煙道氣旋流-Fenton脫汞的方法與裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于化工環保領域，涉及一種采用微旋流系統進行氧化吸收脫汞的方法和裝置。具體涉及采用雙流體噴嘴將Fenton氧化吸收液霧化為10?100 μ m粒徑的液滴，在微旋流反應器內進行零價汞的氧化吸收反應，并在旋流場內分離出富汞液滴，得到凈化氣的方法與裝置。
【背景技術】
[0002]汞在常溫下比較穩定，不易被空氣氧化，在加熱狀態下與氧作用形成氧化汞。自然界中，汞主要以以下三種形式存在，分別是金屬汞、無機汞、有機汞。二價汞離子與硫離子親和力很強，接觸后能迅速形成穩定的HgS沉淀。自然界中的固體物質對汞的化合物具有較強的吸附能力，如有機物、粘土礦物、金屬氧化物等，吸附力的大小與固體物質的種類、汞化合物的形態以及環境的條件有關。國內外許多學者文獻報道了汞對生態環境及人類的危害，人體若攝入0.1克的汞就會中毒死亡。汞對人體的主要影響是對中樞神經系統造成損害，可通過呼吸吸入、皮膚吸附、食物攝入等方式進入人體。大氣中汞的來源主要有自然排放及人類活動排放兩個方面。自然界中，汞以多種形式存在，如巖石中的硫化汞形式。不同形態的汞經過一系列的自然化學過程進入大氣中。同時，水體、植物表面的釋放也是大氣中汞的一個重要來源。自然排放到大氣中的汞主要是元素汞的形式，另外還有一些有機汞和無機汞的化合物等。人類活動排放的汞主要來自于汞礦和其他金屬的冶煉、氯堿工業和電器工業中的使用、礦物燃料的燃燒等。據統計，2010年人類活動汞排放量達到1960噸，且自1990年至2010年人類活動排放量穩定，占汞總排放量的30% -55%。東亞東南亞地區人類活動汞排放量所占比例最多，約為39.7%，且不斷增加，而北美和歐洲地區汞排放量不斷減少，僅為汞總排放量的8%左右。由于汞的劇毒性、持久性、生物體積累性，目前汞排放控制已經引起各國環保部門的強烈重視。
[0003]研宄表明，全球大氣汞排放的主要最大來源為化石燃料的燃燒，其中以煤炭在工業、家庭鍋爐中的燃燒為主。據統計，煤炭燃燒造成的汞排放為石油燃燒的數百倍。其次，水泥生產及礦產類生產是第二大人為活動的汞排放源。因此燃煤煙氣汞排放控制尤為重要。
[0004]中國專利申請N0.201310631987.2公開了一種總煙氣除塵脫汞系統，系統包括:煙氣控溫管、煙氣氧化塔、煙氣除塵裝置和汞吸附室；首先利用物理過濾和靜電吸附除塵，進而利用氯氣氧化零價汞，采用載溴活性炭繼續吸附，最后噴淋氨水進行吸收。該系統的脫汞效果較好，但是其設備繁瑣，體積較大，因此設備投資大。
[0005]中國專利申請N0.201210261529.X公開了一種濕法脫汞系統及其脫汞工藝，該系統主要包括煙氣輸入裝置、吸收塔和凈煙氣排放裝置，主要采用活性炭作為其工藝的脫汞劑。該發明利用了現有脫硫設備，節省了設備投資，然而其采用的脫汞劑活性炭的脫汞效率低，不能有效地脫除煙氣中的零價汞。
[0006]中國專利申請N0.201010192345.3公開了一種煙氣脫汞裝置，該裝置主要利用塔設備中的吸附填料進行吸附脫汞，該裝置設計簡單，實施成本較低，然而其采用吸附脫汞，吸附后的吸附劑未做處理，脫汞效果一般，填料更換困難。
[0007]因此，為滿足環保要求、減少吸收劑的使用量及提高吸收效率，有必要針對煙道氣零價汞，開發出一種新穎、有效、經濟性好的氧化吸收劑以及方法和裝置以對零價汞進行吸收處理。
【發明內容】
[0008]本發明提供了一種新穎的煙道氣旋流-Fenton脫汞的方法與裝置，克服了現有技術中存在的缺陷。
[0009]本發明的目的在于，充分發揮微旋流系統體積小、重量輕、壓降低、易放大等工程優勢，結合旋流流場中的液滴自轉剪切，強化Fenton氧化吸收脫汞過程。具體包括，利用雙流體噴嘴噴霧的方法，產生Fenton氧化吸收液液滴，進而進行氧化吸收脫汞，同時分離氣體中的液滴，降低設備體積，從而解決現有技術中存在的問題。
[0010]本發明所要解決的首要技術問題是，解決現有的脫汞工藝中氧化效果低，吸收效率不高的問題，依托微旋流器引入旋流流場提高了吸收效率和分離精度。本發明同時還解決的另一個技術難題是，提供了一種具有上述高效脫汞的裝置，該裝置結構簡單，容易實施，符合設備設計規范，可以穩定高效運轉。
[0011]一方面，本發明提供了一種煙道氣旋流-Fenton脫汞的方法，該方法包括以下步驟:
[0012](I)對Fenton氧化吸收液進行霧化，以得到小粒徑液滴；
[0013](2)使用步驟(I)中得到的液滴與煙道氣進行氧化吸收反應，并對混合后的氣液進行微旋流反應分離，以脫除氣體中的零價汞；以及
[0014](3)對步驟(2)中經微旋流反應分離出的液體中的二價汞進行固化處理，以脫除液體中的汞離子。
[0015]在一個優選的實施方式中，所述煙道氣中零價汞的含量為50yg/m3?3500 μ g/
m3o
[0016]在另一個優選的實施方式中，在步驟(I)中，所述Fenton氧化吸收液為0.01?1.0moI/L的H2O2溶液和0.005?0.5mol/L的FeSO 4溶液的混合溶液，溶液霧化產生的液滴粒徑為10-100 μ m。
[0017]在另一個優選的實施方式中，在步驟(2)中，Fenton氧化吸收液液滴與含零價未的氣體均勻混合后，進行微旋流反應分離的時間為0.1?I秒。
[0018]在另一個優選的實施方式中，在步驟(2)中，含零價汞的煙道氣與Fenton氧化吸收液液滴充分發生氧化吸收反應，零價汞被氧化為二價汞，進而被液滴充分吸收，最終脫除效率為55%或更高。
[0019]在另一個優選的實施方式中，在步驟(2)中，在微旋流反應分離中，氧化吸收液液滴與氣體產生分離作用，分離效率達85 %或更高，最大壓力降不大于30mmH20。
[0020]另一方面，本發明提供了一種煙道氣旋流-Fenton脫汞的裝置，該裝置包括:
[0021]霧化罐，用于對Fenton氧化吸收液進行霧化，以得到小粒徑液滴；
[0022]與霧化罐連接的微旋流反應器，用于將霧化罐中均勻分散的液滴與煙道氣進行氧化吸收反應，并對混合后的氣液進行微旋流反應分離，以脫除氣體中的零價汞；以及
[0023]與微旋流反應器連接的吸收罐，用于對微旋流反應器中經微旋流反應分離出的液體中的二價汞進行固化處理，以脫除液體中的汞離子。
[0024]在一個優選的實施方式中，該裝置還包括:與霧化罐連接的儲存罐，用于儲存Fenton氧化吸收液。
[0025]在另一個優選的實施方式中，霧化罐內設置單流體或雙流體噴嘴對Fenton氧化吸收液進行霧化。
[0026]在另一個優選的實施方式中，微旋流反應器內根據處理量大小并聯微旋流芯管1-2000 根。
【附圖說明】
[0027]圖1是根據本發明的一個實施方式的煙道氣旋流-Fenton氧化吸收脫汞工藝流程示意圖。
【具體實施方式】
[0028]本申請的發明人經過廣泛而深入的研宄后發現，在目前的工藝設備中，由于零價汞不溶于水，而二價汞離子易溶于水，因此對煙氣中的零價汞進行吸收首先需將零價汞氧化為二價汞，進而進行吸收處理，故選擇合適的氧化劑尤為重要；而另一方面，氣-液兩相接觸反應器，吸收效率低，設備體積大、投資大，并且操作不穩定；因此，氧化劑的選取及強化氣液相接觸在工業研宄中越來越受關注。基于此考慮，本發明提出了采用旋流與Fenton氧化耦合強化的脫汞過程。
[0029]本發明的技術構思如下:
[0030]旋流反應器體積較小、重量輕、壓降低、易放大，節約投資成本，并且同時脫除了氣體中夾帶液滴，故可采用微旋流器作為氧化吸收的反應設備；同時結合Fenton試劑作為氧化吸收劑，Fenton試劑氧化性強，反應速度快，可結合旋流器對短流程強化的優勢，實現低濃度氣相汞的脫除；對Fenton氧化吸收液采用了噴霧的方法，產生Fenton氧化吸收液液滴，混合氣在反應設備內與微液滴充分接觸反應，經氧化脫汞后氣體夾帶微液滴進行旋流分離脫除液滴，得到凈化氣體，從而開發了一種新穎、高效、節能、適用長周期運行而又經濟的氧化脫汞方法，可將其用于煙道氣的脫汞過程。
[0031]在本發明的第一方面，提供了一種煙道氣旋流-Fenton脫汞的方法，該方法包括以下步驟:將Fenton氧化吸收溶液霧化為液滴，以得到小粒徑液滴，增加氣液傳質面積；液滴與含零價汞氣體均勻混合后噴入微旋流反應器中，液滴氧化吸收氣體中的零價汞，并吸收二價汞，同時液滴在微旋流反應器的旋流場中被分離出來，并聚集形成含二價汞的溶液，之后含二價汞的溶液進入二價汞吸收罐內進行固汞，進而排出。
[0032]在本發明中，設置了 Fenton氧化吸收液液滴發生系統和微旋流反應器，氧化零價汞并進行吸收，同時分離出了吸收后的液滴。
[0033]在本發明中，煙道氣中零價汞的含量為:50yg/m3? 3500 yg/m3。