ES2602164T3 - Método y aparato para la eliminación de mercurio de un gas - Google Patents

Método y aparato para la eliminación de mercurio de un gas Download PDF

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Abstract

Un proceso para la eliminación de mercurio de un gas de proceso que comprende las siguientes etapas: (i) hacer reaccionar el vapor de mercurio presente en el gas de proceso con cloruro mercúrico disuelto en una solución de depuración, para formar una suspensión que contiene cloruro mercurioso, (ii) sedimentar el cloruro mercurioso fuera de la suspensión, caracterizado por que el cloro es inyectado en la suspensión antes de la etapa de sedimentación para formar una solución de reacción, y por que la sedimentación del cloruro mercurioso tiene lugar en dos etapas, en las que en la segunda etapa se mezcla con polvo de cinc.

Description

DESCRIPCION
Metodo y aparato para la eliminacion de mercurio de un gas
La presente invention se refiere a un metodo y a un aparato para la eliminacion de mercurio elemental gaseoso de un gas del proceso que comprende las siguientes etapas:
5 (i) hacer reaccionar el vapor de mercurio presente en el gas del proceso con cloruro mercurico (HgCh) disuelto en una solution de depuration para formar una suspension que contiene cloruro mercurioso solido (calomelano)
(ii) sedimentar el cloruro mercurioso (calomelano) fuera de la disolucion.
El mercurio (Hg) tiene numero atomico 80, es un elemento plateado pesado y el unico metal que es llquido en las condiciones de temperatura y presion ambientales (punto de congelation -38,8 °C; punto de ebullition 356,7 °C). 10 Ademas, el mercurio tambien tiene una presion de vapor alta.
El mercurio aparece en depositos en todo el mundo y a menudo esta asociado con menas de cobre, cinc, pirita y plomo, as! como de carbon. Tras el tratamiento termico de estas menas o carbonos que contienen trazas de mercurio, el mercurio se volatiliza en forma de vapor de mercurio y se transporta con los gases liberados.
El mercurio y la mayor parte de sus compuestos son, sin embargo, extremadamente toxicos y deben ser 15 manipulados con cuidado. Por consiguiente, la mayorla de los palses tienen unos requisitos extremadamente restrictivos con respecto a las emisiones de mercurio procedentes de procesos industriales y la presencia de mercurio en los productos producidos a partir de gases de procesos tales como acido sulfurico a partir de gases que contienen SO2 liberados en procesos pirometalurgicos. Los gases que contienen mercurio elemental han constituido una de las fuentes mas importantes de emision de mercurio industrial al medio ambiente, y durante los ultimos 30 20 anos se han propuesto muchos procesos nuevos para la limpieza de gases para la eliminacion del mercurio elemental de dichos gases. Algunos ejemplos de dichos procesos de eliminacion son el "proceso de Bolkem", el uso de un filtro de selenio o de un depurador con selenio.
Sin embargo, la mayorla de estos procesos propuestos para la limpieza de gases, y en particular aquellos que son mas eficaces, son muy complicados tecnicamente y requieren el uso de unos aparatos especiales caros o de unos 25 reactivos y aditivos sofisticados con el fin de conseguir un resultado satisfactorio. Uno de los pocos procesos que se usa ampliamente en la practica y que tambien pertenece a los procesos mas eficaces, y que por lo tanto ha dominado el mercado, al menos con respecto a su aplicacion en el ambito metalurgico, es el denominado "proceso de Boliden-Norzink', denominado tambien "proceso del cloruro" o proceso de Calomelano. Este metodo es muy eficaz para la eliminacion del mercurio del gas de SO2 procesado a acido sulfurico. Puede producirse un producto 30 acido que contiene menos de 0,5 ppm de mercurio a partir de un gas que contiene hasta 150 ppm de mercurio.
El documento DE 197 177 98 describe un proceso para la eliminacion del mercurio de una corriente de gas. Dicho gas es introducido a traves de una llnea en la parte inferior de una columna de lavado. En la parte superior de la columna se inyecta una solucion que contiene HgCh a traves de una llnea. El vapor de mercurio que fluye hacia arriba fuera de la corriente de gas reacciona con el HgCh para dar HgCI. La mezcla combinada es suministrada a un 35 recipiente de mezcla en el que se anade cloro gaseoso a traves de una llnea. De este modo se forma nuevo HgCh.
El proceso, del cual se describen varias realizaciones con mas detalle en el documento US 3.849.537, en el documento US 4.233.274 y en el documento US 4.640.751, se lleva a cabo en una planta mostrada en la Fig. 1:
El gas de proceso que contiene el mercurio es introducido a traves de la llnea 11 en la envoltura 10a de una torre de depuracion 10. En la torre de depuracion circula una solucion que contiene cloruro mercurico disuelto (HgCh) 40 (bomba 14, llneas 13, 15, 17). El cloruro mercurico reacciona con el mercurio contenido en el gas del proceso para formar cloruro mercurioso (calomelano) como se indica a continuation:
HgCl2 + Hg ^ Hg2Ch
El proceso de depuracion elimina el cloruro mercurico de la solucion de depuracion. Si la concentration del cloruro mercurico no se mantiene, la solucion de depuracion se volvera ineficaz. Debe medirse la concentracion de HgCl2 en 45 la solucion, y si la concentracion desciende por debajo de un valor dado, debe anadirse una solucion fuerte. La toma de muestras, la medicion y el ajuste de la concentracion deben ser realizados por personal operativo experimentado. Pero debido a la mezcla de una operation continua (depuracion) y una operation por lotes (adicion de una solucion fuerte), la eficacia del proceso de depuracion fluctua ligeramente.
Para superar las perdidas de concentracion, se anade la denominada solucion fuerte a la torre de depuracion desde 50 el tanque de almacenamiento 38 a traves de la llnea 39. La solucion fuerte contiene HgCI2 a unas concentraciones 10-20 veces mayores que la concentracion en el circuito de reaction. El cloruro mercurioso (calomelano) formado durante la reaccion es insoluble y precipita desde la solucion.
El flujo superior del sedimentador 20 es recirculado a la torre de depuracion a traves de la tuberla 50. El proceso consume cloruro mercurico (HgCh) de forma continua. La concentracion de la solucion de reaccion es mantenida
mediante la adicion por lotes de la solucion fuerte.
La solucion fuerte es producida en un circuito aparte mediante la regeneracion del calomelano eliminado del circuito de reaccion a traves de los sedimentadores. Se usa el denominado tanque de cloracion 30. El cloro de los frascos 40 es inyectado a traves de la tuberia 41 y el dispositivo de inyeccion 34 en una corriente en circulacion de la bomba 5 32 las lineas 31, 33, 35 y 36. El cloro es absorbido por la solucion y reacciona con el cloruro mercurioso (calomelano) para formar la solucion fuerte de cloruro mercurico.
Hg2Cl2 + Cl2 ^ 2 HgCl2
Cuando se consigue la concentracion requerida de la solucion fuerte, se bombea a traves de la linea 37 a un tanque de almacenamiento 38 desde donde se suministra a la torre de depuracion 10.
10 Se tardan aproximadamente dos dias en generar solucion fuerte suficiente como para hacer funcionar la torre de depuracion 10 durante aproximadamente dos semanas. Mientras se produce el HgCl2 en el tanque de regeneracion 30, se mide la concentracion del cloruro de mercurio (II) (HgCh). Si la concentracion de cloro desciende por debajo de un cierto nivel, puede inyectarse cloro adicional. Este procedimiento se repite hasta que se consigue una solucion de lavado con la concentracion definida. Dado que la cinetica del proceso es bastante compleja, la adicion de cloro 15 nuevo no se realiza de forma automatica sino de forma manual.
La produccion de la solucion fuerte se realiza como un proceso discontinuo, mientras que la eliminacion del mercurio de los gases liberados es un proceso continuo. El tanque de almacenamiento 38 sirve para acoplar estos dos modos operativos, ya que proporciona una reserva para la adicion continua de la solucion de lavado y compensa las fluctuaciones en el contenido de mercurio en los gases liberados..
20 Tomado como un todo, puede observarse que si fuera posible generar la solucion de lavado en un proceso continuo, la totalidad del proceso para la eliminacion del mercurio de los gases liberados seria mas beneficiosa ya que puede reducirse la produccion por lotes de la solucion fuerte, o incluso llegar a ser completamente innecesaria. Como se ha mencionado anteriormente, uno de los problemas mas graves del proceso es que solo es parcialmente posible hacer reaccionar de forma significativa y repentina las cantidades crecientes de mercurio en el gas, lo que requiere
25 grandes tanques de almacenamiento para evitar que el proceso deba ser interrumpido hasta que se produzca
solucion de lavado nueva en el proceso discontinuo.
Por lo tanto, es el objeto de la presente invencion proporcionar un proceso mejorado que elimina los problemas y los inconvenientes analizados anteriormente, y que es capaz de satisfacer los futuros requisitos industriales con respecto a una mejora en el control del proceso. El objetivo de la invencion es producir la solucion de lavado en un 30 proceso al menos parcialmente continuo.
Segun la presente invencion se proporciona un proceso que comprende las caracteristicas de la reivindicacion 1. En particular, la invencion propone la inyeccion de cloro gaseoso directamente en el circuito de depuracion que contiene cloruro mercurioso (calomelano). Por consiguiente, la produccion de HgCh no tiene lugar en un tanque individual, sino que al menos se mueve parcialmente entre la torre de depuracion y el sedimentador. Como resultado, la 35 produccion de HgCI2 es parte del proceso continuo de depuracion y sedimentacion.
No obstante, para acumular un contenido fiable de Hg en la corriente de gas, una realizacion preferida de la
invencion proporciona un tanque adicional en el que se suministra el cloruro mercurioso sedimentado para producir una cantidad adicional de solucion de depuracion en un proceso discontinuo similar al del estado de la tecnica. Con dicho proceso que comprende dos dispositivos para la inyeccion de cloro, se asegura que la solucion de depuracion 40 resultante no contenga una elevada cantidad de cloro sin reaccionar.
El cloro inyectado en el circuito de depuracion representa entre 20 y 100 mol %, preferentemente entre 80 y 100 mol % de la cantidad que se necesita para el proceso de depuracion. Trabajar con el valor mas preferido de 100 mol % permite realizar el proceso sin un tanque adicional para la produccion discontinua de la solucion de depuracion.
En otra realizacion preferida de la presente invencion, se ramifica una corriente lateral de la suspension y el cloro es 45 inyectado en esta corriente lateral con objeto de mejorar la mezcla de los reactivos.
De acuerdo con otro aspecto preferido de la invencion, al menos parte de la solucion de reaccion es devuelta a la torre de depuracion antes de la etapa de sedimentacion.
Dicha posibilidad adicional para la recirculacion de la solucion de lavado proporciona la oportunidad de reaccionar rapidamente frente a las fluctuaciones en la cantidad de mercurio de la corriente de gas.
50 La sedimentacion de los cloruros mercuriosos tiene lugar en dos etapas, en las que se mezcla polvo de cinc con la segunda fase para ayudar adicionalmente a la precipitacion del calomelano de la solucion.
2 Zn + HgCl2 -> Hg2Cl2 (calomelano) + 2 ZnCI
Esta reaccion permite la descarga del liquido "exento de mercurio" en etapas de tratamiento adicionales.
En una realizacion preferida adicional de la invencion, la cantidad de cloro inyectada en el circuito de depuracion es controlada por el cloro medido en el gas del proceso extraldo de la torre de depuracion. Mediante el uso de este metodo operativo ya no es necesaria una medicion manual. Especialmente si se inyectan 100 mol % de la cantidad necesaria para generar la solucion de depuracion a la suspension antes de la sedimentacion, este metodo puede 5 garantizar que la corriente del gas depurado no transporta cloruro fuera del proceso.
La invencion puede llevarse a cabo con exito especialmente si el gas del proceso es SO2, ya que cuando se produce SO2 por calcinacion, hay presentes unas cantidades relativamente altas de mercurio en la corriente gaseosa de SO2.
La invencion cubre adicionalmente una planta para la eliminacion del mercurio del gas de proceso segun la reivindicacion 8.
10 Dicha planta comprende un depurador para la reaccion del mercurio de los gases del proceso con cloruro mercurico en una solucion de depuracion para formar cloruro mercurioso en una suspension. La planta comprende adicionalmente dos sedimentadores para sedimentar el cloruro mercurioso fuera de la suspension y las etapas de tratamiento adicionales, como se ha descrito anteriormente. Ademas, dicha planta dispone de un dispositivo de inyeccion en el circuito de depuracion o en una llnea paralela.
15 En una realizacion preferida, el depurador es una torre con una envuelta. Normalmente, la torre de absorcion de mercurio es un recipiente vertical cillndrico de fibra de vidrio reforzada. Se consiguen unos resultados particularmente buenos si la torre se envuelve con una envoltura de polipropileno, generalmente soportes. En dicha torre, la solucion de depuracion es pulverizada en la parte superior del relleno a traves de una serie de boquillas. Un cheuron y un dispositivo eliminador de condensaciones de malla en la parte superior de la torre impiden el transporte 20 de la solucion de depuracion fuera del depurador.
La invencion se describira a continuacion con mas detalle sobre la base de la siguiente description de las realizaciones preferidas y los dibujos. Todas las caracterlsticas descritas o ilustradas forman el asunto en cuestion de la invencion, independientemente de su combination en las reivindicaciones o de su referencia original.
En los dibujos:
25 la Fig. 1 muestra un proceso para la eliminacion de mercurio que incluye la production discontinua de la solucion de depuracion segun el estado de la tecnica,
la Fig. 2 muestra un proceso para la eliminacion de mercurio de un gas de proceso segun la invencion.
El proceso, segun se muestra en la Fig. 2, difiere del proceso estandar mostrado en la Fig. 1 fundamentalmente solo con respecto a la preparation de la solucion de depuracion. En la descripcion posterior, por lo tanto, se indican los 30 mismos elementos con el mismo numero de referencia que en la Fig. 1, aplicandose as! la respectiva descripcion con respecto a la Fig. 1, y se omite una explicacion redundante.
En el proceso ilustrado en la Fig. 2, el mercurio presente en el gas del proceso es guiado hacia el depurador (torre) 10 a traves de la llnea 11 y reacciona con la solucion de lavado que comprende HgCl2 para formar Hg2Cl2. La solucion de lavado es bombeada perimetralmente desde el tanque de bombeo 10b. A traves de un eliminador de 35 condensaciones 10c en la parte superior de la torre 10 se extrae el gas del proceso limpio.
Una parte de la suspension, que incluye la solucion de depuracion y Hg2Cl2, es extralda a traves de la llnea 13 mediante la bomba 14 y suministrada a traves de las llneas 15 y 16 a las unidades de sedimentacion 20 y 20'. Una parte de la suspension se recircula a traves de la llnea 17 a la torre 10.
Desde la llnea 15 se ramifica una llnea de derivation 51 que suministra la suspension que contiene el cloruro 40 mercurioso a un inyector 50. En este inyector 50 se inyecta cloro a la suspension, en el que el inyector 50 es alimentado con cloro procedente de un almacen 40 a traves de la llnea 53. La suspension, que tiene un alto contenido en cloro, es suministrada a traves de la llnea 52 a la llnea 16 en la que tiene lugar la regeneration de la solucion de depuracion y se forma una solucion de reaccion que todavla contiene Hg2Cl2 solido.
En los sedimentadores 20 y 20' el calomelano solido precipita de la suspension y sedimenta. Al resto de la 45 suspension que fluye hacia el sedimentador secundario 20' puede anadirse polvo de cinc a traves de la llnea 22 para ayudar mas a la precipitation del mercurio desde la solucion. En un separador 24 se separa el calomelano solido de la solucion de reaccion y se extrae.
El resto de la solucion de reaccion puede ser reciclado desde el primer sedimentador 20 directamente a la torre de depuracion 10 a traves de la llnea 54 o desde el segundo sedimentador 20' a traves de las llneas 23, 26, 28, 37 a un 50 tanque de almacenamiento 38, y de all! de nuevo al depurador 10.
Adicionalmente, al menos parte de la solucion de reaccion puede ser suministrada a traves de la llnea 26 al tanque de regeneracion 30. El tanque 30 comprende un clrculo de regeneracion adicional similar al de la Fig. 1 en el que el cloro de los tanques o frascos de almacenamiento 40 es suministrado a traves de la llnea 41 al inyector 43 que lo dirige a traves de la llnea 35 y 36 de nuevo al tanque 30, que a su vez esta conectado a traves de la llnea 31, la
bomba 32 y la ilnea 33 con el inyector 34. A traves de la llnea 37 puede suministrarse la solucion de lavado resultante al tanque de almacenamiento 38 y desde all! de nuevo a la torre de depuracion 10.
A traves de la llnea 27 puede suministrarse calomelano adicional al tanque de regeneracion 30, en particular para la formacion de la solucion de reaccion durante la puesta en marcha.
5 Numeros de referenda
10 depurador
10a envoltura
10b tanque de bombeo
10c eliminador de condensaciones
10
11-13 llneas
14 bomba
15-17 llnea
20, 20' sedimentador
21-23 llneas
15
24 separador
25-28 llnea
30 tanque de regeneracion
31 llnea
32 bomba
20
33 llnea
34 inyector
35-37 llneas
40 deposito de cloro
41 llnea
25
50 inyector
51-56 llneas

Claims (5)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Un proceso para la eliminacion de mercurio de un gas de proceso que comprende las siguientes
    etapas:
    (i) hacer reaccionar el vapor de mercurio presente en el gas de proceso con cloruro mercurico disuelto en una 5 solucion de depuracion, para formar una suspension que contiene cloruro mercurioso,
    (ii) sedimentar el cloruro mercurioso fuera de la suspension,
    caracterizado por que el cloro es inyectado en la suspension antes de la etapa de sedimentacion para formar una solucion de reaccion, y por que la sedimentacion del cloruro mercurioso tiene lugar en dos etapas, en las que en la segunda etapa se mezcla con polvo de cinc.
    10 2. El proceso segun la reivindicacion 1, caracterizado por que el cloruro mercurioso sedimentado es
    suministrado a un tanque de regeneracion, y por que se suministra cloro adicional al tanque de regeneracion.
  2. 3. El proceso segun la reivindicacion 1 o 2, caracterizado por que la cantidad de cloro inyectada en la
    suspension antes de la etapa de sedimentacion es de entre 20 y 100 mol % de la cantidad necesaria para la regeneracion de la solucion de depuracion para la etapa (i).
    15 4. El proceso segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que se ramifica
    una corriente lateral de la suspension desde la suspension antes del sedimentador y por que se inyecta cloro en dicha corriente lateral.
  3. 5. El proceso segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que al menos
    parte de la solucion de reaccion es devuelta a la etapa (i) antes de la etapa de sedimentacion (ii).
    20 6. El proceso segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que la cantidad de
    cloro inyectada en la suspension antes de la sedimentacion y/o en el tanque de regeneracion es controlada sobre la base del contenido en cloro del gas del proceso despues de la etapa de depuracion (i).
  4. 7. El proceso segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que el gas del
    proceso comprende SO2.
    25 8. Una planta para la eliminacion de mercurio de un gas de proceso que comprende un depurador (10)
    para la reaccion del mercurio del gas del proceso con cloruro mercurico en una solucion de depuracion para formar cloruro mercurioso en una suspension, y dos sedimentadores (20, 20') para sedimentar el cloruro mercurioso fuera de la suspension, caracterizada por que se ha disenado un dispositivo de inyeccion (50) en una llnea (51, 52) entre el depurador (10) y los dos sedimentadores (20, 20') para la inyeccion de cloro en la suspension para formar una 30 solucion de reaccion, y mediante una llnea (22), de forma que pueda anadirse polvo de cinc al sedimentador secundario (20')
  5. 9. La planta segun la reivindicacion 8, caracterizada por que el depurador (10) es una torre con una
    envoltura.
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