(57)【要約】炭素質水銀吸着剤粒子でガスを処理し、ガスの水銀含有量を低減することと、炭素質水銀吸着剤粒子を高温側ＥＳＰの捕集プレート上で捕集することと、捕集プレートを定期的に叩いて捕集された炭素質水銀吸着剤粒子の大部分をホッパ内に放出することと、ホッパを定期的に空にすることと、によって、ガス流から水銀の排出を低減するための方法を提供し、かかる叩くことおよび空にすることは、水銀吸収剤上に吸収された７０％未満の水銀が、捕集された水銀吸収剤からガス流中に脱着する速度で実施される。
2011516263.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）燃焼ガス流中のいかなる水銀または水銀含有化合物の少なくとも一部分も、炭素質水銀吸着剤粒子の少なくとも一部分上に吸収されるように、複数の前記炭素質水銀吸着剤粒子を前記燃焼ガス流中に注入することと、
（ｂ）前記燃焼ガス流が、少なくとも約２３０℃の高温側電気集塵装置を通過する間に、前記燃焼ガス流からの前記炭素質水銀吸着剤粒子の一部分を、前記高温側電気集塵装置の少なくとも１つの捕集プレート上で捕集することと、
（ｃ）前記少なくとも１つの捕集プレートを定期的に叩いて、捕集された前記炭素質水銀吸着剤粒子の大部分を少なくとも１つのホッパ内に放出させることと、
（ｄ）前記少なくとも１つのホッパを定期的に空にすることと、を含み、
前記叩くことおよび空にすることは、前記捕集された炭素質水銀吸着剤粒子上に吸収された約７０％未満の前記水銀が、前記燃焼ガス流を脱着し、それに再進入する速度で実施される、方法。
【請求項２】
前記炭素質水銀吸着剤粒子は、炭素質の基質を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記炭素質の基質は、無煙炭、瀝青炭、褐炭、ヤシ殻、木または木くずから産生される活性炭を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記炭素質水銀吸着剤粒子の少なくとも一部分は、化学物質で炭素質の基質を処理することによって形成されている、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記化学物質は、ハロゲンまたはハロゲン含有化合物を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記化学物質は、硫黄または硫黄含有化合物を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記ハロゲンは、臭素元素ガスを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
ハロゲン含有化合物は、臭素含有塩を含む、請求項５に記載の方法。
【請求項９】
（ａ）は、
（ａ）複数の炭素質水銀吸着剤粒子を、燃焼燃料および燃焼空気から生じる燃焼ガス流中に注入することと、前記ガス流中のいかなる水銀または水銀含有化合物の少なくとも一部分も、炭素質水銀吸着剤粒子の少なくとも一部分上に吸収されるように、前記燃焼ガス流および／または前記燃焼燃料および／または前記燃焼空気に化学物質を添加することと、に置き換えられ、前記化学物質は、前記炭素質の基質の前記水銀を吸収する能力を増加させるのに有用である、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
（ａ）は、
（ａ）複数の炭素質水銀吸着剤粒子を、燃焼燃料および燃焼空気から生じる燃焼ガス流中に注入することと、前記ガス流中のいかなる水銀または水銀含有化合物の少なくとも一部分も、前記炭素質水銀吸着剤粒子の少なくとも一部分上に吸収されるように、前記燃焼ガス流および／または前記燃焼燃料および／または前記燃焼空気に化学物質を添加することと、に置き換えられ、前記化学物質は、ハロゲンまたはハロゲン含有化合物を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
（ａ）燃焼ガス流中のいかなる水銀または水銀含有化合物の少なくとも一部分も、炭素質水銀吸着剤粒子の少なくとも一部分上に吸収されるように、複数の前記炭素質水銀吸着剤粒子を前記燃焼ガス流中に注入することであって、前記炭素質水銀吸着剤粒子の少なく
とも一部分は、臭素または臭素含有化合物で炭素質の基質を処理することによって形成されている、注入することと、
（ｂ）前記燃焼ガス流が、少なくとも約２３０℃の高温側電気集塵装置を通過する間に、前記燃焼ガス流からの前記炭素質水銀吸着剤粒子の一部分を、前記高温側電気集塵装置の少なくとも１つの捕集プレート上で捕集することと、
（ｃ）前記捕集された炭素質水銀吸着剤粒子上に吸収された前記水銀の約７０％未満が、前記燃焼ガス流を脱着し、それに再進入するのに十分な速度で、前記少なくとも１つの捕集プレートを定期的に叩いて、前記捕集された炭素質水銀吸着剤粒子の大部分を少なくとも１つのホッパ中に放出させ、かつ前記少なくとも１つのホッパを空にすることと、
を含む方法。
【請求項１２】
高温側電気集塵装置を有する排ガスシステム内において、燃焼ガスから水銀および水銀含有化合物を除去するための方法であって、
無煙炭または瀝青炭から生じた炭素質の基質を提供することと、
水銀および水銀含有化合物を吸収する前記炭素質の基質の能力を増加させるのに十分な時間、前記炭素質の基質を、有効量の臭素または臭素含有塩で処理することと、
前記燃焼ガス中の有効量の前記水銀および水銀含有化合物を前記水銀吸収剤に付着させるのに十分な時間、前記水銀吸収剤を、前記水銀含有燃焼ガス流内に注入することと、
２３０℃（４５０°Ｆ）以上の温度において、高温側電気集塵装置の前記捕集プレート上で前記燃焼ガス流から前記水銀吸収剤を静電的に分離させることと、
前記捕集プレートを定期的に叩いて前記水銀含有吸収剤を下のホッパ内に放出させることと、
前記捕捉された水銀の大半が、前記水銀吸収剤から発生し、かつ前記燃焼ガス流に再進入するのを防止するのに十分な速度で前記ホッパを空にすることと、
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【連邦政府支援の研究または開発に関する陳述書】
【０００１】
米国政府は、Ｓｏｒｂｅｎｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎとのエネルギー省の契約第ＤＥ−ＦＣ２６−０３ＮＴ４１９９０号に基づき、本発明に対する一定の権利を所有し得る。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、燃焼ガス流からの水銀の除去に関し、より具体的には、高温側電気集塵装置（ＥＳＰ）を使用して、微粒子の排出を制御する、石炭火力発電所からの水銀の排出を減少するための化学的処理された炭素質材料の使用に関する。
【０００３】
水銀が有害かつ有毒であることは周知である。したがって、人々が水銀蒸気に直接曝露され得る、塩素アルカリ工場等における工業プロセス周辺の気流、またはアマルガムを使用する歯科医院内の空気から水銀を除去する必要性が頻繁に存在する。同様に、水銀が処理装置を腐食する天然ガスおよび炭化水素流、その流出が生態系を汚染することが可能な排水流、およびその環境への排出がメチル化され、食物連鎖を経て生物濃縮することが可能である、廃棄物焼却炉の高温燃焼ガス排出から水銀を封鎖する必要性が存在する。これらのガスまたは液体流のそれぞれは、いくつかの水銀除去方法を有効かつ適切にするが、他の方法を無効かつ不適切にする、異なる特性を有する。したがって、長年にわたって、さまざまな気流から水銀種を効果的に除去するために多数の異なる取り組みが開発されてきた。これらの全体の取り組みとしては、とりわけ、液体洗浄技術、均一ガス相技術、金属アマルガム技術、およびさまざまな化学的促進剤で任意に含浸または反応させた吸収剤とともに、異なる用途計画においてさまざまな吸収剤材料を使用するプロセスが挙げられる。
【０００４】
過去においては、活性炭は、いくつかの用途において水銀蒸気の封鎖に対する有用性を証明した。ハロゲン化合物と組み合わせたとき、活性炭の水銀封鎖性能が向上することが可能である。特に、環境温度で空気から水銀元素蒸気を捕捉する、粒状活性炭の能力を増加するためのヨウ素およびヨウ化物の含浸能力は、長い間既知である。つい最近では、臭素処理された活性炭は、米国特許第６，９５３，４９４号に記載されるとおり、燃焼排ガスに注入されたときに、水銀捕捉において優れた有効性を示しており、その開示は、参照することにより本明細書に組み込まれる。
【０００５】
近年の共通の懸念は、石炭火力発電所から排出される水銀である。例えば、米国において年間約１００，０００ポンドの水銀が石炭火力発電所から大気中に排出されていると推定されている。この水銀を捕捉し、単離することは、処理するガス量が多く、ガス中の水銀濃度が低く、かつガス温度が高いため、非常に困難な技術上の問題である。また、多くの他の複雑な化合物が燃焼排ガス中に存在し、複数の水銀種が封鎖されなければならない。
【０００６】
高温側ＥＳＰは、飛散灰または塵の抵抗性が低温側ＥＳＰ内で捕集することを困難にする、多くの用途において使用されている。米国の事業用ボイラの約１０％は、高温側設計のものである。高温ＥＳＰは、１２０℃〜２０５℃（２５０°Ｆ〜４００°Ｆ）の温度で動作する典型的な低温側ＥＳＰと比較すると、典型的に、２３０℃〜４５５℃（４５０°Ｆ〜８５０°Ｆ）の温度で動作する。高温側ＥＳＰは、空気予熱器の高温側である、制御デバイスが空気予熱器の前に位置付けられるという事実からその名称がつけられた。昇温でのＥＳＰの動作は、灰の抵抗性を低下させ、捕捉を容易にする傾向がある。
【０００７】
飛散灰中の未燃炭素は、２３０℃（４５０°Ｆ）より高い温度で水銀除去能力の大半を失う。したがって、高温側ＥＳＰ内における未燃炭素による自然水銀除去は、非常に少ない。同様に、普通の粉末活性炭（ＰＡＣ）は、これらの温度以上でほとんど水銀を除去せず、したがって、これらの用途においては水銀制御における価値はほとんどない。
【０００８】
したがって、事業用水銀排出を有効的かつ経済的に制御するため、特に、高温側ＥＳＰにおいて使用するための新たな手段に対する必要性が存在する。
【０００９】
発明
本発明は、（ａ）ガス流中のいかなる水銀または水銀含有化合物の少なくとも一部分も、炭素質水銀吸着剤粒子の少なくとも一部分上に吸収されるように、複数の炭素質水銀吸着剤粒子を燃焼ガス流中に注入することと、（ｂ）燃焼ガス流が、少なくとも約２３０℃の高温側電気集塵装置を通過する間に、燃焼ガス流からの炭素質水銀吸着剤粒子の一部分を、高温側電気集塵装置の少なくとも１つの捕集プレート上で捕集することと、（ｃ）少なくとも１つの捕集プレートを定期的に叩いて、捕集された前記炭素質水銀吸着剤粒子の大部分を少なくとも１つのホッパ内に放出させることと、（ｄ）少なくとも１つのホッパを定期的に空にすることと、を含み、叩くことおよび空にすることは、捕集された炭素質水銀吸着剤粒子上に吸収された約７０％未満の水銀が、燃焼ガス流を脱着し、それに再進入する速度で実施される方法を提供することによって、上述の必要性を満たす。炭素質水銀吸着剤粒子が炭素質の基質を含み、炭素質の基質が無煙炭、瀝青炭、褐炭、ヤシ殻、木または木くずから産生された活性炭を含み、かかる炭素質水銀吸着剤粒子の少なくとも一部分は、化学物質で炭素質の基質を処理することによって形成され、化学物質は、ハロゲンまたはハロゲン含有化合物を含み、化学物質は、硫黄または硫黄含有化合物を含み、ハロゲンは、臭素元素ガスを含み、ハロゲン含有化合物は、臭素含有塩を含む、そのような方法も提供する。（ａ）は、（ａ）複数の炭素質水銀吸着剤粒子を、燃焼燃料および燃焼空気から生じる燃焼ガス流中に注入することと、ガス流中のいかなる水銀または水銀含有化合物の少なくとも一部分も、炭素質水銀吸着剤粒子の少なくとも一部分上に吸収されるように、燃焼ガス流および／または燃焼燃料および／または燃焼空気に化学物質を添加することと、に置き換えられ、かかる化学物質は、炭素質の基質の水銀を吸収する能力を増加させるのに有用である、そのような方法も提供する。
【００１０】
（ａ）ガス流中のいかなる水銀または水銀含有化合物の少なくとも一部分も、炭素質水銀吸着剤粒子の少なくとも一部分上に吸収されるように、複数の炭素質水銀吸着剤粒子を燃焼ガス流中に注入することであって、かかる炭素質水銀吸着剤粒子の少なくとも一部分は、臭素または臭素含有化合物で炭素質の基質を処理することによって形成されている、注入することと、（ｂ）燃焼ガス流が、少なくとも約２３０℃の高温側電気集塵装置を通過する間に、燃焼ガスからの炭素質水銀吸着剤粒子の一部分を、高温側電気集塵装置の少なくとも１つの捕集プレート上で捕集することと、（ｃ）捕集された炭素質水銀吸着剤粒子上に吸収された水銀の約７０％未満が、燃焼ガス流を脱着し、それに再進入するのに十分な速度で、少なくとも１つの捕集プレートを定期的に叩いて、捕集された炭素質水銀吸着剤粒子の大部分を少なくとも１つのホッパ中に放出させ、かつ少なくとも１つのホッパを空にすることと、を含む方法も本発明によって提供する。無煙炭または瀝青炭から生じた炭素質の基質を提供するステップと、水銀および水銀含有化合物を吸収する炭素質の基質の能力を増加させるのに十分な時間、炭素質の基質を、有効量の臭素または臭素含有塩で処理するステップと、燃焼ガス中の有効量の水銀および水銀含有化合物を水銀吸収剤に付着させるのに十分な時間、水銀吸収剤を、水銀含有燃焼ガス流内に注入するステップと、２３０℃（４５０°Ｆ）以上の温度において、高温側電気集塵装置の捕集プレート上で燃焼ガス流から水銀吸収剤を静電的に分離させるステップと、捕集プレートを定期的に叩いて、水銀含有吸収剤を下のホッパ内に放出させるステップと、捕捉された水銀の大半が
、水銀吸収剤から発生し、かつ燃焼ガス流に再進入するのを防止するのに十分な速度でホッパを空にするステップと、を含む、高温側電気集塵装置を有する排ガスシステム内において、燃焼ガスから水銀および水銀含有化合物を除去するための方法をさらに提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
本発明は、以下の図面を参照することによって、より理解されるであろう。
【００１２】
【図１】低温側電気集塵装置を有するものと、高温側電気集塵装置を有するものとを区別した排ガスシステムの概説図を含む。
【図２】石炭火力発電所において、８つの異なる高温側ＥＳＰにおける天然の自然水銀除去性能を平均化したチャートである。
【図３】普通粉末活性炭（ＰＡＣ）の温度依存性を示す検査固定層データのプロットである。
【図４】経時的な排気筒の水銀排出、および通常のラッピング配列および通常のホッパ排出率を有する、３６５℃（６９０°Ｆ）で動作する高温側ＥＳＰ内への臭素化ＰＡＣの注入率のプロットである。
【図５】加速度的ラッピングおよび連続的ホッパ排出を有する、３６５℃（６９０°Ｆ）で動作する高温側ＥＳＰ内への臭素化ＰＡＣの注入中の排気筒の水銀排出のプロットである。
【図６】本発明による水銀捕捉における向上を示す、２８０℃（５３０°Ｆ）で動作する高温側ＥＳＰ内への臭素化ＰＡＣの注入中の排気筒の水銀排出のプロットである。
【図７】臭素化ＰＡＣの注入中のベースラインおよび試験期間からの飛散灰の水銀含有量のグラフである。
【図８】現存の植物から石炭等のより規則的な炭素形状に精製される、炭素の岩石学のグラフである。
【図９】３０５℃（５８０°Ｆ）および３２５℃（６１５°Ｆ）で動作する高温側ＥＳＰ内への臭素化ＰＡＣの注入中の排気筒の水銀排出のグラフである。
【図１０】３６０℃（６７５°Ｆ）で動作する高温側ＥＳＰ内への臭素化ＰＡＣの注入中の排気筒の水銀排出のグラフである。
【図１１】３００℃（５７０°Ｆ）および４２０℃（７９０°Ｆ）で動作する高温側ＥＳＰ内への臭素化ＰＡＣの注入中の排気筒の水銀排出のグラフである。
【図１２】３７０℃（７００°Ｆ）で動作する高温側ＥＳＰ内へのガス相臭素化ＰＡＣおよび塩含浸ＰＡＣの注入中の排気筒の水銀排出のグラフである。
【図１３】異なる炭素基および塩含浸ＰＡＣから３７０℃（７００°Ｆ）で動作する高温側ＥＳＰ内へのガス相臭素化ＰＡＣの注入中の排気筒の水銀排出のグラフである。
【００１３】
炭素質水銀吸収剤
本発明に従う方法に使用する、好適な炭素質水銀吸着剤粒子は、水銀および水銀含有化合物を吸収することが可能な１つ以上の炭素質の基質を含む。好適な炭素質の基質は、無煙炭、瀝青炭、褐炭、ヤシ殻、木または木くず等から産生される活性炭を含むことができる。
【００１４】
本発明に従う方法に使用する、炭素質水銀吸着剤粒子は、炭素質の基質を少なくとも化学物質で処理することによって形成することができる。好適な化学物質としては、臭素、塩素またはヨウ素等のハロゲン、臭素含有化合物等のハロゲン含有化合物、硫黄もしくは硫黄含有化合物、または炭素質の基質の水銀を吸収する能力を増加させるのに有用な他の化学物質が挙げられる。好適な臭素または臭素含有化合物は、臭素元素、臭素元素ガス、臭化水素、臭素含有塩、溶解臭素塩、加熱臭素塩等を含むことができる。炭素質の基質を、ハロゲンもしくはハロゲン含有化合物、または硫黄もしくは硫黄含有化合物等の化学物質で処理する手段は、当業者に周知である。炭素質水銀吸着剤粒子が燃焼ガス流中に注入
され、本明細書に記載する化学物質も燃焼ガス流を生成するために燃焼される燃料に添加される、および／または燃料の担持燃焼空気に添加される、および／または燃焼ガス流中に注入される方法も本発明によって見込まれる。
【００１５】
ガス流
本発明に従って処理されるガス流は、例えば、石炭火力発電所からの燃焼ガス流であり得る。本発明に従って処理するための好適な燃焼ガス流は、水銀または水銀含有化合物を含む。例えば、本発明に従って処理される燃焼ガス流は、石炭または他の任意の燃焼燃料等の燃焼燃料、および燃焼空気から生じることが可能である。
【００１６】
高温側ＥＳＰ／捕集プレート／ホッパ
燃焼ガス流等のガス流からの微粒子の排出を制御するための高温側電気集塵装置（ＥＳＰ）およびその使用は、当業者に周知である。図１は、高温側ＥＳＰがプロセスの流れにおいて、空気予熱器の高温側上にどのように位置付けられるかを図示する。図１に、図示されていないが、当業者に周知であるとおり、ＥＳＰは、少なくとも１つの帯電電極、典型的には、複数の帯電電極、少なくとも１つの捕集プレート、典型的には、複数の捕集プレート、および少なくとも１つのホッパを含む。ＥＳＰ捕集プレートは、電極で帯電されているガス流から粒子を捕集する、例えば、静電的に粒子を捕集するように設計され、それらを捕集する。ＥＳＰホッパは、捕集された粒子が放出されるように叩くことによって、少なくとも１つの捕集プレートから放出される粒子を含むように設計され、かつそれらを含む。ＥＳＰホッパは、含有される粒子がＥＳＰを通過するガス流に再進入する可能性が低くなるように、当業者になじみのある手段によって定期的に空にされる。
【００１７】
本発明の態様は、吸収剤材料、例えば、炭素質水銀吸着剤粒子を使用する方法を提供することであり、吸収剤材料は、水銀の一部分が吸収剤上に吸収され、高温側ＥＳＰ内において燃焼飛散灰を有する燃焼ガスから除去されるように、高温の水銀含有燃焼ガス中に注入される。本発明の方法は、水銀および水銀含有化合物の大半を燃焼ガスから除去するために使用することができる。大半とは、少なくとも約３０％を意味する。
【００１８】
本発明の態様とは、吸収されたガス相の水銀が将来的な環境との相互作用から本質的に永久的封鎖させる水銀吸収剤材料を提供することでもある。
【００１９】
本発明の態様は、水銀低減性能を最大限にする方法で、ＥＳＰおよび飛散灰捕集システムを作動することでもある。
【００２０】
本発明のこれらの態様および他の態様は、高温側ＥＳＰを使用して、燃焼ガスシステム内において燃焼ガスから水銀および水銀含有化合物を除去するための本発明に従う方法によって達成される。本発明の方法は、無煙炭、瀝青炭、褐炭、ヤシ殻、または木もしくは木くず等から生じる活性炭等の処理された炭素質の基質から生じる水銀吸着剤粒子等の水銀吸収剤を提供することと、燃焼ガス中の少なくとも有効量の水銀および水銀含有化合物を水銀吸収剤に吸収させるのに十分な時間、水銀吸収剤を、水銀含有燃焼ガス流中に注入することと、高温側ＥＳＰ内の燃焼ガス流から水銀吸収剤を捕集し、除去することの態様を有することが可能である。水銀吸収剤は、上記の低温側ＥＳＰ内に見られる温度よりも高い温度で、炭素質の基質の水銀および水銀含有化合物を吸収する能力を増加するのに十分な時間、炭素質の基質を有効量の臭素、または溶解もしくは揮発臭素塩で処理することによって調製することができる。吸収剤は、２３０℃（４５０°Ｆ）よりも高い温度、および高温側ＥＳＰ内で費やした時間、高温側ＥＳＰ内のガス流から分離され、その飛散灰捕集ホッパは、捕捉した水銀が燃焼排ガス流内に放出および再排出し戻るのを防止するように最小限にされる。
【００２１】
本発明の例示的プロセスでは、本明細書に記載するとおり、事前に化学的処理が施されている粉末活性炭（ＰＡＣ）等の炭素質吸収剤は、燃焼生成物の高温の流動ガス流中に注入され、ガス流から蒸気性水銀種を捕捉し、濃縮する。流動ガス中に注入された吸着剤材料がガスと密に混合し、高温側電気集塵装置（ＥＳＰ）内においてガスから分離されるような条件が存在する。高温側ＥＳＰは、捕集された飛散灰がＥＳＰプレートおよびホッパから速やかに除去され、捕捉された水銀がガス流中に放出し戻される時間をわずかにする方法で動作する。
【００２２】
石炭火力発電所では、高温側ＥＳＰは、空気予熱器の前に、飛散灰および注入されたいかなる水銀吸収剤も除去し、温度は、典型的に、約３７０℃（７００°Ｆ）である。一方、低温側ＥＳＰは、空気予熱器の後に動作し、ガス温度は、典型的に、約１５０℃（３００°Ｆ）である。図１を参照されたい。
【００２３】
驚くべきことに、化学的に処理された炭素質材料、例えば、ハロゲン化活性炭材料、好ましくは、臭素に曝露された粉末活性炭は、適切な炭素基が使用され、高温側ＥＳＰが捕捉された飛散灰をシステムから速やかに除去する方法で動作する場合に、高温側電気集塵装置内において高度の水銀種を除去する能力を有することが発見されている。
【００２４】
高温側ＥＳＰは、典型的に、それだけではいかなる水銀も除去しない。米国環境保護省の１９９９情報収集要請（ＩＣＲ）に応じてサンプリングされた８つの高温側ＥＳＰからの平均入口および出口水銀濃度測定は、図２を参照されたい。瀝青および亜瀝青炭を燃焼する工場の両方において高温側ＥＳＰから出る、水銀元素（０）、酸化水銀（＋２）、および微粒子関連の水銀（ｐ）の平均燃焼排ガス濃度は、進入する水銀濃度と本質的に同一であった。さらに、普通粉末活性炭の注入は、高温側ＥＳＰが動作する、２３０℃（４５０°Ｆ）より高い温度で水銀蒸気を封鎖することはほとんどない。２００３年３月４日に米国環境保護省のＵｔｉｌｉｔｙ  ＭＡＣＴ  Ｗｏｒｋｉｎｇ  Ｇｒｏｕｐ，Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ，Ｄ．Ｃ．に提示された、Ｍｉｃｈａｅｌ  Ｄｕｒｈａｍの表題「Ｒｅｓｕｌｔｓ  ｆｒｏｍ  Ｆｏｕｒ  Ｆｕｌｌ−Ｓｃａｌｅ  Ｆｉｅｌｄ  Ｔｅｓｔｓ  ｏｆ  ＡＣＩ  ｆｏｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｏｆ  Ｍｅｒｃｕｒｙ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ」の発表から得られた図３を参照されたい。
【００２５】
臭素化水銀吸収剤で試験する分野において、予想外の変数が存在したことが発見された。この変数は、高温側ＥＳＰの動作であった。水銀吸収剤が、高温で、および／または長期間、高温側ＥＳＰ内において大量に存在することを可能にすることで、再排出される有意な量の捕捉された水銀が生じた。この問題は、灰が、高温に保持される、または炭素酸化によって生じた熱を蓄積することが可能であり、捕捉された水銀を燃焼排ガス流内へ再排出し戻し、煙突からの再排出をもたらす量で保持される時間を最小限に抑える方法でＥＳＰを動作することによって克服することができるであろう。
【実施例】
【００２６】
以下の実施例は、本発明の例示的な原理である。本発明は、本特許出願の実施例またはその他の部分であれ、本明細書に例示された特定の実施例のうちの１つに限定されないことを理解されたい。実施例１は、比較実施例である。
【００２７】
実施例１−比較実施例
この第１の全面的な水銀吸収剤注入試験は、３６５℃（６９０°Ｆ）で実施した。図４に示す、この試験では、高温側ＥＳＰの出口における燃焼排ガス水銀濃度は、入口におけるそれと非常に近く、それは、水銀除去がほとんどないことを示している。水銀排出は、瀝青炭（１０：００）から生じる臭素化ＰＡＣの注入直後に減少したが、排出は、開始水銀レベル近くまで非常に速やかに回復した。吸収剤注入率（１２：００）を増加すること
で、水銀除去が一時的に向上したが、再度、排出はその本来のレベルまで速やかに回復した。
【００２８】
吸収剤が停止されたときに（１７：００）、出口水銀濃度は、驚くほど急上昇し、進入するよりも一時期にＥＳＰから出る水銀が有意に多かった。次いで、入口および出口レベルは、安定し、再度、一致した。全体的に、入口および出口曲線下の純面積は同一であった。興味深いことに、この奇妙な挙動から、実に、吸収剤が、これらの非常に高い温度でいくつかの水銀を捕集したが、その後、ほんのわずか後に、この水銀を脱着したと解釈することができる。この脱着は、例えば、高温側温度で炭素表面のわずかに遅延した酸化（燃焼）、または経時的な別の燃焼排ガス成分での水銀の化学的置換によるものであり得る。そのような挙動は、これまで当該技術分野において観測されていなかった。結果は、吸収剤に使用およびそれらの水銀の一部の初期捕集にも関わらず、水銀の純減は生じず、全水銀量が最終的に煙突から排出された。
【００２９】
実施例２
次いで、本発明を、同一または低い注入率における同じ炭素質水銀吸収剤と本質的に同一の高温で、同一の高温側ＥＳＰ上で証明した。図５を参照されたい。水銀再排出を最小限に抑えることによって、高温側ＥＳＰでの水銀の純減が達成された。
【００３０】
高温側ＥＳＰの新たに特定された水銀再排出問題を解決するために、ＥＳＰの動作は、吸収剤が昇温に保たれ、燃焼排ガスに曝露される時間を最小限に抑えるように変更した。これは、捕捉された吸収剤を、ＥＳＰ捕集プレートからより速やかに除去するために、プレートのラッピング率を最大許容まで増加させ、かつできるだけ早くＥＳＰホッパ内の飛散灰含有吸収剤を高温環境から引き出すために、飛散灰除去システムを継続的に起動することによって行った。図５に記載するとおり、臭素化ＰＡＣ注入は、１１：００に作動し、１２：００に停止し、次いで、１２：３０に再度作動し、１３：３０に再度停止した。今回、全体の吸収剤注入期間中、水銀の純減が観測された。２つの動作の変化、増加したラッピング頻度、ならびに最小限の吸収剤の滞留時間およびホッパ内の灰量を可能にすることによって、臭素化水銀吸収剤が、以前、水銀の純減が全く認められなかった比較実施例１と本質的に同一の温度および注入率での注入中に、約３０％の水銀排出の純減を制御可能に達成することを可能にした。これらの実践のうちのいずれかまたは両方は、水銀の純減の達成に役立った。吸収剤が、本来最大１００％の燃焼排ガス水銀を吸収した場合、高温側ＥＳＰおよびそのホッパ内における吸収後の滞留時間の最小化は、捕捉された水銀の再排出を７０％未満まで制限し、次いで、そのような約３０％の水銀の純減が観測されるであろう。
【００３１】
実施例３
また、やや低いＥＳＰ動作温度で、最小限に抑えた吸収剤の滞留時間で試験を実施した。図６に図示するとおり、２８０℃（５３０°Ｆ）での高温側ＥＳＰ内において、排気筒出口Ｈｇ内の８０％の水銀除去率が達成された。水銀捕捉の成功の証拠は、飛散灰内の水銀を発見することである。吸収剤注入前のベースラインの飛散灰の水銀含有量は、ほぼゼロであった。１００万実立方フィートの燃焼排ガス当たり６ポンド（ｌｂ／ＭＭａｃｆ）での吸収剤注入で実施した試験からの飛散灰の水銀含有量は、１０億当たり数百部であり、測定された水銀除去率を支持する。図７を参照されたい。
【００３２】
実施例４
臭素化水銀吸収剤の製造上の向上を行い、試験を以前の発電所で再度実施した。瀝青炭および無煙炭等のより高品位の炭素形状（図８）は、温度に影響されにくいと見られるＰＡＣを生成した。この試験中、臭素化吸収剤の温度範囲を拡張し、性能が向上した。図９を参照されたい。ここでは、吸収剤注入を１２：３０に開始し、１５：３０に停止し、次
いで、１７：００に再度開始し、１８：３０に再度停止した。
【００３３】
実施例５
そのような水銀除去性能は、以前に証明した温度よりも高い温度（３６０℃（６７５°Ｆ））で、第２の発電所の高温側ＥＳＰにおける試験中に確認した。図１０を参照されたい。プロット上、ＨｇＴは、出口における水銀の総濃度であり、Ｈｇ（０）は、水銀元素濃度である。１００万実立方フィートの燃焼排ガス当たり約４ポンド（ｌｂ／ＭＭａｃｆ）の比率での臭素化ＰＡＣの注入は、約６０００ｎｇ／Ｎｍ３から約２０００ｎｇ／Ｎｍ３まで水銀の総濃度を減少させた。水銀濃度は、吸収剤注入の停止後、６０００ｎｇ／Ｎｍ３以上のレベルまで徐々に戻った。
【００３４】
実施例６
吸収剤の炭素基およびそれらの製造方法における差異を、第３の工場での試験で証明した。これらの試験では、ガス相の臭素化吸収剤を、３００℃（５７０°Ｆ）および４２０℃（７９０°Ｆ）の２つの温度で試験した。図１１を参照されたい。高品位の石炭（瀝青）から製造され、１０ｌｂ／ＭＭａｃｆの比率で注入されたガス相の臭素化吸収剤は、より低い温度で７０％以上、かつより高い温度で約６０％の水銀純減率を有した。
【００３５】
低品位の褐炭ベースの塩を含浸する吸収剤（ＮｏｒｉｔのＤＡＲＣＯ  Ｈｇ−ＬＨ）も、この場所で試験した。この吸収剤の性能は、ガス相の臭素化吸収剤と同一の注入率で４０％未満の水銀除去率をもたらした。
【００３６】
実施例７
ガス相の臭素化ＰＡＣおよび塩含浸ＰＡＣの性能における差異は、第４の工場の高温側ＥＳＰでの試験において再度認められた。以前に認められた工場は、瀝青炭を燃焼し、二酸化硫黄および塩化水素を多く含む燃焼排ガス化学反応を引き起こした。重要なことに、この新工場は、亜瀝青炭を燃焼し、異なる燃焼排ガス化学反応を引き起こした。しかしながら、結果は、同様であり、本発明の一般的適用性を示唆している。図１２を参照されたい。
【００３７】
ガス相の臭素化ＰＡＣ（Ｈ−ＰＡＣおよびＣ−ＰＡＣと指定する）は、５ｌｂ／ＭＭａｃｆの注入率で、約７０％の水銀除去をもたらした。この塩含浸で、褐炭から生じたＰＡＣ（Ｎｏｒｉｔ  ＤＡＲＣＯ  Ｈｇ−ＬＨと指定）は、同一の注入率で、わずかに３０％以上の水銀除去のみを達成することができるであろう。
【００３８】
水銀性能への炭素基と臭素化方法の影響を評価するための試験において、この機会が到来した。塩含浸ＰＡＣは、褐炭基を有した。この同一の塩基ＰＡＣを、臭素ガスでガス相で臭素化し、この施設で試験した。図１３を参照されたい。褐炭ＰＡＣのガス相での臭素化は、相対的に、その水銀除去性能を４０％以上まで向上させた。しかしながら、水銀性能におけるさらなる向上は、無煙炭ＰＡＣ塩基を使用することで得られた。
【００３９】
本発明を１つ以上の好ましい実施形態に関して説明してきたが、以下の請求項に記載する本発明の範囲から逸脱することなく、他の変更を行い得ることを理解されたい。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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