脫除煙氣中汞的方法

2023-09-18 17:33:00 1

專利名稱：脫除煙氣中汞的方法
技術領域：
本發明涉及一種脫除煙氣中汞的方法，利用膜分離技術，可以應用於煤電廠和固體垃圾焚燒站的煙氣脫汞，屬環境保護廢氣處理技術領域。
背景技術：
汞是人們熟知的重金屬汙染物之一，它存在於大氣、水體、土壤和巖層(尤其是煤)中。無機汞在自然界中受到微生物的作用而轉化成有機汞，它們可以沿著食物鏈傳遞至人體並在人體內富集。全球汞排量的持續增加主要出自人類的活動，目前各種人為的大氣汞排量為每年1900→2200噸。最大的汞汙染源是燃煤電廠，我國是世界上最大的用煤國，大氣中汞的年均沉降值大於70μg/m3，是全球範圍內大氣汞汙染最為嚴重的區域之一。
燃煤煙氣中汞的形態主要以氣態單質汞(Hg0)、氣態二價離子汞(Hg2+)和顆粒態汞(Hgp)三種形態存在。不同形態的汞在大氣中的物理和化學性質有很大差異。在鍋爐燃燒過程中，煤中的汞大部分以Hg0的形式進入煙氣中，部分Hg0在煙氣冷卻過程中被氧化，其中以生成HgCl2為主，另外還有HgO、HgSO4和Hg(NO3)·2H2O等。顆粒態的固相汞容易被飛灰吸附，經過除塵裝置時被分離到灰渣中而去除。離子汞的化學性質不穩定且溶於水，在汞總排量中這部分汞所佔的比例較高且相對較容易被去除。而單質汞具有較高的蒸汽為難溶於水，相對比較穩定，難以被現有的汙染控制設備收集而直接排入大氣。
目前，煙氣脫汞的主要方法有吸附法、利用現有脫硫裝置的水洗法、電暈放電等離子技術以及電催化氧化法等。吸附法又可以分為固定床和吸附劑粉末噴灑。固定床法主要採用活性炭、飛灰、鈣基類物質等作吸附劑，吸附劑粉末噴灑一般採用活性炭粉末噴射到煙道中，與煙氣混合的同時吸附氣相汞，然後通過氣固分離以達到除汞的目的。吸附法操作簡單(尤其是固定床工藝)，對裝置要求不高，但是吸附法成末高(吸附劑價格昂貴)，用過的吸附劑造成二次汙染，並且對燃煤煙氣中單質汞不能達到很有效的去除。利用現有的有些脫硫裝置也可以達到一定的脫汞率，該法主要針對易溶於水的離子地，典型的溼法脫硫裝置可以脫除80～90％離子汞。此工藝的缺點是生成含汞的廢水或有害的石膏，且對脫單質汞基本無效。近年來，有報導利用等離子技術進行煙氣脫汞，但是由於煙氣汞的濃度低，難以被捕捉，此技術仍停留於實驗階段。最近，美國First Energy和Power Span公司聯合研發了電催化氧化法過程，並獲得了專利。該法通過在介質阻擋放電器中，對煙道氣中的流體物進行高度氧化，從而實現對燃煤煙氣中的汞以及SO2、NOX和小顆粒物質同時進行脫除，但是由於能耗高，同樣處於研究階段。另外，氧化法一般同時氧化煙氣中的酸性氣體，生成的產物易引起煙道耐火材料的腐蝕。

發明內容
本發明一種脫除煙氣中汞的方法，其特徵在於利用類Nafion分離膜進行煙氣脫汞；其煙氣脫汞的過程如下含汞煙氣首先通過流量計、閥門進入類Nafion膜分離器即膜反應器，含汞煙氣中氣相離子汞和單質汞首先吸附在膜分離器的吸附膜層表面，吸附的離子汞與器內存在的磺酸化合物起作用，也即吸附的汞離子與器內分離膜上的磺酸發生離子交換反應，在分離膜表面形成磺酸地；單質汞則被氧化成離子態，隨後再生成磺酸汞；吸附的汞離子通過滲透擴散經分離膜層面到達解吸面；分離器解吸面一側有洗脫氣循環控制器提供洗脫氣HCl或H2S氣體，通過管道、閥門進入膜分離器或膜反應器內的解吸面一側；在解吸面，通入的洗脫氣與汞離子生成HgCl2或HgS固體，該汞鹽自膜分離器或膜反應器底部排出，進入汞鹽收集器中；而洗脫氣通過洗脫氣循集控制器重複循環送至膜分離器或膜反應器中；分離器膜表面吸附的離子汞與磺酸發生離子交換反應形成磺酸汞的反應式如下Hg2++2HSO3-R→Hg(SO3-R)2+2H+；單質汞被氧化成離子態，再生成磺酸汞的反應式如下Hg+2HSO3-R→Hg(SO3-R)2+H2。
本發明一種脫除煙氣中汞的方法的類Nafion膜分離器即膜反應器的系統裝置，它包括有膜分離器即膜反應器、流量計、汞鹽收集器、洗脫氣循環控制器、三通閥、管路等；其特徵是膜分離器或膜反應器中間位置設有一Nafion膜或改性Nafion膜，該膜的二側面一為吸附層面呈一為解吸面；在膜分離器或膜反應器的右側設有含汞煙氣進入並計量的流量計，通過管路經三通閥與膜與離器或膜反應器的吸附層面一側底部相連接；在膜分離器或膜反應器的左側設有一洗脫氣循環控制器，它通過管路經三通閥上膜分離器或膜反應器的解吸面一側頂部相連接；在該處的底部有管道與汞鹽收集器相連接，以收集洗脫氣與汞反應後的汞鹽生成物；在膜分離器或膜反應器的左側為由洗脫氣循環控制器、三通閥、汞鹽收集器、管路組成的洗脫氣的循環工作系統；膜分離器或膜反應器的右側上部還設有Hg、Hg++分析裝置及氣體分析裝置，其一端與吸收池相連接，作為另外部分廢氣的處理。
本發明的優點和效果如下提出了一種含汞煙氣的除汞方法，利用類Nafion分離膜，並採用洗脫氣與被吸附的汞離子或汞反應生成較純的汞鹽，收集後容易處理，可用作化工原料。本發明工藝簡單，操作方便，且在煙氣中脫汞的效率較高，可以用於煤電廠和固體垃圾焚燒場的脫汞，對環境保護來說提供了一種新方法。


圖1為本發明煙氣脫汞的膜分離器系統裝置的簡單示意圖。
具體實施例方式
現將本發明的具體實施例敘述於後。
實施例1參見圖1，本實施例中脫除煙氣中汞的方法是利用類Nafion膜分離器，也即膜反應器為主的系統裝置。該系統裝置包括有膜分離器即膜反應器、流量計、汞鹽收集器、洗脫氣循環控制器、三通閥、管路等；膜分離器或膜反應器中間位置設有Nafion分離膜，該膜的二側面一為吸附層面，另一為解吸面；在膜分離器或膜反應器的右側設有含汞煙進進入並計量的流量計，通過管路經三通閥與膜分離器或膜反應器的吸附層面一側的底部相連接；在膜分離器的左側設有一洗脫氣循環控制器，它通過管路經三通閥與膜分離器或膜反應器的解吸面一側的頂部相連接；在該處的底部有管道與下面所設置的汞鹽收集器相連接，以收集洗脫氣與汞反應後的汞鹽生成物；在膜分離器或膜反應器的左側為由洗氣脫循生控制器、三通閥、汞鹽收集器、管路組成的洗脫氣的循環工作系統；膜分離器或膜反應器的右側上部還設有Hg、Hg++分析裝置及氣體分析裝置，其一端通過管道與吸收池相連通，作為另外部分廢氣的處理。
本實施例中煙氣脫汞的操作方法及其工作過程如下所述含汞的煙氣經過流量計以控制煙氣流量，通過管路、三相閥，從底部進入膜分離器即膜反應器，並進入Nafion分離膜右側的吸附膜層面，使煙氣中的汞離子和汞被吸附在該吸附膜層面上；膜分離器或膜反應器內事先盛放有磺酸化合物，吸附的汞離子或汞單質與器內的分離膜上的磺酸發生離子交換反應，在膜表面形成磺酸汞；磺酸汞或其汞離子通過滲透擴散經吸附膜層面到達分離膜的左側的解吸面；在解吸面一側有洗脫離子在解吸面上發生反應，生成HgS固體沉澱物，該汞鹽可從膜分離器或膜反應器的底部排出，並進入下面設置的汞鹽收集器中。洗脫氣則通過洗脫氣循環控制器重複循環送至膜分離器或膜反應器中。
部分廢氣可分流通過管道經Hg、Hg++分析裝置和氣體分析裝置進入吸收池作輔助處理。
權利要求
1.一種脫除煙氣中汞的方法，其特徵在於利用類Nafion分離膜進行煙氣脫汞；其煙氣脫汞的過程如下含汞煙氣首先通過流量計、閥門進入類Nafion膜分離器即膜反應器，含汞煙氣中氣相離子汞和單質汞首先吸附在膜分離器的吸附膜層表面，吸附的離子汞與器內存在的磺酸化合物起作用，也即吸附的汞離子與器內分離膜上的磺酸發生離子交換反應，在分離膜表面形成磺酸地；單質汞則被氧化成離子態，隨後再生成磺酸汞；吸附的汞離子通過滲透擴散經分離膜層面到達解吸面；分離器解吸面一側有洗脫氣循環控制器提供洗脫氣HCl或H2S氣體，通過管道、閥門進入膜分離器或膜反應器內的解吸面一側；在解吸面，通入的洗脫氣與汞離子生成HgCl2或HgS固體，該汞鹽自膜分離器或膜反應器底部排出，進入汞鹽收集器中；而洗脫氣通過洗脫氣循集控制器重複循環送至膜分離器或膜反應器中；分離器膜表面吸附的離子汞與磺酸發生離子交換反應形成磺酸汞的反應式如下Hg2++2HSO3-R→Hg(SO3-R)2+2H+；單質汞被氧化成離子態，再生成磺酸汞的反應式如下Hg+2HSO3-R→Hg(SO3-R)2+H2。
2.權利要求一種脫除煙氣中汞的方法的類Nafion膜分離器即膜反應器的系統裝置，它包括有膜分離器即膜反應器、流量計、汞鹽收集器、洗脫氣循環控制器、三通閥、管路等；其特徵是膜分離器或膜反應器中間位置設有一Nafion膜或改性Nafion膜，該膜的二側面一為吸附層面呈一為解吸面；在膜分離器或膜反應器的右側設有含汞煙氣進入並計量的流量計，通過管路經三通閥與膜與離器或膜反應器的吸附層面一側底部相連接；在膜分離器或膜反應器的左側設有一洗脫氣循環控制器，它通過管路經三通閥上膜分離器或膜反應器的解吸面一側頂部相連接；在該處的底部有管道與汞鹽收集器相連接，以收集洗脫氣與汞反應後的汞鹽生成物；在膜分離器或膜反應器的左側為由洗脫氣循環控制器、三通閥、汞鹽收集器、管路組成的洗脫氣的循環工作系統；膜分離器或膜反應器的右側上部還設有Hg、Hg++分析裝置及氣體分析裝置，其一端與吸收池相連接，作為另外部分廢氣的處理。
全文摘要
本發明涉及一種脫除煙氣中汞的方法，利用膜分離技術，可以應用於煤電廠和固體垃圾焚燒站煙氣脫汞，屬環境保護廢氣處理技術領域。本發明採用類Nafion分離膜進行煙氣脫汞，含汞煙氣進入膜分離器對應器，在分離膜一側的吸附膜層面上，煙氣中的汞離子或汞單質被吸附，在該處與器內的磺酸化合物發生離子交換反應，生成磺酸汞；該物質或其汞離子通過滲透擴散經分離膜層面到達分離膜另一側的解吸膜層面上，與由洗脫氣循環控制器供送的HCl或H
文檔編號B01D53/74GK101053752SQ20071003741
公開日2007年10月17日 申請日期2007年2月9日 優先權日2007年2月9日
發明者孫儉, 王慧, 王瑤, 李在威, 唐永春 申請人:上海大學