[发明专利]用于从烟道气体中汞的耐酸性气体去除的组合物

说明书

相关申请的交叉引用

本申请作为部分继续申请(CIP)要求12/28/2012提交的发明名称为“COMPOSITION FOR ACID GAS TOLERANT REMOVAL OF MERCURY FROM A FLUE GAS”的美国申请13/730,490的优先权，将其全部内容并入本文作为参考。

技术领域

本公开涉及从流体流除去汞的吸着剂组合物领域，所述流体流例如烟道气体流，特别是具有相对高浓度的酸性气体前体和/或酸性气体的流体流。

背景技术

汞是公知的高毒性化合物。在相当水平的暴露可对于所有年龄的人导致不利的健康影响，包括对脑、心脏、肾、肺和免疫系统的伤害。尽管汞是天然存在的，但是大部分排放由各种人类活动如燃烧化石燃料和其它工业过程产生。例如，在美国，约40％的引入环境中的汞来自于烧煤发电厂。

在美国和加拿大，联邦和州/省的法规已经实施或者正在考虑减少汞排放，特别是来自烧煤发电厂、钢厂、水泥窑、废物焚烧炉和锅炉、工业烧煤锅炉和其它烧煤设施的汞排放。例如，美国环境保护局(U.S.EPA)已经发布了汞空气毒物标准(MATS)，其特别要求在2015或者2016年开始烧煤发电厂捕集它们至少约80％至90％的汞排放。

用于烧煤发电厂的汞控制的主要技术是活性炭注入。活性炭注入包括将吸着剂(具体为粉状活性炭)注入锅炉排出的烟道气体中。这种方法的特征在于可顺序或者同时发生的三个主要步骤：(1)使注入的吸着剂与汞物质接触，所述汞物质通常以非常稀的浓度存在于所述烟道气体中(例如，<100ppb(百万分之一份))；(2)将相对惰性和不容易吸附至吸着剂上的元素汞(即，Hg⁰)转化成氧化的汞物质(例如，Hg⁺和Hg⁺²)，其可容易地由吸着剂经物理吸着(物理捕集)或者化学吸着(通过化学亲和力捕集)吸附；和(3)使氧化的汞物质快速扩散至吸着剂孔隙中，在该处它被紧紧地保持(例如，封存)而不释放。所述烟道气体流以非常高的速度穿过管道系统，例如超过25英尺/秒。因此，一旦被注入烟道气体流中，吸着剂必须迅速地经历这三个步骤以接触、氧化和封存相对稀薄量的汞。在一些情况中，吸着剂在所述烟道气体中仅具有1–2秒的停留时间。

尽管存在这些挑战，但是活性炭注入技术已经证实在许多烧煤发电厂中有效控制汞排放。然而，已经证实，在产生具有相对高浓度的酸性气体和/或它们的前体如硫氧化物(例如，SO₂和SO₃)、氮氧化物(例如，NO₂和NO₃)和其它前体的烟道气体流的设施中效果较差。在高温、潮湿和压力的条件下例如在烟道气体中，酸(例如，硫酸(H₂SO₄)或者硝酸(HNO₃))可由前体形成。据信，这些酸可通过竞争性地干扰原本用于捕集和结合汞的反应和吸附位点而抑制或者减慢汞捕集机制。例如，已经观察到，SO₃浓度低达3ppm的烟道气体可不利地影响汞捕集速率。

酸性气体前体和/或酸性气体通常来自三个主要来源。第一个是供应至锅炉的煤给料。某些类型的煤固有地具有高浓度的硫、氮、氯或者其它可在所述烟道气体中形成酸性气体的化合物。例如，因为经济原因，具有高硫含量(例如，高于约2wt.％)的煤如Illinois basin煤正在更加常见地作为锅炉给料，因为高硫煤往往比低硫煤廉价。第二个来源是用于控制NO_x排放的选择性催化还原(SCR)步骤。该过程的非刻意结果是烟道气体中的SO₂可氧化以形成SO₃。第三个来源是发电厂操作员可将SO₃注入烟道气体流中以增强粒子除去设备的效率，例如，来避免变暗问题和在从烟道气体流中除去粒子中提高静电除尘器(ESP)的效力。因此，具有任何前述(或者类似)操作条件的发电厂操作员可能不能够实用地使用常规粉状活性炭产品以捕集汞和成本有效地符合政府规定如EPA MATS。

已经提出数种技术来解决酸性气体前体和/或酸性气体的存在抑制汞捕集性能的这些情况。一种这样的技术是将干燥的碱性化合物如天然碱、氧化钙、氢氧化钙、碳酸钙、碳酸镁、氢氧化镁、氧化镁、碳酸氢钠和碳酸钠单独注入烟道气体中以减少酸性气体。也可将水溶液注入烟道气体流中，包括硫酸氢钠、硫酸钠、碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钠或者硫代硫酸盐的溶液。