利用粉煤灰基脱汞吸附剂对锅炉烟气进行脱汞处理的方法转让专利
申请号 : CN201310045192.3
文献号 : CN103055656B
文献日 : 2014-12-17
发明人 : 高正阳 , 郑双清 , 钟俊 , 于航 , 殷立宝
申请人 : 华北电力大学(保定)
摘要 :
一种利用粉煤灰基脱汞吸附剂对锅炉烟气进行脱汞处理的方法，它将粉煤灰基脱汞吸附剂置入锅炉烟道内吸附烟气中的汞，经脱汞吸附的烟气再经脱硫处理后排至大气；所述粉煤灰基脱汞吸附剂达到吸附饱和后，用热气流将粉煤灰基脱汞吸附剂中吸附的Hg2+及少量Hg0吹出并收集处理；所述粉煤灰基脱汞吸附剂由下述重量百分比的原料制成：白泥5%-15%、粘土10%-15%、水泥2%-10%，余量为粉煤灰。本发明的吸附剂配方合理、高效经济；采用低温再生技术使粉煤灰基脱汞吸附剂得到了再生；对所吸附的汞进行单独集中处理，避免了将Hg引入副产物引起的二次污染。
权利要求 :
1.一种利用粉煤灰基脱汞吸附剂对锅炉烟气进行脱汞处理的方法，其特征是：它将粉煤灰基脱汞吸附剂置入锅炉烟道内吸附烟气中的汞，经脱汞吸附的烟气再经脱硫处理后排至大气；所述粉煤灰基脱汞吸附剂达到吸附饱和后，用热气流将粉煤灰基脱汞吸附剂中吸
2+ 0
附的Hg 及少量Hg 吹出并收集处理；
所述粉煤灰基脱汞吸附剂由下述重量百分比的原料制成：白泥 5%-15%、粘土
10%-15%、水泥2%-10%，余量为粉煤灰；
所用粉煤灰粒径小于25um；将上述原料按配比称好，加水混匀，制成直径为8-10mm的球型颗粒，在常温下自然通风晾干即可；
2+ 0
增设吸收池，热气流所吹出的Hg 及少量Hg 的收集处理是在吸收池内进行的；所述吸
0 2+
收池内盛装NaClO2水溶液和脱汞稳定剂Na2S；NaClO2水溶液将Hg 全部氧化为Hg ；脱汞稳
2+
定剂Na2S将Hg 转化为汞副产物HgS，沉淀后即可收集。
2.根据权利要求1所述的利用粉煤灰基脱汞吸附剂对锅炉烟气进行脱汞处理的方法，其特征是，增设再生池，所述再生池内设置加热器，所述热气流由加热器加热至340-350℃再引入锅炉烟道内，成为使粉煤灰基脱汞吸附剂恢复活性的再生气。
3.根据权利要求2所述的利用粉煤灰基脱汞吸附剂对锅炉烟气进行脱汞处理的方法，其特征是，在脱汞处理中，将烟道内的所述粉煤灰基脱汞吸附剂分成两部分，一部分处于粉煤灰基脱汞吸附剂对汞的吸附状态，另一部分处于粉煤灰基脱汞吸附剂恢复活性的状态；
两部分之间交替转换其状态。
4.根据权利要求3所述的利用粉煤灰基脱汞吸附剂对锅炉烟气进行脱汞处理的方法，其特征是，所述吸收池中NaClO2水溶液的质量浓度为1-3%，所述Na2S的添加量按如下原则确定：在线测得烟气汞浓度的减小量，根据烟气汞浓度的减小量求得到烟气汞的减少量，即得到吸附剂的吸附量，Na2S的添加量与所吸附汞的摩尔比为1.2:1。
5.根据权利要求4所述的利用粉煤灰基脱汞吸附剂对锅炉烟气进行脱汞处理的方法，其特征是，所述粉煤灰基脱汞吸附剂达到吸附饱和的判断标准为：在吸附剂入口和出口分别在线监测吸附之前和吸附之后的烟气汞浓度，当吸附量小于40%时即认为达到吸附饱和状态。
说明书 :
利用粉煤灰基脱汞吸附剂对锅炉烟气进行脱汞处理的方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种烟气脱汞技术，特别是利用粉煤灰基脱汞吸附剂对锅炉烟气脱汞处理的方法。
背景技术
[0002] Hg是一种有毒的重金属元素，排放到环境中可对环境造成严重的污染。排放到环境中的Hg有自然排放和人为排放两种来源，煤炭燃烧是最大的人为Hg排放源。燃煤电厂排放的Hg可占到人为Hg排放的70%，每千克煤的平均含汞质量为0.22mg。如此计算，每年燃煤排放的汞及其污染物数量巨大，将对生态环境和人类健康产生严重危害。烟气汞一旦进入环境，经沉降和水溶后，最终转变成剧毒的甲基汞，如果甲基汞通过食物链进入人体，会对人的神经系统和发育系统产生严重危害。Hg污染问题已经成为全球关注的焦点，是需要迫切解决的问题。为了解决汞污染，从源头上防治汞对大气的污染，国内外研究目前大部分集中在高效、经济的吸附剂研制以及利用添加剂强化湿法烟气脱硫系统脱汞。其中，湿法0 2+
烟气脱硫系统脱汞研究主要是利用添加剂将烟气中的Hg 氧化为易溶于水的Hg ，此法虽然达到了降低烟气汞排放的目的，但是又将一部分汞转移到了副产物石膏中，石膏在以后的加工利用过程中又会将其中的汞释放，进而造成二次污染。
烟气脱硫系统脱汞研究主要是利用添加剂将烟气中的Hg 氧化为易溶于水的Hg ，此法虽然达到了降低烟气汞排放的目的，但是又将一部分汞转移到了副产物石膏中，石膏在以后的加工利用过程中又会将其中的汞释放，进而造成二次污染。
[0003] 现有技术中，去除单质汞最有效和最广泛使用的技术是活性炭喷入技术，虽然该技术效果显著—可去除99%的单质汞，但该技术的运行费用(主要是活性炭的成本)较高，2+ 0
因而不能大范围推广使用。钙基吸附剂对Hg 的吸附效率较高，对Hg 的脱除效率却较低。
研究结果表明，钙基类物质如Ca(OH)2，对HgCl2的吸附效率可达到85%；碱性吸附剂如CaO，同样也能达到很好地吸附HgCl2的效果，但是这些钙基类物质对单质汞的吸附效率却很低。
因而不能大范围推广使用。钙基吸附剂对Hg 的吸附效率较高，对Hg 的脱除效率却较低。
研究结果表明，钙基类物质如Ca(OH)2，对HgCl2的吸附效率可达到85%；碱性吸附剂如CaO，同样也能达到很好地吸附HgCl2的效果，但是这些钙基类物质对单质汞的吸附效率却很低。
发明内容
[0004] 本发明所要解决的问题是提供一种利用粉煤灰基脱汞吸附剂对锅炉烟气进行脱汞处理的方法，采用该技术可低成本、高效率对烟气脱汞且对脱除的汞进行集中回收，避免二次污染。
[0005] 本发明所称问题是由以下技术方案解决的：
[0006] 一种利用粉煤灰基脱汞吸附剂对锅炉烟气进行脱汞处理的方法，其特别之处是：它将粉煤灰基脱汞吸附剂置入锅炉烟道内吸附烟气中的汞，经脱汞吸附的烟气再经脱硫处理后排至大气；所述粉煤灰基脱汞吸附剂达到吸附饱和后，用热气流将粉煤灰基脱汞吸附
2+ 0
剂中吸附的Hg 及少量Hg 吹出并收集处理；
2+ 0
剂中吸附的Hg 及少量Hg 吹出并收集处理；
[0007] 所述粉煤灰基脱汞吸附剂由下述重量百分比的原料制成：白泥 5%-15%、粘土10%-15%、水泥2%-10%，余量为粉煤灰；
[0008] 所用粉煤灰粒径小于25um；将上述原料按配比称好，加水混匀，制成直径为8-10mm的球型颗粒，在常温下自然通风晾干即可。
[0009] 上述利用粉煤灰基脱汞吸附剂对锅炉烟气进行脱汞处理的方法，增设吸收池，热2+ 0
气流所吹出的Hg 及少量Hg 的收集处理是在吸收池内进行的；所述吸收池内盛装NaClO2
0 2+ 2+
水溶液和脱汞稳定剂Na2S；NaClO2水溶液将Hg 全部氧化为Hg ；脱汞稳定剂Na2S将Hg 转化为汞副产物HgS，沉淀后即可收集。
气流所吹出的Hg 及少量Hg 的收集处理是在吸收池内进行的；所述吸收池内盛装NaClO2
0 2+ 2+
水溶液和脱汞稳定剂Na2S；NaClO2水溶液将Hg 全部氧化为Hg ；脱汞稳定剂Na2S将Hg 转化为汞副产物HgS，沉淀后即可收集。
[0010] 上述利用粉煤灰基脱汞吸附剂对锅炉烟气进行脱汞处理的方法，增设再生池，所述再生池内设置加热器，所述热气流由加热器加热至340-350℃再引入锅炉烟道内，成为使粉煤灰基脱汞吸附剂恢复活性的再生气。
[0011] 上述利用粉煤灰基脱汞吸附剂对锅炉烟气进行脱汞处理的方法，在脱汞处理中，将烟道内的所述粉煤灰基脱汞吸附剂分成两部分，一部分处于粉煤灰基脱汞吸附剂对汞的吸附状态，另一部分处于粉煤灰基脱汞吸附剂恢复活性的状态；两部分之间交替转换其状态。
[0012] 上述利用粉煤灰基脱汞吸附剂对锅炉烟气进行脱汞处理的方法，所述吸收池中NaClO2水溶液的质量浓度为1-3%，所述Na2S的添加量按如下原则确定：在线测得烟气汞浓度的减小量、根据烟气流量信号求得到烟气汞的减少量，即得到吸附剂的吸附量，Na2S的添加量与所吸附汞的摩尔比为1.2:1。
[0013] 上述利用粉煤灰基脱汞吸附剂对锅炉烟气进行脱汞处理的方法，所述粉煤灰基脱汞吸附剂达到吸附饱和的判断标准为：在吸附剂入口和出口分别在线监测吸附之前和吸附之后的烟气汞浓度，当吸附量小于40%时即认为达到吸附饱和状态。
[0014] 本发明针对解决低成本烟气脱汞及汞回收问题进行了改进，与现有技术相比，本发明具有如下特点：1、本发明采用的粉煤灰基脱汞吸附剂配方合理、高效经济。实验表明，粉煤灰对汞的吸附能力与粒径呈正相关变化，即粉煤灰粒径越小，吸附能力越强，粒径小于25um的粉煤灰的吸附能力是原粉煤灰的1.5倍左右，现有技术都是直接选用原粉煤灰，本发明选用粒径小于25um的粉煤灰原料，大大加强了对汞的吸附能力；2、本发明在粉煤灰基脱汞吸附剂中加入了白泥，白泥是氨碱法制碱厂生产废渣的俗称，其成分以CaCO3为主，还含有部分CaSO4和MgO、CaO，并还含有约10%左右的Cl， 其中CaO对HgCl2有很强的吸附
0
能力，附着在粉煤灰上的Cl将Hg 氧化为HgCl2，再由粉煤灰及CaO吸附，加强了粉煤灰基脱汞吸附剂对汞的吸附能力，而且在提高脱汞效率的同时又达到了废物利用的目的；3、本发明采用低温再生技术使粉煤灰基脱汞吸附剂得到了再生，实验表明，粉煤灰基脱汞吸附剂中吸附的汞主要为HgCl2和HgS，它们的加热释放温度均低于350℃，而在这个温度下，粉煤灰Cl含量随温度升高变化不大，因此一次再生可以维持很长时间，使粉煤灰基脱汞吸附剂得到了循环利用，大大节约了成本；4、本发明对所吸附的汞进行单独集中处理，避免了将Hg引入到副产物中引起二次污染，达到了回收处理的目的。
0
能力，附着在粉煤灰上的Cl将Hg 氧化为HgCl2，再由粉煤灰及CaO吸附，加强了粉煤灰基脱汞吸附剂对汞的吸附能力，而且在提高脱汞效率的同时又达到了废物利用的目的；3、本发明采用低温再生技术使粉煤灰基脱汞吸附剂得到了再生，实验表明，粉煤灰基脱汞吸附剂中吸附的汞主要为HgCl2和HgS，它们的加热释放温度均低于350℃，而在这个温度下，粉煤灰Cl含量随温度升高变化不大，因此一次再生可以维持很长时间，使粉煤灰基脱汞吸附剂得到了循环利用，大大节约了成本；4、本发明对所吸附的汞进行单独集中处理，避免了将Hg引入到副产物中引起二次污染，达到了回收处理的目的。
附图说明
[0015] 图1是本发明所用系统下吸附烟道排烟状态的示意图；
[0016] 图2是本发明所用系统上吸附烟道排烟状态的示意图。
[0017] 图中各标号含义清单如下：1、锅炉；2、省煤器；3、空气预热器；4、脱吸附再生气上通道；5、除尘器；6、烟道入口滑动挡板；7、第一阀门；8、上吸附烟道；9、粉煤灰基脱汞吸附剂；10、下吸附烟道；11、再生气上通道；12、烟道出口滑动挡板；13、脱硫系统；14、第二阀门；15、风机；16、再生气主通道；17、加热器；18、再生池；19、第四阀门；20、再生气下通道；21、第三阀门；22、脱吸附再生气下通道；23、干燥剂；24、连接管；25、吸收池。
具体实施方式
[0018] 本发明方法包括如下步骤：
[0019] （1）粉煤灰基脱汞吸附剂制备：所述粉煤灰基脱汞吸附剂由下述重量百分比的原料组成：白泥 5%-15%、粘土10%-15%、水泥2%-10%，余量为粉煤灰，所用粉煤灰粒径小于25um，粒径小于25um的粉煤灰吸附能力可大大提高；将上述原料按照配比称好，加水混匀，制成直径为8-10mm的球型颗粒，在常温下自然通风晾干。
[0020] （2）烟气吸附，将粉煤灰基脱汞吸附剂置入锅炉烟道吸附烟气中的汞，经吸附的烟气再经脱硫处理后排出。
[0021] （3）粉煤灰基脱汞吸附剂再生：待粉煤灰基脱汞吸附剂达到吸附饱和后，将来自再生池的340-350℃的再生气引至烟道对粉煤灰基脱汞吸附剂进行再生处理。实验表明，粉煤灰基脱汞吸附剂中吸附的汞主要为HgCl2和HgS，当在340-350℃下恒温吹脱4-4.5小时后，粉煤灰基脱汞吸附剂中汞的释放量达到了98%以上。所以粉煤灰基脱汞吸附剂再生时，向处于吸附饱和状态的粉煤灰基脱汞吸附剂通入340-350℃的再生气，流速控制在0.1-0.4m/s，通气时间达4-4.5小时后粉煤灰基脱汞吸附剂中所吸附的汞基本上完全析出，并且由于再生气温度较低，对吸附剂的吸附活性影响较小，因此达到了吸附剂再生的目的。
[0022] （4）汞的回收处理：将由粉煤灰基脱汞吸附剂中吹过的、携带汞的脱吸附再生气引至吸收池，吸收池中的吸收液为质量浓度1-3%的NaClO2水溶液，脱吸附再生气中主要为可2+ 0 0 2+
溶于水的Hg ，还有少量的Hg，NaClO2水溶液将Hg 全部氧化为Hg ；再向吸收池中加入脱
2+
汞稳定剂Na2S，将Hg 转化为汞副产物HgS，沉淀后收集处理；由吸收池中溢出的气体经过干燥处理后进入再生池，加热为340-350℃的再生气。在吸收池中发生的主要化学反应如下：
溶于水的Hg ，还有少量的Hg，NaClO2水溶液将Hg 全部氧化为Hg ；再向吸收池中加入脱
2+
汞稳定剂Na2S，将Hg 转化为汞副产物HgS，沉淀后收集处理；由吸收池中溢出的气体经过干燥处理后进入再生池，加热为340-350℃的再生气。在吸收池中发生的主要化学反应如下：
[0023] 2Hg+4NaC1O2+2H2O→ 2HgC12+4NaOH+3O2 ，
[0024] Hg2++S2-→HgS。
[0025] 本发明方法中所使用的粉煤灰基脱汞吸附剂中的主要原料为粉煤灰，由于粉煤灰具有良好的吸附性能，并且价格低廉，因此利用粉煤灰制备的高效脱汞吸附剂具有明显的价格优势；白泥是氨碱法制碱厂生产废渣的俗称，其成分以CaCO3为主，还含有部分CaSO4和MgO、CaO，并还有约10%的Cl，利用白泥中的Cl对粉煤灰进行改性处理将大大提高脱汞效率，而且在提高脱汞效率的同时又达到了废物利用的目的；此外，将粉煤灰基脱汞吸附剂吸附的汞进行集中处理可以避免将汞转移到副产物中，防止进而引起的二次污染，达到了回收处理的目的。
[0026] 实施本发明方法的系统参看图1，所述系统包括锅炉1、锅炉烟道、吸收池25和再生池18。吸收池25上部与再生池18上部经连接管24连通，在连接管24内设有干燥剂23，干燥剂用于对由吸收池中溢出的气体经过干燥处理。所述锅炉1经省煤器2、空气预热器3、除尘器5与锅炉烟道连通，锅炉烟道由上下并排设置的上吸附烟道8和下吸附烟道10组成，锅炉烟道出口连接脱硫系统13，经上吸附烟道8或下吸附烟道10脱汞吸附处理的烟气，再由脱硫系统13脱硫后排出。由图1可见，上吸附烟道和下吸附烟道中部设有粉煤灰基脱汞吸附剂9，在锅炉烟道的入口设有烟道入口滑动挡板6，烟道入口滑动挡板可根据需要匹配遮挡上吸附烟道入口或下吸附烟道入口；锅炉烟道的出口设有烟道出口滑动挡板12，烟道出口滑动挡板可根据需要匹配遮挡上吸附烟道出口或下吸附烟道出口。所述上吸附烟道
8经脱吸附再生气上通道4和连通吸收池25、上吸附烟道8经再生气上通道11和再生气主通道16连通再生池18；所述下吸附烟道10经脱吸附再生气下通道22连通吸收池25、下吸附烟道10经再生气下通道20和再生气主通道22连通再生池18。
8经脱吸附再生气上通道4和连通吸收池25、上吸附烟道8经再生气上通道11和再生气主通道16连通再生池18；所述下吸附烟道10经脱吸附再生气下通道22连通吸收池25、下吸附烟道10经再生气下通道20和再生气主通道22连通再生池18。
[0027] 仍参看图1，为控制再生气及脱吸附再生气的流向，脱吸附再生气上通道4入口处设有第一阀门7，再生气上通道11入口处设有第二阀门14，脱吸附再生气下通道22入口处设有第三阀门21，再生气下通道入口处设有第四阀门19。
[0028] 仍参看图1所述再生气主通道16上设有风机15，再生气主通道经三通分别与再生气上通道11和再生气下通道20连通。
[0029] 本发明所用系统，上吸附烟道8和下吸附烟道10交替进行脱汞排烟和粉煤灰基脱汞吸附剂再生，图1所示为下吸附烟道8脱汞排烟、上吸附烟道粉煤灰基脱汞吸附剂再生，图2所示为上吸附烟道8脱汞排烟、下吸附烟道粉煤灰基脱汞吸附剂再生。以图1为例说明本系统的工作过程：锅炉1的烟气经过省煤器2、空气预热器3和除尘器5后进入下吸附烟道10，此时烟道入口滑动挡板6和烟道出口滑动挡板12遮挡在上吸附烟道8的入口和出口，将上吸附烟道封闭。烟气流经下吸附烟道10时，被粉煤灰基脱汞吸附剂9吸附脱汞后再经脱硫系统13脱硫后排出。与此同时，上吸附烟道8内的粉煤灰基脱汞吸附剂9再生，风机15启动，第一阀门7、第二阀门14开启，第三阀门21、第四阀门19关闭，再生池18内经过加热器17加热至340-350℃的再生气经再生气主通道16、再生气上通道11进入上吸附烟道8，再生气吹过粉煤灰基脱汞吸附剂后，携带汞的脱吸附再生气由脱吸附再生气上通道0 2+
4进入吸收池25，与吸收池中的NaClO2水溶液反应，NaClO2水溶液将Hg 全部氧化为Hg 。
2+
向吸收池中加入脱汞稳定剂Na2S，将Hg 转化为汞副产物HgS，沉淀后收集处理。由吸收池中溢出的气体经过干燥剂23干燥处理后进入再生池18，由加热器17加热为340-350℃的再生气。上述过程持续进行，直至上吸附烟道内的粉煤灰基脱汞吸附剂9再生过程结束。待下吸附烟道中的粉煤灰基脱汞吸附剂到达吸附饱和后上、下吸附烟道的工作模式切换至图
2状态。
4进入吸收池25，与吸收池中的NaClO2水溶液反应，NaClO2水溶液将Hg 全部氧化为Hg 。
2+
向吸收池中加入脱汞稳定剂Na2S，将Hg 转化为汞副产物HgS，沉淀后收集处理。由吸收池中溢出的气体经过干燥剂23干燥处理后进入再生池18，由加热器17加热为340-350℃的再生气。上述过程持续进行，直至上吸附烟道内的粉煤灰基脱汞吸附剂9再生过程结束。待下吸附烟道中的粉煤灰基脱汞吸附剂到达吸附饱和后上、下吸附烟道的工作模式切换至图
2状态。
[0030] 以下提供几个制备本发明所述粉煤灰基脱汞吸附剂的实施例：
[0031] 实施例1：称取下述重量百分比的原料：白泥 5%、粘土12%、水泥4%，余量为粉煤灰，所用粉煤灰粒径小于25um；
[0032] 实施例2：称取下述重量百分比的原料：白泥15%、粘土10%、水泥2%，余量为粉煤灰，所用粉煤灰粒径小于25um；
[0033] 实施例3：称取下述重量百分比的原料：白泥 10%、粘土15%、水泥10%，余量为粉煤灰，所用粉煤灰粒径小于25um；
[0034] 实施例4：称取下述重量百分比的原料：白泥 8%、粘土13%、水泥7%，余量为粉煤灰，所用粉煤灰粒径小于25um；
[0035] 实施例5：称取下述重量百分比的原料：白泥 12%、粘土14%、水泥5%，余量为粉煤灰，所用粉煤灰粒径小于25um；
[0036] 将上述实施例原料加水混匀，制成直径为8-10mm的球型颗粒，在常温下自然通风晾干，即制成粉煤灰基脱汞吸附剂。