CN110755999A - 一种全流程流态化活性焦脱汞回收工艺及系统 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种全流程流态化活性焦脱汞回收工艺及系统，包括流化脱汞装置、气固分离装置、微波再生装置、冷凝装置及煤热解装置；流化脱汞装置的气相进口连接脱硫装置的烟气出口，煤热解装置的活性焦出口连接流化脱汞装置的活性焦进口，煤热解装置的热解气出口连接微波再生装置的气相进口，流化脱汞装置的出口连接气固分离装置的进口，气固分离装置的乏焦出口连接微波再生装置的乏焦进口，微波再生装置的气相出口连接冷凝装置。本公开能将燃煤中的汞回收利用后不仅解决环境污染问题并且能够缓解汞的进口量。
Description
技术领域
本公开属于燃煤锅炉的烟气脱汞及大气污染控制技术领域，涉及一种全流程流态化活性焦脱汞回收工艺及系统。
背景技术
这里的陈述仅提供与本公开有关的背景信息，而不必然构成现有技术。
中国是燃煤大国，汞是继二氧化硫、氮氧化物、粉尘之后的第四大污染物，燃煤排放的汞被认为是大气中汞污染的主要来源，其排出总量占到人为活动总汞量的三分之一。汞具有高的毒性、高挥发性，并且在生物体内和食物链中具有永久累积性的有毒物质,对人类的生存构成很大的威胁，尤其对婴幼儿的神经发育影响很大，因此已引起国内外学者的广泛关注。
现有的吸附技术是现阶段探索的热点，主要有钙基类吸附剂主要对Hg2+的吸附率较高，容易获取，而且价格低廉，但是对Hg0的吸附率较低。飞灰吸附剂电厂自身具备，不需要再次购买，但是吸附效率较低，很多探索者通常尝试改性飞灰可以提高一定的吸附率。活性炭喷射技术吸附汞在国内外广泛的应用，主要因为活性炭具有高的比表面积，发达的孔隙结构，对氮氧化物、二氧化硫、单质汞都有很好吸附性能，但是活性炭运行成本高，限制了大规模应用。因此开发廉价高效的吸附剂来代替活性炭是可行的途径。活性半焦是通过褐煤热解后进一步活化得到的产物，由于活性半焦尚未热解完全内部含有较多的氢、氧官能团，有较丰富的孔隙及表面结构，并且价格只有活性碳的一半，对Hg0有很好的吸附效果。因此，活性半焦具有很好的应用前景和经济效益。现有的主流的脱汞技术主要有喷射技术，包括活性炭喷射技术、石油焦喷射技术以及其他改性吸附剂的喷射技术，在工艺上主要有流化床喷射技术以及烟道喷射技术，但是以上喷射技术不能满足各行各业吸附脱汞的需求。催化氧化法能够高效的将零价汞氧化成二价汞进一步通过脱硫装置给去除，然而脱硫废水中的汞含量超标21～270倍以上，而产生的产品脱硫石膏中汞的含量超标达20～100倍，二价汞会进一步溶解进入水中进一步会危害人类健康。全球汞的排放量在2500～2800吨，中国每年燃煤汞的排放量达到270左右吨，目前中国的汞每年消耗量为1000吨左右，而国内的汞年产量仅500吨左右。活性炭喷射技术是目前唯一商业化的技术，该技术除了存在上述问题外，还有单质汞资源的浪费。中国专利CN201310064055.4公开了一种烟气联合脱硫脱硝脱汞装置及其方法，该装置对单质汞具有很好的吸附效率，但是，本公开发明人研究发现，该装置无法对重金属的进行回收，在一定程度上会使汞资源浪费。
发明内容
本公开的目的是提供一种全流程流态化活性焦脱汞回收工艺及系统，能将燃煤中的汞回收利用后不仅解决环境污染问题并且能够缓解汞的进口量。本发明提出的全流程包括吸附汞的活性焦的制备，活性焦流态化吸附，活性焦的解吸和汞的回收几个装置，该工艺并非几个装置的简单组合。
为了实现上述目的，本公开的技术方案为：
一方面，一种全流程流态化活性焦脱汞回收系统，包括流化脱汞装置、气固分离装置、微波再生装置、冷凝装置及煤热解装置；
所述流化脱汞装置为活性焦吸附脱汞的流化床设备，所述气固分离装置为能够将气相与固相分离的设备或设备组，所述微波再生装置能够利用微波进行加热的设备或设备组，所述冷凝装置为能够对物料进行冷却的设备或设备组，所述煤热解装置为能够将煤热解为粉状活性焦的设备或设备组；
流化脱汞装置的气相进口连接脱硫装置的烟气出口，煤热解装置的活性焦出口连接流化脱汞装置的活性焦进口，煤热解装置的热解气出口连接微波再生装置的气相进口，流化脱汞装置的出口连接气固分离装置的进口，气固分离装置的乏焦出口连接微波再生装置的乏焦进口，微波再生装置的气相出口连接冷凝装置。
本公开是基于粉状活性焦对单质汞的吸附与解析的原理实现对锅炉燃煤烟气中的单质汞进行脱除、回收。在研究粉状活性焦吸附单质汞的过程中发现，烟气中硫氧化物的存在影响粉状活性焦对单质汞的吸附效率，因而本公开将脱汞装置设置在脱硫装置之后。在研究载有汞的乏焦解吸的过程中发现，采用微波将载有汞的乏焦进行解吸时，其解吸气中不仅含有单质汞，而且含有二价汞，使得单质汞的回收效率降低，经过进一步研究发现，对乏焦进行解吸时，通常需要提供氮气作为解吸气氛，在这种解吸气氛，经过微波的作用，使得部分单质汞失去电子形成二价汞。为了避免产生的二价汞影响单质汞的回收率，本公开直接采用煤热解装置的热解气作为解吸气氛，热解气中含有大量还原性气体，能够避免单质汞失去电子，从而保证了单质汞的回收效率。同时，煤热解装置产生的热解气中含有大量显热，能够为乏焦解吸直接提供热量，不仅降低微波产生热量的能耗，而且协同微波处理，提高单质汞从乏焦中解吸的效率，而且热解气中含有水、二氧化碳，还能作为活性剂，对解吸后的活性焦进行扩孔活化。
另一方面，一种全流程流态化活性焦脱汞回收工艺，提供上述系统，燃煤烟气经过脱硝、脱硫后获得含单质汞的烟气，对煤进行热解获得粉状活性焦和热解气，将粉状活性焦进行流态化，采用流态化粉状活性焦对含单质汞的烟气中的单质汞进行吸附获得含有乏焦的烟气，将含有乏焦的烟气进行气固分离获得乏焦，将乏焦在热解气的气氛下经过微波处理，使得乏焦中的单质汞解吸，获得含汞热解气，将含汞热解气进行冷凝，使含汞热解气中的单质汞分离。
本公开的有益效果为：
1.本公开利用热解制焦获得粉状活性焦和热解气，利用粉状活性焦进行流态化脱汞能够充分脱除烟气中的汞，在热解气氛围下，经过微波处理能够最大限度的释放吸附的汞，并且微波能够进一步起到扩孔作用，使活性焦的吸附能力进一步提高。最后通过冷凝高效获得单质汞成品。
2.本公开的工艺具有工艺简单、无二次污染、资源可再生利用等优点，并对单质汞进行冷凝回收。
附图说明
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
图1为本公开实施例的全流程流态化活性焦脱汞回收的工艺流程图；
其中，1、锅炉；2、脱硝装置；3、静电除尘器；4、脱硫装置；5、脱汞塔；6、微波再生装置；7、一级冷凝器；8、二级冷凝器；9、粉状焦炭制备系统；10、活性焦储料仓；11、气固分离装置；12、乏焦储料仓。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
鉴于现有技术难以对燃煤烟气中的单质汞进行高效回收的问题，本公开提出了一种全流程流态化活性焦脱汞回收工艺及系统。
本公开的一种典型实施方式，提供了一种全流程流态化活性焦脱汞回收系统，包括流化脱汞装置、气固分离装置、微波再生装置、冷凝装置及煤热解装置；
所述脱硝装置为能够进行脱除氮氧化物的设备或设备组，所述除尘为能够脱除烟尘或粉尘的设备或设备组，所述脱硫装置为能够进行脱除硫氧化物的设备或设备组，所述流化脱汞装置为活性焦吸附脱汞的流化床设备，所述气固分离装置为能够将气相与固相分离的设备或设备组，所述微波再生装置能够利用微波进行加热的设备或设备组，所述冷凝装置为能够对物料进行冷却的设备或设备组，所述煤热解装置为能够将煤热解为粉状活性焦的设备或设备组；
流化脱汞装置的气相进口连接脱硫装置的烟气出口，煤热解装置的活性焦出口连接流化脱汞装置的活性焦进口，煤热解装置的热解气出口连接微波再生装置的气相进口，流化脱汞装置的出口连接气固分离装置的进口，气固分离装置的乏焦出口连接微波再生装置的乏焦进口，微波再生装置的气相出口连接冷凝装置。
本公开将脱汞装置设置在脱硫装置之后，能够提高粉状活性焦对单质汞的吸附效率。其次，本公开直接采用煤热解装置的热解气作为解吸气氛，热解气中含有大量还原性气体，能够避免单质汞失去电子，从而保证了单质汞的回收效率。同时，煤热解装置产生的热解气中含有大量显热，能够为乏焦解吸直接提供热量，不仅降低微波产生热量的能耗，而且协同微波处理，提高单质汞从乏焦中解吸的效率，而且热解气中含有水、二氧化碳，还能作为活性剂，对解吸后的活性焦进行扩孔活化。
该系统还包括脱硝装置、除尘装置、脱硫装置，其中，脱硝装置、除尘装置、脱硫装置按照锅炉烟气的流向依次连接。
该实施方式的一种或多种实施例中，微波再生装置的活性焦出口连接流化脱汞装置的活性焦进口。能够利用解吸后的活性焦对燃煤烟气中的单质汞进行，且解吸后的活性焦对单质汞的吸附效率更高。
该实施方式的一种或多种实施例中，微波再生装置的活性焦出口连接的燃料进口。活性焦在一定循环次数内，吸附效率会随着循环次数的增加而增加，但是超过该循环次数后，吸附效率急剧下降，本公开将该部分活性焦作为锅炉燃料，能够降低能源消耗。
该实施方式的一种或多种实施例中，气固分离装置的乏焦出口与微波再生装置的乏焦进口之间的连接管道安装乏焦储料仓。通过乏焦储料仓能够控制进入微波再生装置的乏焦量。
该实施方式的一种或多种实施例中，煤热解装置的活性焦出口与流化脱汞装置的活性焦进口之间的连接管道安装活性焦储料仓。通过活性焦储料仓能够控制进入流化脱汞装置的活性焦量。
该实施方式的一种或多种实施例中，流化脱汞装置的烟气进口设置在顶部，流化脱汞装置的活性焦进口设置在上部，烟气进口位于活性焦进口的上部。含汞烟气与粉状活性焦的接触方式存在逆流接触和顺流接触。一般来说，逆流接触能够增加两种物料的接触时间，从而增加处理效果，但是，本公开的粉状活性焦颗粒较细，质量较轻，当选择逆流接触时，反而使含汞烟气与粉状活性焦接触不完全，难以完全吸附；同时，逆流接触时，活性焦进口需设置在下部或底部，影响吸附单质汞的乏焦的采出。本公开采用顺流接触，不仅能够避免上述问题，而且顺流接触，在含汞烟气从烟气出口喷出时，其压力较大，会增加粉状活性焦与含汞烟气的接触时间，从而增加粉状活性焦的吸附效果。
该实施方式的一种或多种实施例中，微波再生装置内装有气固分离装置，使得活性焦再生后能够从热解气中分离出来。
该实施方式的一种或多种实施例中，所述煤热解装置内装有特定排布的导流板和布气结构，使活性焦与气体充分混合，快速热解得到粒径更加均匀的粉状活性焦。
该实施方式的一种或多种实施例中，所述冷凝装置由一级冷凝器和二级冷凝器串联组成。汞蒸汽先进入一级冷凝浓缩，达到饱和浓度，进一步进入二级冷凝进行回收，这样能够高效的获得单质汞成品。
本公开的另一种实施方式，提供了一种全流程流态化活性焦脱汞回收工艺，提供上述系统，燃煤烟气经过脱硝、脱硫后获得含单质汞的烟气，对煤进行热解获得粉状活性焦和热解气，将粉状活性焦进行流态化，采用流态化粉状活性焦对含单质汞的烟气中的单质汞进行吸附获得含有乏焦的烟气，将含有乏焦的烟气进行气固分离获得乏焦，将乏焦在热解气的气氛下经过微波处理，使得乏焦中的单质汞解吸，获得含汞热解气，将含汞热解气进行冷凝，使含汞热解气中的单质汞分离。
该实施方式的一种或多种实施例中，粉状活性焦的粒径为在80～150μm。
该实施方式的一种或多种实施例中，吸附温度为70～120℃。当吸附温度为79～81℃时，吸附效率更好。
该实施方式的一种或多种实施例中，粉状活性焦与含汞烟气的停留时间为5～10min。
该实施方式的一种或多种实施例中，热解制焦的条件为：给料N2量为6L/min；给料量为2.91g/min；制备温度为800℃-900℃；CO2(8-12％)流量为1.91L/min；O2(4-8％)流量为0.95L/min；H2O(g)(6-8％)流量为(1.59L/min)；停留时间为5s～8s。
该实施方式的一种或多种实施例中，微波功率为100～500W。
该实施方式的一种或多种实施例中，解吸时间为5～10min。
本公开的全流程流态化活性焦脱汞回收工艺，如图1所示：
1)煤炭进入粉状焦炭制备系统9，经高温热解得到粉末活性焦和热解气，粉末活性焦进入活性焦储料仓10，热解气进入微波再生装置6。
2)锅炉1产生的烟气经脱硝装置2、静电除尘器3、脱硫装置4后经上方布风板均匀进入脱汞塔5，与从上方喷淋的活性焦混合，活性焦对烟气中的汞进行吸附。
3)吸附后的气固混合物进入气固分离器11，分离出的饱和活性焦进入乏焦储料仓12。乏焦储料仓12中的饱和活性焦经过微波再生装置6再生后一部分活性焦送到脱汞塔，一部分直接送到锅炉中燃烧提供热源。
4)解吸后汞蒸汽进入到一级冷凝器7，汞蒸汽达到饱和点。进一步进入二级冷凝器8将饱和汞蒸汽冷却至冷凝点，进一步回收。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本公开的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本公开的技术方案。
实施例1
粒径为80～100μm的粉状煤炭进入粉状焦炭制备系统，在800℃热解得到粉末活性焦送入活性焦储料仓。锅炉中煤燃烧产生的烟气，经脱硝、除尘、脱硫后由脱汞塔上方布风板进入塔内，此时汞浓度为50μg/m3，与从上方喷淋的活性焦混合，活性焦在120℃条件下对烟气中的汞进行脱除。
反应后的气固混合物进入气固分离器，分离出的饱和活性焦进入乏焦储料仓。乏焦储料仓中的饱和活性焦经过微波再生装置(200W)在热解气气氛下再生后一部分活性焦送到脱汞塔，一部分直接送到锅炉中燃烧提供热源。解吸后汞蒸汽进入到一级冷凝器，汞蒸汽达到饱和点。进一步进入二级冷凝器将饱和汞蒸汽冷却至冷凝点，进一步回收。
活性焦使用第一次对烟气中的汞去除率为92.9％，汞的回收率为98.5％；活性焦使用第二次对烟气中的汞去除率为93.2％，汞的回收率为98.7％；活性焦使用第三次对烟气中的汞去除率为95.3％，汞的回收率为98.6％。当使用3次时，活性焦对烟气中汞的去除率最大。之后去除率逐渐下降，活性焦使用第七次对烟气中的汞去除率为82.4％。此时，汞的回收率可达99％。
实施例2
粒径为80～100μm的粉状煤炭进入粉状焦炭制备系统，在800℃热解得到粉末活性焦送入活性焦储料仓。锅炉中煤燃烧产生的烟气，经脱硝、除尘、脱硫后由脱汞塔上方布风板进入塔内，此时汞浓度为50μg/m3，与从上方喷淋的活性焦混合，活性焦在120℃条件下对烟气中的汞进行脱除。
反应后的气固混合物进入气固分离器，分离出的饱和活性焦进入乏焦储料仓。乏焦储料仓中的饱和活性焦经过微波再生装置(200W)在N2气氛下再生后一部分活性焦送到脱汞塔，一部分直接送到锅炉中燃烧提供热源。解吸后汞蒸汽进入到一级冷凝器，汞蒸汽达到饱和点。进一步进入二级冷凝器将饱和汞蒸汽冷却至冷凝点，进一步回收。
活性焦使用第一次对烟气中的汞去除率为92.9％，汞的回收率为92.4％；活性焦使用第二次对烟气中的汞去除率为93.1％，汞的回收率为91.9％；活性焦使用第三次对烟气中的汞去除率为95.1％，汞的回收率为92.1％。当使用3次时，活性焦对烟气中汞的去除率最大。之后去除率逐渐下降，活性焦使用第七次对烟气中的汞去除率为80.4％。此时，汞的回收率可达93％。
实施例3
粒径为120～150μm的粉状煤炭进入粉状焦炭制备系统，在850℃热解得到粉末活性焦送入活性焦储料仓。锅炉中煤燃烧产生的烟气，经脱硝、除尘、脱硫后由脱汞塔上方布风板进入塔内，此时汞浓度为50μg/m3，与从上方喷淋的活性焦混合，活性焦在80℃条件下对烟气中的汞进行脱除。
反应后的气固混合物进入气固分离器，分离出的饱和活性焦进入乏焦储料仓。乏焦储料仓中的饱和活性焦经过微波再生装置(400W)在热解气气氛下再生后一部分活性焦送到脱汞塔，一部分直接送到锅炉中燃烧提供热源。解吸后汞蒸汽进入到一级冷凝器，汞蒸汽达到饱和点。进一步进入二级冷凝器将饱和汞蒸汽冷却至冷凝点，进一步回收。
活性焦使用第一次对烟气中的汞去除率为95.1％，汞的回收率为98.2％；活性焦使用第二次对烟气中的汞去除率为96.3％，汞的回收率为98.7％；活性焦使用第三次对烟气中的汞去除率为96.8％，汞的回收率为98.4％；当使用3次时，活性焦对烟气中汞的去除率最大。之后去除率逐渐下降，活性焦使用第七次对烟气中的汞去除率为84.8％。此时，汞的回收率可达99％。
实施例4
粒径为80～100μm的粉状煤炭进入粉状焦炭制备系统，在900℃热解得到粉末活性焦送入活性焦储料仓。锅炉中煤燃烧产生的烟气，经脱硝、除尘、脱硫后由脱汞塔上方布风板进入塔内，此时汞浓度为50μg/m3，与从上方喷淋的活性焦混合，活性焦在70℃条件下对烟气中的汞进行脱除。
反应后的气固混合物进入气固分离器，分离出的饱和活性焦进入乏焦储料仓。乏焦储料仓中的饱和活性焦经过微波再生装置(500W)在热解气气氛下再生后一部分活性焦送到脱汞塔，一部分直接送到锅炉中燃烧提供热源。解吸后汞蒸汽进入到一级冷凝器，汞蒸汽达到饱和点。进一步进入二级冷凝器将饱和汞蒸汽冷却至冷凝点，进一步回收。
活性焦使用第一次对烟气中的汞去除率为94％，汞的回收率为98.4％；活性焦使用第二次对烟气中的汞去除率为95.1％，汞的回收率为98.2％；活性焦使用第三次对烟气中的汞去除率为95.3％，汞的回收率为98.6％；当使用3次时，活性焦对烟气中汞的去除率最大。之后去除率逐渐下降，活性焦使用第七次对烟气中的汞去除率为78.3％。此时，汞的回收率可达99％。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种全流程流态化活性焦脱汞回收系统，其特征是，包括流化脱汞装置、气固分离装置、微波再生装置、冷凝装置及煤热解装置；
流化脱汞装置的气相进口连接脱硫装置的烟气出口，煤热解装置的活性焦出口连接流化脱汞装置的活性焦进口，煤热解装置的热解气出口连接微波再生装置的气相进口，流化脱汞装置的出口连接气固分离装置的进口，气固分离装置的乏焦出口连接微波再生装置的乏焦进口，微波再生装置的气相出口连接冷凝装置。
2.如权利要求1所述的全流程流态化活性焦脱汞回收系统，其特征是，微波再生装置的活性焦出口连接流化脱汞装置的活性焦进口。
3.如权利要求1所述的全流程流态化活性焦脱汞回收系统，其特征是，微波再生装置的活性焦出口连接的燃料进口。
4.如权利要求1所述的全流程流态化活性焦脱汞回收系统，其特征是，气固分离装置的乏焦出口与微波再生装置的乏焦进口之间的连接管道安装乏焦储料仓。
5.如权利要求1所述的全流程流态化活性焦脱汞回收系统，其特征是，煤热解装置的活性焦出口与流化脱汞装置的活性焦进口之间的连接管道安装活性焦储料仓。
6.如权利要求1所述的全流程流态化活性焦脱汞回收系统，其特征是，流化脱汞装置的烟气进口设置在顶部，流化脱汞装置的活性焦进口设置在上部，烟气进口位于活性焦进口的上部。
7.如权利要求1所述的全流程流态化活性焦脱汞回收系统，其特征是，所述冷凝装置由一级冷凝器和二级冷凝器串联组成。
8.一种全流程流态化活性焦脱汞回收工艺，其特征是，提供权利要求1～7任一所述的系统，燃煤烟气经过脱硝、脱硫后获得含单质汞的烟气，对煤进行热解获得粉状活性焦和热解气，将粉状活性焦进行流态化，采用流态化粉状活性焦对含单质汞的烟气中的单质汞进行吸附获得含有乏焦的烟气，将含有乏焦的烟气进行气固分离获得乏焦，将乏焦在热解气的气氛下经过微波处理，使得乏焦中的单质汞解吸，获得含汞热解气，将含汞热解气进行冷凝，使含汞热解气中的单质汞分离。
9.如权利要求8所述的全流程流态化活性焦脱汞回收工艺，其特征是，粉状活性焦的粒径为在80～150μm；
或，吸附温度为70～120℃；优选的，吸附温度为79～81℃；
或，粉状活性焦与含汞烟气的停留时间为5～10min。
10.如权利要求8所述的全流程流态化活性焦脱汞回收工艺，其特征是，微波功率为100～500W；
或，解吸时间为5～10min。
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