[发明专利]使用氧氯化催化剂将烟道气中的元素汞氧化的方法和设备

说明书

优先权陈述

本申请要求2011年6月30日提交的美国申请No.13/174,190的优先权，通过引用将其全部内容并入本文中。

发明领域

本发明一般性地涉及用于加工烟道气的方法和设备，更特别地，涉及用于降低烟道气中的元素汞的方法和设备。

发明背景

燃煤发电装置为有害空气污染物的显著来源。尽管砷、铬、铅和镍构成从煤发电站释放的可观有害空气污染物，元素汞比这些其它污染物的毒性从数量级上高得多。另外，煤目前以非常大的体积燃烧以发电。因此，煤燃烧为汞空气排放的最大单一人为来源。

在从燃煤发电装置排放到环境中以后，元素汞通常沉降于湖和河中并沿着食物链向上从微生物移动至人类消耗的较大鱼和贝类中。已知汞消耗削弱胎儿、婴儿和幼儿的神经发展。因此，世界卫生组织和联合国环境规划署现在认识到汞是对人类健康和环境的全球威胁。

响应于增长的汞污染威胁，加拿大在2000年签署了关于汞排放的限制。然后，联合国环境规划署形成了全球汞伙伴关系以通过使向环境中的全球人为汞释放最小化以及如果可行的话最终消除而保护人类健康和全球环境以防汞及其化合物的释放。美国环境保护局现在设立了关于由燃煤和燃油发电装置的未来汞排放的限制。

目前，主要的元素汞脱除模式包括将溴处理的粉状活性碳注入烟道气料流中以吸附汞，随后在颗粒收集器中除去。可选方法包括改进现有选择性催化还原(SCR)装置以在使元素汞的氧化最大化的条件下运行，其后在烟道气脱硫(FGD)装置中将它除去。然而，这类SCR条件通常产生提高的三氧化硫形成，三氧化硫是主要污染物和酸雨中的主要试剂。

因此，理想的是提供用于在安全条件下降低烟道气中的元素汞的方法和设备。另外，理想的是提供从烟道气中减少汞而不形成其它污染物的方法和设备。此外，本发明的其它理想特征和特性从随后的发明详述和所附权利要求书连同附图和该发明背景获悉。

发明概述

提供用于从烟道气料流中减少元素汞的方法和设备。根据一个实施方案，该方法包括在氧化区中接收含有元素汞的烟道气料流并将氧化区保持在小于200℃的温度下。在氧化区中，烟道气料流与氧氯化催化剂接触，所述催化剂催化由烟道气中所含的氯化氢形成氯气。其后，将元素汞通过氯气氧化以产生在烟道气料流中的氧化汞。然后在烟道气脱硫(FGD)装置中将氧化汞从烟道气料流中除去。

在另一实施方案中，从烟道气料流中减少元素汞的方法包括提供具有入口和出口且限定氧化区的催化氧化室。另外，该方法将氧氯化催化剂置于氧化区中并将氧化区保持在小于200℃的温度下。将含有氯化氢气体和元素汞蒸气的烟道气料流通过室的入口供入氧化区中。在氧化区中，烟道气料流与氧氯化催化剂接触。根据该实施方案，将元素汞氧化以产生在氧化的烟道气中的氧化汞。然后将氧化的烟道气通过出口从室中除去。

根据另一实施方案的用于减少烟道气料流中的元素汞的设备包含配置以接收含有元素汞的烟道气料流的催化氧化室入口。该设备进一步包含保持在小于200℃的温度下的用于接收氧氯化催化剂的氧化区，配置其以在烟道气料流与氧氯化催化剂接触时将元素汞氧化以产生在氧化烟道气中的氧化汞。另外，设备具有配置以将氧化汞和氧化烟道气从氧化区中除去的催化氧化室出口。

附图简述

在下文中连同以下附图描述本发明，其中类似的数字表示类似的元件，且其中：

图1为根据一个典型实施方案的用于减少烟道气料流中的元素汞的设备的示意性描述；和

图2为根据另一典型实施方案的用于减少烟道气料流中的元素汞的设备的示意性描述。

发明详述

以下发明详述在性质上仅为示例性的且不意欲限制本发明或申请以及发明的用途。此外，不意欲受前述发明背景或以下发明详述中提出的任何理论束缚。

本文提供使用氧氯化催化剂减少烟道气中的元素汞的方法和设备。将氧氯化催化剂置于氧化区中并用于通过两种不同的机制除去元素汞。第一，当含有元素汞的烟道气在氧化区中接触氧氯化催化剂时，催化剂导致氧化反应，从而将一部分元素汞转化成氧化汞。然后可将高水溶性氧化汞用湿洗涤器或类似装置从烟道气中除去。第二，烟道气中的一部分元素汞在氧化区中被吸附在氧氯化催化剂的表面上。可将该吸附的汞机械地从催化剂中除去并安全地消除。为使由烟道气中的二氧化硫形成三氧化硫最小化，将氧化区保持在小于200℃的温度下。因此，元素汞消除方法与较高温度操作相比降低三氧化硫的形成至少50%。