使用吸附剂聚合物复合材料的烟道气净化系统和方法技术方案

本发明专利技术提供用于从烟道气流中除去硫氧化物、汞蒸气和其它污染物的方法以及烟道气处理装置，所述烟道气处理装置包括具有高表面积载体的吸附剂聚合物复合基材以及与所述吸附剂聚合物复合物基材相邻的耐久卤素源。所述卤素源包含具有未被洗去的季铵卤素盐的化合物。

Flue gas purification system and method using adsorbent polymer composites

The present invention provides a method for sulfur oxides, mercury and other pollutants and flue gas treatment device is removed from the flue gas in the flue gas treatment device comprises a polymer composite adsorbent with high surface area of the substrate carrier and durability of halogen source and the absorbent polymer composite substrate adjacent. The halogen source contains compounds of quaternary ammonium halide salts that have not been washed away.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用吸附剂聚合物复合材料的烟道气净化系统和方法
本专利技术一般涉及污染控制系统和方法的领域，所述系统和方法用于从诸如燃煤发电厂烟道气的工业烟道气中除去硫氧化物、汞蒸气和细微粒物质。
技术介绍
燃煤发电厂、市政废弃物焚烧厂和炼油厂产生大量的含有多种和大量的环境污染物的烟道气体，所述污染物例如有硫氧化物(SO2和SO3)、氮氧化物(NO,NO2)、汞(Hg)蒸气和微粒物质(PM)。在美国，每年仅燃煤就产生约2700万吨的SO2和45吨的Hg。限制燃煤发电厂的汞排放的规章预定于2016年在美国生效。目前有两种普遍接受的符合这些规定的方法。第一种方法涉及在粉碎的煤中添加溴化盐，例如添加溴化钙。在燃烧时，溴与汞结合以产生挥发性的溴化汞。溴化汞易溶于水，并在下游的用于烟道气脱硫的洗涤器中被有效捕集。另外，第二方法涉及将活性碳粉末连续注入烟道气。活性碳可相当有效地捕集单质汞。通常在紧邻设计成用于捕集扬尘的单元操作部的上游进行注入。这种操作部可由静电沉淀器或织物过滤器构成。为控制汞排放而注入的碳也在静电沉淀器或织物过滤器中被捕集。现有的汞控制方法中存在一些问题。在向煤中添加溴化盐的情况下，会产生过量的溴。由该方法中的溴或溴化氢的腐蚀而导致的损伤是有风险的。在注入粉末化的活性碳的情况下，控制高水平的汞可能需要较大的注入比例。在高含硫煤燃烧和烟道气中存在高含量的SOx时，这种情况是特别实际存在的。进一步，所注入的碳与扬尘被共同捕集，高水平的注入可能会损害扬尘的价值，例如出售用于混凝土的价值。需要一种用于除去单质汞、硫氧化物和其他污染物的系统和方法，其不具有现有方法中的将溴导入热烟道气并需要大量的可消耗碳的缺点。美国专利第6,132,692号公开了用于减少多种污染物(颗粒，Hg，NOx和SO2)的方法，其中，电屏障放电反应器产生HgO和诸如HNO3及H2SO4的酸，并且湿式静电沉淀器(ESP)收集HgO、酸和微粒。然后从湿式ESP中取出所收集的污染物以进一步处理。然而，该方法的SO2和NOx的除去效率存在限制，系统昂贵，能量输入非常高，且所收集的酸溶液可能需要作为液体废物进行处理。使用固定床吸附剂似乎会提供具有吸引力的选择。然而，主要由于短的吸附剂寿命，固定床的使用到目前为止一直受限。固定床可能需要在不进行维护的情况下运行1-3年的时长。在实际应用中，碳吸附剂的寿命通常太短而难以提供所需的寿命时长。可用多种化学品处理碳，以提供整体容量。然而，实际的寿命时长通常受到活性碳导致的烟道气中的二氧化硫的氧化所产生的酸的累积的限制。为了克服由SO2氧化导致的酸累积的影响，Lu等(美国专利第7,442,352B2号，下文记为‘352专利)提出了使用吸附剂聚合物复合物，其中活性碳与疏水性的聚四氟乙烯(PTFE)基质结合，起到“反向海绵”的作用，在酸形成时将其排出。这种新型的吸附剂聚合物复合物的使用还提供其他优点。该复合物可被制造成蜂窝状，以提供比堆积的碳颗粒床更高效的汞捕集和更低的压力降低。为了增加吸附剂聚合物复合物的容量，使用了多种含卤素的盐。美国专利第No.8,524,186B2号描述了用于烟道气脱硫的碳基催化剂和制备该催化剂的方法以及该催化剂在烟道气除汞中的应用。在提供处理连续的汞流所需水平的游离碘和溴的方面，该系统存在限制。现有技术中公开的碘和溴化物在上述方法中流失。为了保护吸附剂聚合物复合物的长期有效性，需要含有能够提高汞捕集效率的卤素盐的碳制剂，其不易因流失而损失。需要提供改进的耐久系统，其能够以低成本同时除去诸如SOx、Hg蒸气和PM2.5的多种烟道气污染物。期望所述系统是简易的，不产生二次污染物，并具有产生有用的末端产品的能力。特别理想的是开发能够在更长的时间内提供所需量的卤素源(碘和溴化合物)的系统。更具体而言，需要与吸附剂聚合物复合物基材组合的更耐久并具有更长期的持续卤素源，其不会流失至处理方法中产生的溶液中。
技术实现思路
本专利技术涉及新型和改进的烟道气处理装置以及处理烟道气的方法。下面将参照以下说明书、附图和所附的权利要求对本专利技术的实施方式进行说明。在一个实施方式中，烟道气处理装置包括包含高比表面积载体和疏水性聚合物的吸附剂聚合物复合物(SPC)基材，以及与所述SPC基材相邻的卤素源，其中，所述卤素源的朗缪尔平衡常数大于10。如本文更详细的描述，朗缪尔平衡常数对所要吸附的物质的亲和力的量度。关于与烟道气处理装置中聚合性基材和吸附剂材料相邻的卤素源，本文使用的术语“相邻”包括任意数量的配置以将卤素源放置在吸附剂材料和聚合性基材上或放置在它们附近。例如，可通过任意合适的技术将卤素源放置在吸附剂聚合物复合物基材附近，所述技术可包括但不限于吸收、浸渍、吸附、混合、喷洒、喷雾、蘸、喷涂、涂覆、离子交换或其他将卤素源施用至吸附剂聚合物复合物基材的技术。在另一实施方式中，卤素源可位于吸附剂材料内部，例如位于吸附剂材料的任意孔隙内。另外，卤素源可以溶液方式提供，可在系统运行条件下与吸附剂聚合物复合物基材进行原位接触。适合用于SPC基材的疏水性聚合物包括但不限于氟聚合物，例如聚四氟乙烯(PTFE)，氟乙烯丙烯(FEP)共聚物，聚全氟丙烯酸酯，聚全氟烷氧基烷(PFA)，聚偏氟乙烯(PVDF)，四氟乙烯、六氟丙烯和偏氟乙烯的三聚物(THV)，聚氯三氟乙烯(CFE)，以及氟单体和其它非氟化单体的其它共聚物或三聚物。在一个实施方式中，适合用于基材的合适的疏水性聚合物可包括膨胀型氟聚合物，例如ePTFE。合适的用于SPC基材的高表面积吸附剂材料包括但不限于，几乎各种来源的任何高表面积活性碳，包括例如来源于煤的碳、来源于褐煤的碳、来源于木材的碳、来源于椰子的碳，以及其他高表面积的含碳材料。虽然所有这些材料均会有效地除去汞，但是一般优选碘数超过500的碳。在另一实施方式中，烟道气处理装置的高表面积载体包含活性碳。在进一步的实施方式中，烟道气处理装置的高表面积载体的活性碳可选自煤基碳、木基碳、椰基碳以及来源于其他含碳材料的活性碳。在另一实施方式中，烟道气处理装置的卤素源选自四丁基碘化铵、四丁基三碘化铵、四丁基三溴化铵或四丁基溴化铵。在另一实施方式中，卤素源是下式所示的化合物：N(R1R2R3R4)X，其中，N是氮，X＝I-、Br-、I3-、BrI2-、Br2I-、Br3-，且其中，R1、R2、R3和R4选自具有约1-约18个碳原子的烃，所述烃可以是简单的烷基，包括但不限于直链烷基或支化烷基。在进一步的实施方式中，卤素源可包括三卤化物，其中该三卤化物由其卤化物前体在氧化剂的存在下通过酸处理来形成。在进一步的实施方式中，卤素源是三卤化物，该三卤化物由其卤化物前体在氧化剂的存在下通过酸处理来形成，其中，所述氧化剂选自过氧化氢、碱金属过硫酸盐、碱金属单过硫酸盐、碘酸钾、单过硫酸钾、氧气、铁(III)盐、硝酸铁(III)、硫酸铁(III)、氧化铁(III)及其组合。在另一实施方式中，提供用于从气流中除去硫氧化物和汞蒸气的方法，其包括以下步骤：(1)使所述含有硫氧化物和汞蒸气的气流在氧和水蒸气的存在下通过吸附剂聚合物复合物基材和卤素源，所述吸附剂聚合物复合物基材包含高表面积载体，且所述卤素源与所述吸附剂聚合物复合物基材相邻，其中，所述卤素源的朗缪尔平衡常本文档来自技高网...

【技术保护点】
烟道气处理装置，其包括：包含高表面积载体的吸附剂聚合物复合物基材，和与所述吸附剂聚合物复合物基材相邻的卤素源，其中，所述卤素源的朗缪尔平衡常数大于10。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.02.27 US 62/126,080;2016.02.24 US 15/051,8531.烟道气处理装置，其包括：包含高表面积载体的吸附剂聚合物复合物基材，和与所述吸附剂聚合物复合物基材相邻的卤素源，其中，所述卤素源的朗缪尔平衡常数大于10。2.如权利要求1所述的烟道气处理装置，其中，所述高表面积载体包含选自活性碳、硅胶、沸石及其组合的组分。3.如权利要求2所述的烟道气处理装置，其中，所述活性碳选自煤基碳、木基碳和椰基碳。4.如权利要求2所述的烟道气处理装置，其中，所述活性碳来源于含碳材料。5.如权利要求1所述的烟道气处理装置，其中，所述卤素源是四丁基碘化铵。6.如权利要求1所述的烟道气处理装置，其中，所述卤素源是四丁基三碘化铵。7.如权利要求1所述的烟道气处理装置，其中，所述卤素源是四丁基三溴化铵。8.如权利要求1所述的烟道气处理装置，其中，所述卤素源是四丁基溴化铵。9.如权利要求1所述的烟道气处理装置，其中，所述卤素源包含下式所示的化合物：N(R1R2R3R4)X，其中，N是氮，且X＝I-、Br-、I3-、BrI2-、Br2I-、Br3-，且其中，R1、R2、R3和R4选自具有约1-约18个碳原子的烃。10.如权利要求1所述的烟道气处理装置，其中，所述吸附剂聚合物复合物基材中的所述聚合物包含PTFE。11.烟道气处理装置，其包括：包含高表面积载体的吸附剂聚合物复合物基材，和与所述吸附剂聚合物复合物基材相邻的卤素源，所述卤素源包括四丁基卤化铵盐，且其中，卤素选自I-、Br-、I3-、BrI2-、Br2I-和Br3-。12.烟道气处理装置，其包括：包含高表面积载体的吸附剂聚合物复合物基材，和与所述吸附剂聚合物复合物基材相邻的卤素源，所述卤素源包括下式所示的化合物：N(R1R2R3R4)X，其中，X＝I-、Br-、I3-、BrI2-、Br2I-、Br3-，且其中，R1、R2、R3和R4选自具有约1-约18个碳原子的烃，所述烃是烷基。13.如权利要求12所述的烟道气处理装置，其中，所述卤素源的朗缪尔平衡常数大于10。14.如权利要求12所述的烟道气处理装置，其中，所述高表面积载体包含选自活性碳、硅胶、沸石及其组合的组分。15.如权利要求12所述的烟道气处理装置，其中，所述活性碳选自煤基碳、木基碳和椰基碳。16.如权利要求15所述的烟道气处理装置，其中，所述活性碳来源于含碳材料。17.如权利要求12所述的烟道气处理装置，其中，所述卤素源是四丁基碘化铵。18.如权利要求12所述的烟道气处理装置，其中，所述卤素源是四丁基三碘化铵。19.如权利要求12所述的烟道气处理装置，其中，所述卤素源是四丁基三溴化铵。20.如权利要求12所述的烟道气处理装置，其中，所述卤素源是四丁基溴化铵。21.如权利要求12所述的烟道气处理装置，其中，所述烷基具有4-6个碳原子。22.如权利要求12所述的烟道气处理装置，其中，X＝BrI2-、Br2I。23.如权利要求12所述的烟道气处理装置，其中，所述聚合物复合物包括PTFE。24.烟道气处理装置，其包括：包含高表面积载体的吸附剂聚合物复合物基材，与所述吸...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·哈德威克，XC·陆，
申请(专利权)人：WL戈尔及同仁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US