[发明专利]减少排气中的汞排放物的方法和装置

说明书

本申请是申请号为200480010680.X、申请日为2004年4月14日、发明名称为“减少排气中的汞排放物的方法和装置”的中国专利申请的分案申请。

[0001]技术领域

[0002]本发明一般涉及除去排气(exhaust gas)中不希望有的排放物的方法。本发明更具体地涉及用于减少排气中的汞排放物的方法和装置，其中由排气中的大部分的汞在表面上形成了二氯化汞，该二氯化汞从表面上升华，以及从排气流中除去升华的二氯化汞。

[0003]背景技术

[0004]1990清洁空气修正案(The 1990 Clean Air Amendments)重新引入了对汞人为排放到大气中和随后进入食物链的不断增加的关注。结果，近年来，对该问题的研究活动正在增加，尤其在美国环境保护局决定到2007年末将控制发电厂的汞排放之后。

[0005]目前，没有有效的方法来控制这些排放。虽然关于该问题的大量的专利已经被授权，但可以看出，没有一个专利证明了具有令人满意的效果。越来越迫切地意识到，还有待寻求切实可行的解决方案。

[0006]目前，在冷却由高温方法产生的排气中，汞的化学过程还没有被确定。然而，它的自然和人为排放源是非常清楚的。在整个工业化时代，这些人造排放物已经在环境中积聚到它们已经令人深感悲痛地成为所谓的自然本底的主要部分的这样一种程度。

[0007]人为产生的汞主要是作为元素汞蒸汽排放，其在废气排放物的气相或大气中是相对不反应的。这实质上是它为什么难以控制的原因，因为吸收剂对于保留挥发性极强的元素汞蒸汽不是非常有效的。

[0008]在大气中，元素汞蒸汽的寿命是大约1年。这就是在元素汞蒸汽最终从大气中被清除所要花费的时间长度。因此，它的散布是全球性的，具有随之而来的国际和政治影响。

[0009]在联合国环境规划署最近的报告中已经列举了主要的汞排放源(Chem.& Eng.News 81：(6)20(2003))。煤的燃烧是最大来源，而城市和医疗废物焚烧也起了主要的作用。油的燃烧构成了其来源的另外约10％(Wilhelm，S.M.，Environ.Prog.18：130(1999)，Environ.Sci.Technol.35：4704(2001))。其它重要的来源是金属熔炉，水泥生产厂，采用汞电极的氯碱工艺和某些采掘黄金的活动(Pirrone，N.等人，Atmos.Environ.30：2981(1996)，Pai，P.等人，Fuel Process.Technol.65：101(2000))。

[0010]在元素当中，汞的化学性质是有些独特的。汞形成了结合不强的分子。在气相中，大多数元素容易转化为稳定的气体氧化物，氢氧化物或卤化物。然而，汞具有仅结合很弱的气体氧化物，氢氧化物和单卤化物。结果，在任何高温介质中，存在于任何燃料中的汞在热气体中变成元素原子汞。在燃烧中，具有重要意义的它的唯一稳定的气体分子是二氯化物(HgCl₂)。这是例外的，具有大约360kJ/mol的第一结合强度离解能D₀(HgCl-Cl)。

[0011]然而，难题集中于以下事实：虽然热力学有利，但二氯化汞的形成在动力学上被限制在较低温度下，它不能在高温下在气相中形成。不存在可在气相中将原子汞直接转化为氯化汞的直接通路(Hranisavljevic，J.等人，J.Phys.Chem.A 101：2323(1997)，Ariya，P.A.等人，ibid.106：7310(2002))。

[0012]在气相中，该形成需要通过中间体比如气体氧化物、氢氧化物或一氯化物来进行。这些是不存在的，所以起不了这种作用。当温度充分低，对于它们来说变得可行时，能障已经冻结了任何气相形成动力学反应。然而，在实际中所见到的是，在废气中存在的少量汞实际上作为二氯化汞存在。

[0013]在广泛的化学动力学造模研究之后，这种部分转化仍然是个谜。研究人员往往通过指出化学过程一定非常复杂来总结它们的失败(Laudel，D.L.等人，Fuel Process.Technol.65：157(2000)，Niksa，S.等人，J.Air & Waste Manage.Assoc.52：894(2002))。