用于从烟气中去除汞的方法和系统的制作方法
【专利说明】用于从烟气中去除汞的方法和系统
[0001]根据35U.S.C.§ 119的优先权声明
[0002]该美国专利申请是2014年5月30日提交的序列号N0.14/291，707的美国专利申请的延续，所述序列号N0.14/291,707的美国专利申请现在为题目为“METHOD AND SYSTEMOF REMOVAL OF MERCURY FROM A FLUE GAS (去除烟气中的汞的方法和系统)”、发明人姓名为 Sterling M.Gray, James B.Jarvis 和 Steven W.Kosler、2014 年 10 月 21 日授予的N0.8，865，099 美国专利，其根据 35U.S.C.§ 119(e)要求了题目为 “METHOD AND SYSTEMOF MERCURY REMOVAL FROM A FLUE GAS (去除烟气中的汞的方法和系统)”、发明人姓名为Sterling M.Gray, James B.Jarvis 和 Steven W.Kosler 的、2014 年 2 月 5 日提交的序列号为N0.61/935，884的美国临时申请的优先权，上述每个申请的公开内容都以其整体通过引用被合并入本文中。
技术领域
[0003]本发明涉及一种从在化石燃料能量转换设备中产生的烟气中去除汞的方法。汞以及含汞化合物以各种数量存在于化石燃料中。随着燃料的燃烧，汞进入到烟气流中，并且该汞的一部分能最终从烟道中排出。虽然在烟气中汞的浓度通常是低的并且不重要，但是排出的汞最终到了地表水中，在那里它被转换成更有毒的化合物并且能被浓缩到供应食品中的鱼以及其它物种中。结果，即使低水平的汞也给公共健康带来了很大的风险，并且越来越多的规章要求化石燃料燃烧设备降低或者消除排出的汞量。
【背景技术】
[0004]各种形态的汞可能存在于烟气中，并且汞的形态在确定排出了多少汞方面具有重要作用。在燃料中的未化合物在锅炉中被转化成气相的元素未(elemental mercury)。一旦烟气离开锅炉，元素汞中的一些就能被氧化成例如Hg+2的形态，或者，可选地被吸附到飞尘上。涉及许多要素，但是，最终烟气含有各种水平的元素的、氧化的和微粒的汞的混合物。
[0005]在烟气中的有些汞能使用在烧煤的电力设备中经常见到的污染物控制设备被去除。微粒汞在用于收集飞尘的设备中被去除，并且静电除尘器或者织物过滤器是实现此的设备示例。同样地，氧化的汞是非常可溶的，容易在用于控制二氧化硫(SO2)排放的设备中被去除。湿式或者干式烟气脱硫系统是能控制氧化的汞的设备的示例。此外，氧化的汞沿着烟气路径更容易转化成微粒汞。
[0006]虽然微粒状和元素态的汞能使用本领域公知的方法控制，但是元素汞不是同样容易地被控制。不像氧化的汞，元素汞不是可溶的，因此在SO2控制步骤中不能被捕获。因此，元素汞趋于通过排放物控制设备并且通过烟道被排出。因而，用于控制汞排放的通用的策略是使得烟气中的元素汞氧化，使得它然后能在下游的排放物控制设备中被有效地去除。实际上，这是在该文献中说明的本发明的主要目的。
[0007]卤素相对于烟气中的汞的形态具有重要的作用。包括元素氯、溴、碘和氟的卤素天然地出现在煤中。它们在沿着烟气路径促进元素汞的氧化方面具有重要的功能。存在各种能实现该功能的途径。例如，有些含卤素化合物是氧化剂，其能直接氧化元素汞。可选地，含卤素化合物能与其它材料结合作用，以辅助催化汞的氧化。这样的一个例子是在选择的催化还原(SCR)系统中卤素在汞氧化上的有益效果。同样地，卤素化合物能辅助氧化，然后当作为吸附材料(例如活性碳)的一种成分存在时保持汞。
[0008]熟悉本领域的人理解，卤素必须以活性形态存在，以促进汞氧化。活性形态包括卤化氢(例如，氢溴酸-HBr)、卤素的原子形态(例如，原子溴-Br)或者卤素的分子形态(例如，分子溴-Br2)。因此，已有技术的重点在于引入或者产生这些活性卤素形态。有各种方式来实现它。例如，含卤素化合物能在热不稳定的位置(即，在高温引起分解以形成活性卤素产物的位置)被添加到锅炉系统和/或烟气中。可选地，含卤素化合物能在烟气管道外部的设备中在高温下分解成活性卤素产物，并且该活性卤素产物然后能在任何位置被添加到烟气中。另一种选择是添加活性卤素产物，例如HBr或者Br2,直接地添加到烟气中，还有另一种选择是，对于各种含卤素产物，要被用于与吸附材料(例如活性碳)结合，并且结合的材料能用于催化氧化，然后吸附汞。
[0009]产生活性卤素的一种方式是使用具有较高卤素含量的燃料(或者混合燃料)。在锅炉本身内部存在的高温下，卤素转化成活性形态(但是各种形态的比率取决于在考虑的卤素)。活性卤素产物离开锅炉，然后通过上述说明的机理辅助促进汞的氧化。这种概念的外延包括含卤素的添加剂增加到燃料中，以及含卤素的添加剂注射进炉内。因为采用天然形式出现的卤素，所以在添加剂中的卤素在高温下被分解，以形成活性卤素产物。
[0010]已有技术含有在锅炉中使用升高的温度来产生活性卤素产物的许多示例。例如，授权给Comrie的美国专利N0.7，507，083B2说明了这样一种方法，其中含有卤素(例如溴和碘)的吸附剂合成物被注入到燃料上或者被注入到其中温度高于约1，500° F的燃烧室内。同样的，授权给Vosteen等人的美国专利N0.6，878，358说明了这样一种工艺，其中溴的化合物被供入到多级炉和/或炉的下游设备部分中的烟气中，在溴的化合物与烟气接触期间，温度是至少500°C，并且优选为至少800°C。最后，由Pollack等人提交的美国专利申请N0.2011/025011IAl说明了一种使用分子卤素或者卤素前驱体从烟气中去除汞的方法。
[0011]虽然所说明的方法不局限于其中分子卤素或者卤素前驱体被引入到排气流中的区域，但是注射区的温度必须足够高，以允许元素卤素从卤素前驱体的离解和/或氧化，意味着，在注射区的温度必须高于约1，000° F，并且在有些实施例中，要高于约1，500° Fo
[0012]为了分解卤盐，上述示例沿着烟气路径使用了高温。也可能的是在烟气路径的外部使用高温系统，以实现同样的目的。此处，活性卤素产物会在单独的装置中被产生，然后被引入到烟气流中，用于与汞反应。这种方法的示例包括Holmes等人提交的美国专利申请N0.2007/0051239A1，其说明了使用高温/高能腔产生原子卤素自由基的方法，用于使用或者不使用含碳材料产生要被供应到气流中的解离的卤素。
[0013]同样地，由Gale等人提交的美国专利申请N0.2010/0284872A1说明了两步加工方法，第一步在从约650到1，OOO0C (优选的是从700到800°C的温度)的温度下通过卤盐与气流的反应产生酸性卤化物。随后是酸性卤化物与然后被注入到烟气流中的分子卤素的催化反应。
[0014]许多卤盐(示例为CaBrjP HBr)在低于1，000° F的温度下不能被热分解。艮P，这些盐不是热不稳定的，并且该属性解释了为了产生活性卤素产物的目的在较高的温度下为什么要使用它们。但是，有些含卤素化合物，它们在低于1，000° F的温度下是热不稳定的。这样的含卤素化合物包括:氯化铵(例如NH4Cl),所谓的卤间化合物，以及各种有机的含卤素产物。这些化合物具有的共同特征是:在注射位置的温度下由于热不稳定的结果分解成活性卤素产物。
[0015]用于引入活性卤素产物的最明显的方法是将它们直接地添加到烟气中。作为一个示例，由Moore等人提交的美国