CN103391805A - 使用溴或含溴化物有机组合物在煤燃烧期间减少汞排放 - Google Patents

使用溴或含溴化物有机组合物在煤燃烧期间减少汞排放 Download PDF

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Abstract

提供了使用溴和/或含溴化物有机化合物来减少煤燃烧期间的汞排放的方法和系统。

Description

使用溴或含溴化物有机组合物在煤燃烧期间减少汞排放
背景技术
2011年3月，美国环保署提出了汞大气有毒标准(MATS)以减少来自电气设施的汞大气排放。该规定一经发布，预计在2015年生效。其目标是阻止煤中91％的汞释放到大气中。EPA的报告指出，2009年来自电气设施的汞点源大气排放超过了66000磅。
一些汞可以通过SO2控制设备从燃煤电厂烟道气中去除。然而，烟道气通常包括大量的元素汞和氧化汞，SO2控制设备适于去除氧化汞，但不适于去除元素汞。低水平的溴，或溴的碱金属或碱土金属盐的水溶液，如溴化钙、溴化钠或溴化钾，可被用于氧化烟道气中的汞。然而，当溴化物被氧化时，其导致了溴的形成。至少一些溴可与元素汞相互作用形成非挥发性的汞盐，如HgBr2。相对于待去除的Hg量过量的溴化物值导致烟道气中存在大量的溴，这已知对于洗涤系统和电厂中的其它设备是具有腐蚀性的。
鉴于前述内容，最小化来自燃煤电厂烟道气的汞排放的方法，其适于从烟道气中去除氧化态和元素态的汞而不引起电厂中的腐蚀，在商业上将是有益的。
发明内容
本发明通过提供用于减少煤在燃烧期间的汞排放的方法满足了上述需求，包括在燃烧前或燃烧期间将包含溴和/或含溴化物有机化合物的组合物加入到煤中。在这些方法中，该溴和/或含溴化物有机化合物可包括有机溴化物如1-溴丙烷。本发明的优点在于，与已知的用于氧化烟道气中的汞的化合物如溴化钙相比，这样得到的溴和/或含溴化物有机化合物在导致电厂设备腐蚀方面的趋势低得多。
还提供了用于从来自煤燃烧产生的烟道气中减少汞排放的方法，包括将包含溴和/或含溴化物有机化合物的组合物加入到烟道气中。
还提供了用于燃烧煤以减少释放到大气中的汞的量的方法，包括：
(i)将包含溴和/或含溴化物有机化合物的组合物加入到煤中；(ii)将煤传送到煤燃烧炉中；(iii)在煤燃烧炉中燃烧包含该组合物的煤，产生灰烬和燃烧气；(iv)测量燃烧气中的汞水平；和(v)基于汞水平值调节加入到煤中的该组合物的量。
还提供了用于燃烧煤的系统，具有降低的释放到系统外的汞水平，包括：(a)包含溴和/或含溴化物有机化合物的组合物；(b)煤燃烧炉，其包含燃烧室，用于将燃烧气从燃烧室传送到出口的传送路径，和位于传送路径内的颗粒收集设备，其中所述出口位于传送路径外；(c)用于将煤传送到燃烧炉燃烧的装置；(d)位于传送路径内的用于测量传送路径内的汞水平的装置；(e)被设置用于在煤传送到燃烧炉中之前将组合物传送到煤中的组合物传送装置；和(f)控制器，其被设置用于从汞测量装置接收输出信号，并可操作地连接到组合物传送装置以基于该输出信号的值调节组合物的传送。
溴和/或含溴化物有机化合物
可用于本发明的溴和/或含溴化物有机化合物包括但不限于：1-溴丙烷、溴氯甲烷、二溴甲烷、和干性阻燃剂，如四溴双酚A、乙撑双(四溴邻苯二甲酰亚胺)、十溴二苯醚、十溴二苯乙烷、六溴环十二烷、EARTHWISE(如Albemarle Corporation2010年10月所售)、和GREENARMOR(如Albemarle Corporation2010年10月所售)、以及液体阻燃剂，如四溴邻苯二甲酸酐与二乙二醇和丙二醇的混合酯。干性阻燃剂被/可被通过使用重力进料设备分散到粉碎的煤上或者使用喷枪或其它适合的设备在压力下喷射到粉碎的煤上。
处理煤以减少燃烧期间的汞排放的
在本发明的方法和系统中，包含溴和/或含溴化物有机化合物的组合物，或至少一部分该组合物，可在煤燃烧之前或燃烧期间加入到煤中以减少燃烧期间的汞排放。
此处描述的包含溴和/或含溴化物有机化合物的组合物可在煤燃烧前加入到其中或其上。例如，煤可以是颗粒状煤，且可任选地根据常规的步骤粉碎或粉化。该组合物可以作为液体或固体加入到煤上。通常，固体组合物呈粉末形式。如果组合物作为液体加入，则煤在进料到燃烧器中时可保持潮湿。在煤燃烧设备中，该组合物可在煤处于传送器、螺杆挤压机或其它进料装置上时通过喷射或混合到煤上而连续加入到煤上。另外或替代地，该组合物可在煤燃烧设备或煤生产商(coal producer)处单独与煤混合。该组合物可以在煤进料到燃烧器中时作为液体或粉末加入到煤中。例如，该组合物可施加到在注射前粉碎煤的粉碎机中。如果需要，可变化该组合物的添加速率以获得需要水平的汞排放。可监测烟道气中的汞的水平，并根据需要上下调节组合物添加水平以保持需要的汞水平。
此处描述的包含溴和/或含溴化物有机化合物的组合物可被分批的或连续加入到煤中。连续添加时，处理水平可基于燃烧煤的进料速率。分批添加组合物时，如在煤生产商或在单独的混合设备处，处理水平可基于处理的煤的重量。另外，添加速率或处理水平可基于测定的汞排放水平来调节。
处理燃煤电厂烟道气以减少汞排放
在本发明的方法和系统中，包含溴和/或含溴化物有机化合物的组合物，或至少一部分该组合物，也可加入到含汞废气中以减少随气体的汞排放。例如，该组合物可加入到燃煤电厂的烟道气中以减少汞排放。
该组合物可插入或注入到煤燃烧设备的传送路径中以降低汞水平。该组合物可加入到火球(由煤的燃烧引起的)下游的传送路径的一个区域，该区域的温度在约1500℉(816℃)以上，并小于约2200℉(1204℃)的火球温度。在煤燃烧前加入时，该组合物可为液体或固本(粉末)形式。该组合物添加到传送路径中的速率可根据此处描述的汞监测结果而变化。
不管是处理煤还是烟道气，组合物可以以这样的量加入，使得基于待燃烧/正燃烧的煤存在至少约20ppm的溴或溴化物，以实现烟道气中的汞排放的至少约90％的减少。根据说明书的教导，本领域技术人员可确定提供至少约20ppm的溴或溴化物所需的组合物的量，也可确定为了获得如70％、80％等的减少量所需的溴/溴化物的ppm值。典型地，与相同组合物的固体相比，液态溶液的用量更大。例如，当组合物包含1-溴丙烷时，基于待燃烧/正燃烧的煤，可以添加至少约75ppm重量的35wt％的1-溴丙烷，或至少约25ppm重量的固体CH2Br2(100％活性)。同样，根据说明书的教导，本领域技术人员可确定实现，例如至少约70％的烟道气汞排放减少，至少约80％的减少等的适合的组合物量。
当使用本发明的方法和系统时，从燃煤设备到环境的汞排放被减少至少约70％，至少约80％，或甚至至少约90％，基于燃烧的煤中的总汞量。用于此应用时，至少约70％的汞减少意味着燃烧的煤中至少约70％的汞被捕获以防止其释放到大气中。足够量的如此处描述的包含溴和/或含溴化物有机化合物的组合物，可在煤燃烧之前或燃烧期间加入到煤中以将汞向环境中的排放减少至少约70％或更多，或可被用于处理烟道气以获得相同的结果，或者一部分组合物在煤燃烧之前或燃烧期间加入到煤中，一部分组合物被用于处理烟道气。
汞水平可由常规分析设备采用工业标准检测和测定方法监测。监测可人工或自动地定期进行。例如，汞排放可每小时监测一次，以确保符合政府规定。举例来说，可使用Ontario Hydro方法。在该已知的方法中，气体被收集预定的时间，例如一小时。将汞从收集的气体中沉淀出来，采用合适的方法如原子吸收将其水平量化。根据技术和商业的可行性，监测也可以以比每小时一次更高或更低的频率。市售的汞连续监测器可被用于测量汞并以一合适的频率产生一个数值，例如，每3-7分钟一次。汞监测器的输出可被用于控制此处描述的包含溴和/或含溴化物有机化合物的组合物的添加速率。基于监测结果，组合物的添加速率可通过提高添加水平、降低添加水平或使其不变来调节。举例来说，如果监测显示汞水平高于预期，可提高组合物的添加速率直至汞水平返回到要求的水平。如果汞水平处于要求的水平，组合物的添加速率可保持不变。或者，可降低组合物的添加速率直至监测显示其应被提高以避免高的汞水平。
可在传送路径内合适的位置监测汞。例如，可在颗粒控制系统的清洁侧监测和测量释放到大气中的汞。也可在颗粒控制系统上游的传送路径内的某个点监测汞。试验表明，当不添加汞减少剂时，煤中20％到30％的汞被捕获在灰烬中，未释放到大气中。根据本发明的组合物的添加提高了汞捕获量(并由此减少了汞排放量)到至少约70％。
汞排放可使用工业标准方法如美国测量和材料协会(ASTM)公布的方法或国际标准组织(ISO)公布的国际标准进行监测。可将包含分析设备的装置置于传送路径中，位于根据本发明的包含溴和/或含溴化物有机化合物的组合物的添加点下游。例如，可将汞监测器置于颗粒控制系统的清洁侧。测量的汞水平可被用于提供反馈信号到泵、螺线管、喷射器、和其它设备，致动或控制它们以调节组合物到煤燃烧系统的添加速率。作为选择或另外地，组合物添加速率可由人操作者基于观测到的汞排放水平来进行调节。
尽管本发明已用一个或多个优选的具体实施方式进行了描述，但应理解的是，在不脱离下面权利要求中阐明的本发明的保护范围的情况下也可以做出其它改进。

Claims (4)

1.一种用于减少煤在燃烧期间的汞排放的方法，该方法包括在燃烧前或燃烧期间，将包含溴和/或含溴化物有机化合物的组合物加入到煤中。
2.根据权利要求1的方法，其中所述溴和/或含溴化物有机化合物包括1-溴丙烷、溴氯甲烷、二溴甲烷、四溴双酚A、乙撑双(四溴邻苯二甲酰亚胺)、十溴二苯醚、十溴二苯乙烷、六溴环十二烷、EARTHWISE(如Albemarle公司2010年10月所售)、GREENARMOR(如Albemarle公司2010年10月所售)、或四溴邻苯二甲酸酐与二乙二醇和丙二醇的混合酯。
3.一种用于燃烧煤以减少释放到大气中的汞的量的方法，包括：
(i)将包含溴和/或含溴化物有机化合物的组合物加入到煤中；
(ii)将煤传送到煤燃烧炉中；
(iii)在煤燃烧炉中燃烧包含所述组合物的所述煤，产生灰烬和燃烧气；
(iv)测量燃烧气中的汞水平；和
(v)基于汞水平值调节加入到煤中的所述组合物的量。
4.一种用于燃烧煤的系统，具有降低的释放到系统外的汞水平，包括：
(a)包含溴和/或含溴化物有机化合物的组合物；
(b)煤燃烧炉，其包含燃烧室，用于将燃烧气从燃烧室传送到出口的传送路径，和位于所述传送路径内的颗粒收集设备，其中所述出口位于所述传送路径外；
(c)用于将煤传送到燃烧炉燃烧的装置；
(d)位于所述传送路径内的用于测量所述传送路径内的汞水平的装置；
(e)被设置用于在煤传送到燃烧炉中之前将组合物传送到煤中的组合物传送装置；和
(f)控制器，其被设置用于从汞测量装置接收输出信号，并可操作地连接到组合物传送装置以基于所述输出信号的值调节组合物的传送。
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