MX2013008784A - Lavado de gases de chimenea. - Google Patents

Abstract

Se describe en el presente documento una composición para lavado de gases de chimenea, un método de uso de la composición de lavado del gas de chimenea y un método de enterramiento del mercurio recogido con la composición de lavado del gas de chimenea. La composición de lavado del gas de chimenea incluye una mezcla de un material sorbente de mercurio que comprende una arcilla, cobre y azufre; y cal que comprende óxido de calcio y/o hidróxido de calcio. El método de recogida del mercurio de un gas de chimenea incluye inyectar la composición de lavado del gas de chimenea de cualquiera de las reivindicaciones anteriores en un conducto de humos que comprende el gas de chimenea; hacer reaccionar el material sorbente de mercurio con el mercurio contenido en el gas de chimenea para formar un material que contiene el mercurio absorbido y reducir con ello la concentración de mercurio en el gas de chimenea; hacer reaccionar la cal con los SO2, SO3, y/o HCI contenidos en el gas de chimenea para formar sulfato de calcio y/o cloruro de calcio; y recoger una mezcla que incluye el material que contiene mercurio absorbido. El método de enterramiento del mercurio incluye mezclar la mezcla recogida de cualquiera de las reivindicaciones 6 a 9 con agua para formar un hormigón recién mezclado; y colar el hormigón recién mezclado en un molde.

Description

LAVADO DE GASES DE CHIMENEA Referencia Cruzada a Solicitudes Relacionadas Esta descripción es una continuación en parte de la Solicitud de Patente Estadounidense No. 12/485,561 presentada el 16 de junio de 2009, cuya descripción se incorpora en el presente documento por referencia en su totalidad.

Campo de la Invención La presente invención está dirigida a métodos de uso de composiciones para eliminar uno o más contaminantes ambientales (por ejemplo, mercurio o azufre) de corrientes gaseosas, por ejemplo, chimeneas industriales; conductos de humo, y análogos. Las composiciones, "composiciones de lavado de gases de chimenea", son particularmente útiles para la eliminación del mercurio del gas de chimenea emitido por las centrales de energía eléctrica que queman carbón. La composición de lavado del gas de chimenea comprende un material que absorbe del mercurio y cal que pueden estar a disposición para entrar en contacto con el gas de chimenea secuencialmente o como una mezcla. Un proceso resultante de la o las reacciones de los contaminantes ambientales con el medio de eliminación de mercurio y/o cal puede utilizarse para producir hormigón, o secuestrarse en el mismo.

Antecedentes de la Invención Los contaminantes ambientales contenidos en las emisiones de las centrales de energía eléctrica que queman carbón y/o fueloil constituyen un problema ambiental importante. Las emisiones de materias en partículas (por ejemplo, cenizas volátiles), nitratos, sulfatos, y mercurio están restringidas debido a que estas emisiones pueden producir, por ejemplo, lluvia ácida y efectos neurotóxicos graves. La eliminación de la materia en partícula tiene que tratarse mediante, por ejemplo, la instalación de cámaras de filtros de bolsa, separadores de ciclón, o separadores de ciclón con filtros de cámaras de bolsas en los conductos del gas de chimenea. La eliminación de los nitratos y sulfatos tiene que tratarse mediante la adición de cal (óxidos y/o hidróxidos de calcio) al gas de chimenea y la recogida del producto de reacción de la cal (por ejemplo, CaS04) con la materia en partícula. La eliminación del mercurio puede tratarse por absorción con un material absorbente del mercurio. Lamentablemente, los materiales absorbentes del mercurio y la cal son a menudo químicamente incompatibles y/o el material absorbente del mercurio es fiscalmente incompatible con la recogida y evacuación del material en partículas que se vende a menudo a la industria del hormigón.

El método más común para la reducción de las emisiones de mercurio de las centrales de energía eléctrica que queman carbón y/o fueloil es la inyección de carbono activado en polvo en la corriente del gas de chimenea. El carbono activado es un material de elevada área superficial que proporciona la adsorción del mercurio y la aglomeración del mercurio combinado en las partículas. La desventaja de la adición de carbono activado en la corriente del gas de chimenea es la retención del carbono activado en la corriente residual de cenizas volátiles. Las cenizas volátiles procedentes de las centrales de energía eléctrica que queman carbón se añade a menudo al hormigón, donde la presencia del carbono activado afecta desfavorablemente a la eficiencia, haciendo con ello la inclusión del carbono fiscalmente incompatible con el proceso de lavado del gas de chimenea.

Otro método para la reducción de las emisiones de Hg es mediante la adición de especies químicas que reaccionan con el mercurio para absorber químicamente el Hg elemental y el Hg oxidado. Una clase de materiales capaces de reaccionar químicamente con Hg son los sulfuros metálicos. La Patente Estadounidense No. 6,719,828 propone la preparación de sorbentes estratificados tales como arcillas con sulfuro metálico entre las capas de arcilla. El método utilizado para preparar los sorbentes estratificados está basado en un proceso de intercambio iónico, que limita la selección de los sustratos a solo aquéllos que tienen alta capacidad de intercambio iónico. Adicionalmente, el intercambio iónico propuesto consume mucho tiempo, implicando varias etapas de proceso por vía húmeda que perjudican significativamente la reproducibilidad, la eficiencia, el aumento a escala, los requerimientos de equipo, y el costo del absorbente. El proceso de fabricación de un sorbente, de acuerdo con la doctrina de la Patente Estadounidense No. 6,719,828, implica hinchamiento de una arcilla en una solución acidificada, introducción de una solución de sal metálica para intercambiar iones metálicos entre las capas de arcilla, filtración de arcilla resultante del intercambio iónico, redispersión de arcilla en solución, sulfuración de arcilla por adición de una solución de sulfuro, y finalmente filtración y secado del material. Otro inconveniente del proceso dado a conocer en la Patente Estadounidense No. 6,719,828 es el riesgo ambiental de los subproductos del proceso de intercambio iónico, es decir, las soluciones residuales de iones metálicos y el sulfuro de hidrógeno generado.

La Patente Estadounidense No. 7,578,869 propone la preparación de composiciones sulfuro metálico/arcilla bentonita para la eliminación del mercurio de las corrientes de gas de chimenea. La solicitud expone dos métodos, un proceso de "humedad incipiente" y un proceso de trituración reactiva en estado sólido, para preparar las composiciones. Los procesos son similares en que una sal de cobre se mezcla con una arcilla bentonita y se añade luego una sal sulfuro. Los procesos difieren en el método de la adición de la sal sulfuro. En el primer método, la sal sulfuro se añade mediante un procedimiento de "humedad incipiente", donde la sal sulfuro se disuelve en agua y se añade a la mezcla cobre/arcilla como una solución acuosa; en el segundo método, la sal sulfuro se añade mediante un proceso de "trituración reactiva en estado sólido" donde el hidrato de la sal sulfuro se tritura con la mezcla hidratada cobre/arcilla. La patente expone adicionalmente que los métodos de humedad incipiente y trituración en estado sólido difieren del método "húmedo" de la Patente Estadounidense No. 6,719,828 porque no existe intercambio iónico alguno del ion cobre por los iones catiónicos intercambiables de la arcilla bentonita.

La naturaleza compuesta de los materiales producidos en la patente se ve respaldada por espectros de difracción de rayos X en polvo que proporcionan evidencia de la formación de covelita (CuS), el mismo sulfuro de cobre preparado en la Patente Estadounidense No. 6,719,828.

Si bien la Patente Estadounidense No. 7,578,869 no reivindica el intercambio iónico, las sales de cobre y las arcillas bentonitas intercambian iones rápida y fácilmente para producir composiciones cobre/arcilla muy estables. Ver por ejemplo, Ding, Z. y R.L. Frost, "Thermal study of copper adsorption on montmorillonites". Thermochimica Acta, 2004, 416, 11-16. El análisis analítico de estas composiciones confirma a la vez el intercambio iónico entre capas (intercalación) y la adsorción en los bordes de la sal de cobre. Ver por ejemplo, El-Bátouti y colaboradores, "Kinetics and thermodynamics studies of copper exchange on Na-montmorillonite clay mineral" J. Colloid and Interface Sci. 2003, 259, 223-227.

La desventaja de estos materiales absorbentes del mercurio basados en cobre es que, como se sabe, estos materiales reaccionan con la cal, por ejemplo, produciendo cobre metálico y materiales sulfurados de calcio. Ver por ejemplo, Habashi y colaboradores, Metallurgical Transactions, 1973 4, 1865. Estos productos de reacción son insatisfactorios en la absorción de mercurio del gas de chimenea. Por tanto, el uso de los materiales absorbentes del mercurio basados en cobre se ha separado físicamente del uso de la cal en el proceso de lavado de los gases de chimenea.

Existe todavía una necesidad creciente de proporcionar sorbentes de control de la contaminación mejorados y métodos de su fabricación, y es deseable proporcionar sorbentes de mercurio que sean compatibles con la cal.

Breve Descripción de la Invención Se da a conocer en el presente documento una composición de lavado de los gases de chimenea, un método de uso de la composición de lavado de los gases de chimenea, y un método de enterramiento del mercurio recogido del gas de chimenea. La composición de lavado del gas de chimenea incluye una mezcla de un material sorbente de mercurio que comprende una arcilla, cobre y azufre; y cal, que comprende óxido de calcio y/o hidróxido de calcio. El método de recogida del mercurio de un gas de chimenea incluye inyectar la composición de lavado del gas de chimenea en un conducto de humos o conducto de gas de chimenea; hacer reaccionar el material sorbente de mercurio con el mercurio contenido en el gas de chimenea para formar un material que contiene el mercurio absorbido, reduciendo con ello la concentración de mercurio en el gas de chimenea; hacer reaccionar la cal con S02, S03, y/o HCI contenidos en el gas de chimenea para formar sulfato de calcio y/o cloruro de calcio; y recoger una mezcla de subproductos que incluye el material que contiene el mercurio absorbido. El método de enterramiento del mercurio incluye mezclar la mezcla recogida con agua y opcionalmente otros aditivos de hormigón para formar un hormigón recién mezclado; y colar el hormigón recién mezclado en un molde.

Breve Descripción de los Dibujos Figura 1 es un diagrama de proceso para la fabricación de un material sorbente de mercurio por mezcladura con cizalladura; Figura 2 es un dibujo de una estructura de montmorillonita que indica el espaciamiento d(001) que puede determinarse por difracción de rayos X en polvo; Figura 3 es un dibujo compuesto de patrones de difracción de rayos X en polvo para montmorillonita de sodio. Las líneas representan los patrones de difracción en ángulo bajo para la montmorillonita de sodio que contiene desde aproximadamente 0.9% en peso a aproximadamente 24.4% en peso de agua; Figura 4 es un dibujo compuesto de patrones de difracción de rayos X en polvo para un material sorbente de mercurio descrito en el presente documento. Las líneas representan los patrones de difracción en ángulo bajo para el material que contiene desde aproximadamente 0.6% en peso a aproximadamente 22% en peso de agua; y Figura 5 es un dibujo compuesto de los patrones de difracción de rayos X en polvo entre aproximadamente 30 y 352·? para muestras de una montmorillonita de sodio, una montmorillonita de sodio que contiene aproximadamente 4.5% en peso de covelita, y el material sorbente de mercurio descrito en el presente documento, que contiene el equivalente de 4.5% en peso de sulfuro de cobre.

Descripción Detallada de la Invención Se describe en el presente documento un método de lavado de gas de chimenea y una composición que incluye cal, y un material sorbente de mercurio que mantiene la mayor parte de su actividad (absortividad) para el mercurio en presencia de cal. Además, se da a conocer en el presente documento un método para desechar el o los productos de reacción de los contaminantes del gas de chimenea y la composición de lavado del gas de chimenea (por mezcla de productos) en hormigón, que es un método primario de evacuación de las cenizas volátiles. De este modo, la composición, el método y los productos de reacción dados a conocer en el presente documento hacen posible la recogida en una sola etapa de los materiales particulados procedentes de una central de energía eléctrica que quema carbón; la secuestración de estos materiales particulados en hormigón y estructuras de hormigón; y la fabricación de estructuras de hormigón.

Como se utiliza en el presente documento, una composición para lavado de los gases de chimenea incluye una mezcla de un material sorbente de mercurio y cal. Preferiblemente, el material sorbente de mercurio y la cal son sinérgicos. En el presente documento, una interacción sinérgica puede ser un aumento de la absortividad del mercurio en presencia de cal y/o una disminución de la concentración de S02 en el gas de chimenea en presencia del material absorbente de mercurio (comparada con las mismas condiciones en ausencia de cal o del material sorbente de mercurio). Preferiblemente, la composición de lavado del gas de chimenea tiene una absortividad de mercurio que es mayor de aproximadamente 70% de la absortividad de mercurio del material sorbente de mercurio en ausencia de cal. Más preferiblemente, la composición de lavado del gas de chimenea tiene una absortividad de mercurio que es mayor de aproximadamente 100%, incluso con más preferencia mayor de aproximadamente 103%, y con más preferencia todavía mayor de aproximadamente 105% de la absortividad del mercurio del material sorbente de mercurio en ausencia de la cal. Adicionalmente, la concentración de S03 en un filtrado (por ejemplo, después de una filtración en una cámara de bolsas) o gas de escape es menor cuando la cal se añade en presencia del material absorbente del mercurio.

Como se utiliza en el presente documento, "cal" incluye tanto las formas producidas de cal como de caliza; preferiblemente la cal utilizada en las composiciones y métodos descritos en el presente documento es una o más de las formas de cal manufacturadas (por ejemplo, cal viva y cal hidratada). La cal viva es el producto de la calcinación de la caliza y está constituida por los óxidos de calcio y magnesio. En los Estados Unidos de Norteamérica, existen tres formas disponibles comercialmente: cal viva rica en calcio (derivada de caliza que contiene de 0% a 5% de carbonato de magnesio); cal viva magnésica (derivada de caliza que contiene de 5% a 35% de carbonato de magnesio); y cal viva dolomítica (derivada de caliza que contiene de 35% a 46% de carbonato de magnesio). La cal hidratada es un polvo seco producido por el tratamiento de cal viva con agua suficiente para satisfacer su afinidad química para el agua, convirtiendo con ello los óxidos en hidróxidos. Dependiendo del tipo de cal viva utilizado y las condiciones de hidratación usadas, la cantidad de agua en la combinación química varía, por ejemplo: la cal hidratada rica en calcio contiene generalmente de 72% a 74% de óxido de calcio y de 23% a 24% de agua combinada químicamente; la cal hidratada dolomítica (normal) contiene aproximadamente de 46% a 48% de óxido de calcio, de 33% a 34% de óxido de magnesio y de 15% a 17% de agua combinada químicamente; la cal hidratada dolomítica (a presión) contiene aproximadamente de 40% a 42% de óxido de calcio, de 29% a 30% de óxido de magnesio y de 25% a 27% de agua combinada químicamente.

De acuerdo con un aspecto de los métodos y materiales dados a conocer en el presente documento, el material sorbente de mercurio incluye un material de silicato arcilloso, cobre y azufre. Preferiblemente de preferencia, el material sorbente de mercurio está constituido por un material de silicato arcilloso, un compuesto de cobre reactivo y un compuesto de azufre reactivo.

El silicato arcilloso (filosilicato) puede ser una arcilla esméctica, por ejemplo, bentonita, montmorillonita, hectorita, beidellita, saponita, nontronita, volkonskoíta, sauconita, estevensita, y/o un derivado de esmectita sintético, particularmente fluorohectorita y laponita; una arcilla estratificada mixta, particularmente rectonita y sus derivados sintéticos: vermiculita, illita, minerales micáceos, y sus derivados sintéticos, polisilicatos cristalinos hidratados estratificados, particularmente makatita, kanemita, octasilicato (illierita), magadiíta y/o keniaíta; attapulgita, paligorskita, sepiolita; o cualquier combinación de los mismos. El material de arcilla debería tener cationes intercambiables. Preferiblemente, el material de silicato arcilloso es una montmorillonita con iones calcio y/o sodio predominantemente intercambiables (que contienen cationes calcio y/o sodio intercambiables en un porcentaje mayor que cualquier otro catión intercambiable).

El compuesto de cobre reactivo es un material que contiene cobre que reacciona con el azufre y/o los iones sulfuro. Los compuestos de cobre reactivo proporcionan una fuente de cobre para los métodos y materiales descritos en el presente documento. La fuente de cobre es preferiblemente un material seco. Una fuente de cobre seco se define en el presente documento como un compuesto de cobre reactivo que se encuentra en una forma pulverizada, de escamas, o cristalina que no contiene agua que exceda de cualquier agua de hidratación contenida en la estructura cristalina del compuesto de cobre sólido. Algunos ejemplos no limitantes de compuestos de cobre que proporcionan una fuente de cobre incluyen las formas anhidras e hidratadas de acetato de cobre, acetilacetonato de cobre, bromuro de cobre, carbonato de cobre, cloruro de cobre, cromato de cobre, etilhexanoato de cobre, formiato de cobre, gluconato de cobre, hidróxido de cobre, yoduro de cobre, molibdato de cobre, nitrato de cobre, óxido de cobre, perclorato de cobre, pirofosfato de cobre, seleniuro de cobre, sulfato de cobre, telururo de cobre, tetrafluoroborato de cobre, tiocianato de cobre, triflato de cobre, cobre metálico, aleaciones de cobre, y mezclas de los mismos. Preferiblemente, la fuente de cobre es una sal de Cu(ll) que tiene un catión de cobre y un anión de sal de cobre, más preferiblemente la fuente de cobre es una sal de Cu(ll) donde el apareamiento del anión de la sal de cobre con un ion sodio es entálpicamente preferible al apareamiento con el catión cobre, siendo todavía más preferible que la fuente de cobre sea una sal de Cu(ll) donde el apareamiento del anión de la sal de cobre con un catión calcio es entálpicamente preferible ai apareamiento con el catión cobre, siendo todavía más preferiblemente la fuente de cobre sulfato de cobre.

El compuesto de azufre reactivo es un material que contiene azufre que reacciona con el cobre y/o los iones cobre y proporciona un átomo de azufre o polisulfuro. Los compuestos de azufre reactivo proporcionan una fuente de azufre para los métodos y materiales que se dan a conocer en el presente documento. La fuente de azufre es preferiblemente un material seco. Una fuente de azufre seca se define en el presente documento como un compuesto de azufre reactivo que se encuentra en una forma pulverizada, en escamas, cristalina, o gaseosa y no contiene agua que exceda de cualquier agua de hidratación incluida en la estructura cristalina de una fuente de azufre sólida. Algunos ejemplos no limitantes de compuestos de azufre que proporcionan una fuente de azufre incluyen las formas anhidra e hidratada de sulfuro de sodio, disulfuro de sodio, polisulfuro de sodio, sulfuro de amonio, disulfuro de amonio, polisulfuro de amonio, sulfuro de potasio, disulfuro de potasio, polisulfuro de potasio, polisulfuro de calcio, y mezclas de los mismos. Algunos ejemplos no limitantes de compuestos de azufre que proporcionan una fuente de azufre incluyen las formas anhidras de azufre, sulfuro de hidrógeno, disulfuro de hidrógeno, sulfuro de aluminio, sulfuro de magnesio, ácido tiolacético, ácido tiobenzoico, y mezclas de los mismos. Preferiblemente, la fuente de azufre es una sal sulfuro o polisulfuro, siendo más preferiblemente la fuente de sulfuro una sal sulfuro, y siendo aún más preferiblemente la fuente de sulfuro un sulfuro de sodio, seleccionándose todavía más preferiblemente la fuente de sulfuro de Na2S, Na2S-3H20, y Na2S-9H20, y siendo aún más preferiblemente la fuente de sulfuro Na2S-3H20.

Otro aspecto importante de los métodos y materiales descritos en el presente documento es la ausencia de reacción química átomo de cobre-átomo de azufre antes de la cizalladura de los compuestos reactivos. Un medio para evitar la reactividad cobre+azufre antes de la cizalladura de los compuestos es por dilución de la fuente de cobre y la fuente de azufre con el material de arcilla. Un experto en la técnica reconocería que las velocidades de reacción dependen de la concentración, y que la reacción de la fuente de cobre y la fuente de azufre podría tener una dependencia análoga. Además, la reacción de la fuente de cobre y la fuente de sulfuro es inhibida por ausencia de agua libre. La adición de agua y la posible formación de soluciones de cobre y/o soluciones de sulfuro podrían mejorar notablemente las velocidades de reacción entre la fuente de cobre y ía fuente de sulfuro. En el presente documento, cualquier reacción en estado sólido sería dependiente de la movilidad de los iones y el área superficial expuesta de la fuente de cobre y la fuente de sulfuro, y por consiguiente esta reacción en estado sólido sería muy lenta.

Preferiblemente, la fuente de cobre se mezcla con el material de arcilla antes de la adición de esta mezcla cobre/arcilla a un aparato de cizalladura mecánica, como se describe más adelante. Análogamente, la fuente de azufre se mezcla preferiblemente con el material de arcilla antes de la adición de esta mezcla azufre/arcilla a un aparato de cizalladura mecánica. Opcionalmente, la mezcla cobre/arcilla y la mezcla azufre/arcilla pueden mezclarse para formar una mezcla previa de sorbentes de mercurio antes de la adición de la mezcla previa de sorbentes de mercurio a un aparato de cizalladura mecánica. Otro método adicional de proporcionar los materiales a un aparato de cizalladura mecánica es por mezcladura del material de arcilla con la fuente de cobre y la fuente de azufre (añadiéndose opcionalmente en primer lugar la fuente de cobre a los materiales de arcilla, y añadiéndose luego la fuente de azufre de la mezcla previa de sorbente de mercurio o cualquier variación en el orden de la misma). Un experto apreciaría que el orden de adición podría variar dependiendo de las fuentes específicas (compuesto reactivo). Como alternativa, las mezclas cobre/arcilla y azufre/arcilla pueden añadirse independientemente a un aparato de cizalladura mecánica. La adición de materiales secos simples o múltiples a un aparato de cizalladura mecánica puede estar de cualquier manera disponible para un experto en la técnica.

En una modalidad, la mezcla cobre/arcilla y la mezcla azufre/arcilla se producen y se mezclan en un solo proceso donde la fuente de cobre y la fuente de azufre se añaden al material de arcilla. La mezcla se agita luego para distribuir la fuente de cobre y la fuente de azufre homogéneamente en todo el material de arcilla con un mezclador no cizallamiento para formar una mezcla previa de sorbentes de mercurio. Un ejemplo de un mezclador no cizallamiento es un mezclador del tipo de paletas.

Las masas de fuente de cobre añadida a fuente de sulfuro añadida se ajustan para proporcionar las relaciones molares preferidas de ion cobre e ion sulfuro, que se entiende son una medida de los átomos de cobre y átomos de azufre. Por ejemplo, cuando la fuente de sulfuro es un polisulfuro, la relación de ion cobre a ion sulfuro representa la relación molar de átomos (iones) de cobre a átomos de azufre; teniendo los últimos la fórmula Sx2", donde x es mayor de 1. La relación de ion cobre a ion sulfuro está comprendida en el intervalo de aproximadamente 0.1 a aproximadamente 10. Preferiblemente, la relación (Cu:S) es aproximadamente 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.7, 0.9, 1, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.7, 1.8, 1.9, 2.0, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7, 2.8, 2.9 o 3.0. Cuando la fuente de sulfuro es un polisulfuro, la relación es generalmente menor de 1. En una! modalidad preferible, la relación de ion cobre a ion sulfuro es menor de aproximadamente 1, más preferiblemente menor de aproximadamente 0.5; en otra modalidad preferible, la relación es mayor de aproximadamente 1, más preferiblemente mayor de aproximadamente 2.

La fuente de cobre se añade al material de arcilla en una relación en peso coherente aproximadamente con la capacidad de intercambio catiónico de la arcilla. La capacidad de intercambio catiónico es una medida de los equivalentes molares de cationes intercambiables de arcilla (determinados tomando como base un catión monovalente intercambiable) por 100 g de arcilla (por ejemplo, las arcillas montmorillonita pueden tener capacidades de intercambio catiónico comprendidas en un intervalo de aproximadamente 70 a aproximadamente 100 miliequivalentes (meq) por cada 100 g). Preferiblemente, la adición de la fuente de cobre al material de arcilla es tal que se añaden aproximadamente de 10 a aproximadamente 300 meq de catión cobre para aproximadamente 100 g de arcilla, de modo más preferible aproximadamente de 20 a aproximadamente 200 meq de Cu para aproximadamente 100 g de arcilla, y de modo todavía más preferible aproximadamente de 50 a aproximadamente 150 meq Cu para aproximadamente 100 g de arcilla.

Otro aspecto adicional importante de los materiales y métodos presentados en el presente documento es la cizalladura de la mezcla previa absorbente de mercurio. Como métodos mecánicos de cizalladura se pueden usar extrusores, máquinas de moldeo por inyección, mezcladores de tipo . Banbury®, mezcladores de tipo Brabender®, mezcladores de husillos, y análogos. La cizalladura puede lograrse también por introducción de una mezcla cobre/arcilla y una mezcla azufre/arcilla en un extremo de una extrusora (de tornillo simple o doble) y recogida del material cizallado en el otro extremo de la extrusora. La temperatura de los materiales que entran en la extrusora, la temperatura de la extrusora, la concentración de los materiales añadidos a la extrusora, la cantidad de agua añadida a la extrusora, la longitud de la extrusora, el tiempo de residencia de los materiales en la extrusora, y el diseño de la extrusora (de un solo tornillo, de tornillos gemelos, número de vuelos por unidad de longitud, profundidad del canal, distancia entre vuelos, zona de mezcladura, etcétera) son diversas variables que controlan el grado de cizalladura aplicado a los materiales.

Preferiblemente, se añade agua a la unidad de cizalladura mecánica para facilitar la cizalladura de la mezcla previa de sorbentes de mercurio así como las reacciones del cobre con la arcilla (intercambio iónico) y el cobre con el azufre. Debido a la variabilidad en el diseño de la mayoría de las unidades de cizalladura mecánica, por ejemplo, la capacidad de alimentación, la cantidad de agua añadida a la unidad se define preferiblemente por el porcentaje en peso de agua en el material cizallado. Preferiblemente, el material sorbente de mercurio, ¡después de salir de la unidad de cizalladura mecánica, comprende aproximadamente de 15% en peso a aproximadamente 40% en peso de agua, de modo más preferible aproximadamente de 20% en peso a aproximadamente 30% en peso de agua, y de modo aún más preferible aproximadamente de 23% en peso a aproximadamente 28% en peso de agua.

Un método para determinar la estructura y composición de los materiales dados a conocer en el presente documento es por difracción de rayos X en polvo (XRD en polvo). Los patrones de XRD en polvo de los materiales de arcilla se caracterizan por un pico ancho en ángulo bajo que corresponde al espaciamiento entre las capas de silicato. Ver Figura 2. Para determinar el contenido de humedad de las arcillas hinchables por el agua se utiliza a menudo el ángulo donde el máximo de pico de este pico en ángulo bajo decrece con el espaciamiento creciente entre capas, ver Figura 3, en donde el máximo de pico disminuye con el aumento de agua adsorbida en el espacio entre capas. Por ejemplo, un ángulo de difracción dos theta (2T) de aproximadamente 7o en una arcilla montmorillonita de sodio corresponde a un espaciamiento entre capas d(001) de aproximadamente 12 A y un ángulo 2T de aproximadamente 9o corresponde a un espaciamiento entre capas d(001) de aproximadamente 9 Á, próximo al espesor de las laminillas de arcilla. Los cambios en el espaciamiento entre capas d(001) para arcillas montmorillonita y muestras de arcilla con ion cobre añadido fue investigado concienzudamente por Burba y McAtee en "The Orientation and Interaction of Ethylenediamine Copper (II) with Montmorillonite" Clays and Clay Minerals, 1977, 25, 113-118. En tal trabajo, se consignaba la intercalación y la fijación de multilaminillas de iones cobre y el espaciamiento medio entre capas d(001) para muestras montmorillonita de Cu(ll) era aproximadamente 12.5 A. Los materiales estratificados sulfuro de cobre//silicato//sulfuro de cobre dados a conocer en la Patente Estadounidense No. 6,719,828 tendrían un espaciamiento entre capas d(001) significativamente mayor de 12.5 A debido al espesor añadido de las capas de sulfuro de cobre. Los materiales de sulfuro de cobre depositados en la superficie descritos en la Patente Estadounidense No. 11/291,091 exhibirían el mismo espaciamiento entre capas d(001) que la montmorillonita original (por ejemplo, Figura 3) debido a que, como se ha expuesto, el sulfuro de cobre contenido en ellos se deposita únicamente en la superficie de la arcilla. En el presente documento, se encontró que los métodos y materiales tienen espaciamientos entre capas d(001) menores de aproximadamente 12 A cuando el contenido de humedad de los materiales era menor de 4% en peso. Ver por ejemplo, Figura 4, que indica que los materiales y métodos descritos en el presente documento no se ajustan a las estructuras dadas a conocer en la técnica anterior.

Además, los materiales sorbentes de mercurio dados a conocer en el presente documento están sustancialmente exentos de covelita, el mineral de sulfuro de cobre dado a conocer en la Solicitud de Patente Estadounidense No. 11/291,091. La covelita es el producto cinético de los iones cobre(ll) con los iones sulfuro (S2 ), y tienen la fórmula CuS. El patrón XRD en polvo de la covelita contiene al menos cuatro reflexiones de identificación; tres de estas reflexiones se solapan con reflexiones en los materiales de arcilla montmorillonita. La reflexión a 2.73 ± 0.01 Á (donde la variabilidad en la localización de la reflexión depende en parte de la exactitud del difractómetro) es característica del material covelita y puede observarse en muestras con predominio de arcilla. Figura 5 muestra tres patrones XRD en polvo en el intervalo de 30° a 35° 2 T. El patrón XRD para arcilla exenta de sulfuro de cobre se muestra en la parte inferior; el patrón XRD para arcilla que contiene 4.5% en peso de covelita se muestra en la parte media; el patrón XRD para un material de arcilla dado a conocer en el presente documento que contiene el equivalente de 4.5% en peso de sulfuro de cobre se muestra en la parte superior. La reflexión de la covelita a 2.73 A se marcó como una línea de trazos vertical. Como se indica claramente por el patrón XRD en polvo, el material dado a conocer en el presente documento está sustancialmente exento del pico de difracción a 2.73 ± 0.01 Á.

Otro aspecto adicional importante de los materiales y métodos dados a conocer en el presente documento son los valores de potencial zeta (?) para los materiales so.rbe.ntes de mercurio, que son mayores (menos negativos) que los valores de potencial ? para los materiales de arcilla utilizados para fabricar los materiales sorbentes de mercurio. La carga superficial en una micropartícula , por ejemplo, una arcilla, puede determinarse a menudo por una medida del potencial ? y/o la movilidad electroforética . Las estructuras de las arcillas aplicables en el presente documento están compuestas en parte por estructuras silicio-oxígeno (silicato) como las descritas por Bragg y colaboradores en Crystal Structures of Minerals. págs. 166-382 (Cornell University Press, 1965), y se incorporan en el presente documento para las estructuras y fórmulas de los materiales de silicato. La porción silicato de una arcilla tiene a menudo una carga aniónica que está contrarrestada en ei material por la inclusión de cationes de metal alcalino y/o alcalinotérreo. La suspensión de estos materiales y la medida de su potencial ? proporciona un medio para evaluar el apareamiento iónico (cationes a silicato) en el material de arcilla. Cuanto menor (más negativo) es el potencial ? tanto mayor es el porcentaje de interacciones iónicas débiles entre los cationes y el silicato. Los potenciales ? mayores (menos negativos) indican interacciones iónicas más fuertes o interacciones covalentes entre los cationes y el silicato. La mezcla de materiales neutros con el material de arcilla no debería esperarse que cambiara el potencial ? del material de arcilla. El intercambio iónico de los cationes de metal alcalino y/o alcalinotérreo del material de arcilla podría esperarse que cambiara el potencial ? si el ion intercambiado tiene una energía de fijación diferente con el silicato.

Otro aspecto importante adicional de los materiales y métodos dados a conocer en el presente documento es el diámetro de las partículas materiales que puede ser atrapado por los colectores de partículas en las centrales de energía eléctrica que queman carbón. Preferiblemente, los diámetros medios de partícula son mayores de 0.1 µ? , todavía más preferiblemente mayores de 1 µ?t?. El diámetro medio de partícula preferido de los materiales sorbentes de mercurio descritos en el presente documento, para la sorción del mercurio en los gases de chimenea, depende de los colectores de partículas en las centrales de energía eléctrica individuales. Algunos ejemplos de colectores de partículas incluyen filtros de tela en cámaras de bolsas, precipitadores electrostáticos y colectores de ciclón. Por regla general y como es bien conocido en la técnica, las partículas mayores son más fáciles de eliminar de los gases de chimenea. Preferiblemente, la mayoría de las partículas tienen un diámetro comprendido en el intervalo que va desde aproximadamente 1 a aproximadamente 100 pm, de modo más preferible en el intervalo de aproximadamente 1 a aproximadamente 50 µ??, y de modo muy preferible aproximadamente de 10 a aproximadamente 25 micrómetros.

El proceso para el uso de las composiciones de lavado del gas de chimenea dadas a conocer en el presente documento incluye inyectar la composición de lavado del gas de chimenea en un conducto de humos que comprende el gas de chimenea; hacer reaccionar el material sorbente de mercurio con el mercurio contenido en el gas de chimenea por contacto, para formar un material que contiene mercurio absorbido y reducir con ello la concentración de mercurio en el gas de chimenea; hacer reaccionar la cal con S02, S03, y/o HCI en el gas de chimenea para formar sulfato de calcio y/o cloruro de calcio; y recoger una mezcla de subproductos que incluye el material que contiene mercurio absorbido, opcionalmente el sulfato de calcio y/o cloruro de calcio, y opcionalmente material absorbente de mercurio que no ha reaccionado y/o cal. Opcionalmente, el método puede incluir inyectar por separado el material sorbente de mercurio en el conducto de humos mientras se inyecta la cal en el conducto de humos en un punto donde la cal y el material sorbente de mercurio se mezclan en el conducto de humos, con lo cual se forma la composición de lavado del gas de chimenea dada a conocer en el presente documento. De manera alternativa, el material sorbente de mercurio y la cal pueden inyectarse como una mezcla en el conducto de humos.

El material sorbente de mercurio puede añadirse al gas de chimenea para proporcionar una concentración de inyección por regla general menor de aproximadamente 30 Ib/MMacf (libras por millón de pies cúbicos reales de gas de chimenea)(13.6 kg/MMacf). En una modalidad, la concentración de inyección está comprendida en un intervalo de aproximadamente 0.1 a aproximadamente 20 Ib/MMacf (0.045 a 9.08 kg/MMacf), o en un intervalo de aproximadamente 0.5 a aproximadamente 15 Ib/MMacf (0.23 a 6.81 kg/MMacf), o en un intervalo de aproximadamente 1 a aproximadamente 10 Ib/MMacf (0.45 a 4.54 kg/MMacf). La concentración de inyección para cada caldera individual puede estar determinada, por ejemplo, por el tipo de combustible utilizado, el contenido de mercurio en el combustible, el contenido de mercurio en el gas de chimenea, y/o las regulaciones y permisos ambientales, para la caldera o el operador de la caldera. Dado que la concentración de mercurio en el combustible puede cambiar durante la vida de la caldera, la concentración de inyección puede variar basándose en tal concentración de mercurio. Análogamente, la concentración de inyección puede cambiar basándose en cualquiera de los factores que se pueden utilizar para determinar la concentración de inyección. La concentración de inyección puede ser menor de aproximadamente 50 Ib/MMacf (22.7 kg/M acf) , menor de aproximadamente 40 Ib/MMacf (18.2 kg/MMacf), menor de aproximadamente 30 Ib/MMacf (13.6 kg/MMacf), menor de aproximadamente 20 Ib/MMacf (9.1 kg/MMacf), menor de aproximadamente 15 Ib/MMacf (6.8 kg/MMacf), menor de aproximadamente 10 Ib/MMacf (4.5 kg/MMacf) o menor de aproximadamente 5 Ib/MMacf (2.3 kg/MMacf).

El proceso puede incluir lavado por vía seca o lavado por vía húmeda del gas de chimenea con la cal. En el lavado por vía seca, se inyecta directamente la cal en el gas de chimenea para eliminar S02 y HCI. Existen dos procesos de vía seca principales: sistemas "de inyección seca" que inyectan cal hidratada seca en el conducto de gas de chimenea, y "secadores de pulverización" que inyectan un lodo de cal atomizado en una vasija separada.

La tasa de inyección de la cal en el conducto de humos (y por consiguiente en el gas de chimenea) es por regla general menor de aproximadamente 10,000 Ib/hora (4.540 kg/hora). En una modalidad, la tasa de inyección está comprendida en un intervalo de aproximadamente 1 a aproximadamente 5,000 Ib/hora (aprox. 0.45 a aprox. 2.270 kg/hora), o aproximadamente 2 a aproximadamente 1,000 Ib/hora (aprox. 0.91 a aprox. 454 kg/hora), o aproximadamente 5 a aproximadamente 500 Ib/hora (aprox. 2.27 a aprox. 227 kg/hora). La tasa de inyección de la cal en cada conducto de humos individual puede estar determinada, por ejemplo, por el tipo de combustible utilizado, el contenido de contaminantes en el combustible, el contenido de contaminantes en el gas de chimenea, y/o las regulaciones y permisos ambientales para la caldera o el operador de la caldera. Dado que la concentración de contaminantes en el combustible y/o el gas de chimenea pueden cambiar durante la vida de la caldera, la tasa de inyección puede variar basándose en tal concentración (por ejemplo, oscilando desde carbón rico en azufré a carbón pobre en azufre). Análogamente, la tasa de inyección puede cambiar basándose en cualquiera de los factores qiue pueden utilizarse para determinar la concentración de inyección. La tasa de inyección puede ser menor de aproximadamente 10,000; 9,000; 8,000; 7,000; 6,000; 5,000; 4,000; 3,000; 2,000; 1,000; 750; 500 o 250 Ib/hora (4.540; 4.086; 3.632; 3.178; 2.724; 2.270; 1.816; 1.362; 908; 454; 340.5; 227 o 113.5 kg/hora, respectivamente).

El material sorbente de mercurio y la cal pueden mezclarse antes de la inyección en el conducto de humos, mezclarse en paralelo con la inyección en el conducto de humos o pueden mezclarse dentro del conducto de humos. Una composición para lavado de los gases de chimenea que está constituida esencialmente por el material sorbente de mercurio y la cal puede producirse por la mezcla de los dos componentes. Las cantidades del material sorbente de mercurio y la cal en la composición de lavado del gas de chimenea están determinadas por la concentración de inyección deseada y/o predeterminada del material sorbente de mercurio y la tasa de inyección de cal.

Un secador de pulverización está conformado típicamente como un silo con una parte superior cilindrica y un fondo cónico. El gas de chimenea caliente entra por la parte superior. El lodo de cal se pulveriza por medio de un atomizador (por ejemplo, toberas) en el cilindro cerca de la parte superior, donde el mismo absorbe S02 y HCI. El agua contenida en el lodo de cal es evaporada luego por el gas caliente. El gas de chimenea lavado fluye desde el fondo de la sección cilindrica mediante un conducto horizontal. Una porción de la cal seca sin reaccionar y sus productos de reacción caen al fondo del cono y se retiran. El gas de chimenea fluye luego a un dispositivo de control de partículas (por ejemplo, una cámara de bolsas) para eliminar el resto de la cal y los productos de reacción.

Tanto los secadores de inyección seca como los secadores de pulverización proporcionan un producto final seco, que se recoge en dispositivos de control de partículas. En las centrales de producción de electricidad, se utiliza el lavado seco fundamentalmente para combustibles pobres en azufre. En las centrales municipales de recuperación de energía de los residuos, se utiliza el lavado seco para la eliminación de S02 y HCI. El lavado seco se utiliza en otras instalaciones industriales para el control de HCI. Los métodos de lavado seco han mejorado notablemente en los últimos años, dando como resultado eficiencias de eliminación excelentes.

En el lavado con cal húmeda, se añade la cal a agua y el lodo resultante se pulveriza en un lavador de gases de chimenea. En un sistema típico, el gas a purificar entra por el fondo de una torre semejante a un cilindro y fluye en dirección ascendente a través de una ducha de lodo de cal. El dióxido de azufre se absorbe en la pulverización y se precipita luego como sulfito de calcio húmedo. El lavado húmedo trata combustibles ricos en azufre y algunos combustibles pobres en azufre en el caso de que se requiera alta eficiencia de eliminación del dióxido de azufre. El lavado húmedo utiliza fundamentalmente cal enriquecida en magnesio (que contiene 3 - 8% de óxido de magnesio) dado que la misma proporciona alcalinidad alta para aumentar la capacidad de eliminación de S02 y reducir el potencial de formación de incrustaciones.

La mezcla de subproductos recogida puede incluir el material que contiene el mercurio absorbido y un material seleccionado del grupo constituido por material sorbente de mercurio sin reaccionar, cal sin reaccionar, cenizas volátiles, y una mezcla de los mismos. Preferiblemente, la mezcla de subproductos recogida incluye el material que contiene el mercurio absorbido, los productos de la reacción de la cal con el gas de chimenea (por ejemplo, sulfato/sulfito de calcio) y cenizas volátiles.

La mezcla de subproductos recogida se utiliza preferiblemente para formar hormigón. Por ejemplo, la mezcla de subproductos recogida puede mezclarse con agua para formar un hormigón recién mezclado. Preferiblemente, la mezcla de subproductos recogida se mezcla, por ejemplo, con cemento Portland y con agua para formar hormigón recién mezclado. El hormigón recién mezclado puede curarse luego para formar un hormigón endurecido. Dado que la mezcla de subproductos recogida puede incluir los materiales que contienen el mercurio absorbido y al menos un material seleccionado del grupo constituido por un material sorbente de mercurio sin reaccionar, cal sin reaccionar, sulfato de calcio, cloruro de calcio, cenizas volátiles, y una mezcla de los mismos, el hormigón puede incluir estos materiales.

Un aspecto importante de los materiales y métodos descritos en el presente documento, especialmente cuando se utilizan en el proceso de fabricación de hormigón, es la fijación irreversible de mercurio procedente de la corriente del gas de chimenea a los materiales sorbentes de mercurio descritos en el presente documento. En este contexto, fijación irreversible significa que el mercurio secuestrado no es lixiviado del material sorbente de mercurio por el agua o por solventes que están constituidos fundamentalmente por agua.

Si bien las cenizas volátiles que contienen carbono activado pueden ser perjudiciales para la formación y estabilidad del hormigón, la composición de lavado del gas de chimenea del presente documento y el material que contiene el mercurio absorbido son preferiblemente no perjudiciales para la formación y/o estabilidad del hormigón. Preferiblemente, el material sorbente de mercurio no aumenta la cantidad de agente de arrastre de aire (AEA) necesaria para la formación del hormigón, una medida de la cual es el valor del ensayo índice de Espuma. Más preferiblemente, el material sorbente de mercurio no se absorbe ni reacciona con el AEA, y más preferiblemente el material sorbente de mercurio contribuye al AEA para formación de bolsas estables de 10 a 250 pm en el hormigón acabado. Además, el mercurio absorbido (secuestrado) no es lixiviado preferiblemente del material sorbente de mercurio durante o después del proceso de formación del hormigón. Adicionalmente, la inclusión del material sorbente de mercurio inhibe preferiblemente la degradación del hormigón. Algunos métodos de inhibición de la degradación del hormigón incluyen la limitación y/o prevención de la reacción con los silicatos alcalinos, carbonatación , ataque de los sulfatos, lixiviación, y/o deterioro estructural por los ciclos helada/deshielo. Sin quedar ligados a ninguna teoría particular, los materiales descritos en el presente documento inhiben preferiblemente la degradación del hormigón mediante la adsorción de agua y la expansión limitada, mejorando con ello los ciclos helada/deshielo del hormigón y/o mediante la prevención de la lixiviación iónica. Una ventaja adicional de los materiales descritos en el presente documento es la semejanza en la estructura a granel con el cemento, y los materiales silicato-aluminato, respaldando preferiblemente la fijación química del material sorbente de mercurio en el hormigón preparado.

Los sorbentes de mercurio pueden probarse y evaluarse con respecto a su eficiencia en diferentes condiciones: Un ensayo en escala de banco de laboratorio utiliza nitrógeno, aire o gas de chimenea simulado, y típicamente el que absorbe está dispuesto en un lecho fijo. El gas de chimenea simulado tiene una composición de S02, NOx, HCI, C02, 02, H20 y Hg° a temperatura elevada. El gas se hace pasar a través del lecho sorbente a cierta tasa de flujo. El efluente gaseoso es analizado respecto a su concentración de mercurio por un analizador de mercurio. El ensayo se deja transcurrir hasta que se ha alcanzado el equilibrio de absorción. Tanto la eficacia de eliminación de mercurio como la capacidad de sorción se deducen al final del ensayo. Los factores que tienen influencia sobre los resultados son: temperatura, estado de oxidación del mercurio y composición del gas de chimenea. El ensayo en escala de banco es una vía muy económica para el cribado de sorbentes.

Un ensayo en escala piloto es muy eficaz para estudiar la eficiencia de los sorbentes en condiciones próximas a las condiciones industriales verdaderas. La unidad de ensayo está dispuesta normalmente para un ensayo "en vuelo". El gas de chimenea simulado o un gas de chimenea de corriente derivada pueden extraerse de una instalación industrial, tal como un ESP (precipitador electrostático) de una central de energía eléctrica, o puede utilizarse una unidad de filtros de tela para alojar el que absorbe. El que absorbe se inyecta en el sistema de ensayo y la concentración de mercurio se monitoriza respecto al cambio de concentración de mercurio. El tiempo de contacto entre el sorbente y el gas de chimenea precisa ser únicamente de unos pocos segundos.

Por último, puede disponerse un ensayo en la planta de energía a plena escala. El diseño y la selección de los sistemas de inyección y la medida rápida y exacta de la concentración de mercurio son factores importantes durante el periodo de evaluación.

Ejemplos Los ejemplos siguientes se proporcionan para ilustrar la invención, pero no deben considerarse como limitantes del alcance de la misma.

Ejemplo 1 En el tazón de un mezclador de pie KITCHENAID, se mezclaron durante 5 minutos 368.5 g de bentonita de sodio (85% menor que la malla 325), 16.5 g de cloruro de sodio (United Salt Corporation, menor que la malla 20), 57.0 de sulfato de cobre pentahidratado (Oíd Bridge Chemicals, Inc., menor que la malla 40), y 31.0 g de sulfato de sodio tri-hidratado (Chem One Ltd.). Se añadieron luego a la mezcla 74.0 g de agua desionizada y se agitó la mezcla durante 5 minutos. Se extrudió luego tres veces la mezcla del sorbente de mercurio utilizando un extrusor a escala de laboratorio con una placa matriz. Los extrudados se secaron luego en un horno a 100°C. Los extrudados se secaron, se trituraron y se recogieron las partículas resultantes que pasaban a través de un tamiz de malla 325. El contenido final de humedad de esta muestra era aproximadamente 2% en peso.

Ejemplo 2 En el tazón de un mezclador de pie KITCHENAID se mezclaron durante 5 minutos 232.0 g de bentonita de sodio, 26.4 g de cloruro de sodio, 91.2 g de sulfato de cobre pentahidratado y 49.6 g de sulfato de sodio trihidratado. Se añadieron luego a la mezcla 52.4 g de agua desionizada y se agitó la mezcla durante 5 minutos. La mezcla del sorbente de mercurio se extrudió luego tres veces utilizando un extrusor a escala de laboratorio con una placa matriz. Los extrudados se secaron luego en un horno a 70°C. Los extrudados secos se trituraron y las partículas resultantes que pasaban a través de un tamiz de malla 325 se recogieron. El contenido final de humedad de esta muestra era aproximadamente 3.5% en peso.

Ejemplo 3 Se preparó una mezcla del sorbente de mercurio por mezcla de 2.060 Ib (934.4 kg) de bentonita de sodio, 92.2 Ib (41.8 kg) de cloruro de sodio, 318.6 Ib (144.5 kg) de sulfato de cobre pentahidratado, 173.3 Ib (78.6 kg) de sulfato de sodio trihidratado en el tazón de un mezclador de paletas. La mezcla se combinó durante 20 minutos y se alimentó luego a un procesador continuo READCO de 5 pulgadas (12.7 cm) (de Readco Manufacturing Inc.) a una tasa de alimentación de aproximadamente 900 Ib/hora (408.2 kg/hora). A medida que se alimentaba la mezcla del sorbente de mercurio al procesador, se introducía en agua en el procesador a través de un orificio de inyección de líquido (separado del orificio de alimentación de mezcla seca) a aproximadamente 0.35 galones/minuto (1.3 litros/minuto). El extrudado se secó a aproximadamente 100°C y se! trituró para reducir el tamaño de partícula. Se detectó que los materiales sorbentes de mercurio tenían un tamaño medio de partícula de aproximadamente 5 a aproximadamente 25 pm y un contenido de humedad inferior a 10% en peso.

Ejemplo 4 Se preparó una mezcla del sorbente de mercurio por mezcla de 700 Ib (317.5 kg) de bentonita de sodio, 31.3 Ib (14.2 kg) de cloruro de sodio, 108.3 Ib (49.1 kg) de sulfato de cobre pentahidratado, y 59.0 Ib (26.8 kg) de sulfuro de sodio trihidratado en el tazón de un mezclador de paletas. La mezcla se combinó durante 20 minutos y se alimentó luego a un mezclador de husillos de 16" (40.6 cm) (Mars Mineral) a una tasa de alimentación de aproximadamente 1.100 Ib/hora (499.0 kg/hora). A medida que se alimentaba la mezcla del sorbente de mercurio al mezclador de husillos, se introducía agua en el procesador a través de un orificio de inyección de líquido (separado del orificio de alimentación de la mezcla seca) a aproximadamente 0.35 galones/minuto (1.3 litros/minuto). El extrudado se secó a aproximadamente 100°C y se trituró para reducir el tamaño de partícula. Se encontró que los materiales sorbentes de mercurio tenían un tamaño medio de partícula de aproximadamente 5 a aproximadamente 25 µ?? y un contenido de humedad inferior a 10% en peso.

Prueba en Escala Piloto Se realizaron inyecciones en escala piloto en un sistema de energía con una corriente derivada de 5 MW que incluye calderas alimentadas por carbón, precalentadores de aire, filtros de tela (cámara de bolsas), precipitadores electrostáticos (ESP), sistemas de inyección del sorbente seco, lavador húmedo y sistemas de inyección de gas. La tasa de flujo de diseño del gas de chimenea es 50,500 Ib/hora (22,906 kg/hora) (23,900 acf/minutos a 700°F (371.1°C); 18,035 acf/minutos a 300°F (148.9°C). Todos los sorbentes (material absorbente de mercurio, cal) se inyectaron antes de la cámara de bolsas. Durante el ensayo, las tasas de flujo de gas de chimenea variaban desde 17,700 acf/min a 19,400 acf/min a 400°F (204.4°C).

Para todas las pruebas, se calculó la eliminación porcentual de mercurio a partir de la diferencia en la concentración de mercurio en el efluente de la caldera y el filtrado de la cámara de bolsas (gas de chimenea después de la recogida de los materiales particulados en un filtro de tela). Se determinaron las concentraciones de S03 del filtrado. A lo largo de todas las operaciones, las concentraciones de mercurio y S03 en el efluente de la caldera eran constantes. El ensayo en escala piloto se completó con un sorbente de mercurio (material absorbente del mercurio) producido por el método del Ejemplo 3 anterior.

Prueba 1 Para los ejemplos de prueba T1-T5, la concentración de inyección del material absorbente de mercurio se modificó y no se inyectó cantidad alguna de cal.

Prueba 2 La concentración de inyección del material absorbente del mercurio se modificó y se inyectó cal para controlar S03 a una tasa equivalente objetivo de 100 libras/hora (45.4 kg/hora).

Prueba 3 Se modificó la tasa de inyección de cal y la concentración de inyección del material absorbente del mercurio se ajustó como objetivo a 3.5 Ib/MMacf para los Ejemplos de prueba T11 a T15 y se ajustó como objetivo a 4.0 Ib/MMacf para los Ejemplos de prueba T16 a T20.

La descripción que antecede se da exclusivamente para facilidad de comprensión, no debiendo deducirse de ella limitación innecesaria alguna, dado que modificaciones comprendidas dentro del alcance de la invención pueden resultar evidentes para aquellos expertos en la técnica.

Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (18)

REIVINDICACIONES

1. Un método de recogida de mercurio a partir de un gas de chimenea que comprende: inyectar un material sorbente de mercurio en un conducto de humos que transporta el gas de chimenea para proporcionar una concentración de inyección, producido el material sorbente de mercurio por cizalladura exotérmica de una arcilla esméctica que contiene un catión intercambiable con una sal de cobre y una fuente de azufre; y proporcionar un apareamiento iónico impulsado entálpicamente del catión intercambiable de la arcilla con la sal de cobre; y en donde el material sorbente de mercurio está sustancialmente exento de un pico de difracción a 2.73 ± 0.01 A; hacer reaccionar el material sorbente de mercurio con el mercurio contenido en el gas de chimenea para formar un material que contiene el mercurio absorbido y reducir con ello la concentración de mercurio en el gas de chimenea; inyectar cal en el conducto de humos en un punto tal que el material sorbente de mercurio y la cal se mezclan en el conducto de humos; hacer reaccionar la cal con S02, S03, y/o HCI en el gas de chimenea para formar un producto de reacción seleccionado del grupo constituido por un sulfato de calcio, un cloruro de calcio, y una mezcla de los mismos; y recoger una mezcla de subproductos que comprende el material que contiene el mercurio absorbido, y cualquier material sorbente de mercurio sin reaccionar.

2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, donde la mezcla de subproductos incluye cal sin reaccionar.

3. El método de acuerdo con la reivindicación 1, donde la mezcla de subproductos incluye cenizas volátiles.

4. El método de acuerdo con la reivindicación 1, donde la concentración de inyección del material sorbente de mercurio está comprendida en un intervalo de aproximadamente 1 a aproximadamente 20 Ib/M Macf (9.1 kg/MMacf) de gas de chimenea.

5. El método de acuerdo con la reivindicación 1, donde una tasa de inyección de cal es menor de aproximadamente 10,000 Ib/hora (4.540 kg/hora).

6. El método de acuerdo con la reivindicación 1, donde el material sorbente de mercurio y la cal son sinérgicos.

7. Un método de recogida de mercurio de un gas de chimenea que comprende: mezclar un material sorbente de mercurio y cal para formar una composición de lavado del gas de chimenea, producido el material sorbente de mercurio por cizalladura exotérmica de una arcilla esméctica que contiene un catión intercambiable con una sal de cobre y una fuente de azufre; y proporcionar un apareamiento iónico impulsado entálpicamente del catión intercambiable de la arcilla con la sal de cobre; y donde el material sorbente de mercurio está sustancialmente exento de un pico de difracción a 2.73 ± 0.01 A; y seguidamente, inyectar la composición de lavado del gas de chimenea en un conducto de humos que contiene un gas de chimenea, en donde la composición de lavado del gas de chimenea reacciona con el mercurio y con S02, S03 y/o HCI contenidos en el gas de chimenea, formando un material que contiene el mercurio absorbido y reduciendo con ello la concentración de mercurio en el gas de chimenea; y recoger una mezcla que incluye el material que contiene el mercurio absorbido y cualquier composición para lavado de gases de chimenea sin reaccionar.

8. El método de acuerdo con la reivindicación 7, donde una tasa de inyección de la composición de lavado del gas de chimenea comprende una tasa de inyección de cal menor de aproximadamente 10,000 Ib/hora (4.540 kg/hora) y una concentración de inyección de material sorbente de mercurio comprendido en un intervalo de aproximadamente 1 a aproximadamente 20 Ib/M Macf (9.1 kg/MMacf).

9. El método de acuerdo con la reivindicación 7, donde el material sorbente de mercurio y la cal se mezclan en una relación de masa suficiente para proporcionar una tasa de inyección de cal predeterminada y una concentración de inyección de material sorbente de mercurio basada en una tasa de flujo del gas de chimenea predeterminada.

10. El método de acuerdo con la reivindicación 7, que comprende adicionalmente determinar la tasa de flujo de gas de chimenea; determinar las concentraciones de mercurio y azufre en el gas de chimenea; determinar una concentración de inyección del material sorbente de mercurio; y determinar una tasa de inyección de cal; donde el material sorbente de mercurio y la cal se mezclan en una relación suficiente para proporcionar la tasa de inyección de cal, la concentración de inyección del material sorbente de mercurio, y al menos un 80% de eliminación del mercurio.

11. El método de acuerdo con la reivindicación 7, donde el material sorbente de mercurio y la cal son sinérgicos.

12. Un método de enterramiento del mercurio que comprende: mezclar una mezcla de subproductos que comprende el material que contiene el mercurio absorbido formado por el método de acuerdo con la reivindicación 1, con agua para formar un hormigón recién mezclado, produciéndose el material que contiene el mercurio absorbido por reacción de un material sorbente de mercurio con un gas de chimenea que contiene mercurio; y colar el hormigón recién mezclado en un molde.

13. El método de acuerdo con la reivindicación 12, que comprende adicionalmente mezclar la mezcla de subproductos con cemento Portland.

14. El método de acuerdo con la reivindicación 12, donde la mezcla de subproductos comprende al menos un material seleccionado del grupo constituido por un material sorbente de mercurio, cal, sulfato de calcio, cenizas volátiles, y una mezcla de los mismos.

15. El método de acuerdo con la reivindicación 14, donde la mezcla de subproductos comprende el material que contiene el mercurio absorbido, el material sorbente de mercurio, cal, sulfato de calcio y cenizas volátiles.

16. Una composición de lavado del gas de chimenea constituida esencialmente por: un material sorbente de mercurio que está sustancialmente exento de una composición arcilla/covelita como se determina por difracción de rayos X en polvo y producido por cizalladura de una mezcla de un silicato, una fuente de ion cobre, una fuente de ion sulfuro y agua; y cal, que comprende óxido de calcio y/o hidróxido de calcio.

17. La composición de lavado de gases de chimenea de acuerdo con la reivindicación 16, en la cual la absortividad de mercurio de la composición de lavado de gases de chimenea es mayor de 70% de la absortividad de mercurio del material sorbente de mercurio en ausencia de la cal.

18. La composición de lavado de gases de chimenea de acuerdo con la reivindicación 16 que comprende adicionalmente una relación del material sorbente de mercurio y cal suficiente para proporcionar una tasa de inyección de cal predeterminada y una concentración de inyección de material sorbente de mercurio basada en una tasa de flujo de gas de chimenea predeterminada.