一種脫除燃煤煙氣中元素態(tài)汞的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種煙氣凈化方法，特別是采用可回收的磁性材料作為催化劑催化氧 化脫除燃煤煙氣中元素態(tài)汞的方法，屬煙氣凈化技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 汞是三致物質(zhì)(致癌、致畸形、致突變)，也是優(yōu)先控制的污染物之一。全球每年排 放到大氣中汞的總量約為5000 t，其中4000 t是人為的結(jié)果，而燃煤過(guò)程中汞的排放量 占30%以上。根據(jù)有關(guān)規(guī)定火電廠汞及其化合物的排放限值為0.03mg/m3。因此，必須加 強(qiáng)燃煤電廠汞污染排放控制的相關(guān)研究。
[0003] 煙氣中汞的存在形式主要包括三種：氧化態(tài)汞（Hg2+)、顆粒態(tài)汞（Hg p)和元素態(tài)汞 (Hg°)。目前燃煤煙氣脫汞的主要方法分為兩個(gè)方面，即吸附噴射技術(shù)法和以現(xiàn)有的空氣污 染控制裝置為基礎(chǔ)同時(shí)脫汞。吸附噴射技術(shù)法脫汞效率高，但燃煤電站需要處理的煙氣量 很大，因此要消耗大量活性碳吸附劑，且吸附劑后續(xù)處理難，若處理不當(dāng)易造成二次污染。 利用現(xiàn)有污染控制裝置協(xié)同脫汞的方法具有相對(duì)大的優(yōu)勢(shì)。我國(guó)煙氣脫硫脫硝技術(shù)起步較 晚，很多電廠都只有濕法煙氣脫硫裝置。據(jù)統(tǒng)計(jì)燃煤電廠中采用石灰石石膏濕法煙氣脫硫 的機(jī)組占到90%左右。因此利用現(xiàn)有的濕法煙氣脫硫裝置，實(shí)現(xiàn)汞的同時(shí)去除具有重要的 實(shí)用價(jià)值。目前，濕法脫硫裝置只能脫除氧化態(tài)的汞（效率可達(dá)80°Ρ95%)，對(duì)Hg°沒(méi)有脫 除效果。依據(jù)煤種不同，煙氣中Hg°占總汞的比例高達(dá)70%，為此國(guó)內(nèi)外學(xué)者開(kāi)展了氧化脫 除Hg°的研究，將Hg °轉(zhuǎn)化為水溶性的Hg 2+，增加總汞的去除率。但現(xiàn)有脫汞技術(shù)存在以下 不足：（1) 一般反應(yīng)在酸性環(huán)境中才具有較高的脫汞效率，一旦工業(yè)應(yīng)用，因運(yùn)行pH值較 低，設(shè)備腐蝕嚴(yán)重；（2)吸收劑用量大，經(jīng)濟(jì)性差，增加了脫汞成本；（3)吸收劑中添加的金 屬離子(Mn、Cr、Ag、Cu等）作為催化劑，激發(fā)產(chǎn)生自由基氧化元素態(tài)汞，雖脫汞效率較高，但 催化劑不能回收，易引起二次污染，廢水需要額外處理。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種脫除燃煤煙氣中元素態(tài)汞的方法，它具有 脫汞效率高、催化劑易于回收、運(yùn)行費(fèi)用低、不會(huì)帶來(lái)二次污染的特點(diǎn)。
[0005] 本發(fā)明所稱問(wèn)題是由以下技術(shù)方案解決的： 一種脫除燃煤煙氣中元素態(tài)汞的方法，脫除在噴淋吸收塔中進(jìn)行，將制備的吸收劑自 噴淋吸收塔上部噴下，對(duì)由噴淋吸收塔下部煙口引入的燃煤煙氣進(jìn)行噴淋，使燃煤煙氣中 元素態(tài)的汞與吸收劑充分反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)元素態(tài)汞向二價(jià)態(tài)汞的轉(zhuǎn)化；所述吸收劑包括氧化性 添加劑和磁性催化劑，氧化性添加劑與磁性催化劑的質(zhì)量比為2~5 :1，所述氧化性添加 劑為過(guò)一硫酸氫鉀復(fù)合鹽、過(guò)硫酸鈉、過(guò)硼酸鈉、過(guò)碳酸鈉的一種或者多種組合，所述催化 劑為鐵酸鉍、鈷摻雜鐵酸鉍、鈷/鑭摻雜鐵酸鉍、鈷/鍶摻雜鐵酸鉍、鈷/銣摻雜鐵酸鉍中的 一種或幾種混合物。
[0006] 上述脫除燃煤煙氣中元素態(tài)汞的方法，所述吸收劑的制作方法如下：按配比稱取 氧化性添加劑和磁性催化劑，按照每克磁性催化劑添加2-4升高純水的比例將催化劑與高 純水混合，超聲分散1-3分鐘，將pH調(diào)節(jié)至6-12,再在室溫條件下，加入配比量的氧化性添 加劑，機(jī)械攪拌3~5分鐘，即制得吸收劑。
[0007] 上述脫除燃煤煙氣中元素態(tài)汞的方法，所述吸收劑中加入可溶性氯鹽，可溶性氯 鹽為氯化鈉或氯化鉀的一種，可溶性的氯鹽與磁性催化劑的質(zhì)量比為2~3 :1。
[0008] 上述脫除燃煤煙氣中元素態(tài)汞的方法，其特征在于：所述氧化性添加劑與催化劑 的質(zhì)量比優(yōu)選3 :1。
[0009] 上述脫除燃煤煙氣中元素態(tài)汞的方法，所述噴淋吸收塔內(nèi)由上至下設(shè)有除霧器、 噴淋管和集液槽，集液槽內(nèi)的吸收劑經(jīng)循環(huán)栗栗入噴淋管循環(huán)使用，增壓風(fēng)機(jī)自塔下部將 煙氣引入塔內(nèi)，燃煤煙氣在上行過(guò)程中與噴淋管噴出的吸收劑充分反應(yīng)，反應(yīng)調(diào)節(jié)條件為 pH 6~12、反應(yīng)溫度為40°C~80°C、氣體壓力為0. 1-0. 15MPa，經(jīng)過(guò)反應(yīng)凈化的煙氣，經(jīng)除 霧器到塔頂部煙氣出口，再經(jīng)過(guò)煙囪排出。
[0010] 上述脫除燃煤煙氣中元素態(tài)汞的方法，噴淋吸收塔外設(shè)有磁選分離器、吸收劑儲(chǔ) 備罐、反應(yīng)池、過(guò)濾器和干燥機(jī)，集液槽內(nèi)的吸收劑使用一段時(shí)間后抽出送入磁選分離器， 實(shí)現(xiàn)磁性催化劑與廢液的分離，分離出的磁性催化劑送入吸收劑儲(chǔ)備罐按配比復(fù)配吸收劑 重復(fù)使用，分離出的廢液進(jìn)入反應(yīng)池，反應(yīng)池內(nèi)加入與廢液中Hg 2+的摩爾比為1 :1的Na2S 進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)后的廢液栗入過(guò)濾器，沉淀過(guò)濾出的Hg2+排出，過(guò)濾后的廢液經(jīng)干燥、結(jié)晶 后得到可以利用的鉀鹽。
[0011] 本發(fā)明針對(duì)解決現(xiàn)有的石灰石石膏濕法脫硫系統(tǒng)協(xié)同脫汞技術(shù)只能脫除氧化態(tài) 的汞，且脫汞成本高、催化劑不能回收、設(shè)備腐蝕嚴(yán)重等問(wèn)題提出了一種脫除燃煤煙氣中元 素態(tài)汞的方法。所述方法由氧化性添加劑及磁性催化材料組成的吸收劑對(duì)煙氣進(jìn)行噴淋， 使燃煤煙氣中元素態(tài)的汞與吸收劑充分反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)元素態(tài)汞向可溶性的二價(jià)汞的轉(zhuǎn)化，之 后再經(jīng)過(guò)Na 2S與溶液中Hg2+反應(yīng)形成HgS沉淀，過(guò)濾后即可去除溶液中Hg2+。本發(fā)明方法通 過(guò)磁選分離技術(shù)可以回收催化劑，節(jié)約元素態(tài)汞的脫除成本。試驗(yàn)表明，采用本發(fā)明方法， 當(dāng)煙氣中元素態(tài)汞的濃度為10~50ug/m 3時(shí)，吸收劑對(duì)煙氣中元素態(tài)的汞的吸收率至少達(dá) 到70%，最佳條件下脫汞的效率可達(dá)到或超過(guò)90%。相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有吸收劑利用 率高、磁性催化劑可重復(fù)使用、無(wú)二次污染、操作簡(jiǎn)便、運(yùn)行穩(wěn)定、產(chǎn)物易處理，便于推廣應(yīng) 用等特點(diǎn)。本發(fā)明不僅適用于大型鍋爐，而且適用于中、小型鍋爐和其它煙氣汞脫除技術(shù)領(lǐng) 域，具有廣闊的應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0012] 圖1是本發(fā)明的工藝流程圖。
[0013] 圖中各標(biāo)號(hào)如下：1.增壓風(fēng)機(jī)；2.噴淋吸收塔；3.噴淋管；4.除霧器；5.集 液槽；6.循環(huán)栗；7.第一漿液栗；8.磁選分離器；9.吸收劑儲(chǔ)備罐；10.第二漿液栗； 11.反應(yīng)池；12.干燥機(jī)；13.第三漿液栗；14.過(guò)濾器；15.煙囪。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 參看圖1，本發(fā)明的工藝過(guò)程如下：增壓風(fēng)機(jī)1將燃煤煙氣由噴淋吸收塔2的下部 引入噴淋吸收塔內(nèi)，循環(huán)栗6將集液槽5內(nèi)的吸收劑抽出，經(jīng)過(guò)噴淋管3對(duì)煙氣進(jìn)行噴淋， 燃煤煙氣在上行過(guò)程中，其含有的HgO與吸收劑發(fā)生反應(yīng)，運(yùn)行pH范圍為6~12。在較高 的pH條件下設(shè)備不易酸腐，同時(shí)經(jīng)實(shí)驗(yàn)表明，該pH范圍內(nèi)有利于催化劑激發(fā)氧化性添加劑 的活性，促使其產(chǎn)生大量自由基，將元素態(tài)汞的去除。反應(yīng)溫度為40°C~80°C，氣體壓力 0. 1-0. 15MPa的條件下，燃煤煙氣中元素態(tài)的汞與吸收劑充分反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)元素態(tài)汞向二價(jià) 態(tài)汞的轉(zhuǎn)化。噴淋塔中按照吸收劑與煙氣比為7-9L/ m3進(jìn)行噴淋。
[0015] 經(jīng)過(guò)反應(yīng)凈化的煙氣，經(jīng)除霧器4到塔頂部煙氣出口，再經(jīng)過(guò)煙囪15排出。噴淋吸 收塔外設(shè)有磁選分離器8、吸收劑儲(chǔ)備罐9、反應(yīng)池11、過(guò)濾器14和干燥機(jī)12。當(dāng)集液槽槽 內(nèi)循環(huán)使用的吸收劑中氧化性添加劑的濃度降低到初始濃度的10-15%時(shí)(氧化性添加劑 的初始濃度為〇. 5~2. 5g/L)，由第一漿液栗7抽出送入磁選分離器8分離磁性催化劑，分 離出的磁性催化劑送至吸收劑儲(chǔ)備罐9重復(fù)使用，吸收劑儲(chǔ)備罐9存儲(chǔ)按配比配置的吸收 劑。由第二漿液栗將吸收劑儲(chǔ)備罐中的吸收劑抽出送入噴淋吸收塔內(nèi)。由磁選分離器分離 出的含有Hg 2+的廢液送入反應(yīng)池11，反應(yīng)池內(nèi)加入與廢液中Hg2+的摩爾比為1 :1的Na2S 進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)后的廢液由第三漿液栗13栗入過(guò)濾器14,沉淀過(guò)濾出Hg2+排出，過(guò)濾后的 廢液經(jīng)干燥機(jī)12干燥、結(jié)晶后得到可以利用的鉀鹽。
[0016] 本發(fā)明所述吸收劑包括氧化性添加劑和磁性催化劑，氧化性添加劑與磁性 催化劑的質(zhì)量比為2~5 :1，優(yōu)選3 :1。所述氧化性添加劑為過(guò)一硫酸氫鉀復(fù)合鹽 (2KHS05*KHS04*K2S04)、過(guò)硫酸鈉（Na2S208)、過(guò)硼酸鈉（NaB03)、過(guò)碳酸鈉（Na2C04)的一 種或者多種組合，所述催化劑為鐵酸鉍（BiFe03)、鈷摻雜鐵酸鉍（Co/ BiFe03)、鈷/鑭摻雜 鐵酸鉍（Co/ La/BiFe03)、鈷/鍶摻雜鐵酸鉍（Co/ Sr/BiFe03)、鈷/銣摻雜鐵酸鉍（Co/Rb /BiFe03)中的一種或幾種混合物。
[0017] 其中：鈷摻雜鐵酸鉍中鈷原子和鐵原子的摩爾比為1~3 :7~9。 鈷/鑭摻雜鐵酸鉍中鈷原子、鑭原子、鐵原子的摩爾比為1~3 :1 :6~8。
[0018] 鈷/鍶摻雜鐵酸鉍中鈷原子、鍶原子、鐵原子的摩爾比為1~3 :1 :6~8。
[0019] 鈷