Instalacja pomiarowa do sorpcji rtęci z gazów na sorbentach stałych

• Autorzy: Kunecki P. , Czarna-Juszkiewicz D. , Panek R. , Wdowin M.

Identyfikatory

DOI

10.24425/124362

Warianty tytułu

EN

Measuring the installation for mercury sorption from gases on solid sorbents

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Problem emisji rtęci oraz potrzebę podjęcia działań w tym kierunku zauważono w roku 2013 w konwencji Minamata (UNEP 2013), stąd coraz częściej zaczynają pojawiać się prace i nowe przepisy nakazujące redukcję tego związku ze środowiska. W pracy przedstawiono problem usuwania rtęci z gazów odlotowych z uwagi na nowe restrykcje BREF/BAT, w których poruszono też problem potrzeby poszukiwania nowych wydajniejszym rozwiązań usuwania tego zanieczyszczenia. Zwrócono uwagę na problem występowania rtęci w spalinach w formie elementarnej oraz potrzebę realizowania testów laboratoryjnych. Zaprezentowano prototypową instalację do testów sorpcji rtęci elementarnej w czystym strumieniu gazu na sorbentach stałych. Instalację zbudowano w ramach projektu LIDER finansowanego przez Narodowe centrum Badań i Rozwoju w projekcie pt.: „Zastosowanie energetycznych surowców odpadowych do wychwytywania gazowych form rtęci ze spalin”. Instalacja służy do testów w warunkach laboratoryjnych, w której gazem nośnym rtęci elementarnej jest argon. Przy użyciu opisanej aparatury dokonano pierwszych testów na sorbencie zeolitowym. Testowanym materiałem był zeolit syntetyczny typu X otrzymany w wyniku dwustopniowej reakcji syntezy popiołu lotnego klasy C z wodorotlenkiem sodu. Aby zwiększyć powinowactwo chemiczne testowanego materiału względem rtęci, otrzymany materiał sorpcyjny poddano aktywacji jonami srebra (Ag+) metodą wymiany jonowej, stosując azotan srebra (AgNO3). Pierwszy test przeprowadzono w interwale czasowym 240 min. W tym czasie nie zarejestrowano przebicia badanego złoża rtęcią, w związku z czym wnioskować można, że badany materiał może być obiecujący w opracowywaniu nowych rozwiązań wychwytywania rtęci w sektorze energetycznym. Przedstawione w artykule wyniki mogą być interesujące dla sektora energetycznego z uwagi na rozwiązanie kilku aspektów środowiskowych. Jednym z nich są testy sorpcji rtęci w celu opracowania nowych technologii oczyszczania spalin. Natomiast drugi aspekt porusza możliwość przedstawienia nowego kierunku zagospodarowania ubocznych produktów spalania, jakimi są popioły lotne.

EN

The issue of mercury emission and the need to take action in this direction was noticed in 2013 via the Minamata Convention. Therefore, more and more often, work and new law regulations are commencing to reduce this chemical compound from the environment. The paper presents the problem of removing mercury from waste gases due to new BREF/BAT restrictions, in which the problem of the need to look for new, more efficient solutions to remove this pollution was also indicated. Attention is paid to the problem of the occurrence of mercury in the exhaust gases in the elemental form and the need to carry out laboratory tests. A prototype installation for the sorption of elemental mercury in a pure gas stream on solid sorbents is presented. The installation was built as part of the LIDER project, financed by the National Center for Research and Development in a project entitled: “The Application of Waste Materials From the Energy Sector to Capture Mercury Gaseous Forms from Flue Gas”. The installation is used for tests in laboratory conditions in which the carrier gas of elemental mercury is argon. The first tests on the zeolite sorbent were made on the described apparatus. The tested material was synthetic zeolite X obtained as a result of a two-stage reaction of synthesis of fly ash type C with sodium hydroxide. Due to an increase, the chemical affinity of the tested material in relation to mercury, the obtained zeolite material was activated with silver ions (Ag+) by an ion exchange using silver nitrate (AgNO3). The first test was specified for a period of time of about 240 minutes. During this time, the breakthrough of the tested zeolite material was not recorded, and therefore it can be concluded that the tested material may be promising in the development of new solutions for capturing mercury in the energy sector. The results presented in this paper may be of interest to the energy sector due to the solution of several environmental aspects. The first of them is mercury sorption tests for the development of new exhaust gases treatment technologies. On the other hand, the second aspect raises the possibility of presenting a new direction for the management and utilization of combustion by-products such as fly ash.

Słowa kluczowe

PL

sorbenty stałe; rtęć elementarna; gazy odlotowe; zeolity; popiół lotny

EN

solid sorbents; elemental mercury; flue gases; zeolites; fly ash

• Wydawca: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Rocznik: 2018
• Tom: nr 104
• Strony: 153--162
• Opis fizyczny: Bibliogr. 37 poz., rys., wykr., zdj.

Twórcy

autor

Kunecki P.

• Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN, Kraków

autor

Czarna-Juszkiewicz D.

• Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN, Kraków

autor

Panek R.

• Politechnika Lubelska, Lublin

autor

Wdowin M.

• Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN, Kraków

Bibliografia

• [1] An i in. 2014 – An, J.T., Shang, K.F., Lu, N., Jiang, Y.Z., Wang, T.C., Li, J. i Wu, Y. 2014. Performance evaluation of non-thermal plasma injection for elemental mercury oxidation in a simulated flue gas. Journal of Hazardous Materials t. 268, s. 237–245.
• [2] Carey i in. 2014 – Carey, T.R., Richardson, C.F. i Chang, R. 2000. Assessing sorbent injection mercury control effectiveness in flue gas streams. Environmental Progress & Sustainable Energy t. 19, s. 167–174.
• [3] Du i in. 2015 – Du, W., Yin, L.B., Zhuo, Y.Q., Xu, Q.S., Zhang, L. i Chen, C.C. 2015. Performance of CuOx-neutral Al2O3 sorbents on mercury removal from simulated coal combustion flue gas. Fuel Processing Technology t. 131, s. 403–408.
• [4] Tang i in. 2017 – Tang, H.J., Duan, Y.F., Zhu, C., Li, C.F., She, M., Zhou, Q. i Cai, L. 2017. Characteristics of a biomass-based sorbent trap and its application to coal-fired flue gas mercury emission monitoring. International Journal of Coal Geology t. 170, s. 19–27.
• [5] Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2010/75/UE w sprawie emisji przemysłowych (zintegrowane zapobieganie zanieczyszczeniom i ich kontrola). 2010.
• [6] Eswaran, S. i Stenger, H.G. 2005. Understanding mercury conversion in SCR catalysts. Energy Fuel t. 19, s. 2328–2334.
• [7] Gao i in. 2013 – Gao, Y.S., Zhang, Z., Wu, J.W., Duan, L.H., Umar, A., Sun, L.Y., Guo, Z.H. i Wang, Q. 2013. A critical review on the heterogeneous catalytic oxidation of elemental mercury in flue gases. Environmental Science & Technology t. 47, s. 10813–10823.
• [8] Ghorishi, S.B. i Sedman, C.B. 1998. Low concentration mercury sorption mechanisms and control by calcium-based sorbents: application in coal-fired processes. Journal of Air Waste Management t. 48, s. 1191–1198.
• [9] Jeon i in. 2008 – Jeon, S.H., Eom, Y.J. i Lee, T.G. 2008. Photocatalytic oxidation of gas-phase elemental mercury by nanotitanosilicate fibers. Chemosphere t. 5, s. 969–974.
• [10] Jurng i in. 2002 – Jurng, J., Lee, T.G., Lee, G.W., Lee, S.J., Kim, B.H. i Seier, J. 2002. Mercury removal from incineration flue gas by organic and inorganic adsorbents. Chemosphere t. 47, s. 907–913.
• [11] Kunecki i in. 2017 – Kunecki, P., Panek, R., Wdowin, M. i Franus, W. 2017. Synthesis of faujasite (FAU) and tschernichite (LTA) type zeolites as a potential direction of the development of lime Class C fly ash. International Journal of Mineral Processing t. 166, s. 69–78.
• [12] Liu, Y.X. i Adewuyi, Y.G. 2016. A review on removal of elemental mercury from flue gas using advanced oxidation process: chemistry and process. Chemical Engineering Research and Design t. 112, s. 199–250.
• [13] Liu i in. 2014 – Liu, Y.X., Pan, J.F. i Wang, Q. 2014. Removal of Hg0 from containing-SO2/NO flue gas by ultraviolet/H2O2 process in an ovel photochemical reactor. AIChE Journal t. 60, s. 2275–2565.
• [14] Liu, Y.X. i Wang, Q., 2014. Removal of elemental mercury from flue gas by thermally activated ammonium persulfate in a bubble column reactor. Environmental Science Technology t. 48, s. 12181–12189.
• [15] Liu i in. 2015 – Liu, Y.X., Wang, Y., Wang, Q., Pan, J.F., Zhang, Y.C., Zhou, J.F. i Zhang, J. 2015. A study on removal of elemental mercury in flue gas using fenton solution. Journal of Hazardous Materials t. 292, s. 164–172.
• [16] McLarnon i in. 2008 – McLarnon, C.R., Granite, E.J. i Pennline, H.W. 2008. The PCO process for photochemical removal of mercury from flue gas. Fuel Processing Technology t. 87, z. 1, s. 85–89.
• [17] Morency, J. 2002. Zeolite sorbent that effectively removes mercury from flue gases. Filtration + Separation t. 39, s. 24–26.
• [18] UNEP 2013. Minamata Convention on Mercury, Text and Annexes. [Online] http://www.mercuryconvention.org/ Portals/11/documents/Booklets/Minamata%20Convention%20on%20Mercury_booklet_English.pdf [Dostęp: 2.06.2018].
• [19] Seneviretne i in. 2007 – Seneviratne, H.R., Charpenteau, C., George, A., Millan, M., Dugwell, D.R. i Kandiyoti, R., 2007. Ranking low cost sorbents for mercury capture from simulated flue gases. Energy Fuels t. 21, s. 3249–3258.
• [20] Shen i in. 2014 – Shen, B.X., Cai, J., Chen, J.H., Li, Z. i He, C. 2014. Removal of element mercury from simulated flue gas by clay modified with KBr and KI. CIESC Journal t. 2, s. 711–717.
• [21] Tang i in. 2017 – Tang, H.J., Duan, Y.F., Zhu, C., Li, C.F., She, M., Zhou, Q. i Cai, L. 2017. Characteristics of a biomass-based sorbent trap and its application to coal-fired flue gas mercury emission monitoring. International Journal of Coal Geologyt. 170, s. 19–27.
• [22] Vidic, R.D. i Siler, D.P. 2001. Vapor-phase elementalmercury adsorption by activated carbon impregnated with chloride and chelating agents. Carbon t. 39, s. 3–14.
• [23] Wei i in. 2018 – Wei, Y., Arshad, H., Jun, Z. i Yangxian, L. 2018. Removal of elemental mercury from flue gas using red mud impregnated by KBr and KI reagent. Chemical Engineering Journal t. 341, s. 483–494.
• [24] Wen i in. 2018 – Wen, X., Arshad, H. i Yangxian, L. 2018. A review on modification methods of adsorbents for elemental mercury from flue gas. Chemical Engineering Journal t. 346, s. 692–711.
• [25] Wdowin i in. 2014 – Wdowin, M., Franus, M., Panek, R., Bandura, L. i Franus, W. 2014. The conversion technology of fly ash into zeolites. Clean Technologies and Environmental Policy t. 16, z. 6, s. 1217–1223.
• [26] Wdowin M. 2015. Zastosowanie zeolitów do separacji CO2 i Hg z gazów odlotowych w procesach wychwytywania i składowania ditlenku węgla. Polska Akademia Nauk, Komitet Inżynierii Środowiska. Monografie nr 120.
• [27] Xu i in. 2016 – Xu, Y., Zeng, X.B., Luo, G.Q., Zhang, B., Xu, P., Xu, M.H. i Yao, H., 2016. Chlorine-Char composite synthesized by co-pyrolysis of biomass wastes and polyvinyl chloride for elemental mercury removal. Fuel t. 183, s. 73–79.
• [28] Xu i in. 2018 – Xu, W., Hussain, A. i Liu, Y., 2018. A review on modification methods of adsorbents for elemental mercury from flue gas. Chemical Engineering Journal t. 346, s. 692–711.
• [29] Yang i in. 2007 – Yang, H.Q., Xu, Z.H., Fan, M.H., Bland, A.E. i Judkins, R.R., 2007. Adsorbents for capturing mercury in coal-fired boiler flue gas. Journal of Hazardous Materials t. 146, s. 1–11.
• [30] Yang i in. 2010 – Yang, S., Zhang, J.Y., Zhao, Y.C., Yu, C. i Zhang, K., 2010. Pre-investigation of nanostructured TiO2-activated carbon composites for photocatalytic oxidation removal of mercury vapor. Journal of Engineering Thermophysics t. 31, s. 339–342.
• [31] Yang i in. 2018 – Yang, W., Hussain, A., Zhang, J. i Liu, Y., 2018. Removal of elemental mercury from flue gas using red mud impregnated by KBr and KI reagent. Chemical Engineering Journal t. 341, s. 483–94.
• [32] Zeng i in. 2004 – Zeng, H.C., Jin, F. i Guo, J., 2004. Removal of elemental mercury from coal combustion flue gas by chloride-impregnated activated carbon. Fuel t. 83, s. 143–146.
• [33] Zhang i in. 2015 – Zhang, B., Xu, P., Qiu, Y., Yu, Q., Ma, J.J., Wu, H., Luo, G.Q., Xu, M.H. i Yao H., 2015. Increasing oxygen functional groups of activated carbon with non-thermal plasma to enhance mercury removal efficiency for flue gases. Chemical Engineering Journal t. 263, s. 1–8.
• [34] Zhao i in. 2016 – Zhao, B., Yi, H.H., Tang, X.L., Li, Q., Liu, D.D. i Gao, F.Y. 2016. Copper modified activated coke for mercury removal from coal-fired flue gas. Chemical Engineering Journal t. 286, s. 585–593.
• [35] Zhao i in. 2013 – Zhao, Y., Xue, F.M. i Ma, T.Z. 2013. Experimental study on Hg0 removal by diperiodatocuprate (III) coordination ion solution. Fuel Processing Technology t. 106, s. 468–473.
• [36] Zheng i in. 2017 – Zheng, X.B., Xu, Y., Zhang, B., Luo, G.Q., Sun, P., Zou, R.J. i Yao, H. 2017. Elemental mercury adsorption and regeneration performance of sorbents FeMnOx enhanced via non-thermal plasma. Chemical Engineering Journal t. 309, s. 503–512.
• [37] Żmuda i in. 2017 – Żmuda, R., Adamczyk, W., Lelek, Ł., Mandrela, S. i Wdowin, M. 2017. Innowacyjna technologia oczyszczania spalin z rtęci jako rozwiązanie dla wymogów stawianym przez konkluzje BAT/BREF w polskiej energetyce. Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal t. 20, z. 4, s. 103–115.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).