KR20160021788A - 활성탄으로부터의 중금속 침출을 경감시키는 방법 - Google Patents

활성탄으로부터의 중금속 침출을 경감시키는 방법 Download PDF

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칼곤 카본 코포레이션
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Abstract

흡착된 중금속을 갖는 수착제로부터의 중금속의 침출을 감소시키는 조성물, 방법, 및 시스템이 본원 명세서에 개시된다. 이러한 조성물 및 방법은 환원제를 포함할 수 있다.

Description

활성탄으로부터의 중금속 침출을 경감시키는 방법{METHODS FOR MITIGATING THE LEACHING OF HEAVY METALS FROM ACTIVATED CARBON}
관련 출원에 대한 상호 참조:
본 출원은 2013년 6월 19일 출원된 "활성탄으로부터의 중금속 침출을 경감시키는 방법"이라는 명칭의 미국 가특허출원 제61/836,945호, 및 2013년 6월 27일 출원된 "활성탄으로부터의 중금속 침출을 경감시키는 방법"이라는 명칭의 미국 가특허출원 제61/839,962호에 대한 우선권을 주장하며, 이들 가특허출원의 전문은 인용에 의해 본원 명세서에 포함된다.
정부 권리: 해당 사항 없음
공동 연구 계약의 당사자: 해당 사항 없음
컴팩트 디스크로 제출된 자료의 인용에 의한 포함 여부: 해당 사항 없음
배경 기술: 해당 사항 없음
본원 발명의 다양한 양태는, 회합된 중금속을 갖는 수착제(sorbent)로부터의 중금속의 침출을 감소시키는 방법에 관한 것이다. 이러한 방법은 회합된 중금속을 갖는 수착제와 환원제를 접촉시키는 단계를 포함할 수 있다. 회합된 중금속을 갖는 수착제는, 예를 들어 탄소 숯(carbonaceous char), 활성탄, 재생 활성탄, 카본 블랙, 흑연, 천연 제올라이트, 합성 제올라이트, 실리카, 실리카 겔, 알루미나 점토, 규조토, 및 이들의 조합을 포함하는 임의의 수착제일 수 있으며, 상기 중금속은 임의의 방식으로 상기 수착제와 회합될 수 있다. 예를 들어, 중금속은 수착제 표면에 흡착될 수 있거나, 수착제에 의해 흡수될 수 있거나, 또는 수착제에 부착되거나 전기적으로 결합할 수 있다.
상기 환원제는 임의 환원제, 예를 들어 아스코르브산, 갈산, 카페산, 페룰산, 클로로젠산, 포름산, 옥살산, 말레산, 토코페롤, 토코트리에놀, 데스페리옥사민, 피루브산의 염을 포함하는 피루브산, 시스테인, 글루타티온 등, 및 이들의 조합일 수 있다. 다양한 양태에서, 상기 환원제는 수착제의 총 중량을 기준으로 하여 약 1 내지 약 15wt.%일 수 있다. 일부 양태에서, 환원제는 아스코르브산일 수 있으며, 일부 양태에서 환원제는 아스코르브산 일나트륨, 이아스코르브산 칼슘, 아스코르브산 일칼륨, 이아스코르브산 마그네슘 등, 및 이들의 조합일 수 있다.
일부 양태에서, 수착제는 예를 들어, 차아염소산 칼슘, 차아브롬산 칼슘, 차아요오드산 칼슘, 염화 칼슘, 브롬화 칼슘, 요오드화 칼슘, 염화 마그네슘, 브롬화 마그네슘, 요오드화 마그네슘, 염화 나트륨, 브롬화 나트륨, 요오드화 나트륨, 염화 암모늄, 브롬화 암모늄, 요오드화 암모늄, 3염화 칼륨, 3브롬화 칼륨, 3요오드화 칼륨, 및 이들의 조합이지만 이로 제한되지 않는 할로겐 전구체를 추가로 포함할 수 있다. 특정 양태에서, 상기 할로겐 전구체는 수착제에 함침될 수 있다.
다른 양태는 수착제와 환원제, 예를 들어 아스코르브산, 갈산, 카페산, 페룰산, 클로로젠산, 포름산, 옥살산, 말레산, 토코페롤, 토코트리에놀, 데스페리옥사민, 피루브산의 염을 포함하는 피루브산, 시스테인, 글루타티온 등, 및 이들의 조합을 포함하는 연도 가스 흡착제에 관한 것이다. 이러한 양태의 수착제는 탄소 숯, 활성탄, 재생 활성탄, 카본 블랙, 흑연, 천연 제올라이트, 합성 제올라이트, 실리카, 실리카 겔, 알루미나 점토, 규조토, 및 이들의 조합일 수 있다.
일부 양태에서, 상기 환원제는 수착제의 총 중량을 기준으로 하여 약 1 내지 15wt.%일 수 있다. 특정 양태에서, 환원제는 아스코르브산일 수 있으며, 다른 양태에서 환원제는 아스코르브산 일나트륨, 이아스코르브산 칼슘, 아스코르브산 일칼륨, 이아스코르브산 마그네슘 등, 및 이들의 조합일 수 있다.
일부 양태에서, 흡착제는 수착제와 환원제의 건조 혼합물일 수 있으며, 다른 양태에서 환원제는 수착제에 함침될 수 있다. 특정 양태에서, 흡착제는 예를 들어, 차아염소산 칼슘, 차아브롬산 칼슘, 차아요오드산 칼슘, 염화 칼슘, 브롬화 칼슘, 요오드화 칼슘, 염화 마그네슘, 브롬화 마그네슘, 요오드화 마그네슘, 염화 나트륨, 브롬화 나트륨, 요오드화 나트륨, 염화 암모늄, 브롬화 암모늄, 요오드화 암모늄, 3염화 칼륨, 3브롬화 칼륨, 3요오드화 칼륨 등, 및 이들의 조합이지만 이로 제한되지 않는 할로겐 전구체를 추가로 포함할 수 있다. 특정 양태에서, 상기 할로겐 전구체는 브롬화 칼슘(CaBr2), 브롬화 암모늄(NH4Br), 및 이들의 조합일 수 있다. 할로겐 전구체는 건조 할로겐 전구체일 수 있거나, 일부 양태에서 할로겐 전구체는 수착제에 함침될 수 있다.
본원 발명의 성질 및 이점을 보다 완전히 이해하기 위하여, 첨부되는 도면과 관련된 하기 상세한 설명을 참조해야 한다:
도 1은 예시적인 석탄 화력 발전소의 요소(element)들을 나타내는 순서도를 도시한다.
도 2는 수은 제거 퍼센트 대 활성탄의 주입 속도를 비교한 도표를 도시한다.
도 3은 본원 명세서에 개시된 방법을 사용하여 감소된 중금속 침출을 나타내는 막대 그래프를 도시한다.
본원 발명의 조성물 및 방법을 설명하기에 앞서, 본원 발명은, 개시되는 특정 공정, 조성물, 또는 방법론이 다양해질 수 있는 바와 같이, 이들로 제한되지 않음을 이해해야만 한다. 본원 명세서에 사용되는 방법론은 특정 버전 또는 양태를 설명하기 위한 목적일 뿐이며, 청구된 청구범위에 의해서만 제한될 본원 발명의 범위를 제한하고자 의도하지 아니한다는 것 또한 이해되어야 한다. 달리 정의되지 않는 한, 본원 명세서에서 사용되는 모든 기술 및 과학 용어는 당업자에게 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 본원 명세서에 개시되는 것과 유사하거나 동일한 모든 방법 및 물질이 본원 발명의 양태에 대한 실시 또는 시험에서 사용될 수 있지만, 바람직한 방법, 디바이스, 및 물질이 본원 명세서에 개시된다. 본원 명세서에서 언급되는 모든 출원은 그 전문이 인용에 의해 포함된다. 본원 명세서에서 어떠한 것도 본원 발명이 선행 발명에 의한 이러한 개시에 선행하는 자격이 없음을 인정하는 것으로 해석되지 않아야 한다.
본원 명세서에서 사용되는, 그리고 청구 범위에 청구되는 바와 같이, 단수 형태("a", "an", 및 "the")는 문맥이 다른 것을 명확하게 지시하지 않는 한 복수 형태를 포함한다는 것 또한 주목해야만 한다. 따라서, 예를 들어 "연소 챔버"에 대한 언급은 "하나 이상에 대한 연소 챔버들"에 대한 언급이며, 당해 기술 업자에게 공지된 것 등과 동등하다.
본원 명세서에서 사용되는 용어 "약"은, 사용되는 숫자에 대해 10%를 가감한 수치를 의미한다. 따라서, 약 50%는 45 내지 55%의 범위를 의미한다.
본원 명세서에서 사용되는 용어 "수착제 물질"은 수은 흡착 가능한 모든 원천으로부터의 모든 공지된 물질을 망라함을 의미한다. 예를 들어, 수착 물질은 활성탄, 천연 및 합성 제올라이트, 실리카, 실리카 겔, 알루미나 및 규조토를 포함하지만 이로 제한되지는 않는다.
용어 "중금속"은 독성 금속 또는 비금속, 및 특히 환경 및 건강 관련 금속 및 비금속을 의미할 것이다. 중금속의 예는 비소, 바륨, 카드뮴, 크롬, 납, 수은, 셀레늄, 및 은을 포함하지만 이로 제한되지는 않는다.
수은은 공지된 환경적 위험 요소이며, 인간 및 비인간 동물종 모두에 건강 문제를 야기한다. 미국에서 연간 대략 50톤이 공기중으로 방출되며, 상기 배출 중 상당 부분이 전기 사업과 같은 석탄 연소 시설의 배출물로부터 기인한다. 공공의 건강을 보호하기 위해, 그리고 환경을 보호하기 위해, 공공 산업은 이의 공장으로부터의 수은 배출 수준을 감소시키기 위해 지속적으로 시스템을 개발, 시험, 및 구현하고 있다. 탄소질 물질의 연소에서, 연소 후 수은 및 다른 바람직하지 않은 화합물이 포획 및 유지되어 이들이 공기 중으로 방출되지 않는 공정을 갖는 것이 바람직하다.
연도 가스로부터 수은을 제거하기 위한 가장 유망한 해결책 중 하나는 활성탄 주입(ACI: Activated Carbon Injection)이다. 활성탄은 수은 증기에 대하여 높은 친화도를 갖는 고다공성, 비독성이며, 손쉽게 사용 가능한 물질이다. 이러한 기술은 도시 소각로에서의 사용에 있어서 이미 정립되어있다. ACI 기술은 수은 제거에 효과적이지만, 활성탄과 연도 가스 유동 사이의 짧은 접촉 시간은 활성탄의 전체 흡착 능력의 비효율적 사용을 야기한다.
본원 발명의 다양한 양태는, 분자 할로겐 또는 할로겐 전구체를 연료원에 도포하거나; 또는 연료원의 연소 동안 분자 할로겐 또는 할로겐 전구체를 연료 챔버에 도입하거나; 또는 연소 챔버 인접한 연료원의 연소로 생성된 배기 유동에 분자 할로겐 또는 할로겐 전구체를 도입하는 것; 및 연료원의 연소로 생성된 배기 유동, 즉, 연도 가스에 수착 물질을 주입함으로써, 중금속 함유 연료원의 연소 결과로 생성된 유체 시스템으로부터 중금속, 예를 들어 수은을 제거하는 방법에 관한 것이다. 이러한 양태들에서, 연료원에 분자 할로겐 또는 할로겐 전구체의 도포, 또는 연소 챔버로의 분자 할로겐 또는 할로겐 전구체의 주입, 및 배기 유동 내로의 수착 물질의 주입의 조합은 배기 유동으로부터의 중금속 배출의 상당한 감소를 야기할 수 있는 동시에, 이러한 방법에서 사용되는 분자 할로겐 또는 할로겐 전구체 및 수착 물질 모두의 양을 충분히 감소시킨다. 특정 양태에서, 수은 제거는 종래 방법들에서 개선되었다. 일부 양태에서, 연료원의 중금속 함량을 기준으로 하여 중금속의 약 80% 초과 또는 약 90% 초과가 배기 유동으로부터 제거될 수 있다. 따라서, 감소 비용에 의한 분자 할로겐 또는 할로겐 전구체 및 수착 물질의 소비량을 감소시키는 동안 상기 조합은 유사하거나 개선된 제거율을 성취한다.
상기 개시된 방법 및 시스템은 중금속을 포함하는 연료원의 연소를 수반하는 임의의 종래 시스템에 구현할 수 있다. 중금속 함유 연료를 연소하는 다수의 시스템 및 시설은 당해 기술 분야에 공지되어 있으며, 사용된다. 예를 들어, 일부 양태는 고형 폐기물 소각로를 포함하는 소각로로부터의 중금속 배출을 감소시키는 조성물, 방법, 및 시스템을 제공한다. 다른 양태는 예를 들어 발전소에서 중금속을 포함하는 화석 연료의 연소로부터 발생하는 중금속, 예를 들어 수은의 배출을 감소시키는 조성물, 방법, 및 시스템을 제공한다.
도 1은 예시적인 석탄 화력 발전소의 관련 부분을 묘사하는 순서도를 제공한다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 일부 이러한 시설은 공급 매커니즘, 예를 들어 석탄과 같은 연료를 상기 연료원이 연소되는 용광로 또는 연소 챔버(2) 내로 전달하기 위한 컨베이어(1)를 포함할 수 있다. 상기 용광로 내로 공급되는 연료는, 순서도의 오른쪽에 나타낸 바와 같이 약 2700 내지 3000℉의 연소 챔버 용광로 내에서 일반적인 불꽃 온도의 산소의 존재하에 연소된다. 상기 연료는, 용광로로부터의 열이 증기를 위한 물을 가열하기 위해 사용될 수 있는 용광로로부터의 목적하는 결과를 성취하거나; 전력을 발생시키기 위해 종내 사용되는 터빈을 회전시키기 위해 사용될 수 있는 직접적인 열을 제공하기 위하여 조작 중 적당한 속도로 용광로 내로 공급될 수 있다(도시되지는 않았다). 재, 연소 가스, 및 공기는, 화구로부터 떨어진, 오른편에 나타낸 바와 같이 온도를 감소시키는 다양한 구역을 포함할 수 있는 대류 경로, 또는 배기 유동(도표 왼편의 대형 화살표) 내로 용광로 또는 연소 챔버(2)로부터 하류로 이동한다. 가열된 재, 연소 가스, 및 공기는, 과열기(3) 및 경우에 따라 예를 들어 전력을 생성하기 위해 사용되는 터빈을 종내 작동시킬 수증기를 제공하기 위한 물이 가열되는 재가열기(4)를 따라 연소 챔버로부터 이동할 수 있다. 상기 재, 연소 가스, 및 공기는, 예를 들어 과열기(3) 내로 물이 공급되고/되거나 재가열기(4)가 사전가열되는 절약 장치(5), 및 연소 챔버(2) 내로 공급되는 공기가 사전 가열되는 공기 예열기(6)를 통과할 수도 있다. 연소 가스 및 재는, 미립자 물질이 수집되는 백하우스(baghouse) 또는 전기 집진기(7)를 종내 통과할 수 있다. 스택(stack)(8)으로부터 배출 및 공기중으로의 방출에 앞서, 이때까지 상기 재, 연소 가스, 및 공기의 온도는 약 300℉로 감소된다.
일부 양태에서, 연소 챔버(2) 내로 분자 할로겐 또는 할로겐 전구체(B)를 주입하거나, 연소(A)에 앞서 할로겐원을 연료원에 직접적으로 도포함으로써 연소 동안 할로겐원이 도입될 수 있다. 다른 양태에서, 할로겐은 연료원에서 발견될 수 있다. 예를 들어, 플라스틱 또는 고무를 포함하는 폐기물은 소각 동안 할로겐 이온 또는 분자 할로겐을 방출할 수 있는 성분을 포함하는 할로겐을 포함할 수 있다. 다양한 양태에서, 재, 연소 가스, 및 공기의 공기 중 배출에 앞서 대류 경로를 따라 임의의 장소에서 배기 유동 내로 수착 물질이 주입될 수 있으며, 특정 양태에서, 수착 물질은 백하우스 또는 전기 집진기(7)의 상류에 주입될 수 있다. 특정 양태에서, 공기 예열기(APH: air preheater)(6)의 상류(C)에 수착 물질이 주입될 수 있으며, 일부 양태에서, APH(6)의 배기 유동 하류(D) 내로 수착 물질이 주입될 수 있다. 다른 양태에서, APH(6)의 상류(C) 및 APH(6)의 하류(D) 둘 다로 수착 물질이 주입될 수 있다.
다양한 양태의 분자 할로겐 또는 할로겐 전구체는 모든 원료로부터 수득할 수 있다. 예를 들어, 일부 양태에서 분자 공급원, 예를 들어 염소 가스, 브롬 가스, 또는 요오드 가스는 연소 챔버 인근에서 단독으로 또는 할로겐 전구체와 조합하여 배기 유동 내로 주입될 수 있다. 다른 양태에서, 하나 이상의 할로겐 전구체는 연료원에 도포될 수 있으며, 연소 챔버 내로 도입될 수 있으며, 연소 챔버 인근 배기 유동 내로 주입되거나, 이들의 조합이 적용될 수 있다.
다수의 할로겐 전구체(할로겐 전구체)가 당해 기술 분야에 공지되어 있으며, 본원 발명의 양태들에서 사용될 수 있다. 일부 양태에서, 할로겐 전구체는 기체상 전구체, 예를 들어, 염화 수소, 브롬화 수소, 또는 분자 염소 또는 브롬일 수 있다. 할로겐 전구체는 유기 또는 무기 할로겐-함유 화합물일 수 있다. 예를 들어, 일부 양태에서 할로겐 전구체는, 브롬의 경우 브롬화물, 브롬산, 및 차아브롬산염을 포함할 수 있으며, 요오드의 경우 요오드화물, 요오드산염, 및 차아요오드산염을 포함할 수 있으며, 염소의 경우 염화물, 염산염, 및 차아염산염을 포함할 수 있는 하나 이상의 무기 할로겐염일 수 있다. 특정 양태에서, 무기 할로겐염은 할로겐염을 포함하는 알칼리 금속 또는 알칼리 토류 원소일 수 있으며, 상기 무기 할로겐염은 알칼리 금속, 예를 들어 리튬, 나트륨, 및 칼륨, 또는 알칼리 토금속, 예를 들어 베릴륨, 마그네슘, 및 칼슘 대이온과 회합되어 있다. 알칼리 금속 및 알칼리 토금속 대이온을 포함하는 무기 할로겐염의 비제한적 예는 차아염소산 칼슘, 차아브롬산 칼슘, 차아요오드산 칼슘, 염화 칼슘, 브롬화 칼슘, 요오드화 칼슘, 염화 마그네슘, 브롬화 마그네슘, 요오드화 마그네슘, 염화 나트륨, 브롬화 나트륨, 요오드화 나트륨, 염화 암모늄, 브롬화 암모늄, 요오드화 암모늄, 3염화 칼륨, 3브롬화 칼륨, 3요오드화 칼륨 등을 포함한다. 다른 양태에서, 할로겐은 적절하게 높은 수준의 할로겐을 포함하는 유기 공급원으로부터 유래할 수 있다. 유기 할로겐 전구체는 예를 들어 메틸렌 클로라이드, 메틸렌 브로마이드, 메틸렌 요오다이드, 에틸 클로라이드, 에틸 브로마이드, 에틸 요오다이드, 클로로포름, 브로모포름, 요오도포름, 카보네이트 테트라클로라이드, 카보네이트 테트라브로마이드, 카보네이트 테트라요오다이드 등을 포함한다.
일부 양태에서, 할로겐 전구체는 하나 이상의 추가적인 원소, 예를 들어 칼슘 공급원, 마그네슘 공급원, 질산염 공급원, 아질산염 공급원, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예시적인 칼슘 및 마그네슘 공급원은 당해 기술 분야에 널리 공지되어 있으며, 연소 동안 연료원으로부터 방출되는 연도 가스 중 황의 제거 지원에 유용할 수 있다. 이러한 양태에서, 칼슘 또는 마그네슘 공급원은, 무기 칼슘, 예를 들어 산화 칼슘, 수산화 칼슘, 탄산 칼슘, 중탄산 칼슘, 황산 칼슘, 중황산 칼슘, 질산 칼슘, 아질산 칼슘, 칼슘 아세테이트, 칼슘 시트레이트, 인산 칼슘, 인산 수소 칼슘, 및 인회석과 같은 칼슘 미네랄 등; 또는 유기 칼슘 화합물, 예를 들어 카복실산 또는 칼슘 알콕실레이트의 칼슘염; 또는 무기 마그네슘, 예를 들어 산화 마그네슘, 수산화 마그네슘, 탄산 마그네슘, 중탄산 마그네슘, 황산 마그네슘, 중황산 마그네슘, 질산 마그네슘, 아질산 마그네슘, 마그네슘 아세테이트, 마그네슘 시트레이트, 인산 마그네슘, 인산 수소 마그네슘, 및 마그네슘 미네랄 등; 또는 유기 마그네슘 화합물, 예를 들어 카복실산의 마그네슘염 또는 마그네슘 알콕실레이트를 포함할 수 있다. 특정 양태에서, 칼슘 또는 마그네슘 공급원은 할라이드 전구체, 예를 들어 브롬화 칼슘, 브롬화 마그네슘, 염화 칼슘, 염화 마그네슘, 요오드화 칼슘, 요오드화 마그네슘 등과 회합될 수 있다. 질산염 및 아질산염 공급원 또한 당해 기술 분야에 널리 공지되어 있으며, 모든 질산염 및 아질산염 공급원은 할로겐 전구체를 포함하여 제형화될 수 있다.
할로겐 전구체는 분말과 같은 고체, 액체, 또는 기체일 수 있다. 예를 들어, 일부 양태에서 할로겐 전구체는, 연소 전 연료원, 예를 들어 석탄에 분무될 수 있거나, 연소 챔버 또는 연소 챔버 인근의 배기 유동 내로 주입될 수 있는 수용액일 수 있다. 액상 할로겐 전구체 조성물은 임의의 적합한 농도로 제조될 수 있다. 예를 들어, 일부 양태에서 할로겐 전구체, 예를 들어 브롬화 칼슘 또는 염화 칼슘 수용액은 약 75% 이하의 농도를 가질 수 있으며, 다른 양태에서 수용액 중 할로겐 전구체 농도는 약 60중량% 이하, 55중량% 이하, 50중량% 이하, 45중량% 이하, 또는 40중량% 이하, 또는 이러한 값들 사이의 임의의 농도일 수 있다. 다른 양태에서, 할로겐 전구체 수용액은 약 10 내지 약 75중량%, 약 20 내지 약 60중량%, 약 30 내지 약 55중량%, 또는 약 40 내지 약 55중량%의 할로겐 전구체를 포함할 수 있다. 유사하게는, 다른 양태에서, 건조, 분말화된 할로겐 전구체는 연도 가스 유동 중 할로겐의 농도와 유사한 농도를 성취하기에 필요한 농도로 석탄에 도포될 수 있다.
다양한 양태에서, 분말과 같은 고체, 액체, 또는 기체 형태일 수 있는 분자 할로겐 또는 할로겐 전구체는 연소 챔버로 연속적으로 공급될 수 있거나, 연소 동안 증가하면서 제공될 수 있다. 분자 할로겐 및 할로겐 전구체의 첨가 속도는 양태에 따라 다양해질 수 있으며, 예를 들어 연료원의 연소 속도, 연료원의 출처, 연료원 중 수은량, 수은 흡착 등에 따를 수 있다. 예를 들어, 일부 양태에서 약 40 내지 약 55중량% 할로겐 전구체, 예를 들어 브롬화 칼슘 또는 염화 칼슘 수용액이 연소 챔버 내로 도입될 수 있거나, 연소 챔버 인근 배기 유동 내로 약 500gal/시간 이하의 속도로 주입될 수 있으며, 다른 양태에서, 약 40 내지 약 55중량% 할로겐 전구체 수용액이 연소 챔버 내로 도입되거나, 연소 챔버 인근 배기 유동 내로 약 400gal/시간 이하, 300gal/시간 이하, 200gal/시간 이하, 또는 100gal/시간 이하의 속도로 주입된다. 특정 양태에서, 약 40 내지 약 55중량% 할로겐 전구체 수용액이 연소 챔버 내로 도입되거나, 연소 챔버 인근 배기 유동 내로 50gal/시간 미만, 또는 25gal/시간 미만, 또는 20gal/시간 미만의 속도로 주입된다.
분자 할로겐 또는 할로겐 전구체의 공급 속도는 양태에 따라 다양해질 수 있으며, 예를 들어 연료원의 공급 속도 및/또는 연료원의 소비 속도에 따라 다양해질 수 있다. 예를 들어, 연소 동안 50중량% 브롬화 칼슘(CaBr2) 수용액이 약 10gal/시간으로 연소 챔버 내로 도입되어, 석탄과 같은 연료원이 6개의 장비에서 각각 약 55tons/시간으로, 총 약 330tons/시간으로 연소하는 연소 챔버는, 건조 중량을 기준으로 하여 약 125ppm의 브롬이 석탄으로 추가되는 결과를 야기할 수 있다. 따라서, 다양한 양태에서, 분자 할로겐 또는 할로겐 전구체의 농도 및/또는 공급 속도는 연료원의 소비 속도에 따라 수정되어, (건조 기준) 약 400ppm 이하, (건조 기준) 약 500ppm 이하, 또는 (건조 기준) 약 700ppm 이하의 브롬이 연료원에 첨가될 수 있다. 일부 양태에서, (건조 기준) 약 50 내지 약 500ppm, (건조 기준) 약 75 내지 약 400ppm, (건조 기준) 약 100 내지 약 300ppm, 또는 (건조 기준) 약 125 내지 200ppm의 브롬이 연료원에 첨가될 수 있다.
일부 양태에서, 본원 명세서에 개시되는 방법 및 시스템은, 예를 들어 제1 및 제2 연소 챔버, 회전 가마, 연소 후 챔버, 및 이들의 임의의 조합을 갖는 다단 용광로에서 활용될 수 있다. 이러한 양태에서, 고체 또는 액체 형태의 분자 할로겐 또는 할로겐 전구체는 임의의 하나의 용광로 챔버 또는 임의의 조합의 용광로 챔버로 도입될 수 있다. 예를 들어, 일부 양태에서 분자 할로겐 또는 할로겐 전구체는 하나의 연소 챔버로 도입될 수 있으며, 다른 양태에서 분자 할로겐 또는 할로겐 전구체는 연소 챔버의 조합으로 도입될 수 있다. 다른 양태에서, 분자 할로겐 또는 할로겐 전구체는 하나 이상의 연소 챔버 내로 도입될 수 있으며, 연소 후 배기 유동 내로 도입될 수 있다.
특정 양태에서, 할로겐 전구체는, 연소 챔버 또는 배기 유동 내로 분무 또는 주입되는 수용액으로 하나 이상의 연소 챔버 및/또는 배기 유동으로 도입될 수 있다. 예를 들어, 일부 양태에서 할로겐 전구체 수용액은 폐열 보일러의 연소 가스 유동 하류 내로 분무 또는 주입될 수 있다. 다른 양태에서, 할로겐 전구체 수용액은 재순환된 서브스트림(substream), 예를 들어 재순환된 연도 가스, 재순환된 재, 또는 재순환된 비산재 내로 도입될 수 있다. 분자 할로겐 또는 할로겐 전구체가 배기 가스 유동 내로 도입되는 구역에 의해 양태들이 제한되지 않지만, 주입 구역의 온도는 할로겐 전구체로부터 원소 할로겐 성분의 분리 및/또는 산화를 허용할 만큼 충분히 높아야만 한다. 예를 들어, 주입 구역의 온도는 약 1000℉ 초과일 수 있으며, 일부 양태에서는 약 1500℉ 초과일 수 있다.
이론에 의해 결부시키고자 함은 아니나, 연소 챔버 내에서 연소되는 경우, 분자 할로겐 또는 할로겐 전구체로부터의 할로겐은, 연료원으로부터 방출된 중금속과 산화될 수 있다. 일반적으로, 산화 중금속, 예를 들어 할로겐화 수은종은, 배기 유동, 예를 들어 비산재, 알칼리 융합된 산성 재(예를 들어, 역청 재), 건조 연도 가스 탈황 고체, 예를 들어 산화 칼슘, 수산화 칼슘 또는 탄산 칼슘 내에서 알칼리성 고체에 의해 흡착 가능하며; 일반적으로 사용되는 중금속 제어 시스템, 예를 들어 전기 집진기, 습식 연도 가스 탈황 시스템, 섬유 필터, 및 백 하우스에 의해 연도 가스로부터 제거된다. 특정 양태에서, 산화된 중금속은 활성탄에 의해 흡착될 수 있다. 이론에 의해 결부시키고자 함은 아니나, 연료원의 수은 함량이 비교적 높은 경우에도 할로겐 함유 조성물 도포와 연소 가스의 유체 유동 내로의 수착 물질 주입의 결합에 의해 할로겐 전구체 용액이 충분히 감소될 수 있는 속도.
임의의 양태에서 활성탄이 사용될 수 있다. 이러한 양태에서, 활성탄은 모든 원료로부터 수득될 수 있으며, 다양한 출발 물질로부터 생성될 수 있다. 예를 들어, 활성탄의 제조를 위한 적합한 물질은 다양한 등급의 석탄, 예를 들어 무연탄, 반무연탄, 역청탄, 아역청탄, 갈탄, 또는 아탄; 코코넛 껍질과 같은 견과 껍질; 목재; 쌀 겨 또는 짚과 같은 채소; 석유 가공으로부터의 잔여물 또는 부산물; 및 천연 또는 합성 중합체성 물질을 포함하지만 이로 제한되지는 않는다. 탄소질 물질은 당해 기술 분야에 공지된 임의의 종래의 열적 또는 화학적 방법에 의해 탄소 흡착제로 가공될 수 있다. 흡착제는 근본적으로 상이한 표면적 및 세공 부피를 부여할 것이다. 일반적으로, 예를 들어 아탄은 약 500 내지 600m2/g의 표면적을 갖는 탄소를 야기할 수 있으며, 일반적인 섬유계 탄소 표면적은 약 1200 내지 1400m2/g이다. 특정 목재계 탄소는 약 200m2/g 범위의 표면적을 가질 수 있지만, 매우 큰 세공 부피를 갖는 경향이 있다.
석탄계 탄소의 표면적 및 세공 부피는 표면적 및 세공 부피 및 세공 크기 분산의 일부 조절을 가능케 하기 위해 제조될 수 있다. 일부 양태에서, 활성탄 흡착제는 Brunauer-Emmett-Teller("BET") 방법으로 측정된 거대한 표면적을 가질 수 있으며, 충분한 미세공 부피를 가질 수 있다. 본원 명세서에서 사용되는 "미세공 부피"는 약 2mm 미만의 직경을 갖는 세공의 총 부피이다. 일부 양태에서, 적합한 탄소 흡착제는 약 10m2/g 초과 또는 약 50m2/g, 약 200m2/g 초과, 또는 약 400m2/g 초과의 BET 표면적을 가질 수 있다. 다른 양태에서, 탄소 흡착제는 약 5cm3/100g 초과의 미세공 부피를 가질 수 있으며, 다른 양태에서 상기 흡착제는 약 20cm3/100g 초과의 미세공 부피를 가질 수 있다.
다양한 크기의 수착 물질, 예를 들어 활성탄이 최근 활용되는 시스템에서 중금속을 포획하기 위해 사용되어 왔으며, 모든 크기의 수착 물질이 다양한 양태에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 일부 양태에서 수착 물질은 약 0.1 내지 약 100㎛의 평균 입자 직경(MPD)을 가질 수 있으며, 다른 양태에서 MPD는 약 1 내지 약 30㎛일 수 있다. 다른 양태에서, 수착 물질의 MPD는 약 15㎛ 미만일 수 있으며, 일부 특정 양태에서 MPD는 약 2 내지 약 10㎛, 약 4 내지 약 8㎛, 또는 약 5 내지 약 6㎛일 수 있다.
일부 양태에서, 수착 물질은 예를 들어 할로겐 함유 염으로 처리될 수 있다. 예를 들어, 다양한 양태에서 수착 물질을 브롬화 수소 용액 또는 원소 브롬 가스의 유동에 충분한 시간 동안 침전시켜 브롬이 수착 물질에 침전되게 하는 것과 같이 하여 수착 물질이 브롬으로 함침될 수 있다. 수착 물질을 함침시키기 위한 다양한 방법 및 함침된 수착 물질의 다양한 유형은 당해 기술 분야에 공지 및 사용되고 있으며, 임의의 이러한 수착 물질은 양태들에서 사용될 수 있다.
수착 물질은 연소 챔버의 대류 경로 하류를 따라, 그리고 배기 유동이 스택으로부터 배출되기 이전에 임의의 장소에서 배기 유동 내로 주입될 수 있다. 다양한 양태의 수착 물질이 일반적으로 중금속 조절 시스템, 예를 들어 전기 집전기, 습식 연도 가스 탈황 시스템, 섬유 필터, 및 백하우스 또는 미립자 성분이 수집될 수 있음을 의미하는 다른 재 또는 비산재 수집기의 하류, 및 연소 챔버의 상류로 주입될 수 있다. 특정 양태에서, 수착 물질은 약 700℉ 미만, 약 500℉ 미만, 약 400℉ 미만, 또는 약 350℉ 미만의 온도를 갖는 대류 경로 중 임의 구역에서 주입될 수 있다. 예를 들어, 일부 양태에서 수착 물질은 공기 예열기(APH)의 상류 또는 하류의 배기 유동 내로 주입될 수 있으며, 다른 양태에서 수착 물질은 공기 예열기(APH)의 상류로 주입될 수 있다.
일부 양태에서, 수착 물질의 주입 속도는 배기 유동의 유동 속도를 따를 수 있다. 예를 들어, 수착 물질이 약 100lbs/시간간으로 공장 배관의 배기 유동 내로 주입되는, 분당 약 2,000,000 실질 입방피트 (2,000,000acfm)의 배기 (연도) 가스 유동 속도를 갖는 공장에서, 수착 물질의 첨가 속도는 100만 실질 입방피트당 0.8파운드(lbs/MMacf)이다. 따라서, 다양한 양태에서, 수착 물질의 주입 속도는 배관 내 배기 가스의 유동 속도에 따라 다양해질 수 있다. 이러한 양태에서, 배기 가스의 유동 속도에 따른 수착 물질의 첨가 속도는 약 4lbs/MMacf 이하 또는 약 5lbs/MMacf 이하일 수 있다. 다른 양태에서, 배기 가스의 유동 속도에 따른 수착 물질의 첨가 속도는 약 0.25 내지 약 5lbs/MMacf, 약 0.5 내지 약 4.0lbs/MMacf, 또는 약 0.75 내지 약 3.0lbs/MMacf일 수 있으며, 특정 양태에서 첨가 속도는 약 0.75 내지 약 1.5lbs/MMacf일 수 있다.
예시적 목적에서, 특정 양태는, 중금속을 포함하는 연료원이 연소되고 있는 연소 챔버 내로의 할로겐 전구체, 예를 들어 브롬화 칼슘, 염화 칼슘, 브롬화 나트륨, 또는 염화 나트륨의 도입; 및 중금속 및/또는 미립자 조절 시스템, 예를 들어 전기 집전기, 습식 연도 가스 탈황 시스템, 섬유 필터, 및 백하우스 또는 미립자 성분이 수집될 수 있음을 의미하는 다른 재 또는 비산재 수집기의 배기 유동 상류 내로 약 15㎛ 미만의 MPD를 갖는 수착 물질의 주입을 포함하는 방법 및 시스템을 포함한다. 일부 이러한 양태에서, 약 10gal/시간 미만의 수용성 할로겐 전구체가 연소 챔버 내로 도입될 수 있으며, 약 100lbs/시간 미만의 수착 물질이 배기 유동 내로 주입될 수 있다. 이러한 처리의 결과, 이러한 방법 및 시스템을 사용하는 공장으로부터의 수은 배출은 약 80% 초과, 일부 양태에서는 90% 초과하여 감소될 수 있다.
추가적인 양태는 제공된 할로겐의 수착 물질에 대한 비율이 활성탄 1파운드당 약 0.7 내지 약 4.6몰 할로겐이며, 일부 양태에서는 활성탄 1파운드당 약 0.8 내지 약 3.1, 또는 약 1.2 내지 약 2.0몰 할로겐인 연도 가스로부터 수은 배출을 감소시키는 방법을 포함한다. 이러한 양태에서, 수착 물질은 약 15㎛미만의 MPD를 가질 수 있으며, 특정 양태에서 수착 물질은 약 10㎛ 미만의 MPD를 가질 수 있다. 다른 양태에서, 수착 물질은 약 6㎛이하의 MPD를 가질 수 있다. 할로겐 및 수착 물질은 프로세스 동안 어디에서도 제공될 수 있다. 예를 들어, 일부 양태에서 할로겐은 연소 이전 연료원에 도포될 수 있으며, 다른 양태에서, 할로겐은 연료가 연소되는 동안 연소 챔버 내로 도입될 수 있다. 다른 양태에서, 할로겐은 수착 물질 이전 또는 이후에 연도 가스 유동 내로 도입될 수 있다. 추가적인 양태에서, 할로겐은 활성탄과 함께 제공될 수 있다. 예를 들어, 일부 양태에서 할로겐은 연도 가스 유동 내로 활성탄과 분리되어 주입될 수 있으며, 다른 양태에서 할로겐은 연도 가스 유동 내로 도입되기 이전에 수착 물질에 도포될 수 있다.
할로겐이 연도 가스 유동 내로 주입되기 이전에 수착 물질에 도포되는 양태에서, 할로겐의 수착 물질에 대한 비율은 수착 물질이 분리되어 도입되는 경우의 할로겐의 수착 물질에 대한 비율과 동일할 수 있다. 예를 들어, 일부 예시적인 양태에서 할로겐염, 예를 들어 상기 개시된 임의의 할로겐염은, 15㎛ 미만, 12㎛ 미만, 10㎛ 미만의 MPD를 갖는 흡착제 물질에 수착 물질 1파운드당 약 0.14 내지 약 1.0파운드 할로겐염의 비율로 도포되어 약 12 내지 약 50wt.% 할로겐염 또는 약 15 내지 약 40wt.% 할로겐염인 조성물을 제공할 수 있다. 또 다른 예시적인 양태에서, 할로겐염, 예를 들어 브롬화 칼슘(CaBr2) 또는 브롬화 암모늄(NH4Br)은, 약 6㎛의 MPD를 갖는 수착 물질에 수착 물질 1파운드당 약 0.43파운드 할로겐염, 또는 약 30wt.% 할로겐염의 비율로 도포될 수 있으며, 수착 물질/할로겐염 조합물은 연도 가스 유동 내로 도입될 수 있다. 이러한 비율은 흡착 물질 1파운드당 할로겐의 몰 수로도 확장될 수 있다. 예를 들어, 일부 양태에서 수착 물질 1파운드당 할로겐 몰수의 비율은 약 0.7 내지 약 5.7moles/lb, 0.8 내지 약 3.1moles/lb, 또는 이들 사이의 임의의 비율일 수 있으며, 특정 양태에서 수착 물질 1파운드당 할로겐의 비율은 2.0moles/lb일 수 있다. 이러한 양태에서, 할로겐염은 종래 함침 공정에 의해 도포될 수 있거나, 할로겐염은 건조 수착 물질과 건조 할로겐염을 혼합함으로써 도포될 수 있다. 다른 양태에서, 수착 물질은 기체상 할로겐을 사용하여 함침될 수 있다. 특정 양태에서, 상기 개시된 바와 같이 수착 물질은 활성탄일 수 있다.
할로겐 전구체가 연소 챔버 내로 도입되고 일반적으로 수착 물질이 배기 가스 내로 주입되지 않는, 수은 배출을 감소시키기 위해 종래 방법을 활용하는 석탄 화력 발전소는 할로겐 전구체를 20gal/시간 초과의 속도로 주입하여 수은 배출을 충분히 감소시킨다. 연소 도중 할로겐 전구체의 도입을 포함하지 않는 수착 물질 주입을 활용하는 석탄 화력 발전소는 약 250lbs/시간 초과로 수착 물질을 배기 유동 내로 주입하여 효과적으로 수은 배출을 감소시킬 수 있다. 이와 대조적으로, 본원 발명의 일부 양태들은 약 10gal/시간 미만의 할로겐 전구체 및 100lbs/시간 미만의 활성탄을, 특정 양태에서는 약 15㎛ 미만의 MPD를 갖는 수착 물질을 100lbs/시간 미만으로 사용하는 반면 약 80% 초과 또는 90% 초과의 수은 감소를 제공한다. 이는 수은 배출을 조절 수준 미만으로 효과적으로 감소시키는데에 필요한 소비 가능한 양의 극적이고 놀라운 감소이다. 따라서, 최근 사용되는 수은 배출을 감소시키는 동시에 공장에서 생성된 재의 양을 감소시키는, 수착 물질 주입 및 할로겐 전구체 소비량을 사용하는 방법에서 이러한 양태는 충분한 경제적 이점을 제공한다.
일부 양태에서, 수은 수준은 산업 표준 검출 및 측정 방법을 사용하는 종래 분석 장비를 사용하여 모니터될 수 있으며, 일부 양태에서 모니터링은 주기적으로, 수동으로 또는 자동으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 수은 배출은 한시간에 한 번 모니터되어 정부 규제 준수를 보증할 수 있고, 연소 챔버 내로의 할로겐 전구체 도입 속도, 수착 물질 주입 속도, 또는 둘 다를 조정할 수 있다. 수은은 적당한 위치에서 대류 경로로 모니터될 수 있다. 예를 들어, 일부 양태에서 공기 중으로 방출된 수은은 미립자 조절 시스템의 깨끗한 쪽에서 모니터 및 측정될 수 있다.
일부 양태에서, 수착 물질은 환원제를 포함하여 수착 물질로 포획한 중금속 침출을 경감시킬 수 있다. 환원제는 연도 가스 유동 내로 주입되는 조성물에 포함될 수 있거나, 수집 이후 수착 물질과 조합될 수 있다. "환원제"는 임의 화합물, 또는 또 다른 화합물 또는 화학종을 환원시킬 수 있는, 즉 전자를 제공할 수 있는 당해 기술 분야에 공지된 화학종일 수 있다. 일부 양태에서, 환원제는 유기 항산화제이며, 이러한 화합물은 아스코르브산, 갈산, 카페산, 페룰산, 클로로젠산, 포름산, 옥살산, 말레산 등, 토코페롤, 토코트리에놀, 데스페리옥사민, 피루브산의 염을 포함하는 피루브산, 시스테인, 글루타티온 등 및 이들의 조합을 포함할 수 있으며 이로 제한되지는 않는다. 특정 양태에서, 환원제는 아스코르브산의 우선성 및 좌선성 거울상 이성질체는 물론 아스코르브산 미네랄, 예를 들어 아스코르브산 일나트륨, 이아스코르브산 칼슘, 아스코르브산 일칼륨, 이아스코르브산 마그네슘 및 관련 화합물을 포함하지만 이로 제한되지는 않는 아스코르브산일 수 있다.
이론에 의해 결부시키고자 함은 아니나, 환원제는 수착 물질에 의해 흡착된 중금속의 침출을 경감시킬 수 있다. 환원제는 흡착된 수은 할라이드를 가용성인 +2 산화 상태로부터 비가용성인 +1 산화 상태로 환원시킬 수 있다. pH 약 7 및 약 25℃의 온도에서의 아스코르브산의 표준 환원 전위(E0)는 약 0.06볼트이다. 아스코르브산은 약 2 내지 약 8의 pH 범위에서 약 30분 이내에, 약 3 내지 약 6의 pH 범위에서 약 10분 이내에 이러한 반응에 영향을 끼칠 수 있다.
사용되는 환원제의 양은 양태들에 따라 매우 다양할 수 있으며, 약 1 내지 약 15wt.%일 수 있다. 일부 양태에서, 첨가되는 환원제의 양은 약 1 내지 5wt.%일 수 있다. 다른 양태에서, 첨가되는 환원제의 양은 약 5 내지 약 10wt.%일 수 있다. 다른 양태에서, 첨가되는 환원제의 양은 약 10 내지 약 15wt.%일 수 있다.
일부 양태에서, 환원제는 수착 물질을 포함하는 용기 내로 주입될 수 있다. 일부 양태에서, 주입은 중금속 흡착의 하류에서 이루어진다. 다른 양태에서, 주입은 중금속 흡착의 상류에서 이루어진다. 다른 양태에서, 주입은 중금속의 흡착과 동시에 이루어진다. 추가적인 양태에서, 아스코르브산 또는 관련 화합물은 대류 유동으로부터 수착제가 제거된 후 활성탄과 혼합될 수 있다.
실시예
본원 발명이 이의 특정 바람직한 양태에 대한 참조를 포함하여 상당히 상세히 개시되었지만, 다른 버전도 가능하다. 따라서 청구된 청구범위의 진의 및 범위는 발명에 대한 설명 및 본원 명세서 내에 포함된 바람직한 버전으로 제한되지 않는다. 본원 발명의 다양한 양태가 하기의 비제한적 실시예를 참조로 하여 설명될 것이다.
실시예 1
연소 챔버에 앞서 브롬화 칼슘을 석탄에 첨가하기 위해 시스템과 맞춰진(fitted) 석탄 연소 발전소, 및 다양한 구역에서 활성탄을 발전소의 배관 내로 주입하기 위한 랜스(lance)가 시험에 활용되었다. 이러한 시설에서 연소된 석탄은 수은 제거 시험의 정확성을 보장하기 위하여 주기적으로 수은 함량에 대하여 시험되었다. 이러한 시설에서 시험된 다양한 분말 활성탄(PAC: powdered activated carbon)이 표 1에 제공되었다.
Figure pct00001
표 1에 개시된 각각의 PAC가 APH의 공장 하류의 배기 유동 내로 약 100lbs/시간 또는 약 200lbs/시간의 속도로, 연소 챔버 내로의 브롬화 칼슘(CaBr2)의 주입을 포함하거나, 포함하지 않고 주입되었다. 그 결과를 표 2에 제공하며, 도 2에 나타내었다.
Figure pct00002
도 1에 도시한 바와 같이, CaBr2 단독, PAC 주입 속도 0은 소비된 석탄 소비의 수은 함량을 기준으로 하여 약 50% 미만의 수은 제거를 야기하였다. 100lbs/시간간으로의 PAC의 첨가(PAC 30, PAC 16, PAC 6)는, PAC의 MPD에 따라 약간 다양해지는 수은 배출과 유사한 약 50%의 감소를 야기하였다. 연소 챔버 내로의 CaBr2 주입과 배기 유동으로의 PAC 주입의 조합(표준+1배 CaBr2)은, 배기 유동 내로의 브롬화 PAC(표준 Br)의 주입이 행한 바와 같이 수은 배출에서 개선된 감소를 보였다. 특히, 연소 챔버 내로의 CaBr2 주입과 배기 유동 내로의 더 작은 MPD를 갖는 PAC 주입의 조합(PAC 6+4배 CaBr2)은, 브롬화 PAC(표준 Br) 및 더 큰 MPD PAC 및 CaBr2에 걸친(표준+1배 CaBr2) 수은 배출에서 거의 20% 더 높은 감소를 나타내는 수은 배출에서 거의 90%의 감소를 야기하였다. 유사하게는, PAC의 주입 속도가 200lbs/시간간으로 증가되는 경우, 작은 MPD PAC는 브롬화 PAC(표준 Br) 및 더 큰 MPD PAC 및 다양한 주입 속도의 CaBr2(표준 1배 CaBr2; 표준 2배 CaBr2; 표준 3배 CaBr2; 표준 4배 CaBr2; 및 표준 8배 CaBr2)를 능가하였다.
실시예 2
공장 배출로부터 90%의 수은 제거 달성을 요구하는 PAC가 APH의 배기 유동 상류(후 APH 주입) 및 APH의 하류(전 APH 주입) 내로 주입되는 경우 제공된 CaBr2및 PAC 수용액의 주입 속도를 측정하기 위해 추가적인 시험이 수행되었다. 그 결과는 표 3 및 4에 각각 제공되었다.
Figure pct00003
Figure pct00004
표 3 및 4는, 유사한 결과를 성취하기 위해서는 하기 PAC보다 2배 더 큰 MPD PAC(표준)이 요구되는, 작은 MPD PAC(PAC 6)이 APH 하류로 주입되는 경우, 20gal/시간의 CaBr2 주입 속도및 150lbs/시간의 PAC 주입 속도가 시험된 석탄으로부터 90% 수은을 제거하기에 충분함을 보인다. PAC가 APH 상류로 주입되는 경우, 동일한 결과를 성취하기 위해 18gal/시간의 CaBr2 및 125lbs/시간의 표준 MPD PAC(표준)이 요구되는 것과 동일한 공장에서 90%의 연도 가스 수은을 제거하기 위해 6gal/시간의 CaBr2 및 60lbs/시간의 작은 MPD PAC(PAC 6)가 요구된다. 이러한 데이터는, 특히 약 12㎛ 미만 또는 약 10㎛ 미만으로의 탄소 입자 크기의 감소가, 놀랍게도 더 적은 탄소 및 더 적은 할로겐이 동일한 수준의 수은 제거 수준, 특히 90% 이상의 수은 제거 수준에 대하여 요구되는 이의 자체 상승 효과를 생성함을 입증한다. 할로겐 및 수착제 모두에서의 결합된 절감은, 대단히 개선된 경제성은 물론 더 적은 보조 설비 영향, 예를 들어 구체적 첨가제로서 더 많은 재가 상업적 값을 유지하게 하는 감소한 비산재 중 탄소를 야기한다.
실시예 3
다양한 물질이 약 12mgHg/g 탄소를 흡착한 활성탄을 소비한 2개의 샘플에 첨가되었으며, 독성 침출 프로파일 시험("TCLP 시험") 동안 상기 첨가된 물질들이 침출된 수은량을 변화시키는지 확인하기 위하여 시험되었다. 시험에 대하여 얻은 바와 같이, 소비된 수착제 샘플은 일반적으로 약 0.4 내지 약 0.06mgHg/L의 TLCP 값의 범위이다. 침출된 수은 및/또는 수은 화합물이 0.2mgHg/L의 임계점 미만일 때 소비된 수착제는 TLCP 시험을 통과한 것으로 간주된다.
도 3은 다양한 소비된 수착제의 TCLP 점수를 도시하는 막대 그래프이다(막대 a, e, 및 n). 10wt.% 미사용 활성탄, Calgon Carbon으로부터의 F-300(b, f), Darco-Hg(c, g), 및 역청 PAC(i, j)의 첨가는 수은 TCLP 값(mg/L)을 저하시키는데에 효과적이었다. 또한 도 3은 환원제와 소비된 수착제의 결합 효과를 도시한다. 특히, 아스코르브산(d, h)은 다른 미사용 수착제보다 효과적으로 침출을 감소시킨다. 또한 이들 데이터는 약 1wt.%(k) 및 약 10wt.%(d, h)의 양의 아스코르브산의 사용이 TCLP 임계값인 0.2mgHg/L로 수착제를 유지하는데에 효과적임을 도시한다. 이와 대조적으로, 공지된 환원제인 나트륨 티오설페이트(l)의 사용은, 침출된 수은의 수준을 TCLP 임계값인 0.2mgHg/L의 거의 2배로 야기하는, 수은 침출을 악화시키는 것이 밝혀졌다.
실시예 4
크롬(VI) 침출이 0.033mg/L로 부여된 TCLP 점수를 갖는 샘플에서 시험되었다. 10wt.% 아스코르브산의 첨가는 검출할 수 없는 수준으로 크롬(VI) 침출을 경감시켰다.

Claims (20)

  1. 회합된 중금속을 갖는 수착제(sorbent)와 환원제를 접촉시키는 단계를 포함하는, 중금속 침출을 감소시키는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 수착제가 탄소 숯(carbonaceous char), 활성탄, 재생 활성탄, 카본 블랙, 흑연, 천연 제올라이트, 합성 제올라이트, 실리카, 실리카 겔, 알루미나 점토, 규조토, 및 이들의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는, 방법.
  3. 제1항에 있어서, 환원제가 상기 수착제의 총 중량을 기준으로 하여 약 1 내지 약 15wt.%에 해당하는, 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 환원제가 아스코르브산인, 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 환원제가 아스코르브산 일나트륨, 이아스코르브산 칼슘, 아스코르브산 일칼륨, 이아스코르브산 마그네슘, 및 이들의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는, 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 수착제가 할로겐 전구체를 추가로 포함하는, 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 할로겐 전구체가 차아염소산 칼슘, 차아브롬산 칼슘, 차아요오드산 칼슘, 염화 칼슘, 브롬화 칼슘, 요오드화 칼슘, 염화 마그네슘, 브롬화 마그네슘, 요오드화 마그네슘, 염화 나트륨, 브롬화 나트륨, 요오드화 나트륨, 염화 암모늄, 브롬화 암모늄, 요오드화 암모늄, 3염화 칼륨, 3브롬화 칼륨, 3요오드화 칼륨, 및 이들의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는, 방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 할로겐 전구체가 상기 수착제 상에 함침되는, 방법.
  9. 수착제; 및
    아스코르브산, 갈산, 카페산, 페룰산, 클로로젠산, 포름산, 옥살산, 말레산, 토코페롤, 토코트리에놀, 데스페리옥사민, 피루브산의 염을 포함하는 피루브산, 시스테인, 글루타티온, 및 이들의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 환원제
    를 포함하는, 연도 가스 흡착제(flue gas adsorbent).
  10. 제9항에 있어서, 상기 수착제가 탄소 숯, 활성탄, 재생 활성탄, 카본 블랙, 흑연, 천연 제올라이트, 합성 제올라이트, 실리카, 실리카 겔, 알루미나 점토, 규조토, 및 이들의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는, 연도 가스 흡착제.
  11. 제9항에 있어서, 환원제를 약 1 내지 약 15wt.% 함유하는, 연도 가스 흡착제.
  12. 제9항에 있어서, 상기 환원제가 아스코르브산인, 연도 가스 흡착제.
  13. 제9항에 있어서, 상기 환원제가 아스코르브산 일나트륨, 이아스코르브산 칼슘, 아스코르브산 일칼륨, 이아스코르브산 마그네슘, 및 이들의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는, 연도 가스 흡착제.
  14. 제9항에 있어서, 상기 흡착제가 수착제와 환원제의 건조 혼합물인, 연도 가스 흡착제.
  15. 제9항에 있어서, 상기 환원제가 상기 수착제 상에 함침되는, 연도 가스 흡착제.
  16. 제9항에 있어서, 할로겐 전구체를 추가로 포함하는, 연도 가스 흡착제.
  17. 제16항에 있어서, 상기 할로겐 전구체가 차아염소산 칼슘, 차아브롬산 칼슘, 차아요오드산 칼슘, 염화 칼슘, 브롬화 칼슘, 요오드화 칼슘, 염화 마그네슘, 브롬화 마그네슘, 요오드화 마그네슘, 염화 나트륨, 브롬화 나트륨, 요오드화 나트륨, 염화 암모늄, 브롬화 암모늄, 요오드화 암모늄, 3염화 칼륨, 3브롬화 칼륨, 3요오드화 칼륨, 및 이들의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는, 연도 가스 흡착제.
  18. 제16항에 있어서, 상기 할로겐 전구체가 브롬화 칼슘(CaBr2), 브롬화 암모늄(NH4Br), 및 이들의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는, 연도 가스 흡착제.
  19. 제16항에 있어서, 상기 할로겐 전구체가 건조 할로겐 전구체인, 연도 가스 흡착제.
  20. 제16항에 있어서, 상기 할로겐 전구체가 상기 수착제 상에 함침되는, 연도 가스 흡착제.
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