СПОСОБ ОБРАБОТКИ ОТХОДЯЩЕГО ГАЗА Российский патент 2011 года по МПК B01D53/50 B01D53/64 B01D53/14 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу обработки отходящего газа. Более конкретно, настоящее изобретение относится к способу удаления диоксида серы и ртути из отходящего газа, который их содержит.

Уровень техники

Отходящий газ, образующийся в результате сгорания (в дальнейшем называемый ″отходящим газом″), выпускаемый из бойлеров теплоэлектростанций и печей для сжигания мусора, обычно содержит диоксид серы (SO₂). Иногда он также содержит ртуть с высокими концентрационными уровнями в зависимости от типа ископаемого топлива (в частности, угля) и типов отходов, которые в них сжигают. Поскольку данные вещества являются вредными веществами, которые неблагоприятно воздействуют на здоровье обитателей при сбрасывании в окружающую среду, их необходимо удалить до выброса отходящего газа из данного оборудования в атмосферу. Из вышеперечисленных веществ диоксид серы требовалось и требуется удалять по нормам контроля выброса отходящих газов. Недавно в некоторых странах были ужесточены нормы для обязательного удаления ртути из отходящего газа.

Способы удаления диоксида серы (SO₂) из отходящего газа включают мокрые методы побуждения абсорбирующей жидкости поглощать и удалять диоксид серы и сухие методы побуждения адсорбента поглощать и удалять диоксид серы. В то время как известен ряд способов как для мокрых методов, так и для сухих методов, мокрые способы обычно используют для обработки значительного количества отходящего газа, содержащего высокие уровни содержания диоксида серы с точки зрения стоимости обработки.

Ртуть в отходящем газе содержит как Hg²⁺, или соединения двухвалентной ртути, получаемую по мере того, как ртуть окисляется посредством сжигания в печах для сжигания мусора и катализаторами денитратора топочных газов (SRC), так и Hg⁽⁰⁾, или элементарную (нуль-валентную) металлическую ртуть, из которых Hg²⁺ удаляют почти полностью в мокром газоочистителе установки десульфуризации топочных газов, а Hg⁽⁰⁾ удаляется плохо, давая низкую эффективность удаления, поскольку она плохо растворяется в абсорбирующей жидкости. Другими словами, наибольшую часть Hg⁽⁰⁾ в отходящем газе в настоящее время не удаляют и выбрасывают в атмосферу.

Известен способ удаления Hg⁽⁰⁾ посредством добавления порошка активированного угля в отходящий газ и побуждения последнего поглощаться первым (выложенная заявка на патент Японии №09-308817). Однако для осуществления данного способа требуется крупная установка, включающая оборудование для введения порошка активированного угля, который представляет собой твердое вещество, в отходящий газ, крупный электрический пылесборник (или электростатический пылеуловитель, EP) для захвата на участке, расположенном ниже по потоку, активированного угля, диспергированного в отходящем газе вместе с зольной пылью, и устройство для переработки захваченного активированного угля, который смешан с зольной пылью, делая всю установку для обработки отходящего газа сложной и дорогой. Хотя способность удалять ртуть можно, в соответствии с ожиданиями, увеличить, когда галоген, такой как йод или бром, заставляют сцепляться с активированным углем, серная кислота, получаемая из диоксида серы, имеет тенденцию накапливается на активированном угле, когда галоген заставляет сцепляться с активированным углем, так что в действительности способность поглощать ртуть не увеличивается до данного ожидаемого уровня.

Также был предложен способ повышения степени окисления Hg⁽⁰⁾ в отходящем газе до Hg²⁺ посредством добавления одного или нескольких соединений галогена, таких как хлористый водород (HCl) и/или бромид кальция (CaBr₂), к углю, который сжигают в качестве топлива, или посредством использования катализатора окисления в денитраторе (выложенная заявка на патент Японии №2004-66229). Однако данный способ имеет недостаток, состоящий в сокращении срока службы катализатора, и трудно достичь высокой скорости окисления из-за лимитированного диффузией доступа Hg⁽⁰⁾. Таким образом, трудно стабильно окислять Hg⁽⁰⁾ до Hg²⁺ с высокой эффективностью в течение длительного периода времени, компенсируя изменения в типах угля и условиях сжигания.

В то же время известен способ добавления фиксирующего ртуть агента, такого как хелатообразующий агент или раствор йодида калия (KI), или окислителя, такого как гипохлористая кислота (HClO) или пероксид водорода (H₂O₂), к абсорбирующей жидкости в установке десульфуризации топочных газов мокрого типа (выложенная заявка на патент Японии №10-216476). Однако данный способ сопровождается проблемой, состоящей в том, что отверждающий ртуть агент или окислитель расходуется и разлагается в реакции с некоторыми другими металлами и в окислении SO₂ в отходящем газе, а также улетучивается и сбрасывается с топочным газом, в результате увеличивая расход таких добавок. Кроме того, хелатообразующие агенты вызывают проблему, заключающуюся в разложении с получением сульфида водорода (H₂S) и выделении неприятного запаха.

Кроме того, что касается метода добавления различных добавок к абсорбирующей жидкости, известно, что состояние абсорбирующей жидкости изменяется по мере изменения количества генерируемой электроэнергии и состава отходящего газа, так что в результате испускается некоторое количество Hg⁽⁰⁾, которая была абсорбирована, или Hg²⁺ восстанавливается, превращаясь в Hg⁽⁰⁾, которая затем вновь испускается. Принимая во внимание данную проблему, были разработаны методы недопущения повторного высвобождения Hg⁽⁰⁾ (выложенная заявка на патент Японии №2004-313833). Более того, при методиках использования окислителя, такого как гипохлористая кислота, пероксид водорода, хромовая кислота (H₂CrO₄) или хлор Cl₂, окислитель неизбежно взаимодействует с SO₂ в отходящем газе и в результате расходуется в большей степени. Поэтому была предложена методика распыления такого окислителя в расположенной ниже по газовому потоку стороне десульфуризатора топочных газов (выложенная заявка на патент Японии №2001-162135).

Описание изобретения

Как указано выше, известные способы удаления ртути из отходящего газа, содержащего диоксид серы, сопровождаются проблемами, включая невозможность стабильно поддерживать высокую скорость удаления в течение длительного периода времени в добавлении к проблеме расходования окислителя для окисления ртути в реакции окисления диоксида серы, приводящей к его значительной потере, неэффективное использование добавок, таких как фиксирующее средство, и повторное испускание Hg⁽⁰⁾ из абсорбирующей жидкости вследствие недостаточного окисления ртути. Поэтому целью настоящего изобретения является предложение способа обработки отходящего газа, который может полностью решить данные проблемы и стабильно поддерживать высокую скорость удаления диоксида серы и ртути в течение длительного периода времени, если изменяется количество генерируемой электроэнергии и состав отходящего газа.

(1) Первый режим

В первом режиме настоящего изобретения предлагается способ обработки отходящего газа посредством приведения отходящего газа, содержащего, по меньшей мере, диоксид серы и ртуть, в контакт с абсорбирующей жидкостью, характеризующийся добавлением персульфата в абсорбирующую жидкость для решения вышеуказанных проблем.

Персульфат (т.е. пероксодисульфат S₂O₈ ^2-), который добавляют в первом режиме осуществления настоящего изобретения, практически не взаимодействует с SO₂, но селективно взаимодействует с Hg⁽⁰⁾ и окисляет ее до Hg²⁺. Поэтому, в отличие от других окислителей, он не расходуется на окисление SO₂ и, следовательно, его не требуется избыточно добавлять по сравнению с другими окислителями. С точки зрения удобства обращения, персульфат добавляют в форме водного раствора персульфатной соли, например водного раствора персульфата натрия (Na₂S₂O₈). Персульфат, предпочтительно, добавляют так, чтобы создать концентрацию персульфата в абсорбирующей жидкости от 500 до 5000 мг/л (в виде S₂O₈ ^2-).

Предпочтительно, к абсорбирующей жидкости добавляют йод, бром или соединение любого из них. Обычно к абсорбирующей жидкости добавляют йодид калия (KI) или бромид калия (KBr), чтобы ускорить окисление Hg⁽⁰⁾ (см., например, выложенную заявку на патент Японии №10-216476). Однако такой способ сопровождается идентифицированными выше проблемами, и авторы настоящего изобретения обнаружили, что скорость удаления Hg⁽⁰⁾ существенно не улучшается простым добавлением KI или KBr к абсорбирующей жидкости. Авторы настоящего изобретения искали причину данного явления и обнаружили, что окислительно-восстановительный потенциал (ОВП) абсорбирующей жидкости падает по мере того, как концентрация KI или KBr, добавляемого к абсорбирующей жидкости, повышается, и не восстанавливается удовлетворительно, даже если абсорбирующую жидкость подвергают обработке аэрацией. Другими словами, авторы изобретения полагают, что скорость, при которой получают I₂ или Br₂, которые являются эффективными для удаления Hg⁽⁰⁾, не увеличивается, даже если KI или KBr, независимо от того, какой является соответствующим, добавляют с высокой скоростью так, что скорость удаления Hg⁽⁰⁾ не улучшается. Более того, когда KI или KBr добавляют при высокой скорости, сбрасываемый газ в существенной степени содержит йод или бром, независимо от того, какой является соответствующим, приводя к проблеме вторичного загрязнения.

При этом было обнаружено, что ОВП не падает, даже если концентрацию добавленного KI или KBr увеличивают, когда KI или KBr сосуществует с персульфатом, и если I₂ или Br₂, который получают из KI или KBr, независимо от того, какой является соответствующим, восстанавливают однократным взаимодействием I₂ или Br₂ с SO₂, I₂ или Br₂, независимо от того, какой является соответствующим, воспроизводят в результате реакции продукта восстановления с персульфатом. Авторы изобретения полагают, что воспроизводство I₂ или Br₂ реализуется только растворенным кислородом в среде, в которой никакого персульфата нет, и растворенный кислород расходуется для удаления SO₂, так что он не может внести удовлетворительный вклад в воспроизводство I₂ или Br₂. С другой стороны, авторы изобретения также считают, что персульфат не взаимодействует с SO₂ и играет роль стабильно удерживающей абсорбирующей жидкости в окислительной атмосфере, которая представляет высокий ОВП, в то же время, подавляя выделение йода или брома. Поэтому, поскольку ОВП поддерживается высоким, даже если концентрация SO₂ и концентрация O₂ в отходящем газе изменяется и/или изменяется нагрузка бойлера, повторное выделение Hg⁽⁰⁾ эффективно предотвращается. Персульфат является эффективным не только для удаления ртути, но и для стабильного удаления диоксида серы.

Предпочтительно, йод, бром или соединение любого из них добавляют до такой степени, что его концентрация в абсорбирующей жидкости составляет от 0,5 до 8,0 миллимоль/л (ммоль/л) в единицах атомов йода или брома.

Компоновка может быть такой, что после приведения отходящего газа в контакт с абсорбирующей жидкостью, концентрацию ртути в отходящем газе непрерывно наблюдают и операцию добавления персульфата, а также операцию добавления йода, брома или любого их соединения, начинают, когда концентрация ртути повышается до предварительно определенного уровня или выше его, но операцию добавления йода, брома или любого их соединения останавливают или их концентрацию снижают, когда концентрация ртути падает до предварительно определенного уровня или ниже его. При такой компоновке, расход добавки, которая может представлять собой йод или бром, можно снизить и возможность образования отходящего газа, содержащего йод или бром, также можно уменьшить, когда ртуть можно с удовлетворительной степенью удалять, просто добавляя персульфат.

Альтернативно, компоновка может быть такой, что йод или соединение йода добавляют к абсорбирующей жидкости заблаговременно, и операцию добавления персульфата к абсорбирующей жидкости начинают только, когда концентрация ртути повышается до предварительно определенного уровня или выше его, но останавливают, когда концентрация ртути падает до предварительно определенного уровня или ниже его, поскольку йод или соединение йода является эффективным для удаления ртути до определенной степени, если его добавляют в одиночку. Предпочтительно, концентрация йода или соединения йода в абсорбирующей жидкости поддерживается от 0,5 до 8,0 ммоль/л в единицах атомов йода или брома.

Предпочтительно, обработку абсорбирующей жидкости, содержащей персульфат и йод или бром, аэрацией проводят после приведения ее в контакт с отходящим газом. Предпочтительно, обработку аэрацией проводят с тем, чтобы скорректировать ОВП (по электроду серебро-хлорид серебра) абсорбирующей жидкости до 200-800 мВ и, в то же время, рН абсорбирующей жидкости до 4,0-5,5.

Кроме того, абсорбирующая жидкость может циркулировать между участком, где она контактирует с отходящим газом, и участком, где она подвергается обработке аэрацией. Например, в качестве башни можно использовать абсорбционную башню газодисперсного (барботажного) типа, имеющую непрерывную фазу абсорбирующей жидкости, и отходящий газ можно вводить в верхнюю часть непрерывной фазы абсорбирующей жидкости, в то же время, вводя воздух в нижнюю часть непрерывной фазы абсорбирующей жидкости. При такой компоновке, абсорбирующая жидкость может циркулировать посредством ее перемешивания в башне или посредством использования насоса, расположенного снаружи башни. Скорость введения воздуха и скорость циркуляции жидкости можно регулировать, контролируя ОВП жидкости или концентрацию йода или брома, содержащегося в отходящем газе, который испускается. При такой компоновке, возможность того, что йод или бром содержится в сбрасываемом отходящем газе, можно дополнительно снизить, после его добавления.

Причина, по которой использование абсорбционной башни барботажного типа, имеющей непрерывную жидкую фазу, является предпочтительным, будет описана ниже. В башне с распылительным орошением дисперсионного типа отходящий газ приводят в контакт с циркулирующей жидкостью, которая окисляется воздухом в бассейне для жидкости, и йод (бром) высвобождается непосредственно перед тем, как он испускается за пределы башни. Поэтому йод (бром) может без труда сосуществовать с испускаемым газом, благодаря равновесному распределению йода (брома) между циркулирующей жидкостью и отходящим газом, которые контактируют друг с другом. С другой стороны, в абсорбционной башне барботажного типа, имеющей непрерывную жидкую фазу, жидкость, содержащую свободный йод (бром), подают из нижней части жидкой фазы в верхнюю часть жидкой фазы, так что ртуть эффективно удаляют из отходящего газа, вводимого в верхнюю часть жидкой фазы. Тем не менее, ОВП абсорбирующей жидкости в верхней части жидкой фазы является низким, поскольку диоксид серы абсорбируется в верхней части жидкой фазы, так что йод в жидкой фазе едва ли может двигаться в газовую фазу. Йод (бром) содержится в газовой фазе (пузырьках) в нижней части жидкой фазы, поскольку воздух вводят в нижнюю часть жидкой фазы для того, чтобы получить свободный йод. Однако йод (бром) в газовой фазе поглощается жидкой фазой, представляющей низкий ОВП, в то время пока он движется в жидкой фазе и проходит через верхнюю часть жидкой фазы, так что отходящий газ, сбрасываемый за пределы башни, не содержит никакого йода (брома).

(2) Второй режим

Во втором режиме настоящего изобретения предлагается способ обработки отходящего газа, характеризующийся добавлением газообразного йода в отходящий газ, содержащий, по меньшей мере, диоксид серы и ртуть, и затем приведением газовой смеси в контакт с абсорбирующей жидкостью в установке десульфуризации топочных газов мокрого типа, чтобы решить вышеуказанные проблемы.

Авторы настоящего изобретения обнаружили, что концентрация ртути в выходящем газе расположенной ниже по потоку установки десульфуризации топочных газов мокрого типа падает посредством добавления газообразного йода к отходящему газу до процесса десульфуризации. Авторы изобретения считают, что скорость удаления ртути установкой десульфуризации топочных газов мокрого типа улучшается в результате окисления металлической ртути йодом до йодида ртути (другими словами Hg⁽⁰⁾ окисляется, становясь Hg²⁺), так что скорость удаления ртути в установке десульфуризации топочных газов мокрого типа улучшается. В то время как улучшение скорости удаления ртути, достигаемое добавлением персульфата в абсорбирующую жидкость в установке десульфуризации топочных газов мокрого типа, используют в первом режиме настоящего изобретения, также предпочтительным режимом осуществления настоящего изобретения является добавление йода, брома или соединения любого из них к абсорбирующей жидкости. В то время как также используется явление, состоящее в том, что Hg⁽⁰⁾ окисляется, становясь Hg²⁺, и персульфат добавляют к абсорбирующей жидкости (предпочтительно, вместе с йодом или бромом) в первом режиме осуществления настоящего изобретения, газообразный йод непосредственно добавляют к горячему отходящему газу перед тем, как отходящий газ приводят в контакт с абсорбирующей жидкостью во втором режиме осуществления настоящего изобретения. В то время как во втором режиме осуществления изобретения к отходящему газу также можно добавить абсорбирующую жидкость, к которой добавлен окислитель, такой как персульфат, в таком случае окислитель добавляют не к абсорбирующей жидкости в установке десульфуризации топочных газов мокрого типа, а к абсорбирующей жидкости, отбираемой из установки десульфуризации топочных газов мокрого типа, чтобы затем добавить к отходящему газу. Другими словами, добавление окислителя не является обязательным во втором режиме осуществления настоящего изобретения.

Поскольку йод принадлежит к группе галогенов, добавление брома, хлора или фтора, которые принадлежат к группе галогенов, также может быть, по-видимому, эффективным. Однако никакого улучшения скорости удаления ртути не достигается при моделировании добавления к отходящему газу брома, хлора или фтора, проведенному авторами настоящего изобретения. Авторы настоящего изобретения полагают, что причиной этого может быть быстрое взаимодействие брома, хлора или фтора с диоксидом серы, в результате чего они расходуются в горячем отходящем газе в присутствии некоторого количества влаги и, следовательно, не вносят вклад в окисление ртути. С другой стороны, йод почти не взаимодействует с диоксидом серы в отходящем газе, и добавленный йод, по-видимому, просто вносит вклад в окисление ртути. Йод, предпочтительно, добавляют в отходящий газ до концентрации (в отходящем газе), в 100-10000 раз превышающей концентрацию ртути в отходящем газе на мольной основе. Эффект повышения скорости удаления ртути является незначительным, когда концентрация превышает концентрацию ртути в 100 раз или менее, тогда как скорость удаления ртути дополнительно не повышается, если йод добавляют сверх концентрации, превышающей концентрацию ртути в 10000 раз.

При добавлении газообразного йода к отходящему газу, порошок йода может быть нагрет с получением газообразного йода, который затем можно добавить в отходящий газ, или порошок йода можно непосредственно распылить в отходящем газе. В то время как йод является твердым при комнатной температуре, он является летучим и имеет высокое давление паров так, что при добавлении йода в виде твердого порошка, он легко возгоняется, превращаясь в газообразный йод в горячем отходящем газе. Когда башня охлаждения газа/пылеулавливания расположена выше по потоку (на стороне ввода газа) относительно абсорбционной башни установки десульфуризации топочных газов мокрого типа, йод можно добавлять либо на стороне входа или на стороне выхода башни охлаждения газа/пылеулавливания. Когда газообразный йод добавляют на стороне входа башни охлаждения газа/пылеулавливания, ртуть в результате окисляется, и окисленная ртуть частично поглощается в башне охлаждения газа/пылеулавливания. Альтернативно, жидкость, содержащую соединение йода, которое выделяет газообразный йод, можно распылять в отходящий газ. Жидкость, содержащая соединение йода, которое выделяет газообразный йод, может представлять собой водный раствор, в котором йод или йодид растворен при высокой концентрации. В то время как такой водный раствор может быть отдельно приготовлен, абсорбирующая жидкость в расположенной ниже по потоку установке десульфуризации топочных газов мокрого типа может преимущественно частично отбираться и циркулировать для использования. Йод, добавляемый в отходящий газ, может частично расходоваться, окисляя ртуть и давая йодид, и частично оставаться в виде йода в отходящем газе, хотя весь йод поглощается в абсорбирующей жидкости в расположенной ниже по потоку установке десульфуризации топочных газов мокрого типа вместе с диоксидом серы. Поэтому йод и/или йодид-ионы концентрируются в абсорбирующей жидкости до высококонцентрированного уровня так, что абсорбирующую жидкость можно частично распылять в отходящем газе в качестве ″жидкости, содержащей соединение йода, которое выделяет йод″. Если это так, абсорбирующая жидкость, предпочтительно, содержит йод или соединение йода с концентрацией от 0,5 до 8,0 ммоль/л в единицах атомов йода, обеспечивая определенный эффект при удалении ртути в абсорбирующую жидкость, как описано выше для первого режима осуществления настоящего изобретения.

При циркуляции части абсорбирующей жидкости для использования, йодид-ионы в абсорбирующей жидкости, предпочтительно, окисляются в йод с точки зрения эффективного генерирования газообразного йода. По этой причине окислитель, предпочтительно, добавляют к абсорбирующей жидкости до частичного распыления абсорбирующей жидкости в отходящем газе. Окислитель, который необходимо добавлять к абсорбирующей жидкости, можно выбрать из пероксида водорода, персульфатов (таких как персульфат натрия), оксокислот йода (таких как йодат натрия и периодат натрия) и оксокислот хлора (таких как натриевая соль хлорноватистой кислоты, натриевая соль хлористой кислоты и натриевая соль хлорноватой кислоты). Использование персульфата в качестве окислителя является предпочтительным, поскольку Hg⁽⁰⁾, содержащуюся в отходящем газе, можно весьма эффективно удалить посредством контакта газ/жидкость с абсорбирующей жидкостью в установке десульфуризации топочных газов мокрого типа по сравнению с примером использования только йода в качестве добавки. Если персульфат используется, он содержится в абсорбирующей жидкости при концентрации от 500 до 5000 мг/л, как описано выше для первого режима осуществления настоящего изобретения. Альтернативно, абсорбирующую жидкость можно подвергнуть обработке аэрацией, используя кислородсодержащий газ (например, воздух) для повышения ОВП, вместо добавления окислителя. Операцию добавления окислителя или воздействия на абсорбирующую жидкость кислородсодержащего газа можно провести на абсорбирующей жидкости, отбираемой из абсорбционной башни или непосредственно на абсорбирующей жидкости в абсорбционной башне. Когда абсорбирующую жидкость, отбираемую из абсорбционной башни, подвергают обработке аэрацией, выходящий из данной операции газ можно ввести в отходящий газ с жидкостью.

Процесс десульфуризации в установке десульфуризации топочных газов мокрого типа будет схематически описан ниже. Прежде всего, диоксид серы, содержащийся в отходящем газе, поглощается в абсорбирующей жидкости и, пока абсорбированный диоксид серы первоначально существует в абсорбирующей жидкости в форме сульфит-ионов (или бисульфит-ионов), данные сульфит-ионы затем окисляются в сульфат-ионы по мере того, как абсорбирующую жидкость подвергают обработке аэрацией с использованием кислородсодержащего газа, причем данные сульфат-ионы затем взаимодействуют с ионами кальция в абсорбирующей жидкости, осаждаясь в виде кристаллов сульфата кальция. Однако в реальном аппарате область абсорбции диоксида серы и область окисления сульфит-иона не являются четко разделенными, и вся абсорбирующая жидкость в аппарате во многих случаях может быть аппроксимирована так называемой моделью полного смешения. Принимая во внимание такие случаи, можно с уверенность сказать, что, по меньшей мере, в части абсорбирующей жидкости существует область окисления, в которой сульфит-ионы могут быть окислены в сульфат-ионы. Поэтому абсорбирующую жидкость можно частично отобрать из области окисления, чтобы непосредственно осуществить ее циркуляцию и использовать в качестве жидкости, которую необходимо вводить в отходящий газ. Однако поскольку ОВП для окисления йодид-ионов в молекулярный йод выше, чем ОВП для окисления сульфит-ионов в сульфат-ионы, ОВП абсорбирующей жидкости, отбираемой из зоны окисления, может не обязательно являться высоким для окисления йодид-ионов в молекулярный йод, если он достаточно высок для окисления сульфит-ионов в сульфат-ионы. По данной причине, предпочтительно, окислитель добавляют отдельно или абсорбирующую жидкость дополнительно подвергают обработке аэрацией для того, чтобы удовлетворительно окислить йодид-ионы, содержащиеся в жидкости, в молекулярный йод.

Предпочтительно, кислоту добавляют к жидкости (водному раствору, предпочтительно абсорбирующей жидкости), которую необходимо вводить в отходящий газ для того, чтобы эффективно получить газообразный йод из водного раствора, содержащего йод, когда его вводят в отходящий газ. Аналогично другим элементам галогенов, молекулярный йод более легко растворяется в щелочном водном растворе, чем в кислотном водном растворе, так что газообразный йод легко получается, когда добавляют кислоту, понижая рН жидкости. Обычно, рН абсорбирующей жидкости составляет примерно от 4,5 до 5,5, но газообразный йод можно легко получить, когда рН понижают примерно до 2-3,5. В то время как нет ограничений относительно добавляемой кислоты, как правило, используют серную кислоту или хлористоводородную кислоту с точки зрения стоимости и обращения. Газообразный йод будет легко образовываться, когда повышают температуру йодсодержащей жидкости, которую следует вводить в отходящий газ. Предпочтительно, температура составляет от 30 до 100°C, более предпочтительно, от 45 до 100°C, поскольку температура абсорбирующей жидкости повышается до 40-50°C в отходящем газе, образующемся при сжигании угля. Когда жидкость распыляют в горячий отходящий газ, она неизбежно нагревается, ускоряя образование газообразного йода. Однако время образование газообразного йода можно сделать более ранним, чтобы повысить эффективность удаления ртути, предварительно нагревая жидкость перед ее распылением.

Йод может содержаться в выходящем газе установки десульфуризации топочных газов мокрого типа, когда йод избыточно накапливается в абсорбирующей жидкости десульфуризатора топочных газов. Однако следует отметить, что концентрация йода в выходящем газе зависит не только от концентрации йода в абсорбирующей жидкости, но также от концентрации диоксида серы во входящем газе. Это происходит, поскольку восстановление/абсорбция газообразного йода, добавленного к отходящему газу, подавляется, когда концентрация диоксида серы во входящем газе падает. Другими словами, на концентрацию йода в выходящем газе влияют несколько факторов, включая концентрацию диоксида серы в отходящем газе, концентрацию газообразного йода, добавленного в отходящий газ, концентрацию йода в абсорбирующей жидкости и ОВП абсорбирующей жидкости. Поэтому скорость, с которой йод добавляют в абсорбирующую жидкость, предпочтительно регулируют в соответствии с концентрацией диоксида серы в отходящем газе для того, чтобы предотвратить выброс йода в отходящий газ.

Способы контакта газ/жидкость, которые можно использовать в установках десульфуризации топочных газов мокрого типа, включают способ диспергирования капель жидкости в газовой фазе (использование башни с распылительным орошением), способ диспергирования пузырьков в жидкой фазе (использование барботажной колонны), и использование последнего способа является предпочтительным, чем использование первого способа, поскольку последний способ обеспечивает высокую эффективность абсорбции для ингредиентов в газовой фазе. Когда настоящее изобретение осуществляют в практически осуществимом масштабе, предпочтительно, можно использовать оборудование, в котором секцию 4 контакта газ/жидкость и секцию 6 окисления абсорбирующей жидкости формируют раздельно по вертикали в одном и том же сосуде, таком как струйный барботажный реактор (JBR), описанный в выложенной заявке на патент Японии №2001-162135. JBR представляет собой оборудование, разработанное для использования последнего способа, в котором абсорбирующая жидкость циркулирует во внутреннем пространстве того же сосуда, и отходящий газ, который содержит диоксид серы в абсорбирующей жидкости и принимает форму микропузырьков, вводят в место, размещенное относительно близко к поверхности жидкости, а воздух, используемый для окисления, вводят в абсорбирующую жидкость на участке поблизости от дна сосуда. Другими словами, в случае JBR секцию контакта газ/жидкость формируют в верхней части сосуда, в то время как секцию окисления абсорбирующей жидкости формируют в нижней части сосуда. Таким образом, JBR имеет преимущество, состоящее в том, что йод снова абсорбируется в жидкую фазу, если он испускается в газовую фазу, в то время как пузырьки проходят через секцию контакта газ/жидкость и выпускаются в верхнее пространство с поверхности жидкости, так что газ, выпускаемый из сосуда, практически не содержит йод, даже когда йодид-ионы окисляются в секции окисления абсорбирующей жидкости, превращаясь в молекулярный йод, который затем испускается в газовую фазу.

В то время как нормативами не определено никакой предельной величины выделения йода для сточных вод из установок десульфиризации топочных газов мокрого типа, предпочтительно, обеспечивается стадия удаления йода, чтобы предотвратить вторичное загрязнение окружающей среды. В таком случае йод можно адсорбировать и удалить посредством адсорбента, такого как активированный уголь, и затем адсорбент регенерировать, чтобы собрать йод.

Как описано выше, как в первом режиме осуществления настоящего изобретения, так и во втором режиме осуществления настоящего изобретения ртуть, содержащуюся в отходящем газе, в частности Hg⁽⁰⁾, можно стабильно и эффективно удалять вместе с диоксидом серы в течение длительного периода времени в установках десульфиризации топочных газов мокрого типа.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 представляет собой графическую блок-схему аппарата для осуществления настоящего изобретения в первом режиме, иллюстрирующую его конфигурацию.

Фиг.2 представляет собой график, иллюстрирующий зависимость между концентрацией персульфата в абсорбирующей жидкости и скоростью удаления ртути.

Фиг.3 представляет собой график, иллюстрирующий зависимость между концентрацией ионов йода, брома и хлора, которые сосуществуют, и скоростью удаления ртути.

Фиг.4 представляет собой график, иллюстрирующий зависимость между ОВП абсорбирующей жидкости и скоростью удаления ртути.

Фиг.5 представляет собой графическую блок-схему аппарата для осуществления настоящего изобретения во втором режиме, иллюстрирующую его конфигурацию.

Фиг.6 представляет собой график, иллюстрирующий зависимость между концентрацией добавленного газообразного йода и скоростью удаления ртути.

Фиг.7 представляет собой график, иллюстрирующий зависимость между концентрацией добавленного персульфата натрия и скоростью удаления ртути.

Фиг.8 представляет собой график, иллюстрирующий зависимость между концентрацией персульфата натрия и скоростью расходования персульфата натрия.

Лучший режим осуществления изобретения

(1) Примеры в первом режиме

Для первого режима осуществления изобретения типично можно использовать тестирующее лабораторное устройство, имеющее конфигурацию, показанную на фиг.1. В соответствии с на фиг.1, газовую смесь, содержащую азот, кислород, диоксид углерода и диоксид серы, подают из секции 1 подачи газа, нагревают и увлажняют горячей водой в секции 2 нагрева/увлажнения газа. Затем пары ртути, генерируемые барботированием газообразного азота в ртути в секции 3 генерирования ртути, добавляют к нагретой и увлажненной газовой смеси, получая модельный отходящий газ. Полученный модельный отходящий газ приводят в контакт с абсорбирующей жидкостью в секции 4 контакта газ/жидкость, в течение которого диоксид серы и пары ртути поглощаются, окисляются и удаляются из модельного отходящего газа. Следует отметить, что система 5 очистки установлена в случае тестирующего устройства лабораторного масштаба, иллюстрированного на фиг.1, поскольку отходящий газ может содержать ртуть и газообразный галоген в зависимости от экспериментальных условий.

Абсорбирующая жидкость, которую приводят в контакт с модельным отходящим газом в секции 4 контакта газ/жидкость, циркулирует между секцией 4 контакта газ/жидкость и секцией 6 окисления абсорбирующей жидкости, ее ОВП регулируют в секции 6 окисления абсорбирующей жидкости посредством воздействия воздуха, а ее рН регулируют кислотой или щелочью, которую добавляют из секции 7 подачи регулирующей жидкости. Кроме того, к абсорбирующей жидкости посредством секции 8 подачи реагента окисления/устранения ртути добавляют различные реагенты, включая персульфат натрия и йодид калия. Следует отметить, что секцию 3 генерирования ртути, секцию 4 контакта газ/жидкость, секцию 6 окисления абсорбирующей жидкости, секцию 7 подачи регулирующей жидкости и секцию 8 подачи реагента окисления/устранения ртути объединяют в камере 9 с воздушным регулированием температуры.

Система контакта газ/жидкость в секции 4 контакта газ/жидкость, предпочтительно, скорее представляет собой систему диспергирования пузырьков в жидкой фазе (такую как барботажная колонна), чем систему диспергирования капель жидкости в газовой фазе (такую как башня с распылительным орошением) по вышеописанной причине и по причине факта, что первая система предоставляет более высокую эффективность поглощения ингредиентов в газовой фазе. Когда настоящее изобретение осуществляют практически в реальном масштабе, предпочтительно, можно использовать компоновку для формирования как секции 4 контакта газ/жидкость, так и секции 6 окисления абсорбирующей жидкости в одном и том же сосуде, таком как JBR, описанный в выложенной заявке на патент Японии №2001-162135. В JBR абсорбирующая жидкость циркулирует в одном и том же сосуде, содержащий диоксид серы отходящий газ в форме микропузырьвов вводят в абсорбирующую жидкость на участке, относительно близком к поверхности жидкости, а окисляющий воздух вводят в абсорбирующую жидкость на участке, близком к дну сосуда. Другими словами, в JBR, секцию контакта газ/жидкость формируют в верхней зоне сосуда, тогда как секцию окисления абсорбирующей жидкости формируют в нижней зоне сосуда. Таким образом, свободный йод, который испускается в газовую фазу из секции окисления абсорбирующей жидкости, снова поглощается в жидкой фазе, пока пузырьки проходят через секцию контакта газ/жидкость и испускаются в верхнее пространство с поверхности жидкости, так что газ, выпускаемый из сосуда, обладает преимущественной чертой, состоящем в том, что он практически не содержит свободный йод.

Пример 1

Эксперимент по удалению диоксида серы и ртути из модельного отходящего газа проводили, используя тестирующее устройство лабораторного масштаба из фиг.1. Газовую смесь, содержащую SO₂ с концентрацией 1000 частей на миллион (ч./млн), O₂ с концентрацией 5 об.%, CO₂ с концентрацией 10 об.% и N₂ в качестве остающейся части, подавали из секции 1 подачи газа со скоростью 100 норм. л/час, нагревали и увлажняли до достаточного содержания влаги при 50°C в секции 2 нагрева/увлажнения газа. Затем вводили N₂ в секцию 3 генерирования ртути со скоростью 0,2 норм. л/час для генерирования паров ртути, и данные пары ртути добавляли к увлажненной газовой смеси, получая модельный отходящий газ, содержащий Hg⁽⁰⁾ с концентрацией примерно 30 частей на миллиард (ч./млрд). Затем полученный модельный отходящий газ приводили в контакт с абсорбирующей жидкостью в секции 4 контакта газ/жидкость и отбирали пробы модельного отходящего газа как до, так и после секции 4 контакта газ/жидкость, чтобы наблюдать концентрацию ртути в модельном отходящем газе.

Количество абсорбирующей жидкости в секции 4 контакта газ/жидкость и количество абсорбирующей жидкости в секции 6 окисления абсорбирующей жидкости делали соответственно равными 200 мл и 1000 мл, и абсорбирующую жидкость направляли на циркуляцию с тем, чтобы сделать время ее пребывания в секции 6 окисления абсорбирующей жидкости, равным примерно 1 часу. Различные абсорбирующие жидкости готовили, добавляя персульфат натрия (Na₂S₂O₈) и соединение галогена (выбранное из KI, KBr, KCl, MgI₂ и CuI) до различных концентраций (или без добавления последнего). Концентрации данных реагентов в жидкости контролировали время от времени и реагенты добавляли, поддерживая соответствующие предварительно определенные концентрационные уровни. Температуру в камере 9 с воздушным регулированием температуры поддерживали при 50°C. В то время как рН абсорбирующей жидкости в секции контакта газ/жидкость регулировали до 5,0, ОВП не регулировали после воздействия на абсорбирующую жидкость воздуха.

Фиг.2 иллюстрирует взаимосвязь между концентрацией персульфат-ионов в абсорбирующей жидкости и скоростью удаления ртути, когда не добавляли никакого соединения галогена. Из фиг.2 будет видно, что эффект удаления ртути начинает появляться, уже когда концентрация персульфат-ионов составляла 500 мг/л, и скорость удаления ртути возрастала от 0% до примерно 40%, по мере того как концентрация персульфат-ионов увеличивалась, пока не достигла 2000 мг/л, но затем стала держаться на постоянном уровне, как только концентрация персульфат-ионов превысила 2000 мг/л. Было обнаружено, при достижении концентрации персульфат-ионов, превышающей 5000 мг/л, кислород растворялся в абсорбирующей жидкости очень медленно, так что было необходимо увеличить количество воздуха, вводимого в абсорбирующую жидкость.

С другой стороны, фиг.3 иллюстрирует влияние концентрации йодид-ионов, концентрации бромид-ионов и концентрации хлорид-монов, которые сосуществуют, а также влияние других типов ионов на скорость удаления ртути, когда концентрацию персульфат-ионов делали равной 2000 мг/л. Фиг.3 также иллюстрирует влияние концентрации йодид-ионов, когда концентрация персульфат-ионов составляла 0 мг/л. Из фиг.3 будет видно, что йодид-ионы и бромид-ионы дают заметный эффект повышения скорости удаления ртути по сравнению с хлорид-ионами. Также будет ясно, что йодид-ионы обладают эффектом удаления ртути, даже если концентрация персульфат-ионов равна 0 мг/л.

Числа, приведенные в круглых скобках на фиг.3, представляют собой значения ОВП, когда йодид-ионы добавляли до концентраций 0,5, 5 и 10 ммоль/л, а концентрация персульфат-ионов составляла 2000 и 0 мг/л. Как видно из фиг.3, ОВП повышается по мере увеличения концентрации добавленных йодид-ионов, когда концентрация персульфат-ионов составляла 2000 мг/л, хотя ОВП не увеличивался, если концентрация добавленных йодид-ионов увеличивалась, и даже слегка падал, когда концентрация добавленных йодид-ионов и концентрация персульфат-ионов составляла 10 ммоль/л и 0 мг/л соответственно.

Пример 2

Эксперимент по удалению диоксида серы и ртути из модельного отходящего газа проводили, используя тестирующее устройство лабораторного масштаба из фиг.1. Газовую смесь, содержащую SO₂ с концентрацией 1000 ч./млн, O₂ с концентрацией 5 об.%, CO₂ с концентрацией 10 об.% и N₂ в качестве остающейся части, подавали из секции 1 подачи газа со скоростью 100 норм. л/час, нагревали и увлажняли до достаточного содержания влаги при 50°C в секции 2 нагрева/увлажнения газа. Затем вводили N₂ в секцию 3 генерирования ртути со скоростью 0,2 норм. л/час для генерирования паров ртути, и данные пары ртути добавляли к увлажненной газовой смеси, получая модельный отходящий газ, содержащий Hg⁽⁰⁾ с концентрацией примерно 30 ч./млрд. Затем полученный модельный отходящий газ приводили в контакт с абсорбирующей жидкостью в секции 4 контакта газ/жидкость и отбирали пробы модельного отходящего газа как до, так и после секции 4 контакта газ/жидкость, чтобы наблюдать концентрацию ртути и концентрацию диоксида серы в модельном отходящем газе.

Количество абсорбирующей жидкости в секции 4 контакта газ/жидкость и количество абсорбирующей жидкости в секции 6 окисления абсорбирующей жидкости делали соответственно равными 200 и 1000 мл, и абсорбирующую жидкость отводили на циркуляцию с тем, чтобы сделать время ее пребывания в секции окисления абсорбирующей жидкости, равным примерно 1 часу. Абсорбирующую жидкость готовили, добавляя Na₂S₂O₈ со скоростью 2000 мг/л (по S₂O₈ ^2-) в подвергнутую ионному обмену воду. Температуру в камере 9 с воздушным регулированием температуры поддерживали при 50°C. рН абсорбирующей жидкости регулировали до 5,0, в то время как ОВП регулировали посредством воздействия воздуха или кислорода. Количество воздуха (кислорода), используемого для воздействия, изменяли в диапазоне от 10- до 500-кратного количества от теоретической потребности в кислороде относительно количества окислительной абсорбции. По мере того, как количество воздуха (кислорода), используемого для воздействия, увеличивалось, ОВП рос, достигая от 600 до 800 мВ, и затем оставался по существу постоянным на данном уровне.

Фиг.4 иллюстрирует взаимосвязь между ОВП абсорбирующей жидкости и скоростью удаления ртути. Из фиг.4 будет видно, что скорость удаления ртути четко возрастает, когда ОВП был не ниже 150 мВ, предпочтительно, не ниже 200 мВ. С другой стороны, не только скорость удаления ртути, несомненно, падала, но также падала скорость десульфуризации, когда ОВП составлял менее 150 мВ. Более конкретно, скорость десульфуризации составляла примерно 93%, когда ОВП составлял не менее 300 мВ, но была примерно 78%, когда ОВП составлял менее 150 мВ.

ОВП делали менее 150 мВ в данном примере при условии, когда количество вводимого воздуха делали значительно меньше. Более конкретно, высокий ОВП получали при условии, когда количество вводимого воздуха было значительно меньше по сравнению с системой, в которой использовали абсорбирующую жидкость, которая не содержала персульфат-ионы. ОВП варьировали, но скорость удаления ртути практически не изменялась, когда рН абсорбирующей жидкости изменяли в диапазоне от 4,0 до 5,5. С другой стороны, скорость десульфуризации падала до 85%, когда значение рН абсорбирующей жидкости составляло не более 4,0, но оставалась неизменной и стабильной, когда значение рН составляло не менее 5,0.

Пример 3

Эксперимент в данном примере проводили при условиях, таких же, как в примере 2 за исключением того, что HgCl₂ добавляли к отходящему газу в концентрации 30 ч./млрд и KI добавляли к абсорбирующей жидкости до концентрации 2 ммоль/л. Однако для скорости аэрации выбирали величину воздуха 15 л/час, и ОВП при данном условии составлял от 400 до 600 мВ.

Кроме данного примера, проводили эксперимент в примере сравнения при тех же условиях, как в данном примере, за исключением того, что применяли абсорбирующую жидкость, которая не содержала ни Na₂S₂O₈, ни KI, и величина скорости аэрации воздуха составляла 40 л/час. Наблюдаемая скорость десульфуризации была не менее 90%, но практически никакое количество Hg⁽⁰⁾ нельзя было удалить.

Таким образом, было обнаружено, что конфигурация данного примера может поддерживать скорость десульфуризации не менее 90%, скорость удаления ртути Hg⁽⁰⁾ не менее 75% и скорость удаления HgCl₂ не менее 90% в течение 100 часов с количеством воздуха, используемым для воздействия, которое меньше, чем количество воздуха, используемое в примере сравнения.

Высвобожденный йод наблюдали в секции контакта газ/жидкость 2, и йод был определен в концентрации 8 ч./млн в отходящем газе из секции контакта газ/жидкость 2 сразу после начала эксперимента в данном примере. Однако никакого высвобожденного йода не наблюдали в секции контакта газ/жидкость, и скорость удаления Hg⁽⁰⁾ стабилизировалась, когда скорость, при которой абсорбирующую жидкость направляли на циркуляцию между секцией контакта газ/жидкость и секцией 6 окисления абсорбирующей жидкости, повысили на 30%. Кроме того, никакой повторной эмиссии Hg⁽⁰⁾ из абсорбирующей жидкости не было обнаружено.

(2) Примеры во втором режиме

Тестирующее устройство лабораторного масштаба, имеющее конфигурацию, иллюстрируемую на фиг.5, может быть типично использовано для второго режима изобретения. Ссылаясь на фиг.5, газовую смесь, содержащую азот, кислород, диоксид углерода и диоксид серы, подают из секции 1 подачи газа1, нагревают и увлажняют горячей водой или нагревательным устройством в секции 12 нагрева/увлажнения воздуха. Затем пары ртути, генерированные барботированием газообразного азота в ртути в секции 13 генерирования ртути, добавляют к нагретой и увлажненной газовой смеси, получая модельный отходящий газ. Полученный модельный отходящий газ сначала пропускают через первую секцию 14 контакта газ/жидкость, где жидкость для генерирования газообразного йода распыляют в модельный отходящий газ, чтобы добавить газообразный йод в модельный отходящий газ. Абсорбирующую жидкость во второй секции контакта газ/жидкость, которая будет описана далее, можно частично использовать в качестве жидкости, к которой добавляют генерированный газообразный йод. Альтернативно, газообразный йод можно непосредственно добавлять к модельному отходящему газу из секции 15 генерирования дополнительного газа. Секция 15 генерирования дополнительного газа предназначена для нагревания порошка йода для того, чтобы его сублимировать и генерировать газообразный йод. Тестирующее устройство лабораторного масштаба, иллюстрируемое на фиг.5, сконструировано так, чтобы позволить модельному отходящему газу обходить первую секцию 14 контакта газ/жидкость с целью сравнения.

Модельный отходящий газ, к которому добавляют газообразный йод, затем пропускают через вторую секцию 16 контакта газ/жидкость, в которой удаляют диоксид серы и ртуть, по мере того как он вступает в контакт с абсорбирующей жидкостью. Вторая секция 16 контакта газ/жидкость представляет собой систему контакта газ/жидкость типа барботажной колонны, и абсорбирующую жидкость направляют на циркуляцию между второй секцией 16 контакта газ/жидкость и секцией 17 окисления абсорбирующей жидкости. Абсорбирующую жидкость подвергают обработке аэрацией в секции 17 окисления абсорбирующей жидкости, так что сульфит-ионы в абсорбирующей жидкости окисляются, становясь сульфат-ионами. Кроме того, к абсорбирующей жидкости из секции 18 подачи первого реагента можно добавить соединение йода, такое как йодид калия. Более того, из секции 19 подачи рН регулирующего щелочного агента можно ввести щелочной агент для регулирования рН абсорбирующей жидкости (предпочтительно, до 4,5-5,5). Выходящий газ из второй секции контакта газ/жидкость пропускают через систему 20 очистки и затем удаляют ртуть и йод, остающийся в газе.

Когда абсорбирующую жидкость, содержащую йод, распыляют в первой секции 14 контакта газ/жидкость, соединение йода добавляют в секцию 17 окисления абсорбирующей жидкости из секции подачи первого реагента, и абсорбирующую жидкость, отобранную из секции 17 окисления абсорбирующей жидкости, закачивают и вводят в первую секцию 14 контакта газ/жидкость через емкость 21 хранения жидкости. Водный раствор персульфата натрия можно вводить в емкость 21 хранения жидкости из секции 22 подачи второго реагента. Кроме того, рН абсорбирующей жидкости, содержащей йод, которую необходимо распылять в модельном отходящем газе, можно снизить (предпочтительно, до 2,0-3,5), добавляя хлористоводородную кислоту в емкость 21 хранения жидкости из секции 22 подачи второго реагента. С другой стороны, когда газообразный йод непосредственно добавляют в модельный отходящий газ, порошкообразным йодом заполняют секцию 15 генерирования дополнительного газа и через него пропускают нагретый (предпочтительно, примерно до 50°C) газообразный азот с тем, чтобы генерировать газообразный йод, концентрацию которого регулируют газообразным азотом и который затем подают в отходящий газ. Следует отметить, что все тестирующее устройство лабораторного масштаба содержится в камере с воздушным регулированием температуры, которую поддерживают при постоянной температуре (предпочтительно, примерно при 45°C).

В каждом из примеров и примере сравнения, которые будут описаны в дальнейшем, модельный отходящий газ, содержащий диоксид серы (SO₂) до концентрации 600 ч./млн, кислород (O₂) до концентрации 5 об.%, диоксид углерода (CO₂) до концентрации 10 об.% и N₂ в качестве остающейся части, заставляли течь в тестирующее устройство лабораторного масштаба со скоростью 400 норм. л/час, и концентрацию ртути (Hg⁽⁰⁾) в модельном отходящем газе делали равной 50 мкг/Нм³, регулируя скорость подачи газообразного азота в секцию 13 генерирования ртути. Затем скорость удаления ртути и скорость удаления диоксида серы (скорость десульфуризации) оценивали посредством наблюдения концентрации ртути и концентрации диоксида серы в выходящем газе из второй секции 16 контакта газ/жидкость. Кроме того, секцию 17 окисления абсорбирующей жидкости нагружали модельной абсорбирующей жидкостью (приготовленной растворением хлорида кальция (CaCl₂) в воде до концентрации Cl^- 10000 мас.ч./млн и добавляли гипс в количестве, эквивалентном 5 мас.% CaSO₄·2H₂O). Затем концентрацию йода, концентрацию оксида и значение рН регулировали на основе модельной абсорбирующей жидкости. Температуру всего тестирующего устройства лабораторного масштаба корректировали, поддерживая при 45°C.

Сравнительный пример

Модельный отходящий газ, который приготовили вышеописанным способом, непосредственно пропускали через вторую секцию 16 контакта газ/жидкость. Другими словами, первую секцию 14 контакта газ/жидкость обходили и никакой газообразный йод не добавляли из секции 15 генерирования дополнительного газа. Значение рН абсорбирующей жидкости регулировали до 4,5, добавляя щелочной реагент во вторую секцию 16 контакта газ/жидкость, и как температуру модельного отходящего газа, так и температуру абсорбирующей жидкости регулировали до 45°C. В то же время, скорость удаления ртути была не выше 5%, а скорость десульфуризации составляла примерно 85%.

Пример 5

Эксперимент проводили таким же образом как в примере сравнения за исключением того, что газообразный йод вводили из секции 15 генерирования дополнительного газа. Более конкретно, газообразный йод добавляли в модельный отходящий газ до концентрации в диапазоне от 0 до 40 об.ч./млн (превышающей концентрацию ртути в 0-7140 раз на мольной основе). Фиг.6 иллюстрирует взаимосвязь между концентрацией йода и скоростью удаления ртути, полученной в данном примере. Как видно из фиг.6, скорость удаления ртути (Hg⁽⁰⁾) резко возрастала от 10% до примерно 60%, когда газообразный йод добавляли до концентрации 5 об.ч./млн (превышающей концентрацию ртути в 892 раза на мольной основе) и все еще росла в дальнейшем по мере увеличения концентрации добавленного йода по сравнению с примером, когда никакой йод не добавляли. С другой стороны, скорость десульфуризации постоянно оставалась на уровне 85%, как в примере сравнения, независимо от концентрации йода. Концентрация йода в выходящем газе из второй секции 16 контакта газ/жидкость была ниже предела обнаружения детектирующей трубки или метода абсорбции щелочью.

Пример 6

Эксперимент проводили таким же образом, как в примере сравнения за исключением того, что модельный отходящий газ пропускали через первую секцию 14 контакта газ/жидкость и в модельный отходящий газ добавляли жидкость, содержащую йод. Более конкретно, водный раствор йодида калия (KI) добавляли в секцию 17 окисления абсорбирующей жидкости из секции 18 подачи первого реагента, чтобы создать концентрацию йода в абсорбирующей жидкости, равную 4 ммоль/л (постоянно). Кроме того, в емкость 21 хранения жидкости добавляли водный раствор персульфата натрия из секции добавления второго реагента 22, чтобы создать концентрацию персульфата натрия (Na₂S₂O₈) в жидкости, которую распыляют в модельном отходящем газе в первой секции 14 контакта газ/жидкость, равную определенному значению в диапазоне от 0 до 6 ммоль/л. Скорость добавления жидкости, которую надо добавлять в первую секцию 14 контакта газ/жидкость, делали равной 1,0 в единицах отношения жидкость/газ (л/м³).

Фиг.7 иллюстрирует взаимосвязь между концентрацией персульфата натрия и скоростью удаления ртути. Как видно из фиг.7, скорость удаления ртути улучшалась пропорционально концентрации добавленного персульфата натрия, пока концентрация не достигла 2 ммоль/л, но оставалась ровной примерно при 95% после вышеуказанного концентрационного уровня. С другой стороны, скорость десульфуризации составляла примерно 90%, даже когда концентрация персульфата натрия была нулевой, свидетельствуя об улучшении относительно примера 5 (в котором непосредственно добавляли газообразный йод). Затем скорость десульфуризации постепенно возрастала примерно до 95% с увеличением концентрации Na₂S₂O₈ в абсорбирующей жидкости. Йод определялся в выходящем газе из второй секции контакта газ/жидкость только при низкой концентрации (не более 1 ч./млн), когда концентрация персульфата натрия составляла 6 ммоль/л, но никакой йод не обнаруживался, когда концентрация персульфата натрия составляла от 0 до 5 ммоль/л. Поэтому представляется, что персульфат натрия, предпочтительно, добавляют до концентрации от 1 до 5 ммоль/л.

Фиг.8 иллюстрирует скорость расходования, или расход на единицу времени, Na₂S₂O₈ при концентрациях не менее 2 ммоль/л, когда скорость удаления ртути достигает постоянного уровня. Как видно из фиг.8, скорость расходования Na₂S₂O₈ увеличивается с возрастанием концентрации Na₂S₂O₈ в абсорбирующей жидкости. Следовательно, предпочтительно поддерживать концентрацию добавленного персульфата натрия низкой, когда скорость удаления ртути остается ровной. В данном примере, 2 ммоль/л является оптимальной концентрацией Na₂S₂O₈ в абсорбирующей жидкости.

Пример 7

Эксперимент проводили таким же образом как в примере 6 за исключением того, что персульфат натрия заменяли пероксидом водорода (H₂O₂) или гипохлоритом натрия (NaClO) в качестве окислителя, и его концентрацию поддерживали равной 2 ммоль/л. Таблица демонстрирует полученные результаты. Следует отметить, что таблица представляет скорость удаления ртути, наблюдаемую, когда персульфат натрия использовали в качестве эталона (пример 6).

Тип окислителя H₂O₂ NaClO Na₂S₂O₈ Скорость удаления ртути (%) 85 95 92

Как видно из таблицы, в то время как пероксид водорода показал скорость удаления ртути слегка ниже, чем персульфат натрия, гипохлорит натрия дал результат, который эквивалентен или выше, чем в случае персульфата натрия. Однако в случае реальных установок, когда температура отходящего газа существенно выше, по-видимому, пероксид водорода и гипохлорит натрия могут разлагаться и/или расходоваться с относительно высокой скоростью в реакции с диоксидом серы.

Пример 8

Эксперимент проводили таким же образом, как в примере 6, за исключением того, что кроме персульфата натрия добавляли хлористоводородную кислоту, и рН жидкости, которую необходимо добавлять к модельному отходящему газу, понижали до 2,5. Однако концентрацию персульфата натрия, который необходимо добавлять, сделали равной 1,0 ммоль/л. В результате, скорость удаления ртути составляла примерно 90%, что является свидетельством улучшения относительно примера 2 (примерно 80%), где персульфат натрия добавляли в той же самой концентрации.

Данная заявка на изобретение заявляет приоритет заявки на патент Японии №2007-056597, поданной 7 марта 2007 года, и заявки на патент Японии №2007-303323, поданной 22 ноября 2007 года, полные описания которых включаются здесь ссылкой.

Изобретение относится к области химии и может быть использовано для очистки отходящего газа. По первому варианту отходящий газ, содержащий, по меньшей мере, диоксид серы и ртуть, приводят в контакт с абсорбирующей жидкостью, где в абсорбирующую жидкость добавляют персульфат для удаления ртути из отходящего газа. Персульфат добавляют для создания концентрации персульфата, равной от 500 до 5000 мг/л. По второму варианту к отходящему газу, содержащему, по меньшей мере, диоксид серы и ртуть, добавляют газообразный йод и затем приводят его в контакт с абсорбирующей жидкостью в установке десульфуризации топочных газов мокрого типа. Изобретение позволяет с высокой скоростью удалять диоксид серы и ртуть. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 8 ил., 1 табл.

1. Способ обработки отходящего газа для удаления диоксида серы из отходящего газа, содержащего, по меньшей мере, диоксид серы и ртуть, приведением отходящего газа в контакт с абсорбирующей жидкостью, где в абсорбирующую жидкость добавляют персульфат для удаления ртути из отходящего газа, причем персульфат добавляют для создания концентрации персульфата, равной от 500 до 5000 мг/л.

2. Способ обработки отходящего газа по п.1, в котором к абсорбирующей жидкости дополнительно добавляют йод, бром или соединение любого из них.

3. Способ обработки отходящего газа по п.2, в котором йод, бром или соединение любого из них добавляют так, чтобы создать их концентрацию, равную от 0,5 до 8,0 ммоль/л в единицах атомов йода или брома.

4. Способ обработки отходящего газа по п.1, в котором абсорбирующую жидкость подвергают обработке аэрацией после того, как ее приводят в контакт с отходящим газом.

5. Способ обработки отходящего газа по п.4, в котором воздух вводят для обработки аэрацией так, что абсорбирующая жидкость показывает окислительно-восстановительный потенциал (ОВП) от 200 до 800 мВ и величину рН от 4,0 до 5,5.

6. Способ обработки отходящего газа по п.4, в котором абсорбирующую жидкость запускают на циркуляцию между участком, где ее приводят в контакт с отходящим газом и участком обработки аэрацией.

7. Способ обработки отходящего газа по п.6, в котором применяют абсорбционную башню барботажного типа, имеющую непрерывную фазу абсорбирующей жидкости в башне, и отходящий газ вводят в верхнюю часть непрерывной фазы с тем, чтобы привести в контакт с абсорбирующей жидкостью, в то время как воздух вводят в нижнюю часть непрерывной фазы для того, чтобы подвергнуть абсорбирующую жидкость обработке аэрацией, и где абсорбирующую жидкость перемешивают в башне или подвергают циркуляции посредством насоса, расположенного снаружи башни.

8. Способ обработки отходящего газа, характеризующийся добавлением газообразного йода к отходящему газу, содержащему, по меньшей мере, диоксид серы и ртуть, и затем приведением его в контакт с абсорбирующей жидкостью в установке десульфуризации топочных газов мокрого типа.

9. Способ обработки отходящего газа по п.8, в котором газообразный йод добавляют к отходящему газу перед его введением в абсорбционную башню установки десульфуризации топочных газов мокрого типа или башню охлаждения газа/удаления пыли, расположенную относительно нее выше по потоку.

10. Способ обработки отходящего газа по п.8, в котором газообразный йод добавляют с тем, чтобы создать концентрацию йода в отходящем газе, в 100-10000 раз превышающую концентрацию ртути в отходящем газе.

11. Способ обработки отходящего газа по п.8, в котором газообразный йод добавляют к отходящему газу, вводя в отходящий газ жидкость, содержащую соединение йода, которое генерирует газообразный йод.

12. Способ обработки отходящего газа по п.11, в котором жидкость, содержащая соединение йода, которое генерирует газообразный йод, представляет собой абсорбирующую жидкость, отводимую из установки десульфуризации топочных газов мокрого типа.

13. Способ обработки отходящего газа по п.12, в котором абсорбирующая жидкость, отводимая из установки десульфуризации топочных газов мокрого типа, содержит йод или соединение йода в количестве от 0,5 до 8,0 ммоль/л в единицах атомов йода.

14. Способ обработки отходящего газа по п.12, в котором абсорбирующая жидкость, отводимая из установки десульфуризации топочных газов мокрого типа, содержит персульфат в количестве от 500 до 5000 мг/л.

15. Способ обработки отходящего газа по п.12, в котором в абсорбирующую жидкость, отводимую из установки десульфуризации топочных газов мокрого типа, перед введением абсорбирующей жидкости в отходящий газ добавляют окислитель.

16. Способ обработки отходящего газа по п.15, в котором окислитель выбран из пероксида водорода, персульфатов, оксокислот йода и оксокислот хлора.

17. Способ обработки отходящего газа по п.12, в котором абсорбирующую жидкость, отводимую из установки десульфуризации топочных газов мокрого типа, подвергают обработке аэрацией, используя кислородсодержащий газ перед ее введением в отходящий газ.

18. Способ обработки отходящего газа по п.12, в котором абсорбирующую жидкость, вводимую в отходящий газ, собирают и направляют на циркуляцию для повторного использования в качестве абсорбирующей жидкости в установке десульфуризации топочных газов мокрого типа.

19. Способ обработки отходящего газа по п.11, в котором рН жидкости составляет от 2 до 3,5.

20. Способ обработки отходящего газа по п.11, в котором температура жидкости составляет от 30 до 100°С.