(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重金属の浸出を削減する方法であって、１０ｍ２／ｇ超のＢＥＴ表面積を持ち、結合した重金属を有する使用済み吸着剤を、アスコルビン酸、アスコルビン酸一ナトリウム、ジアスコルビン酸カルシウム、アスコルビン酸一カリウム、ジアスコルビン酸マグネシウム、及びこれらの組合せからなる群から選択される還元剤に接触させる工程を有する、方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法において、前記吸着剤は、炭素質チャー、活性炭、再生炭、カーボンブラック、グラファイト、天然沸石、合成沸石、シリカ、シリカゲル、アルミナ粘土、珪藻土、及びこれらの組合せからなる群から選択されるものである、方法。
【請求項３】
請求項１記載の方法において、前記還元剤は前記吸着剤の全重量に基づき１重量％〜１５重量％である、方法。
【請求項４】
請求項１記載の方法において、前記吸着剤はハロゲン前駆体をさらに有する、方法。
【請求項５】
請求項４記載の方法において、前記ハロゲン前駆体は、次亜塩素酸カルシウム、次亜臭素酸カルシウム、次亜ヨウ素酸カルシウム、塩化カルシウム、臭化カルシウム、ヨウ化カルシウム、塩化マグネシウム、臭化マグネシウム、ヨウ化マグネシウム、塩化ナトリウム、臭化ナトリウム、ヨウ化ナトリウム、塩化アンモニウム、臭化アンモニウム、ヨウ化アンモニウム、三塩化カリウム、三臭化カリウム、三ヨウ化カリウム、及びこれらの組合せからなる群から選択されるものである、方法。
【請求項６】
請求項４記載の方法において、前記ハロゲン前駆体は前記吸着剤に含浸されるものである、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１３年６月１９日出願の米国仮特許出願第６１／８３６９４５号（名称：「活性炭からの重金属浸出の軽減方法（Ｍｅｔｈｏｄｓ Ｆｏｒ Ｍｉｔｉｇａｔｉｎｇ Ｔｈｅ Ｌｅａｃｈｉｎｇ Ｏｆ Ｈｅａｖｙ Ｍｅｔａｌｓ Ｆｒｏｍ Ａｃｔｉｖａｔｅｄ Ｃａｒｂｏｎ）」）及び２０１３年６月２７日出願の米国仮特許出願第６１／８３９９６２号（名称：「活性炭からの重金属浸出の軽減方法（Ｍｅｔｈｏｄｓ Ｆｏｒ Ｍｉｔｉｇａｔｉｎｇ Ｔｈｅ Ｌｅａｃｈｉｎｇ Ｏｆ Ｈｅａｖｙ Ｍｅｔａｌｓ Ｆｒｏｍ Ａｃｔｉｖａｔｅｄ Ｃａｒｂｏｎ）」）に対して優先権を主張するものであり、参照によりその全体が本明細書中に援用されるものである。
この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、以下のものがある（国際出願日以降国際段階で引用された文献及び他国に国内移行した際に引用された文献を含む）。
（先行技術文献）
（特許文献）
（特許文献１）  米国特許第８，０５７，５７６号明細書
（特許文献２）  米国特許第６，１８６，９３９号明細書
（特許文献３）  米国特許出願公開第２００８／０１２１１４２号明細書
（特許文献４）  米国特許出願公開第２００３／０１８８６６３号明細書
（特許文献５）  国際公開第２０１４／０８２０７６号
（特許文献６）  米国特許出願公開第２０１２／０４８１１０号明細書
（特許文献７）  英国特許出願公開第１３３６２４１号明細書
（特許文献８）  国際公開第２０１１／１２７３２３号
（特許文献９）  米国特許第４，３３１，６３９号明細書
（特許文献１０）  米国特許第５，３２２，７７８号明細書
（特許文献１１）  米国特許第５，３４８，７５５号明細書
（特許文献１２）  米国特許第５，７５４，００２号明細書
（特許文献１３）  米国特許第５，８２１，６８２号明細書
（特許文献１４）  米国特許第６，１８６，９３９号明細書
（特許文献１５）  米国特許第６，８４８，３７４号明細書
（特許文献１６）  米国特許第７，７８０，７６５号明細書
（特許文献１７）  米国特許第７，８５８，０６１号明細書
（特許文献１８）  米国特許第７，８６２，７２５号明細書
（特許文献１９）  米国特許第７，８７９，１３６号明細書
（特許文献２０）  米国特許第８，０３４，１６３号明細書
（特許文献２１）  米国特許第８，０５７，５７６号明細書
（特許文献２２）  米国特許第８，０６９，７９７号明細書
（特許文献２３）  米国特許第８，０８０，０８８号明細書
（特許文献２４）  米国特許第８，１６８，１４７号明細書
（特許文献２５）  米国特許第８，２６３，５２４号明細書
（特許文献２６）  米国特許出願公開第２００３／０１８８６６３号明細書
（特許文献２７）  米国特許出願公開第２００８／０１２１１４２号明細書
（特許文献２８）  米国特許出願公開第２００９／０１７２９９８号明細書
（特許文献２９）  米国特許出願公開第２０１０／０１７８６２４号明細書
（特許文献３０）  米国特許出願公開第２０１１／００３０５９２号明細書
（特許文献３１）  米国特許出願公開第２０１２／０１０００５４号明細書
（特許文献３２）  米国特許出願公開第２０１２／００４８１１０号明細書
（特許文献３３）  米国特許出願公開第２０１３／００７８１６９号明細書
（特許文献３４）  米国特許出願公開第２０１３／０１０９５６２号明細書
（特許文献３５）  米国特許出願公開第２０１４／０３７４６５５号明細書
（特許文献３６）  欧州特許出願公開第０４３３６７７号明細書
（特許文献３７）  欧州特許出願公開第３０１１０６４号明細書
（特許文献３８）  国際公開第２００４／０８９５０１号
（特許文献３９）  国際公開第２０１０／０４２３２１号
（特許文献４０）  国際公開第２０１１／１２７３２３号
（特許文献４１）  国際公開第２０１３／０６３４９０号
（特許文献４２）  国際公開第２０１４／２０５２００号
（非特許文献）
（非特許文献１）  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｅａｒｃｈ  Ｒｅｐｏｒｔ  ａｎｄ  Ｗｒｉｔｔｅｎ  Ｏｐｉｎｉｏｎ  ｄａｔｅｄ  Ｏｃｔｏｂｅｒ  ２８，２０１４  ｉｎ  ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｐａｔｅｎｔ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｎｏ．ＰＣＴ／ＵＳ２０１４／０４３１５８．"
（非特許文献２）  ＲＡＰＯＳＯ  ｅｔ  ａｌ．，"Ｍｅｒｃｕｒｙ  Ｓｐｅｃｉａｔｉｏｎ  ｉｎ  Ｆｌｏｕｒｅｓｃｅｎｔ  Ｌａｍｐｓ  ｂｙ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｒｅｌｅａｓｅ  Ａｎａｌｙｓｉｓ，"Ｗａｓｔｅ  Ｍａｎａｇｅ．（２００３），２３（１０）：８７９−８８６．
（非特許文献３）  Ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｓｅａｒｃｈ  Ｒｅｐｏｒｔ  ｉｎ  ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ  Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｎｏ．１４８１３６０４．７  ｄａｔｅｄ  Ｊａｎｕａｒｙ  ３０，２０１７．
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００２】
本発明の様々な実施形態は、結合した重金属を有する吸着剤からの重金属浸出を減少させる方法に関する。そうした方法は、結合した重金属を有する吸着剤を還元剤に接触させる工程を含んでいてもよい。前記結合した重金属を有する吸着剤は、例えば、炭素質チャー、活性炭、再生炭、カーボンブラック、グラファイト、天然沸石、合成沸石、シリカ、シリカゲル、アルミナ粘土、珪藻土、及びこれらの組合せが含まれる任意の吸着剤であってもよく、前記重金属を任意の方法によって前記吸着剤と関連付けてもよい。例えば、前記重金属は前記吸着剤の表面に吸着されるか、前記吸着剤に吸着されるか、又はそれ以外の場合では前記吸着剤に電子的に結合されてもよい。
【０００３】
前記還元剤は、例えば、アスコルビン酸、没食子酸、カフェイン酸、フェルラ酸、クロロゲン酸、ギ酸、シュウ酸、マレイン酸、トコフェロール、デスフェリオキサミン、ピルビン酸塩を含むピルビン酸、システイン、グルタチオンなど、及びこれらの組合せが含まれる任意の還元剤であってもよい。様々な実施形態において、前記還元剤は前記吸着剤の全重量に基づき約１重量％〜約１５重量％であってもよい。幾つかの実施形態において、前記還元剤はアスコルビン酸であってもよく、他の実施形態においては前記還元剤はアスコルビン酸一ナトリウム、ジアスコルビン酸カルシウム、アスコルビン酸一カリウム、ジアスコルビン酸マグネシウムなど、及びこれらの組合せであってもよい。
【０００４】
幾つかの実施形態において、前記吸着剤はハロゲン前駆体をさらに含んでもよく、当該ハロゲン前駆体には、次亜塩素酸カルシウム、次亜臭素酸カルシウム、次亜ヨウ素酸カルシウム、塩化カルシウム、臭化カルシウム、ヨウ化カルシウム、塩化マグネシウム、臭化マグネシウム、ヨウ化マグネシウム、塩化ナトリウム、臭化ナトリウム、ヨウ化ナトリウム、塩化アンモニウム、臭化アンモニウム、ヨウ化アンモニウム、三塩化カリウム、三臭化カリウム、三ヨウ化カリウム、及びこれらの組合せが含まれるがこれらに限定されない。ある実施形態において、前記ハロゲン前駆体は前記吸着剤に含浸させてもよい。
【０００５】
幾つかの実施形態は、吸着剤及び還元剤を含む排煙吸着剤に関するものであり、当該還元剤には、アスコルビン酸、没食子酸、カフェイン酸、フェルラ酸、クロロゲン酸、ギ酸、シュウ酸、マレイン酸、トコフェロール、デスフェリオキサミン、ピルビン酸塩を含むピルビン酸、システイン、グルタチオンなど、及びこれらの組合せが含まれるがこれらに限定されない。こうした実施形態の前記吸着剤は、炭素質チャー、活性炭、再生炭、カーボンブラック、グラファイト、天然沸石、合成沸石、シリカ、シリカゲル、アルミナ粘土、珪藻土、及びこれらの組合せであってもよい。
【０００６】
幾つかの実施形態において、前記還元剤は前記吸着剤の全重量に基き約１重量％〜約１５重量％であってもよい。ある実施形態において、前記還元剤はアスコルビン酸であってもよく、他の実施形態においては前記還元剤はアスコルビン酸一ナトリウム、ジアスコルビン酸カルシウム、アスコルビン酸一カリウム、ジアスコルビン酸マグネシウムなど、及びこれらの組合せであってもよい。
【０００７】
幾つかの実施形態において、前記吸着剤は吸着剤及び還元剤の乾燥混合物であってもよく、他の実施形態においては前記還元剤は前記吸着剤に含浸させてもよい。ある実施形態において、前記吸着剤はハロゲン前駆体をさらに含んでもよく、当該ハロゲン前駆体には、次亜塩素酸カルシウム、次亜臭素酸カルシウム、次亜ヨウ素酸カルシウム、塩化カルシウム、臭化カルシウム、ヨウ化カルシウム、塩化マグネシウム、臭化マグネシウム、ヨウ化マグネシウム、塩化ナトリウム、臭化ナトリウム、ヨウ化ナトリウム、塩化アンモニウム、臭化アンモニウム、ヨウ化アンモニウム、三塩化カリウム、三臭化カリウム、三ヨウ化カリウム、及びこれらの組合せが含まれるがこれらに限定されない。特定の実施形態において、前記ハロゲン前駆体は臭化カルシウム（ＣａＢｒ２）、臭化アンモニウム（ＮＨ４Ｂｒ）、及びこれらの組合せであってもよい。前記ハロゲン前駆体は乾燥ハロゲン前駆体であってもよく、幾つかの実施形態においては、前記ハロゲン前駆体は前記吸着剤に含浸させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
本発明の性質及び利点をより完全に理解するためには、以下の詳細な説明を添付の図面と関連させて参照するべきである。その図面の説明を以下に示す。
【図１】図１に典型的な石炭火力発電所の構成要素を示すフローチャートを示している。
【図２】図２に活性炭の投入率に対する水銀除去パーセントの比較図を示している。
【図３】図３に本明細書の方法を用いた重金属浸出の削減を図示した棒グラフを示している。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の組成物及び方法について記載する前に、記載される特定の処理工程、構成、又は方法論は変化しうるものであるため、本発明はこれらに限定されないことを理解するべきである。同様に、本記載内容において使用される専門用語は、実施形態の特定の例を説明する目的でのみ用いられており、本発明の範囲を限定することを意図したものではなく、本発明は添付の請求項によってのみ限定されるものであることを理解するべきである。別途定義されない限り、本明細書で使用される全ての技術的及び科学的な用語は、当業者によって一般的に理解される意味と同じ意味を持つ。本明細書の方法及び材料に類似又は同等の、あらゆる方法及び材料が、本発明の実施形態の実施又は検証において使用される可能性があるが、好ましい方法、装置、及び材料を目下記載する。本明細書において言及される全ての出版物は、参照によりその全体が本明細書中に援用される。本明細書におけるいかなる記載も、先行発明によるそうした開示に対して本発明が先行する権利を有しないことを承認するものであると解釈されるべきではない。
【００１０】
本明細書及び添付の請求項において使用される場合、単数形の「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は文脈において明らかに別記されない限り、複数形への言及も含むことも留意しなければならない。従って、例えば、「燃焼室（ａ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｃｈａｍｂｅｒ）」への言及は、「１つ又は複数の燃焼室（ｏｎｅ ｏｒ ｍｏｒｅ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｃｈａｍｂｅｒｓ）」及び当業者に周知のそれらの同等物などへの言及である。
【００１１】
本明細書中で使用される場合、「約」という用語は、用語とともに用いられる数字の±１０％の数値であることを意味する。したがって、約５０％は４５％〜５５％の範囲を意味する。
【００１２】
本名細書中で使用される場合、「吸着剤材料」という用語は、水銀を吸着する能力のある、任意の供給源からの既知の全ての材料を包含することを意味する。例えば吸着剤材料は再生炭、天然及び合成沸石、シリカ、シリカゲル、アルミナ、並びに珪藻土を含むがこれらに限定されない。
【００１３】
「重金属」という用語は、毒性の金属又は半金属、特に環境的及び健康的な懸念のある金属及び半金属を意味する。重金属の例は、ヒ素、バリウム、カドミウム、クロム、鉛、水銀、セレン、及び銀を含むがこれらに限定されない。
【００１４】
水銀は既知の環境的な危険であり、ヒト及び非ヒト動物種の両方に健康的な問題を引き起こす。米国においては１年当たり約５０トンが大気中に放出され、この放出量の大部分が電力事業者などの石炭燃焼施設からの排出に由来するものである。市民の健康を守り環境を保護するため、ユーティリティ産業はプラントからの水銀排出レベルを削減するシステムを開発、検証、及び実装し続けている。炭素質材料の燃焼においては、水銀及びその他の望ましくない化合物を捕獲し、燃焼フェーズの後にそれらが大気中に放出されないように保持する工程を有することが望ましい。
【００１５】
排煙からの水銀除去のための最も有望な解決法の一つは、活性炭投入（ＡＣＩ：Ａｃｔｉｖａｔｅｄ Ｃａｒｂｏｎ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）である。活性炭は、非常に穴の多く、非毒性であり、水銀蒸気に高い結合性を有する容易に入手可能な素材である。この技術は、地方自治体の焼却施設で使用するために既に確立されたものである。前記ＡＣＩ技術は水銀除去には効果的であるが、前記活性炭と前期排煙蒸気との間の短い接触時間により、前記活性炭の完全な吸着能を充分に発揮できない結果に繋がっている。
【００１６】
本発明の様々な実施形態は、重金属を含有する燃料源の燃焼により発生する流体流れから例えば水銀などの重金属を除去する方法に関するものであり、当該方法は、ハロゲン分子もしくはハロゲン前駆体を前記燃料源に添加するか、又はハロゲン分子もしくはハロゲン前駆体を前記燃料源の燃焼中に燃焼室に導入するか、又はハロゲン分子もしくはハロゲン前駆体を燃焼室の近くにおいて前記燃料源の燃焼により発生する排気流に導入し、燃料源の燃焼により発生する排気流（つまり排煙）に吸着剤を投入するものである。そうした実施形態においては、ハロゲン分子もしくはハロゲン前駆体を前記燃料源に添加する工程又はハロゲン分子もしくはハロゲン前駆体を燃焼室に投入する工程と、吸着剤材料を前記排気流に投入する工程との組み合わせることによって、前記排気流からの重金属排出を大幅に削減し、同時にそうした方法において使用されるハロゲン分子もしくはハロゲン前駆体と吸着剤材料との両方を大幅に削減することに繋がる。特定の実施形態において、水銀除去は従来の方法よりも改善されている。幾つかの実施形態において、前記燃料源の重金属含有量に基づき約８０％超又は約９０％超の重金属を除去することができる。したがって、前記燃焼は同様の除去率又は改善した除去率を達成し、同時に前記ハロゲン分子もしくはハロゲン前駆体及び吸着剤材料の消費を削減し、それによってコストが減少する。
【００１７】
上述した方法及びシステムを、重金属を含有する燃料源の燃焼に係る任意の従来のシステムに実装してもよい。重金属含有燃料を燃焼させる多数のシステム及び施設が、本技術分野において既知であり使用されている。例えば、幾つかの実施形態は、固形廃棄物の焼却装置を含む焼却装置から重金属の排出を削減するための組成物、方法、及びシステムを提供する。その他の実施形態は、例えば発電所における重金属を含んだ化石燃料の燃焼から発生する水銀などの重金属の排出を削減する組成物、方法、及びシステムを提供する。
【００１８】
図１は典型的な石炭火力発電所の関連部分を図示するフローチャートを示している。図１に示されているように、そうした施設の幾つかは、石炭などの燃料を前記燃料源を燃焼させる炉又は燃焼室２に送達するためのコンベア１のような供給機構を含んでいる。炉に供給される燃料は前記炉の燃焼室中において、前記フローチャートの右部に示されているように約２７００°Ｆから約３０００°Ｆの酸素存在下の典型的な火炎温度で燃焼される。運転中においては、前記燃料は前記炉の要求する出力の達成に適当な速度で前記炉に前記燃料が供給されてもよく、前記炉からの熱を利用して水を沸騰させて蒸気にするか又は直接的な熱を供給し、その蒸気又は熱を利用してタービンを回転させ、その回転を利用して最終的に電力が生み出される（図示なし）。前記炉又は燃焼室２から、灰、燃焼ガス、及び空気が下流に向けて、火球から離れ、対流経路又は排気流（線図の左部にある大矢印）中に移動するが、これには線図の右部に示されているように温度が下降するにしたがい様々な区域が含まれうる。前記燃焼室から、前記加熱された灰、燃焼ガス、及び空気は、過熱器３及び場合により再熱器４を通って移動してもよく、そこでは例えば、水を加熱することで蒸気を供給し、この蒸気が最終的に電力を生産するために使用されるタービンを駆動する。前記灰、燃焼ガス、及び空気は、例えば、前記過熱器３及び／又は再熱器４に供給される水が余熱される節炭器５と、前記燃焼室２に空気を供給する空気予熱器６を通ってもよい。前記燃焼ガス及び灰は最終的に微粒子状の物体を収集するバグハウス又は電気集塵器７を通ってもよい。この時までに、煙突８から排出され大気中に放出される前に、前記灰、燃焼ガス、及び空気の温度は、約３００°Ｆまで低下される。
【００１９】
幾つかの実施形態においては、ハロゲン分子又はハロゲン前駆体Ｂを燃焼室２に投入するか、又は燃焼Ａの前にハロゲン源を直接的に燃料源に添加することによって、燃焼中にハロゲン源を導入してもよい。その他の実施形態においては、前記ハロゲンは前記燃料源中に見つけられてもよい。例えば、プラスチック又はゴムを含む廃棄物は、焼却中にハロゲンイオン又はハロゲン分子を放出する可能性のある成分を含む可能性がある。様々な実施形態において、前記灰、燃焼ガス、及び空気が大気中に排出される前に、前記対流経路中のいずれかの場所において吸着剤材料を前記排気流に投入してもよく、特定の実施形態においては前記バグハウス又は電気集塵器７の上流に吸着剤材料を投入してもよい。ある実施形態においては、吸着剤材料を前記空気予熱器（ＡＰＨ：ａｉｒ ｐｒｅｈｅａｔｅｒ）６の上流Ｃにおいて投入してもよく、幾つかの実施形態においては前記ＡＰＨ６の下流Ｄにおいて前記排気流に投入してもよい。さらに他の実施形態においては、吸着剤材料をＡＰＨ６の上流ＣとＡＰＨ６の下流Ｄとの両方に投入してもよい。
【００２０】
様々な実施形態におけるハロゲン分子又はハロゲン前駆体は、任意の供給源から得られるものであってもよい。例えば、幾つかの実施形態においては、前記燃焼室近くの前記排気流に、塩素ガス、臭素ガス、又はヨウ素ガスなどの分子源を単独で投入してもよいし、又はハロゲン前駆体と組み合わせて投入してもよい。その他の実施形態においては、１つ又は複数のハロゲン前駆体を前記燃料源に添加するか、又は前記燃焼室に導入するか、又は前記燃焼室の近くの前記排気流に投入するか、又はそれらの組合せを用いてもよい。
【００２１】
多数のハロゲン前駆体（ハロゲン前駆体）が、本技術分野において既知であり、本発明の実施形態において使用されうる。幾つかの実施形態において、前記ハロゲン前駆体は、例えば塩化水素、臭化水素、又は塩素分子もしくはヨウ素分子のような気体の前駆体であってもよい。前記ハロゲン前駆体は、有機的又は無機的なハロゲン含有化合物であってもよい。例えば、幾つかの実施形態において、前記ハロゲン前駆体は、１つ又は複数の無機ハロゲン塩であってもよく、この塩には、臭素のために臭化物、臭素酸塩、及び次亜臭素酸塩が含まれていてもよく、ヨウ素のためにヨウ化物、ヨウ素酸塩、次亜ヨウ素酸塩が含まれていてもよく、塩素のために塩化物、塩素酸塩、次亜塩素酸塩が含まれていてもよい。ある実施形態において、前記無機塩はハロゲン塩を含有するアルカリ金属又はアルカリ土類であってもよく、そこには当該無機ハロゲン塩は、リチウム、ナトリウム、及びカリウムなどのアルカリ金属、又はベリリウム、マグネシウム、カルシウムなどの対イオンと結合している。アルカリ金属及びアルカリ土類の対イオンを含む無機ハロゲン塩の非限定的な例は、次亜塩素酸カルシウム、次亜臭素酸カルシウム、次亜ヨウ素酸カルシウム、塩化カルシウム、臭化カルシウム、ヨウ化カルシウム、塩化マグネシウム、臭化マグネシウム、ヨウ化マグネシウム、塩化ナトリウム、臭化ナトリウム、ヨウ化ナトリウム、塩化アンモニウム、臭化アンモニウム、ヨウ化アンモニウム、三塩化カリウム、三臭化カリウム、三ヨウ化カリウムなどを含む。その他の実施形態において、前記ハロゲンは、相応に高いレベルのハロゲンを含有する有機的な供給源に由来していてもよい。有機ハロゲン前駆体は、例えば、塩化メチレン、臭化メチレン、ヨウ化メチレン、塩化エチル、臭化エチル、ヨウ化エチル、クロロホルム、ブロモホルム、ヨードホルム、四塩化炭酸、四臭化炭酸、四ヨウ化炭酸などを含む。
【００２２】
幾つかの実施形態において、前記ハロゲン前駆体は例えば、カルシウム源、マグネシウム源、硝酸塩源、亜硝酸塩源、又はそれらの組合せなどの１つ又は複数の追加的な成分を含んでいてもよい。カルシウム源及びマグネシウム源の例は本技術分野で周知であり、燃焼中に前記燃料源から放出される前記排煙中の硫黄除去の補助に役立ててもよい。そうした実施形態において、前記カルシウム源又は前記マグネシウム源は、例えば、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、硫酸カルシウム、亜硫酸カルシウム、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、及びアパタイトなどのカルシウムミネラルなどの、無機カルシウム、又は例えば、カルボン酸のカルシウム塩もしくはカルシウムアルコキシレートなどの有機カルシウム化合物、又は例えば、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、重炭酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、重硫酸マグネシウム、硝酸マグネシウム、亜硝酸マグネシウム、酢酸マグネシウム、リン酸マグネシウム、リン酸水素マグネシウム、及びマグネシウムミネラルなどの無機マグネシウム、又は例えば、カルボン酸のマグネシウム塩もしくはマグネシウムアルコキシレートなどの有機マグネシウム化合物を含む。ある実施形態においては、前記カルシウム源又はマグネシウム源は、例えば臭化カルシウム、臭化マグネシウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、ヨウ化カルシウム、ヨウ化マグネシウムなどのハロゲン前駆体と結合していてもよい。硝酸塩源及び亜硝酸塩源もまた本技術分野に周知であり、硝酸塩及び亜硝酸塩の任意の供給源を、ハロゲン前駆体とともに調製してもよい。
【００２３】
前記ハロゲン前駆体は、粉末などの固体、液体、又は気体であってもよい。例えば、幾つかの実施形態においては、前記ハロゲン前駆体は燃焼の前に石炭などの燃料源に噴き付けるか、又は前記燃焼室又は前記燃焼室近くの排気流に投入することのできる水溶液であってもよい。液体のハロゲン前駆体組成物を適切な濃度で調製してもよい。例えば、幾つかの実施形態においては、例えば臭化カルシウム又は塩化カルシウムなどのハロゲン前駆体の水溶液は、約７５％までの濃度であってもよく、他の実施形態においては、当該ハロゲン前駆体水溶液の濃度は重量比約６０％、重量比約５５％、重量比約５０％、重量比約４５％、重量比約４０％、又はこれらの値の間の任意の濃度であってもよい。さらに他の実施形態においては、ハロゲン前駆体水溶液は、重量比約１０〜７５％、重量比約２０〜６０％、重量比約３０〜５５％、重量比約４０〜５５％のハロゲン前駆体を含んでいてもよい。同様に、乾燥した粉末状のハロゲン前駆体を、同等のハロゲン濃度を達成するために必要な濃度で、前記排煙流に添加してもよい。
【００２４】
様々な実施形態において、ハロゲン分子又はハロゲン前駆体は、粉末などの固体、液体、又は水溶液形態であってもよく、前記燃焼室に継続的に供給されるか、又は燃焼の間逐次供給されてもよい。前記ハロゲン分子及びハロゲン前駆体を添加する速度は実施形態により異なってもよく、例えば、前記燃料源の燃焼速度、前記燃料源の由来、前記燃料源中の水銀量、水銀の吸着率などに依存してもよい。例えば、幾つかの実施形態においては、重量比約４０％〜約５５％の例えば臭化カルシウム又は塩化カルシウムなどのハロゲン前駆体水溶液を、約５００ガロン／ｈｒ又はそれ未満の速度で燃焼室中に導入するか、又は燃焼室近くの排気流中に投入してもよく、他の実施形態においては、重量比約４０％〜約５５％のハロゲン前駆体水溶液を、約４００ガロン／ｈｒもしくはそれ未満、３００ガロン／ｈｒもしくはそれ未満、２００ガロン／ｈｒもしくはそれ未満、又は１００ガロン／ｈｒもしくはそれ未満の速度で燃焼室中に導入するか、又は燃焼室近くの排気流中に投入してもよい。ある実施形態においては、重量比約４０％〜５５％のハロゲン前駆体水溶液を、５０ガロン／ｈｒ未満、又は２５ガロン／ｈｒ未満、又は２０ガロン／ｈｒ未満の速度で燃焼室中に導入するか、又は燃焼室近くの排気流中に投入してもよい。
【００２５】
前記ハロゲン分子及びハロゲン前駆体の供給速度は実施形態により異なってもよく、例えば前記燃料源の供給速度及び／又は前記燃料源の燃焼速度に依存してもよい。例えば、それぞれ約５０トン／ｈｒを燃焼する６つの機器において約３３０トン／ｈｒの石炭などの燃料源を燃焼する燃焼室であって、そこで燃焼中に重量比５０％の臭化カルシウム（ＣａＢｒ２）水溶液を約１０ガロン／ｈｒの速度で当該燃焼室に導入する場合、乾燥重量に基づくと約１２５ｐｐｍの臭素が前記石炭に加えられることになる。したがって、様々な実施形態において、前記ハロゲン分子又はハロゲン前駆体の濃度及び／又は供給速度は、前記燃料源の消費速度に基づいて変更されてもよく、その結果、約４００ｐｐｍ（乾燥基準）まで、約５００ｐｐｍ（乾燥基準）まで、又は約７００ｐｐｍ（乾燥基準）までの臭素を前記燃料源に添加してもよい。幾つかの実施形態においては、約５０ｐｐｍ〜約５００ｐｐｍ（乾燥基準）、約７５ｐｐｍ〜約４００ｐｐｍ（乾燥基準）、約１００ｐｐｍ〜約３００ｐｐｍ（乾燥基準）、又は約１２５ｐｐｍ〜約２００ｐｐｍ（乾燥基準）の臭素を前記燃料源に添加してもよい。
【００２６】
幾つかの実施形態において、本明細書に記載される方法及びシステムは、例えば、一次及び二次の燃焼室、ロータリーキルン、後燃焼室、並びにこれらの任意の組合せを有する複数段の炉において利用されてもよい。
【００２７】
そうした実施形態においては、固体又は液体形態のハロゲン分子又はハロゲン前駆体を、前記炉の燃焼室の任意の１つ又は任意の組合せの中に導入してもよい。例えば、幾つかの実施形態においては、前記ハロゲン分子又はハロゲン前駆体を１つの燃焼室に導入してもよく、その他の実施形態においては、前記ハロゲン分子又はハロゲン前駆体を燃焼室の組合せに導入してもよい。さらに他の実施形態においては、ハロゲン分子又はハロゲン前駆体を１つ又は複数の燃焼室と燃焼後の排気流とに導入してもよい。
【００２８】
ある実施形態において、前記ハロゲン前駆体を、前記燃焼室又は排気流に噴霧又は投入する水溶液として、１つ又は複数の燃焼室及び／又は排気流に導入してもよい。例えば、幾つかの実施形態においては、ハロゲン前駆体の水溶液を廃熱ボイラの下流の燃焼ガス蒸気に噴霧又は投入してもよい。さらに他の実施形態においては、前記ハロゲン前駆体の水溶液を、例えば再循環排煙、再循環灰、又は再循環飛灰などの再循環の副流に導入してもよい。前記ハロゲン分子又はハロゲン前駆体を前記排気流に導入する区域により実施形態が限定されるものではなく、当該投入区域の温度は、前記ハロゲン前駆体からハロゲン元素が分離及び／又は酸化可能であるように充分に高くするべきである。例えば、前記投入区域の温度は約１０００°Ｆ超でもよく、幾つかの実施形態においては約１５００°Ｆ超でもよい。
【００２９】
特定の理論に拘束されることを望むものではないが、前記分子ハロゲン又はハロゲン前駆体からのハロゲンは、前記燃料源が前記燃焼室内で燃焼されたときに放出される重金属を酸化することができる。一般的に、ハロゲン化水銀種などの酸化重金属は、飛灰、アルカリ結合した酸性灰（例、瀝青炭灰）、酸化カルシウム、水酸化カルシウム、又は炭酸カルシウムなどの乾燥排煙脱硫固体などの前記排気流中のアルカリ固体によって吸着可能であり、電気集塵器、湿式排煙脱硫システム、不織布フィルター、及びバグハウスなどの一般的に利用される重金属コントロールシステムによって前記燃焼ガスから除去される。ある実施形態においては、酸化重金属を活性炭によって吸着してもよい。特定の理論に拘束されることを望むものではないが、ハロゲン含有組成物の添加と吸着剤材料の前記燃焼ガスの流体流れへの投入とを組み合わせることによって、前記燃料源の水銀含有量が比較的高い場合においてさえ、ハロゲン前駆体水溶液の投入速度を大幅に減少させることができる。
【００３０】
いずれの実施形態においても、活性炭を利用することができる。そうした実施形態においては、前記活性炭をいかなる供給源から得てもよく、様々な出発材料から作成されてもよい。例えば、活性炭の製造に適切な材料には、無煙炭、半無煙炭、瀝青炭、亜瀝青炭、褐炭、亜炭などの様々なランクの石炭；ヤシ殻などの堅果の殻；木材；籾殻又は藁などの野菜；石油精製からの残留物又は副産物；天然又は合成のポリマー材料が含まれるが、これらに限定されない。前記炭素質材料を、本技術分野において既知である従来の熱的又は化学的方法によって、炭素系吸着剤となるよう処理してもよい。前記吸着剤は、異なる表面積及び細孔容積を本質的に持つであろう。例えば一般的に、亜炭は約５００〜６００ｍ２／ｇの表面積を有する炭となり、典型的な繊維系の炭の表面積は約１２００〜１４００ｍ２／ｇである。ある木材系の炭は約２００ｍ２／ｇの範囲の表面積を持ちうるが、非常に大きな細孔容積を持つ傾向にある。
【００３１】
石炭系の炭の表面積及び細孔容積もまた、表面積及び細孔容積及び細孔容積の分布のある程度の制御が可能となるように作成できる。幾つかの実施形態において、前記活性炭吸着剤はブルナウアー エメット テラー（ＢＥＴ：Ｂｒｕｎａｕｅｒ Ｅｍｍｅｔｔ Ｔｅｌｌｅｒ）法によって計測されたとき、巨大な表面積を持ち、かなりの細孔容積を持ちうる。本明細書中で使用される場合、「細孔容積」は約２ｎｍ未満の直径を持つ孔の全容積である。幾つかの実施形態において、適切な炭素系吸着剤は、約１０ｍ２／ｇ超もしくは約５０ｍ２／ｇ超、約２００ｍ２／ｇ超、又は約４００ｍ２／ｇ超のＢＥＴ表面積を持ちうる。その他の実施形態においては、前記炭素系吸着剤は５ｃｍ３／１００ｍｇ超の細孔容積を持ち、さらに他の実施形態においては前記吸着剤は２０ｃｍ３／１００ｍｇ超の細孔容積を持ちうる。
【００３２】
様々な大きさの活性炭などの吸着剤材料が、現在利用されているシステムにおいて重金属を捕獲するために用いられており、様々な実施形態においてあらゆる大きさの吸着剤材料が利用されうる。例えば、幾つかの実施形態において、前記吸着剤材料は約０．１μｍ〜約１００μｍの平均粒子直径（ＭＰＤ：ｍｅａｎ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ）を持ち、その他の実施形態においてはＭＰＤは約１μｍ〜約３０μｍであってもよい。さらに他の実施形態においては、前記吸着剤材料のＭＰＤは約１５ｍ未満であってもよく、幾つかの特定の実施形態においては、ＭＰＤは約２μｍ〜約２０μｍ、約４μｍ〜約８μｍ、又は約５μｍ〜約６μｍであってもよい。
【００３３】
幾つかの実施形態において、前記吸着剤材料は、例えばハロゲン含有塩によって処理されてもよい。例えば、様々な実施形態において、前記吸着剤材料は臭素によって含浸されてもよく、例えば前記吸着剤材料を臭化水素水溶液又は臭素元素のガス流に充分な時間浸漬することで、前記臭素を前記吸着剤材料に含浸する。前記吸着剤材料を含浸する様々な方法と含浸した吸着剤材料の種類は、本技術分野において既知であり、あらゆるそうした吸着剤材料を実施形態において使用してもよい。
【００３４】
前記対流経路における前記燃焼室の下流であり前記排気が煙突から排出される前である任意の場所において、前記吸着剤材料を前記排気流に対して投入してもよい。様々な実施形態において吸着剤材料を、例えば、電気集塵器、湿式排煙脱硫システム、不織布フィルター、及びバグハウス、又はその他の灰もしくは飛灰収集方法などの重金属コントロールシステムであり粒子状物質が収集される場所の下流並びに前記燃焼室の上流において一般的に投与してもよい。ある実施形態において、前記吸着剤材料を約７００゜Ｆ未満、約５００゜Ｆ未満、約４００゜Ｆ未満、又は約３５０゜Ｆ未満の温度を持つ前記対流経路中の任意の区域において投入してもよい。例えば、幾つかの実施形態において、吸着剤材料を空気予熱器（ＡＰＨ：ａｉｒ ｐｒｅｈｅａｔｅｒ）の上流又は下流のいずれかにおいて投入してもよく、その他の実施形態においては空気予熱器（ＡＰＨ：ａｉｒ ｐｒｅｈｅａｔｅｒ）の上流において投入してもよい。
【００３５】
幾つかの実施形態において、前記吸着剤材料の投入速度は前記排気流の流速に依存してもよい。例えば、２，０００，０００実立方フィート／分（ａｃｆｍ：ａｃｔｕａｌ ｃｕｂｉｃ ｆｅｅｔ ｐｅｒ ｍｉｎｕｔｅ）の排気（煙道）ガス流速を持ち、そこで吸着剤材料が約１００ポンド／ｈｒでプラントの配管の排気流に投与されているプラントにおいては、吸着剤材料の添加速度は約０．８ポンド／百万実立方フィート（ｌｂｓ／ＭＭａｃｆ）である。したがって、様々な実施形態において、前記吸着剤材料の投入速度は前記配管の排気ガスの流速に依存してもよい。そうした実施形態において、前記排気ガスの流速に基づいた吸着剤材料の添加速度は、約４ｌｂｓ／ＭＭａｃｆまで又は約約４ｌｂｓ／ＭＭａｃｆまでである。その他の実施形態において、前記排気ガスの流速に基づいた吸着剤材料の添加速度は、約０．２５ｌｂｓ／ＭＭａｃｆ〜約５ｌｂｓ／ＭＭａｃｆ、約０．５ｌｂｓ／ＭＭａｃｆ〜約４．０ｌｂｓ／ＭＭａｃｆ、又は約０．７５ｌｂｓ／ＭＭａｃｆ〜約３．０ｌｂｓ／ＭＭａｃｆであり、特定の実施形態においては、添加速度は約０．７５ｌｂｓ／ＭＭａｃｆ〜約１．５ｌｂｓ／ＭＭａｃｆであってもよい。
【００３６】
特定の実施形態においては、重金属含有燃料源が燃焼される燃焼室に対する臭化カリウム、塩化カルシウム、臭化ナトリウム、又は塩化ナトリウムなどのハロゲン前駆体の導入と、例えば、電気集塵器、湿式排煙脱硫システム、不織布フィルター、及びバグハウス、又はその他の灰もしくは飛灰収集方法などの重金属及び／又は粒子コントロールシステムであり粒子状物質が収集される場所の上流における約１５μｍ未満のＭＰＤを持つ吸着剤材料の排気流への投入とが、例示的な目的で含まれる。幾つかのそうした実施形態においては、約１０ガロン／ｈｒ未満のハロゲン前駆体水溶液を前記燃焼室に導入してもよく、約１００ポンド／ｈｒ未満の吸着剤材料を前記排気流に投入してもよい。そうした処理の結果、そうした方法及びシステムを利用するプラントからの水銀排出量は、約８０％超を削減可能であり、幾つかの実施形態においては９０％超を削減可能である。
【００３７】
さらなる実施形態は、燃料ガスからの水銀排出量を削減する方法を含み、そこでは供給される吸着剤材料に対するハロゲンの比率は、活性炭１ポンド当たりのハロゲンが約０．７〜約４．６モルであり、幾つかの実施形態においては、活性炭１ポンド当たりのハロゲンが約０．８〜約３．１モル又は約１．２〜約２．０モルである。そうした実施形態においては、前記吸着剤材料は１５μｍ未満のＭＰＤを持ってもよく、ある実施形態においては前記吸着剤材料は約１０μｍ未満のＭＰＤを持ってもよい。さらに他の実施形態においては、前記吸着剤材料は約６μｍ又はそれ未満のＭＰＤを持つ。前記ハロゲン及び吸着剤材料は、前記工程中の任意の場所において供給されてもよい。例えば、幾つかの実施形態において、前記ハロゲンを燃焼の前に前記燃料源に添加してもよく、他の実施形態においては、前記ハロゲンを前記燃料の燃焼中に前記燃焼室に導入してもよい。さらに別の実施形態においては、前記吸着剤材料の前又は後に前記ハロゲンを前記排煙流に導入してもよい。さらなる実施形態において、前記ハロゲンを前記活性炭とともに供給してもよい。例えば、幾つかの実施形態において、前記ハロゲンを前記活性炭とは別々に前記排煙流に投入してもよく、その他の実施形態においては、前記吸着剤材料を前記排煙流に投入する前に、前記ハロゲンを前記吸着剤材料に添加してもよい。
【００３８】
前記吸着剤材料の前記排煙流への投入前に前記ハロゲンを前記吸着剤材料に添加する実施形態において、吸着剤材料に対するハロゲンの比率は、吸着剤材料が別々に導入されるときの吸着剤材料に対するハロゲンの比率と同じであってもよい。例えば、幾つかの例示的な実施形態において、上述した任意のハロゲン塩などのハロゲン塩を、１５μｍ未満、１２μｍ未満、１０μｍ未満のＭＰＤを持つ吸着剤材料に対して、吸着剤材料１ポンド当たりハロゲン塩約０．１４〜約１．０ポンドの比率において添加し、その結果約１２重量％〜約５０重量％のハロゲン塩、又は約１５重量％〜約４０重量％のハロゲン塩の組成物としてもよい。別の例示的な実施形態においては、臭化カルシウム（ＣａＢｒ２）又は臭化アンモニウム（ＮＨ４Ｂｒ）などのハロゲン塩を、６μｍ未満のＭＰＤを持つ吸着剤材料に対して、吸着剤材料１ポンド当たりハロゲン塩約０．４３ポンドの比率において添加し、約３０重量％のハロゲン塩の組成物とし、前記吸着剤材料／ハロゲン塩の組合せを前記排煙流に導入してもよい。これらの比率は、吸着剤材料１ポンド当たりのハロゲンのモル量で表現されてもよい。例えば、幾つかの実施形態においては、吸着剤材料１ポンド当たりのハロゲンのモル量による比率は、約０．７モル／ポンド〜約５．７モル／ポンド、約０．８モル／ポンド〜約３．１モル／ポンド、又はこれらの値の間の任意の比率であってもよく、特定の実施形態においては、吸着剤材料１ポンド当たりのハロゲンの比率は、約２．０モル／ポンドであってもよい。そうした実施形態においては、前記ハロゲン塩を従来的な含浸の工程によって添加してもよく、又は前記ハロゲン塩を乾燥吸着剤材料と乾燥ハロゲン塩を混合することによって添加してもよい。その他の実施形態においては、前記吸着剤材料を気体状態のハロゲンを用いることで含浸してもよい。上述したような実施形態においては、前記吸着剤材料は活性炭であってもよい。
【００３９】
水銀の排出量を削減する従来方法であってハロゲン前駆体を燃焼室に導入し吸着剤材料を排気中に投入しない方法を利用している石炭火力発電所は、水銀排出量を充分に減少させるために一般的に２０ガロン／ｈｒ超の速度でハロゲン前駆体を投入している。吸着剤材料を利用するが燃焼中にハロゲン前駆体を導入しない石炭火力発電所は、水銀排出量を効果的に減少させるために約２５０ポンド／ｈｒ超の吸着剤を投入しうる。これに対して、本発明の幾つかの実施形態は、約１０ガロン／ｈｒ未満のハロゲン前駆体と１００ポンド／ｈｒ未満の活性炭とを利用しながら、約８０％超又は約９０％超の水銀量の削減を可能にし、特定の実施形態においては、約１５μｍ未満のＭＰＤを持つ吸着剤材料を１００ポンド／ｈｒ未満で利用する。これは、水銀排出量を効果的に規制値未満まで削減するために必要な消耗品の量を劇的かつ驚異的に削減するものである。したがって、そうした実施形態は、現在利用されている水銀排出量削減方法に対して大幅な経済的な優位性を与えると同時に、吸着剤材料投入法を利用しているプラントによる灰生産量とハロゲン前駆体量とを削減する。
【００４０】
幾つかの実施形態において、水銀レベルは業界標準の検出及び測定方法を用いた従来の分析装置によって監視されており、そうした実施形態において監視は定期的に、手動又は自動のどちらかで実施されうる。例えば水銀排出量は、政府規制の遵守を確実にするため、及び前記燃焼室へのハロゲン前駆体の導入速度、吸着剤材料の投入速度、又はその両方を調節するために、１時間に１回監視されてもよい。水銀量は対流経路中の適切な場所において監視されてもよい。例えば、幾つかの実施形態において、大気中に放出される水銀量を、粒子コントロールシステムの清浄側において監視及び測定されてもよい。
【００４１】
幾つかの実施形態において、前記吸着剤材料は、前記吸着剤材料に捕獲される重金属の浸出を軽減するために還元剤を含んでいてもよい。前記還元剤は、排煙流に投入される組成物に含まれてもよいし、又は収集後の前記吸着剤材料に結合されていてもよい。前記「還元剤」は、本技術分野において既知の、還元能力を持つ、つまり別の化合物又は化学種に電子を供与する、任意の化合物又は化学種であってもよい。幾つかの実施形態において、前記還元剤は有機的な酸化防止剤であり、そうした化合物には、アスコルビン酸、没食子酸、カフェイン酸、フェルラ酸、クロロゲン酸、ギ酸、シュウ酸、マレイン酸など、トコフェロール、デスフェリオキサミン、ピルビン酸塩を含むピルビン酸、システイン、グルタチオンなど、及びこれらの組合せが含まれるが、これらに限定されない。ある実施形態において、前記還元剤は、アスコルビン酸の右旋性及び左旋性の鏡像異性体を含むアスコルビン酸、並びにアスコルビン酸一ナトリウム、ジアスコルビン酸カルシウム、アスコルビン酸一カリウム、ジアスコルビン酸マグネシウム、及び関連する化合物などを非限定的に含むアスコルビン酸ミネラルであってもよい。
【００４２】
特定の理論に拘束されることを望むものではないが、還元剤は吸着剤材料に吸着された重金属の流出を軽減することができる。前記還元剤は、吸着されたハロゲン化水銀を、可溶性の＋２の酸化状態から、不溶性の＋１の酸化状態へと還元することができる。アスコルビン酸の標準還元電位（Ｅ０）は、約７のｐＨ及び約２５℃の温度において約０．０６ボルトである。この反応に対して、ｐＨ範囲約２〜約８において約３０分間アスコルビン酸を反応させてもよく、ｐＨ範囲約３〜約６において約１０分間アスコルビン酸を反応させてもよい。
【００４３】
使用される還元剤の量は実施形態により変化してもよく、約１重量％〜約１５重量％であってもよい。幾つかの実施形態において、添加される還元剤の量は約１重量％〜５重量％であってもよい。その他の実施形態において、添加される還元剤の量は約１重量％〜約１０重量％であってもよい。さらに他の実施形態において、添加される還元剤の量は約１０重量％〜約１５重量％であってもよい。
【００４４】
幾つかの実施形態において、前記還元剤を前記吸着剤材料を含有する容器に投入してもよい。幾つかの実施形態において、投入は前記重金属の吸着の下流で行われる。幾つかの実施形態において、投入は前記重金属の吸着の上流で行われる。さらに別の実施形態において、投入は前記重金属の吸着と同時に行われる。その上さらなる実施形態において、前記吸着剤を前記対流経路から取り除いた後、前記アスコルビン酸又は関連の化合物を前記活性炭と混合してもよい。
【実施例】
【００４５】
本発明をその特定の好適な実施形態に関してかなり詳細に記載したが、他の変形をとることも可能である。したがって、添付の請求の範囲の精神と範囲は、本明細書中に含まれる説明及び好適な変形に限定されるべきものではない。本発明の様々な態様が以下の非限定的な実施例によって例示されるであろう。
【実施例１】
【００４６】
燃焼室の前に石炭に臭化カルシウムを添加するシステムと、発電所の様々な場所の配管に活性炭を投入するランスとを備えた石炭火力発電所をテストに利用した。この施設において燃焼された石炭は水銀含有量が定期的に調べられ、水銀除去テストの正確性を担保した。この施設においてテストされた様々な粉末活性炭（ＰＡＣｓ：ｐｏｗｄｅｒｅｄ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎｓ）が、表１に示されている。
【００４７】
【表１】
0006616928.tif 000002
【００４８】
燃焼室への臭化カルシウム（ＣａＢｒ２）投入有り又は無しのいずれかの条件下で、表１に記載された各ＰＡＣｓをＡＰＨの下流においてプラントの排気流に約１００ポンド／ｈｒ又は約２００ポンド／ｈｒの速度で投入した。その結果を表２に示し、図２に図示している。
【００４９】
【表２】
0006616928.tif 000003
【００５０】
図１に示されているように、ＣａＢｒ２単独、ＰＡＣ投入速度０の条件においては、消費した石炭中の水銀含有量に対して約５０％未満の水銀除去率となった。１００ポンド／ｈｒでのＰＡＣ添加（ＰＡＣ３０、ＰＡＣ１６、ＰＡＣ６）の条件においては、約５０％という同様の水銀排出量削減となり、この値はＭＰＤ及びＰＡＣに依存して僅かに変動した。ＣａＢｒ２の燃焼室への投入とＰＡＣの排気流への投入との組合せ（Ｓｔｄ＋１ｘＣａＢｒ２）においては水銀排出量の削減は改善を見せ、臭素化したＰＡＣ（Ｓｔｄ Ｂｒ）の排気流への投入も同様であった。特に、ＣａＢｒ２の燃焼室への投入とより小さなＭＰＤを持つＰＡＣの排気流への投入との組合せ（ＰＡＣ６＋４ｘＣａＢｒ２）は、９０％近くの水銀排出量の削減となり、臭素化ＰＡＣ（Ｓｔｄ Ｂｒ）とより大きなＭＰＤのＰＡＣ及びＣａＢｒ２（Ｓｔｄ．＋１ｘＣａＢｒ２）との条件に比べてほぼ２０％も大きな水銀排出量の削減を見せた。同様に、ＰＡＣの投入速度を２００ポンド／ｈｒに上昇させ、より小さなＭＰＤのＰＡＣを用いたとき、臭素化ＰＡＣ（Ｓｔｄ Ｂｒ）とより大きなＭＰＤのＰＡＣ及び様々なＣａＢｒ２投入速度（Ｓｔｄ．１ｘＣａＢｒ２；Ｓｔｄ．２ｘＣａＢｒ２；Ｓｔｄ．３ｘＣａＢｒ２；Ｓｔｄ．４ｘＣａＢｒ２；ａｎｄＳｔｄ．８ｘＣａＢｒ２）との条件を上回った。
【実施例２】
【００５１】
さらなるテストを実施し、ＰＡＣが排気流にＡＰＨの上流（ポストＡＰＨ投入）とＡＰＨの下流（プレＡＰＨ投入）において投与されたときに、プラント排気からの水銀除去率が９０％を達成するために必要な、所定のＣａＢｒ２水溶液とＰＡＣの投入速度を決定した。結果を表３及び４にそれぞれ示している。
【００５２】
【表３】
0006616928.tif 000004
【００５３】
【表４】
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【００５４】
表３及び４は、２０ガロン／ｈｒのＣａＢｒ２投入速度及び１５０ポンド／ｈｒのＰＡＣ投入速度が、小さなＭＰＤのＰＡＣ（ＰＡＣ６）がＡＰＨ下流に投入されたとき、石炭から９０％の水銀を除去するのに充分であったが、一方で大きなＭＰＤのＰＡＣ（Ｓｔｄ．）は同様の結果を得るために２倍の投与量が必要となった。ＰＡＣがＡＰＨ上流に投入されたとき、６ガロン／ｈｒのＣａＢｒ２及び６０ポンド／ｈｒの小さなＭＰＤのＰＡＣ（ＰＡＣ６）が、同じプラントで排煙からの９０％の水銀除去に必要であったが、一方で１８ガロン／ｈｒのＣａＢｒ２及び１２５ポンド／ｈｒの標準的ＭＰＤのＰＡＣ（Ｓｔｄ．）が、同じ結果を得るために必要となった。これらのデータは、炭の粒子サイズを特に約１２μｍ又は約１０μｍ未満に低下させることが、特に９０％付近又は９０％超の水銀除去率のレベルにおいて、驚くべきことに同じ水銀除去率レベルのために必要な炭及びハロゲンの両方がより少なくて済むという、それ自身の相乗効果を作り出していることを実証している。ハロゲン及び吸着剤の両方における併せた節約効果は、経済的な側面の大幅な改善と、飛灰中の炭が減少するなどプラント付帯設備（ｂａｌａｎｃｅ−ｏｆ−ｐｌａｎｔ）への影響の低下とに繋がり、より多くの灰がコンクリート添加剤としての商業的価値を保持できる。
【実施例３】
【００５５】
約１２ｍｇＨｇ／炭１ｇを吸着した使用済み活性炭のサンプル２つに対して様々な材料を添加し、添加した材料が毒性特性浸出手順テスト（ＴＣＬＰ Ｔｅｓｔ：Ｔｏｘｉｃｉｔｙ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ Ｌｅａｃｈｉｎｇ Ｐｒｏｆｉｌｅ Ｔｅｓｔ）中に浸出する水銀量を変化させるかどうかをテストした。テストのために受領したままであれば、使用済み吸着剤サンプルは約０．４ｍｇＨｇ／Ｌ〜約０．０６ｍｇＨｇ／ＬのＴＣＬＰ値の範囲を典型的にとった。使用済み吸着剤は、浸出水銀量及び／又は水銀化合物が閾値である０．２ｍｇＨｇ／Ｌを下回れば、ＴＬＣＰテストを通過すると考えられる。
【００５６】
図３は様々な使用済み吸着剤（カラムａ、ｅ、及びｎ）のＴＣＬＰスコアを示す棒グラフである。１０重量％の未使用活性炭Ｃａｌｇｏｎ Ｃａｒｂｏｎ Ｆ−３００（ｂ、ｆ）、Ｄａｒｃｏ−Ｈｇ（ｃ、ｇ）、及び臭素化ＰＡＣ（ｉ、ｊ）が、水銀のＴＣＬＰ値（ｍｇ／Ｌ）を低下させるのに効果的であった。図３はまた、還元剤を使用済み活性炭と組み合わせたときの効果を示している。特に、アスコルビン酸（ｄ、ｈ）は、いずれの未使用吸着剤よりも効果的に浸出を削減した。これらのデータはまた、アスコルビン酸の約１重量％（ｋ）及び約１０重量％（ｄ、ｈ）での使用が、吸着剤がＴＣＬＰ閾値の０．２ｍｇＨｇ／Ｌ未満を保つために効果的であったことを示している。これに対して、既知の還元剤であるチオ硫酸ナトリウム（ｌ）は、水銀浸出量を悪化させ、水銀浸出レベルはＴＣＬＰ閾値である０．２ｍｇＨｇ／Ｌのほぼ２倍となることがわかった。
【実施例４】
【００５７】
クロム（ＶＩ）の浸出を、受領したままであれば０．３３ｍｇ／ＬのＴＣＬＰスコアを持つサンプルにおいてテストした。１０重量％のアスコルビン酸添加により、クロム（ＶＩ）の浸出は、検知不能のレベルまで軽減された。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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