RU2537613C1 - Method of purifying gas emissions from mercury - Google Patents
Method of purifying gas emissions from mercury Download PDFInfo
- Publication number
- RU2537613C1 RU2537613C1 RU2013141608/05A RU2013141608A RU2537613C1 RU 2537613 C1 RU2537613 C1 RU 2537613C1 RU 2013141608/05 A RU2013141608/05 A RU 2013141608/05A RU 2013141608 A RU2013141608 A RU 2013141608A RU 2537613 C1 RU2537613 C1 RU 2537613C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mercury
- reactor
- oxidation
- active particles
- purification
- Prior art date
Links
Landscapes
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к контролю загрязнений и применяется для уменьшения выделения ртути (Hg) в газовом выбросе преимущественно угольных ТЭС.The invention relates to pollution control and is used to reduce the release of mercury (Hg) in the gas emission of predominantly coal-fired power plants.
Известны способы, которые включают операции окисления ртути с использованием для этого барьерного, импульсного, коронного или электронно-лучевого электрического разрядного устройства, обеспечивающего образование окиси ртути HgO, и операции сбора окиси в электростатическом фильтре жидкой очистки и отделения частиц из собранной смеси (Патент RU 2169622). Данное изобретение обеспечивает уменьшение выделения ртути (Hg) из выбросов топливных установок при сгорании ископаемого топлива с одновременным производством полезного для промышленных целей конечного продукта.Known methods that include the operation of oxidation of mercury using a barrier, pulse, corona or electron beam electric discharge device that provides the formation of mercury oxide HgO, and the operation of collecting oxide in an electrostatic liquid filter and separating particles from the collected mixture (Patent RU 2169622 ) This invention provides a reduction in the release of mercury (Hg) from the emissions of fuel plants during the combustion of fossil fuels while producing an industrial product useful for industrial purposes.
В патенте RU 2237882 рассматривается процесс конвертирования примесей в ядра конденсации при воздействии на анализируемую примесь озона, конденсационного проявления и укрупнения ядер конденсации в аэрозольные частицы с последующим измерением их концентрации. Однако в данном патенте это процесс используется для определения примесей в газах, а не как составная часть комплексной технологии очистки газа от паров ртути.In the patent RU 2237882, the process of converting impurities into condensation nuclei when exposed to ozone being analyzed, the condensation manifestation and enlargement of condensation nuclei into aerosol particles with subsequent measurement of their concentration is considered. However, in this patent this process is used to determine impurities in gases, and not as an integral part of an integrated technology for purifying gas from mercury vapor.
Также рассматривается использование для очистки загрязненного газа электростатически заряженных сорбентов (патент US 5591412). В этих патентах не рассматривается одновременное воздействие ультрафиолетового излучения на пары ртути и озона, что является ключевым фактом для сформулированного объекта правовой защиты.The use of electrostatically charged sorbents for the treatment of contaminated gas is also contemplated (US Pat. No. 5,591,412). These patents do not address the simultaneous effects of ultraviolet radiation on mercury vapor and ozone, which is a key fact for the formulated subject of legal protection.
Известны американские патенты, которые включают операции окисления ртути, US 8071500 «Thief carbon catalyst for oxidation of mercury in effluent stream» и US 7776780 «Catalysts for oxidation of mercury in flue gas», посвященные каталитическому удалению паров ртути.U.S. patents are known which include mercury oxidation operations, US 8071500 "Thief carbon catalyst for oxidation of mercury in effluent stream" and US 7776780 "Catalysts for oxidation of mercury in flue gas", devoted to the catalytic removal of mercury vapor.
Однако в данных методах пары ртути не подвергаются воздействию ультрафиолетового излучения.However, in these methods, mercury vapors are not exposed to ultraviolet radiation.
Прототипом изобретения является способ окисления паров ртути, описанный в патенте US 8071500 при помощи катализатора на основе не до конца сгоревшего каменного угля, поверхность которого обработана галогеном. К недостаткам этого метода можно отнести необходимость использования дополнительных реагентов и отсутствие селективности такого метода окисления именно к ртути, содержание которой в газовом выбросе существенно ниже, чем остальных примесей, также способных к окислению, и ограничение глубины очистки, связанное с тем, что реакция происходит на поверхности частицы твердого катализатора, и остается вероятность того, что атом ртути не успеет попасть на эту поверхность.The prototype of the invention is a method for the oxidation of mercury vapor, described in patent US 8071500 using a catalyst based on incompletely burned coal, the surface of which is treated with halogen. The disadvantages of this method include the need to use additional reagents and the lack of selectivity of this oxidation method specifically to mercury, the content of which in the gas discharge is significantly lower than other impurities that are also capable of oxidation, and the limitation of the purification depth due to the fact that the reaction occurs the surface of the solid catalyst particle, and there remains the possibility that the mercury atom does not have time to reach this surface.
Техническим результатом является повышение селективности очистки газовых выбросов от ртути, повышение глубины очистки выбросов от ртути.The technical result is to increase the selectivity of purification of gas emissions from mercury, increasing the depth of purification of emissions from mercury.
Для достижения указанного результата предложен способ очистки газовых выбросов от ртути путем окисления паров ртути, при этом окисление паров ртути в газовом потоке проводят в реакторе при помощи ультрафиолетового излучения ртутных кварцевых ламп, при этом вводят в реактор дополнительный поток газа, содержащий активные частицы, генерируемые плазменным генератором.To achieve this result, a method for purifying gas emissions from mercury by oxidizing mercury vapor is proposed, wherein the oxidation of mercury vapor in the gas stream is carried out in the reactor using ultraviolet radiation from mercury quartz lamps, and an additional gas stream containing active particles generated by the plasma is introduced into the reactor generator.
Кроме того,Besides,
- в качестве дополнительного потока газа подают воздух, содержащий в качестве активных частиц озон, электронно-возбужденные молекулы кислорода и азота и отрицательные ионы кислорода,- as an additional gas stream serves air containing as active particles ozone, electronically excited oxygen and nitrogen molecules and negative oxygen ions,
- уменьшают подачу дополнительного потока газа по длине реактора пропорционально уменьшению концентрации паров ртути.- reduce the supply of an additional gas stream along the length of the reactor in proportion to the decrease in the concentration of mercury vapor.
На фигуре дана общая схема установки для осуществления указанного способа, где 1 - реактор, 2 - вход газа, 3 - выход газа, 4 - ультрафиолетовая ртутная кварцевая лампа, 5 - блок питания ультрафиолетовой ртутной кварцевой лампы, 6 - плазменный генератор активных частиц, 7 - распределительная система.The figure shows a general installation diagram for implementing the indicated method, where 1 is a reactor, 2 is a gas inlet, 3 is a gas outlet, 4 is an ultraviolet mercury quartz lamp, 5 is a power supply unit for an ultraviolet mercury quartz lamp, 6 is a plasma generator of active particles, 7 - distribution system.
Газовый поток, например, отходящих газов ТЭС, содержащий частицы ртути, направляют в реактор 1 через вход газа 2, где он облучается ультрафиолетовым излучением ртутной кварцевой лампы 4, питающейся от блока питания 5. При этом в реактор 1 дополнительно подают газ, например воздух, содержащий активные частицы, генерируемые плазменным генератором 6 через распределительную систему 7. Газовый поток, очищенный от частиц ртути, выходит из реактора 1 через выход газа 3.A gas stream, for example, of the exhaust gas from a thermal power plant containing mercury particles, is sent to the reactor 1 through the gas inlet 2, where it is irradiated with ultraviolet radiation from a mercury quartz lamp 4, powered by a power supply 5. In addition, gas, for example, air is supplied to the reactor 1 containing active particles generated by the plasma generator 6 through the distribution system 7. The gas stream purified from mercury particles leaves the reactor 1 through the gas outlet 3.
Активные частицы генерируются неравновесным газовым электрическим разрядом в потоке газа (например, воздуха), продуваемого через разрядную зону. В качестве неравновесного газового разряда может быть использован диэлектрический барьерный разряд, коронный разряд и т.п. Состав относительно долгоживущих активных частиц, которые могут дойти до реактора, зависит от состава продуваемого газа и в случае воздуха представляет собой озон, электронно-возбужденные молекулы азота и кислорода, отрицательные ионы, гидратированные электроны и т.п.Active particles are generated by a nonequilibrium gas electric discharge in a stream of gas (for example, air), blown through the discharge zone. As a nonequilibrium gas discharge, a dielectric barrier discharge, a corona discharge, etc. can be used. The composition of the relatively long-lived active particles that can reach the reactor depends on the composition of the blown gas and in the case of air it is ozone, electronically excited nitrogen and oxygen molecules, negative ions, hydrated electrons, etc.
Предлагаемый способ окисления паров ртути в газовом выбросе угольных ТЭС заключается в одновременном облучении газового потока, входящего в реактор 1, ультрафиолетовым излучении ртутной кварцевой лампы (одной или нескольких) 4 и впрыском в него активных частиц, генерируемых плазменным генератором активных частиц 6 через распределительную систему 7, обеспечивающую оптимальный профиль концентраций активных частиц по длине реактора. Такой подход обеспечивает селективность процесса окисления за счет механизма селективного воздействия именно на пары ртути, не затрагивая или почти не затрагивая другие примеси, и одновременно с этим глубину очистки от паров ртути. Решение проблемы селективности воздействия на пары ртути связано тем обстоятельством, что именно ртуть используется как рабочий газ в ультрафиолетовых лампах. Ультрафиолетовое излучение основной линии ртутной лампы с длиной волны 253,7 нм поглощается парами ртути резонансным образом. Сечение поглощения резонансного излучения в десятки раз больше газокинетического сечения атома ртути. Поглощение кванта ультрафиолетового излучения атомом ртути приводит к его электронному возбуждению и резкому увеличению константы окисления как молекулярным кислородом, так и озоном или другими активными частицами, генерируемыми плазмой. Для решения проблемы глубины очистки в поток обрабатываемого газа впрыскиваются активные частицы, генерируемые плазмой, для дополнительного окисления паров ртути. Это необходимо для достижения максимальной глубины очистки при разумных размерах реактора, сохраняя при этом высокую энергетическую эффективность. Дело в том, что в процессе окисления паров ртути их концентрация падает по длине реактора и длина поглощения ультрафиолетового излучения растет. При этом растет проскок ультрафиолетового излучения на стенку реактора и эффективность использования ультрафиолета падает. Для эффективного окисления паров ртути при малых концентрациях более эффективно использовать реакции, стимулированные активными частицами, генерируемыми плазмой. Таким образом, комбинируя облучение потока отходящих газов, содержащих пары ртути, ультрафиолетовым излучением и впрыск активных частиц генерируемых плазмой, управляя их концентрацией и распределением этой концентрации по длине реактора за счет распределительной системы, имеющей разную плотность выпускных отверстий в разных точках по длине реактора, уменьшая подачу потока газа, обработанного плазменным генератором активных частиц по длине реактора, следуя уменьшению концентрации паров ртути. Таким образом, можно обеспечить необходимую глубину очистки от паров ртути в максимально широком диапазоне ее концентраций, не теряя энергетическую эффективность процесса.The proposed method for the oxidation of mercury vapor in the gas emission of coal-fired TPPs consists in simultaneously irradiating the gas stream entering the reactor 1 with ultraviolet radiation of a mercury quartz lamp (one or several) 4 and injecting active particles into it generated by a plasma active particle generator 6 through a distribution system 7 providing the optimal concentration profile of active particles along the length of the reactor. Such an approach ensures the selectivity of the oxidation process due to the mechanism of selective action on mercury vapor, without affecting or almost without affecting other impurities, and at the same time, the depth of purification from mercury vapor. The solution to the problem of selectivity for exposure to mercury vapor is due to the fact that it is mercury that is used as the working gas in ultraviolet lamps. Ultraviolet radiation from the main line of a mercury lamp with a wavelength of 253.7 nm is absorbed by mercury vapor in a resonant manner. The absorption cross section of resonant radiation is ten times larger than the gas kinetic cross section of a mercury atom. The absorption of a quantum of ultraviolet radiation by a mercury atom leads to its electronic excitation and a sharp increase in the oxidation constant by both molecular oxygen and ozone or other active particles generated by the plasma. To solve the problem of the depth of treatment, plasma-generated active particles are injected into the stream of the treated gas to further oxidize the mercury vapor. This is necessary to achieve maximum cleaning depth at a reasonable reactor size, while maintaining high energy efficiency. The fact is that during the oxidation of mercury vapor, their concentration decreases along the length of the reactor and the absorption length of ultraviolet radiation increases. At the same time, an increase in ultraviolet radiation on the wall of the reactor grows and the efficiency of ultraviolet radiation decreases. For effective oxidation of mercury vapor at low concentrations, it is more efficient to use reactions stimulated by active particles generated by plasma. Thus, combining the irradiation of the flow of exhaust gases containing mercury vapor with ultraviolet radiation and the injection of active particles generated by the plasma, controlling their concentration and the distribution of this concentration along the length of the reactor due to the distribution system having different density of outlet openings at different points along the length of the reactor, reducing the flow of gas treated with a plasma generator of active particles along the length of the reactor, followed by a decrease in the concentration of mercury vapor. Thus, it is possible to provide the necessary depth of purification from mercury vapor in the widest possible range of its concentrations without losing the energy efficiency of the process.
Пример 1Example 1
Через реактор объемом 0,5 л подавался поток воздуха при температуре 400°C и расходом 3 нормальных м3/час. Входная концентрация ртути составляла 0,25 ррм. Реактор просвечивался ультрафиолетовым излучением от двух ртутных кварцевых ламп через кварцевые окна, установленные на противоположных стенках. Потребляемая мощность ламп составляла 2 Вт. В реактор впрыскивался поток воздуха, прошедший через зарядную камеру импульсного барьерного разряда с вкладываемой мощностью 0,5 Вт. При этом концентрация ртути на выходе реактора упала в 25 раз до величины 0,01 ррм.An air stream was supplied through a 0.5 L reactor at a temperature of 400 ° C and a flow rate of 3 normal m 3 / h. The input mercury concentration was 0.25 ppm. The reactor was exposed to ultraviolet radiation from two mercury quartz lamps through quartz windows mounted on opposite walls. The power consumption of the lamps was 2 watts. An air stream was injected into the reactor, passing through the charging chamber of a pulsed barrier discharge with a power input of 0.5 W. In this case, the concentration of mercury at the outlet of the reactor fell 25 times to a value of 0.01 ppm.
Пример 2Example 2
Через реактор объемом 0,5 л подавался поток воздуха при температуре 700°C и расходом 10 нормальных м3/час. Входная концентрация ртути составляла 0,3 ррм. Реактор просвечивался ультрафиолетовым излучением от двух ртутных кварцевых ламп через кварцевые окна, установленные на противоположных стенках. Потребляемая мощность ламп составляла 10 Вт. В реактор впрыскивался поток воздуха, прошедший через зарядную камеру импульсного барьерного разряда с вкладываемой мощностью 2,5 Вт. При этом концентрация ртути на выходе реактора упала в 50 раз до величины 0,005 ррм.An air stream was supplied through a 0.5 L reactor at a temperature of 700 ° C and a flow rate of 10 normal m 3 / h. The input mercury concentration was 0.3 ppm. The reactor was exposed to ultraviolet radiation from two mercury quartz lamps through quartz windows mounted on opposite walls. The power consumption of the lamps was 10 watts. An air stream was injected into the reactor, passing through the charging chamber of a pulsed barrier discharge with a power input of 2.5 W. In this case, the concentration of mercury at the outlet of the reactor fell 50 times to a value of 0.005 ppm.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013141608/05A RU2537613C1 (en) | 2013-09-11 | 2013-09-11 | Method of purifying gas emissions from mercury |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013141608/05A RU2537613C1 (en) | 2013-09-11 | 2013-09-11 | Method of purifying gas emissions from mercury |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2537613C1 true RU2537613C1 (en) | 2015-01-10 |
Family
ID=53287809
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013141608/05A RU2537613C1 (en) | 2013-09-11 | 2013-09-11 | Method of purifying gas emissions from mercury |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2537613C1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5608227A (en) * | 1994-09-12 | 1997-03-04 | Patent-Treuhand-Gesellschaft F. Elektrische Gluehlampen Mbh | Mercury-vapor high-pressure short-arc discharge lamp, and method and apparatus for exposure of semiconductor wafers to radiation emitted from said lamp |
| US6576092B2 (en) * | 2001-09-13 | 2003-06-10 | The United States Of America As Represented By The U.S. Department Of Energy | Method for removal of mercury from various gas streams |
| US7156959B2 (en) * | 2001-05-11 | 2007-01-02 | Continental Research & Engineering, Llc | Plasma based trace metal removal apparatus and method |
-
2013
- 2013-09-11 RU RU2013141608/05A patent/RU2537613C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5608227A (en) * | 1994-09-12 | 1997-03-04 | Patent-Treuhand-Gesellschaft F. Elektrische Gluehlampen Mbh | Mercury-vapor high-pressure short-arc discharge lamp, and method and apparatus for exposure of semiconductor wafers to radiation emitted from said lamp |
| US7156959B2 (en) * | 2001-05-11 | 2007-01-02 | Continental Research & Engineering, Llc | Plasma based trace metal removal apparatus and method |
| US6576092B2 (en) * | 2001-09-13 | 2003-06-10 | The United States Of America As Represented By The U.S. Department Of Energy | Method for removal of mercury from various gas streams |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Liu et al. | A review on removal of elemental mercury from flue gas using advanced oxidation process: chemistry and process | |
| Ma et al. | Research progress of pollutants removal from coal-fired flue gas using non-thermal plasma | |
| US7498009B2 (en) | Controlled spectrum ultraviolet radiation pollution control process | |
| AU2006310457B2 (en) | Combined treatment of gaseous effluents by cold plasma and photocatalysis | |
| Kohno et al. | Destruction of volatile organic compounds used in a semiconductor industry by a capillary tube discharge reactor | |
| Urashima et al. | Removal of volatile organic compounds from air streams and industrial flue gases by non-thermal plasma technology | |
| Yang et al. | Photochemical removal of gaseous elemental mercury in a dielectric barrier discharge plasma reactor | |
| KR102450724B1 (en) | Apparatus for purifying noxious gas of ascon plant | |
| Wang et al. | Oxidation and removal of NO from flue gas by DC corona discharge combined with alkaline absorption | |
| CN105664631A (en) | Lampblack purification device for microwave plasma torches | |
| WO2007061401A2 (en) | Controlled spectrum ultraviolet radiation pollution control process | |
| JPH10146515A (en) | Nitrogen oxide reducing method in corona discharge pollution causing factor destroying apparatus | |
| RU2537613C1 (en) | Method of purifying gas emissions from mercury | |
| KR101261439B1 (en) | The disposal system of volatile organic compound | |
| RU2730340C2 (en) | Method and device for oxidation of impurities in waste gases "plasma barrier" | |
| JP5927074B2 (en) | Gas processing method and gas processing apparatus | |
| RU2541320C1 (en) | Method for purification of gas emission of polycyclic aromatic hydrocarbons, including benz(a)pyrene | |
| RU2286201C2 (en) | Method of purification of the gas outbursts and the device for its realization | |
| KR100454427B1 (en) | Harmful gas purifying apparatus and thereof method by using microwave | |
| Paur | Removal of volatile hydrocarbons from industrial off-gas | |
| RU2567284C1 (en) | Method of purifying gas emissions from polycyclic aromatic hydrocarbons, including benz(a)pyrene | |
| Yang et al. | Oxidation of elemental mercury with non-thermal plasma coupled with photocatalyst | |
| RU2257256C1 (en) | Method of cleaning gas emissions from polycyclic aromatic hydrocarbons, benza-pyrene inclusive | |
| Kambara et al. | DeNOx characteristics using two staged radical injection techniques | |
| KR102249085B1 (en) | Rf plasma exhaust gas treatment device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200912 |