[发明专利]降低煤燃烧中的汞排放量

说明书

本申请是2005年4月21日提交的名称为“降低煤燃烧中的汞排放量”的200580049750.7发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明提供用于降低含汞燃料例如煤燃烧时向大气中排放汞的水平的组合物及方法。具体地说，本发明提供在燃烧过程中向燃煤系统加入各种卤素和其它吸附剂组合物。

背景技术

存在于全世界的大量煤资源能够满足下两个世纪世界能源的大部分需求。高硫煤含量丰富，但需要补救步骤以防止过量的硫燃烧时释放到大气中。在美国,低硫煤以低BTU值煤的形式存在于怀俄明和蒙大拿的Powder River盆地中，存在于北达科他和南达科他的中北部地区的褐煤矿床中，以及德克萨斯的褐煤矿床中。但即使煤中含硫量低，它们仍然含有不可忽视的游离的和氧化的汞。

不幸的是，在煤燃烧时汞至少被部分挥发。因此，汞不易残留在灰烬中，而是变成烟道气的一种成分。如果不采取补救措施，汞易于从燃煤设备中逃逸而引起环境问题。目前一些汞通过设备来捕获，例如用湿涤气器和SCR控制系统。但是，大部分汞未被捕获并因此通过排气烟囱释放。

在美国，1990年的清洁空气法修正案（Clean Air Act Amendment）关注了汞的管理和控制。由环保总署（Environmental Protection Agency）（EPA）于1997年向国会递交的一份关于汞的研究报告中进一步明确了对美国电厂排放汞的限制。2000年12月，EPA决定控制汞排放，并于2004年1月和3月出版了提议的清洁空气汞条例。至今，美国环保总署已公布了一套对美国燃煤工厂要求的汞排放量降低的条例。

除了倾向于从煤燃烧的烟道气中部分除去汞的湿涤气器和SCR控制系统外，其他的控制方法包括使用活性炭体系。这种体系的应用易造成高处理成本和高投资成本。此外，活性炭体系的应用导致废气处理中收集的飞灰的碳污染，所述的废气处理例如袋式除尘器（bag house）和静电除尘器。

在美国，进入大气中的汞排放量约为50吨/年。释放物的一大部分来自燃煤设施例如电厂的排放。汞是一种已知的环境有害物，并会导致人类和非人类的动物物种的健康问题。为了维护公众的健康并保护环境，动力工业正持续开发、测试并实施可降低其工厂的汞排放量的系统。人们希望在含碳物质的燃烧中，有一个方法能在燃烧阶段后捕获并保留汞和其它不需要的化合物，以使它们不被释放到大气中。

发明内容

本发明提供了用于降低燃料例如煤燃烧时汞排放量的方法和组合物。本发明提供了多种吸附剂组合物，其含有减少煤燃烧时向大气中排放汞和/或硫的水平的组分。在多种实施方案中，所述的吸附剂组合物在燃烧前直接加入燃料中；部分在燃烧前加入燃料中并且部分加入烟道气后燃区中；或完全加入烟道气后燃区中。在优选的实施方案中，该吸附剂组合物包括一个卤素源且优选地包括一个钙源。在卤素中，优选碘和溴。在多种实施方案中，无机溴化物构成了吸收剂组合物的一部分。

在多种实施方案中，含有溴或碘的汞吸附剂组合物在燃烧前以粉末或液体的形式被加入燃料中。或者，含有卤素如溴或碘的吸附剂组合物在燃烧室后的一点被注入烟道气中，该点的温度高于约1500℉（约800℃）。

在优选的实施方案中，所述的吸附剂组合物还含有其他组分，尤其是含有一个钙源。因此，在一个实施方案中，本发明提供将多元素氧化剂、助剂和吸附剂在燃烧前和/或燃烧后一次及多次施用于炉内的煤中。在多种实施方案中，燃烧时吸附剂组合物的组分产生陶瓷特性且随后该组分与含碳材料一起钙化。在多种实施方案中，吸附剂组合物的使用通过以下方式降低了汞排放量，即通过使用多元素补救处理材料，例如氧化钙、溴化钙、其他卤化钙以及硅、铝、铁、镁、钠和钾的氧化物捕获和稳定氧化的和游离的汞。

在优选的实施方案中，燃煤设施的汞排放量降低到这样一个程度，即煤中90%或更多的汞在释放入大气之前被捕获。所述的汞的补救处理方法可与吸附剂组合物和其它从燃烧气体中除去硫的方法一起使用。因此，在优选的实施方案中，伴随90%以上的汞排放量的降低，硫也大量减少。

从下文中的详细说明人们将清楚本发明其它应用领域。应当理解的是，尽管详细说明和具体的实施例表示了本发明的优选实施方案，但只打算用于示例说明而并不打算限制本发明的范围。

具体实施方式

以下对于一个或多个优选实施方案的说明在本质上是仅仅是示例性的，而不是想要限制本发明、其应用或用途。