(57)【要約】  石炭用の吸着剤組成物は、燃焼に際して大気中に放出される水銀および／または硫黄のレベルを低下させる窒素質成分を含有する。吸着剤組成物を、燃焼前に燃料に直接添加するか、または燃焼中に火柱内に直接加えるか、または燃焼前に燃料に添加するとともに排ガスポスト燃焼帯内に加えるか、または好ましくは排ガス温度が最低でも５００ーＣの排ガスポスト燃焼帯内に充分加える。吸着剤組成物は、硝酸イオン源、亜硝酸イオン源、または硝酸イオン源および亜硝酸イオン源の組合せを有する。吸着剤は、固体として、または水溶液として加えられる。種々の実施形態において、吸着剤組成物はさらに臭化物などのハロゲン源を有する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
水銀含有石炭の燃焼で生じる燃焼ガス中の水銀の量を減少させる方法であって、温度が５００゜Ｃを超える区域の燃焼ガスの中に吸着剤組成物を導入することを含み、
吸着剤組成物が、硝酸塩、亜硝酸塩、および硝酸塩と亜硝酸塩との組合せから構成される群から選択される窒素質成分を、有効量含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
吸着剤が導入される区域の燃焼ガスの温度が、１５００゜Ｆ〜２３００゜Ｆの温度範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
吸着剤組成物が、硝酸塩および亜硝酸塩を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
吸着剤組成物が、カルシウム塩を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
吸着剤組成物が、硝酸カルシウムおよび亜硝酸カルシウムを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
燃焼における石炭消費の全割合に基づき、０．０１重量％〜１０重量％の硝酸塩および／または亜硝酸塩を注入する割合で、吸着剤組成物を導入することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
注入割合が０．１％〜１％であることを特徴とすることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
吸着剤組成物が、亜硝酸カルシウムおよび／または硝酸カルシウムを含むことを特徴とすることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項９】
燃焼ガス中の水銀のレベルを測定して、測定値に応じて吸着剤導入の割合を調節することをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
水銀含有燃料の燃焼の間の施設からの水銀解放量を減少させる燃料燃焼施設の稼動の方法であって、
硝酸塩および／または亜硝酸塩を含む吸着剤組成物を、排ガスの温度が１５００゜Ｆ〜２３００゜Ｆの範囲内である排ガスに注入し、
吸着剤注入点の下流で排ガス中の水銀のレベルを監視し、
燃料燃焼施設からの放出前に水銀含有燃料中の水銀の９０％以上の捕捉を達成するように、吸着剤添加の割合を調節することを特徴とする方法。
【請求項１１】
吸着剤組成物が、亜硝酸塩および硝酸塩を含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
吸着剤組成物が、亜硝酸カルシウムおよび硝酸カルシウムを含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
燃焼の間の水銀含有燃料の消費の割合に基づき、０．０１重量％〜３重量％の硝酸塩および／または亜硝酸塩を注入する割合で、吸着剤組成物を添加することを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
石炭燃焼システムの炉での石炭の燃焼で生じる硫黄および／または水銀の放出を減少させる方法であって、
亜硝酸塩および／または硝酸塩の存在下で石炭を燃焼させ、
燃焼で生じる排ガス中の水銀レベルを測定し、
測定された水銀レベルを放出の目標レベルと比較し、
測定された水銀レベルに応じて亜硝酸塩および／または硝酸塩の添加のレベルを調節することを特徴とする方法。
【請求項１５】
硝酸カルシウムおよび／または亜硝酸カルシウムの存在下で石炭を燃焼させることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
水銀の放出が低下する石炭燃焼の方法であって、
石炭燃焼システムで石炭を燃焼させて排ガスおよび灰を生成し、
燃焼の間に硝酸カルシウムおよび亜硝酸カルシウムを石炭燃焼システムに加え、
排ガス中の水銀のレベルを測定し、
石炭燃焼システムに加える硝酸カルシウムおよび亜硝酸カルシウムの量を、測定された水銀のレベルに応じて調節することを特徴とする方法。
【請求項１７】
燃焼の前に、硝酸カルシウムおよび亜硝酸カルシウムを、固体で、石炭に添加することを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
燃焼に先立ち、硝酸カルシウムおよび亜硝酸カルシウムを、液体で、石炭に添加することを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
燃焼中に、硝酸カルシウムおよび亜硝酸カルシウムを、液体で、炉に加えることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
燃焼中に、硝酸カルシウムおよび亜硝酸カルシウムを、固体で、炉に加えることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
燃焼中に、硝酸カルシウムおよび亜硝酸カルシウムを、液体で、火柱に加えることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２２】
燃焼中に、硝酸カルシウムおよび亜硝酸カルシウムを、固体で、火柱に加えることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２３】
硝酸カルシウムおよび亜硝酸カルシウムを、液体で、炉の下流の対流経路に注入することを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２４】
対流経路の注入点における排ガスの温度が、１５００゜Ｆ〜２３００゜Ｆであることを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
水銀含有炭素質燃料を燃料燃焼施設で燃焼させ、施設からの水銀の解放を減少させる方法であって、
燃料燃焼システムで燃料を燃焼させ、
燃焼中に、硝酸カルシウムおよび亜硝酸カルシウムを燃料燃焼システムに加え、
燃焼で生じる排ガス中の水銀のレベルを測定し、
燃料燃焼システムに加える硝酸カルシウムおよび亜硝酸カルシウムの量を、測定された水銀のレベルに応じて調節することを特徴とする方法。
【請求項２６】
水銀含有燃料が都市廃棄物を含むことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
水銀含有燃料が下水汚泥を含むことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の技術分野
本発明は、石炭燃焼のための窒素質吸着剤に関する。特に、本発明は、石炭燃焼の間に施設に種々の吸着剤組成物を加えて、施設によって排出される水銀の量を低減することを実現する。
【０００２】
緒言
次の２世紀にわたる世界のエネルギー需要の大部分を満たし得る大量の石炭資源が、世界中に存在している。高硫黄石炭は、豊富にあるが、燃焼によって過剰の硫黄が大気に放出されるのを防止するための、対策工程を必要とする。合衆国においては、低硫黄石炭は、ワイオミングおよびモンタナのパウダーリバーベイスン（Powder River basin）に、ノースダコタおよびサウスダコタの北中央部の亜炭堆積層に、およびテキサスの亜炭堆積層に、低ＢＴＵ値石炭の形態で存在する。しかし、石炭は、硫黄含有量が低いときでも、無視し得ないレベルの元素型および酸化型の水銀および／または他の重金属を含有する。
【０００３】
残念なことに、石炭が燃焼すると、水銀が少なくとも部分的に気化する。その結果、水銀は、灰と共に留まろうとはせず、それどころか排ガスの成分になる。対策を講じなければ、水銀は、石炭燃焼施設から漏出して周囲の外気に入り込み、環境問題を招く。今日では、湿式スクラバおよびＳＣＲ制御システムなどの設備によって、いくらかの水銀が捕捉されている。しかし、ほとんどの水銀が捕捉されずに、煙突を通じて解放されている。
【０００４】
合衆国においては、１９９０年の大気浄化法改正法（Clean Air Act Amendments）が、水銀の規制および制御を考慮した。１９９７年の環境保護庁（Environmental Protection Agency：ＥＰＡ）による国会への報告における水銀の研究が、合衆国の発電所からの水銀の解放の限度をさらに規定した。２０００年１２月に、ＥＰＡは水銀を規制することを決定し、２００４年の１月および３月に浄化大気水銀規則（clean air mercury rules）案を発表した。合衆国の石炭燃焼プラントからの水銀低減の必要性についての一連の規制が、合衆国環境保護庁によって公布されている。
【０００５】
石炭燃焼の排ガスから水銀を部分的にのみ除去する傾向のある湿式スクラバおよびＳＣＲ制御システムに加えて、活性炭システムを使用する別の制御方法もある。このようなシステムの使用は、高い処理コストおよび高い設備コストを必要としがちである。さらに、活性炭システムの使用は、バグハウス（bag house）および静電沈降分離器などの排気処理装置で収集されるフライアッシュの、炭素汚染を招く。
【０００６】
米国における水銀の大気中への放出は、１年当りおよそ５０トンである。この解放の大部分が、電気事業などの石炭燃焼施設からである。水銀は、環境危険物として知られており、人および人以外の動物種の双方に、健康問題をもたらす。公衆の健康の守るため、および環境を保護するために、ユーティリティ産業は、そのプラントからの水銀放出のレベルを低下させるためのシステムを開発し、試験し、および実践することを続けている。炭素質物質の燃焼においては、水銀および他の好ましくない化合物が、燃焼相の後で捕捉され保持されて、大気中に解放されない処理を行うことが望ましい。
【０００７】
発明の概要
石炭などの燃料の燃焼に際して、水銀の放出を低減させる処理および組成物を提供する。石炭の燃焼の際の大気中への水銀および／または硫黄の放出のレベルを低下させる窒素質成分を含有する、種々の吸着剤組成物を提供する。
【０００８】
種々の実施形態において、吸着剤組成物は、燃焼前の燃料に直接添加されるか、または燃焼前の燃料に添加されるとともに排ガスポスト燃焼帯内に加えられるか、または火柱内に加えられるか、または、排ガスポスト燃焼帯内に充分に加えられる。吸着剤組成物は、硝酸イオン源、亜硝酸イオン源、または硝酸イオン源および亜硝酸イオン源の双方を有する。吸着剤は、固体として、または水溶液として加えられる。種々の実施形態において、吸着剤組成物はさらに臭化物などのハロゲン源を有する。
【０００９】
種々の実施形態において、硝酸塩および／または亜硝酸塩を含有する吸着剤組成物は、粉末としてまたは液体として、燃焼に先立って燃料に加えられる。これに代えてまたは加えて、硝酸塩および／または亜硝酸塩を含有する吸着剤組成物は、好ましくは、燃焼室よりも後ろの、温度が５００゜Ｃ（９３２゜Ｆ）よりも高い、好ましくは１５００゜Ｆ（８００゜Ｃ）よりも高い地点で、排ガスに注入される。
【００１０】
好ましい実施形態において、吸着剤組成物は、他の成分、特にカルシウム源、シリカ源および／またはアルミナ源などを、さらに含有する。つまり、一実施形態において、本発明は、炉での燃焼前、燃焼中および／または燃焼後の石炭への、多元素の酸化剤、促進剤および吸着剤の単回および複数回の適用を行う。種々の実施形態において、吸着剤組成物の成分は、燃焼、およびその後の成分と炭素質物質との焼成によって、セラミックの特徴を示す。種々の実施形態において、吸着剤組成物の使用は、酸化カルシウム、臭化カルシウム、他のハロゲン化カルシウム、ならびに、ケイ素、アルミニウム、鉄、マグネシウム、ナトリウム、およびカリウムの酸化物などの多元素対策剤で、酸化型および元素型の水銀を捕捉し安定させることによって、水銀の放出を減少させる。さらに、吸着剤の使用でフライアッシュ中に形成されるセラミック構造が、灰にもたらされる非浸出性に寄与していると思われる。
【００１１】
種々の実施形態において、石炭燃焼施設からの水銀の放出は、石炭中の水銀の９０％以上が、煙突から放出されず灰中に捕捉されるほどに、低下する。いくつかの実施形態において、水銀は、非浸出型でフライアッシュ中に捕捉される。この水銀対策処理は、吸着剤組成物、および燃焼ガス流から硫黄を除去する他の処理と共に、使用することが可能である。したがって、好ましい実施形態においては、水銀の９０％以上を捕捉しながら、顕著な硫黄低減が達成される。
【００１２】
発明の詳細な説明
種々の実施形態において、本発明は、石炭などの水銀含有燃料の燃焼で生じる水銀の放出を、減少させる組成物および方法を提供する。商業的に価値のある実施形態は、環境を保護し、政府の規制および／または条約の義務を遵守するために、石炭燃焼施設からの水銀放出を低減する本発明の使用である。
【００１３】
燃料としての石炭について多く説明をするが、石炭の燃焼についての説明は例示を目的としているのみであり、本発明はこれによって限定されるものではない。たとえば、燃料を燃やす他のタイプの施設であって、水銀または他の重金属の有害なレベルを伴う可能性のあるものには、家庭廃棄物、有害廃棄物または下水汚泥の焼却に使用されるものなどの焼却プラントが含まれる。種々の廃棄物の流れがそのようなプラントで焼却されているが、それらのプラントは、物流上の理由から、しばしば人口集中地域で稼動されている。家庭廃棄物は、廃棄電池および温度計のほか、検出可能な水銀レベルの多様な消費財などの種々の源からの水銀を、含有していることが知られている。有害な廃棄物の流れには、商業的または工業的な多くの源からの水銀が含まれている。下水汚泥には、水銀含有食品の摂取および排出に由来する、ならびに他の源に由来する水銀が含まれている。廃棄物の全ての流れには、いくつかの天然源からの水銀も含まれている。焼却炉で燃やされると、廃棄物は揮発性の水銀または水銀化合物を空気中に解放し、これが、焼却プラント近傍の土地に降下して、表層および地下水の局地的汚染、ならびに空気の質の低下をもたらす。したがって、本発明の種々の実施形態においては、水銀または他の重金属を含有する廃棄物の流れは、焼却システムに加えられる種々の吸着剤の存在下で、焼却される。好ましい実施形態おいては、窒素質化合物、ならびに好ましくはシリカおよびアルミナが、大気中への水銀放出を低減し、灰中に捕捉された水銀を非浸出にするために充分な量、加えられる。
【００１４】
水銀を含有する燃料を燃やすシステムおよび施設について、電気ユーティリティによって使用される石炭燃焼施設の例に特に注目して、説明する。このような施設は、通常、石炭が燃やされるつまり燃焼される炉内に石炭を運ぶある種の搬送機構を有しいている。搬送機構は、使用に適するどのような装置であってもよい。非限定的な例として、コンベヤシステム、スクリュー押出しシステムなどが挙げられる。動作に際して、石炭などの水銀を含有した燃料は、炉からの望まれる出力を実現するのに適する速度で、炉に搬送される。概して、炉から出力される熱は、水を沸騰させて熱を直接提供する蒸気を得るために使用され、蒸気はまた、電気を生成する発電機を動作させるタービンを回すためにも使用される。
【００１５】
一実施形態において、水銀含有石炭を燃やすことにより生じる燃焼ガスの中の水銀の量を低減する方法が提供される。この方法は、好ましくは温度が最低でも５００ーＣの区域の燃焼ガスに、吸着剤組成物を導入することを含む。吸着剤組成物は、有効量の硝酸塩、有効量の亜硝酸塩、または亜硝酸塩および硝酸塩の組合せを含有する。種々の実施形態において、吸着剤組成物を導入する区域の温度は、８００ーＣを超える。
【００１６】
他の実施形態において、本明細書は、燃焼の間に燃料中の水銀の９０％以上を捕捉する燃料燃焼施設の稼動方法を記載する。石炭などの水銀含有燃料が施設で燃やされ、好ましくはガスの温度が１５００ーＦ〜２３００ーＦの範囲の施設の排ガスに、硝酸塩および／または亜硝酸塩を含有する吸着剤組成物が注入される。吸着剤注入点の下流で排ガス中の水銀レベルが監視され、燃料中の水銀の９０％以上の捕捉を達成するために、測定された水銀レベルに応じて吸着剤添加の割合が調節される。好ましい実施形態において、この方法は、使用しなければ生じるであろう大気への水銀の放出を低減または排除しながら、エネルギー生成のために石炭を燃やすのに使用される。種々の実施形態において、水銀放出の低減は特殊なスクラバの使用なしに達成されて、大きな資本支出が回避される。
【００１７】
他の実施形態において、本明細書は、石炭燃焼の間の硫黄および／または水銀の低減の方法を記載する。種々の実施形態において、本発明は、亜硝酸塩および／または硝酸塩の存在下で石炭を燃焼させることを含む。燃焼の間、排ガスの水銀レベルが測定され、測定された水銀レベルに基づいて、亜硝酸塩および／または硝酸塩の添加率つまり処理レベルが調節される。たとえば、測定された排ガス中の水銀レベルが目標レベルよりも高い場合、水銀放出を目標レベルよりも低くするために、亜硝酸塩および／または硝酸塩の添加率が好ましくは高められる。
【００１８】
他の実施形態において、本発明は、水銀の放出が低下する石炭燃焼の方法を提供する。石炭は石炭燃焼システムにおいて燃焼して、排ガスと灰とを生じる。燃焼の間、亜硝酸カルシウムおよび／または硝酸カルシウムが、石炭燃焼システム中に加えられる。好ましくは、排ガス中の水銀レベルが監視され、硝酸カルシウムおよび亜硝酸カルシウムの添加率が、測定された水銀レベルに応じて調節される。種々の実施形態において、硝酸カルシウムおよび亜硝酸カルシウムは、固体として、または水溶液として、加えられる。硝酸カルシウムおよび亜硝酸カルシウムは、石炭燃焼システムの種々の点で、たとえば、粉砕前に、粉砕した石炭に、燃焼中に炉に、燃焼中に火柱に、および炉の下流の対流経路に、加えられる。
【００１９】
本発明は、石炭以外の水銀含有炭素質燃料の燃焼も提供する。非限定的な例として、都市廃棄物、下水汚泥などがある。硝酸塩および／または亜硝酸塩を含み、好ましくは、それらのカルシウム塩を含む吸着剤組成物が、燃焼中に燃料燃焼システムに加えられる。添加は、予燃焼、共燃焼、および／または後燃焼で行われる。好ましくは、燃料燃焼システムからの水銀放出が監視され、測定レベルに応じて、吸着剤の添加率が調節される。
【００２０】
標準的な石炭燃焼施設では、原炭は車両で到着して、石炭を混和機へと運ぶ受取りベルトに載せられる。石炭は、混和機から搬送ベルトに排出されて、石炭保管場所に置かれる。石炭保管場所の下には、通常、格子容器場所があり、そこから、ベルトが石炭を、時にバンカとも呼ばれる貯蔵場所へと搬送する。石炭は、ベルトまたは他の手段によって、バンカから粉砕機に運ばれる。粉砕された石炭は粉砕機から燃焼炉に運ばれる。本発明に従う吸着剤組成物は、種々の実施形態において、混和機内で、受取りベルトもしくは搬送ベルト上で、石炭保管場所で、粉砕機内で粉砕前もしくは粉砕中に、および／または、粉砕機から燃焼炉までの移送の間に、原炭に加えられる。混和機内または粉砕機内などの石炭を混和する処理において、吸着剤を石炭に加えるのが簡便である。好ましい実施形態においては、吸着剤を粉砕機内の石炭上に加える。
【００２１】
前段落に記載した炉の上流での石炭への吸着剤の添加に加えて、または代えて、種々の実施形態においては、吸着剤が、燃焼中に炉内に、および／または、炉の下流のプラント区画内に、好ましくは排ガスが５００゜Ｃよりも高温、好ましくは８００゜Ｃよりも高温である所に、加えられる。
【００２２】
動作の間、石炭は炉に入れられ、酸素の存在下で燃やされる。燃焼の温度は、燃料の性質に依存する。石炭などの高値燃料が燃やされる場合、燃焼室内の標準的な火炎温度は、２７００゜Ｆ（約１４８０゜Ｃ）〜約３０００゜Ｆ（約１６４０゜Ｃ）のオーダーである。燃料が燃やされる炉またはボイラの下流において、施設は、便宜のために排ガスとも呼ばれる燃焼ガスの対流経路を提供する。熱い燃焼ガスおよび空気が、対流によって、火炎から対流経路を通って下流方向（つまり、火柱に対して下流）へと去る。施設の対流経路はいくつかの区域を含み、各区域は内部のガスおよび燃焼生成物の温度によって特徴付けられる。通常、燃焼ガスの温度は、燃焼ガスが火柱から下流方向に移動するにつれて低下する。燃焼ガスは、硫黄および水銀を含有する種々の好ましからぬガスと共に、二酸化炭素を含む。対流経路は、高温のガスと共に流れる種々の灰で満ちている。大気中への放出の前に灰を除去するために、粒子除去システムが使用される。静電沈降分離器およびバグハウスなどの種々のそのような除去システムが、通常、対流経路に配設される。さらに、化学スクラバを対流経路に配置することも可能である。また、硫黄および水銀などのガスの成分を監視する種々の装置を備えてもよい。
【００２３】
おおよそ２７００゜Ｆ〜３０００゜Ｆ（約１４８０゜Ｃ〜１６５０゜Ｃ）という高温で石炭が燃焼する炉からは、フライアッシュおよび燃焼ガスが、対流経路内を下流に移動して、温度が次第に低下する区域に達する。火柱の直ぐ下流には、２７００゜Ｆよりも低い温度の区域がある。さらに下流には、約１５００゜Ｆにまで温度が下がる点がある。これら２点の間には、約１５００゜Ｆ〜約２７００゜Ｆの温度の区域がある。さらに下流には、温度が１５００゜Ｆよりも低くなる区域があり、以下同様である。対流経路に沿ってガスおよびフライアッシュは低温の区域をさらに進んで、通常約３００゜Ｆの温度のバグハウスまたは静電沈降分離器に達し、その後、ガスが煙突から放出される。
【００２４】
種々の実施形態において、水銀含有燃料の燃焼の処理は、窒素質成分を含有する吸着剤組成物を、燃焼中に炉に直接加えること（「共燃焼」添加）、燃焼前に石炭などの燃料に直接加えること（「前燃焼」添加）；燃焼後に、好ましくは２７００゜Ｆと１５００゜Ｆとの間の温度区域の、ガス流に直接加えること（「後燃焼」添加)、または、前燃焼添加、共燃焼添加および後燃焼添加の組み合わせを必要とする。
【００２５】
種々の実施形態において、石炭燃焼施設からの水銀放出および／または硫黄放出は監視される。プラントからの放出の前の排ガス中の水銀および／または硫黄のレベルに応じて、前燃焼、共燃焼および／または後燃焼で加えられる吸着剤組成物の量は、増やされ、減らされ、または変えられない。一般に、水銀および／または硫黄の可能な限り高いレベルを除去することが望ましい。代表的な実施形態では、石炭中の水銀の全量に基づき、９０％以上の水銀除去が達成される。この数字は、排ガスから除去され、煙突を通って大気中に解放されなくなる水銀を表している。石炭燃焼処理に加えられる吸着剤の量を最小にして、炉で生成される灰の総量を低減するために、多くの実施形態において、水銀および／または硫黄の放出の測定を利用して、システムに過剰の物質を加えることなく、所望の低減を達成すべく吸着剤添加率を調節するのが望ましい。
【００２６】
種々の実施形態において、燃焼で生じる酸化水銀は、バグハウスまたは静電沈降分離器を経由して、石炭燃焼プラントの全灰成分の一部となり、したがって、大気中には放出されない。好ましい実施形態において、灰中の水銀は、酸性条件での浸出に抵抗する。つまり、灰中の重金属は規制レベルを超えるほど浸出しない。このため、燃焼で生じる灰（石炭灰）は、たとえば、ポルトランドセメントならびにコンクリート製品および調合物（
ready mix）を製造するセメント材料として、商業的に販売し使用することが可能である。
【００２７】
好ましい実施形態においては、燃焼の間、重金属の浸出が定期的または連続的に監視され、分析される。吸着剤の量、特に、Ｓｉ（ＳｉＯ２もしくは等価物）および／またはＡｌ（Ａｌ２Ｏ３もしくは等価物）を有する吸着剤成分の量が、浸出を所望の範囲に保つために、分析結果に基づいて調節される。
【００２８】
本発明の吸着剤組成物は、窒素質成分を含有する。種々の実施形態において、窒素質成分は、１以上の硝酸塩および／または１以上の亜硝酸塩を含む。硝酸成分および亜硝酸成分の双方が存在する場合、好ましくは、一方の他方に対する重量比は９９：１〜１：９９の範囲内である。いくつかの実施形態において、５０：５０などの、おおよそ等重量比が好ましい。窒素質化合物は、固体たとえば粉末の混合物として、または、水などの適当な溶媒の溶液として、提供される。適切な硝酸塩および亜硝酸塩には、Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｂｅ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｆｅ，Ａｌ，ＳｉおよびＮＨ４＋の硝酸塩および亜硝酸塩が含まれるが、これらに限定されない。通常、重金属または環境問題に関わる金属の陽イオンは、避けるべきである。好ましい硝酸塩および亜硝酸塩には、硫黄などの望ましからぬ他の成分を減少させる上で有用な他の元素、および／または、生成する灰から浸出する水銀および他の重金属の量を減少させる傾向のある元素を、提供するものが含まれる。これらには、カルシウム、鉄、ケイ素、アルミニウムが含まれる。種々の実施形態において、カルシウム塩が好ましい。
【００２９】
好ましい吸着剤は、カルシウム源と共に、硝酸イオンおよび亜硝酸イオンの組合せを含む。硝酸カルシウムおよび亜硝酸カルシウム以外の、カルシウム源の非限定的な例には、酸化カルシウム、水酸化カルシウム、炭酸カルシウム、重炭酸カルシウム、硫酸カルシウム、重硫酸カルシウム、酢酸カルシウム、クエン酸カルシウム、リン酸カルシウム、リン酸水素カルシウム、およびアパタイトなどのカルシウム鉱物が含まれる。他の例は、カルシウムを含有する塩基性粉末である。このような粉末の非限定的な例には、ポルトランドセメント、セメント窯ダスト（ｃｋｄ）、石灰窯ダスト（ＬＫＤ）、および砂糖大根石灰（砂糖生産における副産物）が含まれる。種々の実施形態において、カルシウム源には、臭化カルシウム、塩化カルシウム、およびヨウ化カルシウムなどのハロゲン化カルシウム含まれる。有機カルシウム化合物も使用可能である。非限定的な例には、カルボン酸のカルシウム塩、カルシウムアルコキシド、およびオルガノカルシウム化合物が含まれる。種々の実施形態において、有機カルシウム化合物は、費用と入手容易性の点で、好ましくない傾向がある。
【００３０】
一実施形態においては、硝酸イオン、亜硝酸イオンおよびカルシウムは、硝酸カルシウムおよび亜硝酸カルシウムの組合せ、つまり混合物によって提供される。これに代えてまたは加えて、吸着剤は、カルシウム塩以外の硝酸および／または亜硝酸成分、ならびに、硝酸塩および亜硝酸塩以外のカルシウム成分を含有する。可溶性の硝酸カルシウム成分および亜硝酸カルシウム成分は、水溶液の形態で簡便に提供される。非限定的な例は、２０重量％の硝酸カルシウムおよび２０重量％の亜硝酸カルシウムを含有する水溶液である。
【００３１】
窒素質成分を含有する吸着剤は、燃焼石炭の排ガスから硫黄および／または水銀を除去するのに有効でありながら、過剰な灰の生成を招くことになる過剰量ではないレベルで加えるのが望ましい。種々の実施形態において、窒素質成分は、粉末として、溶液として、または組合せで、石炭の重量に基づき、または石炭の燃焼率に基づき、約０．０５％〜約２０％の全レベルで、好ましくは、約０．１重量％〜約１０重量％で、加えられる。
【００３２】
吸着剤組成物が溶媒中の可溶固体の溶液である場合、添加または処理レベルは、上記の割合での固体の全供給量に基づく。例を示せば、３％という処理または添加率を実現するために、５０％溶液が６％の割合で使用される。
【００３３】
石炭の前燃焼処理をするとき、吸着剤組成物は、粉砕の前、後、または途中に石炭と混合される。連続処理では、燃焼による石炭の消費速度に基づき、約０．０５％〜約２０％の割合で、好ましくは約０．１〜１０重量％の割合で、吸着剤が石炭に加えられる。同様に、吸着剤が燃焼中に炉内に、または、炉の下流の対流経路内に加えられるときも、添加は、燃焼によって消費されつつある石炭の速度に基づいて、前述の割合で行われるのが好ましい。
【００３４】
種々の実施形態において、（バッチで）処理中の石炭の重量に基づき、または、（連続「オンザフライ」処理で）消費されつつある石炭の速度に基づき、０．１重量％〜６重量％または０．１重量％〜３重量％の割合で、吸着剤組成物が石炭燃焼システムに加えられる。いくつかの実施形態において、処理は、吸着剤組成物中の固体の添加率に基づき、０．１％〜１％または０．３％〜１％のレベルで行われる。好ましくは、処理中の石炭の重量または燃焼によって消費されつつある石炭の速度に基づき、少なくとも０．１％の硝酸塩および／または少なくとも０．１％の亜硝酸塩が、吸着剤組成物として加えられる。いくつかの実施形態において、少なくとも０．０５％の亜硝酸化合物および少なくとも０．０５％の硝酸化合物が、加えられる。好ましい範囲よりも低い処理レベルを使用することも可能であるが、処理レベルを下げていくうちにある点で、有害物質の放出の低下が観測されなくなることを予期しておくべきである。同様に、上述のレベルよりも高い処理レベルを使用することも可能であるが、ある点でさらなる放出の低下を達成できなくなるため、物質の浪費を招くことになる。
【００３５】
種々の実施形態において、窒素質成分を含有する吸着剤組成物は、さらにハロゲン化合物を含有し、または、ハロゲン化合物を含む吸着剤組成物と組み合わせて使用される。ハロゲン化合物を含む吸着剤組成物は、ハロゲンを有する１以上の有機化合物または無機化合物を含有する。ハロゲンには、塩素、臭素およびヨウ素が含まれる。好ましいハロゲンは、臭素およびヨウ素である。ハロゲン化合物は、ハロゲン、特に臭素およびヨウ素の源である。臭素については、ハロゲン源には、臭化物、臭素酸塩、次亜臭素酸塩を含む臭素の種々の無機塩が含まれる。種々の実施形態において、有機臭素化合物は、費用または入手容易性の点で、好ましさが劣る。しかし、臭素を好ましい高レベルで含有する臭素の有機源は、本発明の範囲内であると考える。有機臭素化合物の非限定的な例には、臭化メチレン、臭化エチル、ブロモホルムおよび四臭化炭素が含まれる。非限定的なヨウ素の無機源には、次亜ヨウ素酸塩、ヨウ素酸塩およびヨウ化物が含まれるが、ヨウ化物が好ましい。有機ヨウ素化合物も使用可能である。種々の実施形態において、ハロゲンを含有する吸着剤組成物は、液体の形態または固体組成物の形態で供給される。
【００３６】
ハロゲン化合物が無機物質のとき、それは臭素またはヨウ素を含有するアルカリ土類元素の塩であることが好ましい。好ましいアルカリ土類元素には、ベリリウム、マグネシウムおよびカルシウムが含まれる。ハロゲン化合物のうち特に好ましいのは、カルシウムなどのアルカリ土類金属の臭化物およびヨウ化物である。アルカリ金属化合物は、水銀放出の低減に効果的である。しかし、いくつかの実施形態においては、アルカリ金属化合物は、ボイラ缶および他の鋼表面を腐食させる傾向があるので、好ましさが劣る。
【００３７】
一実施形態において、窒素質化合物を含有する吸着剤組成物が、石炭の燃焼に先立って石炭に加えられる。その石炭は粒子炭であり、従来の処理に従って粉砕されまたは粉末にされていてもよい。種々の実施形態において、吸着剤組成物は、液体としてまたは固体として、石炭に加えられる。通常、固体の吸着剤組成物は粉末の形態である。吸着剤が液体として（通常水溶液として）加えられる場合、一実施形態において、石炭は燃焼器内に入れられる時に濡れたままである。吸着剤組成物は、石炭燃焼施設において、石炭がコンベア、スクリュー押出し機または他の移送装置上にある間に石炭に噴霧または混合することによって、連続的に石炭に加えることができる。これに加えてまたは代えて、吸着剤組成物は、石炭燃焼施設においてまたは石炭生産所において、個別に石炭と混合される。好ましい実施形態においては、吸着剤組成物は、石炭が燃焼器に供給されつつあるときに、液体または粉末として石炭に加えられる。たとえば、吸着剤は、注入に先立って石炭を粉砕する粉砕機内に適用され、または、粉砕機に入れられる前の石炭に適用される。
【００３８】
他の実施形態において、窒素質化合物を含有する吸着剤組成物は、石炭燃焼施設の炉の下流の対流経路に挿入または注入される。好ましくは、吸着剤組成物は、（石炭の燃焼によって生じる）火柱の下流の対流経路の区域であって、温度が、約５００゜Ｃ、好ましくは約８００゜Ｃ、最も好ましくは、約１５００゜Ｆ（８１５゜Ｃ）よりも高く、２７００゜Ｆ〜３０００゜Ｆの火柱温度よりも低い区域に、加えられる。種々の実施形態において、吸着剤添加の区域の温度は、約１７００゜Ｆ（９２７゜Ｃ）よりも高い。この区域は、約２７００゜Ｆ（おおよそ１４８２゜Ｆ）よりも低い温度であることが好ましい。種々の実施形態において、注入区域は、２６００゜Ｆ、約２５００゜Ｆ、または約２４００゜Ｆよりも低い温度である。非限定的な例において、注入温度は、１７００゜Ｆ〜２３００゜Ｆ、１７００゜Ｆ〜２２００゜Ｆ、または約１５００゜Ｆ〜約２２００゜Ｆである。前燃焼添加と同様に、吸着剤組成物は、液体または固体（粉末）の形態である。種々の実施形態において、対流経路への吸着剤の添加率は、前述のように水銀および／または硫黄の監視の結果に基づいて、変えられ調節される。
【００３９】
他の実施形態において、窒素質化合物を含有する吸着剤組成物は、石炭または他の燃料の燃焼中に、炉に直接加えられ、つまり注入される。吸着剤組成物の性質による必要性に応じて、粉末または液体の注入器が利用される。前燃焼では、吸着剤と最初に接触させられるときには、石炭または他の燃料は環境条件にある。吸着剤の共燃焼添加（炉への直接の添加）の実施形態は、燃料が、吸着剤組成物と最初に接触するときに、高い燃焼温度になっていることを特徴とする。
【００４０】
他の実施形態において、吸着剤組成物は、燃焼処理中の石炭燃焼システム内に、システム内の複数の場所で加えられる。それらの場所には、炉の燃焼室の上流の石炭上、炉すなわち燃焼室内、およびプラント区画または炉の下流の対流経路上が含まれる。下流での添加を含む実施形態において、添加点つまり注入点での排ガスの温度は、好ましくは最低でも約５００゜Ｃ（９３２゜Ｆ）、より好ましくは最低でも８００゜Ｃ、通常は最低でも８１５゜Ｃ（１５００゜Ｆ）である。種々の実施形態において、吸着剤組成物は、単一の場所または２以上の任意の組合せの場所で、加えられる。吸着剤組成物は窒素質化合物を含有し、随意にハロゲン化合物を含有する。ハロゲンが使用される場合、種々の実施形態において、ハロゲンは、単一の吸着剤組成物中の窒素質化合物と共に、または、システム内の同一の場所で異なる吸着剤組成物中の、もしくは燃焼の異なる場所で異なる組成物中の窒素質化合物と共に、加えられる。
【００４１】
望ましい場合、水銀放出の所望のレベルを達成するために、吸着剤組成物の添加率を変える。一実施形態において、排ガス中の水銀のレベルが監視されて、所望の水銀レベルを維持するために、吸着剤の添加レベルが上下に調節され、または不変に保たれる。
【００４２】
種々の実施形態において、水銀レベルは業界標準の検出方法および測定方法を用いる従来の分析装置で監視される。一実施形態において、監視は定期的に、手動または自動でなされる。非限定的な例では、水銀の放出は、政府の規制への適合を確保するために、１時間に一度監視される。例を示すと、Ｏｎｔａｒｉｏ Ｈｙｄｒｏの方法が使用される。この公知の方法では、所定の時間、たとえば１時間にわたってガスが収集される。収集したガスから水銀が沈降させられ、原子吸光などの適切な方法を使用して、そのレベルが定量される。監視は、技術的および商業的な実行可能性に応じて、１時間に一度よりも高い頻度または低い頻度で行うことも可能である。たとえば、水銀の商業的連続監視を設定して、水銀を測定し、３〜７分ごとに一度などの適当な頻度で数値を示すことも可能である。種々の実施形態において、水銀監視の出力は水銀吸着剤組成物の添加率を制御するために使用される。監視の結果に応じて、吸着剤の添加率は、添加のレベルを、高める、低めるまたは変えないようにすることで、調節される。例を示すと、水銀レベルが所望のレベルよりも高いことを監視が示した場合、吸着剤の添加率は、水銀レベルが所望のレベルに戻るまで、高められる。水銀レベルが所望のレベルであるとき、吸着剤の添加率は、変えないでおくことができる。あるいは、高い水銀レベルを避けるために吸着剤の添加率を高めるべきことを監視が示すまで、吸着剤の添加率を低下させることも可能である。このようにして、水銀放出の低減が達成され、（灰の増加を伴う）吸着剤の過剰の使用が回避される。
【００４３】
水銀は対流経路上の適切な場所で監視される。種々の実施形態において、大気に解放された水銀が、粒子制御システムの清浄な側で監視および測定される。水銀は、粒子制御システムの上流の対流経路においても、測定することが可能である。実験は、水銀吸着剤を加えないとき、石炭中の水銀の精々２０〜３０％が灰中に捕捉されて、大気に解放されないことを示している。種々の実施形態において、本発明に従う水銀吸着剤を加えることは、水銀捕捉の量を９０％以上に高める。大気中への水銀の放出は、対応して減少する。
【００４４】
好ましい実施形態において、水銀および硫黄は、米国材料試験協会（ＡＳＴＭ）によって公表されている方法などの業界標準の方法、または、国際標準化機構（ＩＳＯ）によって公表されている国際標準を用いて監視される。分析機器を含む装置が、好ましくは、吸着剤の添加点の下流の対流経路に配設される。好ましい実施形態において、水銀監視器が粒子制御システムの清浄な側に配置される。これに代えてまたは加えて、排ガスは、機器または監視装置の設置の必要性なく、対流経路の適切な場所でサンプリングされる。種々の実施形態において、水銀または硫黄の測定レベルは、石炭燃焼システムへの吸着剤組成物の添加率を調節するために駆動または制御されるポンプ、ソレノイド、弁、噴霧器および他の装置に、フィードバック信号を提供するために使用される。これに代えてまたは加えて、吸着剤の添加率は、観察された水銀および／または硫黄のレベルに基づいて、操作者によって調節される。
【００４５】
本発明の種々の特徴によれば、石炭燃焼システムから大気に放出されている水銀および／または硫黄の量を減少させるために、吸着剤組成物が石炭燃焼システムに加えられる。好ましい実施形態において、システムに加えられる吸着剤は、窒素質化合物のほかに、シリカおよびアルミナを含有する。
【００４６】
種々の態様において、本発明は、ケイ素およびアルミニウムを含有する鉱物の追加使用が、石炭の燃焼から生じるフライアッシュに、水銀などの重金属に対する非浸出性を付与する傾向がある、という発見に基づいている。したがって、いくつかの実施形態において、吸着剤組成物は、全組成に対するシリカおよび／またはアルミナの比率を増大させる種々の成分を含有する。これに代えて、シリカおよび／またはアルミナを含有する成分が、窒素質化合物を含有する吸着剤組成物とは別に、石炭燃焼システム中の種々の場所で、加えられる。
【００４７】
通常、石炭は、燃焼から生じる灰に対するシリカおよびアルミナの比率を高める成分を、本来含有している。好ましい実施形態において、シリカおよびアルミナの比率を高める吸着剤組成物は、シリカおよび／またはアルミナのレベルを、石炭中に本来存在するレベルよりも有意に高めるために充分な量、加えられる。たとえば、生じる石炭灰のシリカおよび／またはアルミナ含有量が、シリカおよび／またはアルミナを加えずに燃焼させた石炭から生じる灰と比べて、少なくとも約１０％増すように、シリカおよび／またはアルミナ成分を加えるのが好ましい
多種類の無機の鉱物および材料が、吸着剤組成物のシリカおよび／またはアルミナ含有量を増大させる。たとえば、鉱物および市販材料が、酸素環境に関連したケイ素およびアルミニウムを含有している。それらの材料において、ケイ素は四面体として存在する傾向があり、一方、アルミニウムは、四面体、八面体、または両方の組合せとして存在する。それらの材料中では、ケイ素およびアルミニウム四面体または八面体で１，２または３個の酸素原子を共有することで、アルミノケイ酸塩の鎖または網構造が形成されている。そのような鉱物は、シリカ、アルミナ、アルミノケイ酸塩、ジオポリマ、ケイ酸塩およびアルミン酸塩などの種々の名称で、知られている。どのように提供されても、アルミニウムおよび／またはケイ素を含有する化合物は、酸素存在下で燃焼の高温にさらされると、シリカおよびアルミナを生成する傾向がある。
【００４８】
一実施形態において、種々の組成物に対するシリカおよび／またはアルミナの寄与を高める無機材料は、ＳｉＯ２・Ａｌ２Ｏ３の多形を含む。たとえば、シリミネートは、シリカ八面体、および四面体と八面体とに均等に分かれたアルミナを含有する。カイアナイトは、シリカ四面体およびアルミナ八面体に基づいている。アンダルサイトは、ＳｉＯ２・Ａｌ２Ｏ３のもう１つの多形である。
【００４９】
他の実施形態において、本発明の組成物に対するケイ素（シリカとして）および／またはアルミニウム（アルミナとして）の寄与を増すために、鎖状ケイ酸塩が使用される。鎖状ケイ酸塩には、酸素を共有することでつながったＳｉＯ４四面体の無限鎖から成る、ピロキセンおよびピロキセノイドケイ酸塩が含まれるが、これらに限られるわけではない。
【００５０】
他の好ましいアルミナおよびシリカ寄与成分には、雲母、クレイ、クリソタイル（アスベストなど）、タルク、ソープストーン、ピロフィライト、およびカオリナイトなどのシート状材料が含まれる。これらの材料は、シリカおよびアルミナの八面体と四面体とが２つの酸素原子を共有する層構造を有する傾向がある。層状のアルミノケイ酸塩には、カオリナイト、カルシウムモンモリロナイト、ナトリウムモンモリロナイト、およびベンゾナイトなどのクレイが含まれる。他の例には、雲母およびタルクがある。
【００５１】
好適なアルミノケイ酸塩材料には、アナルシム、ソーダライト、チャバザイト、ナトロライト、フィリップサイトおよびモルデナイトグループなどの、合成ならびに天然のゼオライトが含まれるが、これらに限定されるわけではない。他のゼオライト鉱物には、ヒューランダイト、ブリューステライト、エピスチルバイト、スチルバイト、ヤガワラライト、ローモンタイト、フェリエライト、ポーリンガイトおよびクリノプチロライトがある。ゼオライトは、アルミノケイ酸塩四面体骨格、イオン交換可能な「大カチオン」（Ｎａ，Ｋ，Ｃａ，ＢａおよびＳｒなど）、ならびに緩く保持された水分子によって特徴付けられる鉱物または合成物質である。
【００５２】
他の実施形態において、骨格または３次元のケイ酸塩、アルミン酸塩、およびアルミノケイ酸塩が使用される。骨格ケイ酸塩は、ＳｉＯ４四面体、ＡｌＯ４四面体および／またはＡｌＯ６八面体が３次元につながった構造によって、特徴付けられる。シリカおよびアルミナの両方を含有する骨格ケイ酸塩の非限定的な例には、アルバイト、アノルサイトおよびオルソクレースなどの、長石がある。
【００５３】
さらに、本発明の組成物にシリカおよびアルミナの一方または両方を寄与させる種々の製造物が、商業的に利用可能である。たとえば、ポルトランドセメントは、石灰石をケイ酸アルミニウムと共に加熱し、生じる焼塊を粉砕して、調製される。標準的なポルトランドセメントは、約７０％のＣａＯ、２０％のＳｉＯ２、５％のＡｌ２Ｏ３、および約５％のＦｅ２Ｏ３を含有し、より少量のマグネシウムなどの他の元素を含む。シリカおよび／またはアルミナを含有する他の工業的生産物には、セメント窯ダストおよび石灰窯ダストがある。他の実施形態において、種々のポゾラン材料を使用することができる。種々の実施形態において、窒素質成分を含有する吸着剤組成物は、好適なレベルのアルミノケイ酸塩、ポルトランドセメント、セメント窯ダスト、石灰窯ダストなども含有し、吸着剤組成物に、最低でも約２重量％のシリカと、最低でも２重量％のアルミナとを提供する。これに代えてまたは加えて、種々の実施形態において、アルミナまたはシリカを含有する成分が、低い重元素浸出レベルの灰を生成するために有効な量で、石炭燃焼システム（前燃焼、共燃焼または後燃焼）に、別々に加えられる。
【００５４】
燃焼させられる水銀含有燃料は、本来低レベルのシリカおよび／またはアルミナを含有しているかも知れないが、その天然に存在する量にさらに量を追加するのが、一般には好ましい。石炭の例において、生じる灰からの水銀または他の重金属の浸出を低下させるために充分な、シリカおよびアルミナの追加量を加えることが好ましい。特殊な実施形態では、好適な吸着剤添加の最低レベルを確立するために、少量を使用する実験が繰返し行われる。種々の実施形態において、吸着剤の添加は、処理されつつある燃料または燃焼による燃料消費の割合に基づいて、シリカおよびアルミナをそれぞれ最低でも０．１重量％、好ましくは最低でも０．２％、より好ましくは最低でも０．５％提供するようになされる。
【００５５】
種々の実施形態において、吸着剤組成物中のアルミナに対するシリカの比は、約１０：１〜約１：１０の範囲である。種々の実施形態において、シリカおよびアルミナは、個別の成分として、または、ケイ素およびアルミナの両方の源を提供する成分中で、供給される。前述のように、すぐに利用可能な種々の製品が、シリカおよびアルミナの両方を好適な割合で含有している。
【００５６】
生じる灰は、水銀および他の重金属を非浸出形態で含有するので、販売または他の商業的使用に適している。非限定的な廃石炭灰の使用の例には、ポルトランドセメントなどのセメント製品への添加物とすることがある。種々の実施形態において、セメント製品は、本発明に従う組成物を燃焼させることによって生成される石炭灰を、約１０重量％まで含有する。一態様において、石炭灰中の水銀および他の重金属の非浸出性は、石炭灰の既知の工業的使用のすべてにおいて、この石炭灰を好適にする。上述のように、非限定的な例には、ポルトランドセメントなどのセメント製品用の添加剤または希釈剤がある。
【００５７】
本発明に従うフライアッシュを含有するセメント製品は、種々の実施形態において、骨材と組み合わされて、調合（ready mix）化合物を形成する。調合化合物は、消費者に販売することも、契約者に提供することもできる。これらの者はこの調合物を水と混合して、歩道、縁石、街路、柱、排水溝、管などの種々のコンクリート製品を形成する。固化したコンクリート構造物は、本発明に従う石炭灰を含有する調合物の水和による製品である。
【００５８】
他の実施形態において、本発明は、上述のセメント製品またはコンクリート製品に水を加えることによって水和可能なまたは固化可能な、コンクリート組成物を提供する。つまり、本発明は、高レベルの水銀を含有する石炭の燃焼から生じる石炭灰またはフライアッシュを、埋め立てる必要性を排除する種々の方法を提供する。この材料は、費用のかかる廃棄に代えて、販売し、あるいは原料として使用することができる。
【００５９】
本発明は、理論によって限定されるものではないが、前述の吸着剤組成物は、石炭燃焼処理にシリカまたはアルミナの源を提供すると考えられる。添加したシリカおよびアルミナと共に石炭を燃焼させることは、冷セラミクス（cold ceramics）において知られているようなジオポリメリックマトリクスを形成する。石炭は本来少量のシリカおよび／またはアルミナを含有しているが、石炭中に天然に存するそれらの物質の量は、燃焼によってジオポリメリックマトリクスを提供するには不充分であると考えられる。さらに、石炭中に天然に存するシリカおよびアルミナは、硫黄および／または水銀の最良の捕捉をもたらすためには、天然に存するカルシウムと必ずしも均衡がとれていない。
【００６０】
種々の実施形態において、本発明は、石炭からの水銀などの重金属の浸出特性を改善する方法を提供する。これらの方法は、充分なシリカおよび／またはアルミナを石炭に加えて、燃焼でジオポリマを形成させる。好ましくは、シリカおよびアルミナは、硫黄孔（
sulfur pitting）を低減するために、充分なアルカリ粉末と共に加えられる。アルカリ粉末は、シリカおよび／またはアルミナを連結して、安定化した灰であると報告されているセラミック様マトリクスを形成するとともに、ジオポリメリック灰を形成することによって、シリカおよびアルミナを中和する傾向を有する。石炭と共に燃焼するアルミナおよびシリカは、水銀および／または他の重金属と難溶性物質様の混合化合物を形成する、と考えられる。その結果、得られる重金属含有の石炭灰すなわちフライアッシュは、標準の条件下で浸出に対して抵抗性を有するようになる。以上のように、石炭灰の非浸出特性は、生成物がもはや有害物質でなくなると考えられるため、商業的利点をもたらす。
【００６１】
以上、本発明を、種々の好ましい実施形態に関連して説明してきた。本発明のさらなる非限定的な説明を、次の実施例に示す。これらは、燃料の水銀改善のために、液体のみの、および液体／固体の吸着システムが適用されたときの、本発明の有用性を示している。
【００６２】
実施例
フリーマンクラウンＩＩＩ石炭が、７０重量％が２００メッシュを透過する（つまり、石炭の約７０重量％が、約７５μｍ未満の直径の粒子として存在する）、粉砕された形態で供給される。吸着剤は、燃焼前には燃料に加えられず、炉の下流の２２００゜Ｆ〜１５００゜Ｆの区域の対流経路のガス流中に、注入される。液体吸着剤組成物は、石炭の燃焼率に基づき約１．５重量％の割合（固体の添加率で０．６％）で、注入される。このテストの結果を表１に示す。９８％以上の水銀が灰中に捕捉されている。
【００６３】
【表１】
2009521661.tif 000002
【国際調査報告】
2009521661.tif 000003