[发明专利]将氧化汞转化成单质汞的方法及装置

说明书

技术领域

本发明实施例涉及含汞化合物的处理，尤其涉及当用于气体排放物中的汞监测时此类化合物分解成单质汞。

背景技术

来自矿物燃料燃烧设备的排放物，例如燃煤设备和城市生活垃圾焚烧炉的废气就包括汞。排放物包含以单质汞Hg⁰存在或以含汞化合物(例如氧化汞)的组成部分存在的汞蒸气。氧化汞通常以汞(Hg⁺²)形式存在，例如氯化汞或硝酸汞。

由于汞排放物会引发潜在的环境危害，许多国家都制定或正在酝酿法规控制废气中的汞排放量。因此所产生的气体排放物中可能含汞的设施，通常会监测排放物中总汞浓度以遵守法规。为了检测设施产生的排放物中存在的总汞量，可将气体样品中的氧化汞转化成单质汞，并测量气体样品中的单质汞总量。可采用许多不同的技术来进行这个转化。

例如，进行转化的一种技术涉及采用含SnCl₂的湿化学溶液(即湿化学方法)以将气体样品中的氧化汞转化成单质汞。该技术使气体排放物样品起泡通过湿化学溶液从而将Hg⁺²转化成Hg⁰。生成的单质浓度是氧化和单质两种形式的汞的总和。

另一种转化技术涉及加热排放物样品到约750℃。加热样品中的Hg⁺²将氧化汞分解或裂解成单质组分Hg⁰和氧化组分。在某些情况下，采用较高的温度将排放物样品中的Hg⁺²裂解成Hg⁰后，引入H₂与排放物样品中的O₂发生反应。H₂与O₂相化合形成水蒸汽，水蒸汽在经由冷凝器直接聚集时去除了分解而成的氧化组分或化合物，例如HCI和反应副产品，在它们有机会再氧化单质汞Hg之前。

发明内容

将氧化汞转化成单质汞的现有机构和技术存在许多不足之处。

如上所述，采用湿化学溶液可将氧化汞转化成单质汞。然而，湿化学方法需要熟练操作员持续关注，工作量较大，并且可导致合成物含有会对单质汞精确检测进行干扰的成分。此外，湿化学法中采用的湿化学溶液或试剂通常具有腐蚀性，会随时间耗尽，并需要用户监控和补充。

亦如上所述，在约750℃的温度，可采用热裂解将Hg⁺²转化成Hg⁰。然而，若气体样品冷却，则Hg⁰可与气体样品中存在的其它氧化剂或与热裂解反应的副产品(例如氧化组分)再化合。因而小部分Hg⁰可在分析前转化还原成Hg⁺²，导致低估了气体样品中的汞浓度。

添加H₂试剂可避免这样的再化合，但在高温带采用H₂，需要补充或更换H₂源，使得这个转化方法并不适用于所有的汞监测应用。

与将氧化汞转化成单质汞的现有转化器相比较，根据本发明实施例的改进式转化器采用加热和减压相结合。转化器对气体样品加热，以将气体样品中的氧化汞热转化成单质汞和氧化组分。转化器还可在减压下操作，以将单质汞与气体样品中存在的其它氧化剂或与热转化的副产品(例如氧化组分)的化合减至最少。结果，转化器允许对气体样品中存在的汞的总量进行精确分析。此外，改进式转化器无需引入消耗性试剂到气体样品中以辅助汞转化过程。

在一个设置中，氧化汞转化器具有界定第一室和第二室的外壳。第一室设置成接收气体样品并包含基本处于第一压力的气体样品。第二室设置成从第一室接收气体样品并包含基本处于较第一压力低的第二压力的流体样品。氧化汞转化器具有与第一室成热连通的加热器，其用于加热由第一室接收的气体样品，以将流体样品中存在的氧化汞转化成单质汞组分与氧化组分。氧化汞转化器还具有位于第一室和第二室之间的限流器，诸如或其界定了一个孔或狭窄的通道。限流器与作用于第二室的真空相结合，在使第二室中的压力建立和保持在低于第一室中的压力的同时，控制流体样品从第一室流动到第二室。在热转化(例如将氧化汞分解成单质汞组分和氧化组分)后减小气体样品的压力会使单质汞与气体样品中存在的氧化组分的再化合减至最少。单质汞的再化合或其它反应也可通过气体样品的稀释而减少或减至最少。

附图说明

本发明提出的方法及装置的上述和其它目的、特性以及优点在对以下本发明特定实施例的说明中得以体现，各附图所示的相同的标号在不同的图中表示相同的部件。附图并不一定是按比例绘制的，而侧重于阐明本发明的方法及装置的原则。