[发明专利]一种消除烟气中重金属的方法及纳米烟气脱重金属装置

说明书

(一)技术领域：

本发明涉及一种废气处理方法及装置，尤其是一种消除烟气中重金属的方法及纳米烟气脱重金属装置。

(二)背景技术：

燃煤电厂是空气中重金属(如汞、铅)含量的最大污染源，汞、铅污染会严重侵害儿童神经系统的发育而造成儿童智力的严重损坏。2011年美国环保局局长签属了一份关于减少空气中有毒物质的法律政策，规定在2016年所有燃煤和燃油发电机的汞的脱除率必需达到91％。美国每年约有将近117吨的汞排放量；而美国每一个燃煤电厂每年至少花600万～700万美元来消除汞的排放，但是目前为止美国对于汞的脱除率只能达到40％～70％的效率。同样，铅的脱除也存在类似的问题。

世界环境污染最严重的国家是印度，其次是中国，然后是美国及欧洲。以汞为例，现今中国汞的年排放量大约是一千吨，将近于美国年排放量的10倍！而据调查，国内目前尚无任何成型的脱汞工艺和设施！许多国际研发公司正努力发展和改善利用活性碳作为吸附剂的方法来控制汞废气的排放。但是不管你再如何改善吸附剂，它仍然只是一个利用物理性质来过滤的方法。而且活性碳制标不治本，它会对环境造成第二次污染。

根据中国当地科学家出版的文章披露北、上、广和沿海地区由于燃煤电厂排放汞污染已达到非常严重的地步，有些区域甚至达到危险范围。水源污染不能简单的含盖所有工业废水的污染，各燃煤企业排放的有毒有害废气经过大气环流以降雨的方式同样污染着江河大地甚至海洋。根据美国环保局2012年所做的调查，世界上10个由于燃煤工业导致空气污染最严重的城市主要分布在中国和印度。

由于有毒有害物质自身的漂移个性，我们可以不用怀疑地确信世界环保法则将会深深的锲入到各个领域包括：政治、外交、经济、贸易！

虽然汞存在于煤中的含量只有微量，但在燃烧过程中释放进大气时，它可以利用多种方式进入附近的水系统并积聚在鱼类中，制造潜在的人类健康问题。面临的挑战是，汞会以不同的化学形式从燃煤锅炉中被释放，这取决于煤的类型与焚烧设备的种类。烟气中的汞(Hg)存在三种不同的形式，元素汞(Hg⁰)、氧化汞(Hg⁺¹与Hg⁺²)、与颗粒结合汞(Hg_p)。元素汞在煤燃烧过程中被释放，当烟气冷却时，它会因天然煤中过量的氯气而转化成HgCl₂(以Hg⁺¹与Hg⁺²的形式)。另外的元素汞和氧化汞均可依附在飞尘颗粒的固体表面，而形成颗粒态汞。氧化汞与颗粒态汞容易通过污染控制技术来捕获；然而、元素汞极易挥发，并具有非常低的水溶解度，这使得它能够通过排气系统逃离。此外、元素汞因其5d¹⁰6S²稳定的电子构型在化学氧化中具有非常高的持久性，即使是在气体环境下。元素汞可通过风吹与气流行驶很长的距离；然后再通过雨滴降临到地球表面。

到目前为止，只有一个具有减少汞排放能力的方法被肯定，那就是注入活性碳(ACI)。目前多数环保技术的研究强调活性碳注入(ACI)是作为主要控制汞减排的技术。活性碳(一个最常用于去除异味与饮用水系统中污染物的物质)已被证明在吸收燃煤锅炉烟气中的汞上具有几分令人满意的效果。汞粘附至活性碳颗粒，然后通过下游的颗粒控制装置，例如静电除尘器或袋滤器除去。活性碳(高度加工，含有大量微孔的碳)吸收气态形式的汞，并将其转换为可以被捕获的微粒形式。然而、已经有报道称，烟气中高含量硫的出现会大幅损害活性碳的性能。此外、因为烟气中的汞比其它有害物质的相对浓度来说非常的低，因此与ACI吸附剂短暂的接触时间(小于3秒)需要非常大量的活性碳以达到预想的效果。为了实现汞的高去除率(>91％)，碳与汞(C/Hg)在烟气中所需的比率已被证实为3000～20000比1(w/w)，具体取决于过程条件。尽管活性碳本身的价格相对低廉，但操作整个ACI系统的成本非常昂贵。此外、不仅是除去足够数量的汞废物需要巨量的活性碳；活性碳本身亦是一个恶化我们环境的来源。如何处置载汞活性碳成为了一个难题。如果活性碳中含有少于260ppm的汞，法规允许它被稳定化的填埋(例如封在混凝土中)。然而、多年来被埋藏的汞终会漏出，而污染我们的地下水。含有大于260ppm汞的活性碳被认为属于高汞子类别，并被禁止填埋。高汞含量的ACI必须永远存储在偏远地区的仓库。处置载汞活性碳的问题将成为一个全球性的困境。同样地，如何有效的消除烟气中的铅，也是急需解决的问题。

(三)发明内容：