[发明专利]用于从废气中去除汞的吸附剂

说明书

本申请是2006年3月13日提交的题为“用于从废气中去除汞的吸附剂”的PCT/US2006/008895号发明专利申请的分案申请，原申请进入中国国家阶段获得的国家申请号为200680016613.8。

技术领域

本发明通常涉及用于从废气流中去除汞的催化吸附剂和这种催化吸附剂的制备方法。

背景技术

汞对人类和环境的毒性是长期已知的。例如已知汞暴露会对人体造成神经损害。在1950′s在Minamata，Japan发生了汞的有害影响的特别破坏性实施例，其中乙醛制备的有机汞副产物被排放到当地海湾，该副产物被鱼吸收并代谢。通过食用该海湾的鱼，报道了当地居民中广泛的神经系统损害和出生缺陷。

用于各种燃烧工艺的煤通常包含约0.1ppm的汞。仅在美国，每年有50吨的汞作为烟道气中的蒸汽被排放。经过化学和生物处理，这种汞可以被千倍浓缩到鱼中，由此以有害的水平进入人类的食物供应中。

从空气、水、天然气和其它工业物流中去除痕量汞的努力具有长期的历史，然而，从煤燃烧废气物流中去除汞是非常不同的问题。

用于从室温下的空气或烃中去除汞的现有技术通常与从废气流中去除汞具有有限的相关性。汞具有较高的原子量，吸附温度是重要的问题。在室温下，与碳进行分散相互作用足以使汞原子稳定。在约300°F(很多废气物流的温度)下，然而，物理吸附不再能够抑制挥发的元素汞。

此外，与快速运动的废气流的足够的接触时间是汞去除的另一问题。废气从燃烧产生到通过排气管释放的总时间通常小于10秒。作为分散的粉末，其中飞行在废气中的吸附剂为约2秒，或者作为在袋式集尘器中袋上的滤饼，废气和由过滤器捕获的活性碳之间的接触时间小于1秒。

对通过废气清洁的活性和反应动力学的需求不能适当通过常规填充床适当测试。常规的填充床不足以进行废气清洁，因为废气的体积很大，用于将其压缩并将其推过填充床的费用过高。对于“飞行中吸附”或“过滤吸附”，与废气的接触时间比常规的填充床的量级小很多。因此，常规填充床的测试结果对废气具有有限的相关性。

涉及从废气中去除汞的其它问题包括废气流中降低浓度含量的汞。废气流中汞的含量为μg/m³级别，而在很多其它工业工艺中的汞含量在mg/m³的级别(例如垃圾焚化)。很多早期的工作涉及非煤燃烧锅炉的蒸汽，认为包含5μg/m³范围内的汞的排放物是完全纯化的。这比废气中汞的最初浓度并不低多少。

首先，现有技术将汞的吸附认为是在吸附剂和汞之间的问题。尽管在室温下的空气和烃物流中确认如此，但废气包含高极性或活性的组分，其可以对汞的去除同时扮演干扰和允许的角色。一种用于废气的典型组成包括约：6％O₂、12％CO₂、8％H₂O、1600ppm SO₂、400ppm NO、50ppm HCl、20ppm NO₂和12μg/m³的元素汞。

现有技术中从煤燃烧锅炉的废气中去除汞的尝试包括各种技术。一种方法集中在在燃烧之前将卤化物盐添加到煤中，使得燃烧过程产生卤化氢气体，然后将粉末碳在下游以较低温度注入到废气中。通过卤化氢气体、活性碳和汞之间的相互作用捕获一些汞。另一种方法为将卤化氢或卤素与活性碳一起添加到较低温度的废气中。

Karlsruhe(1934)的美国专利号1,984,164提出用浸渍卤素的碳或硅胶或其它吸附剂用于从室内空气中去除汞。其它现有技术的尝试包括在燃烧之前将卤化物盐添加到煤中，由于这些盐已知是非常稳定的。该燃烧过程将卤化物氧化为卤素，进一步与氢气反应生成卤化氢。例如，Felsvang等(1995)的美国专利号5,435,980建议在燃烧之前或燃烧过程中将氯化物或含氯的物质添加到煤中，或者将HCl添加到干燥-吸收区域内或其上游的废气中。

Nelson，Jr的美国专利申请号2004/0003716 A1公开了一种用于从燃烧器中去除汞和含汞化合物的方法，通过将吸附剂添加到该废气流中。通过用含溴气体处理含碳基体制备吸附剂。溴气体通过吸入、摄取或皮肤接触已知是非常有毒的。HBr已知也是腐蚀性的。此外，溴和HBr化合物是由活性的，能够容易地添加到烯烃中。此外，溴是对芳香族化合物有活性的。