一种烟气脱汞设备和烟气脱汞的方法

摘要

本发明提供一种烟气脱汞设备，包括反应塔、固液分离器和氯气控制系统；反应塔内设有氧化装置、填料层、喷淋装置、除雾器；反应塔上设有烟气入口和烟气出口，烟气入口位于氧化装置与填料层之间，烟气出口位于反应塔顶部；反应塔底部设有溶液出口；氧化装置为漏斗形，包括一体结构的上部敞口圆锥筒和下部圆柱筒；氧化装置的下部圆柱筒与氯气控制系统连通；反应塔底部的溶液出口通过第一管道分别与喷淋装置、固液分离器连接；固液分离器的底部设有上清液出口和沉淀出口，上清液出口通过第二管道与反应塔的底部连接。本发明还提供了一种采用该烟气脱汞设备进行烟气脱汞的方法。本发明提供的烟气脱汞设备和方法，能有效脱除烟气中的汞，提高汞的回收率。

说明书

技术领域

本发明属于金属冶炼及火力发电烟气脱汞技术领域，具体涉及一种烟气脱汞设备和烟气脱汞的方法。

背景技术

汞（Mercury，Hg）俗称“水银”，是一种有毒、生物体非必需的重金属元素。19世纪50年代日本水俣病事件后，汞污染开始引起环境科学界的关注。由于汞能在大气中存在并长距离迁移，已经被定义为全球性污染物。目前，许多金属的精矿或原料中均含有微量或少量汞，在高温（＞800℃）冶炼过程中，90%以上的矿石和精矿中的汞会转变成金属汞蒸汽进入烟气中，其中部分汞会冷凝，或与烟气中的其他成分重新化合，形成不溶于水的化合物。在烟气进入硫酸车间之前，这种冷凝汞粒子或汞化合物会在常规气体净化和冷却装置中分离出来；但仍有相当数量的汞蒸汽会以金属蒸汽形态通过常规气体冷却及净化系统。如果不采取进一步措施，这部分汞蒸汽将被硫酸捕集或从尾气中排放，从而污染成品硫酸、或者从尾气中排放至大气中污染环境。因此，为了保护环境和获得高品质硫酸，必须对焙烧烟气中的汞进行回收。

现有技术中对烟气进行脱汞的方法已出现以下几种，例如冷凝法、碘化法、硫酸法、氯化法等；虽然多数方法可以达到满意的脱汞效果，但工程投资大，技术复杂，操作难度大，运行成本高使其难以得到推广应用。目前，在锌冶炼行业烟气脱汞多采用氯化法工艺，即将烟气送入洗涤脱汞塔，在塔内与喷淋的HgCl₂溶液逆流洗涤，从而使烟气中的汞蒸气被HgCl₂溶液氧化生成Hg₂Cl₂沉淀；然后还可将生成的部分Hg₂Cl₂沉淀用Cl₂氧化，再生成HgCl₂溶液作为洗涤液循环使用。但该氯化法脱汞方法和洗涤脱装置在实际应用中仍然存在以下缺陷：

1、Hg₂Cl₂的氧化过程在洗涤塔外设置的反应装置中进行，实现这一过程需要设立单独的Cl₂隔离空间，不仅存在潜在的环境风险，更提高了操作和管理的难度，也增加了系统的建设成本和占地面积。

2、Hg₂Cl₂随洗涤液在系统循环过程中，分离沉降设施效率不高，导致其不能得到及时有效的分离；同时，Hg₂Cl₂分离沉降设施需有较大的体积，导致系统中液体的总体积增大，造成HgCl₂的有效作用损失增加，氯气的使用量提高，导致成本大大增加。

3、烟气出口除雾效果差，导致设备出现夹带现象，系统体积不平衡，甚至出现体积减少，不仅不能除汞，还将循环液中的汞带走，使系统不能正常运行。

发明内容

本发明解决了现有技术中存在的上述技术问题，并提出一种新的烟气脱汞设备和采用该设备进行烟气脱汞的方法，其在实际应用中更加安全、环保、高效，操作更加简单，运行成本更低。

具体地，本发明的技术方案为：

一种烟气脱汞设备，所述烟气脱汞设备包括反应塔、固液分离器和氯气控制系统；

所述反应塔内从下至上依次设有氧化装置、填料层、喷淋装置、除雾器；所述反应塔上设有烟气入口和烟气出口，其中烟气入口位于氧化装置与填料层之间，烟气出口位于反应塔的顶部；所述反应塔的底部设有溶液出口；所述氧化装置为漏斗形，包括一体结构的上部敞口圆锥筒和下部圆柱筒；所述氧化装置的下部圆柱筒与氯气控制系统连通；

所述反应塔底部的溶液出口通过第一管道分别与喷淋装置、固液分离器连接；所述固液分离器的底部设有上清液出口和沉淀出口，所述上清液出口通过第二管道与反应塔的底部连接。

作为本发明的进一步改进，所述第一管道具有三个分支管道，其中第一分支管道与喷淋装置连接，第二分支管道与固液分离器的顶部连接，第三分支管道与反应塔底部连接。

作为本发明的进一步改进，所述第一管道上设有泵。

作为本发明的进一步改进，所述固液分离器靠近其顶部处还连接有第三管道，第三管道的另一端与反应塔的底部连接。

作为本发明的进一步改进，所述烟气脱汞设备还包括还原槽；所述第一管道还具有第四分支管道，所述第四分支管道的另一端与所述还原槽连接。

作为本发明的进一步改进，所述还原槽顶部具有还原剂入口，底部设有氯化亚汞出口，还原槽上还设有液体出口。

作为本发明的进一步改进，所述填料层的材质为聚丙烯或聚氯乙烯。

本发明还提供了一种烟气脱汞的方法，所述烟气脱汞的方法采用本发明提供的烟气脱汞设备进行，包括以下步骤：往反应塔的烟气入口内通入待脱汞的烟气，并往喷淋装置内通入洗涤液，同时开动氯气控制系统，即可在烟气出口收集脱汞后的烟气。

作为本发明的进一步改进，所述烟气脱汞设备还包括还原槽，所述烟气脱汞的方法还包括往还原槽内通入还原剂的步骤。

作为本发明的进一步改进，所述洗涤液为氯化汞溶液，所述还原剂为锌粉或铁粉。

本发明提供的烟气脱汞设备，包括集洗涤和氧化功能为一体的反应塔，因此无需再设立独立的氧化反应隔离空间，消除了氯气导致的环境风险，同时使得洗涤、氧化过程中原料的接触路径更短，提高洗涤和氧化效率；另外，氧化装置为漏斗形，能有效提高氧化效率；同时在反应塔顶部设有除雾器，可有效防止设备出现夹带现象；另外，本发明提供的烟气脱汞设备还设有固液分离器，能将Hg₂Cl₂及时有效分离，降低HgCl₂损失和氯气用量，从而有效降低成本。采用本发明提供的烟气脱汞设备进行烟气脱汞，能有效脱除烟气中的汞，还能提高汞的回收率。

附图说明

图1是本发明提供的烟气脱汞设备的结构示意图。

图中，100——反应塔，200——固液分离器，300——氯气控制系统，400——还原槽；

11——氧化装置，12——填料层，13——喷淋装置，14——除雾器；101——烟气入口，102——烟气出口，103——溶液出口；111——上部敞口圆锥筒，112——下部圆柱筒；201——沉淀出口；401——还原剂入口，402——氯化亚汞出口，403——液体出口；

g1——第一管道，g2——第二管道，g3——第三管道，g10——泵，g11——第一分支管道，g12——第二分支管道，g13——第三分支管道，g14——第四分支管道。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所述，本发明提供了一种烟气脱汞设备，包括反应塔100、固液分离器200和氯气控制系统300。其中，反应塔100内从下至上依次设有氧化装置11、填料层12、喷淋装置13、除雾器14。反应塔100上还设有烟气入口101和烟气出口102，其中烟气入口101位于氧化装置11与填料层12之间，烟气出口102位于反应塔100的顶部。反应塔100的底部设有溶液出口103。

其中，填料层12用于增加洗涤液与烟气的接触面积。所述填料层中装载的填料可选用聚丙烯或聚氯乙烯材质，但不局限于此。喷淋装置13用于喷洒洗涤液，使烟气与洗涤液逆流接触进行洗涤，将烟气中的汞蒸气氧化为Hg₂Cl₂沉淀，使其在反应塔100底部（即在氧化装置11处）沉降富集。

本发明中，所述氧化装置11用于将洗涤后生成的Hg₂Cl₂氧化成HgCl₂。为确保反应区有足量的Hg₂Cl₂供氧化，所述氧化装置11为漏斗形，包括一体结构的上部敞口圆锥筒111和下部圆柱筒112。其中，下部圆柱筒112会富集Hg₂Cl₂柱。本发明中，氧化装置11的下部圆柱筒112与氯气控制系统300连通，因此可通过氯气控制系统300输送的氯气将下部圆柱筒112内富集的Hg₂Cl₂进行充分氧化。其中，单位时间内通入的氯气量可通过检测固液分离器200上清液中氯化汞的含量进行适当调整。氧化后生成的HgCl₂同时受到氧化装置11内Hg₂Cl₂柱的重力压迫，以及第三分支管道g13内输入的混合溶液的冲刷，并向塔底快速流动。

洗涤液以及氧化后生成的含HgCl₂的混合溶液会在反应塔100的底部富集。因此，本发明中，反应塔100底部的溶液出口103通过第一管道g1分别与喷淋装置13、固液分离器200连接。如图1所示，所述第一管道g1具有三个分支管道，其中第一分支管道g11与喷淋装置13连接，第二分支管道g12与固液分离器200的顶部连接，第三分支管道g13与反应塔100底部连接。因此，可将塔底的溶液分别送至喷淋装置13、反应塔100底部以及固液分离器200。优选情况下，可在第一管道g1上设置泵g10。

经过脱汞之后的烟气从反应塔100顶部的烟气出口102排出。本发明中，在反应塔100内顶部还设有除雾器14，该除雾器14可提高捕沫效率，进一步提高烟气的脱汞效率。本发明中，所述除雾器14可采用本领域技术人员常用的各种除雾器，例如可采用纤维除雾器，但不局限于此。

所述固液分离器200的底部设有上清液出口和沉淀出口201，其中上清液出口用于分离HgCl₂溶液，而Hg₂Cl₂沉淀则从沉淀出口201处收集。经过固液分离器200分离后得到的上清液可作为洗涤液送回反应塔100内，因此，固液分离器200的上清液出口通过第二管道g2与反应塔100的底部连接。作为本发明的一种优选实施方式，固液分离器200靠近其顶部处还连接有第三管道g3，第三管道g3的另一端与反应塔100的底部连接。第三管道g3的主要作用是防止固液分离器200内Hg₂Cl₂沉淀的沉积，起搅拌作用，让通入的氯气能反应充分。

作为本发明的一种优选实施方式，所述烟气脱汞设备还包括还原槽400。对应地的，在第一管道g1上还设有第四分支管道g14，所述第四分支管道g14的另一端与所述还原槽400连接，从而可将反应塔100底部的溶液部分输送至还原槽400内。所述还原槽400的顶部具有还原剂入口401，底部设有氯化亚汞出口402，还原槽上还设有液体出口403。通过还原槽400内通入还原剂，即可将混合溶液进行还原，经还原处理纯化后的上清液从液体出口403输出，而分离出的Hg₂Cl₂沉淀则从底部的氯化亚汞出口402收集并贮存。

本发明还提供了一种烟气脱汞的方法，所述烟气脱汞的方法采用本发明提供的烟气脱汞设备进行，包括以下步骤：往反应塔100的烟气入口101内通入待脱汞的烟气，并往喷淋装置13内通入洗涤液，同时开动氯气控制系统300，即可在烟气出口102收集脱汞后的烟气。同时，还可往还原槽400的还原剂入口401内通入还原剂，将反应塔底部的混合溶液中一部分分流进行还原处理。本发明中，所述洗涤液为氯化汞（HgCl₂）溶液，所述还原剂为锌粉或铁粉。

实施例1

采用图1所示的烟气脱汞设备，对锌冶炼烟气制酸过程中二氧化硫烟气进行脱汞处理。系统接收烟气量为70000～80000Nm3/h，烟气含Hg量为30～50mg/Nm3，SO2浓度为6~7%，烟气经湿式静电除雾器进行净化处理后进入所述烟气脱汞设备，控制温度为35～40℃，经处理后从烟气出口收集的净化后烟气含Hg量为0.05～0.18mg/Nm³，生产的成品硫酸含汞为0.00008～0.00035%，优于特等成品酸标准。

实施例2

采用图1所示的烟气脱汞设备，对铅烧结二氧化硫烟气制酸过程进行烟气脱汞处理。系统接收烟气量为80000～95000Nm³/h，烟气含Hg量为40～60mg/Nm³，SO₂浓度为2~3%，温度为30～35℃，经处理后从烟气出口收集的净化后烟气含Hg量为0.05～0.15mg/Nm³，生产的成品硫酸含汞优于国家特等成品酸标准。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。