JP6545616B2 - 水銀を除去する吸着剤 - Google Patents

Description

関連出願書類の相互参照
本出願書類は、２０１２年６月１１日に提出された標題「水銀を除去する吸着剤」である米国仮出願第６１／６５８，２５８号、および２０１３年３月１５日に提出された標題「水銀を除去する吸着剤」である米国特許出願第１３／８４１，３１５号の優先権を請求するものであり、その全内容はこの参照により本明細書に組み込まれる。

水銀は既知の環境危険であり、ヒトおよびヒト以外の動物種に健康問題を引き起こす。米国では年間約５０トンが大気中に放出され、放出される水銀のかなりの割合は電気公益事業などの石炭燃焼施設からの放出に由来する。市民の健康を守り、環境を保護するため、公益事業産業はシステムを開発、検証、実行し、その工場からの水銀放出レベルを削減し続けている。炭素質材料の燃焼では、水銀および他の好ましくない化合物が大気中に放出されないように、燃焼段階後にこれらの物質が捕捉および保持されるプロセスを有することが望ましい。

燃焼排ガスから水銀を除去する最も有望な解決策の１つは、活性炭注入（ＡＣＩ）である。活性炭は、容易に調達でき、高度に多孔質の非毒性材料であり、水銀蒸気に高い親和性を示す。この技術は、都市ごみ焼却炉で使用するため、すでに確立されている。前記ＡＣＩ技術は水銀除去に効果的であるが、活性炭と燃焼排ガスとの接触時間が短いと、前記活性炭の完全な吸着能力が効率的に利用されない。水銀は、炭素が燃焼排ガスに運ばれる間、ボイラーからのフライアッシュと一緒に吸着される。炭素およびフライアッシュは、電気集塵装置（ＥＳＰ）またはバグハウスなどの微粒子捕捉装置によって取り除かれる。
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１，９８４，１６４号明細書
（特許文献２） 米国特許第３，１９４，６２９号明細書
（特許文献３） 米国特許第４，１９６，１７３号明細書
（特許文献４） 米国特許第４，４９１，６０９号明細書
（特許文献５） 米国特許第４，５００，３２７号明細書
（特許文献６） 米国特許第４，７０８，８５３号明細書
（特許文献７） 米国特許第５，０１９，１６２号明細書
（特許文献８） 米国特許第５，０６４，８０５号明細書
（特許文献９） 米国特許第５，１８７，１４１号明細書
（特許文献１０） 米国特許第５，３３６，８３５号明細書
（特許文献１１） 米国特許第５，４３５，９８０号明細書
（特許文献１２） 米国特許第５，６９５，７２６号明細書
（特許文献１３） 米国特許第５，７２６，１１８号明細書
（特許文献１４） 米国特許第６，５８９，３１８号明細書
（特許文献１５） 米国特許第６，６３８，３４７号明細書
（特許文献１６） 米国特許第６，７１９，８２８号明細書
（特許文献１７） 米国特許第６，８０８，６９２号明細書
（特許文献１８） 米国特許第６，８１８，０４３号明細書
（特許文献１９） 米国特許第６，８４８，３７４号明細書
（特許文献２０） 米国特許第６，８７８，３５８号明細書
（特許文献２１） 米国特許第６，９５３，４９４号明細書
（特許文献２２） 米国特許第６，９６０，３２９号明細書
（特許文献２３） 米国特許第７，４０４，９４０号明細書
（特許文献２４） 米国特許第７，４３５，２８６号明細書
（特許文献２５） 米国特許第７，５１４，０５２号明細書
（特許文献２６） 米国特許第８，０８０，０８８号明細書
（特許文献２７） 米国特許第８，１６８，１４７号明細書
（特許文献２８） 米国特許第８，３０９，０４６号明細書
（特許文献２９） 米国特許出願公開第２００４／０００３７１６号明細書
（特許文献３０） 米国特許出願公開第２００４／００１３５８９号明細書
（特許文献３１） 米国特許出願公開第２００４／００７４３９１号明細書
（特許文献３２） 米国特許出願公開第２００４／０２４４６５７号明細書
（特許文献３３） 米国特許出願公開第２００５／００３９５９８号明細書
（特許文献３４） 米国特許出願公開第２００５／０１４７５４９号明細書
（特許文献３５） 米国特許出願公開第２００６／００５１２７０号明細書
（特許文献３６） 米国特許出願公開第２００６／００４８６４６号明細書
（特許文献３７） 米国特許出願公開第２００６／００９０６４６号明細書
（特許文献３８） 米国特許出願公開第２００６／０２０４４１８号明細書
（特許文献３９） 米国特許出願公開第２００６／０２０５５９２号明細書
（特許文献４０） 米国特許出願公開第２００７／０１２２３２７号明細書
（特許文献４１） 米国特許出願公開第２００７／０１８０９９０号明細書
（特許文献４２） 米国特許出願公開第２００７／０２３４９０２号明細書
（特許文献４３） 米国特許出願公開第２００８／０１３４８８８号明細書
（特許文献４４） 米国特許出願公開第２００８／０２７４８７４号明細書
（特許文献４５） 米国特許出願公開第２００９／００１０８２８号明細書
（特許文献４６） 米国特許出願公開第２００９／０００７７８５号明細書
（特許文献４７） 米国特許出願公開第２００９／０１３６４０１号明細書
（特許文献４８） 米国特許出願公開第２０１２／０１０００５３号明細書
（特許文献４９） 米国特許出願公開第２０１２／０１８３４５８号明細書
（特許文献５０） 米国特許出願公開第２０１０／００２５３０２号明細書
（特許文献５１） 米国特許出願公開第２０１１／００７６２１０号明細書
（特許文献５２） 米国特許第８，０５７，５７６号明細書
（特許文献５３） 米国特許出願公開第２００９／００８１０９２号明細書
（特許文献５４） 米国特許出願公開第２００７／０２３４９０２号明細書
（特許文献５５） 独国特許発明第５８８５３１号明細書４
（特許文献５６） 特開昭４９−５３５９１号公報
（特許文献５７） 特開昭４９−５３５９２号公報
（特許文献５８） 欧州特許出願公開第０２８９８０９号明細書
（特許文献５９） 国際公開第２００７／１１２２４８号
（特許文献６０） 国際公開第２０１１／１２７３２３号
（特許文献６１） 国際公開第２０１２／０３０５６０号
（特許文献６２） カナダ国特許出願公開第２０３６７４６号明細書
（特許文献６３） 国際公開第０３／０９３５１８号
（非特許文献）
（非特許文献１） ＧＬＥＩＳＥＲ ｅｔ ａｌ．，"Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｍｅｒｃｕｒｙ ｆｒｏｍ ＭＳＷ Ｃｏｍｂｕｓｔｏｒｓ ｂｙ Ｓｐｒａｙ Ｄｒｙｅｒ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ａｃｔｉｖａｔｅｄ Ｃａｒｂｏｎ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ"，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ａｎ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，Ｗｉｌｌｉａｍｓｂｕｒｇ，Ｖｉｒｇｉｎｉａ，Ｍａｒｃｈ １９９３．
（非特許文献２） ＧＲＡＮＩＴＥ ｅｔ ａｌ．，"Ｎｏｖｅｌ Ｓｏｒｂｅｎｔｓ ｆｏｒ Ｍｅｒｃｕｒｙ Ｒｅｍｏｖａｌ ｆｒｏｍ Ｆｌｕｅ Ｇａｓ"，Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ & Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ （Ａｐｒｉｌ ２０００），３９（４）：１０２０−１０２９．
（非特許文献３） Ｏｆｆｉｃｅ ｏｆ Ｉｎｓｐｅｃｔｏｒ Ｇｅｎｅｒａｌ，Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ Ｒｅｐｏｒｔ： Ａｄｄｉｔｉｏｎａｌ Ａｎａｌｙｓｅｓ ｏｆ Ｍｅｒｃｕｒｙ Ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ Ｎｅｅｄｅｄ Ｂｅｆｏｒｅ ＥＰＡ Ｆｉｎａｌｉｚｅｓ Ｒｕｌｅｓ ｆｏｒ Ｃｏａｌ−Ｆｉｒｅｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｕｔｉｌｉｔｉｅｓ，Ｒｅｐｏｒｔ Ｎｏ．２００５−Ｐ−００００３，Ｆｅｂｒｕａｒｙ ３，２００５，ｐｐ．１−５４．
（非特許文献４） ＷＨＩＴＥ ｅｔ ａｌ．"Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｏｗｄｅｒｅｄ Ａｃｔｉｖａｔｅｄ Ｃａｒｂｏｎ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｍｅｒｃｕｒｙ Ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ ｆｒｏｍ ａ Ｍｕｎｉｃｉｐａｌ Ｗａｓｔｅ Ｃｏｍｂｕｓｔｏｒ，"Ｐａｐｅｒ Ｎｏ．９２−４０．０６，１９９２ Ａｎｎｕａｌ Ｍｅｅｔｉｎｇ，Ａｉｒ ａｎｄ Ｗａｓｔｅ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ，Ｋａｎｓａｓ Ｃｉｔｙ，Ｍｉｓｓｏｕｒｉ，Ｊｕｎｅ １９９２．
（非特許文献５） Ｂ−ＰＡＣＴＭ Ｈｉｇｈ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｍｅｒｃｕｒｙ Ｓｏｒｂｅｎｔ，Ｊａｎｕａｒｙ １，２００４，ｒｅｔｒｉｅｖｅｄ ｆｒｏｍ ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｍａｙ １６，２０１４ ａｔ ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ａｌｂｅｒｍａｒｌｅ．ｃｏｍ
（非特許文献６） ＦＥＮＧ ｅｔ ａｌ．，"Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ Ｍａｔｅｒｉａｌ，"Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｐｒｅｓｓ，ｐａｇｅ １３６
（非特許文献７） Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｓｅａｒｃｈ Ｒｅｐｏｒｔ （Ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ） ｆｏｒ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｎｏ．１３８０４６３３ ｄａｔｅｄ Ｆｅｂｒｕａｒｙ ８，２０１６
（非特許文献８） Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｅａｒｃｈ Ｒｅｐｏｒｔ ｄａｔｅｄ Ｏｃｔｏｂｅｒ １１，２０１３ ｒｅｃｅｉｖｅｄ ｆｏｒ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ＰＣＴ／ＵＳ２０１３／０４５０６１
（非特許文献９） ＹＡＮ ｅｔ ａｌ．，Ｂｅｎｃｈ−Ｓｃａｌｅ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃａｒｂｏｎ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｎ Ｍｅｒｃｕｒｙ Ｖａｐｏｕｒ Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ，ｐｐ．２４０１−２４０９ （２００４）； Ｆｕｅｌ ８３
（非特許文献１０） ＧＨＯＲＩＳＨＩ ｅｔ ａｌ．，Ａｎ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ｍｅｒｃｕｒｙ Ｓｏｒｐｔｉｏｎ ｂｙ Ａｃｔｉｖａｔｅｄ Ｃａｒｂｏｎｓ ａｎｄ Ｃａｌｃｉｕｍ Ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ，ｐｐ．１−１４ （１９９８），ｐｕｂｌｉｓｈｅｄ ｐａｐｅｒ １０／９６−３−９７； ＥＰＡ，Ｏｆｆｉｃｅ ｏｆ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，Ａｉｒ Ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ Ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ & Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ，ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ａｔ Ｎｏｒｔｈ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｗａｓｔｅ ｔｏ Ｅｎｅｒｇｙ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ（Ａｐｒｉｌ １９９７）
（非特許文献１１） ＭＵＬＬＥＲ ｅｔ ａｌ．，Ｒｅｍｏｖａｌ ｏｆ Ｅｌｅｍｅｎｔａｌ Ｍｅｒｃｕｒｙ ｆｒｏｍ Ｂａｙｅｒ Ｓｔａｃｋ Ｕｓｉｎｇ Ｓｕｌｆｕｒ−Ｉｍｐｒｅｇｎａｔｅｄ Ａｃｔｉｖａｔｅｄ Ｃａｒｂｏｎｓ，ｐｐ．１３３−１４２ （２０１２），Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｊｏｕｒｎａｌ ２１１−２１２
（非特許文献１２） ＬＥＥ ｅｔ ａｌ．，Ｇａｓ−Ｐｈａｓｅ Ｍｅｒｃｕｒｙ ｒｅｍｏｖａｌ ｂｙ Ｃａｒｂｏｎ−Ｂａｓｅｄ Ｓｏｒｂｅｎｔｓ，ｐｐ．１９７−２０６ （２００３），Ｆｕｅｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ８４
（非特許文献１３） ＬＯＵ ｅｔ ａｌ．，Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｍｅｒｃｕｒｙ ｏｎ Ｔｈｒｅｅ Ａｃｔｉｖａｔｅｄ Ｃａｒｂｏｎ Ｓｏｒｂｅｎｔｓ，ｐｐ．６７９−６８５，（２００６），Ｆｕｅｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ８７
（非特許文献１４） ＵＤＤＩＮ ｅｔ ａｌ．，Ｒｏｌｅ ｏｆ ＳＯ２ ｆｏｒ Ｅｌｅｍｅｎｔａｌ Ｍｅｒｃｕｒｙ Ｒｅｍｏｖａｌ ｆｒｏｍ Ｃｏａｌ Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ Ｆｌｕｅ Ｇａｓ ｂｙ Ａｃｔｉｖａｔｅｄ Ｃａｒｂｏｎ，ｐｐ．２２８４−２２８９（２００８），Ｅｎｅｒｇｙ & Ｆｕｅｌｓ，Ｖｏｌ．２２，Ｎｏ．４

様々な実施形態が、標準的な試験法（ＡＳＴＭ）Ｄ−４６０７またはそれと同等の方法により決定した重量ヨウ素価（ｇｒａｖｉｍｅｔｒｉｃ ｉｏｄｉｎｅ ｎｕｍｂｅｒ）、および（ＡＳＴＭ）Ｄ−２８５４またはそれと同等の方法により決定した見掛け密度に基づき、容積ヨウ素価（ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ ｉｏｄｉｎｅ ｎｕｍｂｅｒ）が４５０ｍｇ／ｃｃを超える吸着物質を有する水銀吸着物質に関する。一部の実施形態では、前記容積ヨウ素価が約５００ｍｇ／ｃｃ〜約６５０ｍｇ／ｃｃである。前記吸着物質は、これに限定されるものではないが、活性炭、再活性炭、グラファイト、グラフェン、カーボンブラック、ゼオライト、シリカ、シリカゲル、粘土、およびその組み合わせを含む、当該分野で既知のいかなる物質とすることもできる。一部の特定の実施形態では、前記吸着物質の平均粒経（ＭＰＤ）が約１μｍ〜約３０μｍである。特定の実施形態では、前記水銀吸着物質が、これに限定されるものではないが、塩素、臭素、ヨウ素、臭化アンモニウム、塩化アンモニウム、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、三塩化カリウム、三臭化カリウム、三ヨウ化カリウム、およびその組み合わせなどの１若しくはそれ以上の酸化剤を含んでもよく、前記１若しくはそれ以上の酸化剤は全吸着物質の約５重量％〜約５０重量％としてもよい。特定の実施形態では、前記水銀吸着物質は、例えば、アンモニウム含有化合物、アンモニア含有化合物、アミン含有化合物、アミド含有化合物、イミン含有化合物、第４級アンモニウム含有化合物、およびその組み合わせなどの１若しくはそれ以上の窒素供給源を含んでもよく、前記１若しくはそれ以上の窒素供給源は全吸着物質の約５重量％〜約５０重量％としてもよい。一部の実施形態では、前記１若しくはそれ以上の窒素供給源がヨウ化アンモニウム、臭化アンモニウム、または塩化アンモニウム、アミンハロゲン化物、第４級アンモニウムハロゲン化物、有機ハロゲン化物、およびその組み合わせであってもよい。さらなる実施形態では、前記水銀吸着物質が、これに限定されるものではないが、炭酸カルシウム、酸化カルシウム、水酸化カルシウム、炭酸マグネシウム、水酸化マグネシウム、酸化マグネシウム、炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、セスキ炭酸ナトリウム二水和物、およびその組み合わせなどのアルカリ性剤を含んでもよく、前記アルカリ性剤は吸着物質１００グラムあたり約０．１５当量以上の濃度で提供されてもよい。

他の実施形態は、標準的な試験法（ＡＳＴＭ）Ｄ−４６０７またはそれと同等の方法により決定した重量ヨウ素価、および（ＡＳＴＭ）Ｄ−２８５４またはそれと同等の方法により決定した見掛け密度に基づき、容積ヨウ素価が４５０ｍｇ／ｃｃを超える吸着物質を含む燃焼排ガスから水銀を除去するシステムに関する。一部の実施形態では、前記容積ヨウ素価が約５００ｍｇ／ｃｃ〜約６５０ｍｇ／ｃｃである。前記システムは、これに限定されるものではないが、活性炭、再活性炭、グラファイト、グラフェン、ゼオライト、シリカ、シリカゲル、粘土、およびその組み合わせを含む、当該分野で既知のいかなる物質とすることもできる。一部の特定の実施形態では、前記吸着物質の平均粒経（ＭＰＤ）が約１μｍ〜約３０μｍである。特定の実施形態では、前記システムは、これに限定されるものではないが、塩素、臭素、ヨウ素、臭化アンモニウム、塩化アンモニウム、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、三塩化カリウム、三臭化カリウム、三ヨウ化カリウム、およびその組み合わせなどの１若しくはそれ以上の酸化剤を含んでもよく、前記１若しくはそれ以上の酸化剤は全吸着物質の約５重量％〜約５０重量％としてもよい。特定の実施形態では、前記システムは、例えば、アンモニウム含有化合物、アンモニア含有化合物、アミン含有化合物、アミド含有化合物、イミン含有化合物、第４級アンモニウム含有化合物、およびその組み合わせなどの１若しくはそれ以上の窒素供給源を含んでもよく、前記１若しくはそれ以上の窒素供給源は全吸着物質の約５重量％〜約５０重量％としてもよい。一部の実施形態では、前記１若しくはそれ以上の窒素供給源はヨウ化アンモニウム、臭化アンモニウム、または塩化アンモニウム、アミンハロゲン化物、第４級アンモニウムハロゲン化物、有機ハロゲン化物、およびその組み合わせとしてもよい。さらなる実施形態では、前記システムが、これに限定されるものではないが、炭酸カルシウム、酸化カルシウム、水酸化カルシウム、炭酸マグネシウム、水酸化マグネシウム、酸化マグネシウム、炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、セスキ炭酸ナトリウム二水和物、およびその組み合わせなどのアルカリ性剤を含んでもよく、前記アルカリ性剤は吸着物質１００グラムあたり約０．１５当量以上の濃度で提供されてもよい。

さらなる実施形態は、標準的な試験法（ＡＳＴＭ）Ｄ−４６０７またはそれと同等の方法により決定した重量ヨウ素価、および（ＡＳＴＭ）Ｄ−２８５４またはそれと同等の方法により決定した見掛け密度に基づき、容積ヨウ素価が４５０ｍｇ／ｃｃを超える吸着物質を、燃焼排ガス流に注入する工程を含む水銀除去法に関する。一部の実施形態では、前記吸着物質が約５００ｍｇ／ｃｃ〜約６５０ｍｇ／ｃｃの容積ヨウ素価を有してもよい。前記吸着物質は、例えば、活性炭、再活性炭、グラファイト、グラフェン、ゼオライト、シリカ、シリカゲル、粘土、およびその組み合わせとしてもよく、平均粒経（ＭＰＤ）が約１μｍ〜約３０μｍであってもよい。前記吸着物質はさらに、上述の添加物のいずれかを含んでもよい。

以下の詳細な説明では、添付の図を参照し、図がその一部を形成している。図では、文脈でそうでないことを示していない限り、典型的には、同じ記号は同じ成分を識別する。詳細な説明、図、請求項で説明された具体例は、制限する意図はない。本明細書に示された主題の精神または範囲から離れずに、他の実施形態を利用し、他の変更を行うことができる。全体的に本明細書で説明され、図で図示されているとおり、本開示の態様は、広範な異なる形態で準備、提出、統合、分離、デザインすることができ、そのすべてが本明細書で明確に検討されている。
図１は、重量ヨウ素価と水銀の吸収との関係を示したグラフである。 図２は、容積ヨウ素価と吸着剤の水銀の吸収との関係を示したグラフである。

本組成および方法について説明する前に、記載された特定の工程、組成、または方法論は変化する可能性があるため、本発明はこれらに限定されるものではないことは理解されるものとする。説明に使用される用語は特定の説明または実施形態のみを説明する目的で使用されており、添付の請求項によってのみ限定される、本発明の範囲を制限する意図はないことも理解されるものとする。他に定義のない限り、本明細書で用いたすべての技術および科学用語は、当業者に一般的に理解されるものと同じ意味を有する。本明細書で説明されたものと同一または同等のいかなる方法および材料も、本発明の実施形態の実施または検証に用いることができるが、好ましい方法、装置、および材料が今回説明される。本明細書に記載されたすべての出版物は、この参照によりその全体が組み込まれる。本明細書中に、本発明が先願発明に基づき、そのような開示に先行する権利はないことの承認として解釈される事項はない。

本明細書および添付の請求項に用いるとおり、内容ではっきりそうでないことを示していない限り、単数形の「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は複数の言及も含むことにも注意する必要がある。したがって、例えば、「ａ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｃｈａｍｂｅｒ（燃焼室）」の言及は、１若しくはそれ以上の燃焼室および当業者に周知のその同等物などの言及である。

本明細書に用いるとおり、「約」という用語は、使用される数値のプラスまたはマイナス１０％を意味する。したがって、約５０％は４５〜５５％の範囲を意味する。

本発明の実施形態は、燃焼排ガス流中の水銀除去能力を高めた水銀吸着剤に関する。そのような水銀吸着剤は、ヨウ素価３００ｍｇ／ｇを超える水銀吸着物質を含み、他の実施形態では、前記水銀吸着物質のヨウ素価を約７００ｍｇ／ｇ〜約１５００ｍｇ／ｇとしてもよい。さらに他の実施形態では、これらの水銀吸着剤が、前記水銀吸着物質の有効性をさらに高める１若しくはそれ以上の添加物を含んでもよい。

様々な実施形態の吸着剤組成の水銀吸着剤には、水銀に親和性を有するいかなる物質が含まれてもよい。例えば、一部の実施形態では、前記水銀吸着物質は、これに限定されるものではないが、活性炭、再活性炭、グラファイト、グラフェン、ゼオライト、シリカ、シリカゲル、粘土、およびその組み合わせを含む、水銀に親和性を有する多孔質吸着剤とすることができ、特定の実施形態では、前記水銀吸着物質が活性炭である。前記水銀吸着物質はいかなる平均粒経（ＭＰＤ）を有していてもよい。例えば、一部の実施形態では、前記水銀吸着物質のＭＰＤは約０．１μｍ〜約１００μｍであり、他の実施形態では、前記ＭＰＤは約１μｍ〜約３０μｍである。さらに他の実施形態では、前記水銀吸着物質のＭＰＤが約１５μｍ未満であり、一部の特定の実施形態では、前記ＭＰＤが約２μｍ〜約１０μｍ、約４μｍ〜約８μｍ、または約５μｍまたは約６μｍである。特定の実施形態では、前記水銀吸着物質のＭＰＤが約１２μｍ未満であり、一部の実施形態では７μｍ未満であり、これは水銀酸化の選択性を向上させる可能性がある。

特定の実施形態では、前記水銀吸着剤がヨウ素価が３００ｍｇ／ｇを超えることで判断されるとおり、高い活性を有してもよい。ヨウ素価は、溶液からのヨウ素の吸収を基に、吸着物質の性能を特徴付けるために利用される。これにより、前記吸着物質の細孔容積が示される。より具体的には、ヨウ素価は、残留ろ液のヨウ素濃度が標準の０．０２の場合に、炭素１グラムあたりに吸収されるヨウ素のミリグラム数と定義される。吸収されるヨウ素量が多いと、前記活性炭が吸収に使える表面積が広く、活性レベルが高いことを示す。そのため、「ヨウ素価」が高いことは、活性が高いことを示す。本明細書で使用されるとおり、「ヨウ素価」の用語は重量ヨウ素価または容積ヨウ素価を指すことができる。重量ヨウ素価は、この参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、標準的な試験法（ＡＳＴＭ）Ｄ−４６０７、またはそれと同等の方法を利用して決定することができる。容積ヨウ素価は、前記重量ヨウ素価（吸収されたヨウ素のｍｇ／炭素のグラム）と前記活性炭の見掛け密度（炭素のグラム／炭素のｃｃ）の積であり、見掛け密度はこの参照によりその全体が本明細書に組み込まれるＡＳＴＭ Ｄ−２８５４、またはそれと同等の方法により決定することができる。他の実施形態では、ＡＳＴＭの見掛け密度試験を適切に行うことができない、顆粒または粉末状炭素または他のいかなる炭素形態についても、前記見掛け密度を水銀多孔度測定試験ＡＳＴＭ ４２８４−１２により決定し、１ポンド／平方インチの実際の圧力で、水銀の侵入容積により空隙容量を決定することができる。この侵入容積により炭素サンプルの空隙容量を明確にし、炭素粒子密度を計算することができ、前記見掛け密度は、次に、前記炭素サンプルを高密度充填した容器でこの空隙比の粒子密度を補正することで計算される。前記サンプルの粒子サイズが典型的な３倍の範囲では、前記空隙比は４０％である。そのため、見掛け密度の計算値（ｇ．炭素／ｃｃ．炭素容器）＝粒子密度（ｇ．炭素／ｃｃ．炭素粒子容積）＊（１００％−４０％空隙）／１００％である。この結果は活性に基づく容積であり、単位は炭素１ｃｃあたりの吸収されたヨウ素のｍｇ数である。

水銀吸着に典型的に使用される吸着物質は、重量ヨウ素価に基づき、ヨウ素価が約３００ｍｇ／ｇ〜約４００ｍｇ／ｇであり、これは水銀吸着の特徴において、さらに高いヨウ素価を有する吸着物質と同等の性能を示すと考えられる。本発明の様々な実施形態が、重量ヨウ素価が４００ｍｇ／ｇ、５００ｍｇ／ｇ、６００ｍｇ／ｇ、７００ｍｇ／ｇ、８００ｍｇ／ｇ、９００ｍｇ／ｇを超えるなど、またはこの間のいかなる重量ヨウ素価も有する吸着物質を含む、水銀吸着剤に関する。他の実施形態では、前記吸着物質は約５００ｍｇ／ｇ〜約１５００ｍｇ／ｇ、約７００ｍｇ／ｇ〜約１２００ｍｇ／ｇ、または約８００ｍｇ／ｇ〜約１１００ｍｇ／ｇのヨウ素価、またはこれらの典型的範囲間のいかなる重量ヨウ素価も有することができる。さらなる実施形態では、これらの典型的範囲内のヨウ素価を示す水銀吸着剤が、活性炭または炭素質チャーであってもよい。

容積ヨウ素価法で決定されるとおり、水銀を吸着させる吸着物質は、容積ヨウ素価を約３５０ｍｇ／ｃｃ〜約８００ｍｇ／ｃｃとすることができる。本明細書で説明される発明の実施形態では、前記容積ヨウ素価が４００ｍｇ／ｃｃ、５００ｍｇ／ｃｃ、６００ｍｇ／ｃｃ、７００ｍｇ／ｃｃを超えるなど、またはこの間のいかなる容積ヨウ素価であってもよい。他の実施形態では、前記吸着物質が約３５０ｍｇ／ｃｃ〜約６５０ｍｇ／ｃｃ、約４００ｍｇ／ｃｃ〜約６００ｍｇ／ｃｃ、約５００ｍｇ／ｃｃ〜約６００ｍｇ／ｃｃ、約５００ｍｇ／ｃｃ〜約７００ｍｇ／ｃｃの容積ヨウ素価、またはこの範囲の間のいかなる容積ヨウ素価を有してもよい。さらなる実施形態では、これらの典型的範囲内のヨウ素価を示す水銀吸着剤が活性炭または炭素質チャーであり、特定の実施形態では、これらの容積ヨウ素価４００ｍｇ／ｃｃ以上を示す活性炭または炭素質チャーを、容積ヨウ素価４００ｍｇ／ｃｃ未満を示す活性炭または炭素質チャーと併用してもよい。

理論に縛られることは望まないが、これらの典型的範囲内のヨウ素価を有する吸着物質は、約３００ｍｇ／ｇ〜約４００ｍｇ／ｇの一般的に利用される範囲の重量ヨウ素価を有する吸着物質よりも吸着力が向上していてもよい。例えば、特定の実施形態において、約７００ｍｇ／ｇ〜約１２００ｍｇ／ｇの重量ヨウ素価または約５００ｍｇ／ｃｃ〜約２２００ｍｇ／ｃｃの容積ヨウ素価を有する活性炭では、従来の活性炭で吸着される水銀量を吸着するために必要な量がおよそ半分である。そのため、特定の実施形態は、約７００ｍｇ／ｇ〜約１２００ｍｇ／ｇのヨウ素価または約５００ｍｇ／ｃｃ〜約２２００ｍｇ／ｃｃの容積ヨウ素価を有する約５ｌｂｓ／ｈｒ〜約１０ｌｂｓ／ｈｒの活性炭が、約５００ｍｇ／ｇの重量ヨウ素価を有する約１５ｌｂｓ／ｈｒの活性炭と等量の水銀を吸収することができる方法に関する（実施例１参照）。

さらなる他の実施形態では、上述の吸着物質のすべてを水銀吸着を向上させる１若しくはそれ以上の酸化剤で処理することができる。例えば、一部の実施形態では、前記酸化剤を、無機ハロゲン塩を含むハロゲン塩とすることができ、臭素には臭化物、臭素酸塩、および次亜臭素酸塩を含み、ヨウ素にはヨウ化物、ヨウ素酸塩、および次亜ヨウ素酸塩を含み、塩素は塩化物、塩素酸塩、および次亜塩素酸塩とすることができる。特定の実施形態では、前記無機ハロゲン塩が、ハロゲン塩を含むアルカリ金属またはアルカリ土類元素であり、前記無機ハロゲン塩はリチウム、ナトリウム、およびカリウムなどのアルカリ金属、またはマグネシウム、およびカルシウム対イオンなどのアルカリ土類元素と結合している。アルカリ金属およびアルカリ土類金属対イオンを含む無機ハロゲン塩の限定されない例には、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、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。前記酸化剤は、前記組成物中にいかなる濃度で含まれてもよく、一部の実施形態では、本発明で実施される前記組成物中に酸化剤が含まれない。酸化剤が含まれる実施形態では、酸化剤の量を総吸着剤の約５重量％以上、約１０重量％以上、約１５重量％以上、約２０重量％以上、約２５重量％以上、約３０重量％以上、約４０重量％以上、または約５重量％〜約５０重量％、約１０重量％〜約４０重量％、約２０重量％〜約３０重量％、またはこの間のいずれかの量とすることができる。

さらなる実施形態では、上述の吸着物質のいずれかを１若しくはそれ以上の窒素供給源で処理することができる。そのような試薬の窒素供給源はいかなる窒素供給源としてもよく、当該分野で既知であり、例えば、アンモニウム、アンモニア、アミン、アミド、イミン、第４級アンモニウムなどが含まれる可能性がある。特定の実施形態において、前記試薬は例えば、塩素、臭素、ヨウ素、ヨウ化アンモニウム、臭化アンモニウム、または塩化アンモニウムなどのアンモニウムハロゲン化物、アミンハロゲン化物、第４級アンモニウムハロゲン化物、または有機ハロゲン化物およびその組み合わせである。一部の実施形態では、前記窒素含有試薬がアンモニウムハロゲン化物、アミンハロゲン化物、または第４級アンモニウムハロゲン化物であり、特定の実施形態では、前記試薬が臭化アンモニウムなどのアンモニウムハロゲン化物である。様々な実施形態において、前記窒素含有試薬を総吸着剤の約５重量％以上、約１０重量％以上、約１５重量％以上、約２０重量％以上、約２５重量％以上、約３０重量％以上、約４０重量％以上、または約５重量％〜約５０重量％、約１０重量％〜約４０重量％、約２０重量％〜約３０重量％、またはこの間のいずれかの量とすることができる。

前記アンモニウムハロゲン化物、アミンハロゲン化物、または第４級アンモニウムハロゲン化物は一部の実施形態ではなくてもよく、他の実施形態では、前記アンモニウムハロゲン化物、アミンハロゲン化物、または第４級アンモニウムハロゲン化物が前記吸着剤組成に含まれる唯一の添加物であってもよく、さらに他の実施形態では、前記アンモニウムハロゲン化物、アミンハロゲン化物、または第４級アンモニウムハロゲン化物を、例えば、ハロゲン化物塩、ハロゲン化金属塩、アルカリ性剤などの他の試薬と混合し、本発明に含まれる組成物または吸着物質を調製してもよい。特定の実施形態では、吸着剤が臭化ナトリウム（ＮａＢｒ）、臭化カリウム（ＫＢｒ）、または臭化アンモニウム（ＮＨ_４Ｂｒ）などの少なくとも１つのハロゲン塩を含んでもよい。

一部の実施形態では、前記吸着物質を、例えばアルカリ性剤などの酸性ガス抑制試薬と併用してもよい。多数のアルカリ性剤が当該分野で知られており、現在、燃焼排ガスから硫黄酸化物種を除去するために利用されており、そのようなアルカリ性剤を本発明でも使用することができる。例えば、様々な実施形態において、前記アルカリ性添加物はアルカリ酸化物、アルカリ土類酸化物、水酸化物、炭酸塩、炭酸水素塩、リン酸塩、ケイ酸塩、アルミン酸塩、およびその組み合わせとすることができ、特定の実施形態では、前記アルカリ性剤は炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３、石灰石）、酸化カルシウム（ＣａＯ、石灰）、水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）_２、消石灰）、炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ_３、白雲石）、水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）_２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、炭酸ナトリウム（Ｎａ_２ＣＯ_３）、炭酸水素ナトリウム（ＮａＨＣＯ_３）、セスキ炭酸ナトリウム二水和物（Ｎａ_３Ｈ（ＣＯ_３）_２・２Ｈ_２Ｏ、ｔｒｏｎａ）、およびその組み合わせとすることができる。様々な実施形態において、前記アルカリ性剤は吸収物質１００グラムあたり約０．１５当量以上の濃度で提供することができ、前記アルカリ性剤１当量は水酸基イオン１モルを生成するまたは水素イオン１モルと反応させるために必要な量と定義される。特定の実施形態において、そのようなアルカリ性剤は、例えば、純物質が１００ｍ^２／ｇを超えるなど、比較的表面積が大きい。表面積が大きな物質は、ハロゲン化合物および他の追加酸化剤を補足して水銀元素を酸化しながら、酸性気体またはＳＯ_ｘの軽減速度および能力を改善する。アルカリ性試薬は極性の高い物質であり、様々な実施形態において水と関連および結合することができるため、アルカリ性剤は物理的混合剤として一次水銀吸着剤と混合し、前記吸着剤表面に存在するか、吸着剤の細孔構造の中に入っている可能性がある。

他の実施形態では、前記水銀吸着物質を、例えば、水の吸着および輸送、または同様の結果をもたらす吸着剤の他の処理を妨げる、１若しくはそれ以上の疎水性強化試薬を用い、前記吸着物質の疎水性を上昇させるために処理することができる。実施形態は、処理に用いた水銀吸着物質の種類または前記水銀吸着物質を疎水性強化試薬と処理した方法に限定されない。例えば、一部の実施形態では、前記水銀吸着物質を、前記表面と永久的な結合を形成することのできる、一定量の１若しくはそれ以上のハロゲン元素で処理することができる。前記ハロゲン元素はフッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）、または臭素（Ｂｒ）など、いずれのハロゲンであってもよく、特定の実施形態では、前記ハロゲン元素はフッ素（Ｆ）である。他の実施形態では、前記水銀吸着物質にフッ化塩、有機フッ素化合物、またはＴＥＦＬＯＮ（登録商標）などのフッ素化ポリマーなどの疎水性強化試薬を処理することができる。

そのような実施形態では、有機フッ素化合物またはフッ素化ポリマーにより前記水銀吸着物質を研磨することで、処理を完了することができる。さらに他の実施形態では、前記水銀吸着物質として使用される炭素吸着剤を、約４００℃または６００℃または８００℃を超えるような高温で、これに限定されるものではないが、塩酸、硝酸、ホウ酸、および硫酸などの鉱酸と処理することができる。前記酸の濃度は上記処理において重要ではなく、１．０重量％以下の濃度を使用することができる。理論に縛られることは望まないが、上記処理は疎水性を向上し、酸素および水存在下での二酸化硫黄から硫酸への触媒的酸化の活性を低下させる可能性がある。上記処理の根拠は、高い接触ｐＨ、および上記処理を行わなかった場合の同様の炭素と比較し、前記炭素のみで過酸化水素を分解する傾向が低下したことにみることができる。

前記吸着物質は、当該分野で既知のいかなる方法によっても、酸化剤、窒素含有化合物、疎水性試薬、酸性ガス抑制試薬、または他の水銀除去剤（総称として「添加物」）と併用することができる。例えば、一部の実施形態では、前記吸着物質を添加物の液体混合物に浸す、または添加物の液体混合物を前記吸着物質に噴霧する、またはそれ以外の場合は塗布する含浸により、前記１若しくはそれ以上の添加物が前記吸着物質の表面に導入される。そのような含浸プロセスにより、吸着物質では前記添加物が前記吸着物質表面に分散される。

他の様々な実施形態では、前記吸着物質の処理において乾燥混合として１若しくはそれ以上の添加物を併用し、吸着剤の粒子を実質的に同サイズの添加物粒子と分離してもよい。例えば、一部の実施形態では、平均粒経（ＭＰＤ）約１２μｍ以下、約１０μｍ以下、または約７μｍ未満まで、活性炭を１若しくはそれ以上添加物と同時研磨することで提供される。理論に縛られることは望まないが、同時研磨により前記吸着剤及び添加物の平均粒経を低下させると、前記吸着剤と前記添加物を近接して局在化させることができるが、前記添加物は前記吸着剤の細孔構造には含まれない。これらの乾燥混合は、迅速で選択的な水銀吸着を促進する上で驚くほど効果的であることがわかった。この効果は、前記吸着剤の全成分を混合および同時研磨するか、そうでない場合は平均粒子径約１２μｍ以下に選別する場合に特に有効であることが示された。同時研磨はいかなる方法でも実行することができる。例えば、様々な実施形態において、前記同時研磨は、皿形粉砕、ローラーミル、ボールミル、ジェットミル、または他のミル、または乾燥固体の粒子サイズを減少させる、当業者に既知のいかなる研磨装置を用いても実行することができる。

理論に縛られることは望まないが、ＭＰＤが小さいと、水銀を効果的に酸化させるハロゲン化物としての水銀吸着の選択性が向上する可能性がある。そのため、吸着物質と添加物の乾燥混合により、より高い割合で注入された吸着剤に活性ハロゲン化物およびアルカリ性試薬を含めることができる。添加物、例えば市販の臭化炭素吸着剤の水溶液で処理することにより、添加剤を浸透させた水銀吸着剤、特に元素臭素を浸透させた水銀吸着剤は、前記吸着剤表面に保持できる添加物の割合がわずかのみであり、浸透させると多孔質水銀吸着剤の細孔を詰まらせ、水銀吸着に利用できる表面積が減少する傾向がある。これに対し、乾燥混合物中の添加物の割合は、約１０重量％、約１５重量％以約２０重量％、または約３０重量％を超える割合、および約５０重量％まで、約６０重量％まで、または約７０重量％までとすることができ、この割合では水銀吸着効率の低下は示されない。

一部の実施形態では同時研磨が有用であるが、いかなる方法でも吸着物質と添加物を併用することができる。例えば、一部の実施形態では、次に燃焼排ガス流に注入することのできる単一の水銀吸着剤に前記物質を混合することにより、吸着物質と１若しくはそれ以上の添加物を混合してもよい。他の実施形態では、前記吸着物質および前記１若しくはそれ以上の添加物を別の容器に入れ、同時に燃焼排ガス流に注入できるように、使用中に混合してもよい。

さらなる実施形態は、吸着物質および１若しくはそれ以上の酸化剤、窒素含有化合物、疎水性試薬、酸性ガス抑制試薬、または他の水銀除去剤を含め、上記の水銀吸着剤を含む水銀吸着剤を燃焼排ガス流に注入することで、燃焼排ガスから水銀を除去する方法に関する。本明細書で説明した吸着剤は、いかなる燃料排ガス流の水銀も吸着するために使用することができる。例えば、様々な実施形態の吸着剤を燃焼排ガス流に利用することができ、燃焼排ガス流はＳＯ_３含有量がまったくないか非常に低いか、または燃焼排ガス流にＨＣｌ、ＨＦ、またはＮＯ_ｘ種などの他の酸性気体が高濃度で含まれることがある。

一部の実施形態において、前記水銀吸着物質と１若しくはそれ以上の添加物は、例えば、前記水銀吸着物質と前記１若しくはそれ以上の添加物を混合することにより、前記燃焼排ガス流に注入する前に混合することができる。他の実施形態では、前記水銀吸着物質と１若しくはそれ以上の添加物は個別に前記燃焼排ガス流に注入し、前記燃焼排ガス流自体の中で混合することができる。さらに他の実施形態では、前記水銀吸着物質および前記１若しくはそれ以上の添加物を、異なる燃焼排ガス流の割合で燃焼排ガス流に導入してもよい。例えば、一部の実施形態では、すべての吸着物質および添加物を、同時に、同じ燃焼排ガス流の割合で、前記燃焼排ガス流に導入してもよい。他の実施形態では、例えばハロゲン化物塩などの添加物をボイラーまたは前記燃焼排ガス流の上流部分に導入し、前記吸着剤および１若しくはそれ以上の追加添加物を、１若しくはそれ以上の前記燃焼排ガス流の下流部分で、前記燃焼ガス流に同時にまたは別に導入してもよい。

本発明は、特定の好ましい実施形態に関してかなり詳細に説明したが、他の形態も可能である。したがって、添付の請求項の精神と範囲は、本明細書に含まれる記載および好ましい形態に限定されるものではない。本発明の様々な観点が、以下の制限のない例に準拠して説明される。

様々な活性レベルの活性炭について、燃焼排ガスからの水銀除去能力を検討した。活性は、重量ヨウ素価（ＡＳＴＭ Ｄ−４６０７）、および前記顆粒物質の密度を用い、重量ヨウ素価を容積ベースに換算した容積ヨウ素価（ＡＳＴＭ Ｄ２８５４）を基にした。炭素のサイズはすべて約７ｕｍであり、単独または３０％ｗ／ｗの臭化アンモニウムとの乾燥混合物で電気集塵装置（ＥＳＰ）の試験燃焼排ガス上流に注入した。結果はｌｂｓ／ｈｒで報告し、前記燃焼排ガス流中の水銀を９０％除去する必要があった。

図１および２は、ベース炭素量（添加物なし）および３０％ｗ／ｗの臭化アンモニウムとの乾燥混合物中のベース炭素量の性能曲線を示す。図１は重量ヨウ素価（ｍｇ／ｇ）と９０％の水銀を除去するために必要な吸着剤の量との関係を示し、図２は、容積ヨウ素価（ｍｇ／ｃｃ）と９０％の水銀を除去するために必要な吸着剤の量との関係を示す。表１は、見掛け密度と、前記容積ヨウ素価を計算するために必要な重量ヨウ素価を示す。

図１および２に図示するとおり、前記燃焼排ガス流から水銀を９０％除去するためには、重量ヨウ素価４６２ｍｇ／ｇおよび容積ヨウ素価約３８２ｍｇ／ｃｃを有する１５．４ｌｂｓ／ｈｒの炭素が必要である。これに対し、重量ヨウ素価１１５０ｍｇ／ｇおよび容積ヨウ素価約６１０２ｍｇ／ｃｃを有する活性炭では、前記燃焼排ガス流から水銀を９０％除去するため、約８．３ｌｂｓ／ｈｒが必要である。これにより、ヨウ素価で決定した活性が４０％上昇すると、燃料排ガス流から水銀を９０％除去するために必要な活性炭の量は約４５％減少する。

また、図１および２は、３０％ｗ／ｗの添加物（臭化アンモニウム）を含む炭素の性能曲線を示し、前記ＥＳＰの燃焼排ガス上流に注入する前に乾燥混合物中の活性炭と混合する。最初に、４６２ｍｇ／ｇの重量ヨウ素価を有する活性炭に臭化アンモニウムを加えることで、前記燃焼排ガス流から９０％の水銀を除去するために必要な活性炭の量が（１５．４ｌｂｓ／ｈｒから６．２ｌｂｓ／ｈｒに）４０％減少したことが観察された。水銀の吸着は、ヨウ素価に基づき、より高い活性を有する吸着剤を導入することで、さらに向上した。具体的には、活性炭が重量ヨウ素価１１５０ｍｇ／ｇおよび容積ヨウ素価約６１０ｍｇ／ｃｃを有する場合、前記燃焼排ガスから９０％の水銀を除去するため、１．８ｌｂｓ／ｈｒの活性炭が必要である。これは、燃焼排ガス流中の水銀量を９０％減少させるために必要な活性炭の量が６０％減少することを表す。さらに、活性炭と臭化アンモニウム混合物による性能曲線は非線形の関係を示しており、これは、臭化アンモニウムの添加と容積および重量ヨウ素価双方との相乗的相互作用を示している可能性がある。

また、図２は、臭化アンモニウムが混合物として存在する場合、前記容積ヨウ素価が約５００ｍｇ／ｃｃを超える場合に必要な炭素量の非線形的減少を示している。さらに図２では、ベース炭素量の容積ヨウ素価が増加しても、この物質の性能に大きな影響はない。

Claims (42)

1. ５００ｍｇ／ｃｃ〜６５０ｍｇ／ｃｃの容積ヨウ素価を有する吸着物質を有する水銀吸着物質であって、前記吸着物質は、石炭に由来する活性炭であり、かつ約１５μｍ未満の平均粒経（ＭＰＤ）を有する、水銀吸着物質。
2. 請求項１記載の水銀吸着物質において、前記平均粒経（ＭＰＤ）は約１２μｍ未満である水銀吸着物質。
3. 請求項１記載の水銀吸着物質であって、さらに、１若しくはそれ以上の酸化剤を有する水銀吸着物質。
4. 請求項３記載の水銀吸着物質において、前記１若しくはそれ以上の酸化剤は、塩素、臭素、ヨウ素、臭化アンモニウム、塩化アンモニウム、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、三塩化カリウム、三臭化カリウム、三ヨウ化カリウム、およびその組み合わせから成る群から選択されるものである水銀吸着物質。
5. 請求項３記載の水銀吸着物質において、前記１若しくはそれ以上の酸化剤は、全吸着物質の約５重量％〜約５０重量％を有するものである水銀吸着物質。
6. 請求項１記載の水銀吸着物質であって、さらに、１若しくはそれ以上の窒素供給源を有する水銀吸着物質。
7. 請求項６記載の水銀吸着物質において、前記１若しくはそれ以上の窒素供給源は、アンモニウム含有化合物、アンモニア含有化合物、アミン含有化合物、アミド含有化合物、イミン含有化合物、第４級アンモニウム含有化合物、およびその組み合わせから成る群から選択されるものである水銀吸着物質。
8. 請求項６記載の水銀吸着物質において、前記１若しくはそれ以上の窒素供給源は、ヨウ化アンモニウム、臭化アンモニウム、または塩化アンモニウム、アミンハロゲン化物、第４級アンモニウムハロゲン化物、およびその組み合わせから成る群から選択されるものである水銀吸着物質。
9. 請求項６記載の水銀吸着物質において、前記１若しくはそれ以上の窒素供給源は、全吸着物質の約５重量％〜約５０重量％を有するものである水銀吸着物質。
10. 請求項１記載の水銀吸着物質であって、さらに、アルカリ性剤を有する水銀吸着物質。
11. 請求項１０記載の水銀吸着物質において、前記アルカリ性剤は、炭酸カルシウム、酸化カルシウム、水酸化カルシウム、炭酸マグネシウム、水酸化マグネシウム、酸化マグネシウム、炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、セスキ炭酸ナトリウム二水和物、およびその組み合わせから成る群から選択されるものである水銀吸着物質。
12. 請求項１０記載の水銀吸着物質において、前記アルカリ性剤は、吸着物質１００グラムあたり約０．１５当量またはそれ以上の濃度で提供されるものである水銀吸着物質。
13. 水銀吸着物質であって、
    ５００ｍｇ／ｃｃ〜６５０ｍｇ／ｃｃの容積ヨウ素価を有する吸着物質であって、前記吸着物質が石炭に由来する活性炭であり、かつ約１５μｍ未満の平均粒経（ＭＰＤ）を有する、前記吸着物質と、
    １若しくはそれ以上の酸化剤と、
    １若しくはそれ以上の窒素供給源と
    を有する水銀吸着物質。
14. 請求項１３記載の水銀吸着物質において、前記１若しくはそれ以上の酸化剤は、塩素、臭素、ヨウ素、臭化アンモニウム、塩化アンモニウム、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、三塩化カリウム、三臭化カリウム、三ヨウ化カリウム、およびその組み合わせから成る群から選択されるものである水銀吸着物質。
15. 請求項１３記載の水銀吸着物質において、前記１若しくはそれ以上の窒素供給源は、ヨウ化アンモニウム、臭化アンモニウム、または塩化アンモニウム、アミンハロゲン化物、第４級アンモニウムハロゲン化物、およびその組み合わせから成る群から選択されるものである水銀吸着物質。
16. 水銀吸着物質であって、
    ５００ｍｇ／ｃｃ〜６５０ｍｇ／ｃｃの容積ヨウ素価を有する吸着物質であって、前記吸着物質が石炭に由来する活性炭であり、かつ約１５μｍ未満の平均粒経（ＭＰＤ）を有する、前記吸着物質と、
    １若しくはそれ以上の酸化剤と、
    １若しくはそれ以上のアルカリ性剤と
    を有する水銀吸着物質。
17. 請求項１６記載の水銀吸着物質において、前記１若しくはそれ以上の酸化剤は、塩素、臭素、ヨウ素、臭化アンモニウム、塩化アンモニウム、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、三塩化カリウム、三臭化カリウム、三ヨウ化カリウム、およびその組み合わせから成る群から選択されるものである水銀吸着物質。
18. 請求項１６記載の水銀吸着物質において、前記アルカリ性剤は、炭酸カルシウム、酸化カルシウム、水酸化カルシウム、炭酸マグネシウム、水酸化マグネシウム、酸化マグネシウム、炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、セスキ炭酸ナトリウム二水和物、およびその組み合わせから成る群から選択されるものである水銀吸着物質。
19. 燃焼排ガスから水銀を除去するシステムであって、前記システムは５００ｍｇ／ｃｃ〜６５０ｍｇ／ｃｃの容積ヨウ素価を有する吸着物質を有し、前記吸着物質は、石炭に由来する活性炭であり、かつ約１５μｍ未満の平均粒経（ＭＰＤ）を有するシステム。
20. 請求項１９記載のシステムにおいて、前記平均粒経（ＭＰＤ）は約１２μｍ未満であるシステム。
21. 請求項１９記載のシステムであって、さらに、１若しくはそれ以上の酸化剤を有するシステム。
22. 請求項２１記載のシステムにおいて、前記１若しくはそれ以上の酸化剤は、塩素、臭素、ヨウ素、臭化アンモニウム、塩化アンモニウム、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、三塩化カリウム、三臭化カリウム、三ヨウ化カリウム、およびその組み合わせから成る群から選択されるものであるシステム。
23. 請求項２１記載のシステムにおいて、前記１若しくはそれ以上の酸化剤は、全吸着物質の約５重量％〜約５０重量％を有するものであるシステム。
24. 請求項１９記載のシステムであって、さらに、１若しくはそれ以上の窒素供給源を有するシステム。
25. 請求項２４記載のシステムにおいて、前記１若しくはそれ以上の窒素供給源は、アンモニウム含有化合物、アンモニア含有化合物、アミン含有化合物、アミド含有化合物、イミン含有化合物、第４級アンモニウム含有化合物、およびその組み合わせから成る群から選択されるものであるシステム。
26. 請求項２４記載のシステムにおいて、前記１若しくはそれ以上の窒素供給源は、ヨウ化アンモニウム、臭化アンモニウム、または塩化アンモニウム、アミンハロゲン化物、第４級アンモニウムハロゲン化物、およびその組み合わせから成る群から選択されるものであるシステム。
27. 請求項２４記載のシステムにおいて、前記１若しくはそれ以上の窒素供給源は、全吸着物質の約５重量％〜約５０重量％を有するものであるシステム。
28. 請求項１９記載のシステムであって、さらに、アルカリ性剤を有するシステム。
29. 請求項２８記載のシステムにおいて、前記アルカリ性剤は、炭酸カルシウム、酸化カルシウム、水酸化カルシウム、炭酸マグネシウム、水酸化マグネシウム、酸化マグネシウム、炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、セスキ炭酸ナトリウム二水和物、およびその組み合わせから成る群から選択されるものであるシステム。
30. 請求項２８記載のシステムにおいて、前記アルカリ性剤は、吸着物質１００グラムあたり約０．１５当量またはそれ以上の濃度で提供されるものであるシステム。
31. 水銀を除去する方法であって、
    ５００ｍｇ／ｃｃ〜６５０ｍｇ／ｃｃの容積ヨウ素価を有する吸着物質を注入する工程を有し、前記吸着物質は、石炭に由来する活性炭であり、かつ約１５μｍ未満の平均粒経（ＭＰＤ）を有する方法。
32. 請求項３１記載の方法において、前記平均粒経（ＭＰＤ）は約１２μｍ未満である方法。
33. 請求項３１記載の方法であって、さらに、１若しくはそれ以上の酸化剤を有する方法。
34. 請求項３３記載の方法において、前記１若しくはそれ以上の酸化剤は、塩素、臭素、ヨウ素、臭化アンモニウム、塩化アンモニウム、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、三塩化カリウム、三臭化カリウム、三ヨウ化カリウム、およびその組み合わせから成る群から選択されるものである方法。
35. 請求項３３記載の方法において、前記１若しくはそれ以上の酸化剤は、全吸着物質の約５重量％〜約５０重量％を有するものである方法。
36. 請求項３１記載の方法であって、さらに、１若しくはそれ以上の窒素供給源を有する方法。
37. 請求項３６記載の方法において、前記１若しくはそれ以上の窒素供給源は、アンモニウム含有化合物、アンモニア含有化合物、アミン含有化合物、アミド含有化合物、イミン含有化合物、第４級アンモニウム含有化合物、およびその組み合わせから成る群から選択されるものである方法。
38. 請求項３６記載の方法において、前記１若しくはそれ以上の窒素供給源は、ヨウ化アンモニウム、臭化アンモニウム、または塩化アンモニウム、アミンハロゲン化物、第４級アンモニウムハロゲン化物、およびその組み合わせから成る群から選択されるものである方法。
39. 請求項３６記載の方法において、前記１若しくはそれ以上の窒素供給源は、全吸着物質の約５重量％〜約５０重量％を有するものである方法。
40. 請求項３１記載の方法であって、さらに、アルカリ性剤を有する方法。
41. 請求項４０記載の方法において、前記アルカリ性剤は、炭酸カルシウム、酸化カルシウム、水酸化カルシウム、炭酸マグネシウム、水酸化マグネシウム、酸化マグネシウム、炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、セスキ炭酸ナトリウム二水和物、およびその組み合わせから成る群から選択されるものである方法。
42. 請求項４０記載の方法において、前記アルカリ性剤は、吸着物質１００グラムあたり約０．１５当量またはそれ以上の濃度で提供されるものである方法。

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