專利名稱：脫除煙氣中汞的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種脫除煙氣中汞的方法，利用膜分離技術(shù)，可以應(yīng)用于煤電廠和固體垃圾焚燒站的煙氣脫汞，屬環(huán)境保護(hù)廢氣處理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
汞是人們熟知的重金屬污染物之一，它存在于大氣、水體、土壤和巖層(尤其是煤)中。無機汞在自然界中受到微生物的作用而轉(zhuǎn)化成有機汞，它們可以沿著食物鏈傳遞至人體并在人體內(nèi)富集。全球汞排量的持續(xù)增加主要出自人類的活動，目前各種人為的大氣汞排量為每年1900→2200噸。最大的汞污染源是燃煤電廠，我國是世界上最大的用煤國，大氣中汞的年均沉降值大于70μg/m3，是全球范圍內(nèi)大氣汞污染最為嚴(yán)重的區(qū)域之一。
燃煤煙氣中汞的形態(tài)主要以氣態(tài)單質(zhì)汞(Hg0)、氣態(tài)二價離子汞(Hg2+)和顆粒態(tài)汞(Hgp)三種形態(tài)存在。不同形態(tài)的汞在大氣中的物理和化學(xué)性質(zhì)有很大差異。在鍋爐燃燒過程中，煤中的汞大部分以Hg0的形式進(jìn)入煙氣中，部分Hg0在煙氣冷卻過程中被氧化，其中以生成HgCl2為主，另外還有HgO、HgSO4和Hg(NO3)·2H2O等。顆粒態(tài)的固相汞容易被飛灰吸附，經(jīng)過除塵裝置時被分離到灰渣中而去除。離子汞的化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定且溶于水，在汞總排量中這部分汞所占的比例較高且相對較容易被去除。而單質(zhì)汞具有較高的蒸汽為難溶于水，相對比較穩(wěn)定，難以被現(xiàn)有的污染控制設(shè)備收集而直接排入大氣。
目前，煙氣脫汞的主要方法有吸附法、利用現(xiàn)有脫硫裝置的水洗法、電暈放電等離子技術(shù)以及電催化氧化法等。吸附法又可以分為固定床和吸附劑粉末噴灑。固定床法主要采用活性炭、飛灰、鈣基類物質(zhì)等作吸附劑，吸附劑粉末噴灑一般采用活性炭粉末噴射到煙道中，與煙氣混合的同時吸附氣相汞，然后通過氣固分離以達(dá)到除汞的目的。吸附法操作簡單(尤其是固定床工藝)，對裝置要求不高，但是吸附法成末高(吸附劑價格昂貴)，用過的吸附劑造成二次污染，并且對燃煤煙氣中單質(zhì)汞不能達(dá)到很有效的去除。利用現(xiàn)有的有些脫硫裝置也可以達(dá)到一定的脫汞率，該法主要針對易溶于水的離子地，典型的濕法脫硫裝置可以脫除80～90％離子汞。此工藝的缺點是生成含汞的廢水或有害的石膏，且對脫單質(zhì)汞基本無效。近年來，有報道利用等離子技術(shù)進(jìn)行煙氣脫汞，但是由于煙氣汞的濃度低，難以被捕捉，此技術(shù)仍停留于實驗階段。最近，美國First Energy和Power Span公司聯(lián)合研發(fā)了電催化氧化法過程，并獲得了專利。該法通過在介質(zhì)阻擋放電器中，對煙道氣中的流體物進(jìn)行高度氧化，從而實現(xiàn)對燃煤煙氣中的汞以及SO2、NOX和小顆粒物質(zhì)同時進(jìn)行脫除，但是由于能耗高，同樣處于研究階段。另外，氧化法一般同時氧化煙氣中的酸性氣體，生成的產(chǎn)物易引起煙道耐火材料的腐蝕。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明一種脫除煙氣中汞的方法，其特征在于利用類Nafion分離膜進(jìn)行煙氣脫汞；其煙氣脫汞的過程如下含汞煙氣首先通過流量計、閥門進(jìn)入類Nafion膜分離器即膜反應(yīng)器，含汞煙氣中氣相離子汞和單質(zhì)汞首先吸附在膜分離器的吸附膜層表面，吸附的離子汞與器內(nèi)存在的磺酸化合物起作用，也即吸附的汞離子與器內(nèi)分離膜上的磺酸發(fā)生離子交換反應(yīng)，在分離膜表面形成磺酸地；單質(zhì)汞則被氧化成離子態(tài)，隨后再生成磺酸汞；吸附的汞離子通過滲透擴(kuò)散經(jīng)分離膜層面到達(dá)解吸面；分離器解吸面一側(cè)有洗脫氣循環(huán)控制器提供洗脫氣HCl或H2S氣體，通過管道、閥門進(jìn)入膜分離器或膜反應(yīng)器內(nèi)的解吸面一側(cè)；在解吸面，通入的洗脫氣與汞離子生成HgCl2或HgS固體，該汞鹽自膜分離器或膜反應(yīng)器底部排出，進(jìn)入汞鹽收集器中；而洗脫氣通過洗脫氣循集控制器重復(fù)循環(huán)送至膜分離器或膜反應(yīng)器中；分離器膜表面吸附的離子汞與磺酸發(fā)生離子交換反應(yīng)形成磺酸汞的反應(yīng)式如下Hg2++2HSO3-R→Hg(SO3-R)2+2H+；單質(zhì)汞被氧化成離子態(tài)，再生成磺酸汞的反應(yīng)式如下Hg+2HSO3-R→Hg(SO3-R)2+H2。
本發(fā)明一種脫除煙氣中汞的方法的類Nafion膜分離器即膜反應(yīng)器的系統(tǒng)裝置，它包括有膜分離器即膜反應(yīng)器、流量計、汞鹽收集器、洗脫氣循環(huán)控制器、三通閥、管路等；其特征是膜分離器或膜反應(yīng)器中間位置設(shè)有一Nafion膜或改性Nafion膜，該膜的二側(cè)面一為吸附層面呈一為解吸面；在膜分離器或膜反應(yīng)器的右側(cè)設(shè)有含汞煙氣進(jìn)入并計量的流量計，通過管路經(jīng)三通閥與膜與離器或膜反應(yīng)器的吸附層面一側(cè)底部相連接；在膜分離器或膜反應(yīng)器的左側(cè)設(shè)有一洗脫氣循環(huán)控制器，它通過管路經(jīng)三通閥上膜分離器或膜反應(yīng)器的解吸面一側(cè)頂部相連接；在該處的底部有管道與汞鹽收集器相連接，以收集洗脫氣與汞反應(yīng)后的汞鹽生成物；在膜分離器或膜反應(yīng)器的左側(cè)為由洗脫氣循環(huán)控制器、三通閥、汞鹽收集器、管路組成的洗脫氣的循環(huán)工作系統(tǒng)；膜分離器或膜反應(yīng)器的右側(cè)上部還設(shè)有Hg、Hg++分析裝置及氣體分析裝置，其一端與吸收池相連接，作為另外部分廢氣的處理。
本發(fā)明的優(yōu)點和效果如下提出了一種含汞煙氣的除汞方法，利用類Nafion分離膜，并采用洗脫氣與被吸附的汞離子或汞反應(yīng)生成較純的汞鹽，收集后容易處理，可用作化工原料。本發(fā)明工藝簡單，操作方便，且在煙氣中脫汞的效率較高，可以用于煤電廠和固體垃圾焚燒場的脫汞，對環(huán)境保護(hù)來說提供了一種新方法。


圖1為本發(fā)明煙氣脫汞的膜分離器系統(tǒng)裝置的簡單示意圖。
具體實施例方式
現(xiàn)將本發(fā)明的具體實施例敘述于后。
實施例1參見圖1，本實施例中脫除煙氣中汞的方法是利用類Nafion膜分離器，也即膜反應(yīng)器為主的系統(tǒng)裝置。該系統(tǒng)裝置包括有膜分離器即膜反應(yīng)器、流量計、汞鹽收集器、洗脫氣循環(huán)控制器、三通閥、管路等；膜分離器或膜反應(yīng)器中間位置設(shè)有Nafion分離膜，該膜的二側(cè)面一為吸附層面，另一為解吸面；在膜分離器或膜反應(yīng)器的右側(cè)設(shè)有含汞煙進(jìn)進(jìn)入并計量的流量計，通過管路經(jīng)三通閥與膜分離器或膜反應(yīng)器的吸附層面一側(cè)的底部相連接；在膜分離器的左側(cè)設(shè)有一洗脫氣循環(huán)控制器，它通過管路經(jīng)三通閥與膜分離器或膜反應(yīng)器的解吸面一側(cè)的頂部相連接；在該處的底部有管道與下面所設(shè)置的汞鹽收集器相連接，以收集洗脫氣與汞反應(yīng)后的汞鹽生成物；在膜分離器或膜反應(yīng)器的左側(cè)為由洗氣脫循生控制器、三通閥、汞鹽收集器、管路組成的洗脫氣的循環(huán)工作系統(tǒng)；膜分離器或膜反應(yīng)器的右側(cè)上部還設(shè)有Hg、Hg++分析裝置及氣體分析裝置，其一端通過管道與吸收池相連通，作為另外部分廢氣的處理。
本實施例中煙氣脫汞的操作方法及其工作過程如下所述含汞的煙氣經(jīng)過流量計以控制煙氣流量，通過管路、三相閥，從底部進(jìn)入膜分離器即膜反應(yīng)器，并進(jìn)入Nafion分離膜右側(cè)的吸附膜層面，使煙氣中的汞離子和汞被吸附在該吸附膜層面上；膜分離器或膜反應(yīng)器內(nèi)事先盛放有磺酸化合物，吸附的汞離子或汞單質(zhì)與器內(nèi)的分離膜上的磺酸發(fā)生離子交換反應(yīng)，在膜表面形成磺酸汞；磺酸汞或其汞離子通過滲透擴(kuò)散經(jīng)吸附膜層面到達(dá)分離膜的左側(cè)的解吸面；在解吸面一側(cè)有洗脫離子在解吸面上發(fā)生反應(yīng)，生成HgS固體沉淀物，該汞鹽可從膜分離器或膜反應(yīng)器的底部排出，并進(jìn)入下面設(shè)置的汞鹽收集器中。洗脫氣則通過洗脫氣循環(huán)控制器重復(fù)循環(huán)送至膜分離器或膜反應(yīng)器中。
部分廢氣可分流通過管道經(jīng)Hg、Hg++分析裝置和氣體分析裝置進(jìn)入吸收池作輔助處理。
權(quán)利要求
1.一種脫除煙氣中汞的方法，其特征在于利用類Nafion分離膜進(jìn)行煙氣脫汞；其煙氣脫汞的過程如下含汞煙氣首先通過流量計、閥門進(jìn)入類Nafion膜分離器即膜反應(yīng)器，含汞煙氣中氣相離子汞和單質(zhì)汞首先吸附在膜分離器的吸附膜層表面，吸附的離子汞與器內(nèi)存在的磺酸化合物起作用，也即吸附的汞離子與器內(nèi)分離膜上的磺酸發(fā)生離子交換反應(yīng)，在分離膜表面形成磺酸地；單質(zhì)汞則被氧化成離子態(tài)，隨后再生成磺酸汞；吸附的汞離子通過滲透擴(kuò)散經(jīng)分離膜層面到達(dá)解吸面；分離器解吸面一側(cè)有洗脫氣循環(huán)控制器提供洗脫氣HCl或H2S氣體，通過管道、閥門進(jìn)入膜分離器或膜反應(yīng)器內(nèi)的解吸面一側(cè)；在解吸面，通入的洗脫氣與汞離子生成HgCl2或HgS固體，該汞鹽自膜分離器或膜反應(yīng)器底部排出，進(jìn)入汞鹽收集器中；而洗脫氣通過洗脫氣循集控制器重復(fù)循環(huán)送至膜分離器或膜反應(yīng)器中；分離器膜表面吸附的離子汞與磺酸發(fā)生離子交換反應(yīng)形成磺酸汞的反應(yīng)式如下Hg2++2HSO3-R→Hg(SO3-R)2+2H+；單質(zhì)汞被氧化成離子態(tài)，再生成磺酸汞的反應(yīng)式如下Hg+2HSO3-R→Hg(SO3-R)2+H2。
2.權(quán)利要求一種脫除煙氣中汞的方法的類Nafion膜分離器即膜反應(yīng)器的系統(tǒng)裝置，它包括有膜分離器即膜反應(yīng)器、流量計、汞鹽收集器、洗脫氣循環(huán)控制器、三通閥、管路等；其特征是膜分離器或膜反應(yīng)器中間位置設(shè)有一Nafion膜或改性Nafion膜，該膜的二側(cè)面一為吸附層面呈一為解吸面；在膜分離器或膜反應(yīng)器的右側(cè)設(shè)有含汞煙氣進(jìn)入并計量的流量計，通過管路經(jīng)三通閥與膜與離器或膜反應(yīng)器的吸附層面一側(cè)底部相連接；在膜分離器或膜反應(yīng)器的左側(cè)設(shè)有一洗脫氣循環(huán)控制器，它通過管路經(jīng)三通閥上膜分離器或膜反應(yīng)器的解吸面一側(cè)頂部相連接；在該處的底部有管道與汞鹽收集器相連接，以收集洗脫氣與汞反應(yīng)后的汞鹽生成物；在膜分離器或膜反應(yīng)器的左側(cè)為由洗脫氣循環(huán)控制器、三通閥、汞鹽收集器、管路組成的洗脫氣的循環(huán)工作系統(tǒng)；膜分離器或膜反應(yīng)器的右側(cè)上部還設(shè)有Hg、Hg++分析裝置及氣體分析裝置，其一端與吸收池相連接，作為另外部分廢氣的處理。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種脫除煙氣中汞的方法，利用膜分離技術(shù)，可以應(yīng)用于煤電廠和固體垃圾焚燒站煙氣脫汞，屬環(huán)境保護(hù)廢氣處理技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明采用類Nafion分離膜進(jìn)行煙氣脫汞，含汞煙氣進(jìn)入膜分離器對應(yīng)器，在分離膜一側(cè)的吸附膜層面上，煙氣中的汞離子或汞單質(zhì)被吸附，在該處與器內(nèi)的磺酸化合物發(fā)生離子交換反應(yīng)，生成磺酸汞；該物質(zhì)或其汞離子通過滲透擴(kuò)散經(jīng)分離膜層面到達(dá)分離膜另一側(cè)的解吸膜層面上，與由洗脫氣循環(huán)控制器供送的HCl或H
文檔編號B01D53/74GK101053752SQ20071003741
公開日2007年10月17日 申請日期2007年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月9日
發(fā)明者孫儉, 王慧, 王瑤, 李在威, 唐永春 申請人:上海大學(xué)