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(bǔ)救。本發(fā)明更具體的實(shí)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(lái)自煙道氣的隸的濕氣洗涂液，和使用 該濕氣洗涂液來(lái)從煙道氣除去隸的方法。本發(fā)明進(jìn)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(wèn)題。具體地，從運(yùn)些源頭向大氣中排放 的隸作為對(duì)人類(lèi)健康和環(huán)境的威脅而日益受到關(guān)注，因?yàn)殡`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(shí)，隸W單質(zhì)隸Wg°)的形式釋放到煙道氣中。燃燒氣體冷卻時(shí)，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(lèi)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(yùn)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(lèi)，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(guò)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(guò)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(yùn)些體系統(tǒng)稱(chēng)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(lèi)吸附劑研究最活躍，并且商業(yè)應(yīng) 用最廣泛。
[0006] 可通過(guò)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(guò)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(chēng)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(lèi)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(duì)捕獲離子或氧化型隸類(lèi) 化g2+)是有效的，但對(duì)于可能構(gòu)成特別是來(lái)自使用次煙煤和褐煤燃料源的設(shè)備的煙道氣中 隸類(lèi)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(guò)用漠 類(lèi)滲入或浸潰PAC來(lái)提高運(yùn)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(shí)例包括下列文獻(xiàn)所公開(kāi)的：Biermann 等人的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)2003/0103882和Lovell等人的美國(guó)專(zhuān)利6, 719, 828,公開(kāi)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(guò)注射干吸附劑而捕 獲隸的專(zhuān)利基于通過(guò)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(yùn)些類(lèi)型的吸 附劑使用的基體包括，如E血iston的7, 790, 830號(hào)、E血iston的8, 119, 759號(hào)和E血iston 的8, 217, 131號(hào)美國(guó)專(zhuān)利所公開(kāi)的溶膠-凝膠衍生物；Pate的8, 088, 283號(hào)、化ankle的 8, 412, 664號(hào)和Krogue等人的8, 197, 687號(hào)美國(guó)專(zhuān)利所公開(kāi)的中孔支承體（mesoporous support)上自組裝的單層；Lovell等人的7, 288, 499號(hào)美國(guó)專(zhuān)利所公開(kāi)的頁(yè)娃酸鹽；或各 種其它基體。除此之外，Yang等人的7, 575, 629號(hào)和Yang等人的7, 704, 920號(hào)美國(guó)專(zhuān)利 公開(kāi)，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(shí)在基體表面上形成水不 溶性金屬硫化物，那么運(yùn)樣的金屬鹽就可用來(lái)生產(chǎn)有效的除隸用干吸附劑。
[0009] 用于從煙道氣除隸的運(yùn)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(lái)減少隸和其他有毒氣態(tài)污染物向環(huán)境排放的另一類(lèi)洗涂器體系通常稱(chēng)為"濕 式洗涂器"。在濕式洗涂器體系中，通過(guò)用液體噴灑氣體、通過(guò)迫使氣體通過(guò)液體池、或通過(guò) 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(yùn)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(lái)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(dāng)不溶（約50yg/L)。因而在濕式洗涂器體系中單質(zhì)隸并沒(méi)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(guò)程將通過(guò)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(dòng)力學(xué)受限的，將任何Hg°氧化成化2\防止任何Hg2+還原回 Hg° (有時(shí)稱(chēng)為"再轉(zhuǎn)化"或"再排放"）并最終在濕式洗涂器過(guò)程中捕獲Hg2+的需求，對(duì)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(lèi)的反應(yīng)也可能對(duì)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(kāi)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(jià)鐵（Fe2+)，作者們提出理論稱(chēng)，Hg2+向 Hg°的還原可通過(guò)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(jì)H 口）
[0017] 由于反應(yīng)（1)和似在濕式洗涂器體系中同時(shí)發(fā)生，進(jìn)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(jìng)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(méi)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(hào)、Nolan等人的6, 503, 470號(hào)和Nolan 等人的6, 855, 859號(hào)美國(guó)專(zhuān)利各自公開(kāi)了如下方法，在氣/液界面處的離子或氧化型隸 化護(hù)）被可能作為雜質(zhì)而存在于洗涂器用液體中的過(guò)渡金屬還原之前，使運(yùn)些離子或氧化 型隸化g2+)的再排放（再轉(zhuǎn)化）趨勢(shì)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(lái) 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(guó)專(zhuān)利6, 284, 199)，或者來(lái)自將硫化物類(lèi)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(jìn)一步抑制Hg2+向Hg°的再轉(zhuǎn)化，Nolan 等人的美國(guó)專(zhuān)利6, 855, 859公開(kāi)了一個(gè)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(jī)理的已知現(xiàn)有技術(shù)依賴(lài)于通過(guò)硫離子水溶液吸收 離子或氧化型隸化g2+)。在運(yùn)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(lái)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(guò)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(guò)程通常歸類(lèi)為物理吸附（弱范德華力的特征）、化學(xué)吸附（共價(jià)結(jié)合 的特征）或一些其它類(lèi)型的靜電吸引。換言之，吸收是最初存在于一個(gè)相中的物質(zhì)通過(guò)溶 解入另一相（典型地為液相）而從原相除去的過(guò)程，相反，吸附是來(lái)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(dòng)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(jìn)入濕式洗