CS268203B1

CS268203B1 - A method of separating mercury from air and gases contaminated by its vapors

Info

Publication number: CS268203B1
Application number: CS872583A
Authority: CS
Inventors: Zlatko Ing Csc Srank; Bernard Ing Toman; Bohumil Prof Ing Csc Hajek; Olga Ing Vyskocilova
Original assignee: Srank Zlatko; Bernard Ing Toman; Hajek Bohumil; Olga Ing Vyskocilova
Priority date: 1987-04-10
Filing date: 1987-04-10
Publication date: 1990-03-14
Also published as: CS258387A1

Abstract

Navržený,způsob separace rtuti je určen k odstraňování par a aerosolu rtuti z kontaminovaného vzduchu nebo plynu z provozů pracujících a kovovou rtutí, jako např. z odtahů destilač- ních aparatur na výrobu a čištění rtuti, z výfuku vývěv čerpacích automatů rtuťových výbojových světelných zdrojů, z filtro-ventilačníoh zařízení elektrolyzérů s Hg katodami, výroby rtuťových teploměrů atd. Řešeným problémem je dosažení vysoké účinnosti a spolehlivosti separace rtuti z kontaminovaného odpadního vzduchu nebo plynu při malém aerodynamickém odporu separačního zařízení. Podstata řešení spočívá ve využití vzájemné reaktivity par a aerosolu rtuti β parami Jodu v plynné fázi za vzniku pevného Jodidu rtuťnatého.The proposed method of mercury separation is intended for removing mercury vapor and aerosol from contaminated air or gas from operations working with metallic mercury, such as from exhausts of distillation apparatus for the production and purification of mercury, from the exhaust of vacuum pumps of pumping machines of mercury discharge light sources, from filter-ventilation devices of electrolyzers with Hg cathodes, production of mercury thermometers, etc. The problem being solved is to achieve high efficiency and reliability of mercury separation from contaminated waste air or gas with low aerodynamic resistance of the separation device. The essence of the solution lies in the use of the mutual reactivity of mercury vapor and aerosol with β vapor of Iodine in the gaseous phase to form solid mercury iodide.

Description

Vynález se týká způsobu separace rtuti ze vzduchu a plynů kontaminovaných jejími parami nebo aerosolem. Vynález řeší problém účinného odstraňování par a/nebo aerosolu rtuti z kontaminovaného odpadního vzduchu nebo plynu z provozů pracujících s kovovou rtutí, jako např. z odtahu destilačníoh aparatur na výrobu a čištění·rtuti, z výfuku vývěv čerpacích automatů rtuťových výbojových svételných zdrojů, z odtahů elektrolyzéřů a Hg katodami, z filtroventilačních zařízení výroby rtuťových teploměrů a tlakoměrů atd.The invention relates to a process for the separation of mercury from air and gases contaminated by its vapors or aerosol. The invention solves the problem of efficient removal of mercury vapor and / or aerosol from contaminated waste air or gas from metallic mercury plants, such as from the extraction of mercury distillation and purification apparatus, from the exhaust of mercury discharge light pump pumps, from extracts electrolysers and Hg cathodes, from filter ventilation equipment for the production of mercury thermometers and pressure gauges, etc.

Problematice čištění vzduchu a odpadních plynů od par rtuti a aerosolu byla věnována, vzhledem k četnosti zdrojů produkujících výše uvedené emise a k vysoké toxicitě par rtuti, značná pozornost. Proto je v současné době známo několik různých způsobů jejího řešení. Z postupů založených na čistě fyzikálním principu je nejběžnější vymražování. Jeho základní nevýhodou je nutnost dosažení nízké teploty v celém objemu kontamiηnvπn4ho vzduchu nebo plynu, protože i při teplotě -25 °C dosahuje tenze par rtuti ve stacionárním stavu hodnoty odpovídající rovnovážné koncentraci 0,1 mg Hg/m^ vzduchu nebo plynu, což je horní mez najvyšší přípustné koncentrace par rtuti uváděná v hygienických předpisech ve většině vyspělých států. Proto je v omezeném rozsahu používáno pouze v systémech s velmi malým průtokem silně kontaminovaného vzduchu nebo plynu, a to většinou jako první stupen, který zajišťuje zvýšení sorpční kapacity druhého stupně separace rtuti založeného obvykle na fyzikálně-chemických pochodech. U metod využívajících fyzikálně-chemické principy je plynná rtuť zachytávána na pevných sorbentech nebo v kapalině, často za její současné chemické přeměny na vhodnou, stabilní sloučeninu. K jejímu záchytu na pevných sorbentech jsou používány běžné nosiče, např. aktivní uhlí, zeolity, oxid hlinitý, oxid křemičitý, preparované látkami schopnými vázat páry rtuti. K preparaci nosičů byla navržena řada látek, z nichž se nejčastěji aplikuje polysulfid vápenatý, trijodid draselný, kyselina sírová a vybrané sloučeniny selenu. Do této skupiny způsobů separace rtuti je možno zařadit i záchyt jejích par na jemně práškových kovech tvořících snadno amalgamy. Nejčastěji voleným kovem je zinek, protože poskytuje se rtutí amalgam v přijatelných teplotních intervalech. Aplikace dalších použitelných kovů, jako např. stříbra a zlata, se pro jejich vysokou cenu neujala v praxi, a to ani v případě zvětšení účinného povrchu kovu jeho nanesením na inertní nosič v tenké vrstvě. Nevýhodou sorpce par rtuti na filtrech z pevných sorbentů bývá jejich vysoký aerodynamický odpor, nižší spolehlivost, která je dána mechanizmem záchytu a snadnou dezaktivací účinného povrchu sorbentů např. vyloučením oleje a nečistot na něm, chemickou přeměnou nestabilních aktivních složek atd., a v některých případech i nedostatečná účinnost. K separaci rtuti z kontaminovaného vzduchu nebo plynu mokrými procesy realizovanými např. formou clon, sprch, promývaČek, praček, se používá různých, nejčastěji vodných, roztoků látek, schopných chemické reakce se rtutí v kovovém stavu. Jako účinné látky těchto roztoků byly navrženy polysulfid vápenatý, peroxodisíran amonný, thiosíran sodný, thiokyanatan draselný v prostředí HjSO^, zředěná směs kyseliny sírové a chlorovodíkové, měňnaté soli...Considerable attention has been paid to the issue of purification of air and waste gases from mercury and aerosol vapors, due to the frequency of sources producing the above-mentioned emissions and the high toxicity of mercury vapors. Therefore, several different ways to solve it are currently known. Of the procedures based on the purely physical principle, freezing is the most common. Its main disadvantage is the need to achieve a low temperature in the entire volume of contaminated air or gas, because even at -25 ° C the vapor pressure of mercury in the steady state reaches a value corresponding to the equilibrium concentration of 0.1 mg Hg / m2 of air or gas, which is the upper the maximum permissible concentration of mercury vapor specified in hygiene regulations in most developed countries. Therefore, it is used to a limited extent only in systems with a very small flow of heavily contaminated air or gas, mostly as a first stage, which increases the sorption capacity of the second stage of mercury separation, usually based on physico-chemical processes. In methods using physico-chemical principles, gaseous mercury is trapped on solid sorbents or in a liquid, often with its simultaneous chemical conversion to a suitable, stable compound. Conventional carriers, such as activated carbon, zeolites, alumina, silica, prepared with substances capable of binding mercury vapors, are used to trap it on solid sorbents. A number of substances have been proposed for the preparation of carriers, the most common of which are calcium polysulphide, potassium triiodide, sulfuric acid and selected selenium compounds. This group of mercury separation methods can also include the capture of its vapors on finely powdered metals which easily form amalgams. The most commonly chosen metal is zinc because mercury provides amalgam at acceptable temperature intervals. The application of other usable metals, such as silver and gold, has not been put into practice due to their high cost, even in the case of enlarging the effective surface of the metal by applying it to an inert support in a thin layer. The disadvantage of sorption of mercury vapors on solid sorbent filters is their high aerodynamic drag, lower reliability, which is due to the capture mechanism and easy deactivation of the effective surface of sorbents, eg by removing oil and impurities on it, chemical conversion of unstable active ingredients, etc., and in some cases and lack of efficiency. To separate mercury from contaminated air or gas by wet processes realized, for example, in the form of screens, showers, washers, washing machines, various, most often aqueous, solutions of substances capable of chemical reaction with mercury in the metallic state are used. Calcium polysulphide, ammonium persulphate, sodium thiosulphate, potassium thiocyanate in H 2 SO 4, a dilute mixture of sulfuric acid and hydrochloric acid, common salts ... have been proposed as active substances of these solutions.

Aplikace mokrých procesů sice potlačuje některé nevýhody sorpce par rtuti na výše uvedených filtrech - snížení aerodynamického odporu, zvýšení spolehlivosti, na druhé straně však klade podstatně vyšší požadavky na konstrukci, údržbu a obsluhu použitého zařízení. Nevýhoda»většiny řešení je nižší, často nedostatečná, účinnost separace, např. vypíráním par rtuti roztokem směsi HjSO^ a HCL se dosáhne snížení koncentrace Hg z hodnoty 30 mg/m^ na hodnotu 1 až 3 mg/m^ vzduchu. Z teoretického hlediska je nejvhodnější separace par rtuti reakcí v plynné fázi za vzniku pevné látky. Tento princip byl aplikován u čištění odpadních plynů od par rtuti plynným sulfanem za vzniku pevného sulfidu rtuťnatého. Základní výhodou tohoto postupu je jeho vysoká účinnost, která je v důsledku přívodu stále čerstvého roakčního média konstantní, a zanedbatelný aerodynamický odpor. Jeho nevýhodou je jedovatost sulfanu a použitelnost při teplotách nad 70 °C, což podstatně omezuje možnosti jeho aplikace.Although the application of wet processes suppresses some disadvantages of sorption of mercury vapor on the above filters - reduced aerodynamic drag, increased reliability, on the other hand, it places significantly higher demands on the design, maintenance and operation of the equipment used. The disadvantage of most solutions is the lower, often insufficient, separation efficiency, e.g. by washing the mercury vapor with a solution of a mixture of H 2 SO 4 and HCl, a reduction of the Hg concentration from 30 mg / m 2 to 1 to 3 mg / m 2 of air is achieved. From a theoretical point of view, the separation of mercury vapor by the reaction in the gas phase to form a solid is the most suitable. This principle has been applied to the purification of waste gases from mercury vapor by sulphane gas to form solid mercury sulphide. The main advantage of this process is its high efficiency, which is constant due to the supply of still fresh reaction medium, and negligible aerodynamic drag. Its disadvantage is the toxicity of sulfane and its applicability at temperatures above 70 ° C, which significantly limits the possibilities of its application.

Nevýhody výše uvedených postupů značně potlačuje námi navržený způsob separace rtuti z plynných odpadů kontaminovaných jejími parami a aerosolem, který je založen na jejich reakci s parami jodu v plynné fázi za vzniku pevného jodidu rtuťnatého.The disadvantages of the above processes are greatly suppressed by our proposed method of separating mercury from gaseous wastes contaminated with its vapors and aerosol, which is based on their reaction with iodine vapors in the gas phase to form solid mercuric iodide.

CS 268 203 B1CS 268 203 B1

Toto řešení umožňuje separovat z kontaminovaného vzduchu nebo plynu páry a aerosol rtuti v teplotním intervalu -20 ⁰ až + 120 °C, a to při zanedbatelném aerodynamickém odporu, velmi vysoké a konstantní účinnosti, Např, v teplotním intervalu 0 až 60 °C je možno navrženým postupem snížit koncentraci rtuti ve výstupním vzduchu na hodnotu nižší než 0,0001 mg/m\ a to nezávisle na konoentraoi rtuti ve vstupním, knntamlnmrwném vzduchu, Základní výhody tohoto Způsobu proti sulfanovému postupu spočívají v možnosti jeho použití k separaci rtuti z kontaminovaného vzduchu nebo plynu o nižší teplotě, např. o teplotě 0 až 40 °C, která je v praxi nejběžnější, a v podstatně nižší toxicitě použitého reakčního média. Proti ostatním jmenovaným postupům navíc poskytuje již výše uvedené výhody, tj. vyšší účinnost nezávislou na přítomnosti dalších látek v emisích, např. olejové mlhy, vyšší spolehlivost, výrazně nižší aerodynamický odpor, použitelnost v širokém intervalu koncentrace rtuti v emisích atd.This solution makes it possible to separate from contaminated air or gas vapors and mercury aerosol in the temperature range -20 ⁰ to + 120 ° C, with negligible aerodynamic resistance, very high and constant efficiency, For example, in the temperature range 0 to 60 ° C it is possible The proposed process is to reduce the concentration of mercury in the outlet air to less than 0.0001 mg / m2, independent of the concentration of mercury in the inlet, solid air. a gas of lower temperature, e.g. 0 to 40 ° C, which is the most common in practice, and substantially lower toxicity of the reaction medium used. In addition, it provides the above-mentioned advantages over the other mentioned processes, ie higher efficiency independent of the presence of other substances in emissions, eg oil mist, higher reliability, significantly lower aerodynamic drag, applicability over a wide range of mercury concentrations in emissions, etc.

Navržený způsob separace je blíže ozřejměn na třech následujících příkladech, kde na obr. 1 až 3 je znázorněno blokové schéma zařízení pro separaci rtuti.The proposed separation method is further elucidated in the following three examples, where Figures 1 to 3 show a block diagram of a mercury separation device.

Příklad 1Example 1

V tomto příkladu je popsána aplikace navrženého způsobu v Jednoduchém zařízení, které je určeno k separaci konstantního množství par rtuti ze vzduchu. Blokové schéma zařízení je znázorněno na obr. 1.This example describes the application of the proposed method in a simple device which is designed to separate a constant amount of mercury vapor from air. The block diagram of the device is shown in Fig. 1.

Vlastní zařízení sestává z přívodu tlakového vzduchu 1,redukčního ventilu 2» zásobníku 2 pevného jodu a vyvíječe jeho par, přívodu kontaminovaného vzduchu £, reakční zóny 2 a separátoru 6.The device itself consists of a compressed air supply 1, a reduction valve 2, a solid iodine tank 2 and a vapor generator, a contaminated air supply 6, a reaction zone 2 and a separator 6.

Redukčním ventilem 2 je přiváděno do zásobníku 2 pevného jodu takové množství vzduchu, které odpovídá odsublimování stechiometrického množství jodu vzhledem k množství rtuti v plynném odpadu za damou časovou jednotku. V reakční zóně 2 dojde k promísení médií a chemické reakci rtuti s jodem ve formě par za vzniku pevného jodidu rtuínatého. Pevný produkt reakce je zachycen v separátoru pracujícím např. na principu sedimentace.The amount of air corresponding to the sub-sublimation of the stoichiometric amount of iodine with respect to the amount of mercury in the gaseous waste is supplied to the solid iodine tank 2 by the pressure reducing valve 2 per unit time. In reaction zone 2, the media is mixed and the mercury is chemically reacted with iodine in vapor to form solid mercuric iodide. The solid product of the reaction is collected in a separator operating, for example, on the principle of sedimentation.

Změnu parametrů kontaminovaného vzduchu na jinou konstantní hodnotu je možno eliminovat změnou průtoku tlakového vzduchu redukčním ventilem 2.Changing the parameters of the contaminated air to another constant value can be eliminated by changing the flow of compressed air through the reduction valve 2.

V případě temperace zásobníku 2 na teplotu kontaminovaného vzduchu tento systém automaticky reaguje na změnu koncentrace rtuti v odpadním vzduchu vyvolanou změnou jeho teploty, protože poměr tenzí par rtuti a jódu je v intervalu 20 °C pro danou aplikaci prakticky konstantní.In the case of tempering the tank 2 to the temperature of the contaminated air, this system automatically responds to the change in mercury concentration in the exhaust air caused by a change in its temperature, because the vapor pressure ratio of mercury and iodine is practically constant in the 20 ° C range.

Zařízení podle příkladu 1 je možno uplatnit např. k separaci rtuti z plynného odpadu z destilačních kolon a výfuku vývěv čerpacích automatů.The device according to Example 1 can be used, for example, for the separation of mercury from gaseous waste from distillation columns and the exhaust of pump pumps.

Příklad 2Example 2

V příkladu je popsána aplikace navrženého způsobu v zařízení, které je určeno k separaci rtuti z kontaminovaného vzduchu o proměnlivých parametrech - průtoku vzduchu a koncentrace rtuti v něm. Blokové schéma zařízení je znázorněno na obr. 2.The example describes the application of the proposed method in a device that is designed to separate mercury from contaminated air with variable parameters - air flow and mercury concentration in it. The block diagram of the device is shown in Fig. 2.

V tomto případě je množství potřebného jódu dávkováno změnou průtoku tlakového vzduchu redukčním ventilem 2 řízeného blokem 2 ▼ závislosti na odezvě čidla 8 průtoku vzduchu a/nebo koncentrace rtuti v něm. Postup je vhodný např. k separaci rtuti z kontaminovaného vzduchu filtro-ventilačních zařízení.In this case, the amount of iodine required is metered by changing the flow of compressed air through the reduction valve 2 controlled by block 2 ▼ depending on the response of the air flow sensor 8 and / or the concentration of mercury in it. The process is suitable, for example, for separating mercury from contaminated air from filter ventilation equipment.

Příklad 3Example 3

Je analogií příkladu 2 - viz obr. 3 - s tím, že zařízení obsahuje za separátorem 2 navíc Hg analyzátor 8 odpadního vzduchu, který informuje o okamžité účinnosti separace, resp. koncentraci rtuti ve vyčištěném vzduchu, upozorňuje na závadu zařízení, případně zpětnou vazbou upravuje množství plynného jodu vstupujícího do zařízení.It is an analogy of Example 2 - see Fig. 3 - with the fact that the device additionally contains an exhaust air analyzer 8 behind the separator 2, which informs about the immediate efficiency of the separation, resp. concentration of mercury in the cleaned air, draws attention to the failure of the device, or by feedback adjusts the amount of iodine gas entering the device.

Claims

Process for the separation of mercury from air and gases contaminated with its vapors and / or aerosol, characterized in that the vapors and / or the aerosol of mercury are treated with iodine vapor at a temperature of -20 to + 120 ° C.