Способ улавливания тяжелых металлов из дымовых газов

Изобретение относится к очистке дымовых газов. Способ улавливания тяжелых металлов, в частности ртути, из дымовых газов включает контактирование газов с твердым сорбентом в сухом виде, при использовании в качестве сорбента неорганического, не имеющего функциональных групп соединения, выбранного из палыгорскит-сепиолитовых минералов по классификации Дана. Изобретение позволяет снизить количество вторичных токсичных выбросов. 3 н. и 6 з.п. ф-лы.

 

Настоящее изобретение относится к способу улавливания тяжелых металлов, в частности ртути, содержащихся в дымовых газах, включающему в себя стадию контактирования дымовых газов с сухим сорбентом.

Под термином «тяжелые металлы» понимаются следующие химические соединения, приводимые здесь исключительно с целью пояснения: франций, радий, лантаниды, актиниды, цирконий, гафний, резерфордий, ванадий, ниобий, тантал, дубний, хром, молибден, вольфрам, марганец, технеций, рений, железо, рутений, осмий, кобальт, родий, иридий, никель, палладий, платина, медь, серебро, золото, цинк, кадмий, ртуть, галлий, индий, таллий, германий, олово, свинец, мышьяк, сурьма, висмут, полоний. Способ улавливания согласно изобретению касается главным образом наиболее широко применяемых тяжелых металлов, а именно: свинца, хрома, меди, марганца, сурьмы, мышьяка, кобальта, никеля, ванадия, кадмия, таллия и ртути, предпочтительно свинца, таллия, кадмия и ртути, в частности ртути.

Улавливание тяжелых металлов, в частности ртути, присутствующих в дымовых газах, производится в уровне техники посредством углеродных соединений, таких как активированный уголь или буроугольный кокс. Они могут применяться либо в том виде, в каком находятся, либо в смеси с основным абсорбентом в виде неподвижного зернистого слоя, либо вдуванием в газ в виде порошка; твердые частицы улавливаются в нижней части, например, текстильным фильтром, где их действие продолжается.

Эффективность углеродных соединений при улавливании указанных металлов общепризнанна. Однако использование таких соединений в дымовых газах сопровождается двумя существенными недостатками:

- повышением содержания углерода в пыли, образующейся при фильтрации дымовых газов, при этом содержание углерода строго регламентировано;

- опасностью воспламенения, которая возрастает тем больше, чем выше температура очищаемого газа.

Усовершенствование, сделанное специалистами для решения проблемы, связанной с воспламенением углеродных соединений, заключалось в применении смеси из этих соединений и ингибиторов воспламенения, таких, как известь. Однако такое усовершенствование, хотя и способствовало эффективному решению проблемы воспламенения углеродных соединений, однако полностью ее не решило. В самом деле, горячие точки могут образоваться даже при низкой температуре (например, 150°С), в частности, при проникновении воздуха в зоны, в которых происходит накопление углеродных соединений. Кроме того, углеродные соединения являются дорогостоящими соединениями, и этап использования этих углеродных соединений трудно интегрируется в комплексный способ обработки дымовых газов. Действительно, в настоящее время, в связи с появлением все более ужесточающихся стандартов, комплексный способ должен обеспечить удаление из дымовых газов также азотсодержащих продуктов. Выведение оксидов азота каталитическим способом проводится, как правило, при более высокой температуре газа (>200°С). Для обеспечения надежной совместимости с этапом способа, на котором применяются углеродные соединения, требуется чередовать охлаждение дымовых газов с их нагревом. Это связано со снижением экономической выгоды, потерей времени и существенной затратой энергии. Следовательно, сложно использовать углеродные соединения в способе обработки дымовых газов в связи с проблемой их воспламенения.

В документах "ES 8704428" и GIL, M.ISABEL; ECHEVERRIA, SAGRARIO MENDIOROZ; MARTIN-LAZARO, PEDRO JUAN BERMEJO; ANDRES, VICENTA MUNOZ, Mercury removal from gaseous streams. Effects of adsorbent geometry (Извлечение ртути из газовых потоков. Влияние геометрии адсорбции), Revista de la Real Academia de Ciencias Exactas, Fisicas у Naturales (Espana) (1996), 90(3), стр.197-204" раскрыто, что возможно решить проблему с углеродом при улавливании тяжелых металлов, в частности ртути, за счет применения серы в качестве реагента. В этом случае серу осаждают на неорганическую основу, такую как природные силикаты. Такие композиции позволяют устранить приведенные недостатки, присущие углеродным фазам. В этом случае силикат считается инертной основой по отношению к улавливаемому загрязнителю; последний улавливается во время реакции с участием серосодержащего соединения с образованием, как правило, сульфида.

Однако силикаты с серосодержащими функциональными группами делают их производство опасным, сложным и дорогостоящим, что ограничивает его применение. Так, например, в документе ES 8704428 сообщается об обработке силиката серой путем реакции окисления сульфида водорода (H₂S) при пропорциональном молярном соотношении с целью адсорбции элементарной серы указанным силикатом. Обращение с токсичным сульфидом водорода (H₂S) сопровождается опасностью, при этом крайне необходимо точное соблюдение молярного соотношения для предупреждения последующей реакции окисления.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков созданием способа улавливания тяжелых металлов, в частности ртути, содержащихся в дымовых газах, с помощью сорбента, применение которого является упрощенным, менее опасным и более дешевым.

Способ согласно изобретению отличается тем, что твердый сорбент представляет собой неорганическое, не имеющее функциональных групп соединение, выбранное из группы, состоящей из галлоизита и филосиликатов подгруппы «палыгорскито-сепиолитов» согласно классификации Дана.

Соответственно применение сорбента позволяет получить обычный, недорогой сухой продукт.

Также способ включает в себя этап контактирования в сухом состоянии при температуре в диапазоне от 70 до 350°С, предпочтительно от 120 до 250°С. Проведение контактирования при температуре свыше 200°С обеспечивает возможность поддерживать относительно постоянную температуру на протяжении всего процесса обработки дымовых газов и исключить последовательные этапы охлаждения и нагрева при улавливании тяжелых металлов и образовавшихся при катализе азотсодержащих соединений.

Способ согласно изобретению представляет собой способ улавливания тяжелых металлов, в частности ртути, из дымовых газов, являющийся преимущественно частью комплексной обработки дымовых газов. Действительно, способ согласно изобретению включает в себя этап удаления большей части кислотных загрязнителей путем контактирования дымовых газов с основными абсорбентами. Как правило, большая часть кислотных загрязнителей в дымовых газах содержит соляную и фтористоводородную кислоты, оксиды серы и азота, причем их содержание в выбросах дымовых газов до обработки составляет от нескольких десятков до нескольких сот мг/нм³.

Упомянутые в способе по изобретению основные абсорбенты, например известь или карбонат кальция, и неорганические, не имеющие функциональных групп соединения, выбранные из группы, состоящей из галлоизита и филосиликатов подгруппы «палыгорскито-сепиолитов» согласно классификации Дана, применяют в виде смеси. Это позволяет сократить капиталовложения и уменьшить занимаемую площадь с достижением немалой экономической выгоды, так как теперь оба эти этапа могут проводиться одновременно и в одном и том же месте.

Другие варианты выполнения способа приведены в приложенной формуле изобретения.

Также настоящее изобретение касается применения неорганического, не имеющего функциональных групп соединения, выбранного из группы, состоящей из галлоизита и филосиликатов подгруппы «палыгорскито-сепиолитов» согласно классификации Дана в сухом виде для улавливания тяжелых металлов, в частности ртути, содержащихся в дымовых газах, а также применения абсорбирующей основной смеси и упомянутого неорганического, не имеющего функциональных групп соединения, выбранного из группы, состоящей из галлоизита и филосиликатов подгруппы «палыгорскито-сепиолитов» в сухом виде, при обработке дымовых газов.

Следовательно, объектом изобретения является способ улавливания тяжелых металлов, в частности ртути, содержащихся в дымовых газах, с помощью неорганического соединения, выбранного из группы, состоящей из галлоизита и филосиликатов подгруппы «палигорскито-сепиолитов». Неорганическими соединениями, преимущественно применяемыми в способе согласно изобретению, являются галлоизит, а соединениями из группы филосиликатов подгруппы «палыгорскито-сепиолитов» - сепиолит и палыгорскит, называемые также аттапульгитами.

Такие неорганические соединения используют в том виде, в котором они находятся (без придания им функциональных групп какого-либо соединения, например серы). Из филосиликатов изобретением предусматривается применение тех из них, которые относятся к подгруппе «палыгорскито-сепиолитов» согласно классификации Дана. Галлоизит и филосиликаты, предусмотренные изобретением, характеризуются повышенной пористостью, причем типичный объем пор составляет 0,25-0,8 см³/г, замеренный методом BJH при десорбции азота. Указанный интервал относится к порам размером от 2 до 100 нанометров.

Неожиданно было найдено, что неорганические соединения из группы, состоящей из галлоизита и филосиликатов, позволяют улавливать тяжелые металлы, в частности ртуть, содержащиеся в дымовых газах.

Согласно предпочтительному варианту выполнения способа согласно изобретению неорганическое соединение либо в том виде, в котором он присутствует, либо в смеси с основным абсорбентом, например известью, приводят в контакт с потоком обрабатываемых газов. Предпочтительно, чтобы неорганическое соединение согласно изобретению применяли в виде порошка, т.е. при размере частиц менее 1 мм. Неорганическое соединение пневматически вводят в газовый поток.

Ниже изобретение подробнее описывается с помощью не ограничивающих его примеров.

Пример 1

Сепиолит, не имеющий функциональных групп, применяли при сжигании бытовых отходов в печи производительностью 8 т/ч, образующей около 50000 нм³ подлежащих обработке дымовых газов. Сепиолит, 90% частиц которого имели размер менее 600 мкм, дозировали с помощью шнека и пневматически вводили в газовый поток с температурой 150°С в количестве 12 кг/ч, затем улавливали в рукавном фильтре.

Замерили содержание тяжелых металлов: ртути и (кадмий + таллий) в дымовых газах ниже участка вдувания и расположения фильтра. Количество тяжелых металлов определяли атомной абсорбцией или эмиссионной спектроскопией индуктивно связанной плазмы:

- в твердых частицах, транспортируемых газом, уловленных фильтром и подвергшихся минерализации,

- в летучих фракциях, уловленных при барботировании специального абсорбционного раствора;

при этом содержание тяжелых металлов представляло собой сумму величин, полученных измерением тяжелых металлов в частицах и в летучих фракциях.

Показатели концентрации, полученные при сухом газе и содержании 11% кислорода, составили соответственно 50 мкм/нм³ для ртути и <10 мкм/нм³ для суммы двух других тяжелых металлов. Эти результаты вписываются в требования действующего законодательства.

Для сравнения произвели вдувание активированного угля в количестве 7 кг/ч при том же оборудовании, при этом были соблюдены предельные показатели выброса ртути и других тяжелых металлов.

Пример 2

Применили тот же сепиолит, что и в примере 1, который вдували аналогичным образом в дымовые газы другой печи для сжигания бытовых отходов при более высокой температуре, а именно 190°С. При мощности 5 т/ч эта печь образует дымовые газы в количестве 30000 нм³; в них ввели сепиолит аналогично примеру 1 из расчета 5,5 кг/ч.

Показатели концентрации ртути, замеренной выше и ниже участка введения сепиолита, описанным в примере 1 методом, составили соответственно 42 мкг/нм³ и 8 мкг/нм³, т.е. коэффициент улавливания ртути составил 80%.

Необходимо отметить, что настоящее изобретение не ограничивается приведенными выше вариантами выполнения и что в него могут быть привнесены изменения, не выходящие за пределы приложенной формулы изобретения.

1. Способ улавливания тяжелых металлов, в частности ртути, содержащихся в дымовых газах, включающий в себя этап контактирования дымовых газов с твердым сорбентом в сухом состоянии, отличающийся тем, что твердый сорбент представляет собой неорганическое, не имеющее функциональных групп соединение, выбранное из группы, состоящей из галлоизита и филосиликатов подгруппы «палыгорскито-сепиолитов» согласно классификации Дана.

2. Способ улавливания тяжелых металлов, в частности ртути, содержащихся в дымовых газах, по п.1, отличающийся тем, что указанное контактирование в сухом состоянии проводят при температуре в диапазоне от 70 до 350°С.

3. Способ улавливания тяжелых металлов, в частности ртути, содержащихся в дымовых газах, по п.1 или 2, отличающийся тем, что он дополнительно содержит этап удаления большей части кислотных загрязнителей в результате контактирования упомянутых дымовых газов с основными абсорбентами.

4. Способ улавливания тяжелых металлов, в частности ртути, содержащихся в дымовых газах, по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что указанные основные абсорбенты и неорганическое, не имеющее функциональных групп соединение, выбранное из группы, состоящей из галлоизита и филосиликатов подгруппы «палыгорскито-сепиолитов» согласно классификации Дана, применяют в виде смеси.

5. Способ улавливания тяжелых металлов, в частности ртути, содержащихся в дымовых газах, по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что указанное неорганическое, не имеющее функциональных групп соединение, выбранное из группы состоящей из галлоизита и филосиликатов подгруппы «палыгорскито-сепиолитов» согласно классификации Дана, характеризуется объемом пористости от 0,25 до 0,8 см³/г, замеренным методом BJH при десорбции азота.

6. Способ улавливания тяжелых металлов, в частности ртути, содержащихся в дымовых газах по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что неорганическое, не имеющее функциональных групп соединение, выбранное из группы, состоящей из галлоизита и филосиликатов подгруппы «палыгорскито-сепиолитов», применяют в виде порошка.

7. Способ улавливания тяжелых металлов, в частности ртути, содержащихся в дымовых газах по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что неорганическое, не имеющее функциональных групп соединение, выбранное из группы, состоящей из галлоизита и филосиликатов подгруппы «палыгорскито-сепиолитов», вводят пневматически в газовый поток.

8. Применение неорганического, не имеющего функциональных групп соединения, выбранного из группы, состоящей из галлоизита и филосиликатов подгруппы «палыгорскито-сепиолитов» согласно классификации Дана в сухом виде, для улавливания тяжелых металлов, в частности, ртути, содержащихся в дымовых газах.

9. Применение смеси из основного абсорбента и неорганического, не имеющего функциональных групп соединения, выбранного из группы, состоящей из галлоизита и филосиликатов подгруппы «палыгорскито-сепиолитов», в сухом виде при обработке дымовых газов.