一种用于冶炼烟气脱汞的氧化-吸附联合脱汞装置的制作方法

本实用新型涉及一种冶炼废气净化脱汞装置，特别涉及一种利用复合氧化方法与高分子脱汞材料吸附联合脱除冶炼烟气中重金属汞的装置，属于废气净化治理技术领域。

背景技术：

重金属汞是一种对环境、生物包括人类在内的一种危害性很大的主要重金属污染物之一，能够在生物体内累积，人类除可直接受到其污染危害之外，还可通过食物链如食用受到汞染污的鱼类等生物间接受到汞污染中毒的危害，对人体的主要危害是影响人体脑神经系统，因此对重金属汞污染的预防和治理，是一个重要的环保课题。

目前去除废气中重金属汞的方法是采用活性炭进行物理吸附，也有先通过洗涤将废气中汞洗涤至液体中，再用活性炭进行物理吸附或使用化学试剂如硫化钠、有机硫等进行化学反应的方法将汞去除。采用活性炭物理吸附法的主要不足之处是活性炭的吸附能力有限，一般吸附汞量只占吸附剂自身重量的2％左右，吸附去除效果不太理想。化学法去除重金属汞，存在处理成本受化学药剂原料影响较大，且形成的重金属沉淀物难于从洗涤废水中分离出来，操作过程繁琐且难以达到理想效果等。现有技术有通过设置合理的烟气脱汞装置，利用这些脱汞试剂来进行烟气脱汞的报道，如实用新型专利(CN205145917U)公开了一种烟气脱汞的系统，其由相连的烟气控温设备、除尘装置和汞吸附塔构成，该系统先通过物理过滤方式初步除去烟气中颗粒物，同时除去颗粒物中的汞，避免颗粒物吸附于之后吸附剂上影响吸附效率；在脱汞时，使烟气按一定的流量通过吸附剂镀金石英砂，汞与吸附剂表面的金形成汞齐，从而将汞固定在吸附剂上脱除烟气中的汞，之后通过加热镀金石英砂将吸附的汞释放出来做后续利用。该装置使用昂贵的贵金属作为汞吸附剂，且需要消耗大量的电能，成本较高。如实用新型(CN206229181U)公开了一种烟气脱汞系统，包括烟道、引风机、加热器、活性炭层和除尘器，除尘器安装在烟道上，用于捕集烟道中的飞灰；引风机的入口与除尘器的出口端的烟道连通，引风机的出口与活性炭层的入口连通，引风机将经过除尘后的烟气引入活性炭层反应，生成单质硫；加热器对活性炭层进行加热，对单质硫进行加热，使单质硫受热气化；活性炭层的出口与所述除尘器的入口端的烟道连通，气化后的单质硫在烟气的作用下经过所述管道进入烟道。反应器对活性炭进行加热，烟气中的SO2与加热后活性炭接触的过程中转化为单质硫，单质硫分布在烟气中，随烟气进入烟道中，与烟气中的汞反应，生成硫化汞，被除尘器捕集去除。该装置利用烟气中的二氧化硫还原成单质硫，再利用单质硫捕获烟气中的单质汞，该装置能耗大，且利用单质硫捕获汞的反应效率低。

技术实现要素：

针对现有的脱汞装置物理和化学方式来脱除含汞冶炼烟气中重金属汞的方法存在的缺陷，本实用新型的目的是在于提供一种结构设计简单，可以同时高效脱除冶炼烟气中单质汞和氧化态汞，且无二次污染，并可回收汞资源的脱汞装置，有利于大规模使用。

为了实现上述技术目的，本实用新型提供了一种用于冶炼烟气脱汞的氧化-吸附联合脱汞装置，其包括串联的氧化脱汞塔和吸附脱汞塔；

所述氧化脱汞塔内部上端通过设置竖向隔板分隔成气室I和气室II，气室I和气室II底部连通；

所述氧化脱汞塔的上部侧壁设有进气管，进气管连通气室I内；所述进气管内部下端设有上喷管，进气管上端设有氧化气体入口；

所述气室II的顶部设有出气管；

所述氧化脱汞塔底部为锥形结构，锥形结构的锥顶为出液口I，

所述氧化脱汞塔外部设有循环泵I，循环泵I通过循环管道与出液口I及上喷管连接；

所述吸附脱汞塔的顶部设有出气口，中下部设有进气口，底部为锥形结构，锥形结构的锥顶为出液口II；

所述吸附脱汞塔内上部设有填料室，填料室上方设有填料层，填料层上方设有下喷管；

所述吸附脱汞塔的外部设有循环泵II，循环泵II通过循环管道与出液口II及下喷管连接；

氧化脱汞塔的出气管通过管道与所述吸附脱汞塔的进气口连通。

优选的方案，所述气室Ⅱ内下部设有除雾沫层I，除雾沫层I上方设有冲洗水管I；所述除雾沫层I由塑料材质丝网构成。除雾沫层I可以有效防止烟气将氧化浆液夹带出氧化脱汞塔，造成氧化浆液的无效损耗。冲洗喷头I可以有效将除雾沫层I截流下来的氧化浆液冲洗重新返回氧化脱汞塔内，提高氧化浆液的利用率。

优选的方案，所述氧化脱汞塔中下部设有补液口I。新配制的氧化浆液从补液口进入氧化脱汞塔内部。

优选的方案，循环泵I与上喷管之间的循环管道上设有排出口I。氧化失效后的氧化浆液从从循环泵I出口管道上排出口I排出。

优选的方案，所述氧化脱汞塔内填充有氧化浆液，所述氧化浆液填充高度低于或等于补液口I。氧化脱汞塔中氧化液一般采用高锰酸钾溶液、氯酸钾溶液或其它具有类似功能的氧化剂溶液等。

优选的方案，所述下喷管上方设有除雾沫层II，除雾沫层II上方设有冲洗水管II。所述除雾沫层II由塑料材质丝网构成。除雾沫层II可以有效防止烟气将脱汞浆液夹带出系统，造成脱汞浆液的无效损耗。冲洗喷头II可以有效将除雾沫层II截流下来的脱汞浆液冲洗重新返回吸附脱汞塔内，提高脱汞浆液的利用率。

优选的方案，所述吸附脱汞塔的中下部设有补液口II，所述补液口II的水平高度低于进气口。新配制的脱汞浆液从补液口II进入吸附脱汞塔内部。

优选的方案，循环泵II与上喷管之间的循环管道上设有排出口II。吸附至饱和后的脱汞浆液从从循环泵II出口管道上排出口II排出。

优选的方案，所述吸附脱汞塔内部填充脱汞浆液，脱汞浆液的填充高度低于或等于补液口II。脱汞浆液主要包含脱汞材料如高分子脱汞材料、有机硫、硫化钠、硫氢化钠、缓释硫化剂、改性含硫活性炭等或者是这些脱汞材料的任意组合。优选为高分子脱汞材料或者高分子脱汞材料与其他脱汞材料的组合。高分子脱汞材料亲水性好，且对重金属汞的吸附量大，平均吸附汞量一般可达到高分子脱汞材料自身重量的10～50％。高分子脱汞材料为现有的公开材料。如中国专利申请(CN2016105694959)中的三聚氰胺类高分子材料(如下式1结构)。其吸附原理是应用吸附与螯合等物理化学反应过程，将重金属汞与高分子脱汞材料牢牢结合在一起，吸附脱除重金属汞更彻底。高分子脱汞材料在酸、碱性溶液中具有良好的稳定性，从而为高分子脱汞材料的再生与重复利用、并回收汞资源创造了良好的基础条件。也可直接采用火法炼汞的方式回收汞，回收汞资源方式更灵活与实用。高分子脱汞材料也可以配合有机硫、硫化钠、硫氢化钠、缓释硫化剂、改性含硫活性炭等含硫化合物作为脱汞剂。这些脱汞剂溶解分散在溶液中得到脱汞浆液。

优选的方案，所述填料室内部填充有空心球或拉西环填料。

优选的方案，所述填料层由空心球或拉西环填料构成。填料层或填料室的作用是增加烟气在塔内的停留时间，也就是延长烟气与脱汞浆液的接触时间，另一作用是提高烟气与脱汞浆液的接触面积，从而提高烟气中的汞与脱汞浆液的反应效率，提高脱汞的效率。

本实用新型在进气管上端设有氧化气体入口主要作用是在含汞烟气中混合氧化性气体，氧化性气体如臭氧、二氧化氯气体或其它具有类似功能气体等。

本实用新型的一级氧化脱汞塔进气管段采用气液高速冲击接触形成柱状泡沫层的形式，大大提高氧化浆液对烟气中单质汞的氧化效率。同时采用气体氧化剂和固体氧化剂复合氧化方式，在泡沫层中两者氧化剂协同氧化能力充分发挥，实现单质汞的高效氧化。

本实用新型的吸附脱汞塔通过填充填料层使脱汞浆液分散细沫化，实现烟气与脱汞浆液的细沫化吸收，提高脱汞浆液与烟气的接触面积和延长接触时间。

本实用新型的氧化脱汞塔和吸附脱汞塔的底部均设置成锥形结构，而出液口I和出液口II分别设置在氧化脱汞塔和吸附脱汞塔的锥顶位置，可防止氧化浆液和脱汞浆液中固相物质因自然沉降而沉底，导致难以实现循环，将氧化脱汞塔和吸附脱汞塔的底部均设置成锥形结构，可以有效提高氧化浆液和脱汞浆液的利用率。

本实用新型的吸附脱汞塔的填料室内径小于吸附脱汞塔的内径，可以提升该填料层段的气体上升速率，有利于空心球填料层的翻滚蠕动，提高气液接触效率与接触时间，进而提高脱汞浆液的利用率。

本实用新型中，含汞冶炼烟气先混入氧化性气体后，引入氧化脱汞塔，气体自上而下通过氧化脱汞塔的进气管段，在进气管内进行氧化反应，再依次进入气室Ⅰ和气室Ⅱ，从氧化脱汞塔上部出来的烟气引入吸附脱汞塔，气体自下而上通过吸附脱汞塔，在吸附脱汞塔的填料层中被充分吸附脱汞，处理合格达到排放标准的净化气从吸附脱汞塔出口引出来直接排放。

相对现有技术，本实用新型带来的有益技术效果：

1)本实用新型通过设计氧化脱汞塔和吸附脱汞塔联合处理金属冶炼烟气，氧化脱汞塔可以将一般脱汞剂难以吸附的单质汞高效氧化成高价态的氧化态汞，而吸附脱汞塔利用脱汞材料将氧化态的汞实现高效吸收，从而实现了金属冶炼烟气中离子汞(Hg²⁺)和单质汞(Hg⁰)同时高效脱除。

2)本实用新型的氧化脱汞塔通过设置氧化气入口在烟气中混入氧化性气体，同时通过循环管道连续喷入含氧化剂的氧化浆液，可以实现含汞烟气中单质汞的复合氧化，大大提高氧化效率，实现绝大部分单质汞(Hg⁰)转化为离子汞(Hg²⁺)，利于后续的脱汞处理过程。

3)本实用新型的吸附脱汞塔通过设置循环喷淋吸收装置利用高分子脱汞材料对重金属汞进行脱附，高分子脱汞材料对汞吸附量大，大大提高了汞吸附脱除效率，脱汞处理更彻底，且其在酸、碱性溶液中具有良好的稳定性，可以再生与重复利用，并实现汞资源回收。

4)本实用新型提供的氧化脱汞塔通过设计与烟气逆向的高压喷管，形成泡沫反应，以延长反应时间，增加接触面积，大大提高氧化反应效率，将单质汞高效氧化态汞，有利于后续吸收。

5)本实用新型提供的吸附脱汞塔，通过设计填料层和下喷管，能够将脱汞浆液充分细沫化，延长吸收时间和增加接触面积，达到彻底脱除烟气中残余汞的目的。且下部填料层设计填料室，且内径小于吸附脱汞塔的内径，可以提升该填料层段的气体上升速率，有利于空心球填料层的翻滚蠕动，提高气液接触效率与接触时间，进而提高脱汞浆液的利用率。

6)本实用新型的氧化脱汞塔和吸附脱汞塔使用的氧化剂和脱汞剂等为市面上常见的药剂，简单易得、成本低，具有良好的性价比。

7)本实用新型对使用的高分子脱汞材料对重金属汞的吸附量大，平均吸附汞量一般可达到高分子脱汞材料自身重量的10～50％，且可直接采用火法炼汞的方式回收汞，回收汞资源方式更灵活与实用。

综上所述，本实用新型具有很好的经济价值和社会价值，易于推广应用。

附图说明

【图1】为本实用新型提供了一种用于冶炼烟气脱汞的氧化-吸附联合脱汞装置示意图；

其中，1为进气管，2为上喷管，3为排出口Ⅰ；4为循环泵Ⅰ，5为气室Ⅰ，6为补液口Ⅰ，7为排液口Ⅰ，8为氧化脱汞塔，9为除雾沫层Ⅰ，10为冲洗管Ⅰ，11为隔板，12为气室Ⅱ，13为出气管，14为吸附脱汞塔，15为进气口，16为排液口Ⅱ，17为循环泵Ⅱ，18为排出口Ⅱ，19为补液口Ⅱ，20为填料室，21为下喷管，22为除雾沫层Ⅱ，23为冲洗水管Ⅱ，24为出气口，25为氧化气体入口；26为填料层。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，而不是限制本发明权利要求的保护范围。

本实用新型提供的用于冶炼烟气脱汞的氧化-吸附联合脱汞装置示意图如图1所示。氧化-吸附联合脱汞装置主体包括氧化脱汞塔8与吸附脱汞塔14及相关连接管道。氧化脱汞塔主要作用是氧化金属冶炼烟气中的单质汞(Hg⁰)，吸附脱汞塔主要作用是通过吸附脱除金属冶炼烟气中原有的以及氧化脱汞塔生成的氧化态汞。氧化脱汞塔上部的侧壁上设有进气管1；所述进气管上部设有氧化气体入口25，通过氧化气体入口在金属冶炼烟气中混入氧化性气体，如臭氧。所述进气管下部设有上喷管2，主要用于向进气管内部向上喷出高压氧化浆液，与进入进气管的金属冶炼烟气冲击实现泡沫化，发生氧化反应。所述氧化脱汞塔内部上端通过设置竖向隔板分隔成气室I和气室II，气室I和气室II底部连通，气室I与进气管连通。所述气室Ⅱ内下部设有除雾沫层I9；除雾沫层I上设有冲洗水管I10。金属冶炼烟气先进入进气管，在进气管内进行泡沫化氧化反应后，再进入氧化脱汞塔的气室I内，最后进入气室Ⅱ，在气室Ⅱ内，通过除雾沫层I和冲洗水管I的协同作用，金属冶炼烟气夹带的氧化浆液泡沫被淋洗回收进入氧化脱汞塔内，最后金属冶炼烟气从出气管13进入吸附脱汞塔。所述氧化脱汞塔中下部设有补液口I6，氧化脱汞塔底部设置成锥形结构，锥顶处为出液口7。新鲜的氧化浆液从补液口I不断补充进入氧化脱汞塔，以保证塔内氧化浆液的氧化能力。氧化浆液填充在氧化脱汞塔内，其填充高度要低于补液口I。所述氧化脱汞塔外部设有循环泵I 4，循环泵I通过循环管道与氧化脱汞塔底部的出液口I及氧化脱汞塔上部的上喷管连接；循环泵I与上喷管之间的循环管道上设有排出口I 3。通过外部循环系统将氧化脱汞塔内的氧化浆液提升至进气管下部的上喷管，对金属冶炼烟气进行氧化反应后，再流回氧化脱汞塔内，失去氧化能力的氧化浆液从排出口1排出氧化脱汞塔。吸附脱汞塔14的顶部设有出气口24，中下部设有进气口15，烟气从进气口进入吸附脱汞塔内，在吸附脱汞塔内由下至上，最终从出气口排出。吸附脱汞塔内的上部设有两层填料层，下层设有填料室20，填料室的直径小于吸附脱汞塔的内径，填料室内填充有空心球填料，上层填料层26由拉西环填料层堆积构成，上层填料层上方设有下喷管21，所述下喷管上方设有除雾沫层II 22，出除雾层上方设有冲洗喷头23。烟气先经过填料室，由于烟气压力较小，速率低，特殊结构的填料室可以提升该填料层段的气体上升速率，有利于空心球填料层的翻滚蠕动，提高气液接触效率与接触时间，进而提高脱汞浆液的利用率。而上层填料层可以将下喷管喷出的脱汞浆液分散细沫化，实现对烟气中汞的深度脱除。除雾沫层II主要用于截留金属冶炼烟气夹带的泡沫，冲洗喷头II通过喷洒水溶液使泡沫回流至吸附脱汞塔内，防止脱汞浆液的损失。吸附脱汞塔底部为锥形结构，锥形结构的锥顶为出液口II。吸附脱汞塔的外部设有循环泵II 17，循环泵II通过循环管道与吸附脱汞塔下部的出液口II及吸附脱汞塔上部的下喷管连接，脱汞浆液填充在吸附脱汞塔内部，主要由吸附脱汞塔外部的循环泵II提升至吸附脱汞塔上部的下喷管，实现脱汞浆液的对金属冶炼烟气的循环吸收。吸附脱汞塔中下部设有补液口II16。新配制的脱汞浆液从补液口II进入吸附脱汞塔内部，填充高度低于补液口II。补液口II的水平高度要低于进气口15设置，有利于烟气顺利进入二级脱汞塔。循环泵II与上喷管之间的循环管道上设有排出口II，吸附至饱和后的脱汞浆液从循环泵II出口管道上的排出口II排出。经过二级脱汞塔14处理后的烟气达标后直接排放。

采用氧化-吸附联合脱汞装置的过程，将待处理的含汞金属冶炼烟气中先混入氧化性气体，然后再引入氧化脱汞塔内，气体自上而下通过氧化脱汞塔的进气管1后，再依次进入气室Ⅰ和气室Ⅱ，从氧化脱汞塔8上部出来的待进一步处理的烟气引入吸附脱汞塔的进气口，气体自下而上通过吸附脱汞塔，处理合格达到排放标准的净化气从二级吸附脱汞塔出气口引出来直接排放。

应用实施例1

采用氧化-吸附联合脱汞装置脱除冶炼烟气中重金属汞的方法，以臭氧气体、高锰酸钾溶液和高分子脱汞材料为主要的氧化吸收和汞螯合吸附材料，具体包括以下步骤：

(1)将待处理的含汞量不超过10.0～15.0mg/m³含汞冶炼烟气引入一级复合氧化脱汞塔进气管，并混入一定浓度2.0～6.0mg/m³的臭氧，然后再与一定质量浓度0.5～3.5％的高锰酸钾溶液进行气液接触发生氧化还原反应。

(2)待处理烟气中含有的还原性杂质及部分汞氧化后吸收洗涤去除，脱汞率在30％左右。

(3)将一级复合氧化脱汞塔出气口来的含汞烟气引入二级脱汞塔气体进口，气体自下而上通过二级脱汞塔。

(4)利用高分子脱汞材料对重金属汞的吸附与螯合等物理化学反应过程，将重金属汞与高分子脱汞材料牢牢结合在一起。

(5)将脱除重金属汞后的含汞量已达到甚至低于0.01mg/m³合格净化气从二级脱汞塔顶部气体出口引出，达标排放界外。