專利名稱：固體燃料燃燒的煙道氣的脫汞方法和裝置的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及除去固體燃料燃燒產(chǎn)物(包括煙道氣)中的汞的裝置和方法，更具體地說，本發(fā)明涉及除去煤燃燒的煙道氣中的元素汞或汞化合物的裝置和方法。
活性炭吸附汞蒸氣的用途已在各種應用(例如城市垃圾焚化)中得到成功的驗證。然而垃圾焚化爐的汞的濃度與燃煤電廠的汞的濃度相比顯著不同，燃煤電廠的汞的濃度大概要低10-100倍。而且垃圾焚化爐產(chǎn)生的汞通常以氯化汞的形態(tài)，而燃煤電廠產(chǎn)生的汞通常呈元素汞的形式。這些差異使除去燃煤電廠煙道氣中的汞更加困難。
活性炭的利用率受較大顆粒尺寸和低表面積的限制，這些因素限制汞的吸附。用平均顆粒尺寸約5微米而最高尺寸約10微米的活性炭會提高汞俘獲效率，但貯存、裝卸、運輸和分散這些物品是極其困難的。因此，在燃煤電廠用活性炭俘獲汞過于昂貴。在這類應用中，活性碳的利用率相當?shù)?，碳與汞的最小摩爾比為10,000比1。
已提出用于俘獲煙道氣中的汞的另一種形式的碳是炭黑。炭黑是烴燃料不完全燃燒或熱分解所生成的碳的細分形式。炭黑的最普通形式稱為爐黑或煙灰，它通過天然氣或石油在封閉爐中與完全燃燒所需空氣的約50％的空氣燃燒制得。炭黑的外表面積是活性炭的外表面積的約100倍。與活性炭相比，這可使有效汞俘獲的C/Hg摩爾比顯著下降。由于炭黑的市場價格與活性炭的相似，有可能使成本顯著降低。
俘獲垃圾焚化爐的汞的炭黑的生成公開于國際專利申請PCT/SE93/00163(國際公布號WO 93/20926)中。其特點在于燃料在缺氧的獨立焚化爐中燃燒并將充滿煙灰的煙道氣注入垃圾焚化爐的煙道氣中。然而，缺氧燃燒導致其它污染物(例如一氧化碳和未燃烴)的生成。即使炭黑生成器的煙道氣在酸氣體脫除裝置(例如煙道氣滌氣器)的上游被注入，所述一氧化碳和未燃烴也不會被破壞或脫除。
用于俘獲焚化爐的汞到俘獲燃煤電廠的汞的基于炭黑和活性炭的現(xiàn)有技術(shù)方法的應用的另一個問題是垃圾焚化爐有很高的氯水平，煙道氣中的汞主要以前述的氯化汞的形式存在。燃煤電廠中所述汞通常是以元素形式。雖然炭黑和活性炭對氯化汞的吸附有較高的親合力，但它們對元素汞的吸附親合力較低。
發(fā)明概述本發(fā)明的目的是提供用含碳吸著劑俘獲燃煤電廠的汞的方法，該方法不釋放在所述含碳吸著劑的生成過程中生成的污染物。本發(fā)明涉及制備含碳吸著劑和消除在其制備過程中可能生成的污染物。本發(fā)明還涉及含碳吸著劑的處理以加強其對元素汞的俘獲。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面提供用于脫除燃料轉(zhuǎn)化產(chǎn)物中的汞的裝置，所述裝置包括將引子批的含碳吸著劑分離為接觸批含碳吸著劑和殘留批含碳吸著劑的設(shè)備和將接觸批的含碳吸著劑在接觸區(qū)與燃料轉(zhuǎn)化產(chǎn)物接觸以使接觸批的含碳吸著劑吸附汞的設(shè)備，所述接觸批含碳吸著劑的含碳吸著劑顆粒尺寸分布為d50＜15微米，其中d50表示接觸批中總分布的50％質(zhì)量的顆粒，分離后的接觸批中的含碳吸著劑的顆粒尺寸分布小于分離前引子批中的含碳吸著劑的顆粒尺寸分布并小于殘留批中的含碳吸著劑的顆粒尺寸分布。
此外，在本發(fā)明的一個方面中，所述裝置還包括用于輸送接觸批含碳吸著劑至接觸區(qū)的輸送設(shè)備，其輸送方式為使平均至少百分之九十(90％)的接觸批含碳吸著劑在引子批含碳吸著劑轉(zhuǎn)化為接觸批含碳吸著劑和殘留批含碳吸著劑之后少于三十(30)分鐘的時間內(nèi)輸送到接觸區(qū)，由此將接觸批的含碳吸著劑在接觸區(qū)與燃料轉(zhuǎn)化產(chǎn)物接觸而使含碳吸著劑在引子批含碳吸著劑轉(zhuǎn)化為接觸批含碳吸著劑和殘留批含碳吸著劑之后基本沒有任何中間存儲。所述裝置還優(yōu)選包括用于分離已吸收燃料轉(zhuǎn)化產(chǎn)物中的汞的含碳吸著劑的設(shè)備。
關(guān)于本發(fā)明裝置的進一步的特征，所述用于分離引子批含碳吸著劑的設(shè)備包括使含碳吸著劑的顆粒尺寸由相對較大的粗顆粒尺寸降低到相對較小的細顆粒尺寸的顆粒尺寸降低設(shè)備。關(guān)于本發(fā)明裝置的另一個進一步的特征，所述分離引子批含碳吸著劑的設(shè)備可用于生成含碳吸著劑原有顆粒尺寸分布為d50＜8微米的接觸批含碳吸著劑，其中d50表示接觸批中總分布的50％質(zhì)量的顆粒。
或者，關(guān)于本發(fā)明裝置的又一個進一步的特征，所述分離引子批含碳吸著劑的設(shè)備可用于生成含碳吸著劑原有顆粒尺寸分布為d50＜4微米的接觸批含碳吸著劑，其中d50表示接觸批中總分布的50％質(zhì)量的顆粒。
關(guān)于本發(fā)明裝置的另外的特征，所述裝置還包括在接觸批含碳吸著劑與燃料轉(zhuǎn)化產(chǎn)物接觸之前在所述接觸批含碳吸著劑上沉積鹵素和酸的至少一種的設(shè)備。
關(guān)于本發(fā)明裝置的所要求的特征，接觸批的中值顆粒尺寸分布(d50)(表示接觸批中總分布的50％質(zhì)量的顆粒)不大于引子批的中值顆粒尺寸分布(d50)(表示引子批中總分布的50％質(zhì)量的顆粒)的一半(1/2)。
關(guān)于本發(fā)明裝置的用途，燃料轉(zhuǎn)化產(chǎn)物可包括煤燃燒所生成的漂塵，分離已吸收燃料轉(zhuǎn)化產(chǎn)物中的汞的含碳吸著劑的設(shè)備優(yōu)選包括可從相對較粗和較密集漂塵中分離含碳吸著劑的分級器。關(guān)于本發(fā)明裝置的進一步的用途，燃料轉(zhuǎn)化產(chǎn)物可包括煤燃燒所生成的煙道氣，含碳吸著劑從所述煙道氣中吸附元素汞和汞化合物的至少一種。
優(yōu)選輸送接觸批含碳吸著劑至接觸區(qū)的輸送設(shè)備使平均至少百分之九十(90％)的接觸批含碳吸著劑在引子批含碳吸著劑轉(zhuǎn)化為接觸批含碳吸著劑和殘留批含碳吸著劑之后少于五(5)分鐘的時間內(nèi)輸送至接觸區(qū)。甚至更優(yōu)選輸送接觸批含碳吸著劑至接觸區(qū)的輸送設(shè)備使平均至少百分之九十(90％)的接觸批含碳吸著劑在引子批含碳吸著劑轉(zhuǎn)化為接觸批含碳吸著劑和殘留批含碳吸著劑之后少于一(1)分鐘的時間內(nèi)輸送至接觸區(qū)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面提供脫除燃料轉(zhuǎn)化產(chǎn)物中的汞的方法，所述方法包括將引子批含碳吸著劑分離為接觸批含碳吸著劑和殘留批含碳吸著劑和將接觸批含碳吸著劑與燃料轉(zhuǎn)化產(chǎn)物在接觸區(qū)進行接觸以使接觸批含碳吸著劑吸附汞的步驟，所述接觸批含碳吸著劑的含碳吸著劑顆粒尺寸分布為d50＜15微米，其中d50表示接觸批中總分布的50％質(zhì)量的顆粒，分離后的接觸批含碳吸著劑的顆粒尺寸分布小于分離前引子批含碳吸著劑的顆粒尺寸分布并小于殘留批含碳吸著劑的顆粒尺寸分布。本發(fā)明方法還包括將接觸批含碳吸著劑輸送至接觸區(qū)，輸送方式為使平均至少百分之九十(90％)的接觸批含碳吸著劑在引子批含碳吸著劑轉(zhuǎn)化為接觸批含碳吸著劑和殘留批含碳吸著劑之后少于三十(30)分鐘的時間內(nèi)輸送至所述接觸區(qū)，由此所述接觸批含碳吸著劑在引子批含碳吸著劑轉(zhuǎn)化為接觸批含碳吸著劑和殘留批含碳吸著劑之后在基本上沒有任何中間存儲過程的情況下在接觸區(qū)與燃料轉(zhuǎn)化產(chǎn)物接觸。另外本發(fā)明的方法包括分離已吸收燃料轉(zhuǎn)化產(chǎn)物中的汞的含碳吸著劑。
附圖和說明書顯示本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點。
附圖簡述本領(lǐng)域技術(shù)人員可通過參考附圖更好地理解本發(fā)明及其許多目的和優(yōu)點，其中

圖1是本發(fā)明的脫除煤燃燒的煙道氣中的元素汞或汞化合物的系統(tǒng)的第一個實施方案的示意圖；圖2是本發(fā)明的脫除煤燃燒的煙道氣中的元素汞或汞化合物的系統(tǒng)的第二個實施方案的示意圖；圖3是本發(fā)明的脫除煤燃燒的煙道氣中的元素汞或汞化合物的系統(tǒng)的第三個實施方案的示意圖；圖4是圖1-3的飄塵處理系統(tǒng)的示意圖；圖5是任選的SO3(三氧化硫)吸著劑附加子系統(tǒng)的示意圖；圖6是說明吸著劑顆粒尺寸和鹵素處理對汞俘獲的影響曲線圖；圖7是說明分散作用對原位顆粒尺寸分布的影響的曲線圖；和圖8是本發(fā)明的脫除煤燃燒的煙道氣中的元素汞或汞化合物的系統(tǒng)的第四個實施方案的示意圖。
優(yōu)選實施方案的詳述圖1所示為用于將燃料(即煤形式的固體礦物燃料)轉(zhuǎn)化為所要求的能量形式的示例性燃料轉(zhuǎn)化安排。圖1所示的示例性燃料轉(zhuǎn)化安排通過煤的燃燒實現(xiàn)所述燃料轉(zhuǎn)化，并用典型的100MWe燃煤工廠10進行說明，所述燃煤工廠10燃燒約40噸/小時的煤并產(chǎn)生約350,000標準立方米/小時的煙道氣流12。原煤14進料入磨煤機/粉碎機16，其中所述原煤被粉碎為微粒大小。一次空氣將所述煤微粒從磨煤機/粉碎機16運送至鍋爐18，在此處煤燃燒使水轉(zhuǎn)化成蒸汽。離開所述鍋爐/爐18的所述煙道氣溫度為1400到2200°F。所述煙道氣在進入空氣預熱器22之前在過熱器和對流通道20(節(jié)熱器/再熱器)中冷卻至約600到800°F。離開空氣預熱器22并進入靜電沉降器(ESP)/織物過濾器24的煙道氣溫度為220到370°F。如果汞俘獲的吸著劑要求量為1lb./MMacf，則需要注入約20lb/hr的吸著劑。對5lb/MMacf(120mg/Nm3)，所述吸著劑要求量是100lb/hr。
在脫除元素汞或汞化合物的系統(tǒng)26的第一個實施方案中，引子批含碳吸著劑呈貯存于筒倉30的含碳吸著劑28的形式，含碳吸著劑28呈凝聚態(tài)，因為它們的極小顆粒趨向于相互粘結(jié)。因此，用進料器32將引子批吸著劑28輸送至分離裝置34，所述分離裝置使所述吸著劑顆粒28粉碎(如果需要)和去凝集成接觸批含碳吸著劑和殘留批含碳吸著劑。接觸批含碳吸著劑的含碳吸著劑顆粒尺寸分布為d50＜15微米，其中d50表示接觸批中總分布的50％質(zhì)量的顆粒，分離后接觸批的含碳吸著劑的顆粒尺寸分布小于分離前引子批含碳吸著劑的顆粒尺寸分布并小于殘留批含碳吸著劑的顆粒尺寸分布。
裝置34可為顆粒分離器或噴射磨，其中壓縮空氣或高壓蒸汽是其能量來源。所述分離裝置34起三個作用顆粒分離；減小顆粒尺寸；和細顆粒分類為“產(chǎn)品”并使粗顆粒返回筒倉30或使粗顆粒保留在所述分離裝置34中用于進一步加工。
目標顆粒尺寸分布為d50＜15微米，優(yōu)選d50＜8微米，最優(yōu)選d50＜4微米，其中d50表示總分布的50％質(zhì)量的顆粒。當起始顆粒尺寸分布大于所要求的產(chǎn)物尺寸時需要減小原顆粒尺寸。如果原顆粒尺寸已經(jīng)小于目標產(chǎn)物尺寸時無需減少原尺寸，例如在原顆粒尺寸小于1微米的炭黑的情況中。這種分離和任選的尺寸減少裝置34的最小能量輸入是10千瓦時/噸，更優(yōu)選為100千瓦時/噸，最優(yōu)選為1000千瓦時/噸。該能量輸入可通過高壓流體(例如蒸汽或空氣噴射磨中的壓縮空氣36)或通過媒介(例如球磨機或軋制機中的球磨或輥子)提供。
吸著劑顆粒28除用分離裝置34處理之外，在其注入煙道氣流之前進行一種或多種處理。在一種選擇中，將吸著劑顆粒28沿通道38從筒倉30輸送至氧化器單元40，在此處用氧化劑42(例如臭氧、過氧化氫、熱空氣、濃硝酸)接觸所述顆粒使所述顆粒外表面親水。經(jīng)處理的吸著劑隨后沿通道44送入分離裝置34或沿通道46送至混合器48，在此處用噴霧器54將溶液50噴霧52至所述吸著劑顆粒使吸著劑顆粒28的表面沉積鹵素。溶液50選自碘化鉀、溶于碘化鉀的碘、堿金屬鹵化物(例如NaCl)和鹵化物鹽(例如CaCl2)或鹵酸(例如HCl、HI、HBr、HF)水溶液。典型添加量使吸著劑中鹵素的濃度為約0到5％。經(jīng)處理的吸著劑隨后沿通道56送入分離裝置34。
鹵素58(例如氯、溴、碘或氟)還可沉積于吸著劑28上，通過在氣化室60中將鹵素58氣化并使其冷凝/吸附于吸著劑28上。氣化鹵素可沿通道62注入顆粒氧化器40(上述)和進料器32之間、進料器32和分離裝置34之間的吸著劑28，或注入離開分離裝置34的”細?！焙腿ツw粒上。
鹵素處理對汞脫除的影響見圖6和表1。圖6表明用碘(0到2.5％重量)處理煤吸著劑28顯著提高吸著劑性能。用未經(jīng)碘處理的“細”煤吸著劑可脫除約10％的汞，而用2.0％的碘添加到“細”煤吸著劑可脫除約95％的汞。表1顯示鹵素處理對炭黑吸著劑和活性炭吸著劑的影響。對表面積為100m2/g的炭黑和煙道氣中吸著劑的濃度為50mg/Nm3而言，向吸著劑28加入碘(處理后碳中的I2為1％)將汞脫除性能從20％提高到100％。對煙道氣中吸著劑溶度為100mg/Nm3的活性炭而言，向吸著劑加入碘(處理后碳中的I2為1％)將汞脫除性能從75％提高到90％。
表1用各種吸著劑和吸著劑濃度(約200°F)從空氣流的除汞效率
*SA＝表面積；d50＝重均顆粒尺寸圖7顯示經(jīng)用不同能量水平的顆粒分離(去凝集)而注入管道的兩種試樣的原位尺寸分布。第一種試樣是平均顆粒尺寸(d50)為18μm的“粗”商品粉末活性炭。第二種試樣是平均顆粒尺寸(d50)為3μm的“細”吸著劑。當經(jīng)低能量水平的顆粒分離(“低”分散)將試樣注入管道時，觀察到的管道中顆粒的實際尺寸明顯粗于當采用較高能量分離顆粒時(“高”分散)的顆粒尺寸。
離開分離裝置34的空氣靜壓約為5-10英寸水標。該靜壓頭可能不足以經(jīng)噴槍輸送和分配吸著劑28至煙道氣管道。如圖1所示，可在分離裝置34后放置“臟空氣”材料處理風扇/鼓風機64以提高吸著劑輸送和分配的靜壓頭。優(yōu)選約30英寸水標的靜壓頭。
本發(fā)明裝置還包括使接觸批含碳吸著劑與燃料轉(zhuǎn)化產(chǎn)物在接觸區(qū)接觸以使接觸批含碳吸著劑吸附汞的設(shè)備。因此，去凝集吸著劑28和輸送空氣/蒸汽在接觸區(qū)66經(jīng)有多個噴槍的分配器68的這類設(shè)備注入煙道氣管道。所述噴射管尖被設(shè)計成給予所述吸著劑流切向沖力(渦狀形尖端)并提高吸著劑28在煙道氣流12中的擴散和分布速度。吸著劑28可被注入鍋爐18和對流通道/過熱器20之間、對流通道/過熱器20和空氣預熱器22之間，或空氣預熱器22和ESP/織物過濾器24之間的煙道氣流12中。
因此，除去元素汞或汞化合物的系統(tǒng)26處理貯存于筒倉30呈凝集態(tài)的引子批含碳吸著劑28。吸著劑28經(jīng)進料器32輸送到分離裝置34，所述分離裝置使吸著劑顆粒28粉碎(如果需要)和去凝集為它們的原有尺寸分布。由引子批生成的去凝集的接觸批吸著劑28隨后在接觸區(qū)66經(jīng)噴射氣流輸送至煙道氣管道(接觸批含碳吸著劑于此吸附煙道氣中的汞)。優(yōu)選輸送接觸批含碳吸著劑至接觸區(qū)的本發(fā)明裝置的輸送設(shè)備將平均至少百分之九十(90％)的接觸批含碳吸著劑在引子批含碳吸著劑分離為接觸批含碳吸著劑和殘留批含碳吸著劑之后少于三十(30)分鐘的時間內(nèi)輸送至接觸區(qū)66，更優(yōu)選在分離后少于五(5)分鐘的時間內(nèi)將平均至少百分之九十(90％)的接觸批含碳吸著劑輸送至接觸區(qū)66，最優(yōu)選在分離后少于一(1)分鐘的時間內(nèi)將平均至少百分之九十(90％)的接觸批含碳吸著劑輸送至接觸區(qū)66。
根據(jù)本發(fā)明的除去元素汞或汞化合物系統(tǒng)的第二個實施方案和圖2所示的在下文中被指定為除去元素汞或汞化合物的系統(tǒng)69中，將部分在磨煤機16中粉碎過的煤于磨煤機出口的區(qū)域70提取為吸著劑28。在區(qū)域70提取的煤優(yōu)選為10到1000lb/hr(送入鍋爐的全部煤的約0.01-1.0％)，更優(yōu)選為50到500lb/hr，最優(yōu)選為100到200lb/hr。需要鼓風機72提供必要的原動力以運送提取的吸著劑固體28。
對提取的吸著劑固體28進行一種或多種處理?？捎萌芤?0在區(qū)域74噴霧吸著劑固體28以在吸著劑顆粒28的表面沉積鹵素。溶液50選自碘化鉀、溶于碘化鉀的碘、堿金屬鹵化物(例如NaCl)和鹵化物鹽(例如CaCl2)或鹵酸(例如HCl、HI、HBr、HF)水溶液。典型添加量的吸著劑28中的鹵素濃度為約0到5％。隨后將經(jīng)處理的吸著劑28沿通道76輸送到分離裝置34。
鹵素58(例如氯、溴、碘或氟)也可沉積于吸著劑上，通過在氣化室60中將鹵素氣化并將其冷凝/吸附于吸著劑上。氣化鹵素可在區(qū)域78注入鼓風機72和分離裝置34之間的吸著劑28，或注入離開分離裝置34的”細?！焙腿ツw粒。
可在分離裝置34后放置“臟空氣”材料處理風扇/鼓風機64以提高吸著劑傳輸和分配的靜壓頭。去凝集吸著劑28和輸送空氣/蒸汽經(jīng)類似于第一個實施方案26中的那種分配器的分配器68注入煙道氣管道。吸著劑28可注入到鍋爐18和對流通道/過熱器20之間、對流通道/過熱器20和空氣預熱器22之間，或空氣預熱器22和ESP/織物過濾器24之間的煙道氣流12中。
根據(jù)本發(fā)明的除去元素汞或汞化合物系統(tǒng)的第三個實施方案和圖3所示在下文中被指定為除去元素汞或汞化合物的系統(tǒng)80中，將部分在磨煤機16中粉碎過的煤也于磨煤機出口的區(qū)域82提取為吸著劑28。在區(qū)域82提取的煤優(yōu)選為10到1000lb/hr(送入鍋爐的全部煤的約0.01到1.0％)，更優(yōu)選為50到500lb/hr，最優(yōu)選為100到200lb/hr。需要鼓風機84提供必要的原動力以運送提取的吸著劑固體28。
所提取的煤在炭生成反應器86中在300-1500℃下部分燃燒。限制所述炭生成器86的空氣供應而僅獲得煤的部分燃燒，優(yōu)選只有煤的揮發(fā)性部分進行部分燃燒。因此，空氣量優(yōu)選控制在煤完全燃燒所需空氣量的0.3到1.0倍，更優(yōu)選在煤完全燃燒所需空氣量的0.5到0.7倍。
沿炭生成器86的通道88出來的固體和氣體的高溫在下游冷卻區(qū)90中降低。可用水驟冷或空氣-、水-或蒸汽-冷卻熱交換器冷卻所述氣體和固體。離開冷卻區(qū)90的所述氣體和固體的溫度優(yōu)選約300℃或更低。
隨后將經(jīng)冷卻的氣體和固體(炭)沿通道92輸送至顆粒分離器94，優(yōu)選旋風分離器。含部分細顆粒的分離出的氣體在區(qū)域96排放至主鍋爐18以確保未燃的烴和其它易燃物(如一氧化碳和碳)完全燃燒。經(jīng)顆粒分離器94分離出的顆粒28沿通道98送入筒倉100。或者，吸著劑顆粒28可沿通道102排放至氧化器單元104，在此處顆粒28與氧化劑42(例如臭氧、過氧化氫、熱空氣、濃硝酸)接觸使顆粒的外表面親水。經(jīng)處理的吸著劑隨后沿通道98排放至筒倉100。
隨著吸著劑28沿通道106從筒倉100輸送至煙道氣流12，鹵素沉積到吸著劑顆粒28的外表面。在一個選擇中，吸著劑顆粒28輸送至混合器48，在此處將溶液50噴到吸著劑顆粒28上以使鹵素沉積至吸著劑顆粒28的表面。溶液50選自碘化鉀、溶于碘化鉀的碘、堿金屬鹵化物(例如NaCl)和鹵化物鹽(例如CaCl2)或鹵酸(例如HCl、HI、HBr、HF)水溶液。典型添加量的吸著劑中的鹵素濃度為約0到5％。經(jīng)處理的吸著劑28隨后沿通道108經(jīng)進料機110送到分離裝置34。
或者，鹵素(例如氯、溴、碘或氟)可沉積于吸著劑上，通過在氣化室60中將鹵素58氣化并使其冷凝/吸附于吸著劑28上。氣化鹵素可在區(qū)域112注入筒倉100和進料機110之間、進料機110和分離裝置34之間的吸著劑28，或送到離開分離裝置34的“細?！焙腿ツw粒上。
可在分離裝置34后放置“臟空氣”材料處理風扇/鼓風機64以提高吸著劑傳輸和分配的靜壓頭。去凝集吸著劑28和輸送空氣/蒸汽經(jīng)類似于第一個實施方案26中的那種分配器的分配器68注入煙道氣管道。吸著劑28可注入到鍋爐18和對流通道/過熱器20之間、對流通道/過熱器20和空氣預熱器22之間，或空氣預熱器22和ESP/織物過濾器24之間的煙道氣流12中。
根據(jù)本發(fā)明的除去元素汞或汞化合物系統(tǒng)的第四個實施方案和圖8所示在下文中被指定為除去元素汞或汞化合物的系統(tǒng)114中，吸著劑28具有除汞系統(tǒng)最優(yōu)選的顆粒尺寸，即d50＜2微米，其中d50表示總分布的50％質(zhì)量的顆粒，這通過使吸著劑28設(shè)定為炭黑或煙灰在第四個實施方案中得以實現(xiàn)。與“粗”和“凝集”活性炭相比，俘獲鍋爐煙道氣中指定量的汞需要的炭黑/煙灰量少得多。例如為除去90％的元素汞需要50mg/Nm3的經(jīng)浸漬的炭黑，相比之下需要大于1000mg/Nm3的“粗”和“凝集”活性炭。而且，浸漬吸著劑28需要的氧化劑(例如碘)的量(少于碳的1％重量)與活性碳所需的量(碳的1-10％重量)相比少很多。
在生成所要求的極細顆粒尺寸分布的吸著劑28的系統(tǒng)114的組件116中，煙灰生成裝置118安置于鍋爐18的高溫區(qū)。煙灰裝置118下游的鍋爐18的氧化區(qū)120確保在煙灰生成過程中生成的CO和HC被破壞。圖9所示氧化區(qū)的溫度范圍優(yōu)選500到1000℃，更優(yōu)選600到800℃以確保煙灰損失最少而CO/HC破壞最大。
在生成所要求的極細顆粒尺寸分布的吸著劑28的系統(tǒng)114的供選擇的組件122中，炭黑/煙灰生成于單獨的具有CO/HC氧化室126的煙灰生成裝置124中。CO/HC氧化室126可有接收破壞CO/HC所需的氧氣或空氣的入口128。炭黑/煙灰流在CO/HC氧化室126的滯留時間和CO/HC氧化室126的維持溫度(優(yōu)選500到1000℃，更優(yōu)選600到800℃)經(jīng)優(yōu)化以最小的煙灰損失來破壞CO/HC。
在生成所要求的極細顆粒尺寸分布的吸著劑28的系統(tǒng)114的另一個供選擇的組件130中，以破壞CO和HC為目標的催化反應器132置于煙灰生成裝置134和煙道氣流12之間。這類催化反應器132的一個實例是涂有多種鉑系金屬(例如鉑、銠、鈀)的整體制品(例如由不銹鋼或陶瓷制備)。圖10所示為用PGM催化劑破壞CO和HC的典型概況。在圖10所示溫度下，煙灰不會受到明顯破壞。
在常規(guī)燃煤工廠中，到達靜電沉降器(ESP)或織物過濾器的未燃碳主要呈未完全燃燒的大的煤顆粒形態(tài)。細顆粒的煤很少出現(xiàn)在正常應用中，因為它們完全燃盡。因此在常規(guī)工廠中，收集于沉降器或織物過濾器的漂塵主要由較大的碳顆粒和較小的漂塵顆粒組成，它們非常難于分離。
上述除汞系統(tǒng)26、69、80、114中，含碳汞吸著劑28通常在鍋爐/主燃燒器18外制備，隨后減小尺寸，再引入煙道氣流12中。吸著劑顆粒28被制成極小的尺寸因而明顯不同于漂塵，可在圖1-3中所示的漂塵處理系統(tǒng)136中從一般漂塵中分離出來。
圖4所示充滿汞的吸著劑28隨同漂塵137一起收集于ESP/織物過濾器24中。充滿汞的吸著劑-漂塵混合物沿通道138從ESP/織物過濾器24的進料斗140輸送至漂塵貯存筒倉142，再沿通道144用進料器146送到分級器148，所述分級器可從粗和較密集漂塵137中分離出”細?！焙偷兔芏裙鴦?8。所述分級器148優(yōu)選為動力型并帶有單獨控制的分級器輪，以優(yōu)選大于50m/s和更優(yōu)選100m/s的端速運行以確保良好的分離和產(chǎn)物回收。
顆粒分離器150可安置于筒倉142和分級器148之間。顆粒分離器150的作用是從漂塵137中分離充滿汞的吸著劑28，它們會因共同收集于ESP/織物過濾器24并貯存于進料斗140和筒倉142而凝集。噴射磨可用于此目的，盡管要求很小的尺寸減小，因此與如果顆粒尺寸必須要減少的情況相比能耗會較低。
如圖1所示，SO3(三氧化硫)-俘獲吸著劑152可與汞吸著劑28一起或與之分開在區(qū)域154注入到煙道氣流12中。另據(jù)圖5，注入SO3(三氧化硫)-俘獲吸著劑152的系統(tǒng)156包括筒倉158。貯存于筒倉158的SO3(三氧化硫)一俘獲吸著劑152經(jīng)進料器160定量輸送至分離裝置34。再經(jīng)鼓風機64和分配器68將去凝集顆粒152注入煙道氣管道。也可利用與汞吸著劑28所用裝置分開的分離裝置、鼓風機和分配器(未說明)?；蛘逽O3(三氧化硫)-俘獲吸著劑前體162可貯存于筒倉158并輸送至前體轉(zhuǎn)化器164。例如石灰石162可貯存于筒倉158并在煅燒爐164中轉(zhuǎn)化為石灰152。值得贊賞的是，SO3(三氧化硫)-俘獲吸著劑系統(tǒng)156可與除汞系統(tǒng)26、69、80、114中任一種系統(tǒng)一起或分別使用。
盡管已經(jīng)說明和描述優(yōu)選實施方案，可進行不脫離本發(fā)明精神和范圍的各種修改和替代。因此，應理解本發(fā)明已通過示例說明且沒有限制。
權(quán)利要求
1.一種脫除燃料轉(zhuǎn)化產(chǎn)物中的汞的裝置，所述裝置包括將引子批含碳吸著劑分離為接觸批含碳吸著劑和殘留批含碳吸著劑的設(shè)備，接觸批含碳吸著劑的含碳吸著劑顆粒尺寸分布為d50＜15微米，其中d50表示接觸批中總分布的50％質(zhì)量的顆粒，分離后接觸批含碳吸著劑的顆粒尺寸分布小于分離前引子批含碳吸著劑的顆粒尺寸分布并小于殘留批含碳吸著劑的顆粒尺寸分布；使接觸批含碳吸著劑與燃料轉(zhuǎn)化產(chǎn)物在接觸區(qū)接觸以使接觸批含碳吸著劑吸附汞的設(shè)備；和將接觸批含碳吸著劑輸送至接觸區(qū)的輸送設(shè)備，其輸送方式為使平均至少百分之九十(90％)的接觸批含碳吸著劑在引子批含碳吸著劑分離為接觸批含碳吸著劑和殘留批含碳吸著劑之后少于三十(30)分鐘的時間內(nèi)輸送至所述接觸區(qū)，由此使接觸批含碳吸著劑在引子批含碳吸著劑轉(zhuǎn)化為接觸批含碳吸著劑和殘留批含碳吸著劑之后在基本沒有任何中間存儲的情況下在接觸區(qū)與燃料轉(zhuǎn)化產(chǎn)物接觸。
2.權(quán)利要求1的裝置，其中所述分離引子批含碳吸著劑的設(shè)備包括使含碳吸著劑顆粒尺寸從相對較大的粗顆粒尺寸減小到相對較小的細顆粒尺寸的顆粒尺寸減小設(shè)備。
3.權(quán)利要求1的裝置，其中所述分離引子批含碳吸著劑的設(shè)備可生成具有d50＜8微米的含碳吸著劑顆粒尺寸分布的接觸批含碳吸著劑，其中d50表示接觸批中的總分布的50％質(zhì)量的顆粒。
4.權(quán)利要求1的裝置，其中所述分離引子批含碳吸著劑的設(shè)備可生成具有d50＜4微米的含碳吸著劑顆粒尺寸分布的接觸批含碳吸著劑，其中d50表示接觸批中的總分布的50％質(zhì)量的顆粒。
5.權(quán)利要求1的裝置，所述裝置還包括在將接觸批含碳吸著劑與燃料轉(zhuǎn)化產(chǎn)物接觸之前在所述接觸批含碳吸著劑上沉積鹵素和酸的至少一種的設(shè)備。
6.權(quán)利要求1的裝置，其中所述燃料轉(zhuǎn)化產(chǎn)物包括由煤燃燒生成的漂塵，分離已吸收燃料轉(zhuǎn)化產(chǎn)物中的汞的含碳吸著劑的設(shè)備包括能從相對較粗和較密集的漂塵中分離含碳吸著劑的分級器。
7.權(quán)利要求1的裝置，其中所述燃料轉(zhuǎn)化產(chǎn)物包括煤燃燒生成的煙道氣，含碳吸著劑吸附煙道氣中的元素汞和汞化合物的至少一種。
8.權(quán)利要求1的裝置，其中所述將接觸批含碳吸著劑輸送至接觸區(qū)的輸送設(shè)備輸送接觸批含碳吸著劑的方式為使平均至少百分之九十(90％)的接觸批含碳吸著劑在引子批含碳吸著劑分離為接觸批含碳吸著劑和殘留批含碳吸著劑之后少于五(5)分鐘的時間內(nèi)輸送至所述接觸區(qū)。
9.權(quán)利要求1的裝置，其中所述將接觸批含碳吸著劑輸送至接觸區(qū)的輸送設(shè)備輸送接觸批含碳吸著劑的方式為使平均至少百分之九十(90％)的接觸批含碳吸著劑在引子批含碳吸著劑分離為接觸批含碳吸著劑和殘留批含碳吸著劑之后少于一(1)分鐘的時間內(nèi)輸送至所述接觸區(qū)。
10.一種脫除燃料轉(zhuǎn)化產(chǎn)物中的汞的方法，所述方法包括將引子批含碳吸著劑分離為接觸批含碳吸著劑和殘留批含碳吸著劑，接觸批含碳吸著劑的含碳吸著劑顆粒尺寸分布為d50＜15微米，其中d50表示接觸批中總分布的50％質(zhì)量的顆粒，分離后接觸批含碳吸著劑的顆粒尺寸分布小于分離前引子批含碳吸著劑的顆粒尺寸分布并小于殘留批含碳吸著劑的顆粒尺寸分布；使接觸批含碳吸著劑與燃料轉(zhuǎn)化產(chǎn)物在接觸區(qū)接觸以使接觸批含碳吸著劑吸附汞；和將接觸批含碳吸著劑輸送至接觸區(qū)，所述輸送方式為使平均至少百分之九十(90％)的接觸批含碳吸著劑在引子批含碳吸著劑分離為接觸批含碳吸著劑和殘留批含碳吸著劑之后少于三十(30)分鐘的時間內(nèi)輸送至所述接觸區(qū)，由此使接觸批含碳吸著劑在引子批含碳吸著劑轉(zhuǎn)化為接觸批含碳吸著劑和殘留批含碳吸著劑之后在基本沒有任何中間存儲的情況下在接觸區(qū)與燃料轉(zhuǎn)化產(chǎn)物接觸。
11.權(quán)利要求10的方法，其中所述分離引子批含碳吸著劑包括使含碳吸著劑的顆粒尺寸從相對較大的粗顆粒尺寸減小到相對較小的細顆粒尺寸。
12.權(quán)利要求10的方法，其中所述分離引子批含碳吸著劑包括生成具有含碳吸著劑的原顆粒尺寸分布為d50＜8微米的接觸批含碳吸著劑，其中d50表示接觸批中總分布的50％質(zhì)量的顆粒。
13.權(quán)利要求10的方法，其中所述分離引子批含碳吸著劑包括生成具有含碳吸著劑的原顆粒尺寸分布為d50＜4微米的接觸批含碳吸著劑，其中d50表示接觸批中總分布的50％質(zhì)量的顆粒。
14.權(quán)利要求10的方法，所述方法還包括在使接觸批含碳吸著劑與燃料轉(zhuǎn)化產(chǎn)物接觸之前在所述接觸批含碳吸著劑上沉積鹵素和酸的至少一種。
15.權(quán)利要求10的方法，其中所述燃料轉(zhuǎn)化產(chǎn)物包括煤燃燒生成的漂塵，分離已吸收燃料轉(zhuǎn)化產(chǎn)物中的汞的含碳吸著劑包括對燃料轉(zhuǎn)化產(chǎn)物進行分級以從相對較粗和較密集的漂塵中分離出含碳吸著劑。
16.權(quán)利要求10的方法，其中所述燃料轉(zhuǎn)化產(chǎn)物包括煤燃燒生成的煙道氣，含碳吸著劑吸附煙道氣中的元素汞和汞化合物的至少一種。
17.權(quán)利要求10的方法，其中所述將接觸批含碳吸著劑輸送至接觸區(qū)包括以使平均至少百分之九十(90％)的接觸批含碳吸著劑在引子批含碳吸著劑分離為接觸批含碳吸著劑和殘留批含碳吸著劑之后少于五(5)分鐘的時間內(nèi)輸送至所述接觸區(qū)的方式輸送所述接觸批含碳吸著劑。
18.權(quán)利要求10的方法，其中所述將接觸批含碳吸著劑輸送至接觸區(qū)包括以使平均至少百分之九十(90％)的接觸批含碳吸著劑在引子批含碳吸著劑分離為接觸批含碳吸著劑和殘留批含碳吸著劑之后少于一(1)分鐘的時間內(nèi)輸送至所述接觸區(qū)的方式輸送所述接觸批含碳吸著劑。
19.權(quán)利要求1的裝置，所述裝置還包括分離已吸收燃料轉(zhuǎn)化產(chǎn)物中的汞的含碳吸著劑的設(shè)備。
20.權(quán)利要求1的裝置，其中所述表示接觸批中的總分布的50％質(zhì)量的顆粒的接觸批中值顆粒尺寸分布(d50)不大于所述表示引子批中的總分布的50％質(zhì)量的顆粒的引子批中值顆粒尺寸分布(d50)的一半(1/2)。
全文摘要
脫除元素汞或汞化合物的系統(tǒng)26處理以凝集態(tài)貯存于筒倉30中的引子批含碳吸著劑28。吸著劑28經(jīng)進料器32輸送到分離裝置34，所述分離裝置將吸著劑顆粒28粉碎(如果需要)和去凝集至它們的原有尺寸分布。該裝置34可為顆粒分離器或噴射磨，其中壓縮空氣或高壓蒸汽是其能量來源。由引子批生成的去凝集的接觸批吸著劑28經(jīng)噴射空氣流輸送至煙道氣管道中的接觸區(qū)66，在此處接觸批含碳吸著劑吸附煙道氣中的汞。
文檔編號B01J20/30GK1798599SQ200480014924
公開日2006年7月5日 申請日期2004年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月3日
發(fā)明者S·G·康, S·斯里尼瓦薩查 申請人:阿爾斯托姆科技有限公司