CN103691313A - 一种汞的催化氧化脱除方法与装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种汞的催化氧化脱除方法，在温度范围80-180℃内，将单质汞气体和H2S气体通入到反应器中的γ-Fe2O3和/或α-Fe2O3固体吸附剂上。本发明还提供了一种汞的催化氧化脱除装置，包括配气装置，用于产生H2S气体；反应装置中放置有γ-Fe2O3和/或α-Fe2O3固体吸附剂，用于当单质汞和所述配气装置产生的H2S气体的混合输入所述反应装置时，利用γ-Fe2O3和/或α-Fe2O3固体吸附剂发生化学反应，将单质汞脱除；吸收装置，吸收所述反应装置输出的多余的H2S气体。本发明中，吸附剂为氧化铁，材料简单易得，对环境环保无二次污染，具有较高的吸附能力，长时间反应后仍有较高的脱汞效率。
Description
技术领域
本发明属于烟气净化技术领域，更具体地，涉及一种汞的催化氧化脱除方法与装置。
背景技术
近年来，由于汞污染所引起的各种全球性问题已受到世界的关注。化石燃料、金矿开采、金属冶炼和水泥生产等是中国汞排放最主要的几个来源。烟气中排放的痕量元素汞在燃煤烟气中的浓度尽管很低（处于ppm的数量级），但由于我国煤炭的高消耗量和痕量元素的富集特性，释放到大气中的汞对环境和人类健康造成了严重危害，成为全球关注的重金属污染物之一，对汞的控制势在必行。2013年1月19日，通过了由联合国环境规划署召开的旨在全球范围内控制和减少汞排放的国际公约--《水俣公约》，就具体限排范围做出详细规定，以减少汞对环境和人类健康造成的损害。
汞的主要存在形式以单质汞为主，单质汞熔点低、易挥发且难溶于水、在大气中停留时间长，是脱汞的重点和难点。因煤种不同，微量元素种类、含量与化学形式差异很大，单质汞在煤转化过程中的迁移规律错综复杂，认识程度较低，捕获方法也很少。现在燃煤电厂中一般通过混煤或在煤中掺杂其他氧化剂以及ESP，SCR等设备可以脱除烟气中部分的汞，已经研究利用一些活性炭类，钙基类物质，金属或者金属氧化物等催化剂等对汞进行脱除，但是还没有一种成熟的可普遍推广应用的脱汞技术。而已投入商业应用的活性炭类吸附剂价格昂贵，制约了其在脱汞领域的应用；虽然贵金属催化剂在低温条件下可以促进汞的氧化，但是其成本较高很难被工业界采用，所以寻求一种更合理的吸附剂是当务之急。
发明内容
本发明的目的是提供一种汞的催化氧化脱除方法与装置，以氧化铁为吸附剂，利用气体H2S，来捕获微量元素汞。不但效率高，成本比较低，而且简单，便于回收，不会产生二次污染。实验简单易操作，温度反应过程温度低，消耗低，H2S虽然可能过多，但是易吸收，不会造成二次污染。对于煤燃烧烟气的净化及大气中微量元素汞的污染控制具有重要意义。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种汞的催化氧化脱除方法，在温度范围80-180℃内，将单质汞气体和H2S气体通入到反应器中的γ-Fe2O3和/或α-Fe2O3固体吸附剂上。。
优选地，在温度为80℃时，将单质汞气体和H2S气体通入到反应器中的γ-Fe2O3吸附剂上。
优选地，在温度为130℃时，将单质汞气体和H2S气体通入到反应器中的γ-Fe2O3吸附剂上。
优选地，在温度为180℃时，将单质汞气体和H2S气体通入到反应器中的γ-Fe2O3吸附剂上。
优选地，在温度为80℃时，将单质汞气体和H2S气体通入到反应器中的α-Fe2O3吸附剂上。
优选地，在温度为130℃时，将单质汞气体和H2S气体通入到反应器中的α-Fe2O3吸附剂上。
优选地，在温度为180℃时，将单质汞气体和H2S气体通入到反应器中的α-Fe2O3吸附剂上。
优选地，所述单质汞气体的浓度50ug/m3，所述H2S气体的浓度为400ppm。
按照本发明的另一方面，提供了一种汞的催化氧化脱除装置，包括配气装置、反应装置和吸收装置，其中：所述配气装置用于产生H2S气体；所述反应装置中放置有γ-Fe2O3和/或α-Fe2O3固体吸附剂，用于当单质汞和所述配气装置产生的H2S气体的混合输入所述反应装置时，利用γ-Fe2O3和/或α-Fe2O3固体吸附剂与单质汞和H2S发生化学反应，将单质汞脱除；所述吸收装置，用于吸收所述反应装置输出的多余的H2S气体。
优选地，所述H2S气体的浓度为400ppm，所述吸收装置中有NaOH溶液。
总体而言，本发明具有以下优点：
（1）吸附剂为氧化铁，材料简单易得，对环境环保无二次污染。
（2）吸附剂为氧化铁，具有磁性，易回收。
（3）吸附剂具有较高的吸附能力，长时间反应后仍有较高的脱汞效率。
（4）尤其适用于燃煤电厂，煤炭气化循环发电系统的污染物控制等，并且脱除效率高，便于回收。
附图说明
图1是本发明汞的催化氧化脱除装置结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明的方法，在一定温度下，通入一定浓度的单质汞和一定浓度的H2S气体到反应器中，分别进行与γ-Fe2O3和/或α-Fe2O3固体吸附剂的反应。所述固体吸附剂可以是γ-Fe2O3，也可以是α-Fe2O3，还可以是γ-Fe2O3和α-Fe2O3的混合物。不论是哪种形式的氧化铁，都在此种脱汞方法中对单质汞有很高的脱除效率。
本发明的方法在实验中选用的具体参数为：
实验装置由配气装置，反应装置，汞测试装置和吸收装置等部分组成。将管式炉升到一定温度后，在反应器中放入氧化铁，然后将稳定的一定浓度的单质汞气体和一定浓度的H2S气体同时通入到反应器中，出口处连接有VM3000自动测汞仪来测量反应装置出口处单质汞的实时变化浓度并记录。吸收装置吸收多余的H2S气体。
反应器反应温度设定为80-180℃，时间为1h-3h，H2S气体浓度为400ppm，单质汞的浓度为50ug/m3，管路外边加热带温度保持在100℃。
实验中，通入的H2S气体会在氧化铁表面的作用下解离出H和HS后在吸附剂上形成中间产物，并且不会轻易脱附，最终与Fe原子成键，S原子能强烈吸附在底物表面上，然后S原子与气态单质汞结合成键，使得单质汞得以脱除。
氧化铁吸附剂为反应底物，实验结果表明该吸附剂对单质汞的转化效率很高，达95%以上。
下面通过实例进一步说明本发明的方案和效果。
实例1.
首先，将管式炉温度调节至80℃稳定，将50mg的γ-Fe2O3吸附剂放入反应管中。汞渗透管中产生的单质汞的浓度为50ug/m3，H2S气体的浓度为400ppm，将单质汞气体和H2S气体同时通入到反应器中与吸附剂反应后，出口处接一定浓度的NaOH溶液吸收多余的H2S气体，然后接着通入变色硅胶中进行干燥后，最后通入到VM3000自动测汞仪，来测量并记录反应装置出口处单质汞的实时变化浓度并。此时，反应1h后，单质汞的脱除效率仍达到100%。反应3h后仍可达到80%。
实例2.
参照实例1进行反应，将管式炉温度调节为130℃，其他条件相同，此温度下，反应1h后，单质汞的脱除效率达到95%。
实例3.
参照实例1进行反应，将管式炉温度调节为180℃，其他条件相同，此温度下，反应1h后，单质汞的脱除效率达到95%。
实例4.
参照实例1进行反应，将管式炉温度调节为80℃，底物为α-Fe2O3，其他条件相同，此温度下，反应1h后，单质汞的脱除效率达到98%。
实例5.
参照实例1进行反应，将管式炉温度调节为130℃，底物为α-Fe2O3，其他条件相同，此温度下，反应1h后，单质汞的脱除效率达到85%。
实例6.
参照实例1进行反应，将管式炉温度调节为180℃，底物为α-Fe2O3，其他条件相同，此温度下，反应1h后，单质汞的脱除效率达到60%。
如图1所示，本发明还提供了一种汞的催化氧化脱除装置，包括配气装置、反应装置和吸收装置，其中：
所述配气装置用于产生H2S气体；
所述反应装置中放置有γ-Fe2O3和/或α-Fe2O3固体吸附剂，用于当单质汞和所述配气装置产生的H2S气体的混合输入所述反应装置时，利用γ-Fe2O3和/或α-Fe2O3固体吸附剂发生化学反应，将单质汞脱除；
所述吸收装置，用于吸收所述反应装置输出的多余的H2S气体。
优选地，所述H2S气体的浓度为400ppm，所述吸收装置中有NaOH溶液。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种汞的催化氧化脱除方法，其特征在于，在温度范围80-180℃内，将单质汞气体和H2S气体通入到反应器中的γ-Fe2O3和/或α-Fe2O3固体吸附剂上。。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在温度为80℃时，将单质汞气体和H2S气体通入到反应器中的γ-Fe2O3吸附剂上。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在温度为130℃时，将单质汞气体和H2S气体通入到反应器中的γ-Fe2O3吸附剂上。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在温度为180℃时，将单质汞气体和H2S气体通入到反应器中的γ-Fe2O3吸附剂上。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在温度为80℃时，将单质汞气体和H2S气体通入到反应器中的α-Fe2O3吸附剂上。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在温度为130℃时，将单质汞气体和H2S气体通入到反应器中的α-Fe2O3吸附剂上。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在温度为180℃时，将单质汞气体和H2S气体通入到反应器中的α-Fe2O3吸附剂上。
8.如权利要求2-7任一项所述的方法，其特征在于，所述单质汞气体的浓度为50ug/m3，所述H2S气体的浓度为400ppm。
9.一种汞的催化氧化脱除装置，其特征在于，包括配气装置、反应装置和吸收装置，其中：
所述配气装置用于产生H2S气体；
所述反应装置中放置有γ-Fe2O3和/或α-Fe2O3固体吸附剂，用于当单质汞和所述配气装置产生的H2S气体的混合输入所述反应装置时，利用γ-Fe2O3和/或α-Fe2O3固体吸附剂与单质汞和H2S发生化学反应，将单质汞脱除；
所述吸收装置，用于吸收所述反应装置输出的多余的H2S气体。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述H2S气体的浓度为400ppm，所述吸收装置中有NaOH溶液。
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|---|---|---|---|---|
| CN113750953A (zh) * | 2021-09-27 | 2021-12-07 | 山东大学 | 热解烟气中SO2、H2S和Hg0协同脱除吸附剂及其制备方法 |
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