本发明涉及气体脱汞的环保领域。更具体地，涉及一种超重力天然气除汞净化系统装置。
背景技术：
汞是一种剧毒重金属元素，是唯一能在常温下呈液态且易流动的金属，其蒸汽压相对较高，容易挥发成汞蒸汽。天然气的主要成分是气体烃类，此外，也含有少量的非烃类和惰性气体。全球各类气田天然气中大多都含有痕量的金属元素及其化合物，其中包括极微量的元素汞，并且在不同的气田中汞含量的差异很大。目前，太平洋周边地区的气田，汞的含量已从或30μg/m3或40μg/m3增加到1000μg/m3以上。近年来，随着天然气处理厂中因汞腐蚀设备所导致的事故频繁发生，汞的危害日益受到关注。表1列举了国内部分地区及气田天然气中汞含量状况。
表1国内部分地区及气田天然气中的汞含量
从汞在天然气处理装置中的分布情况来看，汞具有很强的迁移性，极易扩散到处理厂其他金属材料表面。天然气中含汞，不仅会引起天然气处理装置的低温系统设备严重腐蚀，而且汞也会通过处理装置进入生产污水、凝析油和大气环境中，给环境和人员健康带来巨大威胁；在天然气化工中，汞还会引起贵金属催化剂中毒失活，造成巨大经济损失。因此，对于含汞天然气在脱水脱烃之前必须预先进行脱汞处理。
目前，国内外天然气脱汞的方法主要有化学吸附、低温分离、溶液吸收、阴离子树脂和膜分离等，低温分离过程具有很显著的脱汞效果；然而，事实上，根据实验研究和现在运行的脱汞装置来看，化学吸附脱汞工艺在经济性、脱汞 效果和环保方面都优于其他脱汞工艺，在国内外天然气脱汞装置中得到了广泛的应用。
与化学吸附法相比，低温分离脱汞引起的二次污染问题不容忽视，不建议采用低温分离法脱汞，而阴离子树脂法、膜分离法使用范围较窄，工业应用较少，有的还处于开发研究阶段，因此化学吸附法和溶液吸收法是天然气主要的脱汞方法。
化学吸附法通常采用装有脱汞吸附剂的固定床对含汞天然气进行脱汞处理，根据脱汞剂是否可以再生循环利用，可将化学吸附脱汞分为不可再生脱汞和可再生脱汞。但吸附法主要存在如下局限：(1)温度控制困难，且气体流速受压降限制不能太大，造成床层中传热性能较差，影响脱除效率；(2)吸附剂的再生、更换不方便，高浓度含汞气体的脱汞过程需要频繁再生、更换后才能重新利用，连续操作困难。所以化学吸收法仅适用于低浓度汞的脱除。
溶液吸收脱汞主要是先用强化剂将汞离子化，形成汞的阳离子，然后与复合剂作用生成易溶性汞复合物，易溶性复合物再溶于有效溶剂中，从而完成整个脱汞过程。溶液吸收法处理范围广，成本低，适用于高浓度含汞气体的脱除。溶液吸收法属于化学吸收范畴，过程受传质限制，在传统工艺或设备中，很难实现传质与反应的匹配，导致脱汞过程吸收液需求量大，效率低、处理成本高等问题。且溶液吸收法目前仅仅在化工领域有工业应用，在天然气行业还没有应用的实例。
所以针对高浓度含汞气体，需要寻求一种新的化工过程强化技术，开发高效、深度、低成本的脱汞工艺。
技术实现要素：
本发明的一个目的在于提供一种超重力天然气除汞净化系统装置，以有效解决高浓度含汞气体的深度脱汞问题，提高溶液吸收法脱汞过程的效率，提高氧化剂利用率，降低氧化剂用量，提高吸附剂使用周期，进而实现高浓度含汞气体的高效、低成本脱汞。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种超重力天然气除汞净化系统装置，该装置包括超重力氧化系统、汞沉淀系统、电解槽、第一气液分离系统、第二气液分离系统、过滤系统和固定床；
所述第一气液分离系统的气体出口与超重力氧化系统的气体入口连接；
所述超重力氧化系统的气体出口与第二气液分离系统的气体入口连接；
所述第二气液分离系统的气体出口与固定床的气体入口连接；
所述超重力氧化系统的液体出口与汞沉淀系统的入口连接；
所述汞沉淀系统的出口与过滤系统的入口连接；
所述过滤系统的液体出口与电解槽的入口连接；
所述电解槽的出口与超重力氧化系统的液体进口连接；
所述第二气液分离系统的液体出口与电解槽的入口连接；
所述原始气体经超重力氧化系统的气体入口进入超重力氧化系统，经超重力脱汞装置脱硫脱汞后，气体进入固定床进行深度吸附脱汞，深度脱汞后的气体由气体出口排出。
优选地，该装置还包括超重力脱硫系统，所述超重力脱硫系统的气体出口与第一气液分离系统的气体入口连接，所述原始气体经超重力脱硫系统的气体入口进入超重力脱硫系统。
优选地，该装置还可包括再生系统，所述第一气液分离系统的液体出口与再生系统的入口连接，所述第一气液分离系统的液体出口与再生系统的入口之间设有阀门。
优选地，所述过滤系统设有汞沉淀物排出口，所述汞沉淀物排出口设有控制阀。
优选地，所述电解槽的出口与超重力氧化系统的液体进口之间设有阀门
优选地，所述第二气液分离系统的液体出口与电解槽的入口之间设有阀门。
优选地，所述超重力氧化系统包括超重力机或鼓泡塔。
优选地，所述超重力机在密闭的壳体中设有转动部件，在壳体及上盖上开有液体进、出口及气体进、出口；所述转动部件由转子和填料组成；所述填料选自金属丝网填料、聚四氟填料、陶瓷填料、结构化填料或规整填料；所述液体进口设有延伸到转子中心空腔中的液体分布器。
优选地，所述超重力氧化系统内置有氧化剂，所述氧化剂选自KMnO4、NaClO2、K2S2O8或H2O2。
优选地，所述第一气液分离系统包括第一气液分离罐，所述第二气液分离系统包括第二气液分离罐；
所述第一气液分离罐，用于除去从超重力脱硫系统排出的气体中夹带的吸收液；
所述第二气液分离罐，用于除去从超重力氧化系统排出的气体中夹带的氧化剂。
优选地，所述超重力脱硫系统包括超重力机或吸收塔。
优选地，所述超重力脱硫系统中置有吸收液，所述吸收液选自甲基二乙醇胺(MDEA)、络合铁溶液、888栲胶、氨水、烧碱、纯碱。
优选地，所述汞沉淀系统内置有沉淀剂，所述沉淀剂选自硫酸盐、氢氧化物、硫化物、碳酸盐或卤化物。
优选地，所述过滤系统包括板框过滤器或离心过滤机。
优选地，所述固定床内置有载硫活性碳或分子筛。
优选地，所述超重力脱硫系统和超重力氧化系统的超重力机的重力加速度为0-1000g。
超重力技术是一项强化传质、混合和化学反应的新技术，该技术利用超重力旋转床内部转子旋转产生的离心力模拟超重力环境来强化传递和反应过程，大幅度地提高传递与反应过程的效率，超重力旋转床装置主要包括密闭的壳体，内有一个旋转的转子，转子上有环形填料层，不同的流体从壳体相应的入口流入旋转床，在旋转的填料层中的离心力场下(即超重力环境)进行传质过程，传质速率比传统的各反应器中提高1～3个数量级。对旋转床强化传质过程原理的一般认识是：流体在离心力场环境下被撕裂成细小的液滴、液丝或液膜，产生大量的快速更新的表面积，大大强化传质和混合过程。
本发明的有益效果如下：
本发明工艺先采用超重力机脱除天然气中大部分的汞，再采用固定床吸附法进一步脱除残余汞，这样可以有效结合超重力机的高效传质性能与固定床深度吸附所具有的特点，实现深度脱除气体中高浓度有害气体汞。为天然气中高浓度有害气体汞低压降深度脱除提供了一种高效、低成本脱汞工艺及装置，同时，该超重力设备具有造价低、操作弹性大、占地面积小特点，适合天然气、过程气等的脱汞过程。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出本发明装置的示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
一种超重力天然气除汞净化系统装置，该工艺装置包括超重力氧化系统6、汞沉淀系统7、电解槽11、第一气液分离系统4、第二气液分离系统18、过滤系统8和固定床19；第一气液分离系统4的气体出口与超重力氧化系统6的气体入口连接；超重力氧化系统6的气体出口与第二气液分离系统18的气体入口连接；第二气液分离系统18的气体出口与固定床19的气体入口连接；超重力氧化系统6的液体出口与汞沉淀系统7的入口连接；汞沉淀系统7的出口与过滤系统8的入口连接；过滤系统8的液体出口与电解槽11的入口连接；电解槽11的出口与超重力氧化系统6的液体进口连接；第二气液分离系统18的液体出口与电解槽11的入口连接；原始气体经超重力氧化系统的气体入口进入超重力氧化系统，经超重力脱汞装置脱硫脱汞后，气体进入固定床进行深度吸附脱汞，深度脱汞后的气体由气体出口排出。
该系统装置还包括超重力脱硫系统2，超重力脱硫系统2的气体出口与第一气液分离系统4的气体入口连接，原始气体经超重力脱硫系统2的气体入口进入超重力脱硫系统。
该系统装置还可包括再生系统3，第一气液分离系统4的液体出口与再生系统3的入口连接，第一气液分离系统4的液体出口与再生系统3的入口之间设有阀门5；过滤系统8设有汞沉淀物排出口10，所述汞沉淀物排出口设有控制阀9；所述电解槽11的出口与超重力氧化系统6的液体进口之间设有阀门13；所述第二气液分离系统18的液体出口与电解槽11的入口之间设有阀门15。
超重力氧化系统包括超重力机或鼓泡塔；超重力机在密闭的壳体中设有由转子和填料组成的转动部件，在壳体及上盖上开有液体进、出口及气体进、出口；液体进口设有延伸到转子中心空腔中的液体分布器；转动部件中的填料可为但不局限于金属丝网填料、聚四氟填料、陶瓷填料、结构化填料或规整填料；超重力氧化系统内置有氧化剂，氧化剂选自KMnO4、NaClO2、K2S2O8或H2O2。
第一气液分离系统包括第一气液分离罐，第二气液分离系统包括第二气液分离罐；
第一气液分离罐，用于除去从超重力脱硫系统排出的气体中夹带的吸收液；
第二气液分离罐，用于除去从超重力氧化系统排出的气体中夹带的氧化剂。
超重力脱硫系统包括超重力机或吸收塔；超重力脱硫系统中置有吸收液，吸收液选自甲基二乙醇胺(MDEA)、络合铁溶液、888栲胶、氨水、烧碱、纯碱。
汞沉淀系统内置有沉淀剂，沉淀剂选自硫酸盐、氢氧化物、硫化物、碳酸盐或卤化物。
过滤系统的过滤设备可为板框过滤器或离心过滤机。
固定床内可置有载硫活性碳或分子筛。
本发明中的超重力脱硫系统和超重力氧化系统的超重力机的重力加速度优选0-1000g。
如图1所示，含硫含汞的天然气1，先通过超重力机2进行脱硫，使进入超重力机中的天然气1和吸收液进行充分混合，从而达到脱硫的效果，同时也可脱除大部分汞；从超重力机2上部出来的气体进入气液分离罐4，脱硫后的富液，可外派或送往再生系统3重复利用，气液分离罐4与再生系统3之间设有阀门5；从气液分离罐4出来的气体进入超重力机6与汞氧化剂进行充分混合，使天然气中的汞被氧化成Hg2+，氧化后的汞以液体形式进入汞沉淀反应器7，与从另一入口进入汞沉淀反应器7的汞沉淀剂16进行充分混合生成汞沉淀物，汞沉淀物从汞沉淀反应器7排出进入过滤器8，汞沉淀物在过滤器8中被过滤，过滤出的含汞沉淀物10排出后做深埋处理，过滤器8排出汞沉淀物的出口处设有阀门9。超重力机6中的氧化剂被还原后以液体形式进入汞沉淀反应器7，随后进入过滤器8，过滤器8中的液体进入电解槽11，被还原的氧化剂在电解槽中通过电解再生，经回流泵12重新送入超重力机6内循环利用，回流泵12和超重机6之间设有阀门13；从超重力机6内出来的气体进入气液分离罐18内，气液分离罐18则将气体中带出来的部分氧化剂溶液通过液体出口排到电解槽11中回收利用，气液分离罐18与电解槽11的液体入口之间设有阀门15，分离的气体通到固定床19内，在固定床19内通过吸附法进行深度脱汞，吸附剂可以选用载硫活性碳等，经该步骤脱汞后，气体含汞量可降至合理水平，最终得到纯净气体20，将固定床19内吸附的汞化物21进行处理。
对于不含硫或者含硫浓度极低的气体，可以将脱硫部分省略，直接将气体通入到超重力机6中进行处理。
以下为应用本发明装置进行天然气脱硫脱汞的例子。
实施例1：
天然气气量10000Nm3/h，硫含量为10000ppm，汞含量为98μg/m3，温度常温，压力1.36MPa，超重力脱硫脱汞设备的水平均为300g，将天然气通入含有硫吸收液的超重力机4中，对出口气体各物质浓度进行检测，得出硫基本都被吸收，汞被吸收33％，此时浓度为65.66μg/m3，再将脱硫后的气体通入超重力机6中氧化脱汞，超重力机6水平为410g，气体经气液分离罐后检测，汞的浓度为1.31μg/m3，脱出率约为98％。此时再将天然气通到载硫活性炭的固定床反应器中，最终得到纯净天然气，此时出口浓度为0.007μg/m3，脱汞率为99.5％。
实施例2：
天然气气量100000Nm3/h，硫含量为10000ppm，汞含量为1000μg/m3，温度常温，压力1.0MPa，超重力脱硫设备水平为400g，将天然气通入含有硫吸收液的超重力机4中，对出口气体各物质浓度进行检测，得出硫基本都被吸收，汞被吸收35％，此时浓度为670μg/m3，再将脱硫后的气体通入超重力机6氧化脱汞，超重力机6水平为450g，气体经气液分离罐后检测，此时汞的浓度为29.5μg/m3，脱出率为95.6％。再将天然气通到载银分子筛中，最终得到纯净天然气，此时出口浓度为0.009μg/m3，脱汞率为99.97％。
实施例3：
含硫含汞气体3000Nm3/h，硫含量为10000ppm，汞含量为5000μg/m3，温度常温，压力0.1MPa，超重力脱硫设备水平为380g，将天然气通入含有硫吸收液的超重力机4中，对出口气体各物质浓度进行检测，得出硫基本都被吸收，汞被吸收38％，此时浓度为3100μg/m3，再将脱硫后的气体通到超重力机6中氧化脱汞，超重力机6水平为360g，气体经气液分离罐后检测，此时汞的浓度为55.8μg/m3，脱出率为98.2％。再将天然气通到载硫活性炭的固定床反应器中，最终得到纯净天然气，此时出口浓度为0.01μg/m3，脱汞率为99.99％。
实施例4：
天然气气量200000Nm3/h，硫含量为10000ppm，汞含量为800μg/m3，温度常温，压力2.0MPa，超重力脱硫设备水平为300g，将天然气通入含有硫吸收液的超重力机4中，对出口气体各物质浓度进行检测，得出硫基本都被吸收，汞被吸收36％，此时浓度为800μg/m3，再将脱硫后的天然气通到超重力机6中氧化脱汞，超重力机6水平为390g，气体经气液分离罐后，检测可得汞的 浓度为54μg/m3，脱出率为93.25％，此时再将天然气通到载银分子筛中，最终得到纯净天然气，出口浓度为0.006μg/m3，此时脱汞率为99.99％。
实施例5：
不含硫天然气气量3000Nm3/h，汞含量为500μg/m3，温度常温，压力0.3MPa，超重力脱汞设备水平为350g，将天然气通到超重力机6中氧化脱汞，在气液分离罐后检测可得此时汞浓度为12.4μg/m3，脱除率为97.5％，再将天然气通到载硫活性炭中，最终得到出口浓度为0.005μg/m3的纯净天然气，此时脱汞率为99.96％。
实施例6：
不含硫天然气气量250000Nm3/h，汞含量为5000μg/m3，温度常温，压力1.4MPa，超重力脱汞设备水平为400g，将天然气通到鼓泡塔氧化设备中，使汞进行氧化，在通入汞沉淀反应器7中进行处理，最终在气液分离罐后检测可得汞的脱除率为98.5％，此时浓度为75μg/m3，再将天然气通到载银分子筛中，最终得到出口浓度为0.01μg/m3的纯净天然气，此时脱汞率为99.99％。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。