活性炭蜂窝状催化剂床及其生产方法技术

本文非限制性地公开一种用于从燃煤系统的烟道气中除去汞和其他有毒金属的活性炭蜂窝体催化剂床。该活性炭蜂窝体例如能从烟道气中除去大于９０％的汞，其设计简单，不需向烟道气中加入其他物质。本文还非限制性地公开制造该公开的蜂窝体床的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】专利技术背景
本专利技术涉及用于从流体工艺物流中除去汞和/或其他有毒金属的活性炭蜂窝体催化剂床。
技术介绍
汞既是一种全球性的污染物，也是一种能在自然条件下转化为具有潜在毒性的物质(甲基汞)的杂质。散发到大气中的汞在沉降到地面上之前能传播几千英里。研究显示，大气中的汞也可以沉降在靠近散发源的区域。根据2001年7月公布的美国国家科学院的调查，每年有大约60000个在美国出生的儿童可能受到汞毒性的影响。据报道，吸入汞元素对人类肾脏和中枢神经系统(CNS)有严重影响，引起诸如轻微而短暂的蛋白尿、急性肾衰竭、震颤、易怒、失眠、失忆、神经肌肉变化、头痛、感觉和运动神经功能迟缓、认知功能衰退。大量吸入汞元素也能影响胃肠道和呼吸系统，造成胸口疼痛、呼吸困难、咳嗽、肺功能损害和间质性肺炎。研究也表明，长期接触汞元素会对肾脏和CNS产生不良影响，包括引起兴奋增盛(兴奋性增强)、易怒、过度胆怯、失眠、严重流涎症、齿龈炎、震颤、引发蛋白尿。人们已经发现，接触元素汞化合物的儿童患有肢端痛，其特征是，严重的腿部抽筋、易怒、皮肤感觉异常(一种皮肤刺痛感)、手指疼痛并呈粉红色、手脚和鼻子蜕皮。根据汞对人体CNS的影响，美国环境保护局设定的汞元素接触参考浓度(RfC)为0.0003毫克/立方米。连续接触高于RfC水平的汞会提高健康受到不利影响的可能性。人类接触甲基汞的主要途径是饮食，诸如进食鱼类。大量接触甲基汞会对CNS造成影响，诸如失明、耳聋、知觉受损。长期接触甲基汞会导致各种病症，诸如皮肤感觉异常(一种皮肤刺痛感)、视觉模糊、身体不适、说话困难、视野缩小。对于一个70公斤的人，甲基汞的最小致命剂量估计为20至60毫克/公斤。燃煤发电厂和医疗废物焚烧是与人类活动有关的、散发到大气中的汞的主要来源。在美国，估计燃煤发电厂每年散发48吨汞。美国能源部(DOE)-能源信息局年-->刊—能源展望提出，由于已有和增加的燃煤发电容量的增加，用于发电的煤消耗量将从2002年的9.76亿吨增加到2025年的14.77亿吨。2005年3月15日，EPA发布净化空气汞条例(CAMR)，以便永久性改进和减少燃煤发电厂的汞散发。根据该条例，至2010年，每年从美国的燃煤发电厂散发的汞将减少至38吨，至1018年将减少至15吨。然而，至今还没有一种成本合理的有效的控制技术，特别是对于元素汞的控制。有希望控制元素汞和氧化汞的最新技术是活性炭注入(ACI)技术。早期，在美国专利4889698中公开了这种方法。ACI法包括将活性炭粉末注入烟道气流中和使用织物纤维(FF)或静电沉降器(ESP)收集吸附了汞的活性炭粉末。使用美国能源部/国家能源技术实验室(DOE/NETL)试验设备，以诺芮特达阔(Norit Darco)FGD活性炭进行的中试规模的ACI—FF试验表明，当ACI注入的C:Hg比从2600:1增加到10300:1时，汞的总除去率从40％提高到90％。以DOE/NETL设备进行的比较试验显示，在C:Hg比增加数倍后，ACI-ESP只能控制70％的汞。通常，ACI技术需要高C:Hg比才能达到需要的除汞水平(大于90％)，这产生高比例的吸附剂费用。高的C:Hg比表示ACI不能有效地利用活性炭粉末的汞吸附能力。ACI技术的主要问题是成本问题。如果仅使用一种颗粒采集系统，那么就牺牲了煤粉灰的商业价值，因为它与污染的活性炭粉末混合在一起。根据DOE的成本估计，煤粉灰的商业价值和处理费用约是六百七十万美元。美国专利5505766公开了一种方法，该方法使用具有两个独立的粉末收集器的系统，在用于采集煤粉灰的第一个收集器和用于采集活性炭粉末的第二个收集器或集尘室之间注入活性炭吸附剂。美国专利5158580描述了一种收集效率很高的集尘室。DOE的估计显示，安装用于收集活性炭粉末的附加的集尘室要花费约2800万美元，这个价格是昂贵的，尤其是对于小公司更是如此。由于水溶性的(氧化)汞是烟煤烟道气中主要的含汞类物质，而所述烟道气具有高浓度的SO2和HCl，所以，燃烟煤发电厂通过使用湿式洗涤器结合NOx和/或SO2控制技术能够除去90％的汞。也可以作为微粒控制的共同受益实现汞的控制。由于被湿式洗涤器捕获的汞能被重新释放，所以美国专利6328939公开了一种将螯合剂加入湿式洗涤溶液中的方法。然而，由螯合剂引起的金属洗涤器设备腐蚀和处理螯合溶液的问题会增加成本。美国专利4956162中公开，作为使用湿式洗涤器的共同受益来去除氧化汞，所述湿式洗涤器通过注入钙化合物除去SO2。然而，元素汞是次烟煤或褐煤的烟道气中的主要物质，而且，除非向系统中加入另外的化学试剂，否则湿式洗涤器不能有效地除去元素汞。美国专利6610263和6579597中公开，将活性炭注入含有-->SCR和SO2控制设备的系统。美国专利6503470描述了一种将含硫化物的液剂加入烟道气流中的方法，美国专利6790420描述了一种加入氨水和任选地加入一氧化碳以便加强汞在900℉和1300℉下的氧化的方法。然而，人们不希望向烟道气系统中附加对环境存在潜在危害的物质。有一种活性炭固定床，能够达到高的除汞水平，同时能更有效地利用吸附剂材料。然而，一般的粉末或小球填充床具有很高的压降，这会严重降低能效。而且，这种固定床通常是间歇性技术，因为它们需要根据吸附能力频繁地更换吸附剂。因此，对于发电厂运营者来说，降低压降和显著提高汞吸附量将使固定床技术更加可行和经济。
技术实现思路
本专利技术涉及活性炭蜂窝体催化剂床，更具体的，涉及作为固定床的蜂窝体结构的活性炭基材，用于从燃煤系统的烟道气中除去汞和其他有毒金属。比如，所述活性炭蜂窝体能从烟道气中除去大于90％的汞，其设计简单，不用向烟道气中加入其他物质。在一个实施方式中，本专利技术的蜂窝体固定床系统不需要二次系统(二次系统通常很昂贵)来除去加入的物质。因此，该活性炭蜂窝状系统是一种简单且投资费用低的系统。同时，可以保留燃煤所得的煤粉灰。与ACI相比，活性炭蜂窝状固定床系统更有效地利用活性炭吸附剂，产生更少量的污染的活性炭物质，因此有毒废物的处置成本低。在另一个实施方式中，提供一种单块蜂窝体吸附剂床，其包含多孔的单块蜂窝体，所述蜂窝体含有活性炭催化剂并具有多个平行的孔通道，所述孔通道由从上游进口端至下游出口端穿过所述蜂窝体的多孔通道壁界定。一定量的至少一种有毒金属吸附辅助催化剂与至少一部分活性炭催化剂相结合。在一个实施方式中，本专利技术提供活塞流结构的单块吸附剂。与自由流结构相比，本专利技术的活本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于从燃烧烟道气中除去有毒金属的单块蜂窝状吸附剂床，其包含：　多孔单块蜂窝体，该蜂窝体包含活性炭，并具有多个平行的孔通道，所述孔通道由从上游进口端至下游出口端穿过所述主体的多孔通道壁界定；和　一定量的至少一种有毒金属吸附助催化剂 ，该助催化剂与至少一部分的活性炭催化剂结合；　其中，所述单块蜂窝体的比表面积至少为５平方米／克。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2006-5-11 11/433,1961.用于从燃烧烟道气中除去有毒金属的单块蜂窝状吸附剂床，其包含：
多孔单块蜂窝体，该蜂窝体包含活性炭，并具有多个平行的孔通道，所述孔通道
由从上游进口端至下游出口端穿过所述主体的多孔通道壁界定；和
一定量的至少一种有毒金属吸附助催化剂，该助催化剂与至少一部分的活性炭催
化剂结合；
其中，所述单块蜂窝体的比表面积至少为5平方米/克。
2.如权利要求1所述的单块蜂窝体吸附剂床，其特征在于，所述多孔单块蜂窝体
含有0.01纳米至100纳米的纳米孔和0.1微米和150微米的微米孔。
3.如权利要求1所述的单块蜂窝体吸附剂床，其特征在于，所述有毒金属包含Hg、
As、Cd、Se、Pb、Cr、Te、Ni和Be中的一种或多种。
4.如权利要求1所述的单块蜂窝体吸附剂床，其特征在于，所述有毒金属吸附助
催化剂包含硫。
5.如权利要求1所述的单块蜂窝体吸附剂床，其特征在于，所述有毒金属吸附助
催化剂不包含硫。
6.如权利要求1所述的单块蜂窝体吸附剂床，其特征在于，所述有毒金属吸附助
催化剂包括卤素、含卤素化合物、过渡金属、过渡金属盐、金属氧化物、金溶胶或它
们的任意组合。
7.如权利要求1所述的单块蜂窝体吸附剂床，其特征在于，所述有毒金属吸附助
催化剂包括CaO、CaSO4、CaCO3、Al2O3、SiO2、KI、Fe2O3、CuO、沸石、高岭土、
石灰、石灰石、粉煤灰、硫、硫醇类、黄铁矿、铁铝氧石、氧化锆、或这些物质的组
合。
8.如权利要求1所述的单块蜂窝体吸附剂床，其特征在于，所述蜂窝体的比表面
积为50平方米/克至2500平方米/克。
9.如权利要求1所述的单块蜂窝体吸附剂床，其特征在于，所述蜂窝体的比表面
积为400平方米/克至1500平方米/克。
10.如权利要求1所述的单块蜂窝体吸附剂床，其特征在于，所述蜂窝体的碳含量
为10重量％至100重量％。
11.如权利要求1所述的单块蜂窝体吸附剂床，其特征在于，所述蜂窝体的碳含量
为50重量％至100重量％。
12.如权利要求4所述的单块蜂窝体吸附剂床，其特征在于，相对于蜂窝体总重量，
所述硫的量为大于0重量％至25重量％。
13.如权利要求12所述的单块蜂窝体吸附剂床，其特征在于，相对于蜂窝体总重
量，所述硫的量为1.0重量％至10重量％。
14.如权利要求1所述的单块蜂窝体吸附剂床，所述吸附剂床还包括在9个孔/平
方英寸至1000个孔/平方英寸范围的孔密度。
15.如权利要求14所述的单块蜂窝体吸附剂床，所述吸附剂床还包括在50个孔/
平方英寸至900个孔/平方英寸范围的孔密度。
16.如权利要求1所述的单块蜂窝体吸附剂床，其特征在于，所述多孔性孔壁的平
均壁厚为0.001英寸至0.050英寸。
17.如权利要求16所述的单块蜂窝体吸附剂床，其特征在于，所述多孔性孔壁的
平均壁厚为0.002英寸至0.025英寸。
18.如权利要求1所述的单块蜂窝体吸附剂床，其特征在于，所述蜂窝体还包含无
机填料。
19.如权利要求18所述的单块蜂窝体吸附剂床，其特征在于，所述无机填料包括
堇青石。
20.如权利要求1所述的单块蜂窝体吸附剂床，其特征在于，所述蜂窝体具有总孔
体积，其中至少20％的总孔体积是由孔径大于0.01纳米的孔构成。
21.如权利要求20所述的单块蜂窝体吸附剂床，其特征在于，20％至75％的总孔
体积是由孔径为5纳米至20微米的孔构成。
22.如权利要求20所述的单块蜂窝体吸附剂床，其特征在于，20％至75％的总孔
体积是由孔径为2微米至50微米的孔构成。
23.如权利要求1所述的单块蜂窝体吸附剂床，其特征在于，多个平行孔通道包含
端部堵塞密封的通道壁，所述通道壁界定端部堵塞的平行孔通道。
24.如权利要求23所述的单块蜂窝体吸附剂床，其特征在于，端部堵塞的孔通道
的至少一部分从堵塞的孔端部向开放的孔端部向外呈锥形延伸，使得开放的孔端部比
堵塞的端部具有更大的横截面。
25.一种制造单块蜂窝状吸附剂床的方法，该方法包括以下步骤：
提供蜂窝体前体批料组合物，该组合物含有合成碳前体和至少一种有毒金属吸附
助催化剂；
将所述前体批料组合物...

【专利技术属性】
技术研发人员：KP加德卡尔，Y施，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]