ES2327599T3 - Procedimiento para eliminar el mercurio procedente de humos. - Google Patents

Abstract

Procedimiento de utilización de un depurador (30; 150) provisto de una lejía de depuración (38) que contiene un reactivo alcalino acuoso para recibir y depurar los humos (16) que contienen mercurio oxidado con la lejía de depuración (38), comprendiendo el procedimiento: añadir una especie de sulfuro acuoso seleccionada de entre por lo menos una lejía cáustica de kraft, una lejía de carbonato de kraft y agua residual sulfurosa a la lejía de depuración (38); mezclar los humos (16) con la especie acuosa de sulfuro para precipitar el mercurio oxidado en una interfase gas-líquido en el depurador (30; 150), produciendo de este modo humos en los que se ha eliminado el mercurio en el depurador (30; 150); y retener el mercurio precipitado en el depurador (30; 150).

Description

Procedimiento para eliminar el mercurio procedente de humos.

La presente invención se refiere generalmente al campo de la combustión y de los procedimientos de limpieza industrial o de los humos y a los aparatos y, en particular, a los procedimientos y aparatos para eliminar el mercurio de los gases industriales tales como los humos generados en la combustión de combustibles fósiles tales como el carbón o los residuos sólidos.

En los últimos años, el Departamento de Energía de EE.UU (DOE) y la Agencia para la Protección del Medio Ambiente de EE.UU (EPA) han apoyado la investigación para medir y controlar las emisiones de contaminantes peligrosos del aire (HAP) de las calderas de servicio que queman carbón y desechos a las plantas de energía. Los resultados iníciales de varios proyectos de investigación demostraron que las emisiones de metales pesados y de carbonos orgánicos volátiles (COV) son muy bajas excepto para el mercurio (Hg). A diferencia de la mayoría de los demás metales, la mayor parte del mercurio permanece en la fase vapor y no se condesa en las partículas de las cenizas volantes a las temperaturas utilizadas por lo general en los precipitadores electrostáticos y en los filtros de tela. Por consiguiente, no pueden recogerse ni verterse junto con las cenizas, como es posible con los demás metales. Para complicar el tema, el mercurio puede existir en su forma oxidada (Hg^{+2}) principalmente como cloruro mercúrico (HgCl_{2}) o en su forma elemental (Hg^{0}) como mercurio metálico vaporoso. La cantidad relativa de cada especie parece depender de varios factores tales como el tipo de combustible la eficiencia de la combustión de la caldera, el tipo de colector instalado y de varios otros factores.

La investigación de procedimientos industrialmente aceptables para la captura del mercurio de los humos industriales ha incluido un esfuerzo significativo para determinar cuánto mercurio puede eliminarse mediante los equipos de control de la polución del aire convencionales, existentes, tales como los depuradores en húmedo o en seco.

Por consiguiente, se han llevado a cabo pruebas en varios depuradores en húmedo a escala comercial y a escala piloto, que están diseñados para la captura de óxidos de azufre y de otros gases ácidos. Además de ser igualmente aplicables a las situaciones del depurador en seco, estas pruebas han producido algunos resultados esperados y algunos sorprendentes. Era de esperar generalmente que el mercurio oxidado sería capturado fácilmente y el mercurio elemental sería difícil de capturar. Estas expectativas estaban basadas en la alta solubilidad del cloruro de mercurio en agua y en la muy baja solubilidad del mercurio elemental en agua. Esta expectativa se cumplió generalmente.

El resultado sorprendente concernía al mercurio elemental. Pruebas repetidas durante las cuales se midió la concentración de mercurio elemental en los humos pusieron de manifiesto que salía más mercurio elemental del depurador en húmedo que el que entraba.

Un postulado propuesto para explicar la causa de la generación del mercurio elemental en el depurador en húmedo está descrito por ejemplo, por las siguientes reacciones generales:

100

M_{e} es cualquier número de metales de transición tal como Fe, Mn, Co, Sn, etc., que pueden estar presentes en uno de los varios estados de oxidación posibles, x.

Los iones de los metales de transición están generalmente presentes en las lechadas del depurador en húmedo en forma de impurezas en las aplicaciones industriales de interés. Por lo tanto, a medida que se absorbe el cloruro mercúrico, una fracción reacciona y se llega a reducir a niveles de vestigios de los metales de transición y de los iones metálicos y debido a su baja solubilidad el mercurio elemental es agotado en el líquido y devuelto a los humos.

La mayoría de los recientes esfuerzos para capturar y eliminar el mercurio de los humos producidos por unidades que queman carbón se ha concentrado en las reacciones en fase gas con los reactivos introducidos tales como el carbón activado.

El asunto de las emisiones de mercurio por los servicios y residuos en la industria de la energía es un área nueva que está siendo investigada tanto por la DOE como por la EPA.

El documento EP-A-0 709 128 da a conocer la eliminación del mercurio de los gases residuales que contienen polvo y otros contaminantes gaseosos atomizando sulfuro sódico acuoso en los humos y pasándolos a continuación a través de un filtro formador de lecho. El polvo puede eliminarse del gas residual utilizando un filtro electrostático.

El documento DE-U-9303842 describe la utilización de un precipitante con tioacetamida para la precipitación de metales pesados de los gases residuales y de los lavadores de gases de las plantas de energía de combustible fósil y los incineradores de residuos.

Los aspectos de la invención se definen en las reivindicaciones adjuntas.

Según una forma de realización de la invención, se pueden proporcionar unos medios en un depurador en húmedo o en seco para precipitar rápidamente el mercurio oxidado y la interface gas/líquido en el depurador antes de que pueda ser reducido por los metales de transición. Una de las formas más insolubles del mercurio es el sulfuro mercúrico, que en forma mineral es el cinabrio. Los medios para suministrar una fuente de sulfuro que reaccione con el mercurio oxidado incluyen la utilización de iones sulfuro acuosos (o iones de sulfuro acuosos y gas sulfuro de hidrógeno). De este modo, en la interfaz gas/líquido en el depurador, se proponen las siguientes reacciones para la absorción y precipitación de mercurio ionizado (oxidado) (dependiendo de si el sulfuro procede del gas sulfuro de hidrógeno, de iones de sulfuro acuosos o de alguna otra fuente de ión sulfuro):

101

El HgS tiene un producto de solubilidad de 3x10^{-52} y por consiguiente precipita en esencia completamente. La especie de sulfuro acuoso se añade al líquido de limpieza del depurador y se pone en contacto con el mercurio en los humos, de modo que se forma HgS cuando el mercurio es absorbido en el líquido. Asimismo, en el caso del sulfuro de hidrógeno gaseoso, existen buenas razones para esperar que la reacción de precipitación proceda más rápida que las reacciones de reducción. Específicamente, en el caso de la reacción de precipitación ambos reactivos están bien mezclados en la fase gas. Por lo tanto, ya que se difunden en el gas a la interface gas/líquido, ambos reaccionantes pueden reaccionar instantáneamente en la interfase. Por el contrario, las reacciones de reducción requieren que los reaccionantes, es decir, el Hg^{+2} y el ión metálico de transición, se difundan en la fase líquida hasta un plano de reacción en el líquido. La difusión en la fase líquida es de orden de magnitud más lenta que la difusión en la fase gas.

Por consiguiente, utilizando especies de sulfuro acuoso (o especies de sulfuro acuoso y gas), en mercurio oxidado precipitará rápidamente como cinabrio en el depurador y de esta manera impide que la reducción de este mercurio vuelva a ser mercurio elemental en forma de vapor. La precipitación del mercurio como cinabrio presenta una ventaja distinta sobre los procedimientos que secuestran el mercurio, consistente en que convierte el mercurio en una forma muy insoluble. De esta manera, el mercurio sería inerte y se eliminaría eficazmente de la cadena alimenticia.

Las formas de realización relacionadas con el sulfuro acuoso de la presente invención contemplan medios parta proporcionar iones sulfuro, incluyendo pero sin limitarse a iones bisulfuro (HS^{-}). Notablemente, dichos iones bisulfuro (HS^{-}) proporcionan iones sulfuro (S^{-2}) en virtud del equilibrio en solución acuosa:

102

Estos medios pueden llevarse a cabo mediante la adición de una especie de sulfuro acuoso, tal como aguas residuales sulfurosas, lejía cáustica kraft y/o lejía de carbonato kraft, al líquido de limpieza en el depurador. Además, los medios de control, tal como un tanque de almacenamiento independiente y una bomba dosificadora, pueden emplearse para controlar selectivamente el aporte de sulfuro que reúna los requisitos de operación específicos.

Este sistema tiene una venta de seguridad inherente consistente en que ningún H_{2}S, que es oloroso y tóxico se acumula o se almacena. Además, el sistema es versátil, ya que es igualmente aplicable a los depuradores en húmedo o en seco y puede incorporarse en los sistemas de control de misiones actuales con mínimas modificaciones o adiciones.

La invención se describirá a continuación a título de ejemplo haciendo referencia a los dibujos adjuntos, en cuyas partes similares se citan con referencias similares, y en los que:

Fig. 1 es una ilustración de una instalación caldera de servicios de combustión con carbón del tipo utilizado para los servicios en la generación de energía eléctrica;

Fig. 2 es una ilustración de sistema de generación de sulfuro de hidrógeno H_{2}S aplicada específicamente a un depurador en húmedo de la Fig. 1;

Fig. 3 es una vista parcial ampliada del área rodeada por un círculo en la Fig. 2 que ilustra un ejemplo de un sistema para inyectar H_{2}S en los humos para el control del mercurio;

Fig. 4 es una vista parcial ampliada del área rodeada por un círculo en la Fig. 2 que ilustra otro ejemplo de un sistema para inyectar H_{2}S en los humos para el control del mercurio;

Fig. 5 es un diagrama que ilustra los resultados de las pruebas comparando el rendimiento sin inyección de H_{2}S, con el rendimiento con inyección de H_{2}S;

Fig. 6 es una ilustración de una instalación de una de caldera de servicios de combustión de carbón del tipo utilizado por los servicios en la generación de energía eléctrica que emplea un sistema de desulfuración de humos con depurador en seco;

Fig. 7 es una ilustración esquemática de una forma de realización con sulfuro acuoso de un depurador en húmedo según la invención; y

Fig. 8 es una ilustración esquemática de una forma de realización con sulfuro acuoso de un depurador en seco según la invención.

Haciendo referencia a los dibujos generalmente, en los que los números de referencia similares designan los mismos elementos o funcionalmente similares en todos los diversos dibujos, y a la Fig. 1 en particular, la Fig. 1 ilustra una instalación de caldera de servicio de combustión de carbón del tipo utilizado por los servicios de generación de energía eléctrica; designada generalmente con el número de referencia 10, y que representa un tipo de proceso industrial al que es aplicable la presente invención. Según una forma de realización de la invención, se puede suministrar un procedimiento para eliminar el mercurio de los humos generados durante la combustión de los combustibles fósiles o de los residuos sólidos mediante la utilización de iones sulfuro acuosos (o iones sulfuro acuosos y gas sulfuro de hidrógeno). Desde luego, aunque las instalaciones de combustión de carbón mencionadas anteriormente son un ejemplo, y el procedimiento de la presente invención asimismo en primer lugar encuentra aplicación comercial en la eliminación del mercurio de los humos producidos por dichas instalaciones de caldera de servicios que queman dichos combustibles fósiles, cualquier proceso industrial que utiliza un depurador en húmedo de tipo modulo absorbedor para purificar dichos gases puede beneficiarse. Dichos procesos podrían incluir plantas de incineración, residuos para plantas de energía, u otros procesos industriales que generan productos gaseosos que contienen mercurio. De este modo en aras de conveniencia, las expresiones gas industrial, humos o simplemente gas, se utilizaran en la siguiente exposición para referirse a cualquier gas procedente de un proceso industrial y del que debe eliminarse un componente discutible, tal como el mercurio.

Como se describirá a continuación, según una forma de realización de la invención, se puede proporcionar un procedimiento y un aparato para la adición de iones sulfuro acuosos (o iones sulfuro acuosos y gas sulfuro de hidrógeno) a gases industriales que son tratados por sistemas de desulfuración de humos del depurador. De este modo, mientras la mayoría de la siguiente descripción está presente en el contexto de la presente invención como que se aplica a sistemas de depurador en húmedo, se apreciará que la presente invención no se limite a éstos. Además, ya que tanto los depuradores en húmedo como en seco eliminan especies de azufre de los humos por introducción de un absorbente alcalino, puede utilizarse alguna terminología corriente según proceda en aras de conveniencia. En el caso de los depuradores en húmedo, el absorbente alcalino puede suministrarse como una solución o suspensión alcalina acuosa; en los depuradores en seco, el absorbente alcalino se proporciona normalmente en forma de una suspensión alcalina acuosa. De este modo, en aras de conveniencia en la descripción siguiente, la expresión reactivo alcalino acuoso se utilizará de forma que comprenda tanto las soluciones alcalinas acuosas, como las suspensiones alcalinas acuosas según proceda para el tipo de medios depuradores que se estén utilizando.

Como se ilustra en la Fig. 1, un procedimiento en la dirección del flujo de humos generados durante el proceso de combustión, la instalación de la caldera 10 incluye un horno 12 con una salida de gases 14 que transporta los humos, generalmente designada 16 a un calentador de aire 18 utilizado para precalentar la entrada de aire 20 para la combustión. Los pulverizadores 22 muelen un combustible fósil 24 (p. ej., carbón) hasta alcanzar una finura deseada y el carbón pulverizado 24 es transportado a través de los quemadores 25 en el horno 12 donde se quema para liberar el calor utilizado para generar vapor destinado a su utilización por un generador a vapor turbina-eléctrico (no mostrado). Los humos 16 producidos por el proceso de combustión, son transportados a través de la salida de gases 14 al calentador de aire 18 y de aquí a varios tipos de equipo de depuración de gases corriente abajo. El equipo de depuración de humos puede comprender un filtro de tela o como se muestra, un precipitador electrostático (ESP) 26 que elimina las partículas de los humos 16. Una chimenea 28 corriente abajo del ESP 26 transporta los humos 16 a un módulo absorbedor 30 del depurador en húmedo que se utiliza para eliminar dióxido de azufre y otros contaminantes de los humos 16. Los humos 16 que salen del modulo absorbedor del depurador en húmedo, o simplemente, del depurador en húmedo 30, son transportadoa a la chimenea 32 y expulsados a la atmósfera. Los ventiladores de tiro forzado 34 y los ventiladores de tiro inducido 36 se utilizan para impulsar el aire 20, el combustible 24 y los humos 16 a través de la instalación 10. Para más detalles de varios aspectos de dichas instalaciones 10, al lector se le refiere a STEAM Its generation and use, 40ª ed., Stults and Kitto. Eds., Copyright© 1.992 The Babcock & Wilcox Company, particularmente al capítulo 35, Sulfur Dioxide Control, cuyo texto se incorpora en la presente memoria como referencia tal como se publica en su totalidad en la presente memoria. Aunque la referencia STEAM mencionada anteriormente contiene una descripción de una forma de depurador en número 30 producido por The Babcock & Wilcox Company (B&W) y a la que es aplicable la presente invención, la presente invención no se limita a dichos diseños de depurador en húmedo de B&W. Los expertos en la materia apreciarán que los principios en la presente invención aplican igualmente bien a otros tipos de diseños de depurador en húmedo (y, como se indica a continuación en seco) disponibles en otros fabricantes.

El depurador en numero 30 contiene, en su parte inferior, un inventario de la lejía 38 del depurador. Durante la operación del depurador en numero 30, las bombas de recirculación 40 bombean y recirculan la lejía del depurador 38 arriba hacia las tuberías 42 y dentro de los cabezales de pulverización del absorbedor 44 situados en la parte superior del depurador en húmedo 30. La lejía 38 del depurador se pulveriza en los humos 16 donde absorbe SO_{2}. La lejía 38 del depurador cae hacia abajo a través de varios dispositivos y vuelve a drenar en la parte inferior del depurador en húmedo 30. Los humos depurados 16 salen a continuación por una salida 46 del depurador en húmedo y se transportan eventualmente a la chimenea 32.

Haciendo referencia a continuación a la Fig. 2, se presenta un ejemplo de un sistema para llevar a cabo un procedimiento de inyección de pequeñas cantidades de H_{2}S en los humos para la eliminación del mercurio. Un sistema de generación de H_{2}S, denominado generalmente 50, se proporciona e incluye un depósito bien agitado que contiene una sección de líquido 54 que comprende sulfuro de sodio y/o de potasio, y una sección de gas 52 en la que el aire y H_{2}S se mezclan y la mezcla 74 de aire y H_{2}S se transfiere a un aparato de inyección 76, descrito a continuación. La presión de vapor del H_{2}S en el depósito 51 está controlada por el pH. El pH en la solución líquida 54 del depósito 51 se controla mediante la adición de ácido mineral fuerte 56, tal como ácido clorhídrico o sulfúrico (HCl o H_{2}SO_{4}) de un depósito o recipiente 58, o mediante la adición de una solución alcalina 57 tal como carbonato sódico o hidróxido sódico (NaOH o Na_{2}CO_{3}) de un depósito o recipiente 85. Se añade ácido para disminuir el pH y aumentar la presión de vapor de H_{2}S en el depósito 51. El álcali se añade para aumentar el pH y disminuir la presión de vapor de H_{2}S en el depósito 51. El H_{2}S producido se transporta inmediatamente al sistema de inyección 76. Esta es una propiedad de seguridad inherente ya que ningún H_{2}S gaseoso se deja que se acumule. Unos medios de agitación o de mezcla, que comprenden de manera ventajosa un motor 64 y un árbol de agitación accionado con dos paletas 66, mantienen las secciones 52 y 54 del depósito bien agitadas. Como resultado, los constituyentes de la zona líquida 54 se mezclan bien para proporcionar el H_{2}S y la presión de vapor deseada y el aire 68 y el H_{2}S generado se mezclan bien en la sección de gas 52. Los medios de bombeo 60 transportan el ácido mineral 56 al tanque 51 por la línea 62; los medios de bombeo 61 transportan la solución alcalina 57 al tanque 51 por la línea 63. Las válvulas de control adecuadas en las líneas 62 y 63 se utilizarían según sea necesario para controlar el caudal de ácido 56 y de álcali 57.

Se suministra aire 68 con un ventilador (soplante o compresor) 70 en la sección superior 52 del depósito 51 en la que se mezcla con el H_{2}S. La línea 72 de la sección superior del depósito 51 transporta la mezcla 74 de aire y H_{2}S al sistema de inyección 76 en la chimenea 28 para inyectar la mezcla de H_{2}S-aire 74 en los humos 16.

La velocidad de generación del sulfuro del hidrógeno está controlada por la velocidad de adición del ácido. La velocidad del aire 68 suministrado en el depósito 52 está controlada por los ventiladores 70 que suministran el aire 68 en la cantidad y a la presión necesarias para el mezclado rápido de la mezcla de H_{2}S-aire 74 con los humos 16 en una entrada 78 al depurador en seco 30.

El sistema de inyección de H_{2}S-aire 76 puede comprender una o más tuberías 78 dispuestas en una parrilla sencilla, estando suministradas cada una de las tuberías 78 con varias aberturas 80, las tuberías 78 dispuestas a través de una anchura W y altura H de la chimenea 28, como se muestra en la Fig. 3. Alternativamente, el sistema de inyección de H_{2}S-aire 76 podría utilizar una estructura más sofisticada que incorpora tecnología de mezclado con lámina del aire tal como la ilustrada en la Fig. 4. En el sistema de la Fig. 4, se suministrarían una o más láminas de aire 82, teniendo cada una varias rendijas o aberturas 84 para introducir la mezcla H_{2}S-aire 74 en los humos 16 a medida que los humos 16 circulan a través de las láminas de aire 82. En ambos casos, los humos 16 que circulan pasan las tuberías 78 o las láminas de aire 82 recogen la mezcla H_{2}S-aire 74 y la transportan al depurador en húmedo 30 para aumentar el contenido de H_{2}S en los humos 16 hasta una concentración deseada, preferentemente entre aproximadamente 0,05 y 10 ppm o más preferentemente 2 ppm o menos.

La Fig. 5 representa los resultados de la prueba obtenidos cuando se utilizó un depurador en húmedo a escala piloto para capturar el mercurio. En la Fig. 5., las leyendas "entrada al WS" y "salida del WS" se refieren a las condiciones en la entrada y salida del depurador en húmedo 30, respectivamente. Las dos barras de la izquierda representan las condiciones de referencia del contenido en mercurio elemental de los humos 16 a la entrada y a la salida del depurador en húmedo, sin adición de H_{2}S. El gran aumento en mercurio elemental a la salida del depurador en húmedo se debe a la reducción química del mercurio oxidado dentro del depurador en húmedo 30 según las reacciones apuntadas anteriormente. Las dos barras de la derecha representan el rendimiento mejorado conseguido cuando se inyectó H_{2}S a una concentración de aproximadamente dos partes por millón (2 ppm). Tal como se muestra, la reducción química del mercurio oxidado a mercurio elemental se evitó completamente.

La Fig. 7 representa un esquema detallado de la forma de realización preferida del depurador en húmedo 30 para su utilización con lejías que contienen sulfuro. El depurador en húmedo 30 comprende una cámara principal 300 con entrada al depurador 45 y salida del depurador 46. Como anteriormente, la cámara principal 300 tiene una parte inferior que contiene un inventario de lejía 38 del depurador que recircula desde la cámara principal 300 dentro de los cabezales de atomización 44 del absorbedor por medio de la línea de recirculación general 302. La línea de recirculación general 302 puede comprender tuberías 42 y bombas de recirculación 40. Frecuentemente, la parte inferior de la cámara principal 300 que contiene la lejía 38 del depurador incluirá medios para inyectar el aire, tal como un aspersor de aire 41, en la lejía 38 del depurador. La utilización del aspersor de aire 41 oxida los productos de la absorción de SO_{2} en la lejía 38 de limpieza. Por último, la lejía 38 del depurador puede estar contenida en un recipiente de almacenamiento en masa que forma la parte inferior de la cámara principal 300 (como en la figura), o puede comprender un sitio de retención independiente conectado a un drenaje en la cámara principal 300 y la línea de recirculación 302.

Una especie de sulfuro acuoso puede añadirse directamente a la lejía 38 del depurador y mezclarse con los humos 16 mediante cabezales de atomización 44. Además, inyectando una solución acuosa del ión sulfuro directamente en la bomba de recirculación 40 y/o en la línea de recirculación general 302, la solución de sulfuro añadida no se oxidará prematuramente antes de poner en contacto y limpiar los humos 16 en la cámara principal 300. Aún más preferentemente, los iones sulfuro pueden suministrarse por medio de agua residual sulfurosa, lejía caustica de kraft y/o lejía de carbonato de kraft.

Alternativamente, puede añadirse solución de ión sulfuro, a un depósito de almacenamiento de sulfuros aislado 310 que está conectado a la tubería de recirculación 302 corriente arriba de la bomba de recirculación 40. Además, puede emplearse una bomba dosificadora 312 para controlar el caudal de iones de sulfuro en el depurador en húmedo 30 y, más específicamente, en y/o a través de la tubería de recirculación 302 (solamente se muestra un sistema que emplea la bomba dosificadora 312 para el control de sulfuros en la tubería de recirculación 302). La concentración de ión sulfuro y/o la velocidad de circulación en y/o a través de la tubería de recirculación 302 permite el control selectivo de la capacidad de eliminar el mercurio total en el depurador. De este modo, un sistema de control coordinado, tal como el que utiliza el depósito de almacenamiento 310 y/o la bomba dosificadora 312, es una forma de realización preferida de la presente invención. La velocidad de adición del sulfuro debe ser proporcional al caudal de humos a través del depurador. La mayor parte del sulfuro añadido al depurador se agotará inmediatamente de la solución como H_{2}S en la zona de contacto gas-líquido. Si se añade demasiado sulfuro en cualquier instante, un olor desagradable se desprenderá de los humos a la salida de la chimenea. Por consiguiente, es deseable limitar las concentraciones de H_{2}S que salen de la chimenea a cantidades menores de aproximadamente 2 partes por millón (ppm).

Para limitar la concentración de H_{2}S en los humos 16 que salen del depurador a no más de aproximadamente 2 ppm, la velocidad máxima de adición del sulfuro debe ser menor de aproximadamente 8 x 10^{-5} gm moles por m^{3} de humos tratados. Un modulo típico de depurador de 100 megavatios trata aproximadamente 8 x 10^{3} m^{3} por minuto de humos. Para dicho modulo, la velocidad de adición de sulfuro máxima sería de (8 x 10^{-5})x (8 x10^{3}), o 0,64 gm moles/min. Si se utiliza una solución 2 molar de sulfuro sódico, la velocidad de alimentación sería de 0,32 litros por minuto. Debe entenderse que estas figuras son meramente ilustrativas, y no representan ninguna especie de limitación de ninguno de los principios dados a conocer en esta solicitud.

Durante el funcionamiento, los humos 16 circulan desde la entrada 45 a la cámara principal 300. Los iones sulfuros añadidos a la tubería de recirculación 302 permiten que los atomizadores 44 mezclen los iones sulfuros y la lejía del depurador 38 con los humos 16. Este contacto inicia la reacción química, anteriormente, que elimina el mercurio. Los humos circulan a continuación a través de la salida 46 y dentro de la chimenea 32. El mercurio precipitado se queda en la lejía del depurador 38 y puede ser eliminado posteriormente y vertido por varios procedimientos conocidos por los expertos en la materia.

Tal como se describió al principio y como se ilustra en la Fig. 6, la presente invención es también aplicable a sistemas de combustión que emplean depuradores en seco para la desulfuración de los humos. De nuevo, cifras de referencias similares designan partes iguales o funcionalmente similares. Los humos 16 producidos por el proceso de combustión son transportados a través de la salida de gases 14 al calentador de aire 18 y desde allí a varios tipos de equipos de depuración de humos corriente abajo. Una chimenea 28 transporta los humos 16 hasta un modulo absorbedor del depurador en seco 150 que se utiliza para eliminar el dióxido de azufre y otros contaminantes de los humos 16. Los humos 16 que salen del depurador en seco 150 se transportan a un filtro de tela o, como se muestra a un precipitador electrostático (ESP) 26 que elimina las partículas de los humos 16 y a continuación los humos 16 se transportan a la chimenea 32 y se expulsan a la atmósfera. Como en la Fig. 1, los ventiladores de tiro forzado 34 y los ventiladores de tiro inducido 36 (no mostrados en la Fig. 6) se utilizan para impulsar el aire 20, el combustible 24 y los humos 16 a través de la instalación 10 como anteriormente.

Las ventajas de utilizar el gas sulfuro de hidrógeno incluyen el hecho de que el coste del control de las emisiones de mercurio es relativamente insignificante en comparación de los costes para controlar otros contaminantes peligrosos del aire. Además, la cantidad de H_{2}S requerida debería ser inferior al umbral del nivel de olor. El coste y los gastos de operación de un sistema como el representado en la Fig. 2, debería ser sustancialmente menores en comparación con cualquier otro sistema propuesto hasta la fecha. Según una forma de realización preferida de la presente invención, una fuente de sulfuro sódico utilizada para general el H_{2}S puede comprender lejía verde, un compuesto químico intermedio utilizado en la pulpa Kraft y en la industria del papel y que está fácilmente disponible en compañías de pulpa y de papel. Como es conocido por los expertos en la materia, la lejía verde consiste en una mezcla acuosa de sulfuro sódico y carbonato sódico. La lejía verde es relativamente fácil y segura de manejar y debería estar disponible en gran medida.

Cuando se utiliza sulfuro de hidrógeno, el mercurio en los humos 16 acaba como sulfuro de mercurio (conocido también como cinabrio). Esta es la forma química en que se encuentra muy frecuentemente el mercurio en la naturaleza y probablemente la forma química más deseable para secuestrar el mercurio. La mayor parte del mercurio en esta forma está presente en forma de partículas finas en la suspensión del depurador y por esta razón, es posible separar la mayor parte del mercurio de los cristales de yeso.

La Fig. 8 representa un esquema detallado de una forma de realización preferida del depurador en seco 150 para su utilización con lejías que contienen sulfuro. El depurador en seco 150 comprende una cámara principal 400 con cabezales de pulverización 44, entrada al depurador 445 y salida del depurador 446. Principalmente, la lejía del depurador 38 puede estar contenida en un recipiente de almacenamiento en bruto 401 y, suministrarse a la cámara principal 400 por medio de la primera tubería de alimentación 402a. La tubería de alimentación 402a puede contener una bomba de alimentación 440 de la lejía del depurador.

Una especie acuosa de sulfuro puede añadirse directamente a la lejía del depurador 38 en el recipiente 401, bombearse a la cámara principal 400 mediante la primera tubería de alimentación 402a y mezclarse con los humos 16 mediante los cabezales de pulverización 44. Aún mas preferentemente, pueden suministrarse iones sulfuro por medio del agua sulfúrica residual, la lejía caustica de la pasta kraft y/o la lejía de carbonato de la pasta kraft.

Alternativamente, la solución del ión sulfuro puede añadirse a un tanque de almacenamiento del sulfuro aislado 410 e introducirse en la cámara principal 400 por los cabezales de atomización 44. El depósito 410 está conectado a la segunda línea de alimentación 402b. Además, o como alternativa, puede emplearse una bomba dosificadora 412 para controlar el caudal de iones sulfuro en el depurador en seco 150 y, más específicamente, en la(s) línea(s) de alimentación 402a y/o el recipiente de almacenamiento a granel 401 (solamente esta dibujado un sistema que emplea la bomba dosificadora 412 para el control de la línea de alimentación 402a). La concentración de ión sulfuro y/o la velocidad de circulación en la(s) línea(s) de alimentación 402a y/o 402b permite el control selectivo de la capacidad de eliminación del mercurio general del depurador. De este modo, un sistema de control coordinado tal como el que utiliza el depósito de almacenamiento 410 y/o la bomba dosificadora 412, es una forma de realización preferida de la presente invención. Sin embargo, el control de los iones sulfuro proporcionado al gas puede conseguirse también mediante la adición periódica y/o manual de los iones sulfuro acuosos en el sistema del depurador por medio de una válvula, boca u otro dispositivo de inyección o por medio de un sistema independiente (es decir, cámara, medios de almacenamiento, cabezales de atomización y/o línea de recirculación).

En operación, los humos 16 circulan desde la entrada 445 en la cámara principal 400. Los iones sulfuro añadidos a la línea de alimentación 402a y/o al recipiente de almacenamiento en bruto 401 permiten a los cabezales de atomización 44 mezclar los iones sulfuro y la lejía del depurador 38 con los humos 16. Este contacto inicia la reacción química, más arriba, que elimina el mercurio. Los humos circulan a continuación por la salida 446 y en la chimenea 32. El mercurio precipitado se queda en el producto solido secado del depurador 150 y puede eliminarse posteriormente y depositarse por diversos métodos conocidos por los expertos en la materia.

Las ventajas de la presente invención como las utilizadas con las lejías que contienen sulfuro incluyen el hecho de que el coste del control de las emisiones de mercurio según la presente invención es relativamente bajo en comparación con los costes para el control de otros contaminantes peligrosos del aire. Además, la utilización de iones sulfuro acuosos puede incorporarse con modificaciones o adiciones mínimas a los sistemas de control de emisiones actuales. Aún mas significativamente la utilización de iones sulfuro acuosos elimina la necesidad de producir o de tener gases tóxicos disponibles, tal como el gas sulfuro de hidrógeno, que, cuando se mezcla con el mercurio que contienen los humos oxidado por un reactivo alcalino acuoso puede ser otro procedimiento para eliminar el mercurio de los humos. Asimismo, los iones sulfuro acuosos pueden dosificarse fácilmente en el inventario de la lejía depuradora principal a una velocidad especifica y deseada con objeto de aumentar la eficacia del depurador o para conseguir resultados específicos.

Según la presente invención tal como se utiliza con las lejías que contienen sulfuro, el mercurio en los humos 16 acaba en forma de sulfuro mercúrico (conocido también como cinabrio). Ésta es la forma química en la que se encuentra con frecuencia el mercurio en la naturaleza y probablemente es la forma química más deseable para secuestrar el mercurio.

Aunque las formas de realización específicas de la invención se han mostrado y descrito con detalle para ilustrar la aplicación de los principios de la invención, debe entenderse que la invención puede materializarse de otro modo sin apartarse, por ello, de dichos principios. A título de ejemplo no limitativo, aunque los principios de la presente invención se describieron como particularmente aplicables a las instalaciones de la caldera de combustión fósil, los expertos en la materia apreciaran que la presente invención puede utilizarse para eliminar el mercurio de los gases industriales producidos por los incineradores de desechos, calderas de desechos, incineradores de residuos peligrosos o tostadores de mineral.

Claims (5)

1. Procedimiento de utilización de un depurador (30; 150) provisto de una lejía de depuración (38) que contiene un reactivo alcalino acuoso para recibir y depurar los humos (16) que contienen mercurio oxidado con la lejía de depuración (38), comprendiendo el procedimiento:

añadir una especie de sulfuro acuoso seleccionada de entre por lo menos una lejía cáustica de kraft, una lejía de carbonato de kraft y agua residual sulfurosa a la lejía de depuración (38);

mezclar los humos (16) con la especie acuosa de sulfuro para precipitar el mercurio oxidado en una interfase gas-líquido en el depurador (30; 150), produciendo de este modo humos en los que se ha eliminado el mercurio en el depurador (30; 150); y

retener el mercurio precipitado en el depurador (30; 150).

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el depurador es un depurador en húmedo (30) y que comprende asimismo la etapa de transporte de los humos (16) a través de un colector de polvo (26) para eliminar las partículas de los humos (16) antes de crear la interfase gas-líquido en el depurador en húmedo (30).

3. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el depurador es un depurador en seco (150) y que comprende asimismo la etapa de transporte de los humos (16) exentos de mercurio hasta un colector de polvo (26) para eliminar las partículas no mercúricas de los humos exentos de mercurio (16).

4. Procedimiento según la reivindicación 2 ó la reivindicación 3, en el que el colector de polvo (26) es un filtro de tela o un precipitador electrostático.

5. Procedimiento según la reivindicación 1, que comprende asimismo controlar la adición de la especie acuosa de sulfuro utilizando una bomba dosificadora controlada (312; 412) conectada a un depósito aislado de almacenamiento de ión sulfuro (310; 410).