JP2006095527A - 煙道ガスから水銀を除くためのスルフィド含有ガス及び液の使用 - Google Patents

Abstract

【課題】化石燃料、又は固体廃棄物を燃焼する間に発生される煙道ガスから水銀を除くための新規なかつ有用な方法及び装置を提供する。
【解決手段】酸化された水銀を含有する工業ガスを受け入れて水性アルカリ試薬で洗浄するためのスクラバー液を有するスクラバーを使用し、スクラバーにおいて水性スルフィド種を工業ガスに加え且つ工業ガスを洗浄することを含む方法及び装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、全般的には燃焼及び煙道ガスクリーナップ方法及び装置に関し、特に石炭のような化石燃料、又は固体廃棄物を燃焼する間に発生される煙道ガスから水銀を、スルフィド含有ガス及び液を使用することによって除くための新規なかつ有用な方法及び装置に関する。

近年になって、米国エネルギー省（ＤＯＥ）及び米国環境保護庁（ＥＰＡ）は、石炭で動かすユーティリティボイラーやごみのエネルギー転化のプラントからの危険な空気汚染物（ＨＡＰ）の排出を測定及び制御するための研究を支援してきた。いくつもの研究課目の初めの結果は、重金属及び揮発性有機炭素（ＶＯＣ）の排出が、水銀（Ｈｇ）を除いて、極めて少ないことを示した。水銀のほとんどは、他の金属のほとんどと異なり、電気集塵装置や布フィルターにおいて典型的に用いられる温度で気相中に残り、フライアッシュ粒子に凝縮しない。面倒なことに、水銀は、主に塩化第二水銀（ＨｇＣｌ₂）として酸化された（Ｈｇ⁺²）形態で、又は蒸気状金属水銀として元素（Ｈｇ⁰）形態で存在することができる。各々の種の相対量は、燃料タイプ、ボイラー燃焼効率、設置される粒状物捕集装置のタイプのようないくつもの要因、及び種々のその他の要因に依存するようである。

工業煙道ガスからの水銀を捕集するための工業上容認し得る方法についての研究は、湿式又は乾式スクラバーのような既存の在来の空気汚染制御装置からどのくらい多くの水銀を除くことができるかを求めようとする有意の努力を含んできた。

よって、テストが、硫黄酸化物及びその他の酸性ガスを捕獲するためにデザインされるいくつもの商業規模及びパイロット規模の湿式スクラバーに関してなされてきた。これらのテストは、乾湿式スクラバー状況に同等に適用可能であるのに加えて、いくつかの予期される及びいくつかの驚くべき結果を生じてきた。これらのテストは、いくつかの予期される及びいくつかの驚くべき結果を生じてきた。酸化された水銀が容易に捕獲されかつ元素状水銀が捕獲され難いであろうことは、一般に予期された。これらの予想は、塩化第二水銀の水への溶解度が高くかつ元素状水銀の水への溶解度が非常に低いことに基づくものであった。この予想は、一般に満足された。

驚くべき結果は、元素状水銀に関するものであった。繰り返しのテストであって、それらの間煙道ガス中の元素状水銀の濃度が測定されたものは、元素状水銀が、湿式スクラバーに入っているよりも一層多く出ていることを明らかにした。

湿式スクラバーにおける元素状水銀発生の原因を説明するために提案される仮定の一つは、例えば下記の一般的な反応によって記載される：
Ｍ_e ^x＋Ｈｇ⁺²→Ｍ_e ^x+2＋Ｈｇ⁰
２Ｍ_e ^x＋Ｈｇ⁺²→２Ｍ_e ^x+1＋Ｈｇ⁰

Ｍ_eは、いくつもの可能な酸化状態、ｘの内の一つで存在し得る任意の数のＦｅ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｓｎ、等のような遷移金属である。

遷移金属イオンは、関心のある工業上の応用において湿式スクラバースラリー中に不純物として存在するのが普通である。これより、塩化第二水銀が吸収されると、一部は微量のレベルの遷移金属及び金属イオンと反応しかつそれらによって還元されるようになり、元素状水銀は、溶解度が低いことから、液からストリップされて煙道ガスに戻される。

石炭で動かされるユニットによって生成される煙道ガスから水銀を捕獲して除こうとする最近の努力のほとんどは、活性炭のような導入される試薬との気相反応に集中してきた。

ユーティリ及びごみのエネルギー転化産業による水銀排出の主題は、ＤＯＥ及びＥＰＡの両方によって調べられている新規な領域である。

「ＳＴＥＡＭその発生及び使用(STEAM its generation and use)」、第４版、編集者Stultz and Kitto, 著作権１９９２年 Bobcock & Wilcox Company

本発明は、湿式又は乾式スクラバーにおいて、酸化された水銀が遷移金属によって還元され得る前に、酸化された水銀をスクラバー内の気／液界面に急速に沈殿させる手段を提供する。水銀の最も不溶性の形態の内の一つは、硫化第二水銀であり、これはミネラル形態で、辰砂である。スルフィドの源を供給して酸化された水銀と反応させる手段は、硫化水素及び／又は水性スルフィドイオンを使用することを含む。これより、スクラバー内の気／液界面において、下記の反応が、イオン化された（酸化された）水銀を吸収及び沈殿させる（スルフィドが、硫化水素ガス、水性スルフィドイオン、又はいくつかのその他のスルフィドイオン源に由来するかどうかに応じて）ために提案する：
Ｓ^-2（ａｑ）＋ＨｇＣｌ₂（ｇ）→ＨｇＳ（ｓ）＋２Ｃｌ^-（ａｑ）
及び／又は
Ｈ₂Ｓ（ｇ）＋ＨｇＣｌ₂（ｇ）→ＨｇＳ（ｓ）＋２ＨＣｌ（ａｑ）

ＨｇＳは、溶解度積３×１０^-52を有し、従って本質的に完全に沈殿する。水性スルフィド種をスクラバーの洗浄液に加え、該種は、煙道ガス中の水銀と接触し、それで水銀が液中に吸収される時に、ＨｇＳが形成される。同様に、硫化水素ガスの場合に、沈殿反応が還元反応に比べて速く進行することを予想するためのよい理由がある。詳細には、沈殿反応の場合には、両方の反応体は気相で良く混合される。これより、それらがガスから気／液界面に拡散するにつれて、両方の反応体は界面において即座に反応することができる。対照して、還元反応は、反応体、すなわちＨｇ⁺²及び遷移金属イオンが液相で液中の反応面に拡散することを要する。液相拡散は、気相拡散に比べて数オーダーの大きさで遅い。

従って、ガス及び／又は水性スルフィド種を用いれば、酸化された水銀は、スクラバー内で辰砂として急速に沈殿し、それによりその水銀を還元させて蒸気状元素状水銀に戻させないようにすることになる。水銀の辰砂としての沈殿は、水銀を非常に不溶性の形態に転化させる点で、他の水銀金属イオン封鎖法に勝る明瞭な利点を有する。このように、水銀は、不活性で、食品連鎖から有効に除かれるはずである。

よって、本発明は、また、Ｈ₂Ｓガスを使用することも意図する。よって、一態様は、水銀を含有する工業ガスを受け入れて湿式スクラバースラリーで洗浄するために湿式スクラバーを使用する方法において、硫化水素を工業ガスに加え：及び工業ガスを湿式スクラバーにおいて洗浄することを含むことを特徴とする方法に絞られる。本発明に従う方法は、石炭を炉内で燃焼して排気煙道ガスを生成し、排気煙道ガスを集塵装置を通して運び、排気煙道ガスが湿式スクラバーに入る前に、又は湿式スクラバー内で硫化水素を煙道ガスに加えることを含む工業プロセスにおいて水銀を低減させる仕事に特に適している。

本発明の別の態様は、水銀を含有する工業ガスを受け入れて湿式スクラバースラリーで洗浄するために湿式スクラバーを使用する装置において、特に硫化水素を発生させる手段；及び硫化水素を湿式スクラバーの上流の工業ガスに供給する手段を含むことを特徴とする装置に絞られる。本発明は、又、石炭のような化石燃料、又は固体廃棄物を燃焼し、かつ湿式スクラバーに加えて、電気集塵装置又は布フィルター及び大気への排出物を減少させるその他の従来の部材を使用するユーティリティ設備に特に適している。

特に、本発明は、酸を水性硫化ナトリウム及び／又は硫化カリウムの溶液に加えて硫化水素を発生させる反応から硫化水素を生成する硫化水素発生系を提供することを意図する。硫化水素発生系は、有利には、酸をクラフトパルプ化プロセスからの未処理液に加えて硫化水素を発生させる装置及び方法を使用してよい。

これらの特定の硫化水素関連の実施態様は、気相のＨ₂Ｓが蓄積又は貯蔵されない点で、固有の安全利点を有する。発生されるＨ₂Ｓを、すべて直ちに注入する。

それでも、本発明の別の態様は、水銀を含有する工業ガスを受け入れかつ洗浄するためのスクラバーを使用する方法において、下記：水性スルフィド塩を工業ガスに加えかつスクラバーにおいて工業ガスを洗浄することを含むことを特徴とする方法に絞られる。本発明に従う方法は、石炭を炉内で燃焼して排気煙道ガスを生成し、排気煙道ガスを布フィルター又は電気集塵装置のような集塵装置を通して運ぶことを含む工業プロセスにおいて水銀排出を低減させる仕事に特に適している。

本発明の別の態様は、水銀を含有する工業ガスを受け入れて水性アルカリ試薬で洗浄するためのスクラバーを使用する装置において、特に下記：スルフィドイオンを提供する手段及びスクラバーにおいて工業ガスに供するスルフィドイオンを調節する手段を含むことを特徴とする装置に絞られる。本発明は、再び、石炭のような化石燃料、又は固体廃棄物を燃焼し、かつ湿式スクラバー、及び／又は大気への排出物を減少させるその他の従来の部材に加えて、集塵装置（電気集塵装置又は布フィルターのような）を使用するユーティリティ設備に特に適している。

本発明の別の態様は、水銀を含有する工業ガスを受け入れて水性アルカリ試薬で洗浄する装置であって、工業ガスを水性アルカリ試薬で洗浄するためのスクラバー液を有するスクラバー；工業ガスをスクラバーに運ぶ煙道手段；スルフィドイオンを提供する手段；及び工業ガスに供するスルフィドイオンを調節する手段を含む装置に絞られる。本発明は、再び、石炭のような化石燃料を燃焼するユーティリティ設備に特に適しており、湿式又は乾式スクラバーに組み入れることができる。

本発明のこれらの水性スルフィドに関係する実施態様は、スルフィドイオン（ヒドロスルフィド（ＨＳ^-）イオンを含むが、これらに限定しない）を提供する手段を意図する。そのようなヒドロスルフィド（ＨＳ^-）イオンは、水溶液における平衡によってスルフィドイオン（Ｓ^-2）をもたらす：

これは、スルフィディック（sulfidic）排水、クラフト苛性液、クラフトカーボネート液、硫化カリウム、硫化ナトリウム、及び／又はチオアセトアミドのような水性スルフィド塩をスクラバー内の洗浄液に加えることによって達成することができる。特定の作業要求を満足するために、更に、別の貯蔵タンク、計量用ポンプのような制御手段を採用してスルフィドの提供を選択的に制御してよい。

この系は、悪臭がありかつ毒性のＨ₂Ｓが蓄積又は貯蔵されない点で、固有の安全性の利点を有する。更に、その系は、湿式又は乾式スクラバーに等しく適用可能でありかつ現行の排出制御系に最少の変更又は添加で組み込むことができる点で、融通性がある。

発明の特徴をなす新規性の種々の特徴を、特にこの開示の一部を形成する特許請求の範囲に示す。発明、その作用上の利点及びその使用によって達成される特定の利点を一層良く理解するために、発明の好適な実施態様を例示する添付図面及び記述事項を参照すること。

図面全体を参照すると、同様の参照番号は、いくつかの図面全体にわたって同じ又は機能上同様の要素を表し、特に図１を参照すると、図１は、全体を１０と表示する、電力の発生におけるユーティリティによって使用されるタイプの石炭で動かすユーティリティボイラー設備を例示し、かかる設備は、本発明が適用し得る工業プロセスの内の一つのタイプを表す。本発明は、最も広い態様では、化石燃料又は固体廃棄物を燃焼する間に発生される煙道ガスから水銀を、硫化水素ガス及び／又は水性スルフィド種を使用することによって除く方法を含む。上述した石炭で動かすユーティリティボイラー設備は、ほんの一例であり、本発明の方法は、初めにそのような化石燃料を燃焼するそのようなユーティリティボイラー設備によって生成される煙道ガスから水銀を除くことに商業上の用途を見出しそうであるが、そのような煙道ガスを精製するために吸収装置モジュールの湿式スクラバータイプを使用する任意の工業プロセスが利点を受け得るのはもちろんである。そのようなプロセスは、焼却プラント、ごみのエネルギー転化プラント、又は水銀を含有するガス状生成物を発生するその他の工業プロセスを含むことができる。これより、便宜上、工業ガス、煙道ガス又は簡単にガスなる用語は、下記の検討において、工業プロセスからのガス及び水銀のような好ましくない成分を除くべき任意のガスを言うのに用いることになる。

以下に記載する通りに、本発明の代わりの実施態様は、乾式スクラバー煙道ガス脱硫系によって処理する工業ガスに硫化水素ガス及び／又は水性スルフィドを加える方法及び装置を含む。すなわち、下記の記載の大部分は、本発明の関係において湿式スクラバーに適用するとして提示するが、本発明がそれに限定しないことは認められるものと思う。更に、湿式スクラバー及び乾式スクラバーは、共にアルカリ収着剤を導入することによって煙道ガスから硫黄種を除くので、ある種の一般技術を便宜上適当として用いることができる。湿式スクラバーの場合、アルカリ収着剤を水性アルカリ溶液又はスラリーとして供することができ；乾式スクラバーでは、アルカリ収着剤を水性アルカリスラリーとして供するのが普通である。これより、下記の記載において便宜上、水性アルカリ試薬なる用語は、水性アルカリ溶液及び／又は水性アルカリスラリーの両方を使用するスクラバー手段のタイプに適当として包含するのに用いることになる。

図１に例示しかつ燃焼プロセスの間発生される煙道ガス流れの方向に進行する通りに、ボイラー設備１０は、煙道ガスを空気加熱器１８に運ぶガス出口１４を有する全体を１６と表示する炉１２を含む。空気加熱器１８は、流入する空気を燃焼させるために予熱するのに使用する。微粉砕機２２は、化石燃料２４（例えば、石炭）を所望する粉末度に粉砕し、微粉砕された石炭２４をバーナー２５を経て炉１２の中に運び、そこで石炭２４を燃やして、スチームタービン−発電機（図示せず）が使用するためのスチームを発生するのに用いる熱を放出させる。燃焼プロセスによって生成された煙道ガス１６をガス出口１４を通して空気加熱器１８に運び、そこから種々のタイプの下流の煙道ガスクリーンアップ装置に運ぶ。煙道ガスクリーンアップ装置は、煙道ガス１６から微粒子を除く布フィルター又は図示された電気集塵装置（ＥＳＰ）２６を含んでよい。ＥＳＰ２６の下流の煙道２８は、煙道ガス１６を湿式スクラバー吸収装置モジュール３０に運ぶ。該モジュール３０は、二酸化硫黄及びその他の汚染物を煙道ガス１６から除くのに使用する。湿式スクラバー吸収塔モジュール又は簡単に湿式スクラバー３０から出る煙道ガス１６を煙突３２に運んで大気に排出する。押込ファン３４及び誘引ファン３６を使用して空気２０、燃料２４及び、煙道ガス１６を設備１０を通して推進させる。そのような設備１０の種々の態様のそれ以上の詳細については、「ＳＴＥＡＭその発生及び使用(STEAM its generation and use)」、第４版、編集者Stultz and Kitto, 著作権１９９２年 Bobcock & Wilcox Company、特に３５章−二酸化硫黄制御（その章の本文を援用する）を参照のこと。上述のＳＴＥＡＭ参考文献は、Bobcock & Wilcox 社(B&W)により製造された湿式スクラバー３０の一形態の記載を載せており、これに本発明は応用可能であるが、本発明は、そのようなB&W湿式スクラバーデザインに限定しない。当業者ならば、本発明の原理が他の製造者から入手可能な他のタイプの湿式（及び下記の通りに、乾式）スクラバーデザインに等しく良好に適用することを認めるものと思う。

湿式スクラバー３０は、その下部部分に、スクラバー液３８の残留量（インベントリー）を収容する。湿式スクラバー３０の作動中に、循環ポンプ４０は、スクラバー液３８をパイプ４２を通して移送しかつ循環させて湿式スクラバー１４の上部部分に位置させた吸収装置スプレーヘッダー４４中に入れる。スクラバー液３８を煙道ガス１６中にスプレーしてＳＯ₂を吸収させる。スクラバー液３８は、種々の装置を通って落下し、流れて湿式スクラバー３０の下部部分に戻る。洗浄された煙道ガス１６は、次いで湿式スクラバー出口４６から出て、終局的に煙突３２に運ばれる。

今特に図２を参照すると、本発明に従う水銀を除くために少量のＨ₂Ｓを煙道ガス中に注入する方法を達成するための形の実施態様を図示する。全体を５０と呼ぶＨ₂Ｓ発生系を設置し、これは、硫化ナトリウム及び／又は硫化カリウムを含む液体セクション５４及び空気とＨ₂Ｓとを混合するガスセクション５２を含む良く攪拌されるタンクを含み、空気とＨ₂Ｓとの混合物７４を以下に記載する注入装置７６に移送する。タンク５１内のＨ₂Ｓ蒸気圧をｐＨによって調節する。タンク５１液溶液５４のｐＨは、タンク又は容器５８から塩酸又は硫酸（ＨＣｌ又はＨ₂ＳＯ₄）のような強い鉱酸５６を加えることにより、或はタンク又は容器８５から炭酸ナトリウム又は水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ又はＮａ₂ＣＯ₃）のようなアルカリ溶液５７を加えることによって調節する。酸を加えてｐＨを下げ、タンク５１内の蒸気圧を増大させる。アルカリを加えてｐＨを上げ、タンク５１内の蒸気圧を低下させる。発生されるＨ₂Ｓを直ぐに注入系７６に輸送する。これは、ガス状Ｈ₂Ｓを蓄積させないので、安全性の内在する特徴を有する。有利にはモーター６４及び２つの櫂６６を有する駆動される攪拌用シャフトを含む駆動又は混合手段は、タンクセクション５２及び５４を良く攪拌させ続ける。その結果、液域５４内の構成成分は良く混合されて所望する蒸気圧のＨ₂Ｓを生じ、空気６８と発生されるＨ₂Ｓとは、ガスセクション５２において良く混合される。ポンプ輸送手段６０は、鉱酸５６を管路６２を経てタンク５１に運び；ポンプ輸送手段６１は、アルカリ溶液５７を管路６３を経てタンク５１に運ぶ。管路６２及び６３における適した制御バルブを、必要とされる通りに使用して酸５６及びアルカリ５７の流れを調節する。

空気６８をファン（ブロワー又は圧縮機）手段７０によってタンク５１の上部セクション５２の中に供給してＨ₂Ｓと混合させる。タンク５１の上部セクションからの管路７２は、空気とＨ₂Ｓとの混合物７４を、Ｈ₂Ｓ−空気混合物７４を煙道ガス１６中に注入するための煙道２８における注入系７６に運ぶ。

硫化水素発生のレートは、酸添加のレートによって調節する。タンク５２の中に供する空気６８のレートは、ファン手段７０によって調節する。ファン手段７０は、空気６８を、Ｈ₂Ｓ−空気混合物７４を湿式スクラバー３０への入口７８において煙道ガス１６と急速に混合させるために必要な量及び圧力で供給する。

Ｈ₂Ｓ−空気混合系７６は、１つ又はそれ以上のパイプ７８を簡単なグリッドで配置させてなり、パイプ７８の各々には複数の開口８０を設置し、パイプ７８は、図３に示す通りに、煙道２８の幅Ｗ及び高さＨを横切って配置させることができる。代わりに、Ｈ₂Ｓ−空気混合系７６は、図４に示すような空気ホイル混合技術を組み込んだ一層複雑な構造を利用することができる。図４の系では、１つ又はそれ以上の空気ホイル８２を設置し、各々は、煙道ガス１６が空気ホイル８２を横切って流れる時にＨ₂Ｓ−空気混合物７４を煙道ガス１６の中に導入するための複数のスロット又は開口８４を有する。どちらの場合も、パイプ７８又は空気ホイル８２より先に流れる煙道ガス１６は、Ｈ₂Ｓ−空気混合物７４を捕え、それを湿式スクラバー３０に運んで煙道ガス１６中のＨ₂Ｓ含量を所望するレベル、好ましくは約０．０５〜１０ｐｐｍ、一層好ましくは２ｐｐｍ以下に増大させる。

図５は、パイロット規模の湿式スクラバーを使用して水銀を捕集する時に得られたテスト結果を示す。図５において、「WS Inlet」及び「WS Outlet」なる説明は、それぞれ湿式スクラバー３０の入口及び出口における状態を言う。左の２つの棒は、Ｈ₂Ｓを加えない場合の、湿式スクラバー入口及び出口における煙道ガス１６の元素状水銀含量のベースライン状態を表す。湿式スクラバー出口における元素状水銀の大きな増大は、前に注記した反応に従う湿式スクラバー３０内の酸化された水銀の化学的還元による。右の２つの棒は、Ｈ₂Ｓを濃度約２部／百万（２ｐｐｍ）で注入した時に達成される改良された性能を表す。示す通りに、酸化された水銀の元素状水銀への化学的還元は、完全に防がれた。

図７は、スルフィド含有液に関して用いるための湿式スクラバー３０の好適な実施態様の詳細な配置図である。湿式スクラバー３０は、スクラバー入口４５及びスクラバー出口４６を有する主室３００を含む。上記の通りに、主室３００は、スクラバー液３８の残留液を収容する下部部分を有し、スクラバー液３８は、主室３００から全体循環管路３０２によって吸収装置スプレーヘッダー４４中に循環する。全体循環管路３０２は、パイプ４２及び循環ポンプ４０を含んでよい。スクラバー液３８を収容する主室３００の下部部分は、空気をスクラバー液３８中に注入する手段、例えば空気スパージャー４１を含むことがよくある。空気スパージャー４１の使用は、スクラバー液３８内のＳＯ₂吸収の生成物を酸化させる。最後に、スクラバー液３８は、主室３００の下部部分を形成するバルク貯蔵容器に収容されてもよく（示す通り）、又は主室３００内のドレインに接続する別の滞留タンク及び循環管路３０２を含まれてもよい。

スルフィド含有塩を直接スクラバー液３８に加え、スプレーヘッダー４４を経て煙道ガス１６と混合してよい。更に、スルフィドイオン水溶液を直接循環ポンプ４０及び／又は全体循環管路３０２中に注入することによって、加えたスルフィド溶液は、主室３００内の煙道ガス１６に接触してそれを洗浄する前に、早期に酸化されることはない。最も好ましくは、スルフィドイオンは、スルフィディック排水、クラフト苛性液、クラフトカーボネート液、又は硫化カリウム、硫化ナトリウム、及び／又はチオアセトアミドを含有する水溶液によって供することができる。

代わりに、スルフィドイオン溶液を、循環管路３０２の循環ポンプ４０の上流に接続した分離したスルフィド貯蔵タンク３１０に加えてもよい。更に、計量ポンプ３１２を採用してスルフィドイオンの湿式スクラバー３０中への、一層特には循環管路３０２中への及び／又は循環管路３０２を通しての流れを調節してよい（循環管路３０２中へのスルフィドを調節するための計量ポンプ３１２を採用する系だけを示す）。スルフィドイオンの濃度及び／又は循環管路３０２中への及び／又は循環管路３０２を通しての流れのレートは、スクラバーの総括水銀除去能力の選択的調節を可能にする。これより、貯蔵タンク３１０及び／又は計量ポンプ３１２を用いるような協調制御系は、本発明の好適な実施態様である。スルフィド添加のレートは、スクラバーを通る煙道ガス流量に比例しなければならない。スクラバーに加えるスルフィドのほとんどは、気−液接触域において直ぐに溶液からＨ₂Ｓとしてストリップされることになる。あまりに多くのスルフィドを任意の瞬間に加えるならば、煙突の出口で煙道ガスから不快な臭いが出ることになる。従って、煙突を出るＨ₂Ｓ濃度を約２部／百万（ｐｐｍ）よりも低く制限することが望ましい。

スクラバーを出る煙道ガス１６中のＨ₂Ｓ濃度を約２ｐｐｍ以下に制限するには、スルフィド添加の最大レートは、約８×１０^-5グラムモル／処理される煙道ガスＭ³よりも小さくしなければならない。典型的な１００メガワットスクラバーモジュールは、約８×１０³Ｍ³／分の煙道ガスを処理する。そのようなモジュールについて、最大スルフィド添加レートは、（８×１０^-5）×（８×１０³）、又は０．６４グラムモル／分になろう。２モル濃度の硫化ナトリウムを使用するならば、供給量は、０．３２リットル／分になろう。これらの数字は、単に例示であり、この出願中に開示する原理の制限を何ら表すものでないことは理解される。

作動中、煙道ガス１６は、入口４５から主室３００の中に流れる。循環管路３０２に加えるスルフィドイオンは、スプレーヘッダー４４にスルフィドイオン及びスクラバー液３８を煙道ガス１６と混合させることを可能にする。この接触は、水銀を除く上記の化学反応を開始させる。煙道ガスは、次いで出口４６を通って煙突３２の中に流れる。沈殿された水銀は、スクラバー液３８中に残り、次に当業者に知られている種々の方法によって除いて処分することができる。

先に記載する通りにかつ図６に例示する通りに、本発明は、また、乾式スクラバーを煙道ガス脱硫用に採用する燃焼系に適用可能である。再び、同様の参照番号は、同じ又は機能上同様の部分を表す。燃焼プロセスによって生成された煙道ガス１６をガス出口１４を通して空気加熱器１８に運び、そこから種々のタイプの下流の煙道ガスクリーンアップ装置に運ぶ。煙道２８は、煙道ガス１６を乾式スクラバー吸収装置モジュール１５０に運ぶ。該モジュールは、二酸化硫黄及びその他の汚染物を煙道ガス１６から除くのに使用する。乾式スクラバー１５０から出る煙道ガス１６を煙道ガス１６から微粒子を除く布フィルター又は示す通りに電気集塵装置（ＥＳＰ）２６に運び、次いで煙突３２に運んで大気に排出する。図１に示す通りに、前の通りにして押込ファン３４及び誘引ファン３６（図６に示さない）を使用して空気２０、燃料２４及び、煙道ガス１６を設備１０を通して推進させる。

硫化水素ガスを用いる通りの本発明の利点は、本発明に従う水銀排出を制御するコストが、その他の危険な空気汚染物を制御するためのコストに比べて相対的に有意であることを含む。更に、要求するＨ₂Ｓの量は、閾値臭気レベルよりも低いはずである。図２に示す通りの系のコスト及び運転費は、今日提案されているいずれの他の系に比べて相当に低いはずである。本発明の好適な実施態様に従えば、Ｈ₂Ｓを発生させるのに用いる硫化ナトリウムの一つの源が、クラフトパルプ及び製紙工業において使用されかつパルプ及び製紙会社から容易に入手し得る中間の化学製品薬品である未処理液を含むことができる。当業者に知られている通りに、未処理液は、硫化ナトリウムと炭酸ナトリウムとの水性混合物からなる。未処理液は、取り扱いが比較的に容易かつ安全であり、広く入手し得るはずである。

硫化水素ガスを用いる通りの本発明に従えば、煙道ガス１６中の水銀は、最後には硫化第二水銀（また、辰砂としても知られている）となる。これは、水銀が自然において最もしばしば見出される化学形態でありかつおそらく水銀を封鎖する最も望ましい化学形態である。この形態の水銀の多くは、スクラバースラリー中に微細な粒状物として存在し、そのため、石膏結晶から水銀の多くを分離することが可能である。

図８は、スルフィド含有液に関して用いるための乾式スクラバー１５０の好適な実施態様の詳細な配置図である。乾式スクラバー１５０は、スプレーヘッダー４４、スクラバー入口４４５及びスクラバー出口４４６を有する主室４００を含む。取り分け、スクラバー液３８は、バルク貯蔵容器４０１に収容してよく、第一供給管路４０２ａによって主室４００に供給することができる。供給管路４０２ａは、スクラバー液供給ポンプ４４０を収容してよい。

スルフィド含有塩を直接容器４４０内のスクラバー液３８に加え、第一供給管路４０２ａを経て主室４００にポンプ輸送し、スプレーヘッダー４４を経て煙道ガス１６と混合してよい。最も好ましくは、スルフィドイオンは、スルフィディック排水、クラフト苛性液、クラフトカーボネート液、又は硫化カリウム、硫化ナトリウム、及び／又はチオアセトアミドを含有する水溶液によって供することができる。

代わりに、スルフィドイオン溶液を、分離したスルフィド貯蔵タンク４１０に加えてスプレーヘッダー４４を経て主室４００中に導入してもよい。タンク４１０を第二供給管路４０２ｂに接続する。更に又は代わりに、計量ポンプ４１２を採用してスルフィドイオンの乾式スクラバー１５０中への、一層特には第一供給管路４０２ａ及び／又はバルク貯蔵容器４０１中への流れを調節してよい（供給管路４０２ａを調節するための計量ポンプ４１２を採用する系だけを示す）。スルフィドイオンの濃度及び／又は供給管路４０２ａ及び／又は４０２ｂ中への及び／又は供給管路４０２ａ及び／又は４０２ｂを通しての流れのレートは、スクラバーの総括水銀除去能力の選択的調節を可能にする。これより、貯蔵タンク４１０及び／又は計量ポンプ４１２を用いるような協調制御系は、本発明の好適な実施態様である。しかし、ガスに供するスルフィドイオンの調節は、また、水性スルフィドイオンをスクラバー系中に、バルブ、口、またはその他の注入手段により或は別の系（すなわち、室、貯蔵手段、スプレーヘッダー、及び／又は循環管路）によって周期的に及び／又は手動で加えることによって達成してもよい。

作動中、煙道ガス１６は、入口４４５から主室４００の中に入る。供給管路４０２ａ及び／又はバルク貯蔵容器４０１に加えるスルフィドイオンは、スプレーヘッダー４４にスルフィドイオン及びスクラバー液３８を煙道ガス１６と混合させることを可能にする。この接触は、水銀を除く上記の化学反応を開始させる。煙道ガスは、次いで出口４４６を通って煙突３２の中に流れる。沈殿された水銀は、スクラバー１５０の乾燥された固体生成物中に残り、次に当業者に知られている種々の方法によって除いて処分することができる。

スルフィド含有液を用いる場合の本発明の利点は、本発明に従う水銀排出を制御するコストが、その他の危険な空気汚染物を制御するためのコストに比べて相対的に有意であることを含む。更に、水性スルフィドイオンの使用は、現行の排出制御系に最少の変更又は添加で組み入れることができる。最も有意には、水性スルフィドイオンの使用は、硫化水素ガスのような入手し得る毒性ガスを生成又は有する必要を排除する。そのような毒性ガスは、水性アルカリ試薬によって酸化された水銀を含有する工業ガスと混合する時に、煙道ガスから水銀を除く別の方法になり得る。また、水性スルフィドイオンは、スクラバーの効率を増進させ又は特定の結果を達成するために、主洗浄液インベントリー中に特定の所望するレートで容易に計量しながら供給することができる。

スルフィド含有塩を用いる場合の本発明では、煙道ガス１６中の水銀は、最後には硫化第二水銀（また、辰砂としても知られている）となる。これは、水銀が自然において最もしばしば見出される化学形態でありかつおそらく水銀を封鎖する最も望ましい化学形態である。

本発明の特定の実施態様を詳細に示し及び記載して本発明の原理の適用を例示したが、発明は、そのような原理から逸脱しないで他の方法で具体化することができることは理解されよう。例かつ限定しないものとして、本発明の原理を特に化石燃料で動かすボイラー設備に適用し得るとして説明したが、当業者ならば、本発明を、ごみ焼却炉、ごみボイラー、有害な廃棄物焼却炉、又は鉱石焙焼炉から発生される煙道ガスから水銀を除くのに用いることができることを認めるものと思う。

電力の発生におけるユーティリティによって使用されるタイプの石炭で動かすユーティリティボイラー設備に適用する通りの本発明の図解である。 特に図１の湿式スクラバーに適用する通りの本発明に従う硫化水素Ｈ₂Ｓ発生系の図解である。 本発明に従う水銀を除くためにＨ₂Ｓを煙道ガス中に注入する系の一実施態様を例示する、図２における円で囲んだ拡大した部分図である。 本発明に従う水銀を除くためにＨ₂Ｓを煙道ガス中に注入する系の別の実施態様を例示する、図２における円で囲んだ拡大した部分図である。 Ｈ₂Ｓ注入を用いない場合の性能をＨ₂Ｓ注入を用いる場合の性能に比べるテストの結果を例示するチャートである。 乾式スクラバー煙道ガス脱硫系を採用する電力の発生におけるユーティリティによって使用されるタイプの石炭で動かすユーティリティボイラー設備に適用する通りの本発明の図解である。 本発明についての湿式スクラバーの水性スルフィド実施態様の好適な実施態様の略図解である。 本発明についての乾式スクラバーの水性スルフィド実施態様の好適な実施態様の略図解である。

符号の説明

２８ 煙道
３８ スクラバー液
４０ 循環ポンプ
４４ スプレーヘッダー
８４ 開口
３００ 主室
３１２ 計量ポンプ

Claims (11)

1. 酸化された水銀を含有する工業ガスを受け入れて水性アルカリ試薬で洗浄するためのスクラバー液を有するスクラバーを使用する方法において、スクラバーにおいて水性スルフィド種を工業ガスに加えかつ工業ガスを洗浄することを含むことを特徴とする方法。
2. 水性スルフィド種を、スルフィドイオン及びヒドロスルフィドイオンを発生することができる水性スルフィド塩の内の少なくとも一種から選ぶ請求項１の方法。
3. 水性スルフィド塩を、スルフィディック排水、クラフト苛性液、クラフトカーボネート液、硫化カリウム、硫化ナトリウム、及びチオアセトアミドの内の少なくとも一種から選ぶ請求項２の方法。
4. 更に、水性スルフィド塩をスクラバー液に加える工程を含む請求項１の方法。
5. スクラバーが湿式又は乾式スクラバーであり、かつ更に、工業ガスを集塵装置を通して運んで工業ガスから微粒子を除き、次いで工業ガスを湿式又は乾式スクラバーに供給する工程を含む請求項１の方法。
6. 集塵装置が、布フィルター及び電気集塵装置の内の一つである請求項５の方法。
7. 水銀を含有する工業ガスを受け入れて工業ガスを水性アルカリ試薬で洗浄するためのスクラバー液を有するスクラバーを使用する装置において、
   スルフィドイオンを工業ガスに供しかつスクラバーにおいて工業ガスに供給したスルフィドイオンを調節する手段
   を含むことを特徴とする装置。
8. 水銀を含有する工業ガスを受け入れて水性アルカリ試薬で洗浄するための装置であって：
   工業ガスを水性アルカリ試薬で洗浄するためのスクラバー液を有するスクラバー；
   工業ガスをスクラバーに運ぶ煙道手段；
   スルフィドイオンを工業ガスに供する手段；及び
   工業ガスに供するスルフィドイオンを調節する手段
   を含む装置。
9. スクラバーが乾式又は湿式スクラバーである請求項８の装置。
10. スルフィドイオンを提供する手段をスクラバー液に加える請求項８の装置。
11. スルフィドイオンを調節する手段をスクラバーに接続し、該手段が制御される計量用ポンプを分離されたスルフィドイオン貯蔵タンクに接続させて含む請求項８の装置。

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