专利名称：一种烟气多污染物控制技术中汞回收的装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种烟气多污染物控制技术中汞回收的装置及方法，属环境污染控制技术领域。
背景技术：
汞作为全球性主要重金属毒性污染物而倍受关注。2003年初，联合国环境规划署发表的一份调查报告指出，燃煤电厂是最大的人为汞污染源。据统计，2005年全球人为汞排放量约为1930吨，其中约45%的汞排放来自化石燃料的燃烧。而我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国，1995-2005年间，我国燃煤电厂每年汞的排放量以7%的平均增长率高速递增，2010年我国煤炭消费量超过33亿吨，其中50%用于火力发电，燃煤电厂汞的排放约 150t/a。由于大气汞具有迁移沉降特性，汞污染对环境的长期性危害是不容忽视的，因此， 在我国开展燃煤烟气汞污染控制和减排刻不容缓。为了有效控制汞的排放，近年来各国都对燃煤烟气中汞的形态分布进行了研究， 以期找出控制其排放的有效方法。一些研究结果显示，煤中的汞可以在150°C左右的温度下挥发。在炉膛内的燃烧温度下，汞将蒸发并以单质汞(Hg°)的形态存在于气相之中，随着烟气温度的降低，单质汞会与烟气中的其他成分发生一系列化学反应，一部分转化为气态的氧化汞(Hg2+)，一部分转化为固态的颗粒汞(Hgg)并吸附于烟气中的飞灰颗粒上，从而容易被各种除尘设备捕捉，大部分汞仍然以元素态的形式随烟气排放到大气环境中。针对烟气中汞形态分布的特点，目前的脱汞方法和技术主要可分为固体吸附剂喷射等专门除汞技术和现存的污染物脱除装置协同脱汞两类。专门除汞技术在吸收单质汞的过程中，吸收剂起到了决定性的作用，从国内外研究状况来看，目前大部分研究集中在高效、经济的吸收剂的研制，这其中主要包括活性炭、 飞灰、钙基吸收剂以及一些其它类型的吸收剂等。虽然目前国内外的研究结果显示采用改性活性炭吸附剂喷射是去除汞最有效的方法，并且在美国等国家已经开展了小规模的应用，但由于该技术成本过高，因此很难在中国等发展中国家展开应用。协同脱汞则主要利用燃煤电厂现有的烟气治理设备如除尘器、脱硝装置、脱硫装置等协同作用使烟气中的汞随之脱除，使其达到排放要求。根据目前的一些研究结果显示，静电除尘器(ESP)和布袋除尘器(FF)通过捕获烟气中的颗粒物可以高效地去除颗粒汞
，对于二价汞和单质汞也有一定的去除效果。在脱硫技术中，现有的干法脱硫和湿法脱硫装置对汞均具有一定的脱除作用。在干法(SDA)脱硫系统中，颗粒态汞!1%很容易被除去。Hgtl和Hg2+也可被吸附在飞灰、硫酸钙或亚硫酸钙颗粒表面。在湿法脱硫装置(WFGD) 中，由于烟气中大部分Hg2+化合物以水溶性的HgCl2为主，可被脱硫灰浆捕捉。WFGD可以除去烟气中80% 95%的Hg2+，但对于不溶于水的Hg°捕捉效果不显著。从我国的各方面的国情综合分析来看，国内目前主要可行的方法是通过改进除尘、脱硫、脱硝等现有烟气治理设施降低大气汞排放，许多学者也相继展开了这方面的研究工作。然而，目前的这些脱汞方法存在的最大问题是在脱汞过程主要是将气态汞转化为液态或固态汞，只是将汞的形态进行了转移，并没有彻底解决汞污染的问题，如果在处理过程中含汞副产物不能有效地处置，很容易造成局地二次污染。一些研究院所对我国电厂锅炉汞污染情况的调查研究发现，燃煤电场中炉渣和飞灰中汞的含量比土壤中汞的含量高10 倍以上(我国土壤中汞的背景值为0.009-0. 080mg/kg)；脱硫石膏中汞的含量较土壤中汞的含量高20-100倍以上；脱硫废水中汞的含量已超标21-270倍以上(《污水综合排放标准》GB 8978-1996，总汞排放浓度为0. 05mg/l)。由于我国对于粉煤灰和脱硫石膏的利用率不是很高，大多以堆放处理，因此粉煤灰和脱硫灰中的二价汞经溶解会迁移至水中，对于水资源并不丰富的中国，在不远的将来将会造成严重的局地地表水、地下水汞污染；粉煤灰和脱硫灰中的元素态汞(主要是被吸附的Hgg°)在适当温度和湿度条件下会向大气中释放污染低空大气环境，造成局地大气污染。因此，协同脱汞所产生的粉煤灰、脱硫灰和脱硫废水将对环境造成严重的安全隐患。汞不仅是污染物，同时也是一种稀有资源。汞在冶炼、仪器制造、化学工业、医药工业和原子能工业等都有广泛应用。目前我国汞年消耗量为1000吨左右，而国内目前汞年产量仅500吨左右。虽然我国针对汞消耗量最大的氯碱行业提出了汞污染防治工作目标，同时大力发展开发低汞触媒的研究，但在短时间内我国的汞需求量仍然很大。因此，发展汞回收循环经济技术对我国汞产业的发展越来越重要。我国目前每年燃煤排放的汞达到270吨左右，如能采用合适的回收技术，预计每年可回收几十吨到上百吨的汞，可有效地缓解我国汞的进口量及汞矿开采造成的环境污染。
发明内容
基于以上现状，本发明的一个目的在于提供一种烟气多污染物控制技术中汞回收的装置，该装置利用污染物处理设施的协同脱汞作用，将存在于吸收塔沉淀物中的汞进行富集回收，达到避免汞存在于固体废弃物中造成二次污染的目的，实现烟气汞的资源化。本发明另一个目的在于提供一种利用上述装置进行汞回收的方法。为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案一种烟气多污染物控制技术中汞回收的装置，该装置包括吸收塔、压滤机、溶解池、沉淀池、反应池、离心机和干燥器，吸收塔内自上而下依次设有除雾器、喷淋装置及浆液池，吸收塔的烟气入口前的烟气管道上连接有NO2发生器；浆液池的出料口通过泥浆泵与压滤机的进料口连接，压滤机的出液口通过水泵与喷淋装置的进液口连接；压滤机的出料口依次连接溶解池、沉淀池、反应池、离心机和干燥器；溶解池与沉淀池之间还设有循环泵。所述溶解池内设有搅拌装置和加热装置。一种利用上述的烟气多污染物控制技术中汞回收的装置进行汞回收的方法，该方法包括以下步骤(1)通过NO2发生器向烟气中通入NO2气体，使烟气中NO2的体积占NOx总体积的 50%,将得到的混合气体通入吸收塔内，通过喷淋装置向混合气体喷淋氨水；(2)将吸收塔内反应生成的浆液经压滤机压滤，得到的液体经水泵循环至吸收塔的喷淋装置循环使用，将得到的固体引入溶解池，向该固体中加入0. 5 的盐酸于 40°C溶解20 30min，将溶解后的混合物引入沉淀池内进行固液分离，上清液重新引入溶解池；
(3)重复步骤⑴和(2)，当沉淀池内的上清液中汞浓度富集达到5 10g/L时， 将该上清液引入反应池内，向反应池内加入氢氧化钠调节溶液的PH值为7. 0 7. 5，然后向溶液中添加氨水，充分反应后经离心、干燥得到氯化氨基汞成品。本发明在烟气进入吸收塔之前向其中引入的NO2可使得烟气中一定量的Hg°被氧化为二价汞Hg2+，Hg2+主要以氯化汞和氧化汞的形态存在。反应方程式为N02+Hg(g)= HgO (g) +NO ；Hg0+2Cr1 = HgCl2+02\氯化汞和氧化汞随烟气进入吸收塔后，其中的氯化汞与氨反应生成氯化氨基汞， 反应方程式为HgCl2+2NH3 = HgNH2Cl+NH4Cl。氧化汞和氯化氨基汞均不溶于氨水，以固体的形式进入浆液。吸收塔内的浆液经压滤后得到含有氧化汞和氯化氨基汞的固体，其中的氧化汞与盐酸反应生成氯化汞，氯化氨基汞溶解于酸液中，同时部分反应生成氯化汞，反应方程式为Hg0+2HCl = HgCl2+H20 ；HgNH2Cl+2HCl = HgCl2+NH4Cl。反应溶液经反复富集后，与氨水反应得到氯化氨基汞，氯化氨基汞为无毒的化工药品，可用于制备防腐药。本发明的优点在于1)本发明将氨法多污染物控制技术中存在于吸收塔沉淀物中的汞采用化学方法进行回收，避免了汞存在于固体废物中造成的二次污染。2、本发明将汞以具有工业价值的氯化氨基汞的形式进行回收，可通过销售氯化氨基汞维持装置的运行费用；幻采用本发明的方法汞的回收率可在70 %以上，氯化氨基汞纯度在95 %以上。
图1为本发明的烟气多污染物控制技术中汞回收装置的结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步说明。如图1所示，本发明的烟气多污染物控制技术中汞回收装置包括吸收塔2、压滤机 5、溶解池6、沉淀池8、反应池9、离心机10和干燥器11，吸收塔2内自上而下依次设有除雾器、喷淋装置及浆液池，吸收塔的烟气入口前的烟气管道上连接有NO2发生器1 ；浆液池的出料口通过泥浆泵3与压滤机5的进料口连接，压滤机5的出液口通过水泵4与喷淋装置的进液口连接；压滤机5的出料口依次连接溶解池6、沉淀池8、反应池9、离心机10和干燥器11 ；溶解池6与沉淀池8之间还设有循环泵7。溶解池6内安装有搅拌装置和加温装置(图中未示出)。利用上述装置进行烟气多污染物控制技术中汞回收的方法如下将NO2气体自NO2发生器鼓入烟气管道内与烟气混合至烟气中NO2的体积占NOx总体积的50%。所形成的混合气体进入吸收塔2后，通过喷淋装置向该混合气体喷淋氨水；烟气与氨水反应后的浆液经泥浆泵引入压滤机5中进行压滤，压滤后的液体经水泵2引回吸收塔2中的喷淋装置循环使用；压滤得到的固体进入溶解池6。向溶解池6加入0. 5 的盐酸溶液，通过加温装置将液体温度加热至40°C，通过搅拌装置进行搅拌，反应20 30 分钟后将液体引入沉淀池8 ；在沉淀池中沉淀3 4个小时后，将上清液通过循环水泵7引回溶解池6。如此循环以上操作，当沉淀池8内的上清液中的汞浓度富集至5 10g/L时送弓丨入反应池9中，通过向反应池9内投加氢氧化钠调节pH值为7. 0 7. 5后，向溶液中通入氨水使溶液中的氯化汞与氨水反应生成氯化氨基汞沉淀；将所得的沉淀引入离心机10进行离心分离后加入到干燥器11内进行干燥，得到氯化氨基汞成品。
采用上述方法，汞的回收率可在70 %以上，氯化氨基汞的纯度在95 %以上。
权利要求
1.一种烟气多污染物控制技术中汞回收的装置，其特征在于，该装置包括吸收塔、压滤机、溶解池、沉淀池、反应池、离心机和干燥器，吸收塔内自上而下依次设有除雾器、喷淋装置及浆液池，吸收塔的烟气入口前的烟气管道上连接有NO2发生器；浆液池的出料口通过泥浆泵与压滤机的进料口连接，压滤机的出液口通过水泵与喷淋装置的进液口连接；压滤机的出料口依次连接溶解池、沉淀池、反应池、离心机和干燥器；溶解池与沉淀池之间还设有循环泵。
2.根据权利要求1所述的烟气多污染物控制技术中汞回收的装置，其特征在于，所述溶解池内设有搅拌装置和加热装置。
3.—种权利要求1所述的烟气多污染物控制技术中汞回收的装置进行汞回收的方法， 其特征在于，该方法包括以下步骤(1)通过NO2发生器向烟气中通入NO2气体，使烟气中NO2的体积占NOx总体积的50%， 将得到的混合气体通入吸收塔内，通过喷淋装置向混合气体喷淋氨水；(2)将吸收塔内反应生成的浆液经压滤机压滤，得到的液体经水泵循环至吸收塔的喷淋装置循环使用，将得到的固体引入溶解池，向该固体中加入0. 5 的盐酸于40°C溶解20 30min，将溶解后的混合物引入沉淀池内进行固液分离，上清液重新引入溶解池；(3)重复步骤(1)和(2)，当沉淀池内的上清液中汞浓度富集达到5 10g/L时，将该上清液引入反应池内，向反应池内加入氢氧化钠调节溶液的PH值为7. 0 7. 5，然后向溶液中添加氨水，充分反应后经离心、干燥得到氯化氨基汞成品。
全文摘要
一种烟气多污染物控制技术中汞回收的装置，该装置包括依次顺序连接的吸收塔、压滤机、溶解池、沉淀池、反应池、离心机和干燥器，吸收塔的烟气入口前的烟气管道上连接有NO2发生器；溶解池与沉淀池之间还设有循环泵。利用该装置进行汞回收的方法为(1)向烟气中通入NO2气体至NO2的体积占NOX总体积的50％，将烟气通入吸收塔内经氨水吸收；(2)将生成的浆液压滤，并将得到的固体引入溶解池，向其中加入稀盐酸于40℃溶解20～30min，然后将混合物引入沉淀池进行固液分离，上清液重新循环至溶解池；(3)当沉淀池内上清液的汞浓度为5～10g/L时将该上清液送入反应池内，调节pH值为7.0～7.5，然后向溶液中添加氨水，充分反应后经离心、干燥得到氯化氨基汞成品。
文档编号B01D53/78GK102258936SQ20111014415
公开日2011年11月30日 申请日期2011年5月31日 优先权日2011年5月31日
发明者张凡, 朱金伟, 王洪昌, 王红梅, 田刚 申请人:中国环境科学研究院, 北京现代绿源环保技术有限公司