CN102892481A - 来自水泥厂的汞排放的降低 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种降低来自水泥厂的汞排放的方法，所述水泥厂包括至少颗粒收集装置和由一个或多个预热旋风分离器构成的预热塔。该方法包括将粉煤注射到所述水泥厂的至少一个预热旋风分离器中。

Description

来自水泥厂的汞排放的降低
技术领域
本发明涉及来自水泥厂的汞排放的降低。
背景技术
对美国汞排放源的研究导致认识水泥生产工厂为汞的主要排放来源。目前，在美国水泥厂是汞排放的第四大来源。美国环境保护局(EPA)提出法规来限制来自水泥厂的汞排放。提出的法规阐述来自现有水泥厂的汞排放的首要限制，并且加强对于新厂的限制。提出的法规设定现有来源的汞排放限制：26磅的汞/百万吨的物料(～13kg/百万吨)或43磅的汞/百万吨的生产的熔渣(～21.5kg/百万吨)。对于新的水泥厂，汞排放限制为14磅的汞/百万吨的生产的熔渣(～7.0kg/百万吨)。提出的法规设定在2013年生效。EPA估计当法规完全实施时，来自水泥厂的每年汞排放将降低至少81％。
已知，活性炭可以注射到含有汞蒸气的气流中。当汞蒸气接触活性炭颗粒时，汞被活性炭颗粒捕获和保持。然后，颗粒被颗粒收集装置收集，例如静电除尘器或集尘过滤器。
非常期望降低来自水泥厂的汞排放的相对廉价和又有效的方式。
发明概述
本发明提供以低成本降低汞排放的方法。本文提供的方法可以容易地引入现有水泥厂而不需要昂贵的重新构造。
本发明的实施方案是一种降低来自水泥厂的汞排放的方法，所述水泥厂包括至少颗粒收集装置和由一个或多个预热旋风分离器构成的预热塔。该方法包括将粉煤注射到所述水泥厂的至少一个预热旋风分离器中。
从随后的说明书、附图和所附权利要求书，将进一步明白本发明的这些和其他实施方案与特征。
附图简述
图1是通常水泥厂构造的示意图。
图2是典型水泥厂的预热塔的示意图。
图3是典型水泥厂的预热旋风分离器的示意图。
发明进一步详述
水泥厂构造改变，但是具有一些共同特征。示出相关部件的通常水泥厂构造示于图1。在具有原料磨机和预热塔的水泥厂中，来自原料磨机2(原磨机)的材料被供送至预热塔4(有时称为预煅烧塔)的顶部，并且从预热塔4到窑炉6。熔渣产生于窑炉，并且从窑炉排出。气流8a从窑炉6离开。气流8a进入预热塔4的底部，并且从预热塔4的顶部离开。然后气流8b经常在调节塔中冷却(通常由水冷却)。当原磨机2运行时，冷却的气流8b循环回到原磨机2；当原磨机不运行时，相反冷却的气流8b运行至颗粒收集装置10。在通过颗粒收集装置10后，通过穿过叠堆12运行，气流8c离开水泥厂。为了回输被颗粒收集装置10收集的颗粒，示出用于颗粒离开的三条管路30；还示出用于使颗粒返回至预热塔4的回输管路32。
附图不旨在理解为限制本发明。例如，本发明应用于不具有原料磨机的水泥厂、以及具有原料磨机的水泥厂。
在本发明的实施方案中，粉煤可以来自水泥厂外部的来源。可选地，如果煤炭在水泥厂处现场粉碎，粉煤可来自煤炭集尘室。
在本发明的方法中，粉煤注射到构成预热塔的一个或多个预热旋风分离器中。推荐的注射点随着煤炭类型、煤炭粒径、煤炭的挥发性和含水量、氧气水平等而改变。例如，在预热塔的高温区域(约400℃至约800℃)，煤炭的微粒的水分和蒸汽释放，并且更多孔径和更大表面积形成于煤炭的微粒中。
水泥厂的典型预热塔示于图2。预热塔4包括一个或多个预热旋风分离器26，也称为颗粒旋风分离器。通常预热塔中有一系列数个预热旋风分离器，经常为3至约7个预热旋风分离器。图2示出包括预热塔4的一系列预热旋风分离器26。如上所述，粉煤可以注射到一个或多种预热旋风分离器中；取决于注射的煤炭的特性，优选旋风分离器用于注射粉煤。
图3示出典型水泥厂的预热旋风分离器26。箭头28表示粉煤进入预热旋风分离器26的可能的注射点。
运行的优选方式是将水注射到水泥厂的至少一个预热旋风分离器中，使得粉煤至少部分经历蒸汽活化。优选地，水和粉煤一起注射；更优选地，粉煤和水混合，并且水和粉煤的混合物被注射。
在本发明实施中，使用粉煤降低汞排放。不希望受到理论的束缚，拒信粉煤接触汞和/或含汞化合物，然后其被粉煤吸附。粉煤微粒从预热塔中的注射点运行通过预热旋风分离器的气流排放孔，并且在水泥厂的颗粒收集装置中和其他颗粒一起被收集。从颗粒收集装置，粉煤(和收集的其他颗粒)可以回输通过工厂。在这种回输中，颗粒通常初始送至预热塔。
注意，粉煤由各种尺寸的颗粒构成。在预热塔中，微粒和离开预热塔的气流一起流动，并且最终至颗粒收集装置。煤炭的大尺寸颗粒运行离开预热塔进入窑炉；窑炉中的条件会破坏煤炭的吸附性能，使得其可以不再吸附汞。和气流一起运行的微粒之间的划界以及相反进入窑炉的大尺寸颗粒取决于数种变量，包括气流速度、预热旋风分离器中的条件等。
在一些情况下，包括粉煤的颗粒循环到水泥生产过程中。作为循环的一部分，粉煤返回预热塔。当煤炭进入预热塔时，被粉煤吸附的汞将从煤炭释放。稍后释放的汞可以重新捕获在颗粒收集装置中。
已经观察低水平的溴化增强活性炭吸附剂的除汞性能；就此而言参见美国专利No.6,953,494。有效地，有效量的含溴物质接触粉煤足够的时间以增加粉煤吸附汞和含汞化合物的能力。尽管预计注射足够的含溴物质以提供约5重量％的溴至粉煤会产生更好的汞吸附，但是推荐注射一定量的含溴物质以在粉煤上提供约1重量％的溴，并且可是优选的。通常预计注射足够的含溴物质以提供约15重量％的量至粉煤以制备甚至更可能的汞吸附剂，但是存在更大可能性：在一些情况下一些量的溴可从粉煤放出。更高程度的溴化通常和特定吸附剂的更大的最大汞能力有关。然而，含溴物质联合粉煤的最佳水平随着特定情况而改变。
合适的含溴物质包括溶解的金属溴化物，特别是K+、Na+或NH4 +的溴化物；卤化氢盐；元素溴和溴化氢。优选含溴物质是元素溴(Br2)和/或溴化氢(HBr)；优选地，元素溴和/或溴化氢当接触粉煤时是气体形式。粉煤和含溴物质的这种接触会显著地增强粉煤吸附汞和含汞化合物的能力。
在粉煤的加入过程中或之后，可以在任何点发生含溴物质和粉煤的接触。
在说明书或其权利要求中任何地方通过化学名称或化学式所提及的组分，不论以单数还是以复数形式提及，被确定为在与通过化学名称或化学品类型所提及的另一种物质(例如，另一种组分、溶剂等等)接触之前它们就存在。不考虑在所得混合物或溶液中发生什么初级化学变化、转变和/或反应(如果有的话)，因为这样的变化、转变和/或反应是在根据本公开物所声称的条件下将所指定的这些组分混在一起的自然结果。因此，这些组分被确定为与进行所需操作一道或在形成所需组合物时被混在一起的成分。
本发明可包含本文引用的材料和/或方法、由本文引用的材料和/或方法构成、或者基本上由本文引用的材料和/或方法构成。
如本文使用的，修饰本发明的组合物中成分的量或用于本发明的方法中的术语″约″是指数量的变化，所述数量可以例如通过用于在真实世界中制备浓缩物或使用溶液的典型测量和液体处理过程而产生；通过这些方法中的因疏忽而造成的错误；通过用于制备组合物或实施方法的成分的生产、来源或纯度中的差异；等。术语″约″还涵盖由于特定初始混合物组合物的不同平衡条件的差异的量。无论是否由术语″约″修饰，权利要求书包括所述量的等价形式。
除非另外清楚地指明，如果以及如本文所用的冠词“a″或“an″，不是打算并且也不应当被理解为将权利要求限制到该冠词涉及的单一要素。更合适地，除非文中另外清楚地表明，如果以及如本文所用的冠词“a″，或“an″，试图覆盖一种或更多这种要素。
本发明在它的实施中容易发生相当大的变化。因此，前面的叙述不希望和不应该认为将本发明限于在上文给出的具体示例方案。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种降低来自水泥厂的汞排放的方法，所述水泥厂包括至少颗粒收集装置和由一个或多个预热旋风分离器构成的预热塔，该方法的特征在于将粉煤注射到所述水泥厂的至少一个预热旋风分离器中，其中所述注射是在约400℃至约800℃的温度下进入至少一个预热旋风分离器中。
2.权利要求1所述的方法，其中所述水泥厂还包括煤炭集尘室，并且其中所述粉煤来自所述水泥厂的煤炭集尘室。
3.权利要求1所述的方法，其中所述粉煤来自所述水泥厂外部的来源。
4.权利要求1所述的方法，其中有效量的含溴物质接触所述粉煤足够的时间，以增强所述粉煤吸附汞和含汞化合物的能力，条件是所述含溴物质是元素溴时，在所述接触后所述粉煤不会返回所述窑炉或所述预热塔。
5.权利要求4所述的方法，其中在所述粉煤离开所述窑炉之后和所述颗粒收集装置之前，注射所述含溴物质。
6.权利要求4所述的方法，其中所述含溴物质包括元素溴和/或溴化氢。
7.权利要求1-6中任一项所述的方法，还包括和所述粉煤一起注射水。
8.权利要求7所述的方法，其中所述粉煤和水混合从而形成混合物，所述混合物被注射。
9.权利要求1所述的方法，其中所述粉煤具有微粒，所述微粒从所述预热塔流出到颗粒收集装置。

Claims (8)

1.一种降低来自水泥厂的汞排放的方法，所述水泥厂包括至少颗粒收集装置和由一个或多个预热旋风分离器构成的预热塔，该方法包括将粉煤注射到所述水泥厂的至少一个预热旋风分离器中。
2.权利要求1所述的方法，其中所述水泥厂还包括煤炭集尘室，并且其中所述粉煤来自所述水泥厂的煤炭集尘室。
3.权利要求1所述的方法，其中所述粉煤来自所述水泥厂外部的来源。
4.权利要求1所述的方法，其中有效量的含溴物质接触所述粉煤足够的时间，以增强所述粉煤吸附汞和含汞化合物的能力，条件是所述含溴物质是元素溴时，在所述接触后所述粉煤不会返回所述窑炉或所述预热塔。
5.权利要求4所述的方法，其中在所述粉煤离开所述窑炉之后和所述颗粒收集装置之前，注射所述含溴物质。
6.权利要求4所述的方法，其中所述含溴物质包括元素溴和/或溴化氢。
7.权利要求1-6中任一项所述的方法，还包括和所述粉煤一起注射水。
8.权利要求7所述的方法，其中所述粉煤和水混合从而形成混合物，所述混合物被注射。
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