[发明专利]用于控制烟道气的排放物的方法

说明书

在例如发电厂中通过燃烧化石燃料形成的烟道气在所述气体释放到大气之前需要进行处理以除去污染物和有毒物质。

元素汞在煤燃烧时挥发，成为烟道气的组分。元素汞被认为是对环境有害的污染物。一些减少进入到大气中的汞排放物(排放，emission)的方法涉及在燃烧之前直接向煤中添加含卤素的吸着剂，和/或在燃烧后向烟道气中添加。

最近，公开了将与氧化剂(如碘)组合的含卤化物的离子液体用于吸收和氧化汞。US2011/0081286描述了湿式涤气器形式的设备，通过该设备使所述烟道气物流向上流动并与所述离子液体和氧化剂接触。离开所述涤气器的经处理的气体显示降低的汞排放物。涤气器的温度可最高达200℃。例如，40-80℃，并且可将液体例如水、醇、乙二醇、聚乙二醇，DMSO、DMF和甲基萘等添加到涤气器中的离子液体中。

存在于烟道气中的二氧化硫也通过离子液体吸收，妨碍汞的去除。这是因为二氧化硫通过下列化学反应还原了与离子液体缔合的氧化剂：

[I]SO₂+O_X+2H₂O—>H₂SO₄+2H⁺+Ox^2-

其中，“O_X”表示氧化剂。例如，当与离子液体缔合的氧化剂是元素碘时，上面所示的还原反应导致碘转化成碘化物，使得氧化剂(元素碘)不再可用于氧化汞。

鉴于上述情况，需要最小化二氧化硫在作为用于汞氧化的介质的离子液体中的吸收，确保允许从烟道气中除去汞的有效条件。本发明通过如下来满足该需求：涉及改变离子液体的性质以降低其对二氧化硫的亲和性的方法，使得即使当二氧化硫存在于烟道气中时，汞也可经历氧化；或者通过在经历汞的去除步骤之前从烟道气中分离也是环境污染物的二氧化硫；或者这两者。

在这方面，应指注意，除去二氧化硫通过使用湿法烟道气脱硫(WFGD)工艺常规地实现，其中，所述烟道气向上流过合适的塔(气-液接触器)，并在其中与含钙浆料(如石灰石)接触。二氧化硫被吸收在浆料中，并允许随后在合适的反应容器中与钙化合物反应。由此形成的副产物是石膏(CaSO₄)。近来，离子液体已被建议用作二氧化硫的吸收剂。例如，US2010/0015040公开了用于通过使用离子液体从气体混合物中分离和回收二氧化硫的方法。在该方法中，SO₂的吸收和分离在20-50℃下进行，并且SO₂的汽提在120-250℃下进行。K.Y.Lee等[Int.J.of Hydrogen Energy,33,p.6031-6036,(2008)]描述了类似的方法。同一团队还研究了具有溴根，氯根和碘根阴离子的离子液体及其对SO₂的溶解度的影响[Bull.Korean Chem.Soc.vol.31,No.7,1937-1940页(2010)]。Prasad等[J.Phys.Chem.B.1134739-4743(2009)]也研究了烟道气组分(例如，SO₂和CO₂)在离子液体中的溶解度。此外，US4973456和US5338521描述了使用氟化物盐从气体混合物中除去酸性气体。在US5338521中，描述了使用熔融盐，其捕获酸性气体，并随后在固化时释放所述酸性气体。

如上所述，本发明的一个实施方式是即使当待处理的烟道气中存在“竞争者”二氧化硫时，允许通过离子液体中的吸收和氧化从烟道气中除去汞的方法。

应注意，所述离子液体对二氧化硫的亲和性依赖于温度，而其对汞的亲和性不依赖于温度。随着湿式涤气器的工作温度升高，所述离子液体对SO₂分子的亲和性减小，即高的工作温度相比于SO₂的吸收有利于汞的吸收。

已经发现，通过工作温度、离子液体与相对大且非高度电负性的阴离子的使用，以及向离子液体中添加一种或多种极性质子有机溶剂的组合效果，可使二氧化硫被离子液体的吸收减少。

以上给出的条件的组合导致改变了所述离子液体的吸收分布(profile)，使通过离子液体的吸收方法的选择性向汞、而不是其竞争者(二氧化硫)移动。特别地，应注意，极性质子有机溶剂急剧降低离子液体对SO₂的亲和性，而对在对汞的亲和性方面不具有类似效果，允许所述湿式涤气器在比不存在所述添加剂下为了选择性除去金属而使用的工作温度低的温度下操作。