減少排氣中的汞排放物的方法和裝置的製作方法

2023-06-14 08:25:26

專利名稱：減少排氣中的汞排放物的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明一般涉及除去排氣(exhaust gas)中不希望有的 排放物的方法。本發明更具體地涉及用於減少排氣中的汞排放物的方 法和裝置，其中由排氣中的大部分的汞在表面上形成了二氯化汞，該 二氯化汞從表面上升華，以及從排氣流中除去升華的二氯化汞。
背景技術：
1990清潔空氣修正案(The 1990 Clean Air Amendments) 重新引入了對汞人為排放到大氣中和隨後進入食物鏈的不斷增加的關 注。結果，近年來，對該問題的研究活動正在增加，尤其在美國環境 保護局決定到2007年末將控制發電廠的汞排放之後。目前，沒有有效的方法來控制這些排放。雖然關於該問題 的大量的專利已經被授權，但可以看出，沒有一個專利證明了具有令 人滿意的效果。越來越迫切地意識到，還有待尋求切實可行的解決方 案。目前，在冷卻由高溫方法產生的排氣中，汞的化學過程還 沒有被確定。然而，它的自然和人為排放源是非常清楚的。在整個工 業化時代，這些人造排放物已經在環境中積聚到它們已經令人深感悲 痛地成為所謂的自然本底的主要部分的這樣一種程度。人為產生的汞主要是作為元素汞蒸汽排放，其在廢氣排放 物的氣相或大氣中是相對不反應的。這實質上是它為什麼難以控制的 原因，因為吸收劑對於保留揮發性極強的元素汞蒸汽不是非常有效的。在大氣中，元素汞蒸汽的壽命是大約l年。這就是在元素 汞蒸汽最終從大氣中被清除所要花費的時間長度。因此，它的散布是 全球性的，具有隨之而來的國際和政治影響。
在聯合國環境規劃署最近的報告中已經列舉了主要的汞 排放源(Chem. & Eng. News 81: (6) 20 (2003))。煤的燃燒是最大 來源，而城市和醫療廢物焚燒也起了主要的作用。油的燃燒構成了其 來源的另外約10% (Wilhelm， S. M. ， Environ. Prog. 18:130 (1999)， Environ. Sci. Technol. 35: 4704 (2001))。其它重要的來源是金屬 熔爐，水泥生產廠，採用汞電極的氯鹼工藝和某些採掘黃金的活動 (Pirrone， N.等人，Atmos. Environ. 30: 2981 (1996)， Pai， P.等 人，Fuel Process. Technol. 65:101 (2000))。在元素當中，汞的化學性質是有些獨特的。汞形成了結合 不強的分子。在氣相中，大多數元素容易轉化為穩定的氣體氧化物， 氫氧化物或卣化物。然而，汞具有僅結合很弱的氣體氧化物，氫氧化 物和單卣化物。結果，在任何高溫介質中，存在於任何燃料中的汞在 熱氣體中變成元素原子汞。在燃燒中，具有重要意義的它的唯一穩定 的氣體分子是二氯化物(HgCl2)。這是例外的，具有大約360kJ/mol 的第一結合強度離解能D。(HgCl-Cl)。然而，難題集中於以下事實雖然熱力學有利，但二氯化 汞的形成在動力學上被限制在較低溫度下，它不能在高溫下在氣相中 形成。不存在可在氣相中將原子汞直接轉化為氯化汞的直接通路 (Hranisavljevic， J.等人，J. Phys. Chem. A 101: 2323 (1997)， Ariya， P. A.等人，ibid. 106: 7310 (2002))。在氣相中，該形成需要通過中間體比如氣體氧化物、氫氧 化物或一氯化物來進行。這些是不存在的，所以起不了這種作用。當 溫度充分低，對於它們來說變得可行時，能障已經凍結了任何氣相形 成動力學反應。然而，在實際中所見到的是，在廢氣中存在的少量汞 實際上作為二氯化汞存在。在廣泛的化學動力學造模研究之後，這種部分轉化仍然是 個謎。研究人員往往通過指出化學過程一定非常複雜來總結它們的失 敗(Laudel， D. L，等人，Fuel Process. Technol. 65: 157 (2000), Niksa， S.等人，J. Air & Waste Manage. Assoc. 52:894 (2002))。
目前和近幾年的研究著重在煙道氣成分影響了在原子汞 和二氯化汞之間的這種汞部分形成(fractional speciation)的發現。 重要的實際因素是，雖然原子汞非常難以捕獲，但該二卣化物容易溶 於水。它可以容易地在最終的冷卻器排放區段用水霧滌氣器與諸如二 氧化硫之類的氣體一起被去除。目前，很顯然的是，飛塵似乎在改變這種比率中起了某些 作用，諸如二氧化硫、 一氧化氮、氯和氯化氫之類的氣體的存在可能 也起了同樣的作用(Laudel， D.L.等人，Fuel Process. Technol. 65: 157 (2000)， Liu， K. ， Energy & Fuels, 15:1173 (2001)， Niksa， S.等人，Environ. Sci. Technol. 35:3701 (2001)， Fujiwara， N.等 人，Fuel, 81:2045 (2002)， Norton, G. A. ， Fuel, 82:107 (2003))。 排氣的冷卻速率也似乎是具有一定作用的參數(Sliger， R.N. ， Fuel Process. Technol. 65:423 (2000), Niksa， S.等人，Environ. Sci. Technol. 35:3701 (2001))。該數據是非常不一致的。沒有出現特定 的相關性，工程師對於該形成(speciat ion)為什麼改變並且無法預測 和它是怎樣發生的仍然不明。有幾個美國專利和專利申請，與控制排氣中的汞排放有 關。這些方法要麼基於原子汞的吸附或吸收，要麼基於在煙道氣中添 加物質。Ide等人(US專利No. 4， 729， 882 )和Caldwell等人(US專 利No. 6，447， 740 )提出了添加氯，隨後進行水洗滌的方法。Dangtran 等人(US專利No. 6， 375， 909 )提出了將氯化鈣加入到燃燒器中，隨後 進行溼法洗滌的方法。Downs等人(公開US專利申請No. 20010043889 ) 提出了添加硫化氫氣體的方法，Holste (公開US專利申請 No. 20020114750 )提出了添加各種形式的石危的方法，以及Cole (公開 US專利申請No. 20020114749 )提出了添加氣體氧化劑，隨後全部進行 溼法洗滌的方法。所有其它專利使用各種吸收材料來試圖捕集原子汞。上述方法沒有一個證明了是充分有效的。在克服現有技術 的缺陷的嘗試中，在Palo Alto， CA的電力研究院(EPRI)目前測試 了其它吸收方法。該方法使用懸浮於煙道氣中的金塗層的金屬板，用於通過汞齊化法吸收汞。該方法可能比先前的方法更成功，但仍然具 有高的安裝、操作和維修成本。因此，用於減少排氣中的汞排放的所 有當代方法和設備具有固有的缺陷，這減損了它們的總效力和理想性。這樣，雖然現有技術已經有限地認識到了減少排氣中的汞 排放物的需要，但迄今為止，所提出的解決方案不能有效地提供令人 滿意的補救。因此，希望提供用於減少排氣中的汞排放物的方法和裝 置，它們可以經濟地安裝、操作和保養。
本發明的簡述雖然為了文法通暢，用功能解釋已經或將要描述裝置和方 法，但應該清楚認識到，除非在35USC112項下特意闡明，否則權利 要求被認為決不必受"方法，，或"步驟"限定的結構的限制，而是在 等同物的公正原則下，與由這些權利要求所提供的定義的含義和等同 物的整個範圍一致，以及在這些權利要求在35 USC 112項下被特地闡 明的情況下，應該與在35 USC 112項下的全部法定等同物一致。現在 通過參考以下附圖，可以更好地使本發明具體化，其中同樣的元件用 相同的數字來參考。本發明特定地解決和減輕與現有技術有關的上述缺陷。更 具體地說，本發明包括用於減少排氣中的汞排放物的方法和裝置，其 中在表面上由在排氣中的大部分汞形成了 二氯化汞，該二氯化汞從表 面上升華，以及從排氣流中除去升華的二氯化汞。本發明是有效且經 濟的。讀了以下說明書和附圖之後，本發明的這些以及其它優點 是更清楚的。應該理解的是，在權利要求書的範圍內可以做出對所示 和所述的特定結構的改變，不會偏離本發明的精神。
附圖簡述通過參考以下優選實施方案(它們作為在權利要求書定義 的本發明的說明性例子提供)的詳細說明，現在可以更好地理解本發明及其各種實施方案。應該清楚地認識到，由權利要求書所定義的本 發明可以比下述示例性實施方案的範圍更寬。

圖1是火焰產生的沉積物的傅立葉變換拉曼光i普，光鐠 (a)，與純汞化合物的幾種購買的樣品的類似光鐠比較；圖2舉例說明了用Bruker D8粉末X-射線衍射儀獲得的 各種2-6模鐠；和圖3是顯示了根據本發明的用於減少排氣中的汞排放物 的安置在煙囪內的阻流板(spoiler)和洗滌器的半示意圖。
優選實施方案的詳細說明在不偏離本發明的精神和範圍的情況下，本領域的普通技 術人員可以做出許多變化和改良。因此，必須要理解的是，示例性實 施方案僅僅為了舉例的目的而給出，不應當作限制由以下的權利要求 書所定義的本發明。例如，雖然權利要求的要素以下按一定的組合闡 明，但必須明確理解的是，本發明包括了更少、更多或不同要素的其 它組合，它們在本文中被公開，即使最初沒有以這種組合來要求。在本說明書中用於描述本發明及其各種實施方案的詞語 不僅以通常定義的含義來理解，而且通過在本說明書中的特殊定義包 括了超出了通常確定的含義的範圍的結構、材料或作用。因此，如果 在本說明書中一個要素能被理解為包括一個以上的含義，那麼它在權 利要求中的使用一定被理解為對於由說明書和詞語本身所支持的所有 可能含義是通用的。因此，以下權利要求書的詞語或要素的定義在本說明書中 定義為不僅包括按照字面闡明的要素的組合，而且包括了以基本相同 的方式，完成了基本相同的功能，從而獲得了基本相同結果的所有同 等結構、材料或作用。在該意義上，因此預期，對於在以下權利要求 書中的任何一個要素，可以進行兩個或多個要素的同等替代，或者， 在一個權利要求中， 一個要素可以替代兩個或多個要素。雖然要素在 本文可以被描述為以某些組合起作用和甚至最初照此來要求，但要明確理解的是，所要求的組合的一個或多個要素在某些情況下可以從該 組合中被除去，以及所要求的組合可以涉及子組合或子組合的變型。如由本領域的普通技術人員所觀察到的，現在已知的或者 後來設計的所要求的主體的非實質性變化被特意地考慮，同樣是在權 利要求書的範圍內。因此，本領域的普通技術人員現在或後來已知的 明顯替代被確定為在所定義的要素的範圍內。該權利要求書因此被認為包括了在本文具體地舉例說明 和描述了的內容，概念上等同的內容，可以明顯替代的內容以及基本 上引入了本發明的實質理念的內容。因此，以下參考附圖所給出的詳細說明因此被預定為本發 明的目前優選實施方案的說明，不被認為是代表可以創立或利用本發 明的唯一形式。本說明書就示例性實施方案闡述了用於創立和運作本 發明的步驟的功能和順序。然而，應該理解的是，可以用不同的實施 方案來完成相同或同等的功能，這些不同實施方案也意圖包括在本發
明的精神範圍內。本發明包括了用於減少排氣中的汞排放物的方法，該方法 包括促使排氣中的大部分汞在表面上形成二氯化汞，使二氯化汞從表 面上升華，以及從排氣流中除去升華的二氯化汞。更尤其，減少排氣中的汞排放物的方法包括提供與該排氣 接觸的表面，將來自排氣的大部分汞沉積在該表面上，使沉積的汞升 華回到排氣中，以及從排氣中洗滌掉該升華的汞。該排氣可以包括元素汞，硫化合物，以及一定形式的氯比 如氯化氫，原子或分子氯。該表面優選包括設計用於使氣體-表面碰撞最大化的流動 改性阻流板。該表面優選包括流動改性阻流板，其設置在排氣流內的 位置上，從而增強了汞在其上沉積。該表面優選包括流動改性阻流板， 取決於特定應用，其設置在其中排氣具有大約150到300t:的溫度的 排氣流內的位置上。該表面優選包括流動改性阻流板，其設置在冷卻 排氣流內的位置上，且取決於特定應用，其中該表面或氣體可以被加熱到大約150到300匸的溫度。該表面優選包括了金屬或陶瓷材料。然而，如本領域技術 人員所清楚，該表面可供選擇地包括任何其它材料，在這些材料上， 將形成汞和/或汞化合物比如二氯化汞，以及該汞化合物隨後從這些材 料上升華。根據本發明的一個方面，沉積在表面上的汞形成了氧化 汞，隨後被轉化為二氯化汞。根據本發明的一個方面，沉積在表面上的汞形成了硫酸 汞，隨後被轉化為二氯化汞。二氯化汞然後升華。任選地，在排氣接觸該表面之前，將二氧化硫加入到排氣 中，以便促進硫酸汞和因此二氯化汞在該表面上的形成。任選地，在排氣接觸該表面之前，將原子氯、分子氯或氯 化氫加入到排氣中，以便促進二氯化汞在該表面上的形成。洗滌優選包括水洗，因為二氯化汞的水溶性很高。然而， 如本領域的技術人員所清楚的，二氯化汞可以通過任何其它適合的方 法從排氣流中除去。根據一個方面，本發明包括了用於減少排氣中的汞排放物 的設備，該設備包括設計用於布置在排氣流內以便促進汞化合物在其 上形成的表面。該設備還被設計成有利於汞化合物的升華。該表面可 以具有任何所需的構型。然而，如本領域的技術人員所清楚，該表面 優選確定了扭曲或旋繞的路徑，為排氣流中的大部分汞提供了豐富的 表面積，以在其上形成二氯化汞。該表面還優選被設計成有利於硫酸汞在其上沉積。因此， 該表面優選被設計成有利於硫酸汞在其上沉積和沉積的硫酸汞隨後轉 化為二氯化汞。該表面優選進一步被設計成有利於氧化汞在其上的沉積。 因此，該表面優選進一步被設計成有利於氧化汞在其上的沉積和沉積 的氧化汞隨後轉化為二氯化汞。該表面優選至少部分用阻流板(流動改性器)來確定，根據公知原理，設計成提高氣流中的汞原子的氣體-表面碰撞頻率。本發明任選進一步包括氯和/或硫注射系統，它被設計成 在排氣接觸表面之前將原子氯，分子氯，氯化氬，或二氧化硫氣體注 入到排氣中。優選地，洗滌器從排氣中除去了升華的二氯化汞。優選地， 水洗器從排氣中除去了升華的二氯化汞。然而，本領域的技術人員清 楚，可用於從排氣中除去升華的二氯化汞的其它類型的洗滌器和其它 設備同樣是適合的。根據一個方面，本發明包括了用於減少排氣中的汞的排氣 系統，其中該排氣系統包括煙囪和設計成促進汞化合物在其上沉積的 在煙囪內的表面。該表面進一步設計成有利於二氯化汞的升華。洗滌 器或其它設備被設計成有利於從排氣中洗滌掉升華的汞。本發明具體地解決和減輕了與現有技術有關的上述缺陷。 本發明是以在排氣中存在的化學物質為基礎，並且包括排氣系統 (exhaust train)的工程改造。在高溫系統中，任何痕量的汞的雜質已知會揮發到氣相 中。在煤、泥煤、下水道汙泥、油和氣的燃燒中的情況就是這樣。在 城市和醫療廢物的燃燒中，在油頁巖的甑餾中，在火葬場的操作中的 情況也是如此，並且還適用於各種金屬冶煉工業，水泥製造廠和一些 採礦技術。在此類系統的廢氣流中，雖然濃度水平是極低的(十億分 率，按體積計)，當按整個國家或全球來合計時，這些排放物產生了 嚴重的環境問題。如果痕量的氯或氯化氫也存在(這是十分常見的)，處於 原子狀態的該氣體汞在某些位置部分轉化為二氯化汞氣體。這兩種物 質，即原子汞及其二氯化物構成了此類系統中的氣體汞。面向現代技術的問題是，雖然二氯化汞是水溶性的，能夠 容易地從排氣中除去，但沒有令人滿意的用於除去最終逃逸到環境中 的原子汞的方法。而且，二氯化物與原子汞的比率不以一致的方式改變，沒有被認識到，也不能預測到，並且不與在該系統中的任何事物直接相 關。氣相化學物質的眾多深入分析已經失敗，雖然進行了大量的努力
來用模型解釋所觀察到的數據(Xu， M.等人，Combust. & Flame 132:208 (2003))。已經廣泛地研究了氣相動力學，所以這些模型失敗 不是由於數據的缺乏。因為該化學現象在高溫氣體中開始和在氣相中結束，所以 總是認為它是氣相現象。乍一看這似乎是合理的，但作為本發明的發 現，已經表明情況不是這樣。所有這些研究在表明主要的過程事實上 不是氣相均勻機理，而是在這些系統中發生了別的事情中是有價值的。申請人:實驗室的最近研究已經調查了來自燃燒氣體的材 料在表面上的沉積。在燃燒器中對引起高溫腐蝕負責的硫酸鈉沉積的 詳細化學現象的研究獲得了對該過程的重要認識(Steinberg和 Schofield， Twenty-Sixth Symposium on Combustion, The Combustion Institute, 1835(1996)， Combust. Flame， 129: 453 (2002))。現在，這已經被充分認識，即提出了添加劑可以破壞該化 學現象和防止硫酸鹽形成(Schofield， US專利No. 6， 328， 911 ， 11/2001, Energy & Fuels, 17:191 (2003))。在前面的方法中，已 經發現，如果鈉和硫即使以極低濃度水平在燃料或空氣中存在(Ppmv， 百萬分率，體積)，硫酸鈉不是在燃燒氣體本身中，而是在截流燃燒
氣體的冷卻表面上非常有效地形成。這些相同的技術現在已經被應用於解析痕量的汞的燃燒 和熱氣化學現象的詳細情況。燃燒含有少量添加的來自超聲噴霧器的 硝酸汞或乙酸汞的含水氣溶膠的富含氧的丙烷供燃料的火焰。這些添 加在燃燒氣體中產生了 5 一 30ppmv的汞濃度。實驗通過單獨添加汞，或者類似地添加低水平的硫或氯， 或者它們的結合物來進行。保持在50 - 375C的溫度範圍內的目前各 種金屬收集探針表面被浸入到下遊，截流燃燒氣體。在測試的所有情 況下，沉積物馬上會很明顯，而且不是元素汞，而是分子性質的。使用傅立葉變換拉曼光譜法，X射線衍射散射分析，以及ICP光i昝發射
分析方法，已經確定了這些沉積物的組成和測定了它們的形成速率。在火焰氣體中和在探針上收集的汞的量的校準指示，氣體 原子汞非常有效地沉積。事實上，該測定令人驚奇地顯示，汞的沉積 速率基本上與火焰中的鹼金屬鹽相同。在所研究的火焰中，與表面的 一種相互作用除去了氣相汞的大部分。當硫存在於系統中時，形成了 光滑的黃色或白色沉積物。現在參考圖1,火焰產生的沉積物的傅立葉變換拉曼光 謙，光鐠(a)與純汞化合物的幾種市購樣品的類似光鐠比較。在用平焰 燃燒器燃燒的C3H8/02/N2 (0. 9/5/16)火焰的燃燒氣體中，在下遊收集 沉積物6毫秒，在未燃燒的氣流中含有25ppmv Hg, 75ppmv S(h和50ppmv Cl2。圓筒形探針內部用水冷卻，並保持在60X:。它在兩個小時內被收 集，因此指示了高的收集效率(30% )。沉積物是均勻的，平滑的粉 末層，顏色是微黃色的或白色的。沉積物說明了基本上純的硫酸汞的
形成o因此，當該沉積物的傅立葉變換拉曼光語與已知的市購汞 化合物樣品的那些光鐠比較時，可以看出是硫酸汞的純沉積物。現在參考圖2，舉例說明了用Bruker D8粉末X-射線衍 射儀獲得的各種2-6模譜。光鐠(a)是在未燃燒氣流中含有25ppmvHg 和75ppmv CL的C3H8/02/N2 (0. 9/5/16)火焰的燃燒氣體中在下遊收集 約6毫秒的沉積物的光謙。圓筒形探針內部用水冷卻，並保持在60'C。 它在兩個小時內被收集，因此指示了非常高的收集效率。沉積物是均 勻平滑的粉末層，顏色是褐色的。光鐠(b)是類似收集的沉積物的光鐠，只是僅僅將汞加入 到火焰中和探針保持在55t:。它的性質是相似的，但褐色更深。沉積 量也是更大的。這些與購買的氧化汞和二氯化汞樣品的相應光鐠比較。 所有樣品在相同條件下分析。這說明了在兩種情況下形成了氧化汞。 在沒有硫的情況下，這種褐色氧化汞沉積物總是明顯的。光i普(a)還指示少量二氯化汞在樣品中的存在，證明了它在表面上的形成。存在於光鐠中的鉑線由來自樣品位於其上的鉑長條 基材的散射所導致。顯然，與鹼金屬沉積一樣，汞可以採用有效的非均相機理。 類似地，如在前面的計劃中所看到的那樣，金屬元素(在這種情況下 是汞)不難形成分子化合物。在達到表面時，然而，對於所形成的物 質，沒有優先的排序。如果硫存在於氣體中，它將形成硫酸汞。如果 不存在，它將形成氧化物。它不能以其元素狀態沉積和保留在表面上。表面的重要性是極為重要的。首先，它降低了化學物系 (chemical system)的維數。在三維氣相中即使不彼此碰撞的物質現在 具有在二維表面上相互碰到的明顯更高的可能性。更重要的是，如在 該情況下，它改變了從氣相到冷凝相的化學性質。汞的固相化學性質也比大多數元素更有限。然而，汞顯示 了兩種化合價，亞汞(1)和汞(2)，並且明顯不同於氣相。以下固 相已經被表徵 Hg 高揮發性液體，沸點3571C。蒸汽壓1託(125匸)， 7. 5託(175匸》，75託(250"€ ) ， 760託等於大氣壓。在排氣中， 痕量的汞(ppbv)暗示條件總是在露點以上。因此，汞蒸汽冷凝到溫 表面上不能發生，如果不用極快速的化學過程將它轉化和以分子形式 結合於表面上。 HgO 在大約500X:的其熔點下非常快速地離解。目前的 熱解重量測定顯示，少量具有在375匸下約15小時，在400X:下8小 時，在4251C下2小時和在450匸下不到1小時的熱半衰期。這些值應 該僅僅被認為是近似值，因為它們不確切地是零級相關性， 一定程度 取決於樣品的大小和性質。 Hg2Cl2升華和在3821C下離解成Hg + HgCl2。
HgCl2 熔點277t:，沸點3041C，穩定，易揮發，無變化 地蒸發，蒸汽壓IO託 ， 50託(230r) ( Bernard等人，J. Phys. III France 7:311 (1997))。目前的測定指示樣品在相對靜止 的空氣中在150r下在大約1小時或更短的時間內，在175匸下在大約20分鐘內以及在200X:下在數分鐘內蒸發。 HgS04 穩定至大約475X:(半衰期大約30小時)，此時， 它開始離解為元素汞。它的半衰期熱穩定性在525C下是約15小時， 在550匸下6小時，在575X:下是2小時和在600t:下是大約30分鐘。 HgS辰砂是在自然中存在的一種礦物。它具有584匸的 沸點，但在熱空氣中不穩定，分解為Hg + S02。 Hg2(N03)2在70 - 100*€下分解(僅僅可以作為二水合物 購買)。 Hg(N03)2熔點79n，被光分解和不被認為具有高的熱穩 定性(僅能夠作為一水合物鹽購買並且是非常吸溼的)。氬化物是未知的，但乙酸鹽、草酸鹽和氰化物可以購買。
所提到的所有經典無機教科書均指出，硫酸汞和氧化汞非 常容易與氯化氫或分子氯反應，產生二氯化汞(Mellor， J.W., A Comprehensive Treatise on Inorganic and Theoretical Chemistry, 第4巻，John Wiley(1960))。由於其高揮發性，二氯化汞被稱為腐 蝕性升華物。因此，在排氣中所發生的不象以前所認為的那樣複雜。當 熱氣體冷卻時，汞最終能夠與在所遇到的任何表面上的硫或氧反應。
這甚至可以是飛塵顆粒或恰好是流動限制管道。如以上在各種汞分子 的特性中所看到的那樣，溫度太高的話，可能形成的任何物質將從任 何表面上立即重新離解為作為元素汞的流動氣體。因此，取決於特定系統和流動環境，直到溫度低於約600 X:(在含硫系統中)和低於約450"C (在無硫系統中)才預期可發生 具有某些類型的平均壽命的汞沉積。在硫酸汞沉積物的情況下，實驗 表明，猛烈地攻擊表面上的沉積物並將其轉化為二氯化汞的是排氣中 的氯化氬而非分子氯。偶然發現，固體二氯化汞是高揮發性的，在277C下熔融和在304X:下沸騰。如上所述，最近的測定暗示，在200匸或200t:以
上，它在數分鐘或更短的時間內重新汽化到氣流中。在氧化汞沉積物 的情況下，它們被氯化氫和分子氯攻擊，並轉化為二氯化物。然而， 在大多數燃燒系統中，在燃料中的所有氯主要被轉化為氯化氫，在後 期的冷卻排氣中僅形成了少量的分子氯。在本方法的特定應用中可利用的特定實際條件將一定程
度控制操作溫度。雖然如此，較高溫度將首先促進沉積物形成並確保 快速轉化和重新汽化到流體中。通過檢查燃燒火焰氣體中下遊不遠處的沉積物(5-15毫
秒)，有可能提高形成速率和推定可以發生的化學過程。例如，圖2 示出了下遊不遠處的燃燒氣體中在冷卻到601C的探針表面上收集的 氧化汞沉積物。分析顯示，與氧化汞一道，具有二硫化物的強X射線 鐠線特性。在本實驗中，因為表面的溫度低，看到了少量的二硫化物 在表面上的形成、轉化以及保留。在這些沉積物的任何一種中，沒有明顯見到其它汞化合
物。這提供了該機理的另外的非常有力的證明。該化學過程似乎有利 於二價汞化合物
對於所有市購的汞化合物，已經取得了 FT拉曼光鐠和X 射線粉末衍射光譜。如上所述，它們的一些在圖l和2中示例說明。 這些圖顯示了各分子的性質和使用這些結合技術鑑定的容易性。該機理是簡單的和極其精美的。它直到溫度下降到低於約
600x:(攜帶硫的氣流)和大約45ox:(無硫的氣流)為止才開始的事
實在目前運行的實際排放系統中施加了時間限制。這解釋了已經記錄 到的原子汞對二硫化物的易變的轉化。它還解釋了如果存在如在某些 一氧化氮對照方法中使用的其它催化表面時所報導的增加。它還解釋
了對於另外添加硫和氯所報導的可能效果。基於汞似乎偏愛的該不均勻化學過程的這種新穎而獨創 的理解，現在可以設計減少汞排放物水平的解決辦法。如果可以誘使 原子汞完全轉化為其二氯化物，那麼該二氯化物可以容易地從排氣中被排出和隨後排放所消除的汞。根據本發明，將具有大表面積的流動改性器插入到排氣系 統中，在那裡，氣體溫度開始達到特定溫度範圍的上限。據設想，在 大多數燃燒系統中，除了該基本的管道改造以外，不需要任何增加。 藉此，使排氣流動，所以在氣體冷卻時，它們在規定工藝溫度範圍內 儘可能多次地遇到表面。在大多數燃料中的硫和氯的天然含量的數量級大於汞的 含量，並且在大多數情況下足以驅動該機理。在沒有燃料氯的系統中， 有必要將氯化氫添加到燃燒氣體中，其量使得在流動設備表面區域的 排氣含有濃度為幾ppmv的氯化氫。在無硫系統中，添加痕量的二氧化硫還可以被認為產生了 所觀察到的更寬的硫酸鹽沉積物形成的溫度範圍。而且，如果排氣太 冷，那麼該機理可以通過將設備區段或在該區域中的排氣加熱到適當 水平來誘發。所插入的流動改性器或阻流板的材料及其表面結構不是 嚴格要求的。它可以是金屬或陶瓷性質的。它的設計同樣不是嚴格要 求的。它僅僅用於改變流動方式和提供增加的表面積來確保在氣體冷 卻的同時，所有排氣可以與某一表面接觸多次。使氣體漩流和混合， 同時迫使它們在表面上撞擊，沒有產生明顯的流動限制的通過是優選 的。流動改性器或阻流板在系統中的定位是重要的。在煤燃燒 器應用中，有必要採用其中排氣的溫度位於適當的操作範圍的那些區 段。對於煤，這似乎是在150到300n的大致範圍或稍微更高，取決 於排氣的當量比和組成。溫度太低，不會形成硫酸鹽或氧化物。溫度 太高，該沉積物可以重新被還原為原子汞。這通常不是通過熱離解， 而是更可能通過化學還原。這來源於痕量的潛在還原的氣體比如一氧 化碳或氫，它們仍然可以保留在貧油燃燒器的排氣中。因為汞附著在表面上並在其上形成了分子，然後轉化和重 新從表面上升華，可以預期保養是最小的。該表面僅僅提供了介質，通過該介質，不均勻機理允許汞達到其熱力學優選的氣體二氯化汞狀 態。在某種意義上，它用作促進轉化的催化劑。然而，因為在某些情 況下流動改性設備可能是在靜電式除塵器之前， 一些輕微的飛塵沉積 物的積聚可以需要偶爾除去。本研究是定性和定量調查來自排氣的低濃度水平的氣體 汞在固體表面上的沉積化學現象的第一次研究。已經確定，在由含有痕量的汞化合物的燃料的燃燒產生的 排氣中，汞以氣體原子態存在。在任何高溫系統，比如金屬冶煉中情 況也是如此，其中類似的痕量的汞可以存在於該方法中。汞最通常以 液態遇到。以上列舉了它在各種溫度下的蒸汽壓，並說明了它的高揮 發性。可能是因為該事實，在這種排氣系統中的汞濃度在其露點以下 總是高的，沉積化學現象的可能性以前從未被考慮。僅僅基於冷凝概 念，汞應該不會保留在此類系統的任何表面上。然而，如在用鹼金屬化合物火焰沉積到表面上的最近的研 究中所發現，露點可以失去其一般含義。化學驅動的沉積物形成可以 不顧任何此類考慮。表面親合力和非常快速的化學過程的結合可以將 原子控制在表面上，時間足以使它轉化為穩定的分子形式。這似乎在 比原子從表面上正常動力學彈回更短的時間內發生。已經注意到，在實際排氣系統中，原子汞是不反應的，其 大部分通過流管，並作為環境危害放出到大氣中。然而，還已知的是， 小部分通過不能被任何現有技術闡明的化學過程轉化為氣體二卣化 汞。該轉化還沒有被弄清，但極其重要。雖然極難從排氣中除去原子汞，但二氯化汞容易溶於水 中，並且可有效被控制。因為氣體原子汞和氣體二氯化汞似乎構成了 此類系統中的汞質量平衡，所以該化學過程總是根據氣相來分析。然 而，這種化學方案不能充分解釋任何現有技術表明了其它機理起了重 要作用。本研究已經確定，該其它機理是其不均勻的性質。在適當溫度範圍內的任何表面可以起暫時介質的作用， 通過冷凝相，促進對二面化物的這種轉化。這種新的認識深度是目前概述的有效控制汞排放的方法的基礎。汞沉積化學過程已經使用明確的火焰/燃燒氣體系統來 檢驗。火焰燃燒器和相關系統在以前公開的著作中有述(Steinberg and Schofield， Twenty-Sixth Symposium (International) on Combustion, The Combustion Institute, Pittsburgh, PA， 1835(1996), Schofield， Combustion & Flame, in press, volume 132 (2003))。該燃燒器產生了一維圓柱形大氣壓火焰。已經在貧燃料和富燃料當量比的範圍內檢驗了丙烷、氧、 氮氣火焰。用超聲噴霧器，將汞作為的精細的含水氣溶膠引入到未燃 燒的氣流中。使用濃度0. 008 - 0. 05N的硝酸汞和乙酸汞的溶液，產生 了至多大約30ppmv的原子汞在火焰燃燒過的氣體中的濃度。這獲得了 幾毫克汞/小時的可測定的探針沉積速率。通過改變溶液濃度，可以研 究不同火焰濃度。使用在N2中的0. 1%S02，在&中的51化pmvCl2和在 &中的1000ppmvHCl的檢定鋼瓶混合物，還可以添加小而可變量的硫 或氯。校準的電子質量計控制所有氣流。釆用幾個圓筒形收集探針。它們具有大約12咖直徑，並 基本上與所有接種燃燒氣流相互作用。火焰基本上是含有添加劑的內 圃筒形層流，並且^皮不含添加劑的同向流動相同火焰所包圍。這種外 屏蔽火焰造成了內部火焰的均勻橫斷面並有助於穩定它。在燃燒器頂 部的下遊的一定距離，各位置同時後燃燒，並且在性質上是類似的。 這在檢驗下遊時間相關性，比如由不平衡火焰效應所導致的那些的研
究中是有價值的。探針是具有用於氣冷或水冷的中心通道的Inconel-600 不鏽鋼，並且在厚壁內具有內置熱電偶以監控表面溫度。每一個用2 微米厚的鉑的箔片的表面非常緊密地包覆。這些探針水平地安裝在垂 直熱氣體火焰流中，該燃燒器通過計算機控制的步進電動機升高或降 低。這樣，樣品可以在不同的下遊時間收集。在目前用這些特定探針 檢驗的丙烷火焰中，這些時間一般是在5-15毫秒的範圍內。探針溫 度在55 - 375匸範圍內改變。
重要的附加實驗已經採用了可以內部加熱的探針。它也 是Inconel-600不鏽鋼，具有內部加熱元件，用於氣冷的通道和內置 熱電偶。此類探針可用於實施更真實模擬冷卻器排氣化學性質的許多 實驗。它們在大約0. l秒的下遊時間用於燃燒過的火焰氣體，到此時， 氣體已經明顯冷卻，自然的火焰原子和基團已經廣泛地衰變。通過加熱探針，用於在冷卻器排氣中形成氧化物和硫酸 鹽的真實下閾值溫度可以與任何硫相關性的檢驗一起評價。還有，通
過首先獲得已知量的在這種探針上的硫酸汞或氧化汞沉積物，然後可 以熄滅火焰，用痕量分子氯或氯化氫在氮氣中的冷流來代替。該探針 然後可以加熱到各種溫度。這樣，測定隨氯類型(分子氯或氯化氫)， 它的濃度和表面溫度而變的氧化物或疏酸鹽沉積物的轉化率。分析技術的強力組合提供了該沉積和轉化過程的基本上 的總體分析。使用Nicolet Magna 850 Series II傅立葉變換拉曼光 譜計來獲得白色或黃色的任何沉積物的光譜。圖l說明了它在這方面 的值。對於深色和用傅立葉變換拉曼光鐠計(FT Raman)僅產生了黑 體連續光譜的樣品，採用X射線分析。如圖2所示，使用BruckerD8 高溫粉末X射線衍射儀。X射線衍射儀不僅記錄了如圖2所示的光譜， 而且還能夠觀察隨時間而變的樣品，如果它被逐漸加熱到其它溫度。在表面保持在極低溫度下的火焰研究中，還使用Orion 氯離子電極來測定可能保留在表面上的任何氯化汞。在排氣和表面處 於200X:以上的正常情況下，二氯化汞幾乎立即從表面上升華掉。為了評價氧化汞、硫酸汞和二卣化汞的熱穩定性，多個實驗已經採用了 Mettler TGA/sDTA 851e熱重量分析儀。它能夠通過 規定的溫度程序或在一個等溫條件下檢查材料的穩定性。這粗略地指 示了這些分子在相對靜止的流動環境中的預期壽命。相對於實際流動系統，它們構成了上限值，並且可以用 排氣流速的實際數值來一定程度改變。雖然如此，它們可用於設計實 驗來確定硫酸鹽或氧化物形成通道的操作範圍的最高溫度。然而，已 經發現，上限操作溫度一般不通過硫酸鹽或氧化物的熱穩定性所控制。 在許多燃燒系統中，剩餘的痕量的未燃燒的一氧化碳和氫可以與沉積 物反應，將它再還原為具有控制作用的元素汞。就是這種在對二氯化 物的轉化和還原為元素汞的速率之間的動態竟爭控制了可能的溫度範 圍的上限的確切值。在煤燃燒器中，煙道氣一般可以含有1 - 20ppbv的原子 汞，10-100ppmv的氯化氫和大約300 - 3000ppmv的二氧化多充。這些 水平顯然是很近似的。但說明，濃度次序通常是硫的濃度比氯高得多， 氯的濃度比汞高得多。而且，燃料氯轉化成大約90%氯化氫和在附近 燃燒過的氣體中的10%原子氯。到這時，這達到了冷卻排氣，它幾乎 全部是氯化氫，僅有大約l。/。的分子氯。在200 - 25or;下使痕量的這兩種氣體在石危酸汞和氯的
沉積物上流過的實驗證實氯化氫起了主要的作用。該硫酸鹽不受分子 氯影響，由該反應的熱動力學所預測的事實。因此，在該方法在偶然 無氯的系統中的任何替代應用中，在進行這些低水平的添加之前，需 要在氯化氫和分子氯添加之間的適當選擇，以有利於轉化化學過程。本研究的結果指示，對於氧化物和硫酸鹽形成來說，汞 的沉積速率以線性分數相關性隨汞的添加量(一級)而改變。測定的 速率(按在沉積物中的汞的重量/小時計)與表面材料(不鏽鋼或鉑) 無關，並且無論是形成氧化物還是硫酸鹽，均是相同的。原子汞流入 到表面顯然是主要控制參數之一。事實上，按分子基準的汞的沉積速 率與鹼金屬的沉積速率非常相似，雖然它具有高得多的原子量。沒有在該表面上直接形成了二氯化汞的指徵。它很可能是由用作它的前體的硫酸鹽或氧化物在表面上形成的二級產物。這很 可能是它們的更高熱穩定性的結果，提供了在對於揮發性很高的二氯 化物來說太高的溫度下在表面上的延長壽命。 —般，在大約5-15毫秒的下遊時間下插入未加熱的探 針。雖然火焰氣體在這些時間下接近化學平衡，但這些實驗不嚴格地 是溫度僅僅為大約幾百度的正常排氣的有效評價，並且是在更長的下 遊時間下。因此，雖然採用在反應區下遊不遠的火焰氣體確定了化 學機理，但用更冷的排氣運行該方法的溫度不得不通過另外的實驗來
測定。雖然在貧燃料丙烷火焰中在60x:的探針上在io毫秒下遊時間 時獲得了氧化物和硫酸鹽的沉積，但這在更冷的排氣中可能不會發生。 在較冷的排氣中，較高的表面溫度是必要的，以便克服該形成化學過 程可能具有的任何表面能障。在這方面，已經在冷排氣中用位於大約
0. 1秒下遊的加熱探針進行試驗。與讓痕量的氯化氫或分子氟在硫酸鹽或氧化物在相同加 熱的探針上的沉積物上方流過的那些實驗一道，這些實驗是及其重要 的，構成了實際系統的近似模擬。它們精確地確定了其中為了獲得最 佳性能必須位於排氣流中的流動設備的必要溫度範圍。在誘發硫酸汞沉積的系統中，存在比氧化物(無硫的情 況)更大的操作範圍。下限通過該形成化學過程來控制，需要大約150
x:的溫度來克服形成活化能。能夠將硫酸鹽沉積物再化學還原為元素 汞的兩個方面，即熱離解速率和潛在反應速率控制了上限。在來自貧 燃料的燃燒器的冷卻排氣中，似乎仍然包含了相當低的痕量濃度的一 氧化碳和分子氧。在所測試的本系統中，這些痕量的潛在還原劑比與 熱離解速率有關的問題更需要加以控制。因此，在快速將硫酸鹽轉化
二氯化物的氯化氫和將該沉積物復原為元素汞的這些還原反應之間存
在動力學竟爭。這控制了溫度上限，其在本實驗系統中似乎接近約300 1C。在150 - 3001C的該範圍內，熱離解速率可忽略。燃燒當量比的富 氧度越高，該上限溫度可以升高得越多。用來自富燃料火焰的更還原的排氣的實驗清楚地說明了這方面。在這些條件下，對於任何收集溫
度，硫酸鹽或氧化物的沉積不是明顯的。用150 - 300C的起效範圍， 二氯化汞形成和汽化是快速的，並且不是速度控制參數。如果因為任 何原因該系統缺乏燃料氯，在該設備的前面可以添加痕量的氯化氫， 以促進該轉化。在不含^L的系統中，可以產生氧化汞沉積。氧化物沉積 同樣似乎不通過它們的熱穩定性而是通過它們的被可以存在於排氣中 的任何痕量還原氣體還原的容易性來控制。雖然在上遊燃燒過的氣體 中可以容易地獲得沉積，但對於它在下遊排氣中在較冷的溫度下的形 成具有化學能閾。結果，在目前測試的系統中，氧化物沉積可得到的 起效範圍似乎較窄。這集中在200X:士大約25"C的範圍。因此，在某 些情況下，具有潛在更寬的溫度範圍的硫酸鹽通路是更有吸引力的， 即使在無硫系統中。因此，本發明包括了可以有效地從任何燃燒或高溫過程 的冷卻煙道排氣中除去痕量的氣體汞的方法和裝置。汞被轉化為氣體 二氯化汞。由於是水溶性的，後者的排放可以通過洗滌來控制或減少。 該方法通過第一次確定和認識到可以在這些系統中將氣體原子汞轉化 為氣體二氯化汞的不均勻化學過程而得到。現在可以提出關於該排放問題的工程解決辦法。這包括 插入到排氣系統的一定位置的流動改性器，在該位置，在含有痕量的 硫的氣流中，溫度已經降低到低於約300X:，在無硫排氣中，低於約 250匸，但仍然等於或高於約150X:。它被設計成具有相對於該氣流的
大的表面積並且攪動該氣流以確保在通過氣流道的過程中煙道氣的所 有組分與其表面相互作用幾次。氣體原子汞已經表明在含有痕量硫的系統中作為硫酸 汞，或者如果無硫的話，作為氧化汞，有效地沉積在這些表面上。這 些沉積物的任何一種然後受到痕量的氟化氫，以及在後一種情況下的 氯，即通常存在於此類煙道氣中的氣體的猛烈攻擊。這將該沉積物轉 化為二氯化汞，易揮發的化合物，後者快速地升華到氣流中。如上所述，流動改性器材料的性質不是嚴格要求的。至二氯化物的轉化及其升華的速率取決於煙道氣溫度以 及氯化氫和分子氯氣體的痕量濃度水平。在以上提出的溫度範圍內， 它們正常不是控制參數。優化該轉化所需的該阻流板的必要表面積、 尺寸、位置和長度將取決於特定應用及其操作溫度。對於煤、生物質，油頁巖，泥煤，木材，城市和醫院廢 物和火葬場燃燒器，在煙道中通常存在足夠的氯來轉化汞沉積物。在
無氯的某些高溫工藝比如金屬熔爐中，有必要添加痕量的氯化氫或分 子氯，使得它們的濃度剛好在該設備的上遊在煙道氣區域中處於ppm 水平。在其中希望調用硫酸鹽中間體的更寬的溫度範圍的無硫 系統中，同樣地，可以剛好在該設備的上遊添加痕量的二氧化硫。在 排氣比起效溫度範圍更冷的系統中，有必要將插入的阻流板或氣體加 熱到所需的溫度。除了定期除去任何潛在的飛塵積聚物以外，該系統 預期可以無維修運行。現在參考圖3，煙囪31排放來自燃燒器、鍋爐、加熱器、 蒸汽發生器等的排氣。此類排氣包括汞和/或汞化合物，氯和/或氯化 合物以及硫和/或硫化合物。將阻流板32安置在煙囪的排氣流中。該阻流板32優選
以便於促進氣體分子在其上撞擊的方式設計。也就是說，該阻流板優 選具有與排氣接觸的大量表面積。此類阻流板可以根據公知原理來製造。如上所述，排氣中的汞和/或汞化合物，氯和/或氯化合 物以及硫和/或硫化合物推動了二氯化汞在阻流板32的表面上的形 成。二氯化汞然後從阻流板32上升華，再度進入排氣流中。因為二氯化汞是水溶性的，所以設置在煙囪31內的阻流 板32下遊的水洗器33從排氣中洗出二氯化汞，從而減少了排氣中的
不希望有的汞排放物。在不偏離本發明的精神和範圍的情況下，本領域的普通技術人員可以做出許多變化和改良。因此，必須要理解的是，示例性 實施方案僅僅為了舉例的目的而給出，不應當作限制由以下的權利要 求書所定義的本發明。例如，雖然權利要求的要素以下按一定的組合 闡明，但必須明確理解的是，本發明包括了更少、更多或不同要素的 其它組合，它們在本文中被公開，即使最初沒有以這種組合來要求。在本說明書中用於描述本發明及其各種實施方案的詞語 不僅以通常定義的含義來理解，而且通過在本說明書中的特殊定義包 括了超出了通常確定的含義的範圍的結構、材料或作用。因此，如果 在本說明書中一個要素能被理解為包括一個以上的含義，那麼它在權 利要求中的使用 一定被理解為對於由說明書和詞語本身所支持的所有 可能含義是通用的。因此，以下權利要求書的詞語或要素的定義在本說明書 中定義為不僅包括按照字面闡明的要素的組合，而且包括了以基本相 同的方式，完成了基本相同的功能，從而獲得了基本相同結果的所有 同等結構、材料或作用。在該意義上，因此預期，對於在以下權利要 求書中的任何一個要素，可以進行兩個或多個要素的同等替代，或者， 在一個權利要求中， 一個要素可以替代兩個或多個要素。雖然要素在 本文可以被描述為以某些組合起作用和甚至最初照此來要求，但要明 確理解的是，所要求的組合的一個或多個要素在某些情況下可以從該 組合中被除去，以及所要求的組合可以涉及子組合或子組合的變型。如由本領域的普通技術人員所觀察到的，現在已知的或 者後來設計的所要求的主題的非實質性變化被特意地考慮，同樣是在 權利要求書的範圍內。因此，本領域的普通技術人員現在或後來已知 的明顯替代被確定為在所定義的要素的範圍內。該權利要求書因此被認為包括了在本文具體地舉例說明 和描述了的內容，概念上等同的內容，可以明顯替代的內容以及基本
上引入了本發明的實質理念的內容。因此，這些和其它改變和增加是本領域的技術人員所顯 而易見的，可以用來使本發明適用於各種不同應用。不用說，在不偏離本發明的精神的情況下，在權利要求書的範圍內可以對所述特定結 構做出改變。應該理解的是，本文所述和在附圖中所示的用於減少排 氣中的汞排放物的示例性方法和裝置僅僅代表了本發明的目前優選的 實施方案。固然，在不偏離本發明的精神和範圍的情況下，可以對這 些實施方案做出各種改變和增加。例如，可以發現可通過洗滌或類似 方法除去的除了二氯化汞以外的中間體汞化合物。此外，本發明的原 理可以延伸到廢氣排放物的各種其它組分的去除等等。因此，這些和其它改變和增加是本領域的技術人員所顯 而易見的，可以用來使本發明適用於各種不同應用。不用說，在不偏 離本發明的精神的情況下，在權利要求書的範圍內可以對所述特定結 構做出改變。
權利要求
1、用於減少排氣中的汞排放物的設備，該設備包括設計用於布置在排氣流內以便促進汞化合物在其上形成以及設計成有利於汞化合物的升華的表面，其中該表面是排氣流動改性器的表面，設置在與該排氣接觸的排氣流內，並且具有足夠大的面積以有效地使來自排氣中的大部分汞沉積在表面上，其中該表面包括金屬和陶瓷材料的至少一種，並且其中流動改性器被設計成增強氣流中汞原子的氣體-表面碰撞頻率。
2、 如權利要求1所述的設備，其中表面被設計成有利於硫酸汞在 其上的沉積。
3、 如權利要求1所述的設備，其中表面被設計成有利於硫酸汞在 其上的沉積和沉積的硫酸汞隨後至二氯化汞的轉化。
4、 如權利要求1所述的設備，其中表面被設計成有利於氧化汞在 其上的沉積。
5、 如權利要求1所述的設備，其中表面被設計成有利於氧化汞在 其上的沉積以及沉積的氧化汞隨後至二氯化汞的轉化。
6、 如權利要求1所述的設備，其中表面至少部分由阻流板來確定， 該阻流板被設計成增強氣流中汞原子的氣體-表面碰撞頻率。
7、 如權利要求l所述的設備，進一步包括氯和/或硫注射系統， 它被設計成在排氣接觸表面之前將分子氯或原子氯或氯化氫或二氧化 硫氣體注入到排氣中。
8、 如權利要求1所述的設備，進一步包括用於從排氣中除去升華 的二氯化汞的洗滌器。
9、 如權利要求1所述的設備，進一步包括用於從排氣中除去升華 的二氯化汞的水洗器。
10、 用於減少排氣中的汞的排氣系統，該排氣系統包括 排氣煙道；設計成促進汞化合物在其上沉積的在排氣煙道內的表面，該表面 被設計成有利於二氯化汞的升華，其中該表面是排氣流動改性器的表 面，設置在與該排氣接觸的排氣流內，並且具有足夠大的面積以有效 地使來自排氣中的大部分汞沉積在表面上，其中該表面包括金屬和陶 瓷材料的至少一種，並且其中流動改性器被設計成增強氣流中汞原子 的氣體-表面碰撞頻率；和被設計成有利於從排氣中洗滌掉升華的汞的洗滌器。
11、 以從排氣中有效除去汞的比例將排氣中的汞連續地轉化為二 氯化汞的方法，該方法包括在大約150到300r的溫度下，使大部分排氣接觸一個或多個鋼 二維阻流板表面，其中汞化合物沉積在鋼表面上並且從表面上升華為 揮發性二氯化汞回到排氣中；以及洗滌排氣以除去二氯化汞。
12、 如權利要求11所述的方法，其中使大部分排氣接觸包括使大 部分排氣接觸由不需要再生的材料組成的鋼二維阻流板表面。
13、 如權利要求11所述的方法，其中使大部分排氣接觸包括使大 部分排氣接觸一個或多個流動改性表面以增強氣體/表面接觸，並且該 表面設置在排氣流內的固定位置上，其中排氣保持一個或多個鋼表面在大約150到300X:的溫度。
14、 如權利要求11所述的方法，其中使大部分排氣接觸包括使大部分排氣接觸一個或多個流動改性阻流板，其中相應的一個或多個鋼表面的溫度被冷卻到大約150到3001C的溫度。
15、 如權利要求11所述的方法，其中使大部分排氣接觸包括使大 部分排氣接觸一個或多個流動改性阻流板，其中鋼表面的溫度被加熱 到大約150到300匸的溫度。
16、 如權利要求11所述的方法，當硫沒有以超過汞濃度的濃度存 在於氣流中時，所述方法進一步包括在接觸步驟之前將硫以其化學形 式的一種加入到排氣中的步驟。
17、 如權利要求11所述的方法，當氯沒有以超過汞濃度的濃度存 在於氣流中時，所述方法進一步包括在接觸步驟之前將氯以其化學形 式的一種加入到排氣中的步驟。
18、 如權利要求11所述的方法，其中洗滌步驟包括水洗或化學乾洗。
19、 如權利要求11所述的方法，其中使大部分排氣接觸包括使大 部分排氣接觸一個或多個設置在排氣流內的固定的鋼二維阻流板表 面，以便提高表面和排氣之間的分子相互作用的頻率。
20、 如權利要求19所述的方法，其中使大部分排氣接觸包括使基 本上所有排氣流動到一個或多個空間上固定的鋼二維阻流板表面上。
21、 以有效比例將排氣中的汞連續地轉化為二氯化汞的方法，該方法包括以下步驟使大部分排氣與至少一個具有大約150到300C溫度的鋼二維阻 流板表面接觸；在至少一個固定的鋼表面上沉積汞化合物；使沉積的汞化合物轉化為二氯化汞；以及使在至少一個鋼表面上的二氯化汞升華回到排氣中。
全文摘要
排氣中的汞排放物被減少。在表面上由排氣中的大部分汞形成二氯化汞。該二氯化汞從表面上升華，以及隨後從排氣流中除去升華的二氯化汞。
文檔編號B01D53/64GK101549232SQ20091013885
公開日2009年10月7日 申請日期2004年4月14日 優先權日2003年5月1日
發明者K·斯克菲爾德 申請人:加利福尼亞大學董事會