[发明专利]汞吸附剂

说明书

公开用于就地制造使用工艺用水制备的水基汞吸附剂组合物的方法。吸附剂组合物可以是在工艺用水比如来自燃煤发电厂的工艺用水的存在下从包含二氧化硅的前体、金属物质和基于硫的物质制造的水基材料。

技术领域

本公开内容通常涉及汞吸附剂，并且更特别地涉及就地制造水基汞吸附剂组合物的方法。

背景

对电的需求在全球范围内持续增长。为了保持与增长的需求一致，煤被看作用于其产生的来源。在发电厂中煤的燃烧导致释放能量，并且导致产生固体废物比如底灰和粉煤灰、以及烟道气排放物到环境中。主要的气体排放物是标准污染物(criteriapollutant)(例如二氧化硫、二氧化氮、颗粒材料、以及一氧化碳)。

通常在煤中发现以在从0.02ppm至1ppm的范围中的浓度的汞。汞作为硫化物存在，或与有机物质相缔合。在燃烧时，汞作为气态元素汞和其他汞化合物被释放并且被排放至烟道气中。汞在烟道气中以固相和气相(分别为颗粒结合的汞和气相汞)两者出现。汞以及其化合物中的多种的挥发性导致总汞的很大部分在烟道气中作为气相汞存在。气相汞由元素汞和被氧化的汞组成，这些形式的相对量取决于例如煤中的氯化物的量、煤中的氧化铁水平和粉煤灰中的其他成分。指的是气相汞的形式的形态(speciation)，是开发和设计用于汞排放物的捕获策略的关键参数。通常存在构成气相汞的两种形式的汞。形式是氧化的汞(例如Hg²⁺)和元素汞(Hg⁰)。

已经开发出用于控制来自燃煤锅炉的汞排放物的若干控制策略。这些方法中的某些包括注入活性炭、改性活性炭、多种化学催化剂、和无机吸附剂。遗憾的是，这些策略中没有任何一个从烟道气中除去全部的汞。基于随煤进入系统的汞的量，效率的范围从低至30％至高达80％。此外，这些技术对副产物产生不需要的作用，比如影响粉煤灰的品质，或产生用于发电厂的另外的废物流。二者都导致用于发电厂的更高的操作成本。一个有前景的策略是利用现有的空气污染控制装置或APCD以增加或用作除去气相汞的主要手段。APCD的两个实例是半干式和湿式洗涤器或烟道气脱硫器(FGD)。半干式FGD也被称为喷雾干燥器吸收器(Spray Dryer Absorber)或SDA。

硫氧化物(SOx)法规遵从授权使用若干控制策略中的至少一种。在美国使用的三种这样的策略是将吸附剂注入到来自在煤燃烧期间的锅炉的燃烧气体中以及湿式烟道气脱硫器或干式烟道气脱硫器中。目前约3％的燃煤发电厂正在使用吸附剂注入。

尽管有可用的技术，仍有对化合物、组合物、制备化合物和组合物的方法以及使用可以从包含汞的气体流中节约成本地并且有效地捕获汞的化合物和组合物的方法的需求。

发明概述

在一方面中，公开制备汞吸附剂组合物的方法。在一个实施方案中，方法可以包括：a)提供包含二氧化硅的前体的水溶液、金属物质的水溶液、和基于硫的物质的溶液；以及b)用工艺用水在线(in-line)混合并且稀释溶液以提供水基汞吸附剂组合物。在另一个实施方案中，方法可包括：a)提供包含二氧化硅的前体的浓缩的水溶液、金属物质的浓缩的水溶液、和基于硫的物质的浓缩的溶液；以及b)用工艺用水在线混合并且稀释溶液以提供水基汞吸附剂组合物。溶液可以用PARETO^TM混合技术在线混合。水基汞吸附剂组合物可以在引入到洗涤器内之前被容纳在用于存储的缓冲罐中，或可以被直接注入到洗涤器中。洗涤器可以为湿式洗涤器、半干式洗涤器、或干式洗涤器。

包含二氧化硅的前体可以为硅酸、胶体二氧化硅、正硅酸四乙酯、分散的气相二氧化硅、或碱性硅酸盐。金属物质可为铜物质，比如硫酸铜。基于硫的物质可以选自：硫化物盐、二硫代氨基甲酸盐、基于聚合物的二硫代氨基甲酸盐、和多硫化物盐。

水基汞吸附剂组合物可以为包含式(I)的化合物的浆体，

(SiO₂)_x(OH)_yM_zS_aF