Очистка газов от паров ртути

Загрязнение атмосферы ртутью происходит при выбросе газов предприятиями цветной металлургии, теплоэнергетики, химической и других отраслей промышленности. В отходящих газах ртуть и ее соединения могут находиться в виде паров и аэрозолей, а также в составе некоторых пылей (в адсорбированной или растворенной форме). Концентрация ртути изменяется в широких пределах.

Существенные различия в составе и объемах ртутьсодержащих отходящих газов определяют значительное число предложенных для их очистки методов, которые условно разделяют на физические (конденсационные, абсорбционные, адсорбционные, улавливания аэрозолей) и химические (хемосорбционные, газофазные).

Для предварительной очистки концентрированных по ртути газов обычно используют физические методы с последующей глубокой очисткой индивидуальными и комбинированными химическими методами. Хемосорбционные жидкостные методы применяют при необходимости удаления из концентрированных газов сложного состава наряду с ртутью некоторых других компонентов, особенно таких, очистка от которых сухими методами затруднена или невозможна, и обычно ограничивают небольшими объемами обрабатываемых газовых потоков. При необходимости глубокой демеркуризации значительных объемов отходящих газов наиболее часто используют адсорбционные методы. Однако промышленные адсорбенты, за исключением активных углей, весьма редко используют для демеркуризации отходящих газов.

Обработка сухих ртутьсодержащих газовых потоков немодифицированными активными углями часто осложнена присутствием в них диоксида серы, который дезактивирует адсорбент, резко снижая его поглотительную способность в отношении ртути. Однако при наличии в очищаемых газах кислорода и паров воды в адсорбенте интенсивно идет процесс окисления сорбируемого диоксида серы:

Образующаяся серная кислота взаимодействует с парами ртути с образованием HgS0₄, что обеспечивает возможность эффективной демеркуризации обрабатываемых газов. В этой связи рационально подвергать очистке влажные газы (относительная влажность 40- 100%) с высоким содержанием диоксида серы — на два-три порядка больше содержания ртути. Остаточная концентрация в газах ртути в этих условиях может достигать я 0,0075 мг/м^!. Использование термической (450°С) десорбции под вакуумом в 46,6 кПа (350 мм рт. ст.) обеспечивает в течение 60 мин 97%-ю регенерацию угля и возможность его повторного использования. Возможны и иные приемы регенерации, в частности, путем обработки насыщенного адсорбента осушенным 100%-м диоксидом серы.

Используемые для демеркуризации отходящих газов активные угли часто предварительно модифицируют путем их обработки различными сульфатирующими, галоидирующими, сульфидирующими и другими реагентами: серной кислотой, хлоридами железа и ртути, серой, сульфидами металлов и т. п.

На этом принципе основан способ санитарной очистки от паров ртути вентиляционных выбросов производства витамина В₂ (рис. 1−49).

Рис. 1-49. Схема адсорбционной установки демеркуризации вентиляционных выбросов: 1 — смеситель; 2 — калорифер; 3 — реактор; 4 — адсорбер; 5 — вентилятор.

Адсорбент готовят в реакторе путем обработки активного угля типа АР водным раствором хлорида натрия, приготовляемым в смесительной емкости, с последующей его подсушкой горячим воздухом, поступающим из калорифера. Модифицированный таким образом адсорбент через верхний люк загружают в концентрические пространства — полости цилиндрического адсорбера, образуемые перфорированными вертикальными кольцевыми стенками, и подлежащие очистке отходящие газы фильтруют через располагающиеся в них слои гранулированного угля. В результате химического взаимодействия с хлоридом натрия пары ртути связываются и удерживаются адсорбентом. По насыщении ртутью поглотитель выгружают из адсорбера и содержащуюся в нем ртуть рекуперируют пирометаллургическим методом.

При обработке 40 тыс. м³/ч вентиляционных выбросов с концентрацией ртути 0,13 мг/м³ 5,5 т загруженного в адсорбер модифицированного угля (содержание NaCl 3−5%, толщина слоя 0,2 м, поверхность фильтрации 40 м²) обеспечивают степень очистки 99,0±1,0% при скорости фильтрации газа 0,28 м/с, общем сопротивлении установки не более 1 кПа и сроке службы угля более полутора лет.

Наряду с активными углями в качестве носителей для хемосорбентов-импрегнатов могут быть использованы и другие адсорбенты (силикагели, цеолиты, глинозем) и вещества с высокоразвитой поверхностью (пемза, оксид магния, кремнезем и др), а также различные волокнистые материалы.

При очистке значительных объемов ртутьсодержащих газовых выбросов на ряде производств используют дробленую (размер зерен 4−15 мм) марганцевую руду (пиролюзит).

Очистка основана на проходящей на поверхности зерен реакции:

При наличии в очищаемых газах кислорода и диоксида серы одновременно образуются сульфаты марганца и ртути. Поскольку в газовых выбросах некоторых производств (например, в отходящих газах ртутных заводов) содержание диоксида серы значительно выше, чем ртути, с целью направленного использования пиролюзита перед контактом с ним газы очищают от диоксида серы (обычно известковым молоком). После удаления основного количества диоксида серы газы подогревают до 50−70°С с целью предупреждения конденсации находящейся в них влаги и контактируют с пиролюзитом. Демеркуризованные газы эвакуируют в атмосферу.

Насыщенный ртутью пиролюзит после выгрузки из адсорбера подвергают обработке в ротационных грохотах с целью разрушения и отсева ртутьсодержащего поверхностного слоя его зерен. Отсев с содержанием 1−2% ртути с целью извлечения последней обжигают вместе с исходной ртутьсодержащей рудой и повторно используют для газоочистки.

При обработке отходящих газов ртутных заводов в соответствии с описанной технологией в слое пиролюзита высотой 0,6 м при скорости газов в адсорбере 0,2 м/с степень их демеркуризации составляет 90−96% при затрате 20 т пиролюзита на 1 т уловленной ртути. В то же время при очистке пиролюзитом вентиляционных выбросов производства ртутных термометров остаточная концентрация ртути достигает 0,02 мг/м³ при степени демеркуризации 80%. Невысокая глубина очистки наряду с токсичностью пыли пиролюзита, повышением гидравлического сопротивления его слоя за счет самоуплотнения в процессе работы и рядом других факторов ограничивает в последнее время интерес к практическому использованию этого метода.

Помимо перечисленных твердофазных методов для очистки отходящих газов от паров ртути могут быть применены некоторые ионообменные методы, в частности с использованием зернистых или волокнистых материалов: катионита в Hg²⁺— форме или анионообменной смолы, содержащей соединения йода и адсорбированный йод.

Вопросы для повторения

• 1. Какими показателями характеризуют пористую структуру промышленных адсорбентов?
• 2. В чем сущность физического поглощения газов и паров в макро-, мезои микропорах промышленных адсорбентов?
• 3. Какие задачи газоочистки можно решать с использованием активных углей, силикагелей, алюмогелей, цеолитов, ионитов?
• 4. Что выражает изотерма (кинетическая кривая) адсорбции, в чем состоит значимость этой характеристики для практики газоочистки?
• 5. Какую информацию представляет выходная кривая динамического процесса адсобции?
• 6. В чем смысл понятий «стационарный (нестационарный) процесс адсорбции», «равновесная (неравновесная) динамика адсорбции», «стационарный (нестационарный) фронт динамики адсорбции»?
• 7. Как осуществить технологический расчет нестационарного процесса адсорбционной газоочистки?
• 8. В каких условиях рационально использование 4-х, 3-х и 2-х фазных циклов работы рекуперационных адсорбционных установок?
• 9. В чем причина низкой эффективности сорбционной очистки слабоконцентрированных нитрозных газов?
• 10. К чему сводятся преимущества твердофазной хемосорбционной очистки отходящих газов от оксидов азота?
• 11. Какова область приложения твердофазных хемосорбционных приемов очистки отходящих газов от диоксида серы?
• 12. Чем ограничено использование адсорбентов в практике очистки отходящих газов от диоксида серы?
• 13. Назовите твердофазные материалы, способные к фиксации газообразных галогенов и их производных, и охарактеризуйте условия и эффективность использования этих поглотителей.
• 14. Проведите сопоставительную оценку приемов очистки отходящих газов от сероводорода гидратом окиси железа и активным углем.
• 15. Перечислите агенты твердофазной некаталитической очистки отходящих газов от сероорганических соединений.
• 16. Охарактеризуйте сущность, условия использования и показатели сухих методов очистки отходящих газов от ртути.