CN105999993A - 烟气脱汞装置和吸附-脱附自耦法回收烟气汞的方法 - Google Patents

烟气脱汞装置和吸附-脱附自耦法回收烟气汞的方法 Download PDF

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Abstract

一种烟气汞回收装置，所述装置包括吸附脱附器、烟气冷却器、汞脱附器冷却器、汞气液冷阱分离器和空气压缩机，其中，所述烟气冷却器的管程出口与吸附脱附器的管程入口相连接，所述吸附脱附器的管程出口与所述汞脱附器冷却器的入口连接，所述汞脱附器冷却器的出口与所述汞气液冷阱分离器的入口连接，所述汞气液冷阱分离器的出口与所述空气压缩机的入口连接，所述空气压缩机的出口与所述烟气冷却器的壳程入口连接使含汞烟气在低温下吸附于固体吸附剂上，又利用烟气的余热使吸附于固体吸附剂上的汞在高温下脱附回收，实现烟气脱汞的资源化利用。

Description

烟气脱汞装置和吸附-脱附自耦法回收烟气汞的方法
技术领域
本发明涉及环境保护领域，具体而言，涉及一种烟气脱汞装置和一种吸附-脱附自法回收烟气汞的方法。
背景技术
煤炭是我国的最主要的一次性能源，在近五十年内，现有的能源消费结构不会得到改变。我国煤中汞的平均含量为0.19μg/g，比世界水平高出0.7个百分点。煤炭中的汞会随着煤炭的燃烧排放到大气中去，每年我国大气汞的排放量达到500～700t/a，占到世界大气汞的总排放量的30％以上，由于汞污染具有持久性、迁移性和生物累积性，如不加以控制，势必会对人类的健康造成巨大的伤害。
同时汞及汞的化合物作为催化剂和添加剂在工业生产和居民生活中有着广阔的应用范围，随着我国内地汞矿的枯竭期到来以及我国履行《水俣条约》中“每一缔约方不得允许原生汞矿的开采活动”的规定，现如今，我国每年需要向国外进口超过100t的汞资源。因此对燃煤烟气中的汞进行捕集和回收，既可以控制大气汞的排放量，又可以补充我国汞资源的短缺，对于我国的环境保护、汞履约和汞资源补充都有着重要的意义。
当前燃煤烟气中汞的脱除方法主要集中在汞的协同脱除技术和脱汞剂喷射技术，CN203916413U提供了一种燃煤锅炉喷射活性炭脱汞的装置，其利用稀相气力运输装置喷射活性炭等吸附剂粉末脱除燃煤烟气中汞等重金属，虽然该技术提高了活性炭的重复利用率，但该装置同时也产生了循环利用活性炭的间接费用，而且没有解决燃煤烟气活性炭喷射技术成本高的难题，同时富含汞的活性炭得不到较好的处理会造成二次污染。CN103977702A公开了一种循环流化床烟气脱硫脱硝脱汞一体化的装置及方法，通过吸收剂现场消化、反应塔结构改进和操作参数优化等方法，借助于功能分区，实现了循环流化床脱硫脱硝脱汞一体化，但其主要功能在于脱硫，效率在90％以上，但是脱硝和脱汞效率偏低，不能实现烟气净化的目地。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种烟气脱汞装置，所述烟气脱汞装置利用低温的循环脱附气体与高温的烟气进行热交换，从而一方面使得烟气能够被冷却后进行汞吸附另一方面使得循环脱附气体能在被加热后进行脱汞，完成吸附-脱附自耦式脱汞处理。
本发明的第二目的在于提供一种吸附-脱附自耦法处理含汞烟气的方法，所述方法采用吸附-脱附自耦式的方案，有效利用了含汞烟气中的热能，从而使得脱汞过程无需加热。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
本发明的一个方面涉及一种烟气脱汞装置，所述装置包括吸附脱附器、烟气冷却器、汞脱附器冷却器、汞气液冷阱分离器和空气压缩机，其中，所述烟气冷却器的管程出口与吸附脱附器的管程入口相连接，所述吸附脱附器的管程出口与所述汞脱附器冷却器的入口连接，所述汞脱附器冷却器的出口与所述汞气液冷阱分离器的入口连接，所述汞气液冷阱分离器的出口与所述空气压缩机的入口连接，所述空气压缩机的出口与所述烟气冷却器的壳程入口连接。
本发明的一个优选实施方式中，烟气冷却器中设置有热储存装置，该热储存装置可以储存-释放热量。
优选地，所述吸附脱附器包括第一吸附脱附器31、第二吸附脱附器32；
其中，所述第一吸附脱附器31和第二吸附脱附器32的壳程出口分别与所述烟气冷却器21的管程入口相连接，所述烟气冷却器21的管程出口与所述吸附-脱附器31和32的管程入口分别连接，所述第一吸附-脱附器31和第二吸附-脱附器32的管程出口分别与所述汞脱附气冷却器22的入口相连接，所述汞脱附气冷却器22的出口与所述汞气液冷阱分离器23的入口连接，所述汞气液冷阱分离器23的出口与所述空气压缩机4的入口连接，所述空气压缩机4的出口与所述烟气冷却器21的壳程入口连接，所述烟气冷却器21的壳程出口与所述第一吸附-脱附器31和第二吸附-脱附器32的管程入口连接，使含汞烟气在低温下吸附于固体吸附剂上，又利用烟气的余热使吸附于固体吸附剂上的汞在高温下脱附回收，实现烟气脱汞的资源化利用。
优选地，所述吸附脱附器31的管程出口处连接一个汞浓度分析仪。
优选地，所述第一吸附-脱附器31和第二吸附-脱附器32的管程出口处分别连接第一汞浓度分析仪51和第二汞浓度分析仪52。
优选地，所述各部分的连接段均设有阀门。
优选地，所述汞脱附气冷却器22通过壳程内的冷却介质进行冷却，优选地，所述冷却介质是冷凝水。
优选地，所述吸附脱附器的管程内装载有汞吸附剂。
优选地，所述汞吸附剂选自废FCC催化剂再生改性汞吸附剂、钙剂吸附剂、碳基吸附剂、分子筛吸附剂中的任意一种。
本发明的另一方面涉及一种吸附-脱附自耦法处理含汞烟气的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
含汞烟气经降温、采用汞吸附剂吸附汞的步骤，循环脱附气经升温、对汞吸附剂进行脱附汞、冷凝、分离回收汞后的循环脱附步骤，
其中，吸附的步骤和脱附的步骤交叉进行，所述含汞烟气经降温所释放的热量用于循环脱附气的升温；
优选的，所述方法包括以下步骤：
(1)含汞烟气交叉流向第一烟气通道和第二烟气通道，所述含汞烟气流经第一烟气通道和第二烟气通道的过程中均经历第一次降温、第二次降温、采用汞吸附剂吸附汞的步骤，
(2)循环脱附气交叉流向第一脱附气通道和第二脱附气通道经，所述循环脱附气交叉流向第一脱附气通道和第二脱附气通道的过程中均经历升温、对汞吸附剂进行脱附汞、冷凝、分离回收汞后的再进行循环脱附步骤；
所述第一烟气通道内的烟气和第一脱附气通道内的循环脱附气交叉流经同一汞吸附剂，所述第二烟气通道内的烟气和第二脱附气通道内的循环脱附气交叉流经同一汞吸附剂；
其中，所述含汞烟气第一次降温释放的热量用于循环脱附气脱附汞所需的能量，所述含汞烟气第二次降温释放的热量用于循环脱附气的升温。
优选地，所述脱附气体是对汞惰性的气体，优选地，所述脱附气体是氮气和/或二氧化碳。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的烟气脱汞装置的结构示意图；
附图标记：
11-第一阀门 12-第二阀门 13-第三阀门 14-第四阀门 15-第五阀门
16-第六阀门 17-第七阀门 18-第八阀门 19-第九阀门 110-第十阀门
111-第十一阀门 112-第十二阀门 113-第十三阀门 114-第十四阀门；
21-烟气冷却器 22-汞脱附气冷却器 23-汞气液冷阱分离器；
31-第一吸附脱附器 32-第二吸附脱附器；
4-空气压缩机；
51-第一汞浓度分析仪52-第二汞浓度分析仪。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明的一个方面涉及一种烟气脱汞装置，其特征在于，所述装置包括吸附脱附器、烟气冷却器、汞脱附器冷却器、汞气液冷阱分离器和空气压缩机，其中，所述烟气冷却器的管程出口与吸附脱附器的管程入口相连接，所述吸附脱附器的管程出口与所述汞脱附器冷却器的入口连接，所述汞脱附器冷却器的出口与所述汞气液冷阱分离器的入口连接，所述汞气液冷阱分离器的出口与所述空气压缩机的入口连接，所述空气压缩机的出口与所述烟气冷却器的壳程入口连接。
本发明的脱汞装置设计旨在充分利用废烟气的热量为循环脱附气加温，提供汞脱附过程中所需的热能，而通过热交换，废烟气被循环脱附气体带走热量而降温，又有利于其被汞吸附剂吸附。另一方面，本发明通过汞气液冷阱分离器将脱附气体带来的汞回收，实现了汞的回收。整个循环过程充分利用烟气与脱附气的热交换，无需另外提供热源，因而节约了能源和成本。
优选地，所述吸附脱附器包括第一吸附脱附器31、第二吸附脱附器32；
其中，所述第一吸附脱附器31和第二吸附脱附器32的壳程出口分别与所述烟气冷却器21的管程入口相连接，所述烟气冷却器21的管程出口与所述吸附-脱附器31和32的管程入口分别连接，所述第一吸附-脱附器31和第二吸附-脱附器32的管程出口分别与所述汞脱附气冷却器22的入口相连接，所述汞脱附气冷却器22的出口与所述汞气液冷阱分离器23的入口连接，所述汞气液冷阱分离器23的出口与所述空气压缩机4的入口连接，所述空气压缩机4的出口与所述烟气冷却器21的壳程入口连接，所述烟气冷却器21的壳程出口与所述第一吸附-脱附器31和第二吸附-脱附器32的管程入口连接。
优选地，所述吸附脱附器31的管程出口处连接第一汞浓度分析仪51。
优选地，所述第一吸附脱附器31和第二吸附脱附器32的管程出口处分别连接第一汞浓度分析仪51和第二汞浓度分析仪52。
优选地，所述各部分的连接段均设有阀门。
使用本发明的装置进行烟气脱汞处理的工艺流程如下
1)待处理烟气分为两路，一路通向吸附-脱附器31，另一路通向吸附-脱附器32；第一阀门11打开，第二阀门12关闭，烟气通过31壳程进行热交换流向烟气冷却器21，此时第三阀门13打开，第四阀门14关闭，烟气通过烟气冷却器21；此时第六阀门16开启，第八阀门18关闭，经过冷却后的烟气进入吸附-脱附器32的管程，烟气中的汞被吸附-脱附器32中的汞吸附剂捕获；此时第十阀门110关闭，第二阀门12打开，脱汞后的烟气流入下一操作单元，直到吸附-脱附器32中吸附剂吸附饱和；
2)经吸附-脱附器32管程出口检验吸附剂吸附饱和后，关闭第一阀门11，开启第二阀门12，此时烟气停止流向吸附-脱附器31的壳程，转而流向吸附-脱附器32的壳程，为吸附剂脱附汞加热；此时第四阀门14打开，第三阀门13关闭，烟气流入烟气冷却器21；此时第五阀门15开启，第七阀门17关闭，经冷却后的烟气进入吸附-脱附器31管程进行汞脱附；吸附第九阀门19关闭，第一阀门11开启，脱汞后的烟气流入下一操作单元，直到吸附-脱附器31中吸附剂吸附饱和；
3)在过程1)中吸附-脱附器32吸附剂饱和后，循环脱附气从空气压缩机4流出进入烟气冷却器21壳程对高温烟气进行降温；第七阀门17关闭，第八阀门18开启，热交换后的循环脱附气流出烟气冷却器21沿着管道进入汞吸附饱和的吸附-脱附器32；第十二阀门112和第九阀门19关闭，第十阀门110开启，从吸附-脱附器32流出的富含汞的循环脱附气在汞脱附气冷却器22中冷却，回收大部分能量，接着流入汞气液冷阱分离器23，完成汞与循环脱附气的分离和汞的回收，脱除汞后的循环脱附气继续进入脱附循环过程，经过汞浓度分析仪检测吸附-脱附器32流出的循环脱附气中汞浓度为零后，汞气液冷阱分离器停止工作；
4)在过程2)中吸附-脱附器31吸附剂饱和后，循环脱附气从空气压缩机4流出进入烟气冷却器21壳程对高温烟气进行降温；第八阀门18关闭，底气阀门17开启，热交换后的循环脱附气流出烟气冷却器21沿着管道进入汞吸附饱和的吸附-脱附器31；第十一阀门111和第十阀门110关闭，第九阀门19开启，从吸附-脱附器31流出的富含汞的循环脱附气在汞脱附气冷却器22中冷却，回收大部分能量，接着流入汞气液冷阱分离器23，完成汞与循环脱附气的分离和汞的回收，脱除汞后的循环脱附气继续进入脱附循环过程，经过汞浓度分析仪检测吸附-脱附器32流出的循环脱附气中汞浓度为零后，汞气液冷阱分离器停止工作。
在本发明的一个优选实施方式中，所述汞脱附气冷却器22通过壳程内的冷却介质进行冷却，优选地，所述冷却介质是冷凝水。
在本发明的一个优选实施方式中，所述吸附脱附器的管程内装载有汞吸附剂。
在本发明的一个优选实施方式中，所述汞吸附剂选自废FCC催化剂再生改性汞吸附剂、钙剂吸附剂、碳基吸附剂、分子筛吸附剂中的任意一种。
本发明的另一方面涉及一种吸附-脱附自耦法处理含汞烟气的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
含汞烟气经降温、采用汞吸附剂吸附汞的步骤，循环脱附气经升温、对汞吸附剂进行脱附汞、冷凝、分离回收汞后的循环脱附步骤，
其中，吸附的步骤和脱附的步骤交叉进行，所述含汞烟气经降温所释放的热量用于循环脱附气的升温；
优选的，所述方法包括以下步骤：
(1)含汞烟气交叉流向第一烟气通道和第二烟气通道，所述含汞烟气流经第一烟气通道和第二烟气通道的过程中均经历第一次降温、第二次降温、采用汞吸附剂吸附汞的步骤，
(2)循环脱附气交叉流向第一脱附气通道和第二脱附气通道经，所述循环脱附气交叉流向第一脱附气通道和第二脱附气通道的过程中均经历升温、对汞吸附剂进行脱附汞、冷凝、分离回收汞后的再进行循环脱附步骤；
所述第一烟气通道内的烟气和第一脱附气通道内的循环脱附气交叉流经同一汞吸附剂，所述第二烟气通道内的烟气和第二脱附气通道内的循环脱附气交叉流经同一汞吸附剂；
其中，所述含汞烟气第一次降温释放的热量用于循环脱附气脱附汞所需的能量，所述含汞烟气第二次降温释放的热量用于循环脱附气的升温。
优选地，所述脱附气体是对汞惰性的气体，优选地，所述脱附气体是氮气和/或二氧化碳。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种烟气汞回收装置，其特征在于，所述装置包括吸附脱附器、烟气冷却器、汞脱附器冷却器、汞气液冷阱分离器和空气压缩机，其中，所述烟气冷却器的管程出口与吸附脱附器的管程入口相连接，所述吸附脱附器的管程出口与所述汞脱附器冷却器的入口连接，所述汞脱附器冷却器的出口与所述汞气液冷阱分离器的入口连接，所述汞气液冷阱分离器的出口与所述空气压缩机的入口连接，所述空气压缩机的出口与所述烟气冷却器21的壳程入口连接。
2.根据权利要求1所述的烟气回收脱汞装置，其特征在于，所述吸附脱附器包括第一吸附脱附器(31)、第二吸附脱附器(32)；
其中，所述第一吸附脱附器(31)和第二吸附脱附器(32)的壳程出口分别与所述烟气冷却器(21)的管程入口相连接，所述烟气冷却器21的管程出口与所述第一吸附脱附器(31)和第二吸附脱附器(32)的管程入口分别连接，所述第一吸附脱附器(31)和第二吸附脱附器(32)的管程出口分别与所述汞脱附气冷却器(22)的入口相连接，所述汞脱附气冷却器(22)的出口与所述汞气液冷阱分离器(23)的入口连接，所述汞气液冷阱分离器(23)的出口与所述空气压缩机(4)的入口连接，所述空气压缩机(4)的出口与所述烟气冷却器(21)的壳程入口连接，所述烟气冷却器(21)的壳程出口与所述第一吸附-脱附器(31)和第二吸附-脱附器(32)的管程入口连接。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述吸附脱附器(31)的管程出口处连接第一汞浓度分析仪(51)。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第一吸附-脱附器(31)和第二吸附-脱附器(32)的管程出口处分别连接第一汞浓度分析仪(51)和第二汞浓度分析仪(52)。
5.根据权利要求1-3任一项所述的装置，其特征在于，各部分的连接段均设有阀门。
6.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述汞脱附气冷却器(22)通过壳程内的冷却介质进行冷却，优选地，所述冷却介质是冷凝水。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述吸附脱附器的管程内装载有汞吸附剂。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述汞吸附剂选自废FCC催化剂再生改性汞吸附剂、钙剂吸附剂、碳基吸附剂、分子筛吸附剂中的任意一种。
9.一种吸附-脱附自耦法处理含汞烟气的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
含汞烟气经降温、采用汞吸附剂吸附汞的步骤，循环脱附气经升温、对汞吸附剂进行脱附汞、冷凝、分离回收汞后的循环脱附步骤，
其中，吸附的步骤和脱附的步骤交叉进行，所述含汞烟气经降温所释放的热量用于循环脱附气的升温；
优选的，所述方法包括以下步骤：
(1)含汞烟气交叉流向第一烟气通道和第二烟气通道，所述含汞烟气流经第一烟气通道和第二烟气通道的过程中均经历第一次降温、第二次降温、采用汞吸附剂吸附汞的步骤，
(2)循环脱附气交叉流向第一脱附气通道和第二脱附气通道经，所述循环脱附气交叉流向第一脱附气通道和第二脱附气通道的过程中均经历升温、对汞吸附剂进行脱附汞、冷凝、分离回收汞后的再进行循环脱附步骤；
所述第一烟气通道内的烟气和第一脱附气通道内的循环脱附气交叉流经同一汞吸附剂，所述第二烟气通道内的烟气和第二脱附气通道内的循环脱附气交叉流经同一汞吸附剂；
其中，所述含汞烟气第一次降温释放的热量用于循环脱附气脱附汞所需的能量，所述含汞烟气第二次降温释放的热量用于循环脱附气的升温。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述循环脱附气体是对汞惰性的气体，优选地，所述循环脱附气体是氮气和/或二氧化碳。
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