[发明专利]从烟道气中高效地除去汞

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2004年11月1日提交的美国临时申请No.60/＿＿,＿＿(名为《从烟道气中高效地除去汞》)的优先权，其全部内容以引用的方式插入本文中。

发明的技术领域

本发明一般涉及从烟道气中除去汞。具体的是，本发明涉及用于从烟道气中除去元素汞和汞化合物的材料、系统和方法。

发明背景

在化石燃料尤其是煤和其它固体燃料燃烧时会将汞释放到大气中，这会对土地和水体产生汞污染。近年来，美国环保署和州环境署已经确认电力工业中燃烧化石燃料是汞扩散的主要来源，并正制订法规来限制电力工业产生的汞量。

现在正开发两种主要的途径来除去汞：(1)改进目前使用的气体净化器(或液体净化器)来除去非颗粒空气污染物(如二氧化硫)；并(1)引入吸收汞的分离系统。

虽然将吸收汞的添加剂加入到液体净化器中的方法提供了一种简单和廉价的方法，但是这种方法存在几个关键的缺陷。第一，改进液体净化器仍不得不证明从烟道气中能除去足够高百分数的汞，确保对环境安全。而且，即使可以除去大量的汞，现有的脱硫净化器产生大量的废弃硫酸钙和/或亚硫酸钙浆料，它们一旦被汞污染就再也不能作为无害废弃物进行处理，需要不同且更加昂贵的处理方法。

如果汞吸收剂与净化器分开，那么与处理大量被汞污染的废弃物有关的问题自然就解决了。已经提出了若干候选材料来用于该方法中。这些材料包括熟知的简单吸收剂，如沸石和木炭，或者能和汞形成汞齐的金属如银和金。不用说，仅基于银或金的系统的起始资金投入将相当大，出于经济可行性，从该系统可靠回收所用材料的装置是必需的。很明显，更廉价的材料将更好。

就简单吸收剂而言，已经发现注入烟道气流中的碳将吸收出于元素态的汞。但是根据汞的来源和燃烧条件，烟道气中10-90％的汞被氧化，因此，它不能被简单吸收剂如碳吸收，使得该方法的应用受到严格的限制。而且，即使碳注入法具有相对廉价的优势，但是存在以下明显的缺点：被汞污染的碳会和固体燃料的粉尘副产物混在一起。在没有馏出汞的经济方法时，以不同方式销售给水泥工业的粉尘一旦被汞污染就不得不作为危险废弃物进行处理。

类似于碳注入法，在形成汞齐中使用金和银的成效会因这些材料不能吸收汞化合物的事实而抵消，例如导致氧化的汞进入大气中。如上所述，在烟道气中氧化汞的分数为10-90％，是指最多有90％的汞会从使用银或金汞齐作为汞吸收剂的装置中漏出。

发明概述

就与除去烟道气中汞有关的上述问题和缺点来看，本发明一个实施方式提供用于从烟道气中除去元素汞和汞化合物的材料、系统和方法。在本发明中，所述烟道气经过能将汞化合物还原成元素汞的材料以及能将元素汞或还原的汞化合物进行汞齐化的其他材料。所述汞齐作为固体或液体除去，并进行循环，回收汞和汞齐化材料。

发明详述

本发明提供一种还原汞化合物(包括烟道气中存在的汞氧化物)并吸收元素汞(包括还原工艺形成的元素汞)的方法，由此减少向大气排放汞。在本发明中，氧化的汞化合物表示为HgO。但是，应理解，这表示了所有氧化的汞化合物，包括但不限于汞的硫化物、汞的氯化物、汞的卤化物和有机汞化合物，所有这些都还原成汞。

在一个实施方式中，使用金属或合金来还原汞化合物并与烟道气中存在的汞形成汞齐。可以使用金属锌、铜、镉、锡、铅、铟、镓、铊、铋、所有碱金属(第一族，锂、钠等)、所有碱土金属(第二族，铍、镁等)、铝、所有稀土金属(具有57-71原子数的镧系金属，具有90-103原子数的锕系金属)以及由上述元素中的两种或多种形成的任意合金。在另一实施方式中，因其还原性能，虽然金和银(例如)没用，但是它们可以用来提高汞齐化工艺。

上述金属或合金可以以任意一种合适的物理形式使用。这种形式的例子包括金属线、棒、片、丝、海绵状物、粉末、尘土状、纳米颗粒、网、筛网等。上述金属或合金也可以分散在高表面积的材料如活性炭、氧化硅、沸石或者呈粉末、压块或玻璃料形式的金属氧化物上。

以下方程式说明了使用元素锌还原氧化的汞的方法以及之后游离汞的汞齐化方法：

HgO+2Zn→Zn(Hg)+ZnO                               (1)

在方程式(1)中，在一个锌原子放热性地将氧化汞还原成金属汞时，另一个锌原子自由地和汞原子形成汞齐。

相反，如以下方程式所示，在氧化的汞和金之间没有发生反应：