本发明涉及烟气净化技术领域，尤其涉及一种基于clp过程的燃煤烟气中汞脱除回收及吸附剂再生方法。
背景技术：
我国是世界上最大的煤炭生产国与消费国。燃煤带来的环境污染物居高不下，其中，汞及其化合物已成为燃煤烟气中继粉尘、sox、nox之后的第四大污染物。汞是一种有毒的重金属元素，由于其较强的挥发性、迁移性、累积性，对人类健康和自然环境产生严重的威胁。我国于2011颁布《火电厂大气污染物排放标准》规定燃煤电厂汞及其化合物的排放标准是30μg/nm3，中国环境与发展国际合作委员会特别政策研究组(spsteam)建议将我国目前执行的燃煤火力发电的汞排放限值进一步严格：至2020年修订为3μg/nm3。面对日益严格的环保标准，研发出具有我国自主知识产权的燃煤电厂经济高效的脱汞技术，不仅能切实减少汞污染物对生态环境和人类健康的危害，而且能有效缓解我国履行汞减排国际公约的压力。目前的汞脱除技术主要分为三类：燃烧前脱除(洗选煤技术、煤温和热解等)、燃烧中脱除(向炉膛喷入添加剂或催化剂等)、燃烧后脱除(利用现有烟气净化设备进行汞的协同减排、脱汞吸附剂等)，这些脱汞技术虽然能将煤中的汞较为有效地转移，减少进入大气环境中的汞含量，但是转移后的汞富集于洗煤液、飞灰、底渣等液体或固体副产物中，均存在二次污染的问题，没有实现本质上的脱除，极大地降低了宝贵自然资源汞的利用率。因此，发展高效燃煤汞脱除、汞脱附回收利用、吸附剂循环再生技术具有重要的科学创新意义和巨大的潜在工业应用价值。
专利cn103285711a公开了一种净化回收尾气中汞的方法，选取冶炼厂或硫酸厂的原料锌精矿、铅精矿、铜精矿或硫铁矿等作为脱汞物质，通过颗粒喷射等方式与烟气接触，从而脱除烟气中的汞，然后将吸附后的富汞物质返回炉窑重新利用，在炉窑中使汞挥发，将其回收。该方法能够实现汞的脱除和回收利用，但由于所选用的脱汞物质是冶炼厂或硫酸厂的原料，无法重新活化再利用，无法实现循环脱除回收利用的目的。专利cn102489116a公开了一种可回收吸附剂的燃煤烟气脱汞方法及装置，利用nabr、naso4、草酸钠、丁醇和ki组成的混合物水溶液对普通粉末活性炭进行恒温浸泡改性，提高了脱汞效率，同时加热提纯副产汞，实现了汞的回收再利用。但是在每次脱汞后，仅仅是对含汞吸附剂进行了脱附，并没有进行再次浸渍改性活化，这样一来，活性炭表面的活性位必然大大减少。该专利虽然加入了新鲜的活性炭吸附剂，与再生的活性炭吸附剂进行混合，但是上一次脱附后的那部分活性炭并不能得到真正意义上的循环利用，而且不断添加进来的新鲜活性炭需要在该系统外进行改性，增加了成本也无法达到在线改性的效果。
技术实现要素：
本发明的目的是为了解决现有技术中存在资源不能循环利用的缺点，而提出的一种基于clp过程的燃煤烟气中汞脱除回收及吸附剂再生方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
设计一种基于clp过程的燃煤烟气中汞脱除回收及吸附剂再生方法，包括以下步骤：
s1、汞氧化吸附脱除过程：含汞烟气自第一进气口进入汞氧化吸附脱除反应器内与金属化合物载体吸附剂接触反应，将烟气中的元素汞氧化为二价汞，停留于载体吸附剂表面，形成富汞吸附剂；
s2、汞脱附回收过程：汞氧化吸附脱除反应器中的富汞吸附剂经第二管道进入汞脱附反应器，并经第二进气口向汞脱附反应器内通入惰性气体，同时对富汞吸附剂进行加热脱附，停留于吸附剂表面的二价汞重新以气态元素汞的形式完全释放，脱附产生的富汞气体被惰性气体带出，经第四管道进入汞冷凝回收装置进行汞回收，并得到脱附后的载体吸附剂；
s3、吸附剂活化再生过程：脱附后的载体吸附剂经第三管道进入吸附剂活化反应器，同时经第三进气口向吸附剂活化反应器内通入活化气体，并加热对吸附剂活化再生，活化再生后的载体吸附剂经第一管道返回汞氧化吸附脱除反应器内实现循环使用。
优选的，s1中金属化合物载体吸附剂与含汞烟气体积之比为100-2000mg/m3。
优选的，s1所使用的金属化合物载体吸附剂为金属氧化物meox或金属硫化物fesx，me代表mn或co。
优选的，汞氧化吸附脱除反应器内部温度为80℃-180℃。
优选的，s2中惰性气体为氮气、氦气、氩气中的一种或几种的组合。
优选的，脱附反应器内的温度为250℃-500℃。
优选的，吸附剂活化再生反应器内的温度为250℃-350℃。
优选的，s3中通入的活化气体为空气和h2s气体的混合气。
本发明提出的一种基于clp过程的燃煤烟气中汞脱除回收及吸附剂再生方法，有益效果在于：
1、基于化学链技术(clp)的反应过程可以使整个系统的能量和
2、实现汞的脱附回收利用，减轻污染的同时提高了宝贵的自然资源汞的可利用率；
3、实现了脱汞载体吸附剂的在线活化再生循环利用，大大降低脱汞成本；
4、实现了吸附脱汞-加热脱附-气体改性活化再生连续循环过程，而且吸附剂的使用时间更长。
附图说明
图1为本发明提出的一种基于clp过程的燃煤烟气中汞脱除回收及吸附剂再生方法的工艺流程图。
图中：第一进气口1、第一管道2、汞氧化吸附脱除反应器3、第二管道4、第二进气口5、汞脱附反应器6、第三管道7、第三进气口8、吸附剂活化反应器9、第四管道10、汞冷凝回收装置11、第一出料口12、第二出料口13、出气口14。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1
参照图1，一种基于clp过程的燃煤烟气中汞脱除回收及吸附剂再生方法，包括以下步骤：
s1、汞氧化吸附脱除过程：含汞烟气自第一进气口1以5m/s的速度进入汞氧化吸附脱除反应器3内与金属化合物载体吸附剂接触反应，汞氧化吸附脱除反应器3内部温度为80℃，脱汞后的洁净烟气从出气口14排出；
将烟气中的元素汞氧化为二价汞，停留于载体吸附剂表面，形成富汞吸附剂,金属化合物载体吸附剂与含汞烟气体积之比为100mg/m3；s1所使用的金属化合物载体吸附剂为金属氧化物mnox；
s2、汞脱附回收过程：汞氧化吸附脱除反应器3中的富汞吸附剂经第二管道4进入汞脱附反应器6，并经第二进气口5向汞脱附反应器6内通入惰性气体，s2中惰性气体为氮气；
同时对富汞吸附剂进行加热脱附，脱附反应器6内的温度为250℃；停留于吸附剂表面的二价汞重新以气态元素汞的形式完全释放，脱附产生的富汞气体被惰性气体带出，经第四管道10进入汞冷凝回收装置11进行汞回收，并得到脱附后的载体吸附剂；富汞气体在汞冷凝回收装置11中冷却后，高浓度汞从第一出料口12流出，输出工业副产品从第二出料口13输出；
s3、吸附剂活化再生过程：脱附后的载体吸附剂经第三管道7进入吸附剂活化反应器9，同时经第三进气口8向吸附剂活化反应器9内通入活化气体，s3中通入的活化气体为空气和h2s气体的混合气；并加热对吸附剂活化再生，吸附剂活化再生反应器9内的温度为250℃；活化再生后的载体吸附剂经第一管道2返回汞氧化吸附脱除反应器3内实现循环使用。
实施例2
参照图1，一种基于clp过程的燃煤烟气中汞脱除回收及吸附剂再生方法，包括以下步骤：
s1、汞氧化吸附脱除过程：含汞烟气自第一进气口1以5m/s的速度进入汞氧化吸附脱除反应器3内与金属化合物载体吸附剂接触反应，汞氧化吸附脱除反应器3内部温度为90℃，脱汞后的洁净烟气从出气口14排出；
将烟气中的元素汞氧化为二价汞，停留于载体吸附剂表面，形成富汞吸附剂,金属化合物载体吸附剂与含汞烟气体积之比为200mg/m3；s1所使用的金属化合物载体吸附剂为金属氧化物coox；
s2、汞脱附回收过程：汞氧化吸附脱除反应器3中的富汞吸附剂经第二管道4进入汞脱附反应器6，并经第二进气口5向汞脱附反应器6内通入惰性气体，s2中惰性气体为氦气；
同时对富汞吸附剂进行加热脱附，脱附反应器6内的温度为300℃；停留于吸附剂表面的二价汞重新以气态元素汞的形式完全释放，脱附产生的富汞气体被惰性气体带出，经第四管道10进入汞冷凝回收装置11进行汞回收，并得到脱附后的载体吸附剂；富汞气体在汞冷凝回收装置11中冷却后，高浓度汞从第一出料口12流出，输出工业副产品从第二出料口13输出；
s3、吸附剂活化再生过程：脱附后的载体吸附剂经第三管道7进入吸附剂活化反应器9，同时经第三进气口8向吸附剂活化反应器9内通入活化气体，s3中通入的活化气体为空气和h2s气体的混合气；并加热对吸附剂活化再生，吸附剂活化再生反应器9内的温度为320℃；活化再生后的载体吸附剂经第一管道2返回汞氧化吸附脱除反应器3内实现循环使用。
实施例3
参照图1，一种基于clp过程的燃煤烟气中汞脱除回收及吸附剂再生方法，包括以下步骤：
s1、汞氧化吸附脱除过程：含汞烟气自第一进气口1以5m/s的速度进入汞氧化吸附脱除反应器3内与金属化合物载体吸附剂接触反应，汞氧化吸附脱除反应器3内部温度为120℃，脱汞后的洁净烟气从出气口14排出；
将烟气中的元素汞氧化为二价汞，停留于载体吸附剂表面，形成富汞吸附剂,金属化合物载体吸附剂与含汞烟气体积之比为1000mg/m3；s1所使用的金属化合物载体吸附剂为金属硫化物fesx；
s2、汞脱附回收过程：汞氧化吸附脱除反应器3中的富汞吸附剂经第二管道4进入汞脱附反应器6，并经第二进气口5向汞脱附反应器6内通入惰性气体，s2中惰性气体为氩气；
同时对富汞吸附剂进行加热脱附，脱附反应器6内的温度为400℃；停留于吸附剂表面的二价汞重新以气态元素汞的形式完全释放，脱附产生的富汞气体被惰性气体带出，经第四管道10进入汞冷凝回收装置11进行汞回收，并得到脱附后的载体吸附剂；富汞气体在汞冷凝回收装置11中冷却后，高浓度汞从第一出料口12流出，输出工业副产品从第二出料口13输出；
s3、吸附剂活化再生过程：脱附后的载体吸附剂经第三管道7进入吸附剂活化反应器9，同时经第三进气口8向吸附剂活化反应器9内通入活化气体，s3中通入的活化气体为空气和h2s气体的混合气；并加热对吸附剂活化再生，吸附剂活化再生反应器9内的温度为320℃；活化再生后的载体吸附剂经第一管道2返回汞氧化吸附脱除反应器3内实现循环使用。
实施例4
参照图1，一种基于clp过程的燃煤烟气中汞脱除回收及吸附剂再生方法，包括以下步骤：
s1、汞氧化吸附脱除过程：含汞烟气自第一进气口1以5m/s的速度进入汞氧化吸附脱除反应器3内与金属化合物载体吸附剂接触反应，汞氧化吸附脱除反应器3内部温度为180℃，脱汞后的洁净烟气从出气口14排出；
将烟气中的元素汞氧化为二价汞，停留于载体吸附剂表面，形成富汞吸附剂,金属化合物载体吸附剂与含汞烟气体积之比为2000mg/m3；s1所使用的金属化合物载体吸附剂为金属硫化物fesx；
s2、汞脱附回收过程：汞氧化吸附脱除反应器3中的富汞吸附剂经第二管道4进入汞脱附反应器6，并经第二进气口5向汞脱附反应器6内通入惰性气体，s2中惰性气体为氮气、氦气、氩气的混合气体；
同时对富汞吸附剂进行加热脱附，脱附反应器6内的温度为500℃；停留于吸附剂表面的二价汞重新以气态元素汞的形式完全释放，脱附产生的富汞气体被惰性气体带出，经第四管道10进入汞冷凝回收装置11进行汞回收，并得到脱附后的载体吸附剂；富汞气体在汞冷凝回收装置11中冷却后，高浓度汞从第一出料口12流出，输出工业副产品从第二出料口13输出；
s3、吸附剂活化再生过程：脱附后的载体吸附剂经第三管道7进入吸附剂活化反应器9，同时经第三进气口8向吸附剂活化反应器9内通入活化气体，s3中通入的活化气体为空气和h2s气体的混合气；并加热对吸附剂活化再生，吸附剂活化再生反应器9内的温度为350℃；活化再生后的载体吸附剂经第一管道2返回汞氧化吸附脱除反应器3内实现循环使用。
工作原理：(1)在汞氧化吸附脱除过程中，温度在80℃-180℃之间，以金属氧化物meox(me代表mn或co)为载体吸附剂，烟气中的气态单质汞hg0被吸附至meox表面转化为吸附态hg0，进而被氧化形成吸附态hgo，并停留于载体吸附剂表面；以金属硫化物fesx为载体吸附剂时，气态单质汞hg0与其表面的活性硫原子直接发生非均相氧化还原反应生成吸附态hgs，并停留于载体吸附剂表面。反应方程式为：金属氧化物：气态单质汞hg0→吸附态hg0,吸附态hg0+meox(s)→hg-o≡meox-1(s)；金属硫化物：气态单质汞hg0+sorbent-s→hg-s-sorbent。(o≡为金属氧化物的晶格氧或吸附态氧，-s为吸附态硫活性位)；
(2)在吸附反应完成后，富汞载体吸附剂在250℃-500℃温度的惰性气氛下加热进行汞的脱附，停留于载体吸附剂表面的hgo或hgs重新以气态hg0的形式完全释放，同时产生o2和s蒸气。反应方程式为：吸附态hgo→气态单质hg0(g)+o2，吸附态hgs→气态单质hg0+s。脱附产生的富汞气体被载气带出，进入冷凝装置进行回收。在使用金属硫化物fesx载体吸附剂时，产生的s蒸气通过冷凝以回收。
(3)脱附后的载体吸附剂进入再活化反应器，在250℃-350℃温度下，分别以空气和h2s气体作为金属氧化物meox和金属硫化物fesx的活化气体。反应方程式为：金属氧化物：meox-1+1/2o2→meox；金属硫化物：fe2o3(s)+h2s→fesx+h2o。
(4)活化再生后的载体吸附剂，再次进入汞吸附脱除反应器，实现燃煤烟气汞脱除回收及吸附剂再生的循环过程。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。