Investigation of mercury capture effectiveness from process gases in various laboratory sorption reactor configurations

Abstract

Celem badań pracy doktorskiej było przeprojektowanie zestawu eksperymentalnego, dostosowanie go do testowania wychwytu różnych zanieczyszczeń obecnych w fazie gazowej (laboratoryjnie symulowany gaz spalinowy (procesowy)), ze szczególnym naciskiem na badania nad projektowaniem nowych absorberów i testowaniem sorbentów do wychwytywania Hg(0). Badania skupiły się na dwóch tematach: (1) jednoczesne pomiary w czasie rzeczywistym usuwania rtęci elementarnej Hg(0) ze spalin przy użyciu własnej produkcji sorbentów na bazie tlenków i siarczków metali oraz innych, (2) zastosowanie absorberów różnej konstrukcji (trzy różne reaktory) do badania różnorodności procesów usuwania Hg(0) ze spalin. Połączenie dwóch powyższych tematów miało na celu zbadanie w warunkach laboratoryjnych procesów wychwytywania rtęci w symulowanych gazach procesowych, pochodzących np. z kotłów opalanych węglem. Przeanalizowano wpływ wybranych sorbentów modyfikowanych związkami siarki na wychwytywanie Hg(0) w czasie eksperymentalnym (co najmniej 2-4 h testów on-line). Testy przeprowadzono również z innymi sorbentami w różnych ilościach, temperaturach, konfiguracjach absorbera i jego komór oraz innych zmiennych warunkach. Zgodnie z założeniami, przeprojektowany oraz zmodyfikowany system laboratoryjny może regulować i kontrolować symulowane warunki i skład gazów spalinowych. Nowo zaprojektowane reaktory dały dobre wyniki eksperymentalne, które poprawiły skuteczność wychwytywania Hg(0) w porównaniu z reaktorem ze złożem stałym przy użyciu tych samych ilości wybranych sorbentów. The aim of the doctoral thesis research was to redesign the experimental set-up, adapting it to testing the capture of various pollutants present in the gas phase (laboratory simulated flue gas (process)), with particular emphasis on research on the design of new absorbers and testing sorbents for the capture of Hg(0). The research focused on two topics: (1) simultaneous real-time measurements of the removal of elemental mercury Hg(0) from exhaust gases using own-production sorbents based on metal oxides and sulfides and others (2) the use of absorbers of various designs (three different reactors) for study the variety of Hg(0) removal processes from exhaust gases. The combination of these two above topics was aimed at examining, in laboratory conditions, the processes of mercury capture in simulated process gases, e.g. from coal-fired boilers. The influence of selected sorbents modified with sulfur compounds on the capture of Hg(0) was analyzed during the experimental time (at least 2-4 h of online tests). Tests were also performed with other sorbents at various amounts, at different temperatures, configurations of the absorber and its chambers, and other variable conditions. According to the plans, the redesigned and modified laboratory system can regulate and control the simulated conditions and composition of exhaust gases. The newly designed reactors gave good experimental results that improved Hg(0) capture efficiency compared to a fixed bed reactor, when using the same amounts of selected sorbents.