(57)【要約】  酸化水銀変換器が、ガス試料中の酸化水銀を元素水銀に変換するときに、熱、減圧、及び希釈の組合せを用いる。変換器は、熱をガス試料に加えて、ガス試料中の酸化水銀を元素水銀と酸化成分とに熱的に変換し、その後、元素水銀が、ガス試料中に存在する他の酸化成分と、及び／又は、熱的変換による副生成物（例えば、酸化成分）と結合することを最小限にするために、ガス試料の圧力を低減する。こうして、変換器は、ガス試料中に存在する、酸化形態及び元素形態の両方の水銀の全量の正確な分析を、消耗品である試薬を水銀変換プロセスに用いることを必要とせずに可能にする。
2009503438.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化水銀変換器であって、
流体試料を受け入れるための入口、及び流体試料を放出するための出口を有するハウジングであって、第１のチャンバ及び第２のチャンバを画成し、第１チャンバが、流体試料を受け入れて流体試料を実質的に第１の圧力下で収容するように構成されており、第２チャンバが、第１チャンバから流体試料を受け入れて、流体試料を、第１圧力よりも低圧である第２の圧力下で収容するハウジングと、
第１チャンバとの間で熱伝達があるヒータであって、第１チャンバにより受け取られた流体試料を、流体試料中に存在する酸化水銀を元素水銀成分と酸化成分とに変換するために加熱するヒータと、
流体試料の圧力を、第１チャンバ内の第１圧力から第２チャンバ内の第２圧力に低減するように動作可能な減圧装置とを含む酸化水銀変換器。
【請求項２】
減圧装置が、前記第１チャンバと第２チャンバとの間に制流子を含む請求項１に記載の酸化水銀変換器。
【請求項３】
減圧装置が、流体試料の圧力を約０．１気圧〜約０．３気圧に低減するように動作可能である請求項１に記載の酸化水銀変換器。
【請求項４】
ヒータが第２チャンバとの間に熱伝達があり、且つ、第２チャンバ内の流体試料を加熱するように動作可能である請求項１に記載の酸化水銀変換器。
【請求項５】
ケミカルスクラバーであって、変換器を通過する流体試料が、前記ケミカルスクラバーを通って流れ、又はケミカルスクラバーに近接して流れるように第２チャンバ内又は第２チャンバの下流に配置されたケミカルスクラバーを含む請求項１に記載の酸化水銀変換器。
【請求項６】
第２チャンバが、流体試料を第１チャンバ内に引き込んで第１チャンバを通過させ、且つ、制流子を通過させて第２チャンバ内に流入させるように部分真空下で動作可能である請求項１に記載の酸化水銀変換器。
【請求項７】
ハウジングが、水銀を実質的に含まない希釈流体を受け入れるための第２の入口を有する請求項１に記載の酸化水銀変換器。
【請求項８】
前記第２入口が、水銀を実質的に含まない希釈流体が第２チャンバ内に流入することを可能にする請求項７に記載の酸化水銀変換器。
【請求項９】
ヒータが、流体試料を約６５０℃〜約８００℃の温度に加熱するように構成されている請求項１に記載の酸化水銀変換器。
【請求項１０】
流体試料中の酸化水銀を処理するための方法であって、
酸化水銀を有する流体試料を、流体試料中に存在する酸化水銀を元素水銀成分と酸化成分とに変換するために加熱するステップと、
加熱された流体試料が制流子を通過するとき、元素水銀成分と酸化成分との再結合を抑制するステップとを含む方法。
【請求項１１】
加熱された流体試料の圧力を低減するステップが、ガス試料の圧力を約０．１気圧〜約０．３気圧に低減するステップを含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
流体試料を希釈するために、水銀を実質的に含まない流体を流体試料に加えるステップを
含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
試料を加熱した後、試料中に存在する酸化水銀を分離させるために、水銀を実質的に含まない流体を流体試料に加えるステップを含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
流体試料を、約１０：１〜約２５０：１の範囲の希釈率で希釈するステップを含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記加熱するステップが、第１チャンバ内の流体試料を加熱するステップを含み、
圧力を低減するステップが、加熱された流体試料を第１チャンバと第２チャンバとの間の制流子を通して流すステップを含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
さらに、第２チャンバ内の流体試料を加熱するステップを含む請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
分離された流体試料をケミカルスクラバーに通し、又はケミカルスクラバー付近にて流通させるステップを含む請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
酸化水銀変換器であって、
ハウジングであって、当該ハウジングにより画成されたスペース内に流体試料を受け入れるための入口、及び、流体試料を流体の配送先に配送するための出口を有するハウジングと、
前記ハウジングにより画成されたスペース内に受け入れられた流体試料を、流体試料中に存在する酸化水銀を元素水銀成分と酸化成分とに変換するために加熱するように動作可能なヒータと、
流体試料の圧力を低減するように動作可能な減圧装置とを含む酸化水銀変換器。
【請求項１９】
前記減圧装置が、ハウジングの入口付近に配置された制流子を含む請求項１８に記載の酸化水銀変換器。
【請求項２０】
前記減圧装置が、ハウジングの出口付近に配置された制流子を含む請求項１８に記載の酸化水銀変換器。
【請求項２１】
前記減圧装置が、流体試料の圧力を、約０．１気圧〜約０．３気圧に低減するように動作可能である請求項１８に記載の酸化水銀変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、水銀を含有する化合物の処理に関し、より詳細には、このような化合物を、ガス排出物中の水銀を監視することに用いるために元素水銀に分解することに関する。
【背景技術】
【０００２】
化石燃料燃焼施設からの排出物、例えば、石炭火力発電所及び固形廃棄物焼却炉の排煙は、水銀を含む。排出物は、気化水銀を、元素水銀（Ｈｇ０）（０価水銀）として、又は、水銀含有化合物（例えば、酸化水銀）の一部として含む。酸化水銀は、典型的に、水銀（Ｈｇ＋２）（２価水銀）の形態（例えば、塩化第二水銀又は硝酸第２水銀）として発生する。
【０００３】
多くの国では、水銀排出により環境公害が生じる可能性があるため、廃ガス中の水銀の排出を規制し、又は規制を検討している。従って、水銀を含有する可能性のあるガス排出物を発生する施設は、一般に、このような規制に従うために、排出物中の全水銀の濃度を監視するであろう。施設が発生する排出物中に存在する水銀の全量を検知するために、ガス試料中の酸化水銀を元素水銀に変換し、次いで、ガス試料中の元素水銀の全量を測定することがしばしば行われている。変換を行うために、幾つかの異なる技術が用いられている。
【０００４】
例えば、１つの技術は、ガス試料中の酸化水銀を元素水銀に還元するために、ＳｎＣｌ２（塩化スズ）を含む湿式化学溶液を用いること（すなわち、湿式化学法）含む。この技術は、Ｈｇ＋２をＨｇ０に変換するために、ガス排出物試料を湿式化学溶液に通して泡状にする。得られる元素濃度は、酸化形態及び元素形態の両方の水銀の合計の濃度である。
【０００５】
別の変換技術は、排出物試料を約７５０℃の温度に加熱することを含む。試料中のＨｇ＋２を加熱することにより、酸化水銀が、元素成分（Ｈｇ０）と酸化成分とに分離又は分解( 田rack_)される。所定の状況において、排出物試料中のＨｇ＋２を、比較的高温を用いてＨｇ０に分解した後、施設の設備は、Ｈ２を導入して排出物試料中に存在するＯ２と反応させる。Ｈ２とＯ２との結合により水蒸気が生成され、水蒸気は、凝縮ユニットを介して即時に収集されると、分離された酸化成分（例えばＨＣｌ）、及び、反応による副生成物を、これらの物質が元素水銀を再酸化する機会を有する前に除去する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
酸化水銀を元素水銀に変換するための従来の機構及び技術は、様々な欠点を有する。
先に記載したように、湿式化学溶液を用いて、酸化水銀を元素水銀に変換することができる。しかし、湿式化学法は、専門オペレータが連続的に注意を払うことを必要とし、これは比較的労働集約的であり、また、元素水銀の正確な検知を妨害する可能性のある構成成分を有する組成物を生じることがある。さらに、湿式化学法にて用いられる湿式化学溶液又は試薬は、典型的に、腐食性を含み、時間の経過に伴って劣化するため、ユーザの監視及び補充を必要とする。
【０００７】
これも先に記載したように、Ｈｇ＋２をＨｇ０に変換するために、約７５０℃の温度での熱分解を用いることができる。しかし、その後、ガス試料を冷却すると、Ｈｇ０は、ガス試料中に存在する他の酸化成分と、又は、熱分解反応の副生成物（例えば、酸化成分）と再結合し得る。こうして、Ｈｇ０の一部が、分析前に再びＨｇ＋２に変換されることが
あり、その結果、ガス試料中の水銀の濃度が実際よりも低く測定されることがある。
【０００８】
このような再結合は、水素試薬の添加により防止することが可能であるが、水素試薬を高温ゾーンにて用いると、水素源を補充又は交換する必要も生じ、それが、この変換方法を、水銀監視の用途の全てに対しては実用的でなくしている。
【０００９】
酸化水銀を元素水銀に変換する従来の変換器と異なり、本発明の実施形態に従う改良された変換器は、熱と減圧との組合せを用いる。この変換器は、熱をガス試料に加え、それにより、ガス試料中の酸化水銀を、元素水銀と酸化成分とに熱的に変換する。この変換器は、また、元素水銀が、ガス試料中に存在する他の酸化成分、又は熱的変換の副生成物（例えば酸化成分）と結合することを最小限にするように減圧下で動作される。その結果、変換器は、ガス試料中に存在する水銀の全量の正確な分析を可能にする。さらに、この改良された変換器により、消耗品である試薬を、水銀変換プロセスを補助するためにガス試料中に導入する必要性が抑えられる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
一装置において、酸化水銀変換器は、第１のチャンバ及び第２のチャンバを画成するハウジングを有する。第１チャンバは、ガス試料を受け入れて、ガス試料を実質的に第１の圧力下で収容するように構成されている。第２のチャンバは、第１チャンバからガス試料を受け入れて、流体試料を、第１圧力よりも低圧である第２の圧力下で収容するように構成されている。酸化水銀変換器は、第１のチャンバとの間で熱伝達があるヒータを有し、このヒータは、第１チャンバにより受け取られたガス試料を加熱して、流体試料中に存在する酸化水銀を元素水銀成分と酸化成分とに変換するためのものである。また、酸化水銀変換器は、第１チャンバと第２チャンバとの間に制流子（フローレストリクタ）を有し、この制流子は、オリフィス若しくは狭いチャネルであり、又は、オリフィス若しくは狭いチャネルを画成する。制流子は、第２チャンバに加えられる減圧と協働して、第１チャンバから第２チャンバへの流体試料の流れを制御し、尚且つ、第２チャンバ内の圧力を、第１チャンバ内の圧力よりも低くなるように確立し、且つ、この低圧を維持する。熱的変換（例えば、酸化水銀を、元素水銀成分と酸化成分とに分離すること）の後に、ガス試料の圧力を低減することにより、元素水銀が、ガス試料中に存在する酸化成分と結合することが最小限にされる。ガス試料を希釈することにより、元素水銀の再結合又は他の反応も、低減され、又は最小限にすることができる。
【００１１】
本発明の方法及び装置の上記の、及び他の目的、特徴及び利点は、添付図面に例示されている特定の実施形態に関する以下の記載から明らかになるであろう。添付図面において、類似の参照番号は、異なる図面の全体を通じて同じ部品を示す。図は必ずしも等尺ではなく、本発明の方法及び装置の原理を示すことを重視している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
変換器が、酸化水銀を元素水銀に変換するときに、熱と減圧との組合せを用いる。変換器は熱をガス試料に加え、それにより、ガス試料中の酸化水銀を、元素水銀と酸化成分とに熱的に変換する。変換器は、元素水銀が、ガス試料中に存在する他の酸化成分、又は、熱的変換による副生成物（例えば、酸化成分）と結合することを最小限にするために、熱的変換に加えて、ガス試料の圧力を低減する。こうして、変換器は、ガス試料中に存在する水銀の全量の正確な分析を可能にする。また、この改良された変換器は、消耗品である試薬を、水銀変換プロセスを補助するためにガス試料に導入する必要性を抑える。
【００１３】
図１は、流体試料（例えば、石炭火力発電所からの排ガス）中の全水銀を、実質的に連続して監視するための水銀監視システム２０を示す。水銀監視システム２０は、排出量連続監視システム(Continuous Emission Monitoring System) （ＣＥＭＳ）を画成している
。水銀検知システム２０は、プローブ２２、変換器２４、分析器２６、キャリブレータ２８、及び、希釈ガス供給部３０を含む。
【００１４】
プローブ（例えば、抽出プローブ）２２が、試料源からガス試料３２を受け入れて、ガス試料３２を変換器２４に配送するように構成されている。例えば、プローブ２２は、石炭燃焼施設のスタック又は煙筒３４内に延在し、或いは、スタック又は煙筒３４付近に取り付けられて、スタック３４を通って流れる流体又はガス（例えば排ガス）３６の一部をガス試料３２として収集する。プローブ２２は、粒子状物質（例えば煙灰）をガス試料３２から分離する慣性フィルタを含むことができる。ガス試料３２と接触するプローブ２２の表面は、典型的、コーティング（例えばガラス）を有し、このコーティングは、プローブと、ガス試料３２中に存在する水銀との化学反応を最小限にし、又は防止する。
【００１５】
プローブ２２は、所定温度（例えば１５０℃）に維持された加熱された導管３８を介して変換器２４に接続されている。加熱導管３８は、ガス試料３２の凝縮、及び、気化水銀が導管３８に付着( 都ticking _)することを抑制して、ガス試料３２を変換器へ効率的に輸送させる。加熱導管３８は、熱源、例えば、電気抵抗ヒータから熱を受け取る。
【００１６】
変換器２４は、ガス試料３２をプローブ２２から受け取る。変換器２４は、ガス試料中に存在する水銀の全量を分析器２６が検知することを可能にするように、ガス試料３２中に存在する水銀の蒸気相種（例えば酸化水銀）を元素水銀に変換し、且つ、水銀を元素形態に維持するように構成されている。変換器２４は、ガス試料３２を比較的高温で加熱することにより、酸化形態の水銀Ｈｇ＋２（例えば、ＨｇＣｌ２，Ｈｇ（ＮＯ３）２）を元素水銀Ｈｇ０に変換する。次いで、変換器２４は、試料に減圧を用いることにより、変換された元素水銀が、ガス試料３２中に存在する酸化化合物又は成分と結合することを最小限にし、又は防止する。変換器２４の、より詳細な説明を以下に記載する。
【００１７】
分析器２６が変換器２４に、加熱された（例えば、約１５０℃〜約２００℃の温度に）導管４０を介して連結されており、加熱され且つ減圧されたガス試料３２を変換器２４から受け取る。一装置において、分析器２６は、ガス試料３２中に存在する元素水銀の量又は濃度を測定又は検知する原子蛍光分析器である。検知プロセスが完了すると、分析器２６は、流体又はガス試料３２を、排出ポート４２を通して大気中に排出する。
【００１８】
一般に、分析器２６は、ガス試料３２中の元素水銀の存在を正確に検知又は測定するために定期的なキャリブレーションを必要とする。キャリブレータ２８が分析器２６に接続しており、操作者が分析器２６のキャリブレーションを実行することを可能にしている。一装置において、キャリブレータ２８は、ライン又は導管４５を介して分析器２６と流れ連通されており、気化された元素水銀を、分析器２６に、例えばペルティエクーラ／蒸気圧制御及び質量流コントローラを用いることにより、特定の濃度でもたらす。分析器２６は、キャリブレータ２８から受け取った元素水銀蒸気の量を、希釈ガス供給部３０から導管４４を通して受け取った、水銀を実質的に含有しないドライ（乾燥）ガスと比較する。このような比較の結果により、操作者が分析器２６を直接キャリブレーションすることが可能となる。
【００１９】
システム２０は、ガス試料３２中の全水銀量を、実質的に連続的に監視する。概して、変換器２４（例えばシステム２０内で用いられる）は、ガス試料３２（例えば、気化水銀を含有するガス試料３２）を受け入れて、ガス試料３２中に存在する酸化水銀を元素水銀成分と酸化成分とに変換するように構成されている。変換器２４は、また、元素水銀成分と酸化成分とが再結合することを最小限にし、又は防止するために、ガス試料３２の圧力を低減するように動作する。
【００２０】
図２は、酸化水銀変換器２４の１つの装置を示す。変換器２４は、入口５２、出口５４を有するハウジング５０を含み、ハウジング５０は、第１チャンバ５６及び第２チャンバ５８を画成している。変換器２６は、また、減圧装置６０、及び、ハウジング５０との間に熱伝達があるヒータ６２も含む。
【００２１】
一装置において、ハウジング５０は、アルミナ、石英又はガラス材料（例えば高温石英）からほぼ円筒状に形成されたパイロライザである。ハウジング５０の入口５２は、ガス試料３２を流体源から変換器２４の第１チャンバ５６に配送するために、流体源又はガス源に連結されている。例えば、一装置において、入口５２はプローブ２２に連結され、ガス試料３２を、石炭燃焼施設のスタック又は煙筒３４から受け取る。ハウジング５０の出口５４は、図１に示されている分析器２６に連結されている。
【００２２】
図２に示されているように、一装置において、出口５４は減圧ポンプ６４と連通しており、ポンプ６４は、分析器２６の入口導管４０又は出口４２に連結されている（例えば、ポンプは、分析器ポンプであり得る）。一装置において、動作中、ポンプ６４は、ガス試料３２をプローブ２２内に引き込み、プローブ２２を通過させ、そして、変換器２６及び分析器２６を通過させる。別の装置において、変換器２４は、プローブ２２に関連付けられたガスエダクタ（排出装置）からガス試料３２を受け取る。このような装置において、ポンプ６４は、ガス試料３２を引き込んで、変換器２６及び分析器２６を通過させる。
【００２３】
変換器２６の第１チャンバ５６は、ガス試料３２を受け取り、且つ、ガス試料３２を実質的に第１の圧力下で収容するように構成されている。例えば、ポンプ６４は、動作中、ガス試料３２をプローブ２２から第１チャンバ５６内に、第１チャンバ５６がガス試料を約１気圧の圧力下で保持するように引き込む。第２チャンバ５８は、ガス試料３２を第１チャンバ５６から受け入れて、ガス試料３２を、実質的に第２の圧力（第１圧力よりも低い圧力）下で収容するように構成されている。以下に記載するように、第２チャンバ５８は、流体又はガス試料３２を、低減された第２の圧力下で収容するように、ポンプ６４及び減圧装置６０と協働する。
【００２４】
減圧装置６０は、ポンプ６４と協働して、第２チャンバ５８におけるガス試料３２の圧力を、第１チャンバ５６内での圧力よりも低く確立し、且つ維持する。これを容易にするために、減圧装置６０は、制流子（フローリストリクタ）６８であり、又は、制流子６８を含み、制流子６８は、ハウジング５０の第１チャンバ５６と第２チャンバ５８との間に配置されたチャネル又は開口７０（例えば、臨界オリフィス）を画成している。制流子６８は、オリフィスを画成するノズル又は構造物として形成されることができる。一装置において、制流子６８は、第１チャンバ５６と第２チャンバ５８とに共通の（すなわち、チャンバ５６とチャンバ５８とを分離させている）、ハウジング５０の壁６６内に形成される。制流子６８は、ポンプ６４がガス試料３２を、制流子６８を通して第１チャンバ５６から第２チャンバ５８に引き込むときに、ガス試料３２の圧力を約０．１気圧〜約０．３気圧に降下させる。
【００２５】
例えば、動作中、ポンプ６４は、ガス試料３２を、入口５２から第１チャンバ５６内に引き込む。第１チャンバ５６は、ガス試料３２を、第１の流体圧力にて、例えば、１気圧の圧力（例えば大気圧）下で保持又は収容する。ポンプ６４は、さらに、ガス試料３２を、第１チャンバ５６から制流子６８を通して第２チャンバ５８内に引き込む。制流子６８は、ガス試料３２が第１チャンバ５６から第２チャンバ５８に流れることを可能にするが、制流子６８は、第１チャンバ５６から第２チャンバ５８へのガス試料３２の流量を制限する。制流子６８のチャネル７０の寸法は、ポンプ６４が第２チャンバ５８内での低い流体圧力（例えば、約０．１気圧〜約０．３気圧）を形成し、且つ維持することを可能にする。
【００２６】
一装置において、ユーザは、ガス試料の圧力を約０．１気圧〜約０．３気圧に低減することを達成するために、制流子６８のチャネル７０の直径７２及びポンプ６４の流体流量を調節することができる。例えば、変換器２４が、５００ミリリットル／分の臨界オリフィス（例えば、直径が約０．００１インチ（約０．００２５４ｃｍ））を有する制流子６８を有し、且つ、変換器２４が、５００ミリリットル／分の減圧流量を有するポンプ６４に連結されている場合を想定する。ポンプ６４の動作中、制流子６８は、ガス試料の圧力を約０．１気圧〜約０．３気圧に低減する。
【００２７】
ヒータ６２は、ガス試料３２中に存在する酸化水銀８２を元素水銀成分８０と酸化成分８４とに変換するために、ハウジング５０内のガス試料３２を加熱するように動作可能である。例えば、ヒータ６２は、第１チャンバ５６内のガス試料３２の温度を、約７５０℃（又は、例えば、約６５０℃〜約８００℃の範囲内）に上昇させることができる。以下に説明するように、このような温度は、ガス試料３２中に存在する酸化水銀８２を元素水銀成分８０と酸化成分８４とに熱分解する。一装置において、ヒータ６２は、輻射熱をハウジング５０内のガス試料３２に与える電気抵抗ヒータである。
【００２８】
図３は、酸化水銀変換器２６の動作中に変換器により行われる処理のフローチャート１００である。
図３、並びに図１及び図２も参照すると、ステップ１０２において、変換器２６は、酸化水銀を有する流体試料３２を受け取る。例えば、動作中、プローブ２２は、排ガス試料３２を、石炭燃焼施設のスタック又は煙筒３４から受け取る。ガス試料３２は、気化水銀を、元素水銀（Ｈｇ０）８０及び酸化水銀（Ｈｇ＋２）８２の両方の形態で含有している。変換器２６の出口５４に連結されているポンプ６４（ポンプ６４は、好ましくは、分析器２６の下流にある）は、ハウジング５０内に減圧を発生して、ガス試料３２をプローブ２２から変換器２６内に流入させる。変換器２６の第１チャンバ５６は、ガス試料３２を受け取り、試料３２を、所定の圧力（例えば約１気圧）下で保持する。
【００２９】
ステップ１０４にて、変換器２６は、酸化水銀を有する流体試料３２を、流体試料３２中に存在する酸化水銀８２を元素水銀成分８０と酸化成分８４とに変換するために加熱する。例えば、熱分解として知られているプロセスにおいて、ヒータ６２は、熱エネルギーをハウジング５０の第１チャンバ５６に与え、それにより、第１チャンバ５６内のガス試料３２の温度を約７５０℃の温度に上昇させる。ガス試料３２中の酸化水銀８２が約７５０℃の温度に達すると、酸化水銀８２は、元素水銀成分８０と酸化成分８４（例えば塩素）とに分離する。
【００３０】
ステップ１０６において、加熱された流体試料が制流子を通過するとき、変換器２６は、元素水銀成分と酸化成分との再結合を抑制する。例えば、減圧ポンプと制流子６８とは、加熱されたガス試料３２の圧力を、約１気圧（例えば、第１チャンバ５６内に収容されている場合のように）から、約０．１気圧〜約０．３気圧（例えば、第２チャンバ５８内に収容されている場合ように）に低減させることができる。加熱されたガス試料３２の圧力を、第１チャンバ５６内での圧力よりも低減させることにより、変換器２４は、第２チャンバ５８内の元素水銀成分８０及び酸化成分８４の個数を減少させる。加熱されたガス試料３２が減圧下に保持される（例えば、第１チャンバ５６内のガス試料３２の圧力よりも低い圧力下に保持される）ことにより、低減された圧力、すなわち減圧が、第１チャンバ５６内で熱分解された元素水銀８０と酸化要素８４との再結合反応を抑制する。さらに、この低減された圧力、すなわち減圧は、ガス試料３２中の元素水銀８０が、ガス試料３２中に存在し得る他の成分、例えば、塩酸（ＨＣｌ）と結合することを抑制する。
【００３１】
加熱されたガス試料３２が第１チャンバ５６から第２チャンバ５８に入り、変換器５４
から分析器に向って流れるとき、加熱されたガス試料３２の温度が下がることがあり、これにより、ガス試料３２中に存在する元素水銀８０と酸化成分８４とが再結合する可能性が増大することがある。しかし、ガス試料の圧力は、ガス試料３２中の元素水銀成分８０及び酸化成分８４の個数を減少させる。ガス試料３２中の元素水銀成分８０及び酸化成分８４の個数がこのように減少することにより、元素水銀成分８０と酸化成分８４との化学的な再結合が減少する。従って、変換器２４がガス試料３２を、第２チャンバ５８から、流体の配送先、例えば分析器２６に配送するとき、分析器２６は、ガス試料３２中の元素水銀８０（例えば、気化された元素水銀）の全量を比較的正確に検知することができる。
【００３２】
先に記載したように、一装置において、加熱されたガス試料３２が第１チャンバ５６から第２チャンバ５８に入るとき、加熱されたガス試料３２の温度が下がり、それにより、ガス試料３２中に存在する元素水銀８０と酸化成分８４とが再結合する可能性が増大する。第２チャンバ５８内の元素水銀８０と酸化成分８４との結合をさらに最小限にするために、変換器２４は、第２チャンバ５８との間に熱伝達があるヒータを含むことができる。図２を再び参照すると、一装置において、ヒータ６２は、第１のヒータ部６２−１及び第２のヒータ部６２−２を含む。第１ヒータ部６２−１は第１チャンバ５６との間に熱伝達があり、第２ヒータ部６２−２は第２チャンバ５８との間に熱伝達がある。
【００３３】
動作中、第１ヒータ部６２−１は、第１チャンバ５６内のガス試料３２を約７５０℃の温度に加熱して、ガス試料３２中の酸化水銀８２を、元素水銀成分８０と酸化成分８４とに分解する。ガス試料が第２チャンバ５８内に流入するとき、減圧装置６０（例えば制流子６８）がポンプ６４と協働して、ガス試料３２の圧力を、ガス試料が第２チャンバ５８内で減圧下に保持されるように低減する。次いで、第２ヒータ部６２−２は、第２チャンバ５８内のガス試料３２の温度を維持することを補助するために、熱を第２チャンバ５８に加える。例えば、第２ヒータ部６２−２も、第２チャンバ５８内のガス試料３２を、約７５０℃の温度に加熱する。このような加熱により、第２ヒータ部６２−２は、元素水銀成分８０を酸化成分８４から分離することの維持を補助する。
【００３４】
幾つかの場合において、ガス試料３２は、ガス試料３２の分析前にガス試料３２中の元素水銀８０が再酸化することを抑制又は防止するために、追加のプロセス（例えば、水銀反応成分の除去）を必要とすることがある。一装置において、変換された元素水銀成分８０と酸化成分８４との再結合を最小限にするために、変換器２４は、図２に示されているように、ケミカルスクラバー９０を含む。
【００３５】
ケミカルスクラバー９０は、ガス試料３２中に存在する所定の水銀反応性成分を除去又は低減するように作用する。ケミカルスクラバー９０は、ハウジング５０内にて、制流子６８より下流の変換器２４の出口５４付近に取り付けられることができる。このような配置が、変換器の動作中にガス試料３２がハウジング５０の入口５２からハウジング５０の出口５４に移動するときに、ケミカルスクラバー９０を通過し、又はケミカルスクラバー９０付近を流れることを保証し、それにより、ケミカルスクラバー９０が、ガス試料３２中に存在する所定の水銀反応性成分を除去又は低減することを可能にする。一装置において、ケミカルスクラバー９０は、酸性ガスを洗浄する物質９２、例えば水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２）を含む。化学物質９２は、ガス試料３２の所定の成分（例えば、酸性ガス（塩酸（ＨＣｌ）など）、及び、塩素の遊離基）を捕捉して、ガス試料３２中の酸性ガス成分と元素水銀８０との結合を最小限にする。すなわち、ケミカルスクラバー９０は、元素成分（Ｈｇ０）８０が分析器まで到達することを可能にするが、酸性ガス成分は除去する。そうでなければ、酸性ガス成分は元素水銀８０と再結合するであろう。
【００３６】
図２に示されている装置の代替例として、ケミカルスクラバー９０を、ハウジング５０より下流に配置された別個のハウジング内に設けることができる（例えば、図８に示され
ているように）。このような装置は、ケミカルスクラバーの洗浄材料の交換を容易にする。
【００３７】
元素水銀と水銀含有成分とが、これらの成分が変換器２４の第２チャンバ５８内にあるとき、又は、ガス試料が変換器２４から分析器２６に流れている間に再結合する可能性をさらに低減し、又は最小限にするために、希釈ガス供給部３０は、希釈ガス（例えば、水銀を含有しないドライガス）を、試料流内に、導管３１を通して供給することができる。
【００３８】
例えば、図２に示されているように、希釈ガス供給部３０は、水銀を含有しない希釈ガスを変換器２４に供給する。一装置において、導管３１は、システム２０のガスラインに、変換器２４より上流の、変換器２４の入口５２付近にて接続している。別の装置において、導管３１は、ハウジング５０の第２入口３３に接続している。希釈ガスはガス試料３２と混合して、変換器２４により受け取られるガス試料３２中の酸化水銀８２、元素水銀８０（例えば気化水銀）、及び酸化成分８４の濃度を低減させる。例えば、希釈ガス供給部３０は、ガス試料３２中の酸化水銀８２、元素水銀８０、及び酸化成分８４の濃度を、約１０：１〜約２５０：１の範囲の希釈率で低減する。希釈ガス供給部３０は、ガス試料３２中に存在する酸化水銀８２、元素水銀８０、及び酸化成分８４の量を希釈により減少させることにより、ガス試料３２内の反応種（例えば、元素水銀成分８０及び酸化成分８４）の相対濃度を低減する。また、システム２０は、ガス試料３２（例えば、燃焼源からの試料）の元素水銀の濃度を、ガス試料３２中に存在する酸化水銀を非酸化水銀（例えば元素水銀）に変換することを必要とせずに検知するように動作されることができる。これを可能にするために、システム２０は、図２に示されているように、変換器２４の上流に配置され、又は変換器２４の入口５２に連結された、流れバイパス要素９４を含む。流れバイパス要素９４は、作動時に、入口５２により受け取られたガス試料３２を、導管９５を通してハウジング５０の出口５４に方向付け、それにより、ハウジング５０の第１チャンバ５６及び第２チャンバ５８を迂回させる。このような迂回は、ガス試料３２が、チャンバ５６にて供給される比較的高温の熱に露出されることを防止し、従って、ガス試料３２中に存在する酸化水銀８２を分解しない。これは、分析器２６が、ガス試料３２中に元来存在している元素水銀のみを検知することを可能にする。
【００３９】
図２に関して先に示したように、減圧装置６０（例えば、ポンプ６４と協働する制流子６８）は、ハウジング５０内のガス試料３２の圧力を、入口５２により受け取られるガス試料３２の圧力よりも低減することを補助する。図４及び図５は、減圧装置６０の別の構造を示す。
【００４０】
図４は、変換器２６の第１チャンバ５６と第２チャンバ５８との間のノズル８６として構成された制流子６８を示す。ノズル８６は、第１チャンバ５６から第２チャンバ５８へのガス試料３２の流量を制限する直径８８を有するチャネル又はオリフィス８７を画成する。別個に取付け可能な制流子６８（例えばノズル８６）を用いることが、様々な所望の流量を得るための様々な直径を有する様々な制流子６８を設置することを可能にする。
【００４１】
図５は、変換器２４のための制流子６８の別の装置を示す。図示されているように、制流子６８は、ハウジング５０と一体的に形成され、且つ第１チャンバ５６を第２チャンバ５８に連結しているネック部９６である。ネック部９６は、第１チャンバ５６を第２チャンバ５８から距離９９だけ離隔している。ネック部９６は、直径９８を有するチャネル又はオリフィス９７を画成しており、このオリフィス９７が、ガス試料３２が第１チャンバ５６から第２チャンバ５８に流れることを可能にし、且つ、ガス試料３２が第１チャンバ５６から第２チャンバ５８に流れる流量を制限する。例えば、一装置において、ネック部９６のオリフィス９７は、約５００ミリリットル／分の最大流量を許容する。図５に示した一体的装置は、第１チャンバ５６、第２チャンバ５８及びネック部９６を単一の材料（
例えば、高温石英）から単一の製造手順で製造することを可能にして、別個の減圧装置をハウジング５０内に設置するために必要なステップを排除する。
【００４２】
図６は、変換器２４の別の装置を示す。この装置において、変換器２４は単一のチャンバ１２０を画成し、且つ、変換器２４の上流に（例えば、入口５２に）配置された制流子１２２を含む。ガス試料３２がチャンバ１２０に入るとき、制流子１２２はポンプ６４と協働してガス試料３２の圧力を低減させる。動作中、制流子１２２はポンプ６４と協働して、ガス試料３２の圧力を、大気圧から、約０．１気圧〜約０．３気圧に低減する。変換器２４が減圧ガス試料３２を受け取ると、ヒータ６２は、減圧ガス試料３２中の酸化水銀を熱分解するためにガス試料３２に熱を加える。単一のチャンバ１２０は、ガス試料を減圧下に維持する。変換器２４の上流に配置された制流子１２２により、変換器２４は、ガス試料３２の減圧を維持し、それにより、元素水銀成分８０と酸化成分８４との再結合を低減又は抑制する。
【００４３】
図７は、変換器２４の別の装置を示す。この装置において、変換器２４は単一のチャンバ１２０を画成し、且つ、変換器２４の下流に（例えば出口５４に）配置された制流子１２４を含む。ガス試料３２がチャンバから出るとき、制流子１２４は、ポンプ６４と協働して、ガス試料３２の圧力を低減させる。動作中、変換器２４が、単一チャンバ１２０内にガス試料３２を受け入れ、ヒータ６２が、ガス試料３２に熱を加えて、ガス試料３２中の酸化水銀を熱分解させる。ガス試料３２が単一チャンバ１２０から出るとき、制流子１２４がポンプ６４と協働して、ガス試料３２の圧力を、大気圧から、約０．１気圧〜約０．３気圧に低減する。変換器２４の下流に配置された制流子１２４により、変換器２４は、減圧ガス試料３２を、システム２０内の分析器２６に配送する。熱分解されたガス試料３２の圧力を低減することにより、変換器２４は、ガス試料が分析器２６に向って流れるときにガス試料中の元素水銀成分８０と酸化成分８４とが再結合することを低減又は抑制する。
【００４４】
本発明の方法及び装置を、これらの実施形態を参照しつつ詳細に示し、記載してきたが、形態及び詳細の様々な変更が、添付の特許請求の範囲により定義された方法及び装置の精神及び範囲から逸脱せずに行われ得ることが当業者に理解されるであろう。
【００４５】
例えば、図１に示されているように、プローブ２２は、ガス試料３２をスタック３４から回収し、ガス試料３２を変換器２４に、加熱導管３８を介して配送する。加熱導管３８は、ガス試料３２の凝縮、及び、気化水銀（例えば、Ｈｇ＋２種）が導管３８に付着( 都ticking _)することを抑制する。このような例示は、例として用いられているに過ぎない。一装置において、変換器２４は、ガス試料源（例えばスタック）付近に配置される。例えば、変換器２４は、公共施設のスタック３４から試料３２を抽出する地点の付近に（例えば、プローブ２２に比較的近接して）配置されることができ、又は、抽出プローブ２２に組み込まれる（例えば、プローブ２２の一部として一体的に形成される）ことができる。このような構造は、プローブ２２と変換器２４との間に加熱導管３８を設ける必要を最小限にし、又は排除する。
【００４６】
また、上記の一装置において、ヒータ６２は、変換器２４の第１チャンバ５６との間に熱伝達があるように配置された第１のヒータ部６２−１、及び、変換器２４の第２チャンバ５８との間に熱伝達があるように配置された第２のヒータ部６２−２を有するように構成されている。先に記載したように、第１のヒータ部６２−１は、ガス試料３２を、元素水銀成分８０を酸化成分８４から熱分解させるために約７５０℃の温度に加熱し得る。これもまた先に記載したように、第２のヒータ部６２−２も、第２チャンバ５８内のガス試料３２を、酸化成分８４から元素水銀成分８０を分離させておくために約７５０℃の温度に加熱する。このような記載は例示に過ぎない。一装置において、第２ヒータ部６２−２
は、第１のヒータ部６２−１とは独立に動作し、第２チャンバ５８を、第１チャンバ５６の温度とは異なる温度（例えば、第１チャンバ５６内のガス試料の温度よりも高い温度、第１チャンバ５６内のガス試料の温度よりも低い温度、又は、第１チャンバ５６内のガス試料の温度と等しい温度）に維持する。
【００４７】
これもまた先に記載し、且つ、図２に示したように、希釈ガス供給部３０は、希釈ガスを、変換器２４より上流の流れラインに供給する。図８に示されているような別の装置において、希釈ガス供給部３０は、ハウジング５０に関連付けられた第２の入口９５を介して、希釈ガスを変換器２４のハウジング５０の第２チャンバ５８内に導入し得る。第２チャンバ５８内のガス試料３２中に存在する酸化水銀８２、元素水銀成分８０及び酸化成分８４を希釈することにより、希釈ガス供給部３０は、ガス試料３２中（例えば、第２チャンバ５８内）の反応種（例えば、元素水銀成分８０及び酸化成分８４）の相対濃度を低減する。
【００４８】
図１に例示されているように、ケミカルスクラバー９０は、変換器２４のハウジング５０内に配置される。このような例示は例として用いられているに過ぎない。図８に示されているような別の装置において、ケミカルスクラバー９０は、変換器２４のハウジング５０の外側に配置されている。このような装置は、ユーザが、ケミカルスクラバー９０の、酸を洗浄する材料９２（例えば、水酸化カルシウム）を容易に交換し、又は取り替えることを可能にする。外付けのスクラバー９０は、出口５４より下流に配置されているように示されているが、外付けのスクラバー９０を、上流の、入口５２の付近に配置することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】水銀モニタリングシステムの概略を示すブロック図。
【図２】本発明の一実施形態に従う、図１の水銀モニタリングシステムに用いられることができる酸化水銀変換器の１つの装置を示すブロック図。
【図３】図２の酸化水銀変換器により実行される処理のフローチャート。
【図４】図２の酸化水銀変換器の１つの装置を示すブロック図。
【図５】図２の酸化水銀変換器の別の装置を示すブロック図。
【図６】図２の酸化水銀変換器の別の装置を示すブロック図。
【図７】図２の酸化水銀変換器の別の装置を示すブロック図。
【図８】図２の酸化水銀変換器の１つの装置を示すブロック図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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