CN102470317A - 用于从气体去除汞的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于从气体去除汞的方法和设备，所述气体例如从焙烧炉以及其他生热系统排出的气体。在实施方案中，所述方法包括使汞与溶解的分子氯反应，并且也可以包括使汞与氯化汞反应，以得到氯化亚汞。氯化亚汞可通过沉淀被去除。也公开了用于实施所述方法的设备。

Description

用于从气体去除汞的设备和方法

背景技术

来自燃煤锅炉以及来自其他燃烧过程，包括城市垃圾燃烧器、金矿焙烧炉以及有害废弃物焚化炉的汞排放已得到研究，以确定排放速率和控制技术的效力。燃煤锅炉与矿石焙烧炉之间差异的因素可能包括供料与烟道气的汞含量、烟道气二氧化硫浓度，以及烟道气汞形态(speciation)。对来自燃煤锅炉的未处理烟道气的分析已检测到直到25μg/m³的汞浓度，具有15μg/m³的平均浓度。针对美国西部的矿床，金矿已被测量到从小于1mg/kg到200mg/kg的汞浓度。因此合乎期望地，并且在许多国家可能是法律要求，将污染性汞在它们被释放到环境之前从出口气中去除。

针对从燃煤锅炉排放去除汞的处理技术的研究已显示，汞的形态可以影响汞的去除。燃烧气体中的汞形态可以包括元素汞蒸汽(Hg⁰)、氧化态汞蒸气(Hg⁺²)和与微粒物质有关系的汞(Hg^p)。元素汞可能是在焙烧炉烟道气中的主要形态。

人们认为，来自矿石焙烧炉等等的出口气中的汞可能存在为水溶性元素汞(Hg)和水溶性离子化的汞(Hg²⁺)。尽管离子化的汞(其可被水容易地吸收)可通过脱硫吸收塔等等被去除，元素汞(其在水中具有非常低的溶解度)不能被由脱硫吸收塔吸收，并且可能作为元素汞蒸气被排出而不被吸收。

常规地，针对汞从气体的去除已提出了两种主要的途径：活性炭吸附法和氯化汞吸收法，后者中元素汞通过与氯化汞反应而被转化为氯化亚汞。然而，前述常规氯化汞方法中，当已被氧化的汞一旦被下游洗涤器俘获时，其可被烟道气中共存的SO₂的作用还原，并且可以被再次挥发。常规汞去除过程的效力可能受到氯化汞与元素汞的反应速率的限制。

多种用于从污染气体去除汞的方法和设备在本领域是公知的。

授予Durham等的美国专利号5,409,522(1995年4月25日)公开一种用于通过再生用于回收汞的吸附剂，从气体料流去除特定材料和含汞化合物的设备和过程。

授予Sellakumar的美国专利号6,920,329(2005年11月1日)公开一种用于将汞转化为氯化汞的设备和过程，所述方法包括使汞与氯化物盐的溶液接触并加热溶液。

技术领域

本发明涉及用于从气体去除与回收汞的方法和设备。

发明内容

在一实施方案中，公开一种用于从气体去除汞的方法，所述方法包括使所述汞与溶解的氯气反应以形成氯化汞。

在可替换实施方案中，所述氯气和所形成的氯化汞在水溶液中。

在可替换实施方案中，所述溶液和所述气体可形成气/液界面，并且所述反应可还包括在所述气/液界面形成二维汞蒸气。

在可替换实施方案中，所述反应可在低于约65℃的温度，或在低于约40℃的温度发生。

在可替换实施方案中，所述方法还包括使任何未反应的汞与所述氯化汞反应以形成氯化亚汞的步骤，并且可以包括从所述溶液去除所述氯化亚汞的步骤。

在可替换实施方案中，所述氯溶液的pH在约6.5和约7.5之间，并且在实施方案中，所述气体可以是出口气。

在可替换实施方案中，公开一种用于从气体去除汞的设备，其中改进包括用于使所述汞与氯溶液反应的第一汞洗涤器。

在可替换实施方案中，所述设备可以包括用于再生所述氯溶液的氯供料系统。

在可替换实施方案中，所述改进还包括第二汞洗涤器，以及适合于使所述氯溶液在所述两个洗涤器之间基本上连续地再循环的循环系统。

在可替换实施方案中，所述设备还包括用于收获在所述洗涤器中生成的沉淀的氯化亚汞的收获器。

在实施方案中，公开一种用于从气体去除汞的方法，其中改进包括使所述汞与氯气的溶液反应，以形成溶液中的氯化汞。

在可替换实施方案中，所述方法包括使未反应的汞与所述氯化汞反应以形成氯化亚汞。

在可替换实施方案中，所述方法还包括将所述氯化亚汞从所述溶液去除的步骤。

在可替换实施方案中，所述溶液和气体形成气/液界面，并且所述反应还包括在所述气/液界面形成二维汞蒸气。

在可替换实施方案中，汞与所述氯气的溶液的所述反应在第一洗涤器中发生，并且汞与氯化汞的所述反应在第二洗涤器中反生。

在可替换实施方案中，所述反应可在低于约65℃的温度，或在低于约40℃的温度发生。

在可替换实施方案中，所述氯与所述汞之间的所述反应在约500mV和约2000mV之间的ORP下发生。

在一实施方案中，公开一种用于从气体去除汞的方法，其中改进包括使所述汞与氯气反应以形成HgCl₂。

在可替换实施方案中，公开一种用于从气体去除汞的方法，其中改进包括使所述汞与氯气反应以形成HgCl₂，并且其中所述氯气在水溶液中。

在可替换实施方案中，所述方法还包括使所述汞与所述HgCl₂反应以形成Hg₂Cl₂。

在可替换实施方案中，公开一种用于从气体去除汞的方法，其中改进包括使所述汞与溶解的氯气反应。

在可替换实施方案中，公开一种用于使汞与氯气反应的方法，其中改进包括使所述汞与所述氯气在气液界面反应。

在可替换实施方案中，公开汞洗涤器，其中改进包括用于使所述汞与氯气的溶液反应的反应器。

在可替换实施方案中，公开一种用于从气体去除汞的设备，其中改进包括用于使汞与氯气的溶液反应的汞洗涤器。

在可替换实施方案中，公开根据其他实施方案的设备，其中所述设备还包括用于使所述汞与HgCl₂的溶液反应并生成Hg₂Cl₂的第二汞洗涤器。

根据其他实施方案的所述设备，其中设备包括收获器，以从所述溶液去除沉淀的Hg₂Cl₂。

在另外的实施方案中，公开一种汞洗涤器，其中改进包括用于使要被处理的气体与氯溶液反应的反应器，并且其中另外的改进包括沉淀氯化亚汞。

在实施方案中，所述汞可以是元素汞。

鉴于以下对所选实施方案的详细描述，以及如在附图中所图示的，本发明主题的特征和优点将变得更明显。如将认识到的，所公开并要求保护的主题能够在各个方面更改，均不偏离本发明主题的范围。相应地，附图和描述均要认为本质上是示例性的，而非限制性的。

附图说明

图1是示出一实施方案的步骤的流程图。

图2是示出每个工段监控和控制功能的一实施方案的流程图。

图3是一实施方案的汞洗涤器的示意图。

实施方式的详细描述

术语

该公开中，汞洗涤器意指用于从气体去除汞的任何装置。

该公开中，术语“出口气(off gas)”和“烟道气(flue gas)”意指由可以是或可以包括加热或燃烧步骤的过程释放的气体，并且在实施方案中可以包括由矿石焙烧过程、燃煤和燃油锅炉以及有害废弃物焚化炉生成的气体。

该公开中，“汞”包括元素汞。

该公开中，术语“苏打灰”具有其一般意义，并且根据语境需要，意指可以在溶液中或为固体的碳酸钠。本领域技术人员将容易地存储和处理苏打灰，并且将制备并适当使用浓缩的储备溶液。

该公开中，术语“洗涤器溶液”意指要与待处理气体接触以从气体去除汞的溶液，并且在实施方案中可以含有溶解的氯，可以含有溶解的氯离子，并且可以含有pH调节组分，所述pH调节组分可以是或可以包括苏打灰或对等物。

在可替换实施方案中，该公开中涉及的矿石可以是任何金属矿石，包括但不限于多种金属的矿石，所述多种金属可以是重金属或贵金属，并且可以包括金、银、镍、铁、锌、钴、锰、钼、钒、钨、铅、锡、钽、镉、砷、铝、铍、铋和铜。

该公开中，术语“待处理气体”意指任何要被处理以去除汞的气体，并且可以是出口气或烟道气。

该公开中，术语“收获器(harvester)”、“沉淀器”、“沉淀装置”等等均指这样的任何设备和装置，凭借所述任何设备和装置，未溶解的化学品或材料可通过沉淀被从溶液或液体被去除。在具体实施方案中，这样的设备和方法可用来从溶液去除Hg₂Cl₂(氯化亚汞或甘汞)。

在实施方案中，通过实施方案的方法和设备处理过的气体，在处理之后可包括小于约10μg/m³、小于约9μg/m³、小于约8μg/m³、小于约7μg/m³、小于约6μg/m³、小于约5μg/m³、小于约4μg/m³、小于约3μg/m³、小于约2μg/m³、小于约1μg/m³、小于约0.9μg/m³、小于约0.8μg/m³、小于约0.7μg/m³、小于约0.6μg/m³、小于约0.5μg/m³、小于约0.4μg/m³、小于约0.3μg/m³、小于约0.2μg/m³、小于约0.1μg/m³或小于约0.05μg/m³的汞。在具体实施方案中，经处理的气体可含有小于约6μg/m³的汞。

在实施方案中，具体步骤可以重复，并且所描述的设备和方法可以与用于以对本领域技术人员而言非常明显的方式处理气体的任何其他的方法与设备组合。试剂的具体浓度和操作将由本领域技术人员容易地理解并更改，以适合具体的要求。

第一实施方案

第一实施方案总体上参考图1、2和3来描述，并且包括用于从气体去除汞的方法和设备，所述气体可以是出口气并且可以通过矿石焙烧生成。在一实施方案中，所述矿石可以为金矿石。所述实施方案在下文提供的实施例中进一步详细阐述。

整体过程总地指定为10，并且可以包括数个步骤，每个步骤可以与设备的指定部分相关联，如在图1和2中更具体阐述的。

在指定为100的第一步骤中，待处理气体(其可以是出口气)可以通过矿石焙烧来产生，并且可以在高温。待处理气体可以使用水喷雾、热交换器、制冷系统或任何其他合适的手段来冷却(110)，并且这样的冷却可以在急冷塔中发生，并且在具体实施方案中可能导致具有在约65℃、60℃、55℃、50℃、45℃、40℃、35℃、30℃以下，或低于约30℃，或前述温度之一以上温度的气体。沿循通过急冷塔的通路，微粒可以在洗尘器(dustscrubber)、湿式洗涤器或其他合适的去除微粒物质的装置中被去除(120)。合适的可替换装置可以包括旋风机、过滤器、离尘器等等，并且微粒也可以通过形成水浆来被去除，所述水浆可以随后进一步被处理以去除金或其他合乎期望的成分。在实施方案中，离开洗尘器的气体可以具有进一步降低的温度，并且可以比约50℃、45℃、40℃、35℃、30℃、25℃、20℃或更低更冷。

二氧化硫可以在二氧化硫洗涤器中被去除(130)。这可以通过水或碱洗涤来实现；并且可以利用使用添加苏打灰控制pH的填充塔式洗涤器达成。在汞的氧化之前从气体料流中去除SO₂可能是重要的，因为SO₂可以充当还原剂，并将干扰汞洗涤器的正确操作。二氧化硫的去除之后，气体压力可以例如通过抽风机而升高，并且压力可以升高到大于约2磅每平方英寸(psi)、2.5psi、3.0psi、3.5psi、4.0psi或更高。在SO₂去除工段120，pH和温度两者均可以被调整。

汞的去除可以通过使汞与溶解的氯气在第一洗涤步骤140中反应来实现。如将从图3所见，这可以使用第一汞洗涤器300(也称作汞洗涤器(I)或汞洗涤器1)来达成，以形成氯化汞(HgCl₂)。汞洗涤器(I)中，汞可以被吸收或吸附到溶液/气体界面上，并且两种反应可以发生：

A.Hg⁰+Cl₂→Hg²⁺+2Cl^-

和

B.Hg⁰+Hg²⁺+2Cl^-→Hg₂Cl₂；

Hg²⁺离子分配到洗涤溶液中，并且可形成Hg₂Cl₂(甘汞或氯化亚汞)沉淀。

氯溶液也可以含有稀的苏打灰，以控制pH，并且可以还含有用于与可能存在于气体中或者可能由气体中的元素汞与分子氯反应生成的汞离子反应的氯化汞。

任何剩余的未反应汞可以在第二汞洗涤步骤150中于汞洗涤器(II)(也称作汞洗涤器2)中通过与溶解的氯化汞，或溶解的氯化汞和氯气反应而被去除。再次，溶液的pH可以通过添加苏打灰来调节。

图3是第一实施方案中的两个汞洗涤器的结构与关系的示意图。包括两个洗涤器的组件一般指定为800。洗涤器(I)300和洗涤器(II)400可以具有相似的构造。每个洗涤器均通过水供应260被供料以渗流水或新鲜水。

洗涤器(I)包括包容壁305、除雾喷雾器310、除雾筛网320、填料床330，以及汞收集组件350。提供有数个接入点340。必要时，将苏打灰通过苏打灰供料器670供料到洗涤器(I)300中，以维持期望的pH，并且响应于通过ORP探针的监控将氯气注入到环路(550)中，并将液体汞收获在汞收集组件350中。洗涤器(II)包括包容壁405、除雾器410喷雾、除雾筛网420、填料床430，以及汞收集组件450。提供有数个接入点440。必要时，将苏打灰溶液通过苏打灰供料器660注入到洗涤器(II)400中，以维持期望的pH。提供有数个探针插入点370，用于到探针插入洗涤器(I)，并且在洗涤器(II)中提供有数个探针插入点470，并可用于监控pH、温度、ORP以及期望的其他参数。

将待处理气体通过管道200递送到洗涤器(I)300，并沿循通路通过洗涤器，通过管道230而运送到洗涤器(II)400。通过洗涤器(II)400之后，将经处理的气体在管道250中传递到尾气洗涤器。

将氯溶液通过ORP(氧化还原电势)环路供料到洗涤器。ORP环路包括线路500，线路500引导积聚的洗涤器溶液从洗涤器(I)到泵726，并由此到线路510，线路510运载来自泵的溶液。线路510分成线路530和线路520。线路530流向洗涤器(II)400中的注入点(injection point)460，用于使洗涤器溶液与出口气混合。线路520在横进给525处供料进洗涤器(II)的下段，并且是在环路中的该点处，必要时，通过在注入点550添加氯，来调节再循环洗涤器溶液的组成。该特征也称作氯再生系统，或洗涤器溶液再生系统，并且表明或可以表明一种洗涤器溶液或多种洗涤器溶液可以凭借其被连续再生的一个系统或多个系统，允许洗涤器溶液在两个洗涤器内或两个洗涤器之间连续的再循环。来自洗涤器(II)400的洗涤器溶液通过线路600被引导出去，导致供料到线路620中的泵710将洗涤器溶液运送到热交换器730，并进入洗涤器溶液放出线路630。从热交换器730，线路620引导再循环的洗涤器溶液到洗涤器(I)300中的注入点360。提供用于热交换器的冷却水输入630和输出640。

汞收集组件350和450起收集任何积聚在洗涤器底部的液体汞的作用。它们包括两个阀900、910，以及汞收集器容器920。操作中，阀900正常是打开的，并且阀910是关闭的，汞通过管930排出，并在容器920中收集。期望时，阀900关闭并且阀910打开以允许流动通过出口管940，并且汞从容器920被收集。然后阀910能够被再次关闭，并且阀900再次打开并且继续收集。如上文指明的，在汞被吸收或吸附或以其他方式接触含氯化汞或其他Hg²⁺盐的溶液处，人们认为发生反应Hg⁰+Hg²⁺→Hg₂Cl₂，结果是Hg₂Cl₂(甘汞)的沉淀。

含有溶解氯和/或氯化汞的洗涤器溶液可以在洗涤器300和400之间再循环，并且，必要时被再生，以继续洗涤过程，并且在实施方案中，该再循环和再生可以基本上连续地实现。根据期望或必要时，推动这些反应，沉淀的氯化亚汞可以从溶液去除；并且，必要时，可以再生氯化汞以运行该过程。

在具体实施方案中，洗涤器溶液和待处理气体可在气/液界面彼此接触，并且反应可包括在气/液界面形成二维汞蒸气。氯化汞(HgCl₂)可然后溶解到溶液中，并且可以进一步与气体中的汞反应，以形成氯化亚汞(甘汞，Hg₂Cl₂)，氯化亚汞可通过沉淀被去除。

正如将从图2所能看到的，在通过第一汞去除工段(在汞洗涤器(I)中)期间(140)，pH、ORP和温度可被调整，并且在通过第二汞洗涤器工段(150)期间，pH可以被调整。

在实施方案中，汞与氯之间的反应可以在低于约100℃、95℃、90℃、85℃、80℃、75℃、70℃、65℃、60℃、55℃、50℃、45℃、40℃、35℃、30℃或更低的温度进行。所述反应可以在不存在添加的催化剂时发生，并且在具体实施方案中，可在低于约65℃的温度进行。人们认为，在实施方案中，尽管所述反应在基本上65℃以上的温度仍可以以可检测水平发生，反应的效率或效力在较高的温度可能降低。

在实施方案中，汞洗涤器(I)中氯溶液的pH可以被优化，以促进元素汞与溶解的氯气之间的反应。氯溶液也可以含有氯化汞并且可以含有诸如苏打灰的pH调节剂。在实施方案中，汞洗涤器(I)中氯溶液的pH可以在约6和8之间，并且可以在约6.5和7.5之间，并且可以在约6.7和7.2之间，并且可以在约6.8和7.0之间，并且在具体实施方案中，可以为约6.9。对温度、压力、pH以及其他参数的适当调节以为期望的目的优化该反应，将由本领域技术人员容易地认识到并实施。

在实施方案中，汞洗涤器(I)中洗涤器溶液的ORP可以维持在约600mV以上、约700mV以上、约800mV以上、约900mV以上、约1000mV、约1100mV以上、约1200mV以上或更高，并且在具体实施方案中，可以维持在至少大致为900mV。在实施方案中，该反应发生在约500mV和约2000mV之间的ORP。在实施方案中，氯化汞水平可以维持在约500ppm到2000ppm之间的水平，并且在实施方案中，可以在约500ppm以下，可以在约500ppm和约1000ppm之间，在约1000ppm和约1500ppm之间，在约1500ppm和约2000ppm之间，在约2000ppm和约2500ppm之间，或者可以在约2500ppm以上。

在实施方案中，汞洗涤器(II)中氯化汞溶液的pH可以在约7和约9之间，可以在约7.5和约8.5之间，并且可以为约8，并且在实施方案中，该溶液也可以含有溶解的氯，并且可以含有pH调节剂，pH调节剂可以是或可以包括苏打灰。

将被认识到的是，汞洗涤器(II)和汞洗涤器(II)中的反应条件可以类似，除了在气体到达汞洗涤器(II)时，气体中大多数汞将或可能已经与汞洗涤器(I)中的氯和/或氯化汞反应了。因此，将洗涤器(I)中的条件被调节为有利于反应A，氯与汞之间的反应，而在汞洗涤器(II)中，将这些条件被调节为更直接地有利于汞与氯化汞之间的反应，以形成氯化亚汞。根据本文提供的指导，本领域技术人员将容易地调节在这样的洗涤器中的条件，以促进期望的反应。

汞去除步骤(或多个步骤)之后，经处理的待处理气体可以在尾气洗涤器中得以进一步精整(polish)(160)，尾气洗涤器起备份清洁装置的作用，以去除任何未被在先步骤捕获的污染物。尾气洗涤器可以含有塑料填料而非钛填料。操作上，尾气洗涤器将充当并起“缓冲器”的作用，以吸收在汞洗涤器中未被全部捕获的可溶性气态组分。必要时，可添加苏打灰(碳酸钠)用于pH控制。处理之后，气体可以被释放到大气(170)。

在具体实施方案中，在使用本文公开的方法和设备处理之后，经处理的气体可以包括基本上降低水平的汞。在实施方案中，经处理的气体可以含有小于约10μg/m³的汞，或小于约9μg/m³的汞，或小于约7μg/m³的汞，或小于约8μg/m³的汞或小于约6μg/m³的汞，或小于约5μg/m³的汞或小于约4μg/m³的汞，或小于约3μg/m³的汞或小于约2μg/m³的汞，或小于约1μg/m³的汞或更少。

在实施方案中，在任何给定气态浓度的汞，汞从气体被去除的速率可能取决于汞在吸附或吸收表面上的浓度。这可能取决于：可用于被汞吸附的表面积、液体溶液界面的温度、汞被氧化或与氯和/或氯化汞溶液反应并从表面被去除的速率。如将由本领域技术人员容易理解的，氯和氯化汞溶液的流动速率和组成可受来自提供在相关供料线路中的一个或更多个ORP(氧化还原电势)探针的反馈的控制。类似的pH控制剂可用来控制苏打灰或任何合适的等同物的流动，以维持溶液的pH在或接近其期望值。

在实施方案中，氯溶液和/或氯化汞溶液可以在汞洗涤器(I)和(II)的一个或两者内或之间被再生和/或被再循环，并且在实施方案中，洗涤器溶液可以在两个洗涤器之间的连续流动系统中被再循环。

将被理解的是，在实施方案中，所公开的步骤的次序可以被更改，具体的步骤可以被重复一次、两次、三次、四次或更多次，某些步骤可以略去，并且本领域技术人员可以进行其他更改，而不偏离本发明主题的范围和精神。汞洗涤器

人们认为，汞原子在气体溶液界面的吸附可能是反应过程中的重要步骤，因为汞原子在气体溶液界面的吸附允许对于汞作为不溶性产物氯化亚汞(甘汞)从系统的去除所必需的两个反应，即，分子氯与Hg的反应，接着是原有的Hg与HgCl₂以形成Hg₂Cl₂的反应。汞离子通过形成甘汞而从溶液的持续去除可能受元素汞在气体溶液界面被溶解的氯气的氧化而被抵消。汞洗涤器(I)，SO₂洗涤器的下游，用作该过程中的反应器和洗涤器两者。

氯气被注入到洗涤器液体中，以在气体/溶液界面氧化Hg⁰为Hg⁺²并且提供Hg⁺²形成可溶性HgCl₂所需要的氯离子。苏打灰(碳酸钠)也根据需要添加到汞洗涤器，以控制pH。在实施方案中，已发现6.9左右的pH可能适合于促进分子氯与汞的反应。汞洗涤器(I)中汞与氯之间的反应因此要求与SO₂洗涤器或汞洗涤器(II)相比针对pH的不同设定点，在SO₂洗涤器或汞洗涤器(II)，主导的反应是在Hg⁰+Hg²⁺→Hg₂Cl₂之间的反应。过程优化

该系统中汞去除的速率由以下等式示出：

-dC_Hg/dt＝K.A.f(p).f(T)

其中：p＝出口气中汞的分压

      K＝常数

      A＝溶液的表面积

      T＝气体液体界面的温度

在任何一个温度，汞原子在气体溶液界面的吸附可以受支配于朗缪尔吸附等温线的形式，其最简形式接近于：

θ＝α.p/(1+α.p)

其中：p＝出口气中汞的分压

     α＝常数

     θ＝表面覆盖分数

将会是明显的是，以下参数可以显著影响反应：溶液的pH；溶液的ORP值；溶液中汞离子的浓度；溶液中氯的浓度；溶液中二氧化硫的浓度；以及溶液中氯化物的浓度。

在一般实施方案中，提供有承载两种不同功能的两个独立的洗涤器。每个洗涤器具有不同的优化参数。

在第一洗涤器，汞洗涤器(I)中，反应A(Hg⁰+Cl₂→HgCl₂)和反应B(Hg⁰+HgCl₂→Hg₂Cl₂)两者均发生。反应A和B两者都将控制气体中的汞浓度，并将有助于溶液中汞离子的水平保持在它们需要在的水平，以提供对控制的测量，来产生气体中汞蒸气压的期望减小。

在汞洗涤器(I)中，使反应(A)：

Hg⁰+Cl₂→HgCl₂最大化的参数更为关键。

在第二洗涤器，汞洗涤器(II)中，反应(B)：

Hg⁰+HgCl₂→Hg₂Cl₂

被促进，甘汞通过剩余的汞蒸气与氯化汞的氧化而得以形成，产生不溶性的氯化亚汞(甘汞)。

由于汞洗涤器(II)的主要目的是将不溶性的元素汞转化为其氧化的不溶形式(Hg₂Cl₂)，使其从气体料流去除，当本体溶液中氯化汞的浓度足以创建为零的跨边界层原子汞的有效浓度时，洗涤器的性能提高。

可替换的实施方案

在第二系列的实施方案中，公开一种用于清洁气体的方法，所述气体可以是来自矿石焙烧或其他过程的烟道气。所述方法可以包括从所述气体去除汞，并且该方法可以通过用氯气的溶液氧化汞来实现。在第二实施方案的可替换实施方案中，公开一种用于从气体去除汞的方法，其中改进包括使所述汞与氯气反应，以形成HgCl₂。在可替换实施方案中，氯气可以在水溶液中，并且所述方法可以还包括使所述汞与所述HgCl₂反应以形成Hg₂Cl₂。在另外的实施方案中，公开一种用于从气体去除汞的方法，其中改进包括使所述汞与溶解的氯气反应，该反应可以在气体液体界面发生。

在另外系列的实施方案中，公开一种用于实施这些其他实施方案的设备。所述设备可以包括第一汞洗涤器，用于使所述汞与氯气的溶液反应，以生成HgCl₂。在另外的实施方案中，所述设备可以进一步包括第二汞洗涤器，用于使汞与HgCl₂的溶液反应并生成Hg₂Cl₂。在另外的实施方案中，所述设备可以包括沉淀器或收获器，以去除沉淀的Hg₂Cl₂。

在另外的实施方案中，公开一种汞洗涤器，其中改进包括用于使待处理气体与氯溶液反应的反应器，并且其中另外的改进包括沉淀氯化亚汞。

在一实施方案中，公开一种用于从气体去除汞的方法，所述方法包括使汞与氯气反应以形成氯化汞。在可替换实施方案中，氯气和所形成的氯化汞是在水溶液中的。在实施方案中，所述溶液与所述气体可以形成气/液界面，并且反应可以进一步包括在所述气/液界面形成二维汞蒸气。在实施方案中，反应在低于约100℃的温度发生。在实施方案中，所述方法还包括使任何未反应的汞与氯化汞反应以形成氯化亚汞的步骤，并且可以包括从所述溶液去除氯化亚汞的步骤。在实施方案中，氯溶液的pH在约6.5和约7.5之间，并且在实施方案中，气体可以是出口气。

在一实施方案中，公开一种用于从气体去除汞的设备，其中改进包括用于使汞与氯溶液反应的第一汞洗涤器。在实施方案中，设备可以包括用于再生氯溶液的氯供料系统。在实施方案中，改进还包括第二汞洗涤器，以及适合于基本上连续地在两个所述洗涤器之间再循环氯溶液的循环系统。在实施方案中，设备还包括用于收获在所述洗涤器中生成的沉淀的氯化亚汞的收获器。

在实施方案中，公开一种用于从气体去除汞的方法，其中改进包括使汞与氯气的溶液反应以形成溶液中的氯化汞。在实施方案中，所述方法包括将未反应的汞与氯化汞反应以形成氯化亚汞。在实施方案中，所述方法还包括从溶液去除氯化亚汞的步骤。在实施方案中，溶液与气体形成气/液界面，并且所述反应还包括在所述气/液界面形成二维汞蒸气。在实施方案中，汞与所述氯气的溶液的反应在第一洗涤器中发生，并且汞与氯化汞的所述反应在第二洗涤器中发生。在实施方案中，所述方法在低于约65℃或低于约40℃的温度进行。在实施方案中，氯与汞之间的反应在约500mV和约2000mV之间的ORP下发生。

更一般地，公开一种用于去除出口气中汞的方法，其中洗涤器溶液的表面上吸附的汞与洗涤器溶液中的氧化剂反应，并被吸收到该溶液中，在此，相同氧化剂的存在防止汞被SO₂等的作用还原成元素汞，并散逸回到出口气中。发明人已确认一种通过将氯注入到洗涤器溶液中，来优化洗涤器溶液中氧化还原电势(ORP)的方法。

本公开也提供一种用于去除出口气中汞的方法，其中从焙烧炉和其他热产生装备排出的排气(exhaust gas)中的汞被去除，其特征在于包括汞氧化过程，其中出口气中的汞被吸附在洗涤器溶液的表面并通过与溶液中溶解的氯气的反应而被转化为氯化汞。氯化汞然后被吸收到该溶液中，使表面释放以吸附另外的汞。

实施例：

提供以下实施例作为第一实施方案的举例说明，而非限制性的。在可替换实施方案中，所描述的一个或更多个步骤可以被略去、更改或重复或以更改的次序实施，所有这些均以本领域技术人员容易理解并应用的方式进行，以适应具体需要和环境。将被理解的是，温度以及实施例中存在的百分数可以在具体实施方案中得以更改。可替换的温度和温度范围将为本领域技术人员容易地认识到并实施。

在所描述的实施例中，由金矿的焙烧而产生的出口气得以处理以去除可以为元素汞的汞。

1.1一般气体处理过程

气体处理环路推动来自源矿石焙烧炉的出口气，并将其加工以去除尘微粒材料、二氧化硫气体、其他气体以及汞蒸气，之后通过烟囱释放清洁气体到大气中。在系统内部维持相对与大气的负压差，以防止尘和气体逃离系统。压差可以通过气体处理环路的操作来控制。

来自系统的热含尘出口气被送往气体急冷塔的入口，在那里，可以用水对出口气喷雾。在该点，出口气可以在离开气体急冷塔之前，通过对水蒸发以及浆料加热(slurry heating)的热损失，而从其起始温度(可以是约620℃或可以在约620摄氏度(℃)以上或以下)冷却到较低的适当温度(可以是约55℃，或更高或更低)。该冷却步骤可以减少总的气体体积，并且可以减少大致60％。大多数直径大于2微米的微粒物质可以在此水中被捕获，并作为稀浆液离开急冷塔。该尺寸截止(cut off)可以取决于详细的过程参数而变化。经冷却的气体料流然后进入洗尘器，在那里，可以用水对气体料流喷雾。大多剩下的较大颗粒在流动通过洗尘器的该流体流中被捕获。

经冷却的气体料流然后向上传递并到洗尘器之外到达二氧化硫洗涤器。洗尘器中另外的热交换器可以引起气体温度降至大致35℃。

洗尘器之后，气体可以然后通过填充床苏打灰洗涤器(二氧化硫洗涤器)，以去除可能存在的任何二氧化硫。接下来，单级抽风式风扇使经洗涤的气体压力增加约3.5磅每平方英寸(psi)，以随后转移到汞洗涤器(I)和(II)。汞洗涤器(I)使气体与用于pH控制的苏打灰的稀溶液相接触，该溶液还含有溶解的氯气和氯化汞两者，用于汞氧化和控制。气体料流然后通过汞洗涤器(II)，汞洗涤器(II)使气体与苏打灰的溶液和氯化汞相接触，用于进一步的汞回收和控制。该气体料流然后传递到尾气洗涤器，作为最后的清洁，并且可以通过烟囱(stack)排出到大气。

1.2气体急冷塔

来自系统的热气体(620℃)可以通过不锈钢管道被发送到位于气体急冷塔顶部的入口。气体入口管嘴通过盖突出2″，以维持向塔中的急剧温度过渡，这使得腐蚀和入口管嘴上的固体累积最小化。随着热气体通过入口管嘴，四个喷水管嘴急浸气体料流。这些管嘴组件位于紧挨入口下方以90°角被定位。每个6″管嘴射出垂直于气体料流的方向的平的喷雾。由此，气体料流可以完全被水墙围绕，水墙穿透气体料流到其中心部分。

气体急冷塔的上段有8个额外的喷雾管嘴，它们喷雾到容器壁上，以使腐蚀和固体沉积最小化。热气体使水蒸发，并且在此过程中可以被冷却至约75℃。随着气体通过水喷雾，气体急冷塔容器直径增加。冷却和增加的直径两者均对减慢来自入口的气体有作用。

位于接近气体急冷塔底部的另一个水管嘴与气体流动相向向上射出水喷雾。离开急冷塔的气体可以在55℃被水饱和，并含有一些水雾。从急冷塔排出的浆液通过3″排液管到直接位于急冷塔下方的罐。

1.3湿式洗尘器

湿式洗尘器可以位于气体急冷塔之后，并且可以用一短段的矩形管道连接到气体急冷塔。来自气体急冷塔的饱和气体，带有雾、尘和二氧化硫，接近底部切线进入洗涤器。下段的内壁可以用陶瓷盾保护，以避免磨蚀。气体可被迫通过下段的静止叶片笼(vane cage)，在那里，该气体可与来自高压水线路的水相接触。水喷雾可在其通过笼的叶片时，被涡流气体的作用分成细小的液滴。水滴随着气体向上通过洗涤器而捕获尘粒。得到的浆液可以从Entoleter洗涤器底部流出到密封罐。气体和雾向上传递进入Entoleter的脱离部分(disengaging section)，在那里，水滴在容器壁上被收集。经清洁的气体传递到洗涤器之外，通过上凸缘，并然后向下行进通过FRP管道(玻璃纤维增强塑料)到二氧化硫洗涤器。

洗涤器中的有效洗涤随着增加压降而增加。压降可通过叶片笼高度来控制，并且通过水流速率控制到较小程度。叶片笼高度可借助于位于单元侧边的调节柱塞来调节。

1.4二氧化硫洗涤器

二氧化硫洗涤器使用稀(10％)苏打灰溶液来从离开湿式洗尘器的气体洗去二氧化硫。气体向上递送通过填充床，在那里，这些气体与稀苏打灰溶液逆流接触。苏打灰对洗涤器液箱(sump)的补充可由液箱的pH来控制。经洗涤的气体在离开洗涤器之前通过Chevron型除雾器。气体行进到抽风式风扇，并且消耗的洗涤器溶液可从液箱再循环线路流出，以控制液箱水平。消耗的洗涤器溶液可发送到任一废液罐。

再循环的苏打灰溶液可在其通过热交换器时使用来自尾料渗流的冷水作为冷却介质而得以冷却。其目的可以是保持进入洗涤器的苏打灰溶液的温度在大致30℃。

1.5抽风式风扇

二氧化硫洗涤器气体排出供给抽风式风扇吸力，并且风扇排出大致5,000scfm的废气到汞洗涤器。为了控制系统内部的压力，系统第一工段压力指示控制器调节吸力调节门至抽风式风扇。

供料到抽风式风扇的气体排出自二氧化硫洗涤器。该废气可以是低SO₂的，但可能含有一些硫酸雾。在正常操作条件，气体在抽风式风扇吸力调节门处可以在约30℃。废气可以以约35℃从风扇排出。

1.6汞洗涤器系统(I)和(II)

来自抽风式风扇的废气中的元素汞可以在汞洗涤器(I)和(II)中被洗去，并且清洁的气体可以被送到尾气洗涤器。来自焙烧炉的废气含有源自于矿石中的汞化合物(其在焙烧炉内氧化)的汞蒸气。一些汞蒸气在SO₂洗涤器中冷凝，并且汞洗涤器(I)和(II)设计来捕获剩余的汞蒸气。

废气可以在汞洗涤器(I)和(II)中与20英尺填充床中含有溶解的氯气和氯化汞两者的溶液逆流接触。洗涤器溶液的pH可以通过添加苏打灰来控制。来自汞洗涤器的再循环罐的泄放料流，其含有在溶液中的氯化汞和甘汞的浆液两者，可以与来自二氧化硫洗涤器和尾气洗涤器的泄放合并。该合并的泄放料流可以然后针对可溶性汞内容物而通过添加锌粉被处理，以产生氯化亚汞沉淀(甘汞)，沉淀物可以被收集，并且溶液可被送到废液罐并且到尾料。自动氯化系统在汞洗涤器(I)之前供料氯到线路中。该氯与元素汞蒸汽反应，由此为汞洗涤器(I)和(II)提供汞离子，汞离子可损耗至甘汞沉淀。洗涤器溶液的ORP一般维持在大致900mv或更高，并且氯化汞水平一般维持在约500ppm至2000ppm之间的水平。

汞洗涤器(I)溶液再循环料流可取自在其液箱上的4″管嘴，并被发送到给3个再循环泵供料的集管(header)。内部泵可以是针对汞洗涤器(I)的主再循环泵。外部泵可以是针对汞洗涤器(II)的主再循环泵。中间泵可以是备用的，其可以服务汞洗涤器(I)或(II)。每个泵均在300gpm操作。来自泵排出的4″线路再循环来自汞洗涤器(I)的溶液到汞洗涤器(II)塔顶的喷头中的一个。汞洗涤器(I)的液箱水平控制器操作来自泵排出的1″线路上的控制阀(泵排出排出到汞洗涤器II的液箱)，以维持液箱水平。两个pH探针和一个ORP探针在4″再循环线路中，并且分别控制苏打灰和氯气对系统的添加。

汞洗涤器(II)溶液再循环料流也可取自液箱上的4″管嘴，并发送到给3个再循环泵供料的相同集管。内部泵可以是针对汞洗涤器(I)的主再循环泵。外部泵可以是针对汞洗涤器(II)的主再循环泵。中间液箱可以是备用的，其可以服务汞洗涤器(I)或(II)。每个泵均在300gpm操作。来自泵排出的4″线路再循环来自汞洗涤器(II)的溶液到汞洗涤器(I)塔顶的喷头中的一个。汞洗涤器(II)的液箱水平控制器操作来自泵排出的1″线路上的泄放控制阀(泵排出排出到泄放收集罐(bleed collection tank))，以维持液箱水平。

氯气可被注入到汞洗涤器(II)的液箱，该液箱是要被供料到汞洗涤器(I)顶部的喷雾管嘴的。注入到汞洗涤器(II)的液箱的氯气的量可以由自动阀门控制，并且流动速率通过读取到汞洗涤器(II)喷雾管嘴的供料线路中的ORP探针来调节，汞洗涤器(II)的液箱是要被供料到汞洗涤器(I)顶部的喷雾管嘴的。

苏打灰可从10％苏打灰补充罐被供料到汞洗涤器液箱。苏打灰补充速率可通过设置在pH 8.0的pH控制器来控制。废气可以在85℉/30℃从汞洗涤器被排出。

1.7尾气洗涤系统

尾气洗涤器充当最终精整装置。尾气洗涤器可以是25英尺高填充塔，直径6英尺，具有不锈钢壁。该塔具有600-加仑液箱，以及有水喷雾的8″Chevron-型4-通除雾器，以及一个用于溶液再循环的喷头。该塔可以额定6psig压力和100英寸水柱真空。水可以被管道运送到尾气洗涤器上的除雾器喷雾。流动速率可通过球形阀来控制，并且可以本地监控。苏打灰可在pH控制器的控制下被供料到尾气洗涤器液箱。高pH警报可包括在此控制器中以提醒高pH状况，高pH状况能导致填充床因碳酸氢钠在填料上结垢而堵塞。

本文提出的实施方案和实施例为要求保护的主题的一般性示例，并且不是限制性的。本领域技术人员将理解这些实施方案如何能被容易地更改和/或适应各种应用，并以任何方式，而不偏离要求保护的主题的精神和范围。本发明的权利要求书要被理解为不加限制地包括其主题的所有可替换的实施方案和等同。本文采用的措辞、词语和术语为示例性且非限制性的。在法律容许的情况，本文引用的所有参考均通过引用整体并入。将认识到，本文公开的不同实施方案的任何方面均可在可能的可替换实施方案，以及特征的可替换组合的范围内组合，所有这些特征的变化的组合均要被理解为形成要求保护的主题的部分。具体实施方案可替换地包括所公开的任何一个或更多个要素，或由所公开的任何一个或更多个要素组成，或排除所公开的任何一个或更多个要素。

Claims (19)

1.一种用于从气体去除汞的方法，所述方法包括使所述汞与氯气反应以形成氯化汞。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述氯气和所述形成的氯化汞在水溶液中。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述溶液和所述气体形成气/液界面，并且所述反应还包括在所述气/液界面形成二维汞蒸气。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述反应在低于约65℃的温度发生。

5.根据权利要求2所述的方法，还包括使任何未反应的汞与氯化汞反应以形成氯化亚汞的步骤。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述方法还包括将所述氯化亚汞从所述溶液去除的步骤。

7.根据权利要求2所述的方法，其中所述氯溶液的pH在约6.5和约7.5之间。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述气体是出口气。

9.一种用于从气体去除汞的设备，其中改进包括用于使所述汞与氯溶液反应的第一汞洗涤器。

10.根据权利要求9所述的设备，还包括用于再生所述氯溶液的氯供料系统。

11.根据权利要求9所述的设备，其中所述改进还包括第二汞洗涤器以及适合于在两个所述洗涤器之间基本上连续地再循环所述氯溶液的循环系统。

12.根据权利要求9所述的设备，还包括用于收获在所述洗涤器中生成的沉淀的氯化亚汞的收获器。

13.一种用于从气体去除汞的方法，其中改进包括使所述汞与氯气的溶液反应以形成溶液中的氯化汞。

14.根据权利要求13所述的方法，还包括使未反应的汞与所述氯化汞反应以形成氯化亚汞。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述方法还包括将所述氯化亚汞从所述溶液去除的步骤。

16.根据权利要求13所述的方法，其中所述溶液和气体形成气/液界面，并且所述反应还包括在所述气/液界面形成二维汞蒸气。

17.根据权利要求14所述的方法，其中汞与所述氯气的溶液的所述反应在第一洗涤器中反生，并且汞与氯化汞的所述反应在第二洗涤器中发生。

18.根据权利要求13所述的方法，其中所述方法在低于约65℃的温度进行。

19.根据权利要求13所述的方法，其中所述氯与所述汞之间的所述反应在约500mV和约2000mV之间的ORP下发生。

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