用于反應(yīng)性氣體的洗滌器的制造方法
【專利說明】
[0001] 本申請是申請?zhí)?00880104855. 1，申請日為2008年8月29日，發(fā)明名稱為"用于 反應(yīng)性氣體的洗滌器"的中國專利申請的分案申請。
[0002] 相關(guān)申請的交叉引用
[0003] 本申請要求2007年8月29日提交的題為"用于反應(yīng)性氣體的洗滌器"的美國臨 時(shí)專利申請序號No. 60/968, 846的權(quán)利，在此引入其全部內(nèi)容作為參考。
技術(shù)領(lǐng)域
[0004] 本文公開的主題涉及來自氣流的反應(yīng)性氣體的洗滌。
【背景技術(shù)】
[0005] 來自氣流的例如硫化氫（H2S)、氯化氫（HCl)、氨（NH3)等的反應(yīng)性氣體的選擇性的 和有效的去除呈現(xiàn)出困難，特別是在要求將這樣的化合物去除至氣體分析儀幾乎檢測不出 的水平的氣體分析儀的應(yīng)用中。二元碳酸銅、硫酸鎂七水合物和無石棉滑石的混合物可用 作反應(yīng)性洗滌介質(zhì)以從氣流中除去H2S。或者，負(fù)載在氧化鋁顆粒上的高錳酸鉀混合物可用 作固體洗滌器。這些方法通常不能以合意的效率選擇性地除去目標(biāo)化合物（例如H2S)，會生 成不想要的反應(yīng)副產(chǎn)物，會使得可檢測量的目標(biāo)氣體通過，會引起不合意的介質(zhì)流體化和/ 或過度的溫度增加（高錳酸鹽），會導(dǎo)致介質(zhì)作為夾帶的氣溶膠或顆?；蜃鳛檎舭l(fā)的氣體 從凝聚相迀移至氣流中，和/或會需要使用昂貴的介質(zhì)和/或裝置。此外，這些物質(zhì)的較低 去除效率促使使用過量的洗滌材料。這會增加洗滌器成本和洗滌器尺寸超出實(shí)際可接受的 限度和/或引起不可接受的較低洗滌器場壽命和/或不可接受的氣流回壓。其他方法可包 括使用木炭或活性炭洗滌介質(zhì)。但是，這些材料對于構(gòu)成氣流所需組分的碳?xì)浠衔锞哂?親合力。大規(guī)模除去天然氣中的H2S也可通過使用胺溶液來完成。在過程化學(xué)應(yīng)用中，該 氣體可通過使用在高溫下操作的氧化鋅（ZnO)床除去。然而這兩類方法都會在各自的氣流 中留下低ppm級的H2S濃度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 在一方面，方法包括使得包含反應(yīng)性化合物和一種或多種背景化合物的氣體混合 物與洗滌介質(zhì)接觸。該洗滌介質(zhì)包括與反應(yīng)性化合物反應(yīng)的反應(yīng)性顆粒以將反應(yīng)性化合物 轉(zhuǎn)化為一種或多種非揮發(fā)性產(chǎn)物，所述反應(yīng)性化合物可以包括氣相酸或氣相堿。
[0007] 在一個相關(guān)的實(shí)施方案中，裝置包括洗滌單元，所述洗滌單元含有內(nèi)體積并包括 連接至氣體進(jìn)氣流的入口和內(nèi)體積中的氣體經(jīng)其被凈化的出口。洗滌材料包含材料的反應(yīng) 性顆粒，所述材料與氣相反應(yīng)性化合物在大約100°c以下的洗滌溫度下反應(yīng)以形成非揮發(fā) 性表面產(chǎn)物，所述洗滌材料安置在洗滌單元的內(nèi)體積中。
[0008] 裝置可以任選地包括至少一個光譜樣品池，用于將光投射入光譜樣品池的光源， 用于定量至少一個樣品池中的光吸收的檢測器，用于將來自洗滌單元的氣體混合物的第一 樣品導(dǎo)至至少一個樣品池以進(jìn)行背景吸收測量的管和/或閥，其中反應(yīng)性氣體已從氣體樣 品體積中除去，以及從檢測器接收第一樣品和第二樣品的數(shù)據(jù)并基于數(shù)據(jù)進(jìn)行差分吸收計(jì) 算以確定不受氣體混合物中其他化合物的背景干擾的氣體混合物中的反應(yīng)性化合物濃度 的處理器。所述管和/或閥也可將氣體混合物的第二樣品導(dǎo)至至少一個樣品池，使得第二 樣品不經(jīng)過洗滌單元，因此反應(yīng)性氣體未被除去。
[0009] 在其他任選的變體中，所述接觸保持至少大約1秒。洗滌介質(zhì)可保持在大約100°C 以下的溫度下，或者保持在大約-20°C至85°C的溫度下，或者保持在大約-20°C至60°C的溫 度下。該方法可任選地進(jìn)一步包括使第一體積的氣體混合物流入包含洗滌介質(zhì)的洗滌單 元，在反應(yīng)性化合物的濃度相對于氣體混合物中的反應(yīng)性化合物濃度大幅降低之后使所述 第一體積流出洗滌單元。所述氣體混合物流可任選地具有大約0. 1至6SLPM的流速。
[0010] 反應(yīng)性化合物可為氣相酸，且洗滌材料可包括第一空氣動力直徑為大約250納米 以下或者為大約100納米以下的金屬氧化物顆粒。所述金屬氧化物顆?？膳c氣相酸進(jìn)行一 種或多種表面反應(yīng)以在金屬氧化物顆粒表面上形成一種或多種金屬陰離子配合物。所述反 應(yīng)性化合物可包括硫化氫、氯化氫、氟化氫和氨中的一種或多種。所述洗滌介質(zhì)可任選地進(jìn) 一步包括相對于一種或多種背景化合物基本上為惰性的載體顆粒。所述金屬氧化物顆粒可 浸入載體顆粒中或浸在載體顆粒上。金屬氧化物可任選地選自CuO、ZnO、高錳酸鉀或堿性 碳酸銅（Π ) [CuCO3 · Cu(OH)2]。所述載體顆?？扇芜x地具有大約10至250微米或者40至 250微米的第二空氣動力直徑。在進(jìn)一步任選的方法中，可將洗滌介質(zhì)加熱至大約150°C以 上的溫度，并可將氧化氣體流經(jīng)過洗滌介質(zhì)，從而通過將表面金屬陰離子配合物轉(zhuǎn)化為一 種或多種揮發(fā)性物種來再生洗滌介質(zhì)。反應(yīng)性顆粒可任選地包括一種或多種與包含堿的氣 相反應(yīng)性化合物反應(yīng)的酸。
[0011] 在另一相關(guān)的實(shí)施方案中，制備洗滌介質(zhì)的方法包括結(jié)合第一空氣動力直徑為大 約250納米以下的金屬氧化物納米顆粒和具有大于第一空氣動力直徑的第二空氣動力直 徑的載體顆粒以形成洗滌介質(zhì)混合物，以及攪拌該洗滌介質(zhì)混合物足夠的時(shí)間以使得金屬 氧化物納米顆粒浸入載體顆粒中或浸在載體顆粒上。在該實(shí)施方案的任選變體中，洗滌介 質(zhì)混合物與溶劑的漿料可在攪拌之前形成。在攪拌之后，可任選地加熱所述漿料以除去溶 劑。所述第二空氣動力直徑可為大約10至250微米，或者為40至250微米。
[0012] 在另一相關(guān)的實(shí)施方案中，所述組合物包括空氣動力直徑為大約250納米以下的 金屬氧化物顆粒。金屬氧化物顆粒在大約l〇〇°C以下的溫度下與一種或多種酸性氣體反應(yīng) 以在金屬氧化物顆粒表面上形成金屬陰離子產(chǎn)物。所述組合物也可包括空氣動力直徑為大 約10至250微米，或者為40至250微米的載體顆粒。所述載體顆粒包括用金屬氧化物顆 粒浸漬的多孔材料。金屬陰離子產(chǎn)物在氧化氣體的存在下，在150°C以上的溫度下可任選地 轉(zhuǎn)化為揮發(fā)性化合物。所述金屬氧化物顆?？扇芜x地通過靜電力或范德華力吸附至載體顆 粒。
[0013] 在附圖和如下的描述中闡明了本文描述的主題的一個或多個變體的細(xì)節(jié)。本文描 述的主題的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將通過說明書和附圖以及權(quán)利要求書而顯而易見。
【附圖說明】
[0014] 引入并構(gòu)成本說明書一部分的附圖顯示了本文公開的主題的某些方面，并與說明 書一起幫助解釋與公開的具體實(shí)施方案相關(guān)的某些原理。在附圖中，
[0015] 圖1為說明降低氣體混合物中反應(yīng)性化合物的濃度的方法的工藝流程圖；
[0016] 圖2為說明分析氣體混合物或氣流中反應(yīng)性化合物的濃度的方法的工藝流程圖；
[0017] 圖3為說明制備洗滌介質(zhì)的方法的工藝流程圖；
[0018] 圖4為說明與當(dāng)前公開的主題結(jié)合使用的光譜分析系統(tǒng)的示意圖；以及
[0019] 圖5為說明與當(dāng)前公開的主題結(jié)合使用的第二光譜分析系統(tǒng)的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 當(dāng)前公開的主題，除了其他潛在的優(yōu)勢外，提供了涉及通過生成非揮發(fā)性或更易 于去除的產(chǎn)物（例如固體、吸附相化合物、液體等）的表面反應(yīng)除去或降低氣相反應(yīng)物濃度 的裝置、系統(tǒng)、方法、技術(shù)和/或制品，所述氣相反應(yīng)物包括例如可充當(dāng)化學(xué)堿或化學(xué)酸的 那些，潛在地包括但不限于氏3、此1、冊、順3等。能夠潛在地提供的一個或多個優(yōu)勢和/或 優(yōu)點(diǎn)，其包括但不限于除去或大幅降低目標(biāo)氣體的濃度而不會生成不希望的化合物，不會 引起移動洗滌介質(zhì)的流體化，不會使洗滌介質(zhì)迀移至流動氣流中。其他潛在的優(yōu)勢可包括 延長的操作壽命而無需頻繁或定期的維護(hù)或更換。所用洗滌介質(zhì)可以非常便宜，并易于制 造和準(zhǔn)備使用。另一優(yōu)點(diǎn)可包括在大約l〇〇°C以下，或者在大約85°C以下或大約-20°c至 60°C的低溫下有效除去各個目標(biāo)氣體。此外，各個反應(yīng)性痕量化合物的再生或再釋放，以及 洗滌介質(zhì)的再生成易于在合適的高溫氣氛下完成。固態(tài)洗滌材料的使用還可避免或減少洗 滌材料與用于構(gòu)造洗滌設(shè)備的材料和/或易于腐蝕的系統(tǒng)的其他組分之間發(fā)生不合意的 相互作用，或者與通常使用的濕洗滌材料發(fā)生的其他不合意的化學(xué)反應(yīng)。
[0021] 納米顆粒金屬氧化物代表高度反應(yīng)性的一類化合物，其能有效并選擇性地除去氣 體流中的酸性痕量（例如大約1，OOOppmv以下）組分。納米顆粒通常定義為空氣動力直 徑（dp-如下定義