含氯废料高温氧化脱除烟气汞的方法.pdf

本发明提供含氯废料高温氧化脱除烟气汞的方法，首先利用压缩空气或者水蒸汽将氯含量不低于0.5％的废料加入燃烧炉膛的高温区中，然后经过除尘和/或湿式脱硫，燃烧炉膛的高温区的温度为1080～1150℃。采用低成本压缩空气或者水蒸汽作为输送载体，将含氯废料输送至燃烧炉膛的高温区内并与烟气充分混合，含氯废料在1080～1150℃的范围内可析出Cl/HCl，并将烟气中的零价汞氧化转化为二价汞，该方法对零价汞氧化效率高，可达到80％以上。该方法具有高效、低投资和低运行费用，以及无二次污染的优点，适用于燃煤、垃圾焚烧、水泥回转窑、烧结等燃烧烟气脱汞净化处理。

1.  含氯废料高温氧化脱除烟气汞的方法，其特征在于：首先利用压缩空气或者水蒸汽将含氯废料加入燃烧炉膛的高温区中，然后经过除尘和/或湿式脱硫，完成高温氧化脱除烟气汞的方法；所述燃烧炉膛的高温区的温度为1080～1150℃；所述含氯废料是指氯的质量百分含量不低于0.5％的废料。

2.  根据权利要求1所述的含氯废料高温氧化脱除烟气汞的方法，其特征在于：利用0.15～0.25MPa的压缩空气或者水蒸汽将含氯废料输送加入燃烧炉膛中。

3.  根据权利要求1所述的含氯废料高温氧化脱除烟气汞的方法，其特征在于：所述含氯废料的粒径不大于20mm。

4.  根据权利要求1至3之一所述的含氯废料高温氧化脱除烟气汞的方法，其特征在于：所述含氯废料选自氯的质量百分含量不低于0.5％的废旧塑料、生物质和废液中的一种或者其中两种以上的混合物。

5.  根据权利要求1至3之一所述的含氯废料高温氧化脱除烟气汞的方法，其特征在于：具体通过以下步骤实现：
步骤一、利用压缩空气或者水蒸汽将含氯废料加入燃烧炉膛的高温区中，含氯废料析出的Cl/HCl将烟气中的零价汞氧化转化为二价汞，完成汞的高温氧化；
步骤二、经步骤一处理后的烟气进入烟道后，进入除尘器和/或湿式脱硫塔，完成除尘和/或湿法烟气脱硫，二价汞分别进入除尘颗粒物和/或脱硫副产物中，处理后的烟气进入烟囱排出；
步骤三、对二价汞进行无害化处理；完成含氯废料高温氧化脱除烟气汞的方法。

6.  根据权利要求5所述的含氯废料高温氧化脱除烟气汞的方法，其特征在于：步骤三中，所述无害化处理具体为：向脱硫副产物中加入可溶性的硫化物，将二价汞转化为无害的硫化汞固体。

7.  根据权利要求6所述的含氯废料高温氧化脱除烟气汞的方法，其特征在于：步骤三中，所述无害化处理具体为：向脱硫副产物中加入0.1mol/L可溶性的硫化物溶液，控制Hg²⁺:S^2-的摩尔比为1.2，将二价汞转化为无害的硫化汞固体。

8.  根据权利要求5所述的含氯废料高温氧化脱除烟气汞的方法，其特征在于：步骤一中，所述含氯废料的粒径不大于20mm。

含氯废料高温氧化脱除烟气汞的方法
技术领域
本发明涉及烟气净化技术领域，尤其涉及含氯废料高温氧化脱除烟气汞的方法。
背景技术
汞是环境中毒性最强的重金属元素之一。由于汞在环境中具有持久性、易迁移性和高度生物蓄积性，汞污染已经成为目前最受关注的全球性环境问题之一。我国是世界上汞排放量最多的国家，其中65％的汞是燃煤排放产生的，大气汞污染形势十分严峻，我国除了对燃煤SO₂、NOx和颗粒物等常规污染物重点治理外，对汞为主的重金属污染防治也非常关注。
目前国内外对汞污染物的控制大多采用现有烟气净化设施的协同控制，真正采用汞专门控制技术的极少。美国能源技术实验室(NETL)开发的烟气脱汞技术采用活性炭喷射和除尘技术对汞的脱除率高达90％左右，但投资高，活性炭成本高，同时活性炭的洗脱困难，难以工业化推广应用。另外，由于治理不同的污染物而采用不同的治理设备，容易产生各种设备之间的不匹配，综合投资高，占地面积大，运行费用高，维修不便等问题。
燃煤烟气中的汞主要以零价态存在，约占总汞的60-85％，美国福斯特能源公司的技术人员为降低脱汞投资及运行费用，发明的一种从热烟道气中除去汞类物质的方法，通过向烟道中喷入氯化物盐溶液使烟气中的汞被氧化成为HgCl₂，结合烟气脱硝和湿法脱硫技术可实现对NOx和SO₂的同时脱除。但该技术对零价汞的氧化效率不稳定，目前这项技术还没有工业化应用方面的报道。
国内外研究技术人员研制出利用锰基、改性SCR催化剂氧化或可回收型磁性催化氧化吸附汞材料，用于对烟气零价汞的氧化或吸附。同时还发明了利用卤素单质或其化合物对零价汞进行氧化转化的方法。能够对烟气中零价汞直接通过气相氧化以及催化氧化，具有投资低、反应速率高、工艺简便等优点而广受关注。主要缺点是运行费用较高，设备腐蚀较重，长期运行困难。目前仅处于实验研究及中试阶段。
发明内容
针对现有技术的上述缺陷和问题，本发明的目的是提供含氯废料高温氧化脱除烟气汞的方法，具有高效、低投资和低运行费用，以及无二次污染的优点，适用于燃煤、垃圾焚烧、水泥回转窑、烧结等燃烧烟气脱汞净化处理。解决了现有烟气汞的脱除方法效率低和运行费用高的技术问题。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
含氯废料高温氧化脱除烟气汞的方法，首先利用压缩空气或者水蒸汽将含氯废料加入燃烧炉膛的高温区中，然后经过除尘和/或湿式脱硫，完成高温氧化脱除烟气汞的方法；所述燃烧炉膛的高温区的温度为1080～1150℃；所述含氯废料是指氯的质量百分含量不低于0.5％的废料。
进一步地，利用0.15～0.25MPa的压缩空气或者水蒸汽将含氯废料输送加入燃烧炉膛中。
进一步地，所述含氯废料的粒径不大于20mm。
进一步地，所述含氯废料可以选自氯的质量百分含量不低于0.5％的废旧塑料、生物质和废液等中的一种或者其中两种以上的混合物。当为混合物时，以任意比混合。
进一步地，一种具体的含氯废料高温氧化脱除烟气汞的方法，通过以下步骤实现：
步骤一、利用压缩空气或者水蒸汽将含氯废料加入燃烧炉膛的高温区中，含氯废料析出的Cl/HCl将烟气中的零价汞氧化转化为二价汞，完成汞的高温氧化；
步骤二、经步骤一处理后的烟气进入烟道后，进入除尘器和/或湿式脱硫塔，完成除尘和/或湿法烟气脱硫，二价汞分别进入除尘颗粒物和/或脱硫副产物中，处理后的烟气进入烟囱排出；
步骤三、对二价汞进行无害化处理；完成含氯废料高温氧化脱除烟气汞的方法。
进一步地，步骤三中，所述无害化处理具体为：向脱硫副产物中加入适量可溶性的硫化物，将二价汞转化为无害的硫化汞固体。
具体地，步骤三中，所述无害化处理具体为：向脱硫副产物中加入0.1mol/L可溶性的硫化物溶液，控制Hg²⁺:S^2-的摩尔比为1.2，将二价汞转化为无害的硫化汞固体。
具体地，所述可溶性的硫化物可以采用硫化氢或者硫化钠。
本发明的含氯废料高温氧化脱除烟气汞的方法，采用压缩空气或者水蒸汽作为输送载体，将含氯废料分散性好地输送至燃烧炉膛的高温区内并与烟气充分混合，使得含氯废料在1080～1150℃的范围内可析出Cl/HCl，并将烟气中的零价汞氧化转化为二价汞，该方法对零价汞氧化效率高，可达到80％以上。而且空气和水蒸汽是清洁的低成本能源，不会带来二次污染。因此，本发明的含氯废料高温氧化脱除烟气汞的方法具有高效、低投资和低运行费用，以及无二次 污染的优点，适用于燃煤、垃圾焚烧、水泥回转窑、烧结等燃烧烟气脱汞净化处理。
进一步地，由于二价汞具有可溶性，部分二价汞吸附到烟气中的颗粒上，进入烟道，并在除尘过程中收集下来。其余的二价汞利用脱硫设备将烟气中的可溶性的二价汞蒸气吸收下来，达到烟气脱汞的效果，脱汞率达到80％左右。再对收集下来的除尘颗粒物和脱硫副产物进行汞无害化处理即可。
进一步地，通过控制压缩空气或者水蒸气的压强，即压缩空气或者水蒸气喷出速度和固态含氯废料的颗粒粒径，进一步提高高温氧化过程的Cl/HCl析出率和二价汞的氧化率。
本发明含氯废料高温氧化脱除烟气汞的方法中主要涉及的化学反应如下：
Hg⁰(g)+Cl⁰→Hg²⁺+Cl^-
本发明含氯废料高温氧化脱除烟气汞的方法以含氯废料为原料，达到脱除汞的目的的同时，为含氯废料提供一种很好的处理方式，并降低了烟气脱汞的运行成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的含氯废料高温氧化脱除烟气汞方法采用的一种具体的含氯废料高温氧化脱除烟气汞设备的结构示意图；
图2是本发明的含氯废料高温氧化脱除烟气汞方法的流程框图；
图3是本发明的实施例2中零价汞的氧化率随燃烧温度变化的曲线图。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本发明的实施例1提供一种具体的用于含氯废料高温氧化脱汞技术的含氯废料高温氧化脱汞设备结构，并结合该含氯废料高温氧化脱汞设备具体说明本发明的含氯废料高温氧化脱除烟气汞的方法。
如图1所示，具体的含氯废料高温氧化脱汞设备，包括含氯废料仓1、螺旋输送器2、空气输送器3、锅炉4、除尘器5、脱硫设备6、引风机7和烟囱8，含氯废料仓1经螺旋输送器2与空气输送器3连接，压缩空气或者水蒸汽通过空气输送器3将含氯废料输送进入锅炉4中的1080～1150℃的高温汞氧化反应窗口，经过汞氧化后的烟气进入除尘器5，除尘器5烟气出口与脱硫设备6的进口连接，脱硫设备6的出口经引风机7与烟囱8连接。
本发明的含氯废料高温氧化脱除烟气汞的方法，具体通过以下步骤实现：
步骤一、将含氯废料加入含氯废料仓1内，含氯废料经由螺旋输送器2进入空气输送器3中，空气输送器3中通入0.15～0.25MPa的压缩空气，将含氯废料输送加入锅炉4的炉膛的1080～1150℃的高温区中，含氯废料析出的Cl/HCl将烟气中的零价汞氧化转化为二价汞，完成汞的高温氧化；所述含氯废料为固态时，控制固态含氯废料的粒径不大于20mm。
步骤二、经步骤一汞氧化处理后的烟气进入烟道后，再进入除尘器5和脱硫设备6(具体地为湿式脱硫塔)，完成除尘和湿法烟气脱硫，二价汞分别进入除尘颗粒物和脱硫副产物中，处理后的烟气经由引风机7进入烟囱8中排出；
步骤三、对二价汞进行无害化处理，具体为：向脱硫副产物中加入0.1mol/L的H₂S溶液，控制Hg²⁺:S^2-的摩尔比为1.2，将二价汞转化为无害的硫化汞固体沉淀；
完成含氯废料高温氧化脱除烟气汞的方法。
本实施例1中所述含氯废料可以为氯的质量百分含量不低于0.5％的废旧塑料、生物质、废水等中的一种或者其中两种以上的混合物。当为混合物时，以任意比混合。
本实施例1是利用含氯废料高温燃烧条件下，利用析出的Cl/HCl将烟气中的零价汞氧化为二价汞，结合除尘器和湿法烟气脱硫去除，进入到脱硫副产物的汞通过加入少量可溶性硫化物的方法进行无害化处理。该方法适用于燃煤、垃圾焚烧、水泥回转窑、烧结等燃烧烟气脱汞净化处理。
实施例2
采用0.5g氯含量为1.2％的废塑料(粒径为20mm的颗粒)进行模拟烟气汞氧化研究，通过建立气态汞氧化反应器，零价汞由汞渗透管产生，模拟烟气中零价汞的浓度为20μg/m³，O₂浓度为6％，废塑料利用压缩空气加入到通过加热燃烧温度分别选择700℃、800℃、900℃、1000℃、1100℃和1200℃的燃烧区。然后测试反应器内零价汞的浓度，然后换算为零价汞的氧化率，零价汞的氧化率随燃烧温度变化的曲线图如图3所示。分析图3可知，随着反应温度的升高，汞的氧化效率也随之升高。当燃烧温度达1180℃时，最高零价汞氧化率可达82.4％。
实施例3
结合图2，说明本实施例的含氯废料高温氧化脱除烟气汞的方法。
在2t/h燃煤实验锅炉上进行含氯废料脱汞，锅炉燃煤量为350kg/h。SO₂浓度为578mg/Nm³，元素态汞蒸气的浓度为21.6μg/Nm³，颗粒态汞的浓度为2.34μg/Nm³。锅炉烟气首先进入袋式除尘器，除尘器出口与湿式脱硫塔连接，进入除尘器的烟气温度为128℃，脱硫塔出口烟气温度为50℃。利用0.15～0.25MPa的压缩空气，向锅炉喷入5kg/h的含氯废塑料(粒径为20mm的颗粒)，氯含量为2.1％。当喷射口处的燃烧温度为1150℃时，烟气中元素态汞氧化效率为85.4％。结合氢氧化钠湿法脱硫时脱除气态汞的效率最高为84.1％，脱除颗粒态汞效率为99.5％，最终脱汞效率达85.2％。
本实施例3中，对湿法脱硫时产生的脱硫副产物和除尘得的除尘颗粒物采取的无害化处理具体为：向除尘颗粒物和脱硫副产物中加入0.1mol/L的H₂S溶液，控制Hg²⁺:S^2-的摩尔比为1.2，将二价汞转化为无害的硫化汞固体沉淀。
本发明的实施例2和实施例3中采用Ontario-Hydro方法对脱汞前后不同形态的汞进行测试。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。