汞去除系统和方法.pdf

本发明提供了用于有效地去除在用于煤或重油气化、石油精制等的湿法洗气中存在于气流中的极少量汞组分的汞去除系统和方法。湿法洗气中汞去除系统包括用于向其引入含有汞组分的目标气体并将汞组分转移到吸收溶液中的水洗塔、用于闪蒸水洗塔排放的吸收溶液以将吸收溶液分离成气体组分和废水的闪蒸罐(10)、用于在闪蒸罐的前面阶段中将氧化剂加到吸收溶液中的氧化处理装置(1)和用于在闪蒸罐的后续阶段中使分离的含有汞组分的废水经凝结沉积处理以将汞组分作为泥渣除去的废水处理装置。本发明还提供了使用上述系统的汞去除方法。

权利要求书
1.  一种湿法洗气中汞去除系统，包括用于向其引入含有汞组分的目标气体和将汞组分转移到吸收溶液中的水洗塔，和用于闪蒸水洗塔排放的吸收溶液以将吸收溶液分离成气体组分和废水的闪蒸罐，
其特征在于所述系统进一步包括用于在闪蒸罐的前面阶段中将氧化剂加到吸收溶液中的氧化处理装置，和用于在闪蒸罐的后续阶段中使分离的含有汞组分的废水进行凝结沉积处理以将汞组分作为泥渣除去的废水处理装置。

2.  一种湿法洗气中的汞去除系统，包括用于向其引入含有汞组分的目标气体并将所述汞组分转移到吸收溶液中的水洗塔，和用于闪蒸水洗塔排放的吸收溶液以将吸收溶液分离成气体组分和废水的闪蒸罐，
其特征在于所述系统进一步包括凝结沉积处理装置，其用于在闪蒸罐的前面阶段中将助凝剂加到吸收溶液中以从吸收溶液中将汞组分作为泥渣去除。

3.  如权利要求1或2所述的汞去除系统，其特征在于所述系统进一步包括：
硫化氢吸收塔，用于向其中引入从水洗塔送来的水洗气体并使用含胺化合物的吸收溶液从水洗气体吸收性地去除硫化氢，和
第二闪蒸罐，用于闪蒸从硫化氢吸收塔排放的吸收溶液以将吸收溶液分离成气体组分和将被送到再生塔的吸收溶液。

4.  如权利要求1或2所述的汞去除系统，其特征在于所述目标气体是用气化炉气化化石燃料得到的产物气体。

5.  一种湿法洗气中的汞去除方法，包括将含有汞组分的目标气体引入到吸收溶液中并将汞组分从目标气体转移到吸收溶液中的水洗步骤，和闪蒸从水洗步骤排放的吸收溶液以将吸收溶液分离成气体组分和废水的闪蒸步骤，
其特征在于所述方法进一步包括在闪蒸步骤的上游侧将氧化剂加到吸收溶液中的氧化处理步骤，和在闪蒸步骤的下游侧使分离的含有汞组分的废水进行凝结沉积处理以将汞组分作为泥渣除去的废水处理步骤。

6.  一种湿法洗气中的汞去除方法，包括将含有汞组分的目标气体引入到吸收溶液中并将所述汞组分从目标气体转移到吸收溶液中的水洗步骤，和闪蒸从水洗步骤排放的吸收溶液以将吸收溶液分离成气体组分和废水的闪蒸步骤，
其特征在于所述方法进一步包括：
在闪蒸步骤的上游侧将助凝剂加到吸收溶液中以从吸收溶液将汞组分作为泥渣去除的凝结沉积步骤。

7.  如权利要求5或6的汞去除方法，其特征在于所述方法进一步包括：
使用含有胺化合物的吸收溶液从水洗步骤送来并引入的水洗气体中吸收性地去除硫化氢的硫化氢吸收步骤，和
闪蒸从硫化氢吸收步骤排放的吸收溶液以将吸收溶液分离成气体组分和将被送到再生塔的吸收溶液的第二闪蒸步骤。

8.  如权利要求5或6的汞去除方法，特征在于所述目标气体是用气化炉气化化石燃料得到的产物气体。

说明书汞去除系统和方法
技术领域
本发明涉及在湿法洗气中用于去除气体中汞组分的汞去除系统和方法。更具体地说，本发明涉及在用于煤或重油气化、石油精制等的湿法洗气中有效地去除存在于气流中的极少量汞组分的汞去除系统和方法。
背景技术
整体煤气化联合循环(此后简称为IGCC)是这样的发电系统，其中使用部分氧化工艺使化石燃料如煤、重油、石油渣油、石油焦炭和奥里油(orimulsion)气化，以生产在联合循环发电设备中用作原料以产生电能的主要含有CO和H2的合成气。示例性系统包括利用煤的高效发电厂，其中联合鼓风两段喷流床气化炉、湿法洗气设备和气体涡轮机。作为发电设备，IGCC是通过实现简化和合理化而显著改进经济效率和可靠性的系统。在IGCC中，与传统发电系统相比，效率增加10～20％。另外，IGCC中CO2排放可以降低相同百分比。并且，在IGCC中，灰容易处理，这是因为灰转化成炉渣，因此减少了灰体积，和具有非洗脱性。
一般而言，来自现有热电厂的烟气含有衍生自煤的汞。这样的汞用普通烟气处理系统(例如电除尘器、湿烟气脱硫器等)不能完全去除。因此，如果不采取一些措施，将排放出一些汞。汞微量地存在于气体中，具有很高的蒸汽压。特别地，金属汞具有不溶于水的性能。因此，甚至用除尘器回收它或用气体洗涤器洗涤它也难以完全去除汞。
在IGCC中的气体清除或精制中，例如，用水洗过程可以去除煤气中约70％的Hg。但是，当水洗过程中使用的吸收溶液从高压减压到常压时，Hg可能从该溶液中闪蒸出并排放到废气中(例如参见日本专利申请公开2003-138277)。
为了去除排放到废气中的汞，已经提出将汞吸附到活性炭中以从废气中去除汞的方法。图3表示使用活性炭的汞去除设备的示意结构。
在该设备中，从冷却塔送来的含有汞的废水在闪蒸罐10中减压，分离成气体和液体。此时，以包含在气体组分中的形式分离出大部分汞。在废气炉20中燃烧该气体组分，此后在以除尘器(QC/EP)21和烟气脱硫器(FGD)22的顺序向下流的同时处理它。经历烟气脱硫的烟气在排放之前通过活性炭25，通过其吸附和去除烟气含有的有害组分包括汞。
闪蒸罐10中分离的液体组分含有油含量，例如使用煤等作原料生成的产物气体的精制中的焦油。因此，使用煤油等进行油-液体分离处理(HC处理)，将油含量送到废气炉20作为一些燃料。分离的废水含量进行氨(NH3)汽提处理12以去除氨含量，进一步进行用于去除有害组分如泥渣的废水处理，在废水处理之后排放。
但是，在使用活性炭的传统方法中，必须在产生的废气的所有管线中配备活性炭，从而该方法的问题在于，尽管处理气体的量小但配备的活性炭数量增加。并且，所述的传统方法具有关于维护的许多缺点，这是因为包括不适合配备活性炭的位置和操作时不能更换活性炭的位置。
专利文献1：日本专利申请公开2003-138277
发明内容
本发明要解决的问题
为解决上述问题，发明人进行了认真研究以开发一种这样的方法，其可以有效并高效地去除微量地存在于气体中的汞组分，并且避免在操作该系统时使用活性炭等去除气体中汞组分的操作，用该方法可以使去除操作和去除性能的维护和控制变得简单和容易。
结果，发明人发现，通过建造这样的系统可实现在解决上述问题的同时去除汞，在该系统中，在例如煤气已经进行了高压水洗之后，在废水减压之前废水中存在的汞不变(immobilized)，尽管减压，汞也不闪蒸到废气侧。如果特定组分共存在于气化的气体中，那么大部分金属汞转移到水中，当水减压(闪蒸)时，捕获的汞排放到气体中。因此，在湿法洗气中，即使汞转移到吸收溶液中并在水洗涤步骤中去除，并且同时含有水洗涤步骤捕获的汞的废水从高压返回到常压，也必须去除汞以不排放到气体中。基于上述观点完成了本发明。
解决问题的方法
本发明的第一特征在于提供了一种使汞留在废水中的方法，其中在闪蒸之前通过将氧化剂(NaClO等)加到废水中而氧化汞，并使其作为汞离子固定在溶液中，汞组分在减压后通过凝结沉积作为泥渣排放到系统外。具体地，本发明提供一种湿法洗气中的汞去除系统，包括用于引入含有汞组分的目标气体和将汞组分转移到吸收溶液中的水洗塔，和用于闪蒸水洗塔排放的吸收溶液以将吸收溶液分离成气体组分和废水的闪蒸罐，其特征在于所述系统进一步包括用于在闪蒸罐的前面阶段中将氧化剂加到吸收溶液中的氧化处理装置，和用于在闪蒸罐的后续阶段中通过凝结沉积处理排放分离的废水中含有的汞组分的废水处理装置。水洗塔通常分为气体冷却塔和气体净化塔。并且，吸收溶液的闪蒸可以通过例如在低压下喷雾吸收溶液来进行。
使用上述系统的湿法洗气中的汞去除方法包括：引入含有汞组分的目标气体和将汞组分转移到吸收溶液中的水洗步骤，和闪蒸水洗步骤排放的吸收溶液以将吸收溶液分离成气体组分和废水的闪蒸步骤，和进一步包括在闪蒸步骤的上游侧加入氧化剂的氧化处理步骤，和在闪蒸步骤的下游侧经凝结沉积处理将分离的废水中含有的汞组分作为一些泥渣排放的废水处理步骤。作为汞处理方法，优选通过例如在前述水洗步骤中在0.2～5.0MPa的压力下使汞组分与硫化氢共存，从而将汞组分充分溶解在吸收溶液中。
根据本发明，在闪蒸之前将氧化剂加到废水中而氧化汞，从而将汞离子固定在溶液中。然后，在废水处理步骤中凝结地沉淀留在溶液中的汞。另外，由于氧化处理步骤中氧化剂的加入可以使用液体实现，所以可以进行泵送，使得该操作容易进行。而且，由于汞组分在闪蒸步骤中不转移到气体中，所以在该系统中不需要用于烟气处理的活性炭。
本发明的第二个特征在于提供一种使汞留在废水中的方法，其中在闪蒸之前在废水中加入助凝剂，进行凝结沉积处理以将汞组分从废水作为污泥排放到该系统外。具体地，本发明提供湿法洗气中的一种汞去除系统，其包括用于引入含有汞组分的目标气体和将汞组分转移到吸收溶液中的水洗塔，和用于闪蒸水洗塔排放的吸收溶液以将吸收溶液分离成气体组分和废水的闪蒸罐，其特征在于所述系统进一步包括用于在闪蒸罐的前面阶段中加入助凝剂而从吸收溶液中将汞组分作为一些泥渣去除的凝结沉积处理装置。水洗塔通常分为气体冷却塔和气体洗涤塔。并且，吸收溶液的闪蒸可以例如通过在低压下喷雾吸收溶液而进行。
使用上述系统的湿法洗气中的汞去除方法包括：引入含有汞组分的目标气体和将汞组分转移到吸收溶液中的水洗步骤，和闪蒸水洗步骤排放的吸收溶液以将吸收溶液分离成气体组分和废水的闪蒸步骤，和进一步包括在闪蒸步骤的上游侧将助凝剂加到吸收溶液而从吸收溶液将汞组分作为一些泥渣去除的凝结沉积步骤。在水洗步骤中，优选例如在0.2～5.0MPa的压力下使汞组分与硫化氢共存而将汞组分充分溶解在吸收溶液中。
根据本发明，由于在闪蒸之前在废水中实现凝结沉积，所以作为副作用通过凝结沉积也去除了其它重金属组分。因此，可以减轻下游侧的废水处理中的凝结沉积。通过在闪蒸之前将助凝剂加到废水中而实现的汞凝结沉积，汞组分作为一些污泥排放。已经进行凝结沉积处理的废水在HC处理之后进行氨汽提处理。另外，由于在闪蒸步骤中汞不转移到气体中，所以在该系统中不需要用于烟气处理的活性炭。
在本发明中，除了上述系统外，提供一种汞去除系统，进一步包括用于引入从水洗塔送来的水洗的气体和使用含胺化合物的吸收溶液吸收性去除硫化氢的硫化氢吸收塔，和用于闪蒸硫化氢吸收塔排放的吸收溶液以将吸收溶液分离成气体组分和送到再生塔的吸收溶液的第二闪蒸罐。并且，除了上述方法，提供一种汞去除方法，进一步包括引入从水洗步骤送来的水洗的气体和使用含有胺化合物的吸收溶液吸收性去除硫化氢的硫化氢吸收步骤，和闪蒸硫化氢吸收步骤排放的吸收溶液以将吸收溶液分离成气体组分和送到再生塔的吸收溶液的第二闪蒸步骤。
并且，作为目标气体，除了通过气化炉气化化石燃料得到的产物气体外，也可以使用燃烧炉中化石燃料燃烧排放的废气。
本发明的优点
根据本发明的汞去除系统，可以有效且高效地去除微量地存在于气体中的汞组分，并且避免该系统操作时使用活性炭等去除气体中汞组分的操作。也就是说，不需要在所有废气管线中配备活性炭以防止汞组分被包含在废气中，可以防止在不适合配备高压的位置或在操作时不能实现活性炭更换的位置配备活性炭。即使该系统长时间操作，也不产生吸附剂性能变差和需要更换吸附剂，所以非常容易进行维护。
因此，根据本发明，可以有效且高效地去除微量地存在于气体中的汞组分，可以降低操作该系统产生的汞去除成本。
附图说明
图1是表示根据本发明的湿法洗气中汞去除系统的优选实施方案的示意构造图。
图2是表示根据本发明的湿法洗气中汞去除系统的另一个优选实施方案的示意构造图。
图3是表示湿法洗气中汞去除系统的整个构造的实施方案的示意构造图；和
图4是表示湿法洗气中传统汞去除系统的例子的示意构造图。
具体实施方式
对于根据本发明的湿法洗气方法，现在参照附图描述具体实施方案。
第一实施方案
图1和4示意性地表示在根据第一实施方案的湿法洗气中进行汞去除方法的系统的优选实施方案。
首先，通过在气化炉(未显示)中气化原料如煤、石油、渣油和原材料得到图4所示的产物气体。取决于原料，气化炉中生成的气体含有微量的汞组分。将含有汞组分的产物气体引入到水洗塔中以将汞组分转移到吸收溶液中。
在根据本实施方案的系统中，水洗塔由气体冷却塔31和气体净化塔32组成。在气体冷却塔31和气体净化塔32中，进行冷却和净化步骤。将用于吸收气体中氨组分的水装到例如气体净化塔32中。用这两个水洗塔，将气体中的氨吸收到吸收溶液中并去除。用泵循环将水装到气体净化塔32中以便起用于吸收氨的吸收溶液的作用，将一些水送到设置在气体流动方向的前面阶段中的气体冷却塔31，并用泵在该塔中循环。在本发明中，冷却和净化步骤可以在一个水洗塔中进行。
在如上述去除氨的水洗步骤中，在引入的气体含有汞组分的情况中，汞组分在水洗塔(水冷却塔和净化塔)中在压力下转移到吸收溶液中。此时，汞组分向吸收溶液中的转移受温度影响，从而气体中汞的去除比例随溶液温度降低而增加。因此，去除比例受气体冷却塔31和气体净化塔32的温度影响。如果后续阶段的气体净化塔32的温度低，那么去除比例增加。从硫化氢吸收塔的角度考虑，气体净化塔32的操作温度通常优选不高于50℃，优选不高于40℃。
接着，在闪蒸罐10中减压闪蒸之前，用氧化处理装置1向水洗步骤的冷却塔排出的含汞的吸收溶液(废水)中加入氧化剂(氧化处理步骤)。氧化剂的种类没有任何特定限制。可以广泛地使用任何可以将金属汞(Hg)转化成汞离子(Hg2+)形式的氧化剂。例如，作为将金属汞转化成氯化汞形式的氧化剂，优选次氯酸钠(NaOCl)、过氧化氢(H2O2)、高锰酸钾(KMnO4)等。
汞主要以0价的金属汞Hg和氯化汞HgCl2两种形式存在。但是，0价的金属汞Hg不溶于水，氯化汞溶解在水中。因此，如果汞转化成氯化汞形式，甚至在减压之后汞组分也可以留在废水中。因为该原因，使用氧化剂将0价的金属汞氧化成氯化汞。
氧化剂的加入量没有任何特别的限制。例如，优选将约0.05～0.5g的次氯酸钠加到1升的吸收溶液中。在氧化处理步骤中加入氧化剂可以使用含有前述氧化剂的液体实现，因此，甚至当在压力下实现加入时，也可以容易地进行泵送操作。并且，可以通过pH和氧化-还原电位(ORP)控制氧化剂的加入。优选在5～7的pH范围和200～300mV的ORP范围中加入氧化剂而进行操作。
在氧化处理步骤中，通过在压力(0.2～5.0MPa)下将氧化剂加到废水中而氧化汞，这样汞离子可以留在溶液中。
接着，在闪蒸罐10中，由氧化处理装置1供应的吸收溶液在低压(常压)下闪蒸。从而，将吸收溶液分离成气体组分和废水。此时，在本实施方案中，汞组分如上述以汞离子留在溶液中，从而汞组分包含在废水中。
一般而言，在精制处理系统中，由于水洗步骤排放的吸收溶液处于高压，所以各种气体也溶解在吸收溶液中。为处理这样的废水，废水通过闪蒸罐10减压，自高压释放。从而，溶解的气体一次闪蒸出并分散到气体中。将留下的废水送到水系统处理步骤。
闪蒸罐10分离的废水含有油含量，例如如使用煤作原料产物气体的精制中生成的焦油。因此，使用煤油等进行油-液体分离处理(HC处理)11，将油含量送到废气炉20作为一些燃料。分离的废水含量进行氨(NH3)汽提处理12以去除氨含量。
另外，将废水含量送到废水处理装置13用于在已经加入重金属沉淀剂例如螯合剂之后进行凝结沉积处理。通过前述氧化处理步骤1，由于汞组分也包含在废水中，所以汞组分通过废水处理装置13进行凝结沉积处理，并作为一些泥渣从废水中分离出。在废水处理装置13之后排放废水，以去除作为泥渣的有害组分。
另一方面，闪蒸罐10分离的气体组分不含有汞组分。因此，在气体组分的流动通道中不需要配置如活性炭等装置。气体组分以废气炉20、除尘器(QC/EP)21和烟气脱硫器22的顺序向下流，从烟囱排出。
图4所示的实施方案中的汞去除系统是将水洗塔送来的水洗的气体送到硫化氢吸收塔35的系统。
在用于去除氨的前述水洗步骤中，汞组分从含汞的气体转移到吸收溶液中。将已经去除汞组分的水洗的气体送到湿法洗气系统的下一阶段。在水洗步骤的下一阶段，提供用于去除气体中硫化氢的硫化氢去除步骤，在该步骤中去除气体中的硫化氢。硫化氢去除步骤通常由硫化氢吸收塔35和吸收溶液再生塔36构成。将水洗步骤送来的水洗的气体引入到硫化氢吸收塔35中。
硫化氢吸收塔35的主要目的是使用含有胺的吸收溶液吸收和去除硫化氢。在硫化氢吸收塔35中，在加压下从含有硫化氢的气体转移为吸收溶液中的硫化氢组分(水洗步骤)。硫化氢吸收塔35排放的吸收溶液在第二闪蒸罐38中低压闪蒸，分离成气体组分和送到再生塔36的吸收溶液。另一方面，将硫化氢吸收塔35中精制的气体送到燃气轮机。
第二实施方案
图2示意性表示适合进行根据第二实施方案的湿法洗气中汞去除方法的系统的例子。同样在该实施方案中，系统构件是相同的。
在根据该实施方案的系统中，在闪蒸罐10中减压闪蒸之前，用凝结沉积处理装置5向水洗步骤的冷却塔排放的含汞的吸收溶液(废水)中加入助凝剂(凝结沉积步骤)。助凝剂的种类没有任何特别的限制。可以广泛地使用任何能凝结地沉淀金属汞(Hg)的化合物。例如，优选螯合剂、铁盐(FeCl3、Fe(SO4)2)、PAC(聚氯化铝)等。作为螯合剂，可以列举二硫代氨基甲酸(dithiocarbanic acid)型螯合树脂、硫醇型螯合树脂等。助凝剂的加入量也没有任何特别的限制。例如，优选将0.1～20mg范围的螯合剂加到1升吸收溶液中。
通过在凝结沉积步骤中加入助凝剂，可以在加压(0.2～5.0MPa)下从吸收溶液将汞组分作为一些污泥去除。
接着，在闪蒸罐10中，将凝结沉积处理装置5供应的吸收溶液在低压(常压)下闪蒸。从而，吸收溶液被分离成气体组分和废水。此时，在本实施方案中，由于汞组分已经如上述用凝结沉积去除，所以汞组分既不会留在气体组分也不留在废水中。
闪蒸罐10分离的废水含有油含量，例如，如使用煤作原料生成的产物气体的精制中的焦油。因此，使用煤油等进行油-液体分离处理(HC处理)11，将油含量送到废气炉20作为一些燃料。分离的废水含量进行氨(NH3)汽提处理12以去除氨含量。
已经用氨汽提处理12去除氨含量的废水无需进行特别的废水处理，就可以排放。如果需要，如图2所示，该废水可以进一步送到废水处理装置13，其用于在已经加入重金属的沉淀剂如螯合剂之后在常压下进行凝结沉积。对于高压下的废水，由于前述凝结沉积处理装置5已经去除例如汞组分等金属，所以减轻了废水处理装置13中的凝结沉积处理负荷。因此，在本实施方案中，可以降低废水处理步骤的设备能力。
通过废水处理步骤的常压凝结沉积，从废水中作为一些污泥分离出重金属组分。在废水处理装置13之后的阶段排放废水，其中有害组分已经作为泥渣被去除。
另一方面，闪蒸罐10分离的气体组分不含有汞组分。因此，在气体组分的流动通道中不需要配置如活性炭等装置。气体组分以废气炉20、除尘器(QC/EP)21和烟气脱硫器22的顺序向下流，从烟囱排出。
上面是根据本发明的实施方案的说明。本发明不局限于上述实施方案，在不脱离本发明的精神和范围下可以作出各种修改和变化。
工业实用性
根据本发明的汞去除方法，同样在系统操作中，根本不需要吸附剂如活性炭，从而操作不需要因为更换吸附剂而停止。并且，与原样处理产物气体的情况相比，因为处理溶液吸收了汞组分，所以处理容易进行，并可以降低处理涉及的操作成本。因此，在去除汞的同时可以进行高效的系统操作，使得本发明的工业意义非常重大。