[发明专利]用于减少汞排放的溴化无机吸附剂

说明书

技术领域

本发明涉及减少燃烧气流的汞排放。

背景

众所周知，汞是危险且有毒的。因此，常常需要移除来自诸如燃煤发电厂和水泥厂的工业过程的燃烧气流中的汞。捕获燃烧气流中的汞是一项技术难题，因为气体体积较大、汞在气体中的浓度通常较低并且燃烧气流温度相对较高。

已知的是，可将活性炭注入含有汞蒸气的气流中。当汞蒸气接触活性炭粒子时，汞被捕获并通过活性炭粒子保持。然后，通过诸如静电除尘器或袋式过滤器的颗粒收集装置来收集这些粒子。通过用溴化物盐溶液或Br₂气体处理活性炭而形成的溴化活性炭也已知用于汞移除，并且还捕获并保持汞。已观察到，低水平的溴化即可提高活性炭吸附剂的汞移除性能；就此而言，参见美国专利NO. 6,953,494。在燃煤发电厂中，活性炭由粉煤灰捕获。然而，在粉煤灰中存在活性炭通常会使得此粉煤灰不适于进一步用作（例如）混凝土中的成分。

已报道了用于减少排放的非基于碳的吸附剂。美国专利NO. 4,101,631描述了用于汞移除的含硫铝硅酸盐沸石。在美国专利NO. 5,695,110中，使用某些天然沸石移除废气中的多种污染物，包括汞。锰氧化物已用于移除NO_x和SO_x，并且也移除汞；参见美国专利NO. 6,579,509和6,974,565。美国专利NO. 4,748,013报道了改性ZSM-5沸石的溴化；其中溴通过水洗或通过暴露于60℃或更高的温度而移除。

即使已经开发出了许多汞控制技术，但仍然需要有效和经济地减少汞排放的新方式。

发明概述

本发明提供减少燃烧气流的汞排放的吸附剂、制备此类吸附剂的方法及使用此类吸附剂减少汞排放的方法。本文描述的方法采用元素溴和/或溴化氢作为溴源。令人惊讶的是，无机基质的溴化比较容易，并提供对移除燃烧气流中的汞相当有效的溴化吸附剂。通过本文描述的组合物和方法可提供若干益处。本发明的溴化无机吸附剂可暴露的温度比基于碳的吸附剂可暴露的那些温度更高（例如，高于约1100℉或约593℃）。此外，由于本发明的溴化无机基质为颗粒，因此可通过用于移除存在于燃烧气流中的其他颗粒的相同机制将它们从气流中移除。另一优点在于该溴化无机吸附剂可包含在混凝土中。

出人意料的是，对于至少某些无机基质而言，用硫源处理比不存在硫源时的处理允许无机基质实现更大程度的溴化。这是有益的，因为对于相同量的吸附剂而言，吸附剂中更多数量的溴通常提供更多的汞移除。另一个优点在于，通常不吸收明显量的溴的某些无机基质在用硫源处理后，将会吸收适于使其成为有效汞吸附剂的量的溴。

本发明的一个实施方案是溴化吸附剂组合物。该组合物为溴化无机吸附剂，其中具有按溴化无机吸附剂的总重量计约0.5重量%至约20重量%的溴。该溴化无机吸附剂由无机基质和溴源形成，该溴源为

元素溴，前提条件是

当溴源为溶液中或载气中的元素溴时，无机基质不是SiO₂:Al₂O₃比率为约70:1或更大的ZSM-5沸石；和/或

溴化氢，前提条件是

当溴化氢为溴化氢水溶液时，无机基质或溴化无机吸附剂已用硫源处理，或无机基质为水泥粉尘或无机氢氧化物。

本发明的又一实施方案是制备溴化吸附剂的方法。该方法包括使无机基质与溴源接触以形成溴化无机吸附剂，该溴源为元素溴和/或溴化氢。任选地，可将硫源与无机基质接触，而硫源与无机基质的接触在无机基质与溴源接触之前或期间进行。

本发明的其他实施方案包括减少汞排放的方法，这些方法采用刚才描述的溴化吸附剂。

本发明的这些和其他实施方案以及特征通过后续描述和所附权利要求书将更进一步显而易见。

发明详述

贯穿本文的术语“颗粒”是指悬浮于气流中的小粒子（直径通常为约45 μm或更小）。贯穿本文使用的术语“气流”是指在一个方向上移动的一定量的气体。贯穿本文使用的短语“燃烧气体”是指由燃烧产生的气体（混合物）。烟道气是燃烧气体的一种类型。就这一点而言，在“燃烧气流”中使用的术语“流”是指在一个方向上移动的一定量的燃烧气体。除非另外指明，否则贯穿本文件使用的术语“溴化吸附剂”是指溴化无机吸附剂，包括已用硫源处理的溴化无机吸附剂。