有效脱除天然气中的气态零价汞，而且能够实现汞的回收与吸附剂的再生，能够有效解决含汞吸附剂的再生与安全处置问题，避免了汞二次暴露的风险，具有非常高的环境效益与经济效益，应用前景广阔。应用前景广阔。应用前景广阔。


技术研发人员：杨士建 梅剑 沈琦 马余磊 吕朋建
受保护的技术使用者：江南大学
技术研发日：2023.05.29
技术公布日：2023/8/23