CN113019094A - 一种利用含硫废气高效脱汞装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种利用含硫废气高效脱汞装置及方法，载硫/再生反应器与汞回收装置连接，汞回收装置与含汞烟气和吸附剂回收装置连接，吸附剂回收装置和汞脱附反应器和载硫/再生反应器连接；方法：向载硫/再生反应器的含硫废气入口通入含有SO2和H2S高温含硫废气，进行碳热还原反应，生成载硫吸附剂；将载硫吸附剂和含汞烟气加入到汞回收装置中，将含汞烟气中的气相汞以HgS的形式结合在活性炭表面形成富汞吸附剂；将富汞吸附剂和惰性气体加入到吸附回收装置中，分离出气态Hg0并将其输送到汞脱附反应器中；将汞脱附后的炭基吸附剂乏料排入载硫/再生反应器的吸附剂乏料中进行再生。本发明能实现对燃煤烟气的脱汞处理及脱汞吸附剂的活化再生。

Description

一种利用含硫废气高效脱汞装置及方法
技术领域
本发明属于环境保护技术领域，具体涉及一种利用含硫废气高效脱汞装置及方法。
背景技术
燃煤烟气排放是大气中Hg的主要来源，已日益受到人们的关注，为了满足环保的排放标准，必须对现有的燃煤烟气进行贡脱除处理。
燃煤烟气汞脱除技术主要分为燃烧前脱汞、燃烧中脱汞和燃烧后脱汞三种。燃烧前脱汞技术主要是采用选煤、洗煤等物理化学方法降低燃料中Hg的含量。燃烧中脱汞主要是通过改进燃烧减少烟气中Hg的生成，主要有三种常用方式：循环流化床燃烧、低氮燃烧、炉膛内喷入吸附剂。流化床通过增加颗粒与Hg的接触时间促进气态汞的沉降，此外流化床燃烧温度较低，减少Hg2+被还原成Hg0。燃烧后脱汞是目前广泛使用的燃煤烟气汞控制措施，主要是利用电厂现有污染物控制设备对汞进行联合脱除和吸附剂喷射脱汞技术。常用的脱汞吸附剂主要有活性炭、燃煤飞灰、钙基类物质、矿物类物质。虽然上述技术都能够有效脱除烟气中汞，或将煤中汞转移至洗煤液中，或将烟气中汞有效转移至飞灰、吸附剂和脱硫副产品中，有效减少了煤燃烧的大气汞排放量；但是，粉煤灰、脱硫石膏等都是其它行业重要的生产原料，重金属汞在其上的富集无疑将汞的污染转嫁至其它工业生产过程，并没有真正实现燃煤汞污染的彻底治理。活性炭等吸附剂脱汞后还面临汞的脱附回收、吸附剂活化再生等新的问题。
综上所述，现有技术中缺少对燃煤烟气进行脱汞的装置，同时，也缺少能实现脱汞吸附剂活化再生的脱汞方法。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种利用含硫废气高效脱汞装置及方法，该装置能高效的实现对燃煤烟气的脱汞处理，同时，其处理效果好，能有助于实现脱汞吸附剂的活化再生；该方法步骤简单，可以便于实现脱汞吸附剂的再生与汞的回收。
为了实现上述目的，本发明提供一种利用含硫废气高效脱汞装置，包括载硫/再生反应器、喷射系统、汞回收装置、吸附剂回收装置和汞脱附反应器；
所述载硫/再生反应器为碳热反应器，其内部装填有吸附剂，载硫/再生反应器的底部设置有连通到其内腔的含硫废气入口和载硫吸附剂排料口，其顶端设置有连通到其内腔的含硫废气出口和吸附剂乏料进料口；载硫/再生反应器的含硫废气入口通过管路与高温含硫废气源连通，其含硫废气出口与含硫废气净化装置的进气口连接；
所述喷射系统设置在载硫/再生反应器下部的一侧，其包括位于上部的储料仓、位于储料仓下部的文丘里管和位于文丘里管一侧的空气压缩机，所述储料仓下端的出料口通过管路与文丘里管的喉道相连通，储料仓上端的进料口通过管路与载硫/再生反应器的载硫吸附剂排料口连接，所述空气压缩机的出气端通过管路与文丘里管的入口连接；
所述汞回收装置设置在载硫/再生反应器上部的一侧，其左端上部设置有连通到其内腔的载硫吸附剂进料口、左端下部设置有连通到其内腔的含汞烟气入口、右端上部设置有连通到其内腔的清洁烟气出口、底端设置有连通到其内腔的富汞吸附剂排料口；汞回收装置的载硫吸附剂进料口通过管路与文丘里管的出口连接；汞回收装置的含汞烟气入口通过管路与待处理的含汞烟气连通，其清洁烟气出口与大气连通；
所述吸附回收装置设置在汞回收装置的下部一侧，且位于载硫/再生反应器上部的一侧，吸附回收装置的顶部设置有连通到其内腔的富汞吸附剂进料口和气态汞出口，其底部设置有连通到其内腔的吸附剂乏料排料口和惰性气体入口，共内部设置有电加热装置；吸附回收装置的富汞吸附剂进料口通过管路与汞回收装置的富汞吸附剂排料口连通，其惰性气体入口通过管路与随性气体供应源连通，其气态汞出口通过管路与汞脱附反应器的进气口连通，其吸附剂乏料排料口通过管路与载硫/再生反应器的吸附剂乏料进料口连通。
作为一种优选，所述吸附剂为炭基吸附剂。
进一步，为防止汞富集吸收在汞回收装置表面，所述汞回收装置的内衬采用聚四氟乙烯材料制成。
本发明中以工业含硫废气(SO2、H2S)为原料制备可再生高效脱汞吸附剂，一方面可大幅度降低目前燃煤烟气喷射脱汞的成本，实现工业废弃物的资源化利用，另一方面，可实现吸附脱汞-吸附剂再生-汞回收的可持续循环过程，能高效的实现对燃煤烟气的脱汞处理。
本发明还提供了一种利用含硫废气高效脱汞方法，包括以下步骤：
步骤一：控制载硫/再生反应器内部的反应温度在600℃-700℃，向载硫/再生反应器的含硫废气入口通入含有SO2和H2S高温含硫废气，利用炭基吸附剂表面的吸附作用和碳元素的强还原性，进行碳热还原反应，将含硫组分以单质硫形式富集于吸附剂表面形成载硫吸附剂，通过载硫吸附剂排料口将载硫吸附剂排入储料仓中；
步骤二：启动空气压缩机，利用文丘里管将储料仓中的载硫吸附剂喷射到汞回收装置中，同时，向含汞烟气入口中供入待处理的含汞烟气，利用改性后的富硫炭基吸附剂作为烟气脱汞的高效吸附剂，将含汞烟气中的气相汞以HgS的形式结合在活性炭表面形成富汞吸附剂，并通过富汞吸附剂排料口将富汞吸附剂排入吸附回收装置的富汞吸附剂进料口中；
步骤三：控制吸附回收装置内部的反应温度在250-400℃，对富汞吸附剂中的汞进行脱附，将炭基吸附剂表面的HgS重新以气态Hg0的形式完全释放，同时，通过惰性气体入口通入惰性气体作为载体，将分离出的气态Hg0输送到汞脱附反应器内部的冷凝室，进行富集回收，将汞脱附后的炭基吸附剂乏料通过吸附剂乏料排料口排入载硫/再生反应器的吸附剂乏料进料口中；
步骤四：在载硫/再生反应器中利用含有SO2和H2S的高温含硫废气与吸附剂乏料进行反应实现载硫再生，再次使含硫组分以单质硫形式富集于吸附剂表面形成载硫吸附剂，再生后的载硫吸附剂再次通过喷射系统喷射到汞回收装置，实现燃煤烟气汞脱除回收及吸附剂再生脱汞的循环过程。
作为一种优选，在步骤一中，控制载硫/再生反应器内部的反应温度在650℃-700℃。
作为一种优选，在步骤三中，控制吸附回收装置内部的反应温度在250-400℃。
本方法中，利用含SO2和H2S的工业废气与吸附剂在碳热反应器中进行碳热还原反应，将含硫组分以单质硫形式富集于吸附剂表面，改性后的吸附剂喷入烟道脱除烟气中汞，将烟气中的气相Hg以HgS的形式固定在活性炭表面；吸附汞后的吸附剂进入吸附剂回收装置进行分离，分离后的吸附剂进入汞脱附反应器，在一定温度下进行汞的脱附，将吸附剂表面的HgS重新以气态Hg0的形式释放，气态Hg0由惰性气体输送至汞回收装置富集回收；汞脱附后的吸附剂进入碳热反应器实现载硫再生。本发明对控制汞排放、降低汞控制成本、改善大气环境质量将起到巨大的推动作用。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中：1、载硫/再生反应器，2、吸附剂回收装置，3、汞脱附反应器，4、汞回收装置，5、喷射系统，6、储料仓，7、文丘里管，8、空气压缩机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种利用含硫废气高效脱汞装置，包括载硫/再生反应器1、喷射系统5、汞回收装置4、吸附剂回收装置2和汞脱附反应器3；
所述载硫/再生反应器1为碳热反应器，其内部装填有吸附剂，载硫/再生反应器1的底部设置有连通到其内腔的含硫废气入口和载硫吸附剂排料口，其顶端设置有连通到其内腔的含硫废气出口和吸附剂乏料进料口；载硫/再生反应器1的含硫废气入口通过管路与高温含硫废气源连通，其含硫废气出口与含硫废气净化装置的进气口连接；
所述喷射系统5设置在载硫/再生反应器1下部的一侧，其包括位于上部的储料仓6、位于储料仓6下部的文丘里管7和位于文丘里管7一侧的空气压缩机8，所述储料仓6下端的出料口通过管路与文丘里管7的喉道相连通，储料仓6上端的进料口通过管路与载硫/再生反应器1的载硫吸附剂排料口连接，所述空气压缩机8的出气端通过管路与文丘里管7的入口连接；
所述汞回收装置4设置在载硫/再生反应器1上部的一侧，其左端上部设置有连通到其内腔的载硫吸附剂进料口、左端下部设置有连通到其内腔的含汞烟气入口、右端上部设置有连通到其内腔的清洁烟气出口、底端设置有连通到其内腔的富汞吸附剂排料口；汞回收装置4的载硫吸附剂进料口通过管路与文丘里管7的出口连接；汞回收装置4的含汞烟气入口通过管路与待处理的含汞烟气连通，其清洁烟气出口与大气连通；
所述吸附回收装置2设置在汞回收装置4的下部一侧，且位于载硫/再生反应器1上部的一侧，吸附回收装置2的顶部设置有连通到其内腔的富汞吸附剂进料口和气态汞出口，其底部设置有连通到其内腔的吸附剂乏料排料口和惰性气体入口，共内部设置有电加热装置；吸附回收装置2的富汞吸附剂进料口通过管路与汞回收装置4的富汞吸附剂排料口连通，其惰性气体入口通过管路与随性气体供应源连通，其气态汞出口通过管路与汞脱附反应器3的进气口连通，其吸附剂乏料排料口通过管路与载硫/再生反应器1的吸附剂乏料进料口连通。
作为一种优选，所述吸附剂为炭基吸附剂。
进一步，为防止汞富集吸收在汞回收装置表面，所述汞回收装置4的内衬采用聚四氟乙烯材料制成。
本发明中以工业含硫废气(SO2、H2S)为原料制备可再生高效脱汞吸附剂，一方面可大幅度降低目前燃煤烟气喷射脱汞的成本，实现工业废弃物的资源化利用，另一方面，可实现吸附脱汞-吸附剂再生-汞回收的可持续循环过程，能高效的实现对燃煤烟气的脱汞处理。
本发明还提供了一种利用含硫废气高效脱汞方法，包括以下步骤：
步骤一：控制载硫/再生反应器1内部的反应温度在600℃-700℃，向载硫/再生反应器1的含硫废气入口通入含有SO2和H2S高温含硫废气，利用炭基吸附剂表面的吸附作用和碳元素的强还原性，进行碳热还原反应，将含硫组分以单质硫形式富集于吸附剂表面形成载硫吸附剂，通过载硫吸附剂排料口将载硫吸附剂排入储料仓6中；
作为一种优选，含硫废气含硫浓度为体积30％以上，相对湿度为15％以下。
步骤二：启动空气压缩机8，利用文丘里管7将储料仓6中的载硫吸附剂喷射到汞回收装置4中，同时，向含汞烟气入口中供入待处理的含汞烟气，如式(1)所示，利用改性后的富硫炭基吸附剂作为烟气脱汞的高效吸附剂，将含汞烟气中的气相汞以HgS的形式结合在活性炭表面形成富汞吸附剂，并通过富汞吸附剂排料口将富汞吸附剂排入吸附回收装置2的富汞吸附剂进料口中；
Hg(g)+C-S(s)→C-HgS(s) (1)；
步骤三：控制吸附回收装置2内部的反应温度在250-400℃，对富汞吸附剂中的汞进行脱附，将炭基吸附剂表面的HgS重新以气态Hg0的形式完全释放，同时，通过惰性气体入口通入惰性气体作为载体，如式(2)所示，将分离出的气态Hg0输送到汞脱附反应器3内部的冷凝室进行富集回收，将汞脱附后的炭基吸附剂乏料通过吸附剂乏料排料口排入载硫/再生反应器1的吸附剂乏料进料口中；
C-HgS(s)→Hg(g)+C-S(s) (2)；
步骤四：如式(3)～(5)所示，所示，在载硫/再生反应器1中利用含有SO2和H2S的高温含硫废气与吸附剂乏料进行反应实现载硫再生，再次使含硫组分以单质硫形式富集于吸附剂表面形成载硫吸附剂，再生后的载硫吸附剂再次通过喷射系统5喷射到汞回收装置4，实现燃煤烟气汞脱除回收及吸附剂再生脱汞的循环过程。
SO2(g)+C(s)→C-S(s)+CO2(g) (3)；
H2S(g)+O2+C(s)→C-S(s)+H2O(g) (4)；
C-S(s)+O2→SO2(g)+C(s) (5)；
作为一种优选，在步骤一中，控制载硫/再生反应器1内部的反应温度在650℃-700℃。
作为一种优选，在步骤三中，控制吸附回收装置2内部的反应温度在250-400℃。
下面以实施例进行说明：
对比例：烟气由全自动燃煤锅炉产生，烟气量300Nm3/h，同时利用汞发生调节烟气中气态汞浓度，保证装置烟气中汞浓度为100μg/Nm3。在除尘装置前喷入普通活性炭吸附烟气中气态汞，吸附后烟气中气态汞浓度降低到15μg/Nm3。
实施例1：在与对比例相同工况下，利用SO2对活性炭进行改性，载硫反应器温度为650℃，改性后的富硫炭基吸附剂用于烟气脱汞的高效吸附剂，在除尘装置前喷入普通活性炭吸附烟气中气态汞，吸附后烟气中气态汞浓度降低到8μg/Nm3。吸附烟气汞后的富汞吸附剂进行分离后，进入汞脱附反应器，在其温度为300℃温度下(惰性气氛)加热进行汞的脱附，将炭基吸附剂表面的HgS重新以气态Hg0的形式完全释放，气态Hg0由惰性载气输送至冷凝室富集回收。
实施例2：在与对比例相同工况下，利用H2S对活性炭进行改性，载硫反应器温度为650℃，改性后的富硫炭基吸附剂用于烟气脱汞的高效吸附剂，在除尘装置前喷入普通活性炭吸附烟气中气态汞，吸附后烟气中气态汞浓度降低到6.5μg/Nm3。吸附烟气汞后的富汞吸附剂进行分离后，进入汞脱附反应器，在其温度为300℃温度下(惰性气氛)加热进行汞的脱附，将炭基吸附剂表面的HgS重新以气态Hg0的形式完全释放，气态Hg0由惰性载气输送至冷凝室富集回收。

Claims (6)

1.一种利用含硫废气高效脱汞装置，包括载硫/再生反应器(1)；其特征在于，还包括喷射系统(5)、汞回收装置(4)、吸附剂回收装置(2)和汞脱附反应器(3)；
所述载硫/再生反应器(1)为碳热反应器，其内部装填有吸附剂，载硫/再生反应器(1)的底部设置有连通到其内腔的含硫废气入口和载硫吸附剂排料口，其顶端设置有连通到其内腔的含硫废气出口和吸附剂乏料进料口；载硫/再生反应器(1)的含硫废气入口通过管路与高温含硫废气源连通，其含硫废气出口与含硫废气净化装置的进气口连接；
所述喷射系统(5)设置在载硫/再生反应器(1)下部的一侧，其包括位于上部的储料仓(6)、位于储料仓(6)下部的文丘里管(7)和位于文丘里管(7)一侧的空气压缩机(8)，所述储料仓(6)下端的出料口通过管路与文丘里管(7)的喉道相连通，储料仓(6)上端的进料口通过管路与载硫/再生反应器(1)的载硫吸附剂排料口连接，所述空气压缩机(8)的出气端通过管路与文丘里管(7)的入口连接；
所述汞回收装置(4)设置在载硫/再生反应器(1)上部的一侧，其左端上部设置有连通到其内腔的载硫吸附剂进料口、左端下部设置有连通到其内腔的含汞烟气入口、右端上部设置有连通到其内腔的清洁烟气出口、底端设置有连通到其内腔的富汞吸附剂排料口；汞回收装置(4)的载硫吸附剂进料口通过管路与文丘里管(7)的出口连接；汞回收装置(4)的含汞烟气入口通过管路与待处理的含汞烟气连通，其清洁烟气出口与大气连通；
所述吸附回收装置(2)设置在汞回收装置(4)的下部一侧，且位于载硫/再生反应器(1)上部的一侧，吸附回收装置(2)的顶部设置有连通到其内腔的富汞吸附剂进料口和气态汞出口，其底部设置有连通到其内腔的吸附剂乏料排料口和惰性气体入口，共内部设置有电加热装置；吸附回收装置(2)的富汞吸附剂进料口通过管路与汞回收装置(4)的富汞吸附剂排料口连通，其惰性气体入口通过管路与随性气体供应源连通，其气态汞出口通过管路与汞脱附反应器(3)的进气口连通，其吸附剂乏料排料口通过管路与载硫/再生反应器(1)的吸附剂乏料进料口连通。
2.根据权利要求1所述的一种利用含硫废气高效脱汞装置，其特征在于，所述吸附剂为炭基吸附剂。
3.根据权利要求1或2所述的一种利用含硫废气高效脱汞装置，其特征在于，所述汞回收装置(4)的内衬采用聚四氟乙烯材料制成。
4.一种利用含硫废气高效脱汞方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：控制载硫/再生反应器(1)内部的反应温度在600℃-700℃，向载硫/再生反应器(1)的含硫废气入口通入含有SO2和H2S高温含硫废气，利用炭基吸附剂表面的吸附作用和碳元素的强还原性，进行碳热还原反应，将含硫组分以单质硫形式富集于吸附剂表面形成载硫吸附剂，通过载硫吸附剂排料口将载硫吸附剂排入储料仓(6)中；
步骤二：启动空气压缩机(8)，利用文丘里管(7)将储料仓(6)中的载硫吸附剂喷射到汞回收装置(4)中，同时，向含汞烟气入口中供入待处理的含汞烟气，利用改性后的富硫炭基吸附剂作为烟气脱汞的高效吸附剂，将含汞烟气中的气相汞以HgS的形式结合在活性炭表面形成富汞吸附剂，并通过富汞吸附剂排料口将富汞吸附剂排入吸附回收装置(2)的富汞吸附剂进料口中；
步骤三：控制吸附回收装置(2)内部的反应温度在250-400℃，对富汞吸附剂中的汞进行脱附，将炭基吸附剂表面的HgS重新以气态Hg0的形式完全释放，同时，通过惰性气体入口通入惰性气体作为载体，将分离出的气态Hg0输送到汞脱附反应器(3)内部的冷凝室，进行富集回收，将汞脱附后的炭基吸附剂乏料通过吸附剂乏料排料口排入载硫/再生反应器(1)的吸附剂乏料进料口中；
步骤四：在载硫/再生反应器(1)中利用含有SO2和H2S的高温含硫废气与吸附剂乏料进行反应实现载硫再生，再次使含硫组分以单质硫形式富集于吸附剂表面形成载硫吸附剂，再生后的载硫吸附剂再次通过喷射系统(5)喷射到汞回收装置(4)，实现燃煤烟气汞脱除回收及吸附剂再生脱汞的循环过程。
5.根据权利要求4所述的一种利用含硫废气高效脱汞方法，其特征在于，在步骤一中，控制载硫/再生反应器(1)内部的反应温度在650℃-700℃。
6.根据权利要求4或5所述的一种利用含硫废气高效脱汞方法，其特征在于，在步骤三中，控制吸附回收装置(2)内部的反应温度在250-400℃。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113694909A (zh) * 2021-08-31 2021-11-26 华中科技大学 一种汞回收装置
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
CN115400719A (zh) * 2022-09-15 2022-11-29 上海交通大学 一种高硫高湿烟气除汞自持活化吸附剂及制备和再生方法

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