CN101828074B - 用于减少有害空气污染物的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了用于分离和/或减少工业排放物流体流中的硫氧化物、氮氧化物和/或二氧化碳的方法和系统。形成含有炉渣组分、粘合剂组分(不同于炉渣组分)和任选的水的固体颗粒物料并随后与排放物流体流接触，以减少硫氧化物、氮氧化物和/或二氧化碳中的至少一种。所述排放物流的接触可在含有干燥固体颗粒物料的填充床反应器中进行。还提供减少来自由燃烧源、石灰和/或水泥窑、铁和/或钢熔炉等产生的废气中的污染物的方法。

Description

用于减少有害空气污染物的方法和装置
相关申请的交叉引用
本申请是2008年9月18日提交的美国专利申请12/233,144的PCT国际申请，本申请要求2007年9月19日提交的美国临时专利申请60/973,632的优先权。上述各申请的全部公开内容通过引用分别以其全文并入本文。
技术领域和背景技术
本公开涉及减少排放的方法，具体而言，涉及从燃烧源排放物流分离的空气污染物的方法和装置。
该部分中的陈述仅提供与本公开相关的背景信息，可以不构成现有技术。
许多工业过程在运行期间都采用燃烧源，包括锅炉、窑、熔炉和焚化炉。这些燃烧源通常产生多种有害空气污染物，其取决于燃烧的燃料类型、被处理的物料、燃烧器设计和其它操作参数。常见的由燃烧源排放的有害空气污染物(HAPs)包括硫氧化物、氮氧化物、二氧化碳、一氧化碳、盐酸、氯氟烃、颗粒物、挥发性有机化合物、气溶胶复合物、汞、铅、氨、臭氧等。当排放物或烟道气离开燃烧源后，采用各种空气污染控制系统来减少一种或更多种这样的空气污染物。许多这样的空气污染控制装置能耗大，且需要高温、大量的资金和维护费用。
发明内容
在多个方面中，本公开提供减少由燃烧源产生的污染的方法。所述方法包括通过使从燃烧源排放的流体流与固体物料接触来减少所述流体流中存在的硫氧化物初始量的方法，所述固体物料由含有一种或更多种活性硅酸盐化合物的炉渣组分与粘合剂组分混合制成。在多个实施方案中，在与所述固体物料接触之前，所述流体流的温度低于约600°F(约316℃)。与接触前所述流体流中存在的硫氧化物初始量相比，所述流体流中存在的硫氧化物的去除率优选高于20％，且在多个实施方案中甚至更高，大于或等于约70％。
本公开另一方面提供减少由燃烧源产生的污染的方法，其包括通过使从燃烧源排放的流体流与固体物料接触来减少所述流体流中存在的氮氧化物初始量的方法，所述固体物料由含有一种或更多种活性硅酸盐化合物的炉渣组分与粘合剂组分混合制成。在与所述固体物料接触之前，所述流体流的温度低于约600°F(约316℃)。与接触前所述流体流中存在的氮氧化物初始量相比，与所述固体物料接触后所述流体流中存在的氮氧化物的量减少，其去除率大于或等于约20％。
本公开另一个实施方案提供了减少由燃烧源产生的污染的方法，其包括使从燃烧源排放的流体流与固体物料接触来减少所述流体流中存在的空气污染物的初始量的方法，所述空气污染物包括硫氧化物、氮氧化物和二氧化碳，所述固体物料由含有一种或更多种活性硅酸盐化合物的炉渣组分和粘合剂组分混合制成。在一个示例性实施方案中，在与所述固体物料接触之前，所述流体流的温度低于约600°F(约316℃)。与接触前所述流体流中存在的空气污染物初始总量相比，与所述固体物料接触后所述流体流中存在的空气污染物总量减少，其去除率大于或等于约20％。
另一方面，本公开提供了污染减少系统，其包括产生排放物流的燃烧源，所述排放物流含有以初始量存在于其中的选自硫氧化物、氮氧化物、二氧化碳的至少一种空气污染物。该系统包括一个填充床反应器，其具有用于接收排放物流的入口和出口。该反应器具有至少一个包含多个固体颗粒的室，所述固体颗粒的平均粒径为约0.25mm至约12mm，其中所述固体颗粒由含有一种或更多种活性硅酸盐化合物的炉渣组分与粘合剂组分混合制得。所述室的体积提供足够的停留时间，以减少空气污染物的量，与初始量相比，排放物流中污染物的去除率大于或等于约20％。
另一方面，本公开提供了减少由燃烧源产生的污染的方法，其包括将所述燃烧源中产生的排放物流引入填充床反应器，其中所述排放物流的温度低于约600°F(约316℃)。所述排放物流含有初始量的选自硫氧化物、氮氧化物和二氧化碳的至少一种空气污染物，并且所述填充床反应器具有至少一个包含多个固体颗粒的室，所述固体颗粒的平均粒径为约0.25mm至约12mm，并且由含一种或更多种活性硅酸盐化合物的炉渣组分和粘合剂组分混合制成。所述反应器优选以大于或等于约20％的空气污染物的去除率运行。
又一方面，本公开提供了减少由燃烧源产生的污染的方法，其包括监测存在于燃烧源中产生的排放物流中的初始量的选自硫氧化物、氮氧化物和二氧化碳的至少一种污染物。所述排放物流中的所述污染物在低于约600°F(约316℃)的温度下将所述排放物流引入填充床反应器而减少，其中所述反应器具有至少一个包含多个固体颗粒的室，所述多个固体颗粒的平均粒径为约0.25mm至约12mm，并且由含有一种或更多种活性硅酸盐化合物的炉渣组分和粘合剂组分混合制成。从所述填充床反应器排出的排放物具有减少的污染物量，其中，以小时计算，初始量和减少后的量之差平均为至少约20％。
在许多其它方面，本公开提供减少排放物流中的硫氧化物、氮氧化物和/或二氧化碳排放的方法，所述排放物流由固定燃烧源(例如，锅炉、焚化炉)、水泥窑、石灰窑、铁熔炉和钢熔炉产生。以该方式，本公开的多个方面都提供除去硫氧化物、氮氧化物和/或二氧化碳排放的有效手段，从而控制温室气体排放，同时进一步循环至少一种工业副产品，优选多种副产品材料，以形成有用产品。
通过此处的描述，更多的应用领域将变得明显。应当理解，这些描述和具体实施例的目的仅在于举例说明，而无意于限制本公开的范围。
附图
此处描述的附图仅用于举例说明的目的，无意于以任何方式限制本公开的范围。
图1是本公开的一个实施方案的示意图，其显示含有填充床反应器的减排系统；
图2是图1中所示实施方案的示意图，其显示具有多个设置在填充床中的固体颗粒的内反应器室的部分剖面图；
图3是用于利用根据本公开的一些实施方案的污染减少系统从燃烧源减少一种或更多种有害空气污染物的方法的示例性工艺流程图，然后再经空气污染控制装置处理；
图4是用于减少一种或更多种来自燃烧源的有害空气污染物的方法的一个示例性工艺流程图，所述燃烧源首先用空气污染控制装置进行处理，然后用根据本公开一些实施方案的污染减少系统进行处理；和
图5是本公开一个实施方案的示意图，其显示具有填充床反应器的减排系统，所述反应器具有一个在工作的室和一个未工作的室。
详细说明
在多个方面中，本公开的教导提供一种减少或分离由燃烧源产生的排放物流体流中存在的一种或更多种气态空气污染物的方法。在一些实施方案中，流体流包含气体和/或蒸汽，但也可能夹带固体和/或液体，例如夹带的颗粒、液滴和/或气溶胶。在多个方面中，该流体流是在与工业过程相关的燃烧源中产生的排放物流或废气流。本公开提供一种固体材料，其从气相排放物流中有效地去除一种或更多种污染物。该固体材料由炉渣组分和粘合剂组分混合制成。在某些方面中，进一步将水与炉渣组分和粘合剂组分混合，从而形成颗粒状固体物料。在多个方面中，固体物料为多个固体颗粒或团块的形式。炉渣组分、粘合剂组分和任选的水的混合形成了团块状颗粒，在某些方面中，这些颗粒是无定形和多孔的。排放物流穿过含有固体颗粒的反应器，并且排放物流与固体物料之间的接触除去一种或更多种空气污染物。在一些方面中，被除去的一种或更多种污染物选自：硫氧化物(SOx)(包括SO2、SO、SO3等)、氮氧化物(NOx)(包括NO、NO2等)和二氧化碳(CO2)。在某些方面中，本公开的污染减少系统的固体颗粒还除去另外的空气污染物，如一氧化碳(CO)、盐酸(HCl)、氯氟烃(CFC)、颗粒物质(PM)、挥发性有机化合物(VOC)、气溶胶复合物、汞(Hg)、铅(Pb)、氨(NH3)、臭氧(O3)及其组合和等同物。
因此，根据本公开，提供了一种在减少含污染物的排放物流中存在的污染物量的方法中使用的颗粒固体物料。该固体颗粒物料包含炉渣组分和粘合剂组分。固体颗粒物料通过混合炉渣组分和粘合剂组分制得。所述炉渣组分与粘合剂组分截然不同，并且提供活性硅酸盐的源。在一些方面中，炉渣组分和粘合剂组分进一步与水混合，随后在与排放物流接触之前基本上干燥至固体形式。“基本上干燥”是指该固体物料的水分含量少于总物料重量的约3wt％，任选少于约1wt％，且在某些方面中，少于约0.5wt％。在其它一些实施方案中，固体颗粒物料通过混合一种另外的组分来形成，即第二组分，其既包含碱性离子源也包含氧化钙源。在某些方面中，该固体颗粒物料任选包含作为氧化钙(CaO)源和碱金属离子源的第三组分。
炉渣物料是金属制造的工业副产物。在多个实施方案中，该炉渣组分包含活性硅酸盐。硅酸盐通常是可加入链、双链、片、三维网络和其它聚合(“地质聚合物”)形式中的四面体形式。硅酸盐包括硅和氧原子，与一种或更多种金属和/或氢。通常，硅和氧为SixOy的形式，其中x一般为1或2，y可以为2至7(即，SiO2、SiO3、SiO4和Si2O7)。虽然许多硅酸盐不溶于水或在水中稳定，但是据认为碱性条件和升高的温度提高某些硅酸盐在存在水时的溶解度和/或反应活性。在存在水的情况下，硅酸盐化合物的水溶性和/或反应活性取决于多种因素，包括与硅酸盐阴离子络合的阳离子(例如，第IA族碱金属离子元素和NH4 +倾向于形成水溶性硅酸盐)。
某些硅酸盐物质与离子物质具有较高的反应活性，并可表现出较高的水溶性，在该情况下认为这类硅酸盐被离子化以形成SiO-离子。例如，硅酸盐可形成多种晶体结构，从晶态和高度有序相(例如石英)到隐晶相(例如，超细晶结构如玉髓)到无定形相或玻璃态非晶结构(例如，蛋白石)。据认为无定形晶格结构允许更高的离子进攻和硅酸盐网络分解。因此，高度有序的和结晶良好的相是稳定和非活性的，而由于无序和开放的晶格结构，隐晶和无定形硅酸盐晶格易受攻击，因此这些硅酸盐是反应活性的。
根据本公开的多个实施方案，固体颗粒物料中的炉渣组分含有活性硅酸盐。不限于本教导运行所依赖的任何理论，据认为硅酸二钙(2CaO·SiO2，通常简写为C2S)和硅酸三钙(3CaO·SiO2，通常简写为C3S)的某些晶相，特别是γ-C2S、β-C2S和C3S晶相是反应活性硅酸盐，其可在炉渣物料中形成，因此适合与一些污染物反应。例如，在存在水的情况下，这些反应活性硅酸盐与二氧化碳反应。反应活性硅酸盐化合物是指在存在水、25℃(77°F)和环境压力、pH高于或等于约9的条件下，物料中存在的总的硅酸盐化合物的10％以上会与二氧化碳反应。
升高的温度通常会提高硅酸盐化合物在存在水时的溶解度。根据本公开的多个实施方案，优选炉渣组分含有大于或等于约5％的反应活性硅酸盐，任选大于或等于约10％；任选以反应活性硅酸盐的干重计大于或等于约15％。
许多炉渣物料都含有硅酸钙。优选地，在本公开的多个方法中，这些硅酸钙中的至少一部分在存在水时可与硫氧化物、氮氧化物、二氧化碳和/或氧化钙反应。
由背景技术可知，炉渣一般是由金属制造和加工产生的副产物。术语“炉渣”涵盖多种副产物物料，典型地包括黑色金属和/或钢材制造和加工的大部分非金属副产物。通常，在处理过程中将成渣剂或助熔物质加入熔炉中以除去熔融的铁矿石、钢屑、铁和/或钢原料中的杂质。典型的助熔物质为石灰石(CaCO3)和/或白云石(CaCO3·MgCO3)。熔融的炉渣形成硅酸盐熔体，其浮动至熔炉顶部，冷却后形成复合硅酸盐和氧化物。炉渣的组成取决于熔炉中加工的金属，并常含有金属硫化物和以元素形式存在的金属原子。炉渣的组成和性质也会根据熔炉和后处理的类型发生变化，这不仅可以影响化学组成，而且还可以影响可影响反应活性的结晶度、相生长和表面形貌。例如，如上所述，优选在炉渣中形成一个或多个反应活性的硅酸盐相，如γ-C2S、β-C2S和C3S。此外，炉渣的粒度、孔隙度和表面积都影响反应活性，一般认为，较小的粒度、较高的孔隙度和因此而具有的较大的表面积可更多的暴露于污染物和水，以促进与目标空气污染物的反应。
高炉加工铁矿石以形成成精炼生铁。高炉炉渣通常有三种主要类型：气冷型、粒状和团粒(或膨胀)。气冷型高炉炉渣通过以下方式形成：将熔融炉渣在环境条件下相对缓慢地冷却，同时可利用冷却工序如水喷法加快最终的冷却。粒状炉渣通过在水中急冷熔融的炉渣形成，从而形成具有无序结构的小玻璃颗粒。这种粒状炉渣常被进一步研磨，由此增强物料的粘结性能。团粒或膨胀型炉渣通过水射流冷却，其导致快速产生蒸汽，在物料中形成大量泡状结构。
钢渣是在对制钢熔炉中进一步加工生铁和其它钢料的过程中形成的。典型的钢熔炉包括氧气底吹炼炉(BOF)、平炉(OHF)和电弧炉(EAF)。现在，多数钢都是在采用某氧气顶吹炼炉的联合钢厂中或在采用电弧炉工艺的特种钢厂中制造的。在示例性氧气顶吹炼工艺中，将热的液态高炉金属、碎屑和助熔物质装入转炉(熔炉)。喷枪下放至转炉中并喷射高压氧。氧与装填物中的杂质结合并将其去除。这些杂质由气态一氧化碳形式的碳和液态氧化物形式的硅、锰、磷和一些铁组成，这些成分与石灰和/或白云石结合形成钢渣。在精炼工序的末端，将液态钢倒进钢包，而钢渣仍留在炉内且随后被排入单独的渣罐。
可以制得多种不同等级的钢，钢渣的性质可随每种等级的不同而明显变化。钢的等级可根据钢中的碳含量分为高、中、低三个等级。高级钢常具有较高的碳含量。为降低钢中的碳量，在制钢过程中需要较高的氧水平。这还需要添加增加水平的助熔物质物料，以除去钢中的杂质和增加炉渣的形成。所谓的“碳渣”具有高于杂质水平的碳含量。例如，碳渣中的代表性碳含量包括大于或等于约0.01wt％，任选大于或等于约0.1wt％，任选大于或等于约0.5wt％，任选大于约1wt％的碳含量。
钢炉炉渣一般含有量高得多的硅酸二钙和氧化钙。制钢过程中产生几种不同类型的钢渣，包括炉(或排)渣、耙渣、合成(或钢包)渣，以及坑(或清洗)渣。制钢初级阶段期间产生的钢渣被称为熔炉炉渣或排渣。从熔炉排出后，熔融的钢被送入钢包进行进一步精炼，以除去仍包含在钢中的杂质，其通过在钢包中加入助熔物质助熔而产生额外的炉渣。这些渣可与任意的炉渣遗留物结合，并帮助吸收去氧化产物(夹杂物)、绝热和保护钢包的耐熔性。在该制钢阶段产生的钢渣通常被称为耙渣和钢包渣。坑渣和清洗渣也是制钢操作中常见的其它钢渣类型。它们通常包括在各操作阶段中落在工厂地面上的钢渣，或者在排出后从钢包移除的钢渣。钢包精炼阶段通常涉及相对高量的助熔物质添加，并且这些合成渣的性质与炉渣的性质通常明显不同。这类钢渣通常富含氧化钙和硅酸盐，并且非常适合作为固体颗粒物料的炉渣组分，特别是因为这些合成渣因原位膨胀而通常不能作为聚集物回收。
应当注意，炉渣组分可能包含来自不同熔炉位置和/或工序的渣的组合，或者可以包含来自不同熔炉或工序的渣的组合。术语“熔炉”既包括铁矿石转炉也包括钢转炉。通常，高炉炉渣是指在铁矿石熔炉中产生的那些，钢渣是通过任何钢成型或精炼工序产生的那些，包括将在以下详细描述的不锈钢钢渣。依据工序中它们来源的位置和随后的工序，许多炉渣具有不同的粒度分布、不同的矿物结构和晶体形成。这些炉渣可被进一步研磨至期望的粒度分布和/或细度(表面积)。
示例性炉渣包括含钙化合物、含硅化合物、含铝化合物、含镁化合物、含铁化合物、含锰化合物和/或含硫化合物。在本公开的某些实施方案中，炉渣组分的渣料选择为包含约25至约60wt％、任选约30至约50wt％和任选约30至约45wt％的氧化钙。在多个实施方案中，炉渣组分包含大于或等于约25wt％的二氧化硅(SiO2)；任选大于或等于约30wt％；任选大于或等于约35wt％。应注意，组合物中存在的SiO2的量反映的是简单氧化物分析。除非有其它说明，本文用到的所有百分比都是以重量计的。应注意，本文描述的各种物料的化学组成用从元素分析计算的简单氧化物表示，该元素分析典型地采用x-射线荧光技术测定。虽然各种简单氧化物可能并经常在物料中以更复杂的化合物存在，但是氧化物分析是一种有用的描述各组合物中感兴趣的化合物浓度的方法。简单氧化物分析并不一定能反映活性硅酸盐的浓度，活性硅酸盐只构成物料中存在的SiO2总量的一部分。
在某些实施方案中，炉渣组分还包含大于或等于约25wt％的氧化钙(CaO)；任选大于或等于约30wt％；任选大于或等于约35wt％。如上所述，氧化钙和氧化硅典型地以硅酸钙的形式存在，然而，根据全面的简单氧化物分析，其各自以大于或等于约25wt％的量存在。在一些实施方案中，炉渣组分包含选自CaSiO3、CaO及其组合中的一种或更多种活性成分，其中，炉渣组分中存在的活性成分总量为约35wt％至约90wt％。
在一些实施方案中，炉渣组分包含具有如表I所示的组成的炉渣，但不包括杂质和稀释剂。
表I
 氧化物/金属   大约wt％
 氧化钙(CaO)   35-55
 二氧化硅(SiO2)   10-35
 氧化铝(Al2O3)   0.1-10
 氧化铁(FeO)(70-80％FeO&20-30％Fe2O3) 0.1-40
 氧化镁(MgO)   3-10
 氧化锰(MnO)   3-10
 硫酸盐(SO3)   0.01-15
 磷酸盐(P2O5)   0.01-1
 金属铁   0.5-10
通常具有粘结性和反应活性二氧化硅的合适炉渣的一个实例是研磨成粒的高炉炉渣(GGBFS)。炉渣冷却速率通常足够低，使得一般形成各种结晶化合物，包括优势化合物如硅酸二钙、硅酸三钙、铁酸二钙、镁硅钙石(meriwinite)、铝酸钙、钙-镁铁氧化物、游离石灰和游离氧化镁。
不锈钢炉渣是特别适合用作炉渣组分的物料，因为它们典型地含有相对高浓度的游离石灰和/或游离氧化镁，以及相对高浓度的硅酸盐，特别是γ-C2S晶形的反应活性硅酸盐。在晶体生长和相变过程中，这种γ-C2S晶相被认为可引起C2S晶格的不稳定性，导致该晶格因自粉碎作用而破碎成细粉状。
如本领域技术人员所知的，可以将不同量的元素如镍、铬、钼、和锰加入精炼铁中以形成钢：所含这些元素的量越大，则钢的等级就越高。这些元素趋向于被并入用于精炼金属的炉渣中的化合物中。通常，不锈钢包含至少约10.5％的铬。典型的奥氏体钢含有大于或等于约16％的铬，大于或等于约8％的镍。不锈钢包含至多约1.7wt％的碳。等级较高的不锈钢通常含有较低的碳含量，并且尤其可含有钼和锰。举例来说，低等级304奥氏体不锈钢含有低于或等于0.08％的碳(C)、约17至19.5％的铬(Cr)、约8至10.5％的镍(Ni)、小于或等于约2％的锰(Mn)，且不含钼(Mo)。另一示例性较高等级的钢是316L，其中碳(C)小于或等于0.03％，铬(Cr)为约17％，镍(Ni)为约9％，锰(Mn)为约2％，钼(Mo)为约2.5％。“L”代表低碳含量。一种较高等级的奥氏体不锈钢是Grade 317LMN，其含有小于或等于0.03％的碳(C)、约16.5至18.5％的铬(Cr)、约13.5至17.5％的镍(Ni)、约1至2％的锰(Mn)和约4至5％的钼(Mo)。在317LMN等级中，标识“M”和“N”是指该组成分别包含增加水平的钼和镍。不锈钢炉渣倾向于加入这些不同的元素，并且还包含高量的反应活性和/或水溶性硅酸盐，在本公开的多个实施方案中，这对于形成固体颗粒物料是非常期望的。
除了上述炉渣外，炉渣组分还可以包含其它反应活性硅酸盐的源，只要它们组成上述期望的和/或必需的活性成分即可。其它合适的例子包括从连接至高炉上的空气污染控制装置收集的高(化铁)炉尘，例如化铁器滤饼。另一合适的工业副产物源是纸张脱墨淤渣灰。许多不同的制造/工业工序副产物都可以作为根据本公开的固体颗粒物料的反应活性硅酸盐的源。这些熟知的副产物中的许多副产物也都包含氧化铝和/或二氧化硅。示例性制造品和/或工业副产物的任意组合都可用于本公开的某些实施方案中。
粘合剂组分
在多个实施方案中，将粘合剂组分与炉渣组分混合以形成结块的固体颗粒。在许多方面中，这种粘合剂组分能够一般地将炉渣组分保持为具有预定尺寸的固体颗粒物料形式，使得该颗粒物料可经受运输和加工，以及用于工业减少装置中。如以下更详细描述的，在多个实施方案中，将含有炉渣和粘合剂组分的固体颗粒物料置于填充床反应器中。将排放物流导入填充床反应器，并流过固体颗粒物料的床，在该处一种或更多种空气污染物通过与固体物料接触而被除去。该示例性粘合剂组分的任意组合都可用于本公开的某些实施方案中。在许多方面中，粘合剂组分包含的物料选自普通波特兰水泥、波特兰水泥熔块、瓜尔胶、淀粉、糖蜜及其组合。
在一些方面中，固体颗粒物料由粘合剂组分与炉渣组分混合制成，其中炉渣组分和粘合剂组分的比例以干重计约为6∶1至约99∶1。在一些方面中，固体颗粒物料由以总混合物干重计约1至约20％的粘合剂组分，任选总混合物中以干重计约3至约10wt％的粘合剂组分，任选约4至约6％的粘合剂组分混合形成。此外，在某些方面中，粘合剂组分与炉渣组分在存在水的情况下混合以形成固体颗粒物料，例如，粘合剂和炉渣组分可与以湿重计约5至约30％的水混合，任选约7至约20％的水，且在一些方面中，以湿重计约10至约15％的水。在一些方面中，粘合剂组分与炉渣组分被均一和/或彻底地混合，以形成固体颗粒物料。波特兰水泥
在本公开的一些实施方案中，粘合剂组分选择为水硬性粘结组合物。因此，在一些方面中，粘合剂组分含有波特兰水泥组分，包括例如普通波特兰水泥(OPC)、改性波特兰水泥、共混水硬性水泥及水泥熔块。“水硬性水泥”是指通过水泥中的矿物组分水合作用会凝固和变硬的水泥，甚至在浸入水中时也是如此。“波特兰水泥”是本领域所熟知的，其可在湿法或干法窑中制备。虽然湿法和干法不同，但两种方法都分阶段加热原料。水泥制造原料包括不同比例的钙、二氧化硅、铁和氧化铝，并常常包括石灰石及多种其它物料，如粘土、沙或页岩。
水泥制造的第一阶段是预热阶段，其从原料驱除任何水分，除去结合水，并将物料温度升高至最高约1500°F(约800℃)。第二阶段是煅烧阶段，其通常在1500°F至2000°F(约1100℃)进行，其中石灰石(CaCO3)通过在煅烧反应中驱除二氧化碳(CO2)而被转化成石灰(CaO)。之后在燃烧区将原料加热至约2500°F至约3000°F(约1400℃至约1650℃)的最高温度，在该阶段，原料基本上被熔融和熔化，从而形成无机化合物，如硅酸二钙(C2S或2CaO·SiO2)、硅酸三钙(C3S或3CaO·SiO2)、铝酸三钙(C3A或3CaO·Al2O3)和铁铝酸四钙(C4AF或4CaO·Al2O3·Fe2O3)。熔融的原料被冷却而固化成小块状中间产物，称为“熔块”，接着被从窑中移走。然后，将水泥熔块磨细并与其它添加剂(如凝固延迟剂、石膏)混合形成普通波特兰水泥。称作“波特兰水泥的标准规格”(Standard Specification for Portland Cement)的ASTM，International Test C 150规定了用于不同应用的八个型号的普通波特兰水泥，即：型号I、IA、II、IIA、III、IIIA、IV和V。在一些方面中，粘合剂组分包含的波特兰水泥选自型号I、IA、III和/或IIIA。
一般来说，波特兰水泥含有约35至约65％的C3S、约15至约40％的C2S、约0至约15％的C3A和约6至约20％的C4AF，但是这些水硬性活性组分可根据水泥的类型变化。普通I型波特兰水泥的典型简单金属氧化物分析包含约64％CaO、21％SiO2、5％Al2O3、3％Fe2O3以及较少量的其他化合物，如镁、硫、钾、钠等的氧化物。从元素分析计算出的简单氧化物分析是本领域常规的分析，然而，如本领域技术人员所知的，多种活性化合物实际上可作为更复杂分子如C2S、C3S、C3AF和C3A存在于其来源物中。
在一些实施方案中，粘合剂组分包含波特兰水泥熔块，其组成中的主要成分和参数列于表II中，但不包括杂质和稀释剂。
表II
 氧化物/金属   大约wt％
 氧化钙(CaO)   59-68
 二氧化硅(SiO2)   18-27
 氧化铝(Al2O3)   2-7
 氧化铁(FeO)(70-80％FeO&20-30％Fe2O3) 0.2-6.5
 氧化镁(MgO)   0.5-5
 硫酸盐或酯(SO3)   1.5-5
 Na2Oe等同物   0.05-1.3
 烧失量％(LOI)   0-3
多种硬凝性和/或粘结性物料的碱含量可以用钠等同物(Na2Oe)来表示，其采用以下方程来计算Na2O和K2O的含量：
z＝x+(0.658·y)    (EQN.1)
其中z为钠等同物Na2Oe，x为组合物中存在的Na2O的量，y为组合物中存在的K2O的量。这种钠等同物“Na2Oe”在波特兰水泥中可以为大于0.01wt％至大于或等于约0.5wt％，任选大于或等于约1wt％。烧失量(LOI)对样品中存在的挥发性物料(水、二氧化碳、水合物和有机材料)的量进行量化，通常指示高温过程进行的程度。示例性LOI试验参数已在ASTM Test C114“水硬性水泥化学分析的标准试验方法”中列出，该方法通过加热样品和测量质量损失来评估挥发性物质的损失。
如本领域技术人员所知的，随后可将波特兰水泥熔块与最高约15wt％、任选约2至10wt％之间的添加剂材料混合。典型的波特兰水泥添加剂的实例包括石膏(硫酸钙)、粉煤灰和研磨成粒的高炉炉渣。
通过混合含有波特兰水泥的粘合剂组分形成的固体颗粒物料含有以总混合物干重计约1至约15％的粘合剂组分，任选约3至约12wt％波特兰水泥粘合剂组分，任选总混合物的约4至10wt％的波特兰水泥粘合剂组分。在一些优选方面中，波特兰水泥占总干燥混合物的约5％至10wt％。
如上所述，在多个方面中，粘合剂组分与炉渣组分在存在水的条件下混合。如本领域技术人员所知的，体系中存在的水的量指示粘结相形成的量，由此指示强化、硬化和团聚的程度。例如，典型的混凝土中水与波特兰水泥之比为小于0.35至约0.65，通常提供0.25的最小比例以完成水泥化合物的水合反应。因此，根据本公开的教导，将约8至约25wt％的水、任选约10至约15wt％的水加入包含炉渣组分和粘合剂组分的干燥混合物中。在包含波特兰水泥的粘合剂组分已经水硬性反应固化或硬化后，形成可用于污染减少装置和本公开教导的方法中的结块的固体物料。
淀粉基粘合剂组分
在一些方面中，粘合剂组分包括淀粉基粘合剂组分。淀粉通常被归类为具有α-直链淀粉和支链淀粉的复合葡聚糖类的混合物。α-直链淀粉是由α(1→4)键连接的线性聚合物分子，支链淀粉是分支聚合物分子，其具有α(1→4)连接的葡萄糖残基和以规则间隔(例如，平均每24至30个葡萄糖残基)分布的α(1→6)分支点。淀粉分子中直链淀粉和支链淀粉的比通常为1∶2至约1∶4。适合的淀粉可从多种植物中得到，包括稻米、小麦、玉米、木薯和/或马铃薯。任选地，对淀粉基粘合剂组分进行改性以改进多种物理性质，如增稠性和粘结性，或者可以以未改性的形式提供淀粉基粘合剂组分。化学改性可包括酯化或预凝胶化。因此，术语“淀粉基粘合剂”不仅包括从天然植物源分离或提取的淀粉，而且也包括这类天然组分的衍生物、合成或半合成等同物。淀粉基粘合剂组分常与水混合，其中淀粉基组分以约25％至约90wt％，任选约35至50wt％的淀粉存在，其余为水和/或溶剂，例如聚乙烯醇。
通过混合含有淀粉或淀粉衍生物的粘合剂组分形成的固体颗粒物料含有以总混合物干重计约1至约15wt％的粘合剂组分、任选约1至约5wt％的淀粉粘合剂组分和任选总混合物的约3至约5wt％的粘合剂组分。
瓜尔胶
在一些方面中，粘合剂组分包含瓜尔胶。瓜尔胶也称为瓜尔聚糖(guaran)，是一种半乳甘露聚糖(一种含有甘露糖主链和半乳糖侧基的多糖)，通常从植物瓜尔豆中得到。典型地，瓜尔胶中甘露糖和半乳糖残基的比例为约1.5∶1至约2∶1。瓜尔胶是一种增稠剂和乳化剂，并且可以在一些试剂例如钙(其可能存在于炉渣组分、另一种粘合剂组分或第三种组分中)的存在下发生交联。“瓜尔胶”不仅包括从植物瓜尔豆中分离或提取的提取物，而且也包括这种天然提取物的衍生物、合成或半合成等同物。瓜尔胶可以以含水形式或干燥形式提供，任选可与水或溶剂重组。一种示例性瓜尔胶具有约40wt％至60wt％的代表性水含量。
通过混合包含瓜尔胶的粘合剂组分形成的固体颗粒物料具有总混合物干重的约1至15wt％的粘合剂组分，任选约1至5wt％的瓜尔胶粘合剂组分，任选总混合物的约1至约3wt％的粘合剂组分。
糖蜜
在一些方面中，粘合剂组分含有糖蜜或其它蔗糖基粘合剂组分。糖蜜，也称为高粱饴，是甘蔗或糖用甜菜精制过程中产生的浓稠糖浆副产物。糖蜜通常用作为防腐剂的二氧化硫处理，并被称为“硫化糖蜜”。在常规的甘蔗加工过程中，从植物原料中提取汁液，随后煮沸并结晶以取走蔗糖。该过程通常重复三次，产生所谓的“一等糖蜜”、“二等糖蜜”和最终的“赤糖糊糖蜜”，其中的蔗糖含量逐次减少。对于糖用甜菜加工，从糖用甜菜中提取汁液，随后煮沸并结晶，然而，通常只有最终的结晶步骤才形成所谓的“甜菜糖蜜”。此处所用的“糖蜜”一般指糖提取和精制过程中产生的副产物，包括这种天然副产物的等同物、衍生物、合成或半合成等同物。糖蜜是一种增稠粘合剂，其在与本教导的炉渣组分混合时提供期望的固体颗粒形式。
糖蜜粘合剂组分可以水合或脱水形式存在。水合时，糖蜜通常具有约15至60wt％的水分含量，任选约20至50wt％。
第三氧化钙和碱组分
在多个实施方案中，固体颗粒物料任选包含第三组分，所述第三组分含有氧化钙(CaO)和碱金属离子如钠和/或钾离子的源。在一些实施方案中，第三组分包含工业过程中产生或制造的材料。如下文将更为详细描述的，一些实施方案对原本要被丢弃、贮存或填埋的废弃物进行了有益地再利用。但是，许多合适的氧化钙和碱金属离子源都是天然材料，如矿物，或者可以是商业制造品。在多个方面中，第三组分包括选自水泥窑粉尘、石灰窑粉尘、糖用甜菜石灰、熔块粉尘、熟石灰、生石灰及其任意组合的物料。这类混合物包括两种或更多组分的任意组合。在一些实施方案中，第三组分包括选自水泥窑粉尘、石灰窑粉尘、糖用甜菜石灰及其任意组合的物料。第三组分可包含其它的氧化钙和碱金属离子源，例如包括废水处理厂污泥、制浆和造纸污泥、电石生产副产物及其它提供氧化钙和碱金属离子的材料，这是本领域技术人员所熟知的。
如本领域技术人员所知的，许多氧化钙和碱金属离子源都可具有不同的组成，这取决于其具体的制备工艺；制造氧化钙和碱金属离子源所采用的原料和燃料的特定组成；物料存放或贮存的条件和时间；以及许多其它因素。
在这一点上，一些实施方案中，第三组分优选包含选自CaO、K2O、Na2O及其组合的一种或更多种活性成分。在一些实施方案中，第三组分包括选自CaO、Na2O、K2O及其组合的一种或更多种活性成分，其中固体颗粒物料中存在的活性成分的总量为约30wt％至约60wt％。除氧化钙和碱金属氧化物之外，第三组分任选包括其它活性化合物，这些活性化合物并不限于上述那些。在一些方面中，第三组分含有大于或等于约30wt％的氧化钙(CaO)。
在许多方面中，第三组分含有大于或等于约3wt％的游离石灰(游离CaO)。“游离石灰”是指可容易在用于与水发生水合反应的物料中得到的游离氧化钙(游离CaO)。未熟化石灰也称为生石灰，含有可以与水反应即熟化的高浓度脱水(游离)石灰或氧化钙(CaO)。相比较而言，熟化或水合石灰已与水反应形成了Ca(OH)2。游离石灰的含量常被作为含氧化钙物料的反应活性的指标。在本公开的一些实施方案中，游离石灰可为约5％或更高。
在一些实施方案中，第三组分优选含有量大于或等于约1wt％的氧化钠(Na2O)和/或氧化钾(K2O)形式的碱金属离子源。应注意，一些碱金属离子与多种络合阴离子如硫酸根络合，但是，典型的碱金属含量分析分别代表碱金属氧化物和硫酸盐。在一些实施方案中，氧化钠(Na2O)和/或氧化钾(K2O)形式的碱金属离子源的量大于或等于约3wt％；任选大于或等于约4wt％。
钠等同物Na2Oe(见EQN.1)可以为大于0.01wt％至大于或等于约1wt％，任选大于或等于约2wt％，任选大于或等于约3wt％，在一些实施方案中，大于或等于约5wt％。
如下文将更详细描述的，碱金属离子为固体物料提供期望的反应条件，例如提供高pH，据认为高pH加快与一种或更多种污染物反应的速度，并且在固体颗粒物料与某些污染物(尤其是例如二氧化碳)的反应中有利于形成优选的产物。
在一些实施方案中，第三组分具有表III所示的组成，但不包括杂质和稀释剂。
表III
  氧化物   约计重量％
  氧化钙(CaO)   30-45
  二氧化硅(SiO2)   10-20
  氧化铝(Al2O3)   2-7
  氧化铁(Fe2O3)   1-3
  氧化镁(MgO)   0.5-3
  硫酸盐(SO3)   1-15
  氧化钠(Na2O)   0.1-1
  氧化钾(K2O)   0.1-15
在一些实施方案中，第三组分含有水泥窑粉尘(CKD)，其通常是指在波特兰水泥的制造期间在水泥窑或相关加工装置中产生的副产物。波特兰水泥可在湿法或干法窑中制造。虽然湿法和干法不同，但两种方法都分阶段地加热原料。水泥制造原料包括钙、二氧化硅、铁和氧化铝的源，并且通常包括石灰石以及多种其它物料，如粘土、沙或页岩。
通常，CKD包含在窑、预处理装置和/或物料输送系统的不同区域中产生的不同颗粒的组合，包括例如熔块粉尘、部分至完全煅烧的物料粉尘，及原料(水合和脱水)粉尘。如本领域技术人员所知的，CKD的组成随水泥制造工艺中的如下因素变化：所用的原料和燃料、制造和加工条件以及CKD的收集点位置。CKD可包括收集自窑排放物(即，废气)流、熔块冷却器排放物、预煅烧炉排放物、空气污染控制装置等的粉尘或颗粒物质。熔块冷却器粉尘是指在窑的熔块冷却区域中收集的粉尘，通常具有与波特兰水泥非常类似的化学组成。
虽然CKD的组成会随窑的不同而变化，但是由于熔块粉尘和煅烧物料的存在，CKD通常具有至少一些粘结性和/或凝硬性。典型的CKD组成包括含硅化合物，例如硅酸盐，包括硅酸三钙、硅酸二钙；含铝化合物，例如铝酸盐，包括铝酸三钙；及含铁化合物，例如铁酸盐，包括铁铝酸四钙。CKD通常含有相对高量的氧化钙(CaO)。示例性CKD组成含有约10至60wt％的氧化钙，任选约25至约50wt％，任选约30至约55wt％。在一些实施方案中，CKD包含的游离石灰浓度为约1至10％，任选约1至约5％，在一些实施方案中约3至约5％。另外，CKD通常含有分别约为0.1至约10wt％的钠和钾碱金属离子，任选为约0.2至约5wt％。CKD可包含另外的碱金属离子、碱土金属离子和硫等。CKD通常还含有约10至约20wt％的二氧化硅(SiO2)、约2至约7wt％的氧化铝(Al2O3)和约1至约3wt％的氧化铁(Fe2O3)。
示例性CKD粉尘具有2.6至2.8之间的比重、约0.30mm(300μm)的最大颗粒尺寸和约4600至14000cm2/g的布莱因细度(比表面积)。
在一些实施方案中，本公开的固体颗粒物料的第三组分含有石灰(即，生石灰)或石灰窑粉尘(LKD)。LKD是来自石灰制造的副产物。LKD是从石灰窑或相关加工装置中收集的粉尘或颗粒物质。所制造的石灰可分为高钙石灰或白云石石灰，并且LKD随其形成工艺不同而不同。石灰经常通过加热方解石原料如碳酸钙(CaCO3)所进行的生成游离石灰CaO和二氧化碳(CO2)的煅烧反应来生产。高钙石灰具有高浓度氧化钙，通常含有一些杂质，包括含铝和含铁的化合物。高钙石灰通常由高纯度碳酸钙(纯度为约95％或更高)制成。在由高钙石灰加工得到的LKD产品中的典型氧化钙含量与在石灰产品本身中的氧化钙浓度类似，并且可以大于或等于约75wt％，任选大于或等于约85wt％，在一些情况下大于或等于约90wt％。在一些石灰制造过程中，白云石(CaCO3·MgCO3)通过加热分解，主要生成氧化钙(CaO)和氧化镁(MgO)，由此形成被称为白云石石灰的物质。在通过白云石石灰加工产生的石灰或LKD中，氧化钙的量可以大于或等于约45wt％，任选大于或等于约50wt％，在一些实施方案中大于或等于约55wt％。虽然石灰和LKD均随采用的石灰加工的类型而有所不同，但它们一般都含有相对高浓度的游离石灰。这些石灰或LKD产品中游离石灰的典型量为约10至约50％，任选约20至40％。
此外，LKD和石灰产品通常含有钠和钾碱金属离子，其量分别为约0.01至1wt％，任选约0.03至0.25wt％。石灰和/或LKD可能包含另外的碱金属离子、碱土金属离子(如前面描述的MgO)和硫等。LKD还包含约1至约10wt％的二氧化硅(SiO2)、约0.1至约5wt％的氧化铝(Al2O3)以及约0.5至约2wt％的氧化铁(Fe2O3)。示例性LKD具有约2.6至3.0的比重、约2mm(2000μm)的最大颗粒尺寸和约1300至约10000cm2/g的布莱因细度(比表面积)。
另一种作为本公开固体颗粒物料第三组分的示例性物料是炼糖石灰副产物。石灰用于从甘蔗、糖用甜菜、枫树液汁和高粱中生产糖。例如，收割甘蔗和糖用甜菜并用水处理形成具有低pH并含有溶解杂质的原汁(通常为糖蜜产品)。因此该糖汁含有蔗糖、果肉、各种非糖类物质，例如有机和无机盐、氨基酸、染料和高分子物质，如蛋白质和果胶。在糖汁中加入水合石灰来提高pH并与杂质反应，以生成可移除的不溶性钙有机化合物。在常规的糖纯化方法中，添加石灰(CaO)和二氧化碳(CO2)，其导致生成由碳酸钙和部分上述非糖类物质组成的沉淀物(污泥)。脱水后的污泥含有常以水合物形式(Ca(OH)2)存在的氧化钙(CaO)。糖汁可以该方式进一步精炼。糖用甜菜倾向于需要用石灰进行最大量的精炼，因此其污泥副产物通常被称作“糖用甜菜石灰”。但是，使用术语“糖用甜菜石灰”仅是为了表示适用于本公开固体颗粒物料的制糖石灰副产物的种类。
在糖用甜菜石灰中，氧化钙的量可以大于或等于约25wt％，任选大于或等于约30wt％，在一些实施方案中，大于或等于约40wt％。糖用甜菜石灰通常还包含碱金属离子如钠和钾，其在组合物中的量分别约为0.01wt％或更高；任选大于或等于约0.05wt％，任选大于或等于0.1wt，在一些实施方案中，大于或等于约1wt％。
在多个实施方案中，固体颗粒物料含有约1至约20wt％的粘合剂组分和约80至约97wt％的炉渣组分。在一些方面中，固体颗粒物料含有约5％至约10％的粘合剂组分和炉渣组分，所述粘合剂组分含有波特兰水泥，所述炉渣组分含有以干重计约95％的不锈钢炉渣(如之前所述的)。当在固体颗粒物料中存在任选的第三组分时，粘合剂组分的量为约1至约15wt％，炉渣组分为约40至约70wt％，第三组分为约15至约57wt％。在一些方面中，固体颗粒物料含有占总固体颗粒物料组合物重量约5％至约10％的粘合剂组分，约30至约65％的炉渣组分，及约30至约65％的第三组分，其中所述粘合剂组分含有波特兰水泥，所述炉渣组分含有不锈钢炉渣，所述第三组分含有CKD。任选地，以干重计，炉渣组分约为40wt％，CKD约为40wt％，波特兰水泥粘合剂组分约为10wt％。任选地，炉渣组分与第三组分之比为约99∶1至约1∶99之间，任选约0.5∶1至约1∶0.5，任选为约1∶1。炉渣和粘合剂组分以及任选的水、第三组分或其它任选添加剂可在混合器、搅拌器或研磨机中混合和加工，以实现各组分的充分混合。
因此，炉渣组分和粘合剂组分的混合形成多个团粒状固体颗粒。这些团粒状颗粒可能团聚并具有高度多孔结构，例如，其平均表面积大于或等于约100cm2/g，任选大于或等于约500cm2/g；任选大于或等于约1000cm2/g，在一些实施方案中，大于4000cm2/g。较小的颗粒尺寸倾向于具有较大的表面积，其促进活性成分的反应。这些颗粒尺寸和表面积可通过选择颗粒尺寸小于期望的团聚颗粒尺寸的炉渣组分和/或第三组分以及通过控制加入炉渣组分中的粘合剂的相对量来实现。可以在例如在球磨机中混合炉渣和粘合剂组分(及任选第三组分)之前或之后进一步研磨或碾压混合物料，以减小粒径。
在一些实施方案中，固体物料包含团粒状粒子。考虑多种不同的平均粒径，例如，平均粒径约0.25mm至约12mm的多个颗粒。所述多个颗粒任选具有约0.25mm至约6mm的平均粒径，任选约0.5mm至约6mm的平均粒径，任选约1mm至约6mm的平均粒径，任选约2mm至约6mm。在另一方面中，平均粒径为约6mm至约9mm或约9mm至约12mm。优选的粒径直径取决于填充床反应器的体积、期望的反应器内压降和停留时间，以及所需要的污染物减少量。例如，一个针对介质颗粒直径计算跨填充床压降的有用方程是以下EQN.2中所示的Ergun方程。
dP dL = G ρg c D p ( 1 - Φ Φ 3 ) [ 150 ( 1 - Φ ) μ D p ] + 1.75 G - - - ( EQN . 2 )
dp/dL是跨填充床的压降，L是填充床的长度(英尺)。此外，G＝ρυ，是空塔质量速度，单位是lbm/ft2·hr，其中ρ是通过流体的密度，υ是空塔速度(流体以相同的体积流量穿过空反应器的速度)，由体积流体流量除以横截面积得到。Φ是床体的孔隙度，由固体体积除以总床体体积得到。gc是重力常数，为32.174lbm·ft/s2·lbf，Dp是固体填充物料的当量平均粒径，μ是穿过床的流体的动态粘度，单位是lbm/ft·hr。
在典型的生产设备中，来自多种工序的排放物或废气流的流量为约10000实际ft3/分钟(acfm)(约285m3/分钟)至约3000000acfm(约85000m3/分钟)。但是，如本领域技术人员所知的，这种流量随设备容量和工艺类型发生变化，很难一概而论。例如，来自典型的水泥生产设备的窑排放物的流量通常为约100000acfm(2800m3/分钟)至约400000acfm(约11000m3/分钟)，典型的锅炉排放物流量为约100000acfm(2800m3/分钟)至约600000acfm(17000m3/分钟)。因此，在一些实施方案中，填充床反应器能够处理典型的工业废气流量，且允许与固体物料接触。
在一些代表性体积流量为约41000acfm的实施方案中，固体颗粒的平均粒径为约1mm至约6mm。这样，从填充床反应器入口到填充床反应器出口的压差小于或等于约250Pa。
在本公开的一些实施方案中，固体颗粒物料的接触在流化床反应器、文丘里干法涤气器、填充床反应器和/或其任意组合或等同物中进行。上述反应器的列举是非限制性，因为本公开也考虑了本领域中熟知的用于实现气/固反应的其它合适反应器。在一些实施方案中，将在燃烧源中产生的排放物流导入含有多个固体颗粒的填充床反应器中，所述多个固体颗粒通过混合炉渣组分和粘合剂组分形成。
流化床反应器在反应过程期间将固体颗粒悬浮在向上吹的气体射流上，并且是本领域熟知的。例如，常压流化床采用固体吸附材料捕集由矿物燃料燃烧产生的污染物。在一些方面中，流体应向上流动并具有足够的流体速度以通过摩擦力将所述多个颗粒托起。以该方式，实现固体和气体的湍流混合。
在本公开的一些方面中，排放物流可通过燃烧反应包含充足的水分，或者可以在必要时在排放物流或固体物料中在反应器之前加入水/蒸汽，以能够与反应器中的干燥固体颗粒物料进行反应。例如，排放物流中代表性的水分含量通常小于或等于约3wt％，任选小于或等于约0.5wt％。然而，在一些替代方面中，排放物流可穿过涤气器或其它可提高排放物流进入反应器时水分含量的装置，并可能极大地提高水分含量，直至饱和点。
填充床反应器由带有介质填充床的反应塔组成。任选地，这类床还可具有置于其中的小部件或物料台。这些间隔的部件可以是马鞍形、环形、孔网或特定形状，设计为将固体颗粒物料和废气之间的接触最大化，同时减小压降并使固体颗粒间保持期望的孔隙度以降低沉降。填充床反应器运行时的压降通常远小于其它反应器，例如，文丘里涤气器反应器，并且通常提供更高的污染物去除率。
图1和图2示出一个填充床反应器。反应塔10通常设计为使最大负载下的平均空塔气体流速将不会超过设计气体流速。对于大多数填充床反应器来说，平均气体流速根据出口条件在约8至25ft/s(2.5至7m/s)之间变化，但本公开并不局限于任何特定的速度。排放物/烟道气从入口12进入填充床反应器10。排放物流体流在熔炉、焚化炉、锅炉或窑中的上游处产生，并含有选自硫氧化物、氮氧化物和二氧化碳的至少一种污染物，且优选含有来自燃烧反应的水蒸气。填充床反应器10有一个外部反应室13和内室14，内室14包括反应床16，其中装填有形成填充介质体22的多个固体颗粒物料20。所述多个固体颗粒物料含有之前描述的各种材料。排放物流体进入反应床16并流过固体介质体22，接触单个固体颗粒物料20，在该处发生反应以吸附和/或与排放物流中的污染物反应，由此将其从通过的气流中除去。虽然未示出，但可以提供多个台，每个台上都有固体物料介质。与填充床介质体22接触后，排放物流从出口26离开反应器。反应器10的设计受如下因素影响：固体介质颗粒20的组成、孔隙度和颗粒尺寸；期望的污染物去除水平；入口气体(排放物流体)的温度和压力以及本领域技术人员熟知的一些其它因素。
操作压力通常为1psi(约7kPa)至约100psi(约690kPa)，但本公开并不局限于这些示例性压力。反应器床16的体积允许几个化学和物理过程进行完全。反应塔中的气/汽-固体接触提供了高效的污染物去除和反应物利用最大化。在许多方面中，期望的是使排放物流体从反应器10的入口12到反应器10的出口26的压差或压降最小化。期望从入口12到出口26之间代表性压差小于或等于约250Pa(1英寸水柱)。
虽然未显示，但内室14的反应床16可含有用于产生湍流和保持多个固体颗粒20的位置的其它装置，例如保持介质床位置的挡板、多孔结构材料或马鞍形介质，同时促进流体分布和穿过填充床反应器16的湍动以增加排出气体112和反应器10中固体颗粒20之间的接触面。此外，内室14和反应床16的尺寸或体积足以提供能够对排放物流进行处理以将硫氧化物、氮氧化物和/或二氧化碳的量减少优选至少约20％的停留时间。停留时间通常是指τ＝反应器容积/气流速量，其指示分子在反应器10中的平均时间。这样，根据本公开的一些方面，内室14的尺寸设计为具有使排放物流体具有充分停留时间的体积，以与反应床16中的固体颗粒物料20反应，从而实现一种或更多种污染物的去除。如本领域技术人员所知的，这种体积可以通过待处理的排放物流体的流量来确定。虽未在图1或2中示出，但是可以使用循环回路将离开反应器出口26的排放物流体再次引回到入口12中以除去额外的污染物。
在许多其它方面中，本公开提供减少通过固定燃烧源(例如，锅炉、焚化炉)、水泥窑、石灰窑、铁熔炉和钢熔炉产生的排放物流中的硫氧化物、氮氧化物和/或二氧化碳排放的方法。如上所述，本公开教导的方法还可以除去选自：一氧化碳、氯氟烃、盐酸、颗粒物质、挥发性有机化合物、气溶胶化合物、汞、铅、氨和臭氧中的一种或更多种污染物。以该方式，本公开的多个方面提供一种有效的手段，其用于消除有害空气污染物的排放，由此控制温室气体排放，并同时进一步回收至少一种工业副产物用于新的用途。
图3和4描绘了根据本公开一些方面的空气污染物去除系统的替代工艺流程图。在图3中，燃烧源100产生含有一种或更多种空气污染物的排放物流112。排放物流112被导入填充床反应器114中，所述填充床反应器114含有根据本公开原理的多个固体颗粒。在与填充床反应器114中的固体物料接触之前，流体流112的温度可以低于约600°F(约316℃)。这些反应，即在低于约600°F(约316℃)下发生的反应，被认为是“低温”的。在一些实施方案中，所述接触在如下环境中进行：低于或等于约450°F(约232℃)，任选低于或等于约400°F(约204℃)，任选低于或等于约350°F(约177℃)；任选低于或等于约275°F(约135℃)，任选低于或等于约250°F(约121℃)，任选低于或等于约200°F(约93℃)，任选低于或等于约150°F(约66℃)，任选低于或等于约100°F(约38℃)，并且在一些方面中在环境温度及前述反应器压力下。在一些方面中，所述接触如下温度下进行：高于或等于约275°F(约135℃)且低于或等于约450°F(约232℃)，任选高于或等于约300°F(约149℃)且低于或等于约350°F(约177℃)。就这点而言，排放物流112可在与固体颗粒物料接触之前被冷却，例如通过热交换器冷却。或者，可将反应器设置在燃烧下游较远的位置，处在系统的低温区。本公开的教导特别利于在这样的低温下有效去除显著量的硫氧化物、氮氧化物和/或二氧化碳。
因此，在许多方面中，本公开提供了减少燃烧源100产生的污染的方法，该方法通过使燃烧源100排放的流体流112在低温下与固体物料接触来减少所述流体流112中存在的硫氧化物的初始量，所述固体物料通过混合前述含有一种或更多种反应活性硅酸盐化合物的炉渣组分和粘合剂组分制得。在其它方面中，本公开的方法通过使流体流112在低温下与固体物料接触来减少燃烧源100排放的流体流中存在的氮氧化物的初始量，所述固体物料通过混合前述含有一种或更多种反应活性硅酸盐化合物的炉渣组分和粘合剂组分制得。在一些方面中，通过使流体流112在低温下与本公开的固体物料接触来减少流体流112中存在的选自硫氧化物、氮氧化物和二氧化碳的一种或更多种空气污染物的初始量。
因此，与未处理的排放物流112中存在的硫氧化物、氮氧化物和/或二氧化碳的初始量相比，从反应器114中排出的处理后的排出物含有减少量的硫氧化物、氮氧化物和/或二氧化碳。在一些方面中，反应器114的去除率高于或等于约20％，任选高于或等于约25％，任选高于或等于约30％，任选高于或等于约35％。去除率可通过下述方程计算：
RE ( % ) = 100 ( 1 - E o E i ) - - - ( EQN . 3 )
其中去除率(RE)是排放物流中除去的污染物的百分比，Ei是排放物流中污染物的平均量(在反应器入口之前测得的质量流量)，Eo是排出反应器之后排放物流中存在的污染物的平均量(排出反应器时测得的质量流量)。
在反应床中与固体物料接触之后从流体流中除去的硫氧化物的量对应的去除率任选大于或等于约20wt％，任选大于或等于约25wt％，任选大于或等于约30wt％，任选大于或等于约40wt％，任选大于或等于约50wt％，任选大于或等于约60wt％，任选大于或等于约70wt％，任选大于或等于约75wt％，任选大于或等于约80wt％，任选大于或等于约85wt％，任选大于或等于约90wt％，任选大于或等于约95wt％。去除率反映出与接触前流体流中存在的硫氧化物初始量相比，在排放物流体流中接触后硫氧化物的减少。此处所述的去除率可以为一段时间内的平均值，例如，一分钟内、十分钟内、半小时或一小时内的平均去除率。在一些方面中，优选硫氧化物的去除率大于75％；任选大于80％；任选大于85％，在一些实施方案中大于90％。如上所述，通过将排出反应器的流引回反应器入口来使所述流循环(其中循环流被进一步处理)除去额外的污染物并提高此处所述的每种空气污染物的去除率。
在反应器床中与固体物料接触之后，从流体流中除去的氮氧化物的量对应的去除率大于或等于约10％，任选大于或等于约15％，任选大于或等于约20％，任选大于或等于约25％，任选大于或等于约30％，任选大于或等于约40％，任选大于或等于约50％，任选大于或等于约60％，任选大于或等于约75％。在一些方面中，优选氮氧化物去除率大于或等于约20％，任选大于或等于约25％。
在反应床中与固体物料接触之后，从流体流中去除的二氧化碳的量对应的去除率大于或等于约10％，任选大于或等于约15％，任选大于或等于约20％，任选大于或等于约25％，任选大于或等于约30％，任选大于或等于约35％，任选大于或等于约40％，任选大于或等于约50％，任选大于或等于约60％，任选大于或等于约75％。而且，在许多方面中，这些方法在低温下进行，其中流体流的温度低于约600°F(约316℃)。
此外，根据本公开的多个方面，将多种污染物从排放物流中同时除去。例如，在填充床反应器中与固体物料接触后，排放物流中硫氧化物、氮氧化物和二氧化碳总累积量减少，去除率大于或等于约20％，任选大于或等于约25％，任选大于或等于约30％，任选大于或等于约35％，在一些方面中，硫氧化物、氮氧化物和二氧化碳总量的去除率大于或等于约40％。因此，在一些方面中，基于排放物流中初始存在的硫氧化物、氮氧化物和二氧化碳总累积量的每小时去除率大于或等于约20％。
因此，在一些方面中，监测本公开反应器排出的排放物流中的一种或更多种污染物的浓度。这种监测是本领域技术人员所熟知的，可包括连续排放监测系统(CEMs)，其提供预定的间隔内排放物流中目标污染物的平均浓度，例如克/分钟。如果确定了污染物的预定去除率，则对排放物流中目标污染物浓度的监测将指示固体物料何时用尽且需要更换新鲜介质。因此，预定去除率可用于控制系统中，并且可以通过对系统的经验观察和/或模拟系统的计算来确定。如果硫氧化物、氮氧化物和/或二氧化碳的浓度超过了预定设定值，则可通过丢弃除去固体颗粒物料介质。在一些方面中，可将反应器从生产线上取下，并且可以将固体物料介质更换成新鲜介质后再重新装回生产线。
在二氧化碳和/或二氧化硫与固体颗粒物料反应后，产生了含有碳酸钙和/或硫酸钙的用过的固体物料产物。在一些方面中，用过的固体物料可以再生并重新用于反应器中。在一个方面中，团聚的固体颗粒物料的表面可通过表面研磨和筛分除去。从所述表面除去的物料包括碳酸钙和/或硫酸钙。以该方式，用过的表面被再生，以与排放物流体流中的污染物进一步反应，并且固体物料可重新用于反应床中。在另一方面中，例如可在磨机中研磨团聚的固体物料球团，之后与新的粘合剂组分混合以重新形成固体物料球团。固体物料的表面由此得到再生并可重新利用。由于碳酸钙和/或硫酸钙的存在，用过的固体颗粒物料(含有碳酸钙和/或硫酸钙)任选用作其他工业工艺的原料，例如用作水泥制造的原料或铁和/或钢制造工艺中的助熔物质。
在其它方面中，反应器200能够连续使用，并且可以具有至少两个独立的内操作室202，如图5所示。运行过程中，两个反应室中只有一个(204)在工作，旁通阀208引导排放物流绕过另一个未工作的室(206)。未工作的室206中的固体物料210可以被更换，由此使得减排系统可以连续运行。固体介质床的固体颗粒可直接装入反应床，任选带有期望的间隔装置，或可置于能够装在反应器内室中的可置换的筒中。因此，在一些方面中，污染物去除系统是连续且可循环的。
因此，在多个方面中，本公开提供一种污染减少系统，其包含产生排放物流的燃烧源，所述排放物流含有选自：硫氧化物、氮氧化物和二氧化碳的至少一种空气污染物，其以一定的初始量存在于排放物流中。该系统包括具有用于接收排放物流的入口和出口的填充床反应器。反应器具有至少一个室，所述至少一个室含有平均粒径为约0.25mm至约12mm的多个固体颗粒。所述固体颗粒通过混合炉渣组分和粘合剂组分形成，所述炉渣组分含有一种或更多种反应活性硅酸盐化合物。所述室的体积提供充足的停留时间以与初始量相比至少20％的去除率来减少空气污染物的含量。
如上所述，据认为反应活性化合物是反应活性硅酸盐。此外，虽然本教导不局限于任何特定理论，但是在一些方面中，氧化钙也可以在与排放物流中的一种或更多种污染物(SOx、NOx和/或CO2)的反应中起作用。不限于本教导，据认为所述固体颗粒物料经受下述与二氧化碳有关的反应机理。燃烧源排出物中存在的水蒸气和二氧化碳在碱性pH环境下生成碳酸根离子。在反应活性硅酸盐的存在下，碳酸根离子与钙离子反应生成碳酸钙。据认为环境的碱度促进二氧化碳与氧化钙和硅酸盐的反应，并且还认为有利于在用过的固体物料中形成反应活性硅酸盐产品。用过的固体物料仍然含有反应活性硅酸盐和期望的高量碱金属离子，这有利于保持pH。据认为碳酸化反应降低固体物料的pH(至更加中性的条件)，因此任选的第三组分的碱度对调节pH而言可能是期望的。
再次参照图3和4，一种或更多种空气污染控制装置120(APCD)对排出反应器114的排放物流112进一步处理。如本领域技术人员所知的，排放物流含有一种或更多种除SOx、NOx和/或CO2之外的额外污染物。例如，除SOx、NOx和/或CO2之外，在来自锅炉、窑、熔炉和焚化炉的排放物流中常见的空气污染物包括一氧化碳、盐酸、氯氟烃、颗粒物质、挥发性有机化合物、气溶胶复合物、汞、铅、氨、臭氧及其组合和等同物。因此，在一些实施方案中，反应器114可顺便去除这些额外污染物的一部分，但预计可能需要额外的下游APCD(图3的120a)工序以将一种或更多种额外的污染物减少至可接受的浓度。典型的示例性APCD 120包括静电除尘器、布袋除尘器、旋风分离器、活性炭涤气器、烟道气脱硫涤气器、热氧化剂、变压吸附器、选择性催化反应器、选择性非催化反应器等。
在一些实施方案中，如图4所示的这些，污染去除系统还包括一种或更多种空气污染控制装置120a、120b(APCD)，以在排放物流112进入反应器114之前对其进行预处理。因此，可以除去任何额外的可能会与固体颗粒物料发生不利的或不期望的反应，或腐蚀或损坏装置的硬件的污染物。经反应器114和APCD(120a和/或120b)处理后，排放物流112被导入烟囱(stack)122并排入大气中。
在一些方面中，本公开提供一种减少水泥制造设备的SOx、NOx和CO2排放的方法。该方法包括使水泥制造原料(含有钙、硅、铝和铁的源)在窑中反应生成熔块和含有SOx、NOx和CO2的排放物流。至少一部分排放物流与例如前述实施方案中描述的固体颗粒物料接触。生成含有碳酸钙和/或硫酸钙的产物。上述实施方案所述的任何方法都可用于本实施方案。例如，在排出物与涤气材料接触前，可以在一种或更多种空气污染控制装置(APCD)中处理排放物流，以除去一种或更多种空气污染物。石灰石(即，碳酸钙)是石灰和水泥制造中使用的原料。同样，将石膏(即，硫酸钙)与波特兰水泥熔块一起研磨以形成波特兰水泥。在一些实施方案中，有益的是，将含有碳酸钙或硫酸钙的产物重新用作生产熔块和/或石灰的原料。因此，在水泥制造过程中，随后将生成的碳酸钙与原料结合以制备熔块或将硫酸钙与熔块结合来制备水泥。
本公开的方法可以减少水泥和/或石灰制造设备、铁和/或钢制造设备的SOx、NOx和CO2排放。该方法包括使固体颗粒物料与至少一部分排放物流接触，所述排放物流由铁和/或钢制造工艺的熔炉产生，其中包含SOx、NOx和CO2。所述熔炉可以是在上文炉渣源的上下文中描述的那些熔炉中的任一种，例如高炉(铁矿石加工)、平炉(钢加工)、氧气顶吹炼炉(钢加工)或电弧炉(钢加工)。固体颗粒物料含有粘合剂组分和不同于粘合剂组分的炉渣组分。所生成的含碳酸钙的产物能够重新用作工业过程中的原料。在一些实施方案中，炉渣组分含有在铁和/或钢制造过程中产生的炉渣。
在其它实施方案中，提供减少烃类燃烧源如电厂锅炉或焚烧炉的SOx、NOx和CO2排放的方法。烃类燃烧源包括所有能够燃烧烃类生成SOx、NOx和CO2的固定燃烧源，包括燃烧矿物燃料(例如，煤、甲烷)、合成燃料(例如，石油焦、合成气、乙醇)或任何其它各种烃类的设备。该方法包括使固体颗粒物料与至少一部分排放物流接触，所述排放物流由矿物燃料燃烧生成，且含有SOx、NOx和CO2。所述固体颗粒物料可以是上文描述的那些固体颗粒物料中的任一种。由此生成含有碳酸钙和/或硫酸钙的产物，其能够重新用作工业过程中的原料。已经关于多个优选实施方案描述了本发明。以下实施例给出了进一步的非限制性实施方案。
实施例I
通过在混合器中混合10wt％的III型(化学和物理性质类似于I型水泥，区别在于III型研磨地更细，以产生更高的早期强度，其范围为320至670m2/g布莱因细度，通常大于约450m2/g布莱因细度)波特兰水泥与90％的不锈钢炉渣制成固体粒状物料。将30％的水加入混合物(以湿重计63％的炉渣和7％的波特兰水泥)中直至形成平均粒径为约2至6mm的团粒状颗粒。将固体颗粒置于填充床反应器中，该反应器的反应床分为三段。反应器的直径为8英寸(约20cm)，长度为约3英尺(91cm)。将三段反应床填至约2.5英尺(约76cm)高。操作燃煤熔炉以产生流量为约41000立方英尺/分钟且含有硫氧化物(SOx)、氮氧化物(NOx)和二氧化碳的排出物。排出物进入填充床反应器入口时的温度约为323°F(约162℃)。在排出反应器的排放物流中，硫氧化物的浓度与入口时相比减少了约85wt％(例如，进入反应器的每100g硫氧化物中，只有15g存在于排放的气流中)，氮氧化物减少了约25％，二氧化碳减少了约31％。
在多个实施方案中，本公开提供了循环利用原本要贮存、填埋或丢弃的工业副产物的方法。例如，在一些实施方案中，提供了循环利用工业副产物的方法。固体颗粒物料由第一制造组分和第二制造组分混合制成。第一制造组分是含有一种或更多种反应活性硅酸盐化合物的炉渣组分。第二制造组分是作为废物流例如糖蜜形成的粘合剂组分。然后将工业过程产生的含有SOx、NOx和CO2的排放物流与固体物料接触。生成能够有利地重新用于例如工业过程中的含碳酸钙和/或硫酸钙的产物。在一些实施方案中，在所述接触后和所述生成后，固体颗粒物料用尽，但至少一部分用过的固体颗粒物料能够在工业制造过程中循环利用。
以该方式，本公开的方法还提供可持续发展的创新，其包括平衡目前增长和发展的需求和为后代保护自然及人造环境的需求。此外，本公开的方法和系统减少了低温条件下多种固定点源的硫氧化物、氮氧化物和/或二氧化碳的排放，并且除了减少温室气体排放之外，还使此类点源能够符合各种规定，以通过二氧化碳排放信用贸易计划获得经济和商业利益，以及减少伴随排放物流中存在的硫氧化物、氮氧化物和/或二氧化碳的潜在腐蚀和低效率。
2007年3月8日提交的国际申请PCT/US2007/005976要求2006年3月10日提交的美国临时专利申请60/782,325的优先权，上述申请的全部内容分别作为整体通过引用并入本文。

Claims (31)

1.一种减少由燃烧源产生的污染的方法，所述方法包括：
使含有从所述燃烧源排出的硫氧化物和二氧化碳的流体流与通过混合含有一种或更多种反应活性硅酸盐化合物的炉渣组分和粘合剂组分形成的固体物料接触，其中所述炉渣组分包含大于或等于25wt％的二氧化硅，并且在所述接触之前所述流体流的温度低于316℃，和其中与在所述接触之前所述流体流中存在的硫氧化物的初始量相比，在所述接触之后所述流体流中存在的硫氧化物的去除率大于或等于70％，并且与在所述接触之前所述流体流中存在的二氧化碳的初始量相比，在所述接触之后所述流体流中存在的二氧化碳的去除率大于或等于20％。
2.根据权利要求1的方法，还包括监测所述接触之后所述流体流中的硫氧化物和二氧化碳中至少一种的量。
3.根据权利要求1的方法，其中所述粘合剂组分包含选自波特兰水泥、水泥熔块、糖蜜、瓜尔胶和淀粉的一种或更多种物料，所述炉渣组分包含选自碳渣、气冷式高炉炉渣、颗粒状高炉炉渣、高炉炉渣微粉、膨胀和/或结块的高炉炉渣、氧气顶吹炼炉钢渣、平炉钢渣和电弧炉钢渣的一种或更多种物料。
4.根据权利要求1的方法，其中所述固体物料还包括含有氧化钙源和碱金属离子源的第三组分。
5.根据权利要求1的方法，其中所述固体物料的平均粒径为0.25mm至12mm。
6.根据权利要求5的方法，其中所述接触在含有所述固体物料的填充床反应器中进行，其中从所述填充床反应器入口到所述填充床反应器出口测得的所述反应器的压差小于或等于250Pa。
7.根据权利要求1的方法，还包括在首次接触后循环所述流体流以进行额外的接触，从而进一步去除硫氧化物和二氧化碳。
8.根据权利要求1的方法，其中所述固体物料中的所述炉渣组分与所述粘合剂组分之比以干重计为6∶1至99∶1。
9.根据权利要求1的方法，其中所述混合还包括将水与所述炉渣组分和所述粘合剂组分混合。
10.根据权利要求1的方法，其中所述接触还减少选自一氧化碳、氮氧化物、氯氟烃、盐酸、颗粒物质、挥发性有机化合物、气溶胶化合物、汞、铅、氨和臭氧的至少一种额外污染物的量。
11.根据权利要求1的方法，其中所述炉渣组分以干重计占所述固体物料的80wt％至97wt％，所述粘合剂组分以干重计占所述固体物料的3wt％至20wt％。
12.根据权利要求1的方法，其中所述温度高于或等于135℃且低于或等于232℃，并且在所述接触后硫氧化物的去除率大于或等于80％，在所述接触后二氧化碳的去除率大于或等于30％。
13.根据权利要求1的方法，其中所述固体物料是基本上干燥的固体物料，其水分含量小于总固体物料的3wt％。
14.根据权利要求1的方法，其中所述固体物料还包含含有氧化钙源和碱金属离子源的第三组分，其中所述第三组分包含大于或等于3wt％的游离石灰和大于或等于1wt％的Na2O、K2O或其组合。
15.根据权利要求1的方法，其中所述固体物料还包含含有氧化钙源和碱金属离子源的第三组分，其中所述粘合剂组分与所述第三组分不同，并且所述炉渣占所述固体物料的大于或等于40wt％至小于或等于70wt％，所述粘合剂组分占所述固体物料的大于或等于1wt％至小于或等于15wt％，所述第三组分占所述固体物料的大于或等于15wt％至小于或等于57wt％。
16.一种污染减少系统，其包括：
具有用于接收在燃烧源中产生的排放物流的入口和出口的填充床反应器，所述排放物流含有以初始量存在于其中的选自硫氧化物、氮氧化物和二氧化碳的至少两种空气污染物，所述反应器具有至少一个包含多个平均粒径0.25mm至12mm的固体颗粒的室，其中所述固体颗粒通过混合含有一种或更多种反应活性硅酸盐化合物的炉渣组分和粘合剂组分制成，其中所述炉渣组分包含大于或等于25wt％的二氧化硅，并且其中所述室具有与足够的停留时间对应的体积，以提供与所述初始量相比大于或等于20％的至少两种空气污染物去除率。
17.根据权利要求16的污染减少系统，其中所述填充床反应器包括两个或更多个室，其中在运行期间所述两个室中的一个是接收所述排放物流的在工作的室，而所述两个室中的另一个室是未工作的室，其中在运行期间所述排放物流穿过所述在工作的室，而所述未工作的室容纳含有所述多个固体颗粒的可置换筒。
18.根据权利要求16的污染减少系统，其中所述炉渣物料包含不锈钢钢渣，并且所述粘合剂组分包含波特兰水泥和/或水泥熔块。
19.根据权利要求16的污染减少系统，其中所述排放物流含有硫氧化物、氮氧化物和二氧化碳，并且所述去除率包括与所述排放物流中存在的硫氧化物初始量相比大于或等于70％的硫氧化物去除率、与所述排放物流中存在的二氧化碳初始量相比大于或等于20％的二氧化碳去除率和与所述排放物流中存在的氮氧化物初始量相比大于或等于20％的氮氧化物去除率。
20.根据权利要求16的污染减少系统，其中从所述反应器入口到所述反应器出口的压差为250Pa。
21.根据权利要求16的污染减少系统，其还包括与所述填充床反应器的所述入口流体连通的一种或更多种空气污染控制装置，其中所述一种或更多种空气污染控制装置对进入所述反应器之前的所述排放物流进行处理。
22.根据权利要求16的污染减少系统，还包括与所述填充床反应器的所述出口流体连通的一种或更多种空气污染控制装置，其中所述一种或更多种空气污染控制装置对从所述反应器排出之后的所述排放物流进行处理。
23.一种减少由燃烧源产生的污染的方法，该方法包括：
将在所述燃烧源中产生的排放物流体流导入填充床反应器，所述排放物流的温度低于316℃，所述排放物流体流包含二氧化碳和硫氧化物，所述反应器具有至少一个含有多个固体颗粒的室，所述多个固体颗粒的平均粒径为0.25mm至12mm，并且通过混合含有一种或更多种反应活性硅酸盐化合物的炉渣组分和粘合剂组分制成，其中所述炉渣组分包含大于或等于25wt％的二氧化硅；
使所述排放物流与所述反应器中的所述固体颗粒接触；和
监测从所述反应器排出的所述排放物流中存在的二氧化碳或硫氧化物污染物中至少一种的水平，其中在从所述反应器排出的所述流中二氧化碳或硫氧化物的各自水平比进入所述反应器的所述排放物流中的二氧化碳或硫氧化物的初始水平分别低至少20％。
24.权利要求23的方法，其中所述多个固体颗粒包含在置于所述室中的可置换筒中。
25.权利要求23的方法，其中所述温度高于或等于135℃且低于或等于232℃。
26.根据权利要求23的方法，其中所述粘合剂组分包括：波特兰水泥、水泥熔块、糖蜜、瓜尔胶和/或淀粉，并且所述炉渣组分包括碳渣、高炉炉渣和/或钢渣。
27.根据权利要求23的方法，其中所述排放物流包含硫氧化物、氮氧化物和二氧化碳，并且从所述反应器排出的所述流体中的硫氧化物水平比进入所述反应器的所述排放物流中的硫氧化物初始水平低至少70％；从所述反应器排出的所述流体中的二氧化碳水平比进入所述反应器的所述排放物流中的二氧化碳初始水平低至少30％；并且从所述反应器排出的所述流体中的氮氧化物水平比进入所述反应器的所述排放物流中的氮氧化物初始水平低至少20％。
28.根据权利要求23的方法，还包括在所述排出之后将所述排放物流循环至所述填充床反应器以除去额外量的所述至少一种空气污染物。
29.根据权利要求23的方法，其中所述固体颗粒是基本上干燥的固体颗粒，其水分含量小于总固体颗粒的3wt％。
30.根据权利要求23的方法，其中所述固体颗粒还包含含有氧化钙源和碱金属离子源的第三组分，其中所述第三组分包含大于或等于3wt％的游离石灰和大于或等于1wt％的Na2O、K2O或其组合。
31.根据权利要求23的方法，其中所述固体颗粒还包含含有氧化钙源和碱金属离子源的第三组分，其中所述粘合剂组分与所述第三组分不同，并且所述炉渣占所述固体颗粒的大于或等于40wt％至小于或等于70wt％，所述粘合剂组分占所述固体颗粒的大于或等于1wt％至小于或等于15wt％，所述第三组分占所述固体颗粒的大于或等于15wt％至小于或等于57wt％。
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