CN113694909A

CN113694909A - 一种汞回收装置

Info

Publication number: CN113694909A
Application number: CN202111008408.XA
Authority: CN
Inventors: 赵永椿; 肖日宏; 张军营
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2021-08-31
Filing date: 2021-08-31
Publication date: 2021-11-26

Abstract

本发明属于汞回收相关技术领域，并公开了一种汞回收装置。该回收装置包括预回收单元和深度回收单元，其中：预回收单元用于初步回收待处理磁珠中的汞，包括加热炉、冷凝器和汞收集罐，加热炉用于使得汞化合物挥发并还原为气态汞，气态汞进入冷凝炉液化形成液态汞；汞收集罐回收液态汞；深度回收单元包括反应器、碱洗罐、硒化汞储存罐和滤液处理罐，气态汞进入反应器中反应生成固态硒化汞，固态硒化汞和载硒吸附剂进入碱洗罐中，在该碱洗罐中载硒吸附剂溶解，硒化汞转化为沉淀，碱洗罐中的液体进入硒化汞储存罐中被过滤，硒化汞储存在该硒化汞储存罐中，滤液进入滤液处理罐中，以此实现汞的进一步回收。通过本发明，提高汞回收效率。

Description

一种汞回收装置

技术领域

本发明属于汞回收相关技术领域，更具体地，涉及一种汞回收装置。

背景技术

汞，作为一种具有富集性、气态传输特性和神经毒性的有毒物质，在人体积累会引发头痛发热全身症状，皮肤红斑等表现且对大气，土壤，水体造成污染，使人类的健康和生态环境受到了巨大的威胁。燃煤电厂是汞污染的主要来源。从2015年1月1日起，烟气汞的排放限值不得超过0.03mg/m³。联合国环境规划署在2019年最新发布的《全球汞排放评估报告》中指出，2015年全球由人为活动排放的汞达到2.15×10⁶kg，比2010年增加了12％，其中燃煤电厂是汞污染的主要来源。赵永椿等人提出的磁珠脱汞技术，利用飞灰中的磁珠进行改性，用以脱除烟气中的气态汞，并将磁珠上面的汞进行回收，以此实现汞的资源化利用，该汞回收工艺同样可以应用于钢铁厂、水泥厂、危废厂等含汞量较多的废料。

现如今针对含汞废物/气的处理方法，主要包括冷凝法，焙烧法-冷凝法等物理方法，该方法所采用的设备庞大，不易密封，二次污染严重，回收率也不高。双氧水，硝酸等化学氧化法进行回收，但该方法很容易引入杂质且回收效率不高。这些已有的方法都很难避免回收过程当中杂质混入从而影响回收效果。汞元素虽然属于有毒性元素，但却在化学、医药以及精密高新科技领域有着重要用途。我国的汞资源相对匮乏，大量以汞为原料的产品都需要进口，如果能在汞回收的过程当中，将回收的单质汞进行收集并转化为高价值副产品，将会产生巨大的经济和环境效益。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种汞回收装置，解决汞回收效率低的问题。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种汞回收装置，该回收装置包括预回收单元和深度回收单元，其中：

所述预回收单元用于初步回收待处理磁珠中的汞，包括加热炉、冷凝器和汞收集罐，所述加热炉用于将待处理磁珠加热使得其中的汞化合物挥发并还原为气态汞，所述冷凝器与所述加热炉连接，气态汞进入该冷凝器中温度被降低，并且部分气态汞液化形成液态汞；所述汞收集罐设置在所述冷凝器的下方，用于回收所述液态汞；

所述深度回收单元设置在所述预回收单元后方，用于进一步回收汞，该深度回收单元包括反应器、碱洗罐、硒化汞储存罐和滤液处理罐，所述反应器与所述冷凝器连接，气态汞进入该反应器中，并与该反应器中的反应生成固态硒化汞，所述碱洗罐设置在所述反应器的下方，固态硒化汞和载硒吸附剂进入该碱洗罐中，在该碱洗罐中所述载硒吸附剂溶解，所述硒化汞转化为沉淀，该碱洗罐下方设置有硒化汞储存罐，所述碱洗罐中的液体进入所述硒化汞储存罐中被过滤，所述硒化汞储存在该硒化汞储存罐中，滤液进入所述滤液处理罐中，以此实现汞的进一步回收。

进一步优选地，所述加热炉包括一级加热炉和二级加热炉，一级加热炉用于将磁珠中的汞化合物挥发出来，二级加热炉用于将汞化合物还原为单质汞。

进一步优选地，所述滤液处理罐与所述二级加热炉连接，二级加热炉中的热量进入所述滤液处理罐中，促进该滤液处理罐中的滤液分解。

进一步优选地，所述反应器的数量为一个或者多个，多个反应器使得气态汞充分反应生成固态汞。

进一步优选地，所述回收装置还包括抽风机，该抽风机设置在所述反应器的一侧，用于保证所述回收装置中气体从加热炉到反应器的流动方向。

进一步优选地，所述抽风机和所述反应器之间还设置有活性炭吸附器和汞浓度监测仪，所述活性炭吸附剂与所述反应器连接，用于进一步吸附气体汞，所述供监测器设置在所述活性炭吸附剂和反应器之间，用于实时监测汞的含量。

进一步优选地，所述冷凝器和反应器之间设置有气体过滤器，一方面用来脱除烟气当中的酸性气体，另一方面吸收脱除气体中的粉尘颗粒。

进一步优选地，所述冷凝器的出口处还设置有温度传感器，用于实时监测冷凝器出口的温度。

进一步优选地，所述碱洗罐中设置有搅拌机构，用于增加碱洗罐内物质的混合。

进一步优选地，所述硒化汞储存罐中设置有料位计，用于实时监测该硒化汞储存罐中硒化汞的量。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具备下列有益效果：

1.本发明中通过设置预回收单元和深度回收单元两个单元进行对磁珠中的汞进行回收，与现有的汞回收装置相较而言，首先本申请处理的对象尤其针对的是磁珠中汞的回收，其形态不同于气态汞或者液态汞的回收，因此采用的预回收与深度回收连个部分相配合，先将脱汞后的磁珠中进行高温脱附，通过高温加热和反应除汞以此回收磁珠中的汞，并对脱附后的气体进行过滤净化，从而保证高纯度的汞蒸气通入反应器内进行高效吸附，提高汞回收的效率；

2.本发明中设置一级加热炉和二级加热炉，二级加热炉中温度高于一级加热炉中的温度，梯度上升，先将汞化合物挥发出来然后还原为单质汞冷却收集，同时两个炉体中的热量进入滤液处理罐中，有效回收热量，实现系统热量的循环利用，提高能量利用率；

3.本发明在反应器后方还设置有活性炭吸附器和汞浓度监测仪，在进一步吸收经过预处理和深度回收单元后残留的汞，最后利用汞浓度监测仪检验整个回路中残留的供，一方面有效去除了整个回收装置中的汞，另一方面根据实时监测的汞含量对反应装置进行调整，提高回收装置的可操控性；

4.本发明提供的回收装置，通过分次逐步递进的回收汞，有效提高汞的回收效率，同时装置结构简单，设备成本低，能源回收利用，实现了产物的循环使用，同时做到了资源利用的最大化。

附图说明

图1是按照本发明的优选实施例所构建的回收装置的结构示意图；

图2是按照本发明的优选实施例所构建的深度回收单元外壳的结构示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1-一级加热炉 2-二级加热炉 3-冷凝器 4-气体过滤器 5-反应器 6-搅拌电机7-活性炭吸附器 8-碱洗罐 9-搅拌轴 10-料位计 11-硒化汞储存罐 12-过滤网 13-滤液处理罐 14-汞浓度监测仪 15-抽风机，16-汞收集罐。

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。

如图1所示，汞回收工艺包括预回收单元和深度回收单元。

预回收单元包括一级加热炉1，二级加热炉2，冷凝器3和汞收集罐16。磁珠通过输送管道送入一级加热炉1，一级加热炉1的出口端与二级加热炉2的进口端相连通，通过阀门控制含汞磁珠输送流量，加热炉所选用炉胆为耐高温不锈钢制作，采用真空式高温加热，从而避免了高温脱附过程中有毒气体的泄露，污染环境。第一、二级加热炉采用两段式程序升温的方法，第一段温度设置成500℃，升温速率为10℃/min，第二段温度设置成800℃，始终保持800℃高温，由于大多数的汞化合物在高于800℃时处于不稳定状态，将其分解成热力态稳定的Hg⁰,便于载硒吸附剂对汞的吸附回收。二级加热炉2的出口与冷凝器3的进口相连通，冷凝器3采用最为常见的壳管式冷凝器，可避免高温蒸汽与吸附剂直接接触，从而增加耗气量。冷凝器3对高温汞蒸气进行降温冷却至150℃左右，冷凝过程中一部分汞蒸气凝结成液态汞，冷凝器3出口端与汞收集罐16相连通，对液态汞进行回收。

深度回收单元包括气体过滤器4，反应器5，碱洗罐8，搅拌轴9，搅拌电机6，过滤器4，硒化汞储存罐11，料位计10，滤液处理罐13。

冷凝器3的出口端与气体过滤器4的进口端相连通，磁珠在进行热脱附过程当中，产生的含汞气体中可能会含有较多量的二次飞灰，气体过滤器4一方面可以捕集气体中的飞灰颗粒，防止飞灰颗粒进入反应器的内部，影响吸附剂对汞的脱除效果，另一方面用以脱除含汞气体中的酸性气体，改性磁珠喷射烟道后，主要对烟气当中的Hg⁰进行氧化、吸附，但燃煤烟气中仍含有其他毒气体(例如SO₂，NO，HCl等)会富集于磁珠表面，含汞磁珠经高温、冷凝处理后，SO₂，NO，HCl，粉尘等成分会混合于气体之中，以此保证通入反应器内的气体为高浓度的汞蒸气。气体过滤器4内的干燥剂选用硫酸钙与石英砂的混合颗粒，一方面用来脱除烟气当中的酸性气体，另一方面吸收脱除气体中的粉尘颗粒。气体过滤器的出口端与温度传感器相连通，用以实时监测设备运转过程当中冷凝器3的出口温度，即150℃左右。

反应器5的落料端设置有闸阀，通过调节阀门开度，从而控制脱汞后载硒吸附剂的流量，碱洗罐8存放溶液为较高浓度的氢氧化钠溶液，用于溶解载硒吸附剂的基体，即二氧化硅粉末，由于脱汞后的载硒吸附剂表面附着产物硒化汞，硒化汞化学性质稳定，只溶于强酸产生有毒气体，当载硒吸附剂溶于氢氧化钠溶液后，硒化汞会通过过滤的方式转化为沉淀。碱洗罐8内的搅拌轴9外接搅拌电机6，对搅拌轴9进行驱动运转。搅拌轴9的搅拌方式选用单轴混流混合的搅拌方式，可同时进行轴向与径向的搅拌方式，以达到良好地搅拌效果，搅拌轴形状采用桨叶式，可以实现吸附剂与碱洗液的均匀混合。搅拌电机6，采用变频调速旋转电机，通过设置吸附剂与碱洗液均匀混合反应的最佳转速，从而提高载硒吸附剂中的二氧化硅在碱洗液中的洗脱速率。气体过滤器4设置于硒化汞储存罐11内部，用以过滤提取硒化汞固体。料位计10，设置于硒化汞储存罐11上，用于实时监测储存器内部的物料填充情况。料位计10选用射频导纳料位计，该料位计通用性强，抗干扰能力强，稳定性强，寿命长，无需维护。滤液处理罐13与硒化汞储存罐11的出口端相来连通，上述步骤过滤出硒化汞的液体为硅酸钠溶液，滤液处理罐13内设置于冷凝器3的气体出口端与滤液处理罐13的气体进口端相连通，滤液处理罐13内部可存放HCl溶液，主要对碱洗罐8的过滤液体，即硅酸钠进行处理，其反应原理为：

Na₂SiO₃+2HCl＝H₂SiO₃+2NaCl

滤液处理罐13的气体进口端设置有闸阀，用以控制进入滤液处理罐13内高温气体的流量，该装置利用从冷却装置回收的热量将滤液处理罐13的硅酸溶液在惰性气氛下加热，从而蒸干水分，上述硅酸在高温150℃的温度下，可分解成二氧化硅，即可作为载硒吸附剂的基体，从而进行吸附剂的循环再生利用，大大节约了汞回收的成本或者直接将滤液处理罐13内部液体进行高温加热，生成的硅酸钠固体可作为一种矿物粘合剂进行循环利用。

进一步地，反应器5一端还设置有活性炭吸附器7、汞浓度监测仪14和抽风机15，反应器5出口端与活性炭吸附器7进口端相连，其内部的填料床内布满载硒吸附剂，用以吸附从气体管路流入的气态汞，约150℃气态汞与层内部的硒单质充分反应，上述温度为硒与汞的最佳反应温度，反应器5的数量至少为两个，也可为多个，考虑随着硒的消耗，汞的吸附效率会下降，导致一部分汞没有被固定成硒化汞，串联多个反应器5，以保证汞被完全固定；优选地，反应器5床层填充材料由石英棉和载硒吸附剂叠加而成，床层的首尾两层设置为石英棉，用以过滤净化除汞单质以外杂质，载硒吸附剂布满床层。气态汞在反应器5内的反应原理：

Hg+Se＝HgSe

活性炭吸附器7出口端与汞浓度监测仪14的进口端相连通，对脱汞后的残余气体进行吸附处理，防止有毒气体泄漏，汞浓度监测仪14的出口端与抽风机15的进口端相连通，汞浓度监测仪用以实时检测装置运行过程中，气体中的汞浓度大小。抽风机15设置于装置最尾端，用于抽取第二级加热炉2出口端的高温蒸汽，通过调节抽风机15的风量大小，进而控制载硒吸附剂与单质汞的反应速率。

图2为汞回收装置箱体，箱体仅设有一个气体进口和气体出口，对高浓度的汞蒸汽进行回收，其内部设置控制控制系统，操作简便，无需人工操作，当尾部汞蒸气检测仪检测到气体中的汞浓度达标时，闸阀自动打开，物料落至碱洗罐内，经过滤后即可获得产物硒化汞。

下面结合具体的实施例进一步说明本发明。

实施例1

选用燃煤电厂除尘器下的飞灰，由于磁珠喷射烟道脱汞，磁珠表面会富集大量汞，一级加热炉经过程序升温将磁珠表面的汞化合物释放出来，一级加热炉筒径为50cm，升温速率设置为10℃/min，磁珠输入量为200kg/h，磁珠经过测试含汞量为2000ng/g，含汞总量为4×10⁵ng/h，尾部抽风机风量为100m³/h，维持汞回收装置气体进口汞浓度4000ug/m³，气体温度通过冷凝器维持至100℃，酸性气体被气体过滤器所吸收，烟气分析仪监测SO₂、CO、HCL等气体浓度小于1ppm，反应器内含有载硒吸附剂2kg左右，使单质汞被吸附剂，经过在线监测发现，气体中的单质汞的脱除效率为90％以上，从而达到烟气排放要求。脱汞后的吸附剂经过碱洗后可在硒化汞储存罐上收集约为0.2g的黑色固体，经过Hg-TPD及XPS等监测手段可判断，产物为硒化汞，经过计算，硒化汞的产率约为87％。

实施例2

选用危废处理厂的的飞灰，滚筒加热炉设置形式同实施例1一样，经过检测飞灰中含汞量为10000ng/g，为电厂磁珠含汞量的5倍，固体废弃物所释放的气体属于高汞高硫气体，气体过滤器选用高浓度的氢氧化钠溶液溶液对酸性气体进行吸收，烟气分析仪监测SO₂、CO、HCL等气体浓度小于1ppm，烟气进入载硒吸附剂中对含高浓度的汞蒸汽进行固定，经过在线监测发现，烟气中的零价汞去除率为92％以上从而达到烟气排放要求，大量的汞被固定在吸附剂表面，经高浓度氢氧化钠溶液碱洗后，硒化汞储存罐上收集约为1g的黑色固体，经过Hg-TPD及XPS等监测手段可判断，产物为硒化汞，经过计算，硒化汞的产率约为90％。

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

1.一种汞回收装置，其特征在于，该回收装置包括预回收单元和深度回收单元，其中：

所述预回收单元用于初步回收待处理磁珠中的汞，包括加热炉、冷凝器(3)和汞收集罐(16)，所述加热炉用于将待处理磁珠加热使得其中的汞化合物挥发并还原为气态汞，所述冷凝器(3)与所述加热炉连接，气态汞进入该冷凝器中温度被降低，并且部分液化为液态汞；所述汞收集罐(16)设置在所述冷凝器的下方，用于回收所述液态汞；

所述深度回收单元设置在所述预回收单元后方，用于进一步回收汞，该深度回收单元包括反应器(5)、碱洗罐(8)、硒化汞储存罐(11)和滤液处理罐(13)，所述反应器(5)与所述冷凝器(3)连接，气态汞进入该反应器中，在该反应器中反应生成固态硒化汞，所述碱洗罐(8)设置在所述反应器的下方，固态硒化汞和载硒吸附剂进入该碱洗罐中，在该碱洗罐中所述载硒吸附剂溶解，所述硒化汞转化为沉淀，该碱洗罐下方设置有硒化汞储存罐(11)，所述碱洗罐中的液体进入所述硒化汞储存罐中被过滤，所述硒化汞储存在该硒化汞储存罐中，滤液进入所述滤液处理罐(13)中，以此实现汞的进一步回收。

2.如权利要求1所述的一种汞回收装置，其特征在于，所述加热炉包括一级加热炉(1)和二级加热炉(2)，一级加热炉(1)用于将磁珠中的汞化合物挥发出来，二级加热炉(2)用于将汞化合物还原为单质汞。

3.如权利要求2所述的一种汞回收装置，其特征在于，所述滤液处理罐(13)与所述二级加热炉(2)连接，二级加热炉中的热量进入所述滤液处理罐中，促进该滤液处理罐中的滤液分解。

4.如权利要求1或2所述的一种汞回收装置，其特征在于，所述反应器(5)的数量为一个或者多个，多个反应器使得气态汞充分反应生成固态汞。

5.如权利要求1所述的一种汞回收装置，其特征在于，所述回收装置还包括抽风机(15)，该抽风机设置在所述反应器的一侧，用于保证所述回收装置中气体从加热炉到反应器的流动方向。

6.如权利要求5所述的一种汞回收装置，其特征在于，所述抽风机和所述反应器之间还设置有活性炭吸附器(7)和汞浓度监测仪(14)，所述活性炭吸附剂与所述反应器连接，用于进一步吸附气体汞，所述供监测器设置在所述活性炭吸附剂和反应器之间，用于实时监测汞的含量。

7.如权利要求1或2所述的一种汞回收装置，其特征在于，所述冷凝器(3)和反应器(5)之间设置有气体过滤器(4)，一方面用来脱除烟气当中的酸性气体，另一方面吸收脱除气体中的粉尘颗粒。

8.如权利要求7所述的一种汞回收装置，其特征在于，所述冷凝器的出口处还设置有温度传感器，用于实时监测冷凝器出口的温度。

9.如权利要求1或2所述的一种汞回收装置，其特征在于，所述碱洗罐中设置有搅拌机构，用于增加碱洗罐内物质的混合。

10.如权利要求9所述的一种汞回收装置，其特征在于，所述硒化汞储存罐中设置有料位计(10)，用于实时监测该硒化汞储存罐中硒化汞的量。