KR100488056B1 - 가스에 남아있는 수은 제거방법 - Google Patents

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Abstract

SO2를 함유한 로스트오븐 가스와 같이 가스에 남아있는 수은을 완전 제거하고 원소 Hg를 제거하기 위해 염소 세척기에서 처리되는 방법이 발표된다. 가스가 세정기에 도입되어 HgCl2기체가 세척액으로 세척된다. 가스는 세척액에 의해 흡수되어 세정기에서 기계적 교란 작용을 받아 Hg, HgCl2및 Hg2Cl2와 입자에 존재하는 Hg 화합물을 물리적으로 결합하거나 더 큰 응집체로 형성된다. 형성된 응집체와 존재하는 큰 입자가 가스로부터 분리되고 수집 및 제거된다. 본 발명은 남아있는 수은을 제거하는 추가 단계로 완료된다.

Description

가스에 남아있는 수은 제거방법{A METHOD FOR ELIMINATING TRACES OF MERCURY IN GASES}
본 발명은 SO2를 함유한 로스트오븐 가스와 같이 가스에 남아있는 수은을 완전 제거하고 원소 Hg를 제거하기 위해 염소 세척기에서 처리되는 방법에 관계한다.
대부분 국가는 산업공정으로부터 수은 방출에 대한 대단히 엄격한 조건을 부여한다. 원소 수은을 함유한 가스는 환경으로 산업용 수은의 가장 큰 방출원 중 하나이며, 이러한 가스로부터 원소 수은을 제거하기 위해서 지난 25년간 새로운 가스 세정 공정이 제안되었다. 그러나 제안된 세정 공정의 대부분, 특히 가자 효율적인 공정은 기술적으로 너무 복잡하고 만족스러운 결과 달성을 위해서 비싸고 특수한 장치나 복잡한 반응물 및 첨가제의 사용을 요한다.
실제로 널리 사용되었고 가장 효율적인 공정에 속하여 적어도 야금 분야에서 시장을 지배했던 공정 중 하나는 염소 공정이라 칭하는 소위 Boliden-Norzink 공정이다. US-A 3,849,537, US-A 4,233,274, US-A 4,640,751 및 WO98/53900에 상술된 공정이 염화수은(II)에 추가적으로 가스로부터 추출된 이산화황, 고체 염화수은(I)(칼로멜 Hg2Cl2)형태로 추출 및 분리된 수은을 포함한 세척 용액이 노즐을 통해 충전 물체에 분무되고 타워의 바닥에 용액이 수집되는 분리된 흡수탑을 포함한 세척공장에서 수행된다. 가스에 존재하는 수은 증기, 즉 원소 수은 Hg0는 세척 용액에 있는 염화수은(II)의 도움으로 흡수탑에서 빠르고 효과적으로 산화되어 고체 염화수은(I)을 형성한다. 흡수탑을 떠나는 세척용액은 폐쇄 시스템에서 순환된다.
염소 세척공장에서 원소 Hg가 세정된 가스는 황산제조공장이나 대기(가스가 SO2를 함유하지 않은 경우)로 가고 따라서 가스의 Hg함량을 추가로 감소시킬 필요 없이 가스는 현재의 환경조건을 충족시킨다. 그러나 특수한 경우에 가스에 남아있는 Hg를 완전 제거할 필요가 있다.
예컨대 US-A 4,233,274는 가스에서 남아있는 Hg(Hg0)를 완전 제거하기 위해서 가스에 남아있는 원소 수은을 제거하는 주 세척기에 비해서 Hg2Cl2의 양을 적게 하는 추가 염소 세척단계를 제안한다. 그러나 추가 염소 세척단계를 사용하여 가스에서 남아있는 Hg를 완전 제거하지 못하고 양이 감소되었지만 여전히Hg가 남아있고 이중 염소 세척단계를 사용해도 완전 제거는 할 수 없다.
따라서 가스에 존재하는 Hg 잔량은 가변적 화학적 물리적 성질을 가지며 이러한 후-처리에서 충분한 함량의 Hg함유 성분을 포집하기가 곤란하므로 기술적 및 경제적으로 이러한 요구에 부합하기가 어렵다. 염소 세척기에서 나오는 가스는 원소 Hg 잔량뿐만 아니라 세척 단계에서 제거된 Hg 화합물 함유 입자 형태로 Hg 잔량을 포함한다. 이들은 가스에서 현탁된 형태, 가령 새로 형성된 Hg2Cl2안개로 존재하고 Hg2Cl2증기뿐만 아니라 염소 세척기에서 나오며 HgCl2를 함유한 세척액의 액적(liquid drop)을 제거한다.
가스에서 소량의 원소 Hg를 제거하는 필터가 존재하지만 물리적 화학적 종류가 상이한 Hg 잔량을 제거할 수 없다. DE-B-21 50 592에 다양한 종류의 탄소 필터가 발표되지만 이들은 물의 응축 때문에 결점을 가지며 US-A-3,786,619의 셀레늄 필터는 소량의 기체 원소 Hg에 대해서는 효과적이지만 다른 Hg 함유 성분에 대해서는 양호하지 않다. US-A-4,206,183에 발표된 황 및 황화물, 특히 활성화된 금속 황화물의 사용에 기초한 Dowa Mining의 공정과 다양한 합성 및 천연 금속 황화물(황화납 광석과 같은)을 사용하는 일본 특허들도 유사하다. 이들 공정은 염소 세척기에서 처리된 가스에서 발견되는 Hg 잔량을 제거하는데 큰 효율로 사용될 수 없다.
염소 세척기에서 나온 가스에 존재하는 모든 수은 함유 성분을 완전 제거하는 것이 기술적으로 우아하고 경제적인 방식으로 가능하여서 Hg의 모든 잔량이 제거된다는 것이 놀랍게도 발견되었다. 이것은 본 발명의 방법에 의해 가능 하다.
본 발명에 따르면 가스가 세정기 공장에 도입되어 HgCl2기체가 세척액으로 세척되어서 가스에 있는 HgCl2가 세척액에 의해 흡수되고 세정기에서 기계적 교란 작용을 받아 입자나 액적(drop) 형태로 존재하는 Hg, HgCl2및 Hg2Cl2와 다른 Hg 화합물을 더 큰 응집체로 물리적으로 결합하고 형성된 응집체와 존재하는 큰 입자가 가스로부터 분리되고 수집 및 제거된다. 바람직하게는, 세척액은 물이나 묽은 수성 액체이다.
세정기 공장은 Hg 함유 기체 성분이 세척액에 의해 용해되게 하거나 흡수되게 하고 입자 형태의 성분을 교란 작용에 의해 응집체 형태로 결합 하는 두 가지 기능을 한다. 이 작용에 의해서 매우 큰 응집체가 형성되어서 그렇지 않을 경우 현탁되는 입자가 기체상으로부터 분리될 수 있고 회수, 수집 및 가스와 세척액으로부터 분리될 수 있다. 이러한 세정기 공장은 공지이며 연소나 화학적 또는 야금 공정에서 나온 가스를 세정하는데 사용된다. 이러한 공장은 가스 가속 및 감속을 수단으로 유입 가스의 심한 교란 작용에 기초한다.
본 발명의 방법에서 염소 세척공장에서 처리된 가스의 수은 함량은 20μg/m3 이하로 10배 이상 감소된다.
로스트오븐에서 나온 이산화황 함유 가스가 냉각되고 한 쌍의 단계에서 세정되고 전통적인 습식 필터(1)로 보내지고, 여기서 대부분의 고체 입자가 제거된다. 입자가 없는 가스가 염소 세척 공장(2)에 보내진다. 염소 세척 공장(2)은 유입한 기체 Hg(소위 Hg0)의 대개를 취하지만 매우 미세한 입자성 새로 형성된 Hg2Cl2안개, HgCl2증기, 잔류 Hg0와 용해된 HgCl2 및 고체 Hg2Cl2를 함유한 흡수용액으로부터 가스에 의해 운반된 액적이 남는다. 염소 세척기에서 처리된 가스는 세정기 공장(3)에 보내져 세척액이 HgCl2증기의 대개를 흡수하고 원천이 다르고 상이한 물리적 및 화학적 종류를 가진 Hg 입자가 응집된다. 다른 한편으론 새로 Hg0를 형성할 수 있는 반대 반응이 일어날 수 있지만 이산화황 함유 가스를 사용하여 Hg0가 약화되어 이산화황의 환원 성질로 인하여 세정기(3)에서 수용액으로부터 제거된다. 비교적 적고 소량의 Hg만을 함유한 세정기(3) 세척액의 퇴출 부분은 문제 없이 염소 세척기(2) 상류의 한 가스 세정 단계를 인도할 수 있다. 퇴출 액체는 추가 액체 공급에 의해 보상된다.
이러한 경우에 남아있는 Hg의 추가 제거가 필요하며 사실상 Hg0로 구성되고, 이러한 제거는 도1에 도시된 추가 단계에서 가스를 팬(4)을 통해 셀레늄 필터나 탄소 필터와 같은 필터(5)에 통과시켜 최종 잔류 Hg0가 제거된다. 이러한 필터는 흡수제로서 Se을 함유한 US-A-3,786,619 필터와 흡수제로서 황, 합성 또는 천연 황화물이 사용되는 US-A-4,206,183 필터이다. 바람직하게는, 필터는 활성 화합물로서 활성화된 황화납을 포함한다.
보통의 경우에 세정기 처리 후에 가스는 오늘날 환경법과 실제 조건에 맞게 충분히 적은 Hg 양을 함유한다. 세정기 처리에 의해 놀라울 정도로 많은 양의 Hg가 제거되므로 잔류 원소 Hg 제거와 같은 추가 처리는 불필요하다. 그러나 세정기를 통과하거나 추가로 형성된 매우 소량의 원소 Hg를 제거하기 위해서 비교적 간단한 수단을 써서 본 발명의 방법을 완수할 수 있다. 이러한 경우 추가 단계로서 완전한 Hg0제거를 위해 필터(5)가 사용되는 것이다. Hg 방출 기준이 더욱 엄격한 미래에 Hg 잔량의 완전 제거가 필요할 수 있다. 그러나 Hg0의 추가 제거는 많은 경우에 세척액에 할로게나이드 또는 의사-할로게나이드와 같은 착화합물 형성제를 첨가하여 세정기에서 조차 수행될 수 있다.
본 발명의 방법은 신형 및 구형 염소 세척기가 미래에 Hg 제거에 대한 더욱 엄격한 조건을 충족시키기 위해서 개량될 수 있는 장점이 있다.
도1은 로스트오븐의 이산화황 함유 가스가 처리되고 황산 제조를 위해 Hg가 없는 가스가 제거되는 공장을 보여준다.
*부호설명*
1...습식 필터 2...염소 세척공장
3...세정기 4...팬
5...필터

Claims (7)

  1. SO2를 함유한 로스트오븐 가스와 같이 가스에 남아있는 수은을 완전 제거하고 원소 Hg를 제거하기 위해 염소 세척기에서 처리되는 방법에 있어서,
    가스가 세정기에 도입되어 세척액으로 세척됨으로써 가스에 있는 HgCl2 기체가 세척액에 의해 흡수되고, 가스는 세척액에 의해 기계적 교란 작용을 받아 입자와 액적(drop) 형태로 존재하는 Hg, HgCl2및 Hg2Cl2와 다른 Hg 화합물을 물리적으로 결합하여 큰 응집체를 형성하고, 형성된 응집체와 존재하는 큰 입자가 가스로부터 분리되고 수집 및 제거됨을 특징으로 하는 수은 제거방법.
  2. 제 1항에 있어서, 세척액이 물이나 묽은 수성 액체임을 특징으로 하는 방법
  3. 제 1항 또는 2항에 있어서, 세척액이 할로게나이드나 의사-할로게나이드와 같은 착화합물 형성제를 포함함을 특징으로 하는 방법
  4. 제 1항 또는 2항에 있어서, 남아있는 기체 Hg 원소의 흡착을 위해 처리된 가스가 필터에 전달됨을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 4항에 있어서, 필터가 활성 화합물로서 셀레늄을 포함함을 특징으로 하는 방법
  6. 제 4항에 있어서, 필터가 활성 화합물로서 황, 황화물 또는 기타 황 화합물을 포함함을 특징으로 하는 방법
  7. 제 6항에 있어서, 필터가 활성 화합물로서 활성화된 황화납을 포함함을 특징으로 하는 방법
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