[发明专利]用于汞控制系统的高能解离

说明书

政府权益

本发明是在由美国环境保护局签署的协议CR 830929-01下，由美 国政府支持完成的。政府享有本发明中的某些权利。

技术领域

本发明总体上涉及烧煤系统中汞排放控制的领域，尤其涉及新型 的有用的控制设备、操作方法和用于从烟道气中除去汞的设备的潜在 应用，其中在添加或不添加吸着剂如碳的条件下，通过引入的与烟道 气相接触的高能解离卤素对汞的氧化，以实现更有效地除去元素汞。

背景技术

由于汞的毒性和生物累积性，汞(Hg)排放已经成为健康和环境问 题。美国环境保护局(EPA)最近已经决定，调节烧煤发电厂的汞排放是 必要的且是适当的。最近颁布的清洁空气条例试图在接下来的几年内 逐步采用更严格的汞排放措施，因此急需开发更有效的汞控制技术。

通过注射吸着剂如碳，能够捕获烟道气中的汞，并通过随后的微 粒收集装置来除掉。尽管到目前为止，吸着剂的注射是最成熟的控制 技术，但是，预计服务于美国市场所需的吸着剂量是很大的，而且为 了实施和保持这一切，经济上将难以承担。需要开发新的方法，以尽 量减少公用事业(utilities)所需要的变化，并降低与资本设备和碳注射相 关的成本。

烟道气构成成分，尤其是卤素或卤化物，会影响烟道气中汞的命 运和形式。煤中自然存在的氯或已经被添加到燃料中的卤素化合物中 在炉中被转变成原子形式，但是由于它是高活性的，就会与烟道气组 分反应，且自身会相互反应，以形成更加复杂的分子形式。例如，当 卤素如氯被使用时，卤素将会与水蒸气、SO₂和其它的烟道气组分发生 反应，且将会生成产物如HCl、SO₂Cl₂和Cl₂。当烟道气冷却时，原子 的或分子的卤素也会与元素汞发生反应，但是，反应是有限制的，这 取决于上述的其它竞争反应。除了气相反应外，与微粒或在微粒上的 非均相反应也会发生。

在炉内发生的原子卤素物种的反应是受动力学控制的，并大大依 赖于温度-时间分布。该问题在于可得到的用于气相中Hg⁰氧化或用于 吸着剂表面上的相互作用的卤素的量和形式。

对于该产物，Horne(Horne，D.G.；Gosavi，R.；Strausz，O.P.J.Chem. Phys.1968，48，4758.)使用光谱(279nm)法，通过测量生成的HgCl来确 定Hg+Cl原子的速率常数。该Hg(I)物种的二级速率常数约为1.3×10^-11cm³·分子^-1·秒^-1。在这个非常快的反应之后可以发生第二反应，以生成 HgCl₂。使用间接方法，Ariya(Ariya，P.A.；Khalizov，A.；Gidas，A.J.Phys. Chem.A 2002，106，7310)确定了Hg⁰与卤素物种的二级速率常数如下： Hg⁰与Cl原子的二级速率常数为1.0×10^-11cm³·分子^-1·秒^-1；Hg⁰与Br原 子的二级速率常数为3.2×10^-12cm³分子^-1·秒^-1；Hg⁰与Br₂的二级速率 常数为9×10^-17cm³·分子^-1·秒^-1；Hg⁰与Cl₂的二级速率常数为2.6×10^-18cm³·分子^-1·秒^-1。因此，原子Cl的速率常数为Cl₂的约四百万倍。然而， 在烧煤公用事业的典型的温度分布下，在燃烧区域中产生的原子Cl， 在其能在所需的温度下氧化元素汞之前，就早已与其它烟道气成分或 自身反应了。