DE60212041T2

DE60212041T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Entfernung von Quecksilber

Info

Publication number: DE60212041T2
Application number: DE60212041T
Authority: DE
Inventors: Masahiro Chiyoda-ku Harada; c/o Hiroshima Res. & Dev. Center Shintaro Nishi-ku Hiroshima Honjo; Makoto Chiyoda-ku Susaki; Kazuo Chiyoda-ku Ishida; Hajime Chiyoda-ku Nagano; Susumu Chiyoda-ku Okino
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2001-10-31
Filing date: 2002-09-19
Publication date: 2006-12-28
Anticipated expiration: 2022-09-20
Also published as: US6770119B2; DE60212041D1; EP1308198A1; JP2003138277A; DK1308198T3; US20030082085A1; EP1308198B1; JP3872677B2; ES2266375T3

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft ein Quecksilberentfernungsverfahren und ein System zur Verwendung in der Nassgasreinigung. Insbesondere betrifft sie ein Quecksilberentfernungsverfahren, das wirksam sehr kleine Mengen von Quecksilberkomponenten entfernen kann, die in einem Gas während einer Nassgasreinigung, wie die Reinigung von Kohle- oder Schwerölvergasungsgas, oder bei der Erdölraffination vorhanden sind.
Hintergrund der Erfindung
Abgas von Wärmekraftwerken mit Kohleverbrennung enthält von Kohle stammendes Quecksilber. Dieses Quecksilber kann in einem herkömmlichen Rauchgasbehandlungssystem (das einen elektrostatischen Abscheider, eine Nassrauchgasentschwefelungsvorrichtung und dergleichen umfasst) nicht vollständig entfernt werden und ein Teil dessen wird aus diesem ausgetragen. Da Quecksilber eine Spurenkomponente ist und einen sehr hohen Dampfdruck aufweist und insbesondere metallisches Quecksilber die Eigenschaft hat, dass es in Wasser unlöslich ist, ist es schwierig, Quecksilber durch Rückgewinnung desselben mit einem Staubsammler oder durch Waschen des Gases mit einem Gaswäscher zu entfernen.
Eine große Menge Quecksilber wird daher bei herkömmlicher Abfallbeseitigung durch Verbrennen oder dergleichen ausgetragen, jedoch ist die Beseitigungsgrößenordnung relativ klein und sie produziert ein kleines Gasvolumen. Daher wurde dieses Quecksilber häufig beispielsweise durch Adsorption unter Verwendung von Aktivkohle behandelt. Zwar sind Behandlungsverfahren, die die Adsorption durch Aktivkohle umfassen, wirksame Verfahren zur Entfernung von diesem Quecksilber, doch sind sie zur praktischen Verwendung bei der Behandlung eines großen Gasvolumens nicht geeignet, da enorme Verbrauchskosten erforderlich sind.
Infolgedessen wurde ein Quecksilberentfernungsverfahren vorgeschlagen, wobei ein Oxidationsmittel, beispielsweise in einem Nebelabscheider (M/E), der stromabwärts eines Rauchgasentschweflers installiert ist, gesprüht wird. Da es schwierig ist, Aktivkohle in Wärmekraftwerken aus dem oben beschriebenen Grund zu verwenden, liefert dieses Verfahren ein geeigneteres Mittel zur Entfernung von Quecksilber durch Sprühen eines Oxidationsmittels in einem Nebelabscheider.
Darüber hinaus wurde ein Verfahren vorgeschlagen, wobei metallisches Quecksilber an einem Katalysator, wie einem Denitrierungskatalysator, oxidiert wird, und dieses HgCl₂ in einem Abgasentschwefler entfernt wird.
Quecksilber existiert hauptsächlich in zwei Formen: metallisches Quecksilber (Hg) der Wertigkeit Null und Quecksilberchlorid (HgCl₂). Während metallisches Quecksilber in Wasser kaum löslich ist, ist Quecksilberchlorid in Wasser relativ löslich. Daher kann Quecksilber in der Form von Quecksilberchlorid mittels eines Entschweflers entfernt werden. Entsprechend kann metallisches Quecksilber der Wertigkeit Null durch Oxidation desselben zu Quecksilberchlorid mit Hilfe eines Oxidationsmittels entfernt werden.
Bei diesem Verfahren wird daher ein Chlorierungsmittel, wie Cl₂ oder HCl, unmittelbar vor einem Denitrierungskatalysator in einem Denitrierer zugegeben und gesprüht, so dass metallisches Quecksilber an dem Denitrierungskatalysator oxidiert wird.
In üblichen Abgasen ist nicht das gesamte Quecksilber in der Form von metallischem Quecksilber vorhanden. Ein gewisser Anteil desselben ist in der Form von Quecksilberchlorid vorhanden, da Kohle einen hohen Chlorgehalt aufweist, und diese Quecksilberkomponente kann entfernt werden. Daher kann ein Chlorierungsmittel für das übrige metallische Quecksilber verwendet werden.
Jedoch ergab die Untersuchung des Quecksilbers, das beispielsweise in Kohle- oder Schwerölvergasungsgas enthalten ist, dass fast das gesamte Quecksilber als metallisches Quecksilber in einer reduzierenden Atmosphäre vorhanden ist und wenig in Wasser gelöst wird. Entsprechend wird, wenn ein Oxidationsmittel in einer Atmosphäre eines reduzierenden Gases während der Nassgasreinigung gesprüht wird, das Oxidationsmittel aufgrund des Vorhandenseins verschiedener reduzierender Substanzen verschwendet und es kann nicht erwartet werden, dass eine vorteilhafte Wirkung hervorgerufen wird.
Darüber hinaus erfolgt, wenn ein Chlorierungsmittel kontinuierlich gesprüht wird, um eine Reaktion an dem Katalysator zu induzieren, bei einem Vergasungsgas mit einem hohen Ammoniakgehalt und hohem Druck die Reaktion von Ammoniak mit HCl, was zur Abscheidung von Ammoniumchlorid (NH₄Cl) führt. Dieses Ammoniumchlorid kann insofern ein Problem verursachen, als es sich gerne in Einheiten wie GGHs ansammelt und diese blockiert.
Die US-A-4 863 489 (D1) offenbart ein Verfahren zur Entfernung von Quecksilber aus einem Gasstrom, der Schwefelwasserstoff und Quecksilber enthält, durch Inkontaktbringen des Gasstroms mit einem absorbierenden Fluidum, wonach das absorbierende Fluidum unter Abtreiben des absorbierten Quecksilbers regeneriert wird, das anschließend durch ein Aktivkohleadsorptionsmittel entfernt wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Im Hinblick auf die oben beschriebenen Probleme führten die Erfinder der vorliegenden Erfindung intensive Untersuchungen durch, um ein Quecksilberentfernungsverfahren zu entwickeln, das Quecksilber als Spurenkomponente in Gasen wirksam und effizient entfernen kann, das die aus dem Betrieb des Systems herrührenden Quecksilberentfernungskosten verringern kann und das ein vereinfachtes Vorgehen und System erfordert und daher ohne weiteres durchgeführt werden kann.
Infolgedessen ermittelten die Erfinder der vorliegenden Erfindung nun, dass die Koexistenz von H₂S in einem Vergasungsgas bewirkt, dass metallisches Quecksilber in Wasser übergeht und das auf diese Weise gesammelte in die Gasphase freigesetzt wird, wenn das Wasser einem niedrigeren Druck ausgesetzt wird (oder geflasht) wird. Das heißt, im Falle einer Nassgasreinigung ermöglicht die Koexistenz von Schwefelwasserstoff in der Wasserwaschstufe das Übergehen von Hg in die Absorptionsflüssigkeit und dadurch die Entfernung desselben und das in der Wasserwaschstufe eingefangene Hg kann in die Gasphase durch Zurücksetzen des Hg-haltigen Abwassers von dem erhöhten Druck zu atmosphärischem Druck freigesetzt werden. Daher wurde auch ermittelt, dass die oben beschriebenen Probleme durch Entfernen von Quecksilber nach einem diese Phänomene nutzenden Verfahren gelöst werden können. Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick darauf gemacht.
Insbesondere erfolgt durch die vorliegende Erfindung die Bereitstellung eines Quecksilberentfernungsverfahrens gemäß An spruch 1 zur Entfernung von in einem Gas während einer Nassgasreinigung vorhandenen Quecksilberkomponenten, wobei das Verfahren eine Wasserwaschstufe zum Inkontaktbringen eines Quecksilberkomponenten enthaltenden Gases mit einer Absorptionsflüssigkeit unter Druckbedingungen, die die Gegenwart von nicht weniger als 10 ppm und vorzugsweise nicht weniger als 100 ppm Schwefelwasserstoff umfasst, um zu bewirken, dass Quecksilberkomponenten von dem Gas in die Absorptionsflüssigkeit übergehen; eine Flashstufe anschließend an die Wasserwaschstufe zum Versprühen der ausgetragenen Absorptionsflüssigkeit unter einem niedrigeren Druck zur Trennung derselben in gasförmige Komponenten und Abwasser; und eine Adsorptionsentfernungsstufe zum Durchleiten der gasförmigen Komponenten durch einen Quecksilbersilberentferner, der mit einem Adsorptionsmittel zur Entfernung von Quecksilbersilberkomponenten hieraus durch Adsorption ausgestattet ist, umfasst. Bei diesem Quecksilberentfernungsverfahren werden Quecksilberkomponenten vorzugsweise in der Absorptionsflüssigkeit, beispielsweise unter einem erhöhten Druck von 0,2 bis 5,0 MPa und in Koexistenz mit etwa 500 ppm bis 10% Schwefelwasserstoff, gelöst und die geflashten Quecksilberkomponenten durch Adsorption an als Adsorptionsmittel verwendeter Aktivkohle entfernt. Vorzugsweise weist die Aktivkohle eine daran abgeschiedene S-Komponente auf.
Durch die vorliegende Erfindung erfolgt ferner die Bereitstellung eines Quecksilberentfernungssystems gemäß Anspruch 4 zur Entfernung von in einem Gas während einer Naßgasreinigung vorhandenem Quecksilber, wobei das System einen Wasserwaschturm, wobei ein sowohl Quecksilberkomponenten als auch Schwefelwasserstoff enthaltendes Gas in diesen eingeführt und eine Absorptionsflüssigkeit durch den Turm unter Druckbedingungen zirkuliert wird, so dass bewirkt wird, dass Quecksilberkomponenten in die Absorptionsflüssigkeit übergehen; einen Flashzylinder, in dem die aus dem Wasserwaschturm ausgetragene Ab sorptionsflüssigkeit unter einem niedrigeren Druck zur Auftrennung in gasförmige Komponenten und Abwasser versprüht wird; und eine Quecksilberentfernungseinrichtung, die mit einem Adsorptionsmittel ausgestattet ist, in der die in den gasförmigen Komponenten vorhandenen Quecksilberkomponenten durch Adsorption entfernt werden, umfasst. Typischerweise umfasst der im Vorhergehenden genannte Wasserwaschturm einen Gaskühlturm und einen Gasreinigungsturm. In diesem System, das einen Flashzylinder und eine Quecksilberentfernungseinrichtung auf der stromabwärtigen Seite des Wasserwaschturms installiert hat, können etwa 50 bis 95% des in dem in das System eingeführten gebildeten Gas vorhandenen Quecksilbers entfernt werden.
Durch die vorliegende Erfindung erfolgt ferner die Bereitstellung des oben beschriebenen Systems, das ferner einen Schwefelwasserstoffabsorptionsturm, in dem das von dem im Vorhergehenden genannten Wasserwaschturm zugeführte, in diesen eingeführte, mit Wasser gewaschene Gas und eine eine Aminverbindung enthaltende Absorptionsflüssigkeit zur Entfernung von Schwefelwasserstoff durch Absorption in die Absorptionsflüssigkeit verwendet werden; einen zweiten Flashzylinder, in dem die aus dem Schwefelwasserstoffabsorptionsturm ausgetragene Absorptionsflüssigkeit unter einem niedrigeren Druck zur Auftrennung derselben in gasförmige Komponenten und eine Absorptionsflüssigkeit, die einem Regenerationsturm zuzuführen ist, versprüht wird; und eine Quecksilberentfernungsvorrichtung, die mit einem Adsorptionsmittel ausgestattet ist, in der die Quecksilberkomponenten, die in den von dem zweiten Flashzylinder gelieferten gasförmigen Komponenten vorhanden sind, durch Adsorption entfernt werden, umfasst. In diesem System mit einem Flashzylinder und einer Quecksilberentfernungsvorrichtung, die auf der stromabwärtigen Seite des Schwefelwasserstoffabsorptionsturms installiert sind, können etwa 50 bis 95% des in dem in den Schwefelwasserstoffabsorp tionsturm eingeführten Wasserwaschgas vorhandenen Quecksilbers entfernt werden.
In der vorliegenden Erfindung kann Hg durch Koexistenz von Schwefelwasserstoff in dem Wasserwaschturm des Systems entfernt werden. Das heißt, wenn das zu behandelnde Gas ein System ist, das die Koexistenz von Schwefelwasserstoff umfasst, geht Hg in das in dem Wasserwaschturm vorhandene Wasser über und kann daher aus dem Gas entfernt werden. Infolgedessen ist Hg in aus dem Wasserwaschturm ausgetragenem Abwasser enthalten.
Wenn das gesammelte Hg-haltige Abwasser von dem erhöhten Druck zu atmosphärischem Druck zurückgebracht wird, wird Hg in die Gasphase freigesetzt. Insbesondere wird Hg durch Durchleiten des Abwassers durch einen Flashzylinder in die Gasphase verteilt.
Da Schwefelwasserstoff üblicherweise in einem der Gasreinigung unterzogenen Vergasungsgas vorhanden ist, geht in dem Gas vorhandenes Hg in eine Absorptionsflüssigkeit in einem Wasserwaschturm über. Nach dem Durchleiten dieser Absorptionsflüssigkeit durch einen Flashzylinder zur Rückgewinnung gasförmiger Komponenten kann Hg durch Durchleiten der gasförmigen Komponenten durch ein Adsorptionsmittel adsorbiert und eingefangen werden. Die vorliegende Erfindung umfasst ein System, wobei durch Flashen abgetrennte Hg-haltige gasförmige Komponenten durch ein Adsorptionsmittel geleitet werden, um Quecksilber aus diesen mittels des Adsorptionsmittels zu entfernen. Daher können im Vergleich zu dem Fall, bei dem das gesamte Vergasungsgas direkt mit einem Adsorptionsmittel vor dessen Einführung in das System behandelt wird, Hg durch die Behandlung eines viel kleineren Gasvolumens entfernt werden und die zur Behandlung mit einem Adsorptionsmittel erforderlichen Betriebskosten deutlich verringert werden.
Daher macht es die vorliegende Erfindung möglich, Quecksilber als Spurenkomponente in Gasen wirksam und effizient zu entfernen und auch die Quecksilberentfernungskosten infolge des Betriebs des Systems zu verringern.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Diagramm, das ein Schema eines Systems, das zur Durchführung des Nassgasreinigungsverfahrens der vorliegenden Erfindung geeignet ist, erläutert.
2 ist ein Diagramm, das schematisch die Konstruktion des in Beispiel 1 verwendeten Reinigungssystems zeigt.
3 ist ein Diagramm, das schematisch die Konstruktion des in Beispiel 2 verwendeten Reinigungssystems zeigt.
4 ist ein Diagramm, das schematisch die Konstruktion des in Beispiel 3 verwendeten Reinigungssystems zeigt.
Die in diesen Figuren angegebenen Bezugszahlen sind wie folgt definiert: 1 Gaskühlturm, 2 Gasreinigungsturm, 3 Flashzylinder, 4 Quecksilberentfernungseinrichtung, 5 Schwefelwasserstoffabsorptionsturm, 6 Absorptionsflüssigkeitsregenerationsturm, 7 Umwälzpumpe, 8 Flashzylinder, 9 Absorptionsflüssigkeitswärmetauscher, 10 Vergasungsofen, 11 Zyklon, 12 Filter, 13 COS-Konverter, 14 Gas-Gas-Wärmetauscher, 15 Quecksilberentfernungseinrichtung, 20, 21 Flashzylinder.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Eine spezielle Ausführungsform das Nassgasreinigungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung wird im folgenden unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
1 erläutert schematisch ein Beispielsystem gemäß dieser Ausführungsform, das zur Durchführung des Quecksilberentfernungsverfahrens der vorliegenden Erfindung während einer Nassgasreinigung geeignet ist. Im System dieser Ausführungsform umfasst die Wasserwaschstufe eine Kühlstufe und eine Reinigungsstufe. Die Kühlstufe wird in einem Gaskühlturm 1 durchgeführt und die Reinigungsstufe wird in einem Gasreinigungsturm 2 durchgeführt. Wasser, das zur Absorption der in dem Gas vorhandenen Ammoniakkomponente verwendet wird, wird beispielsweise in den Gasreinigungsturm 2 eingeführt. Diese zwei Wasserwaschtürme dienen zur Entfernung von in dem Gas vorhandenem Ammoniak durch Absorption in eine Absorptionsflüssigkeit. Das in den Gasreinigungsturm 2 eingeführte Wasser wird mittels einer Pumpe 7 zirkuliert und fungiert als Absorptionsflüssigkeit zur Absorption von Ammoniak. Ein Teil desselben wird dem Gaskühlturm 1, der in Bezug auf die Richtung des Gasstroms auf der stromaufwärtigen Seite installiert ist, zugeführt und ebenfalls mittels einer Pumpe 7 durch den Turm zirkuliert. Die vorliegende Erfindung kann auch in einer Ausführungsform durchgeführt werden, bei der die Kühl- und Reinigungsstufen in einem einzigen Wasserwaschturm durchgeführt werden. Alternativ kann Schwefelsäure zu der Absorptionsflüssigkeit in dem Gaskühlturm 1 gegeben werden.
In der oben beschriebenen Wasserwaschstufe zur Entfernung von Ammoniak gehen, wenn Quecksilberkomponenten in dem eingeführten Gas enthalten sind und nicht weniger als 10 ppm Schwefelwasserstoff ebenfalls darin enthalten sind, die Quecksilberkomponenten in die Absorptionsflüssigkeit unter Druckbedingungen in den Wasserwaschtürmen (d.h. dem Kühlturm und dem Reinigungsturm) über. Da das Übergehen von Quecksilberkomponenten in die Absorptionsflüssigkeit durch die Temperatur beeinflusst wird, wird der Grad der Quecksilberentfernung aus dem Gas erhöht, wenn die Temperatur der Flüssigkeit niedriger wird. Entsprechend wird angenommen, dass der Grad der Quecksilberentfernung durch die Temperaturen des Gaskühlturms 1 und Gasreinigungsturms 2 beeinflusst wird und der Grad der Quecksilberentfernung erhöht wird, wenn die Temperatur des auf der strombabwärtigen Seite installierten Gasreinigungsturms 2 niedriger wird. Im Hinblick auf die Quecksilberentfernung ist es bevorzugt, den Gasreinigungsturm 2 üblicherweise bei 50°C oder darunter und noch besser bei 40°C oder darunter zu betreiben.
Als nächstes wird die aus der oben beschriebenen Wasserwaschstufe ausgetragene quecksilberhaltige Absorptionsflüssigkeit zu einer Flashstufe unter Verwendung eines Flashzylinders 3 überführt, indem sie unter einem niedrigeren Druck versprüht wird. Auf diese Weise wird die Absorptionsflüssigkeit in gasförmige Komponenten und Abwasser getrennt.
Bei derartigen Reinigungsbehandlungssystemen weist das aus der Waschstufe ausgetragene Abwasser allgemein hohen Druck auf und enthält daher verschiedene Gas darin gelöst. Um derartiges Abwasser zu behandeln, ist es übliche Praxis, das Abwasser im Flashzylinder 3 zu entspannen und es dadurch vom erhöhten Druck zu befreien. Daher werden die darin gelösten Gase auf einmal geflasht und in die Gasphase freigesetzt. Dann wird die verbliebene Lösung einer Abwasserbehandlung unterzogen.
Wenn ein übliches gebildetes Gas behandelt wird, werden die geflashten Gaskomponenten in einem Verbrennungsofen verbrannt oder an die Atmosphäre abgelassen. Jedoch umfassen diese Gaskomponenten, wenn das gemäß der vorliegenden Erfindung zu behandelnde Gas ein quecksilberhaltiges Gas ist, Quecksilber. Als Grund hierfür wird angenommen, dass, wenn die Absorptionsflüssigkeit in die Quecksilber in der Wasserwaschstufe übergegangen ist, unter einem niedrigeren Druck versprüht wird, das Quecksilber zusammen mit anderen Gasen in die Gasphase suspendiert oder dispergiert wird.
Demgemäß werden die in dem im Vorhergehenden genannten Flashzylinder 3 getrennten gasförmigen Komponenten durch eine Quecksilberentfernungsvorrichtung 4, die mit einem Adsorptionsmittel (beispielsweise Aktivkohle) ausgestattet ist, geführt. In dieser Quecksilberentfernungsvorrichtung 4 werden in dem Gas vorhandene Quecksilberkomponenten durch Adsorption an als Adsorptionsmittel verwendeter Aktivkohle entfernt. Das Abgas, aus dem Quecksilber durch Durchleiten durch die Quecksilberentfernungsvorrichtung 4 entfernt wurde, wird dann einem Abgasverbrennungsofen zugeführt.
Andererseits dient das Quecksilberentfernungssystem dieser Ausführungsform, die in 1 erläutert ist, auch zur Entfernung von Quecksilberkomponenten aus dem mit Wasser gewaschenen Gas, das aus den im Vorhergehenden genannten Wasserwaschtürmen in einen Schwefelwasserstoffabsorptionsturm überführt wurde.
In der oben beschriebenen Wasserwaschstufe zur Entfernung von Ammoniak geht ein gewisser Anteil der Quecksilberkomponenten aus dem quecksilberhaltigen Gas in die Absorptionsflüssigkeit über. Jedoch bleiben einige Quecksilberkomponenten immer noch in dem mit Wasser gewaschenen Gas und sie werden zu einer weiteren Stufe des Nassgasreinigungssystems überführt. Auf der stromabwärtigen Seite der Wasserwaschstufe wird eine Schwefelwasserstoffentfernungsstufe zur Entfernung von in dem Gas vorhandenem Schwefelwasserstoff bereitgestellt. In dieser Stufe werden in dem Gas vorhandene Quecksilberkomponenten ebenfalls entfernt. Die Schwefelwasserstoffentfernungsstufe umfasst einen H₂S-Absorptionsturm 5 und einen Absorptionsflüssigkeitsregenerationsturm 6. Das aus der Wasserwaschstufe überführte, mit Wasser gewaschene Gas wird in den Schwefel wasserstoffabsorptionsturm 5 eingeführt.
Der Hauptzweck des Schwefelwasserstoffabsorptionsturms 5 ist die Entfernung von Schwefelwasserstoff durch Absorption in eine ein Amin enthaltende Absorptionsflüssigkeit. Gemäß dieser Ausführungsform können in diesem Schwefelwasserstoffabsorptionsturm 5 Quecksilberkomponenten von dem quecksilber- und schwefelwasserstoffhaltigen Gas in die Absorptionsflüssigkeit unter Druckbedingungen übergehen (Wasserwaschstufe). Daher enthält die aminhaltige Absorptionsflüssigkeit auch Quecksilberkomponenten. Entsprechend wird die aus dem Schwefelwasserstoffabsorptionsturm 5 ausgetragene Absorptionsflüssigkeit in einen zweiten Flashzylinder 8 eingeführt, in dem sie unter einem niedrigeren Druck versprüht und in gasförmige Komponenten und eine dem Regenerationsturm zuzuführende Absorptionsflüssigkeit getrennt wird.
Anschließend werden in der Ausführungsform die in dem im Vorhergehenden genannten Flashzylinder 8 abgetrennten gasförmigen Komponenten ähnlich wie die gasförmigen Komponenten von dem im Vorhergehenden genannten Flashzylinder 8 durch die mit Aktivkohle ausgestattete Quecksilberentfernungsvorrichtung 4 geschickt. In dieser Quecksilberentfernungsvorrichtung 4 werden in dem Gas vorhandene Quecksilberkomponenten durch Adsorption an Aktivkohle entfernt. Das Abgas, aus dem Quecksilber durch Hindurchleiten durch die Quecksilberentfernungsvorrichtung 4 entfernt wurde, wird dann einem Abgasverbrennungsofen zugeführt.
Die in dem Flashzylinder 8 abgetrennten gasförmigen Komponenten können in eine getrennt von der Quecksilberentfernungsvorrichtung 4 installierte zweite Quecksilberentfernungsvorrichtung überführt und durch Adsorption an Aktivkohle behandelt werden.
Zusätzlich zu Aktivkohle kann das Adsorptionsmittel ein Chelatharz, elementaren Schwefel oder eine Schwefelverbindung, die von einem Träger geträgert ist, der mindestens eine Verbindung, die aus der Gruppe von Al₂O₃, TiO₂ und SiO₂ ausgewählt ist, umfasst, oder Zeolith umfassen.
Zwar wurden mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben, doch ist es selbstverständlich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist, sondern verschiedene Änderungen und Modifikationen ohne Abweichen von der Idee und dem Umfang der Erfindung durchgeführt werden können. Die vorliegende Erfindung wird ferner durch die folgenden Beispiele erläutert. Jedoch sollen diese Beispiele nicht als eine Beschränkung des Umfangs der Erfindung betrachtet werden.
Beispiel 1
2 erläutert ein Schema eines in diesem Beispiel verwendeten Nassgasreinigungssystems.
In einem Vergasungsofen 10 wurde diesem zugeführte Kohle in ein Vergasungsgas umgewandelt, das durch einen stromabwärts desselben installierten Zyklon 11 und dann durch ein Filter 12 geführt wurde und einem COS-Konverter 13 zugeführt wurde. Die Zufuhrrate der Kohle betrug 10 kg/h. Anschließend durchlief das gebildete Gas einen Gas-Gas-Wärmetauscher 14 und wurde dann in ein Nassgasreinigungsverfahren eingeführt. Der Druck des gebildeten Gases betrug 0,9 MPa und die Durchflussrate desselben betrug 22,4 m³N/h(d). Vor der Wasserwaschstufe wies das gebildete Gas eine H₂S-Konzentration von 800 bis 1000 ppm und eine Temperatur (T₁) von etwa 200°C auf.
Die Wasserwaschstufe umfasst zwei Türme: einen auf der stromaufwärtigen Seite installierten Kühlturm 1 und einen auf der stromabwärtigen Seite installierten Gasreinigungsturm 2, von der Richtung des Gasstroms aus gesehen. Die Gastemperatur (T₂) am Auslass des Gaskühlturms 1 betrug 80°C, die Durchflussrate der durch den Gaskühlturm 1 zirkulierten Flüssigkeit betrug 60 l/h und die Durchflussrate des Abwassers von dem Gaskühlturm 1 betrug 1,9 l/h. Ferner betrug die Gastemperatur (T₃) am Auslass des Gasreinigungsturms 2 40°C und die Durchflussrate der durch den Gasreinigungsturm 2 zirkulierten Flüssigkeit 100 l/h.
Die aus der Wasserwaschstufe ausgetragene quecksilberhaltige Absorptionsflüssigkeit wurde in einem Flashzylinder 20 versprüht. Die abgetrennten gasförmigen Komponenten wurden in eine Quecksilberentfernungseinrichtung 4 eingeführt, in der Quecksilber aus dem Gas entfernt wurde. Die Menge des aus Abwasser geflashten Gases betrug 30 Nl/h.
Andererseits wurde das in der Wasserwaschstufe von Ammoniak befreite Gas einen Schwefelwasserstoffabsorptionsturm 5 zugeführt. Die Gastemperatur (T₄) am Auslass des H₂S-Absorptionsturms 5 betrug 40°C und die Durchflussrate der durch den H₂S-Absorptionsturm 5 zirkulierten Flüssigkeit betrug 30 l/h.
Unter Bezug auf das oben beschriebene System von 2 wurden die Hg-Konzentrationen an verschiedenen Positionen S1 bis S6 in dem System gemessen. Die auf diese Weise erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 1 angegeben.
TABELLE 1
Die Differenz zwischen den in der Tabelle 1 angegebenen Konzentrationen S1 und S2 (d.h. S1–S2) ist die Quecksilbermenge, die durch die Wasserwaschstufe entfernt wurde. Darüber hinaus wurde, wenn die durch Flashen des Abwasser abgetrennten gasförmigen Komponenten durch die Quecksilberentfernungsvorrichtung 4 geschickt wurden, die Quecksilberkonzentration von 3,0 mg/m³N (S5) auf weniger als 0,01 mg/m³N (S6) verringert. Es wurde durch diese Ergebnisse festgestellt, dass Quecksilber in das aus der Wasserwaschstufe ausgetragene Abwasser übergeht und Quecksilberkomponenten aus den durch Flashen des Abwassers abgetrennten gasförmigen Komponenten effektiv entfernt werden können.
Beispiel 2
3 erläutert ein Schema eines in diesem Beispiel verwendeten Nassgasreinigungssystems.
Zusätzlich zum System von Beispiel 1 umfasst dieses Beispiel eine zusätzliche Stufe, wobei das in die Absorptionsflüssigkeit im Schwefelwasserstoffabsorptionsturm 5 entfernte Quecksilber (Hg) in einen Flashzylinder 21 zur Freisetzung desselben in die Gasphase eingeführt und dann mittels einer Quecksilberentfernungsvorrichtung 15 unter Verwendung von Aktivkohle oder dergleichen entfernt wird. Die Bedingungen in Bezug auf das gebildete Gas und die Durchflussraten und Temperaturen, die in der Wasserwaschstufe verwendet wurden, waren gleich den in Beispiel 1 beschriebenen. Die Menge des durch Flashen des H₂S-Absorptionsgases im Flashzylinder 21 abgetrennten Gases betrug 50 lN/h.
In Bezug auf das oben beschriebene System von 3 wurden die Hg-Konzentrationen an verschiedenen Positionen S1 bis S9 im System gemessen. Die auf diese Weise erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 2 angegeben.
TABELLE 2
Die Differenz zwischen den in Tabelle 2 angegebenen Konzentrationen S2 und S3 (d.h. S2–S3) ist die Quecksilbermenge, die durch Waschen mit der Absorptionsflüssigkeit im Schwefelwasserstoffabsorptionsturm entfernt wurde. Darüber hinaus wurde, wenn die durch Flashen der Absorptionsflüssigkeit abgetrennten gasförmigen Komponenten durch die Quecksilberentfernungsvorrichtung 15 geleitet wurden, die Quecksilberkonzentration von 0,45 mg/m³N (S8) auf weniger als 0,01 mg/m³N (S9) verringert. Es wurde durch diese Ergebnisse festgestellt, dass auch in der an die Wasserwaschstufe anschließenden Schwefelwasserstoffabsorptionsstufe Quecksilber in die Absorptionsflüssigkeit übergeht und Quecksilberkomponenten aus den durch Flas hen der Absorptionsflüssigkeit abgetrennten gasförmigen Komponenten effektiv entfernt werden können.
Beispiel 3
4 erläutert ein Schema eines in diesem Beispiel verwendeten Nassgasreinigungssystems.
Zusätzlich zu dem System von Beispiel 2 umfasst dieses Beispiel eine zusätzliche Stufe, in der das Abgas, das den Gas-Gas-Wärmetauscher 14 durchlaufen hat, das in Beispiel 2 direkt ausgetragen wurde, durch Wärmetauscher geleitet und dann in einer Verbrennungsvorrichtung verbrannt wurde. In diesem Beispiel betrug die Zufuhrrate von Kohle 1000 kg/h, die Durchflussrate des gebildeten Gases 3500 m³N/h, die H₂S-Konzentration in dem gebildeten Gas 800 bis 1000 ppm, die Gastemperatur (T₂) am Auslass des Gaskühlturms 1 40°C, die Durchflussrate der durch den Gaskühlturm zirkulierten Flüssigkeit 8,4 t/h, die Durchflussrate von Abwasser des Gaskühlturms 1 0,4 t/h, die Menge des von Abwasser in dem Flashzylinder 20 produzierten geflashten Gases 0,2 m³N/h, die Gastemperatur (T₃) am Auslass des Gasreinigungsturms 2 40°C, die Durchflussrate der durch den Gasreinigungsturm 2 zirkulierten Flüssigkeit 10 t/h, die Gastemperatur (T₄) am Auslass des H₂S-Absorptionsturms 5 40°C, die Durchflussrate der durch den H₂S-Absorptionsturm 5 zirkulierten Flüssigkeit 3,6 t/h und die Menge des von der H₂S-Absorptionsflüssigkeit produzierten geflashten Gases 1,6 m³N/h. Die anderen Bedingungen waren die gleichen wie in Beispiel 2.
In Bezug auf das oben beschriebene System von 4 wurden die Hg-Konzentrationen an verschiedenen Positionen S1 bis S9 in dem System gemessen. Die auf diese Weise erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 3 angegeben.
TABELLE 3
Es wurde durch diese Ergebnisse festgestellt, dass, auch wenn ein großes Volumen eines gebildeten Gases einer Nassgasreinigung unterzogen wird, das Quecksilberentfernungsverfahren der vorliegenden Erfindung die Hg-Konzentration in Abgas auf weniger als 0,01 mg/m³N an allen Positionen S6 bis S9 verringern kann.
Gemäß dem Quecksilberentfernungsverfahren der vorliegenden Erfindung kann das zu behandelnde Gasvolumen durch die Behandlung von geflashtem Gas deutlich verringert werden und die zur Behandlung erforderlichen Betriebskosten können eben falls im Vergleich zu dem Fall, bei dem das gebildete Gas direkt behandelt wird, verringert werden. Darüber hinaus kann, da keine Energiezufuhr für die Quecksilberentfernungs-(oder Absorptions)stufe und die Hg-Flashstufe zum Zwecke der Quecksilberentfernung erforderlich ist, Hg ohne eine wesentliche Modifizierung eines üblichen Reinigungssystems positiv entfernt werden.
Ferner kann das Adsorptionsmittel zur Adsorption von Hg bei niedrigen Temperaturen (400°C oder niedriger) verwendet werden und es ist nur eine geringe Adsorptionsmittelmenge wegen dessen hoher Rate der Hg-Entfernung erforderlich. Ferner sind, da ein Gas, nachdem es in Wasser gelöst wurde, mit Aktivkohle behandelt wird, Kohlwasserstoffe und andere Substanzen, die eine Hg-Adsorption hemmen können, darin nicht vorhanden.

Claims

Quecksilberentfernungsverfahren zur Entfernung von in einem Gas vorhandenem Quecksilber, wobei das Verfahren die Stufen des Herbeiführens eines Gas-Flüssigkeit-Kontakts (1, 2) von einem Gas, das mindestens nicht weniger als 10 ppm Schwefelwasserstoff und Quecksilber enthält, mit einer Wasser-Absorptionsflüssigkeit unter Druckbedingungen derart, dass bewirkt wird, dass Quecksilber in die Wasserabsorptionsflüssigkeit übergeht; des Herbeiführens eines Gas-Flüssigkeit-Kontakts (5) von dem partiell von Quecksilber befreiten Gas mit einer eine Aminverbindung enthaltenden Absorptionsflüssigkeit derart, dass bewirkt wird, dass Schwefelwasserstoff und Quecksilber, die in dem Gas vorhanden sind, in die Absorptionsflüssigkeit absorbiert werden; des Flashens (3, 8) der einzelnen Absorptionsflüssigkeiten unter einem niedrigeren Druck zur Auftrennung derselben in ein quecksilberhaltiges Gas und eine Flüssigkeit; und des Entfernens von Quecksilber aus den quecksilberhaltigen Gasen durch Adsorption an einem Adsorptionsmittel (4) umfasst.
Quecksilberentfernungsverfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Gas, das mindestens nicht weniger als 10 ppm Schwefelwasserstoff und Quecksilber enthält, Kohlevergasungsgas oder Schwerölvergasungsgas ist.
Quecksilberentfernungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 und 2, wobei das Adsorptionsmittel (4) zur Adsorption von Quecksilber ein Chelatharz, elementaren Schwefel oder eine Schwefelverbindung, die von einem Träger geträgert ist, der mindestens eine Verbindung, die aus der Gruppe von Al₂O₃, TiO₂ und SiO₂ ausgewählt ist, umfasst, Aktivkohle oder Zeolith umfasst.
Quecksilberentfernungssystem zur Entfernung von in einem Gas vorhandenem Quecksilber während einer Nassgasreinigung, wobei das System einen Wasserwaschturm (1, 2), wobei ein sowohl Quecksilberkomponenten als auch Schwefelwasserstoff enthaltendes Gas in diesen eingeführt und eine Wasserabsorptionsflüssigkeit durch den Turm unter Druckbedingungen zirkuliert wird, so dass bewirkt wird, dass Quecksilberkomponenten in die Wasserabsorptionsflüssigkeit übergehen; einen Flashzylinder (3), in dem die aus dem Wasserwaschturm ausgetragene Wasserabsorptionsflüssigkeit unter einem niedrigeren Druck zur Auftrennung in gasförmige Komponenten und Abwasser versprüht wird; und eine Quecksilberentfernungseinrichtung (4), die mit einem Adsorptionsmittel ausgestattet ist, in der die in den gasförmigen Komponenten vorhandenen Quecksilberkomponenten durch Adsorption entfernt werden, umfasst, wobei das System ferner einen Schwefelwasserstoffabsorptionsturm (5), in dem das von dem Wasserwaschturm (1, 2) zugeführte, in diesen eingeführte, mit Wasser gewaschene Gas und eine eine Aminverbindung enthaltende Absorptionsflüssigkeit zur Entfernung von Schwefelwasserstoff durch Absorption in die Absorptionsflüssigkeit verwendet werden; einen zweiten Flashzylinder (8), in dem die aus dem Schwefelwasserstoffabsorptionsturm (5) ausgetragene Absorptionsflüssigkeit unter einem niedrigeren Druck zur Auftrennung derselben in gasförmige Komponenten und eine Absorptionsflüssigkeit, die einem Regenerationsturm (6) zuzuführen ist, versprüht wird; und eine Quecksilberentfernungsvorrichtung (4), die mit einem Adsorp tionsmittel ausgestattet ist, in der die Quecksilberkomponenten, die in den von dem zweiten Flashzylinder (8) gelieferten gasförmigen Komponenten vorhanden sind, durch Adsorption entfernt werden, umfasst.
Quecksilberentfernungssystem gemäß Anspruch 4, wobei das Adsorptionsmittel (4) ein Chelatharz, elementaren Schwefel oder eine Schwefelverbindung, die auf einem Träger geträgert ist, der mindestens eine Verbindung, die aus der Gruppe von Al₂O₃, TiO₂ und SiO₂ ausgewählt ist, umfasst, Aktivkohle oder Zeolith umfasst.