專利名稱：減少煙道氣中重金屬的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于減少煙道氣(gaz de fumées)中存在的重金屬(尤其是汞)的方法，該方法包括使煙道氣與收附性(sorption)固體物質(zhì)在干燥狀態(tài)下接觸的步驟。
背景技術(shù)：
術(shù)語“重金屬”是指以下化合物，此處列出僅是為了說明鈁、鐳、鑭系元素、錒系元素、鋯、鉿、 釩、鈮、鉭、 鉻、鉬、鎢、錳、锝、錸、鐵、釕、鋨、鈷、銠、銥、鎳、鈀、鉑、銅、銀、金、鋅、鎘、汞、鎵、銦、鉈、鍺、錫、鉛、砷、銻、鉍、釙。本發(fā)明的減少方法主要涉及最常見的重金屬，即鉛、鉻、銅、錳、銻、砷、鈷、鎳、釩、鎘、鉈和汞，優(yōu)選鉛、鉈、鎘、汞，并且尤其是汞。
在現(xiàn)有技術(shù)中，通常利用含碳化合物(如活性炭或褐煤焦炭)來減少煙道氣中存在的重金屬，尤其是汞。它們可以原樣或者作為與堿性吸收劑的混合物在固定床中以顆粒形式使用，或者通過以粉末形式注入到氣體中來使用；然后固體顆粒在下游被捕集，例如在織物過濾器中，在其中它們的作用被延長。
用于捕獲這些金屬的含碳化合物的效力是得到一致認(rèn)可的。但是在煙道氣中使用這些含碳化合物具有兩個主要的缺點(diǎn)-在通過過濾這些氣體所產(chǎn)生的粉塵中碳含量增加，而碳含量是要嚴(yán)格控制的；-可燃性的危險，其隨著待凈化氣體的溫度升高而增加。
本領(lǐng)域技術(shù)人員為解決含碳化合物燃燒問題所進(jìn)行的改進(jìn)是以與阻燃劑(如石灰)的混合物形式來使用它們。遺憾的是，這種改進(jìn)雖然有效地減少了含碳化合物的燃燒問題，但是并沒有完全解決該問題。這是因為，熱點(diǎn)甚至可在低溫(例如150℃)下出現(xiàn)，尤其是在累積含碳化合物的區(qū)域中在滲入空氣存在下時。含碳化合物也是昂貴的化合物，并且使用這種含碳化合物的步驟也難以被結(jié)合到煙道氣處理的完整工藝中。這是因為，由于更加嚴(yán)格的新標(biāo)準(zhǔn)，目前的完整工藝常常還需要從煙道氣中消除含氮產(chǎn)物。通過催化方法來消除氮氧化物通常是在較高的氣體溫度(大于200℃)下進(jìn)行的。對于與采用含碳化合物的工藝步驟的安全相容性來說，必須經(jīng)常交替進(jìn)行煙道氣的冷卻和其加熱。這意味著要損失經(jīng)濟(jì)利益和時間以及明顯的能量損失。由于含碳化合物引起的燃燒問題，因此難以將含碳化合物結(jié)合到氣體處理工藝中。
文獻(xiàn)“ES 8704428”和“GIL M.ISABEL；ECHEVERRIA，SAGRARIOMENDIOROZ；MARTIN-LAZARO，PEDRO JUAN BERMEJO；ANDRES，VICENTAMUNOZ，Mercury removal from gaseous streams.Effects ofadsorbent geometry，Revista de la Real Academia de CienciasExactas，F(xiàn)isicas y Naturales(Espana)(1996)，90(3)，197-204頁”揭示了可通過使用硫作為試劑而在減少重金屬(尤其是汞)時避免使用碳。硫被沉積在無機(jī)載體如天然硅酸鹽上。這樣的構(gòu)成因而克服了含碳階段的所述缺點(diǎn)。在這種情況下，硅酸鹽被看作是相對于待捕獲污染物來說的惰性載體；污染物通過與含硫化合物的反應(yīng)而被捕集，通常形成硫化物。
遺憾的是，制造由含硫化合物功能化的硅酸鹽常常是危險的、繁重的和昂貴的，這不利于它們的應(yīng)用。例如，文獻(xiàn)ES 8704428公開了通過以明確定義摩爾比的硫化氫(H2S)的氧化反應(yīng)來使硅酸鹽硫化，以在所述硅酸鹽上吸附元素硫。對有毒硫化氫(H2S)的處理是一個危險的操作，為避免任何隨后的氧化反應(yīng)所需的嚴(yán)格摩爾比是非常有限制性的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是通過提供一種方法來克服這些缺陷，該方法通過使用收附性化合物來減少煙道氣中存在的重金屬，尤其是汞，該收附性化合物的使用簡單、更加安全且便宜。
為此，本發(fā)明方法的特征在于，收附性固體物質(zhì)是非功能化無機(jī)化合物，該無機(jī)化合物選自多水高嶺土和按照Dana分類為“坡縷石-海泡石”亞組的頁硅酸鹽。
此處，收附性化合物的使用只需要獲得干燥的常規(guī)便宜產(chǎn)品。
而且，該方法包括在70℃-350℃，優(yōu)選120-250℃的溫度范圍內(nèi)在干燥狀態(tài)下的接觸。在大于200℃的溫度下操作以進(jìn)行接觸的可能性使得能夠在煙道氣處理工藝的整個過程中保持相對恒定的溫度，并且避免相繼的冷卻和加熱步驟，以便首先消除重金屬，然后通過催化作用消除含氮化合物。
本發(fā)明的方法是一種用于減少煙道氣中的重金屬尤其是汞的方法，該方法優(yōu)選被結(jié)合到完整的煙道氣處理中。這是因為，本發(fā)明的方法包括通過使所述煙道氣與堿性吸收劑接觸來消除占多數(shù)的酸性污染物的步驟。通常，煙道氣中占多數(shù)的酸性污染物包括鹽酸、氫氟酸、硫氧化物或氮氧化物，它們在處理之前的煙道氣中的排放含量為大約幾十到幾百mg/Nm3。
在該方法中，所述堿性吸收劑與所述非功能化無機(jī)化合物混合在一起使用，該堿性吸收劑例如是石灰或碳酸鈣，該無機(jī)化合物選自多水高嶺土和按照Dana分類為“坡縷石一海泡石”亞組的頁硅酸鹽。由于自此以后可以同時在同一地點(diǎn)進(jìn)行兩個步驟，這使得能夠節(jié)省投資和空間，并且具有明顯的經(jīng)濟(jì)影響。
該方法的其它實施方式在從屬權(quán)利要求中說明。
本發(fā)明還涉及選自多水高嶺土和按照Dana分類為“坡縷石-海泡石”亞組的頁硅酸鹽的非功能化無機(jī)化合物在干燥狀態(tài)下用于減少煙道氣中存在的重金屬尤其是汞的用途，并涉及堿性吸收劑與選自多水高嶺土和“坡縷石-海泡石”亞組的頁硅酸鹽的非功能化無機(jī)化合物的混合物在干燥狀態(tài)下用于處理煙道氣的用途。
因此，本發(fā)明的目的是一種通過利用選自多水高嶺土和“坡縷石-海泡石”亞組的頁硅酸鹽的無機(jī)化合物來減少煙道氣中存在的重金屬尤其是汞的方法。在本發(fā)明方法中優(yōu)選使用的該無機(jī)化合物是多水高嶺土和選自“坡縷石-海泡石”亞組的頁硅酸鹽，海泡石和坡縷石，也稱為綠坡縷石。
這些無機(jī)化合物建議原樣使用(未被化合物如硫功能化)。在頁硅酸鹽中，本發(fā)明涉及按照Dana分類為“坡縷石-海泡石”亞組的那些頁硅酸鹽。本發(fā)明所涉及的多水高嶺土和頁硅酸鹽具有高的孔隙率，通常為0.25-0.8cm3/g的孔體積，這是按照BJH法通過氮解吸來測量的。這個孔隙率范圍適合尺寸為2-100nm的孔。
出人意料地，已經(jīng)揭示出，由多水高嶺土和頁硅酸鹽構(gòu)成的一組無機(jī)化合物使得能夠減少煙道氣中存在的重金屬，尤其是汞。
在本發(fā)明方法的一個優(yōu)選實施方式中，該無機(jī)化合物原樣或者作為與堿性吸收劑如石灰的混合物而與待處理氣流接觸。優(yōu)選地，本發(fā)明的無機(jī)化合物以粉末形式使用，即顆粒尺寸小于1mm。該無機(jī)化合物因而被氣動注入到氣流中。
具體實施例方式
現(xiàn)在通過非限制性實施例更加詳細(xì)地描述本發(fā)明。
實施例1在容量為8t/h垃圾的家庭垃圾焚化爐中使用非功能化的海泡石，該焚化爐產(chǎn)生約50,000Nm3/h的待處理煙道氣。該海泡石(其90％的顆粒的尺寸小于600μm)通過螺桿來計量，并在150℃下以12kg/h的速度氣動注入到該氣流中，然后停留在織物過濾器中。
測量重金屬含量在注入操作和過濾器下游的氣體中的汞和(鎘+鉈)。這些重金屬通過電感耦合等離子體原子吸收或發(fā)射光譜法來測量-對由氣體傳送，被過濾器捕集并在之后被礦化的固體顆粒進(jìn)行測量，并且-對在特定吸收溶液中通過鼓泡捕集的揮發(fā)性部分進(jìn)行測量；
重金屬的含量為針對顆粒和揮發(fā)性部分所測量的值之和。
在11％氧下以干燥氣體標(biāo)準(zhǔn)化的濃度分別為對于汞的50μg/Nm3和對于其它兩種重金屬之和的＜10μg/Nm3。這些結(jié)果符合現(xiàn)行法規(guī)。
作為比較，通過在同樣的裝置中注入7kg/h活性炭使得通常可以遵守汞和其它重金屬的排放極限值。
實施例2以類似的方式在190℃的高溫下，將與實施例1相同的海泡石注入到另一家庭垃圾焚化爐的氣體中。此焚燒爐的容量為5t/h，它產(chǎn)生30,000Nm3/h的氣流；如實施例1一樣以5.5kg/h的速度來計量加入海泡石。
在加入海泡石之前和之后按照如實施例1所示的方法測量的汞濃度分別為42μg/Nm3和8μg/Nm3，即汞的減少率為80％。
應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不以任何方式被限制于上述實施方式，在不脫離所附權(quán)利要求的范圍的情況下可進(jìn)行許多改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.用于減少煙道氣中存在的重金屬尤其是汞的方法，包括使煙道氣與收附性固體物質(zhì)在干燥狀態(tài)下接觸的步驟，其特征在于該收附性固體物質(zhì)是非功能化無機(jī)化合物，該無機(jī)化合物選自多水高嶺土和按照Dana分類為“坡縷石-海泡石”亞組的頁硅酸鹽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的用于減少煙道氣中存在的重金屬尤其是汞的方法，其特征在于所述干燥狀態(tài)下的接觸在70℃-350℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的用于減少煙道氣中存在的重金屬尤其是汞的方法，其特征在于它還包括通過使所述煙道氣與堿性吸收劑接觸來消除占多數(shù)的酸性污染物的步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項的用于減少煙道氣中存在的重金屬尤其是汞的方法，其特征在于混合使用所述堿性吸收劑和所述非功能化無機(jī)化合物，該無機(jī)化合物選自多水高嶺土和按照Dana分類為“坡縷石-海泡石”亞組的頁硅酸鹽。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項的用于減少煙道氣中存在的重金屬尤其是汞的方法，其特征在于選自多水高嶺土和按照Dana分類為“坡縷石-海泡石”亞組的頁硅酸鹽的所述非功能化無機(jī)化合物具有按照BJH法通過氮解吸測量為0.25-0.8cm3/g的孔體積。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項的用于減少煙道氣中存在的重金屬尤其是汞的方法，其特征在于選自多水高嶺土和“坡縷石-海泡石”亞組的頁硅酸鹽的所述非功能化無機(jī)化合物為粉末狀態(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項的用于減少煙道氣中存在的重金屬尤其是汞的方法，其特征在于選自多水高嶺土和“坡縷石-海泡石”亞組的頁硅酸鹽的所述非功能化無機(jī)化合物被氣動注入到氣流中。
8.選自多水高嶺土和按照Dana分類為“坡縷石-海泡石”亞組的頁硅酸鹽的非功能化無機(jī)化合物在干燥狀態(tài)下用于減少煙道氣中存在的重金屬尤其是汞的用途。
9.堿性吸收劑與選自多水高嶺土和“坡縷石-海泡石”亞組的頁硅酸鹽的非功能化無機(jī)化合物的混合物在干燥狀態(tài)下用于處理煙道氣的用途。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于減少煙道氣中存在的重金屬尤其是汞的方法，包括使煙道氣與收附性固體物質(zhì)在干燥狀態(tài)下接觸的步驟，其中該收附性固體物質(zhì)是非功能化無機(jī)化合物。
文檔編號B01D53/64GK1929897SQ200580008302
公開日2007年3月14日 申請日期2005年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月15日
發(fā)明者A·岡班, A·勞德特 申請人:勒瓦研究開發(fā)股份有限公司