CN101703876B

CN101703876B - 一种液相脱除烟气中元素态汞的方法

Info

Publication number: CN101703876B
Application number: CN2009100755049A
Authority: CN
Inventors: 赵毅; 薛方明
Original assignee: North China Electric Power University
Current assignee: North China Electric Power University
Priority date: 2009-09-24
Filing date: 2009-09-24
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2029-09-24
Also published as: CN101703876A

Abstract

一种液相脱除烟气中元素态汞的方法，它利用吸收剂在喷射鼓泡反应器中吸收烟气中的Hg⁰，所述吸收剂由吸收液和添加剂组成，吸收液为硫酸铜CuSO₄和高碘酸钾KIO₄的混配溶液，CuSO₄浓度为0.001M～0.02M/L，KIO₄浓度为0.001M～0.02M/L，添加剂为碳酸氢钾KHCO₃、双氧水H₂O₂、硫酸钾K₂SO₄或过硫酸钾K₂S₂O₈中的一种，添加剂浓度为0.001M～0.05M/L。本发明脱除效率可达到70％以上。具有脱除效率高，投资和运行费用低，设备简单，运行稳定，产物易处理，便于推广应用等特点，不仅适合于大型锅炉，而且适用于中、小型锅炉和其它燃煤设备。

Description

一种液相脱除烟气中元素态汞的方法

技术领域

本发明涉及一种烟气净化方法，特别是利用喷射鼓泡器液相脱除烟气中元素态汞(Hg⁰)的方法，属烟气净化技术领域。

背景技术

燃煤发电量在总发电量中占有重要比重，以中国为例，其电力构成中燃煤发电量占总发电量的80％左右，预测到2015年占62.6％左右，到2050年仍占50％以上。可见在目前及今后相当长的一个时期内，以燃煤为主的电力结构将难以改变。汞是煤中的一种有毒的重金属痕量元素，世界范围内煤中汞含量一般在0.012～33mg/kg，平均汞含量约为0.13mg/kg，燃煤汞的排放控制不容忽视。目前国外工业上应用的成熟脱汞技术是活性炭吸附法，该技术虽然有较高的脱除汞效率，但存在运行费用高的缺陷。美国EPA和DOE估算结果表明，燃煤电站选择在除尘装置中喷入活性炭方式脱汞，每脱除一镑汞需$14200～70000；如采用活性炭吸附床，每脱除一镑汞需耗资$17400～38600。

研究表明，燃煤烟气中释放的汞有三种形式：元素汞(Hg⁰)，氧化态汞(Hg²⁺)和颗粒态汞(Hg^p)。不同形态的汞具有不同的物理和化学性质。Hg²⁺易溶于水且易附着在颗粒物上，理论上Hg²⁺可用常规污染物控制设备如湿式烟气脱硫装置(WFGD)等脱除。但据有关研究证实，烟气经过WFGD设备后，60％左右的Hg²⁺被还原为Hg⁰。Hg^P易于被除尘设备捕集，如惯性除尘器、静电除尘器(ESP)或布袋除尘器(fabric filter，FF)。Hg⁰具有较高的饱和蒸汽压力，极易挥发且难溶于水，常规污染物控制设备难以脱除，几乎全部排放到大气中，因此Hg⁰的脱除是燃煤烟气脱汞的重点和难点。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种脱除效率高、投资和运行费用低的液相脱除烟气中Hg⁰的方法。

本发明所称问题是由以下技术方案解决的：

一种液相脱除烟气中元素态汞的方法，它利用吸收剂在喷射鼓泡反应器中吸收烟气中的Hg⁰，其特别之处是：所述吸收剂由吸收液和添加剂组成，所述吸收液为硫酸铜CuSO₄和高碘酸钾KIO₄的混配溶液，其中，CuSO₄溶液浓度范围为0.001M～0.02M/L，KIO₄溶液浓度范围为0.001M～0.02M/L，所述添加剂为碳酸氢钾KHCO₃、双氧水H₂O₂、硫酸钾K₂SO₄或过硫酸钾K₂S₂O₈中的一种，添加剂浓度范围0.001M～0.05M/L。

上述液相脱除烟气中元素态汞的方法，所述吸收剂利用氢氧化钾KOH调节pH值，pH值范围为9～11。

上述液相脱除烟气中元素态汞的方法，所述吸收剂按如下步骤制备：在吸收剂制备容器中加入一定比例的的CuSO、KIO₄、添加剂，加水混匀，用KOH调节pH值为9～11，加热至沸腾，冷却后过滤即得所述吸收剂。

上述液相脱除烟气中元素态汞的方法，在喷射鼓泡反应器中，Hg⁰脱除的反应条件为：反应温度范围，10～80℃；吸收剂pH值范围，9～11；吸收剂浓度范围，0.13mmol/L-0.18mmol/L；气液接触时间范围，0.5-3.0秒。

本发明针对燃煤烟气中Hg⁰脱除难的问题，提出一种烟气净化技术，该技术是在装有一定液面高度和浓度的吸收剂的喷射鼓泡反应器内填充一定高度和浓度的吸收剂实施的，实验表明，在反应温度为10～80℃，pH值为9～11，气液接触时间为0.5-3.0秒，当烟气中的Hg⁰。为20-200μg/m³时，脱除效率达到70％以上。本发明具有脱除效率高，投资和运行费用低，设备简单，运行稳定，产物易处理，便于推广应用等特点。本发明不仅适合于大型锅炉，而且适用于中、小型锅炉和其它燃煤设备，具有很好的应用前景。

具体实施方式

本发明所述脱除烟气中Hg⁰技术是利用吸收剂在喷射鼓泡反应器中实现，在喷射鼓泡反应器内充入一定量吸收剂，用水稀释并保持一定液位高度，此时吸收剂浓度为0.13mmol/L-0.18mmol/L，含有Hg⁰的烟气鼓入喷射鼓泡反应器即可实现Hg⁰脱除。当反应温度为10～80℃，pH值为9～11，气液接触时间为0.5-3.0秒，Hg⁰浓度为20-200μg/m³时，脱除效率可达到70％以上。

本发明的关键技术是给出了吸收剂的合适配比和Hg⁰脱除的反应条件，所述吸收剂由吸收液和添加剂组成。吸收液为一定比例的硫酸铜CuSO₄溶液和高碘酸钾KIO₄溶液，CuSO₄溶液浓度范围为0.001M～0.02M，KIO₄溶液浓度范围为0.001M～0.02M；添加剂为碳酸氢钾KHCO₃、双氧水H₂O₂、硫酸钾K₂SO₄或过硫酸钾K₂S₂O₈中的一种，添加剂浓度范围0.001M～0.05M。所述Hg⁰脱除的反应条件由反应温度、吸收剂pH值、吸收剂浓度和气液接触时间构成。反应温度范围为10～80℃，吸收剂pH值范围为9～11，吸收剂浓度范围为0.13mmol/L-0.18mmol/L，气液接触时间范围为0.5-3.0秒。

本发明的原理是：在吸收剂制备过程中，CuSO₄和KIO₄形成络合物，在加热条件下，添加剂将该络合物氧化成强氧化性的[Cu(OH)₂(H₃IO₆)₂]^3-，该配离子可将烟气中Hg⁰氧化为离子态汞，通过加入硫化物生成沉淀过滤除去。反应式如下：

Hg²⁺+Na₂S→HgS↓+2Na⁺ (3)

由于该吸收剂的钠盐和钙盐的溶解度较低，易形成沉淀，因此，吸收剂pH值调节采用KOH。

实施例如下：

实施例1：称取CuSO₄、KIO₄和KHCO₃，加入吸收剂制备容器中，加水混匀，使该吸收剂包括0.001M CuSO₄、0.001M KIO₄和0.001M KHCO₃。用KOH将吸收剂pH值调节至9，加热至沸腾，冰水冷却后过滤即得吸收剂。在喷射鼓泡反应器中Hg⁰脱除的反应条件为，反应温度，10℃；吸收剂浓度，0.13mmol/L；气液接触时间，0.5秒。

实施例2：称取CuSO₄、KIO₄和KHCO₃，加入吸收剂制备容器中，加水混匀，使该吸收剂包括0.005M CuSO₄、0.001M KIO₄和0.004M KHCO₃。用KOH将pH值调节至9，加热至沸腾，冰水冷却后过滤即得吸收剂。在喷射鼓泡反应器中Hg⁰脱除的反应条件为，反应温度，30℃；吸收剂浓度，0.13mmol/L；气液接触时间，1秒。

实施例3：称取CuSO₄、KIO₄和H₂O₂，加入吸收剂制备容器中，加水混匀，使该吸收剂包括0.01M CuSO₄、0.001M KIO₄和0.003M H₂O₂。用KOH将pH值调节至10，加热至沸腾，冰水冷却后过滤即得吸收剂。在喷射鼓泡反应器中Hg⁰脱除的反应条件为，反应温度，40℃；吸收剂浓度，0.15mmol/L；气液接触时间，1秒。

实施例4：称取CuSO₄、KIO₄和H₂O₂，加入吸收剂制备容器中，加水混匀，使该吸收剂包括0.015M CuSO₄、0.005M KIO₄和0.008M H₂O₂。用KOH将pH值调节至11，加热至沸腾，冰水冷却后过滤即得吸收剂。在喷射鼓泡反应器中Hg⁰脱除的反应条件为，反应温度，40℃；吸收剂浓度，0.15mmol/L；气液接触时间，2秒。

实施例5：称取CuSO₄、KIO₄和K₂S₂O₈，加入吸收剂制备容器中，加水混匀，使该吸收剂包括0.015M CuSO₄、0.01M KIO₄和0.02M K₂S₂O₈。用KOH将pH值调节至11，加热至沸腾，冰水冷却后过滤即得吸收剂。在喷射鼓泡反应器中Hg⁰脱除的反应条件为，反应温度，60℃；吸收剂浓度，0.18mmol/L；气液接触时间，2秒。

实施例6：称取CuSO₄、KIO₄和K₂S₂O₈，加入吸收剂制备容器中，加水混匀，使该吸收剂包括0.02M CuSO₄、0.02M KIO₄和0.05M K₂S₂O₈。用KOH将pH值调节至11，加热至沸腾，冰水冷却后过滤即得吸收剂。在喷射鼓泡反应器中Hg⁰脱除的反应条件为，反应温度，80℃；吸收剂浓度，0.18mmol/L；气液接触时间，3秒。

Claims

1.一种液相脱除烟气中元素态汞的方法，它利用吸收剂在喷射鼓泡反应器中吸收烟气中的Hg⁰，其特征在于：所述吸收剂由吸收液和添加剂组成，所述吸收液为硫酸铜CuSO₄和高碘酸钾KIO₄的混配溶液，其中，CuSO₄浓度范围为0.001～0.02mol/L，KIO₄浓度范围为0.001～0.02mol/L，所述添加剂为碳酸氢钾KHCO₃、双氧水H₂O₂、硫酸钾K₂SO₄或过硫酸钾K₂S₂O₈中的一种，添加剂浓度范围0.001～0.05mol/L；

所述吸收剂按如下步骤制备：在反应容器中加入配比量的CuSO₄、KIO₄、添加剂，加水混匀，加入KOH调pH值9～11，加热至沸腾，冷却后过滤即得吸收剂；

所述吸收剂中加入氢氧化钾KOH调节pH值，吸收剂pH值范围为9～11；

在喷射鼓泡反应器中，Hg⁰脱除的反应条件为：反应温度范围，10～80℃；吸收剂pH值范围，9～11；吸收剂浓度范围，0.13-0.18mmol/L；气液接触时间范围，0.5-3.0秒。