(57)【要約】高温高湿ガス流から水銀および他の金属、ならびにフラン、ダイオキシンおよび他の有機化合物を除去する方法。この方法は、炭素系粉体ならびに金属および有機化合物を除去するのに適した有効量の塩化銅を含むことを特徴とする吸着粉体を利用する。この粉体は、水酸化カルシウム、硫黄、過マンガン酸カリウム、ヨウ化カリウム、およびその組み合わせを含んでいてよい。図は、本発明の方法を示し、そこでは固相２を前もって篩にかけ、冷却装置４に移送する。ガス成分を脱塵装置６に移送し、一方、固相は冷却装置８に移送する。次いで、このガス成分は、清浄化装置１０内で加熱し、冷却チャンバー１２に移送し、吸着粉体と接触させ、バグハウス１６に移送し、ろ過し、排気筒１８で排煙として排気される。
2004528172.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）固相の金属および有機化合物含有材料を清浄化装置内に入れるステップと、
ｂ）固相材料を入れた清浄化装置を加熱して、金属は揮発させてガス成分中に含め、有機化合物は元素ガスにし、この材料のガス成分および固体成分を形成するステップと、
ｃ）ガス成分を排気ガス清浄化装置／再燃焼装置に移送し、固体成分を冷却装置に移送するステップと、
ｄ）ガス成分を入れた排気ガス清浄化装置／再燃焼装置を加熱し、有機化合物を燃焼させて元素酸化物にするステップと、
ｅ）ガス成分を入れた排気ガス清浄化装置／再燃焼装置を冷却するステップと、
ｆ）排気ガス清浄化装置／再燃焼装置に吸着粉体を加え、金属を吸着させるステップと、
ｇ）粉体含有ガス成分をバグハウスに移送するステップと、
ｈ）実質的に金属を含まない前記試料のガス成分を大気に放出するステップとを含み、
金属は水銀、鉛、ニッケル、亜鉛、銅、ヒ素およびカドミウムからなる群から選択され、有機化合物はダイオキシンおよびフランからなる群から選択される、炭素系粉体ならびに蒸気流から金属および有機化合物を除去するのに適した有効量の塩化銅を含むことを特徴とする吸着粉体を用いて、ガス流から金属および有機化合物を除去する方法。
【請求項２】
ステップｆ）の吸着粉体が、石炭、木炭、活性炭、果物の種、黒鉛炭素、ヤシガラ炭素、泥炭、石油コークス、合成ポリマー、およびその組み合わせからなる群から選択される炭素系粉体である請求項１に記載の方法。
【請求項３】
塩化銅の有効量が、約１から約４５重量％である請求項２に記載の方法。
【請求項４】
塩化銅が、塩化銅（ＩＩ）、塩化銅（ＩＩＩ）、および塩化銅（ＩＶ）からなる群から選択される請求項３に記載の方法。
【請求項５】
粉体がさらに、水酸化カルシウム、硫黄、過マンガン酸カリウム、ヨウ化カリウムからなる群から選択される１種以上の成分を含む請求項４に記載の方法。
【請求項６】
吸着粉体が、炭素約１０から約６０重量％、水酸化カルシウム約１０から約７０重量％、および塩化銅（ＩＩ）約１から約４５重量％を含む請求項５に記載の方法。
【請求項７】
吸着粉体が、炭素約３０から約５０重量％、水酸化カルシウム約５０から約７０重量％、および塩化銅（ＩＩ）約２から約１０重量％を含む請求項６に記載の方法。
【請求項８】
吸着粉体が、炭素約４０重量％、水酸化カルシウム約６０重量％、および塩化銅（ＩＩ）約５重量％を含む請求項７に記載の方法。
【請求項９】
吸着粉体が、炭素約３０から約５０重量％、水酸化カルシウム約４５から約７０重量％、硫黄約１から約１０重量％、および塩化銅（ＩＩ）約１から約１５重量％を含む請求項５に記載の方法。
【請求項１０】
吸着粉体が、炭素約３５から約４５重量％、水酸化カルシウム約５０から約６５重量％、硫黄約２から約８重量％、および塩化銅（ＩＩ）約４から約１２重量％を含む請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
吸着粉体が、炭素約３８重量％、水酸化カルシウム約５８重量％、硫黄約４重量％、および塩化銅（ＩＩ）約５から約１０重量％を含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
吸着粉体が、炭素約２５から約４５重量％、水酸化カルシウム約４０から約６０重量％、硫黄約２から約１０重量％、過マンガン酸カリウムを炭素基材に含浸させたもの約５から約１５重量％、および塩化銅（ＩＩ）約１から約１５重量％を含む請求項５に記載の方法。
【請求項１３】
吸着粉体が、炭素約３０から約４０重量％、水酸化カルシウム約４５から約５５重量％、硫黄約３から約８重量％、過マンガン酸カリウムを炭素基材に含浸させたもの約７から約１２重量％、および塩化銅（ＩＩ）約２から約１０重量％を含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
吸着粉体が、炭素約３４５重量％、水酸化カルシウム約５２重量％、硫黄約４重量％、過マンガン酸カリウムを炭素基材に含浸させたもの約１０重量％、および塩化銅（ＩＩ）約５重量％を含む請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
吸着粉体が、炭素約２５から約４５重量％、水酸化カルシウム約４５から約６０重量％、ヨウ化カリウムを炭素基材に含浸させたもの約５から約５０重量％、および塩化銅（ＩＩ）約５から約４５重量％を含む請求項５に記載の方法。
【請求項１６】
吸着粉体が、炭素約３５から約４０重量％、水酸化カルシウム約５０から約５５重量％、ヨウ化カリウムを炭素基材に含浸させたもの約１０から約３５重量％、および塩化銅（ＩＩ）約８から約１５重量％を含む請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
吸着粉体が、炭素約３８重量％、水酸化カルシウム約５２重量％、ヨウ化カリウムを炭素基材に含浸させたもの約１０重量％、および塩化銅（ＩＩ）約１０重量％を含む請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
吸着粉体が、炭素約２５から約４５重量％、水酸化カルシウム約４０から約６０重量％、ヨウ化カリウムを炭素基材に含浸させたもの約２から約１５重量％、および塩化銅約１から約１５重量％を含む請求項５に記載の方法。
【請求項１９】
吸着粉体が、炭素約３０から約４０重量％、水酸化カルシウム約４０から約６０重量％、ヨウ化カリウムを炭素基材に含浸させたもの約２から約１２重量％、および塩化銅約１から約１５重量％を含む請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
吸着粉体が、炭素約３５重量％、水酸化カルシウム約５５重量％、ヨウ化カリウムを炭素基材に含浸させたもの約５重量％、および塩化銅（ＩＩ）約５重量％を含む請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
吸着粉体が、炭素約３５重量％、水酸化カルシウム約５０重量％、ヨウ化カリウムを炭素基材に含浸させたもの約１０重量％、および塩化銅（ＩＩＩ）約５重量％を含む請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
吸着粉体が、炭素約３５重量％、水酸化カルシウム約５０重量％、ヨウ化カリウムを炭素基材に含浸させたもの約１０重量％、および塩化銅（ＩＶ）約５重量％を含む請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
ａ）固相の金属および有機化合物含有材料をロータリーキルン／ドラム内に入れるステップと、
ｂ）固相材料を入れたキルン／ドラムを約３２５°から約９００°Ｆ（約１６３°から約４８２℃）まで加熱して、金属は揮発させてガス成分中に含め、有機化合物は元素ガスにし、この材料のガス成分および固体成分を形成するステップと、
ｃ）ガス成分を排気ガス清浄化装置／再燃焼装置に移送し、固体成分を冷却装置に移送するステップと、
ｄ）ガス成分を入れた排気ガス清浄化装置／再燃焼装置を加熱し、有機化合物を燃焼させて元素酸化物にするステップと、
ｅ）ガス成分を入れた排気ガス清浄化装置／再燃焼装置を冷却するステップと、
ｆ）排気ガス清浄化装置／再燃焼装置に吸着粉体を加え、金属を吸着させるステップと、
ｇ）粉体含有ガス成分をバグハウスに移送するステップと、
ｈ）実質的に金属を含まない前記試料のガス成分を大気に放出するステップとを含み、
金属は水銀、鉛、ニッケル、亜鉛、銅、ヒ素およびカドミウムからなる群から選択され、有機化合物はダイオキシンおよびフランからなる群から選択される、炭素約３０から約４０重量％、水酸化カルシウム約４０から約６０重量％、硫黄約１から約１０重量％、過マンガン酸カリウム約５から約１５重量％、および塩化銅（ＩＩ）約１から約１５重量％を含む吸着粉体を用いて、ガス流から金属および有機化合物を除去する方法。
【請求項２４】
ａ）固相の金属および有機化合物含有材料をロータリーキルン／ドラム内に入れるステップと、
ｂ）固相材料を入れたキルン／ドラムを約３２５°から約９００°Ｆ（約１６３°から約４８２℃）まで加熱して、金属は揮発させてガス成分中に含め、有機化合物は元素ガスにし、この材料のガス成分および固体成分を形成するステップと、
ｃ）ガス成分を排気ガス清浄化装置／再燃焼装置に移送し、固体成分を冷却装置に移送するステップと、
ｄ）ガス成分を入れた排気ガス清浄化装置／再燃焼装置を加熱し、有機化合物を燃焼させて元素酸化物にするステップと、
ｅ）ガス成分を入れた排気ガス清浄化装置／再燃焼装置を冷却するステップと、
ｆ）排気ガス清浄化装置／再燃焼装置に吸着粉体を加え、金属を吸着させるステップと、
ｇ）粉体含有ガス成分をバグハウスに移送するステップと、
ｈ）実質的に金属を含まない前記試料のガス成分を大気に放出するステップとを含み、
金属は水銀、鉛、ニッケル、亜鉛、銅、ヒ素およびカドミウムからなる群から選択され、有機化合物はダイオキシンおよびフランからなる群から選択される、炭素約２５から約４５重量％、水酸化カルシウム約４５から約６０重量％、ヨウ化カリウムを炭素基材に含浸させたもの約３０から約５０重量％、および塩化銅（ＩＩ）約５から約１５重量％を含む吸着粉体を用いて、ガス流から金属および有機化合物を除去する方法。
【請求項２５】
ａ）固相の金属および有機化合物含有材料をロータリーキルン／ドラム内に入れるステップと、
ｂ）固相材料を入れたキルン／ドラムを約３２５°から約９００°Ｆ（約１６３°から約４８２℃）まで加熱して、金属は揮発させてガス成分中に含め、有機化合物は元素ガスにし、この材料のガス成分および固体成分を形成するステップと、
ｃ）ガス成分を排気ガス清浄化装置／再燃焼装置に移送し、固体成分を冷却装置に移送し、有機化合物を燃焼させて元素酸化物にするステップと、
ｅ）ガス成分を入れた排気ガス清浄化装置／再燃焼装置を冷却するステップと、
ｆ）排気ガス清浄化装置／再燃焼装置に吸着粉体を加え、金属を吸着させるステップと、
ｇ）粉体含有ガス成分をバグハウスに移送するステップと、
ｈ）実質的に金属を含まない前記試料のガス成分を大気に放出するステップとを含み、
金属は水銀、鉛、ニッケル、亜鉛、銅、ヒ素およびカドミウムからなる群から選択され、有機化合物はダイオキシンおよびフランからなる群から選択される、炭素約２５から約４５重量％、水酸化カルシウム約４０から約６０重量％、ヨウ化カリウムを炭素基材に含浸させたもの約２から約１５重量％、および塩化銅約１から約１５重量％を含む吸着粉体を用いて、ガス流から金属および有機化合物を除去する方法。
【請求項２６】
ａ）固相の金属および有機化合物含有材料をロータリーキルン／ドラム内に入れるステップと、
ｂ）固相材料を入れたキルン／ドラムを約３２５°から約９００°Ｆ（約１６３°から約４８２℃）まで加熱して、金属は揮発させてガス成分中に含め、有機化合物は元素ガスにし、この材料のガス成分および固体成分を形成するステップと、
ｃ）ガス成分を排気ガス清浄化装置／再燃焼装置に移送し、固体成分を冷却装置に移送するステップと、
ｄ）ガス成分を入れた排気ガス清浄化装置／再燃焼装置を加熱し、有機化合物を燃焼させて元素酸化物にするステップと、
ｅ）ガス成分を入れた排気ガス清浄化装置／再燃焼装置を冷却するステップと、
ｆ）排気ガス清浄化装置／再燃焼装置に吸着粉体を加え、金属を吸着させるステップと、
ｇ）粉体含有ガス成分をバグハウスに移送するステップと、
ｈ）実質的に金属を含まない前記試料のガス成分を大気に放出するステップとを含み、
金属は水銀、鉛、ニッケル、亜鉛、銅、ヒ素およびカドミウムからなる群から選択され、有機化合物はダイオキシンおよびフランからなる群から選択される、炭素約３５重量％、水酸化カルシウム約５５重量％、ヨウ化カリウムを炭素基材に含浸させたもの約５重量％、および塩化銅（ＩＩ）約５重量％を含む吸着粉体を用いて、ガス流から金属および有機化合物を除去する方法。
【請求項２７】
ａ）固相の金属および有機化合物含有材料をロータリーキルン／ドラム内に入れるステップと、
ｂ）固相材料を入れたキルン／ドラムを約３２５°から約９００°Ｆ（約１６３°から約４８２℃）まで加熱して、金属は揮発させてガス成分中に含め、有機化合物は元素ガスにし、この材料のガス成分および固体成分を形成するステップと、
ｃ）ガス成分を排気ガス清浄化装置／再燃焼装置に移送し、固体成分を冷却装置に移送するステップと、
ｄ）ガス成分を入れた排気ガス清浄化装置／再燃焼装置を加熱し、有機化合物を燃焼させて元素酸化物にするステップと、
ｅ）ガス成分を入れた排気ガス清浄化装置／再燃焼装置を冷却するステップと、
ｆ）排気ガス清浄化装置／再燃焼装置に吸着粉体を加え、金属を吸着させるステップと、
ｇ）粉体含有ガス成分をバグハウスに移送するステップと、
ｈ）実質的に金属を含まない前記試料のガス成分を大気に放出するステップとを含み、
金属は水銀、鉛、ニッケル、亜鉛、銅、ヒ素およびカドミウムからなる群から選択され、有機化合物はダイオキシンおよびフランからなる群から選択される、炭素約３５重量％、水酸化カルシウム約５０重量％、ヨウ化カリウムを炭素基材に含浸させたもの約１０重量％、および塩化銅（ＩＩＩ）約５重量％を含む吸着粉体を用いて、ガス流から金属および有機化合物を除去する方法。
【請求項２８】
ａ）固相の金属および有機化合物含有材料をロータリーキルン／ドラム内に入れるステップと、
ｂ）固相材料を入れたキルン／ドラムを約３２５°から約９００°Ｆ（約１６３°から約４８２℃）まで加熱して、金属は揮発させてガス成分中に含め、有機化合物は元素ガスにし、この材料のガス成分および固体成分を形成するステップと、
ｃ）ガス成分を排気ガス清浄化装置／再燃焼装置に移送し、固体成分を冷却装置に移送するステップと、
ｄ）ガス成分を入れた排気ガス清浄化装置／再燃焼装置を加熱し、有機化合物を燃焼させて元素酸化物にするステップと、
ｅ）ガス成分を入れた排気ガス清浄化装置／再燃焼装置を冷却するステップと、
ｆ）排気ガス清浄化装置／再燃焼装置に吸着粉体を加え、金属を吸着させるステップと、
ｇ）粉体含有ガス成分をバグハウスに移送するステップと、
ｈ）実質的に金属を含まない前記試料のガス成分を大気に放出するステップとを含み、
金属は水銀、鉛、ニッケル、亜鉛、銅、ヒ素およびカドミウムからなる群から選択され、有機化合物はダイオキシンおよびフランからなる群から選択される、炭素約３５重量％、水酸化カルシウム約５０重量％、ヨウ化カリウムを炭素基材に含浸させたもの約１０重量％、および塩化銅（ＩＶ）約５重量％を含む吸着粉体を用いて、ガス流から金属および有機化合物を除去する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気流から金属および有機化合物を吸着する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
石炭火力発電所、石油および化学精製所、石炭燃焼炉、ゴミ焼却施設、焼却炉、冶金操作、熱処理装置ならびに他の微粒子および水銀排出施設における微粒子および総水銀排出量に対する厳しい基準がある。このような同じ規制が、汚染土壌の低温熱脱着（ＬＴＴＤ）処理の結果として大気に入る可能性がある水銀蒸気にも適用される。
【０００３】
このような排出基準は、有害汚染物質から環境を守るためにある。水銀含有ガスが大気に排出されると、それらは広い範囲にわたって拡散し、それによって水銀が沈着する可能性がある。拡散した水銀は、土壌および水源に蓄積し、そこから食物連鎖に取り込まれる可能性がある。
【０００４】
水銀は、水性生物に極めて有害であり、最終的に水銀汚染動植物を摂取する人間に極めて有害である。したがって、環境から水銀を排除する安全で効果的な方法が必要である。
【０００５】
通常石炭火力発電所およびゴミ焼却炉において、水銀蒸気の回収および処理に関連する問題が考えられている。米国特許第３，１９３，９８７号は、水銀含有蒸気を、水銀とアマルガムを形成する金属を含浸させた活性炭中に通す方法を開示する。米国特許第４，０９４，７７７号は、水銀含有蒸気を、基本的に硫化銅および硫化銀の支持体からなる吸着素材中に通す方法を開示する。米国特許第３，８７６，３９３号は、水銀含有蒸気を、硫酸を含浸させた活性炭中に通す方法を開示する。
【０００６】
米国特許第３，７８６，６１９号は、水銀含有ガスを、活性成分としてセレン、硫化セレンまたは他のセレン化合物を含む素材中に通す方法を開示する。他の装置も開示されているが（例えば、米国特許第５，４０９，５２２号および第５，６０７，４９６号を参照のこと）、電気集塵装置および様々なフィルターが従来より水銀除去に用いられている。
【０００７】
発電所のガス流から水銀を再回収する問題は、汚染土壌を処理する焼却炉から水銀を再回収することの必要性に類似している。現在土壌処理施設で使用されている方法は、低温熱脱着法（ＬＴＴＤ）として知られている。ＬＴＴＤは、汚染土壌を処理して水銀、他の金属、および有機汚染物質を除去する主要な方法である。この方法では、汚染土壌を加熱炉、最も一般にロータリーキルン／ドラムに供給し、そこで土壌を伝導によって加熱する。この加熱は、土壌成分を揮発し、熱酸化剤を加えた場合は、成分が酸化されて、ＣＯ２、Ｃｌ２、ＮＯＸおよびＳＯＸ（式中、ｘは１〜３）などの処理しやすいガスになる。続いてこの高温ガス流を冷却する。水でこのガス流を急冷してもよく、このガス流を冷却し、同時に含水量を増加させる。水による急冷は非常に効果的な冷却方法であるが、この処理はガス流からの水銀の除去をより難しくする。酸スクラバー、炭素層、濃縮装置を用いて、また吸着粉体を加えることによって、ガス流をさらに処理して、金属、ＨＣｌ、ＮＯＸ、およびＳＯＸを還元して除去する。
【０００８】
ガス流中に吸着粉体を噴射すると、水銀および他の金属は反応して、粉体中に回収しやすい化合物を形成し、それらがガス流から沈降する。粉末と結合した水銀は、適切な廃棄処分のために最終的にバグハウス中で捕集し、処理ガス流は外気に排気する。標準ＬＴＴＤ法に関連する問題は、水銀などある種の金属が現在の技術では蒸気流から効率的に除去されず、排ガス流と共に環境に排出されることである。他の方法は、複雑な機械や高価な吸着層の使用を必要とする。ＬＴＴＤおよび他の方法はまた、高湿ガス流からの水銀の除去が、乾燥ガス流からの水銀の除去よりもはるかに難しいという制限がある。
【０００９】
市販の吸着粉体は、有機化合物、金属、および他の汚染物質を除去できるが、水銀を効果的に除去しない。例えば、市販の粉体の１つである、炭素、水酸化カルシウムおよび硫黄からなるＳｏｒｂａｌｉｔｅ（商標）は、ガス流から効果的にＨＣｌを除去するが、その除去効率は約５５〜約６５％にすぎない。別の粉体の、アルコール飽和石灰および活性炭からなるＷＵＥＬＦＲＡｓｏｒｂ−Ｃ（商標）も、水銀を除去する効率が悪い。
【００１０】
約７５℃以下で、炭素基材に含浸させた硫黄またはヨウ素を含む吸着粉体は、約９５％の水銀除去効率を示した。しかし、炭素基材に含浸させた硫黄を用いて調製した吸着粉体は、水銀の除去効率を上げるためにガス流が乾燥している必要がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記の吸着粉体ならびに他の市販の炭素系粉体の水銀除去効率は、温度に依存することが知られている。したがって、工業的方法および他の水銀放出源によって発生したガス流から、金属および有機化合物を効果的に除去する吸着粉体が求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、ガス流から金属および有機化合物を除去するのに適した塩化銅を有効量含むことを特徴とする新規な炭素系吸着粉体を対象とする。この粉体はさらに、様々な実施形態で、水酸化カルシウム、硫黄、過マンガン酸カリウム、ヨウ化カリウム、およびその組み合わせ、ならびに炭素系粉体および有効量の塩化銅を含むことを特徴とする。本発明はさらに、上記の吸着粉体を用いてガス流から例えば水銀などの金属、および有機化合物を除去する方法を対象としており、この方法は以下のステップを特徴とする。
ａ）固相の金属および有機化合物含有材料を清浄化装置内に入れる。
ｂ）固相材料を入れた清浄化装置を加熱して、金属は揮発させてガス成分中に含め、有機化合物は元素ガス（ｅｌｅｍｅｎｔａｌ  ｇａｓｅｓ）に還元し、この材料のガス成分および固体成分を形成する。
ｃ）ガス成分を排気ガス清浄化装置／再燃焼装置に移送し、固体成分を冷却装置に移送する。
ｄ）ガス成分を入れた排気ガス清浄化装置／再燃焼装置を加熱し、有機化合物を燃焼させて元素酸化物（ｅｌｅｍｅｎｔａｌ  ｏｘｉｄｅｓ）にする。
ｅ）ガス成分を入れた排気ガス清浄化装置／再燃焼装置を冷却する。
ｆ）排気ガス清浄化装置／再燃焼装置に吸着粉体を加えて、金属を吸着させる。
ｇ）粉体含有ガス成分をバグハウスに移送する。そして、
ｈ）実質的に金属を含まない前記試料のガス成分を大気に放出する。
金属は、水銀、鉛、ニッケル、亜鉛、銅、ヒ素およびカドミウムからなる群から選択され、有機化合物は、ダイオキシンおよびフランからなる群から選択される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
「炭素系粉体」という用語は一般に、乾燥していてもスラリー形状でも、蒸気流から選択した材料を吸着させるのに適した炭素を有効量含む任意の粉体として定義されている。通常の炭素系粉体には、石炭、果物の種、木炭、黒鉛炭素、活性炭、ヤシガラ炭素、泥炭、石油コークス、合成ポリマー、およびその組み合わせなどがあるが、それだけにはかぎらない。石炭は、亜炭、瀝青炭、亜瀝青炭、および無煙炭、ならびにその組み合わせから調製できる。以下に言及した他の成分は、炭素系粉体に加えると、蒸気流からの金属および有機成分の効率的な除去に役立ち、さらに炭素系粉体は、有効量の塩化銅と併用すると、指定された成分を効率的に吸着することが観察された。
【００１４】
本明細書では「高温」という用語は、本発明の方法のガス成分から除去しようとする金属を揮発させるのに必要な熱量を供給するのに必要とされる温度であり、すなわち約３２５°〜約９００°Ｆ（約１６３〜約４８２℃）の温度である。本明細書では「高湿」という用語は、どんな操作温度においてもＨ２Ｏ約２１重量％から最大で飽和点までの含水量として定義される。
【００１５】
本発明は、有機化合物ならびに例えば水銀、亜鉛、銅、鉛、ニッケル、カドミウムおよびヒ素などの金属をガス流から除去する吸着粉体を対象としており、この粉体は、炭素系粉体および有効量の塩化銅を含むことを特徴とするものでもよい。この金属は高温で（例えば、蒸気の状態で）、また一般に高湿でなければならない。
【００１６】
炭素系粉体はまた、水酸化カルシウム、硫黄、過マンガン酸カリウム、ヨウ化カリウムから選択される１種以上の成分を含めて、吸着効率を上げるための知られている数種の成分を含んでもよい。一般に、これらの成分は、炭素系粉体中に、炭素系粉体の全重量に対して約２〜約６０重量％の量で存在できる。
【００１７】
「有効量の塩化銅」という表現は、一般に塩化銅の量が、合計を１００％とする重量パーセント値で約１〜約４５重量％として定義されている。ＬＴＴＤ工程の操作条件および粉体の状態、すなわち乾燥またはスラリー調製物に依存するため、金属および有機化合物を効率的に吸着させる塩化銅の有効量は異なる。塩化銅の銅成分は、原子価が＋２、＋３、＋４を示していてもよく、すなわちそれぞれ、塩化銅（ＩＩ）、塩化銅（ＩＩＩ）または塩化銅（ＩＶ）になる。本発明の塩化銅組成物は、粉体または液体（例えば、スラリー）形状で利用できる。この粉体または液体形状は、以下に記述した要件まで材料を粗砕することを必要とする。その後、塩化銅を粉体組成物と混合しても、炭素基材に含浸させてもよい。
【００１８】
「蒸気」または「ガス」成分という用語は、一般に物質の物理的状態として定義されている。すでに液体または固体として存在しているその成分は、臨界温度未満の温度で蒸発が起こるまで加熱し、加圧によって濃縮できる。
【００１９】
本発明は、蒸気流から金属および有機化合物を除去するのに適した吸着粉体を対象とし、この粉体は、炭素系粉体およびガス流から金属を除去するのに適した有効量の塩化銅を含むことを特徴とする。通常、この吸着粉体は、炭素系粉体約１〜約５５重量％および塩化銅約４５〜約１重量％を含むことを特徴とする。場合によっては、この粉体は、水酸化カルシウム、硫黄、過マンガン酸カリウム、ヨウ化カリウム、およびその組み合わせも含んでいてよい。
【００２０】
本発明の一般的な一実施形態では、吸着粉体は、炭素、水酸化カルシウム、およびガス流から金属を除去するのに適した有効量の塩化銅（ＩＩ）を含んでいてよい。一般に、この粉体は、炭素約１０〜約６０重量％、水酸化カルシウム約１０〜約７０重量％、および塩化銅（ＩＩ）約１〜約４５重量％を含むことができる。通常、この粉体は、炭素約３０〜約５０重量％、水酸化カルシウム約５０〜約７０重量％、および塩化銅（ＩＩ）約２〜約１０重量％を含むことができる。本発明のより好ましい実施形態では、この粉体は、合計を１０５重量％として、炭素約４０重量％、水酸化カルシウム約６０重量％、および塩化銅（ＩＩ）約５重量％を含む。
【００２１】
本発明の別の実施形態では、吸着粉体は一般に、炭素、水酸化カルシウム、硫黄およびガス状の金属を吸着させるのに有効な量の塩化銅を含んでいてよい。一般に、この粉体は、炭素約３０〜約５０重量％、水酸化カルシウム約４５〜約７０重量％、硫黄約１〜約１０重量％、および塩化銅約１〜約１５重量％を含むことができる。通常、この粉体は、炭素約３５〜約４５重量％、水酸化カルシウム約５０〜約６５重量％、硫黄約２〜約８重量％、および塩化銅約４〜約１２重量％を含むことができる。好ましくは、この粉体は、粉体の合計重量パーセント値に対して、炭素約３８重量％、水酸化カルシウム約５８重量％、硫黄約４重量％、および塩化銅約５〜約１０重量％を含む。
【００２２】
本発明のさらに別の実施形態では、吸着粉体は、炭素、水酸化カルシウム、硫黄、過マンガン酸カリウム、およびガス状の金属を吸着させるのに有効な量の塩化銅を含んでいてよい。一般に、この実施形態の粉体は、炭素約２５〜約４５重量％、水酸化カルシウム約４０〜約６０重量％、硫黄約２〜約１０重量％、過マンガン酸カリウム約５〜約１５重量％、および塩化銅約１〜約１５重量％を含むことができる。通常、この粉体は、炭素約３０〜約４０重量％、水酸化カルシウム約４５〜約５５重量％、硫黄約３〜約８重量％、過マンガン酸カリウム約７〜約１２重量％、および塩化銅約２〜約１０重量％を含むことができる。好ましくは、この粉体は、合計を１０５重量％として、炭素約３４重量％、水酸化カルシウム約５２重量％、および過マンガン酸カリウム約１０重量％、硫黄約４重量％、および塩化銅約５重量％を含む。
【００２３】
本発明のさらに別の実施形態では、吸着粉体は、炭素、水酸化カルシウム、炭素基材に含浸させたヨウ化カリウムの諸成分の、およびガス状の金属を吸着させるのに有効な量の塩化銅を含んでいてよい。一般に、この粉体は、炭素約２５〜約４５重量％、水酸化カルシウム約４５〜約６０重量％、場合によってヨウ化カリウムを炭素基材に含浸させたもの約１〜約１５重量％、および塩化銅約１〜約１０重量％を含むことができ、ここでは炭素は石炭である。通常、この粉体は、炭素約３０〜約４０重量％、水酸化カルシウム約５０〜約５５重量％、ヨウ化カリウムを炭素基材に含浸させたもの約５〜約１０重量％、および塩化銅約５〜約１０重量％を含むことができる。
【００２４】
本発明の別の実施形態では、吸着粉は、炭素基材に含浸させたヨウ化カリウム、水酸化カルシウム、および塩化銅を含むことを特徴とするものでもよい。一般に、この粉体は、ヨウ化カリウムを炭素基材に含浸させたもの約１０〜約４５重量％、水酸化カルシウム約４５〜約５５重量％、および塩化銅約１〜約４５重量％を含むことができる。この粉体の好ましい実施形態は、ヨウ化カリウムを炭素基材に含浸させたもの約３８重量％、水酸化カルシウム約５２重量％、および塩化銅約１０重量％、ならびにヨウ化カリウムを炭素基材に含浸させたもの約１０重量％、水酸化カルシウム約４５重量％、および塩化銅約４５重量％を含むことができる。
【００２５】
本発明のさらに別の実施形態では、一般に、吸着粉体は、炭素に含浸させたヨウ化カリウム（ＫＩ３）、活性炭、水酸化カルシウム、および塩化銅を含むことを特徴とする。本発明のこの態様の一般的な実施形態は、ヨウ化カリウムを炭素基材に含浸させたもの約５〜約１５重量％、活性炭約２５〜約３５重量％、水酸化カルシウム約４５〜約５５重量％、および塩化銅約１〜約１５重量％を含むことを特徴とするものでもよい。好ましくは、この粉体は、ヨウ化カリウムを炭素基材に含浸させたもの約１０重量％、活性炭約３０重量％、水酸化カルシウム約５２重量％、および塩化銅約１０重量％を含む。
【００２６】
好ましい一実施形態では、粉体は、石炭約３５重量％、水酸化カルシウム約５５重量％、ヨウ化カリウムを炭素基材に含浸させたもの約５重量％、および塩化銅（ＩＩ）約５重量％を含む。第２の好ましい実施形態では、粉体は、石炭約３５重量％、水酸化カルシウム約５０重量％、ヨウ化カリウムを炭素基材に含浸させたもの約１０重量％、および塩化銅（ＩＩＩ）約５重量％を含む。さらに本発明の第３の好ましい実施形態では、粉体は、石炭約３５重量％、水酸化カルシウム約５０重量％、ヨウ化カリウムを炭素基材に含浸させたもの約１０重量％、および塩化銅（ＩＶ）約５重量％を含む。さらにこの実施形態の第４の実施形態では、粉体は、ヨウ化カリウム（ＫＩ３）を炭素に含浸させたもの約１０重量％、水酸化カルシウム約４５重量％、および塩化銅約４５重量％を含む。
【００２７】
どんな場合でも、吸着粉体は、炭素含有粉体に含浸させたまたは炭素含有粉体と混合した塩化銅を有効量含む必要があり、この吸着粉体は、蒸気流から水銀、他の金属、ならびに有機化合物を除去するのに適している。多くの場合、蒸気流からの金属除去の効率は、それに湿気を加えることによって増大する。
【００２８】
本発明の吸着粉体を製造する多くの方法は、当業者に明らかであろう。特に、炭素系粉体は、知られている方法によって含浸させることができる。ヨウ化カリウムおよび過マンガン酸カリウムを炭素基材に含浸させる方法も、当技術分野でよく知られている。こうした方法は、Ａｉｂｅ等に１９９５年４月４日発行の米国特許第５，４０３，５４８号、Ｕｔｚ等に１９９２年３月１７日発行の米国特許第５，０９６，５７０号、およびＵｔｚ等に１９９２年１２月１日発行の米国特許第５，１６８，０８８号に教示されている（これらは参照により本明細書に組み込まれている）。本発明の炭素系粉体は、当技術分野で知られている多くの方法によって調製できる。このような方法の一部は、米国特許第４，６０３，１９９号、第５，２１２，１４４号、第５，２７６，０００号、第５，２９２，７０８号、第５，３８２，５５９号、第５，４４４，０３１号、および第５，６１４，４５９号に開示されている（これらは参照により本明細書に組み込まれている）。
【００２９】
一般に、粉体成分の粒径分布は、１００メッシュ篩を通過するものが９９％、２００メッシュ篩を通過するものが９５％、また３００メッシュ篩を通過するものが９０％であることを特徴とするものでよい。
【００３０】
土壌から汚染物質を効果的に除去するのに高温であることが必要である。汚染した土壌、粘土、岩石などの多孔質固相から有機化合物、金属および他の不純物を揮発させるには、約１８００°Ｆ（約９８２℃）の温度が必要である。汚染土壌にトラップされた水銀は、約３００〜約５００°Ｆ（約１４９〜２６０℃）の温度で最も効率的に炭素に吸着することを発見した。１８００°Ｆ（約９８２℃）の炉から出るガス流を冷却する最も実用的な方法は、ガス流中に水を噴射することである。水噴射は、ガス流を水銀除去に有利な温度まで冷却するが、多孔質固相の含水量も増加させて、市販の水銀吸着粉体の効率を下げる。その上、多くの知られている吸着粉体の金属吸着特性は、高湿環境では金属吸着特性が低減する。本発明の吸着粉体は、より高湿な環境で最も効果的に働く。
【００３１】
数種の炭素源を用いた実験から、吸着条件によって、多くの場合、石炭が木炭より金属吸着のために好ましいことが明らかになった。多くの従来技術の吸着粉体は、炭素成分として石炭ではなく木炭を使用している。
【００３２】
銅の原子価が＋２〜＋４を示す塩化銅は、炭素系粉体と併用すると、気化した金属を含むガス流または蒸気流からの金属、特に水銀の吸着を著しく向上させることが観察された。塩化銅は、排気ガス流中の金属元素（ｅｌｅｍｅｎｔａｌ  ｍｅｔａｌ）に塩素および活性化銅を供給し、そこで金属元素は塩素と反応して金属塩化物を形成し、活性化銅は安定な金属アマルガムを形成すると考えられる。どちらの金属形態も、排気ガス流から容易に回収される。ＫＩ３を含浸させた炭素も、粉体に含めると、水銀吸着を増大させることが判明した。
【００３３】
図１によれば、本発明の一方法の概略図が示されている。本発明の一実施形態では、固相、この場合には水銀および有機化合物を含む汚染土壌を、大気圧で処理して、そこから水銀および有機化合物を除去する。水銀および有機化合物で汚染された土壌２をホッパーに供給して前もって篩にかけ、粘土、大きな石などを除去する。その後、篩分けした土壌を清浄化装置４に移送する。通常、清浄化装置４はロータリーキルンである。キルン内では、水銀および有機化合物で汚染された土壌を加熱して（例えば、約９００°Ｆ（約４８２℃）の温度まで）、土壌から完全に水銀および有機化合物を揮発させる。加熱工程は、ガス成分および固体成分を発生させる。固体成分は、どんな水銀および有機化合物も含まず、ガス成分は、水銀および有機化合物を全て含む。このガス成分を清浄化装置４から脱塵装置６に移送し、一方、水銀および有機化合物を含まない固体成分（すなわち、土壌）は冷却装置８に移送し、そこで大気に近い温度まで冷却し、再利用のために調製する。
【００３４】
通常マルチチューブ型集塵機またはろ過システムの脱塵装置６は、水銀および有機化合物含有ガス成分からどんな粒子状物質も分離および除去し、冷却装置８に再循環させる。脱塵装置８のガス成分を、排気ガス清浄化装置１０に移送する。排気ガス清浄化装置１０は、さらに水銀および有機化合物含有ガス成分を約１８００°Ｆ（約９８２℃）の温度まで約２秒間加熱して、材料中のどんな有機化合物も燃焼させて元素酸化物にする。次いでガス成分を、排気ガス清浄化装置１０から冷却チャンバー１２中を移送する。そこでは、ウォーターポンプ（図示せず）で水を冷却チャンバー１２内に噴射して、土壌の温度を約３６０〜４００°Ｆ（約１８２〜２０４℃）に下げる。毎分約４０〜５０ガロン（約１５１〜１８９リットル）の速度で、ガス流に水を直接噴射する。水銀を回収し、ＨＣｌを処理するために調製した粉体を、毎時約２００ｌｂｓ．（約９１ｋｇ）の速度でガス流に噴射する。この冷却工程は結果として、水銀−ガス成分の含水量を、水分約２重量％から最大で操作温度の飽和点まで増加させる。
【００３５】
次いで、高温高湿ガス成分を本発明の吸着粉体と接触させる。通常、この吸着粉体は、サイロ１４に貯蔵し、ガス成分中に噴射する。この粉体は、金属、特に水銀および前述した他の重金属汚染物質を除去するのに効果的である。水銀蒸気は、この粉体の細孔中に吸着すると考えられる。
【００３６】
ガス成分が吸着粉体と接触して水銀を含む粉体／ガス成分を形成した後、この粉体／ガス成分をバグハウス１６に移送する。水銀含有吸着粉体の炭素成分は、水銀含有吸着粉体の微粒子フィルターとして働くバグハウス１６のろ布（ｂａｇ）の壁に堆積する。粉体はろ布内にトラップされ、一方、水銀を含まないガス成分は、ろ布中を通り、排気筒１８で排煙として排気される。バグハウス１６は、吸着粉体の水銀含有微粒子画分を捕集する。吸着粉体の水銀含有微粒子画分は、その後の除去および当業者に知られている再生／廃棄工程用にダストスクリューを経由してダスト貯蔵設備２０に移送する。冷却装置８に移送した処理土壌中に残った水銀を含まないどんなダスト微粒子画分も、バグハウス１６に再循環させる。
【００３７】
吸着粉体の反応機構が完全に理解されていないが、一方、例えば水銀などの金属成分を吸着させるこうした機構は、以下のように塩化銅（ＩＩ）含有粉体と反応すると考えられる。
【００３８】
【化１】
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【００３９】
塩化銅は高温（例えば、＞１６０°Ｆ（７１℃））で不安定であり、分解する。しかし、塩化第一鉄の沸点は約３１５℃の温度であり、塩化亜鉛の沸点は約７３２℃であるが、一方、塩化カルシウムの沸点は約１６００℃であり、塩化第一銅の沸点は約１３６６℃である。
【００４０】
図１に示した方法および上記の方法を利用して、本発明の吸着粉体を用いて固相材料の金属除去効率を測定することにより、一連のベンチスケール実験を実施した。以下に示した実施例は、例示的な目的のためのものにすぎず、決して本発明の吸着粉体を利用する唯一の方法を提供するものではない。吸着粉体を利用して固相材料から金属および有機化合物を除去して低減させる他の方法が当業者には容易にわかるであろう。
【実施例１】
【００４１】
２種類の土壌の固相試料を利用して、本発明の吸着粉体および方法の有効性を決定した。第１の土壌（土壌Ａ）は水銀を約４ｐｐｍ（ｐａｒｔｓ  ｐｅｒ  ｍｉｌｌｉｏｎ）含み、第２の土壌（土壌Ｂ）は水銀を約１４ｐｐｍ含む。適切なメッシュの篩を利用して、各試料を１インチ（２．５４ｃｍ）に篩分けた。粗い材料（平均直径１インチより上）を試料から取り除き、廃棄した。１インチ篩を通り抜けた試料の一部を、いくつかの１ｋｇ分量（ｃｈａｒｇｅ）に分けた。各分量を均質化して、確実に土壌基質内で水銀を均等に分布させ、かつその中のどんな「ホットスポット」も排除した。間接電気加熱炉を用いて約９００°Ｆ（約４８２℃）の温度に加熱したガラス管中に、均質化した試料を入れた。ＬＴＴＤ装置のロータリーキルンによく似せるために、加熱工程中に、炉内でガラス管を連続的に回転させた。一般に、約１０分加熱した後、ガラス管は９００°Ｆ（４８２℃）に達し、加熱工程を終了した。
【００４２】
土壌を加熱している間、ガスの分析は酸素１０体積％、二酸化炭素３．２体積％、ＮＯＸ１００ｐｐｍ、ＳＯ２１１ｐｐｍを示し、ガラス管内にバランス窒素（ｂａｌａｎｃｅ  ｎｉｔｒｏｇｅｎ）を約７０ｃｍ３／秒の速度で連続的に噴射して炉の排ガスを生成した。高温炉（すなわち、熱酸化機）中を通すことによって炉の排ガスを約１８００°Ｆ（約９８２℃）の温度まで加熱し、その後ガス流中に水を噴射して、ガスを約４００°Ｆ（約２０４℃）の温度に冷却し、高湿ガス流を生成した（すなわち、どんな温度においても含水量は約３％から飽和までである）。含水量が高いガスを数種の吸着粉体を含む固定層中に通して、水銀を回収した。次に、含水量が高いガスを、氷浴中で揮発を抑えた過マンガン酸カリウム溶液中にバブリングした。吸着粉体に吸着しなかったどんな水銀も、過マンガン酸溶液中で酸化させ、捕集した。実施した各実験の終わりに、土壌試料、吸着粉体および過マンガン酸カリウム溶液を集めて全水銀含有量を分析し、物質収支を行って、土壌試料から回収した水銀の割合を計算した。土壌中の全水銀含有量を分析する方法は、ＥＰＡ  ＳＷ−８４６、Ｍｅｔｈｏｄ７４７、排ガス中の水銀についてはＥＰＡ  Ｍｅｔｈｏｄ２９である。
【００４３】
表１は、実施番号１のプロセスで利用した、表に記載した割合で炭素および水酸化カルシウム成分を含む吸着粉体の組成を示す。実施番号２から４では、粉体の組成に塩化銅（ＩＩ）が５重量％加えられている。処理前後の土壌試料中に含まれる水銀量、水銀回収効率、回収率を決定するための水銀物質収支、操作プロセス温度、および含水量を表中に示した。
【００４４】
【表１】
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【実施例２】
【００４５】
表２は、実施番号１から３のプロセスで利用した、表に記載した割合で炭素、水酸化カルシウムおよび硫黄成分を含む炭素系吸着粉体Ｓｏｒｂａｌｉｔｅを示す。実施番号４から１５では、粉体の組成に、Ｓｏｒｂａｌｉｔｅの合計を１００重量％として塩化銅（ＩＩ）が１〜１０重量％加えられている。
【００４６】
【表２】
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【実施例３】
【００４７】
表３は、実施番号１から３のプロセスで利用した、表に記載した割合で炭素、水酸化カルシウムおよび過マンガン酸カリウム成分を含む吸着粉体の組成を示す。実施番号４および５では、粉体の組成に、炭素系粉体の合計を１００重量％として塩化銅（ＩＩ）が５重量％加えられている。
【００４８】
【表３】
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【実施例４】
【００４９】
表４は、炭素基材に含浸させたヨウ化カリウム、水酸化カルシウムおよび石炭成分を含む吸着粉体の組成を示す。実施番号１は、石炭に含浸させたヨウ化カリウム、および水酸化カルシウムを含む吸着粉体の比較例を示す。実施番号２は、炭素に含浸させたヨウ化カリウム、水酸化カルシウム、石炭を含む吸着粉体の比較例を示す。実施番号３から５は、実施番号２に塩化銅（ＩＩ）、塩化銅（ＩＩＩ）および塩化銅（ＩＶ）を加えた粉体を示す。実施番号６および７は、炭素基材に含浸させたヨウ化カリウム、水酸化カルシウムおよび塩化銅（ＩＩ）を含む粉体を示す。
【００５０】
【表４】
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【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】ガス流から水銀および有機化合物を除去するために新規な吸着粉体および方法を用いたＬＴＴＤ設備の設計を示す概略立面図である。
【図１】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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