硫化亞鐵懸浮液用于從煙道氣中除去汞的用圖
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明大體設(shè)及煙道氣（fluegase)中污染物的補救。本發(fā)明更具體的實施方案 設(shè)及包含堿性硫化亞鐵懸浮液的、用于處理和除去來自煙道氣的隸的濕氣洗涂液，和使用 該濕氣洗涂液來從煙道氣除去隸的方法。本發(fā)明進一步設(shè)及用于生產(chǎn)該硫化亞鐵懸浮液的 方法和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 從燃煤鍋爐排放的污染物是重要的環(huán)境問題。具體地，從運些源頭向大氣中排放 的隸作為對人類健康和環(huán)境的威脅而日益受到關(guān)注，因為隸即使在低濃度下也是神經(jīng)毒 素。不同的煤源中含有不同濃度的隸，因此從煤的燃燒而排放入大氣的隸的總量在設(shè)備之 間顯著不同。
[0003] 煤燃燒時，隸W單質(zhì)隸Wg°)的形式釋放到煙道氣中。燃燒氣體冷卻時，在氣流中 一部分隸轉(zhuǎn)化成離子或氧化型隸化g2+)。結(jié)果，可能排放至大氣中的氣流中的隸有=種可 能形式-單質(zhì)化g°)、離子或氧化型化g2+)，或者還包含在氣流中的結(jié)合在微?；蝻w塵上的 隸做W)。
[0004] 單質(zhì)隸化g°)向其它形式的隸的轉(zhuǎn)化取決于一些因素，包括但不限于，氣流的冷卻 速率、面素或含硫類物質(zhì)（例如氯、漠、S〇32)的存在、飛塵的量和組成、未燃燒碳的存在和 任何安裝的空氣污染控制裝置的清除效率?？紤]到運些不同參數(shù)復(fù)雜的相互作用，最終釋 放至大氣的隸的形式為單質(zhì)、離子和顆粒結(jié)合類，分別在隸總量的10%和90%之間、5%和 15%之間、和10%和90%之間變化。
[0005] 可通過將干吸附劑注射入廢氣流中，并隨后在例如靜電除塵器或纖維過濾器等微 粒物控制裝置中收集，而從煙道氣流中捕獲并除去隸和其它污染物。運些體系統(tǒng)稱為"干式 洗涂器"體系。在已知的除隸用干吸附劑中，活性炭和巧類吸附劑研究最活躍，并且商業(yè)應(yīng) 用最廣泛。
[0006] 可通過將干吸附劑注射入廢氣流中，并隨后在例如靜電除塵器或纖維過濾器等微 粒物控制裝置中收集，而將隸和其它污染物從煙道氣流中捕獲并除去?；诟晌絼┘夹g(shù) 的體系統(tǒng)稱為"干式洗涂器"體系。在已知的除隸用干吸附劑中，活性炭和巧類吸附劑研究 最活躍，并且商業(yè)規(guī)模應(yīng)用最廣泛。
[0007] 最近，減少隸排放用干式洗涂器體系中最常用的吸附劑是將粉狀活性炭（PAC) 注射入燃煤和燃油設(shè)備的煙道氣流中。雖然粉狀活性炭（PAC)對捕獲離子或氧化型隸類 化g2+)是有效的，但對于可能構(gòu)成特別是來自使用次煙煤和褐煤燃料源的設(shè)備的煙道氣中 隸類的很大百分比的單質(zhì)隸Wg°)的除去而言，粉狀活性炭并不那么有效。已努力通過用漠 類滲入或浸潰PAC來提高運些體系中單質(zhì)隸化g°)的截留效率（trappingefficiency)。
[0008] 在干式洗涂器體系中除隸用其它吸附劑的實例包括下列文獻所公開的：Biermann 等人的美國專利申請公開2003/0103882和Lovell等人的美國專利6, 719, 828,公開了層狀 吸附劑如具有夾層于粘上層之間的金屬硫化物的粘上的制備。其它通過注射干吸附劑而捕 獲隸的專利基于通過將化合物稀薄地層積在基材上或基材內(nèi)而制備吸附劑。運些類型的吸 附劑使用的基體包括，如E血iston的7, 790, 830號、E血iston的8, 119, 759號和E血iston 的8, 217, 131號美國專利所公開的溶膠-凝膠衍生物；Pate的8, 088, 283號、化ankle的 8, 412, 664號和Krogue等人的8, 197, 687號美國專利所公開的中孔支承體（mesoporous support)上自組裝的單層；Lovell等人的7, 288, 499號美國專利所公開的頁娃酸鹽；或各 種其它基體。除此之外，Yang等人的7, 575, 629號和Yang等人的7, 704, 920號美國專利 公開，任何可釋放金屬離子的金屬鹽，只要該鹽接觸硫化物型鹽時在基體表面上形成水不 溶性金屬硫化物，那么運樣的金屬鹽就可用來生產(chǎn)有效的除隸用干吸附劑。
[0009] 用于從煙道氣除隸的運些吸附劑干式洗涂器的生產(chǎn)和使用既復(fù)雜又昂貴。
[0010] 用來減少隸和其他有毒氣態(tài)污染物向環(huán)境排放的另一類洗涂器體系通常稱為"濕 式洗涂器"。在濕式洗涂器體系中，通過用液體噴灑氣體、通過迫使氣體通過液體池、或通過 一些其它的接觸方法，使污染的氣體與洗涂液接觸，W便捕獲并除去污染物。在運些濕式 洗涂器中使用的液體組合物依照要除去的污染物而變化。例如，在用來除去例如二氧化硫 (S〇2)等酸性氣體的濕式煙道氣脫硫裝置（WFGD)中，主要使用含有石灰石（CaC〇3)、巧或儀 的氧化物或氨氧化物、或其它混合物的吸附劑漿料。
[0011] 單質(zhì)隸在水中相當不溶（約50yg/L)。因而在濕式洗涂器體系中單質(zhì)隸并沒有被 有效地除去。因此，在濕式洗涂劑上游將煙道氣中的Hg°氧化成化2+的過程將通過下游的 濕式洗涂器體系提高總體除隸效率。
[0012] 由于氣相氧化是動力學受限的，將任何Hg°氧化成化2\防止任何Hg2+還原回 Hg° (有時稱為"再轉(zhuǎn)化"或"再排放"）并最終在濕式洗涂器過程中捕獲Hg2+的需求，對于隸 的除去是必要的。
[0013] 與氣流和洗涂器用液體中其它離子類的反應(yīng)也可能對濕式洗涂器體系除去化2+ 的能力和Hg2+向Hg°的再轉(zhuǎn)化程度有重要影響。2006年8月28-31日在馬里蘭州己爾 的摩召開的EPRI-D0E-EPA-AWMACombinedPowerPlantAir化llutantControlMega Symposium上，B.Ghorishi等人在發(fā)表的"RoleofSulfidesintheSequestrationof Mercu巧byWetScr油bers"-文中提出，一旦Hg2+在溶液中溶解并離子化，其可與洗涂器 漿料中溶解的其它組分發(fā)生反應(yīng)。至于雜質(zhì)例如二價鐵（Fe2+)，作者們提出理論稱，Hg2+向 Hg°的還原可通過下列反應(yīng)發(fā)生：
[0014] 2Fe2++Hg2+-Hg°+2Fe3+ (1)
[0015] 此外，根據(jù)下列反應(yīng)，在硫離子（sulfideions)水溶液的存在下，離子或氧化型隸 化g2+)沉淀為化S，并有效地將Hg2+馨合為不溶性固體：
[001 引HS-+Hg2 一H巧計H 口）
[0017] 由于反應(yīng)（1)和似在濕式洗涂器體系中同時發(fā)生，進行再排放（再轉(zhuǎn)化）的Hg° 的量成為"隸還原反應(yīng)和Hg2+沉淀為H拆之間的競賽"。洗涂器用液體中在小于1300ppm的 Fe2+濃度下，所有的化處于H拆的形式，并因此沒有化°再排放發(fā)生。在較高的化2+濃度 (大于1300ppm)和較高的抑(〉4)下，任何隸都有較高的再排放為Hg°的傾向。
[0018] 根據(jù)上述研究，Downs等人的6, 284, 199號、Nolan等人的6, 503, 470號和Nolan 等人的6, 855, 859號美國專利各自公開了如下方法，在氣/液界面處的離子或氧化型隸 化護）被可能作為雜質(zhì)而存在于洗涂器用液體中的過渡金屬還原之前，使運些離子或氧化 型隸化g2+)的再排放（再轉(zhuǎn)化）趨勢最小化。
[0019] 提供硫離子的水溶液源、在濕式洗涂器中的氣/液界面處與氧化型隸反應(yīng)、用來 吸收和沉淀離子化型（氧化型）隸的各種手段包括，注射空氣和硫化氨的混合物值owns 等人的美國專利6, 284, 199)，或者來自將硫化物類水溶液添加至選自硫化廢水（sulfidic wastewater)、苛性牛皮液（kraftcausticliquor)、碳酸鹽牛皮液（kraftcarbonate liquor)、硫化鐘和硫化鋼的洗涂器用液體中。為了進一步抑制Hg2+向Hg°的再轉(zhuǎn)化，Nolan 等人的美國專利6, 855, 859公開了一個附加步驟，其中首先將氧化劑添加至洗涂器用液體 中，從而在用硫離子水溶液（aqueoussulfideion)處理Hg2+之前，使煙道氣中任何存在的 化°轉(zhuǎn)化為化2+。
[0020] 設(shè)及用濕式洗涂器體系除隸機理的已知現(xiàn)有技術(shù)依賴于通過硫離子水溶液吸收 離子或氧化型隸化g2+)。在運些情形中，吸收是存在于氣流中的原子、分子或離子被大體積 (液）相吸收（占有）的現(xiàn)象。另一方面，"吸附"是來自氣體、液體或溶解固體的原子、離 子或分子附著（結(jié)合）至另一固體表面的物理現(xiàn)象。通過吸附而結(jié)合的確切性質(zhì)取決于所 設(shè)及的物質(zhì)，但吸附過程通常歸類為物理吸附（弱范德華力的特征）、化學吸附（共價結(jié)合 的特征）或一些其它類型的靜電吸引。換言之，吸收是最初存在于一個相中的物質(zhì)通過溶 解入另一相（典型地為液相）而從原相除去的過程，相反，吸附是來自大量液體或氣體的原 子、離子或分子聚集在固體表面。
[0021] 由于濕式洗涂器體系中的環(huán)境是動態(tài)的，因而從煙道氣流中除去隸是復(fù)雜的。任 何成功的除隸方法都必須考慮到煙道氣流中的隸和進入濕式洗