用于除汞的吸附剂的制作方法
【专利说明】用于除汞的吸附剂
[0001] 与相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求2012年6月11日提交的题为"用于除汞的吸附剂"（Sorbents for Removal of Mercury)的美国临时申请No. 61/658, 258和2013年3月15日提交的题为"用 于除采的吸附剂"（Sorbents for Removal of Mercury)的美国专利申请 No. 13/841，315 的优先权，该申请的全部内容通过参考并入本文。
[0003] 政府利益
[0004] 不适用。
[0005] 联合研宄协议的参与方
[0006] 不适用。
[0007] 在光盘上递交的通过参考并入的材料
[0008] 不适用。
【背景技术】
[0009] 汞是已知的环境危害，并且对人类和非人类动物物种两者造成健康问题。在美国， 每年约50吨汞被释放到大气中，并且该释放的显著部分来自于例如电力部门的燃煤设施 的排放。为了保护公众健康并保护环境，电力工业连续不断地开发、测试并实施降低其工厂 的汞排放水平的系统。在含碳材料的燃烧中，在燃烧阶段后捕获并持留汞和其他不期望的 化合物以使它们不被释放到大气中的过程，是合乎需要的。
[0010] 从烟道气除汞的最有希望的解决方案之一是活性炭注入（ACI)。活性炭是高度多 孔、无毒性、容易获得的对汞蒸气具有高亲和性的材料。已经建立了与都市垃圾焚化炉一起 使用的这种技术。尽管ACI技术对于除汞有效，但活性炭与烟道气流之间的短接触时间导 致活性炭的全部吸附能力的利用率不足。当炭随着来自于锅炉的飞灰在烟道气流中运送 时，汞被吸附。然后通过例如静电除尘器（ESP)的颗粒物捕获装置或袋滤室除去炭和飞灰。
[0011] 发明简述
[0012] 各种实施方式涉及采吸附材料，其包含体积碘值高于450mg/cc的吸附材料，所 述体积碘值基于使用标准测试方法（ASTM)D-4607或其等同方法测定的重量碘值和使用 (A S TM) D -28 54或其等同方法测定的表观密度。在某些实施方式中，所述体积碘值为约 500mg/cc至约650mg/cc。所述吸附材料可以是本领域中已知的任何材料，包括但不限于活 性炭、再生活性炭、石墨、石墨稀、炭黑、沸石、二氧化娃、娃胶、粘土及其组合。在某些实施方 式中，所述吸附材料具有约1 μ m至约30 μ m的平均粒径（MPD)。在特定实施方式中，所述汞 吸附材料可以包括一种以上氧化剂，例如但不限于氯、溴、碘、溴化铵、氯化铵、次氯酸钙、次 溴酸钙、次碘酸钙、氯化钙、溴化钙、碘化钙、氯化镁、溴化镁、碘化镁、氯化钠、溴化钠、碘化 钠、三氯化钾、三溴化钾、三碘化钾及其组合，并且所述一种以上氧化剂可以为总吸附材料 的约5wt. %至约50wt. %。在一些实施方式中，所述汞吸附材料可以包括一种以上氮源，例 如含铵化合物、含氨化合物、含胺化合物、含酰胺化合物、含亚胺化合物、含季铵化合物及其 组合，并且所述一种以上氮源可以为总吸附材料的约5wt. %至约50wt. %。在某些实施方 式中，所述一种以上氮源可以是碘化铵、溴化铵、或氯化铵、胺卤化物、季铵卤化物、有机卤 化物及其组合。在其他实施方式中，所述汞吸附材料可以包括碱剂，例如但不限于碳酸钙、 氧化钙、氢氧化钙、碳酸镁、氢氧化镁、氧化镁、碳酸钠、碳酸氢钠、二水二碳酸氢三钠及其组 合，并且所述碱剂可以以大于或等于每100克吸附材料约0. 15当量的浓度提供。
[0013] 其他实施方式涉及用于从烟道气除汞的系统，所述系统包含体积碘值高于450mg/ cc的吸附材料，所述体积碘值基于使用标准测试方法（ASTM)D-4607或其等同方法测定的 重量碘值和使用（ASTM)D-2854或其等同方法测定的表观密度。在某些实施方式中，所述体 积碘值为约500mg/cc至约650mg/cc。所述系统可以是本领域中已知的任何材料，包括但不 限于活性炭、再生活性炭、石墨、石墨烯、沸石、二氧化硅、硅胶、粘土及其组合。在某些实施 方式中，所述吸附材料具有约I ym至约30 μπι的平均粒径（MPD)。在特定实施方式中，所 述系统可以包括一种以上氧化剂，例如但不限于氯、溴、碘、溴化铵、氯化铵、次氯酸钙、次溴 酸钙、次碘酸钙、氯化钙、溴化钙、碘化钙、氯化镁、溴化镁、碘化镁、氯化钠、溴化钠、碘化钠、 三氯化钾、三溴化钾、三碘化钾及其组合，并且所述一种以上氧化剂可以为总吸附材料的约 5wt. %至约50wt. %。在一些实施方式中，所述系统可以包括一种以上氮源，例如含铵化合 物、含氨化合物、含胺化合物、含酰胺化合物、含亚胺化合物、含季铵化合物及其组合，并且 所述一种以上氮源可以为总吸附材料的约5wt. %至约50wt. %。在某些实施方式中，所述 一种以上氮源可以是碘化铵、溴化铵、或氯化铵、胺卤化物、季铵卤化物、有机卤化物及其组 合。在其他实施方式中，所述系统可以包括碱剂，例如但不限于碳酸钙、氧化钙、氢氧化钙、 碳酸镁、氢氧化镁、氧化镁、碳酸钠、碳酸氢钠、二水二碳酸氢三钠及其组合，并且所述碱剂 可以以大于或等于每100克吸附材料约〇. 15当量的浓度提供。
[0014] 其他实施方式涉及用于除汞的方法，所述方法包括将体积碘值高于450mg/cc的 吸附材料注射到烟道气流中的步骤，所述体积碘值基于使用标准测试方法（ASTM)D-4607 或其等同方法测定的重量碘值和使用（ASTM)D-2854或其等同方法测定的表观密度。在某 些实施方式中，所述吸附材料可以具有约500mg/cc至约650mg/cc的体积碘值。所述吸附 材料可以是例如活性炭、再生活性炭、石墨、石墨烯、沸石、二氧化硅、硅胶、粘土及其组合， 并且可以具有约1 μ m至约30 μ m的平均粒径（MPD)。所述吸附材料还可以包括上面描述的 任何添加剂。
[0015] 附图描述
[0016] 在下面的【具体实施方式】中，参考了对形成描述的一部分的附图。在附图中，除非上 下文明确指明，否则相同的符号一般表示相同的组分。在【具体实施方式】、附图和权利要求书 中描述的说明性实施方式不意味是限制性的。在不背离本文中提出的主题内容的精神或范 围的情况下，可以利用其他实施方式并且可以做出其他改变。应该容易地理解，在本文中一 般性描述并在附图中图示的本公开的各个方面，可以以大量各种不同的构造排列、替换、组 合、分离和设计，所有这些都在本文中明确考虑到。
[0017] 图1是示出了重量碘值与汞的吸附之间的关系的图。
[0018] 图2是示出了吸附剂的体积碘值与汞的吸附之间的关系的图。
【具体实施方式】
[0019] 在描述本发明的组合物和方法之前，应该理解，本发明不限于所描述的具体过程、 组合物或方法，因为它们可以改变。还应该理解，在本说明书中使用的术语仅仅是出于描述 具体形式或实施方式的目的，并非旨在限制本发明的范围，本发明的范围将仅受随附的权 利要求书限制。除非另有定义，否则在本文中使用的所有技术和科学术语具有与本领域普 通技术人员所通常理解的相同的意义。尽管与本文中所描述的相似或等同的任何方法和材 料可用于本发明的实施方式的实践或测试，但现在描述优选的方法、装置和材料。本文中提 到的所有出版物以其全部内容通过参考并入本文。本文中的任何内容不应被理解为承认没 有权利通过在先发明而使本发明早于这样的公开物。
[0020] 还必须指出，除非上下文明确说明，否则当在本文中以及随附的权利要求书中使 用时，没有具体数量的指称"该"和"所述"等包括其复数指称物。因此，例如，对"燃烧室" 的指称是对"一个以上燃烧室"及其本领域的技术人员已知的等同物的指称等。
[0021] 当在本文中使用时，术语"约"意味着正在使用的数字的数值的加或减10%。因 此，约50%意味着在45% -55%的范围内。
[0022] 本发明的实施方式涉及在烟道气流中具有提高的除汞能力的汞吸附剂。这样的汞 吸附剂包括碘值高于300mg/g的汞吸附材料，并且在其他实施方式中，汞吸附材料可以具 有约700mg/g至约1500mg/g的碘值。在其他实施方式中，这些汞吸附剂可以包含一种以上 添加剂，该添加剂可以进一步提尚采吸附材料的有效性。
[0023] 各种实施方式的吸附剂组合物的汞吸附材料可以包含对汞具有亲和性的任何材 料。例如，在某些实施方式中，汞吸附材料可以是对汞具有亲和性的多孔吸附剂，包