Usuwanie rtęci z gazów spalinowych
Za najbardziej skuteczną metodę usuwania rtęci z gazów spalinowych uważa się filtrację przy pomocy węgla aktywnego. Węgiel aktywny jest substancją składającą się głównie z węgla atomowego. Jego cechą charakterystyczną jest wysoce rozwinięta wewnętrzna struktura porów o zróżnicowanych rozmiarach. Dzięki temu, węgiel aktywny osiąga ogromną powierzchnię wewnętrzną (tzw. powierzchnia BET), nawet do 2000 m2/g., na której cząsteczki i atomy związków mogą być adsorbowane zarówno w wyniku oddziaływań fizycznych jak i chemicznych (tzw. chemisorpcja).
W zależności od szczegółowej struktury porów węgla aktywnego, wykazuje on różną aktywność wobec różnych zanieczyszczeń. Istnieją również węgle aktywne, które w procesie produkcji pokrywane są warstwą innych materiałów (tzw. impregnacja węgla aktywnego), co dodatkowo zmienia właściwości fizykochemiczne sorbentu. Ponieważ usuwanie metali ciężkich (w tym rtęci) jest typowym zastosowaniem węgla aktywnego, jego producenci mają zwykle w swojej ofercie całą gamę węgli aktywnych (zarówno impregnowanych, jak i nie impregnowanych) dedykowanych do tego właśnie celu.
Najprostszym sposobem przeprowadzenia sorpcji zanieczyszczeń przy pomocy węgla aktywnego jest filtracja na złożu stałym (ang. fixed-bed). Zanieczyszczone gazy przepływają przez nieruchome złoże składające się z granulek węgla aktywnego i w wyniku ich bezpośredniego kontaktu, są one wiązane przy jego powierzchni. Zaletą filtracji w złożu stałym jest prostota instalacji oraz względna łatwość przeprowadzenia późniejszej regeneracji zużytego sorbentu.
W przypadku kotłów opalanych węglem brunatnym lub kamiennym, gdzie charakterystyczne są duże przepływy masowe gazów spalinowych i niewielkie stężenia rtęci, filtracja przy pomocy złoża stałego wiązałaby się z ogromnymi rozmiarami złoża, dużym spadkiem ciśnienia gazu na złożu oraz bardzo wysokimi kosztami. W tym przypadku, stosuje się bezpośredni wtrysk sorbentu pylistego do kanału spalin (ang. DSI – Direct Sorbent Injection). Cząsteczki drobno zmielonego sorbentu unoszone są przez gazy spalinowe i w tym czasie następuje sorpcja rtęci na ich powierzchni. Następnie cząstki zanieczyszczonego węgla aktywnego są odfiltrowywane w filtrze tkaninowym lub elektrofiltrze.
Skuteczność sorpcji w układzie DSI
- właściwości fizykochemiczne samego sorbentu – na efektywność procesu wpływ mają: rozmiar cząstek pylistego węgla aktywnego (im. drobniejszy tym większa skuteczność wychwytu), struktura porowatości (proporcja pomiędzy porami różnych rozmiarów) oraz impregnacja węgla innymi substancjami (na przykład siarką),
- skład gazów spalinowych – istnieją skomplikowane zależności macierzowe pomiędzy ilościami poszczególnych gazów wchodzących w skład mieszaniny gazów spalinowych. Przykładowo, obecność chloru poprawia skuteczność wychwytu rtęci. Podobnie jest w przypadku SO2 albo NO2 występujących osobno, jednakże występowanie tych gazów łącznie zdecydowanie obniża efektywność procesu. Obecność nawet śladowych ilości SO3 znacząco pogarsza skuteczność procesu adsorpcji rtęci.
- czas przebywania cząstek sorbentu w kanale spalin – ponieważ cząstki sproszkowanego węgla aktywnego zostają usunięte w filtrze, czas ich przebywania w gazach spalinowych jest krótki (zwykle 2-3 s). Z tego powodu dąży się do maksymalnego wydłużenia tego czasu poprzez możliwie jak najwcześniejszy wtrysk sorbentu. Jednak im wcześniej zostanie on podany, tym będzie miał on kontakt ze spalinami o wyższej temperaturze, co skutkować może jego zapłonem.
- temperatura gazów – przyjmuje się, że proces wychwytu rtęci przebiega najskuteczniej w temperaturze ok 180 st. C. Jednak ze względu na konieczność wydłużenia czasu kontaktu cząstek sproszkowanego węgla aktywnego ze spalinami, dąży się do jak najwcześniejszego podania sorbentu. Niektórzy dostawcy technologii, podają sorbent jeszcze przed obrotowym podgrzewaczem powietrza (OPP, na ścieżce gazów spalinowych),
- typ urządzenia filtracyjnego – zauważa się, że skuteczność wychwytu rtęci jest wyższa w przypadku filtra tkaninowego niż elektrofiltra. Spowodowane jest to tym, że na warstwie tkaniny filtracyjnej zatrzymywane są cząstki sorbentu, co skutkuje warunkami podobnymi do filtracji rtęci przy pomocy złoża stałego (cząstki gazu z rtęcią penetrują osadzoną na filtrze warstwę węgla aktywnego),
- specjacja rtęci – najskuteczniej usuwana jest rtęć Hg2+. Rtęć metaliczna wykazuje dużo gorsze właściwości sorpcyjne do węgla aktywnego. W celu wychwycenia rtęci z gazów spalinowych w których znaczną część stanowi rtęć metaliczna, stosuje się zwykle co najmniej jedno z dwóch podejść: stosuje się węgiel aktywny impregnowany bromem, lub do spalanego w procesie paliwa dodaje się sole bromu. W obu przypadkach brom utlenia rtęć metaliczną do postaci Hg2+, która łatwiej jest wiązana na powierzchni węgla aktywnego.
Usuwanie rtęci podczas mokrego odsiarczania
Należy jednak pamiętać, że wypłukanie rtęci do ścieków w większości wypadków pociąga za sobą konieczność odpowiedniego ich oczyszczenia.