用于反应性气体的洗涤器的制造方法

文档序号:9427078阅读:549来源:国知局
用于反应性气体的洗涤器的制造方法
【专利说明】
[0001] 本申请是申请号200880104855. 1,申请日为2008年8月29日,发明名称为"用于 反应性气体的洗涤器"的中国专利申请的分案申请。
[0002] 相关申请的交叉引用
[0003] 本申请要求2007年8月29日提交的题为"用于反应性气体的洗涤器"的美国临 时专利申请序号No. 60/968, 846的权利,在此引入其全部内容作为参考。
技术领域
[0004] 本文公开的主题涉及来自气流的反应性气体的洗涤。
【背景技术】
[0005] 来自气流的例如硫化氢(H2S)、氯化氢(HCl)、氨(NH3)等的反应性气体的选择性的 和有效的去除呈现出困难,特别是在要求将这样的化合物去除至气体分析仪几乎检测不出 的水平的气体分析仪的应用中。二元碳酸铜、硫酸镁七水合物和无石棉滑石的混合物可用 作反应性洗涤介质以从气流中除去H2S。或者,负载在氧化铝颗粒上的高锰酸钾混合物可用 作固体洗涤器。这些方法通常不能以合意的效率选择性地除去目标化合物(例如H2S),会生 成不想要的反应副产物,会使得可检测量的目标气体通过,会引起不合意的介质流体化和/ 或过度的温度增加(高锰酸盐),会导致介质作为夹带的气溶胶或颗粒或作为蒸发的气体 从凝聚相迀移至气流中,和/或会需要使用昂贵的介质和/或装置。此外,这些物质的较低 去除效率促使使用过量的洗涤材料。这会增加洗涤器成本和洗涤器尺寸超出实际可接受的 限度和/或引起不可接受的较低洗涤器场寿命和/或不可接受的气流回压。其他方法可包 括使用木炭或活性炭洗涤介质。但是,这些材料对于构成气流所需组分的碳氢化合物具有 亲合力。大规模除去天然气中的H2S也可通过使用胺溶液来完成。在过程化学应用中,该 气体可通过使用在高温下操作的氧化锌(ZnO)床除去。然而这两类方法都会在各自的气流 中留下低ppm级的H2S浓度。

【发明内容】

[0006] 在一方面,方法包括使得包含反应性化合物和一种或多种背景化合物的气体混合 物与洗涤介质接触。该洗涤介质包括与反应性化合物反应的反应性颗粒以将反应性化合物 转化为一种或多种非挥发性产物,所述反应性化合物可以包括气相酸或气相碱。
[0007] 在一个相关的实施方案中,装置包括洗涤单元,所述洗涤单元含有内体积并包括 连接至气体进气流的入口和内体积中的气体经其被净化的出口。洗涤材料包含材料的反应 性颗粒,所述材料与气相反应性化合物在大约100°c以下的洗涤温度下反应以形成非挥发 性表面产物,所述洗涤材料安置在洗涤单元的内体积中。
[0008] 装置可以任选地包括至少一个光谱样品池,用于将光投射入光谱样品池的光源, 用于定量至少一个样品池中的光吸收的检测器,用于将来自洗涤单元的气体混合物的第一 样品导至至少一个样品池以进行背景吸收测量的管和/或阀,其中反应性气体已从气体样 品体积中除去,以及从检测器接收第一样品和第二样品的数据并基于数据进行差分吸收计 算以确定不受气体混合物中其他化合物的背景干扰的气体混合物中的反应性化合物浓度 的处理器。所述管和/或阀也可将气体混合物的第二样品导至至少一个样品池,使得第二 样品不经过洗涤单元,因此反应性气体未被除去。
[0009] 在其他任选的变体中,所述接触保持至少大约1秒。洗涤介质可保持在大约100°C 以下的温度下,或者保持在大约-20°C至85°C的温度下,或者保持在大约-20°C至60°C的温 度下。该方法可任选地进一步包括使第一体积的气体混合物流入包含洗涤介质的洗涤单 元,在反应性化合物的浓度相对于气体混合物中的反应性化合物浓度大幅降低之后使所述 第一体积流出洗涤单元。所述气体混合物流可任选地具有大约0. 1至6SLPM的流速。
[0010] 反应性化合物可为气相酸,且洗涤材料可包括第一空气动力直径为大约250纳米 以下或者为大约100纳米以下的金属氧化物颗粒。所述金属氧化物颗粒可与气相酸进行一 种或多种表面反应以在金属氧化物颗粒表面上形成一种或多种金属阴离子配合物。所述反 应性化合物可包括硫化氢、氯化氢、氟化氢和氨中的一种或多种。所述洗涤介质可任选地进 一步包括相对于一种或多种背景化合物基本上为惰性的载体颗粒。所述金属氧化物颗粒可 浸入载体颗粒中或浸在载体颗粒上。金属氧化物可任选地选自CuO、ZnO、高锰酸钾或碱性 碳酸铜(Π ) [CuCO3 · Cu(OH)2]。所述载体颗粒可任选地具有大约10至250微米或者40至 250微米的第二空气动力直径。在进一步任选的方法中,可将洗涤介质加热至大约150°C以 上的温度,并可将氧化气体流经过洗涤介质,从而通过将表面金属阴离子配合物转化为一 种或多种挥发性物种来再生洗涤介质。反应性颗粒可任选地包括一种或多种与包含碱的气 相反应性化合物反应的酸。
[0011] 在另一相关的实施方案中,制备洗涤介质的方法包括结合第一空气动力直径为大 约250纳米以下的金属氧化物纳米颗粒和具有大于第一空气动力直径的第二空气动力直 径的载体颗粒以形成洗涤介质混合物,以及搅拌该洗涤介质混合物足够的时间以使得金属 氧化物纳米颗粒浸入载体颗粒中或浸在载体颗粒上。在该实施方案的任选变体中,洗涤介 质混合物与溶剂的浆料可在搅拌之前形成。在搅拌之后,可任选地加热所述浆料以除去溶 剂。所述第二空气动力直径可为大约10至250微米,或者为40至250微米。
[0012] 在另一相关的实施方案中,所述组合物包括空气动力直径为大约250纳米以下的 金属氧化物颗粒。金属氧化物颗粒在大约l〇〇°C以下的温度下与一种或多种酸性气体反应 以在金属氧化物颗粒表面上形成金属阴离子产物。所述组合物也可包括空气动力直径为大 约10至250微米,或者为40至250微米的载体颗粒。所述载体颗粒包括用金属氧化物颗 粒浸渍的多孔材料。金属阴离子产物在氧化气体的存在下,在150°C以上的温度下可任选地 转化为挥发性化合物。所述金属氧化物颗粒可任选地通过静电力或范德华力吸附至载体颗 粒。
[0013] 在附图和如下的描述中阐明了本文描述的主题的一个或多个变体的细节。本文描 述的主题的其他特征和优点将通过说明书和附图以及权利要求书而显而易见。
【附图说明】
[0014] 引入并构成本说明书一部分的附图显示了本文公开的主题的某些方面,并与说明 书一起帮助解释与公开的具体实施方案相关的某些原理。在附图中,
[0015] 图1为说明降低气体混合物中反应性化合物的浓度的方法的工艺流程图;
[0016] 图2为说明分析气体混合物或气流中反应性化合物的浓度的方法的工艺流程图;
[0017] 图3为说明制备洗涤介质的方法的工艺流程图;
[0018] 图4为说明与当前公开的主题结合使用的光谱分析系统的示意图;以及
[0019] 图5为说明与当前公开的主题结合使用的第二光谱分析系统的示意图。
【具体实施方式】
[0020] 当前公开的主题,除了其他潜在的优势外,提供了涉及通过生成非挥发性或更易 于去除的产物(例如固体、吸附相化合物、液体等)的表面反应除去或降低气相反应物浓度 的装置、系统、方法、技术和/或制品,所述气相反应物包括例如可充当化学碱或化学酸的 那些,潜在地包括但不限于氏3、此1、册、順3等。能够潜在地提供的一个或多个优势和/或 优点,其包括但不限于除去或大幅降低目标气体的浓度而不会生成不希望的化合物,不会 引起移动洗涤介质的流体化,不会使洗涤介质迀移至流动气流中。其他潜在的优势可包括 延长的操作寿命而无需频繁或定期的维护或更换。所用洗涤介质可以非常便宜,并易于制 造和准备使用。另一优点可包括在大约l〇〇°C以下,或者在大约85°C以下或大约-20°c至 60°C的低温下有效除去各个目标气体。此外,各个反应性痕量化合物的再生或再释放,以及 洗涤介质的再生成易于在合适的高温气氛下完成。固态洗涤材料的使用还可避免或减少洗 涤材料与用于构造洗涤设备的材料和/或易于腐蚀的系统的其他组分之间发生不合意的 相互作用,或者与通常使用的湿洗涤材料发生的其他不合意的化学反应。
[0021] 纳米颗粒金属氧化物代表高度反应性的一类化合物,其能有效并选择性地除去气 体流中的酸性痕量(例如大约1,OOOppmv以下)组分。纳米颗粒通常定义为空气动力直 径(dp-如下定义
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