JP7470488B2 - Fluidized bed apparatus and method for controlling emissions - Google Patents

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Description

関連出願の相互参照
本願は、2015年7月24日に出願されたアメリカ特許出願番号14/808,563の一部継続出願であって、2014年7月25日に出願されたアメリカ仮出願番号62/029,044および2015年3月16日に出願されたアメリカ仮出願番号62/133,791の利益を主張する。上記出願の開示事項全体がここに援用される。
CROSS-REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS This application is a continuation-in-part of U.S. Patent Application No. 14/808,563, filed July 24, 2015, and claims the benefit of U.S. Provisional Application No. 62/029,044, filed July 25, 2014, and U.S. Provisional Application No. 62/133,791, filed March 16, 2015, the disclosures of which are incorporated herein by reference in their entireties.

本願は、広く産業排出物制御システム及び方法、及びこのようなシステムに用いられる装置、及び気体及び非気体排出物から汚染物質を除去する方法に関する。追加される適用分野は、海洋船舶廃棄物及び/又は軍用船、貨物船、タンカー、クルーズ船といった船舶からのバラスト排水に関する。 This application relates generally to industrial emission control systems and methods, and to apparatus for use in such systems and methods for removing pollutants from gaseous and non-gaseous emissions. An additional field of application relates to marine ship waste and/or ballast water discharges from ships, such as military vessels, cargo ships, tankers, cruise ships, etc.

本セクションは、必ずしも先行技術ではない本願開示事項に関連する背景技術情報を提示するものである。 This section presents background information related to the subject matter disclosed herein that is not necessarily prior art.

数多くの経済部門の産業は、一種類以上の排出物を出す。このような排出物は、一方は気体状、他方は非気体状である二つの基本的なグループに分割可能である。気体グループ中の排出物と非気体グループの排出物とは、しばしば有害汚染物質を含む。気体グループ中の排出物は、石炭燃焼プラント又は天然ガス燃焼設備によって発生する排気ガスであっても良い。非気体グループ中の排出物は、液体状、スラッジ状またはスラリー状物質であっても良い。排出物中の有害汚染物質のレベルが許容可能限度に達し、及び/又は許容可能限度を超える場合、この汚染物質を中和し、捕捉し、収集し、除去し、廃棄し、及び/又は何らかの手段で適切に封止しなくてはならない。 Industries in many economic sectors produce one or more types of emissions. These emissions can be divided into two basic groups, one gaseous and the other non-gaseous. Emissions in the gaseous group and non-gaseous groups often contain harmful pollutants. Emissions in the gaseous group may be exhaust gases generated by coal-burning plants or natural gas-burning facilities. Emissions in the non-gaseous group may be liquid, sludge or slurry-like substances. When the levels of harmful pollutants in the emissions reach and/or exceed acceptable limits, the pollutants must be neutralized, captured, collected, removed, disposed of and/or contained in some manner.

多くの産業は、それぞれの方法のいくつかの側面を達成するための手段として燃料を燃焼することに依拠する。例えば、第一の例として、製鋼所では、金属成形、押し出しおよびその他金属鋳造工程中で、金属を燃やし及び/又は溶解する。この金属産業内で用いられる方法は、粉末を金属蒸気及びイオン化金属として放出する操作を含む。環境、植物、動物及び/又は人間に対する有害汚染物質が金属蒸気を介して空気中に放出される。程度の差はあっても、この金属蒸気及び/又は金属蒸気化合物中の有害汚染物質は、収集して、適切に廃棄しなくてはならない。第二の例として、金、銀及び白金等の貴金属の採掘業では、重金属汚染物質を含む金属、金属蒸気排出物、及び粉末をも発生させるが、これらは捕捉、収集し、適切に廃棄されなければ有害であると考えられる。第三の例として、天然ガスを燃焼させる産業では、高いレベルの汚染物質をしばしば含む排出物が発生するが、これらは捕捉、収集し、適切に廃棄されなければ有害であると考えられる。第四の例として、石炭を発電機を回転させるボイラーで蒸気を発生させる燃焼可能な消耗品として用いるエネルギー生産者は、環境、植物、動物及び人間に対して危険と考えられる金属蒸気及び金属化合物を含む排出物を相当な量発生させる。他の有害汚染物質中、金属蒸気排出物は、しばしば水銀(Hg)を含む。 Many industries rely on burning fuels as a means to accomplish some aspect of their processes. For example, in the first instance, steel mills burn and/or melt metals during metal forming, extrusion, and other metal casting processes. Processes used within the metal industry include operations that release powders as metal vapors and ionized metals. Harmful contaminants to the environment, plants, animals, and/or humans are released into the air via the metal vapors. To varying degrees, the harmful contaminants in the metal vapors and/or metal vapor compounds must be collected and properly disposed of. In the second instance, the mining industry for precious metals such as gold, silver, and platinum generates metals, metal vapor emissions, and even powders that contain heavy metal contaminants that could be harmful if not captured, collected, and properly disposed of. In the third instance, industries that burn natural gas generate emissions that often contain high levels of pollutants that could be harmful if not captured, collected, and properly disposed of. As a fourth example, energy producers who use coal as a combustible consumable to generate steam in boilers that spin electrical generators generate significant amounts of emissions containing metal vapors and metal compounds that are considered hazardous to the environment, plants, animals, and humans. Metal vapor emissions often contain mercury (Hg), among other hazardous pollutants.

地球規模のジェット気流パターンのため、空中の金属蒸気排出物は、一つの国から運ばれて、他の国に堆積する可能性がある。例えば、中国及び/又はインドで発生した水銀排出物の多くが、実際にアメリカ及び/又はその間の海水中に堆積することとなる可能性がある。同様に、アメリカで発生した水銀を含む排出物の多くが、実際にヨーロッパ及び/又はその間の海中に堆積する可能性がある。この循環を完全なものとする形で、ヨーロッパで発生した水銀を含む排出物は、実際に中国及び/又はインドに堆積する可能性がある。したがって、産業の過程で発生する排出物中の水銀及びその他の有害汚染物質は、地球的規模で解決する努力を要する地球的規模の意味を有する地球的課題である。 Due to global jet stream patterns, airborne metal vapor emissions can be transported from one country and deposited in another. For example, much of the mercury emissions generated in China and/or India can actually end up in the ocean waters of the United States and/or there between. Similarly, much of the mercury-containing emissions generated in the United States can actually end up in the oceans of Europe and/or there between. Completing the cycle, mercury-containing emissions generated in Europe can actually end up in China and/or India. Thus, mercury and other hazardous pollutants in industrial emissions are a global problem with global implications that require a global effort to solve.

このような排出物を発生させるものに対し、国内及び国際規制、規則、制限、手数料、監視、及び多くの、改訂中の、より厳しい内容の法律が提案され、及び/又は実施される。有害排出物に対する規則及び/又は制限は、世界中の国と国とによって異なる。しかし、例えば、排出物が別の国に堆積する可能性のある場合であっても、一つの国が、他の国に、排出物生産者が当該国家において発生する有害排出物を低減する対策をとるよう促すコントロール手段(ましてや強いるコントロール手段)を制定させるのは、不可能でないとしても困難である。 National and international regulations, rules, limitations, fees, oversight, and many, evolving and increasingly stringent laws have been proposed and/or implemented for generators of such emissions. Regulations and/or limitations on harmful emissions vary from country to country throughout the world. However, it is difficult, if not impossible, for one country to enact control measures that encourage (let alone compel) other countries to take steps to reduce harmful emissions generated in that country, even when the emissions may end up in another country, for example.

日本は、1970年代以降、水銀生産量及び水銀含有排出物の低減において、全世界的な先駆者である。日本は、水銀生産に特に関連する環境問題に、より大規模な地球コミュニティがどのように対応すべきかに影響する規則を制定している。国際的な水銀法を促進する日本の努力は、水銀による疾患を防止することを目的とするものである。日本に加え、アメリカも、アメリカ環境保護局(EPA)により実施される、世界で最も厳しく制限的ないくつかの法律及び規則を有する。金属蒸気排出物中で最も有害な汚染物質の一つが水銀である。EPAは、石炭燃焼プラントから発せられる水銀の量を2016年までに91%まで低減することを目的として、アメリカ全土に渡る各種公共施設により発生する水銀排出物を規制する「水銀および有害大気物質基準」などの新たな改訂プログラムを発行している。これらの課せられた規制は政治及び法律論争の現在進行形の課題であるが、有害汚染物質は処理しなくてはならない、という問題は、なお影を落としたままである。 Japan has been a global leader in reducing mercury production and mercury-containing emissions since the 1970s. Japan has enacted regulations that affect how the larger global community responds to environmental issues specifically related to mercury production. Japan's efforts to promote international mercury legislation are aimed at preventing mercury-related illnesses. In addition to Japan, the United States also has some of the most stringent and restrictive laws and regulations in the world, enforced by the United States Environmental Protection Agency (EPA). Mercury is one of the most harmful pollutants in metal vapor emissions. The EPA has issued new and revised programs, such as the Mercury and Toxic Air Substances Standards, which regulate mercury emissions from various public facilities across the United States, with the goal of reducing the amount of mercury emitted from coal-burning plants by 91% by 2016. These imposed regulations are an ongoing subject of political and legal debate, but the problem remains that harmful pollutants must be dealt with.

EPAによる法律の施行は、インド、中国及びその他の外国などの工業国内の有害排出物の生産者には及ばない。したがって、国連(UN)はその加盟国に、有害金属蒸気の排出物を低減するよう圧力をかけるよう試みている。少なくとも140の加盟国の代表者は、2013年に発効した条約に基づき、全世界の水銀排出物を低減することに同意している。しかし、いくつかの国では全世界的な改善が認められるものの、新興工業国の拡大は、進んだ低減するための努力を大きく上回っているように思われる。 EPA enforcement does not extend to producers of toxic emissions within industrialized countries such as India, China, and other foreign countries. Therefore, the United Nations (UN) is trying to pressure its member states to reduce emissions of toxic metal vapors. Representatives of at least 140 member states have agreed to reduce mercury emissions worldwide under a treaty that came into force in 2013. But while some countries have seen global improvements, the expansion of newly industrialized countries appears to be far outpacing advanced reduction efforts.

水銀に主眼を置くことで金属蒸気排出物中の他の汚染物質の有害な効果が低減するわけではないが、水銀は、潜在的に最も広く普及し、動物及び人間にとって最も有害である。水銀は世界中の植物、土及び動物に存在する天然元素である。しかし、人間による産業過程により、水銀の蓄積及び/又は水銀鉱床が、天然に存在するレベルを遙かに超えて増加している。地球的規模において、人間の活動により放出された水銀の総量は、1年あたり1,960メートルトンであると推定される。この数字は、2010年に分析されたデータから算出されたものである。全世界的に見たとき、この特定種類の排出物に最も大きく寄与しているのは、石炭燃焼(24%)及び金採掘(37%)活動である。アメリカでは、石炭燃焼が、金採掘活動よりも高い排出物割合を占める。 Although the focus on mercury does not reduce the harmful effects of other pollutants in metal vapor emissions, mercury is potentially the most prevalent and most harmful to animals and humans. Mercury is a natural element present in plants, soils, and animals worldwide. However, human industrial processes have increased mercury accumulations and/or mercury deposits far beyond naturally occurring levels. Globally, the total amount of mercury released by human activities is estimated to be 1,960 metric tons per year. This figure was calculated from data analyzed in 2010. Globally, the largest contributors to this particular type of emission are coal combustion (24%) and gold mining (37%) activities. In the United States, coal combustion accounts for a higher percentage of emissions than gold mining activities.

動物及び人間にとって、水銀にさらされることによる主要な問題は、水銀が生体蓄積物質であるということである。したがって、魚又はその他の動物によって摂取された任意の量の水銀は当該動物中に残留し(すなわち蓄積し)、人間に、または前者が後者によって摂取された場合には、他の動物に移動する。さらに、水銀は、摂取したホストの体から排出されることはない。食物連鎖の中で、最も長寿命な、及び/又は多量の他の動物を補食するより大きな捕食者が、最も過剰な水銀蓄積を負う危険が高い。水銀を含む動物(特に魚)を食べる人間は、神経系疾患及び/又は生殖上の問題を含む、広範囲のよく知られた医学上の問題にさらされる。 The main problem with mercury exposure for animals and humans is that mercury is a bioaccumulator. Thus, any amount of mercury ingested by a fish or other animal remains in the animal (i.e., accumulates) and is transferred to humans, or to other animals if the former is ingested by the latter. Furthermore, mercury is not excreted from the host's body. In the food chain, larger predators that are the longest-lived and/or that feed on large numbers of other animals, are most at risk for excessive mercury accumulation. Humans who eat animals (especially fish) that contain mercury are exposed to a wide range of well-known medical problems, including neurological disorders and/or reproductive problems.

水銀排出物には主に以下の三種類がある。人為的放出、再放出、及び天然放出。人為的放出は、その多くが産業活動の産物である。人為的放出源は、工業用石炭燃焼プラント、天然ガス燃焼設備、セメント生産プラント、石油精製設備、塩素アルカリ工業、塩化ビニル工業、採掘事業及び精錬事業などである。再放出は、土に堆積した水銀が、洪水または森林火災によって再びまき散らされた場合に生じる。土に吸収された、及び/又は土に堆積した水銀は、雨水による流出及び/又は洪水により、再び水に放出される。土の浸食がこの問題に寄与する。(自然発生、放火、故意の森林破壊のための火災のいずれかを問わず)森林火災により、水銀が空気及び/又は水源に再放出され、他の場所に堆積する。天然放出は、火山及び地熱口(geothermal vents)を含む。大気に放出される全水銀のおよそ半分は、火山及び地熱口などの天然の事象からのものであると推定される。 There are three main types of mercury emissions: anthropogenic releases, re-releases, and natural releases. Anthropogenic releases are mostly the product of industrial activities. Anthropogenic sources include industrial coal-burning plants, natural gas burning facilities, cement production plants, oil refineries, chlor-alkali and vinyl chloride industries, mining and refining operations. Re-releases occur when mercury is deposited in the soil and redispersed by floods or forest fires. Mercury absorbed and/or deposited in the soil is released back into water by storm runoff and/or flooding. Soil erosion contributes to this problem. Forest fires (whether natural, arson, or fires caused by deliberate deforestation) re-release mercury into the air and/or water sources, where it is deposited elsewhere. Natural releases include volcanoes and geothermal vents. It is estimated that roughly half of all mercury released into the atmosphere comes from natural events such as volcanoes and geothermal vents.

上述のように、石炭燃焼プラントにより、毎年、大量の水銀その他の汚染物質が環境中に放出される。したがって、石炭燃焼プラントにより発生する燃焼排ガス排出物中の有害汚染物質の量を低減させる数多くの努力が現在行われている。アメリカ国内の多くの石炭燃焼プラントには、水銀などの有害元素を捕捉し、封止し、及び/又は再生する排出物制御システムが設けられる。石炭燃焼プラントにおいては、石炭が水を沸かし、水を蒸気に変え、発電機を駆動するために燃やされる。石炭燃焼による燃焼排ガス排出物は、しばしば導管システム及び/又は噴射乾燥機システムを通って流体式気体脱硫ユニット(fluid gas desulfurization unit)に送られ、燃焼排ガスからある程度の排出物と、二酸化硫黄(SO2)及び塩化水素(HCl)等の有害ガスが除去される。その後、通常の導管システムにより、燃焼排ガスの流れが湿式/乾式気体洗浄装置に送られ、ここでより多くの二酸化硫黄、塩化水素及びフライアッシュが除去される。燃焼排ガス流は、バグハウスを通り、家庭用掃除機用袋と同じように、燃焼排ガス中の空気流から粒子が分離される。燃焼排ガスは、空気流を通すが、空気流中で移動する、より大きな粒子を通さない空隙率を有するフィルタ状袋を通過する。このフィルタ袋の表面を揺さぶり、及び/又は洗浄することで、捕捉された粒子を収集し、廃棄可能となるようにする。一般に、これらの堆積物はそれ自体として有害排出物であり、廃棄されなくてはならない。この種の排出物制御システムを通過した燃焼排ガスの残りは、高い煙突を通り、大気に放出される。 As mentioned above, coal-burning plants release large amounts of mercury and other pollutants into the environment each year. Thus, numerous efforts are currently underway to reduce the amount of harmful pollutants in flue gas emissions generated by coal-burning plants. Many coal-burning plants in the United States are equipped with emissions control systems that capture, seal, and/or regenerate harmful elements such as mercury. In coal-burning plants, coal is burned to boil water, turn the water into steam, and drive generators. Flue gas emissions from coal combustion are often routed through a ducting system and/or a jet dryer system to a fluid gas desulfurization unit, which removes some of the emissions and harmful gases such as sulfur dioxide (SO2) and hydrogen chloride (HCl) from the flue gas. A typical ducting system then routes the flue gas stream to a wet/dry gas scrubber, where more of the sulfur dioxide, hydrogen chloride, and fly ash are removed. The flue gas stream passes through a baghouse, which separates particles from the airflow in the flue gas, similar to a household vacuum cleaner bag. The flue gas passes through a filter-like bag with a porosity that allows the airflow to pass through but not the larger particles moving in the airflow. The surface of the filter bag is agitated and/or washed to collect the trapped particles so that they can be disposed of. Generally, these deposits are themselves hazardous emissions and must be disposed of. The remainder of the flue gas that passes through this type of emission control system is released into the atmosphere through a tall chimney.

この種の排出物制御システムの問題点は、これが金属蒸気及び蒸気状の金属化合物中に含まれる水銀などの重金属を捕捉及び/又は収集するのには実際上有効ではないということである。石炭燃焼システムが比較的高い略華氏1500℃で石炭を燃やすことから、水銀はナノサイズの粒子に変わり、最も有効なフィルタシステムをも通過可能である。結果として、空気に含まれる大量の水銀及びその他の有害汚染物質が大気に放出されることになる。 The problem with this type of emissions control system is that it is practically ineffective at capturing and/or collecting heavy metals such as mercury contained in metal vapors and vapor-like metal compounds. Because coal-fired systems burn coal at relatively high temperatures, approximately 1500 degrees Fahrenheit, the mercury is transformed into nano-sized particles that can pass through even the most effective filter systems. As a result, large amounts of airborne mercury and other harmful pollutants are released into the atmosphere.

水銀を石炭燃焼システム及び/又はその他の排出源から捕捉・収集するため、この課題に対応するいくつかの公知のシステムが開発されている。これらは三つのカテゴリーの一つに該当する。 Several known systems have been developed to address this challenge to capture and collect mercury from coal combustion systems and/or other emission sources. These fall into one of three categories:

第一のカテゴリーは、燃焼排ガス流中に吸着剤を噴射することで水銀を捕捉する一群の方法及び/又はシステムである。貴金属の他、最も一般的な吸着剤材料は活性炭であり、これはしばしば臭素によってハロゲン化される。燃焼排ガス中に吸着剤を噴射するのは、以下の通常型排出物制御装置の一つ及び/又は組み合わせの中で汚染物質を捕捉するためである。静電式集塵装置、流動式気体脱硫システム(fluidized gas desulfurization system)、洗浄機システム、又は繊維フィルタシステム。これらのシステムには、石炭燃焼後に排出物制御システムの様々な時点で活性炭を噴射することを必要とするいくつかのヴァリエーションがある。第一のカテゴリーの例示的方法及び/又はシステムのいくつかは、アメリカ特許番号7,578,869、7,575,629、7,494,632、7,306,774、7,850,764、7,704,920、7,141,091、6,905,534、6,712,878、6,695,894、6,558,454、6,451,094、6,136,072、7,618,603、7,494,632、8,747,676、8,241,398、8,728,974、8,728,217、8,721,777、8,685,351、及び8,029,600に開示される。これらの例示的特許に記載される全ての方法及び/又はシステムは、有害及び/又は使用不能な廃棄物を生じ、これによりそれ自体として廃棄の問題を抱えることになる。加えて、これらの方法及び/又はシステムは、一般に経済的に実行可能ではなく、かつEPA及び/又は他の省庁によって課される排出物規制を満たすことができない。 The first category is a group of methods and/or systems that capture mercury by injecting a sorbent into the flue gas stream. Besides precious metals, the most common sorbent material is activated carbon, which is often halogenated with bromine. The sorbent is injected into the flue gas to capture the pollutants in one and/or a combination of the following common emission control systems: electrostatic precipitators, fluidized gas desulfurization systems, scrubber systems, or fabric filter systems. There are several variations of these systems that require the injection of activated carbon at various points in the emission control system after the coal combustion. Some exemplary methods and/or systems of the first category are disclosed in U.S. Patent Nos. 7,578,869, 7,575,629, 7,494,632, 7,306,774, 7,850,764, 7,704,920, 7,141,091, 6,905,534, 6,712,878, 6,695,894, 6,558,454, 6,451,094, 6,136,072, 7,618,603, 7,494,632, 8,747,676, 8,241,398, 8,728,974, 8,728,217, 8,721,777, 8,685,351, and 8,029,600. All of the methods and/or systems described in these exemplary patents produce hazardous and/or unusable waste products that present their own disposal problems. In addition, these methods and/or systems are generally not economically viable and fail to meet emissions regulations imposed by the EPA and/or other agencies.

第一のカテゴリーの公知の解決方法の方法及び/又はシステムの主要な課題は、活性炭を使用することが高価であり、かつ効率が悪いことである。活性炭がシステムを通過する際に、活性炭の略10%しか金属蒸気と相互作用を生じないことから、活性炭の初期費用が増大する。したがって、90%もの高価な活性炭が、主として一酸化炭素(CO)及び/又は二酸化炭素(CO2)として燃焼排ガス中に無駄に放出されることになる。別の問題点は、活性炭がしばしばコンクリート又はその他のフィラーを要する工業製品の製造用原料として適さないフライアッシュを生じることである。フライアッシュを売ることで大きな収入が得られる訳ではないが、大量にある場合、この石炭燃焼プラントの副産物は実際に追加の収入源となる。コンクリート中のフィラーとして用いるのに適さないフライアッシュの副産物量は、有害廃棄物として分類されなくてはならず、したがって廃棄費用を要する。他方、コンクリート中のフィラーとして適するフライアッシュの副産物量は有害廃棄物とは分類されず、したがって販売可能な製品であり廃棄費用を要しない。 The main problem with the methods and/or systems of the first category of known solutions is that using activated carbon is expensive and inefficient. The initial cost of the activated carbon is high because only about 10% of the activated carbon interacts with the metal vapor as it passes through the system. Thus, as much as 90% of the expensive activated carbon is wasted in the flue gas, mainly as carbon monoxide (CO) and/or carbon dioxide (CO2). Another problem is that activated carbon often produces fly ash that is not suitable as a raw material for the manufacture of concrete or other industrial products that require a filler. Although there is no significant income from selling the fly ash, in large quantities this by-product of the coal burning plant is actually an additional source of income. By-product amounts of fly ash that are not suitable for use as a filler in concrete must be classified as hazardous waste and therefore incur disposal costs. On the other hand, by-product amounts of fly ash that are suitable for use as a filler in concrete are not classified as hazardous waste and therefore are a saleable product that does not incur disposal costs.

第一カテゴリーの公知の解決方法の方法及び/又はシステムの別の課題は、燃焼排ガス中の10%もの水銀が除去されず環境に放出されるということである。この割合は、EPA及びその他の省庁によって許容される水銀放出量と比較して高い。したがって、公知の解決方法の第一カテゴリーの方法及び/又はシステムのいずれも石炭燃焼プラント又は類似の産業用途における水銀の収集及び/又は捕捉のための現行規制に合致しない。 Another problem with the methods and/or systems of the first category of known solutions is that as much as 10% of the mercury in the flue gas is not removed and is released into the environment. This percentage is high compared to the amount of mercury emissions permitted by the EPA and other agencies. Thus, none of the methods and/or systems of the first category of known solutions meet current regulations for the collection and/or capture of mercury in coal-burning plants or similar industrial applications.

活性炭を用いることによる更に別の問題は、活性炭を燃焼させると、一酸化炭素及び/又は二酸化炭素が生成し、大気中に放出されることである。アメリカのみで、年に28億トンもの二酸化炭素が石炭燃焼プラントで活性炭を用いることにより発生すると推定される。全世界では、年に144億トンもの二酸化炭素が石炭燃焼プラントで活性炭を用いることにより発生すると推定される。加えて、活性炭は、他の形態の非気体排出物から水銀を除去するのにはあまり有効ではなく、したがって別の方法を用いなくてはならない。 Yet another problem with using activated carbon is that its combustion produces carbon monoxide and/or carbon dioxide, which are released into the atmosphere. In the United States alone, it is estimated that 2.8 billion tons of carbon dioxide are produced annually from the use of activated carbon in coal-burning plants. Worldwide, it is estimated that 14.4 billion tons of carbon dioxide are produced annually from the use of activated carbon in coal-burning plants. In addition, activated carbon is not very effective at removing mercury from other forms of non-gaseous emissions, so other methods must be used.

第二のカテゴリーは、石炭燃料中の水銀レベルを低減するため、燃焼前に石炭燃料に前処理を施す方法及び/又はシステム群である。この第二のカテゴリーの例示的方法及び/又はシステムのいくつかは、アメリカ特許番号7,540,384、7,275,644、8,651,282、8,523,963、8,579,999、8,062,410、及び7,987,613に記載される。これらの例示的特許に記載される全ての方法及び/又はシステムは、大量の使用不能な石炭を生じるが、これも有害廃棄物と考えられる。結果として、公知の解決方法の第二カテゴリーの方法及び/又はシステムは、有効ではなく、実施するのには高価である。さらに、石炭の前処理には、しばしば大規模な資本と物理的空間が必要であり、必要な設備を有する多くの既存の排出物制御システムを改変するのは実用的でない。 The second category is a set of methods and/or systems that pretreat coal fuels prior to combustion to reduce mercury levels therein. Some exemplary methods and/or systems in this second category are described in U.S. Patent Nos. 7,540,384, 7,275,644, 8,651,282, 8,523,963, 8,579,999, 8,062,410, and 7,987,613. All of the methods and/or systems described in these exemplary patents generate large amounts of unusable coal, which is also considered a hazardous waste. As a result, the methods and/or systems in this second category of known solutions are ineffective and expensive to implement. Furthermore, coal pretreatment often requires large amounts of capital and physical space, making it impractical to modify many existing emission control systems with the necessary equipment.

第三のカテゴリーは、活性炭噴射システムの上流の排出物制御設備に触媒を噴射する一群の方法及び/又はシステムである。これらの方法及び/又はシステム中の触媒は、水銀をイオン化して、燃焼排ガスから水銀を収集し除去するのを容易とする。しかし、このような方法及び/又はシステムの効率は低く、操業費用が高くなり、この公知の解決方法の第三カテゴリーの方法及び/又はシステムは費用効率が高くない。この第三カテゴリーの例は、アメリカ特許番号8,480,791、8,241,398、7,753,992、および7,731,781に記載される。これらの例に加え、アメリカ特許番号7,214,254は、電子レンジと流動床反応器とを用いて高価な吸着剤材料を再生する方法及び装置を開示する。この方法では、吸着剤から選択的に水銀を蒸発させ、この時点で水銀を特殊なフィルタで捕捉し、または濃縮して収集可能とする。電子レンジを利用することから、この方法は大規模な商用用途には実用的でなく、したがって、高価な吸着剤を再生するためだけに有用である。別の例がアメリカ特許出願番号2006/0120935に示され、この中ではいくつかの基板材料の一つを用いて、燃焼排ガスが排出物制御設備を通過する際に水銀に親和力を付与して燃焼排ガスから水銀を除去する方法が開示される。この方法も、大規模な商用用途には実用的でない。 The third category is a group of methods and/or systems that inject a catalyst into the emission control equipment upstream of the activated carbon injection system. The catalyst in these methods and/or systems ionize the mercury, facilitating its collection and removal from the flue gas. However, such methods and/or systems have low efficiency and high operating costs, making the methods and/or systems in this third category of known solutions not cost-effective. Examples of this third category are described in U.S. Patent Nos. 8,480,791, 8,241,398, 7,753,992, and 7,731,781. In addition to these examples, U.S. Patent No. 7,214,254 discloses a method and apparatus for regenerating expensive sorbent materials using a microwave oven and a fluidized bed reactor. The method selectively vaporizes mercury from the sorbent, at which point the mercury can be captured or concentrated in a special filter for collection. Due to the use of a microwave oven, this method is not practical for large-scale commercial applications and is therefore only useful for regenerating expensive sorbents. Another example is shown in U.S. Patent Application No. 2006/0120935, which discloses a method of using one of several substrate materials to remove mercury from flue gases by imparting an affinity to the mercury as the flue gas passes through an emissions control facility. This method is also not practical for large-scale commercial use.

したがって、現行の排出物制御システム及び方法は、一般に有害汚染物質を気体状排出物から非気体状排出物に移動することによって動作し、これにより別の排出物管理問題を生じる。 Current emission control systems and methods therefore generally operate by transferring harmful pollutants from gaseous to non-gaseous emissions, which creates additional emission management problems.

数多くの法律及び規則が金属蒸気排出物に焦点を当てる一方、スラリー及び/又はスラリー状排出物、スラッジ及び/又はスラッジ状排出物、液体及び/又は液体状排出物、及び他の種類の排出物などの他形態の有害汚染物質を含む排出物も看過すべきではない。挙げられた全ての種類の排出物も、含まれる有害汚染物質を中和し、捕捉し、収集し、除去し、廃棄し、及び/又は適切に何らかの手段で封止可能とする処理を必要とする可能性がある。歴史的に、最も費用効率が高く、かつ最も広く用いられた有害汚染物質除去処理では、(何らかの形態の)活性炭が用いられ、この中を排出物が通過するものとされる。したがって、アメリカ国内での活性炭の需要は、毎年10億ポンドを超え、2017年まで毎年増大し、産業界に1から1.50ドル/ポンドを超える費用を生じることが予測される。これは、毎年約10億ドルに等しい。予測される活性炭需要増大の大部分は、公共事業及び製造業者に石炭燃焼プラントをより厳しい要件に従うよう更新することを要求するEPAが公布した規則の実施に影響されるものである。 While many laws and regulations focus on metal vapor emissions, other types of hazardous pollutant-containing discharges should not be overlooked, such as slurry and/or slurry-like discharges, sludge and/or sludge-like discharges, liquid and/or liquid-like discharges, and other types of discharges. All of the types of discharges listed may require treatment to neutralize, capture, collect, remove, dispose of, and/or contain in some appropriate manner the hazardous pollutants contained therein. Historically, the most cost-effective and most widely used hazardous pollutant removal treatment involves the use of activated carbon (in some form) through which the discharge passes. Thus, the demand for activated carbon in the United States is expected to exceed 1 billion pounds per year, growing annually through 2017, and cost the industry more than $1 to $1.50 per pound. This equates to approximately $1 billion per year. Much of the projected increase in activated carbon demand will be driven by the implementation of rules issued by the EPA that will require utilities and manufacturers to update their coal-burning plants to comply with stricter requirements.

より厳しくなる気体排出物規制に加え、EPAは、2016年までに完全に準拠されなくてはならない水質汚染防止法を通じて非気体排出物についてもより厳しい規制を加えている。全ての種類の排出物について強化された複合規制は、各種の異なる産業により生成される複数の種類の排出物を対象とするものである。電力事業者など、燃料を燃やして電力を発生させる事業者は、有害汚染物質を含む一次気体排出物を発生させる。工業規格に従って、これらの気体排出物は、十分な量の有害汚染物質を捕捉して気体排出物の汚染物質を許容限度以下にするために活性炭にさらされる。この燃料を燃やすことにより生じる気体排出物から有害汚染物質を除去する工程により、有害汚染物質を含む液体状又はスラリー状物質である二次非気体排出物が生じる。この二次非気体排出物中の有害汚染物質も捕捉され、及び/又は適切に封止されて、この有害汚染物質の環境中への放出を防止しなくてはならない。一次気体排出物及び二次非気体排出物の双方とも、環境基準を遵守するため、十分な有害汚染物質を適切に捕捉し、及び/又は再生し、及び/又は封止するための手段を必要とする。二次非気体排出物から有害汚染物質を除去可能な公知の方法にかかる産業上のコストは、ほとんど法外なものであり、いくつかの産業では、コストを消費者に添加できなければ設備を閉鎖することを余儀なくされる。 In addition to the increasingly stringent gaseous emissions regulations, the EPA is also placing stricter regulations on non-gaseous emissions through the Clean Water Act, which must be fully compliant by 2016. The strengthened composite regulations for all types of emissions cover multiple types of emissions produced by various different industries. Businesses that burn fuel to generate electricity, such as electric utilities, generate primary gaseous emissions that contain harmful pollutants. In accordance with industry standards, these gaseous emissions are exposed to activated carbon to capture a sufficient amount of the harmful pollutants to reduce the contaminants in the gaseous emissions to below acceptable limits. The process of removing harmful pollutants from the gaseous emissions resulting from burning this fuel produces secondary non-gaseous emissions, which are liquid or slurry-like materials that contain the harmful pollutants. The harmful pollutants in the secondary non-gaseous emissions must also be captured and/or properly sealed to prevent the release of the harmful pollutants into the environment. Both the primary gaseous effluents and the secondary non-gaseous effluents require means to adequately capture and/or regenerate and/or contain sufficient harmful pollutants to comply with environmental standards. The costs to industry of known methods capable of removing harmful pollutants from secondary non-gaseous effluents are largely prohibitive, forcing some industries to shut down facilities if the costs cannot be passed on to consumers.

いくつかの実務によれば、高いレベルの汚染物質を含有することから有害と考えられる非気体排出物は、池、山(piles)又は乾燥床中に長期間処分され収容される。このような実務では有害汚染物質が隔離される一方、高額な費用を要し、有害汚染物質それ自体を中和することなく土地を消費することになり、結果として収容地において環境問題を引き起こす可能性がある。非気体排出物の一例はフライアッシュであり、これは石炭を燃やすことによる自然発生物である。フライアッシュは、組成としては火山灰と基本的に同一である。フライアッシュは、微量濃度(すなわち微量)の多種の重金属及びその他公知の有害及び有毒汚染物質(例えば、水銀、ベリリウム、カドミウム、バリウム、クロム、銅、鉛、モリブデン、ニッケル、ラジウム、セレン、トリウム、ウラン、バナジウム、亜鉛)を含む。ある推計によれば、アメリカで燃やされる石炭の10%が、燃焼不能な材料からなり、これが灰となる。したがって、石炭灰中の有害微量元素の濃度は、元の石炭中のこれらの元素の濃度よりも10倍高い。 According to some practices, non-gaseous emissions that are considered hazardous because they contain high levels of contaminants are disposed of and stored for long periods of time in ponds, piles, or drying beds. While such practices sequester the hazardous contaminants, they are expensive and consume land without neutralizing the hazardous contaminants themselves, which can result in environmental problems at the storage site. One example of a non-gaseous emission is fly ash, which is a natural product of burning coal. Fly ash is essentially identical in composition to volcanic ash. Fly ash contains trace (i.e., minute) concentrations of many heavy metals and other known hazardous and toxic contaminants (e.g., mercury, beryllium, cadmium, barium, chromium, copper, lead, molybdenum, nickel, radium, selenium, thorium, uranium, vanadium, and zinc). By some estimates, 10% of the coal burned in the United States is made up of unburnable material that becomes ash. Thus, the concentrations of harmful trace elements in coal ash are 10 times higher than the concentrations of these elements in the original coal.

フライアッシュはポゾラン材料と考えられ、炭酸カルシウムと混合したとき、水とその他の化合物と凝集して、道路、空港滑走路及び橋に適するコンクリート混合物を生成するセメント材料が形成されることから、コンクリートの製造時に長い間用いられてきた。石炭燃焼プラントで生成されるフライアッシュは、燃焼排ガスとともに上昇する超微粒子からなる煙道灰である。上昇しない灰は、しばしばボトムアッシュと呼ばれる。初期の石炭燃焼プラントでは、フライアッシュは単に大気中に放出されるのみであった。近年、環境規制により、排出物制御機構を設置してフライアッシュが大気に放出されるのを防止する必要が生じている。多くのプラントでは、静電式集塵装置を用いることで、フライアッシュが煙突に到達して大気に出て行く前にフライアッシュを捕捉する。通常、ボトムアッシュは捕捉されたフライアッシュと混合されて、石炭灰として知られるものを形成する。通常、フライアッシュはボトムアッシュよりも高いレベルの有害汚染物質を含み、これにより、ボトムアッシュとフライアッシュとを混合することで、非気体排出物の多くの基準に準拠した比例したレベルの有害汚染物質が生じることとなる。しかし、将来の基準では、フライアッシュが有害物質と再定義される可能性がある。フライアッシュが有害物質と再定義された場合には、フライアッシュをセメント、アスファルトの製造及びその他の広く用いられる用途に用いることは出来なくなる。ある研究によれば、フライアッシュをコンクリート製造に用いることが禁止されれば、アメリカ単独で、1年あたり50億ドルを超えるコスト増大が見込まれる。このコスト増大は、フライアッシュに変えてより高価な別の材料を用いることの直接的結果である。加えて、その固有の物理的特性のため、セメントの添加物としてのフライアッシュに直接置き換えられる適切な他の公知の物質はない。 Fly ash is considered a pozzolanic material and has long been used in the manufacture of concrete because, when mixed with calcium carbonate, it forms a cementitious material that, when combined with water and other compounds, clumps together to produce a concrete mix suitable for roads, airport runways, and bridges. Fly ash, produced in coal-burning plants, is flue ash consisting of ultra-fine particles that rise with the combustion exhaust gases. Ash that does not rise is often called bottom ash. In early coal-burning plants, the fly ash was simply released into the atmosphere. In recent years, environmental regulations have required the installation of emission control mechanisms to prevent the release of fly ash into the atmosphere. Many plants use electrostatic precipitators to capture the fly ash before it reaches the chimney and escapes into the atmosphere. The bottom ash is usually mixed with the captured fly ash to form what is known as coal ash. Fly ash usually contains higher levels of harmful pollutants than bottom ash, which means that mixing bottom ash with fly ash produces proportional levels of harmful pollutants that comply with many standards for non-gaseous emissions. However, future standards may redefine fly ash as a hazardous material. If fly ash were to be redefined as a hazardous material, it would no longer be able to be used in the manufacture of cement, asphalt, and other commonly used applications. According to one study, banning fly ash from concrete production would increase costs by more than $5 billion per year in the United States alone. This increased cost would be a direct result of substituting other, more expensive materials for fly ash. In addition, due to its unique physical properties, there are no other known suitable substances that can be directly substituted for fly ash as an additive in cement.

報告書によれば、アメリカ国内で、毎年1億3000万トンを超えるフライアッシュが、450を超える石炭火力発電所において生じている。ある報告書では、フライアッシュの40%のみが再利用されるものと推定され、これは5200万トン/年のフライアッシュが再利用されるが、7800万トン/年がスラリー池及び山にそのまま貯留されることを示す。フライアッシュは、通常湿ったスラリー池の中に貯留されて、飛散粒子が空気に運ばれて、汚染物質が大量貯蔵地から出て大気又は周辺環境に運ばれるのを低減する。大量貯蔵フライアッシュが空気に運ばれて放出されるのに加え、フライアッシュを長期間収容するのに必要な収容システムに破損及び/又は故障が生じる恐れもある。テネシー州で2008年に起こった有名な破損の例では、湿った貯留フライアッシュ池の堤防が崩壊し、540万立方ヤードのフライアッシュが溢れ出た。この溢れ出たフライアッシュは、いくつかの家を破壊し、付近の河を汚染した。洗浄コストは、本願出願時には未確定であり、12億ドルを超える可能性もある。 According to reports, over 130 million tons of fly ash are generated annually in the United States at over 450 coal-fired power plants. One report estimates that only 40% of fly ash is reused, which means that 52 million tons/year of fly ash is reused, while 78 million tons/year is stored as is in slurry ponds and piles. Fly ash is typically stored in wet slurry ponds to reduce airborne particles and the transport of contaminants out of bulk storage and into the atmosphere or surrounding environment. In addition to airborne emissions of bulk stored fly ash, containment systems required to contain fly ash for long periods of time can also be damaged and/or fail. In one well-known breach in Tennessee in 2008, the dike of a wet storage fly ash pond collapsed, spilling 5.4 million cubic yards of fly ash. This spillage destroyed several homes and polluted nearby rivers. Cleanup costs have not been determined at the time of filing and could exceed $1.2 billion.

別の例として、非気体排出物が通常の石炭燃焼設備の排水発生システムの副産物として見られることもある。通常の排水発生システムでは、ボイラー及び水冷却工程から大量の水がもたらされる。これらの大量の排水は、比較的低いレベルの汚染物質を含み、より高いレベルの汚染物質を含む他の排水流を希釈するのに用いられる。通常洗浄装置から排出される汚染された排水流は、ボイラー及び/又は冷却水工程からの大量の排水によって希釈され、その後大型の連続混合槽中で石灰によって処理されて石こうを形成し、その後、沈殿池に圧送される。この工程中、一定量の水銀及び他の重金属が石こうに取り込まれ、ウォールボード及びセメントに用いられるよう安定化される。この石こうは、一般に非浸出性と考えられ、汚染とは考えられない。しかし、沈殿池からの水は、通常排水溝に排出される。現行の規制では、この今も行われている排出が許容されるが、来るべき規制では、特定の汚染物質及び/又は特定のレベルのこれらの汚染物質が、有害な汚染とされなくてはならないことが提案される。 As another example, non-gaseous emissions may be found as a by-product of wastewater generation systems in typical coal-fired facilities. Typical wastewater generation systems produce large volumes of water from the boiler and water cooling processes. These large volumes of wastewater contain relatively low levels of contaminants and are used to dilute other wastewater streams that contain higher levels of contaminants. The contaminated wastewater streams, typically discharged from scrubbers, are diluted with large volumes of wastewater from the boiler and/or cooling water processes and then treated with lime in large continuous mixing tanks to form gypsum, which is then pumped to a settling pond. During this process, certain amounts of mercury and other heavy metals are incorporated into the gypsum, which is stabilized for use in wallboard and cement. This gypsum is generally considered non-leachable and is not considered pollution. However, the water from the settling pond is typically discharged down a drain. Current regulations allow this ongoing discharge, but upcoming regulations propose that certain pollutants and/or certain levels of these pollutants must be considered hazardous pollution.

水銀と重金属とを非気体産業排水流から除去することに関して、有害汚染物質を低い残留レベルとなるように低減するため、炭酸塩、リン酸塩又は硫酸塩がしばしば用いられる。水銀と他の有害汚染物質とを産業排水流から除去する公知の方法の一つは、化学的沈殿反応である。別の公知の方法は、イオン交換を用いる。化学的沈殿反応とイオン交換法による主要な問題の一つは、汚染物質の量が多い場合(例えば、フライアッシュスラリー排出物を処理する場合)、これらの方法は、より厳しくなる非気体排出物についてのEPA規則に十分に準拠できないということである。 With regard to removing mercury and heavy metals from non-gaseous industrial wastewater streams, carbonates, phosphates or sulfates are often used to reduce the harmful contaminants to low residual levels. One known method for removing mercury and other harmful contaminants from industrial wastewater streams is chemical precipitation. Another known method uses ion exchange. One of the major problems with chemical precipitation and ion exchange methods is that when the amounts of contaminants are high (e.g., when treating fly ash slurry effluents), these methods are not sufficient to comply with increasingly stringent EPA regulations for non-gaseous effluents.

汚染された非気体排出物の別の源は、海洋船舶廃棄物の排出やバラスト排水である。貨物船やタンカーといった商業用船舶は、廃棄物とバラスト排水の双方を有する。娯楽用のクルーズ船もまた、港で処理すべき廃水を有する。また、軍用船や護衛船も相当量の排水を有する。 Another source of polluted non-gaseous emissions is the discharge of waste and ballast water from marine vessels. Commercial ships, such as cargo ships and tankers, have both waste and ballast water. Recreational cruise ships also have wastewater that must be treated in port. Military and escort ships also have significant amounts of wastewater.

海上掘削作業によってもかなりの廃水が生じる。海上掘削施設において現地で廃液を処理すれば、処理のために陸地に廃棄物を輸送するよりも著しく安価で済む。したがって、適切で許容可能なエコロジー規制を維持するために、海への排出に先立って海洋廃棄物を効率的に濾過することが必要である。 Offshore drilling operations also generate significant wastewater. Treating the waste on-site at the offshore drilling facility is significantly cheaper than transporting the waste to land for treatment. Therefore, efficient filtration of marine waste prior to discharge into the sea is necessary to maintain appropriate and acceptable ecological regulations.

二次非気体排出物を処理するため、異なる商品名で販売される各種の公知の商業排出物制御方法及びシステムもある。商品名Blue PROとして知られる処理方法は、共沈及び吸着を利用して二次非気体排出物から水銀を除去する反応濾過方法である。商品名MERSORB-LWとして知られる別の処理方法では、粉末状石炭系吸着剤を用いて共沈殿及び吸着によって二次非気体排出物から水銀を除去する。Chloralkali Electrolysis Wastewaterとして知られる別の処理方法では、塩素を電解生成する際に二次非気体排出物から水銀を除去する。別の処理方法では、吸収動態と肥料排水に由来する活性炭とを用いて水銀を二次非気体排出物から除去する。別の処理方法では、ポリエチレンイミンによって改質された多孔質セルロース単体を吸着剤として用いて水銀を二次非気体排出物から除去する。別の処理方法では、酵素還元中に微生物を用いて水銀を二次非気体排出物から除去する。商品名MerCURxEとして知られるさらに別の処理方法では、化学的沈殿反応を用いて、汚染された液体状非気体排出物を処理する。 There are also various known commercial emission control methods and systems sold under different trade names for treating secondary non-gaseous effluents. A process known as Blue PRO is a reactive filtration process that utilizes co-precipitation and adsorption to remove mercury from secondary non-gaseous effluents. Another process known as MERSORB-LW uses a powdered coal-based sorbent to remove mercury from secondary non-gaseous effluents by co-precipitation and adsorption. Another process known as Chloralkali Electrolysis Wastewater removes mercury from secondary non-gaseous effluents during electrolytic production of chlorine. Another process uses adsorption kinetics and activated carbon derived from manure wastewater to remove mercury from secondary non-gaseous effluents. Another process uses polyethyleneimine modified porous cellulose matrix as an adsorbent to remove mercury from secondary non-gaseous effluents. Another process uses microorganisms during enzymatic reduction to remove mercury from secondary non-gaseous effluents. Yet another treatment method, known by the trade name MerCURxE, uses chemical precipitation reactions to treat contaminated liquid non-gaseous effluents.

本セクションは、開示事項の概括的要約を示すものであり、その全体の範囲ないし全ての特徴を包括的に開示するものではない。 This section provides a general summary of the disclosure and is not intended to be a comprehensive disclosure of its entire scope or all of its features.

本願開示の一側面において、排出物から汚染物質を除去する装置が開示される。この装置は、逆ベンチュリ形状の筐体を備える。この筐体は、排出物が所定の入口流速で流入する入口部と、排出物を所定の出口流速で排出する出口部と、筐体の入口部と出口部との間に配置され排出物中の汚染物質を捕捉する拡径部とを備える。筐体の入口部、出口部、および拡径部は、互いに流体を介して連通するよう配置される。加えて、筐体の入口部は入口部断面積を有し、筐体の出口部は出口部断面積を有し、筐体の拡径部は拡径部断面積を有する。筐体の逆ベンチュリ形状によれば、拡径部断面積は、入口部断面積及び出口部断面積よりも大きい。この筐体の形状により、筐体の拡径部に流入する排出物は減速して、筐体の入口部及び出口部を通過する速度に対してより低速で筐体の拡径部を通過する。排出物の流れが筐体の拡径部で減速することから、筐体の拡径部中での排出物の滞留時間が増加する。この装置は、筐体の拡径部内に配置される反応物質塊をも有する。この反応物質塊は、排出物と接触するよう配置される反応外表面を有する。さらに、この反応物質塊は反応外表面にアマルガム形成金属を含む。反応物質塊中のアマルガム形成金属は、筐体の拡径部を通って反応物質塊の反応外表面に達する排出物中の汚染物質の少なくとも一部と化学的に結合する。 In one aspect of the present disclosure, an apparatus for removing contaminants from an exhaust is disclosed. The apparatus includes an inverted venturi-shaped housing. The housing includes an inlet section through which the exhaust flows at a predetermined inlet flow rate, an outlet section through which the exhaust flows at a predetermined outlet flow rate, and an expanded diameter section disposed between the inlet section and the outlet section of the housing and configured to capture contaminants in the exhaust. The inlet section, the outlet section, and the expanded diameter section of the housing are disposed to be in fluid communication with one another. In addition, the inlet section of the housing has an inlet cross-sectional area, the outlet section of the housing has an outlet cross-sectional area, and the expanded diameter section of the housing has an expanded diameter cross-sectional area. According to the inverted venturi shape of the housing, the expanded diameter cross-sectional area is larger than the inlet cross-sectional area and the outlet cross-sectional area. Due to the shape of the housing, the exhaust flowing into the expanded diameter section of the housing is decelerated and passes through the expanded diameter section of the housing at a slower speed than the speed passing through the inlet and outlet sections of the housing. Because the flow of the exhaust slows down in the expanded diameter section of the housing, the residence time of the exhaust in the expanded diameter section of the housing is increased. The apparatus also includes a reactant mass disposed within the enlarged diameter portion of the housing. The reactant mass has a reactive outer surface disposed to contact the effluent. Additionally, the reactant mass includes an amalgam-forming metal on the reactive outer surface. The amalgam-forming metal in the reactant mass chemically bonds with at least a portion of the contaminants in the effluent that pass through the enlarged diameter portion of the housing and reach the reactive outer surface of the reactant mass.

本願開示の別の側面において、気体排出物から汚染物質を除去する排出物制御方法が開示される。この方法は、以下の工程を備える。炉内で燃料を燃やして汚染物質を含む気体排出物を生成する工程、この気体排出物を静電式集塵装置に通し、この静電式集塵装置を用いて気体排出物から粒子汚染物質の第一部分を除去する工程、この気体排出物を流動式気体脱硫ユニットを通してこの流動式気体脱硫ユニットを用いて気体排出物から二酸化硫黄汚染物質を除去する工程、及びこの気体排出物を繊維フィルタユニットに通し、この繊維フィルタユニットを用いて気体排出物から粒子汚染物質の第二部分を除去する工程。この方法は、気体排出物を逆ベンチュリ装置に通し、この逆ベンチュリ装置を用いて気体排出物から重金属汚染物質を除去する工程を含んでも良い。気体排出物を逆ベンチュリ装置に通し、この逆ベンチュリ装置を用いて気体排出物から重金属汚染物質を除去する工程は、気体排出物を逆ベンチュリ装置内に配置された反応物質塊に通す工程を含む。反応物質塊は、気体排出物中の重金属汚染物質と化学的に結合するアマルガム形成金属を含む。したがって、重金属汚染物質が反応物質塊中のアマルガム形成金属と結合する際に、重金属汚染物質が逆ベンチュリ装置中に捕捉される。この方法は、さらに気体排出物を周囲の大気に放出する煙突に気体排出物を送る工程を含む。 In another aspect of the present disclosure, an emissions control method for removing pollutants from a gaseous exhaust is disclosed. The method includes the steps of burning fuel in a furnace to produce a gaseous exhaust containing pollutants, passing the gaseous exhaust through an electrostatic precipitator and removing a first portion of particulate pollutants from the gaseous exhaust using the electrostatic precipitator, passing the gaseous exhaust through a fluidized gas desulfurization unit and removing sulfur dioxide pollutants from the gaseous exhaust using the fluidized gas desulfurization unit, and passing the gaseous exhaust through a fabric filter unit and removing a second portion of particulate pollutants from the gaseous exhaust using the fabric filter unit. The method may include passing the gaseous exhaust through an inverted venturi device and removing heavy metal pollutants from the gaseous exhaust using the inverted venturi device. Passing the gaseous exhaust through an inverted venturi device and removing heavy metal pollutants from the gaseous exhaust using the inverted venturi device includes passing the gaseous exhaust through a reactant mass disposed in the inverted venturi device. The reactant mass includes amalgam-forming metals that chemically combine with the heavy metal contaminants in the gaseous effluent. Thus, as the heavy metal contaminants combine with the amalgam-forming metals in the reactant mass, the heavy metal contaminants are captured in the inverted venturi device. The method further includes sending the gaseous effluent to a chimney that releases the gaseous effluent to the surrounding atmosphere.

本願開示のさらに別の側面において、非気体排出物から汚染物質を除去する排出物制御方法が開示される。この方法は、汚染物質を含む非気体排出物を沈殿池に沈殿させて、非気体排出物中の汚染物質の一部を除去し、沈殿池中の非気体排出物の第一部分を脱水し、脱水された副産物を二次産業工程で使用し、沈殿池からの非気体排出物の第二部分を除去して、この非気体排出物の第二部分に乾燥廃棄処理を加える工程を含む。この方法は、さらに沈殿池中の非気体排出物の第三部分を、吸着剤を含む処理槽に送る工程を含んでも良い。この吸着剤は、非気体排出物の第三部分中の重金属汚染物質と化学的に結合するアマルガム形成金属を含む。したがって、この吸着剤は、重金属汚染物質が吸着剤中のアマルガム形成金属と化学的に結合する際に、処理槽中の重金属汚染物質を捕捉する。この方法は、さらに非気体排出物を処理槽から排水溝に送って排出する工程を有しても良い。 In yet another aspect of the present disclosure, an emission control method for removing contaminants from a non-gaseous effluent is disclosed. The method includes settling the contaminant-containing non-gaseous effluent in a settling basin to remove a portion of the contaminants in the non-gaseous effluent, dewatering a first portion of the non-gaseous effluent in the settling basin, using the dewatered by-product in a secondary industrial process, removing a second portion of the non-gaseous effluent from the settling basin, and subjecting the second portion of the non-gaseous effluent to a dry waste treatment process. The method may further include conveying a third portion of the non-gaseous effluent in the settling basin to a treatment vessel containing a sorbent. The sorbent includes amalgam-forming metals that chemically bond with heavy metal contaminants in the third portion of the non-gaseous effluent. Thus, the sorbent captures heavy metal contaminants in the treatment vessel as the heavy metal contaminants chemically bond with the amalgam-forming metals in the sorbent. The method may further include conveying the non-gaseous effluent from the treatment vessel to a drain for discharge.

本願明細書に記載される装置及び方法は、公知の排出物制御システム及び方法に対して数多くの利点を有する。本願開示の装置及び方法によって、石炭を燃やしたことによる排出物に活性炭を用いる必要が大幅に低減及び/又はなくなる。現状では、本明細書に開示される反応物質塊中のアマルガム形成金属と吸着剤との初期費用は、活性炭のポンドあたりの取得費用(pound acquisition cost)よりもわずかに1ドルから1.5ドル高い。しかし、アマルガム形成金属は再活性化可能であり、有害汚染物質を集めて再使用可能であることから、増加した費用は、一時的な費用である。結果として、本明細書に開示される材料を含むアマルガム形成金属を用いることによる初年度費用は、再生及び再活性化費用を含め、活性炭の年間費用の1.5倍もしくはアメリカ全土で15億ドルにのぼると推定される。しかし、初年度投資以後に推定される年間コストは、年間再生及び再活性化費用を含むのみであり、これはアメリカ全土で2.5億ドルであると推定される。したがって、10年間にわたり、アメリカ産業に対する初年度費用が15億ドルであり、次の9年間についてそれぞれ2.5億ドルの再生及び再活性化費用を要することとなり、10年間の総費用が37.5億ドルとなる。この数字は、活性炭を用いる場合の、100億ドルを超える費用と比較して低く、10年間で65億ドルの大幅なコスト削減を実現可能である。 The apparatus and methods described herein have numerous advantages over known emission control systems and methods. The disclosed apparatus and methods significantly reduce and/or eliminate the need for activated carbon for coal burning emissions. Currently, the initial cost of the amalgam-forming metals and sorbent in the reactant mass disclosed herein is only $1 to $1.5 higher than the pound acquisition cost of activated carbon. However, the amalgam-forming metals can be reactivated and the hazardous contaminants can be collected and reused, so the increased cost is a one-time expense. As a result, the first year cost of using the amalgam-forming metal containing materials disclosed herein, including regeneration and reactivation costs, is estimated to be 1.5 times the annual cost of activated carbon or $1.5 billion nationwide. However, the estimated annual cost after the first year investment only includes the annual regeneration and reactivation costs, which is estimated to be $250 million nationwide. Thus, over a ten-year period, the first year cost to the U.S. industry would be $1.5 billion, with regeneration and revitalization costs of $250 million each for the next nine years, for a total ten-year cost of $3.75 billion. This figure is low compared to the over $10 billion cost of using activated carbon, and represents a significant cost savings of $6.5 billion over ten years.

大幅なコスト削減効果に加え、本願の装置及び方法は、気体及び非気体排出物から有害汚染物質を除去するのに、公知の排出物制御システム及び方法と比較してより効率的である。これらの改良点は、産業界に予測される規制要件に合致し、及び/又はそれを上回ることを可能とするに十分なほど大幅なものであるが、これは現状の技術では経済的に実現不可能である。したがって、本願の装置及び方法は、規制により、フライアッシュが有害物質として再分類された場合でも、フライアッシュを継続して使用可能とする能力を有し、これにより建設産業、商用発電産業及びその他の非気体の灰状副産物を生成する産業において、大幅なコスト増加を防止可能である。 In addition to significant cost savings, the present apparatus and methods are more efficient at removing hazardous pollutants from gaseous and non-gaseous emissions than known emission control systems and methods. These improvements are significant enough to allow the industry to meet and/or exceed anticipated regulatory requirements that are not economically feasible with current technology. Thus, the present apparatus and methods have the ability to allow the continued use of fly ash even if regulations reclassify it as a hazardous material, thereby preventing significant cost increases for the construction industry, commercial power generation industry, and other industries that generate non-gaseous ash by-products.

本願開示の装置及び方法は、また、気体排出物から有害汚染物質を除去する際の活性炭への依存を、完全に使用不要とするものではないとしても、大幅に減少させる。排出物制御システム中の活性炭の使用を減らすことで、年間の二酸化炭素発生がアメリカのみで20億トンも減少するものと推定される。 The disclosed apparatus and methods also greatly reduce, if not completely eliminate, the reliance on activated carbon to remove harmful pollutants from gaseous emissions. Reducing the use of activated carbon in emissions control systems is estimated to reduce annual carbon dioxide emissions by as much as 2 billion tons in the United States alone.

本願開示の別の側面において、気体排出物から汚染物質を除去する排出物制御方法が開示される。この方法は以下の工程を備える。汚染されている可能性のある気体排出源をシステムに投入する工程、必要に応じて排出物を特定用途向け前置フィルタに通す工程、排出物を逆ベンチュリ形状の流動床に通す工程、必要に応じて排出物を特定用途向け後置フィルタに通す工程、その後排出物をシステム外に出す工程。システムから排出する目的としては、汚染されていないガス流の適切な特定目的での廃棄、及び/又は、環境規制に基づく(environmentally controlled)還元及び/又は放出のいずれかが考えられる。 In another aspect of the present disclosure, an emissions control method for removing contaminants from a gaseous emission is disclosed. The method includes the steps of: introducing a potentially contaminated gaseous emission source into the system, optionally passing the emission through a dedicated pre-filter, passing the emission through an inverted venturi fluidized bed, optionally passing the emission through a dedicated post-filter, and then discharging the emission from the system. Discharging the emission from the system may be for either an appropriate dedicated disposal of the uncontaminated gas stream and/or for environmentally controlled reduction and/or release.

具体的に、逆ベンチュリ形状の流動床は、気体排出物が装置内に収容された特殊な吸着剤を通過する際、気体排出物の制限滞留時間が最適となるように一定の長さ対直径比を有する大きさに作られても良い。試行錯誤の結果、流動床容器に合った最適な長さ対直径の比は2.9:1から9.8:1の間であって、好ましくは例えば4.4:1とされた。したがって、ある例示的な好ましい実施形態において、直径が4.5フィートの場合、長さは19.8フィートとなり、長さ対直径の比は4.4:1となる。 Specifically, the inverted venturi fluidized bed may be sized to have a length to diameter ratio to optimize the limit residence time of the gaseous effluent as it passes through the specialized adsorbent contained within the device. Through trial and error, the optimal length to diameter ratio for a fluidized bed vessel has been determined to be between 2.9:1 and 9.8:1, preferably 4.4:1, for example. Thus, in one exemplary preferred embodiment, for a 4.5 foot diameter, the length would be 19.8 feet, resulting in a length to diameter ratio of 4.4:1.

例示的な気体排出物用の逆ベンチュリ形状流動床装置の別の特徴は、容器の外側のいずれかの端部から見たとき、概ね曲面で外側に突出した凸状端部を有することである。流動床を備えたシステムの実施例におけるテストにより、気体排出物の流れが自らランダムに戻り、キャビテーション乱流が最小となり、従って最大限に密接な接触が多くなることから、吸着剤に接触する滞留時間が明らかとなった。概ね曲面で外側に突出した凸状端部により、流動床の両端で比較的円滑なリターンフローが可能となり、気体排出物のキャビテーション乱流も最小となる。フィルタを通過したキャビテーションを伴う乱流は、流れを妨げ及び/又は中断させることが知られている。汚染物質の捕捉や気体排出物からの除去を最適に行うためには、流動床における滞留時間を延長することが望まれる。しかしながら、キャビテーションを伴う乱流の場合、延長された滞留時間が最適化されない。各種バッフルや他の特定用途向けの流量制限障害物を、流動床の筐体に組み込むことが可能である。 Another feature of the exemplary inverted venturi fluidized bed apparatus for gaseous effluent is that it has generally curved, convex ends when viewed from either end of the exterior of the vessel. Testing of an exemplary system with a fluidized bed has demonstrated that the gaseous effluent flow returns randomly on its own, minimizing cavitation turbulence and thus maximizing intimate contact and residence time with the adsorbent. The generally curved, convex ends allow relatively smooth return flow at both ends of the fluidized bed and also minimizes cavitation turbulence of the gaseous effluent. Cavitation turbulence through a filter is known to impede and/or interrupt flow. Extended residence time in the fluidized bed is desired to optimally capture and remove contaminants from the gaseous effluent. However, extended residence time is not optimal in the case of cavitation turbulence. Various baffles and other application-specific flow-restricting obstacles can be incorporated into the fluidized bed housing.

本願開示のさらに別の側面において、非気体排出物から汚染物質を除去する排出物制御方法が開示される。この方法は以下の工程を備える。汚染されている可能性のある非気体排出源をシステムに投入する工程、必要に応じて排出物を特定用途向け前置フィルタに通す工程、排出物を逆ベンチュリ形状の流動床に通す工程、必要に応じて排出物を特定用途向け後置フィルタに通す工程、その後排出物をシステム外に排出させる工程。システムから排出する目的としては、汚染されていない非ガス流の適切な特定目的での廃棄、及び/又は、環境規制に基づく(environmentally controlled)還元及び/又は放出のいずれかが考えられる。 In yet another aspect of the present disclosure, an emission control method for removing contaminants from a non-gaseous emission is disclosed. The method includes the steps of: introducing a potentially contaminated non-gaseous emission source into the system, optionally passing the emission through a dedicated pre-filter, passing the emission through an inverted venturi fluidized bed, optionally passing the emission through a dedicated post-filter, and then discharging the emission from the system. Discharging the emission from the system may be for either an appropriate dedicated disposal of the uncontaminated non-gaseous stream and/or for environmentally controlled reduction and/or release.

具体的に、逆ベンチュリ形状の流動床は、非気体排出物が装置内に収容された特殊な吸着剤を通過する際、非気体排出物の制限滞留時間が最適となるような長さ対直径比を有する大きさに作られても良い。試行錯誤の結果、流動床容器に合った最適な長さ対直径の比は2.9:1から9.8:1の間であって、好ましくは例えば4.4:1とされた。したがって、ある例示的な好ましい実施形態において、直径が4.5フィートの場合、長さは19.8フィートとなり、長さ対直径の比は4.4:1となる。 Specifically, the inverted venturi fluidized bed may be sized to have a length to diameter ratio that optimizes the limit residence time of the non-gaseous effluent as it passes through the specialized adsorbent contained within the device. Through trial and error, an optimal length to diameter ratio for a fluidized bed vessel has been determined to be between 2.9:1 and 9.8:1, with a preferred length to diameter ratio of, for example, 4.4:1. Thus, in one exemplary preferred embodiment, for a 4.5 foot diameter, the length would be 19.8 feet, resulting in a length to diameter ratio of 4.4:1.

例示的な非気体排出物用の逆ベンチュリ形状流動床装置の別の特徴は、容器の外側のいずれかの端部から見たとき、概ね曲面で外側に突出した凸状端部を有することである。流動床を備えたシステムの実施例におけるテストにより、非気体排出物の流れが自らランダムに戻り、キャビテーション乱流が最小となり、従って最大限に密接な接触が多くなることから、吸着剤に接触する滞留時間が明らかとなった。概ね曲面で外側に突出した凸状端部により、逆ベンチュリ形状の流動床の両端で比較的円滑なリターンフローが可能となり、非気体排出物のキャビテーション乱流も最小となる。フィルタを介したキャビテーションを伴う乱流は、流れを妨げ及び/又は中断させることが知られている。汚染物質の捕捉や非気体排出物からの除去を最適に行うためには、逆ベンチュリ形状の流動床における滞留時間を延長することが望まれる。しかしながら、キャビテーションを伴う乱流の場合、延長された滞留時間が最適化されない。各種バッフルや他の特定用途向けの流量制限障害物を、流動床の筐体に組み込むことが可能である。 Another feature of the exemplary inverted venturi fluidized bed apparatus for non-gaseous effluent is that it has generally curved, convex ends when viewed from either end of the exterior of the vessel. Testing of the exemplary fluidized bed system has revealed that the flow of non-gaseous effluent returns randomly on its own, minimizing cavitation turbulence and thus maximizing intimate contact and residence time with the adsorbent. The generally curved, convex ends allow relatively smooth return flow at both ends of the inverted venturi fluidized bed, minimizing cavitation turbulence of the non-gaseous effluent. Turbulence associated with cavitation through a filter is known to impede and/or interrupt flow. Extended residence time in the inverted venturi fluidized bed is desired to optimally capture and remove contaminants from the non-gaseous effluent. However, extended residence time is not optimal in the case of turbulent cavitation. Various baffles and other application-specific flow-restricting obstacles can be incorporated into the fluidized bed housing.

本願開示の別の側面において、気体及び/又は非気体排出物用の逆ベンチュリ形状の流動床システムは、吸着剤から汚染要素を捕集するために逆ベンチュリ形状流動床の容器から外して移動可能である。この場合、捕捉された汚染物質は、適切に廃棄及び/又は適切な産業用途にリサイクル可能である。吸着剤は再生及び/又は活性化された後、該システム内でさらに使用されるべく流動床に再配置可能である。流動床における吸着剤の量を維持するために、吸着剤の組込み投入口を設けても良い。 In another aspect of the present disclosure, the inverted venturi fluidized bed system for gaseous and/or non-gaseous effluents can be removed from the inverted venturi fluidized bed vessel to capture contaminants from the adsorbent, where the captured contaminants can be appropriately disposed of and/or recycled to appropriate industrial applications. After the adsorbent has been regenerated and/or activated, it can be redeployed to the fluidized bed for further use within the system. A built-in adsorbent inlet can be provided to maintain the amount of adsorbent in the fluidized bed.

本開示の別の側面によれば、逆ベンチュリ形状の流動床は、開示した長さ対直径比の特徴や、概ね曲面で外側に突出した凸状端部の特徴を維持しつつ、個人的な民生用途用にかなり軽量化したり、あるいは、非常に大規模な商業用途用にサイズを大きくすることが可能である。常設システムとしては、これらに限られないが、地上配備サイトシステム、及び/又は、護衛または軍用船や消費者向けクルーズ船における現場組み立て式のものがある。他に考えられる現場組み立て式システムの用途には、特に、工業的石炭燃焼プラント、天然ガス燃焼設備、セメント生産プラント、石油精製設備、塩素アルカリ工業、塩化ビニル工業、採掘事業及び精錬事業がある。 According to another aspect of the present disclosure, the inverted venturi shaped fluidized bed can be significantly lighter for personal civilian applications or larger in size for very large commercial applications while maintaining the disclosed length to diameter ratio and generally curved outwardly protruding convex end characteristics. Permanent systems include, but are not limited to, land-based site systems and/or field assembled systems on escort or military vessels and consumer cruise ships. Other possible applications for field assembled systems include industrial coal burning plants, natural gas burning facilities, cement production plants, oil refineries, chlor-alkali industry, vinyl chloride industry, mining operations and smelting operations, among others.

特定用途の常設システムに加え、本システムは可搬型システムとしても構成可能である。可搬型システムの例としては、これらに限られないが、トラック搭載型システム、バージ搭載型システム、トレーラー搭載型システム、鉄道車両システムが挙げられる。可搬型システムの用途としては、常設の現地組み立て式システムを補修、点検、及び/又は、修理するために、一時的な排出物のバイパスを設けることによって現地組み立て式システムへのバイパスを設ける際に有用である。可搬型システムはまた、汚染された排出物の流量が常設の現地組み立て式システムの能力を超過する間、常設の現地組み立て式設備に超過分のフィルタ機能を実装する際にも有用である。 In addition to application-specific permanent systems, the system can also be configured as a portable system. Examples of portable systems include, but are not limited to, truck-mounted systems, barge-mounted systems, trailer-mounted systems, and railcar systems. Applications of portable systems are useful in providing a bypass to a permanent field-assembled system by providing a temporary emissions bypass for repair, inspection, and/or maintenance of the permanent field-assembled system. Portable systems are also useful in providing excess filtration to a permanent field-assembled facility during times when the flow rate of polluted emissions exceeds the capacity of the permanent field-assembled system.

本明細書に記載される特殊な吸着剤を、開示される装置及び方法とともに用いることで、数多くの利点がある。一般に、この吸着剤によって開示される排出物装置の水銀その他の有害物質を捕捉、収容及び/又はリサイクルする能力は、公知の排出物制御システム及び方法を用いることでは以前に不可能である。本明細書に開示される吸着剤の別の重要な利点は、この吸着剤が気体及び非気体排出物の双方を処理するのに使用可能であり、これにより、気体排出物を処理するのに用いられる一次排出物制御処理から生じる二次排出物などの、汚染された非気体排出物を処理する公知の方法の問題点の多くを克服可能である。加えて、本明細書に記載される吸着剤により、一次気体排出物処理工程の副産物として生じる非気体排出物を二次処理する必要を無くすことができるほど十分効率的に気体排出物を処理する能力が得られる。本明細書に開示される吸着剤は、再利用可能な点でも有益である。再処理方法を通じて、吸着剤中のアマルガム形成金属と化学的に結合する有害汚染物質を吸着剤から収集する(すなわち除去する)ことが可能であり、これにより気体及び非気体排出物から汚染物質を除去する吸着剤の能力を回復させる。 The use of the special sorbents described herein in conjunction with the disclosed apparatus and methods provides numerous advantages. In general, the ability of the disclosed effluent apparatus to capture, contain and/or recycle mercury and other harmful substances is not previously possible using known emission control systems and methods. Another important advantage of the sorbents disclosed herein is that they can be used to treat both gaseous and non-gaseous effluents, thereby overcoming many of the problems of known methods for treating contaminated non-gaseous effluents, such as secondary effluents from primary emission control processes used to treat gaseous effluents. In addition, the sorbents described herein provide the ability to treat gaseous effluents efficiently enough to eliminate the need for secondary treatment of non-gaseous effluents that arise as a by-product of the primary gaseous effluent treatment process. The sorbents disclosed herein are also beneficial in that they are reusable. Through reprocessing methods, harmful contaminants that chemically bind with the amalgam-forming metals in the sorbent can be collected (i.e., removed) from the sorbent, thereby restoring the sorbent's ability to remove contaminants from gaseous and non-gaseous effluents.

さらなる適用可能性の範囲は本明細書の記載から明らかとなるだろう。本要約における記載および具体例は単に説明を目的とするものであり、本開示事項の範囲を限定するものではない。 Further scope of applicability will become apparent from the description herein. The descriptions and specific examples in this Abstract are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the present disclosure.

本明細書に記載される図面は、考えうる全ての実装形態ではなく選択された実施形態を単に説明する目的に過ぎず、本開示事項の範囲を限定するものではない。 The drawings described herein are merely intended to illustrate selected embodiments rather than all possible implementations and are not intended to limit the scope of the present disclosure.

本発明のその他の利点は、添付の図面と合わせて以下の詳細な説明を参照することにより、容易に理解されるであろう。これらの図面は以下を示す。
石炭火力発電所の公知の構成を示す模式図。 図1に示されるタイプの石炭火力発電所によって生成される排出物から汚染物質を除去するのに用いられる排出物制御システムの公知の構成を示す模式図。 図2に示され、本願開示にしたがって構成された例示的逆ベンチュリ装置を追加することによって変形された排出物制御システムの模式図。 本願開示にしたがって構成された、入口部を有する筐体と、拡径部と、出口部とを有する例示的逆ベンチュリ装置の側面断面図。 図4Aに示される例示的逆ベンチュリ装置の筐体の入口部の正面断面図。 図4Aに示される例示的逆ベンチュリ装置の筐体の拡径部の正面断面図。 図4Aに示される例示的逆ベンチュリ装置の筐体の出口部の正面断面図。 本願開示にしたがって構成された、一連の交互配置バッフルが筐体の拡径部中に配置されて、排出物の蛇行流路を形成する別の例示的逆ベンチュリ装置の側面断面図。 本願開示にしたがって構成された、らせん状バッフルが筐体の拡径部中に配置されて、排出物のらせん状流路を形成する別の例示的逆ベンチュリ装置の側面断面図。 図6Aに示される例示的逆ベンチュリ装置のらせん状バッフルの正面斜視図。 本願開示にしたがって構成された、複数の離隔配置されたバッフルが筐体の拡径部中に配置された別の例示的逆ベンチュリ装置の側面断面図。 図7Aに示される例示的逆ベンチュリ装置の、線A-Aに沿った断面を示す正面断面図であって、バッフルの一つのオリフィスが示される。 本願開示にしたがって構成された、複数の破片が筐体の拡径部中に配置された別の例示的逆ベンチュリ装置の側面断面図。 本願開示にしたがって構成された、複数のもつれ糸が筐体の拡径部中に配置されて、毛糸状体を形成する別の例示的逆ベンチュリ装置の側面断面図。 本願開示にしたがって構成された、フィルタ素子が筐体の拡径部中に配置された別の例示的逆ベンチュリ装置の側面断面図。 本願開示にしたがって構成された、筐体の拡径部が複数のバッフルと、隣接するバッフル間に配置された複数の各種サイズの破片とを収容する別の例示的逆ベンチュリ装置の側面断面図。 図11に示される例示的逆ベンチュリ装置の筐体の拡径部に収容されるサイズの破片の一例を示す正面図。 図11に示される例示的逆ベンチュリ装置の筐体の拡径部に収容されるサイズの破片の別の一例を示す正面図。 図11に示される例示的逆ベンチュリ装置の筐体の拡径部に収容されるサイズの破片の別の一例を示す正面図。 図11に示される例示的逆ベンチュリ装置の筐体の拡径部に収容されるサイズの破片の別の一例を示す正面図。 他のピースと組み合わせて図8及び図11に示される例示的逆ベンチュリ装置に示される破片と置き換えて利用可能な遊離材料のアスタリスク形状を有するピースの一例を示す正面図。 他の結晶フレークと組み合わせて図8及び図11に示される例示的逆ベンチュリ装置に示される破片と置き換えて利用可能な結晶フレークの一例を示す正面図。 他のワイヤコイルと組み合わせて図8及び図11に示される例示的逆ベンチュリ装置に示される破片と置き換えて利用可能なワイヤコイルの一例を示す正面図。 本願開示にしたがって構成された、直列に連結された二つの分離された拡径部を有する別の例示的逆ベンチュリ装置を示す側面断面図。 本願開示にしたがって構成された、平行に連結された二つの分離された拡径部を有する別の例示的逆ベンチュリ装置を示す側面断面図。 本願開示にしたがって構成された、別の例示的逆ベンチュリ装置を示す側面断面図。 気体排出物から汚染物質を除去する公知の方法を示すブロックフローダイアグラム。 図17に示される気体排出物から汚染物質を除去する方法であって、第一導入時点において気体排出物に吸着剤を噴射し、その後に気体排出物に逆ベンチュリ装置を通過させる工程を追加するよう変形した方法を示すブロック図。 図17に示される気体排出物から汚染物質を除去する方法であって、第二導入時点において気体排出物に吸着剤を噴射し、その後に気体排出物に逆ベンチュリ装置を通過させる工程を追加するよう変形した方法を示すブロック図。 非気体排出物から汚染物質を除去する公知の方法であって、非気体排出物を沈殿池に沈殿させることを要する方法を示すブロック図。 図19に示される非気体排出物から汚染物質を除去する方法であって、沈殿池から吸着剤で抽出された非気体排出物の一部を処理する工程を追加するよう変形した方法を示すブロック図。 排出物から公知の排出物制御システムによって除去された汚染物質の割合と、本願で開示された装置及び方法によって排出物から除去された汚染物質の割合とを示すグラフ。 気体排出物から汚染物質を除去するとともに、気体排出物から汚染物質を分離する反応物質を洗浄する逆ベンチュリ形状流動床装置の使用方法の一例を示すブロックフローダイアグラム。 非気体排出物から汚染物質を除去するとともに、非気体排出物から汚染物質を分離する反応物質を洗浄する逆ベンチュリ形状流動床装置の使用方法の一例を示すブロックフローダイアグラム。 例示的逆ベンチュリ形状流動床装置を通じて延長した非乱流排出物の流れ、および、排出物から汚染物質を分離する吸着剤を洗浄およびリサイクルするための例示的な方法工程を示すフローダイアグラム。
Other advantages of the present invention will be readily appreciated as the same becomes better understood by reference to the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, in which:
1 is a schematic diagram illustrating a known configuration of a coal-fired power plant. FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a known configuration of an emissions control system used to remove pollutants from the emissions produced by a coal-fired power plant of the type shown in FIG. 1 . 3 is a schematic diagram of the emission control system shown in FIG. 2 and modified by the addition of an exemplary reverse venturi device constructed in accordance with the present disclosure; FIG. 1 is a side cross-sectional view of an exemplary reverse venturi device having a housing with an inlet portion, an expansion portion, and an outlet portion, constructed in accordance with the present disclosure. FIG. 4B is a front cross-sectional view of an inlet portion of the housing of the exemplary reverse venturi device shown in FIG. 4A. FIG. 4B is a front cross-sectional view of the expanded diameter portion of the housing of the exemplary reverse venturi device shown in FIG. FIG. 4B is a front cross-sectional view of an outlet portion of the housing of the exemplary reverse venturi device shown in FIG. 4A. FIG. 2 is a side cross-sectional view of another example reverse venturi device in which a series of interleaved baffles are disposed in an expanded diameter section of a housing to create a serpentine flow path for exhaust material, constructed in accordance with the present disclosure; FIG. 2 is a side cross-sectional view of another exemplary reverse venturi device in which a helical baffle is disposed in an flared portion of a housing to form a helical flow path for exhaust material, constructed in accordance with the present disclosure; FIG. 6B is a front perspective view of the helical baffle of the exemplary reverse venturi device shown in FIG. FIG. 2 is a side cross-sectional view of another example reverse venturi device having a plurality of spaced apart baffles disposed in an expanded diameter portion of a housing, constructed in accordance with the present disclosure; FIG. 7B is a front cross-sectional view of the exemplary reverse venturi device shown in FIG. 7A taken along line AA, with one orifice of the baffle shown. FIG. 2 is a side cross-sectional view of another example reverse venturi device constructed in accordance with the present disclosure, with multiple pieces disposed in an expanded diameter portion of a housing; FIG. 2 is a side cross-sectional view of another exemplary reverse venturi device constructed in accordance with the present disclosure, in which a plurality of entangled threads are disposed in an enlarged diameter portion of a housing to form a filament; FIG. 2 is a side cross-sectional view of another example reverse venturi device constructed in accordance with the present disclosure, the filter element being disposed in an expanded diameter portion of the housing; FIG. 2 is a side cross-sectional view of another example reverse venturi device constructed in accordance with the present disclosure, where the expanded diameter portion of the housing accommodates a plurality of baffles and a plurality of various sized debris disposed between adjacent baffles; FIG. 12 is a front view of an example of a debris size that can be accommodated in the expanded diameter portion of the housing of the example reverse venturi device shown in FIG. FIG. 12 is a front view of another example of a size of debris that can be accommodated in the expanded diameter portion of the housing of the example reverse venturi device shown in FIG. FIG. 12 is a front view of another example of a size of debris that can be accommodated in the expanded diameter portion of the housing of the example reverse venturi device shown in FIG. FIG. 12 is a front view of another example of a size of debris that can be accommodated in the expanded diameter portion of the housing of the example reverse venturi device shown in FIG. FIG. 12 is a front view of one example of an asterisk-shaped piece of loose material that can be used in combination with other pieces to replace the debris shown in the exemplary reverse venturi device shown in FIGS. 8 and 11 . FIG. 12 is a front view of an example of a crystal flake that can be used in combination with other crystal flakes to replace the debris shown in the example reverse venturi device shown in FIGS. 8 and 11 . FIG. 12 is a front view of one example of a wire coil that can be used in combination with other wire coils to replace the debris shown in the example reverse venturi device shown in FIGS. 8 and 11 . FIG. 2 is a side cross-sectional view of another example reverse venturi device having two separated expansion sections connected in series, constructed in accordance with the present disclosure; FIG. 2 is a side cross-sectional view of another exemplary reverse venturi device having two separated expansion sections connected in parallel, constructed in accordance with the present disclosure; FIG. 2 is a side cross-sectional view of another exemplary reverse venturi device constructed in accordance with the present disclosure. 1 is a block flow diagram illustrating a known method for removing pollutants from a gaseous effluent. FIG. 18 is a block diagram illustrating the method of removing contaminants from the gas effluent shown in FIG. 17 modified by adding the step of injecting an adsorbent into the gas effluent at a first introduction point and then passing the gas effluent through an inverse venturi device. FIG. 18 is a block diagram illustrating the method of removing contaminants from the gas effluent shown in FIG. 17 modified by adding the step of injecting an adsorbent into the gas effluent at a second introduction point and then passing the gas effluent through an inverse venturi device. FIG. 1 is a block diagram illustrating a known method for removing contaminants from non-gaseous effluents, which involves settling the non-gaseous effluents in a settling pond. FIG. 20 is a block diagram illustrating the method for removing contaminants from the non-gaseous effluent shown in FIG. 19 modified to include the step of treating a portion of the non-gaseous effluent extracted from the settling pond with a sorbent. 2 is a graph showing the percentage of pollutants removed from an exhaust by known emission control systems and the percentage of pollutants removed from an exhaust by the apparatus and method disclosed herein; 1 is a block flow diagram illustrating an example of a method for using an inverted venturi fluidized bed apparatus to remove contaminants from a gaseous effluent and to scrub reactants that separate the contaminants from the gaseous effluent. 1 is a block flow diagram illustrating an example of a method for using an inverted venturi fluidized bed apparatus to remove contaminants from a non-gaseous effluent and to scrub reactants that separate the contaminants from the non-gaseous effluent. 1 is a flow diagram illustrating an extended non-turbulent effluent flow through an exemplary inverted venturi fluidized bed apparatus and exemplary method steps for washing and recycling the sorbent that separates contaminants from the effluent.

図面を参照して産業排出物から汚染物質を除去する装置及び方法を説明するが、図面を通じて同じ符号は対応する要素を示す。 The apparatus and method for removing pollutants from industrial emissions are described with reference to the drawings, in which like reference numerals refer to corresponding elements throughout.

例示的実施形態を、添付図面を参照してより十分に説明する。例示的実施形態を、本願開示を十全なものとし、当業者にその範囲を十分に伝えるよう示している。本願開示の実施形態の十全な理解を提供するため、具体的な構成要素、素子及び方法の例など、数多くの具体的詳細を記載している。当業者にとって、具体的な詳細を用いる必要はなく、例示的実施形態は多くの異なる形態で実装可能であり、また本願開示を限定するものと解釈すべきでないことは明らかであろう。いくつかの例示的実施形態において、公知の方法、公知の素子構造及び公知の技術は、詳細に記載されない。 The exemplary embodiments are described more fully with reference to the accompanying drawings. The exemplary embodiments are presented so as to make the disclosure thorough and fully convey the scope of the present disclosure to those skilled in the art. Numerous specific details are described, such as examples of specific components, elements and methods, in order to provide a thorough understanding of the embodiments of the present disclosure. It will be apparent to one skilled in the art that the specific details are not necessary and that the exemplary embodiments can be implemented in many different forms and should not be construed as limiting the present disclosure. In some exemplary embodiments, known methods, known element structures and known techniques are not described in detail.

本明細書中で用いられる用語は、具体的な例示的実施形態を記述することのみを目的とするものであり、限定的であることを意図しない。本明細書で使用される際、単数形は、明示されていない限り複数形も含むことを意図する。用語「備える」、「備えて」、「含んで」および「有して」は包括的であり、述べられた特徴、整数、工程、動作、要素、及び/又は部品の存在を特定する。しかし、1以上の特徴、整数、工程、操作、要素、部品及び/又は群の存在または追加を排除するものではない。本明細書で記載される方法工程、プロセスおよび操作は、実行順序として詳細に特定されない限り、必ずしも記載または図示された特定の順序で実行を要するものと解釈されるべきではない。追加工程または代替工程が用いられても良いことも当然である。 The terms used herein are for the purpose of describing specific exemplary embodiments only and are not intended to be limiting. As used herein, the singular is intended to include the plural unless expressly stated. The terms "comprises," "comprising," "including," and "having" are inclusive and identify the presence of stated features, integers, steps, operations, elements, and/or components, but do not exclude the presence or addition of one or more features, integers, steps, operations, elements, components, and/or groups. The method steps, processes, and operations described herein should not be construed as necessarily requiring execution in the particular order described or illustrated, unless specifically identified as an order of execution. It is understood that additional or alternative steps may be used.

要素または層が、他の要素または層「上に」ある、「に係合」、「に接続」または「に連結」すると記される場合、この要素または層は直接に他の要素または層上にあるか、係合、接続、または連結しても良い。または、介在要素または層があっても良い。一方、要素が、他の要素または層の「直接上に」ある、「に直接係合」、「に直接接続」または「に直接連結」すると記される場合、介在要素または層は存在しなくてよい。要素同士の関係を説明するのに使用される他の文言(例えば、「の間に」と「直接の間に」、「隣接して」と「直接隣接して」など)は、同様に解釈されるべきである。本明細書で用いられる際、用語「及び/又は」は1以上の関連づけられたリスト項目の全ての組み合わせを含む。 When an element or layer is described as being "on", "engaged with", "connected to" or "coupled to" another element or layer, the element or layer may be directly on, engaged with, connected to, or coupled to the other element or layer, or there may be an intervening element or layer. On the other hand, when an element is described as being "directly on", "directly engaged with", "directly connected to" or "directly coupled to" another element or layer, there may not be an intervening element or layer. Other language used to describe the relationship of elements (e.g., "between" and "directly between", "adjacent" and "directly adjacent") should be interpreted similarly. As used herein, the term "and/or" includes all combinations of one or more of the associated listed items.

第一、第二、第三等の用語が各種要素、部品、領域、層及び/又は切断面を説明するために本明細書で使用されるが、これらの要素、部品、領域、層及び/又は切断面はこれらの用語により限定されるものではない。これらの用語は、ある要素、部品、領域、層及び/又は切断面を他の領域、層または切断面から区別するためにのみ使用されても良い。本明細書で使用される際の「第一」「第二」のような用語および他の数に関する用語は、文脈で明示されない限り、配列または順序を意味しない。したがって、下記で論じられる第一要素、部品、領域、層及び/又は切断面は、実施例の教示から逸脱することなく第二要素、部品、領域、層及び/又は切断面と称されることも可能である。 Terms such as first, second, third, etc. are used herein to describe various elements, parts, regions, layers, and/or cut surfaces, but these elements, parts, regions, layers, and/or cut surfaces are not limited by these terms. These terms may be used only to distinguish one element, part, region, layer, and/or cut surface from another region, layer, or cut surface. Terms such as "first," "second," and other numerical terms as used herein do not imply an order or sequence unless clearly indicated by the context. Thus, the first elements, parts, regions, layers, and/or cut surfaces discussed below may be referred to as second elements, parts, regions, layers, and/or cut surfaces without departing from the teachings of the embodiments.

「インナー」、「アウター」、「真下に」、「下に」、「下側の」「上に」、「上部に」等のような空間的に相対的な用語が、図示する際、ある要素または特徴と他の要素または特徴との関係の記載を容易にするために、本明細書で使われても良い。空間的に相対的な用語は、図示される向きに加えて、使用時または操作時における装置の異なる向きを包含するものとしても良い。例えば、図の装置がひっくり返ると、他の要素または特徴の「下に」または「真下に」と記載される要素は、他の要素または特徴の「上に」置かれるだろう。このように、例示の用語「下に」は上と下両方への向きを包含することが可能である。装置は他方向に向いてもよく(90度回転または他の向きに)、本明細書で使用される空間関連記述子はそのように解釈される。 Spatially relative terms such as "inner," "outer," "below," "below," "lower," "above," "on top," and the like may be used herein to facilitate the description of the relationship of one element or feature to another element or feature when illustrated. Spatially relative terms may be intended to encompass different orientations of the device during use or operation in addition to the orientation depicted. For example, if the device in the figures were turned over, an element described as "below" or "below" another element or feature would be placed "above" the other element or feature. Thus, the exemplary term "below" can encompass both an orientation of above and below. The device may be otherwise oriented (rotated 90 degrees or at other orientations) and the spatially relative descriptors used herein would be interpreted accordingly.

加えて、本明細書で用いられる「導管」という用語は、液体及び/又は液体状排出物及び気体及び/又は気体状排出物を運ぶのに通常利用可能な全てのパイプの記載をカバーすることを意図するものである。排出物の種類に関わらず、排出物の実際の運搬方法に関して、何ら優先的取り扱いをし、または暗示するものではない。 Additionally, the term "conduit" as used herein is intended to cover the description of all pipes typically available for conveying liquid and/or liquid-like effluents and gas and/or gaseous effluents. No preference is intended or implied regarding the actual method of conveying the effluent, regardless of the type of effluent.

図1を参照して、通常の石炭火力発電所100の模式図が示される。この石炭火力発電所100は、一種以上の石炭燃料2を燃やして電力7を発生させる産業設備である流動床反応器1を有する。この電力7は、その後、電線8を介して配電網に分配されても良い。流動床反応器1内での燃焼は、空気3、火4、及び石炭燃料2によって行われる。この燃焼プロセスは、水を加熱して蒸気5を発生させるのに用いられる。この蒸気は、その後発電機6を回して、電力7を発生させるのに用いられる。燃焼プロセスからの気体排出物10は、煙突9を通って環境中に放出される。石炭火力発電所100に何ら排出物制御システムが設けられない場合(図1)、この排出物10は、フライアッシュ、水銀(Hg)、金属蒸気、二酸化硫黄(SO2)、塩化水素(HCl)及びその他の有害ガスなどの多くの有害汚染物質を含む。 With reference to FIG. 1, a schematic diagram of a typical coal-fired power plant 100 is shown. The coal-fired power plant 100 has a fluidized bed reactor 1, which is an industrial facility that burns one or more coal fuels 2 to generate electricity 7. The electricity 7 may then be distributed to the grid via power lines 8. Combustion in the fluidized bed reactor 1 is carried out with air 3, fire 4, and the coal fuel 2. The combustion process is used to heat water to generate steam 5. The steam is then used to turn a generator 6 to generate electricity 7. Gaseous emissions 10 from the combustion process are released into the environment through a chimney 9. If the coal-fired power plant 100 is not provided with any emissions control system (FIG. 1), the emissions 10 include many harmful pollutants such as fly ash, mercury (Hg), metal vapors, sulfur dioxide (SO2), hydrogen chloride (HCl), and other harmful gases.

図2を参照して、通常の排出物制御システム202を有する改良型石炭火力発電所200の模式図が示される。この排出物制御システム202により、気体排出物10中の有害汚染物質の一部が捕捉、収集される。この排出物制御システム202は、燃焼反応が起こる流動床反応器1からの気体排出物10を、気体排出物10から二酸化硫黄及びフライアッシュ汚染物質の一部を除去する湿式/乾式気体洗浄装置11に搬送する。気体排出物10を湿式/乾式気体洗浄装置11に搬送するのに代えて、あるいはそれに加えて、この排出物制御システム202は気体排出物10を、二酸化硫黄、有害ガス及びその他の汚染物質の一部が捕捉・収集される噴射乾燥機12に搬送しても良い。この排出物は、フィルタバッグを用いて気体排出物10の流れから粒子を除去する繊維フィルタユニット13(すなわちバグハウス)を通過させても良い。このシステムは、気体排出物10が煙突9を通って周囲の大気(すなわち環境)に放出される前に、気体排出物10から多くの汚染物質を収集し除去する。図2に示される通常の排出物制御システム202の問題点は、金属蒸気排出物に含まれる水銀などのナノサイズの汚染物質が、排出物制御システム202の湿式/乾式気体洗浄装置11、噴射乾燥機12、及び繊維フィルタユニット13を容易に通過することである。 2, a schematic diagram of an improved coal-fired power plant 200 is shown having a conventional emission control system 202. The emission control system 202 captures and collects a portion of the harmful pollutants in the gaseous exhaust 10. The emission control system 202 conveys the gaseous exhaust 10 from the fluidized bed reactor 1, where the combustion reaction occurs, to a wet/dry scrubber 11, which removes a portion of the sulfur dioxide and fly ash pollutants from the gaseous exhaust 10. Alternatively or in addition to conveying the gaseous exhaust 10 to the wet/dry scrubber 11, the emission control system 202 may convey the gaseous exhaust 10 to a jet dryer 12, where a portion of the sulfur dioxide, harmful gases and other pollutants are captured and collected. The exhaust may be passed through a fabric filter unit 13 (i.e., baghouse), which uses filter bags to remove particles from the gaseous exhaust 10 stream. This system collects and removes many of the pollutants from the gaseous effluent 10 before it is released into the surrounding atmosphere (i.e., the environment) through a chimney 9. The problem with the typical emissions control system 202 shown in FIG. 2 is that nano-sized pollutants such as mercury contained in metal vapor emissions easily pass through the wet/dry scrubber 11, the blow dryer 12, and the fabric filter unit 13 of the emissions control system 202.

図3を参照して、図2に示される排出物制御システム202に加えて、吸着材噴射機14と逆ベンチュリ装置15とを有する改良型石炭火力発電所300の模式図が示される。吸着材噴射機14は、吸着剤を気体排出物10に添加するよう動作し、逆ベンチュリ装置15の上流に配置されても良い。より具体的に、図3に示される例では、吸着材噴射機は噴射乾燥機12と繊維フィルタユニット13との間に配置される。逆ベンチュリ装置15を異なる位置に配置することも可能だが、図3では、逆ベンチュリ装置は繊維フィルタユニット13と煙突9との間に配置される。この配置の主要な利点の一つは、既存の設備に逆ベンチュリ装置15を設置可能であり、「既存変更許可(Modification to Existing Permit)」を申請するのみで足り、完全に新規の排出物制御システムを申請するのに比べて時間と費用の双方を節約できることである。動作時、気体排出物10は繊維フィルタユニット13から逆ベンチュリ装置15に送られる。以下により詳細に説明するように、この逆ベンチュリ装置15には、水銀、重金属、ナノサイズ粒子及びその他の汚染物質の相当量を収集し、捕捉するのに適する内部構造が設置される。したがって、煙突9を出て行く気体排出物10は、実質上全ての有害汚染物質が取り除かれている。 3, a schematic diagram of an improved coal-fired power plant 300 is shown having an adsorbent injector 14 and an inverted venturi device 15 in addition to the emission control system 202 shown in FIG. 2. The adsorbent injector 14 operates to add adsorbent to the gaseous effluent 10 and may be located upstream of the inverted venturi device 15. More specifically, in the example shown in FIG. 3, the adsorbent injector is located between the spray dryer 12 and the fiber filter unit 13. In FIG. 3, the inverted venturi device 15 is located between the fiber filter unit 13 and the chimney 9, although it is possible to locate the inverted venturi device 15 in a different location. One of the main advantages of this arrangement is that the inverted venturi device 15 can be installed in an existing facility and only a "Modification to Existing Permit" needs to be applied for, saving both time and money compared to applying for a completely new emission control system. In operation, the gaseous exhaust 10 is directed from the fabric filter unit 13 to the inverse venturi device 15. As will be described in more detail below, the inverse venturi device 15 is equipped with internal structures suitable for collecting and trapping substantial amounts of mercury, heavy metals, nano-sized particles and other contaminants. Thus, the gaseous exhaust 10 exiting the chimney 9 is substantially purified of all harmful contaminants.

図4A~図4Dを参照し、逆ベンチュリ装置15は、逆ベンチュリ形状の筐体16を備える。ベンチュリが、まずより大きな断面からより小さな断面に縮径し、その後より小さな断面からより大きな断面に拡大する導管として一般に記載されることはいうまでもない。したがって、本願明細書で用いられる「逆ベンチュリ」との用語は、その逆、すなわち、まずより小さな断面からより大きな断面に拡大し、その後より大きな断面からより小さな断面に縮径する導管を意味する。具体的に、開示される逆ベンチュリ装置15の筐体16は中心軸17に沿って延び、入口部18、拡径部19、および出口部20を有する。この筐体16の入口部18は、気体排出物10が、流入速度V1及び圧力P1で特徴づけられる所定の入口流速で流入するような大きさとされる。この筐体16の出口部20は、気体排出物10が、出口速度V3及び圧力P3で特徴づけられる所定の出口流速で流出するような大きさとされる。この拡径部19は、筐体16の入口部18と出口部20との間に配置され、内部に気体排出物10中の汚染物質を捕捉する拡径室21を形成する。この筐体16の拡径部19は、中心軸17とおよそ対向する内面68を有する。筐体16の入口部18、拡径部19、及び出口部20は、中心軸17に沿って、筐体16の入口部18、拡径部19、及び出口部20が互いに流体を介して連通するように順に配置される。すなわち、筐体16の入口部18、拡径部19、及び出口部20は、合わせて中心軸17に沿って延びる導管を形成する。 4A-4D, the reverse venturi device 15 includes a housing 16 having a reverse venturi shape. It will be appreciated that a venturi is generally described as a conduit that first narrows from a larger cross-section to a smaller cross-section and then expands from the smaller cross-section to a larger cross-section. Thus, the term "reverse venturi" as used herein means the reverse, i.e., a conduit that first expands from a smaller cross-section to a larger cross-section and then narrows from the larger cross-section to the smaller cross-section. Specifically, the housing 16 of the disclosed reverse venturi device 15 extends along a central axis 17 and has an inlet section 18, an expanding section 19, and an outlet section 20. The inlet section 18 of the housing 16 is sized such that the gaseous discharge 10 enters at a predetermined inlet flow rate characterized by an inlet velocity V1 and a pressure P1. The outlet section 20 of the housing 16 is sized such that the gaseous discharge 10 exits at a predetermined outlet flow rate characterized by an outlet velocity V3 and a pressure P3. The enlarged diameter portion 19 is disposed between the inlet portion 18 and the outlet portion 20 of the housing 16, and defines an enlarged diameter chamber 21 therein for capturing contaminants in the gaseous exhaust 10. The enlarged diameter portion 19 of the housing 16 has an inner surface 68 that is generally opposite the central axis 17. The inlet portion 18, the enlarged diameter portion 19, and the outlet portion 20 of the housing 16 are sequentially disposed along the central axis 17 such that the inlet portion 18, the enlarged diameter portion 19, and the outlet portion 20 of the housing 16 are in fluid communication with one another. That is, the inlet portion 18, the enlarged diameter portion 19, and the outlet portion 20 of the housing 16 collectively form a conduit that extends along the central axis 17.

筐体16の入口部18は、中心軸17を横断する入口部断面積A1を有し、筐体16の出口部20は、中心軸17を横断する出口部断面積A3を有する。所定の入口流速が所定の出口部流速と等しく(すなわち同一と)なるよう、入口部断面積A1は出口部断面積A3と等しく(すなわち同一と)されても良い。あるいは、所定の入口流速が所定の出口部流速と異なる(すなわち、より小さくまたはより大きくなる)よう、入口部断面積A1と出口部断面積A3とは異なって(すなわち、より小さくまたはより大きくて)も良い。本明細書で用いられる「流速」という用語は、排出物の体積流量を示す。 The inlet section 18 of the housing 16 has an inlet cross-sectional area A1 transverse to the central axis 17, and the outlet section 20 of the housing 16 has an outlet cross-sectional area A3 transverse to the central axis 17. The inlet cross-sectional area A1 may be equal to (i.e., the same as) the outlet cross-sectional area A3 such that a given inlet flow rate is equal to (i.e., the same as) a given outlet flow rate. Alternatively, the inlet cross-sectional area A1 and the outlet cross-sectional area A3 may be different (i.e., smaller or larger) such that a given inlet flow rate is different (i.e., smaller or larger) from a given outlet flow rate. As used herein, the term "flow rate" refers to the volumetric flow rate of the discharge.

筐体16の拡径部19は、中心軸17を横断し、入口部断面積A1及び出口部断面積A3よりも大きな拡径部断面積A2を有する。したがって、この拡径部19は、筐体16の拡径部19内の気体排出物10の流速V2が、筐体16の入口部18内の気体排出物10の流速V1よりも小さく、かつ筐体16の出口部20内の気体排出物10の流速V3よりも小さくなるような大きさとされる。このように流速が低下することで、筐体16の拡径部19内での気体排出物10の滞留時間が増加する。なお、本明細書中で用いられる「滞留時間」という用語は、気体排出物10内の分子が筐体16の拡径部19を通過するのに必要な時間の平均を意味する。すなわち、筐体16の拡径部19の「滞留時間」とは、拡径室21内の全ての排出物が更新されるのに要する時間と等しい。また、本明細書中で用いられる「断面積」との用語は、筐体16の厚みの変化に関わりなく同一である、内部断面積(すなわち、筐体16内部の空間)を意味する。したがって、拡径部断面積A2は、拡径室21の大きさを反映し、内面68によって区画される。 The enlarged diameter section 19 of the housing 16 crosses the central axis 17 and has an enlarged diameter section cross-sectional area A2 larger than the inlet section cross-sectional area A1 and the outlet section cross-sectional area A3. Thus, the enlarged diameter section 19 is sized such that the flow rate V2 of the gas discharge 10 in the enlarged diameter section 19 of the housing 16 is smaller than the flow rate V1 of the gas discharge 10 in the inlet section 18 of the housing 16 and smaller than the flow rate V3 of the gas discharge 10 in the outlet section 20 of the housing 16. This reduction in flow rate increases the residence time of the gas discharge 10 in the enlarged diameter section 19 of the housing 16. Note that the term "residence time" as used herein means the average time required for molecules in the gas discharge 10 to pass through the enlarged diameter section 19 of the housing 16. In other words, the "residence time" of the enlarged diameter section 19 of the housing 16 is equal to the time required for all the discharge in the enlarged diameter chamber 21 to be renewed. Additionally, the term "cross-sectional area" as used herein refers to the internal cross-sectional area (i.e., the space inside the housing 16) that is the same regardless of changes in the thickness of the housing 16. Thus, the expansion section cross-sectional area A2 reflects the size of the expansion chamber 21 and is defined by the inner surface 68.

筐体16の形状により、筐体16の入口部18を通過する気体排出物10の内圧P1と、筐体16の出口部20を通過する気体排出物10の内圧P3とは、筐体16の拡径部19を通過する気体排出物10の内圧P2よりも大きい。筐体16の拡径部19内での気体排出物10の流速V2が筐体16の入口部18での気体排出物10の流速V1よりも小さく、かつ筐体16の出口部20の気体排出物10の流速V3よりも小さいという事実と合わせ、この圧力差によって気体排出物10が筐体16の拡径部19に滞留することになる。上述の圧力及び速度差の結果、及び気体排出物10が自然に膨脹して拡径室21の全体積を占めることになることから、筐体16の拡径部19内の気体排出物10には膨脹力が加えられることになる。この事実と層流、空気力学(pneumatic dynamics)及び気体挙動物理学(gas behavior physics)による効果との組み合わせにより、生じた滞留時間の増加によって逆ベンチュリ装置15の、気体排出物10から効率的に汚染物質を捕捉し、これにより除去する能力が向上する。 Due to the shape of the housing 16, the internal pressure P1 of the gas exhaust 10 passing through the inlet portion 18 of the housing 16 and the internal pressure P3 of the gas exhaust 10 passing through the outlet portion 20 of the housing 16 are greater than the internal pressure P2 of the gas exhaust 10 passing through the enlarged diameter portion 19 of the housing 16. Combined with the fact that the flow velocity V2 of the gas exhaust 10 in the enlarged diameter portion 19 of the housing 16 is less than the flow velocity V1 of the gas exhaust 10 at the inlet portion 18 of the housing 16 and less than the flow velocity V3 of the gas exhaust 10 at the outlet portion 20 of the housing 16, this pressure difference causes the gas exhaust 10 to remain in the enlarged diameter portion 19 of the housing 16. As a result of the pressure and velocity difference described above, and because the gas exhaust 10 naturally expands to occupy the entire volume of the enlarged diameter chamber 21, an expansion force is applied to the gas exhaust 10 in the enlarged diameter portion 19 of the housing 16. This fact, combined with the effects of laminar flow, pneumatic dynamics, and gas behavior physics, results in an increase in residence time that enhances the ability of the reverse venturi device 15 to efficiently capture and thereby remove contaminants from the gas exhaust 10.

筐体16は、各種の異なる形状及び構造とされても良い。限定的でない例として、図4A~図4Dに示される筐体16の入口部18、拡径部19、および出口部20は、全て円形断面積A1、A2、A3を有する。これに代え、筐体16の入口部18、拡径部19及び出口部20の一つ以上の断面積A1、A2、A3は、非円形状であっても良く、円形及び非円形の断面の各種組み合わせが可能であり、本願開示の範囲内であると考えられる。いくつかの構造では、筐体16の拡径部19は、発散端部22と収束端部23とを有しても良い。これらの構造によれば、筐体16の拡径部19は、入口部断面積A1から発散端部22での拡径部断面積A2にかけ外側に向けてテーパ形状とされる。すなわち、筐体16の拡径部19の断面は、発散端部22において、筐体16の入口部18から遠ざかる方向に移動するにつれて大きくなる。これに対し、筐体16の拡径部19は、収束端部23において、拡径部断面積A2から出口部断面積A3に徐々に内向きにテーパ形状とされる。すなわち、筐体16の拡径部19の断面は、収束端部23において、筐体16の出口部20に向かう方向に移動するにつれて小さくなる。したがって、筐体16の拡径部19内の気体排出物10は、およそ発散端部22から収束端部23に流れる。筐体16の入口部18、拡径部19、及び出口部20が全て円形断面積A1、A2、A3を有する実施形態では、筐体16の発散端部及び収束端部22、23は、およそ円錐形状であっても良い。上記に関わらず、筐体16の拡径部19の発散及び収束端部22、23は別の形状とされても良い。限定的でない例として、発散及び収束端部22、23は、逆ベンチュリ装置15の筐体16を通過する気体排出物10の流れに重大な悪影響が及ばないようにしつつ、より製造しやすくするため、多角形とされても良い。別の代替構成では、筐体16の拡径部19は、入口部18と発散端部22との間及び収束端部23と出口部20との間で比較的急激に変化が起こるソーセージに似た形状を有しても良い。急激な変化よりもスムースな変化が好ましいのは、気体排出物10の層流の挙動がより好ましいからであると推定される。しかし、急激な変化に際しての気体排出物10の層流へのわずかな外乱は、絶対的な問題とは考えられず、むしろ滞留時間の増加が必要でない領域においては、より良い流れを生じさせる可能性もある。 The housing 16 may have a variety of different shapes and configurations. As a non-limiting example, the inlet section 18, the flared section 19, and the outlet section 20 of the housing 16 shown in Figures 4A-4D all have circular cross-sectional areas A1, A2, A3. Alternatively, one or more of the cross-sectional areas A1, A2, A3 of the inlet section 18, the flared section 19, and the outlet section 20 of the housing 16 may be non-circular, and various combinations of circular and non-circular cross-sections are possible and are considered within the scope of the present disclosure. In some configurations, the flared section 19 of the housing 16 may have a diverging end 22 and a converging end 23. According to these configurations, the flared section 19 of the housing 16 tapers outward from the inlet section cross-sectional area A1 to the flared section cross-sectional area A2 at the diverging end 22. That is, the cross-section of the flared section 19 of the housing 16 increases at the diverging end 22 as one moves away from the inlet section 18 of the housing 16. In contrast, the diverging section 19 of the housing 16 tapers gradually inwardly at the converging end 23 from the diverging section cross-sectional area A2 to the exit cross-sectional area A3. That is, the cross-section of the diverging section 19 of the housing 16 decreases at the converging end 23 as one moves in a direction toward the exit section 20 of the housing 16. Thus, the gaseous effluent 10 within the diverging section 19 of the housing 16 flows from approximately the diverging end 22 to the converging end 23. In embodiments in which the inlet section 18, the diverging section 19, and the exit section 20 of the housing 16 all have circular cross-sectional areas A1, A2, A3, the diverging and converging ends 22, 23 of the housing 16 may be approximately conical in shape. Notwithstanding the above, the diverging and converging ends 22, 23 of the diverging section 19 of the housing 16 may be otherwise shaped. As a non-limiting example, the diverging and converging ends 22, 23 may be polygonal to facilitate ease of manufacture while not significantly affecting the flow of the gaseous effluent 10 through the housing 16 of the reverse venturi device 15. In another alternative configuration, the expanding section 19 of the housing 16 may have a sausage-like shape with relatively abrupt changes between the inlet section 18 and the diverging end 22 and between the converging end 23 and the outlet section 20. It is presumed that a smooth transition is preferred over an abrupt transition because it favors a more laminar flow behavior of the gaseous effluent 10. However, a slight disturbance to the laminar flow of the gaseous effluent 10 during an abrupt transition is not considered to be an absolute problem, and may even result in better flow in areas where increased residence time is not required.

引きつづき図4A~図4Dを、またさらに図5~図11を参照すると、反応物質塊24が筐体16の拡径部19内に配置される。この反応物質塊24は、気体排出物10と接触するよう配置される反応外表面25を有する。加えて、この反応物質塊24は、筐体16の拡径部19を通って反応物質塊24の反応外表面25に達する気体排出物10中の汚染物質の少なくとも一部と化学的に結合するアマルガム形成金属をその反応外表面25に含有する。このようにして、反応物質塊24の反応外表面25に結合された汚染物質は、筐体16の拡径部19内に捕捉されたままとなり、したがって筐体16の拡径部19から流出して筐体16の出口部20に流入する気体排出物10の流れから除去される。本明細書中で用いられる「アマルガム形成金属」という用語は、気体排出物10中の汚染物質の一種以上と化合物を形成可能な金属群から選択される材料を意味する。限定的でない例として、このアマルガム形成金属は亜鉛であり、気体排出物10中の汚染物質は水銀であっても良く、これにより気体排出物10が反応物質塊24の反応外表面25と接触する際に、亜鉛と水銀とのアマルガムが形成されても良い。 Continuing with reference to Figures 4A-4D and further to Figures 5-11, a reactant mass 24 is disposed within the enlarged diameter portion 19 of the housing 16. The reactant mass 24 has a reactive outer surface 25 that is disposed in contact with the gaseous effluent 10. Additionally, the reactant mass 24 contains an amalgam-forming metal on its reactive outer surface 25 that chemically bonds with at least a portion of the contaminants in the gaseous effluent 10 that pass through the enlarged diameter portion 19 of the housing 16 and reach the reactive outer surface 25 of the reactant mass 24. In this manner, the contaminants that are bound to the reactive outer surface 25 of the reactant mass 24 remain trapped within the enlarged diameter portion 19 of the housing 16 and are therefore removed from the flow of the gaseous effluent 10 that exits the enlarged diameter portion 19 of the housing 16 and enters the outlet portion 20 of the housing 16. As used herein, the term "amalgam-forming metal" refers to a material selected from a group of metals that are capable of forming a compound with one or more of the contaminants in the gaseous effluent 10. As a non-limiting example, the amalgam-forming metal may be zinc and the contaminant in the gaseous effluent 10 may be mercury, such that an amalgam of zinc and mercury may form when the gaseous effluent 10 contacts the reactive outer surface 25 of the reactant mass 24.

筐体16の拡径部19は、反応物質24中のアマルガム形成金属が気体排出物10中の汚染物質と化学的に結合するための十分に長い滞留時間を確保しつつ、所定の入口流速の気体排出物10を収容可能な大きさとされなくてはならない。したがって、このバランス達成のため、拡径部断面積A2は、1秒から2.5秒の範囲の滞留時間を実現するよう、3平方フィートから330平方フィートの範囲とされても良い。この特定の滞留時間は、気体排出物10中の汚染物質が反応物質塊24中のアマルガム形成金属と化学的に結合するのに十分な時間を確保するのに必要である。このように、拡径部断面積A2の範囲は、1メガワット(MW)から6000メガワット(MW)の範囲の出力を有する石炭火力発電所100において、この滞留時間を実現するよう算出された。化学分野で公知なように、アマルガム形成金属は、各種の異なる金属であって良い。制限的でない例として、このアマルガム形成金属は亜鉛、鉄及びアルミニウムからなる群から選択されても良い。筐体16は、反応物質塊24とは異なる材質からなる。制限的でない例として、筐体16は鋼鉄、プラスチックまたはグラスファイバからなっても良い。 The expansion 19 of the housing 16 must be sized to accommodate the gaseous effluent 10 at a given inlet flow rate while still providing a long enough residence time for the amalgam-forming metals in the reactants 24 to chemically combine with the contaminants in the gaseous effluent 10. Thus, to achieve this balance, the expansion cross-sectional area A2 may range from 3 square feet to 330 square feet to provide a residence time ranging from 1 second to 2.5 seconds. This particular residence time is necessary to provide sufficient time for the contaminants in the gaseous effluent 10 to chemically combine with the amalgam-forming metals in the reactants mass 24. Thus, the range of expansion cross-sectional areas A2 has been calculated to provide this residence time for coal-fired power plants 100 having a power output ranging from 1 megawatt (MW) to 6000 megawatts (MW). As is known in the chemical arts, the amalgam-forming metals may be a variety of different metals. By way of non-limiting example, the amalgam-forming metal may be selected from the group consisting of zinc, iron, and aluminum. The housing 16 is made of a different material than the reactant mass 24. By way of non-limiting example, the housing 16 may be made of steel, plastic, or fiberglass.

反応物質塊24は、各種の異なる任意の構造を有しても良い。図4Aでは、反応物質塊24は、筐体16の内面68を被覆するものとして示される。あるいは、図5~図11に示されるように、反応物質塊24は、筐体16の拡径部19内に配置される一つ以上の障害要素26a~26jを形成しても良い。これらの障害要素26a~26jは、それ自体として筐体16の拡径部19を通過する気体排出物10の紆曲流路27を形成する。したがって、障害要素26a~26jは、筐体16の拡径部19を通過する気体排出物10の滞留時間を増加させる。下記のいくつかの実施形態では、筐体16の拡径部19を通過する気体排出物10の流れを完全に分断することから、形成される紆曲流路27は完全にランダムなものとされ、これにより、気体排出物10中の汚染物質と、反応物質塊24中のアマルガム形成金属との間の化学反応の機会が大幅に増加することとなる。 The reactant mass 24 may have any of a variety of different configurations. In FIG. 4A, the reactant mass 24 is shown as coating the inner surface 68 of the housing 16. Alternatively, as shown in FIGS. 5-11, the reactant mass 24 may form one or more obstruction elements 26a-26j disposed within the enlarged portion 19 of the housing 16. These obstruction elements 26a-26j themselves form a tortuous flow path 27 for the gaseous effluent 10 passing through the enlarged portion 19 of the housing 16. Thus, the obstruction elements 26a-26j increase the residence time of the gaseous effluent 10 passing through the enlarged portion 19 of the housing 16. In some embodiments described below, the flow of the gaseous effluent 10 through the enlarged portion 19 of the housing 16 is completely disrupted, so that the tortuous flow path 27 formed is completely random, which greatly increases the opportunity for chemical reaction between contaminants in the gaseous effluent 10 and the amalgam-forming metals in the reactant mass 24.

図5~図11に示される構造のそれぞれの障害要素26a~26jは、大きな表面積を有し、これにより反応物質塊24の反応外表面25が大きくなる。これは、反応物質塊24の反応外表面25中のアマルガム形成金属と気体排出物10中の汚染物質との化学反応によって、汚染物質が筐体16の拡径部19に捕集、捕捉、及び/又は、収集可能となり、気体排出物10から汚染物質が除去されることから有利である。したがって、筐体16の拡径部19によって拡径室21を通過する気体排出物10から除去可能な汚染物質の量は、筐体16の拡径部19中の反応物質塊24の反応外表面25の大きさに比例する。加えて、障害要素26a~26jの複雑な表面形状及び/又は組織により、汚染物質の捕捉が汚染物質とアマルガム形成金属との間の化学反応の結果であるか否かによらず、汚染物質を物理的に捕捉するのを容易にする追加の表面領域が得られる。 The obstacle elements 26a-26j of each of the structures shown in Figures 5-11 have a large surface area, which increases the reactive outer surface 25 of the reactant mass 24. This is advantageous because a chemical reaction between the amalgam-forming metal in the reactive outer surface 25 of the reactant mass 24 and the contaminants in the gaseous effluent 10 allows the contaminants to be trapped, captured, and/or collected in the enlarged portion 19 of the housing 16, thereby removing the contaminants from the gaseous effluent 10. Thus, the amount of contaminants that can be removed from the gaseous effluent 10 passing through the enlarged chamber 21 by the enlarged portion 19 of the housing 16 is proportional to the size of the reactive outer surface 25 of the reactant mass 24 in the enlarged portion 19 of the housing 16. In addition, the complex surface shape and/or texture of the obstacle elements 26a-26j provide additional surface area that facilitates physical capture of contaminants, whether or not the capture of the contaminants is the result of a chemical reaction between the contaminants and the amalgam-forming metal.

再び図3を参照すると、吸着材噴射機14によって排出物に添加される吸着剤は、アマルガム形成金属を含む。吸着剤中のアマルガム形成金属は、気体排出物10が筐体16の拡径部19に流入する前に気体排出物10中の少なくとも一部の汚染物質と化学的に結合する。吸着剤は数多くの異なる組成を有しても良いものの、吸着剤は、例えば亜鉛(Zn)粉末又は、銅・亜鉛・錫・硫化物(CZTS)化合物であっても良い。気体排出物10が筐体16の拡径部19に流入する前に吸着剤が気体排出物10中の少なくとも一部の汚染物質と化学的に結合することから、この吸着剤により、反応物質塊24による気体排出物10からの汚染物質除去が促進される。 Referring again to FIG. 3, the sorbent added to the effluent by the sorbent injector 14 includes an amalgam-forming metal. The amalgam-forming metal in the sorbent chemically bonds with at least some of the contaminants in the gaseous effluent 10 before the gaseous effluent 10 enters the enlarged diameter portion 19 of the housing 16. Although the sorbent may have many different compositions, the sorbent may be, for example, zinc (Zn) powder or a copper zinc tin sulfide (CZTS) compound. The sorbent enhances the removal of contaminants from the gaseous effluent 10 by the reactant mass 24 because the sorbent chemically bonds with at least some of the contaminants in the gaseous effluent 10 before the gaseous effluent 10 enters the enlarged diameter portion 19 of the housing 16.

図5に示されるように、障害要素26a~26jは、筐体16の拡径部19の内面68から延出する一連の交互配置バッフル26aとして設けられる。この一連の交互配置バッフル26aは中心軸17を横断し、紆曲流路27を蛇行形状とする。この紆曲流路27の蛇行形状により、気体排出物10の筐体16の拡径部19内の滞留時間が増加し、これにより一連の交互配置バッフル26aを形成する反応物質塊24による気体排出物10中の汚染物質の捕捉及び除去が促進される。一つの例では、この一連の交互配置バッフル26aは亜鉛からなる。別の例では、この一連の交互配置バッフル26aは亜鉛によって被覆される亜鉛以外の材質からなる。交互配置バッフル26aの配置は、中心軸17の長手方向に沿って等間隔又は対称である必要はない。というのは、いくつかの用途では、隣接するバッフル26a間により広い空間がある方が好ましく、他の用途では、隣接するバッフル26a間により狭い空間がある方が好ましいからである。また、この一連の交互配置バッフル26aは、逆ベンチュリ装置15の動作中に飽和した場合には、必要に応じて交換及び/又は洗浄されても良い。 5, the obstruction elements 26a-26j are provided as a series of interleaved baffles 26a extending from the inner surface 68 of the enlarged diameter portion 19 of the housing 16. The series of interleaved baffles 26a traverse the central axis 17 and provide a serpentine shape for the meandering flow path 27. The serpentine shape of the meandering flow path 27 increases the residence time of the gaseous exhaust 10 within the enlarged diameter portion 19 of the housing 16, thereby enhancing the capture and removal of contaminants in the gaseous exhaust 10 by the reactant mass 24 forming the series of interleaved baffles 26a. In one example, the series of interleaved baffles 26a is made of zinc. In another example, the series of interleaved baffles 26a is made of a material other than zinc that is coated with zinc. The arrangement of the interleaved baffles 26a need not be equally spaced or symmetrical along the length of the central axis 17. In some applications, it is preferable to have more space between adjacent baffles 26a, while in other applications it is preferable to have less space between adjacent baffles 26a. Also, the series of interleaved baffles 26a may be replaced and/or cleaned as needed if they become saturated during operation of the reverse venturi device 15.

図6A~図6Bに示されるように、少なくとも一つの要害要素26a~26jは、らせん状バッフル26bとされても良い。このらせん状バッフル26bは中心軸17に沿い、また中心軸17を中心として筐体16の拡径部19内でらせん状に延びる。したがって、らせん状バッフル26bにより、紆曲流路27がらせん形状となる。この紆曲流路27のらせん形状により、気体排出物10の筐体16の拡径部19内の滞留時間が増加し、これによりらせん状バッフル26bを形成する反応物質塊24による気体排出物10からの汚染物質の捕捉及び除去が促進される。一つの例では、このらせん状バッフル26bは亜鉛からなる。別の例では、このらせん状バッフル26bは亜鉛によって被覆される亜鉛以外の材質からなる。さらに別の例では、このらせん状バッフル26bは、中心軸17を中心として筐体16の拡径部19内で回転するよう、機械的に駆動される。このらせん状バッフル26bを回転させることで、筐体16の拡径部19を通る気体排出物10の流れを、らせん状バッフルの回転方向に応じて人為的に加速または減速可能となる。このらせん状バッフル26bは、逆ベンチュリ装置15の動作中に飽和した場合には、必要に応じて交換及び/又は洗浄されても良い。 6A-6B, at least one of the obstacle elements 26a-26j may be a helical baffle 26b. The helical baffle 26b extends along the central axis 17 and in a spiral shape within the enlarged portion 19 of the housing 16 about the central axis 17. The helical baffle 26b thus provides a helical shape for the meandering flow path 27. The helical shape of the meandering flow path 27 increases the residence time of the gaseous exhaust 10 within the enlarged portion 19 of the housing 16, thereby facilitating the capture and removal of contaminants from the gaseous exhaust 10 by the reactant mass 24 forming the helical baffle 26b. In one example, the helical baffle 26b is made of zinc. In another example, the helical baffle 26b is made of a material other than zinc that is coated with zinc. In yet another example, the helical baffle 26b is mechanically driven to rotate within the enlarged portion 19 of the housing 16 about the central axis 17. By rotating the helical baffle 26b, the flow of the gaseous exhaust 10 through the expansion 19 of the housing 16 can be artificially accelerated or decelerated depending on the direction of rotation of the helical baffle. The helical baffle 26b may be replaced and/or cleaned as needed if it becomes saturated during operation of the reverse venturi device 15.

図7A~図7Bに示されるように、少なくとも一つの要害要素26a~26jは、複数のバッフル26cである。それぞれのバッフル26cは、筐体16の拡径部19の内面68から筐体16の拡径部19を横断して延びる。このバッフル26cは中心軸17に沿って互いに離隔され、各バッフル26cは、バッフル26cを通過する気体排出物10の流れを許容するオリフィス28を有する。当然ながら、単一のバッフル26cのみを有する構成を含め、任意の数のバッフル26cが設けられても良い。各バッフル26c中のオリフィス28の大きさ、形状、及び数は変更可能である。例えば、バッフル26cはスクリーン状とされ、オリフィス28がスクリーンの十字線の間に設けられても良い。このバッフル26c中のオリフィス28により、筐体16の拡径部19内の気体排出物10の流れが制限され、筐体16の拡径部19内の気体排出物10の滞留時間が増加する。これにより、バッフル26cを形成する反応物質塊24による気体排出物10からの汚染物質の捕捉及び除去が促進される。一つの例では、このバッフル26cは亜鉛からなる。別の例では、このバッフル26cは亜鉛によって被覆される亜鉛以外の材質からなる。このバッフル26cは、逆ベンチュリ装置15の動作中に飽和した場合には、必要に応じて交換及び/又は洗浄されても良い。さらに別の例では、あるバッフル26cのオリフィス28の大きさは、隣接するバッフル26cのオリフィス28の大きさと異なる。異なるバッフル26cに異なる大きさのオリフィス28を用いることで、気体排出物10の流れが加速及び/又は制限され、バッフル26c内の反応物質塊による気体排出物10中の汚染物質の捕捉及び除去を促進可能である。同様に、バッフル26cは拡径室21において均等に離間していなくてもよく、また、あるバッフル26cのオリフィス28は、隣接するバッフル26cのオリフィス28と大きさや形状や位置が同じでなくても良い。これらオリフィス28の大きさ、形状及び位置を一つのバッフル26cから別のバッフル26cについて異なるものとすることにより、かつバッフル26cの間隔を異なるものとすることにより、筐体16の拡径部19内の気体排出物10の滞留時間を増加させて、反応物質塊24に沿った物理的及び化学的捕捉及び収集箇所との接触増大を促進可能である。 7A-7B, at least one of the barrier elements 26a-26j is a plurality of baffles 26c. Each baffle 26c extends from an inner surface 68 of the enlarged portion 19 of the housing 16 across the enlarged portion 19 of the housing 16. The baffles 26c are spaced apart from one another along the central axis 17, and each baffle 26c has an orifice 28 that allows the flow of the gaseous exhaust 10 through the baffle 26c. Of course, any number of baffles 26c may be provided, including a configuration having only a single baffle 26c. The size, shape, and number of the orifices 28 in each baffle 26c may vary. For example, the baffles 26c may be screen-like, with the orifices 28 located between the crosshairs of the screen. The orifices 28 in the baffles 26c restrict the flow of the gas exhaust 10 within the enlarged portion 19 of the housing 16 and increase the residence time of the gas exhaust 10 within the enlarged portion 19 of the housing 16. This enhances the capture and removal of contaminants from the gas exhaust 10 by the reactant mass 24 forming the baffles 26c. In one example, the baffles 26c are made of zinc. In another example, the baffles 26c are made of a material other than zinc that is coated with zinc. The baffles 26c may be replaced and/or cleaned as needed if they become saturated during operation of the reverse venturi device 15. In yet another example, the size of the orifices 28 in one baffle 26c is different from the size of the orifices 28 in an adjacent baffle 26c. Using different size orifices 28 in different baffles 26c can accelerate and/or restrict the flow of the gas exhaust 10 and enhance the capture and removal of contaminants in the gas exhaust 10 by the reactant mass within the baffles 26c. Similarly, the baffles 26c do not have to be evenly spaced in the expansion chamber 21, and the orifices 28 of one baffle 26c do not have to be the same size, shape, or location as the orifices 28 of an adjacent baffle 26c. By varying the size, shape, and location of the orifices 28 from one baffle 26c to another, and by varying the spacing of the baffles 26c, the residence time of the gaseous exhaust 10 within the expansion 19 of the housing 16 can be increased to promote increased contact with physical and chemical entrapment and collection sites along the reactant mass 24.

図8~図11に示される別の構成では、少なくとも一つの障害物26a~26jは筐体16それ自体に固定されなくても良く、その代わりに筐体16の拡径部19内部に自由に配置されても良い。このような構成では、少なくとも一つの障害要素26a~26jは、各種形態の障害媒体26d~26jを含んで良い。障害要素26a~26cと同様、障害媒体26d~26jは、亜鉛からなるものでも、亜鉛によって被覆される亜鉛以外の材質からなるものであっても良い。亜鉛は容易に溶解して、通常の成形方法、失ろう方法、遠心法などを用いて複雑な形状を鋳造可能である。他の形成方法としては、切削、押し出し、焼結、スタンピング、熱間鍛造及び成形、レーザ切断などがある。あるいは、鋼鉄を用いて原型を作り、その後に、表面カバーとして亜鉛で被覆またはメッキしても良い。この障害媒体26d~26jは、拡径室21全体を完全に充填、拡径室21を部分的に充填または図7A~図7Bに関連して前述されたバッフル26cの間を充填するのに使用可能である。 In another configuration shown in Figures 8-11, at least one of the obstacles 26a-26j may not be fixed to the housing 16 itself, but may instead be freely positioned within the enlarged diameter portion 19 of the housing 16. In such a configuration, at least one of the obstacle elements 26a-26j may include obstacle media 26d-26j in various forms. Like the obstacle elements 26a-26c, the obstacle media 26d-26j may be made of zinc or may be made of a material other than zinc that is coated with zinc. Zinc is easily melted and can be cast into complex shapes using conventional molding methods, wax-loss methods, centrifugal methods, etc. Other forming methods include cutting, extrusion, sintering, stamping, hot forging and forming, laser cutting, etc. Alternatively, a prototype may be made of steel and then coated or plated with zinc as a surface cover. The obstruction media 26d-26j can be used to completely fill the entire expansion chamber 21, partially fill the expansion chamber 21, or fill between the baffles 26c described above in connection with Figures 7A-7B.

図8は、少なくとも一つの障害要素26a~26jが筐体16の拡径部19内に収容される複数の破片26dである構成である。この構成によれば、気体排出物10は、気体排出物10が筐体16の入口部18から出口部20に向けて筐体16の拡径部19を移動する際に、隣接する破片26dとの間の空間を通過する。このために、これらの複数の破片26dは、破片26dが筐体16の拡径部19内にゆるく詰められるように、不定形となっていても良い。限定的でない例として、この複数の破片26dは、モジイ亜鉛(mossy zinc)からなっても良い。モジイ亜鉛は、ポップコーン形状の亜鉛構造であって、溶融亜鉛を水などの冷却液に浸すことによって製造される。得られる溶融亜鉛の滴が固化して、比較的小さな、体積比において極めて大きな表面積を有する球状構造となる。加えて、得られる構造の表面積は、苔状の表面組織を有する。これらの構造は、特定用途のための大きさに製造可能である。鋼鉄を加工することで、モジイ亜鉛に類似する鋼鉄版の複合球状構造を製造可能であり、これは亜鉛によって被覆されても良い。 8 shows a configuration in which at least one of the obstruction elements 26a-26j is a plurality of pieces 26d housed within the enlarged diameter portion 19 of the housing 16. With this configuration, the gaseous discharge 10 passes through spaces between adjacent pieces 26d as the gaseous discharge 10 moves through the enlarged diameter portion 19 of the housing 16 from the inlet portion 18 of the housing 16 toward the outlet portion 20 of the housing 16. To this end, the plurality of pieces 26d may be of an irregular shape such that the pieces 26d are loosely packed within the enlarged diameter portion 19 of the housing 16. As a non-limiting example, the plurality of pieces 26d may be made of mossy zinc. Mossy zinc is a popcorn-shaped zinc structure produced by immersing molten zinc in a cooling liquid such as water. The resulting molten zinc droplets solidify into relatively small, spherical structures having a very large surface area to volume ratio. In addition, the surface area of the resulting structure has a mossy surface texture. These structures can be manufactured to size for specific applications. Steel can be machined to produce composite spherical structures of steel plates similar to Modified Zinc, which may be coated with zinc.

図8中のこれらの複数の破片26dがゆるく充填されることで、紆曲流路27がランダムな形状となり、これにより、気体排出物10の筐体16の拡径部19内の滞留時間が増加する。これにより、複数の破片26dを形成する反応物質塊24による気体排出物10からの汚染物質の捕捉及び除去が促進される。図8中のこの複数の破片26dは、逆ベンチュリ装置15の動作中に飽和した場合には、必要に応じて交換及び/又は洗浄されても良い。 The loose packing of the fragments 26d in FIG. 8 creates a random shape for the meandering flow path 27, which increases the residence time of the gaseous exhaust 10 within the enlarged diameter portion 19 of the housing 16. This enhances the capture and removal of contaminants from the gaseous exhaust 10 by the reactant mass 24 forming the fragments 26d. The fragments 26d in FIG. 8 may be replaced and/or cleaned as needed if they become saturated during operation of the reverse venturi device 15.

図9に示される別の構成では、少なくとも一つの障害要素26a~26jが筐体16の拡径部19内に収容される複数のもつれ糸26eである。この複数のもつれ糸26eは、筐体16の拡径部19内で、毛糸状体を形成する。考えられる構成の一つでは、この複数のもつれ糸26eは、スチールウールのように折りたたまれ、丸められて非常に大きな表面積を有する塊を形成する。このもつれ糸26eそれ自体は、同じ組成、厚み及び長さであっても良く、あるいは異なる組成、厚み及び/又は長さの組み合わせであっても良い。一例では、これらの複数のもつれ糸26eは亜鉛ワイヤからなり、ランダムにもつれて亜鉛ウールを形成する。この亜鉛ウールは、様々なレベルの密度及び/又は大きさのワイヤから製造可能であり、特定の流れ制限能力を付与することができる。別の例では、これらの複数のもつれ糸26eはスチールワイヤからなり、ランダムにもつれてスチールウールを形成する。このスチールウールは亜鉛で被覆されても良い。図9中のこれらの複数のもつれ糸26eがゆるく充填されることで、紆曲流路27がランダムな形状となり、これにより、筐体16の拡径部19を通過する気体排出物10の滞留時間が増加する。これにより、複数のもつれ糸26eを形成する反応物質塊24による気体排出物10内の汚染物質の捕捉及び除去が促進される。これらの複数のもつれ糸26eは、逆ベンチュリ装置15の動作中に飽和した場合には、必要に応じて交換及び/又は洗浄されても良い。 In another configuration shown in FIG. 9, at least one of the obstruction elements 26a-26j is a plurality of entangled threads 26e housed within the enlarged portion 19 of the housing 16. The plurality of entangled threads 26e form a filament within the enlarged portion 19 of the housing 16. In one possible configuration, the plurality of entangled threads 26e are folded and rolled like steel wool to form a mass with a very large surface area. The entangled threads 26e themselves may be of the same composition, thickness and length, or may be a combination of different compositions, thicknesses and/or lengths. In one example, the plurality of entangled threads 26e are made of zinc wire and are randomly entangled to form zinc wool. The zinc wool can be manufactured from wires of various levels of density and/or size to impart specific flow restriction capabilities. In another example, the plurality of entangled threads 26e are made of steel wire and are randomly entangled to form steel wool. The steel wool may be coated with zinc. The loose packing of the entangled threads 26e in FIG. 9 creates a random shape for the meandering flow passage 27, which increases the residence time of the gaseous discharge 10 passing through the enlarged diameter section 19 of the housing 16. This promotes the capture and removal of contaminants in the gaseous discharge 10 by the reactant mass 24 forming the entangled threads 26e. The entangled threads 26e may be replaced and/or cleaned as needed if they become saturated during operation of the reverse venturi device 15.

図10を参照すると、前記少なくとも一つの要害要素26a~26jがフィルタ素子26fである別の代替構成が示される。このフィルタ素子26fは中心軸17に対して、筐体16の拡径部19を横切って延びる。このフィルタ素子26fは多孔質であり、フィルタ素子26f中の孔により、気体排出物10が筐体16の入口部18から出口部20に向けて筐体16の拡径部19を流れる際に、フィルタ素子26fを通過可能とされる。焼結金属からなっても良いフィルタ素子26fのこの構成により、紆曲流路27がランダムな形状となり、これにより筐体16の拡径部19を通過する気体排出物10の滞留時間が増加する。これにより、フィルタ素子26fを形成する反応物質塊24による気体排出物10内の汚染物質の捕捉及び除去が促進される。フィルタ素子26fの焼結金属は、亜鉛、または亜鉛によって被覆された非亜鉛材料からなるのが好ましい。このフィルタ素子26fは、逆ベンチュリ装置15の動作中に飽和した場合には、必要に応じて交換及び/又は洗浄されても良い。 10, another alternative configuration is shown in which the at least one of the elements 26a-26j is a filter element 26f. The filter element 26f extends across the enlarged portion 19 of the housing 16 relative to the central axis 17. The filter element 26f is porous, and the pores in the filter element 26f allow the gaseous exhaust 10 to pass through the filter element 26f as it flows through the enlarged portion 19 of the housing 16 from the inlet portion 18 to the outlet portion 20 of the housing 16. This configuration of the filter element 26f, which may be made of sintered metal, results in a random shape of the meandering flow path 27, which increases the residence time of the gaseous exhaust 10 passing through the enlarged portion 19 of the housing 16. This promotes the capture and removal of contaminants in the gaseous exhaust 10 by the reactant mass 24 forming the filter element 26f. The sintered metal of the filter element 26f is preferably made of zinc or a non-zinc material coated with zinc. This filter element 26f may be replaced and/or cleaned as necessary if it becomes saturated during operation of the reverse venturi device 15.

図11を参照して、図7A~図7Bに示される複数のバッフル26cと、異なる大きさを有し図8に示される複数の破片26dに類似する複数の破片26g~26jとの組み合わせとして、少なくとも一つの障害要素26a~26jが示される。この別の構成によれば、これら複数のバッフル26cと複数の破片26g~26jは、筐体16の拡径部19内に配置される。図7A~図7Bと同様、図11に示される複数のバッフル26cは、筐体16の拡径部19の内面68から筐体16の拡径部19を横断して延びる。さらに、これらの複数のバッフル26cは、バッフル26cが拡径室21を複数の区画に分割するよう、互いに中心軸17に沿って離隔配置される。各バッフル26cのオリフィス28により、気体排出物10の流れがバッフル26cを通過可能となる。複数の破片26g~26jは、隣接するバッフル26cの間に配置される(すなわち、拡径室21の複数の区画内に配置される)。 11, at least one obstruction element 26a-26j is shown as a combination of baffles 26c shown in FIGS. 7A-7B and fragments 26g-26j of different sizes similar to fragments 26d shown in FIG. 8. According to this alternative configuration, the baffles 26c and fragments 26g-26j are disposed within the enlarged portion 19 of the housing 16. Similar to FIGS. 7A-7B, the baffles 26c shown in FIG. 11 extend from the inner surface 68 of the enlarged portion 19 of the housing 16 across the enlarged portion 19 of the housing 16. Additionally, the baffles 26c are spaced apart from one another along the central axis 17 such that the baffles 26c divide the enlarged chamber 21 into multiple compartments. An orifice 28 in each baffle 26c allows the flow of the gaseous exhaust 10 through the baffle 26c. The multiple fragments 26g-26j are arranged between adjacent baffles 26c (i.e., within multiple compartments of the expansion chamber 21).

図11及び図12A~図12Dに示されるように、複数の破片26g~26jにより反応物質塊24が形成される。これら複数の破片26g~26jは、異なる大きさとされ、同じ大きさのものとグループとされ(すなわち、破片26g、26h、26i、及び26jは別のグループにされ)、別の大きさの破片とはバッフル26cによって分離されても良い。例えば、破片26g~26jのグループは、破片26g~26jの大きさが筐体16の入口部18から遠ざかり、筐体16の出口部20に近づくにつれて小さくなるように配置されても良い。すなわち、各グループの破片26g~26jの大きさを徐々に変え、気体排出物10の筐体16の拡径部19内での全体の流れ方向に小さくなるものとしても良い。一つの例では、この破片26g~26jは亜鉛からなる。例えば、破片26g~26jは、溶融亜鉛を冷却液中に滴下して、非常に大きな表面積と、ランダムな苔状組織とを有するポップコーン形状の構造を作ることによって形成可能である。別の例では、異なる大きさの破片26g~26jが、一緒に混合されて、大きさに基づき分離されないものとしても良い。 11 and 12A-12D, the reactant mass 24 is made up of a number of fragments 26g-26j. The fragments 26g-26j may be of different sizes and grouped together with the same size (i.e., fragments 26g, 26h, 26i, and 26j may be in different groups) and separated from the other size fragments by a baffle 26c. For example, the fragments 26g-26j may be arranged such that the size of the fragments 26g-26j decreases as they move away from the inlet 18 of the housing 16 and toward the outlet 20 of the housing 16. That is, the size of the fragments 26g-26j in each group may gradually change and decrease in the general flow direction of the gaseous discharge 10 in the enlarged portion 19 of the housing 16. In one example, the fragments 26g-26j are made of zinc. For example, pieces 26g-26j can be formed by dripping molten zinc into a cooling liquid to create popcorn-shaped structures with a very large surface area and random moss-like texture. In another example, pieces 26g-26j of different sizes can be mixed together and not separated based on size.

図13A~図13Cには、いくつかの別の形状の障害要素26k~26mが非圧縮材として示され、これは図8及び図11に示される複数の破片26d及び26g~26jに加えて、又はこれに変えて用いることができる。図13Aは、障害物26kが反応物質塊24を形成し、子供のおもちゃである「Jacks」に似たアスタリスク形状を有する例を示す。図13Bは、別の形状の障害要素26k~26mが複数の結晶フレーク26l(一つのみ示す)であり、反応物質塊24を形成し、図8及び図11に示される破片26d及び26g~26jと同様、筐体16の拡径部19中に配置されても良い例を示す。この結晶フレーク26lは、雪片に類似の形状を有する。図13Cは、別の形状の障害要素26k~26mが、複数のワイヤコイル26m(一つのみ示す)であり、反応物質塊24を形成し、図8及び図11に示される破片26d及び26g~26jと同様、筐体16の拡径部19中に配置されても良い例を示す。障害物26kと複数の結晶フレーク26lとは、亜鉛、又は(これらに限られないが)失ろう鍛造(lost wax forging)、及び3Dプリンティングなどの各種工程を用いて亜鉛によって被覆された非亜鉛材料からなっても良い。これら複数のワイヤコイル26mは、例えば、亜鉛ワイヤをばねのような心棒コアに巻き付け、その後に巻き付けられたワイヤのコイル全体に心棒コアの全長に沿って切り込みを入れることで、個々のコイルのリングを得ることによって作られても良い。この別形状の障害要素26k~26mは、拡径室21に完全に充填されても充填されなくても良い。 13A-13C show several alternatively shaped obstacle elements 26k-26m as non-compressible materials that can be used in addition to or instead of the multiple pieces 26d and 26g-26j shown in Figs. 8 and 11. Fig. 13A shows an example where the obstacle 26k forms the reactant mass 24 and has an asterisk shape similar to the children's toy "Jacks". Fig. 13B shows an example where the alternatively shaped obstacle elements 26k-26m are multiple crystal flakes 26l (only one shown) that form the reactant mass 24 and may be disposed in the enlarged portion 19 of the housing 16, similar to the pieces 26d and 26g-26j shown in Figs. 8 and 11. The crystal flakes 26l have a shape similar to a snowflake. FIG. 13C illustrates an example where the alternatively shaped obstruction elements 26k-26m are multiple wire coils 26m (only one shown) that form the reactant mass 24 and may be placed in the expansion 19 of the housing 16, similar to the pieces 26d and 26g-26j shown in FIGS. 8 and 11. The obstruction 26k and multiple crystal flakes 26l may be made of zinc or non-zinc materials that are coated with zinc using various processes, including but not limited to lost wax forging and 3D printing. The multiple wire coils 26m may be made, for example, by winding zinc wire around a spring-like mandrel core and then cutting the entire coil of wire along the entire length of the mandrel core to obtain rings of individual coils. The alternatively shaped obstruction elements 26k-26m may or may not completely fill the expansion chamber 21.

上述の各種障害要素26a~26kを混ぜて各種の組み合わせを構成しても良い。この混合組み合わせの例は、図5、図6A~図6B及び図7A~図7Bに示される一つ以上のバッフル26a~26cと、図8及び図11に示される複数の破片26d及び26g~26jとを組み合わせることを含む。別の混合組み合わせの例は、図9に示される複数のもつれ糸26eと、図8及び図11に示される複数の破片26d及び26g~26jとを組み合わせることを含む。上述の各種障害要素26a~26kと活性炭などの他のフィルタ要素とを組み合わせる別の構成も可能である。活性炭は、スポンジのように、表面接触によって汚染物質を収集する。したがって、限られた量の活性炭を筐体16の拡径部19に導入して上述の各種障害要素26a~26kとともに作用させても良い。好ましくは、この障害要素26a~26kは、活性炭が拡径室21全体にわたり比較的静的に(relatively statically)配置されるよう、活性炭を筐体16の拡径部19内に保持する。この構成は、活性炭を気体排出物10の流れの中に放出する通常の排出物制御システムと反対である。活性炭が気体排出物とともに自由に流動しないことから、より効率的に活性炭を使用することが可能となる。当業者は、開示された逆ベンチュリ装置15の例が単に例示的なものであり、本願明細書に開示されたいくつかの例を超える数多くの組み合わせが可能かつ特定の用途に対応するのに望ましいことを容易に了解するであろう。 Various combinations of the above-mentioned various obstacle elements 26a-26k may be mixed. Examples of such mixed combinations include combining one or more baffles 26a-26c shown in Figures 5, 6A-6B, and 7A-7B with the multiple pieces 26d and 26g-26j shown in Figures 8 and 11. Another example of a mixed combination includes combining multiple entangled threads 26e shown in Figure 9 with the multiple pieces 26d and 26g-26j shown in Figures 8 and 11. Another configuration is possible that combines the above-mentioned various obstacle elements 26a-26k with other filter elements, such as activated carbon. Activated carbon, like a sponge, collects contaminants by surface contact. Thus, a limited amount of activated carbon may be introduced into the enlarged diameter portion 19 of the housing 16 to work with the above-mentioned various obstacle elements 26a-26k. Preferably, the obstruction elements 26a-26k hold the activated carbon within the enlarged section 19 of the housing 16 so that the activated carbon is relatively statically positioned throughout the enlarged chamber 21. This configuration is the opposite of typical emission control systems that release the activated carbon into the gaseous exhaust 10 flow. Because the activated carbon does not flow freely with the gaseous exhaust, more efficient use of the activated carbon is possible. Those skilled in the art will readily appreciate that the disclosed examples of the reverse venturi device 15 are merely exemplary and that numerous combinations beyond the few examples disclosed herein are possible and desirable to accommodate particular applications.

図14を参照して、導管38によって直列に接続される二つの拡径部19、19’を備える別の例示的逆ベンチュリ装置15’が示される。筐体16の一方の拡径部19は、筐体16の入口部18と導管38との間に延び、他方の拡径部19’は導管38と筐体16の出口部20との間に延びる。したがって、気体排出物10の紆曲流路27は延伸される。この構成によれば、気体排出物10は、拡径部19から導管38を通って拡径部19’に送られ、拡径部19’でさらなる汚染物質が収集及び/又は捕捉される。本願開示事項は、一つないし二つの拡径部19、19’のみを直列に用いることに限られない。というのは、大規模な排出物及び/又は高レベルの汚染物質を伴ういくつかの用途では、数多くの拡径部を直列に接続する必要がある可能性があるからである。 14, another exemplary reverse venturi device 15' is shown with two expansions 19, 19' connected in series by a conduit 38. One expansion 19 of the housing 16 extends between the inlet 18 of the housing 16 and the conduit 38, and the other expansion 19' extends between the conduit 38 and the outlet 20 of the housing 16. Thus, the tortuous flow path 27 of the gaseous effluent 10 is extended. With this configuration, the gaseous effluent 10 is directed from the expansion 19 through the conduit 38 to the expansion 19' where additional contaminants are collected and/or captured. The present disclosure is not limited to using only one or two expansions 19, 19' in series, as some applications involving large-scale emissions and/or high levels of contaminants may require numerous expansions connected in series.

図15を参照して、並列に接続される二つの拡径部19、19’’を備える別の例示的逆ベンチュリ装置15’’が示される。スリーウェイインレットバルブ39が、気体排出物10の流れを制御し、気体排出物10を導管41または導管42に流入させる。スリーウェイアウトレットバルブ40は、導管41から導管42へ又は導管42から導管41へと直接逆流させることなく、気体排出物10を導管41または導管42から流出させる。気体排出物10は、気体排出物10が導管41から送られると、入口部18から拡径部19に流入し、出口部20から流出する。気体排出物10は、気体排出物10が導管42から送られると、入口部18’’から拡径部19’’に流入し、出口部20’’から流出する。図15に示されるこの逆ベンチュリ装置15’’の利点の一つは、拡径部19、19’’の他の一方が稼働を維持できることから、拡径部19、19’’の一方にメンテナンス、修理または掃除が必要となった場合、これを離隔し、システム全体をシャットダウンすることなくオフラインとすることができることである。 15, another exemplary reverse venturi device 15'' is shown with two expansions 19, 19'' connected in parallel. A three-way inlet valve 39 controls the flow of the gas exhaust 10 and allows the gas exhaust 10 to flow into the conduit 41 or 42. A three-way outlet valve 40 allows the gas exhaust 10 to flow out of the conduit 41 or 42 without directly backflowing from the conduit 41 to the conduit 42 or from the conduit 42 to the conduit 41. The gas exhaust 10 flows from the inlet 18 into the expansion 19 and out of the outlet 20 when the gas exhaust 10 is sent from the conduit 41. The gas exhaust 10 flows from the inlet 18'' into the expansion 19'' and out of the outlet 20'' when the gas exhaust 10 is sent from the conduit 42. One advantage of the reverse venturi device 15'' shown in FIG. 15 is that if one of the expansions 19, 19'' requires maintenance, repair, or cleaning, it can be isolated and taken offline without shutting down the entire system, since the other expansion 19, 19'' can remain operational.

時間が経つと、反応物質塊24の反応外表面25上に生じる化学反応及び/又は汚染物質の物理的捕捉により、反応物質塊24が飽和点に達し、逆ベンチュリ装置15の効率が低下する可能性がある。したがって、図15に示される構成では、筐体16の拡径部19、19’’内の反応物質塊24を取り外し、交換及び/又は洗浄することで、完全にシャットダウンすることなく、逆ベンチュリ装置を飽和前の効率に回復することが可能となる。 Over time, chemical reactions occurring on the outer reactant surface 25 of the reactant mass 24 and/or physical entrapment of contaminants can cause the reactant mass 24 to reach a saturation point, reducing the efficiency of the reverse venturi device 15. Thus, the configuration shown in FIG. 15 allows the reactant mass 24 within the enlarged diameter portions 19, 19'' of the housing 16 to be removed, replaced and/or cleaned, restoring the reverse venturi device to its pre-saturation efficiency without a complete shutdown.

飽和した反応物質塊から汚染物質を取り除く工程は、具体的な汚染物質の種類、及び使われたアマルガム形成金属の種類に依存する。筐体16の拡径部19、19’’内部に配置された拡径室21、21’’へのアクセスは、用いられる障害物の種類に応じたものとなる。比較的小さな、非圧縮の障害物が用いられる場合、注入及び/又は流出(pouring and/or draining)型のアクセスが必要となる。障害物が比較的大きなブロック、プレート、バッフルまたはアセンブリである場合、適切な持ち上げ及び取り扱い方法及びアクセス(lifting and handling methods and access)が必要となる。 The process of removing contaminants from the saturated reactant mass depends on the specific type of contaminant and the type of amalgam-forming metal used. Access to the expansion chamber 21, 21'' located within the expansion 19, 19'' of the housing 16 depends on the type of obstruction used. If a relatively small, non-compressible obstruction is used, pouring and/or draining type access is required. If the obstruction is a relatively large block, plate, baffle or assembly, appropriate lifting and handling methods and access are required.

さらに図15を参照して、逆ベンチュリ装置15は、筐体16の拡径部19、19’’と流体を介して連通する一つ以上のスプレーノズル81を有しても良い。このスプレーノズル81は、筐体16の拡径部19、19’’内の反応物質塊24上に脱酸素酸を噴射する位置に配置される。動作時、この脱酸素剤は、反応物質塊24を活性化させるため、反応物質塊24から汚染物質を洗い流す。あるいは、ドレイン82を筐体16の拡径部19、19’’と流体を介して連通させ、使われた脱酸素剤及び汚染物質を筐体16の拡径部19、19’’から搬出しても良い。飽和した亜鉛は、それが鋼鉄上に被覆されたものであっても、固形亜鉛の構造体であっても、リサイクルして再利用可能である点で好ましい。したがって、障害物中に用いられる材料は、再利用可能である。加えて、捕捉される汚染物質の多くは、特に水銀などの重金属は、照明及び塩素製造に再利用可能である。 15, the inverted venturi device 15 may include one or more spray nozzles 81 in fluid communication with the enlarged portion 19, 19'' of the housing 16. The spray nozzles 81 are positioned to inject deoxidizing acid onto the reactant mass 24 within the enlarged portion 19, 19'' of the housing 16. In operation, the deoxidizer flushes contaminants from the reactant mass 24 to activate the reactant mass 24. Alternatively, a drain 82 may be in fluid communication with the enlarged portion 19, 19'' of the housing 16 to carry spent deoxidizer and contaminants away from the enlarged portion 19, 19'' of the housing 16. Saturated zinc, whether coated on steel or in a solid zinc structure, is preferred in that it can be recycled and reused. Thus, the materials used in the obstruction can be reused. Additionally, many of the captured contaminants, especially heavy metals such as mercury, can be reused for lighting and chlorine production.

図16を参照すると、拡径室45が入口導管43及び出口導管44の体積と比較して大幅に大きな体積を有する別の例示的逆ベンチュリ装置15が示される。この拡径部46は、拡径部46を流れる気体排出物のための拡大された紆曲流路77を提供するため、円形、四角形、三角形、楕円形、または所望の数多くの形状の事実上任意の一つであって良い(矩形形状が示される)。 16, another exemplary reverse venturi device 15 is shown in which the expansion chamber 45 has a volume that is significantly larger than the volume of the inlet conduit 43 and the outlet conduit 44. The expansion 46 may be circular, square, triangular, elliptical, or virtually any one of a number of shapes desired to provide an enlarged, tortuous flow path 77 for the gaseous exhaust flowing through the expansion 46 (a rectangular shape is shown).

図17を参照して、通常の気体排出物制御システムのブロック図が示される。気体排出物は炉47から静電式集塵装置(ESP)48、流動化気体脱硫(FGD)ユニット49、及び繊維フィルタ(FF)ユニット50に導入され、その後に煙突51を介して大気に放出される。汚染物質の第一濃縮物52が、ESP48において気体排出物から除去される。同様に、汚染物質の第二濃縮物53が、FGDユニット49において気体排出物から除去される。FGDユニット49によって生み出される第二濃縮物53は、しばしば水銀及びその他の重金属を含み、通常、排水中に流れ込む。汚染物質の第三濃縮物54は、FFユニット50において気体排出物から除去される。 Referring to FIG. 17, a block diagram of a typical gaseous emission control system is shown. The gaseous emission is introduced from a furnace 47 to an electrostatic precipitator (ESP) 48, a fluidized gas desulfurization (FGD) unit 49, and a fabric filter (FF) unit 50 before being discharged to the atmosphere via a chimney 51. A first concentration of pollutants 52 is removed from the gaseous emission in the ESP 48. Similarly, a second concentration of pollutants 53 is removed from the gaseous emission in the FGD unit 49. The second concentration 53 produced by the FGD unit 49 often contains mercury and other heavy metals and typically flows into the wastewater. A third concentration of pollutants 54 is removed from the gaseous emission in the FF unit 50.

最終的に、大気に排出される最終排出物は、なおEPAの排出物規則及び規制に適合し得ない。認可可能なEPAの排出物は、少なくとも90%の有害汚染物質が除去されることを要件とするのに対し、現状の一般的排出物制御システムでは、有害汚染物質の88~90%しか除去できない。汚染された排出物を生じる産業における大きな問題は、排出物を規制する規則が時を経るにつれてより厳しいものとなるのに対し、現状の排出物制御技術は、潜在的にその限界に達しているということである。したがって、現在行われている技術の進歩のペースは、より一層厳しくなる排出物規制のペースに追いつくことはできていない。 Finally, the final emissions discharged to the atmosphere may still not meet EPA emission rules and regulations. An EPA sanctionable emission requires that at least 90% of harmful pollutants be removed, whereas current common emission control systems can only remove 88-90% of harmful pollutants. A major problem for industries that produce polluting emissions is that regulations governing emissions are becoming more stringent over time, while current emission control technologies are potentially reaching their limits. Thus, the current pace of technological advances cannot keep up with the pace of ever-tightening emission regulations.

図18A~図18Bを参照すると、図17のブロック図とは、吸着剤噴射ポイントが導入され、気体排出物が上述の逆ベンチュリ装置15を通過する追加の工程が設けられた点で変形されている。図18Aでは、第一吸着剤導入ポイント55が、炉47とESP48との間に示される。これに代え、図18Bでは、第二吸着剤導入ポイント56がFDGユニット49とFFユニット50との間に示される。いずれのオプションが吸着剤にとって最も好ましいと見なされるかは、既存の構造及びプラントの状態に依存する。図18A~図18Bに示される二つのオプション以外にも、吸着剤を導入可能な導入ポイントないし導入ポイントの組み合わせは数多くあり、したがってこれら二つのオプションは、例示的目的で示される。図18A~図18B中の逆ベンチュリ装置15は、FFユニット50の後段かつ煙突51の前段に配置される。この逆ベンチュリ装置15は、各種用途に適したものとして、上述の例のいずれに準拠して構成されても良い。最終的に、逆ベンチュリ装置15を出てから煙突51を通じて大気に放出される最終気体排出物は、現状及び将来のEPA排出物規則及び規制に合致し、上回ることができるであろう。 18A-18B, the block diagram of FIG. 17 is modified in that an adsorbent injection point is introduced and an additional step is provided where the gaseous effluent passes through the above-mentioned reverse venturi device 15. In FIG. 18A, a first adsorbent introduction point 55 is shown between the furnace 47 and the ESP 48. Alternatively, in FIG. 18B, a second adsorbent introduction point 56 is shown between the FDG unit 49 and the FF unit 50. Which option is considered the most favorable for the adsorbent depends on the existing structure and plant conditions. There are many more introduction points or combinations of introduction points where the adsorbent can be introduced than the two options shown in FIG. 18A-18B, and therefore these two options are shown for illustrative purposes. The reverse venturi device 15 in FIG. 18A-18B is placed after the FF unit 50 and before the chimney 51. This reverse venturi device 15 may be constructed according to any of the above-mentioned examples as appropriate for various applications. Ultimately, the final gas emissions exiting the reverse venturi device 15 and released to the atmosphere through the stack 51 will be able to meet and exceed current and future EPA emissions rules and regulations.

図18A~図18Bに示される方法は、炉47内で燃料を燃やして汚染物質を含む気体排出物を発生させ、この炉47から気体排出物をESP48に流入させ、ESP48を使って気体排出物中の第一部分粒子状汚染物質を除去する工程を含む。ESP48を用いて気体排出物中の第一部分粒子状汚染物質を除去する工程により、ESP48によって気体排出物から除去される粒子状汚染物質の第一部分を含む第一濃縮物52が形成される。稼働時、ESP48は印加された静電電荷を用いて気体排出物から微細な汚染物質を除去する。この方法は、ESP48から気体排出物をFDGユニット49に導入し、FDGユニット49を用いて気体排出物中の二酸化硫黄汚染物質を除去する工程をも含む。FDGユニット49を用いて気体排出物中の二酸化硫黄汚染物質を除去する工程により、FDGユニット49によって気体排出物から除去された二酸化硫黄汚染物質を含む第二濃縮物53が形成される。この方法は、さらにFDGユニット49から気体排出物をFFユニット50(すなわちバグハウス)に導入して、FFユニット50を用いて気体排出物中の粒子状汚染物質の第二部分を除去する工程を含む。このFFユニット50を用いて気体排出物中の粒子状汚染物質の第二部分を除去する工程により、FFユニット50によって気体排出物から除去される粒子状汚染物質の第二部分を含む第三濃縮物54が形成される。稼働時、気体排出物がFFユニット50の一つ以上の繊維フィルタ(図示せず)を通過する際に、気体排出物から汚染粒子が除去される。 18A-18B includes burning fuel in a furnace 47 to generate a gaseous effluent containing pollutants, flowing the gaseous effluent from the furnace 47 into an ESP 48, and using the ESP 48 to remove a first portion of particulate pollutants from the gaseous effluent. Using the ESP 48 to remove a first portion of particulate pollutants from the gaseous effluent forms a first condensate 52 that includes a first portion of the particulate pollutants removed from the gaseous effluent by the ESP 48. In operation, the ESP 48 removes fine pollutants from the gaseous effluent using an applied electrostatic charge. The method also includes introducing the gaseous effluent from the ESP 48 into an FDG unit 49 and using the FDG unit 49 to remove sulfur dioxide pollutants from the gaseous effluent. Using the FDG unit 49 to remove sulfur dioxide pollutants from the gaseous effluent forms a second condensate 53 that includes the sulfur dioxide pollutants removed from the gaseous effluent by the FDG unit 49. The method further includes introducing the gaseous exhaust from the FDG unit 49 into a FF unit 50 (i.e., baghouse) and removing a second portion of the particulate contaminants in the gaseous exhaust using the FF unit 50. The step of removing a second portion of the particulate contaminants in the gaseous exhaust using the FF unit 50 forms a third concentrate 54 that includes the second portion of the particulate contaminants removed from the gaseous exhaust by the FF unit 50. In operation, contaminant particles are removed from the gaseous exhaust as the gaseous exhaust passes through one or more fabric filters (not shown) in the FF unit 50.

本願開示によれば、この方法は、さらにFFユニット50から気体排出物を逆ベンチュリ装置15に送り、逆ベンチュリ装置15を用いて気体排出物中の重金属汚染物質を除去する工程を含む。逆ベンチュリ装置15を用いて気体排出物中の重金属汚染物質を除去する工程により、気体排出物は逆ベンチュリ装置15内に配置された反応物質塊を通過する(すなわち、上を流れる)。反応物質塊内のアマルガム形成金属が気体排出物中の重金属汚染物質と化学的に結合する。したがって、重金属汚染物質が反応物質塊中のアマルガム形成金属と結合する際に、反応物質塊によって逆ベンチュリ装置15中の重金属汚染物質が捕捉される。この方法では、さらに逆ベンチュリ装置15からの気体排出物を、気体排出物を周囲の大気に放出する煙突51に送る。逆ベンチュリ装置15は、比較的小さな専有面積を有し、既存のシステムの排出物制御装置48、49、50と、大気への煙突51との間に容易に調和して据え付け可能なものである点で有利である。 According to the present disclosure, the method further includes the step of directing the gaseous effluent from the FF unit 50 to an inverted venturi device 15 and removing heavy metal contaminants in the gaseous effluent using the inverted venturi device 15. The step of removing heavy metal contaminants in the gaseous effluent using the inverted venturi device 15 causes the gaseous effluent to pass through (i.e., flow over) a reactant mass disposed in the inverted venturi device 15. Amalgam-forming metals in the reactant mass chemically combine with the heavy metal contaminants in the gaseous effluent. Thus, the heavy metal contaminants in the inverted venturi device 15 are captured by the reactant mass as they combine with the amalgam-forming metals in the reactant mass. The method further includes directing the gaseous effluent from the inverted venturi device 15 to a chimney 51 that releases the gaseous effluent to the surrounding atmosphere. The reverse venturi device 15 has the advantage that it has a relatively small footprint and can be easily integrated and installed between the emission control devices 48, 49, 50 of an existing system and the stack 51 to the atmosphere.

この方法は、吸着剤を気体排出物に噴射する工程を含んでも良い。この工程によれば、図18Aに示されるように、吸着剤は炉47とESP48との間に配置された第一吸着剤導入ポイント55において気体排出物に噴射されても良い。あるいは、図18Bに示されるように、吸着剤はFDGユニット49とFFユニット50との間に配置された第二吸着剤導入ポイント56において気体排出物に噴射されても良い。吸着剤はアマルガム形成金属を含み、気体排出物が逆ベンチュリ装置15に流入する前に、気体排出物中の重金属汚染物質の少なくとも一部と結合する。吸着剤を第一吸着剤導入ポイント55または第二吸着剤導入ポイント56において気体排出物内に噴射することによって、より多くの水銀、重金属、及び酸ガスを、以前には実現不可能なレベルでFFユニット50内で収集可能である。上述のように、アマルガム形成金属は、亜鉛、鉄、及びアルミニウムからなる群から選択されて良く、吸着剤は、例えばCZTS化合物であっても良い。吸着剤は、有害汚染物質を収集及びリサイクル可能なように、再生・活性化可能である。 The method may include a step of injecting a sorbent into the gaseous effluent. According to this step, the sorbent may be injected into the gaseous effluent at a first sorbent introduction point 55 located between the furnace 47 and the ESP 48, as shown in FIG. 18A. Alternatively, the sorbent may be injected into the gaseous effluent at a second sorbent introduction point 56 located between the FDG unit 49 and the FF unit 50, as shown in FIG. 18B. The sorbent includes amalgam-forming metals and binds at least a portion of the heavy metal contaminants in the gaseous effluent before the gaseous effluent enters the inverse venturi device 15. By injecting the sorbent into the gaseous effluent at the first sorbent introduction point 55 or the second sorbent introduction point 56, more mercury, heavy metals, and acid gases can be collected in the FF unit 50 at levels not previously achievable. As mentioned above, the amalgam-forming metals may be selected from the group consisting of zinc, iron, and aluminum, and the sorbent may be, for example, a CZTS compound. The adsorbents can be regenerated and activated so that harmful pollutants can be captured and recycled.

図19を参照して、通常の非気体排出物制御システムのブロック図が示される。液体及び/又は液体状排出物は、沈殿池61に送られる前に、流動化気体脱硫(FGD)ユニット59から、及び/又は、湿式気体洗浄装置58から、石灰処理ユニット60に送られる。適切な時間経過後、この非気体排出物は、沈殿池61から乾燥廃棄64の準備用処理システム又は脱水システム62中に送られる。乾燥廃棄64の処理を通って送られた非気体排出物は、廃棄場65内で廃棄準備される。場合により、再循環システムを備える脱水システム62を通って送られた非気体排出物は、例えば、石こう及び/又はセメント製造を含んでも良い二次産業工程63内で用いられるよう準備される。沈殿池61から脱水システム62または乾燥廃棄64用の処理に送られなかった非気体排出物は、排水溝66から排出されるよう送られる。この排水溝66に放出された最終の非気体排出物は、今後何年かした後に規制されるであろう程には規制されていない。提案されるEPAの水排出物規則及び規制は、現状排水溝に放出可能な排出物と比較して極めて制限が厳しい。汚染された液体排出物を排水溝に排出する必要のある産業は、現状の排出物制御技術を有するものの、これは来るべきEPA規制を満たし及び/又は遵守する可能性が実質的にない。 19, a block diagram of a typical non-gaseous effluent control system is shown. Liquid and/or liquid-like effluent is sent from a fluidized gas desulfurization (FGD) unit 59 and/or from a wet gas scrubber 58 to a lime treatment unit 60 before being sent to a settling pond 61. After a suitable time, the non-gaseous effluent is sent from the settling pond 61 into a treatment system or dewatering system 62 for preparation of a dry waste 64. The non-gaseous effluent sent through the treatment of the dry waste 64 is prepared for disposal in a disposal site 65. The non-gaseous effluent sent through the dewatering system 62, possibly with a recirculation system, is prepared for use in a secondary industrial process 63, which may include, for example, gypsum and/or cement manufacturing. The non-gaseous effluent not sent from the settling pond 61 to the dewatering system 62 or treatment for the dry waste 64 is sent to be discharged through a drain 66. The final non-gaseous effluent discharged to the drain 66 is not regulated as it will be in the future years. The proposed EPA water effluent rules and regulations are highly restrictive compared to what can currently be discharged down the drain. Industries that are required to discharge polluted liquid effluents down the drain have current discharge control technology that is virtually incapable of meeting and/or complying with upcoming EPA regulations.

図20を参照すると、図19のブロック図は、上述の吸着剤を含む一つ以上の処理槽67によって変形される。沈殿池61から非気体排出物が送られた後、これらが排水溝66に排出される前に処理槽67が配置される。図20に示される方法は、汚染物質を含む非気体排出物を収集し、この非気体排出物をFGDユニット59及び/又は湿式気体洗浄装置58に通して非気体排出物中の汚染物質の一部を除去し、このFGDユニット59及び/又は湿式気体洗浄装置58から非気体排出物を石灰処理ユニット60に送り、かつこの非気体排出物に石灰処理ユニット60を通過させて、クラーク法によりこの非気体排出物を軟化させる工程を含む。稼働時、石灰処理ユニット60は、非気体排出物から沈殿により特定のイオン(例えば、カルシウム(Ca)及びマグネシウム(Mg))を除去する。この方法は、石灰処理ユニット60から非気体排出物を沈殿池61に送り、非気体排出物中の汚染物質の一部を沈殿させて除去し、沈殿池61中の非気体排出物の第一部分を脱水し、脱水された副産物を二次産業工程63で使用し、沈殿池61からの非気体排出物の第二部分を除去して、この非気体排出物の第二部分に乾燥廃棄処理64を加える工程をも含む。沈殿池61中の非気体排出物の第一部分を脱水し、脱水された副産物を二次産業工程63中で利用する工程においては、脱水工程は非気体排出物の第一部分を再循環する工程を含んでも良く、二次産業工程63は、例えば石こう又はセメントの製造工程を含んでも良い。沈殿池61からの非気体排出物の第二部分を除去し、この非気体排出物の第二部分に乾燥廃棄処理64を加える工程においては、乾燥廃棄処理64は非気体排出物の第二部分を廃棄場65中に堆積させる工程を含んでも良い。 Referring to FIG. 20, the block diagram of FIG. 19 is modified by one or more treatment tanks 67 containing the adsorbents described above. The treatment tanks 67 are placed after the non-gaseous effluents are sent from the settling tank 61 and before they are discharged to the drain 66. The method shown in FIG. 20 includes the steps of collecting the non-gaseous effluent containing pollutants, passing the non-gaseous effluent through an FGD unit 59 and/or a wet scrubber 58 to remove some of the pollutants in the non-gaseous effluent, sending the non-gaseous effluent from the FGD unit 59 and/or the wet scrubber 58 to a lime treatment unit 60, and passing the non-gaseous effluent through the lime treatment unit 60 to soften the non-gaseous effluent by the Clark process. In operation, the lime treatment unit 60 removes certain ions (e.g., calcium (Ca) and magnesium (Mg)) from the non-gaseous effluent by precipitation. The method also includes the steps of: sending the non-gaseous effluent from the lime processing unit 60 to a settling pond 61, settling and removing a portion of the contaminants in the non-gaseous effluent; dewatering a first portion of the non-gaseous effluent in the settling pond 61; using the dewatered by-product in a secondary industrial process 63; removing a second portion of the non-gaseous effluent from the settling pond 61; and applying a dry waste treatment 64 to the second portion of the non-gaseous effluent. In the steps of dewatering the first portion of the non-gaseous effluent in the settling pond 61 and using the dewatered by-product in a secondary industrial process 63, the dewatering step may include recycling the first portion of the non-gaseous effluent, which may include, for example, a gypsum or cement manufacturing process. In the steps of removing the second portion of the non-gaseous effluent from the settling pond 61 and applying a dry waste treatment 64 to the second portion of the non-gaseous effluent, the dry waste treatment 64 may include depositing the second portion of the non-gaseous effluent in a waste site 65.

本願開示において、この方法はさらに沈殿池61中の非気体排出物の第三部分を、開示された吸着剤を含む処理槽67に送る工程を含む。この吸着剤は、非気体排出物内の重金属汚染物質と結合するアマルガム形成金属を含む。したがって、この吸着剤は、重金属汚染物質が吸着剤と結合し、非気体排出物から沈殿/析出する際に、処理槽67中の重金属汚染物質を捕捉する。この方法では、その後、非気体排出物を処理槽67から排水溝66に送って排出しても良い。処理槽67は、非気体排出物(すなわち、排水流)が処理槽67から連続して流出可能なように設計されても良い。 As disclosed herein, the method further includes the step of passing a third portion of the non-gaseous effluent in the settling basin 61 to a treatment vessel 67 containing a disclosed sorbent. The sorbent includes an amalgam-forming metal that binds with heavy metal contaminants in the non-gaseous effluent. Thus, the sorbent captures heavy metal contaminants in the treatment vessel 67 as the heavy metal contaminants bind to the sorbent and precipitate/deposit from the non-gaseous effluent. The method may then pass the non-gaseous effluent from the treatment vessel 67 to a drain 66 for discharge. The treatment vessel 67 may be designed to allow a continuous flow of the non-gaseous effluent (i.e., a wastewater stream) from the treatment vessel 67.

本願開示の吸着剤に関し、いくつかの例示的実施形態が開示される。これらの例示的実施形態は、単なる例にすぎず、このテーマの可能な変形を網羅したリストを示すものではない。 Several exemplary embodiments of the adsorbents disclosed herein are disclosed. These exemplary embodiments are merely examples and are not intended to be an exhaustive list of all possible variations on this theme.

上述のように、例示的吸着剤の一つは、元素亜鉛粉末である。亜鉛粉末は、亜鉛元素からなる。亜鉛は、粉末として、または粒体として用いられて良い。高温下で、何らかの気体排出物に用いる亜鉛粉末及び/又は粒体の有効寿命を延ばし、事前の酸化を低減及び/又は防止するのに用いられる方法の一つは、この粒体及び/又は粉末をスルファミン酸、クエン酸及び他の有機酸などの固体の酸と混合し、または固体の酸で被覆することである。この粉末/酸混合物は、気体排出物(例えば、燃焼排ガス流)に噴射され、及び/又は逆ベンチュリ装置15の適切な実施形態中に配置されても良い。 As mentioned above, one exemplary sorbent is elemental zinc powder. Zinc powder consists of elemental zinc. The zinc may be used as a powder or as granules. One method used to extend the useful life and reduce and/or prevent pre-oxidation of zinc powder and/or granules used in any gaseous effluent at high temperatures is to mix or coat the granules and/or powder with a solid acid, such as sulfamic acid, citric acid, and other organic acids. This powder/acid mixture may be injected into the gaseous effluent (e.g., flue gas stream) and/or placed in an appropriate embodiment of the inverse venturi device 15.

亜鉛粉末の最適粒径は、0.5ナノメートルから7,500ミクロンの範囲である。加えて、異なる大きさの粒径範囲を有する粉末混合物が、特に粒径範囲が0.5ナノメートルから7,500ミクロンである場合に有利であることが判明している。同様に、亜鉛粒体の最適粒径は、7,500ミクロンから3.0インチの範囲である。加えて、異なる大きさの粒径範囲を有する粒体混合物が、特に粒径範囲が7,500ミクロンから3.0インチである場合に有利であることが判明している。 The optimum particle size for zinc powder is in the range of 0.5 nanometers to 7,500 microns. Additionally, it has been found that powder mixtures having different particle size ranges are advantageous, particularly when the particle size range is 0.5 nanometers to 7,500 microns. Similarly, the optimum particle size for zinc granules is in the range of 7,500 microns to 3.0 inches. Additionally, it has been found that powder mixtures having different particle size ranges are advantageous, particularly when the particle size range is 7,500 microns to 3.0 inches.

別の例示的実施形態では、この吸着剤は、分子式Cu2ZnSnS4であるCZTSである。CZTSは、他の相の銅、亜鉛、錫及び硫黄からなっても良く、これも有利である。CZTS及び/又は関連する相の銅、亜鉛、錫及び硫黄は、化学量論的な比率で混合され、その後に機械化学配合を粉砕器(mill)中で行っても良い。さらに、このCZTSは、同じ割合のベントナイト又はゼオライトなどの粘土、及び水酸化カルシウム(CaOH)のいずれかと混合されても良い。CZTS粉末の最適粒径は、0.5ナノメートルから7,500ミクロンの範囲である。試験及び開発中に、異なる大きさの粒径範囲を有するCZTS粉末混合物が、特に粒径範囲が0.5ナノメートルから7,500ミクロンである場合に有利であることが判明している。特殊なCZTS粒体が好ましい用途では、最適な粒径は、7500ミクロンから3.0インチの範囲であることが判明している。加えて、異なる大きさの粒径範囲を有するCZTS粒体混合物が、特に粒径範囲が7,500ミクロンから3.0インチである場合に有利であることが判明している。 In another exemplary embodiment, the adsorbent is CZTS, with the molecular formula Cu2ZnSnS4. CZTS may advantageously be composed of other phases of copper, zinc, tin, and sulfur. CZTS and/or associated phases of copper, zinc, tin, and sulfur may be mixed in stoichiometric ratios followed by mechanochemical blending in a mill. Additionally, the CZTS may be mixed with either clay, such as bentonite or zeolite, in equal proportions, and calcium hydroxide (CaOH). The optimal particle size of the CZTS powder ranges from 0.5 nanometers to 7,500 microns. During testing and development, it has been found that CZTS powder mixtures with different size particle size ranges are advantageous, especially when the particle size range is from 0.5 nanometers to 7,500 microns. For applications where specialized CZTS granules are preferred, the optimal particle size has been found to be in the range of 7500 microns to 3.0 inches. Additionally, mixtures of CZTS granules having different size particle size ranges have been found to be advantageous, particularly in the particle size range of 7,500 microns to 3.0 inches.

大部分の汚染物質について、CZTSは、上述の範囲内で最も小さな粒径で、金属相のCZTSが多量に存在する場合に最も効率的である。なお、CZTSの製造時に、銅、亜鉛、錫及び硫黄がCZTSに完全に変換されることはなく、各相(例えば、ダンバ鉱(CuZn2)及び硫化錫(SnS))の混合物となる。 For most contaminants, CZTS is most effective at the smallest particle size within the ranges mentioned above, with a large amount of metallic CZTS present. Note that during the production of CZTS, copper, zinc, tin and sulfur are not completely converted to CZTS, but rather result in a mixture of phases (e.g., danbanite (CuZn2) and tin sulfide (SnS)).

CZTSの例示的な製造方法の一つでは、銅、亜鉛、錫、及び硫黄が粉砕器に特に順序を問わずに追加される。粉砕工程は、ボールミルまたは何らかの種類の摩擦粉砕器を用いて、あるいは、順次用いて所望の粒径を得る粉砕装置の組み合わせにより達成される。例示的粒径は、325標準メッシュスクリーンから100標準メッシュスクリーンの範囲である(1標準メッシュスクリーン=7500ミクロン)。得られる粒子は、さらに所定のモル比である銅:亜鉛:錫:硫黄=1.7:1.2:1.0:4.0に計量される。メッシュサイズとモル比とを確認した後、これらの粒子は粉砕されて、CZTS及びその他の相に機械化学配合される。粉砕時間は、具体的用途に応じて最適な特性を示すよう制御される。なお、粉砕工程は、不活性ガス雰囲気中で行われる、グリコールエーテル、エチレングリコール、アンモニアまたはその他のアルコールなどの適切な溶媒を添加した湿式粉砕工程または不活性ガス雰囲気中で行われる乾式粉砕工程を用いて行うことができる。 In one exemplary method for producing CZTS, copper, zinc, tin, and sulfur are added to a mill in no particular order. The milling process can be accomplished using a ball mill or some type of attrition mill, or a combination of milling devices used sequentially to obtain the desired particle size. Exemplary particle sizes range from 325 standard mesh screen to 100 standard mesh screen (1 standard mesh screen=7500 microns). The resulting particles are then weighed to a predetermined molar ratio of copper:zinc:tin:sulfur=1.7:1.2:1.0:4.0. After verifying the mesh size and molar ratio, the particles are milled and mechanochemically compounded into CZTS and other phases. The milling time is controlled to provide optimal properties for the specific application. The milling process can be performed using a wet milling process with the addition of a suitable solvent such as glycol ether, ethylene glycol, ammonia, or other alcohols in an inert gas atmosphere, or a dry milling process in an inert gas atmosphere.

粉砕工程中、粒径分析機、SEM、XRDを用いて粒径を判定し、またはラマン法を用いて相変態比率を判定するため、断続的にサンプリングが行われる。粉砕器のボール径は重要であり、試験により、ボール-粒子重量比(ball-to-powder weight ratio)(電荷比)が少なくとも5:1である場合に最適化されることが示されている。粉砕ボールは、鋼鉄、セラミックス、ジルコニアまたはその他の最終製品を汚染することなく、サイズ及び/又は相変換を実現する材料からなるのが最も好ましい。湿式粉砕を採用する場合、CZTSは乾燥される。その後、CZTSは、ベントナイトまたはゼオライト、及び水酸化カルシウムを均等に混合するため、リボンブレンダー、V-ブレンダーまたはその他の適切なミキサを用いて混合される。 During the milling process, samples are taken intermittently to determine particle size using a particle size analyzer, SEM, XRD, or to determine phase transformation ratio using Raman techniques. The mill ball size is important and testing has shown it to be optimized when the ball-to-powder weight ratio (charge ratio) is at least 5:1. Most preferably, the mill balls are made of steel, ceramic, zirconia, or other material that achieves size and/or phase transformation without contaminating the final product. If wet milling is employed, the CZTS is dried. The CZTS is then mixed with the bentonite or zeolite and calcium hydroxide using a ribbon blender, V-blender, or other suitable mixer to mix evenly.

上述の方法によれば、吸着剤は、温度がおよそ華氏750℃以下の気体排出物中に導入される。この吸着剤は、これらに限られないが、噴射、流動床、被覆フィルタ及び捕捉などのいくつかの方法のいずれかによって気体排出物中に導入される。導入方法は、プラント中の既存の排出物制御システムに基づき、設置を容易とするよう選択可能である。便宜な方法の一つは、CZTSを活性炭の代わりに気体排出物中に噴射することであり、同じ噴射設備を変形し、または変形せずに利用可能である。 According to the above-described method, the sorbent is introduced into the gaseous effluent at a temperature of approximately 750° F. or less. The sorbent is introduced into the gaseous effluent by any of several methods, including, but not limited to, injection, fluidized bed, coated filter, and capture. The method of introduction can be selected based on existing emission control systems in the plant and for ease of installation. One convenient method is to inject CZTS into the gaseous effluent instead of activated carbon, and the same injection equipment can be used with or without modification.

いくつかの用途では、有効に汚染物質を除去するためCZTSをベントナイトと混合する場合に、気体排出物の処理が最適化される。あるいは、非気体排出物の処理は、CZTSがゼオライトと混合される場合に最適化される。CZTSと混合される特定の材料に加え、混合物の比率は、最適な汚染物質除去能力を提供するために用途に特化されたものであっても良い。 In some applications, the treatment of gaseous effluents is optimized when CZTS is mixed with bentonite to effectively remove pollutants. Alternatively, the treatment of non-gaseous effluents is optimized when CZTS is mixed with zeolite. The particular materials mixed with CZTS as well as the ratios of the mixtures can be application specific to provide optimal pollutant removal capabilities.

図18A~図18Bに示されるように、CZTSを気体排出物処理に用いる場合、繊維フィルタユニット50をCZTS導入ポイント55、56の下流に配置して、繊維フィルタユニット50によって吸着剤粒子を捕捉し、気体排出物と吸着剤との間の接触時間を増加させる。繊維フィルタユニット50の繊維フィルタ(すなわちバグ)上に吸着剤を沈着させることで、気体排出物と吸着剤との間でより長時間接触可能となり、また吸着剤を収集してその後に再生することができる。吸着剤の粒径が小さいことで、風によって塵が運ばれるように、吸着剤を気体排出物の流れに沿って送ることが可能となる。吸着剤が気体排出物の流れの中で運ばれる期間中、吸着剤は気体排出物の流れ中で移動する汚染物質と接触し、これにより汚染物質が吸着剤と化学的に反応し結合することになる。繊維フィルタユニット50に到達すると、気体排出物は繊維フィルタユニット50中のフィルタを引きつづき通過する一方、結合した吸着剤と汚染物質の粒子は、大きすぎるため、フィルタを通過できない。CZTS粒子が10ミクロン以下である場合、繊維フィルタユニット50中のフィルタを予めより大きなCZTS粒子、活性炭、タルク、石灰その他の適切な物質で被覆して、より小さなCZTS粒子がフィルタを通過しないようにする必要がある可能性がある。あるいは、より小さなミクロンサイズのフィルタを繊維フィルタユニット50に用いても良い。 18A-18B, when CZTS is used for gaseous effluent treatment, a fabric filter unit 50 is placed downstream of the CZTS introduction point 55, 56 to capture the sorbent particles and increase the contact time between the gaseous effluent and the sorbent. The sorbent is deposited on the fabric filter (i.e., bag) of the fabric filter unit 50 to allow for longer contact between the gaseous effluent and the sorbent, and the sorbent can be collected and subsequently regenerated. The small particle size of the sorbent allows it to be carried along with the gaseous effluent flow, much like dust is carried by the wind. During the period in which the sorbent is carried in the gaseous effluent flow, the sorbent comes into contact with the contaminants moving in the gaseous effluent flow, which causes the contaminants to chemically react and bond with the sorbent. Upon reaching the fabric filter unit 50, the gaseous effluent continues to pass through the filter in the fabric filter unit 50, while the combined sorbent and contaminant particles are too large to pass through the filter. If the CZTS particles are 10 microns or smaller, it may be necessary to pre-coat the filter in the fabric filter unit 50 with larger CZTS particles, activated carbon, talc, lime, or other suitable material to prevent the smaller CZTS particles from passing through the filter. Alternatively, a smaller micron-sized filter may be used in the fabric filter unit 50.

非気体排出物用の他の用途では、CZTSは図20に示される処理槽67に導入されても良い。この構成では、CZTSは処理槽67に導入されて一定時間攪拌されるのが好ましく、その後、排出前に、非気体排出物(例えば排水)にpH調整、凝集、及び濾過が加えられる。その後、処理槽67中のCZTSには、汚染物質をCZTSから除去する再生工程が加えられても良い。使用済みCZTSは、水銀をCZTSから濾過することにより、または真空蒸溜によって再生可能である。得られた汚染物質は、その後に他の産業で利用可能である。CZTSにより、非気体排出物内の硝酸塩及び窒化物レベルを低減可能であるという利点も得られる。 In other applications for non-gaseous effluents, the CZTS may be introduced into a treatment tank 67 as shown in FIG. 20. In this configuration, the CZTS is preferably introduced into the treatment tank 67 and agitated for a period of time, after which the non-gaseous effluent (e.g., wastewater) is subjected to pH adjustment, flocculation, and filtration before being discharged. The CZTS in the treatment tank 67 may then be subjected to a regeneration step to remove contaminants from the CZTS. The spent CZTS can be regenerated by filtering the mercury from the CZTS or by vacuum distillation. The resulting contaminants can then be utilized in other industries. CZTS also provides the advantage of being able to reduce nitrate and nitride levels in the non-gaseous effluent.

EPAによって定立された、2016年に施行される排水規制は、空気についてのものよりもはるかに厳しい。ナノグラム/リットル(ng/L)、マイクログラム/リットル(ug/L)、及び/またはグラム/Lの単位で挙げられた現行のEPA規制のいくつかを挙げると以下の通り。水銀119ng/L、砒素(As)8ug/L、セレン(Se)10ug/L、二酸化窒素(NO2)及び硝酸塩(NO3)0.13g/L。鉛(Pb)及びカドミウム(Cd)などの他の重金属も、EPA規制レベル案に含まれる。既存プラントの多くでは、許容可能な排出規制を超える汚染レベルの排水が滞水池及び/又は他の種類の何らかのスラッジ貯水槽に送られる。CZTSは、滞水池内で、本願明細書に開示される非気体排出物を処理するのと同じ方法で固体を処理可能である。重金属のイオン形態、スラッジ組成及び/又はpHに応じて、CZTSの滞水池中の接触時間は適切に調整可能である。十分なpH調整、凝集、及びその後の濾過により、通常の排出、廃棄及び/又は他産業での利用が可能となるが、これらのいずれも以前には不可能であったものである。 The wastewater regulations established by the EPA, effective in 2016, are much stricter than those for air. Some of the current EPA regulations, listed in nanograms/liter (ng/L), micrograms/liter (ug/L), and/or grams/L, are: mercury 119 ng/L, arsenic (As) 8 ug/L, selenium (Se) 10 ug/L, nitrogen dioxide (NO2) and nitrates (NO3) 0.13 g/L. Other heavy metals such as lead (Pb) and cadmium (Cd) are also included in the proposed EPA regulation levels. Many existing plants send wastewater with pollution levels that exceed the allowable discharge regulations to retention ponds and/or some other type of sludge holding tank. CZTS can treat solids in retention ponds in the same way that it treats non-gaseous effluents as disclosed herein. Depending on the ionic form of the heavy metals, the sludge composition and/or the pH, the contact time of the CZTS in the basin can be appropriately adjusted. Sufficient pH adjustment, flocculation, and subsequent filtration allow for normal discharge, disposal, and/or use in other industries, none of which was previously possible.

なお、本明細書に開示される吸着剤は、当業種で現在用いられる活性炭を含め、遊離炭素を何ら含まない。結果として、開示される方法の副産物として生成される金属硫化物のいずれも濾過されない。したがって、これらの副産物は、石こうウォールボード及びセメント用途において、工業的価値が高い。EPAの金属硫化物濾過試験は公知であり、これらの製品への使用は良く立証されている。 It is noted that the adsorbents disclosed herein, including activated carbons currently used in the industry, do not contain any free carbon. As a result, none of the metal sulfides produced as by-products of the disclosed methods are filtered out. These by-products are therefore of high commercial value in gypsum wallboard and cement applications. The EPA's metal sulfide filtration tests are known and well documented for use in these products.

活性炭は、いくつかの別構成では利用可能であるものの、これらの変形例で活性炭を利用するのが制限されるため、活性炭を排出物内に漏出させることはできない。例えば、一例では、活性炭は繊維フィルタユニット50のフィルタ中に埋め込まれる。この活性炭は、気体排出物の流れに自由に漏出することはない。別の形の活性炭の限定的な使用としては、活性炭で結晶形態のCZTSを被覆し、1.0ナノメートル以下の厚みの炭素薄膜を有するCZTSを製造することも可能である。これにより、極めて小さな水銀の金属蒸気粒子の捕捉が促進される。同様に、結晶状のCZTSをナノメートル状のゼオライト薄膜またはその他の被覆材で被覆し、特定用途のための特定の有害汚染物質を対象とすることも可能である。再言するが、この変形例での活性炭は、気体排出物の流れに自由に漏出することはない。 Activated carbon is available in several alternative configurations, but the limited use of activated carbon in these variations does not allow the activated carbon to leak into the effluent. For example, in one example, the activated carbon is embedded in the filter of the fibrous filter unit 50. The activated carbon does not leak freely into the gaseous effluent stream. Another limited use of activated carbon is to coat the crystalline form of CZTS with activated carbon to produce CZTS with a carbon film that is 1.0 nanometer or less thick. This promotes the capture of extremely small mercury metal vapor particles. Similarly, the crystalline CZTS can be coated with a nanometer zeolite film or other coating to target specific harmful pollutants for specific applications. Again, the activated carbon in this variation does not leak freely into the gaseous effluent stream.

図21を参照して、排出物から公知の排出物制御システムによって除去された汚染物質の割合と、本願で開示された逆ベンチュリ装置および方法によって除去された汚染物質の割合とがグラフによって示される。EPAによって、現在、90%の汚染物質レベル78が気体排出物について定められる。既存の排出物制御システム79は、有害汚染物質の88%から90%を除去するのに有効である。しかし、EPAは数年にわたって必要な最低汚染物質除去割合を引き上げており、既存の排出物制御システムの多くがこの要件を満たすことができず、また多くの他の既存の排出物制御システムは、現行の技術の下で利用可能な最大除去能力において稼働する際に要件を満たすことができるのみである。 Referring to FIG. 21, a graph is shown showing the percentage of pollutants removed from the exhaust by known emission control systems and the percentage of pollutants removed by the inverted venturi device and method disclosed herein. A 90% pollutant level 78 is currently established for gaseous exhaust by the EPA. Existing emission control systems 79 are effective at removing 88% to 90% of harmful pollutants. However, the EPA has been increasing the required minimum pollutant removal percentages for several years, and many existing emission control systems are unable to meet this requirement, and many other existing emission control systems are only able to meet the requirement when operating at the maximum removal capacity available under current technology.

さらに図21を参照すると、例示的排出物制御システム80は、本願明細書に開示される逆ベンチュリ装置、吸着剤及び/又は方法に基づく新たな排出物制御システム、又は本願明細書に開示される逆ベンチュリ装置、吸着剤及び/又は方法を含むことで変形及び補強された既存の排出物制御システムである。試験により、この例示的排出物制御システム80は、現行のEPA規制レベルを遙かに上回る有害汚染物質の少なくとも98%を除去することが可能であり、有効であることが確認されている。 21, the exemplary emission control system 80 is a new emission control system based on the inverted venturi device, adsorbents and/or methods disclosed herein, or an existing emission control system that has been modified and augmented to include the inverted venturi device, adsorbents and/or methods disclosed herein. Testing has confirmed that the exemplary emission control system 80 is capable and effective at removing at least 98% of harmful pollutants, well above current EPA regulatory levels.

図22および図24を参照して、排出物制御方法の一例が図示される。これによれば、汚染された気体源150がシステムに導入されると、一つ以上の流動床前置フィルタ151と、流動床152と、一つ以上の流動床後置フィルタ153と、システム側排出部154を通過し、気体排出物が環境規制に基づく放出により煙突155から放出される。なお、汚染された気体源150を最初に一つ以上の流動床前置フィルタ151に通すことは常に必要というわけではないが、特定用途での要件に応じて一つ以上の流動床前置フィルタ151が必要になることもある。 22 and 24, an example of an emission control method is illustrated. According to this, a contaminated gas source 150 is introduced into the system, passes through one or more fluidized bed pre-filters 151, a fluidized bed 152, one or more fluidized bed post-filters 153, and a system side exhaust 154, and the gaseous emissions are released through a chimney 155 due to environmental regulation emissions. It is noted that it is not always necessary to pass the contaminated gas source 150 through one or more fluidized bed pre-filters 151 first, but one or more fluidized bed pre-filters 151 may be required depending on the requirements of a particular application.

流動床152は、具体的な長さL対直径Dの大きさの比が最小で2.9:1、最大で9.8:1である逆ベンチュリ形状を有する。この比は、反応物質164といった特殊な吸着剤が充填された流動床152における汚染された気体源150の滞留時間を延長するため最適化される。反応物質164は、銅・亜鉛・錫・硫化物(CZTS)化合物、及び/又は、その合金からなる吸着剤である。流動床152に合った長さL対直径D比の好ましい例は4.4:1であり、この比は試行錯誤に基づく試験によって決定されたものである。 The fluidized bed 152 has an inverted venturi shape with a specific length L to diameter D ratio of at least 2.9:1 and at most 9.8:1. This ratio is optimized to extend the residence time of the contaminated gas source 150 in the fluidized bed 152 loaded with a special adsorbent, such as reactant 164, which is an adsorbent made of copper zinc tin sulfide (CZTS) compounds and/or alloys thereof. A preferred length L to diameter D ratio for the fluidized bed 152 is 4.4:1, which was determined by trial and error testing.

好ましくは、流動床152は概ね曲面の断面図を有する。図24には示されていないが、一種以上の各種バッフル及び/又は本明細書で開示される他の特定用途向け流れ制限障害物を流動床152に組み込むことが可能である。流動床152はまた、滞留時間が延長され、反応物質164を通過した乱流が最小限となるように、概ね外側に延出した凸状端部168及び169を特徴として有する。汚染された気体源150の流れが入口165から流動床152に流入すると、反応物質164とまず密接に接触し、その結果、ランダムな非乱流166が生じる。ランダムな非乱流166は概ね外側に延出した凸状端部168及び169により自ら逆戻りし、その結果、非乱流166が出口167から流動床152を出る前の、流動床152中の滞留時間が延長される。反応物質164はランダムな非乱流166を助長し、汚染された気体源150のためのランダムに紆曲流路を形成する。なお、流動床152の長さLは凸状端部168及び169を含まない。 Preferably, the fluidized bed 152 has a generally curved cross-section. Although not shown in FIG. 24, the fluidized bed 152 can incorporate one or more of various baffles and/or other application-specific flow-restricting obstacles disclosed herein. The fluidized bed 152 also features generally outwardly extending convex ends 168 and 169 to extend residence time and minimize turbulence through the reactants 164. When the flow of the contaminated gas source 150 enters the fluidized bed 152 through the inlet 165, it first comes into intimate contact with the reactants 164, resulting in random non-turbulent flow 166. The random non-turbulent flow 166 reverses itself through the generally outwardly extending convex ends 168 and 169, resulting in an extended residence time in the fluidized bed 152 before the non-turbulent flow 166 exits the fluidized bed 152 through the outlet 167. The reactants 164 promote random non-turbulent flow 166, creating a randomly meandering flow path for the contaminated gas source 150. Note that the length L of the fluidized bed 152 does not include the convex ends 168 and 169.

流動床152は、吸着剤洗浄ステーション156に通じる側面排出口170を有する。吸着剤洗浄ステーション156は、使用済みの吸着剤157をシステムから除去して廃棄しても良い。さらに、反応物質164により汚染された気体源150から捕捉され、吸着剤洗浄ステーション156において反応物質164から分離された汚染要素158は、廃棄及び/又はリサイクル可能である。吸着剤洗浄ステーション156によれば、洗浄済みの反応物質164を吸着剤戻し口159から流動床152に還元可能である。大量補充用吸着剤容器168によれば、除去された使用済みの吸着剤157に代替するように、必要に応じて反応物質164を補充可能である。システム側排出部154によれば、気体排出物は環境規制に基づく放出により排出用煙突155から排出可能である。さらに、捕捉された廃棄物160の排出も可能である。 The fluidized bed 152 has a side outlet 170 leading to a sorbent wash station 156, which may remove spent sorbent 157 from the system for disposal. Additionally, contaminants 158 captured from the gas source 150 contaminated by reactants 164 and separated from the reactants 164 in the sorbent wash station 156 may be disposed of and/or recycled. The sorbent wash station 156 allows the washed reactants 164 to be returned to the fluidized bed 152 through the sorbent return port 159. The bulk replenishment sorbent container 168 allows the reactants 164 to be replenished as needed to replace the removed spent sorbent 157. The system side exhaust 154 allows the gaseous effluent to be discharged through the exhaust stack 155 for release under environmental regulations. Additionally, the captured waste 160 may be discharged.

図23及び図24を参照して、排出物制御の一例が図示される。これによれば、汚染された非気体源161がシステムに導入されると、一つ以上の流動床前置フィルタ151と、流動床152と、一つ以上の流動床後置フィルタ153と、システム側排出部154を通過し、非気体排出物が環境規制に基づく放出162によって放出される。なお、汚染された非気体源161を最初に一つ以上の流動床前置フィルタ151に通すことは常に必要というわけではないが、特定用途での要件に応じて、一つ以上の流動床前置フィルタ151が必要になることもある。 23 and 24, an example of emission control is illustrated. According to this, when a contaminated non-gaseous source 161 is introduced into the system, it passes through one or more fluidized bed pre-filters 151, a fluidized bed 152, one or more fluidized bed post-filters 153, and a system side exhaust 154, and the non-gaseous emissions are released by environmental regulation release 162. It is noted that it is not always necessary to pass the contaminated non-gaseous source 161 first through one or more fluidized bed pre-filters 151, but one or more fluidized bed pre-filters 151 may be required depending on the requirements of a particular application.

流動床152は、具体的な長さL対直径Dの大きさの比が最小で2.9:1、最大で9.8:1である逆ベンチュリ形状を有し、この比は反応物質164といった特殊な吸着剤が充填された流動床152における汚染された非気体源161の滞留時間を延長するため最適化される。反応物質164は、銅・亜鉛・錫・硫化物(CZTS)化合物、及び/又は、その合金からなる吸着剤である。流動床152に合った長さL対直径D比の好ましい例は4.4:1であり、この比は試行錯誤に基づく試験によって決定されている。 The fluidized bed 152 has an inverted venturi shape with a specific length L to diameter D ratio of at least 2.9:1 and at most 9.8:1, which is optimized to extend the residence time of the contaminated non-gaseous source 161 in the fluidized bed 152 loaded with a special adsorbent, such as reactant 164. The reactant 164 is an adsorbent made of copper zinc tin sulfide (CZTS) compounds and/or alloys thereof. A preferred length L to diameter D ratio for the fluidized bed 152 is 4.4:1, which has been determined by trial and error testing.

好ましくは、流動床152はまた、滞留時間が延長され、反応物質164を通過した乱流が最小限となるように、概ね外側に延出した凸状端部168及び169を特徴として有する。汚染された非気体源161の流れが入口165から流動床152に流入すると、反応物質164とまず密接に接触し、その結果、ランダムな非乱流166が生じる。ランダムな非乱流166は概ね外側に延出した凸状端部168及び169により自ら逆戻りし、その結果、ランダムな非乱流166が出口167から流動床152を出る前の、流動床152中の滞留時間が延長される。反応物質164はランダムな非乱流166を助長し、汚染された気体源161のためのランダムに紆曲流路を形成する。なお、流動床152の長さLは凸状端部168及び169を含まない。 Preferably, the fluidized bed 152 also features generally outwardly extending convex ends 168 and 169 to enhance residence time and minimize turbulence through the reactants 164. As the flow of contaminated non-gaseous source 161 enters the fluidized bed 152 through the inlet 165, it first comes into intimate contact with the reactants 164, resulting in random non-turbulent flow 166. The random non-turbulent flow 166 is reversed by the generally outwardly extending convex ends 168 and 169, resulting in an extended residence time in the fluidized bed 152 before the random non-turbulent flow 166 exits the fluidized bed 152 through the outlet 167. The reactants 164 promote the random non-turbulent flow 166 and create a randomly tortuous flow path for the contaminated gas source 161. Note that the length L of the fluidized bed 152 does not include the convex ends 168 and 169.

好ましくは、流動床152は概ね曲面の断面図を有する。図24には示されていないが、一種以上の各種バッフル及び/又は本明細書で開示される他の特定用途向け流れ制限障害物を流動床152に組み込むことが可能である。流動床152は、吸着剤洗浄ステーション156に通じる側面排出口170を有する。吸着剤洗浄ステーション156は、使用済みの吸着剤157をシステムから除去して廃棄しても良い。さらに、反応物質164により汚染された非気体源161から捕捉され、吸着剤洗浄ステーション156において反応物質164から分離された汚染要素158は、廃棄及び/又はリサイクル可能である。吸着剤洗浄ステーション156は、洗浄済みの反応物質164を、吸着剤戻し口159から流動床152に還元可能である。大量補充用吸着剤容器168によれば、除去された使用済みの吸着剤157に代替するように、必要に応じて反応物質164を補充可能である。システム側排出部154によれば、環境規制に基づく放出162により非気体排出が可能である。さらに、捕捉された廃棄物163の排出も可能である。 Preferably, the fluidized bed 152 has a generally curved cross-section. Although not shown in FIG. 24, the fluidized bed 152 can incorporate one or more of various baffles and/or other application-specific flow-restricting obstacles disclosed herein. The fluidized bed 152 has a side outlet 170 leading to a sorbent washing station 156. The sorbent washing station 156 may remove spent sorbent 157 from the system for disposal. Additionally, contaminants 158 captured from the non-gaseous source 161 contaminated by reactants 164 and separated from the reactants 164 in the sorbent washing station 156 can be disposed of and/or recycled. The sorbent washing station 156 can return the washed reactants 164 to the fluidized bed 152 through a sorbent return port 159. A bulk replenishment sorbent container 168 allows the reactants 164 to be replenished as needed to replace the removed spent sorbent 157. The system side exhaust 154 allows for non-gaseous exhaust with release 162 based on environmental regulations. In addition, it allows for the exhaust of captured waste 163.

なお、この方法での工程は特定の順番で記載され図示されるものの、これらの工程は、工程の順序が別の形で記載される場合を除き、本願開示事項の範囲から逸脱しない範囲で異なる順序で実施されても良い。同様に、本願明細書に記載され図示される方法は、本願開示事項の範囲から逸脱しない範囲で、上述の工程全てを含むことなく、または記載されていない中間工程を追加して実施可能である。 It should be noted that although the steps in the method are described and illustrated in a particular order, the steps may be performed in a different order without departing from the scope of the present disclosure, unless the order of the steps is otherwise described. Similarly, the method described and illustrated herein may be performed without including all of the steps described above or with additional intermediate steps not described, without departing from the scope of the present disclosure.

本発明については、上記開示事項に照らし、数多くの変形例が可能であり、添付請求項の範囲内で具体的に記載されるのとは別の形で実施可能なことは明らかである。これらの先行記載は、発明性のある新規性(inventive novelty)が有用である任意の組み合わせをカバーするものと解釈されるべきである。装置クレーム中の「前記(the)」との単語の使用は、請求項の範囲内に含まれることを意図する積極的記載である先行的基礎を指し示すが、この「前記(the)」との単語は、請求項の範囲に含まれることを意図しない用語に前置される。 It will be apparent that the present invention is susceptible to numerous modifications in light of the above disclosure and may be practiced otherwise than as specifically described within the scope of the appended claims. These prior descriptions should be construed to cover any combination in which inventive novelty is available. The use of the word "the" in an apparatus claim indicates antecedent basis that is a positive statement intended to be included within the scope of the claim, but the word "the" precedes terms that are not intended to be included within the scope of the claim.

Claims (11)

排出物から汚染物質を除去する流動床装置であって、
逆ベンチュリ形状を有し、前記排出物が所定の入口流速で流入する入口部と、前記排出物を所定の出口流速で排出する出口部と、前記入口部と前記出口部との間に配置され前記排出物中の前記汚染物質を捕捉する拡径部とを備える筐体を備え、
前記筐体の前記入口部、前記出口部、および前記拡径部は、互いに流体を介して連通し、
前記拡径部の長さはその直径よりも長く、前記長さの前記直径に対する比は、2.9:1以上9.8:1以下であり、
反応物質塊が前記筐体の前記拡径部内に配置され、
前記反応物質塊は、前記排出物と接触するよう配置される反応外表面を有し、かつ、前記反応物質塊は、銅、亜鉛、スズ、硫化物(CZTS)化合物の合金を含み、
前記反応物質塊は、前記筐体の前記拡径部を通って前記反応物質塊の前記反応外表面に達する前記排出物中の前記汚染物質の少なくとも一部と化学的に結合するアマルガム形成金属を前記反応外表面に含有し、
前記筐体は、吸着剤洗浄ステーションに通じる側面排出口及び吸着剤戻り口を有し、
前記吸着剤洗浄ステーションは、前記側面排出口を介して前記筐体から前記反応物質塊が導入され、前記反応物質塊から前記汚染物質を分離して前記反応物質塊を洗浄し、洗浄された前記反応物質塊を前記吸着剤戻り口から前記筐体に注入してリサイクルし、
前記反応物質塊は、前記筐体の前記拡径部内に配置され、前記筐体の前記拡径部を通過する前記排出物のための紆曲流路を形成する少なくとも一つの障害要素を形成し、
前記排出物が、流動床における流体として機能し、前記反応物質塊は前記排出物から前記汚染物質を除去するための前記拡径部内の流動床である、ことを特徴とする流動床装置。
1. A fluidized bed apparatus for removing contaminants from an effluent, comprising:
a housing having an inverted venturi shape and including an inlet portion through which the exhaust flows at a predetermined inlet flow rate, an outlet portion through which the exhaust flows at a predetermined outlet flow rate, and an expanded diameter portion disposed between the inlet portion and the outlet portion and configured to capture the contaminants in the exhaust,
the inlet portion, the outlet portion, and the expanded diameter portion of the housing are in fluid communication with one another;
the length of the expansion is greater than its diameter, the ratio of the length to the diameter being greater than or equal to 2.9:1 and less than or equal to 9.8:1;
a reactant mass is disposed within the enlarged diameter portion of the housing;
the reactant mass having a reactive outer surface disposed in contact with the effluent, and the reactant mass comprising an alloy of copper , zinc, tin, sulfide (CZTS) compounds;
the reactant mass includes an amalgam-forming metal on its outer surface that chemically bonds with at least a portion of the contaminants in the effluent that reach the reactant mass's outer surface through the enlarged diameter portion of the housing;
the housing has a side outlet leading to a sorbent washing station and a sorbent return port;
the sorbent washing station is adapted to introduce the reactant mass from the housing through the side outlet, to separate the contaminants from the reactant mass and to wash the reactant mass, and to inject the washed reactant mass back into the housing through the sorbent return port for recycling;
the reactant mass is disposed within the enlarged portion of the housing and defines at least one obstruction element that defines a tortuous flow path for the effluent passing through the enlarged portion of the housing;
11. A fluidized bed apparatus comprising: said effluent serving as a fluid in a fluidized bed; and said reactant mass being fluidized within said expansion section for removing said contaminants from said effluent.
請求項1に記載の流動床装置であって、前記拡径部は断面が円形であることを特徴とする流動床装置。 The fluidized bed apparatus according to claim 1, characterized in that the enlarged diameter portion has a circular cross section. 請求項2に記載の流動床装置であって、前記拡径部の前記長さ対前記直径の比は、4.4:1であることを特徴とする流動床装置。 3. The fluidized bed apparatus of claim 2, wherein the ratio of said length to said diameter of said expansion is 4.4:1. 請求項1に記載の流動床装置であって、前記拡径部は、外側に延出するそれぞれ凸状で
ある端部を有することを特徴とする流動床装置。
2. The fluidized bed apparatus of claim 1, wherein said enlarged diameter section has outwardly extending convex ends.
非気体排出物から重金属汚染物質を除去する排出物制御方法であって、
前記非気体排出物によって運ばれる前記重金属汚染物質と化学的に結合する反応物質であって銅、亜鉛、スズ、硫化物(CZTS)化合物の合金からなる吸着剤と、前記吸着剤が配置される拡径部とを含む逆ベンチュリ形状流動床装置を備える処理システムに、前記非気体排出物を送る工程と、
前記逆ベンチュリ形状流動床装置内に配置される少なくとも一つの障害要素であって、前記吸着剤を含む前記障害要素によって形成される紆曲流路に前記非気体排出物を通す工程と、
前記逆ベンチュリ形状流動床装置内に含まれる前記反応物質に前記重金属汚染物質を捕捉させる工程と、
前記重金属汚染物質が除去された前記非気体排出物を前記逆ベンチュリ形状流動床装置から遠ざかる方向に送る工程と、
前記逆ベンチュリ形状流動床装置内に設けられた側面排出口から前記吸着剤を排出する工程と、
前記側面排出口から排出された前記吸着剤から前記重金属汚染物質を分離し、洗浄済み吸着剤を生成する工程と、
前記逆ベンチュリ形状流動床装置内に設けられた吸着剤戻り口から前記逆ベンチュリ形状流動床装置内に前記洗浄済み吸着剤を注入して、前記洗浄済み吸着剤をリサイクルする工程と、を備え、
前記非気体排出物が、流動床における流体として機能し、前記吸着剤は前記非気体排出物から前記重金属汚染物質を除去するための前記拡径部内の流動床であり、
前記非気体排出物を流す方向に沿った前記拡径部の長さの前記拡径部の直径に対する比は、2.9:1以上9.8:1以下である、ことを特徴とする排出物制御方法。
1. An emission control method for removing heavy metal contaminants from a non-gaseous emission, comprising:
passing the non-gaseous effluent to a treatment system including an inverted venturi fluidized bed device including a sorbent comprising an alloy of copper , zinc, tin, sulfide (CZTS) compounds, the sorbent being a reactant that chemically binds with the heavy metal contaminants carried by the non-gaseous effluent, and an expansion in which the sorbent is disposed;
passing the non-gaseous effluent through a tortuous flow path defined by at least one obstruction element disposed within the inverted venturi fluidized bed apparatus, the obstruction element containing the adsorbent;
allowing the reactants contained within the inverted venturi fluidized bed device to capture the heavy metal contaminants;
directing the non-gaseous effluent from which the heavy metal contaminants have been removed away from the inverted venturi fluidized bed apparatus;
discharging the adsorbent from a side outlet in the inverted venturi fluidized bed apparatus;
separating the heavy metal contaminants from the adsorbent discharged from the side outlet to produce a washed adsorbent;
and injecting the washed adsorbent into the inverted venturi fluidized bed apparatus through an adsorbent return port provided in the inverted venturi fluidized bed apparatus to recycle the washed adsorbent.
the non-gaseous effluent serves as a fluid in a fluidized bed, and the adsorbent is a fluidized bed within the expansion for removing the heavy metal contaminants from the non-gaseous effluent;
13. The method of claim 12, wherein a ratio of a length of the expansion along a direction of flow of the non-gaseous effluent to a diameter of the expansion is greater than or equal to 2.9:1 and less than or equal to 9.8:1.
請求項5に記載の排出物制御方法であって、前記逆ベンチュリ形状流動床装置は、断面が円形の拡径部を備え、前記拡径部の長さはその直径よりも長いことを特徴とする排出物制御方法。 6. The method of claim 5, wherein the inverted venturi fluidized bed apparatus includes an expansion having a circular cross section, the expansion having a length greater than its diameter. 請求項6に記載の排出物制御方法であって、前記拡径部の前記長さ対前記直径の比は、4.4:1であることを特徴とする排出物制御方法。 7. The method of claim 6, wherein the ratio of said length to said diameter of said expansion is 4.4:1. 請求項5に記載の排出物制御方法であって、
前記側面排出口から排出された前記吸着剤から分離した前記重金属汚染物質を廃棄する工程と、をさらに備えることを特徴とする排出物制御方法。
6. A method for controlling emissions as claimed in claim 5, comprising:
and disposing of the heavy metal contaminants separated from the adsorbent discharged from the side outlet.
気体排出物から重金属汚染物質を除去する排出物制御方法であって、
前記気体排出物によって運ばれる前記重金属汚染物質と化学的に結合する反応物質であって銅、亜鉛、スズ、硫化物(CZTS)化合物の合金からなる吸着剤と、前記吸着剤が配置される拡径部とを含む逆ベンチュリ形状流動床装置を備える処理システムに、前記気体排出物を送る工程と、
前記逆ベンチュリ形状流動床装置内に配置される少なくとも一つの障害要素であって、前記吸着剤を含む前記障害要素によって形成される紆曲流路に前記気体排出物を通す工程と、
前記逆ベンチュリ形状流動床装置内に含まれる前記反応物質に前記重金属汚染物質を捕捉させる工程と、
前記重金属汚染物質が除去された前記気体排出物を前記逆ベンチュリ形状流動床装置から遠ざかる方向に送る工程と、
前記逆ベンチュリ形状流動床装置内に設けられた側面排出口から前記吸着剤を排出する工程と、
前記側面排出口から排出された前記吸着剤から前記重金属汚染物質を分離し、洗浄済み吸着剤を生成する工程と、
前記逆ベンチュリ形状流動床装置内に設けられた吸着剤戻り口から前記逆ベンチュリ形状流動床装置内に前記洗浄済み吸着剤を注入して、前記洗浄済み吸着剤をリサイクルする工程と、を備え、
前記気体排出物が、流動床における流体として機能し、前記吸着剤は前記気体排出物から前記重金属汚染物質を除去するための前記拡径部内の流動床であり、
前記気体排出物を流す方向に沿った前記拡径部の長さの前記拡径部の直径に対する比は、2.9:1以上9.8:1以下である、ことを特徴とする排出物制御方法。
1. A method for emission control for removing heavy metal contaminants from a gaseous effluent, comprising:
passing the gaseous effluent to a treatment system comprising an inverted venturi fluidized bed device including a sorbent comprising an alloy of copper , zinc, tin, sulfide (CZTS) compounds, the sorbent being a reactant that chemically binds with the heavy metal contaminants carried by the gaseous effluent, and an expansion in which the sorbent is disposed;
passing the gaseous effluent through a tortuous flow path defined by at least one obstruction element disposed within the inverted venturi fluidized bed apparatus, the obstruction element containing the adsorbent;
allowing the reactants contained within the inverted venturi fluidized bed device to capture the heavy metal contaminants;
directing the gaseous effluent from which the heavy metal contaminants have been removed away from the inverted venturi fluidized bed apparatus;
discharging the adsorbent from a side outlet in the inverted venturi fluidized bed apparatus;
separating the heavy metal contaminants from the adsorbent discharged from the side outlet to produce a washed adsorbent;
and injecting the washed adsorbent into the inverted venturi fluidized bed apparatus through an adsorbent return port provided in the inverted venturi fluidized bed apparatus to recycle the washed adsorbent.
the gaseous effluent serves as a fluid in a fluidized bed, and the adsorbent is a fluidized bed within the expansion for removing the heavy metal contaminants from the gaseous effluent;
13. The method of claim 12, wherein a ratio of a length of the expansion along a direction of flow of the gaseous emissions to a diameter of the expansion is greater than or equal to 2.9:1 and less than or equal to 9.8:1.
請求項に記載の排出物制御方法であって、前記拡径部の前記長さ対前記直径の比は、4.4:1であることを特徴とする排出物制御方法。 10. The method of claim 9 , wherein the ratio of the length to the diameter of the expansion is 4.4:1. 請求項に記載の排出物制御方法であって、
前記側面排出口から排出された前記吸着剤から分離した前記重金属汚染物質を廃棄する工程と、をさらに備えることを特徴とする排出物制御方法。
10. A method for controlling emissions as claimed in claim 9 , comprising:
and disposing of the heavy metal contaminants separated from the adsorbent discharged from the side outlet.
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