用于從煙氣中去除汞的增強(qiáng)吸附劑配方的制作方法
【專利說(shuō)明】用于從煙氣中去除汞的増強(qiáng)吸附劑配方
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求2013年2月14日提交的標(biāo)題為“用于從煙氣中去除汞的增強(qiáng)吸附劑配方(Enhanced Sorbent Formulat1n For Removal of Mercury From Flue Gas) ” 的美國(guó)臨時(shí)編號(hào)61/764，712和2013年3月15日提交的標(biāo)題為“用于從煙氣中去除汞的增強(qiáng)吸附劑配方”的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?3/841，801的優(yōu)先權(quán)，上述申請(qǐng)通過(guò)引用以其整體并入本文。
[0003]政府利益:不適用
[0004]聯(lián)合研究協(xié)議的參與者:不適用
[0005]通過(guò)引用在光盤(pán)上遞交的材料并入:不適用
【背景技術(shù)】
[0006]汞是一種已知的環(huán)境危害，并且導(dǎo)致人類和非人類的動(dòng)物種類的健康問(wèn)題。在美國(guó)，每年大約50噸汞被釋放至大氣中，并且釋放的一大部分來(lái)自于諸如電力設(shè)施的燃煤設(shè)施的排放。為了保障公共健康及保護(hù)環(huán)境，公用產(chǎn)業(yè)持續(xù)開(kāi)發(fā)、試驗(yàn)和實(shí)施用于減少來(lái)自于其工廠的汞排放水平的系統(tǒng)。在含碳材料的燃燒中，期望的是擁有其中在燃燒階段后捕獲并保留汞和其他不良化合物以使其不被釋放入大氣的工藝。
[0007]用于從煙氣中去除汞的一個(gè)最有前途的解決方案是活性炭噴射法(ACI)?；钚蕴渴歉叨榷嗫?、無(wú)毒、易于獲得的材料，其具有對(duì)汞蒸氣的高親和性。此技術(shù)已經(jīng)在市政焚化爐中實(shí)施使用。盡管ACI技術(shù)對(duì)汞去除有效，活性炭與煙氣氣流之間的短接觸時(shí)間導(dǎo)致活性炭的全部吸附容量的低效使用。在炭與來(lái)自鍋爐的飛灰一起在煙氣氣流中輸送的同時(shí)，汞被吸收。然后，炭和飛灰由諸如靜電除塵器(ESP)、集塵室過(guò)濾器或濕式洗滌器的顆粒物捕獲裝置移除。
[0008]在包含高濃度硫氧化物的煙氣氣流中，通過(guò)噴射活性炭去除汞通常被諸如三氧化硫的硫化合物的存在而影響。在典型的煙氣氣流中，二氧化硫與汞的濃度可以是一百萬(wàn)比一以上，并且在這樣的煙氣氣流中，三氧化硫與汞的濃度通常為一千比一。例如，高硫煙氣氣流可以包含從約500百萬(wàn)分體積比(ppmv)至約2500ppmv以上的二氧化硫和從約2ppmv至約20ppmv以上的三氧化硫。煙氣中的水蒸氣通過(guò)與三氧化硫組合形成硫酸，使該問(wèn)題進(jìn)一步復(fù)雜化。對(duì)于燃燒煙煤或煙煤與低等級(jí)次煙煤混合物的公用事業(yè)，硫氧化物，特別是三氧化硫的高度存在，能夠成一個(gè)為重要的顧慮。
[0009]除了來(lái)自于煤炭燃燒的硫氧化物之外，在用于控制NOx排放的鍋爐下游的選擇性催化還原(SCR)工藝中也可能不注意地產(chǎn)生三氧化硫，或者其可以被添加到煙氣中以增強(qiáng)用于捕獲飛灰的ESP設(shè)備的性能。不論其來(lái)源如何，三氧化硫可能具有超過(guò)其對(duì)影響發(fā)電廠的性能和收益的汞去除的干擾的意想不到的后果。這些后果包括系統(tǒng)組件的腐蝕，以及對(duì)從煙囪排出的煙羽(Plume)的可見(jiàn)性和持續(xù)期間的不需要的增加。
[0010]為了防止硫氧化物對(duì)通過(guò)噴射汞吸附劑去除汞的干擾，已經(jīng)提出了數(shù)個(gè)現(xiàn)有技術(shù)解決方案，其中在氣相中實(shí)現(xiàn)了總硫氧化物水平的總體減少。這些解決方案幾乎全部依賴于堿性或其他反應(yīng)性試劑向煙氣中的大量噴射，從而與硫氧化物化學(xué)反應(yīng)形成通常不干擾由吸附劑吸附汞的鹽顆粒物。在一些情況下，試劑作為干燥固體噴射(干吸附劑噴射法(DSI))，而在其他方法中，噴射試劑的水溶液，其在噴射溫度下迅速揮發(fā)以形成非常細(xì)微的干燥粉末，其對(duì)煙道中的硫氧化物具有更高的反應(yīng)性。例如，作為碳酸鈉和碳酸氫鈉的自然產(chǎn)生的混合物的天然堿(trona)是一種可商購(gòu)材料，其被發(fā)現(xiàn)作為干燥反應(yīng)物向煙氣氣流中噴射時(shí)對(duì)于控制硫氧化物有效。
[0011]其他堿性試劑，諸如氧化鈣(石灰)、氫氧化鈣(熟石灰)、碳酸鈣(石灰石)、碳酸鎂(白云石)、氫氧化鎂、氧化鎂和碳酸鈉，也用于控制硫氧化物排放。這些試劑的溶液噴射以Codan’ S SBS噴射?技術(shù)為代表，其使用化學(xué)還原劑亞硫酸氫鈉和亞硫酸鈉的水溶液，并且對(duì)于三氧化硫去除更有選擇性且更有效。可替代的，也能夠使用碳酸鈉、碳酸氫鈉或氫氧化鈉或硫代硫酸鈉的溶液。然而，所有這些材料和方法都有缺陷，即為了有效控制必須使用相對(duì)大量的試劑，并且更重要的是必須安裝獨(dú)立于汞吸附劑噴射系統(tǒng)的分離的噴射系統(tǒng)，增加了它們應(yīng)用的成本和復(fù)雜性。在堿金屬系試劑的情況下，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)了這些材料對(duì)用于隨后銷售給水泥和混凝土工業(yè)的飛灰的性質(zhì)的負(fù)面影響的缺陷。盡管通過(guò)使用堿土金屬系試劑避免了此缺陷，但是這些試劑帶來(lái)了不希望的對(duì)ESP的抗性增加，而堿金屬系試劑通常對(duì)ESP運(yùn)行具有極小的影響。
[0012]堿性或其他SOx反應(yīng)性試劑已經(jīng)被并入吸附劑自身的孔結(jié)構(gòu)中，其意圖是在這些化合物的存在下一致性地去除硫化合物而不去除汞。已經(jīng)報(bào)道了在吸附劑的主體內(nèi)并入SOxK應(yīng)性材料的活性炭和其他吸附劑的大量其他實(shí)例，但是由于用于汞吸附的孔結(jié)構(gòu)的大部分構(gòu)造為優(yōu)選用于去除硫氧化物，因此無(wú)一實(shí)例出于提供優(yōu)選的解決方案的目的也不能提供優(yōu)選的解決方案，所以它們都在汞去除技術(shù)上沒(méi)有進(jìn)展。
[0013]對(duì)于提供用于在含有高濃度硫氧化物尤其是三氧化硫的煙氣氣流中去除汞的干吸附劑組合物有著需求，其不依賴于用于有效去除汞的系統(tǒng)中的其他地方的堿性或其他反應(yīng)性試劑的獨(dú)立噴射，并且在單噴射模式中內(nèi)在有效。當(dāng)這樣的堿性或反應(yīng)性試劑用作干吸附劑組合物的部分時(shí)，對(duì)于通過(guò)僅使用在吸附劑噴射點(diǎn)局部強(qiáng)化汞去除可能所需的試劑來(lái)限制這些試劑對(duì)工廠運(yùn)作平衡的影響，以及避免試劑并入多孔吸附劑的主體中來(lái)提供增加的用于去除汞的機(jī)會(huì)，有著進(jìn)一步的需求。在還可能需要所述堿性或反應(yīng)性試劑的獨(dú)立噴射時(shí)，也有著減少可能使用的這些試劑的用量的需求，其與汞的有效去除和工廠平衡問(wèn)題的邊際影響相一致。
[0014]發(fā)明概述
[0015]對(duì)于包含吸附材料、鹵素源和無(wú)鹵含氮化合物的汞吸附劑，提供了各種實(shí)施方式。在一些實(shí)施方式中，無(wú)鹵含氮化合物可以是例如碳酸氫銨鹽、磷酸銨鹽、混合鹽磷酸銨、焦磷酸銨、磷酸氫銨、磷酸二氫銨等及其組合。在某些實(shí)施方式中，無(wú)齒含氮化合物可以是碳酸氫銨、碳酸銨、磷酸氫二銨、磷酸二氫銨、氯化銨、焦磷酸銨及其組合。吸附材料可以是任意的吸附材料，包括但不限于炭質(zhì)(carbonaceous char)、活性炭、炭黑、再生活性炭、沸石、二氧化硅、硅膠、鋁釩土及其組合。
[0016]在各種實(shí)施方式中，鹵素源可以包含無(wú)機(jī)鹵素鹽，諸如但不限于次氯酸鈣、次溴酸鈣、次碘酸鈣、氯化鈣、溴化鈣、碘化鈣、氯化鎂、溴化鎂、碘化鎂、氯化鈉、溴化鈉、碘化鈉、氯化銨、溴化銨、碘化銨、三氯化鉀、三溴化鉀、三碘化鉀及其組合。在一些實(shí)施方式中，齒素源可以是含氮鹵素鹽，例如氯、溴、碘或氟或其組合與銨、氨、胺、酰胺、酰亞胺、季銨及其組合。在某些實(shí)施方式中，齒素源可以是溴化鈣、氯化銨、溴化銨、碘化銨、溴化鈉及其組合。在一些實(shí)施方式中，鹵素源可以是氯、溴和碘。
[0017]這些實(shí)施方式的添加劑混合物可以以與鹵素源的比例為約3:1、約2:1、約1:1、約1:2或約1:3或由這些范圍涵蓋的任意比例包含無(wú)鹵含氮化合物。在一些實(shí)施方式中，添加劑混合物在汞吸附劑中的總量基于汞吸附劑的總重量可以是約0.5wt%至約40wt%。在特定實(shí)施方式中，鹵素鹽的總量基于汞吸附劑的總重量可以是從約1?丨％至約20wt%，并且在某些實(shí)施方式中，無(wú)鹵含氮化合物的總量基于汞吸附劑的總重量為從1?〖％至約20wt % ο
[0018]在某些實(shí)施方式中，吸附劑可以包含例如堿性添加劑的附加組分，并且在特定實(shí)施方式中，該堿性添加劑可以是碳酸鈣、氧化鈣、氫氧化鈣、碳酸鎂、氫氧化鎂、氧化鎂、碳酸鈉、碳酸氫鈉和二碳酸氫三鈉二水合物等及其組合。
[0019]在某些實(shí)施方式中，汞吸附劑可以是吸附材料和添加劑混合物的干摻和物。在其他實(shí)施方式中，吸附材料可以被添加劑混合物浸漬。在這樣的實(shí)施方式中，汞吸附劑可以具有約I μ m至30 μ m的平均粒徑，不論汞吸附劑是干摻和物還是浸漬的吸附材料。
[0020]其他實(shí)施方式涉及通過(guò)向煙氣氣流中噴射吸附材料、向煙氣氣流中噴射鹵素源以及向煙氣氣流中噴射無(wú)鹵含氮化合物來(lái)減少汞排放的方法。在一些實(shí)施方式中，噴射吸附材料、噴射鹵素源以及噴射無(wú)鹵含氮化合物的步驟同時(shí)進(jìn)行。在某些實(shí)施方式中，在噴射前，能夠?qū)⑽讲牧?、鹵素源和無(wú)鹵含氮化合物組合，作為吸附材料、鹵素源和無(wú)鹵含氮化合物的混合物。在特定實(shí)施方式中，在空氣預(yù)熱器之前向煙氣氣流中至少噴射吸附材料。
[0021]還有其他實(shí)施方式涉及包括向煙氣氣流中噴射包含吸附材料、鹵素鹽和無(wú)鹵含氮化合物的汞吸附劑的步驟的減少汞排放的方法，并且在特定實(shí)施方式中，在空氣預(yù)熱器之前向煙氣氣流中至少噴射吸附材料。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1示出汞去除與不同銨鹽配方的給料率