控制从烧煤的热工艺释放汞的方法和系统技术方案

本申请涉及用于控制从烧煤的热工艺释放汞的方法和系统。具体地，本发明专利技术涉及一种控制汞从工业设备释放的方法；还涉及一种用于工业设备的从含汞的气体流移除汞的方法，包括：通过将第一煤与第二煤共混来提供具有碘含量的煤进料，其中第一煤具有天然高浓度的碘和所述第二煤不具有碘或具有比第一煤的浓度低的碘；使所提供的煤进料与含碘的添加剂接触以形成处理的进料物质；自所述处理的进料物质产生包含气相汞和碘的含汞的气体流；和从所述含汞的气体流移除至少50％或更多的汞。

Methods and systems for controlling the release of mercury from hot coal burning process

The application relates to a method and system for controlling the release of mercury from a hot coal burning process. Specifically, the invention relates to a method for controlling mercury emission from industrial equipment; also relates to a method for removing mercury from a gas containing mercury flow of industrial equipment includes: the first and second coal blending with the iodine content of coal feeding, the first coal with natural high concentration the iodine and the second coal with iodine or with low iodine concentration of the first coal; additive contact makes the coal feeding with iodine to form feed material processing; from the processing of the feed material containing gas phase mercury and iodine containing mercury and gas flow; mercury from the gas stream at least 50% or more mercury removal.

【技术实现步骤摘要】
控制从烧煤的热工艺释放汞的方法和系统本申请是中国专利技术专利申请(申请日：2011年2月4日；申请号：201180017600.3(国际申请号：PCT/US2011/023758)；专利技术名称：控制从烧煤的热工艺释放汞的方法和系统)的分案申请。相关申请的交叉引用本申请要求以下文件的优先权：2010年2月4日提交的美国临时申请61/301,459；2010年3月10日提交的美国临时申请61/312,443；和2010年6月10日提交的美国临时申请61/353,555，所有的标题都为"METHODANDEQUIPMENTFORCONTROLLINGMERCURYEMISSIONSFROMCOAL-FIREDTHERMALPROCESSES"，它们的全部内容通过参考并入本申请。
本申请总地涉及控制汞释放，特别涉及使用含卤素的添加剂控制汞释放。
技术介绍
鉴于汞对人类健康以及整个环境造成威胁的公知，联邦国家/省规章都已经在美国和加拿大实施以永久性地减少汞释放，特别是来自以下的释放：烧煤的用途(例如，发电厂)，钢厂，水泥窑，废物焚化炉和锅炉，工业烧煤锅炉，和其它消耗煤的设备。例如，在美国进入环境的约40％的汞来自烧煤发电厂。新的烧煤发电厂将必须符合严格的新来源性能标准。而且，加拿大和多于12个国家已经制定汞控制规则，目标是通常控制90％的烧煤的汞释放，其它国家正在考虑比联邦规章更为严格的规章。其它美国措施很可能需要以更严格的等级控制汞作为全部烧煤来源的新多污染物质规章的部分。控制来自烧煤发电厂的汞的主要技术是活性炭注射(“ACI”)。ACI是在静电沉积器或织物过滤器袋式除尘器的上游注射粉末状含碳吸着剂，特别是粉末状活性炭(“PAC”)的技术。活性炭是具有高吸收能力的多孔含碳物质。活性炭可以高效地捕捉氧化的(与单质的相对)汞。对ACI的大部分改进使用卤素氧化气相单质汞，由此单质汞可以由碳表面捕捉。ACI技术可潜在地应用于控制大多数烧煤发电厂的汞释放，甚至是可以通过针对其它污染物质设计的控制装置实现一定汞控制的那些设备，所述控制装置例如用于控制二氧化硫的湿式洗涤器或干燥洗涤器。ACI是低成本技术。最大的成本要素是吸着剂的成本。但是，ACI具有对于一些使用者而言重要的固有缺点。首先，ACI通常在配置有热侧(hot-side)静电沉积器或较高温度的冷侧(cold-side)静电沉积器的设备没有效果，因为收集颗粒的温度高于碳吸附氧化的汞的温度。第二，活性炭对于燃烧高硫煤和中硫煤的设备以及使用三氧化硫烟道气调节的设备效用较低，这是因为三氧化硫与在碳表面上捕捉汞的冲突。控制从烧煤发电厂释放汞的另一技术是具有ACI的溴注射(bromineinjection)。这样的汞控制系统由AlstomPowerInc.以商业名称Mer-CureTM或KNXTM出售以及由NalcoMobotecCompany以商业名称MerControl7895TM出售。认为溴使单质汞氧化并形成溴化汞。为有效移除汞，溴注射以高比率进行，根据碳注射速率通常高于100ppmw的煤。在不具有ACI的100ppmw，报告溴仅移除约40％的汞。溴存在问题，至少有两个原因。其可以在烟道气中形成HBr，这对设备部件例如管道系统具有高度的腐蚀性。特别地，气体通道的冷表面，例如空气预热器内部、出口管道系统、洗涤器和烟囱内衬，对于腐蚀性侵袭是非常敏感的。同样在这种高注射比率，显著量的溴将从烟囱排放而进入环境。溴是溴甲烷、氢溴氟烃、氯溴甲烷和甲基溴的前体，这些物质是地球高层大气的已知臭氧消耗者。
技术实现思路
这些和其它需要由本申请的各种方面、实施方式、和构造解决。这些方面、实施方式、和构造总地涉及将气相汞转化为更容易捕捉的形式。一方面，提供了包括以下步骤的方法：(a)在包含气相汞和气相碘(气相碘通常源自含碘的添加剂)的气体流中，从所述气体流中分离约50％或更多的(总)气相汞(单质和非单质(speciated)两者)，其中存在以下条件中的一个或多个：(i)该气体流包含约3.5ppmw或更少的气相碘；(ii)在气体流中，气相碘与气相汞的摩尔比不大于约600；(iii)在空气预热器出口或颗粒控制装置入口，气相碘在气体流(不管是天然存在于进料物质中和/或作为添加剂引入)中的浓度为约0.1至约10ppmw；和(iv)相对于产生气相汞的含汞的进料物质的重量，所述气相碘的浓度为约30ppmw或更小。对于天然含碘量低的进料物质，气相碘在含汞的气体流中的浓度通常为约0.05至10ppmw。另一方面，提供了包括以下步骤的方法：(a)使含汞的进料物质与含碘的添加剂接触以形成处理的进料物质，进料物质天然包含不多于约2ppmw的碘，相对于进料物质的重量含碘的添加剂的碘浓度为约30ppmw或更少；(b)自处理的进料物质产生包含气相汞和碘的气体流；和(c)从含汞的气体流移除(通过任何技术)50％或更多的(总)汞(非单质和单质两者)。在大多数应用中，气相碘促进或使得气相汞从含汞的气体流移除。含碘的添加剂不仅可以是成本有效的而且在出乎意料低的浓度可有效地从含汞的气体流中同时移除单质汞和非单质汞。与溴和氯相比，已经发现含碘的添加剂在相对高的温度促进成本有效地形成颗粒结合的汞物质。不同于溴，碘可以具有增强的汞-碘均相和/或非均相反应，该反应不需要基于碳的表面来移除汞。令人惊讶和出乎意料地发现，与溴相比，碘在捕捉汞方面的效率为溴的至少约10倍，甚至是在基本上不存在吸着剂例如碳的情况下也是如此。碘在这样低浓度下的令人惊讶和出乎意料的性能基于碘已知性质对于本领域的技术人员而言并非是显而易见的。本申请根据特定的构造可以提供多种优点。例如，不能依赖于用于控制汞的活性炭注射的热侧静电沉积器可以使用含碘的添加剂以促进一部分汞的沉积，甚至在较高的温度。在基本上不含或完全不含碳颗粒例如未燃烧的碳(“UBC”)或粉末状活性炭时与溴和氯相比，碘使得能够在较高的温度有效地移除汞。这种较高的温度通常无益于用活性炭注射有效地捕捉汞。因为与之前在移除汞中使用卤素例如溴时所验证的效果相比，碘的效果可以为其10倍，因此显著降低浓度的碘可以用于使得能够移除必要量的汞。与溴相比，这种降低意味着卤素溜进烟道气的危险可以显著变小，导致添加的卤素和/或它们的酸物质的总排放量降低。单质和酸形式的溴和氯可能形成危险空气污染物(HazardousAirPollutants)(HAP’s)和有害的平流层臭氧消耗化学品(例如溴甲烷、氢溴氟烃、氯溴甲烷和甲基溴)的前体。而且，碘，甚至如果其排放进大气中，通常比溴产生较小的环境污染。与单质溴和溴化合物相比，单质碘和碘化合物可能具有较小的环境危害。例如，与由溴促进的捕捉的汞相比，由碘促进的捕捉的汞在收集的飞灰上可能更为环境稳定。溴或氯添加剂的减少可以进一步减轻由添加高含量卤素引起的锅炉管和气体通道腐蚀。例如，溴可以在烟道气中形成HBr，这对设备部件例如管道系统具有高度的腐蚀性。相反，碘通常比氯或溴的腐蚀性小，由此表现出减小的用于修理的昂贵工艺停工期的可能性减小。实际上，碘化合物在很多应用中是防腐蚀剂。与溴相比，含碘的添加剂可能对于其它气体物质对汞移除的有害影响更有抗性。在含汞的气体流中存在较高的三氧化硫和/或二氧化氮浓本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种控制汞从工业设备释放的方法，包括：通过将第一煤与第二煤共混来提供具有碘含量的煤进料，其中第一煤具有天然高浓度的碘和所述第二煤不具有碘或具有比第一煤的浓度低的碘；在包含气相汞和气相碘的含汞的气体流中，所述气相碘至少部分源自所提供的具有碘含量的煤进料，从所述含汞的气体流中分离至少50％的所述气相汞，其中使含汞的气体流穿过空气预热器，其中所提供的煤进料包含含汞的固体进料物质并且其中下列至少之一是真实的：(i)所述含汞的气体流包含3.5ppmw或更少的气相碘；(ii)在所述含汞的气体流中，气相碘与气相汞的摩尔比不多于600；(iii)在空气预热器出口，气相碘的浓度为0.1至10ppmw；和(iv)相对于产生所述气相汞的所述含汞的固体进料物质的重量，所述气相碘的浓度为30ppmw或更小；其中所述气相碘包括氢‑碘物质和二原子碘两者，其中含汞的气体流在所述空气预热器出口的温度范围为100至400℃，且其中二原子碘与氢‑碘物质的分子比为至少25:1。

【技术特征摘要】
2010.02.04 US 61/301,459;2010.03.10 US 61/312,443;1.一种控制汞从工业设备释放的方法，包括：通过将第一煤与第二煤共混来提供具有碘含量的煤进料，其中第一煤具有天然高浓度的碘和所述第二煤不具有碘或具有比第一煤的浓度低的碘；在包含气相汞和气相碘的含汞的气体流中，所述气相碘至少部分源自所提供的具有碘含量的煤进料，从所述含汞的气体流中分离至少50％的所述气相汞，其中使含汞的气体流穿过空气预热器，其中所提供的煤进料包含含汞的固体进料物质并且其中下列至少之一是真实的：(i)所述含汞的气体流包含3.5ppmw或更少的气相碘；(ii)在所述含汞的气体流中，气相碘与气相汞的摩尔比不多于600；(iii)在空气预热器出口，气相碘的浓度为0.1至10ppmw；和(iv)相对于产生所述气相汞的所述含汞的固体进料物质的重量，所述气相碘的浓度为30ppmw或更小；其中所述气相碘包括氢-碘物质和二原子碘两者，其中含汞的气体流在所述空气预热器出口的温度范围为100至400℃，且其中二原子碘与氢-碘物质的分子比为至少25:1。2.权利要求1的方法，其中(i)是真实的，其中所述含汞的气体流包含1.5ppmw或更少的气相碘。3.权利要求1的方法，其中(ii)是真实的且其中所述摩尔比为不多于250。4.权利要求1的方法，其中(iii)是真实的，其中所述含汞的气体流在所述空气预热器出口的温度范围为325至450℃，其中所述碘与所述空气预热器上游的气相汞接触，并且其中气相碘在所述空气预热器出口的浓度为0.2至2ppmw。5.权利要求1的方法，其中(iv)是真实的。6.权利要求1的方法，其中所述含汞的气体流包含1.5ppmw或更少的气相碘，其中，在所述含汞的气体流中，气相碘与气相汞的摩尔比为不多于250，其中所述含汞的气体流的温度为325至450℃，其中气相碘在所述空气预热器出口的浓度为0.2至2ppmw，且其中相对于产生所述气相汞的含汞的进料物质的重量，所述气相碘的浓度为30ppmw或更小。7.权利要求1的方法，其中第一和第二煤中的一种或多种包含含汞的固体进料物质，其中所述第一煤具有天然高浓度的大于2ppmw的碘，其中所述第二煤不具有碘或具有不大于2ppmw的低浓度的碘；其中所述含汞的固体进料物质包含不多于3ppmw的总碘和不多于10ppmw的总溴，其中含碘的添加剂与所述进料物质接触，其中所述含碘的添加剂包含不多于25％除碘以外的卤素，其中相对于所述进料物质的重量，总碘浓度为15ppmw或更少，其中所述所提供的煤进料燃烧以产生所述含汞的气体流，其中所述气相碘使得从所述含汞的气体流移除至少75％的单质汞和非单质汞，以及其中该可燃的进料物质当燃烧时产生的未燃烧的碳颗粒量不多于该可燃的进料物质的20重量％。8.权利要求1的方法，还包括：当气相碘和汞在所述含汞的气体流中时，将反应性表面试剂引入到所述含汞的气体流中，以收集至少大部分碘和汞，其中所述反应性表面试剂是以下的一种或多种：沸石，二氧化硅，氧化铝，二氧化硅氧化铝，γ-氧化铝，活性氧化铝，酸化氧化铝，金属氧化物颗粒，硅铝酸盐，离子交换树脂，粘土，过渡金属硫酸盐，陶瓷，碱性材料，天然碱，碱金属碳酸氢盐，碱金属硫酸氢盐，碱金属亚硫酸氢盐，硫化物，单质硫，循环流化床飞灰，流化催化裂化产生的细粒，和热解法硅酸盐，其中所述反应性表面试剂通过干燥洗涤器引入，和其中该干燥洗涤器位于颗粒移除装置的上游，并且其中所述反应性表面试剂的平均尺寸、中值尺寸、和P90尺寸中的一个或多个不大于100微米。9.权利要求1的方法，其中气相汞在所述含汞的气体流中的浓度为至少0.001ppmw，其中在所述含汞的气体流中气相碘与全部气相汞的摩尔比不大于250，其中气相碘在所述含汞的气体流中的浓度为1.5ppmw或更少，并且还包括：当所述气相碘和汞在所述含汞的气体流中时，使所述含汞的气体流与选择性催化还原催化剂接触以实现以下中的至少一个：催化二原子碘的形成，和氧化至少一些气相汞。10.权利要求1的方法，还包括：使所述含汞的气体流穿过以下的至少一个以形成处理的气体流：袋式除尘器，喷雾干燥器吸收器，和静电沉积器；和然后使该处理的气体流穿过湿式洗涤器，该湿式洗涤器的洗涤器淤浆吸着量不多于全部汞的20％。11.权利要求1的方法，还包括：使所述含汞的气体流穿过以下的至少一个以移除至少大部分汞和形成第一气体流：第一颗粒移除装置；和使所述第一气体流穿过预热器以形成第二气体流；和使所述第二气体流穿过第二颗粒移除装置以从所述第二气体流移除至少大部分任何剩余的汞和形成处理的气体流。12.权利要求1的方法，其中所述含汞的气体流源自可燃的进料物质的燃烧，其中所述含汞的固体进料物质是高硫煤和中硫煤之一，其中三氧化硫和二氧化氮气体中的至少一种在所述含汞的气体流中的浓度为至少5ppmv，其中所述第一煤具有大于2ppmw、大于3ppmw或大于4ppmw中的一种碘含量，其中所述第二煤具有不大于2ppmw、不大于1ppmw中的一种碘含量或不具有碘。13.权利要求1的方法，其中所述含汞的气体流源自可燃的进料物质的燃烧，其中所述进料物质是高碱性煤。14.权利要求1的方法，其中所述气相碘包括氢-碘物质和二原子碘两者，其中二原子碘与氢-碘物质的分子比为至少10:1。15.一种用于工业设备的从含汞的气体流移除汞的方法，包括：通过将第一煤与第二煤共混来提供具有碘含量的煤进料，其中第一煤具有天然高浓度的碘和所述第二煤不具有碘或具有比第一煤的浓度低的碘；使所提供的煤进料与含碘的添加剂接触以形成处理的进料物质，其中所提供的煤进料包含含汞的固体进料物质，其中相对于所述含汞的固体进料物质的重量所述含碘的添加剂的碘浓度为30ppmw...

【专利技术属性】
技术研发人员：M德拉姆，NB弗伦齐，R比斯奎，KE鲍尔德里，
申请(专利权)人：ADAES股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US