專利名稱：含有鹵素和氮的化合物用于減少煤燃燒期間汞排放的用途的制作方法
含有鹵素和氮的化合物用于減少煤燃燒期間汞排放的用途
背景技術：
2005年，EPA公布了清潔空氣汞標準以管制并減少來自燃煤發電廠的汞排放。該標準結合EPA的清潔空氣州際標準(CAIR)，要求來自燃煤發電廠的汞排放自2010年顯著減少。 通過S(^控制裝置可以除去燃煤發電廠煙道氣中的一些滎。然而，煙道氣中通常包含顯著量的元素汞和氧化的汞；而S(^控制裝置適于去除氧化的汞，而非元素汞。低水平的溴，或者溴的堿金屬鹽或堿土金屬鹽如溴化鈣、溴化鈉或溴化鉀之類的水溶液，可用來將煙道氣中的汞氧化。然而，當溴化物被氧化時，導致溴的產生。至少某些溴可以與元素汞相互作用形成非揮發性的汞鹽，如HgBr2。溴化物值相對于待去除的Hg量的過量導致顯著量的溴殘存在煙道氣中，這已知對于工廠中的洗氣系統和其他設備有腐蝕性。
基于前述，具有適于去除煙道氣中氧化的汞和元素汞二者而不導致設備腐蝕，使來自燃煤 發電廠煙道氣的汞排放最小化的方法將是商業上有利的。
發明內容
本發明通過提供減少來自煤燃燒期間中的汞排放的方法滿足上述需求，所述方法包括在燃燒之前或在燃燒期間，向煤中加入包含源自至少一種含氮化合物或者其一種或多種鹽的含溴和/或溴化物的化合物的組合物。在該方法中，含溴和/或溴化物的化合物可以包括含氮溴化物鹽，如溴化銨。本發明是有利的，因為與使煙道氣中的汞氧化的已知化合物如溴化鈣相比，如此衍生的含溴和/或溴化物的化合物導致工廠設備腐蝕的傾向要低得多。 還提供用于減少由煤燃燒所產生的煙道氣中汞排放的方法，其包括向煙道氣中加入包含源自至少一種含氮化合物或者其一種或多種鹽的含溴和/或溴化物的化合物的組合物。 還提供使燃煤減少釋放進大氣中的汞量的方法，其包括(i)向煤中加入包含源自至少一種含氮化合物或者其一種或多種鹽的含溴和/或溴化物的化合物的組合物；(ii)將煤輸送進燃煤爐；(iii)使包含該組合物的煤在燃煤爐中燃燒產生灰和燃燒氣體；(iv)測量燃燒氣體中的汞水平；以及(v)基于汞水平的值調節施加到煤中的該組合物的量。
還提供系統，使燃煤具有降低水平的釋放到該系統外的汞，所述系統包括(a)包含源自至少一種含氮化合物或者其一種或多種鹽的含溴和/或溴化物的化合物的組合物；(b)燃煤爐，其包括燃燒室、使燃燒氣體從燃燒室通向該傳送通道外的出口的燃燒通道，和置于傳送通道中的顆粒收集裝置；(c)用于將煤輸送到爐中燃燒的裝置；(d)置于傳送通道中的用來測量傳送通道中汞水平的裝置；(e)布置以在煤被輸送進爐中之前將組合物輸送到煤中的組合物輸送裝置；和(f)布置以接收來自汞測量裝置的輸出信號，并可操作連接到組合物輸送裝置以基于輸出信號的值調節組合物的輸送的控制器。含溴和/或溴化物的化合物 在本發明中有用的源自至少一種含氮化合物或者其一種或多種鹽的含溴和/或溴化物的化合物包括如下，而并非由此限制本發明至少源自氨、氨基磺酸、脲、一種或多種乙內酰脲、縮二脲、琥珀酰亞胺、在各取代基中含有約2到約4個碳原子的低級脂肪族單或二取代的脲、N-烷基硫酸二酰胺等的化合物；含氮溴化物鹽和其他化合物如溴化
銨；Albemarle Corporation公司以商標名STABR0M 909銷售的源自BrCl和氨基磺酸鈉(NaS0萬)的組合物(例如在US 6， 068， 861中所描述的);禾口 Nalco以商標名STABREX銷售的穩定化的堿金屬或堿土金屬次溴酸鹽水溶液(例如在US 5，683，654中所描述的)。減少燃燒期間汞排放的煤處理 在本發明的方法和系統中，在煤燃燒之前或在燃燒期間，可以向煤中加入包含源自至少一種含氮化合物或者其一種或多種鹽的含溴和/或溴化物的化合物的組合物，或者該組合物的至少一部分，以減少燃燒期間的汞排放。 本文所述的包含含溴和/或溴化物的化合物的組合物可以在煤燃燒之前加入到煤中或煤上。例如，煤可以是微粒煤，而且可以根據常規程序任選地被磨成粉狀或被粉化。可以將該組合物以液體或以固體加到煤上。 一般而言，固體組合物為粉末形式。如果組合物是以液體加入的，則煤在被喂入火爐中時可以保持潤濕。當煤在傳送帶、螺桿擠出機或者其他進料裝置上時，通過將該組合物噴霧或混合到煤上，可以將其連續加到燃煤設備處的煤上。此外，或者作為另外一種選擇，該組合物可以和煤在燃煤設備處或者在煤生產商處分別混合。當將其喂入爐中時，該組合物可以以液體或粉末加入到煤中。例如，可以將該組合物施用到將煤在注入之前磨成粉的粉磨機中。如果需要的話，可以改變組合物的加入速率以獲得期望水平的汞排放。為維持期望的汞水平所需，可以監控煙道氣中汞的水平并且上下調節組合物的加入水平。 可以間歇地或連續地加入本文所述的包含含溴和/或溴化物的化合物的組合物。連續加入時，處理水平可以基于燃燒的煤的喂入速率。當組合物是間歇加入時，例如在煤生產商處或者在分開的混合設備處，處理水平可以基于正在處理的煤的重量。另外，可以基于汞的排放水平來調節加入速率或者處理水平。處理來自燃煤發電廠的煙道氣以減少汞排放
同樣在本發明的方法和系統中，可以向含汞廢氣中加入包含源自至少一種含氮化合物或者其一種或多種鹽的含溴和/或溴化物的化合物的組合物，或者該組合物的至少一部分，以減少隨氣體一起的汞排放。例如，可以向燃煤發電廠的煙道氣中加入該組合物以減少汞排放。 可以將該組合物引入或注射進燃煤設備的傳送通道中以降低汞的水平。可以將該組合物加入火球(由煤燃燒導致)下游的傳送通道區域，該區溫度在約1500° F(816°C )以上并低于約2200。 F(1204tO的火球溫度。當采用預燃加入時，組合物可以為液體或固體(粉末)形式。組合物向傳送通道的加入速率可以依賴于本文所述的汞的監控結果而發生變化。 無論是對于煤還是對于煙道氣的處理，組合物可以如下量加入要使得基于待燃燒/正燃燒的煤存在至少約2000卯m的溴或溴化物值以達到煙道氣中汞排放減少至少約90%。根據本說明書的教導，本領域技術人員可以確定為提供至少約2000卯m的溴或溴化物值所需的組合物的量，并且可以確定為獲得，例如減少70%、減少80%等所期望的溴/溴化物的ppm數值。通常，與相同組成的固體相比，可以使用較多的液體溶液。例如，當組合物包含NH4Br時，可以基于待燃燒/正燃燒的煤，以35wt^的NH4Br溶液的重量為基礎加入至少約7500卯m，或者以固體NH4Br(100X活性)的重量為基礎加入至少約2500卯m。此外，根據本說明書的教導，本領域技術人員可以確定適當的組合物的量以達到煙道氣中汞排放減少，例如至少約70 % 、至少減少約80 % ，等等。 當利用本發明的方法和系統時，從燃煤設備排放到環境中的汞以所燃燒的煤中總的汞量為基準減少了至少約70% ，至少約80% ，或者甚至至少約90% 。如本申請中所用的，汞減少至少約70%意指捕獲燃燒煤中至少約70%的汞以防止其釋放到大氣中。足量的本文所述的包含含溴和/或溴化物的化合物的組合物，可以在燃燒之前或燃燒期間加入到煤中，以使排放到環境中的汞減少至少約70%或者更多，或者可以用來處理煙道氣以獲得相同結果，或者在燃燒之前或燃燒期間可以將一部分組合物加入煤中，而一部分組合物可以用來處理煙道氣。 可以用常規分析裝置使用工業標準檢測和測定方法監控汞的水平。該監控可以周期性手動或者自動進行。例如，可以每小時監控汞排放一次以確保符合政府法規。為了說明，可以使用Ontario Hydro方法。在該已知方法中，收集預定時間，例如1小時的氣體.將汞從收集氣體中沉淀下來，使用適合方法如原子吸收法量化其水平。取決于技術和商業的可行性，還可以比每小時一次更頻繁或較不頻繁地進行監控。可以設置商業上連續的滎監控器以測量汞并以適當的頻率，例如每3 7分鐘1次，給出數字。可以利用汞監控器的輸出來控制本文所述的包含含溴和/或溴化物的化合物的組合物的加入速率。取決于監控結果，通過提高或降低加入水平，或者使其不變，可以調節組合物的加入速率。為了說明，如果監控結果顯示汞水平比期望的高，則可以提高組合物的加入速率直至汞水平回到期望水平。如果汞水平處于期望水平，則可以維持組合物加入速率不變。或者，可以降低組合物加入速率直至監控結果顯示應當將它提高以避免高的汞水平。 可以在傳送通道的適當位置監控汞。例如，可以監控釋放到大氣中的汞并且在微粒控制系統的清潔側上進行測量。也可以在微粒控制系統上游的傳送通道的某點對汞進行監控。實驗表明，當不加入汞減排劑時，煤中高達20%到30%的汞被捕獲在灰中而沒有被釋放到大氣中。根據本發明的組合物的添加使得汞捕獲的量(而因此減少汞排放的量)增加至少約70%。 可以使用工業標準方法，如美國測試與材料協會(ASTM)公布的那些或者國際標準組織(ISO)公布的國際標準，來監控汞排放。包括分析設備的裝置可以被布置在根據本發明的包含含溴和/或溴化物的化合物的組合物加入點下游的傳送通道。例如，可以將汞監控器布置在微粒控制系統的清潔側上。所測量的汞水平可以用來為被驅使或控制以調節組合物向燃煤系統的加入速率的泵、螺線管、噴霧器和其他設備提供反饋信號。作為另外一種選擇或者另外，可以通過操作員根據所觀測到的汞排放水平來調節組合物的加入速率。
實施例 用以下實施例說明本發明的原則。應當理解本發明不限于文中(不管是在實施例中還是在本專利申請的其他部分)例舉的任何一個具體實施方案。實施例1
將M^Br固體加入到Powder River Basin次煙煤中。該煤具有如下平均性質含濕量2. 8% ;含灰量4. 2% ;和熱值10， 500BTU/lb。將固體NH4Br加入到露天煤中以在所得的共混物中提供0.2wt^的溴值。將共混煤喂入燃煤爐中并加熱到1500° F(816°C) 2200° F(1204°C)。在所得的煙道氣中得到汞減少90%，如基于與對照實驗的對比(沒有朋4Br加入)通過在集塵室(bag house)出口測量所測定的。實施例2
將STABR0M 909加入到和實施例1中相同的Powder RiverBasin次煙煤中。所得的共混物中溴值為0. 18wt%。將共混煤喂入如實施例1的燃煤爐中，得到煙道氣中汞減少93%，如同實施例1那樣測量。 本發明的方法尤為有利，因為氮的存在降低了從灰中瀝濾出系統并形成有機溴化物的溴的量。相反，瀝濾出系統的溴的主要來源為惰性溴化物鹽，這被認為環境上更加可接受。 盡管已經根據一個或多個優選實施方案對本發明進行了說明，應當理解可以作出其他改變而不偏離下面權利要求所闡明的本發明的范圍。
權利要求
減少來自煤燃燒期間的汞排放的方法，所述方法包括在燃燒之前或期間向所述煤中加入包含源自至少一種含氮化合物或者其一種或多種鹽的含溴和/或溴化物的化合物的組合物。
2. 根據權利要求1所述的方法，其中所述含溴和/或溴化物的化合物包括含氮溴化物^! . o
3. 根據權利要求2所述的方法，其中所述含氮溴化物鹽包括溴化銨。
4. 根據權利要求2所述的方法，其中所述含氮溴化物鹽包括35wt^的溴化銨溶液，所 述溴化銨溶液基于所述煤的重量，以重量為基礎量為至少約7500卯m。
5. 根據權利要求2所述的方法，其中所述含氮溴化物鹽主要由固體溴化銨組成，所述 固體溴化銨基于所述煤的重量，以重量為基礎為至少約2500卯m。
6. 減少來自由煤燃燒而產生的煙道氣的汞排放的方法，所述方法包括向所述煙道氣中 加入包含源自至少一種含氮化合物或者其一種或多種鹽的含溴和/或溴化物的化合物的 組合物。
7. 根據權利要求6所述的方法，其中所述含溴和/或溴化物的化合物包括含氮溴化物^! . o
8. 根據權利要求7所述的方法，其中所述含氮溴化物鹽包括溴化銨。
9. 使燃煤減少釋放到大氣中的汞的量的方法，其包括(i) 向所述煤中加入包含源自至少一種含氮化合物或者其一種或多種鹽的含溴和/或 溴化物的化合物的組合物；(ii) 將所述煤輸送進燃煤爐；(iii) 使包含所述組合物的煤在所述燃煤爐中燃燒產生灰和燃燒氣體；(iv) 測量所述燃燒氣體中的汞水平；以及(v) 基于所述滎水平的值調節施加到煤中的所述組合物的量。
10. —種系統，其使燃煤具有降低水平的汞釋放到所述系統外，所述系統包括(a) 包含源自至少一種含氮化合物或者其一種或多種鹽的含溴和/或溴化物的化合物 的組合物；(b) 燃煤爐，其包括燃燒室、傳送通道，和置于所述傳送通道中的顆粒收集裝置，所述傳 送通道使燃燒氣體從燃燒室通向該傳送通道外的出口；(c) 用于將煤輸送到所述爐中燃燒的裝置；(d) 布置在傳送通道中的用來測量所述傳送通道中滎水平的裝置；(e) 布置以在煤被輸送進爐中之前將所述組合物輸送到煤中的組合物輸送裝置；禾口(f) 布置以接收來自汞測量裝置的輸出信號，并可操作連接到所述組合物輸送裝置以 基于所述輸出信號的值調節組合物輸送的控制器。
全文摘要
提供使用源自含氮化合物如氨、氨基磺酸，或者其一種或多種鹽的含溴和/或溴化物的化合物的方法和系統，以減少煤燃燒期間的汞排放。
文檔編號B01D53/64GK101720351SQ200780053617
公開日2010年6月2日 申請日期2007年7月3日 優先權日2007年7月3日
發明者C·J·納爾納, R·M·小穆爾 申請人:阿爾比馬爾公司