[發明專利]將煙氣汞隔離于混凝土中的組合物和方法

在審

• 申請號: 201280014843.6
• 申請日: 2012-03-08
• 公開（公告）號: CN103608086A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發明（設計）人: 張尹治;R.R.蘭德雷思;周群輝;C.J.奈爾帕;S.G.小納爾遜
• 申請（專利權）人: 阿爾比馬爾公司
• 主分類號: B01D53/10
• 分類號: B01D53/10
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 林毅斌;萬雪松

相關申請案的交叉引用

本申請是2008年12月19日提交的標題為“Compositions?and?Methods?to?Sequester?Flue?Gas?Mercury?in?Concrete”的申請No.12/305,720的部分繼續申請并且要求其優先權，其據此通過引用整體并入本文。

發明背景

煤燃燒產生的粉煤灰常常用作混凝土和灰漿中水泥的部分代替物。來自煤燃燒的廢氣含有汞。這種污染物可被注入煙氣流中的粉狀活性炭(“PAC”)吸附并且與粉煤灰一起收集在顆粒去除裝置中。例如，美國專利No.6,953,494提供了生產用于汞吸附的溴化PAC。然而，當用于汞排放控制的已知PAC吸附劑與來自燃煤發電廠的粉煤灰混合時，不可再出售粉煤灰作其最高價值使用，即不再作為混凝土中水泥的部分代替物。這是因為用于捕獲汞的高吸附性PAC也吸附為生成混凝土和易性和凍融能力所需的氣泡稍后添加到混凝土漿料中的加氣劑化學藥品(AEA)。

根據美國粉煤灰協會(American?Coal?Ash?Association)，2008年美國生產了6560萬公噸的粉煤灰。代替混泥土中的水泥是粉煤灰的主要用途。約1150萬公噸的粉煤灰進入混凝土市場，并且約1600萬公噸用于結構填土、土壤改良和其它應用。再利用粉煤灰部分替代混凝土中的水泥代表美國廢物循環的重大成功并且具有顯著的經濟、環境和技術效益。

使用粉煤灰代替混凝土中的一部分水泥的經濟效益包括粉煤灰銷售的稅收增加，粉煤灰處理的成本降低和因使用粉煤灰代替更貴的水泥的儲蓄。混凝土性能效益包括抗化學侵蝕性更強、強度更大且和易性提高。環境效益包括溫室氣體排放減少、地面處理減少且原始資源使用減少。如果粉煤灰組合物含有超過微量支持水平的現有技術汞吸附劑，就將失去所有這些效益。這是雙重否定，因為不僅必須處理粉煤灰，而且不可有利使用，但是錯過了通過將其裝入混凝土中，物理和化學隔離從環境中釋放并且與環境相互作用的汞的機會。

對于大多數沒有二氧化硫濕式洗滌器的燃煤發電廠而言，符合目前汞排放要求的成本最低的領先候選技術是在工廠現有顆粒控制之前將PAC注入煙氣中。然而，在這個過程中，PAC與設備收集的粉煤灰混合。由于典型PAC的高表面積及其高吸附能力，如果甚至最小量與粉煤灰混合，也不能再將粉煤灰用于混凝土中。PAC吸附稍后添加到混凝土漿料中的AEA。這些表面活性劑使能夠并入精確量的產生混凝土和易性和凍融能力所需孔隙率需要的氣泡。對于其它可出售其粉煤灰用于混凝土，但是如今必須將其處理掉的工廠而言，這將是很大的經濟損失。美國能源部國家能源技術實驗室(U.S.Department?of?Energy?National?Energy?Technology?Laboratory)分析表明，這種有害副產品效應將有效地使一些工廠的汞還原成本成為四倍。

來自水泥窯的汞排放也日益被認為是一個問題。可類似地將PAC注入這些廢氣中并且可收集在將水泥窯粉塵與廢氣分開的顆粒去除裝置中。然而，因為收集的水泥窯粉塵然后將含有AEA吸附劑PAC，不能再將其作為用于加氣混凝土的水泥出售。

其它人已經努力制成更加混凝土友好的碳汞吸附劑或提高其汞性能。

在美國專利公布No.2003/0206843中，Nelson教導用足夠量的臭氧后處理PAC吸附劑可有利地影響吸附劑的表面性質，足以減少AEA的吸附并致使粉煤灰將其并入用于混凝土。不幸的是，還發現由于發電廠汞控制必需的PAC吸附劑的高表面積，對于這種途徑而言為具有任何實用性，所需臭氧的量太大并且太昂貴。為有效降低所述公開內容中的AEA干擾，例如，Nelson教導每千克碳需要1千克數量級的臭氧。Chen的專利，美國專利No.6,890,507的圖10和11指出了類似發現。

Hwang的美國專利No.6,027,551教導，可將來自煤直接燃燒的未燃碳粒與粉煤灰分開，用富氧氣體、臭氧或硝酸后處理以產生改良汞吸附劑，然后注回含粉煤灰的氣流中以去除汞。然而，這種技術牽涉處理大量粉煤灰以分離與商業生產的PAC相比汞吸附能力降低的未燃碳粒，接著是分離后處理步驟。而且，Hwang并未將其去掉粉煤灰的吸附劑汞隔離在混凝土中，但是相反將碳與粉煤灰分開。