用于从烟气中去除汞的增强吸附剂配方的制作方法_3

文档序号:9400266阅读:来源:国知局
在下,被烟气中的氧气氧化为三氧化硫。这些硫氧化物的总体吸附效果妨碍或严重干扰烟气中汞的吸附。
[0042]硫氧化物种类的干扰可以在通常存在于烟气气流中的水的存在下进一步增强。各种实施方式的汞吸附剂可以具有内在的疏水特性。例如,当活性炭内在疏水到相比于被水润湿更容易被有机溶剂润湿的程度时,全部的活性炭不是完全疏水的,并且活性炭表面的某些部分可以呈现部分的亲水特性。在一些实施方式中,可以通过组合上述汞吸附剂和一种以上对于酸性气体去除具有高亲和性、高选择性和快速的动力学的辅助试剂来进一步增强汞去除,该辅助试剂在本文中统称为“酸性气体抑制试剂”或“酸性气体抑制剂”。在一些实施方式中,酸性气体试剂可以不物理地并入并位于汞吸附剂自身内部。而是,酸性气体试剂可以作为汞吸附剂的单独组分而提供,与吸附试剂掺混;因此,能够在汞吸附剂上保持用于汞反应和吸附的最大孔空间。在某些实施方式中,酸性气体抑制试剂可以具有对于硫反应种类具有高亲和性、高选择性和快速的动力学,并且这样的组合物在本文中称为“soji制试剂”或“30:(抑制剂”。所得的汞吸附剂因此包含吸附材料、添加剂混合物以及一种以上SOJ^制试剂。在各种实施方式的汞吸附剂中,可以使用本领域中已知的任意SOx抑制试剂。例如,SOJ^制试剂可以是氧化剂、碱性试剂、具有碱性和氧化能力两者的双重功能试剂、或者处理为特异性吸附硫氧化物的吸附试剂。
[0043]在一些实施方式中,酸性气体或SOJ^制试剂可以是碱性添加剂。大量碱性试剂本领域中已知的并且目前用于从烟气中去除硫氧化物种类,并且任意这样的碱性试剂可以用于本发明。例如,在各种实施方式中,碱性添加剂可以是碱金属氧化物、碱土金属氧化物、氢氧化物、碳酸盐、碳酸氢盐、磷酸盐、硅酸盐、铝酸盐及其组合,并且在某些实施方式中,碱性添加剂可以是碳酸钙(CaCO3;石灰石)、氧化钙(CaO ;石灰)、氢氧化钙(Ca(OH) 2;熟石灰)、碳酸镁(MgCO3;白云石)、氢氧化镁(Mg(OH) 2)、氧化镁(MgO)、碳酸钠(Na2CO3)、碳酸氢钠(NaHCO3)和二碳酸氢三钠二水合物(Na3H(CO3)2.2H20 ;天然碱)等及其组合。在各种实施方式中,碱性添加剂可以以大于或等于每10g汞吸附剂约0.15当量的浓度提供,其中一当量碱性添加剂定义为产生一摩尔氢氧根离子或与一摩尔氢离子反应所需的量。在特定实施方式中,这样的碱性添加剂可以具有相对高的表面积,例如对于未掺混材料约100m2/g。高表面积材料可以提供增强的动力学及酸性气体或SOx缓解能力,同时与卤素化合物及其他添加的氧化剂互补以提供汞单质的氧化。因为碱性添加剂是可以与水相关联或成键的高度极性材料,在各种实施方式中,碱性试剂可以与主要的汞吸附剂组合为物理掺和物,并且一般不存在于吸附剂表面上或者包含在吸附剂孔结构中。
[0044]在其他实施方式中,萊吸附剂可以包括从约10wt%至约70wt%、约10wt%至约60wt%、或约1wt%至约5(^1:%的制试剂,或者约15wt%至约70wt%、约15*1:%至约60wt%、或约15wt%至约5(^1:%的制试剂,或者约20wt%至约70wt%、约20wt%至约60wt%、或约20wt%至约5(^1:%的SOx抑制试剂。不希望被理论所束缚,增强的酸性气体和SOJ^ij可以使通过汞吸附剂增强汞吸附,并且使酸性气体或SOJ^ij试剂的浓度提高。特别是,卤化铵、卤化胺、或季铵卤化物,例如溴化铵,可以超过当前可用的吸附剂地增强汞吸附,从而提供一种汞吸附剂,其包含例如低活性炭含量但是与高活性炭含量吸附剂同样有效地从烟气气流中去除汞。相对于其在波特兰水泥中的用途,低活性炭吸附剂可以对煤炭飞灰的质量具有更少的有害影响。
[0045]以上描述的各种实施方式的组合物可以允许在喷射的汞吸附剂中包含更高百分比的活性卤化物和碱性试剂。通过用添加剂混合物水溶液处理的添加剂混合物浸渍的汞吸附剂,例如商品化的溴化炭吸附剂、尤其是用溴单质浸渍的那些,只能够在汞吸附剂表面保留小百分比的添加剂,并且浸渍趋向于堵塞多孔汞吸附剂的孔,减少可用于汞吸附的表面积。相对而言,活性卤化物和酸性气体或SOJ^制试剂在干混合物中的百分比可以大于约1wt%、大于约15wt%、大于约20wt%、或者大于约30wt%并且多达约50wt%、多达约60%、或者多达约70?^%,而不呈现萊吸附效率的减少。
[0046]另外,各种实施方式的吸附剂在制造、储存和喷射期间,呈现出比当前可用的浸渍吸附剂增强的稳定性。例如,使用本文中描述的任意酸性气体或SOJ^制试剂生产具有小于约15 μ m或20 μ m的平均粒径的酸性气体或SOj^制试剂是困难的。另外,所有的酸性气体或SOJ^制试剂都是稍有吸湿性的,并且卤化铵、卤化胺、或季铵卤化物的酸性气体或SOJ^制试剂易于吸收水。无卤含氮化合物,例如磷酸氢二铵是亲水性的并且也易于吸收水。快速吸湿导致大量的再凝聚使得难以将酸性气体或SOJ^制试剂维持在小于约15 μm的平均粒径。不希望被理论所束缚,再凝聚可以作为汞吸附剂的结果而减少,该汞吸附剂起分离剂和竞争干燥剂的作用以减少干混合物中的湿气量,并且允许了具有小于约12 μ m平均粒径的酸性气体或SOJ^制试剂的长期储存和维持。粒径的减小还可以提供更快速及选择性的动力学,以允许增强的协同效应。
[0047]另外,在超过10被%至15被%的溴单质负荷下,环境条件下的平衡气相浓度可能上升超过安全且可接受的阈值(0.66mg/m3TWA ;2.0mg/m3STEL),在操作和使用中产生问题,并且诸如卤化铵、卤化胺、或季铵卤化物的SOx抑制试剂可以提供阻燃性质,即减少自热和与含金属卤化物吸附剂相关的燃烧,其中金属阳离子能够催化碳的氧化。
[0048]汞吸附剂和添加剂可以通过任意方法组合。例如,在一些实施方式中,汞吸附剂和添加剂可以通过将材料物理混合、掺混或研磨成能够喷射入烟气气流中的单一的汞吸附剂来组合。在一些实施方式中,吸附材料和添加剂单独地研磨成粉末形式,并且然后将粉末物理掺混。其后,将粉末掺和物向诸如烟气的常见气流中喷射,或者通过其他方式使用。在其他实施方式中,可以在使用期间组合,使得吸附材料和添加剂可以保存在不同的储存器中并且同时向烟气气流中喷射。可替代地,掺和物能够作为固定床使用。
[0049]在某些实施方式中,吸附材料和添加剂可以共碾磨。例如,在各种实施方式中,吸附材料和添加剂或添加剂混合物可以组合并且共碾磨或形成为大致相同的粒径分布的尺寸,其中在一些实施方式中,可以是小于或等于约12 μ m、小于或等于约10 μ m、或小于约7 μπι的平均粒径。不希望被理论所束缚,与添加至吸附剂的局部化的添加剂或添加剂混合物组合而不包含在吸附剂孔结构中来减小吸附剂的MPD,已经被发现在烟气中促进快速并选择性的汞吸附上出奇地有效,而不论三氧化硫的浓度成数量级的高于汞的水平。当汞吸附剂的全部组分组合并且共碾磨或形成为小于或等于约12 μπι的MPD的尺寸时,此效果已经显示出特别有效。共碾磨可以通过任意方式进行。例如,在各种实施方式中,共碾磨可以使用碗式磨、辊式磨、球磨机、喷射式磨机或其他磨机或者本领域技术人员已知的用于减小干燥固体颗粒尺寸的任意研磨装置来进行。
[0050]这样的实施方式的汞吸附剂可以包含上述的任意吸附材料、上述的任意添加剂以及上述的任何酸性气体或SOx抑制试剂。在某些实施方式中,吸附材料可以是活性炭、炭黑或再生活性炭。在一些实施方式中,例如卤化物化合物的添加剂提供了烟气气流中汞单质的快速辅助氧化,并且在特定实施方式中,卤素化合物在高温下可以比碱金属或碱土金属类似物更不稳定。在进一步的实施方式中,添加剂可以包含附加的试剂,例如附加的无卤含氮化合物。在一些实施方式中,附加的无卤含氮化合物可以是磷酸氢二铵。
[0051]进一步的实施方式涉及通过向烟气气流中喷射包含吸附材料、卤素源和无卤含氮化合物的汞吸附剂,从烟气中去除汞的方法。在一些实施方式中,能够分别地向烟气气流中喷射吸附材料、卤素源和无卤含氮化合物。在特定实施方式中,可以通过位于烟气气流不同位置的气门,向烟气中喷射吸附材料、卤素源和无卤含氮化合物的每一个。例如,可以向锅炉中引入卤素源,并且能够在锅炉上游的不同位置喷射无卤含氮化合物和吸附材料。在其他实施方式中,能够通过分离的气门在烟气气流中的相同位置喷射吸附材料、卤素源和无卤含氮化合物。在进一步的实施方式中,能够组合并同时喷射吸附材料、卤素源和无卤含氮化合物中的两个以上。例如,能够通过单一的气门同时喷射卤素源和无卤含氮化合物的混合物,并且能够通过烟气气流中的相同位置或不同位置的不同气门喷射吸附材料。在其他实施方式中,能够通过单一的气门同时喷射吸附材料和卤素源的混合物,并且能够通过烟气气流中的相同位置或不同位置的不同气门喷射无卤含氮化合物。在还进一步的实施方式中
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