KR20060008958A - 배기 가스 중의 수은 배출 경감방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에서는 배기 가스에서 수은이 배출되는 것이 경감된다. 배기 가스 중의 상당량의 수은으로부터 염화수은(Ⅱ)이 표면 위에 형성된다. 당해 염화수은(Ⅱ)은 표면으로부터 승화하고, 후속적으로 승화된 염화수은(Ⅱ)은 배출 스트림으로부터 제거된다.

배기 가스, 수은, 염화수은(Ⅱ), 원소성 수은

Description

배기 가스 중의 수은 배출 경감방법 및 장치{Method and apparatus for mitigating mercury emissions in exhaust gases}

본 발명은 일반적으로 배기 가스에서 원치 않는 물질이 배출되지 않게 하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 보다 특히 배기 가스에서 수은이 배출되는 것을 경감시키는 방법 및 장치에 관한 것으로, 배기 가스 중의 상당량의 수은으로부터 표면 위로 염화수은(Ⅱ)이 형성되고, 염화수은(Ⅱ)이 표면으로부터 승화하며, 승화된 염화수은(Ⅱ)을 배출 스트림으로부터 제거한다.

1990년 대기청정법 개정안(1990 Clean Air Amendment)에서는 수은이 대기 중에 인위적으로 배출되고 후속적으로 먹이 사슬에 배출되는 것에 대한 증대되는 우려가 다시 제기되었다. 그 결과, 최근 수 년 동안 이러한 문제에 대한 연구 활동이, 2007년까지 발전소로부터의 수은 방출을 규제하기로 결정한 미국 환경 보호국의 결정 이후에 특히 증가하였다.

현재, 이러한 배출을 제어할 효과적인 방법이 부재하다. 이러한 문제에 관한 특허가 상당수 등록되었지만, 이들 특허 중 어느 것도 충분히 효과적이지는 않 은 것으로 입증되었다. 위기 의식이 높아지는 가운데 이의 실질적인 해결방법은 아직 연구 중이다.

현재, 고온 공정에서 생성된 냉각된 배기 가스 중의 수은의 화학적 성질은 불충분하게 규정되어 있다. 그러나, 이의 성질 및 인위적 배출 공급원은 잘 알려져 있다. 산업화 시대에 걸쳐 인간에 의해 발생된 배출물은 자연 환경에 축적되어 안타깝게도 주요한 자연 배경치(natural background)가 되었다.

인위적 수은은 주로 원소성 수은 증기로 배출되는데, 이는 배기 방출물의 기상 중에서 또는 대기 중에서 비교적 비반응성이다. 이러한 점은 인위적 수은을 제어하기가 어려운 필수적인 이유인데, 흡수체는 상당히 휘발성인 원소성 수은 증기를 효과적으로 보유하고 있지 못하기 때문이다.

대기 중에서, 원소성 수은 증기의 수명은 약 1년이다. 이는 원소성 수은 증기가 대기중에서 완전히 없어지는 데 걸리는 시간이다. 결과적으로, 원소성 수은 증기의 분포는 전세계적이며, 이는 후속적으로 국제적이고 정치적인 영향력을 끼친다.

수은의 주요 배출 공급원은 유엔 환경 계획(United Nations Environmental Program)의 최근 보고서에 기재되어 있다[참조: Chem. & Eng. News 81: (6) 20(2003)]. 석탄 연소가 가장 큰 공급원이며, 국지적 폐기물 및 의료 폐기물의 소각 또한 중요한 역할을 한다. 오일의 연소에 의한 배출이 약 10%를 차지한다[참조: Wilhelm, S. M., Environ. Prog. 18: 130(1999), Environ. Sci. Technol. 35: 4704(2001)]. 다른 주요 공급원에는 금속 제련, 시멘트 제품, 및 수은 전극을 사 용하는 클로르알칼리 공정, 및 몇몇 금 채광 산업이 있다[참조: Pirrone, N., et al. Atmos. Environ. 30: 2981(1996), Pai, P., et al. Fuel Process. Technol. 65: 101(2000)].

수은의 화학적 성질은 다른 원소들과 비교하여 다소 독특하다. 수은은 강하게 결합된 분자를 형성한다. 기상에서, 대부분의 원자들은 안정한 산화물, 수산화물 또는 할로겐화물로 용이하게 전환된다. 그러나, 수은은 매우 약하게 결합된 가스 산화물, 수산화물 및 모노할라이드만으로 전환된다. 그 결과, 임의의 고온 매체에서, 임의의 연료에 존재하는 수은은 고온의 가스 중에 존재하는 원소성 원자 수은이 된다. 이의 중요하고 안정적인 가스 분자는 2염화물(HgCl₂) 뿐이다. 제1 결합력 해리 에너지 Do(HgCl-Cl)는 이례적으로 약 360kJ/mol이다.

그러나, 열역학적으로 가능할지라도, 저온에서의 염화수은(Ⅱ)의 형성은 동력학적으로 부자연스럽고, 기상에서 더 높은 온도에서는 형성될 수 없다는 사실이 딜레마이다. 기상에서 원자 수은을 염화수은으로 직접 변환시키는 직접적인 방법은 없다[참조: Hranisavljevic, J., et: al. J. Phys. Chem. A 2323(1997), Ariya, P.A. et al., ibid. 106: 7310(2002)].

기상에서, 염화수은(Ⅱ)의 형성은 가스 산화물, 수산화물 또는 1염화물과 같은 중간체를 통해 전개될 필요가 있다. 이는 중요한 역할을 하지는 않는다. 염화수은(Ⅱ)이 가시적이 될 정도로 온도가 충분히 낮은 경우, 에너지 장벽은 임의의 기상 형성 동력학적 반응을 동결시킨다. 그러나, 실제로는, 배기 가스에 존재하는 소량의 수은 분획은 사실상 염화수은(Ⅱ)으로서 존재한다.

매우 광범위한 화학 동력학 모델링 연구 후에도 이러한 부분 전환은 미스테리로 남아있다. 연구원들은 화학이 훨씬 더 복합적이여야 한다고 언급함으로써 이들의 실패를 요약하는 경향이 있다[참조: Laudel, D. L. et al., Fuel Process. Technol. 65: 157(2000), Niksa, S., et al., J. Air Lamp; Waste Manage. Assoc. 52: 894(2002)].

현재 및 최근 수 년 동안, 연구원들은 원자 수은과 염화수은(Ⅱ) 사이의 수은 분획 분화에 영향을 끼치는 연료 가스 조성물을 발견하는 데에 중점을 두었다. 실제 중요한 인자는, 원자 수은이 포획이 어려운 반면 이할로겐화물은 물에 용이하게 용해된다는 점이다. 이는 최종 냉각기 배출부(cooler exhaust section)에서, 워터 미스트 스크러버(water mist scrubber)를 사용하여, 이산화황과 같은 가스만으로도 용이하게 제거할 수 있다.

현재 입증된 사항은, 비산회가, 이산화황, 산화질소, 이산화질소, 염소 및 염화수소와 같은 가스가 가능한 존재하도록, 이러한 비율을 변형시키는 데 중요한 역할을 하는 것으로 보인다는 점이다[참조: Laudel, D. L. et al., Fuel Process. Technol. 65: 157(2000), Liu, K., Energy & Fuels, 15: 1173(2001), Niksa, S., et al., Environ. Sci. Technol. 35: 3701(2001), Fujiwara, N., et al., Fuel, 81: 2045(2002), Norton, G. A., Fuel, 82: 107(2003)]. 또한, 배기 가스의 냉각 속도는 유효한 파라메터인 것으로 보인다[참조: Sliger, R. N., Fuel Process. Technol. 65: 423(2000), Niksa, S., et al., Environ. Sci. Technol. 35: 3701(2001)]. 데이터는 상당히 일치하지 않는다. 특정한 관련성이 나타나지 않았으며, 엔지니어들은 분화가 가변적이고 예측할 수 없는 이유와 발생 방법을 알지 못한다.

여러 미국 특허에는, 배기 가스 중에 배출되는 수은을 억제하는 것에 대해 기재되어 있다. 이들 방법은 원자 수은의 흡착 또는 흡수를 기초로 하거나, 굴뚝 가스에 가하는 것을 기초로 하고 있다. 미국 특허공보 제4,729,882호[아이드(Ide) 등]와 미국 특허공보 제6,447,740호[콜드웰(Caldwell) 등]에는, 물 세척 스크러빙(water wash scrubbing)한 후에 염소를 가하는 것이 제안되어 있다. 미국 특허공보 제6,375,909호[당크란(Dangtran) 등]에는 연소실에 염화칼슘을 가하고 후속적으로 습식 스크러빙하는 것이 제안되어 있다. 미국 공개특허공보 제20010043889호[다운스(Downs) 등]에는 황화수소 가스를 가하는 것이 제안되어 있고, 미국 공개특허공보 제20020114750호[홀스테(Holste)]에는 각종 형태의 황을 가하는 것이 제안되어 있으며, 미국 공개특허공보 제20020114749[콜(Cole)]에는 습식 스크러빙 후에 가스 산화제를 가하는 것이 제안되어 있다. 다른 모든 특허에서는 각종 흡수 물질을 사용하여 원자 수은을 포획하려고 한다.

위에서 언급한 방법은 충분히 효율적이지 않은 것으로 입증되었다. 선행 기술의 단점을 극복하기 위해, 미국 캘리포니아주 팔로 알토에 소재한 전력 연구소(EPRI: Electric Power Research Institute)에서는 현재 추가의 흡수방법을 시험하고 있다. 당해 방법에서는 굴뚝 가스 중에 부유된 금 피복된 금속 플레이트를 사용하는데, 이는 아말감화에 의해 수은을 흡수하기 위한 것이다. 당해 방법은 이전의 방법보다 성공적일 수 있지만, 설치 비용, 운전 비용 및 유지 비용이 비싸다. 따라서, 배기 가스 중에 수은이 배출되는 것을 경감시키기 위한 현존하는 모든 방법 및 장치는 고유의 단점이 존재하며, 이는 이들 방법의 전반적인 유효성 및 바람직한 점을 저감시킨다.

이와 같이, 선행 기술에서 배기 가스 중에 수은이 배출되는 것을 경감시키는 것이 필요한 것으로 제한된 정도로 입증되었지만, 현재 제안된 용액은 만족스러운 방법을 제공하기에는 불충분하다. 따라서, 배기 가스 중에 수은이 배출되는 것을 경감시키기 위한, 경제적으로 설치, 조작 및 유지할 수 있는 효과적인 방법 및 장치가 제공되는 것이 바람직하다.

[발명의 요약]

장치 및 방법이 기능 설명을 동반한 문법적 융통성을 위해 기술되었거나 기술되는 한편, 제35 USC 112조하에 명확하게 기술되지 않는 한 청구의 범위는, "의미" 또는 "단계" 한정의 규정에 의한 어떠한 방법으로도 필요한 만큼 한정하여 해석되지 않아야 하며, 동등한 사법 원칙하에, 청구의 범위에 의해 제공된 정의의 의미 및 등가물의 완전한 범주와 따라 해석해야만 한다는 것이 명확하게 이해되어야 하며, 청구의 범위가 제35 USC 112조하에 명확하게 기술되는 경우, 청구의 범위는 제35 USC 112하에서 법적으로 완전히 동등한 것으로 간주된다. 본 발명은 원소들이 수치화되어 있는 다음의 도면에 의해 보다 잘 가시화될 수 있다.

본 발명은 선행 기술과 관련하여 위에서 언급한 단점을 특별히 언급하고 경감시킨다. 보다 특히, 본 발명은, 배기 가스 중의 상당량의 수은으로부터 표면 위 에 염화수은(Ⅱ)이 형성되고, 염화수은(Ⅱ)이 표면으로부터 승화하고, 승화된 염화수은(Ⅱ)을 배출 스트림으로부터 제거하는, 배기 가스에서 수은이 배출되는 것을 경감시키는 방법 및 장치를 포함한다. 본 발명은 효과적이고 경제적이다.

본 발명의 다른 이점들 뿐만 아니라, 본 발명의 방법 및 장치는 다음의 상세한 설명 및 도면에 의해 더욱 명백해진다. 기술되고 제시된 특정한 구조에 대한 변형이, 본 발명의 요지에서 벗어나지 않으면서 청구의 범위의 범주내에서 이루어질 수 있음을 이해해야 한다.

본 발명 및 이의 각종 양태는 바람직한 양태에 관한 다음과 같은 상세한 설명에 의해 보다 잘 이해될 수 있으며, 이들은 청구의 범위에 정의된 본 발명의 예시적 실시예로서 나타내었다. 청구의 범위에 의해 정의된 바와 같은 본 발명은 아래에 기술된 예시적 양태보다 광범위할 수 있음이 명확하게 이해된다.

도 1은 화염(flame) 생성 침착물 스펙트럼(a)를 시판중인 여러 개의 순수한 수은 화합물 시료의 스펙트럼과 비교한 퓨리에 변환 라만 스펙트럼(Fourier Transform Raman spectrum)이다.

도 2는 브루커 D8 파우더(Bruker D8 Powder) X선 회절계에서 취한 각종 2-쎄타 모드 스펙트럼을 예시한 것이다.

도 3은 본 발명에 따라 배기 가스에서 수은이 배출되는 것을 경감시키기 위해 굴뚝(smokestack) 속에 설치된 유동 스포일러와 스크러버(scrubber)를 보여주는 반계략도이다.

다수의 변형 및 개조가 본 발명의 요지 및 범주로부터 벗어나지 않으면서 당해 기술분야의 숙련가들에 의해 수행될 수 있다. 따라서, 예시된 양태는 본 발명의 예로서만 기술되었으며, 청구의 범위에 의해 정의된 바와 같이 본 발명이 한정되지 않아야 하는 것이 이해되어야 한다. 예를 들면, 청구 사항들이 특정하게 조합되어 기술되었다 할지라도, 본 발명에는, 이러한 조합에서 초기에 청구되지 않는 경우에도 기술된, 더욱 적거나, 더욱 많거나 상이한 요소들의 다른 조합이 포함된다는 것이 명확하게 이해되어야 한다.

본 발명과 이의 각종 양태들을 기술하기 위해 본원에서 사용된 단어들은 통상적으로 정의된 이들의 의미에 따라 이해되어야 하며, 통상적으로 정의된 의미의 범주에 속하는 본원의 구조, 물질 또는 기능에 관한 특별한 정의에 의해 포함되는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 한 가지 요소가 하나 이상의 의미를 포함하는 이의 상세한 기술 사항과 관련하여 이해될 수 있는 경우, 청구의 범위에서의 당해 요소의 용도는, 본원 및 단어 자체에 의해 지지되는 모든 가능한 의미를 포괄하는 것으로 이해되어야 한다.

따라서, 본 명세서에서, 청구의 범위의 단어 및 요소의 정의는 문자 그대로 기술된 요소들의 조합을 포함할 뿐만 아니라, 동일한 기능을 사실상 동일한 결과를 수득하기 위한 사실상 동일한 수단으로 실질적으로 수행하기 위한 모든 동등한 구조, 물질 또는 기능을 포함하는 것으로 정의된다. 따라서, 이러한 측면에서, 청구의 범위에서 2가지 이상의 요소들의 동등한 치환이 이들 요소 중의 하나에 대해 수행될 수 있음이 고려되어야 하거나, 청구의 범위에서 단일 요소가 2가지 이상의 요소로 치환될 수 있음이 고려되어야 한다. 요소들이 특정한 조합 및 초기에 청구된 바에 따라 작용하는 것으로서 본원에 기술될 수 있다 하더라도, 청구된 조합으로부터의 한 가지 이상의 요소가 몇몇 경우 이들 조합으로부터 삭제될 수 있으며, 청구된 조합이 하위 조합 또는 하위 조합의 변형태에 관한 것일 수 있음이 명확하게 이해되어야 한다.

당해 기술분야의 숙련가들로부터 검토된 바와 같은, 현재 알려졌거나 최근에 고안된, 청구된 사항으로부터의 비현실적인 변형은, 청구의 범위의 범주내에서 동등하고 명확하게 고려된다. 따라서, 당해 기술분야의 숙련가들에게 현재 또는 최근에 알려진 명백한 치환은 정의된 요소의 범주내에서 정의된다.

따라서, 본 청구의 범위는 본원에 명확하게 예시되고 기술된 사항, 개념적으로 동등한 사항, 명확하게 치환될 수 있는 사항 및 본 발명의 필수 개념을 필수적으로 포함하는 사항을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

따라서, 첨부된 도면과 관련하여 아래에 기술한 발명의 상세한 설명은 현재 바람직한 본 발명의 양태를 기술하기 위한 것이며, 본 발명이 구성 또는 활용될 수 있는 형태만을 나타내기 위한 것이 아니다. 발명의 상세한 설명은 예시된 양태와 관련하여 본 발명을 구성하고 운영하기 위한 작용 및 일련의 단계를 기술한다. 그러나, 본 발명의 요지에 속하는 상이한 양태들에 의해 동일하거나 동등한 기능이 달성될 수 있음이 이해되어야 한다.

본 발명은 배기 가스에서 수은이 배출되는 것을 경감시키는 방법에 관한 것으로, 당해 방법은 염화수은(Ⅱ)이 배기 가스 중의 상당량의 수은으로부터 표면 위에 형성되는 것을 용이하게 하는 단계, 염화수은(Ⅱ)이 당해 표면으로부터 승화하는 단계 및 승화된 염화수은(Ⅱ)을 배출 스트림으로부터 제거하는 단계를 포함한다.

보다 특히, 배기 가스에서 수은이 배출되는 것을 경감시키는 방법은 배기 가스와 접촉하는 표면을 제공하는 단계, 상당량의 수은을 배기 가스로부터 표면 위에 침착시키는 단계, 침착된 수은을 다시 배기 가스 속으로 승화시키는 단계 및 승화된 수은을 배기 가스로부터 스크러빙(scrubbing)하는 단계를 포함한다.

배기 가스는 원소성 수은, 황 화합물, 및 한 가지 형태의 염소, 예를 들면, 염화수소, 원자 염소 또는 분자 염소를 포함할 수 있다.

표면은 바람직하게는 가스 표면이 최대한 충돌하도록 구성된 유동 조절 스포일러(flow modifying spoiler)를 포함한다. 표면은 바람직하게는 배기 가스의 유동 영역에 배치되어 수은의 침착을 향상시키는 유동 조절 스포일러를 포함한다. 표면은 바람직하게는, 특정한 용도에 따라, 온도가 약 150 내지 300℃인 배기 가스의 유동 영역에 배치된 유동 조절 스포일러를 포함한다. 표면은 바람직하게는 차가운 배기 가스의 유동 영역에 구성되어, 특정한 용도에 따라, 표면 또는 가스가 약 150 내지 300℃로 가열될 수 있는 유동 조절 스포일러를 포함한다.

표면은 바람직하게는 금속 또는 세라믹 물질을 포함한다. 그러나, 당해 기술분야의 숙련가들에게 인지되어 있는 바와 같이, 표면은, 표면에 염화수은(Ⅱ)과 같은 수은 및/또는 수은 화합물이 형성될 수 있고, 후속적으로 수은 화합물이 승화될 수 있는 임의의 다른 물질을 포함할 수도 있다.

본 발명의 한 가지 측면에 따르면, 표면 위에 침착된 수은은 산화수은을 형성하며, 이는 후속적으로 염화수은(Ⅱ)으로 전환된다.

본 발명의 한 가지 측면에 따르면, 표면 위에 침착된 수은은 황산수은을 형성하며, 이는 후속적으로 염화수은(Ⅱ)으로 전환된다. 이어서, 염화수은(Ⅱ)은 승화한다.

임의로, 배기 가스가 표면과 접촉하기 전에 이산화황을 배기 가스에 가하여, 황산수은이 형성되는 것과 이에 따라 염화수은(Ⅱ)이 표면 위에 형성되는 것을 향상시킨다.

임의로, 배기 가스가 표면과 접촉하기 전에 원자 염소, 분자 염소 또는 염화수소를 배기 가스에 가하여, 염화수은(Ⅱ)이 표면 위에 형성되는 것을 향상시킨다.

염화수은(Ⅱ)은 매우 수용성이기 때문에, 스크러빙에는 바람직하게는 물 스크러빙이 포함된다. 그러나, 당해 기술분야의 숙련가들에게 인지되어 있는 바와 같이, 염화수은(Ⅱ)은 임의의 다른 적합한 방법을 사용하여 배출 스트림으로부터 제거할 수 있다.

한 가지 측면에 따르면, 본 발명은 배기 가스에서 수은이 배출되는 것을 경감시키기 위한 장치를 포함하며, 당해 장치는 수은 화합물이 용이하게 형성되도록 배기 가스 스트림내에 위치하도록 구성된 표면을 포함한다. 또한, 당해 장치는 수은 화합물이 용이하게 승화되도록 구성된다. 표면은 임의의 목적하는 구성을 가질 수 있다. 그러나, 당해 기술분야의 숙련가들에게 인지되어 있는 바와 같이, 표면은 바람직하게는 왜곡되거나 복잡한 경로로 이루어질 수 있으며, 이러한 경로는 염화수은(Ⅱ)이 형성되는 배출 스트림 중의 수은의 상당 부분에 충분히 넓은 표면적을 제공한다.

또한, 표면은 바람직하게는 그 위에 황산수은이 용이하게 침착되도록 구성된다. 따라서, 표면은 바람직하게는 그 위에 황산수은이 용이하게 침착된 후에 침착된 황산수은이 염화수은(Ⅱ)으로 전환되도록 구성된다.

표면은 바람직하게는 그 위에 산화수은이 용이하게 침착되도록 추가로 구성된다. 따라서, 표면은 바람직하게는 그 위에 산화수은이 용이하게 침착된 후에 침착된 산화수은이 염화수은(Ⅱ)으로 전환되도록 추가로 구성된다.

표면은 바람직하게는 유동 중에 수은 원자의 가스 표면 충돌 횟수가 증가하도록 고안된 유동 스포일러(flow spoiler)(flow modifier)에 의해 적어도 부분적으로 구성된다.

임의로, 본 발명은 배기 가스가 표면과 접촉하기 전에 원자 염소, 분자 염소, 염화수소 또는 이산화황 가스를 배기 가스 속에 주입하도록 구성된 염소 및/또는 황 주입 시스템을 추가로 포함한다.

바람직하게는, 스크러버(scrubber)는 승화된 염화수은(Ⅱ)을 배기 가스로부터 제거한다. 바람직하게는, 물 스크러버(water scrubber)는 승화된 염화수은(Ⅱ)을 배기 가스로부터 제거한다. 그러나, 당해 기술분야의 숙련가들은 승화된 염화수은(Ⅱ)을 배기 가스로부터 제거하기 위한 다른 형태의 스크러버 및 다른 장치가 마찬가지로 적합하다는 것을 인지할 것이다.

한 가지 측면에 따르면, 본 발명은, 굴뚝(smokestack), 및 수은 화합물이 용이하게 침착되도록 구성되어 굴뚝내에 존재하는 표면을 포함하는, 배기 가스에서 수은이 배출되는 것을 경감시키기 위한 배기 시스템을 포함한다. 표면은 이로부터 염화수은(Ⅱ)이 용이하게 승화되도록 추가로 구성된다. 스크러버 또는 다른 장치는 승화된 수은을 배기 가스로부터 용이하게 스크러빙하도록 구성된다.

본 발명은 특히 선행기술과 관련된 위에서 언급한 단점들을 언급하여 감소시킨다. 본 발명은 배기 가스에서 발생하는 화학 물질에 근거하고 있으며, 배출 트레인(exhaust train)의 공학적 변형을 포함한다.

고온 시스템에서, 임의의 미량의 수은 불순물은 기상에서 휘발성인 것으로 알려져 있다. 이는 석탄, 토탄, 하수 슬러지, 오일 및 가스가 연소하는 경우이다. 또한, 국지적 폐기물 및 의료 폐기물을 소각하는 경우, 세일 오일을 레토르트 하는 경우, 소각을 수행하는 경우이며, 각종 금속 제련 산업, 시멘트 제조 및 몇몇 채광 기술에도 적용된다. 폐기물에서, 배기 가스는 농도가 ppbv 수준으로 상당히 낮지만, 배기 가스는 이러한 시스템을 유동하여, 이와 같은 배출이 국가적 규모 또는 전세계적 규모로 확대되는 경우, 이는 여러 가지 환경 문제를 낳게 된다.

일반적으로, 미량의 염소 또는 염화수소가 존재하는 경우, 몇몇 상태에서 원자 상태인 가스 수은은 염화수은(Ⅱ) 가스로 부분적으로 전환된다. 원자 수은과 이의 2염화물은 이러한 시스템내에서 가스 수은으로 존재한다.

현재의 기술에서 제기되는 문제는, 염화수은(Ⅱ)은 수용성이고 배기 가스로부터 용이하게 제거할 수 있지만, 결국 자연 환경에 배출되는 원자 수은을 제거하는 만족할 만한 방법이 없다는 점이다.

게다가, 2염화물 대 원자 수은의 비는 일관된 방식으로 변하는 것이 아니며, 이해되지 않고, 예측 가능하지 않으며, 시스템내에서 어느 것과도 직접적으로 관련되지 않는다. 관측된 데이터를 설명하기 위한 모델들에 대한 상당한 노력에도 불구하고, 기상 화학 물질에 대한 다수의 광범위한 분석은 실패하였다[참조: Xu, M., et al. Combust. & Flame 132:208(2003)]. 기상 동력학이 광범위하게 연구되었는데, 그 결과 이들 모델이 실패한 것은 데이터의 부족 대문은 아닌 것으로 사료된다.

본원의 화학적 작용은 고온 가스에서 시작되고 기상에서 끝나기 때문에, 이는 항상 기상 현상인 것으로 간주된다. 현재의 연구는 우선 타당한 것으로 보이나, 이들 연구가 밝혀낸 것은 적절하지만은 않다. 주요 공정을 보여준다는 측면에서 이들 모든 연구는 매우 가치가 있으며, 사실상 이들 연구는 기상 균일 메커니즘이 아니고 기타 몇 가지 사항은 당해 시스템에서 발생하는 것이 아니다.

본 출원인의 실험실에서 최근 연구하고 있는 것은 화염 가스로부터 표면 위로 물질이 침착하는 것이다. 고온 부식이 발생하는 연소기에서 진행되는 황산나트륨 침착의 상세한 화학적 작용에 관한 연구에 의해, 당해 공정이 상당 부분 이해된다[참조: Steinberg and Schofield, Twenty-Sixth Symposium on Combustion, The Combustion Institute, 1835(1996), Combust. Flame, 129: 453(2002)].

현재, 첨가제가 화학적 작용을 중단시키고 황산염 형성을 방지할 수 있는 것으로 논의되고 있는 것이 충분히 잘 이해된다[참조: 스코필드(Schofield)의 2001년 11월자 미국 특허공보 제6,328,911호; Energy & Fuels, 17: 191(2003)]. 이전의 공정에서, 연료 또는 공기중에 나트륨과 황이 매우 적은 농도(ppmv 단위)로 존재하는 경우, 화염 가스 자체에서 뿐만 아니라 연소된 가스에 의해 차단된 냉각된 표면 위에도 황산나트륨이 매우 효과적으로 형성된다는 것이 밝혀졌다.

미량의 수은의 연소 및 고온 가스 화학에 관한 상세한 사항을 분석하기 위해, 이들 동일한 기술이 현재 적용된다. 질산수은 또는 아세트산 수은의 수성 에어로졸을 초음파 내뷸라이저로부터 소량 가하는 것을 포함하여, 산소가 풍부한 프로판 연료 화염을 연소시켰다. 이러한 첨가에 의해, 연소된 가스 중의 수은 농도가 5 내지 30ppmv의 범위가 되었다.

수은만을 가하거나, 저농도의 황 또는 염소 또는 이들의 배합물을 가하여 실험을 수행할 수도 있다. 현재, 50 내지 375℃에서 유지된 각종 금속 수집 프루브 표면이 연소된 가스를 차단하는 다운스트림에 침지되었다. 모든 시험 경우에서 침착물은 즉시 나타났으며, 이는 자연계에서 원소성 수은이 아니고 분자였다. 퓨리에 변환 라만 분광법, X선 회절 산란 분석법 및 ICP 스펙트럼 발광 분석법을 사용하여 이들 침착물의 조성물을 분석하고 이들의 형성 속도를 측정하였다.

화염 가스 중의 수은의 양 및 프루브에 수집된 수은의 양을 계산한 결과, 가스 원자 수은이 매우 효과적으로 침착된 것으로 나타났다. 사실상, 놀랍게도, 이들 측정치로부터, 수은의 침착 속도가 화염 중의 알칼리 금속 염의 침착 속도와 필수적으로 동일한 것으로 나타났다. 표면과의 한 가지 상호작용에 의해 기상 수은의 상당 부분이 제거된다. 시스템내에 황이 존재하는 경우, 매끄러운 황색 또는 백색 침착물이 형성된다.

도 1은 화염 생성 침착물의 퓨리에 변환 라만 스펙트럼, 스펙트럼(a)를 시판중인 여러 개의 순수한 수은 화합물 시료의 스펙트럼과 비교한 것이다. 당해 침착물은 평평한 화염 연소장치에서 화염 연소된 C₃H₈/O₂/N₂(0.9/5/16)로 이루어지는 연소된 가스에 존재하고 연소되지 않은 유동 가스 중에 Hg 25ppmv, S0₂75ppmv 및 Cl₂50ppmv를 함유하는 6msec 다운스트림으로 수집하였다. 실린더형 금속 프루브 내부는 물로 냉각시키고 60℃로 유지되었다. 2시간 동안 수집하여, 수집 효율이 상당히 좋았다(30%). 침착물은 균일하고 매끄러운 분말층이었으며, 황색 또는 백색이었다. 당해 침착물은 필수적으로 순수한 황산수은의 형성을 예시하고 있다.

따라서, 이들 침착물의 퓨리에 변환 라만 스펙트럼을 시판중인 순수한 수은 화합물 시료의 스펙트럼과 비교하면, 이들 침착물은 순수한 황산수은인 것으로 나타난다.

도 2는 브루커 D8 파우더 X선 회절계에서 취한 각종 2-쎄타 모드 스펙트럼을 예시한 것이다. 스펙트럼(a)는 화염 연소된 C₃H₈/O₂/N₂(0.9/5/16)로 이루어지는 연소된 가스에 존재하고 연소되지 않은 유동 가스 중에 Hg 25ppmv, S0₂75ppmv 및 Cl₂50ppmv를 함유하는 약 6msec 다운스트림으로 수집된 침착물의 스펙트럼이다. 실린더형 프루브 내부는 물로 냉각시키고 60℃로 유지되었다. 2시간 동안 수집하여, 수집 효율이 상당히 좋았다(30%). 침착물은 균일하고 매끄러운 갈색 분말층이었다.

스펙트럼(b)는, 화염에 수은만이 첨가되고 프루브 온도가 55℃인 것을 제외하면, 유사하게 수집된 침착물의 스펙트럼이다. 이는 보다 짙은 갈색이었다. 또한, 침착된 양이 더 많았다. 이들 스펙트럼을 시판중인 산화수은 및 염화수은(Ⅱ) 시료의 상응하는 스펙트럼과 비교한다. 모든 시료는 동일한 조건하에 분석하였다. 두 가지 경우에서의 산화수은의 형성을 예시한다. 황을 함유하지 않는 경우, 침착물의 색깔은 항상 갈색이다.

또한, 스펙트럼(a)는 시료에 염화수은(Ⅱ)이 소량 존재해도 표면에 침착물이 형성된다는 것을 보여준다. 백금 스펙트럼 라인은, 시료가 놓여진 백금 박편 기판으로부터의 산란에 의한 것이다.

알칼리 침착물의 경우와 같이, 수은에 있어서 상당한 이종 메커니즘이 발생할 수 있다는 것이 명백하다. 유사하게, 이전의 프로그램에서 인지된 바와 같이, 수은의 경우, 금속 원소는 손실되면서 분자 화합물이 제조되지 않는다. 그러나, 표면에 도달하면, 형성되는 물질의 선호도 순위가 존재한다. 가스에 황이 존재하는 경우, 황산수은이 형성된다. 가스에 황이 존재하지 않는 경우, 산화물이 형성된다. 원소 상태의 수은으로 침착되어 표면에 잔류될 수는 없다.

표면은 매우 중요하다. 우선, 표면은 화학 시스템의 차원성(dimensionality)을 감소시킨다. 3차원 기상 중에서 또 다른 물질과 충돌하지 않는 종류는 현재 2차원 평면 위에서 서로 찾을 가능성이 커지고 있다. 보다 중요하게는, 현재의 경우와 같이, 표면은 화학적 작용을 가스로부터 농축된 상으로 변화시킨다.

또한, 수은의 고체상 화학은 대부분의 원소들보다 한정되어 있다. 그러나, 수은은 제1 수은(1) 및 제2 수은(2)의 2가 원자가를 나타내며, 기상과는 상당히 상이하다. 고체상의 예는 다음과 같다.

Hg: 매우 휘발성인 액체. 비점 357℃. 증기압 1torr(125℃), 7.5torr(175℃), 75torr(250℃)(대기압: 760torr). 배기 가스에서, 미량(ppbv)의 수은은 항상 노점 이상인 조건을 포함한다. 결과적으로, 가온된 표면 위의 수은 증기의 농도는, 수은 증기를 전환시키고 이를 분자 형태로 표면에 결합시키는 상당한 급속 화학 반응 없이는 발생할 수 없다.

HgO: 이의 융점 약 500℃에서 매우 급속하게 해리된다. 유동 열중량 측정치는, 소량의 HgO의 열 반감기가 375℃에서 약 15시간, 400℃에서 8시간, 425℃에서 2시간 및 450℃에서 1시간 미만임을 보여준다. 이들 값은 열 반감기가 0이 아니라는 것을 보여주기 위한 값일 뿐이며, 시료의 크기 및 성질에 어느 정도 좌우된다.

Hg₂Cl₂: 382℃에서 승화되어 Hg + HgCl₂로 해리된다.

HgCl₂: 융점 277℃, 비점 304℃. 안정적이고 매우 휘발성이며 형태의 변화 없이 증발된다. 증기압 10torr(180℃), 50torr(230℃)[참조: Bernard et al., J. Phys 111 France 7:311(1997)]. 현재의 측정치는 시료가 비교적 정지된 공기 중에서 150℃에서 약 1시간 미만, 175℃에서 약20분, 및 200℃에서 수 분 이하 동안 증발된다는 것을 보여준다.

Hg₂SO₄: HgS0₄로 해리될 때, 약 335℃에서 안정적이다.

HgS0₄: 원소성 수은으로 해리될 때, 약 475℃에서 안정적이다(반감기 약 30시간). 이의 반감기 열 안정성은 525℃에서 약 15시간, 550℃에서 6시간, 575℃에서 2시간, 600℃에서 약 30분이다.

HgS: 진사(cinnabar)는 자연에 존재하는 광물 광석이다. 비점은 584℃이지만, 고온 공기 중에서는 안정적이지 않으며, Hg + SO₂로 해리된다.

Hg₂CO₃: 안정적이지 않으며, 130℃에서 분해된다.

Hg₂(NO₃)₂: 70 내지 100℃에서 분해된다(2수화물로서만 구입할 수 있다).

Hg(NO₃)₂: 융점 79℃. 광분해되므로 열적으로 매우 안정적이지는 않다(일수화물 염으로서만 구입할 수 있으며 매우 흡수성이다).

수소화물은 알려져 있지 않지만, 아세트산염, 옥살산염 및 시안산염을 구입할 수 있다.

통상의 무기물 교본을 참조하면, 황산수은 및 산화수은은 염화수소 또는 분자 염소와 상당히 용이하게 반응하여 염화수은(Ⅱ)을 생성한다는 것을 알 수 있다[참조: Mellor, J. W., A Comprehensive Treatise on Inorganic and Theoretical Chemistry, Volume 4, John Wiley (1960)]. 염화수은(Ⅱ)은 휘발성이 매우 높기 때문에, 부식성 승화물로 알려져 있다.

결과적으로, 배기 가스에서 발생하는 것은 예상보다는 복잡하지 않다. 고온의 가스를 냉각하는 것과 같이, 최종적으로 수은은 충돌하는 임의의 표면 위에서 황 또는 산소와 반응할 수 있다. 이는 비산회 입자이거나 유동 영역 먼지일 수 있다. 각종 수은 분자의 특징에 대해 위에서 언급한 바와 같이, 지나친 고온 및 형성될 수 있는 어떠한 물질도 임의의 표면에서 즉시 재해리되어 원소성 수은으로서의 가스로 유동할 수 있다.

결과적으로, 특정 시스템 및 유동 환경에 따라, 온도가 약 600℃ 미만(황을 함유하는 시스템) 및 약 450℃ 미만(황을 함유하지 않는 시스템)으로 떨어진 후에, 몇 가지 종류의 수명을 갖는 수은 침착물이 나타날 수 있다. 황산수은 침착물의 경우, 실험한 결과, 이는 배기 가스 중의 염화수소이며 분자 연소가 아니고, 격렬하게 공격하여 표면 위의 침착물이 염화수은(Ⅱ)으로 전환된다.

유리하게도, 고체 염화수은(Ⅱ)은 매우 휘발성이고, 비점이 277℃이며, 융점이 304℃이다. 위에서 언급한 바와 같이, 최근의 측정치는 염화수은(Ⅱ)이 200℃ 이상에서 수 분 이내에 유동 중에 다시 증발한다는 것을 보여준다. 산화수은 침착물의 경우, 이들은 염화수소 및 분자 염소와 공격하여 2염화물로 전환된다. 그러나, 대부분의 연소 시스템에서, 연료 중의 임의의 염소는, 마지막 배기 가스를 냉각시켜 형성된 소량의 분자 염소만을 갖는 주로 염화수소로 전환된다.

당해 방법의 특별한 용도에 적합한 실질적인 특정 조건은 어느 정도의 조작 온도로 제어할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 보다 높은 온도에 의해 우선 침착물 형성이 촉진되고, 금속하게 전환되며, 유동 중에 다시 증발된다.

연소된 화염 가스(5 내지 15msec) 중의 다운스트림과 멀지 않은 침착물을 실험한 결과, 형성 속도를 향상시킬 수 있고 발생할 수 있는 화학 반응을 이해할 수 있다. 예를 들면, 도 2는 다운스트림과 멀지 않은 연소된 가스 중에서 60℃로 냉각된 프루브 표면에서 수집된 산화수은 침착물을 보여준다. 이들 분석은, 산화수은과 함께, 2염화물의 X선 라인이 강한 것이 특징이다. 당해 실험에서, 표면의 온도가 낮기 때문에, 소량의 2염화물이 표면 위에 형성, 전환 및 보유되는 것이 입증된다.

다른 수은 화합물은 이들 침전물 중 임의의 것임이 입증된다. 이는 메커니즘의 추가의 강한 컨퍼메이션(confirmation)을 제공한다. 당해 화학 작용은, 2가 수은 화합물이 바람직함을 보여준다.

시판중인 모든 수은 화합물의 FT 라만 스펙트럼 및 X선 분말 회절 스펙트럼을 취하였다. 위에서 논의한 바와 같이, 이들 중 몇몇을 도 1과 도 2에 나타낸다. 이들 도면은 각각의 분자들의 개별적인 성질 및 이들 조합 기술을 사용한 동일성의 용이함(ease of identification)을 보여준다.

메커니즘은 단순하고 상당히 명쾌하다. 온도가 약 600℃(황을 함유한 유동) 및 약 450℃(황을 함유하지 않는 유동) 미만으로 떨어진 후에 당해 메커니즘이 개시된다는 사실에 의해, 현재 사용되는 실제 배출 시스템에는 시간적 제약이 부과된다. 이는, 보고되어 있는, 원자 수은이 2염화물로 전환되는 것을 설명한다. 또한, 이는 몇 가지 산화질소 억제방법에서 사용되는 바와 같은 추가의 촉매 반응 표면이 존재하는 경우 보고된 '향상'을 설명한다. 또한, 추가의 황과 염소 부가물과 관련하여 보고된 능한 효과를 설명한다.

이와 같이 수은이 바람직해질 수 있는 이종 화학 반응의 새롭고 독창적인 이해에 기초하여, 수은 배출량을 경감시키는 방법을 고안할 수 있다. 원자 수은을 이의 2염화물로 완전히 전환시킬 수 있는 경우, 당해 2염화물은 배기 가스로부터 용이하게 제거되어, 제거된 수은이 배출될 수 있다.

본 발명에 따르면, 표면적이 넓은 유동 조절 장치를, 가스 온도가 특정 온도 범위의 상한선에 도달하기 시작한 배출 트레인 속에 삽입한다. 대부분의 연소 시스템에서 기본적인 배관 변형 이외에는 추가 사항이 필요하지 않은 것으로 간주된다. 이와 함께, 배기 가스는 유동하여, 지정된 공정 온도 범위에서 가스가 냉각될 정도로 표면과 많이 접촉한다.

대부분의 연료 중의 황과 염소의 본래 함유량은 수은 중의 황과 염소의 양보다 많으며, 대부분의 경우 당해 메커니즘을 진행시킬 만큼 충분하다. 연료 염소가 함유되어 있지 않은 시스템에서, 유동 장치 표면 중의 배기 가스가 염화수소를 ppmv 수준의 농도로 함유할 정도로, 염화수소를 연소된 가스에 가할 필요가 있다.

황을 함유하지 않는 시스템에서, 미량의 이산화황을 가하는 것은, 황산염 침착 형성의 관찰되는 광범위한 온도 범위의 원인이 되는 것으로 간주될 수도 있다. 게다가, 배가 가스가 지나치게 냉각된 경우, 당해 메커니즘은 해당 부분에서 장치부 또는 배기 가스를 적정 온도로 가열함으로써 유발될 수 있다.

삽입된 유동 조절 장치 또는 스포일러를 구성하는 물질 및 이의 표면 구조는 중요하지 않다. 이들 조절기 또는 스포일러는 금속 또는 세라믹일 수 있다. 유사하게, 이의 디자인은 중요하지 않다. 유동 패턴을 변형시키고, 가스가 냉각되는 동안 모든 배기 가스가 몇몇 표면과 많은 시간 동안 접촉할 수 있도록 표면적을 증가시킬 수 있다. 가스를 와류하고 혼합하고, 이와 동시에 가스가 눈에 띄는 유동 저항의 발생 없이 표면에 충돌하는 것이 가능하다.

유동 조절 장치 또는 스포일러를 시스템 속에 위치시키는 것이 중요하다. 석탄 연소기 적용에 있어서, 배기 가스 라인의 온도가 정확한 조작 범위에 놓이는 경우에 당해 연소기를 사용하는 것이 필요하다. 석탄의 경우, 배기 가스의 등가 비와 조성물에 따라, 150 내지 300℃ 또는 그 이상의 온도에서 수행되는 것으로 보인다. 지나치게 낮은 온도에서는 황산염 또는 산화물이 형성되지 않는다. 지나치게 놓은 온도에서는 침착물이 원자 수은으로 다시 전환될 수 있다. 일반적으로, 열분해 및 화학적 환원 반응에 의한 것이 아니다. 이는, 연료 부족 연소기의 배기 가스에 남아있는 잠재적으로 감소되는 미량의 가스, 예를 들면, 일산화탄소 또는 수소로부터 제어된다.

수은은 부착되어 표면 위에서 분자를 형성하고, 전환되고 표면 위에 다시 승화되어, 최소한 유지되는 것으로 예상할 수 있다. 이종 매커니즘에 의해 매개물을 단독으로 제공하는 표면에 의해, 수은은 이의 열역학적으로 바람직한 가스 염화수은(Ⅱ) 상태가 달성된다. 이러한 측면에서, 이는 전환을 촉진시키는 촉매로서 작용한다. 그러나, 몇 가지 경우 유동 조절 장치는 정전기 침전기(precipitator)보다 앞에 위치할 수 있기 때문에, 비산회 참착물의 몇몇 약간의 축적은 임시적으로 제거하는 데 필요할 수 있다.

현재 연구는 우선 배기 가스로부터 고형 표면 위에 저농도의 가스 수은이 침착되는 화학 반응을 질적ㆍ양적으로 연구하는 것이다.

미량의 수은 화합물을 함유한 연료의 연소로부터 비롯된 배기 가스에서 수은이 이의 가스 원자 상태임이 잘 알려져 있다. 또한, 유사한 미량의 수은이 존재할 수 있는 금속 제련과 같은 임의의 고온 시스템의 경우가 그러하다. 수은은 가장 일반적으로 액체 상태이다. 위에 기재한 바와 같은 각종 온도에서의 수은의 증기압은 수은이 상당히 휘발성입을 입증한다. 수은은 상당히 휘발성이며 이러한 배기 시스템어서의 수은의 농도는 항상 수은의 노점 미만이기 때문에, 참착 화학 반응의 가능성은 이전에는 고려되지 않았을 수 있다. 축합 개념에만 근거하여, 수은은 이러한 시스템의 임의의 표면 위에 남아있지 않아야 한다.

그러나, 표면 위에 알칼리 금속 화합물이 화염 침착되는 것에 대한 최근의 연구에서 밝혀낸 바와 같이, 노점은 이의 일반적인 의미를 잃을 수 있다. 화학적으로 유발된 침착물 형성은 임의의 이러한 고려 사항을 무효로 할 수 있다. 표면 친화성과 매우 빠른 화학 반응의 조합에 의해, 원자가 안정한 분자 형태로 전환되기에 충분할 정도로 원자가 표면 위에 장시간 동안 위치할 수 있다. 이는, 표면으로부터 이탈된 원자의 통상적인 동력학적 재결합 시간보다 짧은 시간내에 발생하는 것으로 보인다.

실제 배기 시스템에서, 원자 수은은 비반응성이며, 대부분의 원자 수은은 유동 덕트를 통과하여 환경 유해물로서 대기 중에 배출되는 것으로 알려져 있다. 그러나, 소량의 원자 수은 분획이 어떠한 선행기술로도 기술할 수 없는 화학 반응에 의해 가스 이할로겐화수은으로 전환되는 것으로도 알려져 있다. 이러한 전환은 이해될 수 없지만, 상당히 중요하다.

원자 수은을 배기 가스로부터 제거하는 것은 어려운 반면, 염화수은(Ⅱ)은 물에 용이하게 용해되어 효과적으로 제어할 수 있다. 가스 원자 수은과 가스 염화수은(Ⅱ)은 이러한 시스템 중에서 수은 질량 밸런스를 구성하는 것으로 보이며, 화학 반응은 항상 가스 상태에서 분석되었다. 그러나, 임의의 선행기술로 설명하는 데 있어서 이러한 화학적 개념의 부적절한 점은, 추가의 메커니즘이 중요한 역할을 한다는 것을 지적하였다. 현재 연구는 이러한 추가의 화학 반응이 이의 성질과는 다르다는 것을 입증하였다.

적절한 온도 범위에서, 임의의 표면은 응축된 상에 걸쳐 이할로겐화물로 전환되는 것을 용이하게 하는 과도 매체로서 작용할 수 있다. 이러한 새로운 이해의 깊이는, 수은 배출을 효과적으로 제어하기 위한, 현재 개략적으로 기술된 공정을 기초로 하고 있다.

수은 침착 화학은 잘 규정된 화염/연소된 가스 시스템을 사용하여 연구되어 왔다. 화염 연소장치 및 이와 관련된 시스템은 이전에 출판된 문헌에 기재되어 있다[참조: Steinberg and Schofield, Twenty-Sixth Symposium(International) on Combustion, The Combustion Institute, Pittsburgh, PA, 1835(1996), Schofield, Combustion Lamp; Flame, in press, volume 132(2003)]. 연소장치는 1차원 실린더형 대기압 화염을 제조한다.

프로판, 산소, 질소 화염은 연료 부족 및 연료 풍부 당량비의 범위에 걸쳐 연구되어 왔다. 초음파 내뷸라이저로부터, 수은을 연소되지 않은 가스 유동 중에 미세한 수성 에어로졸로서 도입한다. 농도가 0.008 내지 0.05N인 질산수은과 아세트산수은의 용액을 사용하여, 화염 연소된 가스 중에 농도가 약 30ppmv 이하인 원자 수은을 제조한다. 1시간당 수은 수 mg이 침착되는 측정 가능한 프루브 침착 속도가 나타난다. 용액 농도를 변화시켜, 상이한 화염 농도를 연구할 수 있다. 또한, N₂중에 SO₂0.1%, N₂중에 Cl₂514ppmv, N₂중에 HCl 1000ppmv의, 공인된 실린더 혼합물을 사용하여, 적은 농도의 황 또는 염소를 변화시켜 가할 수 있다. 계산된 전자 질량계(electronic mass meter)를 모든 가스 유동에 대해 조절한다.

여러 개의 실린더형 수집 프루브를 사용하였다. 이들은 직경이 약 12mm이고, 필수적으로 씨딩되고 연소된 모든 가스 유동과 상호작용한다. 당해 화염은 필수적으로, 첨가제를 함유하고 첨가제가 없는 공유동(co-flowing)의 동일한 화염에 의해 둘러싸인, 내부 실린더형 층류이다. 외부의 차폐물 화염은 내부 화염의 균일한 단면부로 이루어지고, 내부 화염이 안정화되는 것을 돕는다. 연소장치 최상단으로부터의 특정한 거리의 다운스트림에서, 각각의 지점은 연소 후 동시에 존재하고 본래 성질과 유사하다. 다운스트림 시간 의존성, 예를 들면, 비평형 화염 효과로부터 비롯된 다운 스트림 시간 의존성을 실험하는 연구는 매우 가치있다.

프루브는 공냉 또는 수냉을 위한 중심 채널을 갖고, 표면 온도 모니터링을 위해 열전대가 벽 두께에 걸쳐 살치되어 있는 인코넬-600(Inconel-600) 스테인리스 스틸이다. 당해 열전대 중 한 가지는 두께 2마이크론의 백금 호일으로 이루어지는 호일로 매우 단단하게 클래딩되어 있다. 프루브는 수진 고온 가스 화염 유동에 대해 수평으로 설치되어 있고, 연소장치는 컴퓨터로 제어되는 스테퍼-모터에 의해 상향 이동되거나 하향 이동된다. 프로판에서, 이들 특별한 프루브와 함께 현재 연구되고 있는 화염의 시간은 일반적으로 5 내지 15msec 범위이다. 프루브 온도는 55 내지 375℃ 범위이다.

중요한 부가적인 실험에서는 내부적으로 가열할 수 있는 프루브를 사용한다. 한 가지 프루브는 내부 가열 소자, 공냉용 채널 및 설치된 열전대를 갖는 인코넬-600 스테인리스 스틸이다. 당해 프루브는, 냉각기 배기 가스 화학 반응을 보다 실질적으로 시뮬레이션하는 다수의 실험에서 유용하게 사용된다. 당해 프루브는 다운스트림 시간 약 0.1초에서 연소된 화염 가스 중에서 사용하며, 당해 시간 동안 가스가 상당 부분 냉각되고 천연 화염 원자 및 라디칼은 상당 부분 소멸된다.

프루브를 가열함으로써, 냉각기 배기 가스에서 산화물과 황산염을 제조하기 위한 실제 더 낮은 역치 온도는 임의의 황 의존성과 함께 평가할 수 있다. 또한, 황산수은 또는 산화수은 침착물을 프루브 위에 알려진 양으로 우선 수득함으로써, 화염은 소멸되고, 질소 중의 미량의 분자 염소 또는 염화수소의 차가운 유동에 의해 대체될 수 있다. 이어서, 프루브는 여러 온도로 가열할 수 있다. 이와 같은 방식으로, 산화물 또는 황산염 침착물의 전환 속도를 염소 형태(분자 염소 또는 염화수소), 이의 농도 및 표면 온도의 함수로서 측정하였다.

분석 기술들의 효과적인 조합에 의해, 이들 침착 및 전환에 대한 필수인 분석을 모두 조사하였다. 니콜렛 마그나 850 시리즈 Ⅱ(Nicolet Magna 850 Series Ⅱ) 퓨리에 변환 라만 분광계를 사용하여 백색 또는 황색의 임의의 침착물의 스펙트럼을 수득하였다. 색이 어둡고 FT 라만 분석 결과 흑체 연속체 스펙트럼만이 수득되는 시료에 대해서는 X선 분석법을 사용하였다. 고온의 브루커 D8 파우더 X선 회절계를 도 2에서와 같이 사용하였다. X선 회절계는 도 2에 예시한 바와 같은 스펙트럼을 기록할 뿐만 아니라, 시료가 일반적으로 또 다른 온도로 가열되는 경우 시료를 시간에 따라 관찰할 수 있다.

시료의 정량 분석을 써모 자렐 에쉬 Iris ICP/AES 분광계(Thermo Jarrell Ash Iris ICP/AES Spectrometer)에서 수행하였다. 알려진 시간 동안 시료를 수집하였다. 이어서, 이들 시료를 프루브로부터 질산 희석액에 용해하여, 알려진 용적의 용액으로 제조하였다. ICP를 사용하여, 당해 희석액을 수은과 황 함량에 대해 정량 분석하였다. 당해 장비는 매우 민감하고, 수은 10ppmv를 함유한 화염으로부터 30분 동안 수집한 시료를 정확도 수 %로 측정할 수 있다. 이러한 측정은 황산수은과 산화황산의 침착 속도와 전환 속도의 측정 및 침착물 중의 수은/황 비의 설정에 매우 유용하다.

또한, 오리온(Orion) 염화물 이온 전극을 사용하여, 표면이 매우 차가운 온도로 유지되는 화염 연구 중에 표면에 잔류할 수 있는 임의의 염화수은을 측정하였다. 배기 가스와 표면 온도가 200℃를 초과하는 일반적인 환경에서, 염화수은(Ⅱ)은 표면으로부터 대부분 즉시 승화된다.

산화수은, 황산염 및 이할로겐화물의 열 안정성을 측정하기 위해, Mettler TGA/sDTA 851e 열중량 분석기를 사용하여 수 많은 실험을 수행하였다. 이들 실험에 의해, 특정 온도 프로그램에 걸쳐 또는 한 가지 등온 조건에서 물질의 안정성을 실험할 수 있다. 이들 실험에 의해, 비교적 고요한 유동 환경에서의 이들 분자의 예상되는 수명이 개략적으로 나타난다.

실제 유동 시스템들의 관계에서, 이들은 상한치를 이루며, 실제 배기 가스 유동 속도값에 의해 어느 정도 변형될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 이들은, 황산염 또는 산화물 생성 채널의 조작 범위에서의 최대 온도를 확인하는 실험의 계획에 매우 유용하다. 그러나, 조작 온도의 상한치는 일반적으로 황산염 또는 산화물의 열 안정성에 의해 조절되지 않는다. 다수의 연소 시스템에서, 연소되지 않은 미량의 일산화탄소와 수소가 잔류하며, 이들은 침착물과 반응하여, 침착물이 대조군 역할을 하는 원소성 수은으로 다시 환원된다. 이러한 과정은, 2염화물로의 전환 및 원소성 수은으로의 재환원 속도 사이의 동력학적 경쟁이며, 이에 따라, 가능한 온도 범위의 정확한 상한치가 조절된다.

석탄 연소기에서, 연료 가스는 통상적으로 원자 수은 1 내지 20ppbv, 염화수소 10 내지 100ppmv 및 이산화황 약 300 내지 3000ppmv를 함유한다. 이들 함유량은 매우 개략적인 양이지만, 황의 농도가 염소의 농도보다 훨씬 높고 염소의 농도가 수은의 농도보다 훨씬 높다는 일반적인 농도 순서를 예시한다. 게다가, 거의 연소된 가스 중의 연료 염소는 약 90%가 염화수소로 전환되고 약 10%가 원자 염소로 전환된다. 배기 가스가 냉각되는 시간 동안, 상기 가스는 거의 염화수소이고 약 1%만이 분자 염소이다.

200 내지 250℃에서 황산수은과 염소가 침착되는, 미량의 이들 2가지 가스가 유동하는 실험에 의해, 염화수소가 중요한 역할을 수행 하는 것이 입증되었다. 황산염은 분자 염소의 영향을 받지 않으며, 이러한 사실은 반응의 열력학에 의해 예측되었다. 결과적으로, 염소 제거 시스템에 적용되는 본 발명의 방법의 임의의 또 다른 용도에서, 전환 화학 반응을 용이하게 하는 이들을 소량 가하기 전에, 염화수소 및 분자 염소 첨가 사이에서의 정확한 선택이 필요하다.

본 연구 결과에 의해, 수은의 침착 속도는 산화물과 황산명 둘 다의 생성을 위한 수은의 첨가량(1차)에 대한 선형 분자 종속성(linear fractional dependency)에 가변적인 것으로 나타난다. (침착물 중의 수은 중량/hr로서 계산한) 측정된 속도는 표면 물질(스테인리스 스틸 또는 백금)에 독립적이고, 산화물 또는 황산염이 형성되는 경우와 동일하다. 표면에 대한 원자 수은의 유입은 명확하게 주요 제어 파라메터들 중의 하나이다. 사실상, 수은이 분자 베이스 위에 침착되는 속도는, 수은의 원자 중량이 알칼리 금속의 원자 중량보다 훨씬 큼에도 불구하고, 필수적으로 알칼리 금속의 침착 속도와 매우 유사한 것으로 보인다.

염화수은(Ⅱ)이 표면 위에 직접 형성된다는 것을 알려지지 않았다. 마찬가지로, 전구체로서 작용하는 황산염 또는 산화물로부터 표면 위에 생성된 2차 생성물도 알려지지 않았다. 마찬가지로, 매우 휘발성인 2염화물에 있어서 지나치게 놓은 온도인 표면 위에서의 수명 연장을 제공하는, 이들의 보다 큰 열 안정성의 결과도 알려지지 않았다.

일반적으로, 연소되지 않은 프루브의 삽입은 약 5 내지 15msec의 다운스트림에서 이루어졌다. 해당 시간에 화염 가스가 화학적 평형에 가깝더라도, 이들 실험은, 정확히 말하면, 온도가 수 백℃이이거나 이러한 온도 때문에 다운스트림 시간이 훨씬 긴 통상의 배기 가스의 유효한 시뮬레이션이다.

결과적으로, 반응 부위로부터의 다운스트림과 멀리 떨어져 있지 않은 화염 가스를 사용하는 화학 반응 메커니즘이 동일할지라도, 공정이 훨씬 차가운 배기 가스 중에서 조작되는 온도는 추가의 실험에 의해 측정해야 한다. 60℃ 프루브 위의 연료가 부족한 프로판 화염 중에서 산화물과 황산염의 침착물이 다운스트림 시간 10msec에 수득된다 할지라도, 이는 마찬가지로 훨씬 차가운 배출물을 발생시키지는 않는다. 더 높은 표면 온도는, 생성 화학 반응이 가질 수 있는 임의의 표면 에너지 장벽을 수득하기 위한 더 차가운 배기 가스에서 필요하다. 이는, 시험이, 차가운 배기 가스 중의 다운스트림 시간 약 0.1초에서의 가열된 프루브로 수행되는 것과 관련이 있다.

동일하게 가열된 프루브 위의 황산염 또는 산화물의 침착물에 걸친 미량의 염화수소 또는 분자 염소가 유동하는 실험과 함께, 이들 실험은 상당히 중요하며, 실제 시스템과 근접한 시뮬레이션으로 구성된다. 이들은 유동 장치가 최적으로 작동되기 위해 배출 스트림 속에서 위치해야 하는 지점의 필요한 온도 범위를 명확하게 한정한다.

황산수은 침착물이 도입되는 시스템에서, 황산수은 조작 범위가 산화물(황을 함유하지 않는 경우)의 조작 범위보다 더 크다. 생성 화학 반응에 의해 더 낮은 한도가 조절되며, 생성 활성화 에너지를 수득하기 위한 온도는 약 150℃이다. 황산염 침착물이 원소성 수은으로 화학적으로 재환원될 수 있는 잠재적 반응율 및 열분해율의 두 가지 측면에 의해 상한선이 통제된다. 연료 부족 연소기로부터의 배기 가스를 냉각시키는 데 있어서, 함유된 것으로 보이는 훨씬 적은 미량 농도의 일산화탄소 및 분자 수소가 잔류한다. 시험되는 현재 시스템에서, 이들 미량의 잠재적 환원제는 열 분해율에 관한 시험에서보다 잘 제어된다. 결과적으로, 황산염을 2염화물로 급속 전환시키는 염화수소, 및 침착물을 다시 원소성 수은으로 복귀시키는 이들 환원 반응 사이의 동력학적 경쟁이 존재한다. 이는, 현재 실험 시스템에서 약 300℃의 온도를 나타내는 온도 상한선을 조절한다. 150 내지 300℃에서, 열 분해율은 무시할 수 있다. 산소가 더욱 풍부한 연소 당량비일수록, 온도 상한선은 더욱 높아진다. 연료 풍부 화염으로부터의 배기 가스가 더욱 환원되는 실험은 이러한 측면을 예시한다. 이러한 조건하에, 황산염 또는 산화물의 침착물은 임의의 수집 온도에서 명확하지 않다. 임의의 이유로 시스템이 연료 염소에 불충분한 경우, 미량의 염화수소를 장치의 선단부에 가하여 전환을 촉진시킬 수 있다.

황을 함유하지 않은 시스템에서, 산화수은 침착물이 수득될 수 있다. 유사하게, 산화물인 침착물은 이들의 열 안정성에 의해 조절될 수 없는 것으로 보이며, 배기 가스에 존재할 수 있는 임의의 미량의 환원 가스에 의한 환원에 대한 이들의 취약성에 의해 조절될 수 없다. 침착물이 업스트림 연소된 가스 중에서 용이하게 수득될 수 있는 반면, 더 차가운 온도인 다운스트림 배기 가스에서의 침착물의 생성을 위한 화학 반응 에너지 역치값이 존재한다. 그 결과, 현재 시험하는 시스템에서 침착된 산화물에 대한 보다 좁은 작용 범위가 가능한 것으로 보인다. 당해 시스템 중심부 온도는 200℃이고 측면부 온도는 약 25℃ 범위이다. 결과적으로, 몇 가지 경우, 온도 범위가 잠재적으로 넓은 황산염 채널이 황을 함유하지 않는 시스템보다 흥미로울 수 있다.

따라서, 본 발명은 임의의 연소 또는 고온 공정에서 미량의 가스 수은을 냉각된 배출 연료 가스로부터 효과적으로 제거할 수 있는 방법 및 장치를 포함한다. 수은은 가스 염화수은(Ⅱ)으로 전환된다. 수용성인 가스 염화수은(Ⅱ)을 배출하는 것은 스크러빙에 의해 조절 또는 경감시킬 수 있다. 우선, 당해 방법에 의해, 당해 시스템에서 가스 원자 수은이 가스 염화수은(Ⅱ)으로 전환될 수 있는 이종 화학 반응이 확인 또는 이해된다.

그 결과, 이들 배출 방법의 엔지니어링 해법이 존재할 수 있다. 이들 해법에는, 황을 미량 함유하는 유동 중에서 온도가 약 300℃ 미만으로 떨어지고, 황을 함유하지 않는 배출물에서는 약 250℃ 미만으로 떨어지지만 약 150℃ 이상으로 유지되는 배출 트레인 위치에 삽입된 유동 조절 장치가 포함된다. 유동 표면적이 넓고, 유동을 교란시켜 이의 유동 채널을 통과하는 동안 연료 가스의 모든 성분들이 이의 표면과 여러 번 상호 작용하도록 유동 조절 장치가 고안된다.

가스 원자 수은은, 황을 미량 함유하는 시스템 중에서 수은 황산염으로서, 또는 황을 함유하지 않는 시스템 중에서 산화수은으로서 표면 위에 효과적으로 침착되는 것으로 보인다, 이들 침착물 중 하나는 미량의 염화수소 또는 염소에 의해 격렬하게 충돌하고, 염소인 경우, 가스는 일반적으로 연료 가스로서 존재한다. 이는 침착물을 매우 휘발성인 화합물인 염화수은(Ⅱ)으로 전환시키고, 염화수은(Ⅱ)은 유동 스트림 속에서 급속하게 재승화된다. 위에서 언급한 바와 같이, 유동 조절 장치의 특징은 중요하지 않다.

2염화물과 이의 승화물의 전환률은 연료 가스 온도 및 염화수소와 분자 염소 가스의 미량의 농도치에 좌우된다. 위에서 제안된 온도 범위에서, 이들은 통상적으로 제어 파라메터일 수 없다. 전환을 최적화시키는 데 요구되는 유동 스포일러의 필요한 표면적, 크기, 위치 및 길이는 특정 용도 및 이의 조작 온도에 좌우된다.

석탄, 바이오매스, 세일 오일, 토탄, 목재, 국지적 폐기물 및 의료 폐기물 및 소각 연소기에 있어서, 일반적으로 수은 침착물을 전환시키기 위한 연료 중의 염소의 양이 충분히다. 염소가 존재하지 않는, 금속 제련과 같은 몇몇 고온 공정에서, 미량의 염화수소 또는 분자 염소를 가하여, 장치의 업스트림의 연료 가스 중의 이들의 농도가 ppmv 수준에 도달하도록 할 필요가 있다.

황산염 중간체의 온도 범위가 보다 넓은 것이 바람직한, 황을 함유하지 않는 시스템에서, 유사하게는, 미량의 이산화황을 장치의 업스트림에만 가할 수 있다. 배기 가스 온도가 작용 온도 범위보다 낮은 시스템에서, 삽입된 유동 스포일러 또는 가스를 요구되는 온도로 가열할 필요가 있다. 당해 시스템은 임의의 잠재적인 비산회 축적물을 주기적으로 제거하지 않고도 유지되어 조작될 것으로 사료된다.

도 3에거, 굴뚝(31)은 연소장치, 보일러, 히터, 스팀 발생기 등으로부터의 배기 가스를 용이하게 배출시킨다. 이러한 배기 가스에는 수은 및/또는 수은 화합물, 염소 및/또는 염소 화합물 및 황 및/또는 황 화합물이 포함된다.

유동 스포일러(32)는 굴뚝의 배기 가스 유동에 위치한다. 유동 스포일러(32)는 바람직하게는 유동 스포일러에 가스 분자가 용이하게 충돌하게 하는 방식으로 구성된다. 즉, 유동 스포일러가 배기 가스와 접촉하는 표면의 면적은 바람직하게는 상당히 크다. 이러한 스포일러는 잘 알려진 원리에 따라 구성할 수 있다.

위에서 논의한 바와 같이, 배기 가스 중의 수은 및/또는 수은 화합물, 염소 및/또는 염소 화합물 및 황 및/또는 황 화합물에 의해, 유동 스포일러(32)의 표면 위에 용이하게 생성된다. 염화수은(Ⅱ)은 유동 스포일러(32)로부터 승화되어 배출 스트림에 다시 도입된다.

염화수은(Ⅱ)은 수용성이기 때문에, 굴뚝(31) 내부의 유동 스포일러(32)로부터의 다운스트림에 위치한 물 스크러버(33)는 배기 가스로부터의 염화수은(Ⅱ)을 스크러빙하여, 배기 가스 중의 윈치 않는 수은이 배출되는 것을 경감시킨다.

본 발명의 요지 및 범주에 벗어나지 않으면서도, 당해 기술분야의 숙련가들에 의해 본 발명에 관한 다수의 변경 및 변형이 수행될 수 있다. 따라서, 예시된 양태가 예시 목적으로 하여 기술되었을 뿐이며 청구의 범위에 규정된 본 발명을 한정하기 위한 것은 아님을 이해해야 한다. 예를 들면, 청구 사항들이 특정한 조합에 의해 기술되었음에도 불구하고, 본원에 기술된 보다 적은, 보다 많은 또는 상이한 사항들이 상기한 조합에서 최초로 청구되지 않았다 할지라도, 본 발명에는 이들 사항이 포함됨이 명확하게 이해되어야 한다.

본 발명과 이의 각종 양태들을 기술하기 위해 본원에서 사용된 단어들은 통상적으로 정의된 이들의 의미에 따라 이해되어야 하며, 통상적으로 정의된 의미의 범주에 속하는 본원의 구조, 물질 또는 기능에 관한 특별한 정의에 의해 포함되는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 한 가지 요소가 하나 이상의 의미를 포함하는 이의 상세한 기술 사항과 관련하여 이해될 수 있는 경우, 청구의 범위에서의 당해 요소의 용도는, 본원 및 단어 자체에 의해 지지되는 모든 가능한 의미를 포괄하는 것으로 이해되어야 한다.

따라서, 본 명세서에서, 청구의 범위의 단어 및 요소의 정의는 문자 그대로 기술된 요소들의 조합을 포함할 뿐만 아니라, 동일한 기능을 사실상 동일한 결과를 수득하기 위한 사실상 동일한 수단으로 실질적으로 수행하기 위한 모든 동등한 구조, 물질 또는 기능을 포함하는 것으로 정의된다. 따라서, 이러한 측면에서, 청구의 범위에서 2가지 이상의 요소들의 동등한 치환이 이들 요소 중의 하나에 대해 수행될 수 있음이 고려되어야 하거나, 청구의 범위에서 단일 요소가 2가지 이상의 요소로 치환될 수 있음이 고려되어야 한다. 요소들이 특정한 조합 및 초기에 청구된 바에 따라 작용하는 것으로서 본원에 기술될 수 있다 하더라도, 청구된 조합으로부터의 한 가지 이상의 요소가 몇몇 경우 이들 조합으로부터 삭제될 수 있으며, 청구된 조합이 하위 조합 또는 하위 조합의 변형태에 관한 것일 수 있음이 명확하게 이해되어야 한다.

당해 기술분야의 숙련가들로부터 검토된 바와 같은, 현재 알려졌거나 최근에 고안된, 청구된 사항으로부터의 비현실적인 변형은, 청구의 범위의 범주내에서 동등하고 명확하게 고려된다. 따라서, 당해 기술분야의 숙련가들에게 현재 또는 최근에 알려진 명백한 치환은 정의된 요소의 범주내에서 정의된다.

따라서, 본 청구의 범위는 본원에 명확하게 예시되고 기술된 사항, 개념적으로 동등한 사항, 명확하게 치환될 수 있는 사항 및 본 발명의 필수 개념을 필수적으로 포함하는 사항을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

따라서, 이들 및 다른 변형 및 부가 사항은 당해 기술분야의 숙련가들에게 명확할 수 있으며, 본 발명을 각종 상이한 용도에 적용하기 위해 본 발명을 변형시키는 데 필요할 수 있다. 기술된 특정 구조에 대한 변경을, 본 발명의 범주로부터 벗어나지 않으면서, 청구의 범위의 범주내에서 수행할 수 있음이 이해된다.

본원에 기술되어 있는 도면에 나타낸 배기 가스 중 수은이 배출되는 것을 경감시키기 위한 예시적인 방법 및 장치는 현재 본 발명의 바람직한 양태를 보여줄 뿐이다. 사실상, 각종 변형 및 부가 사항이 본 발명의 요지 및 범주로부터 벗어나지 않으면서 수행될 수 있다. 예를 들면, 염화수은(Ⅱ)과는 다른 중간체 수은 화합물이 스크러빙 또는 이와 유사한 공정에 의해 제거될 수 있는 것으로 밝혀질 수 있다. 또한, 본 발명의 원리는 배출물의 각종 다른 성분의 제거 등으로까지 확장될 수 있다.

따라서, 이들 및 다른 변형 및 부가 사항은 당해 기술분야의 숙련가들에게 명확할 수 있으며, 본 발명을 각종 상이한 용도에 적용하기 위해 본 발명을 변형시키는 데 필요할 수 있다. 기술된 특정 구조에 대한 변경을, 본 발명의 범주로부터 벗어나지 않으면서, 청구의 범위의 범주내에서 수행할 수 있음이 이해된다.

Claims (26)

1. 배기 가스 중의 상당량의 수은으로부터 염화수은(Ⅱ)을 표면 위에 용이하게 형성시키는 단계,

   염화수은(Ⅱ)을 표면으로부터 승화시키는 단계 및

   승화된 염화수은(Ⅱ)을 배출 스트림으로부터 제거하는 단계를 포함하는, 배기 가스 중의 수은 배출 경감방법.
2. 배기 가스와 접촉하는 표면을 제공하는 단계,

   배기 가스로부터의 상당량의 수은을 표면 위에 침착시키는 단계,

   침착된 수은을 다시 배기 가스 속으로 승화시키는 단계 및

   승화된 수은을 배기 가스로부터 스크러빙(scrubbing)하는 단계를 포함하는, 배기 가스 중의 수은 배출 경감방법.
3. 제2항에 있어서, 배기 가스가 원소성 수은을 포함하는 방법.
4. 제2항에 있어서, 배기 가스가 하나 이상의 황 화합물을 포함하는 방법.
5. 제2항에 있어서, 배기 가스가 염화수소, 원자 염소 및 분자 염소로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 형태의 염소를 포함하는 방법.
6. 제2항에 있어서, 표면이, 가스-표면 충돌을 향상시키록 구성된 유동 조절 스포일러(flow modifying spoiler)를 포함하는 방법.
7. 제2항에 있어서, 표면이, 배기 가스의 유동 영역에 배치되어 수은의 침착을 향상시키는 유동 조절 스포일러를 포함하는 방법.
8. 제2항에 있어서, 표면이, 온도가 약 150 내지 300℃인 배기 가스의 유동 영역에 배치된 유동 조절 스포일러를 포함하는 방법.
9. 제2항에 있어서, 표면이 배기 가스의 유동 영역에 배치된 유동 조절 스포일러를 포함하고, 하나 이상의 표면과 가스를 약 150 내지 300℃의 온도로 가열하는 것을 추가로 포함하는 방법.
10. 제2항에 있어서, 표면이 하나 이상의 금속과 세라믹 물질을 포함하는 방법.
11. 제2항에 있어서, 표면 위에 침착된 수은이 산화수은을 형성하고, 당해 산화수은이 후속적으로 염화수은(Ⅱ)으로 전환되는 방법.
12. 제2항에 있어서, 표면 위에 침착된 수은이 황산수은을 형성하고, 당해 황산 수은이 후속적으로 염화수은(Ⅱ)으로 전환되는 방법.
13. 제2항에 있어서, 배기 가스가 표면과 접촉하기 전에 이산화황을 배기 가스에 가하여 표면 위에 황산수은을 형성시킨 다음, 염화수은(Ⅱ)의 형성을 향상시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
14. 제2항에 있어서, 배기 가스가 표면과 접촉하기 전에 원자 염소, 분자 염소 및 염화수소 중의 하나 이상을 배기 가스에 가하여 표면 위에서의 염화수은(Ⅱ)의 형성을 향상시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
15. 제2항에 있어서, 스크러빙이 물 스크러빙(water scrubbing)을 포함하는 방법.
16. 수은 화합물이 용이하게 형성되도록 배기 가스 스트림내에 위치하도록 구성되고, 수은 화합물이 용이하게 승화되도록 구성된 표면을 포함하는, 배기 가스 중의 수은 배출 경감 장치.
17. 제16항에 있어서, 표면이 황산수은이 용이하게 침착되도록 구성되는 장치.
18. 제16항에 있어서, 표면이 황산수은이 용이하게 침착되고, 후속적으로 침착된 황산수은이 염화수은(Ⅱ)으로 용이하게 전환되도록 구성되는 장치.
19. 제16항에 있어서, 표면이 산화수은이 용이하게 침착되도록 구성되는 장치.
20. 제16항에 있어서, 표면이 산화수은이 용이하게 침착되고, 후속적으로 침착된 산화수은이 염화수은(Ⅱ)으로 용이하게 전환되도록 구성되는 장치.
21. 제16항에 있어서, 표면이, 유동 중에 수은 원자의 가스-표면 충돌 횟수가 증가하도록 구성된 유동 스포일러로 적어도 부분적으로 이루어지는 장치.
22. 제16항에 있어서, 표면이 금속 또는 세라믹 표면을 포함하는 방법.
23. 제16항에 있어서, 배기 가스가 표면과 접촉하기 전에 이산화황 가스의 분자 염소 또는 원자 염소 또는 염화수소를 배기 가스 속에 주입하도록 구성된 염소 및/또는 황 주입 시스템을 추가로 포함하는 장치.
24. 제16항에 있어서, 승화된 염화수은(Ⅱ)을 배기 가스로부터 제거하기 위한 스크러버(scrubber)를 추가로 포함하는 장치.
25. 제16항에 있어서, 승화된 염화수은(Ⅱ)을 배기 가스로부터 제거하기 위한 물 스크러버를 추가로 포함하는 장치.
26. 굴뚝(smokestack),

    염화수은(Ⅱ)이 용이하게 승화되도록 구성된, 수은 화합물이 용이하게 침착되도록 구성되어 굴뚝내에 존재하는 표면 및

    승화된 수은을 배기 가스로부터 용이하게 스크러빙하도록 구성된 스크러버를 포함하는, 배기 가스 중의 수은 배출 경감용 배기 시스템.

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