[发明专利]制造汞吸附剂的改进方法

说明书

提供了制备汞吸附剂材料的方法。该方法包括通过混合干燥粘土和干燥铜源来制备铜/粘土混合物；通过混合干燥粘土和干燥硫源来制备硫/粘土混合物；混合所述铜/粘土混合物和所述硫/粘土混合物以形成汞吸附剂预混合物；以及剪切所述汞吸附剂预混合物从而形成汞吸附剂材料。各种基质可以与粘土一起使用或代替粘土使用，并且可以将各种添加剂添加到铜、硫、粘土或其混合物。

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年10月30日提交的美国临时专利申请第62/249049号的权益，通过引用将其整体并入本文，明确地包括任何附图。

发明领域

本发明涉及制备用于从气流(例如天然气)、工业烟囱等中去除汞(有机汞、Hg、Hg⁺和/或Hg⁺²)的组合物的方法；该方法生产的组合物；以及使用该组合物从气流(例如天然气)、工业烟囱等中去除汞(有机汞、Hg、Hg⁺和/或Hg⁺²)的方法。通过该方法生产的组合物，即“除汞介质”，特别适用于从燃煤电厂排放的烟气中去除汞。汞(Hg)去除介质包括均匀、优选剪切的组合物，该组合物包含分层的层状硅酸盐、硫和铜，产生铜/硫/粘土材料，并且在制备汞(Hg)去除介质的方法过程中可以加入添加剂。铜与粘土阳离子进行离子交换，硫与离子交换的游离铜反应从而通过机制组合形成层状硅酸盐结合的硫化铜相。

发明背景

燃煤电厂和燃油电厂的汞排放已成重大的环境问题。汞(Hg)是一种强效的神经毒素，其可在极低浓度下影响人类健康。美国最大的汞排放源是燃煤电厂。这些燃煤电厂占美国汞排放总量的三分之一到二分之一。

汞排放主要是通过燃烧煤排出的烟气(废气)。烟气中有三种基本形式的Hg：单质Hg；氧化的Hg；和颗粒结合的Hg。

目前，用于燃煤电厂和燃油电厂的汞减排的最常见方法是向烟气流中注入粉状活性炭。活性炭提供用于汞吸附以及结合汞的颗粒的团聚的高表面积材料。将活性炭加入烟气流的缺点是活性炭保留在粉煤灰废气流中。来自燃煤电厂的粉煤灰通常被添加到混凝土中，其中活性炭的存在会不利地影响性能。

减少Hg排放的另一种方法是通过添加与汞反应的化学物质来化学吸附单质Hg和氧化的Hg。能够与Hg发生化学反应的一类物质是金属硫化物。美国专利No.6,719,828教导了制备层状吸附剂，例如在粘土层之间具有金属硫化物的粘土。用于制备层状吸附剂的方法是基于离子交换过程，该过程将基质的选择仅限为具有高的离子交换能力的基质。此外，所公开的离子交换是耗时的，涉及多个湿法步骤，这些步骤显著损害吸附剂的可再生性、性能、可扩展性、设备要求和成本。根据美国专利No.6,719,828的教导，制备吸附剂的方法涉及在酸化溶液中溶胀粘土、引入金属盐溶液以便在粘土层之间交换金属离子、过滤离子交换过的粘土、将粘土再分散在溶液中、通过添加硫化物溶液硫化粘土、以及最后对材料过滤和干燥。美国专利No.6,719,828中公开的方法的另一个缺点是离子交换过程的副产物(即生成的硫化氢和金属离子的废溶液)的环境责任。

公布的美国专利申请序列号11/291,091(2009年8月25日授权的美国专利No.7,578,869)教导了制备用于从烟气流中去除汞的金属硫化物/膨润土复合材料。该申请教导了两种工艺，初湿工艺(incipient wetness process)和固态反应性研磨工艺，以制备该复合材料。所述工艺的类似指出在于：将铜盐与膨润土混合，然后添加硫化物盐。所述工艺在添加硫化物盐的方法上不同。在第一种方法中，通过“初湿”工序添加硫化物盐，其中硫化物盐溶解在水中并作为水溶液被添加到铜/粘土混合物；在第二种方法中，通过“固态反应性研磨”过程添加硫化物盐，其中用水合铜/粘土混合物研磨硫化物盐水合物。该申请进一步教导所述初湿法和固态研磨法不同于美国专利No.6,719,828的“湿法”方法，因为对于膨润土粘土的阳离子没有铜离子的离子交换。该申请中生产的材料的复合材料性质得到粉末X射线衍射谱支持，该衍射谱提供了铜蓝(CuS)形成的证据，美国专利No.6,719,828中制备的相同硫化铜。