專利名稱：一種熱煤氣中單質(zhì)汞和硫化氫協(xié)同脫除的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種煤氣凈化的方法，具體地說涉及一種熱煤氣中單質(zhì)汞和硫化氫協(xié)同脫除的方法。
背景技術(shù)：
汞是一種神經(jīng)毒物，而且是一種生物積累物質(zhì)，對人群健康威脅很大。目前認為造成汞環(huán)境污染的來源主要是天然釋放和人為因素。人為汞污染源主要是煤的利用和垃圾焚燒。2003年初，聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署(UNEP)發(fā)表的一份調(diào)查報告指出，煤的利用是最大的人為汞污染源。我國是世界產(chǎn)煤大國，煤炭產(chǎn)量占世界的37%，同時也是一個燃煤大國，能源消耗主要以煤炭為主，能源結(jié)構(gòu)中煤的比例高達75%。并且中國煤炭的平均汞含量為0. 58 μ g/ g遠高于世界的平均含量0. 13yg/go煤利用過程中汞主要以3種形態(tài)存在元素汞(Hg°)、 氧化態(tài)汞(Hg2+)和顆粒態(tài)汞(Hgp)。不同形態(tài)的汞具有不同的物理和化學(xué)性質(zhì)。Hg2+易溶于水且易附著在顆粒物上，故可用常規(guī)的污染物控制設(shè)備除去；Hgp在大氣中的停留時間很短，也可用除塵設(shè)備收集；而Hg°易揮發(fā)且難溶于水，很難被除塵設(shè)備捕獲，幾乎全部排放到大氣中，形態(tài)相對比較穩(wěn)定且停留時間很長，平均可達1年左右，且易長距離輸送而形成大范圍的汞污染。因此，開發(fā)有發(fā)展前景的汞控制技術(shù)來有效脫除煤氣中的汞，特別是Hg°，是 21世紀環(huán)境污染治理急需解決的重要問題之一。對于煤氣中汞脫除的研究，目前還處于起始階段，還缺乏有效的脫除方法。美國環(huán)境保護局信息收集申請中心(ICR)的統(tǒng)計結(jié)果表明，冷端靜電除塵器(CS-ESP)、熱端靜電除塵器(HS-ESP)和袋式除塵器(FF)的平均脫汞效率分別為27%、4%和58%。；濕法脫硫裝置(WFGD)對煙氣中全汞的脫除效率可以達到50%以上，Hg2+在全汞中所占的比例是決定FGD全汞脫除效果的關(guān)鍵因素。其中少于8%的Hg2+可以被還原為Hg°，但Hg°不但不會被吸收，還略微有所增加。普通的吸附劑，無論活性炭、金屬氧化物、金屬硫化物，對于還原氣氛中元素汞的脫除能力都非常有限。如直接應(yīng)用活性炭的主要障礙是運行成本高，若要達到90%的汞脫除效率，每處理一磅汞需要25000 70000美元。目前，活性炭(AC)，鈣基吸附劑，粉煤灰，沸石及含鈣類物質(zhì)是脫除Hg°常用固體吸附劑。其中活性炭作為最具潛力的氣態(tài)汞吸附劑得到了廣泛關(guān)注。由于汞的高揮發(fā)性，且活性炭表面的能提供吸附汞的活性位很少，因此未經(jīng)處理的活性炭吸附汞是以物理吸附為主，化學(xué)吸附相當(dāng)少，吸附效率很低。如果對活性炭進行改性，活化處理，那么活性炭的吸附汞能力將大大增強。常用的進行活性炭改性的元素有含硫、碘、溴和氯等。這些改性物質(zhì)固定在活性炭的表面，比炭先一步與汞接觸，從而提供了吸附汞以及與汞進行化學(xué)反應(yīng)的活性位，從而大大的提高了活性炭吸附汞能力。但是由于改性活性炭在提高吸附效率的同時也增加了吸附劑的成本，再者吸附產(chǎn)物具有較低的穩(wěn)定性，較低的再生能力以及可能對環(huán)境造成二次污染等原因，大大地限制了改性活性炭的廣泛應(yīng)用。因此，實現(xiàn)控制汞污染物的排放急需開發(fā)低成本、高效率的脫除Hg°新工藝。硫化氫( 通常是煤的氣化過程中產(chǎn)生的氣體，不僅對設(shè)備和煤氣儲存輸送設(shè)施腐蝕，還會污染廠區(qū)環(huán)境，而且隨煤氣燃燒后轉(zhuǎn)化成二氧化硫(SO2),空氣中SO2含量超標(biāo)會形成局域性酸雨，危害人們的生存環(huán)境，所以煤氣中的H2S也是需要脫除的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種成本低，無二次污染的實現(xiàn)熱煤氣中汞和硫化氫的協(xié)同脫除和汞的無害化處理方法。熱煤氣中的汞主要以零價單質(zhì)汞的形式存在，由于單質(zhì)汞具有較強的揮發(fā)性和化學(xué)穩(wěn)定性，難以在吸附劑表面形成有效的化學(xué)吸附。硫化氫是煤氣中主要污染物之一，與汞共存于煤氣中，本發(fā)明的思路是在煤氣氣氛中引入微量氧氣，活性炭作為吸附劑，采用催化氧化的方法，促進煤氣中的單質(zhì)汞與硫化氫反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為硫化汞，實現(xiàn)煤氣中汞的和硫化氫的協(xié)同脫除和汞的無害化處理。反應(yīng)式為Hg+H2S+l/202 — HgS+l/2H20活性炭單獨脫除汞效率不高，而且成本高。但活性炭在硫化氫和氧氣存在的條件下，不僅大大提高了汞去除效率，而且實現(xiàn)了煤氣中汞的和硫化氫的協(xié)同脫除。本發(fā)明創(chuàng)造適宜的反應(yīng)條件，使煤氣中汞與硫化氫在氧氣存在的氣氛下反應(yīng)生成惰性的硫化汞，不僅實現(xiàn)汞和硫化氫的協(xié)同脫除，而且實現(xiàn)汞的高效和穩(wěn)定化處理，克服吸附劑填埋過程造成的二次污染。本發(fā)明的脫汞方法所涉及的固定床反應(yīng)器屬常規(guī)氣-固反應(yīng)裝置，設(shè)備投資少，工藝過程經(jīng)濟、高效。因此，此發(fā)明所涉及的熱煤氣中重金屬汞和硫化氫的協(xié)同脫除方法具有很好的工藝應(yīng)用前景。本發(fā)明的具體操作方式如下將溫度為50 300°C的未凈化煤氣中注入氧氣，使得煤氣中的氧氣重量是硫化氫重量的0.8 1.7倍，然后以1000 - 30001^的體積空速通入裝有吸附劑的吸附器，吸附 2. 5-3小時。如上所述的吸附劑是活性炭，活性炭應(yīng)優(yōu)選來自煤，木炭，椰殼，木材，合成樹脂為原料制備的活性炭?；钚蕴恳?guī)格是中孔容積大于0. 43cm7g，而比表面積高于510m2/g，粒度為30-60目。如上所述的未凈化煤氣指的是沒有經(jīng)過脫硫處理的煤氣。本發(fā)明與現(xiàn)有發(fā)明相比具有如下優(yōu)點(1)將煤氣中的單質(zhì)汞和硫化氫協(xié)同除去，相對于分開去除，單質(zhì)汞的脫除效果更佳。(2)按照本發(fā)明方法，熱煤氣中的單質(zhì)汞得到高效脫除和穩(wěn)定化處理，平均脫汞效率達到75%以上。熱煤氣中的硫化氫平均脫除效率達到60%以上。(3)工藝簡潔，便于應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。(4)適用于更高的脫除溫度，降低工藝成本。
具體實施例方式
本發(fā)明實施例所用煤氣為兩種，其中
A 煤氣汞20yg/m3 硫化氫 2500mg/m3B 煤氣汞50yg/m3 硫化氫 1500mg/m3實施例1活性炭來自煤，粒度為30-60目，其中孔容積為0. 46cm7g，比表面積530m2/g。(1)活性炭安裝到固定床反應(yīng)器中，通入A煤氣，其溫度測定為120°C ；(2)在A煤氣通入固定床反應(yīng)器前，把氧氣注入到煤氣中，使得氧氣的含量為 2000mg/m3；(3)煤氣以lOOOh—1的空速流經(jīng)固定床反應(yīng)器，吸附三小時后吸附器出口煤氣中的汞的脫除率為80. 6%，硫化氫的脫除率為65. 4%;煤氣中汞的含量為3. 88μ g/m3，硫化氫的含量為865mg/m3。實施例2活性炭來自椰殼，粒度為30-60目，其中孔容積為0. 50cm3/g,比表面積580m2/g。(1)活性炭安裝到固定床反應(yīng)器中，通入A煤氣，其溫度測定為150°C ；(2)在A煤氣通入固定床反應(yīng)器前，把氧氣注入到煤氣中，使得氧氣的含量為 2500mg/m3；(3)煤氣以30001^的時空指數(shù)流經(jīng)固定床反應(yīng)器，吸附兩小時三十分后吸附器出口煤氣中的汞的脫除率為72. 1%，硫化氫的脫除率為60. 4% ；煤氣中汞的含量為5. 58 μ g/ m3，硫化氫的含量為990mg/m3。實施例3活性炭來自木材，粒度為30-60目，其中孔容積為0. 45cm7g，比表面積560m2/g。(1)活性炭安裝到固定床反應(yīng)器中，通入A煤氣，其溫度測定為50°C ；(2)在A煤氣通入固定床反應(yīng)器前，把氧氣注入到煤氣中，使得氧氣的含量為 3000mg/m3；(3)煤氣以ΙδΟΟΙΓ1的空速流經(jīng)固定床反應(yīng)器，吸附兩小時四十分后吸附器出口煤氣中的汞的脫除率為77. 8%，硫化氫的脫除率為63. 5%;煤氣中汞的含量為4. 44μ g/m3，硫化氫的含量為912. 5mg/m3。實施例4活性炭來自合成樹脂，粒度為30-60目，其中孔容積為0. 48cm3/g,比表面積530m2/ g°(1)活性炭安裝到固定床反應(yīng)器中，通入A煤氣，其溫度測定為80°C ；(2)在A煤氣通入固定床反應(yīng)器前，把氧氣注入到煤氣中，使得氧氣的含量為 2600mg/m3；(3)煤氣以lSOOh—1的空速流經(jīng)固定床反應(yīng)器，吸附兩小時五十分后吸附器出口煤氣中的汞的脫除率為78. 8%，硫化氫的脫除率為64. 5%;煤氣中汞的含量為4. Μμ g/m3，硫化氫的含量為887. 5mg/m3。實施例5活性炭來自煤，粒度為30-60目，其中孔容積為0. 53cm7g，比表面積570m2/g。(1)活性炭安裝到固定床反應(yīng)器中，通入B煤氣，其溫度測定為180°C ；(2)在B煤氣通入固定床反應(yīng)器前，把氧氣注入到煤氣中，使得氧氣的含量為
51500mg/m3；(3)煤氣以250( -1的空速流經(jīng)固定床反應(yīng)器，吸附三小時后吸附器出口煤氣中的汞的脫除率為75. 1%，硫化氫的脫除率為62. 8% ；煤氣中汞的含量為12. 45μ g/m3，硫化氫的含量為558mg/m3。實施例6活性炭來自煤，粒度為30-60目，其中孔容積為0. 49cm7g，比表面積550m2/g。(1)活性炭安裝到固定床反應(yīng)器中，通入B煤氣，其溫度測定為100°C ；(2)在B煤氣通入固定床反應(yīng)器前，把氧氣注入到煤氣中，使得氧氣的含量為 1600mg/m3；(3)煤氣以200( -1的空速流經(jīng)固定床反應(yīng)器，吸附三小時后吸附器出口煤氣中的汞的脫除率為72. 5%，硫化氫的脫除率為61. 3% ；煤氣中汞的含量為13. 75μ g/m3，硫化氫的含量為580. 5mg/m3。實施例7活性炭來自煤，粒度為30-60目，其中孔容積為0. 60cm3/g,比表面積520m2/g。(1)活性炭安裝到固定床反應(yīng)器中，通入B煤氣，其溫度測定為300°C ；(2)在B煤氣通入固定床反應(yīng)器前，把氧氣注入到煤氣中，使得氧氣的含量為 1800mg/m3；(3)煤氣以lOOOh—1的空速流經(jīng)吸附器，吸附三小時后吸附器出口煤氣中的汞的脫除率為63. 1%，硫化氫的脫除率為59. 3% ；煤氣中汞的含量為18. 45 μ g/m3，硫化氫的含量為 610. 5mg/m3。實施例8活性炭來自煤，粒度為30-60目，其中孔容積為0. 56cm7g，比表面積560m2/g。(1)活性炭安裝到固定床反應(yīng)器中，通入B煤氣，其溫度測定為260°C ；(2)在B煤氣通入固定床反應(yīng)器前，把氧氣注入到煤氣中，使得氧氣的含量為 1800mg/m3；(3)煤氣以300( -1的空速流經(jīng)固定床反應(yīng)器，吸附三小時后吸附器出口煤氣中的汞的脫除率為66. 8%，硫化氫的脫除率為60. 2%;煤氣中汞的含量為16. 6μ g/m3，硫化氫的含量為597mg/m3。實施例9活性炭來自煤，粒度為30-60目，其中孔容積為0. 49cm7g，比表面積M0m2/g。(1)活性炭安裝到固定床反應(yīng)器中，通入B煤氣，其溫度測定為150°C ；(2)在B煤氣通入固定床反應(yīng)器前，把氧氣注入到煤氣中，使得氧氣的含量為 1250mg/m3；(3)煤氣以250( -1的空速流經(jīng)固定床反應(yīng)器，吸附三小時后吸附器出口煤氣中的汞的脫除率為75. 9%，硫化氫的脫除率為63. 5% ；煤氣中汞的含量為12. 05μ g/m3，硫化氫的含量為討7. 5mg/m3。實施例10活性炭來自煤，粒度為30-60目，其中孔容積為0. 57cm3/g,比表面積590m2/g。(1)活性炭安裝到固定床反應(yīng)器中，通入B煤氣，其溫度測定為200°C ；
(2)在B煤氣通入固定床反應(yīng)器前，把氧氣注入到煤氣中，使得氧氣的含量為 1500mg/m3；(3)煤氣以200( -1的空速流經(jīng)固定床反應(yīng)器，吸附三小時后吸附器出口煤氣中的汞的脫除率為77. 1%，硫化氫的脫除率為63. 9% ；煤氣中汞的含量為11. 45μ g/m3，硫化氫的含量為5mg/m3。
權(quán)利要求
1.一種熱煤氣中單質(zhì)汞和硫化氫協(xié)同脫除的方法，其特征在于包括如下步驟將溫度為50 300°C的未凈化煤氣中注入氧氣，使得煤氣中的氧氣重量是硫化氫重量的0. 8 1. 7倍，然后以1000 βΟΟΟΙΓ1的體積空速通入裝有吸附劑的吸附器，吸附2. 5-3 小時。
2.如權(quán)利要求1所述的一種熱煤氣中單質(zhì)汞和硫化氫協(xié)同脫除的方法，其特征在于所述的吸附劑是活性炭。
3.如權(quán)利要求2所述的一種熱煤氣中單質(zhì)汞和硫化氫協(xié)同脫除的方法，其特征在于所述的活性炭來自煤，木炭，椰殼，木材或合成樹脂為原料制備的活性炭。
4.如權(quán)利要求2所述的一種熱煤氣中單質(zhì)汞和硫化氫協(xié)同脫除的方法，其特征在于所述的活性炭的中孔容積大于0. 43cm7g，比表面積高于510m2/g，粒度為30-60目。
5.如權(quán)利要求1所述的一種熱煤氣中單質(zhì)汞和硫化氫協(xié)同脫除的方法，其特征在于所述的未凈化煤氣是沒有經(jīng)過脫硫處理的煤氣。
全文摘要
一種熱煤氣中單質(zhì)汞和硫化氫協(xié)同脫除的方法是將溫度為50～300℃的未凈化煤氣中注入氧氣，使得煤氣中的氧氣重量是硫化氫重量的0.8～1.7倍，然后以1000～3000h-1的體積空速通入裝有吸附劑的吸附器，吸附2.5-3小時。本發(fā)明成本低，無二次污染的優(yōu)點。
文檔編號C10K1/34GK102226114SQ20111007273
公開日2011年10月26日 申請日期2011年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月23日
發(fā)明者劉建濤, 張永奇, 張郃, 房倚天, 程中虎, 黃戒介 申請人:中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所