JP6595547B2 - Reduction of environmental pollution and pollution caused by coal combustion - Google Patents
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Description
本出願は2014年3月14日に出願された有効な米国出願No.14/210,909の優先権及び2013年3月15日に出願された仮の米国出願No.61/788,442の利益を主張し、その全体の開示は参照により組み込まれる。 This application is a valid US application no. No. 14 / 210,909 and provisional US application no. Claims 61 / 788,442, the entire disclosure of which is incorporated by reference.
本発明は石炭などの水銀含有燃料の燃焼に際して大気中に排出される水銀、窒素酸化物及び/又は硫黄酸化物のレベルを低減する組成物及び方法を提供する。特に本発明は燃焼中に石炭燃焼系へ様々なハロゲン及び他の吸着剤を添加することを提供する。吸着剤の使用により汚染物質放出を低減し、炉の汚染を防止する。 The present invention provides compositions and methods for reducing the level of mercury, nitrogen oxides and / or sulfur oxides emitted into the atmosphere upon combustion of mercury-containing fuels such as coal. In particular, the present invention provides for the addition of various halogens and other adsorbents to the coal combustion system during combustion. Use adsorbents to reduce pollutant emissions and prevent furnace contamination.
次の二世紀に必要とされる世界のエネルギーの大部分を満たすことができるかなりの石炭源が世界中に存在する。高硫黄石炭は豊富にあるが、燃焼に際して過剰の硫黄が大気中に放出されることを防止するための浄化工程を必要とする。米国において、低硫黄石炭は、ワイオミング州及びモンタナ州のパウダーリバーベイスンに、ノース及びサウスダコタ州の中北部の褐炭鉱床に、及びテキサス州の褐炭鉱床に、低BTU値石炭の形態として存在している。しかし、石炭が硫黄を低く含有する場合でさえも、それらは、なお、無視できないレベルの元素水銀及び酸化水銀及び/又は他の重金属を含有する。 There are significant sources of coal around the world that can meet most of the world's energy needs in the next two centuries. Although high sulfur coal is abundant, it requires a purification process to prevent excess sulfur from being released into the atmosphere upon combustion. In the United States, low-sulfur coal is present in the form of low-BTU coal in powder river basins in Wyoming and Montana, in the lignite deposits in the north and north of North and South Dakota, and in the lignite deposits in Texas. . However, even when coal contains low sulfur, they still contain non-negligible levels of elemental mercury and mercury oxide and / or other heavy metals.
残念なことに、水銀は石炭燃焼に際して少なくとも部分的に揮発する。結果として水銀は灰中に留まる傾向がなく、むしろ、燃焼排ガスの成分になる。浄化をしない場合、水銀は石炭燃焼施設から大気へ放出される傾向にある。現在、水銀のいくらかは設備によって、例えばウェットスクラバー及びSCR制御系において捕捉される。しかし、大部分の水銀は捕捉されず、従って、排気筒を通じて放出される。 Unfortunately, mercury is at least partially volatilized during coal combustion. As a result, mercury does not tend to stay in the ash, but rather becomes a component of the flue gas. Without purification, mercury tends to be released to the atmosphere from coal burning facilities. Currently, some of the mercury is captured by equipment, for example in wet scrubbers and SCR control systems. However, most of the mercury is not captured and is therefore released through the stack.
米国における大気中への水銀放出は、年間約50トンである。放出のかなりの画分は、石炭燃焼施設(例えば電気事業施設)からの放出である。水銀は既知の環境公害であり、ヒト及びヒト以外の動物の両方の健康問題を導く。公衆衛生を守るため、及び環境を保護するため、ユーティリティ業界は、その工場からの水銀放出レベルを低減するための系を開発し、試験し、及び実行し続けている。炭素質材料の燃焼において、水銀及び他の所望されない化合物が燃焼相の後に捕捉及び保持され、その結果、それらが大気中に放出されない方法が望まれている。 Mercury emissions into the atmosphere in the United States are about 50 tons per year. A significant fraction of emissions are emissions from coal burning facilities (eg, electricity utilities). Mercury is a known environmental pollution and leads to health problems for both humans and non-human animals. To protect public health and to protect the environment, the utility industry continues to develop, test and implement systems to reduce mercury emission levels from its factories. In the combustion of carbonaceous materials, a method is desired in which mercury and other undesired compounds are captured and retained after the combustion phase so that they are not released into the atmosphere.
窒素酸化物(NOx)及び硫黄酸化物(SOx)などの他の汚染物質は石炭燃焼に際して放出される。これらはスモッグ及び酸性雨などの環境問題を悪化させる。その上、産業界はこれらの汚染物質を低減する方法を積極的に追求し続けている。 Other pollutants such as nitrogen oxides (NOx) and sulfur oxides (SOx) are released during coal combustion. These exacerbate environmental problems such as smog and acid rain. In addition, industry continues to actively pursue ways to reduce these pollutants.
特定の石炭施設の経営者は、IRS規制45節の下、これらの汚染物質の放出を低減する努力に対して税控除の資格を得る。特定の状況下、これらの経営者は所望としない炉の汚損を見てきた。例えば、低硫黄亜瀝青炭を燃料として燃焼する場合、付着物がボイラー管表面に形成される傾向にあり、これは熱交換効率の低下及び運用費の増大をもたらす。 Certain coal facility managers are eligible for tax credits for efforts to reduce the release of these pollutants under IRS regulation 45. Under certain circumstances, these managers have seen unwanted furnace fouling. For example, when burning low sulfur subbituminous coal as fuel, deposits tend to form on the boiler tube surface, which results in reduced heat exchange efficiency and increased operating costs.
従って、経営者は熱効率を低下させることなく、所望とする大気汚染の低減を達成可能である吸着剤組成物及び使用方法を必要とする。 Thus, management needs an adsorbent composition and method of use that can achieve the desired reduction in air pollution without reducing thermal efficiency.
特に亜瀝青炭及び褐炭と共に使用する吸着剤は低レベルのアルカリを含むことを条件とする。アルカリレベルの高い従来技術の吸着剤はそれらを燃焼する炉の汚損をもたらし得る。吸着剤のアルカリ性を低下させることにより、経営者はボイラー表面や他の部分への付着物形成につながる気相中の不必要な反応に利用されるナトリウム及びカリウムを最小限にすることができる。 In particular, the adsorbent used with subbituminous and lignite is subject to low levels of alkali. Prior art adsorbents with high alkali levels can cause fouling of the furnace in which they are burned. By reducing the alkalinity of the adsorbent, managers can minimize sodium and potassium used for unnecessary reactions in the gas phase leading to deposit formation on the boiler surface and other parts.
1つ以上の水銀、窒素(NOxとして)及び硫黄(SOxとして)放出を低減するために燃焼され得る精製炭を調整するために吸着剤を使用できる。精製炭の製造方法は亜瀝青炭(又は褐炭)と吸着剤組成物を混合することを含む。一実施態様において、吸着剤は0.001〜1重量%の液体吸着剤、及び0.1〜10重量%の粉末吸着剤であり、ここで、前記割合は精製炭の総重量を基準とする重量である。液体吸着剤は臭素化合物を含み、粉末吸着剤はカルシウム、シリカ、アルミナを含み、さらに1重量%未満Na2O及び1重量%未満のK2Oを含んでなり、ここで粉末吸着剤は0.1重量%未満の塩素をさらに含んでなる。 Adsorbents can be used to condition purified coal that can be combusted to reduce one or more mercury, nitrogen (as NOx) and sulfur (as SOx) emissions. The manufacturing method of refined coal includes mixing subbituminous coal (or lignite) and an adsorbent composition. In one embodiment, the adsorbent is 0.001-1 wt% liquid adsorbent, and 0.1-10 wt% powder adsorbent, wherein the proportion is based on the total weight of the refined coal. It is weight. The liquid adsorbent includes a bromine compound, the powder adsorbent includes calcium, silica, alumina, and further includes less than 1 wt% Na 2 O and less than 1 wt% K 2 O, where the powder adsorbent is 0 Further comprising less than 1% by weight chlorine.
一態様において、粉末吸着剤はセメントキルンダスト(CKD)を含み、該CKDはNOx放出低減に有用であり、CKDが高濃度のアルカリを含む場合、これの改善と共に、いくつかのCKDはアルカリ総量が2%未満又は1%未満の仕様を達成するため、より低いアルカリ物質により代用される。種々の実施態様において、粉末吸着剤はまた、亜瀝青炭及び褐炭における汚損を低減するために、低塩素の仕様を満たす。 In one aspect, the powder adsorbent comprises cement kiln dust (CKD), which is useful for reducing NOx emissions, and when CKD contains a high concentration of alkali, along with this improvement, some CKD may have a total alkali content. Is substituted by lower alkaline materials to achieve specifications of less than 2% or less than 1%. In various embodiments, the powder adsorbent also meets the low chlorine specification to reduce fouling in subbituminous and lignite.
種々の実施態様において、本発明は石炭などの水銀含有燃料の燃焼により生じる水銀、窒素酸化物(NOx)及び硫黄酸化物(SOx)の放出を低減する組成物及び方法を提供する。商業的に貴重な実施態様は環境の保護並びに政府規制及び条約義務に従うため、石炭燃焼施設からの窒素、硫黄及び/又は水銀の放出を低減するための本発明の使用である。粉末吸着剤の改良は、石炭燃焼炉の汚損を低減することにより優れた実施を提供すると同時に、NOx及びSOxなどの環境汚染物質の除去により有害な影響を及ぼさない。 In various embodiments, the present invention provides compositions and methods for reducing mercury, nitrogen oxide (NOx) and sulfur oxide (SOx) emissions resulting from combustion of mercury-containing fuels such as coal. A commercially valuable embodiment is the use of the present invention to reduce nitrogen, sulfur and / or mercury emissions from coal burning facilities in order to protect the environment and comply with government regulations and treaty obligations. Improvements to the powder adsorbent provide superior performance by reducing fouling of coal fired furnaces while at the same time detrimental to the removal of environmental pollutants such as NOx and SOx.
種々の実施態様において、本発明の方法は灰中の水銀の捕捉により石炭燃料施設などの点源から大気中への水銀放出を防止すると同時に、炉の効率を低下させ得る炉汚損を最小限にする。さらに、該方法は水銀含有石炭の燃焼により生成される石炭灰などの固体廃棄物からの浸出により、水銀及び他の重金属が自然環境に放出されることを防止する。これらのいずれの方法においても、水銀が水域に入るのを阻止する。従って、石炭燃焼施設のような施設からの水銀放出の防止又は低減は、より少ない空気汚染、より少ない水汚染、及びより少ない有害廃棄物の生成、及び結果として生じるより少ない土壌汚染を含む様々な環境的利益を導く。限定されないが便宜上、本発明の有利な特徴は水銀又は他の重金属によって、空気、水、及び土壌汚染を防止することであると説明される。 In various embodiments, the method of the present invention prevents mercury emissions from a point source, such as a coal fuel facility, into the atmosphere by capturing mercury in ash while minimizing furnace fouling that can reduce furnace efficiency. To do. Furthermore, the process prevents mercury and other heavy metals from being released to the natural environment due to leaching from solid waste such as coal ash produced by the combustion of mercury-containing coal. Either of these methods prevents mercury from entering the body of water. Therefore, prevention or reduction of mercury emissions from facilities such as coal burning facilities can be achieved in a variety of ways, including less air pollution, less water pollution, and less hazardous waste production, and resulting less soil pollution. Lead environmental benefits. For convenience but not limitation, an advantageous feature of the invention is described as preventing air, water, and soil contamination by mercury or other heavy metals.
一実施態様において、NOx及び少なくとも1つのSOx及び水銀の放出を低減するために炉中で石炭を燃焼する方法を提供する。該方法は炉中で精製炭を燃焼することを含む。該精製炭は順に亜瀝青炭、臭素化合物及び粉末吸着剤の混合物である。該粉末吸着剤はカルシウム、シリカ、アルミナを含み、及び前記粉末吸着剤の重量を基準として、1重量%未満のNa2O及び1重量%未満のK2Oの低アルカリ値により、及び好ましくはまた0.5%未満、0.3%未満、又は0.1%未満の低塩素値によりさらに特徴づけられる。種々の実施態様において、臭素化合物の処理レベルは0.001〜1.0重量%であるが、通常の粉末吸着剤の処理レベルは石炭の重量を基準として0.1〜10重量%である。種々の実施態様において、該粉末吸着剤は本明細書に記載されるCKD又はCKDと他の低アルカリ粉末との混合物を含む。また該粉末吸着剤は、カオリン又はメタカオリンなどのアルミノケイ酸塩粘土を含み得る。 In one embodiment, a method is provided for burning coal in a furnace to reduce NOx and at least one SOx and mercury emissions. The method includes burning refined coal in a furnace. The refined coal is in turn a mixture of subbituminous coal, bromine compound and powder adsorbent. The powder adsorbent comprises calcium, silica, alumina, and preferably with a low alkalinity value of less than 1 wt% Na 2 O and less than 1 wt% K 2 O, based on the weight of the powder adsorbent, and preferably It is further characterized by a low chlorine value of less than 0.5%, less than 0.3%, or less than 0.1%. In various embodiments, the treatment level of the bromine compound is 0.001 to 1.0% by weight, whereas the treatment level of a conventional powder adsorbent is 0.1 to 10% by weight, based on the weight of the coal. In various embodiments, the powder adsorbent comprises CKD or a mixture of CKD and other low alkali powders described herein. The powder adsorbent may also include an aluminosilicate clay such as kaolin or metakaolin.
別の実施態様において、石炭燃焼施設の炉において亜瀝青炭を含む水銀燃焼によりエネルギーを発生させる方法を提供する。該方法はまず石炭へ第1吸着剤組成物を投与すること、及び投与した第1吸着剤を含む石炭を炉に輸送することを含む。添加した第1吸着剤を含む石炭を輸送すると同時に、炉に第2吸着剤を加える。次いで、第1及び第2吸着剤の存在下、炉中で石炭を燃やし、熱エネルギー及び灰を発生させる。第1吸着剤は臭素化合物を含み、第2吸着剤は40重量%より多くのCaO、10重量%より多くのSiO2、2〜10%のAl2O3、1〜5%のFe2O3、及び1〜5%のMgO、1重量%未満のNa2O、及び1%未満のKa2Oの成分を有する。実施態様において第2吸着剤は0.5%未満の塩素を有する。 In another embodiment, a method is provided for generating energy by combustion of mercury containing subbituminous coal in a coal combustion facility furnace. The method includes first administering a first adsorbent composition to the coal and transporting the coal containing the administered first adsorbent to a furnace. Simultaneously with transporting the coal containing the added first adsorbent, the second adsorbent is added to the furnace. The coal is then burned in a furnace in the presence of the first and second adsorbents to generate thermal energy and ash. The first adsorbent comprises a bromine compound, a second adsorbent more than 40% by weight CaO, 10 wt% more SiO 2, 2 to 10% of Al 2 O 3, 1 to 5% of Fe 2 O 3, and a 1-5% MgO, 1% by weight less than Na 2 O, and Ka 2 O components of less than 1%. In an embodiment, the second adsorbent has less than 0.5% chlorine.
別の実施態様において、精製炭を製造する方法を提供する。該精製炭は亜瀝青炭を含み、添加した吸着剤成分を含む。該方法は石炭、液体吸着剤(例えば石炭を基準として0.001〜1重量%)及び粉末吸着剤(例えば石炭を基準として0.1〜10重量%)を付加混合することを含み、ここで前記液体吸着剤は臭素化合物及び粉末吸着剤を含んでなり、ここで前記粉末吸着剤は40%より多くのCaO、10%より多くのSiO2、2〜10%のAl2O3、1〜5%のFe2O3、1〜5%のMgO、1%未満のNa2O、1%未満のK2Oを含んでなる。種々の実施態様において、該粉末吸着剤はさらに0.5%未満の塩素又は0.1%未満の塩素を有するとして特徴づけられる。 In another embodiment, a method for producing refined coal is provided. The refined coal includes subbituminous coal and includes added adsorbent components. The method includes admixing coal, a liquid adsorbent (eg, 0.001-1 wt% based on coal) and a powder adsorbent (eg, 0.1-10 wt% based on coal), where the liquid sorbent comprises bromine compound and powder sorbent, wherein the powder sorbent many SiO 2 more CaO, 10% from 40%, 2-10% of Al 2 O 3,. 1 to 5% Fe 2 O 3, comprising K 2 O of less than 1-5% of MgO, less than 1% Na 2 O, 1% . In various embodiments, the powder adsorbent is further characterized as having less than 0.5% chlorine or less than 0.1% chlorine.
有利なことに言及した粉末吸着剤、特に総アルカリ分が低い、塩素が低い又はいずれもが低い組成物の使用が、パウダーリバーベイスン(PRB)の石炭などの亜瀝青炭又は褐炭を燃焼する炉において汚損低減に効果的であることが見出された。本明細書に記載される改良吸着剤の使用により炉の運用者が環境規制に従い、米国IRS規制の下、特定の税控除の資格を得ることができ、同時に炉及び関連施設の所望としない汚損を回避することができる。 Advantageously, the use of powder adsorbents, particularly low total alkali, low chlorine or low composition, is used in furnaces burning sub-bituminous or lignite, such as powder river basin (PRB) coal. It was found to be effective in reducing fouling. The use of the improved adsorbent described herein allows furnace operators to comply with environmental regulations and qualify for certain tax credits under US IRS regulations, while at the same time undesired fouling of the furnace and related facilities Can be avoided.
それぞれ限定された実施態様のさらなる実施例を以下に記述する。文字通り記載され又は例示されていない他の実施態様を提供するために、本明細書に記載される種々の成分及び方法工程を組み合わせ、適合させ得ると理解すべきである。実施例は当業者が発明を実行すること、及び注目すべき環境的利益及び運用上の利益をもたらすことを可能とする。 Further examples of each limited embodiment are described below. It should be understood that the various components and method steps described herein can be combined and adapted to provide other embodiments that are not literally described or illustrated. The embodiments allow those skilled in the art to practice the invention and provide remarkable environmental and operational benefits.
燃焼前に石炭を処理するために、及び/又は炎又は炎の下流に添加するために、好ましくは最低温度で該方法における種々の利点を生じる耐火性構造の完成形を確保するために種々の吸着剤成分を組み合わせて使用する。該成分を燃焼前に石炭に添加する場合、生成物は精製炭であり、この精製炭の使用が環境汚染を低減し、及び米国における特定の税控除の資格を与え得る。 In order to ensure the complete form of the refractory structure for treating the coal before combustion and / or for adding it downstream of the flame or flame, preferably producing the various advantages in the process at the lowest temperature. Use in combination with adsorbent components. If the component is added to the coal before combustion, the product is refined coal, and the use of this refined coal can reduce environmental pollution and qualify for certain tax credits in the United States.
吸着剤組成物はカルシウム、アルミナ、シリカ及びハロゲンを含む。パウダーリバーベイスン石炭などの亜瀝青炭又は褐炭を燃焼する場合、汚染低減のために吸着剤のK2Oを最大1%に維持し、及び吸着剤のNa2Oを最大1%に維持し、ここで%はカルシウム、アルミナ、シリカ及び他の成分を含む粉末吸着剤の重量を基準とする。実施態様において、Na2O及びK2Oはそれぞれ0.5%未満又はそれぞれ0.1%未満である。さらに、種々の実施態様において、また低塩素値(例えば<0.5%、<0.3%又は<0.1%)を有する粉末吸着剤を供給することが有利であることを見出した。 The adsorbent composition includes calcium, alumina, silica and halogen. When burning sub-bituminous or lignite, such as powder river basin coal, keep the adsorbent K 2 O up to 1% and reduce the adsorbent Na 2 O up to 1% to reduce pollution, % Is based on the weight of the powder adsorbent containing calcium, alumina, silica and other ingredients. In embodiments, Na 2 O and K 2 O are each less than 0.5% or less than 0.1% each. Furthermore, it has been found that in various embodiments, it is also advantageous to provide a powder adsorbent having a low chlorine value (eg <0.5%, <0.3% or <0.1%).
粉末吸着剤混合物又は無視できない量のカルシウムを有する組成物に添加することによりカルシウムを供給する。例えば多くのアルカリ粉末は、CaOを基準に20%以上のカルシウムを含む。実施例は石灰石、石灰、酸化カルシウム、水酸化カルシウム(消石灰)、ポルトランドセメント及び他の工業生成物又は工業過程の副生成物、及びカルシウム含有アルミノケイ酸塩鉱物である。シリカ及びアルミナの内容は、シリカ及びアルミナがより複雑な化学又は分子形態で度々存在すると理解されていても、SiO2及びAl2O3の同等物に基づく。 Calcium is supplied by adding to a powder adsorbent mixture or a composition having a non-negligible amount of calcium. For example, many alkali powders contain 20% or more calcium based on CaO. Examples are limestone, lime, calcium oxide, calcium hydroxide (slaked lime), Portland cement and other industrial products or by-products of industrial processes, and calcium-containing aluminosilicate minerals. The content of silica and alumina is based on the equivalent of SiO 2 and Al 2 O 3 even though it is understood that silica and alumina often exist in more complex chemical or molecular forms.
種々の実施態様において粉末吸着剤が、石炭燃焼施設からのNOx低減をもたらすと考えられるセメントキルンダスト(CKD)の効果的な量を含むことが有利である。いくつかのCKDは相対的に高い(10%に相当するぐらい高い)塩素含量を有する。CKDを用いる場合、CKD源及びそのアルカリ及び塩素の元々の含量により、亜瀝青炭又は褐炭を燃焼する場合得られる粉末は、最善の結果のためにはアルカリ及び/又は塩素において高すぎる結果となり得る。そうであるならば、ナトリウム及びカリウム量が低い他の原料と共にいくつかのCKDを混合すること、好ましくは<1%のNa2O及び<1%のK2Oの仕様、又は<0.5%のNa2O及び<0.5%のK2Oの仕様を達成することが有利である。このようなアルカリ分の少ない材料は、粉砕CKD(セメント生成物の仕様を満たし得る又は満たし得ないセメントキルンクリンカー、及びその後CKDと混合するために粉砕されるセメントキルンクリンカー);キルン供給物(例えばCa、Mg、Si、Al、Feなどのセメントを製造する全ての成分を含む、セメントキルンに導入される供給流);変換セメント(特定の新しいセメント生成物を導入する空間を作るために空にしたサイロにおけるセメント生成物);乾燥クリンカー(CKDの添加前に回収され粉砕された場所に貯蔵されたクリンカー);貯蔵CKD(貯蔵された場所又は廃棄物貯蔵庫からのCKD);及び石灰石を含む。任意のこれらの材料が廃棄される或いは埋め立てねばならない廃棄生成物を表す程度まで、さらなる環境的利益が、本明細書に記載される吸着剤のそれらの使用により達成される。 In various embodiments, it is advantageous for the powder adsorbent to include an effective amount of cement kiln dust (CKD) that is believed to provide NOx reduction from the coal burning facility. Some CKD have a relatively high chlorine content (as high as 10%). When using CKD, due to the original content of CKD source and its alkali and chlorine, the powder obtained when burning subbituminous or lignite can result in too high in alkali and / or chlorine for best results. If so, mix some CKD with other ingredients with low sodium and potassium content, preferably <1% Na 2 O and <1% K 2 O specifications, or <0.5 It is advantageous to achieve the specifications of% Na 2 O and <0.5% K 2 O. Such low alkaline materials include ground CKD (cement kiln clinker that may or may not meet cement product specifications, and then cement kiln clinker that is ground to mix with CKD); kiln feeds (eg, Feed stream introduced into the cement kiln, including all components that produce cement such as Ca, Mg, Si, Al, Fe, etc .; conversion cement (empty to create space to introduce specific new cement products) Cement product in the silo); dry clinker (clinker collected and ground prior to addition of CKD); storage CKD (CKD from storage location or waste storage); and limestone. To the extent that any of these materials represent waste products that must be discarded or landfilled, further environmental benefits are achieved by their use of the adsorbents described herein.
種々の実施態様において、前記成分は共に
・水銀、窒素酸化物、及び硫黄酸化物の放出を低減し;
・水銀元素及び酸化水銀の放出を低減し;
・ボイラー管の脱スラッギングを通じて石炭燃焼工程の効率を
向上させ;
・所望としない付着物による炉の汚染を防止し;
・石炭灰中のHg、As、Pb、及び/又はClの水準を
増大させ;
・灰中の浸出性の重金属(例えばHg)のレベルを、好ましくは検出限界未満のレベルまで低減し;及び
・高度なセメント質灰生成物を生成させる。
In various embodiments, the components together reduce mercury, nitrogen oxide, and sulfur oxide emissions;
Reduce the emission of elemental mercury and mercury oxide;
-Improve the efficiency of the coal combustion process through boiler tube de-slagging;
Prevent contamination of the furnace with unwanted deposits;
Increasing the level of Hg, As, Pb, and / or Cl in the coal ash;
Reducing the level of leachable heavy metals (eg Hg) in the ash, preferably to a level below the detection limit; and producing a highly cementitious ash product.
本明細書に用いられるように特に指示のない限り、全ての%は重量に基づく。本明細書に記載される化学組成物の種々の材料は、通常X線蛍光技術により決定される元素分析から算出されたサンプルにより表されたものであることを留意すべきである。種々の単純酸化物が材料中、より複雑な化合物中に存在し得る及び存在するが、酸化物分析は個々の組成物に関する化合物濃度を表すために有用な方法である。 As used herein, all percentages are based on weight unless otherwise indicated. It should be noted that the various materials of the chemical compositions described herein are represented by samples calculated from elemental analysis usually determined by X-ray fluorescence techniques. Although various simple oxides can and do exist in materials, more complex compounds, oxide analysis is a useful method for expressing compound concentrations for individual compositions.
典型的な石炭燃焼施設において石炭はレールカーに至る。吸着剤が既に投与されている場合石炭は精製炭である。吸着剤がまだ投与されていない場合、石炭は原炭である。典型的な例示した実施態様において、石炭をベルト受けに輸送し、ベルト受けが該石炭を混合機に導く。該混合機の後に石炭は供給ベルトに下ろされ、石炭貯蔵区域に置かれる。石炭貯蔵区域に通常、火格子及び容器があり;そこから時々バンカーと呼ばれる開口備蓄区域にベルトによって石炭が輸送される。バンカー又はクラッシャーからの石炭がストーカ炉に供給され得る。微粉炭を燃焼させる炉において、石炭はベルト又は他の手段によりクラッシャーのような破砕装置及び最終的に微粉砕機に輸送される。貯蔵システムにおいて石炭は微粉砕され、空気又はガスにより集塵機に輸送され、該微粉砕石炭は貯蔵容器に輸送され、必要に応じて炉に供給される。直接的な燃料システムにおいて、石炭は微粉砕され炉に直接輸送される。半直接的なシステムにおいて、石炭は微粉砕機からサイクロン集塵機に導入される。石炭は該サイクロン集塵機から直接炉に供給される。 In a typical coal burning facility, the coal reaches the railcar. If the adsorbent has already been administered, the coal is refined coal. If the adsorbent has not yet been administered, the coal is raw coal. In an exemplary illustrated embodiment, the coal is transported to a belt receiver that directs the coal to a mixer. After the mixer, the coal is lowered to a supply belt and placed in a coal storage area. There are usually grate and containers in the coal storage area; from there the coal is transported by belt to an open storage area, sometimes called a bunker. Coal from a bunker or crusher can be fed to the stoker furnace. In a furnace where pulverized coal is burned, the coal is transported to a crushing device such as a crusher and finally to a pulverizer by a belt or other means. In the storage system, the coal is finely pulverized and transported to the dust collector by air or gas, and the finely pulverized coal is transported to a storage container and supplied to the furnace as necessary. In a direct fuel system, coal is pulverized and transported directly to the furnace. In a semi-direct system, coal is introduced from a fine grinder into a cyclone dust collector. Coal is fed directly from the cyclone dust collector to the furnace.
稼動の間石炭は炉中に供給され、酸素の存在下に燃焼される。高いbtu燃料では、典型的な炎の温度が燃焼室において2700゜F(約1480℃)〜約3000゜F(約1640℃)又はそれ以上[例えば3300゜F(約1815℃)〜3600゜F(約1982℃)のオーダーである。 During operation, coal is fed into the furnace and burned in the presence of oxygen. With high btu fuel, typical flame temperatures in the combustion chamber range from 2700 ° F. (about 1480 ° C.) to about 3000 ° F. (about 1640 ° C.) or higher [eg 3300 ° F. (about 1815 ° C.) to 3600 ° F. (About 1982 ° C).
燃焼前に石炭に吸着剤を添加することにより精製炭を生成する。石炭生産者により吸着剤を添加することができ、運用者により炉に輸送することができ、若しくは運用者の所有地又はその近くにある別の施設で精製炭を生成することができる。精製炭の場合には、燃焼のために全ての吸着剤組成物を炉に供給する。 Refined coal is produced by adding an adsorbent to the coal before combustion. Adsorbent can be added by the coal producer, transported to the furnace by the operator, or refined coal can be produced at or near another site of the operator's property. In the case of refined coal, all adsorbent compositions are fed to the furnace for combustion.
他の種々の実施態様において本発明による吸着剤組成物は、燃焼中、原炭又は炉の様々な部分に添加される。限定されない方法において微粉砕前又は微粉砕の間、及び/又は燃焼のために微粉砕機から炉に輸送される間、混合機で、ベルト受け又は供給ベルトで、石炭貯蔵区域で、集塵機で、貯蔵容器で、サイクロン集塵機で、粉砕機で、吸着剤を石炭に添加する。便利なことに種々の実施態様において混合機又は微粉砕機などで石炭を混合する工程の間に、吸着剤を石炭に加える。 In other various embodiments, the sorbent composition according to the present invention is added to various parts of the raw coal or furnace during combustion. In a non-limiting manner, before or during pulverization and / or while transported from the pulverizer to the furnace for combustion, in a mixer, in a belt receiver or supply belt, in a coal storage area, in a dust collector, Add adsorbent to coal in storage container, cyclone dust collector, grinder. Conveniently, in various embodiments, the adsorbent is added to the coal during the process of mixing the coal, such as in a mixer or pulverizer.
あるいは又は加えて、吸着剤組成物は燃料燃焼の間に、該組成物を炉へ噴射することにより石炭燃焼システムに加えられる。好ましい実施態様において、該組成物は火玉又は火玉近傍(例えば、該温度は2000゜F超、2300゜F超又は2700゜F超である)に噴射される。バーナー及び炉の運転パラメータ設計に従って、燃料と共に、主な燃焼空気と共に、炎上に、オーバーファイア空気と共に又はオーバーファイア空気上などに、効率的に吸着剤を添加する。また、炉の設計及び運転に応じて吸着剤は炉の1つ以上の面から、及び/又は炉の1つ以上の角から噴射される。吸着剤組成物及び吸着剤成分の添加は、噴射温度が十分に高く、及び/又は設定されたバーナー及び炉の空気力学が、粉末吸着剤と燃料及び/又は燃焼生成物との十分な混合を導く場合に最も効率的な傾向にある。あるいは又は加えて、吸着剤は、炎及び炉の下流の対流経路に添加される。種々の実施態様において、吸着剤の最適な噴射又は投与点は、炉を形成すること並びに吸着剤、石炭の最良な混合及び所望の結果得られる燃焼生成物をもたらすパラメータ(噴射速度、噴射位置、炎上側の距離、壁の距離、粉末噴射の方法など)を選択することにより見出される。 Alternatively or additionally, the sorbent composition is added to the coal combustion system during fuel combustion by injecting the composition into a furnace. In a preferred embodiment, the composition is injected at or near a fireball (eg, the temperature is greater than 2000 ° F., 2300 ° F. or 2700 ° F.). According to burner and furnace operating parameter design, adsorbent is added efficiently, such as with fuel, with main combustion air, over flame, overfire air, or overfire air. Also, depending on the furnace design and operation, the adsorbent is injected from one or more faces of the furnace and / or from one or more corners of the furnace. Addition of the adsorbent composition and adsorbent components is sufficient to ensure that the injection temperature is sufficiently high and / or the set burner and furnace aerodynamics provide sufficient mixing of the powder adsorbent with the fuel and / or combustion products. It tends to be most efficient when guiding. Alternatively or additionally, adsorbent is added to the convection path downstream of the flame and furnace. In various embodiments, the optimal injection or dosing point of the adsorbent is the parameters (injection speed, injection position, the result of forming the furnace and the best mixing of the adsorbent, coal and the desired combustion products. It is found by selecting the upper flame distance, wall distance, powder injection method, etc.
石炭燃焼系において、熱くなった燃焼ガス及び空気は下流方向の対流経路(すなわち、火球に関連する下流)を通じて炎から離れた対流により移動する。施設の対流経路は各領域におけるガス及び燃焼生成物の温度により特徴づけられる複数の領域を含む。通常、燃焼ガスの温度は火球から下流方向に移動すると同時に低下する。飛灰及び燃焼ガスは、1つの実施例における石炭が約2700゜F〜3600゜F(約1480℃〜1650℃)の温度で燃焼される炉から対流経路の下流を通じて、常に温度低下する領域に移動する。例えば火球の下流は、2700゜F未満の温度領域である。さらに下流、温度が約1500゜Fに冷却される位置に到達する。該2つの位置の間は約1500゜F〜約2700゜Fの温度を有する領域である。さらに下流、1500゜F未満の領域などに到達する。さらに対流流路に沿ってガス及び飛灰は、ガスが排気筒から放出される前に通常約300゜Fの温度を有するバグハウス又は電気集塵装置に到達するまでに低温度領域を通過する。 In a coal combustion system, hot combustion gases and air travel by convection away from the flame through a downstream convection path (ie, downstream associated with the fireball). The facility convection path includes a plurality of regions characterized by the temperature of the gas and combustion products in each region. Usually, the temperature of the combustion gas decreases as it moves downstream from the fireball. Fly ash and combustion gases are in an area where the temperature always decreases through the downstream of the convection path from the furnace where the coal in one embodiment is burned at a temperature of about 2700 ° F to 3600 ° F (about 1480 ° C to 1650 ° C). Moving. For example, downstream of the fireball is a temperature region below 2700 ° F. Further downstream, a temperature is reached where the temperature is cooled to about 1500 ° F. Between the two locations is a region having a temperature of about 1500 ° F. to about 2700 ° F. Further downstream, it reaches an area of less than 1500 ° F. Further along the convection channel, gas and fly ash pass through the low temperature region before reaching the baghouse or electrostatic precipitator, which typically has a temperature of about 300 ° F., before the gas is released from the stack. .
燃焼ガスは硫黄、窒素及び水銀を含む所望とされない様々なガスだけでなく、二酸化炭素を含む。対流流路はまた、高温ガスと共に運ばれる様々な灰で満たされる。大気中への放出前に灰を除去するため、微粒子除去システムを使用する。電気集塵装置及びバグハウスなどのこのような種々の除去システムは通常対流流路に配置する。さらに、化学的な洗浄装置は対流流路に配置することができる。さらに、硫黄(SOxとして)、窒素 ( NOxとして)及び水銀などのガス成分を監視するための様々な装置を備えてもよい。 Combustion gases include carbon dioxide as well as various undesired gases including sulfur, nitrogen and mercury. The convection channel is also filled with various ashes that are carried with the hot gas. A particulate removal system is used to remove ash before release to the atmosphere. Various such removal systems such as electrostatic precipitators and bag houses are usually placed in the convection flow path. Furthermore, chemical cleaning devices can be placed in the convection channel. In addition, various devices for monitoring gas components such as sulfur (as SOx), nitrogen (as NOx) and mercury may be provided.
従って、種々の実施態様において、本発明の方法は吸着剤を
燃焼の間、炉に直接(「混焼」添加);
燃焼前に石炭などの燃料に直接(精製炭の製造のための「予燃焼」添加);
500℃より高い温度領域及び好ましくは800℃より高い好ましい温度領域で燃料後、ガス流に直接(「後燃焼」添加);又は
予燃焼、混焼、及び後燃焼の添加を組み合わせて
投与することを必要とする。
Thus, in various embodiments, the method of the present invention directly adds the adsorbent to the furnace during combustion ("mixed firing"addition);
Directly to fuel such as coal before combustion ("pre-combustion" addition for the production of refined coal);
In the temperature range above 500 ° C. and preferably in the preferred temperature range above 800 ° C., administering directly to the gas stream (addition of “post-combustion”); I need.
吸着剤の投与は、予燃焼、混焼又は後燃焼のいずれかの方法或は任意の組み合わせで「石炭燃焼系に」行われる。吸着剤を石炭燃焼系に添加する場合、石炭又は他の燃料は種々の吸着剤、吸着剤組成物又は吸着剤成分の「存在下」燃焼されると考えられる。 The adsorbent is administered “to the coal combustion system” by any method or any combination of pre-combustion, co-firing or post-combustion. When adsorbent is added to a coal combustion system, it is believed that the coal or other fuel is burned “in the presence” of various adsorbents, adsorbent compositions or adsorbent components.
好ましい実施態様において、下流への添加は、温度が約1500゜F(815.5℃)〜約2700゜F(1482.2℃)で実行される。いくつかの態様において、炉の設計の詳細及び対流流路の配置に応じて、「炉へ」、「火球へ」及び「対流流路へ」の間のカットオフ点又は区分はむしろ恣意的であり得る。ある時点で、燃焼ガスは明らかに燃焼室又は炉であるものから離れ、明らかに燃料又は炉における下流ガスの対流流路に流入する。しかし、炉の多くは非常に大きく、そのため、火球を形成するために燃料及び空気を供給するかなりの距離で、炉へ吸着剤を添加することが可能である。例えば、いくつかの炉は、特により多くの完全燃焼及び/又は窒素酸化物などの放出制御を達成するため、火球の上部位置にさらなる酸素を供給するために設計されたオーバファイア空気注入口などを有する。オーバファイア空気口は燃料注入よりも上に20フィート又はそれ以上高くできる。種々の実施態様において、石炭供給よりも上部に、オーバファイア空気口よりも上部又は下部に、又は燃焼室内のより高い位置(炉口又は炉口の丁度下部に)に供給される石炭と共に火玉中へ吸着剤成分又は組成物を直接注入する。これらの各位置は吸着剤と、燃料及び/又は燃焼生成物(例えば飛灰)との混合をもたらす温度及び乱流条件により特徴づけられる。実施態様において、炉又は炉の下流に吸着剤組成物を投与することに関して、投与は温度が1500゜F超、好ましくは2000゜F超、より好ましくは温度が2300゜F超、及びさらに好ましくは温度が2700゜F超で好ましくは行われる。 In a preferred embodiment, the downstream addition is carried out at a temperature of about 1500 ° F. (815.5 ° C.) to about 2700 ° F. (1482.2 ° C.). In some embodiments, the cut-off point or section between “to the furnace”, “to the fireball” and “to the convection channel” is rather arbitrary, depending on the details of the furnace design and the arrangement of the convection channel. possible. At some point, the combustion gas is clearly separated from what is a combustion chamber or furnace and apparently enters the convection flow path of the downstream gas in the fuel or furnace. However, many of the furnaces are very large, so it is possible to add adsorbent to the furnace at a considerable distance to supply fuel and air to form a fireball. For example, some furnaces, such as overfire air inlets designed to supply additional oxygen to the upper location of the fireball, especially to achieve more complete combustion and / or emission control such as nitrogen oxides Have The overfire air port can be 20 feet or more above the fuel injection. In various embodiments, a fireball with coal supplied above the coal supply, above or below the overfire air port, or higher in the combustion chamber (at the furnace port or just below the furnace port). The adsorbent component or composition is injected directly into it. Each of these locations is characterized by temperature and turbulent conditions that result in mixing of the adsorbent with fuel and / or combustion products (eg, fly ash). In embodiments, with respect to administering the adsorbent composition downstream or downstream of the furnace, the administration is at a temperature above 1500 ° F, preferably above 2000 ° F, more preferably above 2300 ° F, and more preferably. Preferably, the temperature is above 2700 ° F.
本明細書に記載される種々の実施態様において、石炭燃焼施設からの水銀、窒素及び/又は硫黄の放出を低減又は修正する傾向にある吸着剤組成物はまた、高濃度のセメント質燃料の燃焼により生成される灰を与える利益的効果がある。結果として、該灰は様々なセメント製品及びコンクリート製品においてポルトランドセメントの部分的又は完全な代用品として商業的に使用できる。 In various embodiments described herein, sorbent compositions that tend to reduce or modify mercury, nitrogen, and / or sulfur emissions from coal combustion facilities are also used to burn high concentrations of cementitious fuels. There is a beneficial effect to give ash produced by. As a result, the ash can be used commercially as a partial or complete replacement for Portland cement in various cement and concrete products.
種々の実施態様において、本発明に記載される吸着剤組成物と共に石炭を燃焼させることは、吸着剤を用いずに燃焼させる石炭と比較し重金属のレベルが上昇する灰を生じるが、しかし、それにもかかわらず、吸着剤を用いずに生成する灰よりも低レベルの浸出性の重金属を含む。結果として、その灰は取り扱うのに安全であり、また、例えばセメント混合物として商業的に販売するのに安全である。 In various embodiments, burning coal with the adsorbent composition described in the present invention results in ash with increased levels of heavy metals compared to coal burned without using an adsorbent, however, Nevertheless, it contains lower levels of leachable heavy metals than ash produced without the use of adsorbents. As a result, the ash is safe to handle and safe to sell commercially, for example as a cement mixture.
灰生成物を得るために、炭素質原料の燃焼から熱エネルギーを発生させるために炭素質燃料を燃焼させる。不燃性原料及び粒子燃焼生成物が灰を形成し、いくつかの灰は炉底に集められるが、大部分の灰は集塵機又はフィルタ(例えば石炭燃焼施設のバグハウス)により燃料からの飛灰として集められる。炉底灰及び飛灰の中身は、石炭の化学的組成及び燃焼中石炭燃焼施設に添加される吸着剤成分の量及び組成による。 To obtain the ash product, the carbonaceous fuel is burned to generate thermal energy from the burning of the carbonaceous feedstock. Non-combustible raw materials and particulate combustion products form ash, with some ash collected at the bottom of the furnace, but most ash is collected as fly ash from fuel by a dust collector or filter (eg, a coal house baghouse). Collected. The contents of bottom ash and fly ash depend on the chemical composition of the coal and the amount and composition of the adsorbent components added to the coal burning facility during combustion.
種々の実施態様において、石炭燃焼施設からの水銀放出を監視する。水銀元素、酸化水銀又は両方の放出を監視する。水銀元素は基底状態又はゼロ酸化状態の水銀を意味し、一方酸化水銀は+1又は+2の酸化状態の水銀を意味する。プラントからの排出前の燃料ガスにおける水銀レベルに応じて、予燃焼、混焼、及び/又は後燃焼で添加される吸着剤組成物量が増加され、減少され又は変化せずに維持される。一般に、実用的なレベルと同程度の高レベルな水銀を除去することが望ましい。実施態様においては、石炭中の水銀総量を基準として、少なくとも40%〜90%以下及びそれ以上の水銀除去を達成することができる。この量は燃料ガスから除去される水銀を示すため、水銀は大気中へ排気筒を通じて放出されない。この態様では、該量は吸着剤を用いない石炭燃焼と比較して、施設からの水銀放出を低減させた量の百分率に相当する。通常、燃料ガスからの水銀除去は灰中の水銀レベルの上昇につながる。炉中で生成する灰の総量を低減するため、石炭燃焼工程に添加する吸着剤の量を最小限にする。このため、多くの実施態様では、吸着剤組成物の添加速度を調整するために水銀放出量を測定し、系に過剰な材料を添加せずに所望とする水銀低減を達成することが望ましい。 In various embodiments, mercury emissions from coal burning facilities are monitored. Monitor the release of elemental mercury, mercury oxide or both. Elemental mercury means mercury in the ground state or zero oxidation state, while mercury oxide means mercury in the oxidation state of +1 or +2. Depending on the mercury level in the fuel gas prior to emission from the plant, the amount of adsorbent composition added during pre-combustion, co-firing, and / or post-combustion is increased, decreased or maintained unchanged. In general, it is desirable to remove mercury at a high level comparable to a practical level. In embodiments, mercury removal of at least 40% to 90% or less and more can be achieved based on the total amount of mercury in the coal. Since this amount represents mercury removed from the fuel gas, mercury is not released into the atmosphere through the stack. In this embodiment, the amount corresponds to a percentage of the amount that reduced mercury emissions from the facility compared to coal combustion without adsorbent. Normally, removal of mercury from fuel gas leads to an increase in mercury levels in ash. In order to reduce the total amount of ash produced in the furnace, the amount of adsorbent added to the coal combustion process is minimized. For this reason, in many embodiments, it is desirable to measure mercury release to adjust the rate of addition of the adsorbent composition and achieve the desired mercury reduction without adding excess material to the system.
添加する吸着剤成分と共に、石炭又は他の燃料を燃焼させる種々の実施態様において、水銀並びにヒ素、アンチモン、鉛及び他金属などの石炭中の他の重金属は、バグハウス又は電気集塵装置に記録され、石炭燃焼プラントにおける灰含量全体の一部となる;あるいは又は加えて、水銀及び重金属は灰底にみられる。このようにして、施設からの水銀及び他の重金属の放出は減少される。 In various embodiments for burning coal or other fuels with adsorbent components added, mercury and other heavy metals in the coal such as arsenic, antimony, lead and other metals are recorded in the baghouse or electrostatic precipitator. And become part of the overall ash content in a coal-fired plant; or in addition, mercury and heavy metals are found in the ash bottom. In this way, mercury and other heavy metal emissions from the facility are reduced.
本明細書に記載される吸着剤成分なしに、石炭を燃焼することにより生成する灰と比較して高レベルで灰に存在する傾向にあるとしても、一般に、灰中の水銀及び他の重金属は酸性条件下での浸出に耐久性がある。有利なことに、灰中の重金属は規制レベルを超える浸出がない;事実、灰が通常、吸着剤と共に燃焼されることにより生成されることで、より高い絶対値の重金属を含有するとしても、浸出性の重金属の濃度低減がppm基準で灰に観測される。なぜなら、燃焼による灰(石炭灰)は、灰のセメント質特性に加え、例えば、ポルトランドセメント並びにコンクリート生成物及びレディミックスを製造するためのセメント質材料として市販する及び使用する価値があるからである。 In general, mercury and other heavy metals in ash, even if they tend to be present in the ash at higher levels compared to the ash produced by burning coal without the adsorbent components described herein, Durable against leaching under acidic conditions. Advantageously, heavy metals in ash do not leach above regulatory levels; in fact, even if ash is usually produced by burning with an adsorbent, it contains higher absolute heavy metals. Decrease in leachable heavy metal concentration is observed in ash on a ppm basis. Because, in addition to the cementitious properties of ash, combustion ash (coal ash) is worthy of being marketed and used as a cementitious material for producing, for example, Portland cement and concrete products and ready mixes. .
好ましい実施態様において、重金属の浸出は監視され、又は燃焼中周期的又は連続的に監視される。米国環境保護庁のTCLP法は一般的に使用される方法である。吸着剤の量、特にSi(SiO2又は同等物)及び/又はAl(Al2O3又は同等物)を有する吸着剤成分の量が、所望の範囲での浸出を維持するために分析結果に基づいて調整される。 In a preferred embodiment, heavy metal leaching is monitored, or monitored periodically or continuously during combustion. The US Environmental Protection Agency TCLP Act is a commonly used method. The amount of adsorbent, in particular the amount of adsorbent component with Si (SiO 2 or equivalent) and / or Al (Al 2 O 3 or equivalent), is the result of the analysis to maintain leaching in the desired range. Adjusted based on.
一実施態様において、大気中への水銀放出量を低減するための石炭燃焼方法を提供する。該方法は石炭を燃焼する系へのハロゲン化合物を含んでなる吸着剤組成物を投与することを含む。ハロゲン化合物は好ましくは臭素化合物であり;好ましい実施態様において、吸着剤はボイラー管又は他の炉成分による腐食を回避するためにアルカリ金属化合物を含まない。石炭は炉で燃焼され、灰及び燃焼ガスを生じる。燃焼ガスは水銀、硫黄及び他の成分を含む。大気中への放出を制限するため、燃焼ガス中の所望とする水銀低減を達成するために、燃焼ガス中の水銀レベルを好ましくは、例えば濃度分析測定により監視する。好ましい実施態様において、燃焼ガスで測定される水銀レベル値に応じて、投与される吸着剤組成物の量を調整する(すなわち、それを増加させる、それを低減させる、又はいくつかの場合それを変化させず維持することに決めることにより調整する)。好ましい実施態様では、石炭の予燃焼に吸着剤を投与することにより系中に添加し、その後、燃焼のため炉中へ吸着剤を含む石炭を輸送する。 In one embodiment, a coal combustion method for reducing mercury emissions into the atmosphere is provided. The method includes administering an adsorbent composition comprising a halogen compound to a system for burning coal. The halogen compound is preferably a bromine compound; in a preferred embodiment, the adsorbent is free of alkali metal compounds to avoid corrosion by boiler tubes or other furnace components. Coal is burned in a furnace, producing ash and combustion gases. Combustion gas contains mercury, sulfur and other components. In order to limit the release to the atmosphere, the mercury level in the combustion gas is preferably monitored, for example by concentration analysis measurements, in order to achieve the desired mercury reduction in the combustion gas. In preferred embodiments, the amount of adsorbent composition administered is adjusted (i.e., increasing it, reducing it, or in some cases, depending on the mercury level value measured in the combustion gas). Adjust by deciding to keep it unchanged). In a preferred embodiment, the adsorbent is added to the system by administering it to the pre-combustion of the coal, after which the coal containing the adsorbent is transported into the furnace for combustion.
別の実施態様において、ハロゲン(好ましくは臭素又はヨウ素、及びより好ましくは臭素)化合物及び少なくとも1つのアルミノケイ酸塩材料を含む吸着剤成分を石炭燃焼系へ投与される。該成分は吸着剤組成物単独で又は該組成物と別々に添加し、及び必要により、石炭の予燃焼での、燃焼中炉へ、又は適当な温度で炉の下流の燃焼ガスへ添加する。好ましい実施態様において、該成分を、石炭の予燃焼に添加し、及びその後吸着剤を含む石炭は燃焼のために炉へ輸送する。すでに述べた通り、好ましくは水銀を燃料ガス中で監視し、吸着剤投与速度を、測定される水銀レベル値に応じて調整する。ハロゲンは水銀放出レベルの低下をもたらすが、一方、アルミノケイ酸塩は灰に捕捉される水銀の非浸出をもたらす。 In another embodiment, an adsorbent component comprising a halogen (preferably bromine or iodine, and more preferably bromine) compound and at least one aluminosilicate material is administered to the coal combustion system. The components are added either alone or separately from the sorbent composition and, if necessary, to the pre-combustion coal, to the furnace during combustion, or to the combustion gas downstream of the furnace at the appropriate temperature. In a preferred embodiment, the components are added to the pre-combustion of the coal, and then the coal containing the adsorbent is transported to the furnace for combustion. As already mentioned, preferably mercury is monitored in the fuel gas and the adsorbent dosing rate is adjusted according to the measured mercury level value. Halogens lead to reduced mercury emission levels, while aluminosilicates lead to non-leaching of mercury trapped in ash.
関連する実施態様では、石炭燃焼系又は焼却炉において、石炭又は他燃料の燃焼により生成する灰からの、水銀及び/又は他の重金属の浸出を低減する方法は、燃焼中焼却炉又は石炭燃焼系にシリカ及びアルミナを含む吸着剤を導入すること、得られる灰からの水銀及び/又は他の重金属の浸出量を測定すること、重金属の測定された浸出に従って添加するシリカ及びアルミナレベルを調整することを含む。浸出量が所望とする量よりも多い場合、浸出量を所望の範囲に低減させるために吸着剤の投与速度を上げることができる。好ましい実施態様において、さらに吸着剤は灰中の水銀捕捉量を増大させるためにハロゲン(例えば臭素)化合物を含む。有利なことに、シリカ及びアルミナを含む吸着剤は汚損を低減又は除去するために、<1%のNa2O及び<1%のK2Oを含む粉末組成物に添加される。 In a related embodiment, a method for reducing leaching of mercury and / or other heavy metals from ash produced by combustion of coal or other fuel in a coal combustion system or incinerator is provided as an incinerator or coal combustion system during combustion. Introducing an adsorbent containing silica and alumina into the ash, measuring the leaching amount of mercury and / or other heavy metals from the resulting ash, adjusting the silica and alumina levels added according to the measured leaching of heavy metals including. If the leaching amount is greater than desired, the adsorbent dosage rate can be increased to reduce the leaching amount to the desired range. In a preferred embodiment, the adsorbent further comprises a halogen (eg bromine) compound to increase the amount of mercury captured in the ash. Advantageously, an adsorbent comprising silica and alumina is added to a powder composition comprising <1% Na 2 O and <1% K 2 O to reduce or eliminate fouling.
一実施態様において、本発明は石炭などの水銀含有炭素質燃料の燃焼により生じる燃料ガス中の酸化水銀量を低減すると同時に、セメント系灰生成物を生成する方法を提供する。該方法は粉末吸着剤がカルシウム、シリカ及びアルミナを含んでなるアルカリ粉末吸着剤の存在下で燃料を燃焼させることを含んでなる。アルカリ粉末は石炭の予燃焼に添加され、燃焼中炉へ注入され、炉の下流の燃料ガスへ投与され(好ましくは温度が1500゜F又はこれ以上)、又は任意の組み合わせで適用される。該粉末は水との混合である場合、PHが約7、好ましくは約8及び好ましくは約9を特徴とするアルカリである。有利なことに、吸着剤はそれぞれ1重量%未満、それぞれ0.5重量%未満、又はそれぞれ0.1重量%未満のアルカリ(例えばNa2O及びK2O)を含む。種々の実施態様において、さらに吸着剤は鉄及びマグネシウムを含む。種々の実施態様において、吸着剤におけるアルミナ含量は、ポルトランドセメントのアルミナ含量よりも多く、好ましくは約5%よりも多い、又は約7%よりも多いアルミナを含有する。 In one embodiment, the present invention provides a method for producing a cementitious ash product while simultaneously reducing the amount of mercury oxide in fuel gas resulting from combustion of a mercury-containing carbonaceous fuel such as coal. The method comprises burning the fuel in the presence of an alkaline powder adsorbent wherein the powder adsorbent comprises calcium, silica and alumina. Alkaline powder is added to the pre-combustion of coal, injected into the furnace during combustion, administered to fuel gas downstream of the furnace (preferably at a temperature of 1500 ° F. or higher), or applied in any combination. When mixed with water, the powder is an alkali characterized by a pH of about 7, preferably about 8, and preferably about 9. Advantageously, the adsorbents each comprise less than 1% by weight, each less than 0.5% by weight, or each less than 0.1% by weight alkali (eg, Na 2 O and K 2 O). In various embodiments, the adsorbent further comprises iron and magnesium. In various embodiments, the alumina content in the adsorbent is greater than the alumina content of Portland cement, preferably greater than about 5%, or greater than about 7% alumina.
燃料燃焼中、放出を監視するために、炉からの下流燃料ガス中の水銀(酸化水銀、水銀元素又はその両方)の濃度が測定される。測定された水銀濃度は目標濃度と比較され、測定濃度が目標濃度を超えている場合、燃焼させる燃料の量に対して、添加する粉末吸着剤の量を増加させる。あるいは、測定された濃度が目標濃度又はそれ未満である場合、吸着剤の添加速度を低下させる、又は変化させずに維持することができる。 During fuel combustion, the concentration of mercury (mercury oxide, elemental mercury or both) in the downstream fuel gas from the furnace is measured to monitor emissions. The measured mercury concentration is compared with the target concentration, and if the measured concentration exceeds the target concentration, the amount of powder adsorbent added is increased relative to the amount of fuel burned. Alternatively, if the measured concentration is at or below the target concentration, the rate of adsorbent addition can be reduced or maintained unchanged.
別の実施態様において、粉末組成物はアルカリカルシウム成分並びに有意な量のシリカ及びアルミナを含む吸着剤組成物である。非浸出の実施態様において、粉末組成物は、2〜50重量%のアルミノケイ酸塩材料及び50〜98重量%のカルシウムを含んでなるアルカリ粉末を含んでなる。好ましい実施態様において、アルカリ粉末は1つ以上の石灰、酸化カルシウム、ポルトランドセメント、セメントキルンダスト、石灰キルンダスト、及びシュガービート石灰を含んでなり、一方、アルミノケイ酸塩材料はカルシウムモンモリロナイト、ナトリウムモンモリロナイト、及びカオリンからなる群より選択される1つ以上を含む。特定の実施態様において、粉末吸着剤は低アルカリ仕様及び/又は低塩素仕様を満たすために、CKD及び他の材料を含んでなる。 In another embodiment, the powder composition is an adsorbent composition comprising an alkali calcium component and significant amounts of silica and alumina. In a non-leaching embodiment, the powder composition comprises an alkaline powder comprising 2-50 wt% aluminosilicate material and 50-98 wt% calcium. In a preferred embodiment, the alkaline powder comprises one or more lime, calcium oxide, Portland cement, cement kiln dust, lime kiln dust, and sugar beet lime, while the aluminosilicate material is calcium montmorillonite, sodium montmorillonite, and One or more selected from the group consisting of kaolins. In certain embodiments, the powder sorbent comprises CKD and other materials to meet low alkali and / or low chlorine specifications.
粉末組成物は回分式工程で吸着剤と共に処理される石炭量、又は連続工程で燃焼により消費される石炭の割合を基準として、約0.1〜約10%の割合で石炭に添加される。実施態様において、該割合は実施態様において、0.1〜5重量%、0.1〜2重量%、0.1〜1.5重量%、0.1〜1重量%、1〜8重量%、2〜8重量%、4〜8重量%、4〜6重量%、又は約6重量%である。特定の実施態様において、粉末組成物を燃焼中、火玉又は炉に注入し、及び/又は石炭燃焼前に周囲条件下、石炭に投与する。注入箇所の温度は、好ましくは少なくとも約1000゜F又はそれ以上である。いくつかの低価格燃料では、これは火玉中への注入又は火玉近傍への注入に相当する。 The powder composition is added to the coal at a rate of about 0.1 to about 10% based on the amount of coal treated with the adsorbent in a batch process or the proportion of coal consumed by combustion in a continuous process. In embodiments, the proportions in embodiments are 0.1-5 wt%, 0.1-2 wt%, 0.1-1.5 wt%, 0.1-1 wt%, 1-8 wt%. 2-8 wt%, 4-8 wt%, 4-6 wt%, or about 6 wt%. In certain embodiments, the powder composition is injected into a fireball or furnace during combustion and / or administered to the coal under ambient conditions prior to coal combustion. The temperature at the injection site is preferably at least about 1000 ° F. or higher. For some low cost fuels, this corresponds to injection into or near the fireball.
さらなる実施態様において、石炭燃焼系における石炭の燃焼中、自然環境に放出される水銀及び/又は硫黄を低減する方法は、石炭燃焼系に臭素、カルシウム、シリカ及びアルミナを含んでなる吸着剤成分を添加すること、並びに燃焼ガス及び飛灰を発生させるために吸着剤成分の存在下、石炭を燃焼することを含んでなる。燃焼ガス中の水銀量を測定し、系に添加される臭素を含む成分濃度を、燃焼ガス中で測定される水銀値に応じて調整する。 In a further embodiment, a method for reducing mercury and / or sulfur released into the natural environment during coal combustion in a coal combustion system includes adsorbent components comprising bromine, calcium, silica and alumina in the coal combustion system. Adding and combusting the coal in the presence of an adsorbent component to generate combustion gases and fly ash. The amount of mercury in the combustion gas is measured, and the concentration of the component containing bromine added to the system is adjusted according to the mercury value measured in the combustion gas.
種々の実施態様において、4つの成分(カルシウム、シリカ、アルミナ及び臭素)を、共に又は別々に、石炭の予燃焼に、炉に、及び/又は本明細書に記載されるような適当な温度で燃焼ガスに添加する。該成分を含む吸着剤は好ましくは、最大1重量%未満のNa2O及び最大1重量%未満のK2Oを含む。好ましくは臭素は、石炭中の少なくとも20%、少なくとも40%、少なくとも80%又は少なくとも90%の水銀を灰中で効率的に捕捉するためのレベルで存在し、並びにシリカ及びアルミナは、0.2ppm(200ppb)未満の水銀、好ましくは100ppb未満の水銀、50ppb未満、及びさらに好ましくは2ppb未満の水銀の浸出値を有する飛灰を発生させるために効率的なレベルで存在する。2ppbの濃度は水銀浸出のTCLP試験における現在の検出制限よりも低い濃度を示す。 In various embodiments, the four components (calcium, silica, alumina and bromine), together or separately, in the pre-combustion of coal, in the furnace and / or at a suitable temperature as described herein. Add to combustion gas. The adsorbent comprising the component preferably comprises a maximum of less than 1% by weight Na 2 O and a maximum of less than 1% by weight K 2 O. Preferably bromine is present at a level to efficiently capture at least 20%, at least 40%, at least 80% or at least 90% mercury in the coal in the ash, and silica and alumina at 0.2 ppm. It is present at an efficient level to generate fly ash having a leach value of less than (200 ppb) mercury, preferably less than 100 ppb mercury, less than 50 ppb, and more preferably less than 2 ppb. A concentration of 2 ppb indicates a lower concentration than the current detection limit in the TCLP test for mercury leaching.
特定の実施態様では、該方法は、燃焼前の石炭において元々少なくとも40%又は少なくとも90%の水銀を含む灰の捕捉に対応する濃度の水銀を含む、石炭灰及び/又は飛灰を供給する。いくつかの実施態様において、水銀濃度は、大気中への水銀放出よりもむしろ灰中の水銀を捕捉するために、既知の飛灰よりも高い。該方法により発生する飛灰は200ppm以下の水銀又はさらに高い濃度の水銀を含み、いくつかの実施態様において、飛灰中の水銀含量は約250ppmである。灰の体積は通常、吸着剤の使用により増大する(通常の実施態様では、約2倍の灰の体積)ので、増大され、測定された水銀濃度は、吸着剤の存在なく自然環境へ放出される水銀を含む灰より大幅な捕捉を表す。水銀並びに鉛、クロム、ヒ素及びカドミウムなどの他の重金属の飛灰中の含量は通常、吸着剤又は吸着剤成分の添加なしに、石炭を燃焼させることから生じる飛灰中よりも大きい。 In certain embodiments, the method provides coal ash and / or fly ash containing mercury at a concentration corresponding to the capture of ash originally containing at least 40% or at least 90% mercury in the coal prior to combustion. In some embodiments, the mercury concentration is higher than known fly ash to capture mercury in the ash rather than mercury emissions into the atmosphere. The fly ash generated by the method contains 200 ppm or less of mercury or higher levels of mercury, and in some embodiments, the mercury content in the fly ash is about 250 ppm. Since the volume of ash is usually increased by the use of adsorbents (in typical embodiments, about twice the volume of ash), the increased and measured mercury concentration is released to the natural environment without the presence of the adsorbent. Represents greater capture than mercury-containing ash. The content of mercury and other heavy metals such as lead, chromium, arsenic and cadmium in fly ash is usually greater than in fly ash resulting from burning coal without the addition of adsorbent or adsorbent components.
好ましくは石炭灰の水銀は、毒性指標浸出法(TCLP)、40CFR260.11.章で参照により組み込まれる通り、「固体廃棄物を評価する方法、物理的/化学的方法」EPA出版SW-846-第3出版、試験方法1311を用いて試験する場合、それは抽出物において0.2ppm未満の水銀濃度を示す。石炭を処理する吸着剤から発生する灰の総水銀含量は、吸着剤を用いない燃焼により発生する灰における含量よりも2因子以上多いが、石炭と本明細書に記載される吸着剤との燃焼による飛灰は、吸着剤を用いない石炭燃焼から発生する灰よりも、浸出性の水銀が少ないことが通常観測される。例えば、PRB石炭の燃焼による通常の灰は、約100〜125ppmの水銀を含み;種々の実施態様において、PRB石炭と本明細書に記載される約6重量%の吸着剤との燃焼により発生する灰は、約200〜250ppmの水銀又はそれ以上の水銀を有する。 Preferably the mercury in the coal ash is toxicity index leaching (TCLP), 40 CFR 260.11. As incorporated by reference in the chapter, “Methods of Assessing Solid Waste, Physical / Chemical Methods” when tested using EPA Publication SW-846-3rd Publication, Test Method 1311, it is 0. Shows a mercury concentration of less than 2 ppm. The total mercury content of ash generated from the adsorbent treating coal is more than two factors than the content of ash generated by combustion without adsorbent, but the combustion of coal with the adsorbent described herein It is usually observed that fly ash from leaches has less leachable mercury than ash generated from coal combustion without adsorbent. For example, normal ash from combustion of PRB coal contains about 100-125 ppm mercury; in various embodiments, it is generated by combustion of PRB coal with about 6 wt% adsorbent as described herein. The ash has about 200-250 ppm mercury or more.
別の実施態様において、本発明は、石炭灰又は上記記載される灰のセメント生成物の総量を基準として、0.1重量%〜99重量%のポルトランドセメントを含有する水硬性セメント生成物を提供する。さらなる実施態様において、本発明は上記記載される灰のポゾラン生成物の総量を基準として、0.01重量%〜99重量%のポゾランを含んでなるポゾラン生成物を提供する。 In another embodiment, the present invention provides a hydraulic cement product containing 0.1 wt% to 99 wt% Portland cement, based on the total amount of coal ash or ash cement product described above. To do. In a further embodiment, the present invention provides a pozzolanic product comprising 0.01 wt% to 99 wt% pozzolanic, based on the total amount of ash pozzolanic product described above.
さらなる実施態様において、本発明は上記記載される灰のポゾラン生成物の総量を基準として、0.01重量%〜99重量%のポゾランを含んでなるポゾラン生成物を提供する。 In a further embodiment, the present invention provides a pozzolanic product comprising 0.01 wt% to 99 wt% pozzolanic, based on the total amount of ash pozzolanic product described above.
本発明はまた、水硬性セメント生成物を含むセメント混合物を提供する。 The present invention also provides a cement mixture comprising a hydraulic cement product.
さらに本発明は、骨材セメント生成物及び水硬性セメント生成物を含む成分調合済コンクリート(concrete ready mix)生成物を提供する。 The present invention further provides a component ready concrete product comprising an aggregate cement product and a hydraulic cement product.
別の実施態様において、セメント混合物は、唯一のセメント組成物として本明細書に記載される石炭灰を含む;これらの実施態様において、該灰はポルトランドセメントなどの通常のセメントの全てを代用できる。該セメント混合物は、セメント及び必要により骨材、充填材及び/又は他の混合物を含む。セメント混合物は通常、水と混合され、コンクリート、モルタル、グラウト、流動性充填材、安定剤及び他の用途として使用される。 In another embodiment, the cement mixture includes coal ash as described herein as the sole cement composition; in these embodiments, the ash can substitute for all conventional cements such as Portland cement. The cement mixture includes cement and optionally aggregates, fillers and / or other mixtures. Cement mixtures are usually mixed with water and used as concrete, mortar, grout, flowable fillers, stabilizers and other applications.
従って、本発明の方法は、石炭灰及び発熱又は発電エネルギーを発生させるために、石炭と添加される吸着剤とを燃焼することを包含する。そして、該灰を回収し、セメント、モルタル及びグラウトを含むセメント混合物を形成するために使用する。 Thus, the method of the present invention includes burning coal and adsorbent added to generate coal ash and heat generation or power generation energy. The ash is then recovered and used to form a cement mixture containing cement, mortar and grout.
好ましい実施態様において、本明細書に記載される粉末吸着剤組成物は、より低レベルの1つ以上のアルミノケイ酸塩材料と共に、カルシウムを含有する1つ以上のアルカリ粉末を含む。ハロゲン成分は、必要に応じて、さらなるアルカリ粉末成分として添加され、若しくは液体又は粉末組成物の一部として別々に添加される。有利なことに、吸着剤の使用は、石炭燃焼系からの硫黄、窒素、水銀、他の重金属(例えば鉛及びヒ素)及び/又は塩素の放出又は排出の低減につながる。 In a preferred embodiment, the powder sorbent compositions described herein comprise one or more alkaline powders containing calcium, along with lower levels of one or more aluminosilicate materials. The halogen component is added as a further alkaline powder component, if desired, or separately as part of the liquid or powder composition. Advantageously, the use of adsorbents leads to reduced emissions or emissions of sulfur, nitrogen, mercury, other heavy metals (eg lead and arsenic) and / or chlorine from coal combustion systems.
上記及び本明細書に記載される発明の種々の実施態様で使用される吸着剤組成物は、カルシウム、シリカ及び/又はアルミナをもたらす成分を、好ましくはアルカリ粉末剤の形態で含む。種々の実施態様において、該組成物はまた、酸化鉄を含み、限定されない実施態様において、粉末組成物は約2〜10重量%のAl2O3、40%より多く(例えば、約40〜70%)のCaO、>10重量%のSiO2、約1〜5%のFe2O3、並びに酸化ナトリウム及び酸化カリウムなどの<2%、好ましくは1%未満の総アルカリ分を含む。カルシウム、シリカ及びアルミナ及び存在する場合には他の元素を含んでなる成分が、燃料燃焼系に成分として単独組成物で共に混合され、又は別々に若しくは任意の組み合わせで添加される。好ましい実施態様において、吸着剤の使用は、大気中へ放出されるNOx、SOx、及び/又は水銀量の低減につながる。 The adsorbent compositions used in the various embodiments of the invention described above and herein include components that provide calcium, silica and / or alumina, preferably in the form of an alkaline powder. In various embodiments, the composition also includes iron oxide, and in a non-limiting embodiment, the powder composition is about 2-10 wt% Al 2 O 3 , greater than 40% (eg, about 40-70 %) CaO,> 10 wt% SiO 2 , about 1-5% Fe 2 O 3 , and <2%, preferably less than 1% total alkalinity such as sodium and potassium oxides. Ingredients comprising calcium, silica and alumina and other elements, if present, are mixed together as a component in the fuel combustion system in a single composition, or added separately or in any combination. In a preferred embodiment, the use of an adsorbent leads to a reduction in the amount of NOx, SOx and / or mercury released into the atmosphere.
有利なことに、吸着剤成分は適切な高レベルのアルミナ及びシリカを含む。アルミナ及び/又はシリカの存在は、吸着剤の使用に見られるいくつかの利点を導く。例えば、アルミナ及び/又はシリカの存在、及び/又はカルシウム、鉄及び他の成分とシリカ/アルミナとのバランスは、吸着剤の存在下で水銀を含む石炭又は他の燃料により発生する灰で観測される水銀及び/又は他の重金属の低酸性度の浸出をもたらす。 Advantageously, the adsorbent component includes suitable high levels of alumina and silica. The presence of alumina and / or silica leads to several advantages found in the use of adsorbents. For example, the presence of alumina and / or silica and / or the balance of calcium, iron and other components with silica / alumina is observed in ash generated by coal or other fuels containing mercury in the presence of adsorbents. Resulting in low acidity leaching of mercury and / or other heavy metals.
上記のように、カルシウム、シリカ及び/又はアルミナを与える成分は、好ましくはアルカリ粉末として供給される。理論により限定されず、吸着剤成分のアルカリ性は、上記に記載される所望の特性を少なくとも部分的に導くと考えられる。例えば、粉末のアルカリ性は硫黄孔食の低減を導くと考えられる。中和後ジオポリマー灰が、吸着剤の存在下に形成され、吸着剤中に存在するシリカ及びアルミナと結合して、安定化灰として報告されるマトリックスのようなセラミックを形成すると考えられる。安定化灰は水銀及び他の重金属の浸出を大幅に低減することを特徴とする。いくつかの実施態様において、水銀の浸出は検出限界未満である。しかし、いくつかの灰に関して、吸着剤成分における高アルカリ分は所望でない汚損をもたらす傾向にある。従って、本発明の教示は、特に亜瀝青炭と褐炭との使用に際して、(Na2O及びK2Oの含量により測定されるような)より低アルカリ性及び/又はより低塩素の吸着剤を使用することによる欠点を克服する方法を記述する。 As mentioned above, the component providing calcium, silica and / or alumina is preferably supplied as an alkaline powder. Without being limited by theory, it is believed that the alkalinity of the adsorbent component leads at least in part to the desired properties described above. For example, the alkalinity of the powder is thought to lead to a reduction in sulfur pitting. It is believed that the post-neutralized geopolymer ash is formed in the presence of the adsorbent and combines with the silica and alumina present in the adsorbent to form a matrix-like ceramic reported as stabilized ash. Stabilized ash is characterized by significantly reducing the leaching of mercury and other heavy metals. In some embodiments, mercury leaching is below the detection limit. However, for some ashes, high alkalinity in the adsorbent component tends to cause unwanted fouling. Thus, the teachings of the present invention use lower alkaline and / or lower chlorine adsorbents (as measured by Na 2 O and K 2 O content), particularly when using subbituminous and lignite. Describes how to overcome the disadvantages of this.
本発明の吸着剤組成物のためのカルシウム源は、限定されないが、炭酸カルシウム、石灰石、白雲石、酸化カルシウム、水酸化カルシウム、リン酸カルシウム及び他のカルシウム塩などのカルシウム粉末を含む。石灰石、石灰、消石灰などの工業用製品はこのようなカルシウム塩の大部分を与える。このように、それらは本発明の吸着剤組成物に適当な成分である。 Calcium sources for the sorbent composition of the present invention include, but are not limited to calcium powders such as calcium carbonate, limestone, dolomite, calcium oxide, calcium hydroxide, calcium phosphate and other calcium salts. Industrial products such as limestone, lime and slaked lime provide the majority of such calcium salts. Thus, they are suitable ingredients for the adsorbent composition of the present invention.
他のカルシウム源は様々な工業製品を含む。このような製品は市販され、及びそのいくつかは他の工業的方法の廃棄物又は副生成物として販売されている。好ましい実施態様において、該製品は本発明の組成物にシリカ、アルミナ、又はその両方を与える。カルシウムに加えてシリカ及び/又はアルミナを含有する工業用製品の限定されない例は、ポルトランドセメント、セメントキルンダスト、石灰キルンダスト、シュガービート石灰、スラグ(例えば鋼鉄スラグ、ステンレス鋼スラグ及び高炉スラグ)、紙の脱インクスラッジ灰、キュポラアレステル濾過ケーキ、及びキュポラ炉ダストを含む。 Other calcium sources include various industrial products. Such products are commercially available, and some are sold as waste or by-products of other industrial processes. In a preferred embodiment, the product provides silica, alumina, or both to the composition of the present invention. Non-limiting examples of industrial products containing silica and / or alumina in addition to calcium include Portland cement, cement kiln dust, lime kiln dust, sugar beet lime, slag (eg, steel slag, stainless steel slag and blast furnace slag), paper Deinked sludge ash, cupola aretel filter cake, and cupola furnace dust.
これらの材料及び必要に応じて他の材料を組み合わせて、カルシウムを含有する、及び好ましくはシリカ及びアルミナも含有するアルカリ粉末又はアルカリ粉末の混合物を与える。カルシウム、シリカ及びアルミナを含有する他のアルカリ粉末は、ポゾラン材料、木材灰、もみ殻灰、クラスC飛灰、及びクラスF飛灰を含む。種々の実施態様において、これらの材料及び類似材料は、特に得られる組成物が、2〜10重量%のAl2O3、40重量%より多くのCaO、10重量%より多くのSiO2、約1〜5%のFe2O3及び約2重量%未満の総アルカリの好ましい範囲内になる成分としてそれらを含有する場合、吸着剤組成物の適当な成分である。材料の混合物も使用される。限定されない例は、ポルトランドセメント及び石灰の混合物、及びセメントキルンダスト(例えばセメントキルンダスト及び石灰キルンダスト)を含有する混合物を含む。 These materials and optionally other materials are combined to provide an alkali powder or mixture of alkali powders containing calcium and preferably also containing silica and alumina. Other alkaline powders containing calcium, silica and alumina include pozzolanic materials, wood ash, rice husk ash, class C fly ash, and class F fly ash. In various embodiments, the materials and similar materials, compositions, in particular obtained, 2-10 wt% of Al 2 O 3, 40 wt% more CaO, 10 wt% more SiO 2, about When included as components that fall within the preferred range of 1-5% Fe 2 O 3 and less than about 2% total alkali, they are suitable components of the sorbent composition. Mixtures of materials are also used. Non-limiting examples include a mixture of Portland cement and lime, and a mixture containing cement kiln dust (eg, cement kiln dust and lime kiln dust).
シュガービート石灰は、シュガービートからの砂糖の製造から得られる固体廃棄物材料である。それは、カルシウム含量が多く、及びシュガービートに関して行われるライミング手順において沈澱する種々の不純物を含む。それは、市販品であり、通常、造園家、農家などに対して土壌改良剤として販売される。 Sugar beet lime is a solid waste material obtained from the production of sugar from sugar beet. It is high in calcium and contains various impurities that precipitate in the rimming procedure performed on sugar beet. It is a commercial product and is usually sold as a soil conditioner to landscapers and farmers.
セメントキルンダスト(CKD)は、通常、ポルトランドセメントの製造の間に、セメントキルン又は関連した加工装置内に生成される副生成物を示す。 Cement kiln dust (CKD) refers to by-products that are typically produced in cement kilns or related processing equipment during the manufacture of Portland cement.
通常、CKDは、キルン、予備処理装置、及び/又は材料取扱系の異なる領域において生成される異なる粒子の組合せを含んでなり、例えば、クリンカーダスト、部分的に完全に焼成された材料ダスト、及び原料(水和物及び脱水物)ダストを含む。CKDの組成は、使用する原料及び燃料、製造及び加工条件、及びセメント製造法におけるCKDの収集地点の位置に応じて変化する。CKDは、キルン流出物(すなわち、排出物)流、クリンカー冷却器流出物、予備焼炉流出物、大気汚染制御デバイスなどから収集されるダスト又は粒状物質を含み得る。市販のCKDはその源によるが、アルカリ性の範囲がある。いくつかの実施態様において、低アルカリ性CKDの使用により、本明細書に記載される低アルカリ仕様の粉末吸着剤を満たすことが可能である。高アルカリCKDのみが利用される場合、上記記載される低アルカリ材料と混合又は該アルカリ材料で高アルカリCKD製品の一部を代用することが必要となり得る。 CKD typically comprises a combination of different particles produced in different areas of the kiln, pretreatment equipment, and / or material handling system, such as clinker dust, partially fully fired material dust, and Contains raw material (hydrate and dehydrate) dust. The composition of CKD varies depending on the raw materials and fuels used, the production and processing conditions, and the location of the CKD collection point in the cement production process. CKD may include dust or particulate matter collected from kiln effluent (ie, effluent) streams, clinker cooler effluents, pre-fired furnace effluents, air pollution control devices, and the like. Commercially available CKD depends on its source but has an alkaline range. In some embodiments, the use of low alkaline CKD can satisfy the low alkaline specification powder adsorbents described herein. If only high alkali CKD is utilized, it may be necessary to mix with the low alkali material described above or substitute a portion of the high alkali CKD product with the alkali material.
CKD組成物は異なるキルンに関して変化するが、CKDは、通常、クリンカー及び焼成材料のダストの存在のため、少なくともいくらかのセメント質及び/又はポゾラン特性を有する。典型的なCKD組成物は、ケイ素含有化合物、例えばケイ酸三カルシウム、ケイ酸二カルシウムを含むケイ酸塩;アルミニウム含有化合物、例えばアルミン酸三カルシウムを含むアルミン酸塩;及び鉄含有化合物、例えばアルミノフェライト四カルシウムを含むフェライトを含んでなる。CKDは、通常、酸化カルシウム(CaO)を含んでなる。例示的なCKD組成物は、約10〜約60重量%、必要に応じて約25〜約50重量%、及び必要に応じて約30〜約45重量%の酸化カルシウムを含んでなる。いくつかの実施態様において、CKDは、(水による水和反応に利用可能である)遊離石灰を約1〜約10%、必要に応じて約1〜約5%、及びいくつかの実施態様において、約3〜約5%の濃度で含んでなる。さらに、特定の実施態様において、CKDは、特に、アルカリ金属、アルカリ土類金属、及び硫黄を含有する化合物を含んでなる。 Although CKD compositions vary for different kilns, CKD usually has at least some cementitious and / or pozzolanic properties due to the presence of clinker and dust of fired material. Typical CKD compositions include silicon-containing compounds such as tricalcium silicate, silicates including dicalcium silicate; aluminum-containing compounds such as aluminates including tricalcium aluminate; and iron-containing compounds such as alumino. Ferrite containing ferrite including tetracalcium. CKD usually comprises calcium oxide (CaO). Exemplary CKD compositions comprise about 10 to about 60% by weight, optionally about 25 to about 50% by weight, and optionally about 30 to about 45% by weight calcium oxide. In some embodiments, CKD provides about 1 to about 10% free lime (available for hydration with water), optionally about 1 to about 5%, and in some embodiments In a concentration of about 3 to about 5%. Further, in certain embodiments, the CKD comprises, among others, compounds containing alkali metals, alkaline earth metals, and sulfur.
カルシウムを含んでなり、及び好ましくはシリカ及びアルミナをさらに含んでなるアルカリ粉末の他の例示的な源は、(上記に記載されるポルトランドセメント及びCKDに加えて)種々のセメント関連副生成物を含む。混合セメント生成物は、このような源の適当な一例である。これらの混合セメント生成物は、一般にスラグ及び/又はポゾラン(例えば、飛灰、シリカフューム、焼成頁岩)と組み合わせたポルトランドセメント及び/又はそのクリンカーの混合物を含む。ポゾランは、通常、それ自身セメント質ではないが、遊離石灰(遊離CaO)及び水と反応させた場合、水硬性セメント特性を発揮するケイ素質材料である。他の供給源は、メーソンリーセメント及び/又は水硬性石灰であり、これらは、ポルトランドセメント及び/又はそのクリンカーと石灰又は石灰石との混合物を含む。他の適当な供給源は、アルミナセメントであり、これらは、石灰石及びボーキサイト(1つ以上の水酸化アルミニウム鉱物、及びシリカ、酸化鉄、チタニア、アルミニウムケイ酸塩、及び少量又はわずかな量の他の不純物の種々の混合物を含んでなる、天然に存在する不均一材料)の混合物を燃焼させることにより製造される水硬性セメントである。さらに別の例は、ポゾランセメントであり、これは、実質的な濃度のポゾランを含有する混合セメントである。通常、ポゾランセメントは、酸化カルシウム含んでなるが、ポルトランドセメントを実質的に含有しない。広く用いられるポゾランの一般例としては、天然ポゾラン(例えば特定の火山灰又は凝灰岩、特定の珪藻土、焼成粘土及び頁岩)及び合成ポゾラン(例えばシリカフューム及び飛灰)が挙げられる。 Other exemplary sources of alkaline powders comprising calcium and preferably further comprising silica and alumina include various cement related by-products (in addition to the Portland cement and CKD described above). Including. A mixed cement product is a suitable example of such a source. These mixed cement products generally comprise a mixture of Portland cement and / or its clinker in combination with slag and / or pozzolans (eg, fly ash, silica fume, calcined shale). Pozzolans are usually siliceous materials that are not themselves cementum but exhibit hydraulic cement properties when reacted with free lime (free CaO) and water. Other sources are masonry cement and / or hydraulic lime, which includes a mixture of Portland cement and / or its clinker and lime or limestone. Other suitable sources are alumina cements, which include limestone and bauxite (one or more aluminum hydroxide minerals and silica, iron oxide, titania, aluminum silicate, and other minor or minor amounts). A hydraulic cement produced by burning a mixture of naturally occurring heterogeneous materials comprising various mixtures of impurities. Yet another example is a pozzolanic cement, which is a blended cement containing a substantial concentration of pozzolanic. Typically, pozzolanic cement comprises calcium oxide but is substantially free of Portland cement. Common examples of widely used pozzolans include natural pozzolans (eg certain volcanic ash or tuff, certain diatomaceous earth, calcined clay and shale) and synthetic pozzolans (eg silica fume and fly ash).
石灰キルンダスト(LKD)は、石灰の製造からの副生成物である。LKDは、石灰キルン又は関連加工装置から収集されるダスト又は粒状物質である。製造される石灰は、カルシウム高含有石灰又はドロマイト石灰として分類することができ、及びLKDはそれを形成する方法に応じて変化する。石灰は、度々カルサイト原料、例えば炭酸カルシウム(CaCO3)を加熱して、遊離石灰CaO及び二酸化炭素(CO2)を形成することにより行われる焼成反応により製造される。カルシウム高含有石灰は、高濃度の酸化カルシウム及び通常アルミニウム含有及び鉄含有化合物を含むいくつかの不純物を有する。カルシウム高含有石灰は、高純度炭酸カルシウム(約95%以上の純度)から通常形成される。カルシウム高含有石灰加工から得られるLKD生成物中の典型的な酸化カルシウム含量は、約75重量%以上、必要に応じて約85重量%以上、及びいくらかの場合、約90重量%以上である。いくつかの石灰製造法において、白雲石(CaCO3−MgCO3)を、加熱により分解して主に酸化カルシウム(CaO)及び酸化マグネシウム(MgO)を生成させる。これにより形成されるものは、ドロマイト石灰として既知である。ドロマイト石灰加工により生成されるLKDにおいて、酸化カルシウムは、約45重量%以上、必要に応じて約50重量%より多く、及び特定の実施態様において、約55重量%より多く存在し得る。LKDは、用いる石灰方法の種類に基づいて変化するが、通常、比較的高濃度の遊離石灰を有する。LKD中の遊離石灰の典型的な量は、生成される石灰生成物中に存在する酸化カルシウムの相対濃度に応じて、約10〜約50%、必要に応じて約20〜約40%である。 Lime kiln dust (LKD) is a by-product from the production of lime. LKD is dust or particulate material collected from lime kilns or related processing equipment. The lime produced can be classified as calcium rich lime or dolomite lime, and the LKD varies depending on the method of forming it. Lime is often produced by a calcination reaction carried out by heating calcite raw materials such as calcium carbonate (CaCO 3 ) to form free lime CaO and carbon dioxide (CO 2 ). High calcium content lime has a number of impurities including high concentrations of calcium oxide and usually aluminum and iron containing compounds. High calcium content lime is usually formed from high purity calcium carbonate (purity of about 95% or more). Typical calcium oxide content in LKD products obtained from high calcium content lime processing is about 75% or more, optionally about 85% or more, and in some cases about 90% or more. In some lime production methods, dolomite (CaCO 3 —MgCO 3 ) is decomposed by heating to produce mainly calcium oxide (CaO) and magnesium oxide (MgO). What is formed thereby is known as dolomite lime. In LKD produced by dolomite lime processing, calcium oxide may be present at about 45 wt% or more, optionally greater than about 50 wt%, and in certain embodiments, greater than about 55 wt%. LKD varies based on the type of lime method used, but usually has a relatively high concentration of free lime. A typical amount of free lime in LKD is about 10 to about 50%, and optionally about 20 to about 40%, depending on the relative concentration of calcium oxide present in the lime product produced. .
スラグは、通常、金属製造及び加工によって生成される副生成物化合物である。用語「スラグ」は、多種多様の副生成物化合物を包含し、典型的に鉄類及び/又は鋼鉄の製造及び加工の大部分の非金属副生成物を含んでなる。通常、スラグは、種々の金属酸化物の混合物であると考えられているが、しかし、それらは、度々金属硫化物及び元素形態の金属原子を含有する。 Slag is a by-product compound that is usually produced by metal manufacturing and processing. The term “slag” encompasses a wide variety of by-product compounds and typically comprises most non-metallic by-products of the manufacture and processing of irons and / or steels. Usually, slag is considered to be a mixture of various metal oxides, but they often contain metal sulfides and metal atoms in elemental form.
本発明の特定の実施態様に有用なスラグ副生成物の種々の例は、鉄スラグ、例えば高炉(キュポラ炉としても既知)中で生成されるものを含み、その例としては、空冷高炉スラグ(ACBFS)、膨張又は発泡高炉スラグ、ペレット状高炉スラグ、粒状高炉スラグ(GBFS)などが挙げられる。鋼鉄スラグは、塩基性酸素製鋼炉(BOS/BOF)又は電気アーク炉(EAF)から製造することができる。多くのスラグは、セメント質及び/又はポゾラン特性を有することが認識されているが、しかし、当業者に認識されるように、スラグがこれらの特性を有する程度は、それらの各々の組成物及びそれらが誘導される方法に依存する。典型的なスラグは、カルシウム含有化合物、ケイ素含有化合物、アルミニウム含有化合物、マグネシウム含有化合物、鉄含有化合物、マンガン含有化合物及び/又は硫黄含有化合物を含んでなる。特定の実施態様において、スラグは酸化カルシウムを約25〜約60重量%、必要に応じて約30〜約50重量%、及び必要に応じて約30〜約45重量%で含んでなる。通常セメント質特性を有する適当なスラグの一例は、粉砕粒状高炉スラグ(GGBFS)である。 Various examples of slag by-products useful in certain embodiments of the present invention include iron slag, such as that produced in a blast furnace (also known as a cupola furnace), including air-cooled blast furnace slag ( ACBFS), expanded or foamed blast furnace slag, pelleted blast furnace slag, granular blast furnace slag (GBFS) and the like. Steel slag can be produced from a basic oxygen steel furnace (BOS / BOF) or an electric arc furnace (EAF). Many slags are recognized to have cementitious and / or pozzolanic properties, however, as will be appreciated by those skilled in the art, the degree to which slag has these properties is determined by their respective compositions and Depends on how they are derived. Typical slags comprise calcium-containing compounds, silicon-containing compounds, aluminum-containing compounds, magnesium-containing compounds, iron-containing compounds, manganese-containing compounds and / or sulfur-containing compounds. In certain embodiments, the slag comprises about 25 to about 60% by weight calcium oxide, optionally about 30 to about 50% by weight, and optionally about 30 to about 45% by weight. One example of a suitable slag that normally has cementitious properties is ground granular blast furnace slag (GGBFS).
上記のように、他の適当な例としては、高炉に取り付けられた大気汚染制御デバイスから収集された高炉(キュポラ)炉ダスト(例えばキュポラアレスターフィルターケーキ)が挙げられる。別の適当な工業用副生成物供給源は、紙の脱インクスラッジ灰である。当業者に認識されるように、本発明の吸着剤組成物を形成するアルカリ粉末のためのカルシウム源として適切である、多くの異なる製造/工業的方法副生成物が存在する。同様に、多くのこれらのよく知られた副生成物は、アルミナ及び/又はシリカを含んでなる。幾つかのもの、例えば石灰キルンダストは、多量のCaO及び比較的少量のシリカ及びアルミナを含有する。また、任意の典型的な工業製品及び/又は工業用副生成物の組合せも、本発明の特定の実施態様のアルカリ粉末としての使用が意図されている。 As noted above, other suitable examples include blast furnace (cupola) furnace dust (eg, cupola arrester filter cake) collected from an air pollution control device attached to the blast furnace. Another suitable industrial by-product source is paper deinked sludge ash. As will be appreciated by those skilled in the art, there are many different manufacturing / industrial process by-products that are suitable as calcium sources for the alkaline powders that form the sorbent compositions of the present invention. Similarly, many of these well-known by-products comprise alumina and / or silica. Some, such as lime kiln dust, contain large amounts of CaO and relatively small amounts of silica and alumina. Also, any typical industrial product and / or industrial by-product combination is contemplated for use as an alkaline powder in certain embodiments of the invention.
種々の実施態様において、所望の処理レベルのシリカ及び/又はアルミナは、材料(例えばポルトランドセメント、セメントキルンダスト、石灰キルンダスト、及び/又はシュガービート石灰)を添加することにより得られるものである。したがって、好ましいシリカ及びアルミナレベルを与えるのに必要な場合、このような材料を、アルミノケイ酸塩材料、例えば、限定されないが、粘土(例えばモンモリロナイト、カオリンなど)で補うことができる。種々の実施態様において、補足のアルミノケイ酸塩材料は、石炭燃焼系に添加する種々の吸着剤成分の少なくとも約2重量%、及び好ましくは少なくとも約5重量%を構成する。概して、適切なレベルのカルシウムが維持される限り、技術的観点からの上限は存在しない。しかし、費用の観点から、通常、より高価なアルミノケイ酸塩材料の割合を制限することが望ましい。従って、吸着剤成分は、好ましくは約2〜50重量%、好ましくは2〜20重量%、及びより好ましくは、約2〜10重量%のアルミノケイ酸塩材料(例えば典型的な粘土)を含んでなる。吸着剤の限定されない例は、約93重量%のCKDとLKDとのブレンド(例えば、50:50のブレンド又は混合物)及び約7重量%のアルミノケイ酸塩粘土である。 In various embodiments, the desired treatment level of silica and / or alumina is that obtained by adding materials (eg, Portland cement, cement kiln dust, lime kiln dust, and / or sugar beet lime). Thus, such materials can be supplemented with aluminosilicate materials, such as, but not limited to, clays (eg, montmorillonite, kaolin, etc.) as necessary to provide preferred silica and alumina levels. In various embodiments, the supplemental aluminosilicate material comprises at least about 2% by weight and preferably at least about 5% by weight of the various adsorbent components added to the coal combustion system. In general, as long as an adequate level of calcium is maintained, there is no upper limit from a technical point of view. However, from a cost standpoint, it is usually desirable to limit the proportion of the more expensive aluminosilicate material. Thus, the adsorbent component preferably comprises about 2-50% by weight, preferably 2-20% by weight, and more preferably about 2-10% by weight of aluminosilicate material (eg, a typical clay). Become. Non-limiting examples of adsorbents are about 93% by weight CKD and LKD blend (eg, 50:50 blend or mixture) and about 7% by weight aluminosilicate clay.
種々の実施態様において、アルカリ粉末吸着剤組成物は、1つ以上のカルシウム含有粉末(例えばポルトランドセメント、セメントキルンダスト、石灰キルンダスト、種々のスラグ、及びシュガービート石灰)を、アルミノケイ酸塩粘土(例えば、限定されないが、モンモリロナイト又はカオリン)と共に含有する。吸着剤組成物は、好ましくは硫酸カルシウムが粒子制御系によって取り扱われるように、CaO吸着剤成分の存在下での硫黄含有石炭の燃焼により生成される硫酸カルシウムと共に耐火性混合物を形成するのに;及び、水銀及び他の重金属が酸性条件下に灰から浸出しないように、水銀及び他の重金属と共に耐火性混合物を形成するのに、十分なSiO2及びAl2O3を含有する。好ましい実施態様において、カルシウム含有粉末吸着剤は、最低10重量%のシリカ及び最低2〜10重量%のアルミナを含有する。好ましくは、アルミナ濃度は、ポルトランドセメントにおいて見出されるものよりも高く、これは、Al2O3に基づいて約5重量%よりも高く、好ましくは約6重量%よりも高い。 In various embodiments, the alkaline powder adsorbent composition comprises one or more calcium-containing powders (eg, Portland cement, cement kiln dust, lime kiln dust, various slags, and sugar beet lime) and an aluminosilicate clay (eg, , But not limited to, montmorillonite or kaolin). The adsorbent composition preferably forms a refractory mixture with calcium sulfate produced by combustion of sulfur-containing coal in the presence of a CaO adsorbent component such that the calcium sulfate is handled by the particle control system; And enough SiO 2 and Al 2 O 3 to form a refractory mixture with mercury and other heavy metals so that mercury and other heavy metals do not leach out of the ash under acidic conditions. In a preferred embodiment, the calcium-containing powder adsorbent contains a minimum of 10 wt% silica and a minimum of 2-10 wt% alumina. Preferably, the alumina concentration is higher than that found in Portland cement, which is higher than about 5% by weight, preferably higher than about 6% by weight, based on Al 2 O 3 .
種々の実施態様において、アルカリ粉末吸着剤組成物の吸着剤成分は、任意に添加したハロゲン(例えば臭素)化合物又は化合物と共に働き、灰中の塩化物並びに水銀、鉛、ヒ素、及び他の重金属を捕捉し、酸性条件下、重金属を非浸出性にし、及び生成される灰のセメント質特性を改善する。結果として、有害元素の放出を緩和し、低減し、又は排除し、及び価値あるセメント質材料を石炭燃焼の副生成物として生成させる。 In various embodiments, the adsorbent component of the alkaline powder adsorbent composition works with optionally added halogen (eg, bromine) compounds or compounds to provide chloride in ash and mercury, lead, arsenic, and other heavy metals. Captures and renders heavy metals non-leachable under acidic conditions and improves the cementitious properties of the resulting ash. As a result, the release of harmful elements is mitigated, reduced or eliminated, and valuable cementitious material is produced as a by-product of coal combustion.
適当なアルミノケイ酸塩材料は、多種多様の無機鉱物及び材料を含む。例えば、多くの鉱物、天然材料、及び合成材料は、任意の他の陽イオン(例えば、限定されないが、Na、K、Be、Mg、Ca、Zr、V、Zn、Fe、Mn)及び/又は他の陰イオン(例えば水酸化物イオン、硫酸イオン、塩化物イオン、炭酸イオン)と共に、任意の水和水と共に、オキシ環境と結びついたケイ素及びアルミニウムを含有する。本明細書において、このような天然及び合成材料は、アルミノケイ酸塩材料を指し、及び限定されない例は、上記に示される粘土である。 Suitable aluminosilicate materials include a wide variety of inorganic minerals and materials. For example, many minerals, natural materials, and synthetic materials can have any other cation (eg, but not limited to Na, K, Be, Mg, Ca, Zr, V, Zn, Fe, Mn) and / or Contains silicon and aluminum associated with the oxy environment, along with other hydration waters, along with other anions (eg, hydroxide ions, sulfate ions, chloride ions, carbonate ions). As used herein, such natural and synthetic materials refer to aluminosilicate materials, and a non-limiting example is the clay shown above.
アルミノケイ酸塩材料において、ケイ素は四面体として存在する傾向があるが、一方、アルミニウムは、四面体、八面体、又はその両方の組合せとして存在する。鎖状又は網状のアルミノケイ酸塩は、このような材料において、ケイ素及びアルミニウム四面体又は八面体の間の1、2又は3つの酸素原子を共有することによって組み立てられる。このような鉱物は、種々の名称、例えばシリカ、アルミナ、アルミノケイ酸塩、ゲオポリマー、ケイ酸塩、及びアルミン酸塩に従う。しかし、提示したアルミニウム及び/又はケイ素を含有する化合物は、酸素の存在下での燃焼の高温に曝される際に、シリカ及びアルミナを生成する傾向がある。 In aluminosilicate materials, silicon tends to exist as tetrahedra, while aluminum exists as tetrahedra, octahedra, or a combination of both. Chain or network aluminosilicates are assembled in such materials by sharing one, two or three oxygen atoms between the silicon and the aluminum tetrahedron or octahedron. Such minerals follow various names such as silica, alumina, aluminosilicate, geopolymer, silicate, and aluminate. However, the proposed aluminum and / or silicon containing compounds tend to produce silica and alumina when exposed to the high temperatures of combustion in the presence of oxygen.
一実施態様において、アルミノケイ酸塩材料は、多形体のSiO2−Al2O3を含む。例えば、シリミネートは、シリカ八面体及び四面体と八面体との間に最終的に分割されるアルミナを含有する。カイヤナイトは、シリカ四面体及びアルミナ八面体に基づく。アンダルサイトは、別の多形体のSiO2・Al2O3である。 In one embodiment, the aluminosilicate material comprises polymorphic SiO 2 —Al 2 O 3 . For example, siliminate contains silica octahedron and alumina that is ultimately divided between tetrahedron and octahedron. Kyanite is based on silica tetrahedron and alumina octahedron. Andalsite is another polymorphic SiO 2 .Al 2 O 3 .
他の実施態様において、ケイ酸塩鎖は、ケイ素(シリカとして)及び/又はアルミニウム(アルミナとして)を本発明の組成物に与える。ケイ酸塩鎖は、限定されないが、酸素原子を共有することにより結合したSiO4四面体の無限鎖から構成される輝石及び準輝石ケイ酸塩を含む。 In other embodiments, the silicate chain provides silicon (as silica) and / or aluminum (as alumina) to the composition of the present invention. Silicate chains include, but are not limited to, pyroxenes and semi-pyroxene silicates composed of infinite chains of SiO 4 tetrahedra bonded by sharing oxygen atoms.
他の適当なアルミノケイ酸塩材料としては、シート状材料、例えば、限定されないが、雲母、粘土、クリソタイル(例えばアスベスト)、タルク、石鹸石、パイロフィライト、及びカオリライトが挙げられる。このような材料は、シリカ及びアルミナ八面体及び四面体が2つの酸素原子を共有する層構造を有することを特徴とする。層状アルミノケイ酸塩としては、粘土、例えば緑泥石、海緑石、イライト、パリゴルスカイト、パイロフィライト、ソーコン石、バーミキュライト、カオリライト、カルシウムモンモリロナイト、ナトリウムモンモリロナイト、及びベントナイトが挙げられる。他の例としては、雲母及びタルクが挙げられる。 Other suitable aluminosilicate materials include sheet materials such as, but not limited to, mica, clay, chrysotile (eg, asbestos), talc, soapstone, pyrophyllite, and kaorilite. Such materials are characterized in that the silica and alumina octahedrons and tetrahedrons have a layered structure sharing two oxygen atoms. Layered aluminosilicates include clays such as chlorite, sea chlorite, illite, palygorskite, pyrophyllite, saconite, vermiculite, kaorilite, calcium montmorillonite, sodium montmorillonite, and bentonite. Other examples include mica and talc.
また、適当なアルミノケイ酸塩材料としては、合成及び天然ゼオライト、例えば、限定されないが、方沸石、方ソーダ石、菱沸石、ソーダフッ石、フィリップサイト、及びモルデナイト群が挙げられる。他のゼオライト鉱物としては、輝沸石、ブリュースター沸石、剥沸石、束沸石、ヤガワラライト(yagawaralite)、濁沸石、苦土沸石、ポーリング沸石、及びクリノプチロライトが挙げられる。該ゼオライトは、アルミノケイ酸塩四面体骨格、イオン交換性「巨大陽イオン」(例えばNa、K、Ca、Ba、及びSr)及びゆるく保持された水分子を特徴とする鉱物又は合成材料である。 Suitable aluminosilicate materials also include synthetic and natural zeolites, such as, but not limited to, calcite, calcite, chabazite, soda fluorite, philipsite, and mordenite groups. Other zeolite minerals include pyroxenite, Brewsterite, chabazite, zeolitite, yagawaralite, diatomite, dolomite, polingite, and clinoptilolite. The zeolite is a mineral or synthetic material characterized by an aluminosilicate tetrahedral framework, ion-exchangeable “giant cations” (eg, Na, K, Ca, Ba, and Sr) and loosely held water molecules.
他の実施態様において、骨格又は3Dケイ酸塩、アルミン酸塩、及びアルミノケイ酸塩を使用する。骨格アルミノケイ酸塩は、SiO4四面体、AlO4四面体、及び/又はAlO6八面体が三次元で結合している構造を特徴とする。シリカ及びアルミナの両方を含有する骨格ケイ酸塩の限定されない例としては、斜長石、例えば曹長石、灰長石、中性長石、亜灰長石、曹灰長石、微斜長石、サニディン及び正長石が挙げられる。 In other embodiments, frameworks or 3D silicates, aluminates, and aluminosilicates are used. Skeletal aluminosilicates are characterized by a structure in which SiO 4 tetrahedra, AlO 4 tetrahedra and / or AlO 6 octahedra are bonded in three dimensions. Non-limiting examples of skeletal silicates containing both silica and alumina include plagioclase, such as anorthite, anorthite, neutral feldspar, hypochlorite, anorthite, fine plagioclase, sanidine and orthofeldspar. It is done.
一態様において、吸着剤粉末組成物は、それらが多量のカルシウム、好ましくは酸化カルシウムに基づいて20重量%より多くの又は40重量%より多くのカルシウムを含有すること、及びさらに、それらが市販品(例えばポルトランドセメント)において見出されるものよりも高いレベルのシリカ及び/又はアルミナを含有することを特徴とする。好ましい実施態様において、吸着剤組成物は、5重量%より多くのアルミナ、好ましくは6重量%より多くのアルミナ、好ましくは7重量%より多くのアルミナ、及び好ましくは約8重量%より多くのアルミナを含んでなる。 In one embodiment, the adsorbent powder compositions are such that they contain a large amount of calcium, preferably greater than 20% by weight or greater than 40% by weight calcium based on calcium oxide, and furthermore they are commercially available Characterized by containing higher levels of silica and / or alumina than those found in (eg Portland cement). In a preferred embodiment, the adsorbent composition comprises more than 5 wt% alumina, preferably more than 6 wt% alumina, preferably more than 7 wt% alumina, and preferably more than about 8 wt% alumina. Comprising.
石炭又は他の燃料は、燃焼に際して大気中に放出される窒素、硫黄及び/又は水銀の量を制御するのに有効な比率の吸着剤成分によって処理される。種々の実施態様において、吸着剤成分の全処理レベルは、吸着剤がカルシウム、シリカ及びアルミナを含有する粉末吸着剤である場合、処理される石炭の重量又は燃焼により消費される石炭の比率に基づいて約0.1重量%〜約20重量%の範囲である。吸着剤成分を単独の組成物に組み合わせる場合、成分処理レベルは、吸着剤処理レベルに対応する。このように単独の吸着剤組成物を、石炭燃焼系への添加に関して、提供及び計量し、又はそうでなければ測定できる。概して、硫黄及び/又は水銀放出について所望の効果を十分に与えつつも、過剰の灰によって系が過負荷にならないように、最低量の吸着剤を使用することが望ましい。従って、種々の実施態様において、吸着剤の処理レベルは約0.1重量%〜約10重量%、いくつかの実施態様において、約1又は2重量%〜約10重量%の範囲である。多くの石炭について、6重量%の粉末吸着剤の添加率は、許容可能であることが見出された。 Coal or other fuels are treated with an adsorbent component in a ratio effective to control the amount of nitrogen, sulfur and / or mercury released into the atmosphere upon combustion. In various embodiments, the total treatment level of the adsorbent component is based on the weight of coal being treated or the proportion of coal consumed by combustion when the adsorbent is a powder adsorbent containing calcium, silica and alumina. In the range of about 0.1 wt% to about 20 wt%. When adsorbent components are combined in a single composition, the component treatment level corresponds to the adsorbent treatment level. Thus, a single adsorbent composition can be provided and metered or otherwise measured for addition to a coal combustion system. In general, it is desirable to use a minimum amount of adsorbent so that the desired effect on sulfur and / or mercury emissions is sufficiently provided while the system is not overloaded with excess ash. Accordingly, in various embodiments, the adsorbent treatment level ranges from about 0.1 wt% to about 10 wt%, and in some embodiments, from about 1 or 2 wt% to about 10 wt%. For many coals, a 6 wt% powder adsorbent addition rate has been found to be acceptable.
ハロゲン化合物を含んでなる吸着剤組成物は、ハロゲンを含有する1つ以上の有機又は無機化合物を含有する。ハロゲンは、塩素、臭素、及びヨウ素を含む。好ましいハロゲンは、臭素及びヨウ素である。ハロゲン化合物は、ハロゲン(特に臭素及びヨウ素)源である。臭素についてのハロゲン源は、臭化物、臭素酸塩及び次亜臭素酸塩を含む、種々の臭素の無機塩を含む。種々の実施態様において、有機臭素化合物は、それらの費用又は利用可能性のため、あまり好ましくない。しかし、高レベルの臭素を適当に含有する臭素有機源は、本発明の範囲内であると考えられる。有機臭素化合物の限定されない例としては、臭化メチレン、臭化エチル、ブロモホルム、及び四臭化炭素が挙げられる。限定されないヨウ素無機源としては、次亜ヨウ素酸塩、ヨウ素酸塩、及びヨウ化物が挙げられ、ヨウ化物が好ましい。有機ヨウ素化合物も使用することができる。 An adsorbent composition comprising a halogen compound contains one or more organic or inorganic compounds containing halogen. Halogen includes chlorine, bromine and iodine. Preferred halogens are bromine and iodine. Halogen compounds are halogen (especially bromine and iodine) sources. Halogen sources for bromine include various inorganic salts of bromine, including bromide, bromate and hypobromite. In various embodiments, organobromine compounds are less preferred due to their cost or availability. However, bromine organic sources that suitably contain high levels of bromine are considered within the scope of the present invention. Non-limiting examples of organic bromine compounds include methylene bromide, ethyl bromide, bromoform, and carbon tetrabromide. Non-limiting iodine inorganic sources include hypoiodite, iodate, and iodide, with iodide being preferred. Organic iodine compounds can also be used.
ハロゲン化合物が無機置換体である場合、それは、好ましくは臭素又はヨウ素含有アルカリ土類元素の塩である。典型的なアルカリ土類元素は、ベリリウム、マグネシウム、及びカルシウムを含む。ハロゲン化合物のなかでも、アルカリ土類金属(例えばカルシウム)の臭化物及びヨウ化物が特に好ましい。アルカリ金属の臭素及びヨウ素化合物、例えば臭化物及びヨウ化物は、水銀放出の低減に有効である。しかし、幾つかの実施態様において、それらは、ボイラー管及び他の鋼鉄表面の腐食をもたらし、及び/又は管の劣化及び/又は耐火れんがの劣化に寄与する傾向があるため、余り好ましくない。種々の実施態様において、炉の問題を避けるために、ハロゲンのカリウム塩を避けることが望ましいことが判明した。 When the halogen compound is an inorganic substituent, it is preferably a bromine or iodine-containing alkaline earth element salt. Typical alkaline earth elements include beryllium, magnesium, and calcium. Among the halogen compounds, alkaline earth metal (for example, calcium) bromide and iodide are particularly preferable. Alkali metal bromine and iodine compounds, such as bromide and iodide, are effective in reducing mercury emissions. However, in some embodiments they are less preferred because they tend to cause corrosion of boiler tubes and other steel surfaces and / or contribute to tube deterioration and / or refractory brick deterioration. In various embodiments, it has been found desirable to avoid potassium salts of halogens to avoid furnace problems.
種々の実施態様において、アルカリ土類塩(例えばカルシウム)の使用は、ナトリウム及び/又はカリウムによるこのような問題を回避する傾向があることが判明した。従って、種々の実施態様において、石炭燃焼系中に添加する吸着剤は、アルカリ金属含有臭素又はヨウ素化合物を本質的に含有しない、又はより詳細にはナトリウム含有又はカリウム含有臭素又はヨウ素化合物を本質的に含有しない。 In various embodiments, the use of alkaline earth salts (eg, calcium) has been found to tend to avoid such problems with sodium and / or potassium. Thus, in various embodiments, the adsorbent added to the coal combustion system is essentially free of alkali metal-containing bromine or iodine compounds, or more particularly essentially sodium-containing or potassium-containing bromine or iodine compounds. Not contained in.
種々の実施態様において、ハロゲンを含有する吸着剤組成物を、液体又は固体組成物の形態で提供する。種々の実施態様において、ハロゲン含有組成物を、燃焼前に石炭に投与し、燃焼の間に炉に添加し、及び/又は炉の下流の燃料ガス中に投与する。ハロゲン組成物が固体である場合、それは、粉末吸着剤として本明細書に記載のカルシウム、シリカ及びアルミナ成分をさらに含有することができる。あるいは、固体ハロゲン組成物を、石炭上に投与し、及び/又は他の場合、カルシウム、シリカ及びアルミナを含んでなる吸着剤成分から別々に燃焼系中に投与する。該組成物が液体組成物である場合、それを通常別々に投与する。 In various embodiments, the sorbent composition containing halogen is provided in the form of a liquid or solid composition. In various embodiments, the halogen-containing composition is administered to the coal prior to combustion, added to the furnace during combustion, and / or administered into fuel gas downstream of the furnace. If the halogen composition is a solid, it can further contain the calcium, silica and alumina components described herein as powder adsorbents. Alternatively, the solid halogen composition is administered onto the coal and / or otherwise into the combustion system separately from the adsorbent component comprising calcium, silica and alumina. If the composition is a liquid composition, it is usually administered separately.
種々の実施態様において、液体水銀吸着剤は、5〜60重量%の臭素又はヨウ素含有可溶性塩を含有する溶液を含んでなる。好ましい臭素及びヨウ素塩の限定されない例としては、臭化カルシウム及びヨウ化カルシウムが挙げられる。種々の実施態様において、液体吸着剤は、5〜60重量%の臭化カルシウム及び/又はヨウ化カルシウムを含有する。燃焼前の石炭の添加の効率性のため、種々の実施態様において、できるだけ高レベルの臭素又はヨウ素化合物を有する水銀吸着剤を添加することが好ましい。限定されない実施態様において、液体吸着剤は、50重量%以上のハロゲン化合物、例えば臭化カルシウム又はヨウ化カルシウムを含有する。 In various embodiments, the liquid mercury adsorbent comprises a solution containing 5-60% by weight bromine or iodine containing soluble salts. Non-limiting examples of preferred bromine and iodine salts include calcium bromide and calcium iodide. In various embodiments, the liquid adsorbent contains 5-60% by weight calcium bromide and / or calcium iodide. Because of the efficiency of coal addition prior to combustion, in various embodiments, it is preferred to add a mercury adsorbent with as high a level of bromine or iodine compound as possible. In a non-limiting embodiment, the liquid adsorbent contains 50 wt% or more of a halogen compound such as calcium bromide or calcium iodide.
種々の実施態様において、ハロゲン化合物を含有する吸着剤組成物は、硝酸塩化合物、亜硝酸塩化合物、又は硝酸塩化合物と亜硝酸塩化合物との組合せをさらに含有する。好ましい硝酸塩及び亜硝酸塩化合物は、マグネシウム及びカルシウム、好ましくはカルシウムのものを含む。 In various embodiments, the adsorbent composition containing a halogen compound further contains a nitrate compound, a nitrite compound, or a combination of a nitrate compound and a nitrite compound. Preferred nitrate and nitrite compounds include magnesium and calcium, preferably calcium.
さらなる例として、本発明の一実施態様は、液体水銀吸着剤を、燃焼前に生石炭又は粉砕石炭に直接添加することを含む。例えば、水銀吸着剤を、石炭供給機中の石炭に添加する。液体水銀吸着剤の添加は、0.01〜5%の範囲である。種々の実施態様において、処理は、5%未満、4%未満、3%未満、又は2%未満、1%未満、0.5%未満及び0.2%未満であり、ここで全ての%は、処理される石炭の量又は燃焼による石炭の消費率に基づく。より高い処理レベルが可能であるが、材料を浪費する傾向があり、さらなる利益は達成されない。好ましい処理レベルは、湿ベースで0.025〜2.5重量%である。液体吸着剤によって添加する固体臭化物又はヨウ化物塩の量は、もちろん、吸着剤中のその重量分率によって低減される。典型的な実施態様において、臭化物又はヨウ化物化合物の添加は、低レベル、例えば固体に基づいて0.01重量%〜1重量%である。従って、50重量%の溶液を使用する場合、低レベルの添加を達成するために、吸着剤を0.02%〜2%の比率で添加する。例えば、好ましい実施態様において、石炭を、臭化カルシウムが約50重量%の吸着剤と仮定して計算された0.02〜1重量%、好ましくは0.02〜0.5重量%の比率の液体吸着剤によって処理する。典型的な実施態様において、50%の臭化カルシウムを含有する液体吸着剤を、約1%、0.5%、又は0.25%(ここで%は石炭の重量に基づく)で燃焼前に石炭上に添加する。好ましい実施態様において、初期処理を、低レベル(例えば0.01%〜0.1%)にて開始し、及び放出の監視に基づいて所望の(低)レベルの水銀放出が達成されるまで徐々に増大させる。ハロゲンを固体として、又は他の成分(例えばカルシウム、シリカ、アルミナ、酸化鉄など)を有する多成分組成物として添加する場合、ハロゲンの類似処理レベルを使用する。 As a further example, one embodiment of the present invention includes adding a liquid mercury adsorbent directly to raw or ground coal prior to combustion. For example, a mercury adsorbent is added to the coal in the coal feeder. The addition of liquid mercury adsorbent is in the range of 0.01-5%. In various embodiments, the treatment is less than 5%, less than 4%, less than 3%, or less than 2%, less than 1%, less than 0.5% and less than 0.2%, where all% , Based on the amount of coal processed or the rate of consumption of coal from combustion. Higher processing levels are possible but tend to waste material and no further benefits are achieved. A preferred treatment level is 0.025 to 2.5% by weight on a wet basis. The amount of solid bromide or iodide salt added by the liquid adsorbent is, of course, reduced by its weight fraction in the adsorbent. In an exemplary embodiment, the addition of bromide or iodide compound is at a low level, for example 0.01% to 1% by weight based on solids. Thus, when using a 50 wt% solution, adsorbent is added in a ratio of 0.02% to 2% to achieve a low level of addition. For example, in a preferred embodiment, the coal has a ratio of 0.02-1% by weight, preferably 0.02-0.5% by weight calculated assuming calcium bromide is about 50% by weight adsorbent. Treat with liquid adsorbent. In typical embodiments, a liquid adsorbent containing 50% calcium bromide is about 1%, 0.5%, or 0.25% (where% is based on the weight of the coal) before combustion. Add on coal. In a preferred embodiment, the initial treatment is initiated at a low level (eg, 0.01% to 0.1%) and gradually until a desired (low) level of mercury emission is achieved based on emission monitoring. Increase to. When the halogen is added as a solid or as a multi-component composition with other components (eg, calcium, silica, alumina, iron oxide, etc.), similar processing levels of halogen are used.
使用する場合、液体吸着剤を、石炭上に又はそうでなければ石炭燃焼系中に、噴霧し、滴下し、又はそうでなければ供給する。種々の実施態様において、添加を、炉中への燃料/吸着剤組成物の投入前に、周囲条件にて石炭又は他の燃料に対して行う。例えば、吸着剤を、炉中へのその注入前に、粉末状石炭上に添加する。あるいは又は加えて、液体吸着剤を、燃焼の間に炉中に及び/又は炉の下流の燃料ガス中に添加する。水銀吸着剤組成物を含有するハロゲンの添加は、しばしば1分間又は数分間の燃料ガス中の測定される水銀レベルの低下を伴う。種々の実施態様において、水銀の低減が、カルシウム、シリカ及びアルミナに基づくアルカリ粉末吸着剤の使用により達成される低減に加えて起こる。 When used, the liquid adsorbent is sprayed, dripped or otherwise fed onto the coal or otherwise into the coal combustion system. In various embodiments, the addition is made to coal or other fuel at ambient conditions prior to introduction of the fuel / adsorbent composition into the furnace. For example, the adsorbent is added on the powdered coal before its injection into the furnace. Alternatively or in addition, a liquid adsorbent is added into the furnace during combustion and / or into the fuel gas downstream of the furnace. The addition of a halogen containing mercury adsorbent composition is often accompanied by a decrease in the measured mercury level in the fuel gas for one or several minutes. In various embodiments, mercury reduction occurs in addition to the reduction achieved by the use of alkaline powder adsorbents based on calcium, silica and alumina.
別の実施態様において、本発明は、燃焼の間に炉中にハロゲン成分(例えば臭化カルシウム溶液)を直接添加することを含む。別の実施態様において、本発明は、2700°F〜1500°F、好ましくは2200°F〜1500°Fの範囲の温度を特徴とする領域中の炉の下流のガス流中への、上記で議論したような臭化カルシウム溶液の添加を提供する。種々の実施態様において、処理レベルの臭素化合物(例えば臭化カルシウム)を、混焼、予燃焼及び後燃焼の間で、任意の割合の添加に分割する。 In another embodiment, the present invention includes adding a halogen component (eg, calcium bromide solution) directly into the furnace during combustion. In another embodiment, the invention is as described above into a gas stream downstream of the furnace in a region characterized by a temperature in the range of 2700 ° F to 1500 ° F, preferably 2200 ° F to 1500 ° F. Addition of calcium bromide solution as discussed is provided. In various embodiments, the treatment level bromine compound (e.g., calcium bromide) is divided into any proportion of addition between co-firing, pre-combustion and post-combustion.
一実施態様において、いわゆる精製炭を製造するために、種々の吸着剤成分を、その燃焼前に石炭上に添加する。吸着剤が投与される石炭は好ましくは粒状石炭であり、及び必要に応じて従来の手順にしたがって粉砕又は粉末化される。限定されない例において、石炭を、75重量%の粒子が200メッシュスクリーン(200メッシュスクリーンは75μmの孔径を有する)を通過するように粉砕する。種々の実施態様において、吸着剤成分を、固体として、又は液体及び固体の組合せとして石炭上に添加する。通常、固体吸着剤組成物は、粉末の形態である。吸着剤を液体(例えば水中の1つ以上の臭素又はヨウ素塩溶液)として添加する場合、一実施態様において、石炭は、バーナー中に供給されるときに湿ったままである。種々の実施態様において、吸着剤組成物を、石炭燃焼施設にて、コンベア、スクリュー押し出し、又は他の供給装置上にある石炭上に噴霧又は混合することによって、石炭上に連続的に添加する。加えて又はあるいは、吸着剤組成物を、石炭燃焼施設にて又は石炭産地にて、石炭に別々に混合する。好ましい実施態様において、吸着剤組成物を、バーナー中に供給されるときに、液体又は粉末として石炭に添加する。例えば、好ましい商業的実施態様において、吸着剤を、注入前に石炭を粉砕する粉砕器中に投与する。所望であれば、吸着剤組成物の添加率を、所望の水銀放出レベルを達成するために変化させる。一実施態様において、燃焼排ガス中の水銀レベルを、監視し、及び所望の水銀レベルを維持するために必要とされるように、吸着剤添加レベルを上昇させるか、又は低下させるように調整する。 In one embodiment, various adsorbent components are added onto the coal before its combustion in order to produce so-called refined coal. The coal to which the adsorbent is administered is preferably granular coal and, if necessary, ground or pulverized according to conventional procedures. In a non-limiting example, the coal is ground so that 75% by weight of particles pass through a 200 mesh screen (a 200 mesh screen has a pore size of 75 μm). In various embodiments, the adsorbent component is added onto the coal as a solid or as a combination of liquid and solid. Usually, the solid adsorbent composition is in the form of a powder. When the adsorbent is added as a liquid (eg, one or more bromine or iodine salt solutions in water), in one embodiment, the coal remains wet when fed into the burner. In various embodiments, the sorbent composition is continuously added onto the coal by spraying or mixing on the coal on a conveyor, screw extrusion, or other feeder at a coal combustion facility. In addition or alternatively, the adsorbent composition is separately mixed into the coal at the coal combustion facility or at the coal production site. In a preferred embodiment, the adsorbent composition is added to the coal as a liquid or powder when fed into the burner. For example, in a preferred commercial embodiment, the adsorbent is administered in a pulverizer that pulverizes coal prior to injection. If desired, the rate of addition of the sorbent composition is varied to achieve the desired mercury release level. In one embodiment, the mercury level in the flue gas is monitored and adjusted to increase or decrease the adsorbent addition level as required to maintain the desired mercury level.
好ましい実施態様において、窒素、水銀及び硫黄を、工業的標準方法、例えば米国材料試験協会(ASTM)により公表されるもの、又は国際標準化機構(ISO)により公表される国際規格を使用して監視する。分析機器を含む装置は、好ましくは水銀及び硫黄吸着剤の添加地点の下流の対流経路に配置される。好ましい実施態様において、水銀監視装置を、粒子制御系のきれいな側上に配置する。代わりに又は加えて、装置又は監視デバイスを取り付けることなく、燃料ガスを、対流流路の適切な位置にサンプリングする。種々の実施態様において、測定される水銀又は硫黄のレベルを使用して、石炭燃焼系中への吸着剤組成物の添加率を調整するために作動又は制御されるポンプ、ソレノイド、噴霧器、及び他のデバイスにフィードバックシグナルを与える。あるいは又は加えて、吸着剤添加率を、観察された水銀及び/又は硫黄のレベルに基づいて、人間オペレータによって調整することができる。 In preferred embodiments, nitrogen, mercury and sulfur are monitored using industry standard methods such as those published by the American Society for Testing and Materials (ASTM) or international standards published by the International Organization for Standardization (ISO). . The device containing the analytical instrument is preferably placed in the convection path downstream of the point of addition of mercury and sulfur adsorbent. In a preferred embodiment, the mercury monitoring device is placed on the clean side of the particle control system. Alternatively or additionally, the fuel gas is sampled at an appropriate location in the convection flow path without attaching an apparatus or monitoring device. In various embodiments, pumps, solenoids, atomizers, and others that are actuated or controlled to adjust the rate of addition of the adsorbent composition into the coal combustion system using the measured mercury or sulfur levels. Give a feedback signal to the device. Alternatively or additionally, the adsorbent addition rate can be adjusted by a human operator based on the observed mercury and / or sulfur levels.
種々の実施態様において、本明細書に記載される吸着剤の存在下、石炭を燃焼させることにより生成される灰は、水と組み合わせた場合、硬化し、及び強度を発揮するセメント質である。灰は、その比較的高カルシウムレベルのために自己硬化する傾向がある。灰は、単独又はポルトランドセメントとの組合せで、種々のセメント質混合物(例えばモルタル、コンクリート、及びグラウト)中への処方に適当な水硬性セメントとして有用である。 In various embodiments, the ash produced by burning coal in the presence of the adsorbent described herein is a cementum that hardens and exhibits strength when combined with water. Ashes tend to self-harden due to their relatively high calcium levels. Ash is useful as a hydraulic cement suitable for formulation into various cementitious mixtures (eg, mortar, concrete, and grout), alone or in combination with Portland cement.
本明細書に記載の生成される灰のセメント質特性は、例えば灰又はより正確には、灰を含有するセメント質混合物の強度活動指数を考慮して示される。ASTM C311−05に記載されているように、強度活動指数の測定は、100%のポルトランドセメントコンクリートと、20%のポルトランドセメントを当量の試験セメントで置換した試験コンクリートとの硬化挙動及び特性発現を比較することによりなされる。標準試験において、強度を7日及び28日にて比較する。試験コンクリートの強度がポルトランドセメントコンクリートの強度の75%以上である場合、「合格」と考えられる。種々の実施態様において、本発明の灰は、ASTM試験における100%〜150%の強度活動を示し、これは強く「合格」を示す。類似した高い値は、試験を、ポルトランドセメントと灰との80:20のブレンド以外を有する試験混合物で行う場合に観察される。種々の実施態様において、100%〜150%の強度活動指数は、85:15〜50:50のブレンドで達成され、ここで比率の第一の数値は、ポルトランドセメントであり、及び比率の第二の数値は本発明にしたがって製造される灰である。特定の実施態様において、全て灰の試験セメント質混合物(すなわち、灰が試験混合物中のセメントの100%を示すもの)の強度発現は、全てポルトランドセメントのコントロールの強度の50%を超え、及び好ましくは75%を超え、及びより好ましくは100%以上、例えば100〜150%である。このような結果は、本明細書に記載される吸着剤成分の存在下、石炭又は他の燃料を燃焼させることにより生成される灰の高度のセメント質特性を示す。 The cementitious properties of the resulting ash described herein are shown, for example, in view of the strength activity index of the ash or, more precisely, the cementitious mixture containing ash. As described in ASTM C311-05, the strength activity index is measured in terms of the hardening behavior and characteristic development of 100% Portland cement concrete and test concrete with 20% Portland cement replaced with an equivalent amount of test cement. This is done by comparing. In the standard test, the intensity is compared at 7 and 28 days. If the strength of the test concrete is 75% or more of the strength of Portland cement concrete, it is considered “pass”. In various embodiments, the ash of the present invention exhibits 100% to 150% strength activity in the ASTM test, which is strongly “passed”. Similar high values are observed when testing is performed with test mixtures having other than an 80:20 blend of Portland cement and ash. In various embodiments, a strength activity index of 100% to 150% is achieved with a blend of 85:15 to 50:50, where the first ratio value is Portland cement and the second ratio ratio. Is the ash produced according to the present invention. In certain embodiments, the strength development of the all ash test cementitious mixture (ie, where ash represents 100% of the cement in the test mixture) is all greater than 50% of the strength of the Portland cement control, and preferably Is more than 75%, and more preferably 100% or more, for example 100-150%. Such results are indicative of the high cementitious properties of ash produced by burning coal or other fuels in the presence of the adsorbent components described herein.
本発明による石炭の燃焼から得られる灰は、非浸出形態の水銀を含有するため、上市することができる。使用済み又は廃棄物飛灰又は底部灰の限定されない使用は、セメント生成物(例えばポルトランドセメント)における成分としての使用を含む。種々の実施態様において、セメント生成物は、約0.1%から約99重量%までの本発明の組成物を燃焼させることにより生成される石炭灰を含有する。一態様において、石炭灰中の水銀及び他の重金属の非浸出特性は、石炭灰を全ての既知の石炭灰の工業用途に適当なものにする。 The ash obtained from coal combustion according to the present invention contains non-leached form of mercury and can be marketed. Non-limiting use of spent or waste fly ash or bottom ash includes use as a component in a cement product (eg, Portland cement). In various embodiments, the cement product contains about 0.1% to about 99% by weight of coal ash produced by burning the composition of the present invention. In one aspect, the non-leaching characteristics of mercury and other heavy metals in coal ash make it suitable for all known coal ash industrial applications.
本発明による石炭灰、特に粒子制御系(バグハウス、電気集塵装置など)により収集される飛灰は、ポルトランドセメントコンクリート(PCC)において、ポルトランドセメントの部分又は完全な置換物として使用される。種々の実施態様において、灰は、鉱物混合剤として、又は混合セメントの成分として使用される。混合剤として、灰は、ポルトランドセメントの全置換物又は部分置換物であり得、及び回分式プラントにてレディミックスコンクリート中に直接添加することができる。あるいは、又は加えて、灰を、セメントクリンカーに埋設して、又はポルトランドセメントとブレンドして混合セメントを製造する。 The coal ash according to the invention, in particular fly ash collected by particle control systems (baghouses, electrostatic precipitators, etc.), is used in Portland cement concrete (PCC) as part of Portland cement or as a complete replacement. In various embodiments, ash is used as a mineral admixture or as a component of a mixed cement. As a blending agent, ash can be a total or partial replacement of Portland cement and can be added directly into ready-mix concrete in a batch plant. Alternatively or in addition, the ash is embedded in a cement clinker or blended with Portland cement to produce a mixed cement.
クラスF及びクラスC飛灰は、例えば、米国標準ASTM C 618中に定義されている。ASTM標準は、飛灰をポルトランドセメントの部分置換物として使用する場合、飛灰の仕様書として役立つ。本明細書に記載される方法により生成される石炭灰は、ASTM C 618におけるクラスF及びクラスC飛灰の仕様書に記載されているものよりも高いカルシウム含量及び低いシリカ及びアルミナ含量である傾向があることに留意すべきである。本発明の飛灰について典型的な値は、>50重量%のCaO、及び<25重量%のSiO2/Al2O3/Fe2O3である。種々の実施態様において、灰は、51〜80重量%のCaO及び約2〜約25%のシリカ、アルミナ及び酸化鉄の合計である。本発明による飛灰は、高度にセメント質であり、このようなセメント質材料及びセメント質材料において使用されるポルトランドセメントを50%以上置換し、又は削減することを可能にすることが観察されている。種々の用途において、本明細書に記載される吸着剤と共に石炭を燃焼させることから得られる石炭灰は、このような組成物において、ポルトランドセメントの完全な(100%)置換物であるのに十分にセメント質である。 Class F and Class C fly ash are defined, for example, in US Standard ASTM C 618. The ASTM standard serves as a fly ash specification when fly ash is used as a partial replacement for Portland cement. Coal ash produced by the methods described herein tends to have a higher calcium content and lower silica and alumina content than those described in the Class F and Class C fly ash specifications in ASTM C 618. It should be noted that there are. Typical values for the fly ash of the present invention are> 50 wt% CaO and <25 wt% SiO 2 / Al 2 O 3 / Fe 2 O 3 . In various embodiments, the ash is a total of 51-80 wt% CaO and about 2 to about 25% silica, alumina and iron oxide. It has been observed that fly ash according to the present invention is highly cementitious and allows more than 50% replacement or reduction of such cementitious materials and Portland cement used in cementitious materials. Yes. In various applications, the coal ash resulting from burning coal with the adsorbents described herein is sufficient to be a complete (100%) replacement for Portland cement in such compositions. It is cementitious.
さらなる例として、米国コンクリート学会(ACI)は、クラスF飛灰は15〜25%のポルトランドセメントを置換すること、及びクラスC飛灰は20〜35%のポルトランドセメントを置換することを推奨している。本明細書に記載される方法に従って生成される石炭灰は、100%のポルトランドセメントを使用する生成物において発現したものと等しい28日強度発現を維持しながら、50%までのポルトランドセメントを置換するのに十分にセメント質であることが判明した。すなわち、種々の実施態様において、該灰はASTM C 618によるクラスC又はクラスF灰としての化学組成による適格ではないが、それにも関わらず、それは、高強度コンクリート生成物に処方するのに有用である。 As a further example, the American Concrete Institute (ACI) recommends that Class F fly ash replace 15-25% Portland cement and Class C fly ash replace 20-35% Portland cement. Yes. Coal ash produced according to the methods described herein replaces up to 50% of Portland cement while maintaining 28 day strength development equivalent to that developed in products using 100% Portland cement. It was found to be sufficiently cementitious. That is, in various embodiments, the ash is not eligible for chemical composition as Class C or Class F ash according to ASTM C 618, but nevertheless it is useful for formulating high strength concrete products. is there.
また、本発明に従って製造される石炭灰は、流動性フィル(これは制御された低強度材料又はCLSMとも呼ばれる)の製造における成分として使用することができる。CLSMは、圧縮盛土又は他のフィルの代わりに、自己平滑化自己圧縮バックフィル材料として使用される。本明細書に記載される灰は、種々の実施態様において、このようなCLSM材料におけるポルトランドセメントの100%の置換物として使用される。このような組成物は、水、セメント、及び凝集体と共に処方され、所望の流動性及び終局強度の発現を与える。例えば、流動性フィルの終局強度は、硬化材料の除去性が必要とされる場合、1035kPa(150ポンド/平方インチ)を超えるべきではない。より高い終局強度を達成するために処方する場合、ジャックハンマーが除去に必要とされ得る。しかし、より高い耐荷重性の用途において使用される流動性フィル混合物を処方することが望ましい場合、硬化に際してより高い範囲の圧縮強度を含有する混合物を設計することができる Also, coal ash produced according to the present invention can be used as a component in the production of flowable fills (also called controlled low strength materials or CLSM). CLSM is used as a self-smoothing self-compressing backfill material instead of compressed embankments or other fills. The ash described herein is used in various embodiments as a 100% replacement for Portland cement in such CLSM materials. Such compositions are formulated with water, cement, and agglomerates to provide the desired fluidity and ultimate strength development. For example, the ultimate strength of the flowable fill should not exceed 1035 kPa (150 pounds per square inch) if the removal of the cured material is required. A jack hammer may be required for removal when formulated to achieve higher ultimate strength. However, if it is desirable to formulate a flowable fill mixture for use in higher load bearing applications, a mixture containing a higher range of compressive strength upon curing can be designed.
また、本明細書に記載の方法にしたがって生成される石炭灰は、安定化ベース及びサブベース混合物の成分として有用である。1950年代以来、塩基性石灰/飛灰/凝集体処方物の多数の変形が、安定化ベース混合物として使用されてきている。安定化ベースの使用例は、安定化道路基盤として使用されるものである。例えば、砂利道は、該組成物による灰を使用して、その代わりに再使用することができる。既存の道路表面を、粉砕し、及びその元の位置に配置する。例えば本明細書に記載の方法により生成される灰を、粉砕された道路材料中に広げ、及び混合する。圧縮後、シールコート表面を道路上に配置する。本発明による灰は、このような用途に有用である。なぜなら、灰は規制要件を超えて浸出する重金属を含有しないからである。むしろ、本発明の方法により生成される灰は、本明細書に記載の吸着剤を用いずに石炭を燃焼させることにより生成される石炭灰よりも少ない浸出性水銀及び少ない浸出性の他の重金属(例えばヒ素及び鉛)を含有する。 Also, the coal ash produced according to the methods described herein is useful as a component of the stabilized base and sub-base mixture. Since the 1950s, numerous variations of basic lime / fly ash / aggregate formulations have been used as stabilizing base mixtures. A stabilization-based use example is one that is used as a stabilized road infrastructure. For example, gravel roads can be reused instead using ash from the composition. The existing road surface is crushed and placed in its original position. For example, the ash produced by the method described herein is spread and mixed into the ground road material. After compression, the seal coat surface is placed on the road. The ash according to the present invention is useful for such applications. This is because ash does not contain heavy metals that leach beyond regulatory requirements. Rather, the ash produced by the method of the present invention is less leachable mercury and less leachable other heavy metals than coal ash produced by burning coal without using the adsorbents described herein. (For example, arsenic and lead).
したがって、本発明は、高レベルの水銀を含有する石炭の燃焼から得られる石炭灰又は飛灰を埋め立てする必要性を排除する種々の方法を提供する。費用がかかる廃棄の代わりに、材料を販売でき、又はそうでなければ原料として使用することができる。 Thus, the present invention provides various methods that eliminate the need to landfill coal ash or fly ash resulting from the combustion of coal containing high levels of mercury. Instead of costly disposal, the material can be sold or otherwise used as a raw material.
好ましい実施態様において、吸着剤の使用は、種々の用途において、ポルトランドセメントを全体的又は部分的に置換することができるセメント質灰をもたらす。セメント質生成物の再使用のため、少なくともいくつかのポルトランドセメントの製造が避けられ、セメントを製造するのに必要とされるエネルギーが節約され、及びセメント製造から生じる相当量の二酸化炭素の放出が避けられる。二酸化炭素放出における他の節約は、脱硫スクラバーにおける石灰又は炭酸カルシウムの必要性が低減されることからもたらされる。したがって、本発明は、種々の実施態様において、エネルギーを節約し、及び温室効果ガス(例えば二酸化炭素)の放出を低減する方法を提供する。本発明のこの態様の種々の実施態様のさらなる詳細を以下に記載する。 In a preferred embodiment, the use of an adsorbent results in a cementitious ash that can replace the Portland cement in whole or in part in various applications. The reuse of cementitious products avoids the production of at least some Portland cement, saves the energy required to produce cement, and releases significant amounts of carbon dioxide resulting from cement production. can avoid. Other savings in carbon dioxide emissions result from the reduced need for lime or calcium carbonate in the desulfurization scrubber. Thus, the present invention provides, in various embodiments, a method for saving energy and reducing greenhouse gas (eg, carbon dioxide) emissions. Further details of various embodiments of this aspect of the invention are described below.
実施例1
亜瀝青炭を用いる精製炭生成物の使用に関して、粉末吸着剤及びハロゲン系吸着剤の必要な仕様を以下に示す。
Example 1
The required specifications for powder adsorbents and halogen-based adsorbents for the use of refined coal products using subbituminous coal are shown below.
1.ハード限界7%のSO3に加えて、CaOとSO3の割合は6:1以下に低下させず、好ましくは8:1よりも大きく維持すべきである。これにより添加する硫黄を吸収するために十分なCaOを確保する。
2.実際に、粉末吸着剤のHg含量は処理される石炭含量と同じ又はより少なく維持すべきである。
酸化分析の許容試験方法は以下である:
ASTM D3682 石炭利用工程からの燃焼残留物中での多量及び微量元素に関す
る標準試験方法
ASTM C114 水硬性セメントの化学的分析に関する標準試験方法
水銀含量に関する許容試験方法
ASTM D6414 酸抽出又は湿式酸化/冷蒸気原子吸光による石炭及び石炭燃焼
残留物中の水銀総量に関する標準試験方法
ASTM D6722 直接燃焼分析による石炭及び石炭燃焼残留物中の総水銀に関す
る標準試験方法
EPA 7473 固体又は半固体廃棄物中の水銀(冷蒸気技術の手引き)
1. In addition to SO 3 with a hard limit of 7%, the ratio of CaO to SO 3 should not be reduced below 6: 1 and should preferably be maintained above 8: 1. This ensures sufficient CaO to absorb the added sulfur.
2. Indeed, the Hg content of the powder adsorbent should be kept the same or less than the coal content being processed.
Acceptable test methods for oxidation analysis are as follows:
ASTM D3682 Concerning Large and Trace Elements in Combustion Residues from Coal Utilization Process
Standard test method
ASTM C114 Standard Test Method for Chemical Analysis of Hydraulic Cement
Acceptable test method for mercury content
ASTM D6414 Coal and coal combustion by acid extraction or wet oxidation / cold steam atomic absorption
Standard test method for total mercury in residue
ASTM D6722 Concerning total mercury in coal and coal combustion residues by direct combustion analysis
Standard test method
EPA 7473 Mercury in solid or semi-solid waste (cold steam technology guide)
実施例2
一連の試験は、パウダーリバーベイスン(PRB)亜瀝青炭の燃焼の間、NOx及びHgの放出における吸着剤の効果を測定するためにエネルギー及び環境研究センター(EERC)の燃焼試験施設(CTF)で行われた。試験は、使用方法が、内国歳入法45条に定義されるように、「精製炭」が生成することを確認するための試みを支持するために行われた。45条(c)(7)(A)は燃料を含む精製炭を定義し、これは、1)石炭から生成される固体燃料であり、2)それを蒸気生成目的で使用するという合理的な予測をもった納税者により販売され、及び3)(蒸気生成に使われた場合)「放出低減の認定」を受けて、納税者に資格が与えられる。
45条(c)(7)(B)には、用語「放出低減の認定」は供給石炭原料を燃焼させる場合に放出される放出量と比べて、精製炭を燃焼させる場合に放出されるNOx放出の少なくとも20%及びSO2放出又はHg放出のいずれかの少なくとも40%の低減を意味すると定義している。
Example 2
A series of tests are conducted at the Combustion Test Facility (CTF) of the Energy and Environmental Research Center (EERC) to measure the effect of adsorbents on NOx and Hg emissions during the combustion of Powder River Basin (PRB) subbituminous coal. It was broken. Tests were conducted to support attempts to confirm that the method of use produced “refined coal” as defined in Article 45 of the Internal Revenue Code. Article 45 (c) (7) (A) defines refined coal containing fuel, which is reasonable: 1) solid fuel produced from coal and 2) use it for steam generation purposes Sold by forecasted taxpayers, and 3) (when used for steam generation), qualifies taxpayers with “Reduced Emission Reduction” certification.
In Article 45 (c) (7) (B), the term “reduction of emission” refers to NOx released when burning refined coal compared to the amount released when burning the supplied coal feedstock. It is defined to mean any of at least 40% reduction of at least 20% and SO 2 release or Hg emissions release.
設備及び手順の記述
CTFは、SOx及びNOx放出、並びに石炭及び他燃料又は廃棄物材料の燃焼中、有毒微量金属(Hg、As及びPb)の転移を広く調査するために使用される。CTFは工業的及び現寸の微粉炭(pc)燃焼ボイラーで生成されるサンプルの典型であるガス及び粒子サンプルを生成することが可能である。試験設備は、電気集塵装置(ESP)又は粒子制御のための繊維質フィルターバグハウス、NOx制御のための選択接触還元(SCR)カラム、及び硫黄放出を制御するためのウェットスクラバーを含む放出を低減するために使用され得るいくつかの汚染制御装置を有する。CTFは、蒸気から電気を発生させるために、米国基準の施設により使用される実物大の米国PC燃焼ボイラーの型及び形状を殆ど全て再現して設計された。例えば、該CTFは所望の運転条件によるが、550,000〜750,000のBtu/hrの速度でpcを燃焼できる。該CTFは実物大のpc燃焼ボイラーの条件で模擬実験をするために調整されるが、市販のボイラーでは燃焼効果に影響を与え得る多数の変化があるため、通常の実機操業で観測されるものを正確に再現することができない。燃焼速度は典型的に、範囲の最低レベルで燃焼した低石炭化度及び指示範囲の中間又は最大レベルで燃焼した高石炭化度を有する石炭化度の指標がある。CTF炉は耐火物で内張りにされ、燃焼速度は石炭燃焼出力プラントで使用される特定のボイラーを再現するために所望とされる燃焼室出口温度(FEGT)に基づいて設定される。亜瀝青炭に関して、一般に550,000〜600,000BTU/hrの燃焼速度では2100゜F〜2200゜FのFEGTを生じ、これは本発明で試験する石炭のような亜瀝青炭を燃焼する多くの石炭燃焼プラントにおいて典型的なものである。
Equipment and Procedure Description CTF is used to extensively investigate the transfer of toxic trace metals (Hg, As and Pb) during SOx and NOx emissions and combustion of coal and other fuels or waste materials. CTF can produce gas and particle samples that are typical of samples produced in industrial and current size pulverized coal (pc) combustion boilers. The test facility has emissions including an electrostatic precipitator (ESP) or a fiber filter baghouse for particle control, a selective catalytic reduction (SCR) column for NOx control, and a wet scrubber to control sulfur emissions. Has several pollution control devices that can be used to reduce. The CTF was designed to reproduce almost all the full-scale US PC combustion boiler types and shapes used by US standard facilities to generate electricity from steam. For example, the CTF can burn pc at a rate of Btu / hr of 550,000-750,000, depending on the desired operating conditions. The CTF is adjusted to simulate a full-scale pc-fired boiler, but with commercial boilers there are many changes that can affect the combustion effect, so it can be observed in normal real machine operations. Cannot be reproduced accurately. The burn rate is typically an indicator of the degree of coalification with a low degree of coalification burned at the lowest level of the range and a high degree of coalification burned at the middle or maximum level of the indicated range. The CTF furnace is lined with refractory and the combustion rate is set based on the desired combustion chamber outlet temperature (FEGT) to reproduce the specific boiler used in the coal combustion power plant. For subbituminous coal, a combustion rate of 550,000 to 600,000 BTU / hr generally results in a FEGT of 2100 ° F. to 2200 ° F., which burns a lot of sub-bituminous coal such as the coal tested in the present invention. Typical in a plant.
CTFの燃焼空気を、この平衡通風系で押込通風機により供給する。系の後方に導入された通風機は燃焼領域で僅かに真空を維持し、燃焼燃料ガスを排気筒に放出する。燃焼空気は一般に電気式ヒータを使用して予熱され、1次空気、2次空気、及びオーバファイア空気(OFA)に分割される。 CTF combustion air is supplied by a forced draft fan in this balanced ventilation system. The ventilator introduced at the rear of the system maintains a slight vacuum in the combustion zone and releases the combustion fuel gas into the exhaust stack. Combustion air is typically preheated using an electric heater and divided into primary air, secondary air, and overfire air (OFA).
燃焼ガス分析は2つの位置;試験の間ずっと、特定の過剰な空気レベルを監視し、維持するために使用される炉出口、及び系後段で検出される排出が、漏洩により生じる希釈を修正できるように、生じ得るいかなる空気漏洩にもアクセスするために用いる粒子制御装置の排出口、で連続排出モニター(CEM)により提供される。この一連の試験について、燃焼ガス分析はESP排出口の導管から得られた。それぞれのCEMラックはO2、CO2、CO、SO2、及びNOx測定のために5つのモジュールを含む。SO2を除いて、各モジュールはAmetek製であった。各分析装置は分析前にガス流から水分を除去するために燃焼ガス調節装置を使用する。本明細書で報告された全てのデータは、乾性ガス基準である。全てのガス分析を連続的に監視し、CTFのデータ習得システムにより記録する。National Instrumentは、本明細書に存在する全てのデータを収集するために使用されるハードウェア及びソフトウェア(LabView)の両方を提供した。 Combustion gas analysis is in two locations; furnace outlets used to monitor and maintain specific excess air levels throughout the test, and emissions detected at the end of the system can correct dilution caused by leakage As provided by a continuous discharge monitor (CEM) at the outlet of the particle controller, which is used to access any possible air leaks. For this series of tests, combustion gas analysis was obtained from the ESP outlet conduit. Each CEM rack includes five modules for O 2 , CO 2 , CO, SO 2 , and NOx measurements. Except for SO 2, each module was made Ametek. Each analyzer uses a combustion gas regulator to remove moisture from the gas stream prior to analysis. All data reported herein are on a dry gas basis. All gas analyzes are continuously monitored and recorded by the CTF data acquisition system. National Instrument provided both hardware and software (LabView) used to collect all the data present here.
CEM分析では、CTFで行われる試験ごとに、前もって個々に較正される。窒素はゼロガスとして使用されるが、いくつかのスパンガスは、試験の間使用される範囲に渡り各装置を較正するために使用される。一般に、O2を0%〜10%の範囲で測定し、CO2を0%〜20%の範囲で測定し、COを0〜500ppmの範囲で測定し、及びNOxを0〜1000ppmの範囲で測定する。SO2測定は、試験する石炭の硫黄含量に応じて様々な範囲で行う。この一連の試験の間、SO2測定装置は0〜1000ppmの範囲で較正され、これは本明細書で試験されるPRB亜瀝青炭における硫黄含量にとっては適切である。 In CEM analysis, each test performed on the CTF is individually calibrated in advance. Nitrogen is used as the zero gas, but some span gases are used to calibrate each device over the range used during the test. In general, O 2 is measured in the range of 0% to 10%, CO 2 is measured in the range of 0% to 20%, CO is measured in the range of 0 to 500 ppm, and NOx is measured in the range of 0 to 1000 ppm. taking measurement. SO 2 measurements are carried out in various ranges depending on the sulfur content of the coal to be tested. During this series of tests, SO 2 measurement device is calibrated in the range of 0 to 1000 ppm, which is suitable is for the sulfur content in the PRB subbituminous tested herein.
燃料ガス水銀(Hg)測定は、Tekran(登録商標) Instruments Corporation製の連続式Hgモニター(CMM)により別々に得られた。該システムは粒子制御装置の出口における燃料ガスの導管からガスサンプルを抜き出す。水分は分析前にガス流から除去される。システム状態を調整する燃料ガスは、燃料ガスのHg濃度を正確に測定するために、分析装置の性能による弊害を防止するために、CO2及びSO2を除去するための10%NaOH溶液を使用する。全ての水銀分析装置は、水銀元素(Hg0)のみを測定し得るので、全体の水銀(Hg(T))濃度は塩化スズ(II)を含有する10%NaOH溶液により、酸化水銀のHg2+部分を還元することで得られる。Tekran製装置は、超高純度金吸着剤を含有するカートリッジ上の検査済サンプルからHg0を採取する。次いで、併合されたHgを熱的に脱着し、及び原子蛍光分光法を用いて検査する。次いで、デュアルカートリッジの設計により、サンプル流の連続測定により生じる別のサンプリング及びデスポーションを可能とする。上記に記載されるCEM目盛補正と同様に、該CMMをまた、試験前にゼロに設定し、スパン測定し、及び試験終了時に点検する。本明細書で実行され、報告された試験の間、ドリフトは見られなかった。これらの試験中利用されるCTFの構成はESP排出口の導管から得られるHg及びNOx測定の両方と共に、粒子制御のためのESPのみを含んだ。供給原料及び精製炭の試験期間終了時に、燃料及び飛灰サンプルを集め、分析のために提出された。試験中集められたサンプルは以下の議論の中で記述される。 Fuel gas mercury (Hg) measurements were obtained separately by a continuous Hg monitor (CMM) manufactured by Tekran® Instruments Corporation. The system draws a gas sample from a fuel gas conduit at the outlet of the particle controller. Moisture is removed from the gas stream before analysis. The fuel gas that adjusts the system condition uses a 10% NaOH solution to remove CO 2 and SO 2 to accurately measure the Hg concentration of the fuel gas and to prevent adverse effects due to the performance of the analyzer. To do. Since all mercury analyzers can only measure elemental mercury (Hg 0 ), the total mercury (Hg (T) ) concentration can be determined with a 10% NaOH solution containing tin (II) chloride, Hg 2+ of mercury oxide. It is obtained by reducing the part. The Tekran device collects Hg 0 from a tested sample on a cartridge containing ultra high purity gold adsorbent. The merged Hg is then thermally desorbed and examined using atomic fluorescence spectroscopy. The dual cartridge design then allows for additional sampling and despawning caused by continuous measurement of sample flow. Similar to the CEM scale correction described above, the CMM is also set to zero prior to testing, span measured, and checked at the end of the test. No drift was observed during the tests performed and reported herein. The CTF configuration utilized during these tests included only ESP for particle control, along with both Hg and NOx measurements obtained from the ESP outlet conduit. At the end of the feed and refined coal testing period, fuel and fly ash samples were collected and submitted for analysis. Samples collected during the study are described in the following discussion.
燃料の準備及び分析
試験用亜瀝青炭は石炭パイルから得られたサンプルであった。該石炭は含水量によるが、約8500〜10,000Btu/Ibの範囲の総発熱量を有するPRB亜瀝青炭であり、これはワイオミング州にあるいくつかの鉱山から採取される。
The sub-bituminous coal for fuel preparation and analytical testing was a sample obtained from a coal pile. The coal is a PRB subbituminous coal with a total calorific value in the range of about 8500-10,000 Btu / Ib, depending on water content, which is taken from several mines in Wyoming.
該許容石炭を必要に応じて入荷し、床乾燥の上表面水分を調べた。風乾サンプルを1/4インチの最大寸法に破砕し、及びハンマーミル粉砕機に供給し、試験中使用するために約70%が200メッシュを通過する粒度分布に作成した(多くの石炭燃焼出力プラントで達成される典型的な石炭処理)。この粒度分布は最大でも、実規模事業用ボイラーの微粉砕により達成される粒度分布の典型である。この一連の試験中に使用される精製炭サンプルはEERC製であり、45区域の施設で生産される精製炭に匹敵すると考えられる。精製炭を調製するために使用される吸着剤は以下に示すような微粉砕燃料に投与された。これは、実規模での応用とは異なり、該吸着剤を、貯炭所での貯蔵品から回収し、混合し、破砕し、次いで微粉砕機に送る。パイロット規模試験で利用されるpcに、吸着剤を投与する主な理由は、燃料サンプルの微粉砕中に利用される集塵ダクト装置における材料の潜在的損失である。全てのパイロット規模燃料サンプルは利用前に、少しでも破砕され、微粉砕化される。pcサンプルからの精製燃料を調製することにより、集塵システムにおける吸着剤の潜在的損失が回避され、及び結果的に実規模で起こることの最善の模擬実験となる。 The allowable coal was received as necessary, and the upper surface moisture of the floor dried was examined. Air-dried samples were crushed to a maximum size of ¼ inch and fed to a hammer mill and made into a particle size distribution where about 70% passed 200 mesh for use during testing (many coal burning power plants Typical coal treatment achieved in). This particle size distribution is at most representative of the particle size distribution achieved by fine milling of full-scale commercial boilers. The refined coal sample used during this series of tests is made by EERC and is believed to be comparable to refined coal produced in a 45 area facility. The adsorbent used to prepare the refined charcoal was administered to a finely ground fuel as shown below. This differs from real scale application in that the adsorbent is recovered from the stock in the coal yard, mixed, crushed and then sent to the pulverizer. The main reason for administering the adsorbent to the pc utilized in the pilot scale test is the potential loss of material in the dust collection duct device utilized during pulverization of the fuel sample. All pilot scale fuel samples are crushed and pulverized as little as possible before use. Preparing purified fuel from pc samples avoids potential loss of adsorbent in the dust collection system and results in the best simulation of what happens on a full scale.
微粉砕燃料を2つの部分;供給原料サンプル及び精製炭へ加工される第2石炭サンプル、に分けた。選炭設備の床上で、計量した量(約500lb)ごとに配置することにより精製炭を準備した。計量されたハロゲン系吸着剤及び粉末吸着剤を注意深く石炭に投与し、吸着剤を投与している間、周期的に石炭を混合した。粉末吸着剤を手で分配し、石炭パイルの量にわたり、各経路後、燃料の混合を行ういくつかの経路を作った。スプレー管口がそのパイルの露出面に付与されるミストを生じるように、わずかに圧縮した金属スプレー缶にハロゲン系吸着剤を入れた。吸着剤を完全に配分するためにいくつかの経路で処理が必要とされた。各経路後、パイルを入れ替えるためにレーキを使用し、次の処理経路のために新たな表面を露出する。各場合に、それぞれわずかな量の吸着剤を石炭パイル上に配分し、特定の処理比率が0.008重量%のハロゲン系吸着剤及び0.25重量%の粉末吸着剤に到達するまで混合した。 The finely pulverized fuel was divided into two parts; a feedstock sample and a second coal sample that was processed into refined coal. On the floor of the coal preparation facility, refined charcoal was prepared by placing each measured amount (about 500 lb). The weighed halogen-based adsorbent and powder adsorbent were carefully administered to the coal, and the coal was periodically mixed during the adsorbent administration. The powder adsorbent was distributed by hand, and several routes were made to mix the fuel after each route over the amount of coal pile. The halogen-based adsorbent was placed in a slightly compressed metal spray can so that the spray tube mouth produced mist applied to the exposed surface of the pile. Processing was required in several ways to fully distribute the adsorbent. After each pass, a rake is used to replace the pile and a new surface is exposed for the next processing pass. In each case, a small amount of adsorbent was distributed on the coal pile and mixed until a specific treatment ratio reached 0.008 wt% halogen-based adsorbent and 0.25 wt% powder adsorbent. .
各サンプル(石炭供給原料及び精製炭)を、以下に記載されるパイロット規模試験で用いる貯蔵ホッパーに輸送した。試験の間、これらの貯蔵ホッパーを石炭供給ホッパー上に直接配置する。貯蔵ホッパーから供給ホッパーに石炭及び精製炭をそれぞれ移動させるために、回転バルブを用いる。微量の処理済燃料を除去するために各試験後、貯蔵ホッパー及び供給ホッパーを希釈酸溶液で洗浄する。 Each sample (coal feed and refined coal) was transported to a storage hopper used in the pilot scale test described below. During the test, these storage hoppers are placed directly on the coal feed hopper. A rotary valve is used to move the coal and refined coal from the storage hopper to the feed hopper, respectively. After each test, the storage hopper and feed hopper are washed with dilute acid solution to remove traces of processed fuel.
燃料分析
各試験期間中、石炭サンプルは、貯蔵ホッパー及び供給ホッパー間の回転バルブのすぐ下に位置する開口部を備える、70%のアングルで供給装置の側壁を貫通する小管を通じて貯蔵ホッパーから輸送する。このルーベは、供給ホッパーが満たされるたびに、わずかな量の燃料を途中で捕らえる。この方法では、燃料の正確な燃焼サンプルが得られる。石炭サンプルは重量により、サンプル管端に取り付けたサンプル袋の中に落下する。供給原料及び精製炭試験期を表す燃料サンプルと別々に、それぞれ次の試験期に先だって新しい袋をサンプル管に取り付ける。
Fuel Analysis During each study period, the coal sample has an opening located directly below the rotary valve between the storage hopper and the feed hopper is transported from a storage hopper via a small tube extending through the sidewall of the feeder 70% of the angle . This louver catches a small amount of fuel along the way each time the supply hopper is filled. In this way, an accurate combustion sample of the fuel is obtained. The coal sample falls by weight into a sample bag attached to the end of the sample tube. Separate from the fuel sample representing the feedstock and refined coal test period, a new bag is attached to the sample tube prior to the next test period, respectively.
燃焼石炭を連続的に採取し、石炭供給原料の燃焼からの放出ベースライン及び、同様に精製炭の燃焼からの放出を測定する。近似分析及び元素分析、発熱量、無機元素酸化物分析(蛍光X線により)、及び塩素含量及び水銀含量の測定のため、石炭供給原料及び精製炭を別々に供した。この分析結果を表1に示す。燃料サンプルは、わずかな量の許容水分含量の蒸発を可能とする傾向にあるいくつかの処理工程を経た。最大の低減は燃料の粉砕の間に起こる。ハンマーミル微粉砕機は、粉砕から生じる粉炭粒子の露出面をわずかに乾燥する傾向にある誘引通風を発生させる。生じる乾燥度は主に、燃料調製時における周囲大気条件(温度及び相対湿度)の作用である。結果として、石炭供給原料及び精製炭の間で容易に比較できるように、燃焼組成物を分析する。 Combustion coal is continuously collected and the emission baseline from the combustion of coal feedstock and the emission from the combustion of refined coal as well are measured. Coal feed and refined coal were provided separately for approximate analysis and elemental analysis, calorific value, inorganic elemental oxide analysis (by fluorescent X-rays), and chlorine and mercury content measurements. The analysis results are shown in Table 1. The fuel sample has undergone several processing steps that tend to allow evaporation of a small amount of acceptable moisture content. The greatest reduction occurs during fuel grinding. The hammer mill pulverizer generates an induced draft that tends to slightly dry the exposed surface of the pulverized coal particles resulting from the pulverization. The resulting dryness is mainly a function of ambient atmospheric conditions (temperature and relative humidity) during fuel preparation. As a result, the combustion composition is analyzed so that it can be easily compared between the coal feed and refined coal.
石炭供給原料(試験AF−CTS−1461)を、20.03重量%の含水量で9621 Btu/lbの燃焼熱量をもって測定した。水分を含まない発熱量及び灰含量はを、12,031 Btu/lb及び4.91重量%でそれぞれ測定した。石炭供給原料の硫黄含量を、無水ベースで0.37重量%(0.624 lbSO2/MMBtu)により測定した。粉末吸着剤及び液体ハロゲン系吸着剤は発熱量がなく、及び液体ハロゲン系吸着剤は、該液体の水分含量のため、さらなる水分を精製炭に導入する。このため、精製炭の発熱量(Btu/lb)の低減を、石炭供給原料のBtu/lbと比較して、通常予想する。各燃料に含有される無機物の灰分析は、石炭供給原料に対して、精製炭がCaO及びSO3を豊富に含み、SiO2、A2O3、及びFe2O3を激減させることを示す。それぞれ供給原料及び精製炭サンプルにおいて、0.0570μg/g(5.924 lkb/TBtu、無水ベース)及び0.0556μg/g(5.908 lkb/TBtu、無水ベース)で水銀含量を測定した。供給原料及び精製炭サンプルの塩素含量をそれぞれ19.4及び30.0μg/gで測定した。 The coal feed (test AF-CTS-1461) was measured with a moisture content of 20.03 wt% and a combustion heat of 9621 Btu / lb. The calorific value and ash content without water were measured at 12,031 Btu / lb and 4.91% by weight, respectively. The sulfur content of the coal feed was measured by 0.37 wt% on an anhydrous basis (0.624 lbSO 2 / MMBtu). Powder adsorbents and liquid halogen-based adsorbents do not generate heat, and liquid halogen-based adsorbents introduce additional moisture into the refined charcoal due to the water content of the liquid. For this reason, a reduction in the calorific value (Btu / lb) of refined coal is usually expected as compared to Btu / lb of coal feedstock. Ash analysis of the inorganic material contained in the fuel, indicate to the coal feedstock, purified coal rich in CaO, and SO 3, that deplete the SiO 2, A 2 O 3, and Fe 2 O 3 . Mercury content was measured at 0.0570 μg / g (5.924 lkb / TBtu, anhydrous base) and 0.0556 μg / g (5.908 lkb / TBtu, anhydrous base) in the feed and refined charcoal samples, respectively. The chlorine content of the feedstock and refined charcoal sample was measured at 19.4 and 30.0 μg / g, respectively.
各試験の間集められた供給原料及び精製炭サンプルの乾燥ふるい分析を、実施例2の表に示す。石炭供給原料に関する結果は84.3重量%が200メッシュを通過し、69.2重量%が325メッシュを通過するが、精製炭サンプルに関しては87.1重量%が200メッシュを通過し、73.1重量%が325メッシュを通過する。 The dry sieving analysis of the feedstock and refined coal sample collected during each test is shown in the table of Example 2. The results for the coal feedstock are 84.3% by weight passing through 200 mesh and 69.2% by weight passing through 325 mesh, whereas for the refined coal sample, 87.1% by weight passes through 200 mesh and 73. 1% by weight passes through 325 mesh.
実施例2
石炭供給原料はPRB石炭である。精製炭はPRB石炭供給原料に、0.008重量%のハロゲン系吸着剤及び0.25%の粉末吸着剤を加えたものである。粉末吸着剤はCKDが15%及び粉砕CKDが85%である。ハロゲン系吸着剤は実施例1由来のものである。供給原料及び精製炭についてNOx及びHg放出を測定した。
Example 2
The coal feedstock is PRB coal. Refined charcoal is a PRB coal feedstock with 0.008 wt% halogen-based adsorbent and 0.25% powder adsorbent. The powder adsorbent is 15% CKD and 85% ground CKD. The halogen-based adsorbent is derived from Example 1. NOx and Hg emissions were measured for the feedstock and refined coal.
水銀濃度は石炭供給原料の灰中で0.558μg/gであり、精製炭の灰中で0.833μg/gであった。 The mercury concentration was 0.558 μg / g in coal feed ash and 0.833 μg / g in refined coal ash.
実施例3−アメリカ中部の亜瀝青炭
石炭供給原料はPRB石炭である。精製炭はPRB石炭供給原料に0.005重量%のハロゲン系吸着剤及び0.25%の粉末吸着剤を加えたものである。該粉末吸着剤はCKDが15%及び粉砕CKDが85%である。ハロゲン系吸着剤は実施例1由来のものである。供給原料及び精製炭についてNOx及びHg放出を測定した。
Example 3 Central American Subbituminous Coal The coal feedstock is PRB coal. Refined coal is a PRB coal feedstock with 0.005 wt% halogen-based adsorbent and 0.25% powder adsorbent. The powder adsorbent has 15% CKD and 85% ground CKD. The halogen-based adsorbent is derived from Example 1. NOx and Hg emissions were measured for the feedstock and refined coal.
午前中を使用し、約2139゜FのFEGTに到達させるために60.28 lb/hrの平均速度で燃焼される石炭供給原料の燃焼による放出ベースラインを確立した。炉出口でNOx制御をシミュレーションする15.13%で利用されるOFAと共に、炉出口で3.05%に過剰酸素を制御した(約16.98%の過剰な空気)。 In the morning, a release baseline was established by burning coal feedstock burned at an average rate of 60.28 lb / hr to reach a FEGT of about 2139 ° F. Excess oxygen was controlled to 3.05% at the furnace outlet (about 16.98% excess air), with OFA utilized at 15.13% to simulate NOx control at the furnace outlet.
精製炭を58.91 lb/hrの速度で燃焼させ、15.18%に維持されるOFAと共に、炉出口で2139゜FatのFEGT、過剰酸素3.1%(過剰空気約17.33%)を達成した。得られた排出低減を以下の表に示す。 Refined coal is burned at a rate of 58.91 lb / hr, with OFA maintained at 15.18%, 2139 ° Fat FEGT, 3.1% excess oxygen (approximately 17.33% excess air) at the furnace outlet Achieved. The resulting emission reduction is shown in the table below.
Claims (12)
第1吸着剤組成物を石炭に投与すること;
投与した第1吸着剤を含む石炭を炉に輸送すること;
前記石炭を輸送すると同時に、前記炉に第2吸着剤を加えること;及び
前記第1及び第2吸着剤の存在下、炉中で前記石炭を燃焼させ、熱エネルギー及び灰を発生させることを含んでなり、
ここで前記第1吸着剤は臭素化合物を含んでなり、前記第2吸着剤はセメントキルンダスト、0.1%未満のNa2O、0.1%未満のK2O、及び0.5%未満の塩素を含んでなり、ここで前記割合は前記第2吸着剤の総重量を基準とする重量であり、前記第1及び第2吸着剤を使用しない石炭燃焼と比較し、石炭燃焼施設からの水銀排出を40%以上低減させ、及び、前記第1及び第2の吸着剤を使用しない石炭燃焼と比較し、石炭燃焼施設からのNOx放出を20%以上低減させる、前記方法。 A method of generating energy by burning sub-bituminous coal containing mercury in a furnace of a coal combustion facility;
Administering a first adsorbent composition to the coal;
Transporting coal containing the administered first adsorbent to the furnace;
Adding a second adsorbent to the furnace simultaneously with transporting the coal; and burning the coal in the furnace in the presence of the first and second adsorbents to generate thermal energy and ash. And
Here, the first adsorbent comprises a bromine compound, and the second adsorbent is cement kiln dust, less than 0.1% Na 2 O, less than 0.1% K 2 O, and 0.5%. Less than chlorine, wherein the proportion is weight based on the total weight of the second adsorbent, compared to coal combustion without the first and second adsorbents, Wherein the mercury emissions are reduced by 40% or more, and NOx emissions from coal combustion facilities are reduced by 20% or more compared to coal combustion without using the first and second adsorbents.
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