使用含硫化物的气体和液体从烟道气中除汞的方法和设备技术

一种用于减少和除去工业废气如烟道气中汞的方法和设备，工业废气是燃烧矿物燃料如煤炭产生的。该方法是在烟道气通过涤气器时向其中加入硫化氢和／或二价硫离子水溶液。涤气器可以是用于烟道气脱硫系统的湿式涤气器或干式涤气器。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本
技术实现思路
是按照与美国能源部(DOE)的研究合同(合同号DE-FC22-94PC94251)以及与Ohio煤炭研究公司(OCDO)的资助金协议，(协议号CDO/D-922-13)进行开发的。美国政府和Ohio州政府享有部分专利权。本专利技术广义上涉及燃烧的领域以及净化烟道气的方法及设备，具体而言，涉及使用含硫化氢的气体和液体，从燃烧矿物燃料如煤炭或固体废物产生的烟道气中除去汞的行之有效的新方法及设备。近年来，美国能源部(DOE)和美国环境保护局(EPA)资助了测量和控制燃煤锅炉和废物发电厂的有害气体污染物(HAP)排放量的研究。数个研究项目的最初结果显示，重金属和挥发性有机碳(VOC)的排放量很小，除了汞(Hg)以外。与大多数其它金属不同，大部分的汞保留在气相中，在静电集尘器和织物过滤器通常采用的温度下不会凝结为飞灰颗粒。因此，汞不能象其它金属的飞灰那样收集下来处置掉。情况复杂的是，汞可以其氧化态(Hg+2)，主要是氯化汞(HgCl2)的形式存在，或以元素形式(Hg0)作为蒸气金属汞存在。汞存在的这些类型的相对量取决于诸多因素，如燃料类型、锅炉燃烧效率、安装的微粒收集器类型、以及各种其它因素。对从工业烟道气中捕集汞的工业上行之有效的方法的研究，包括确定采用现有常规空气污染控制装置(如湿式涤气器或干式涤气器)所能除去的汞量。因此，在一些工业规模和实验室规模的湿式涤气器上进行了捕捉硫氧化物和其它酸性气体的许多试验。这些试验除了同样能应用于干式涤气器的情况，还产生了一些预期的结果和另外一些令人惊奇的结果。一般预计，氧化态的汞易被捕集，而元素汞难以捕集。这种预计是根据氯化汞在水中溶解度高，而元素汞在水中的溶解度很小得出的。试验结果与这种预计相符。至于令人惊奇的结果是关于元素汞的。进行了测定烟道气中元素汞浓度的反复试验，结果揭示离开湿式涤气器的元素汞竞比进入湿式涤气器的元素汞多。提出了解释在湿式涤气器中产生元素汞的原因的一种假设，例如是通过下面的反应通式来描述 Me是任何过渡金属，如Fe、Mn、Co、Sn等，它们可以多种可能的氧化态x中的一种存在。在有关的工业用途中，过渡金属离子通常以杂质形式存在于湿式涤气器的浆料中。因此，当氯化汞被吸收时，其一部分会与痕量的过渡金属和金属离子反应而还原成元素汞，由于元素汞的溶解度低，它从液体中分离出来回到烟道气中。近来，从燃煤装置产生的烟道气中除汞的研究大部分集中在与加入的物质如活性碳进行的气相反应上。由公用装置和废物发电厂的汞排放是DOE和EPA进行调查的新领域。本专利技术使用湿式涤气器或干式涤气器使氧化态的汞在被过渡金属还原之前能在湿式涤气器中的气/液界面上沉淀出来。最不易溶解的汞的形式之一是硫化汞，其矿物形式是朱砂。为氧化态的汞提供与之反应的硫化物来源的手段包括使用硫化氢和/或硫离子水溶液。因此，在湿式涤气器的气/液界面上，对离子态(氧化态)的汞的吸收和沉淀提出了下列反应(取决于硫化物是来自离子硫化氢气体、水中的硫离子、还是其它一些二价硫离子源物质) HgS的溶解度积为3×10-52，因此能基本上完全沉淀。在洗涤器的洗涤液中加入硫化物水溶液，洗涤液与烟道气中的汞接触时，汞就被吸收到洗涤液中形成HgS。同样，在硫化氢气体情况下，有充分的理由预期沉淀反应比还原反应快。具体而言，在沉淀反应时，两种反应物在气相中混合得很充分。因此，当这两种反应物从气相扩散到气/液界面时，它们就都能在界面上立刻反应。与此相反，还原反应要求反应物，即Hg+2和过渡金属离子在液相中扩散到液体中的反应平面。而液相扩散比气相扩散要慢几个数量级。因此，使用气体硫化物和/或硫化物水溶液，氧化态的汞会以朱砂的形式迅速沉淀在洗涤器中，从而防止汞还原为气态的元素汞。汞沉淀为朱砂具有优于其它固定汞方法的独特优点，因为它将汞转化为不溶的形式。以这种方式，汞应是惰性的，并能从食物链中有效除去。因此，本专利技术还设想使用H2S气体。为此本专利技术的一个方面是对使用湿式涤气器，用湿式涤气器浆料收集和洗涤含汞工业废气的方法进行改进，该改进包括在工业废气中加入硫化氢；在湿式涤气器中洗涤工业废气。本专利技术的方法特别适用于在炉子中燃煤产生废烟道气的工业过程中要求减少汞排放的要求，方法包括输送烟道废气通过集尘器，在烟道气中加入硫化物，之后进入湿式涤气器，或在湿式涤气器中向烟道气加入硫化氢。本专利技术第二方面是使用湿式涤气器，用湿式涤气器的浆料收集和洗涤含汞工业废气的设备，具体是包括下列的改进产生硫化氢的装置；向湿式涤气器前面的工业废气加入硫化氢的装置。本专利技术尤其适用于燃烧矿物燃料如煤炭或固体废物的公用事业装置，这些装置除了使用湿式涤气器外，还使用静电集尘器或织物过滤器，以及其它常用的用于减少向大气排放的装置。具体是本专利技术设想提供产生硫化氢的系统，该系统通过在硫化钠和/或硫化钾的水溶液中加入酸产生硫化氢的反应来生产硫化氢。产生硫化氢的系统可有利于使用在来自牛皮纸纸浆生产的绿液中加酸的设备和方法，来产生硫化氢。这些与硫化氢有关的具体实施方案具有安全上固有的优点，因为不是采用气相H2S的积聚或储存。所有产生的H2S立刻喷射出来使用。本专利技术第三方面是对使用收集和洗涤含汞工业废气的洗涤器的方法的改进，这些改进包括在工业废气中加入硫化物盐的水溶液，并在洗涤器中洗涤工业废气。本专利技术的方法尤其适用于在炉子中燃煤产生废烟道气的工业过程中要求减少汞排放的要求，方法包括输送烟道废气通过集尘器，如织物过滤器或静电集尘器。本专利技术第四方面是使用碱试剂水溶液收集和洗涤含汞工业废气的洗涤器的设备，具体改进包括提供二价硫离子溶液的装置以及对加入到洗涤器中工业废气的二价硫离子溶液进行控制的装置。本专利技术还特别适用于燃烧矿物燃料如煤炭或固体废物的公用事业装置，这些装置除使用洗涤器外，还使用集尘器(如静电集尘器或织物过滤器)，和/或其它用于减少对大气排放的常用装置。本专利技术第五方面是用碱试剂水溶液收集和洗涤含汞工业废气的设备，该设备包括有洗涤液的涤气器，用碱试剂水溶液洗涤工业废气；将工业废气输送到洗涤器的烟道装置；提供二价硫离子溶液的装置；以及对加入到工业废气中的二价硫离子溶液进行控制的装置。本专利技术尤其适用于燃烧矿物燃料如煤炭的公用事业装置，这些装置可与湿式涤气器或干式涤气器结合起来。本专利技术与硫化物水溶液有关的这些实施方案设想采用提供二价硫离子包括但不限于氢硫离子(HS-)的装置。特别是由于水溶液中的平衡，这种氢硫离子(HS-)能产生二价硫离子(S-2)通过在洗涤器的洗涤液中加入含硫化物的水溶液，如含硫化物的废水、牛皮纸苛性碱溶液、牛皮纸碳酸盐溶液、硫化钾溶液、硫化钠溶液、和/或硫代乙酰胺溶液来达到这一目的。还可以使用控制装置如一个分开的储槽和计量泵来选择性地控制加入硫化物水溶液的过程，满足具体的操作要求。这个系统具有安全上固有的优点，因为不是采用H2S气体的积聚或储存，而H2S是有刺激气味并有毒的。而且，这个系统是很灵活的，因为它能同样采用湿式涤气器或干式涤气器，略经修改或增加就可与目前的排放物治理系统结合起来使用。在附加于说明书并作为其一部分的权利要求书中，具体指出了本专利技术的各个新颖性特征。为更好地理解本专利技术，通过使用本专利技术能得到的操作优点和一些特定的好处，可以参见附图和下本文档来自技高网...

【技术保护点】
使用盛有涤气器液体的涤气器，用碱试剂水溶液收集和洗涤含氧化态汞的工业废气的方法，其改进包括：在工业废气中加入硫化氢和／或含硫化物的水溶液，在涤气器中洗涤工业废气。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：PS诺兰，W唐斯，RT贝利，SJ韦兹，
申请(专利权)人：麦克德莫技术股份有限公司，巴布考克及威尔考克斯公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]