KR20150128651A - 수은 방출 제어를 위하여 습식 스크러버를 공급하는 덕트배관 내 수착제의 주입 - Google Patents
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Abstract
연도 가스로부터 수은을 더욱 효과적으로 격리시키거나 제거하기 위한 방법 및 시스템이 기재되어 있다. 이것은 습식 스크러버 조성물을 수용하는 스크러버 하우징 내로 유도하는 덕트배관에서 연도 가스의 흐름 내로 흡착제를 공급하고, 이 흡착제에 의해 수은을 격리시킬 수 있기에 충분한 체류 시간을 제공함으로써 달성된다.
Description
본 발명은 연도 가스를 세정하는(scrubbing) 개선된 방법 및 시스템에 관한 것이다.
수은 제어에 관한 기술이 최근에 완성된 새로운 규제에서 최근 붐을 이루기 시작하였다. 시간이 경과함에 따라서, 더욱 추가적인 규제들이 마련될 것으로 예상된다. 이와 같이 해서, 수은 제어를 위한 더욱더 효율적이고도 경제적인 방법은 당업계에 대한 환영받는 기여일 것이다.
연도 가스로부터 수은의 제거를 위한 많은 종래의 방법 및 시스템은, 사용 가능하면서도, 이들 시스템 전체를 통한 각종 물질의 재활용 및 다수의 동작의 사용으로 인해 바람직하기 보다 더욱 복잡해지는 경향에 있다. 경제적인 견지에서, 로(furnace)의 연도 가스로부터 수은 등과 같은 중금속을 격리(sequestering)시키기 위한 방법 및 시스템에서 습식 스크러버를 더욱 효과적으로 활용하는 방식이 개발된다면 바람직할 것이다.
본 발명은 로의 연도 가스로부터 수은 등과 같은 중금속을 격리시키기 위한 방법 및 시스템에서 습식 스크러버를 더욱 효과적으로 활용할 수 있는 것으로 여겨지고 있다.
본 발명은, 특히, 연도 가스로부터 수은종을 격리시키기 위한 방법 및 시스템을 제공한다. 본 발명의 방법에 있어서, 흡착제(adsorbent)가 연도 가스에 주입되고, 이 연도 가스(흡착제를 함유함)가 습식 스크러버 내로 통과한다. 연도 가스가 습식 스크러버 내로 통과하기 전에, 흡착제는 연도 가스로부터 수은종을 격리시킨다. 유리하게는, 수은은 흡착제로부터 습식 스크러버 조성물 내로 유리되지 않는다. 본 발명에 의해 제공되는 다른 이점은 흡착제가 또한 습식 스크러버 조성물 내에 존재하는 수은을 격리시킬 수 있다는 점이다. 흡착제가 브로민화 탄소 수착제(sorbent)인 경우, 습식 스크러버 조성물 내로 유리되는 브로민화물의 양은, 만약 있다면, 습식 스크러버로부터 배출된 물의 추가적인 처리를 필요로 하지 않도록 충분히 소량이다.
본 발명의 일 실시형태는, 연도 가스로부터 수은 및/또는 수은-함유 성분들을 격리(제거)시키는 방법이며, 해당 방법은,
▶ 연도 가스의 스트림 내로 흡착제를 주입해서, 연도 가스의 스트림 내에 흡착제의 분산물(dispersion)을 형성하는 단계로서, 연도 가스의 스트림은 습식 스크러버 조성물(wet scrubber composition) 내로 직접 유동하고 있는, 상기 흡착제의 분산물을 형성하는 단계;
▶ (i) 습식 스크러버 조성물 내로 흡착제의 진입 전에 흡착제의 적어도 일부, 바람직하게는 흡착제의 대부분과 연도 가스의 스트림 중의 수은 및/또는 수은-함유 성분 간의 접촉을 가능하게 하도록, 그리고 (ii) 상기 연도 가스로부터 상기 흡착제에 의해 상기 수은 및/또는 수은-함유 성분들의 적어도 일부의 격리를 제공하도록, 습식 스크러버 조성물 내로 흡착제의 진입 전에 연도 가스 내에서의 흡착제의 분산물을 위한 체류 시간을 제공하는 단계; 및
▶ 연도 가스 내의 흡착제의 분산물을 습식 스크러버 조성물 내로 직접 통과시켜, 연도 가스로부터 수은의 방출을 최소화하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시형태는, 연도 가스로부터 수은 및/또는 수은-함유 성분들을 효과적으로 격리(제거)시키는 방법이며, 해당 방법은,
▶ 덕트배관(ductwork) 내의 연도 가스의 스트림에 흡착제, 바람직하게는, 미세하게 분할된 혹은 분말 흡착제를 주입하는 단계로서, 연도 가스의 스트림이 직접 스크러버 하우징 내로 유동함으로써, 연도 가스 내에 흡착제의 분산물을 형성하는 단계;
▶ (i) 상기 흡착제의 적어도 일부, 바람직하게는 흡착제의 대부분과 연도 가스의 스트림 중의 수은 및/또는 수은-함유 성분들 간의 접촉을 가능하게 하도록, 그리고 (ii) 상기 덕트배관을 통해 유동시키면서 연도 가스의 스트림으로부터 흡착제에 의해 상기 수은 및/또는 수은-함유 성분들의 적어도 일부의 효과적인 격리를 위한 충분한 시간을 제공하도록, 스크러버 하우징 내로 흡착제의 진입 전에 상기 덕트배관 내의 연도 가스의 스트림 내에서의 흡착제의 분산물을 위한 체류 시간을 제공하는 단계; 및
▶ 연도 가스의 스트림 내의 흡착제의 분산물을 스크러버 하우징 및 습식 스크러버 조성물 내로 직접 통과시켜, 연도 가스로부터 수은의 방출을 최소화할 뿐만 아니라, 습식 스크러버 내에 가용성의 산화된 수은의 원소 수은으로의 환원 및 재방출을 최소화하는 단계를 포함한다.
습식 스크러버 조성물 내로의 전입 전에 상기 덕트배관을 통해 흐르면서 상기 흡착제에 의해 상기 연도 가스로부터 상기 수은 및/또는 수은-함유 성분들(및/또는 기타 중금속 성분들)의 효과적인 격리를 위한 충분한 시간은 물론 설치 크기, 생성 중인 연도 가스의 부피, 생성 중인 연도 가스 내의 중금속의 함량 및 처리 후, 만약 있다면, 잔류 수은의 목표값 등과 같은 이러한 인자에 따라서 변할 것이다. 일반적으로 말하면, 흡착제의 유동하는 분산물과 유동하는 연도 가스 내의 수은-함유 성분들(및/또는 중금속 성분들) 간의 수 초의 체류(접촉) 시간이 충분하다. 이와 같이 해서, 시스템은 적어도 약 1 내지 2초의 체류 시간을 제공하도록 적합화되어야 한다. 전형적으로 약 1초 또는 약 2 내지 약 5초의 시간이 충분할 것이지만, 극한 경우에 훨씬 더 긴 체류 시간이 유용한 것으로 판명될 수도 있다. 최적 체류 시간은 물론 제시된 상업적 작업을 나타내도록 적절하게 크기 조정되고 작동되는 시스템을 이용해서 몇 가지 실험적 테스트를 행하는 단순한 방편에 의해 용이하게 결정될 수 있다.
특허청구범위를 비롯하여 본 명세서에서 이용되는 바와 같이, "격리, 격리시키는 및 격리된"이란 용어의 각각은 제거를 의미하거나 지칭한다.
바람직하게는 얻어지는 수은-함유 흡착제는 습식 스크러버로부터 수집되고, 수은값은 이하에 기재된 바와 같은 적절한 수법에 의해 수은-함유 수착제로부터 회복된다.
또 다른 실시형태에 있어서, 본 발명은 연도 가스로부터 수은 및/또는 수은-함유 성분들을 효과적으로 격리(제거)시키는 시스템을 제공하되, 해당 시스템은 (i) 연도 가스의 공급원, (ii) 연도 가스를 이송하기 위한 덕트배관, (iii) 상기 덕트배관의 하류에 있고 해당 덕트배관에 접속된 적어도 하나의 스크러버 하우징(스크러버 하우징은 (덕트배관으로부터) 연도 가스를 직접 입수하는 교반된 습식 스크러버 조성물을 수용함); 및 (iv) 상기 덕트배관 내로 흡착제를 주입하여 분산물을 형성하는 흡착제 공급기를 포함하되, 해당 공급기는, 스크러버 하우징의 상류에 있으며, 스크러버 하우징 내로의 흡착제의 진입 전에 흡착제의 적어도 일부와 연도 가스의 수은 및/또는 수은-함유 성분들 간의 접촉을 가능하게 하고 그리고 상기 덕트배관을 통해 상기 습식 스크러버 조성물로 유동시키면서 상기 연도 가스로부터 상기 흡착제에 의해 상기 수은 및/또는 수은-함유 성분들의 적어도 일부의 격리를 위한 충분한 시간을 제공하는 체류 시간을 제공하도록 배치된다. 바람직하게는, 상기 흡착제의 주입률과 흡착제 공급기로부터 스크러버 하우징으로의 진입까지의 이동 거리는 체류 시간을 조절하도록 조정된다.
본 발명의 또 다른 실시형태는 연도 가스로부터 수은 및/또는 수은-함유 성분들을 효과적으로 격리(제거)시키는 시스템을 제공하되, 해당 시스템은,
(i) 수은 및 선택적으로 기타 중금속 성분들을 함유하는 연도 가스를 운반하는 덕트배관;
(ii) (i)의 상기 덕트배관 내로 흡착제를 주입하기 위하여, 덕트배관에 연결된 흡착제 공급기로서, 이에 따라 흡착제가 연도 가스 내에 분산물을 형성하며, 상기 흡착제는 전형적으로 미세하게 분할된 활성탄 흡착제(바람직하게는, 미세하게 분할된 브로민-함유 활성탄 흡착제)이고, 흡착제는 연도 가스의 흐름에 광범위하게 분산되어 동반되고 해당 흐름에 의해 운반되는, 상기 흡착제 공급기;
(iii) 흡착제 공급기 및 덕트배관의 하류에 있는 스크러버 하우징을 포함하며, 상기 스크러버 하우징은 (a) 주로 물과 1종 이상의 분산된 고체상 스크러버 생성물을 포함하는, 교반된 고체 현탁액을 포함하는 습식 스크러버 조성물, (b) 해당 하우징 내에서 물로부터 분리된 고체를 (상기 하우징으로부터) 제거할 수 있는 고체 배출관, 및 (c) 상기 스크러버 하우징의 일부와 유체 연통하여, 환경으로의 배출을 위하여 상기 하우징으로부터 연도 가스의 방출을 가능하게 하는 가스 배출관을 포함한다. 가스 배출관은 통상 스크러버 하우징에 접속되는 작은 개구부를 지닌다.
이 시스템에서, 흡착제 공급기는, 바람직하게는, 스크러버 하우징 내로 흡착제의 진입 전에 흡착제의 적어도 일부와 연도 가스의 수은 및/또는 수은-함유 성분들 간의 접촉을 가능하게 하고, 그리고 상기 덕트배관을 통해서 스크러버 하우징으로 유동하면서 상기 연도 가스로부터 상기 흡착제에 의해 상기 수은 및/또는 수은-함유 성분들의 적어도 일부를 격리시키기 위한 충분한 시간을 제공하는 체류 시간을 제공하도록 배치된다. 바람직하게는, 상기 흡착제의 주입률과, 흡착제 공급기로부터 스크러버 하우징으로의 진입까지의 이동 거리는 체류 시간을 조절하도록 조정된다.
상기 실시형태들은 또한, 각각, 연도 가스로부터 중금속, 특히 수은을 격리(제거)시키기 위한 방법 또는 시스템으로서 표현될 수 있으며, 이때 해당 방법 또는 시스템은 중금속(수은) 격리 구획을 포함한다. 중금속(수은) 격리 구획은 위에 기재된 방법들 및 시스템들을 포함한다.
본 발명의 실시에 이용되는 습식 스크러버 조성물은 또한 당업계에서 습식 연도 가스 탈황(wet flue gas desulfurization: WFGD) 시스템이라고도 지칭된다. 전형적으로 스크러버 재료의 평균 입자 크기는 약 100 마이크론까지의 범위일 것이지만, 만약 적절하게 분산된다면 보다 큰 입자가 이용될 수도 있다. 사용 동안, 스크러버 조성물은 수은 성분들 등과 같은 중금속 성분들을 흡수할 수 있거나 또는 다르게는 흡장할 수 있다. 흔히, 습식 스크러버 조성물의 현탁액은 석고를 약 20 ± 5 중량%의 양으로 포함한다. 바람직하게는, 습식 스크러버 조성물은 분산된 미세하게 분쇄된 석고를 포함하고; 더 바람직하게는, 습식 스크러버 조성물은, 석고를 약 20 ± 5 중량%의 양으로 함유하는 현탁액을 형성하는 양으로 분산된 미세하게 분쇄된 석고와 주로 물을 포함한다.
연도 가스 내 그리고 스크러버 조성물 내 수은(및 존재할 수도 있는 기타 중금속들)을 포획하기 위하여, 하나 이상의 습식 스크러버로 직접 유도되는 덕트배관 내로 수착제(즉, 흡착제)를 주입함으로써, 연도 가스로부터 수은 및 기타 중금속들의 고도로 효과적인 격리(제거)를 달성하는 것이 가능할 뿐만 아니라, 부가적으로 본 발명에서 이용되는 동작들의 수순이 습식 스크러버 내의 가용성의 산화된 수은의 원소 수은으로 환원 및 재방출을 방지한다.
본 발명의 시스템이 수은 및/또는 기타 중금속을 포획하기 위한 2개 이상의 습식 스크러버 하우징 또는 모듈을 포함할 경우 그리고 포함한다면, 통상의 관행은스크러버 하우징들을 병렬로 배치하는 것이다.
상기 및 기타 실시형태는 또한 이하의 설명, 첨부된 특허청구범위 및 도면으로부터 더욱 명백해질 것이다.
도 1은 연도 가스로부터 수은을 세정하기 위한 바람직한 시스템을 개략적으로 도시한 흐름도.
본 문서 전체를 통해서, "연도 가스" 및 "유동하는 연도 가스"란 어구는 호환 가능하게 이용된다. 연도 가스는, 일 방향으로 이동하고 있고, 연도 가스 공급원인 1개 이상의 연소 공정에 의해 통상 형성된다. 연도 가스는 흔히 수은종 및/또는 기타 오염물, 예컨대, 기타 중금속을 함유한다. 본 문서 전체를 통해서 이용되는 바와 같은 "가스 스트림"이란 용어는, 일 방향으로 이동하고 있는 가스의 양을 지칭한다. 이와 관련하여, "연도 가스의 스트림"에서 이용되는 바와 같은 "스트림"이란 용어는 일 방향으로 이동하고 있는 연도 가스의 양을 지칭한다.
본 문서 전체를 통해서 이용되는 바와 같은, "하류"란, 연도 가스(의 스트림)의 이동 방향을 의미하며, "상류"는 연도 가스(의 스트림)의 이동 방향과 대향하는(반대인) 방향을 의미한다.
습식 스크러버 조성물을 언급하기 위하여 본 문서 전체를 통해서 이용되는 바와 같은 "주로 물"이란 어구는, 약 75 ± 10 중량%의 물을 의미한다.
본 발명의 특히 바람직한 실시형태에 있어서, 위에 기재된 방법 및 시스템은, 부가적인 특성, 즉, 덕트배관 내로 주입되어 광범위하게 분산되는 수은 흡착제에 의해 연도 가스가 처리되기 전에 유동하는 수은-함유 연도 가스의 공급원으로부터 운반된 미립자 물질이 제거되도록 흡착제 공급기로부터 상류의 덕트배관에 정전 집진기(electrostatic precipitator: ESP) 또는 백하우스(baghouse: BH) 등과 같은 미립자 수집 장치의 존재를 이용한다. 즉, 수은-함유 연도 가스는 미립자 수집 장치(예컨대, ESP 또는 BH 등)를 통과하고, 이어서 덕트배관 내에서 이동함에 따라서, 수은-함유 연도 가스가 수은 흡착제의 주입된 분산물과 접촉하고, 바람직하게는 어떠한 간섭 동작도 행해지지 않는다. 동작들을 이 수순으로 행함으로써, 수은 흡착제에 의한 격리 동안 존재하는 고체의 수준이 이에 따라서 저감되어, 연도 가스 내에 분산된 수은-함유 성분들과 흡착제 간에 더욱 효율적인 접촉을 가능하게 한다. 이러한 특히 바람직한 시스템은 도 1에 개략적으로 도시되어 있다.
도 1의 개략적 흐름도로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 이러한 특히 바람직한 시스템은 보일러 또는 연소로(combustion furnace)로부터의 연도 가스의 공급원(10)을 포함한다. 이 연도 가스는 적절한 덕트배관(12) 및 추진 수단(도시 생략), 예컨대, 송풍기를 통해서 미립자 수집 장치(고체 제거 장치)(14), 예컨대, 정전 집진기(ESP) 또는 백하우스(BH)로 이송되고, 후자는 또한 직물 필터로도 알려져 있다. 미립자 수집 장치(14)에 의해 포획된 비산회(fly ash)는 배관(16)으로 표시된 바와 같은 처분 용도로 혹은 유익한 용도를 위해 보내진다. 미립자 수집 장치(14)로부터의 연도 가스(기체 유출물)는 덕트배관(18) 내로 그리고 이를 통해서 하류로 이송된다. 본 발명에 따르면, 흡착제의 통 혹은 기타 공급원(도시 생략)과 연통하는 흡착제 공급기(인젝터)(20)를 통해 공급되는 흡착제, 바람직하게는, 분말 활성탄(powdered activated carbon: PAC)은, 흡착제 공급기(20)로부터 덕트배관(18)으로 주입되므로, 연도 가스가 주입 장소로부터 하류로(전형적으로 개별적인 진입 포트들의 어레이를 통해서) 흐름에 따라서 덕트배관(18) 내의 연도 가스에 광범위하게 분산되고(분산물을 형성하고), 연도 가스의 흐름에 의해 스크러버 하우징(22) 내의 습식 스크러버 조성물로 직접 운반된다. 습식 스크러버 조성물은 주로 물과 1종 이상의 분산된 고체상 스크러버 생성물을 함유한다. 습식 스크러버 조성물은 입자를 광범위하게 분산된 상태로 유지하기 위하여 전형적으로 교반된다. 광범위하게 분산된 흡착제와 수은-함유 연도 가스가 덕트배관(18) 내로 이동(가스 흐름에 의해 운반)되면서 이들 간의 간접적인 접촉은 전체 시스템에 의해 제공된 덕트배관(18) 내의 체류 시간 동안 흡착제의 표면 상에 수은 불순물의 흡착을 초래한다. 세정 단계 동안 혹은 후에, PAC와 함께 혹은 이로부터 분리된 고체상 스크러버 생성물은, 고체 배출관(24)을 통해서 제거된다. 연도 가스의 나머지는 배출관(26)을 통해서 스크러버 하우징(22)을 빠져나가, 적층부(28)에 의하는 등과 같은 대기로 배출된다. 특히 바람직한 고체상 스크러버는 석고의 고체상 생성물을 구비한 칼슘계 스크러버이다.
도 1은 본 발명을 제한하는 것으로 해석되게끔 의도된 것은 아니다. 도 1은 또한 본 명세서에 기재된 기타 방법 및 시스템을 도시하는 것을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 도 1에 도시된 시스템으로부터 미립자 수집 장치(고체 제거 장치)(14)(예컨대, ESP 또는 BH)를 제거함으로써, 이 시스템은 이어서 본 발명의 상기 발명의 내용 부분에 기재된 본 발명의 기타 방법들 및 시스템들을 개략적 형태로 도시한다.
전형적으로 연도 가스 온도는 약 260 내지 약 400℉(대략 126.7 내지 대략 204.4℃)의 범위이고; 때때로 (매우 드물게) 연도 가스 온도는 650℉(대략 343.3℃)로 높게 될 수 있다. 본 발명의 특징은, 바람직한 브로민-함유 분말 활성탄 수은 흡착제(알베마를사(Albemarle Corporation)로부터 B-PAC로서 상업적으로 입수 가능함)가 이들 넓은 온도 범위에서 잘 수행하는 것으로 간주된다는 점이다.
본 발명의 방법에 있어서, 존재할 수도 있는 수은을 위한 및/또는 기타 중금속들을 위한 흡착 시약으로서 역할하는 흡착제는, 연도 가스의 스트림 내로 주입되어, 분산물(널리 분산된 입자)을 형성한다. 이 수착제(즉, 흡착제)는 전형적으로 약 0.5 내지 약 20 lb/MMacf(8x10-6 내지 320x10-6 kg/m3)의 범위에서 주입된다. 바람직한 주입률은 약 3 내지 약 17 lb/MMacf(48x10-6 내지 272x10-6 kg/m3)이고; 더욱 바람직한 주입률은 약 5 내지 약 15 lb/MMacf(80x10-6 내지 240x10-6 kg/m3)이지만, 바람직한 주입률은 수착제와의 수은종에 대한 반응 속도, 수착제의 수은 용량, 관련된 수은 방출 한계 및 특정 시스템 구성에 따라 달라진다는 것을 알 수 있다. 본 발명의 방법이 또한 연소실에 브로민 화합물의 도입을 포함하는 경우, 브로민 화합물이 연소실로 도입되지 않을 때의 주입률에 대해서, 흡착제의 보다 낮은 주입률이 이용될 수 있다.
습식 스크러버로 유도되는 덕트배관 내의 연도 가스의 유동 기간 동안, 수은 및 기타 중금속들은 이들 간의 접촉에 의하여 흡착제에 의해 흡착된다. 덕트배관을 통해 습식 스크러버로의 흐름 내에서의 이러한 접촉은, 직접 습식 스크러버로 유도되는 덕트배관으로부터 상류의 ESP 또는 BH의 도 1의 상기 바람직한 시스템에서의 존재에 의해 더욱 유효하게 부여된다. ESP 또는 BH는 연도 가스에 존재하는 고체 입상체 물질을 제거하고, 이것은 이어서 습식 스크러버로 유도되는 덕트배관 내에 흡착제와 가스 간의 가능한 더욱 효과적인 접촉을 행하게 한다. 이 배열은 또한 미립자 수집 장치에 의해 연도 가스로부터 입상체 물질의 제거 때문에 격리 동작을 더욱 효과적으로 하게 한다. 이 배열의 더욱 추가의 이점은, 연도 가스 내에 존재하는 다른 입상체, 예컨대, 비산회가 흡착제로부터 별도로 수집된다는 점이다.
흡착제가 주입되는 시간으로부터 흡착제가 습식 스크러버로 진입 때까지 덕트배관 내의 연도 가스의 흐름 기간은, 덕트배관 내에서 흡착제를 위한 체류 시간이다. 체류 시간은, 덕트배관 내의 이동 거리, 흡착제의 주입률 및 연도 가스(의 스트림)의 속도 등과 같은 인자에 의해 결정될 것이다. 격리되는 수은 및/또는 기타 중금속들의 양은, 체류 시간뿐만 아니라, 주입된 흡착제가 얼마나 잘 분산되는지, 그리고 미립자 수집 장치가 흡착제용의 주입점(들)의 상류에서 작동하는지의 여부를 비롯한 기타 인자에도 좌우된다.
덕트배관으로부터 습식 스크러버 내로 흡착제 및 연도 가스의 분산물의 진입을 위하여, "직접"이란 용어는, 스크러버 하우징 및 주입점(들) 사이에 장비를 개재하는 일이 없는 것(이것이 바람직함)을 의미한다.
각종 상이한 공지된 수은 흡착제, 예컨대, 실리카겔, 벤토나이트, 석영, 탄소, 특히 활성탄, 및 브로민-함유 탄소, 바람직하게는, 브로민-함유 활성탄, 더욱 바람직하게는 브로민-함유 분말 활성탄이 이용될 수 있다. 브롬화되지 않은, 탄소, 활성탄 및 분말 활성탄은 때때로 각각 브로민-비함유 탄소(non-bromine-containing carbon), 브로민-비함유 활성탄 및 브로민-비함유 분말 활성탄이라 지칭된다.
본 발명은, 효능에 있어서 일부 차이가 예상되지만, 전형적으로 상이한 공급원료로부터 생성되는, 모두는 아니더라도, 대부분의 탄소계 흡착제에 적용 가능한 것으로 여겨진다. 적절한 탄소계 흡착제는, 활성탄, 활성 차콜, 활성 코크, 카본블랙, 숯, 연소공정으로부터의 비연소된 혹은 부분-연소된 탄소 등을 포함한다. 탄소질 기질들의 혼합물이 이용될 수 있다. 바람직한 탄소질 기질은 활성탄, 더욱 바람직하게는 분말 활성탄(PAC)이다. 분말 활성탄은 코코넛 껍질, 목재, 갈탄(brown coal), 아탄(lignite), 무연탄, 아역청탄 및/또는 역청탄으로부터 생성되는 것이 때때로 바람직하다. PAC를 위한 또 다른 공급원은 유용한 것으로 입증될 수 있다. 분말 활성탄(PAC)은 본 명세서에서 ASTM 규정에 따라, 즉, 80-메쉬 체(0.177 mm) 이하에 상당하는 입자 크기를 지니는 것으로서 이용된다.
본 발명에서 이용하기 위한 바람직한 흡착제는, 미세하게 분할된 혹은 분말의 브로민-함침 탄소이다. 바람직한 실시형태에 있어서, 활성탄 수착제는 바람직하게는 브로민-함유 활성탄 수착제, 더욱 바람직하게는 브로민-함유 분말 활성탄이다. 바람직한 브로민-함유 분말 활성탄은 알베마를사로부터 B-PAC로서 상업적으로 입수 가능하다.
브로민-함유 활성탄 수착제는 수은 및 수은-함유 화합물을 흡착하는 활성탄의 능력을 증가시키기에 충분한 시간 동안 유효량의 브로민-함유 물질로 수착제를 처리(접촉)시킴으로써 형성된다. 이들 브로민화 탄소 흡착제를 형성함에 있어서, 미세하게 분할된 혹은 분말 활성탄이 바람직하게는 이용된다. 탄소 또는 활성탄과 브로민-함유 물질의 이러한 접촉은 수은 및 수은-함유 화합물을 흡착하는 수착제의 능력을 상당히 증가시킨다. 브로민-함유 물질(들)에 의한 탄소 또는 활성탄의 처리는 바람직하게는 흡착제가 브로민-함유 탄소 흡착제의 중량에 의거해서 약 0.1 내지 약 20 중량%의 브로민을 지니도록 수행된다. 바람직하게는 브로민-함유 탄소 흡착제는 브로민-함유 탄소 흡착제의 중량에 의거해서 약 0.5 중량% 내지 약 15 중량%의 브로민, 더욱 바람직하게는 약 3 중량% 내지 약 10 중량%의 브로민을 지닌다. 20 중량% 초과의 브로민의 양이 필요한 경우 흡착제 내에 혼입될 수 있다. 그러나, 흡착제 중의 브로민의 양이 증가함에 따라, 일부 브로민이 몇몇 환경 하에서 흡착제로부터 방출될 수 있는 가능성이 더 커진다. 브로민-함유 화합물로부터의 브로민은 모두 통상 흡착제 내로 혼입된다.
탄소 또는 활성탄의 브로민화는 전형적으로 배취식 방법과 인-플라이트(in-flight) 방법 둘 다에 의해 상승된 온도에서 수행된 기체상 브로민화이다. 브로민-함유 화합물은 통상적으로 원소 브로민(Br2) 및/또는 브로민화수소(HBr)이며, 이들은 보통 기체 형태 혹은 액체 형태에서 이용된다. 원소 브로민 및/또는 브로민화수소는 통상적으로 그리고 바람직하게는 기체 형태에서 이용된다. 원소 브로민이 바람직한 브로민-함유 화합물이다. 전형적으로 원소 브로민은, 특히 기체 형태로 이용될 경우, 본 발명의 각종 실시형태를 실시함에 있어서 이용하기 위한 바람직한 브로민 공급원이다. 원소 브로민을 기체 형태로 이용하기 위하여, 브로민은 약 60℃ 이상에서 가열되고 유지되어야 한다. 약 60℃ 내지 약 140℃까지의 범위의 온도가 기체 원소 브로민을 이용한 탄소 또는 활성탄의 기체상 브로민화에서 이용하기에 전형적이다. 기체 브로민을 이용한 처리가 유리한데, 그 이유는 기체 상태에서 브로민이 탄소 또는 활성탄과 더욱 균일하게 접촉하고, 수은-함유 기체 스트림에서 사용 시 그 내에 통상 존재하는 수은 불순물과 용이하게 상호작용하기 때문이다. 액체 브로민을 브로민-함유 기체로 전환하는 바람직한 방법은, 가열된 랜스(lance)를 이용하는 것이다. 액체 브로민은 이러한 가열된 랜스 시스템 내에서 일단부에서 계량될 수 있고, 타단부에서 기질 재료에 기체로서 분산될 수 있다. 이와 관련하여, 기체상 브로민화의 더욱 상세한 설명에 대해서는 미국 특허 제6,953,494호를 참조하면 된다. 미국 특허 제6,953,494호에 언급된 바와 같이, 기체 브로민화수소가 이용될 수 있다. 마찬가지로, 기체 브로민과 기체 브로민화수소의 혼합물이 이용될 수도 있다.
바람직한 브로민-함유 분말 활성탄은 알베마를사로부터 B-PAC로서 상업적으로 입수 가능하다. 특히 바람직한 브로민-함유 활성탄 수착제 및 그들의 제조 및 용도는 공동 소유인 미국 가특허 출원 제61/794,650호(출원일: 2013년 3월 15일) 및 국제 출원 제PCT/US2014/______호(미국 특허 출원 제61/794,650호로부터 우선권을 주장함)에 개시되어 있다.
본 발명의 방법에서의 선택적인 추가의 단계는 연소실(예컨대, 로 또는 가마)에 브로민 화합물 및/또는 브로민 화합물들의 혼합물을 도입하는 것이다. 고온 공정의 조건 하에, 1종 이상의 브로민 화합물의 연소실로의 이러한 도입은, 연도 가스로부터 격리되는 수은의 양을 증가시킨다. 브로민 화합물(들)은 연소실 내의 물질로 혹은 연소실의 공간으로 직접 도입된다. 대안적인 도입 방법은, 브로민 화합물(들)을 전구체 유닛(예컨대, 석탄 공급기)에 도입하는 것이며, 이러한 전구체 유닛으로부터 브로민 화합물(들)이 연소실로 진입된다. 연소실의 공간에 공급할 경우, 브로민 화합물은 바람직하게는 미세 분산물로서 공급된다. 브로민 화합물은 개별적으로 혹은 혼합물로서 공급될 수 있고, 고체 형태로 혹은 수용액으로서 공급될 수 있다. 연소실로의 화합물의 도입의 추가의 개시에 대해서는, 미국 특허 제6,878,358호를 참조하면 된다.
연소실로 도입될 브로민 화합물은, 보통 알칼리 금속 브로민화물, 바람직하게는, 브로민화나트륨, 또는 알칼리토류 브로민화물, 바람직하게는 브로민화칼슘, 브로민화수소의 수용액, 알칼리 금속 브로민화물의 수용액, 또는 알칼리 토금속 브로민화물의 수용액이 이용된다. 이러한 브로민 화합물들은 브로민화수소, 알칼리 금속 브로민화물, 예컨대, 브로민화리튬, 브로민화나트륨, 브로민화칼륨, 브로민화마그네슘, 브로민화칼슘 등을 포함한다. 연소실로 도입하기 위한 바람직한 브로민 화합물은 브로민화나트륨 및 브로민화칼슘을 포함하고; 브로민화칼슘이 더욱 바람직하다. 브로민 화합물은, 바람직하게는, 연소실 내의 물질에 대한 중량 기준으로, 약 50 ppm 내지 약 700 ppm의 브로민 원자, 더욱 바람직하게는 약 100 ppm 내지 약 500 ppm의 브로민 원자를 제공하는 양으로 첨가된다.
도 1과 관련하여 위에서 언급된 바와 같이, PAC와 함께 혹은 이로부터 분리된 고체상 스크러버 생성물은, 세정 단계 동안 혹은 후에 고체 배출관을 통해서 제거된다. 고체상 스크러버 생성물은 흡착제와의 혼합물로 제거될 수 있거나, 또는 고체상 스크러버 생성물과 흡착제는 배출되기 전에 서로 분리될 수 있다.
특히 회수된 수착제가 회수할 가치가 있는 충분한 함량의 흡착된 수은을 함유한다면, 연도 가스로부터 수은을 제거하기 위한 스크러버에 이용되는 회수된 흡착제로부터 수은을 분리하여 회수하는 것이 가능하다. 회수된 수착제로부터 수은을 회수하는 방법의 일례는 미국 특허 제7,727,307호에 기재되어 있다.
특허청구범위를 비롯하여 본 발명의 어느 곳에서든 사용되는 바와 같이, "대부분"은 50퍼센트 초과를 의미한다.
명세서 또는 특허청구범위의 어디에서의 화학적 명칭이나 화학식과 관련된 성분들은, 단수든 복수든, 화학적 명칭이나 화학적 유형(예컨대, 다른 성분 또는 용매 등)과 관련된 다른 물질과 접촉하게 되기 이전에 존재하는 것임을 알 수 있다. 어떠한 화학적 변화, 변환 및/또는 반응이, 만약 있다면, 본 개시내용에 따라서 명명된 조건들 하에서 특정 성분들과 함께 도출되는 자연적인 결과와 같은 혼합물 또는 해결책의 결과를 가져오는지는 중요하지 않다.
본 발명은 본 명세서에 언급된 재료들 및/또는 절차들을 포함하거나 또는 이들로 구성되거나 본질적으로 구성될 수 있다.
명확히 달리 표시될 수 있는 것을 제외하고, 특허청구범위를 비롯하여 본 명세서에서 이용된다면 그리고 이용되는 바와 같은 단수 형태는, 그 단수 형태가 지시하는 단일의 요소로 지시대상 혹은 청구범위를 제한하는 것으로 의도되지 않고, 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 오히려, 만약 본 명세서에서 이용된다면 그리고 본 명세서에서 이용되는 바와 같은 단수 형태는, 그 본문이 분명히 달리 표시하지 않는 한, 하나 이상의 이러한 요소를 커버하도록 의도된다.
본 발명은 그의 실시에서 상당히 변형되기 쉽다. 따라서 전술한 설명은 본 발명을 위에서 제시된 특별한 예시만으로 제한하는 것으로 의도되지 않고, 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
Claims (10)
- 연도 가스로부터 수은 및/또는 수은-함유 성분들을 격리시키는 방법으로서, 상기 방법은,
▶ 연도 가스의 스트림 내로 흡착제(adsorbent)를 주입해서, 상기 연도 가스의 스트림 내에 상기 흡착제의 분산물(dispersion)을 형성하는 단계로서, 상기 연도 가스의 스트림은 습식 스크러버 조성물(wet scrubber composition) 내로 직접 유동하고 있는, 상기 흡착제의 분산물을 형성하는 단계;
▶ (i) 상기 흡착제의 적어도 일부와 상기 연도 가스의 스트림 중의 수은 및/또는 수은-함유 성분들 간의 접촉을 가능하게 하도록, 그리고 (ii) 상기 연도 가스로부터 상기 흡착제에 의해 상기 수은 및/또는 수은-함유 성분들의 적어도 일부의 격리를 제공하도록, 상기 습식 스크러버 조성물 내로 상기 흡착제의 진입 전에 상기 연도 가스의 스트림 내에서의 상기 흡착제의 분산물을 위한 체류 시간을 제공하는 단계; 및
▶ 상기 연도 가스의 스트림 내의 상기 흡착제의 분산물을 상기 습식 스크러버 조성물 내로 직접 통과시켜, 상기 연도 가스의 스트림으로부터 수은의 방출을 최소화하는 단계를 포함하는, 방법. - 연도 가스로부터 수은 및/또는 수은-함유 성분들을 격리시키는 방법으로서, 상기 방법은,
▶ 덕트배관(ductwork) 내의 연도 가스의 스트림에 흡착제를 주입하는 단계로서, 상기 연도 가스의 스트림이 직접 스크러버 하우징 내로 유동함으로써, 상기 연도 가스 내에 상기 흡착제의 분산물을 형성하는 단계;
▶ (i) 상기 흡착제의 적어도 일부와 상기 연도 가스의 스트림 중의 수은 및/또는 수은-함유 성분들 간의 접촉을 가능하게 하도록, 그리고 (ii) 상기 덕트배관을 통해 유동시키면서 상기 연도 가스의 스트림으로부터 상기 흡착제에 의해 상기 수은 및/또는 수은-함유 성분들의 적어도 일부의 격리를 제공하도록, 상기 스크러버 하우징 내로 상기 흡착제의 진입 전에 상기 덕트배관 내의 상기 연도 가스의 스트림 내에서의 상기 흡착제의 분산물을 위한 체류 시간을 제공하는 단계; 및
▶ 상기 연도 가스 내의 상기 흡착제의 분산물을 상기 스크러버 하우징 및 습식 스크러버 조성물 내로 직접 통과시켜, 상기 연도 가스로부터 수은의 방출을 최소화하는 단계를 포함하는, 방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 흡착제는 브로민-함유 분말 활성탄 또는 브로민-비함유 분말 활성탄(non-bromine-containing powdered activated carbon)을 포함하는, 방법.
- 제3항에 있어서, 상기 흡착제는 브로민-함유 분말 활성탄을 포함하는 방법.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연도 가스는 상기 흡착제의 상기 주입 전에 미립자 수집 장치를 통과하는 방법.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연도 가스는 연소실 내에서 형성되고, 상기 방법은 상기 연소실로 브로민 화합물을 도입하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
- 연도 가스로부터 수은 및/또는 수은-함유 성분들을 격리시키는 시스템으로서, 상기 시스템은,
(i) 연도 가스의 공급원;
(ii) 상기 연도 가스를 이송하기 위한 덕트배관,
(iii) 상기 덕트배관의 하류에 있고 상기 덕트배관에 접속된 적어도 하나의 스크러버 하우징으로서, 상기 스크러버 하우징은 상기 연도 가스를 직접 입수하는 교반된 습식 스크러버 조성물을 수용하는, 상기 적어도 하나의 스크러버 하우징; 및
(iv) 상기 덕트배관 내로 흡착제를 주입하여 분산물을 형성하는 흡착제 공급기를 포함하되, 상기 흡착제 공급기는, 상기 스크러버 하우징의 상류에 있으며, 상기 스크러버 하우징 내로의 상기 흡착제의 진입 전에 상기 흡착제의 적어도 일부와 상기 연도 가스의 수은 및/또는 수은-함유 성분들 간의 접촉을 가능하게 하고 그리고 상기 덕트배관을 통해 상기 습식 스크러버 조성물로 유동시키면서 상기 연도 가스로부터 상기 흡착제에 의해 상기 수은 및/또는 수은-함유 성분들의 적어도 일부의 격리를 위해 충분한 시간을 제공하는 체류 시간을 제공하도록 배치되는, 시스템. - 연도 가스로부터 수은 및/또는 수은-함유 성분들을 격리시키는 시스템으로서, 상기 시스템은 중금속 격리 구획을 포함하되, 상기 구획은,
(i) 수은 및 선택적으로 기타 중금속 성분들을 함유하는 연도 가스를 운반하는 덕트배관;
(ii) (i)의 상기 덕트배관 내로 흡착제를 주입하기 위하여, 상기 덕트배관에 연결된 흡착제 공급기로서, 상기 흡착제가 상기 연도 가스 내에 분산물을 형성하는, 상기 흡착제 공급기;
(iii) 상기 흡착제 공급기 및 상기 덕트배관의 하류에 있는 스크러버 하우징을 포함하고,
상기 스크러버 하우징은,
(a) 주로 물과 1종 이상의 분산된 고체상 스크러버 생성물을 포함하는, 교반된 고체 현탁액을 포함하는 습식 스크러버 조성물,
(b) 상기 스크러버 하우징 내에서 상기 물로부터 분리된 고체를 제거할 수 있는 고체 배출관, 및
(c) 상기 스크러버 하우징의 일부와 유체 연통하여, 환경으로의 배출을 위하여 상기 스크러버 하우징으로부터 연도 가스의 방출을 가능하게 하는 가스 배출관을 포함하는, 시스템. - 제8항에 있어서, 상기 습식 스크러버 조성물의 상기 현탁액은 석고를 약 20 ± 5 중량%의 양으로 포함하는 시스템.
- 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 흡착제 공급기로부터의 상류에 미립자 수집 장치를 더 포함하는, 시스템.
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