СПОСОБ ОЧИСТКИ ГАЗОВОГО ПОТОКА Российский патент 2015 года по МПК B01D53/02 B01J20/02 B01J20/10 B01J20/22 

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Это описание изобретения относится к способу отчистки газового потока, например газового потока, содержащего, по крайней мере, ртуть.

ПРЕДПОСЫЛКИ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Контроль выброса ртути является желательным для промышленности по производству электроэнергии. В промышленности разыскивается более легкий способ контролирования выбросов ртути от тепловыделяющих систем.

В настоящее время устоявшаяся методика на практике для контроля за выбросами ртути представляет собой добавление галогенсодержащих соединений к топливам или топочным газам, чтобы усилить окисление ртути, таким образом облегчая ее захват сорбентами и газоочистительным жидкостями (смотри патент US 6,808,692 и патент US 6,878,358, оба из которых включены здесь посредством ссылки).

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

А. КОМПОЗИЦИИ

Настоящее изобретение предусматривает композицию, включающую соединение, имеющее следующую формулу

(SiO₂)_x(ОН)_yM_zS_aF, где М является, по крайней мере, одним из следующих катионов металла или металлоида: бор, магний, алюминий, кальций, титан, ванадий, марганец, железо, кобальт, никель, медь, цинк, цирконий, молибден, палладий, серебро, кадмий, олово, платина, золото и висмут; где S является серосодержащей группой, выбранной из, по крайней мере, одного из следующих веществ: сульфидные соли, дитиокарбаматы, полимерные дитиокарбаматы и соли полисульфидов; необязательно, где F является, по крайней мере, одним из следующих веществ: серосодержащий органосилан, аминсодержащий органосилан или алкилсодержащий органосилан при удельной площади покрытия 0,01-100%; и где мольное отношение у/х равно 0,01-0,5, мольное отношение x/z равно 3-300 и мольное отношение a/z равно 1-5.

Настоящее изобретение также предусматривает композицию, включающую соединение, имеющее формулу (SiO₂)₁₅Cu₁S₅.

В. ПРОДУКТ, ПОЛУЧЕННЫЙ С ПОМОЩЬЮ СПОСОБА

Настоящее изобретение далее предусматривает продукт, полученный путем фильтрования продукта на основе воды с композицией, включающей соединение, имеющее следующую формулу (SiO₂)_x(ОН)_yM_zS_aF, где М выбран из, по крайней мере, одного из следующих катионов металла или металлоида: бор, магний, алюминий, кальций, титан, ванадий, марганец, железо, кобальт, никель, медь, цинк, цирконий, молибден, палладий, серебро, кадмий, олово, платина, золото и висмут; где S является серосодержащей группой, выбранной из, по крайней мере, одного из следующих веществ: сульфидная соль, дитиокарбаматы, полимерные дитиокарбаматы и соли полисульфидов; где F необязательно присутствует и указанный F является, по крайней мере, одним из следующих веществ: функцианализированный органосилан, серосодержащий органосилан, аминсодержащий органосилан и алкилсодержащий органосилан при удельной площади покрытия 0,01-100%; и где мольное отношение у/х равно 0,01-0,5, мольное отношение x/z равно 3-300 и мольное отношение a/z равно 1-5; и где соединение включено в количестве 3 - 15 мас.% в суспензию на основе воды.

Настоящее изобретение также предусматривает продукт, полученный путем сушки композиции при температуре от 100°С до 350°С, где указанная композиция включает соединение, имеющее следующую формулу (SiO₂)_x(ОН)_yM_zS_aF, где М выбран из, по крайней мере, одного из следующих катионов металла или металлоида: бор, магний, алюминий, кальций, титан, ванадий, марганец, железо, кобальт, никель, медь, цинк, цирконий, молибден, палладий, серебро, кадмий, олово, платина, золото и висмут; где S является серосодержащей группой, выбранной из, по крайней мере, одного из следующих веществ: сульфидная соль, дитиокарбамат, полимерный дитиокарбамат и соли полисульфидов; где F необязательно присутствует и указанный F является, по крайней мере, одним из следующих веществ: функцианализированный органосилан, серосодержащий органосилан, аминсодержащий органосилан и алкилсодержащий органосилан при удельной площади покрытия 0,01-100%; и где мольное отношение у/х равно 0,01-0,5, мольное отношение x/z равно 3-300 и мольное отношение a/z равно 1-5.

С. СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ

Настоящее изобретение предусматривает способ формирования продукта/композиции на основе кремния, включающий: а) обеспечение кремнийсодержащим предшественником (далее КСП), содержащимся в растворе, который имеет pH менее чем или равное 7; b) необязательно активирование КСП одной или более металлической группой, где указанное активирование происходит, когда раствор имеет pH менее чем или равное 7; с) регулирование pH раствора до большего чем 7; d) добавление эффективного количества соли к раствору так, чтобы удельная электропроводность раствора была больше чем или равна 4 мСм (миллисименс), где указанное добавление происходит до, одновременно или после регулировки pH на стадии 1с; е) необязательно фильтрацию и сушилку КСП и f) необязательно реагирование высушенного продукта со стадии е) с функциональной группой и, где необязательно полученный функцианализированный высушенный продукт является, по крайней мере, одним из следующих веществ: функцианализированный кремниевый продукт, активированный оксидом металла или сульфидом металла.

Настоящее изобретение также предусматривает способ формирования продукта/композиции на основе кремния, включающий: а) обеспечение кремнийсодержащим предшественником (КСП), содержащимся в растворе, который имеет pH более чем 7; b) регулирование pH раствора до меньшего чем или равного 7; c) необязательно активирование КСП одной или более металлической группой, где указанное активирование происходит, когда раствор имеет pH менее чем или равное 7; d) регулирование pH раствора до большего чем 7; е) добавление эффективного количества соли к раствору так, чтобы удельная электропроводность раствора была больше чем или равна 4 мСм (миллисименс), где указанное добавление происходит до, одновременно или после регулировки pH на стадии 2d; f) необязательно фильтрацию и сушилку КСП и g) необязательно реагирование высушенного продукта со стадии f) с функциональной группой и, где необязательно полученный функцианализированный высушенный продукт является, по крайней мере, одним из следующих веществ: функцианализированный кремниевый продукт, активированный оксидом металла или сульфидом металла.

D. СПОСОБ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

Настоящее изобретение предусматривает способ очистки газового потока, содержащего ртуть, включающий: применение сорбента к указанному газовому потоку до устройства для сбора твердых частиц, для того, чтобы адсорбировать, по крайней мере, часть ртутьсодержащих соединений, где указанный сорбент содержит композицию, включающую соединение, имеющее следующую формулу (SiO₂)_x(ОН)_yM_zS_aF, где М выбран из, по крайней мере, одного из следующих катионов металла или металлоида: бор, магний, алюминий, кальций, титан, ванадий, марганец, железо, кобальт, никель, медь, цинк, цирконий, молибден, палладий, серебро, кадмий, олово, платина, золото и висмут; где S является серосодержащей группой, выбранной из, по крайней мере, одного из следующих веществ: сульфидные соли, дитиокарбаматы, полимерные дитиокарбаматы и соли полисульфидов; где F необязательно присутствует и указанный F является, по крайней мере, одним из следующих веществ: функцианализированный органосилан, серосодержащий органосилан, аминсодержащий органосилан и алкил-содержащий органосилан при удельной площади покрытия 0,01-100%; и где мольное отношение у/х равно 0,01-0,5, мольное отношение x/z равно 3-300 и мольное отношение a/z равно 1-5.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Все патенты и опубликованные заявки, упомянутые в этом описании, включены здесь посредством ссылки.

Как определено выше, настоящее изобретение предусматривает композицию, которая содержит соединение с серным компонентом, конкретно соединение, имеющее формулу (SiO₂)_x(ОН)_yM_zS_aF, где М выбран из, по крайней мере, одного из следующих катионов металла или металлоида: бор, магний, алюминий, кальций, титан, ванадий, марганец, железо, кобальт, никель, медь, цинк, цирконий, молибден, палладий, серебро, кадмий, олово, платина, золото и висмут; где S является серосодержащей группой, выбранной из, по крайней мере, одного из следующих веществ: сульфидная соль дитиокарбаматов, полимерных дитиокарбаматов и солей полисульфидов; где F необязательно присутствует и указанный F является, по крайней мере, одним из следующих веществ: функцианализированный органосилан, серосодержащий органосилан, аминсодержащий органосилан и алкилсодержащий органосилан при удельной площади покрытия 0,01-100%; и где мольное отношение у/х равно 0,01-0,5, мольное отношение x/z равно 3-300 и мольное отношение a/z равно 1-5.

Соединение может быть в различных формах и пропорциях по отношению к компонентам композиции. Кроме того, различные продукты могут содержать соединения, охваченные этим изобретением. Например, следующие варианты соединений могут отдельно действовать, могут быть далее модифицированы химическими и/или физическими средствами или могут быть внедрены в другие продукты, например потребительские или промышленные продукты.

В другом варианте изобретение также предусматривает композицию, включающую соединение, имеющее формулу: (SiO₂)₁₅Cu₁S₅.

В другом варианте соединение содержится в составе суспензии на основе воды в количестве 3-15 мас.%.

В другом варианте соединение содержится во влажном фильтрационном осадке в количестве 15-40 мас.%.

В другом варианте соединение содержится в порошке в количестве 40-99 мас.%.

В другом варианте соединение имеет размер частиц от 5 до 200 мкм, содержащих агрегированные наночастицы в пределах от 3 до 500 нм.

В другом варианте соединение имеет площадь поверхности от 30 до 800 м²/г.

В другом варианте соединение имеет объем пор от 0,3 до 2,0 см³/г.

В другом варианте продукт получают путем фильтрования продукта на основе воды с композицией, включающей соединение, имеющее следующую формулу (SiO₂)_x(ОН)_yM_zS_aF, где М выбран из, по крайней мере, одного из следующих катионов металла или металлоида: бор, магний, алюминий, кальций, титан, ванадий, марганец, железо, кобальт, никель, медь, цинк, цирконий, молибден, палладий, серебро, кадмий, олово, платина, золото и висмут; где S является серосодержащей группой, выбранной из, по крайней мере, одного из следующих веществ: сульфидная соль, дитиокарбаматы, полимерные дитиокарбаматы и соли полисульфидов; где F необязательно присутствует и указанный F является, по крайней мере, одним из следующих веществ: функцианализированный органосилан, серосодержащий органосилан, аминсодержащий органосилан и алкилсодержащий органосилан при удельной площади покрытия 0,01-100%; где мольное отношение у/х равно 0,01-0,5, мольное отношение x/z равно 3-300 и мольное отношение a/z равно 1-5; и где соединение включено в количестве 3-15 мас.% в суспензию на основе воды.

В другом варианте продукт получают путем сушки композиции при температуре от 100°С до 350°С, где указанная композиция включает соединение, имеющее следующую формулу (SiO₂)_х(ОН)_yM_zS_aF, где М выбран из, по крайней мере, одного из следующих катионов металла или металлоида: бор, магний, алюминий, кальций, титан, ванадий, марганец, железо, кобальт, никель, медь, цинк, цирконий, молибден, палладий, серебро, кадмий, олово, платина, золото и висмут; где S является серосодержащей группой, выбранной из, по крайней мере, одного из следующих веществ: сульфидные соли, дитиокарбаматы, полимерные дитиокарбаматы и соли полисульфидов; где F необязательно присутствует и указанный F является, по крайней мере, одним из следующих веществ: функцианализированный органосилан, серосодержащий органосилан, аминсодержащий органосилан и алкилсодержащий органосилан при удельной площади покрытия 0,01-100%; и где мольное отношение у/х равно 0,01-0,5, мольное отношение x/z равно 3-300 и мольное отношение a/z равно 1-5.

Соединения могут быть получены различными способами, такими как в US 20070231247, который включен здесь посредством ссылки.

Как указано выше, кремнийсодержащий продукт, охваченный изобретением, может быть получен следующими способами.

Одна технология включает запуск с начальной кислотной точки.

В одном варианте способ включает формирование продукта на основе кремния, включающего стадии: а) обеспечение кремнийсодержащим предшественником (КСП), содержащимся в растворе, который имеет pH менее чем или равное 7; b) необязательно активирование КСП одной или более металлической группой, где указанное активирование происходит, когда раствор имеет pH менее чем или равное 7; с) регулирование pH раствора до большего чем 7; d) добавление эффективного количества соли к раствору так, чтобы удельная электропроводность раствора была больше чем или равна 4 мСм (миллисименс), где указанное добавление происходит до, одновременно или после регулировки pH на стадии 1 с); е) необязательно фильтрацию и сушку КСП; и f) необязательно реагирование высушенного продукта со стадии е) с функциональной группой и, где необязательно полученный функцианализированный высушенный продукт является, по крайней мере, одним из следующих веществ: функцианализированный кремниевый продукт, активированный оксидом металла или сульфидом металла.

В другом варианте функциональная группа на стадии f является органосиланом.

В другом варианте кремнийсодержащий предшественник выбран из, по крайней мере, одного из следующих веществ:

кремниевая кислота, коллоидный диоксид кремния, тетраэтилортосиликат и высокодисперсный диоксид кремния.

В другом варианте интервал pH КСП на стадии 1а) составляет от 3 до 4.

В другом варианте pH КСП регулируют до значения более чем 7 путем смешения/взаимодействия молекул указанного КСП с щелочным раствором при скорости сдвига от 6 до 23 м/с, основанной на окружной скорости конца лопасти. В другом варианте способ далее включает регулировку pH КСП до значения более чем 7 путем смешения указанного КСП с щелочным раствором с использованием смесительной камеры. Пример смесительной камеры описывается в патенте US 7550060 "Способ и устройство для подачи химикатов в технологический поток". Этот патент включен здесь посредством ссылки. В одном варианте смесительная камера включает первый трубопровод, имеющий одно или более впускных отверстий и выпускных отверстий; второй трубопровод, имеющий одно или более впускных отверстий и выпускных отверстий, где указанный первый трубопровод прикреплен к указанному второму трубопроводу и пересекает указанный второй трубопровод; смесительную камеру, которая имеет одно или более впускных отверстий и выпускных отверстий, где указанный второй трубопровод соединен с указанной смесительной камерой, и где указанные выпускные отверстия указанного первого трубопровода и указанные выпускные отверстия указанного второго трубопровода связаны с указанной смесительной камерой; и переходник, который находится в связи с указанным выходным отверстием указанной смесительной камеры и прикреплен к указанной смесительной камере. Смесительная камера затем может быть прикреплена или соединена с резервуаром, который удерживает/пропускает через себя (например, посредством трубопровода) смешанный продукт. В одном варианте указанная смесительная камера затем может быть прикреплена или соединена с резервуаром, который удерживает/пропускает через себя смешанный продукт, полученный путем указанного регулирования pH указанного КСП.

Дополнительно, может быть применен смеситель Ultra Turax, модель номер UTI-25 (предоставленный IKA(R) Works, Inc, in Wilmington, N.C.).

Предполагается, что в способе по изобретению могут быть применены любые подходящие реактор или смеситель/смесительная камера.

В другом варианте способ далее включает регулировку pH КСП до более чем 7 путем комбинации указанного КСП с щелочным раствором при смешении, обеспечивающем число Рейнольдса более чем или равным 2000, до формирования кремнийсодержащего продукта.

В другом варианте способ далее включает регулировку pH КСП до более чем 7 путем комбинации указанного КСП с щелочным раствором в условиях переходного течения, то есть число Рейнольдса между 2000 и 4000, до формирования кремнийсодержащего продукта.

В другом варианте способ далее включает регулировку pH КСП до более чем 7 путем комбинации указанного КСП с щелочным раствором в условиях турбулентного течения, то есть число Рейнольдса более чем или равно 4000, до формирования кремнийсодержащего продукта.

В другом варианте pH КСП регулируют до интервала pH7-11 с использованием соединений, выбранных из, по крайней мере, одного из следующих веществ: гидроокись аммония, карбонат аммония, минеральные основания, такие как, но не ограниченные ими, гидроокись натрия и/или гидроокись калия, органические основания, такие как, но не ограниченные ими, гидроокись триметиламмония, щелочные силикаты, соли сульфида, такие как, но не ограниченные ими, сульфид натрия, и соли, содержащие полисульфиды, такие как, но не ограниченные ими, кальций полисульфид и/или натрий полисульфид.

В другом варианте полученную на стадии d) суспензию фильтруют и сушат так, чтобы концентрация твердого указанного высушенного и отфильтрованного продукта увеличилась приблизительно от 5 мас.% до 99 мас.%.

В другом варианте высушенный на стадии е) продукт является поверхностью, обработанной органосиланом путем контролирования гидролиза и конденсации силана на кремниевой поверхности в, по крайней мере, одном из процессов: процесс с органическим растворителем, сверхкритическим растворителем или без растворителя.

Другая технология включает запуск с начальной щелочной точки.

В одном варианте способ включает формирование продукта на основе кремния, включающий стадии: а) обеспечение кремнийсодержащим предшественником (КСП), содержащимся в растворе, который имеет pH больший чем 7; b) регулирование pH раствора до меньшего чем или равного 7; с) необязательно активирование КСП одной или более металлической группой, где указанное активирование происходит, когда раствор имеет pH менее чем или равное 7; d) регулирование pH раствора до большего чем 7; е) добавление эффективного количества соли к раствору так, чтобы удельная электропроводность раствора была больше чем или равна 4 мСм (миллисименс), где указанное добавление происходит до, одновременно или после регулировки pH на стадии 2d; f) необязательно фильтрацию и сушку КСП и д) необязательно реагирование высушенного продукта со стадии f) с функциональной группой и, где необязательно полученный функцианализированный высушенный продукт является, по крайней мере, одним из следующих веществ: функцианализированный кремниевый продукт, активированный оксидом металла или сульфидом металла.

В другом варианте функциональная группа на стадии д) является органосиланом.

В другом варианте кремнийсодержащий предшественник выбран из, по крайней мере, одного из следующих веществ: кремниевая кислота, коллоидный диоксид кремния, щелочной силикат, тетраэтилортосиликат и высокодисперсный диоксид кремния.

В другом варианте pH кремнийсодержащего предшественника регулируют путем использования, по крайней мере, одной из следующих веществ: угольная кислота, органическая кислота, такая как, но не ограничиваясь ими, уксусная кислота, минеральная кислота, такая как, но не ограничиваясь ими, серная кислота и/или соляная кислота, таким образом, чтобы pH уменьшался до интервала от 2 до 7.

В другом варианте интервал pH КСП регулируют до интервала от 3 до 4 уксусной кислотой.

В другом варианте pH КСП регулируют до интервала pH7-11 с использованием соединений, выбранных из, по крайней мере, одного из следующих веществ: гидроокись аммония, карбонат аммония, минеральные основания, органические основания, щелочные силикаты, соли сульфида, соли, содержащие полисульфиды.

В другом варианте полученную на стадии е) суспензию фильтруют и сушат так, чтобы концентрация твердого указанного высушенного и отфильтрованного продукта увеличилась приблизительно от 5 мас.% до 99 мас.%.

В другом варианте высушенный на стадии f) продукт является поверхностью, обработанной органосиланом путем контролирования гидролиза и конденсации силана на кремниевой поверхности в, по крайней мере, одном из процессов: процесс с органическим растворителем, сверхкритическим растворителем или без растворителя.

В другом варианте pH КСП регулируют до значения больше чем 7 путем смешения указанного КСП с щелочным раствором при скорости сдвига от 6 до 23 м/с, рассчитанной по окружной скорости конца лопасти.

В другом варианте, способ далее включает регулировку pH КСП до значения более чем 7 путем смешения указанного КСП с щелочным раствором с использованием смесительной камеры. Пример смесительной камеры описывается в патенте US 7550060 "Способ и устройство для подачи химикатов в технологический поток". Этот патент включен здесь посредством ссылки. В одном варианте смесительная камера включает первый трубопровод, имеющий одно или более впускных отверстий и выпускных отверстий; второй трубопровод, имеющий одно или более впускных отверстий и выпускных отверстий, где указанный первый трубопровод прикреплен к указанному второму трубопроводу и пересекает указанный второй трубопровод; смесительную камеру, которая имеет одно или более впускных отверстий и выпускных отверстий, где указанный второй трубопровод соединен с указанной смесительной камерой, и где указанные выпускные отверстия указанного первого трубопровода и указанные выпускные отверстия указанного второго трубопровода связаны с указанной смесительной камерой; и переходник, который находится в связи с указанным выходным отверстием указанной смесительной камеры и прикреплен к указанной смесительной камере. Смесительная камера затем может быть прикреплена или соединена с резервуаром, который удерживает/пропускает через себя (например, посредством трубопровода) смешанный продукт. В одном варианте указанная смесительная камера затем может быть прикреплена или соединена с резервуаром, который удерживает/пропускает через себя смешанный продукт, полученный путем указанного регулирования pH указанного КСП.

Дополнительно может быть применен смеситель Ultra Turax, модель номер UTI-25 (предоставленный IKA(R) Works, Inc, in Wilmington, N.C.).

Предполагается, что в способе по изобретению могут быть применены любые подходящие реактор или смеситель/смесительная камера.

В другом варианте способ далее включает регулировку pH КСП до более чем 7 путем комбинации указанного КСП с щелочным раствором при смешении, обеспечивающем число Рейнольдса более чем или равным 2000, до формирования кремнийсодержащего продукта.

В другом варианте способ далее включает регулировку pH КСП до более чем 7 путем комбинации указанного КСП с щелочным раствором в условиях переходного течения, то есть число Рейнольдса между 2000 и 4000, до формирования кремнийсодержащего продукта.

В другом варианте способ далее включает регулировку pH КСП до более чем 7 путем комбинации указанного КСП с щелочным раствором в условиях турбулентного течения, то есть число Рейнольдса более чем или равно 4000, до формирования кремнийсодержащего продукта. Серосодержащая группа настоящего изобретения может быть выбрана из репрезентативного списка, но не предполагается для использования в качестве ограничивающего списка, по крайней мере, одна из следующих веществ: соли сульфидов, дитиокарбаматы, полимерные дитиокарбаматы, и соли полисульфидов. Соли сульфидов могут быть, но не ограниченные ими, сульфидом натрия, сульфидом калия и/или сульфидами металла, таким, как сульфид меди. Дитиокарбаматы могут быть, но не ограничиваясь ими, диметилдитиокарбаматом (ДМДТК) или диэтилдитиокарбаматом (ДЭДТК). Полимерные дитиокарбаматы содержат органические полимеры, содержащие функциональные группы R_nCS₂, где R - алкилгруппа, которая является линейной или разветвленной. Пример коммерчески доступного полимерного дитиокарбамата описан в патентах US 5164095 и 5346627, которые включены здесь посредством ссылки. Полисульфиды, которые могут быть использованы в настоящем изобретении, включают но не ограничиваясь ими, полисульфид натрия и полисульфид кальция.

Органосиланы, которые могут быть использованы в текущем изобретении, хорошо известны в уровне техники и могут быть представлены общей формулой R_(4-a)-SiX_a, где а может быть от 1 до 3. Органофункциональная группа, R-, может быть любой алифатической или алкенсодержащей функциональной группой, такой как пропил, бутил, 3-хлоропропил, амин, тиол и их комбинация. Х является типичным представителем гидролизуемой алкоксигруппой, обычно метокси или этокси. Некоторые примеры - 3-тиопропил и меркаптопропил силаны.

Во время получения композиции настоящего изобретения соль добавляют так, чтобы увеличить удельную электропроводность раствора до 4 мСм. Примеры солей, которые могут быть использованы, включают, но не ограничиваются ими, щелочь и щелочные галогениды, сульфаты,' фосфаты и нитраты, такие как сульфат натрия, хлорид калия, хлорид натрия, нитрат натрия, сульфат кальция и фосфат калия. Специалист в данной области техники обнаружил бы, что эффективное количество соли добавляемой, чтобы достичь желаемой удельной электропроводности, будет сильно зависеть от выбранной соли.

Тиолы и амины представлены обычно классами органических и неорганических соединений, содержащих амин- или тиолгруппу, имеющую общую формулу -B-(SH) или -B-(NH₂), где В - линейная или разветвленная группа, включающая атомы углерода, такие как -(СН₂)_n-, где n - от 1 до 15, в частности где n - от 1 до 6, более предпочтительно, когда n=3.

Кремнийсодержащий химический состав может быть применен ко множеству процессов.

Как указано выше, раскрытие предмета изобретения относится к способу очистки газового потока, содержащего ртуть, включающему: применение сорбента к указанному газовому потоку до устройства для сбора твердых частиц, для того, чтобы адсорбировать, по крайней мере, часть ртутьсодержащих соединений, где указанный сорбент содержит композицию, включающую соединение, имеющее следующую формулу (SiO₂)_x(ОН)_yM_zS_aF, где М выбран из, по крайней мере, одного из следующих катионов металла или металлоида: бор, магний, алюминий, кальций, титан, ванадий, марганец, железо, кобальт, никель, медь, цинк, цирконий, молибден, палладий, серебро, кадмий, олово, платина, золото и висмут; где S является серосодержащей группой, выбранной из, по крайней мере, одной из следующих веществ: сульфидная соль, дитиокарбамат, полимерный дитиокарбамат и солиполисульфидов; где F необязательно присутствует и указанный F, по крайней мере, один из следующих веществ: функцианализированный органосилан, серосодержащий органосилан, аминсодержащий органосилан и алкилсодержащий органосилан при удельной площади покрытия 0,01-100%; и где мольное отношение у/х равно 0,01-0,5, мольное отношение x/z равно 3-300 и мольное отношение a/z равно 1-5.

В одном варианте устройство для сбора твердых частиц представляет собой одно или более из следующих устройств: электростатическое улавливание (ЭСУ), фильтрация, инерционное разделение, пылеуловительная камера, циклон, абсорбер распылительного типа (АРС), десульфуратор увлажненных дымовых газов (ДвДГ) или любая их комбинация.

В другом варианте газовый поток выводится из тепловыделяющей системы, содержащей, по крайней мере, одну из следующих тепловыделяющих систем: система сжигания топлива, система сжигания топлива электростанции, система сжигания каменного угля, система сжигания отходов; обжигательная печь; обжигательная печь для добычи полезных ископаемых; котел-регенератор; поток процесса газификации каменного угля; поток производства газа; система сжигания биомассы и система переработки руды.

В другом варианте сорбент подвергается воздействию газового потока путем применения указанного сорбента к газовому потоку с транспортирующим газом; где необязательно указанный транспортирующий газ является воздухом или азотом; где необязательно указанный транспортирующий газ применяют перед устройством улавливания частиц по ходу движения; и где необязательно указанное устройство для сбора твердых частиц содержит, по крайней мере, одно из следующих устройств: электростатический улавливатель (ЭСУ), пылеуловительная камера или циклон.

В другом варианте сорбент применяют к газовому потоку в виде суспензии, смешанной с щелочными сорбентами оксида серы, такими как, но не ограничиваясь ими, трона, гидроксид кальция, известь, гашеная известь или оксид кальция, содержащими соединения или материалы или их комбинации, такие как описаны в патентах US 5334564 и US 5520898, которые включены здесь посредством ссылки, например, с использованием распылительной сушилки.

В другом варианте щелочной сорбент оксида серы применяют перед сорбентом по ходу движения. В следующем варианте щелочьсодержащий сорбент оксида серы добавляют отдельно от сорбента с помощью таких методов как FSI (введение сорбента в печь (далее FSI)).

В другом варианте сорбент применяют к газовому потоку путем размещения сорбента в устройстве с неподвижным слоем, через который проходит газовый поток.

В другом варианте сорбент комбинируют с другими неорганическими сорбентами, такими как алюмосиликаты, кремнийсодержащие материалы, или цеолиты, или их комбинация от 1 до 50%.

В другом варианте композиция сорбента далее включает 1-50% активированного угля.

В другом варианте сорбент смешивают в отношении 1-50% с активированным углем, который получают Thief Carbon процессом, как описано в патенте US 6521021, и который включен здесь посредством ссылки.

В другом варианте композиция сорбента далее включает 1-50% основанного на кремнии или основанного на алюмосиликате сорбента ртути, такого который описан в патенте US 7572421 и который включен здесь посредством ссылки.

В другом варианте способ далее включает применение окислителя к выхлопному газу.

В другом варианте окислитель применяют перед указанным сорбентом.

В другом варианте окислитель выбирают из группы, состоящей из: молекулярного галогена, разлагающегося под действием тепла, бромида кальция и галогенсодержащих соединений, таких как, но не ограничиваясь ими, бромводород, хлорид водорода, бромистый аммоний, хлористый аммоний, хлористый натрий, бромистый натрий, хлористый кальций или их комбинацией.

В другом варианте есть множество устройств для улавливания частиц; где необязательно одно указанное устройство для улавливания частиц установлено после другого устройства для улавливания частиц.

В другом варианте сорбент регенерируют нагреванием сорбента до, по крайней мере, 500°С, чтобы выделить ртуть, которая абсорбировалась на сорбенте.

В другом варианте сорбент или сорбент в комбинации с другими материалами содержится внутри волокнистого рукава фильтра, используемого в пылеуловительной камере фильтра.

В другом варианте щелочьсодержащий сорбент оксида серы добавляют отдельно от сорбента такими методами, как FSI.

В другом варианте сорбент комбинируют с другими неорганическими сорбентами ртути, такими как, но не ограниченными натуральными или синтетическими алюмосиликатами, цеолитами или материалами, основанными на кремнии.

В другом варианте активированный уголь заменяют или смешивают с галогенированным активированным углем, который может быть, но не ограничивается ими, хлорированным активированным углем или бромированным активированным углем.

В другом варианте активированный уголь получают из исходного материала на основе углерода, такого как, но не ограниченного углем, лигнитом, древесиной, древесными побочными продуктами или корой.

В другом варианте способ применения сорбента или композиции к газовому потоку для контролирования выбросов ртути может быть выполнен по различным способам, известным в уровне техники, например, за счет использования фурмы, дополнительной среды, такой как топливный источник, например уголь, транспортерной ленты, отверстия или нескольких отверстий, находящихся во взаимодействии с системой сгорания, например, асимметрически расположенных каналов.

В другом варианте газовый поток содержит, по крайней мере, один из следующих галогенов: хлор, бром, йод и их соли.

В другом варианте окислитель комбинируют с указанным сорбентом перед указанной очисткой указанного дымового газа.

В другом варианте окислитель применяют к газовому потоку, по крайней мере, в одном из следующих моментов времени: до, после и в то же самое время указанного применения указанного сорбента к дымовому газу.

В другом варианте окислитель транспортируют в газовый поток через носитель или носители.

В другом варианте носителем является уголь, и указанный газовый поток извлекают из, по крайней мере, системы сгорания угля.

В другом варианте сорбент далее содержит один или более галогенов.

В другом варианте существует возможность отслеживать состояние сорбента в указанном газовом потоке.

В другом варианте сорбент содержит один или более компонентов или содержит одну или более функциональных групп, способных к тому, чтобы провести количественный анализ одним или более аналитическими методиками или протоколами количественного анализа.

В другом варианте компоненты представляют собой магнетик. Например, магнитные фрагменты включены в кремнийсодержащие частицы, как раскрыто в этом описании или его аналогах. Обычный специалист в данной области техники сумел бы включить фрагменты, например магнитные фрагменты в частицы, например кремнийсодержащие частицы.

В другом варианте сорбент контролируется флуоресценцией и/или измерениями степени поглощения света.

В другом варианте способ далее включает контролирование системы выбросов ртути и реагированием в виде добавления указанного сорбента в соответствии с уровнем ртути в указанной системе.

ПРИМЕРЫ

Пример 1.

В этом примере 2180 г 7 мас.% кремниевой кислоты добавили к ванне, содержащей 450 г деионизированной (далее - ДИ) воды и 150 г кремниевой кислоты, нагретых до 90°С. Кремниевую кислоту подавали по 10 мл/мин 3 ч с помощью перистальтического насоса в 5-ти литровую реакторную колбу.

Раствор, содержащий 16,4 г 25 мас.% раствор аммиака и 5,84 г карбоната аммония, был получен в 24,6 г ДИ воды. Раствор был быстро добавлен в реакторную колбу, после чего вязкость раствора значительно увеличилась. Смесь смешивали 30 мин, затем вся оставшаяся кремниевая кислота была подана по 20 мл/мин. После завершения подачи кремниевой кислоты нагревание было выключено, и раствору позволили охладиться.

Суспензия кремния была отфильтрована и высушена сублимацией при 150°С до получения сухого порошка. Анализ поглощения азота порошком был выполнен на установке Autosorb-1С от Quantachrome. Образец дегазировали при 300°С 2 ч, затем сняли характеристики при помощи нескольких значений удельной площади поверхности по методу БЭТ (Брюнер - Эммет - Теллер - критерий площади поверхности), общего объема пор и BLH (Barrett Joyner Halenda) распределения размеров адсорбционных пор. Физические данные показали площадь поверхности 354 м²/г, объем пор 1,19 см³/г и диаметр пор 13,5 нм.

Пример 2.

В этом примере 1414 г 8,3 мас.% кремниевой кислоты добавили к ванне, содержащей 16,3 г сульфата меди, 400 г ДИ воды и 200 г кремниевой кислоты, нагретых до 90°С. Кремниевую кислоту подавали по 8 мл/мин 3 ч с помощью перистальтического насоса в 5-ти литровую реакторную колбу.

Раствор, содержащий 17,3 г сульфида натрия и 11,8 г 25 мас.% раствора аммиака, был получен в 200 г ДИ воды. Раствор был быстро добавлен в реакторную колбу после 3 ч подачи кремниевой кислоты, причем вязкость раствора значительно увеличилась. Смесь смешивали 30 мин, затем вся оставшаяся кремниевая кислота была подана по 16 мл/мин. После завершения подачи кремниевой кислоты нагревание было выключено, и раствору позволили охладиться.

Суспензия кремния, активированная CuS, была отфильтрована и высушена при 105°С до получения сухого порошка. Анализ поглощения азота порошком был выполнен на установке Autosorb-1С от Quantachrome. Образец дегазировали при 105°С 4 ч, затем сняли характеристики при помощи нескольких значений удельной площади поверхности по методу БЭТ, общего объема пор и BLH распределения размеров адсорбционных пор. Анализ поглощения азота показал площадь поверхности 321 м²/г, объем пор 1,46 см³/г и диаметр пор 18,2 нм.

Пример 3.

В этом примере было приготовлено три раствора: А) 12 кг Nalco N8691 золя кремниевой кислоты. В) 396 г сульфата меди и 360 г ледяной уксусной кислоты, растворенные в 5,24 кг ДИ воды, и С) 1,1 кг раствора полисульфида кальция и 900 г 25 мас.% аммиака, растворенные в 16 кг ДИ воды. Раствор В добавили к раствору А, за которым следовало последовательное добавление раствора С при высокой скорости сдвига. Смесь перемешивали 1-2 мин перед фильтрацией. Nalco N8691 может быть получен от компании Nalco Company, 1601 West Diehl Road, Naperville, IL.60563.

Суспензия кремния, активированная CuS, была отфильтрована и высушена мгновенным испарением при 565°F до получения сухого порошка. Анализ поглощения азота порошком был выполнен на установке Autosorb-lC от Quantachrome. Образец дегазировали при 105°С 4 ч, затем сняли характеристики при помощи нескольких значений удельной площади поверхности по методу БЭТ, общего объема пор и BLH распределения размеров адсорбционных пор. Анализ поглощения азота показал площадь поверхности 227 м²/г, объем пор 0,45 см³/г и диаметр пор 7,9 нм.

Пример 4.

В этом примере было приготовлено три раствора: А) 2 кг Nalco N8691 золя кремниевой кислоты. В) 53,2 г сульфата железа и 60 г ледяной уксусной кислоты, растворенные в 887 г ДИ воды, и С) 184 г раствора полисульфида кальция и 150 г 25 мас.% аммиака, растворенные в 2667 г ДИ воды. Раствор В) добавили к раствору А), за которым следовало последовательное добавление раствора С при высокой скорости сдвига. Смесь перемешивали 1-2 мин перед фильтрацией. Суспензия кремния, активированная сульфидом железа, была затем отфильтрована и высушена мгновенным испарением при 565°F до получения сухого порошка.

Пример применения

Сорбент вводится в дымовой газ угольной электростанции в точку между подогревателем воздуха и устройством улавливания частиц. Чтобы выполнить введение, сорбент подается из питающего бункера и пневматически переносится через инъекционные аппараты, помещенные внутри конструкции дымовой трубы, таким образом обеспечивая высокую степень дисперсии материала внутри дымовых газов, покрывая всю площадь поперечного сечения канала. Скорости подачи сорбента определяются гравиметрически и располагаются в интервале от 0,1 до 10 фунт/млн. куб. футов согласно желаемым заданным значениям поглощения ртути. Поглощение ртути из дымового газа сорбентом проверяется измерениями концентраций ртути в дымовом газе, осуществляемыми сорбционными ловушками Appendix К и устройствами непрерывного контроля выброса ртути (Hg-CEMs), так же как и измерением уровня ртути в золе.

КОМБИНАЦИИ КОМПОНЕНТОВ, ОПИСАННЫХ В ЗАЯВКЕ НА ПАТЕНТ

В одном варианте композиция как объект претендует на включение различных комбинаций компонентов сорбента и сопутствующих композиций, а также молярного отношения составляющих частиц. В следующем варианте заявленная композиция включает комбинации зависимых пунктов формулы изобретения. В следующем варианте интервалы или их эквиваленты отдельных компонентов будут включать индивидуальный(ые) компонент(ы) в пределах интервала или интервал в пределах интервала.

В другом варианте способ применения претендует на включение различных комбинаций компонентов сорбента и сопутствующих композиций, а также молярного отношения составляющих частиц. В следующем варианте, заявленные способы применения включают комбинации зависимых пунктов формулы изобретения. В следующем варианте интервалы или их эквиваленты отдельных компонентов будут включать индивидуальный(ые) компонент(ы) в пределах интервала или интервал в пределах интервала.

В другом варианте способ получения претендует на включение различных комбинаций компонентов сорбента и сопутствующих композиций, а также контроля pH. В следующем варианте заявленные способы применения включают комбинации зависимых пунктов формулы изобретения. В следующем варианте интервалы или их эквиваленты отдельных компонентов будут включать индивидуальный(ые) компонент(ы) в пределах интервала или интервал в пределах интервала.

Изобретение относится к сорбционной очистке газов. Способ очистки газового потока, содержащего ртуть, включает контакт газового потока с сорбентом до прохождения устройства для сбора твердых частиц. Используемый сорбент содержит композицию, включающую соединение, имеющее следующую формулу: (SiO₂)_x(ОН)_yM_zS_a, где М представляет собой катион металла или металлоида, S является серо-содержащей группой, выбранной из следующих веществ: сульфидная соль и соли полисульфидов, при этом 0,01-100% удельной площади поверхности соединения покрыто функционализированным органосиланом или серосодержащим органосиланом. Мольное отношение у/х в соединении составляет 0,01-0,5, мольное отношение x/z составляет 3-300 и мольное отношение a/z составляет 1-5. Изобретение обеспечивает эффективную очистку газового потока от ртути. 14 з.п. ф-лы, 4 пр.

1. Способ очистки газового потока, содержащего ртуть, включающий: применение сорбента к указанному газовому потоку до устройства для сбора твердых частиц, для того, чтобы адсорбировать, по крайней мере, часть ртуть-содержащих соединений, где указанный сорбент, содержит композицию, включающую соединение, имеющее следующую формулу: (SiO₂)_x (ОН)_yM_zS_a,
где М представляет собой катион металла или металлоида,
где S является серо-содержащей группой, выбранной из, по крайней мере, одной из следующих веществ: сульфидная соль и соли полисульфидов;
где 0,01-100% удельной площади поверхности покрыто функционализированным органосиланом или серо-содержащим органосиланом;
и где мольное отношение у/х равно 0,01-0,5, мольное отношение x/z равно 3-300, и мольное отношение a/z равно 1-5.

2. Способ по пункту 1, где указанное устройство для сбора твердых частиц представляет собой одно или более из следующих устройств: электростатическое улавливание (ЭСУ), фильтрация, инерционное разделение, пылеуловительная камера, циклон, абсорбер распылительного типа, десульфуратор увлажненных дымовых газов.

3. Способ по пункту 1, где указанный газовый поток выводится из тепловыделяющей системы и где указанная тепловыделяющая система представляет собой, по крайней мере, одну из следующих устройств: система сжигания топлива, система сжигания топлива электростанции, система сжигания каменного угля, система сжигания отходов; обжигательная печь; обжигательная печь для добычи полезных ископаемых; котел-регенератор; поток процесса газификации каменного угля; поток производства газа; система сжигания биомассы, и система переработки руды.

4. Способ по пункту 1, в котором сорбент применяют к газовому потоку путем: (i) применения в виде суспензии, смешанной с щелочными сорбентами оксида серы и необязательно перед сорбентом по ходу движения; (ii) размещения сорбента в устройстве с неподвижным слоем, через который проходит газовый поток; (iii) захватывания сорбента с газовым потоком в устройство с псевдоожиженным слоем.

5. Способ по пункту 1, где композиция сорбента далее включает 1-50% активированного угля.

6. Способ по пункту 1, далее включающий применение окислителя к дымовому газу.

7. Способ по пункту 6, где окислитель выбирают, по крайней мере, одного из следующих веществ: молекулярный галоген, разлагающийся под действием тепла, бромид кальция и галогенсодержащее соединение.

8. Способ по пункту 1, где указанный сорбент регенерируют нагреванием сорбента до, по крайней мере, 500°C, чтобы выделить ртуть, которая абсорбировалась на сорбенте.

9. Способ по пункту 1, где газовый поток содержит, по крайней мере, один из следующих галогенов: хлор, бром, йод и их соли.

10. Способ по пункту 6, где указанный окислитель комбинируют с указанным сорбентом до указанной очистки указанного дымового газа.

11. Способ по пункту 6, где окислитель применяют к газовому потоку, по крайней мере, в одном из следующих моментов времени: до, после и в то же самое время указанного применения указанного сорбента к дымовому газу.

12. Способ по пункту 1, где указанный сорбент далее содержит один или более галогенов.

13. Способ по пункту 1, где существует возможность отслеживать состояние указанного сорбента или контролировать в указанном газовом потоке с помощью флуоресценции и/или измерений степени поглощения света.

14. Способ по пункту 1, где указанный сорбент содержит один или более компонентов или содержит одну или более функциональных групп, способных к тому, чтобы провести количественный анализ одним или более аналитическими методиками или протоколами количественного анализа.

15. Способ по пункту 14, где компонент является магнетиком.