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Title

Retención de mercurio en sistemas de desulfuración en fase húmeda

AuthorsOchoa González, Raquel
AdvisorMartínez Tarazona, María Rosa ; Díaz Somoanao, Mercedes
KeywordsMercury
Mercurio
Emissions
Emisiones
Coal combustion
Carbón
Combustión
Retención
Mercury retention
Issue Date20-Dec-2012
Abstract[EN] Coal combustion is considered to be the largest source of anthropogenic mercury emissions. At present, there is no purpose-designed technology to reduce such emissions. However, recently several studies have been aimed at controlling mercury emissions from power plants. In most cases flue gas cleaning systems originally installed to prevent other forms of pollution are used to improve mercury retention. For example, desulphurization plants installed to control SO2 emissions are used to retain oxidized mercury species under appropriate operating conditions. The aim of this study was to investigate the mechanisms related to mercury retention in wet flue gas desulphurization systems (scrubbers) and to optimize the operating conditions so as to maximize mercury retention. This work is divided into two parts: an industrial-scale study and a laboratory-scale study. The behavior and distribution of mercury was studied in two separate power stations (PP1 and PP2) and in PP2 under different operating conditions. A laboratory-scale device was designed and built in such a way that the mercury reactions could be observed in the scrubber more easily than would be possible in an industrial plant. The industrial-scale results show that the mercury removal efficiency of the FGD system depended on the operating conditions and the concentration of mercury in the flue gas, although the proportion of Hg2+ in the input gases in the FGD systems was similar. Significant differences were detected in mercury capture between the two power plants and in PP2 operating under different conditions. Data obtained from the laboratory-scale studies show that the distribution of mercury in the FGD by-products was different in the two power plants due to variations in the pH of the gypsum slurry. A relationship between the removal efficiency of Hg2+ and the liquid-to-gas ratio was also detected. The retention of mercury is improved by decreasing the pH of the slurry. However, a lower pH causes the dissolution of the mercury species in the liquid fraction. Mercury retention mechanisms in FGD systems are dependent on the concentration of sulfite ions, which are formed in the slurry. In addition to sulfite ions, metal ions from the limestone and fly ash particles from the electrostatic precipitator also contribute to the re-emission of elemental mercury. Although the re-emission of mercury is inhibited by the formation of halide species in solutions containing sulfite ions, this does not occur with gypsum slurry. Re-emission in this case can be controlled by using forced oxidation or additives such as NaHS, Na2S2O3 and TMT, which serve to concentrate the mercury in the solid fraction of the slurry.
[ES] Las centrales térmicas de carbón son una de las principales fuentes antropogénicas de mercurio al medio ambiente. A pesar de ello, hoy en día no disponen de tecnologías específicas para reducir dichas emisiones. Sin embargo, sí se encuentran en desarrollo diferentes estudios encaminados a controlar las emisiones de mercurio, optimizando los sistemas de limpieza de gases ya instalados en las centrales térmicas para otros contaminantes. Este es el caso de las plantas de desulfuración utilizadas para el control de las emisiones de SO2, que podrían aprovecharse para retener simultáneamente las especies oxidadas de mercurio bajo condiciones de operación adecuadas. El objetivo de este trabajo fue identificar los mecanismos relacionados con la retención de mercurio en los sistemas de desulfuración en fase húmeda (scrubbers) y adecuar las condiciones de trabajo de estos sistemas para maximizar la retención este elemento. Para alcanzar este objetivo se realizaron dos estudios. Uno se llevó a cabo a escala industrial y en el mismo se evaluó i) el comportamiento del mercurio en las plantas de desulfuración de dos centrales térmicas diferentes y ii) el comportamiento del mercurio en una misma planta de desulfuración en dos periodos en los que se operó en distintas condiciones. El segundo estudio se realizó en un reactor a escala de laboratorio donde pudo evaluarse la influencia de distintas variables que a escala industrial serían difíciles de controlar. Los resultados obtenidos a escala industrial demuestran que las eficiencias de retención de mercurio de los sistemas de desulfuración dependen de las condiciones de operación y de la concentración de mercurio, independientemente de que la proporción de Hg2+ en los gases de entrada a los sistemas de desulfuración sea similar. De hecho se detectan diferencias significativas en la captura de mercurio en el scrubber no solo en diferentes plantas de desulfuración sino en una misma planta trabajando en condiciones ligeramente diferentes. En los estudios a escala de laboratorio se confirmó que el reparto de mercurio en los subproductos de las plantas de desulfuración depende del pH de la suspensión del scrubber, mientras que la eficiencia de retención de Hg2+ depende de la relación L/G. La eliminación de mercurio puede incrementarse disminuyendo el pH de operación de los scrubbers. En cambio, un descenso acusado en el mismo conlleva que las especies de mercurio queden disueltas en la fracción líquida. El papel de los iones sulfito en la interpretación de los mecanismos de retención de mercurio en los sistemas de desulfuración es clave, pero los metales aportados por las calizas y las partículas afectan también en gran medida a la eficiencia en la captura de mercurio en el scrubber. Aunque se ha comprobado que la reducción de mercurio se inhibe de forma eficaz mediante la formación de halogenuros en disoluciones que contienen iones sulfito, no se modifica en presencia de lechada de yeso. Sin embargo, dicha re-emisión puede inhibirse en los sistemas de desulfuración operando en condiciones de oxidación forzada o utilizando aditivos tales como NaHS, Na2S2O3 y TMT, que permiten además capturar el mercurio en la fracción sólida de forma eficaz.
DescriptionTesis doctoral presentada en el Departamento de Química Física y Analítica de la Universidad de Oviedo. 2011. Tutora de la tesis: Marta Elena Díaz García
URIhttp://hdl.handle.net/10261/63419
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