TW201200230A - Reduction of mercury emissions from cement plants - Google Patents

Description

201200230 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及來自水泥廠的汞排放的減少。 【先前技術】 對於美國的汞排放來源的硏究已經導致將水泥生產設 施認定爲汞的顯著的排放來源。目前，水泥廠是美國的第 四大汞排放來源。美國環境保護局（EPA)已經提出爲了限制 來自水泥廠的汞排放的規章。所提出的規章闡明了對來自 現有的水泥廠的汞排放的第一限制（first limit)並且加強了 對新廠的限制。所提出的規章將對現有來源的汞排放的限 制設定在每百萬噸進料26磅汞（〜13kg/百萬噸）或每百萬 噸所產生的渣塊43磅汞（〜21.5 kg/百萬噸）》對於新水泥 廠，汞排放限制是每百萬噸所產生的渣塊1 4磅汞（〜7.0kg/ 百萬噸）。所提出的規章定爲在2013年生效。EPA估計， 當規章被全面實施時，每年來自水泥廠的汞排放將被減少 至少8 1 %。 已知活性炭可以被注入含有汞蒸氣的氣體流中。當汞 蒸氣接觸活性炭顆粒時，汞被活性炭顆粒捕獲和保持。然 後，顆粒被微粒收集裝置，例如靜電沉降器或袋式除塵器 過濾器（baghouse filter)收集。 用於減少來自水泥廠的汞排放的相對便宜但有效的方 式是令人相當期望的。 【發明内容】 本發明提供以低成本減少汞的排放的方法。本文提供 201200230 的方法可以被容易地結合入現有的水泥廠中，而不需要大 範圍的重新配置。 本發明的一個實施例是用於減少來自水泥廠的汞排放 的方法，水泥廠至少包括微粒收集裝置和包括一個或多個 預熱器旋風除麈器（preheater cyclone)的預熱器塔》方法包 括將粉煤注入所述水泥廠的至少一個預熱器旋風除塵器 中。 從隨後的說明、圖式和所附的申請專利範圍，本發明 的這些和其他實施例以及特徵將更明顯。 【實施方式】 水泥廠的配置不同，但是具有若干共有的特徵。第1 圖顯示出展現出相關部分的普遍使用之水泥廠配置。在具 有原料磨和預熱器塔的水泥廠中，來自原料磨2 (生料磨） 的材料被供入預熱器塔 4[(有時被稱爲預煅燒器塔 (precalciner tower)]的頂部並且從預熱器塔4進入黛6中。 渣塊（clinker)在窯中產生，並從窯排出。氣體流8a從窯6 離開。氣體流8a進入預熱器塔4的底部並且從預熱器塔4 的頂部離開。然後，氣體流8 b被冷卻，這通常使用水’經 常在增濕塔中。當生料磨2正在運行時’冷卻的氣體流8b 被循環至生料磨2;當生料磨不在運行時’冷卻的氣體流 8 b代替地行進至微粒收集裝置1 〇。在經過微粒收集裝置 1 〇之後，氣體流8 c藉由穿過煙囪1 2離開水泥廠。對於被 微粒收集裝置1〇收集的微粒的再循環來說’顯示出三個用 於微粒離開的管線3 0 ;還顯示出用於微粒返回至預熱器塔 -4- 201200230 4的再循環管線32。 圖式非意圖限制本發明。例如，本發明適用 原料磨的水泥廠以及具有原料磨的水泥廠。 在本發明的實施例中，粉煤可以來自水泥廠 源。或者’粉煤可以來自煤袋式除塵器，如果煤 被就地粉碎的話。 在本發明的方法中，粉煤被注入組成預熱器 或多個預熱器旋風除塵器中。所推薦的注入位 型、煤粒度、煤的揮發物和濕氣含量、氧氣水準 化。例如’在預熱器塔的高溫區（在約40(TC至約 範圍內）中，細顆粒的煤的濕氣和揮發物被釋放， 的氣孔和更大的表面積在細顆粒的煤中形成。 第2圖顯示出水泥廠的典型的預熱器塔。預 包括一個或多個預熱器旋風除塵器26，也被稱爲 除塵器。在預熱器塔中通常具有一系列的若干預 除塵器，通常三個至約七個預熱器旋風除塵器。 示出組成預熱器塔4的一系列預熱器旋風除塵器 文描述的，粉煤可以被注入一個或多個預熱器旋 中；用於粉煤的注入的較佳旋風除塵器取決於被 的特徵。 第3圖顯示出水泥廠的典型的預熱器旋風除 箭頭28表示用於粉煤進入預熱器旋風除塵器26 的注入位置。 較佳的操作方式是，將水注入水泥廠的至少 於不具有 的外部來 在水泥廠 塔的一個 置隨煤類 等等而變 8 00°C 的 並且更多 熱器塔4 微粒旋風 熱器旋風 第2圖顯 2 6。如上 風除塵器 注入的煤 塵器26。 中的可能 一個預熱 201200230 器旋風除塵器中，使得粉煤至少部分地經歷蒸汽活化。較 佳地，水隨粉煤被注入；更佳地，將粉煤與水混合，並且 將水和粉煤的混合物注入。 在本發明的實施中，汞排放的減少採用粉煤。不希望 被理論束縛地，據信粉煤與汞和/或含汞化合物接觸，然後 汞和/或含汞化合物被粉煤吸收。粉煤的細顆粒從預熱器塔 中的注入位置行進經過預熱器旋風除塵器的氣體流排氣 口，並且在水泥廠的微粒收集裝置中與其他微粒一起被收 集。從微粒收集裝置，粉煤（以及所收集的其他微粒）可以 被再循環經過工廠。在這樣的再循環中，微粒通常首先被 傳送至預熱器塔。 注意到，粉煤包括各種大小的顆粒。在預熱器塔中， 細微粒隨氣體流從預熱器塔流出並且最終流動至微粒收集 裝置。煤的大尺寸顆粒從預熱器塔行進出來進入窯；窯中 的條件破壞煤的吸收性能，使得其不再能夠吸收汞。隨氣 體流行進的細顆粒和代替地進入窯的大尺寸顆粒之間的界 限取決於若干變數，包括氣體流的速度、預熱器旋風除塵 器中的條件等等。 在某些情況下，微粒，包括粉煤，被循環至水泥製造 過程。作爲循環的一部分，粉煤返回至預熱器塔。當煤進 入預熱器塔時，被粉煤吸收的汞將被從煤釋放。所釋放的 汞可以在之後之微粒收集裝置中被再捕獲。 低水準的溴化已經被觀察到提高了活性碳吸附劑的汞 除去性能；此可參閱美國專利第6,9 5 3，494號。較佳地，將 201200230 有效量的含溴物質與粉煤接觸足以提高粉煤吸附汞和含汞 化合物的能力的時間。注入一定量的含溴物質以在粉煤上 提供約1 w t %的溴是推薦的，儘管注入足以向粉煤提供約 5 w t %溴的含溴物質被預期獲得更好的汞吸收並且可以是 較佳的。注入足以向粉煤提供約1 5 w t %溴的含溴物質通常 被預期產生更有力的汞吸附劑，但是某些量的溴在某些環 境下可以從粉煤逸出的可能性更大。更大的溴化度通常與 對於具體的吸附劑來說的更大的最大汞容量相關。.然而， 與粉煤結合的含溴物質的最佳水準隨具體的條件變化。 合適的含溴物質包括溶解的金屬溴化物，特別是K+、 N a +或Ν Η 4 +的溴化物；鹵化氣鹽；元素溴和溴化氫。較佳 的含溴物質是元素溴（Br2)和/或溴化氫（HBr);較佳地，元 素溴和/或溴化氫在與粉煤接觸時是以氣態形式。粉煤和含 溴物質的這樣的接觸顯著地提高了粉煤的吸收汞和含汞化 合物的能力。 含溴物質和粉煤的接觸可以在粉煤的引入期間或之後 的任何時間發生。 在說明書或其申請專利範圍中的任何地方，藉由化學 名稱或化學式提及的成分，無論是以單數還是以複數提 及，都被視爲它們在與藉由化學名稱或化學類型提及的另 一種物質（例如另一種成分、溶劑或等等）接觸之前就存 在。重要的不是在所得到的混合物或溶液中發生什麼化學 變化、轉化和/或反應（如果存在的話），因爲這樣的變化、 轉化和/或反應是在按照本公開內容所要求的條件下將指 201200230 定的成分放在一起的自然結果。因此，成分被視爲與進行 期望的操作或形成期望的組合物有關的將被放在_起的成 分。 本發明可以包括本文列舉的材料及/或方法、由本文列 舉的材料及/或方法組成或基本上由本文列舉的材料及/或 方法組成。 如本文所使用的，修飾本發明的組合物中的成分的量 或在本發明的方法中採用的術語「約」是指可以例如藉由 用於在現實中製造濃縮物或使用溶液的典型的測量和液體 處理方法；藉由這些方法中的由疏忽導致的錯誤 (inadvertent error);藉由用於製造組合物或執行方法的成 分的製造、來源或純度的不同；以及類似的，而發生的數 量的變化。術語「約」還包括由於由具體的初始的混合物 獲得的組合物的不同的平衡條件而不同的量。無論是否被 術語「約」修飾，申請專利範圍都包括量的等效物。 除了可通另外明確地表不之外，冠詞「一」（“a”或 “an”）’如果在本文中使用以及如本文所使用的，非意圖將 說明書或申請專利範圍限制於冠詞所指的單一要素，並且 不應當被解釋爲將說明書或申請專利範圍限制於冠詞所指 的單一要素。相反地，冠詞“ 一 ”（ “ a ”或“ a η ”），如果在本文 中使用以及如本文所使用的，意在包括一個或多個這樣的 要素，除非本文明確地另外表示。 本發明在其實施中容許很多變化。因此，上述的描述 非意圖將本發明限制於上文提出的具體的實施例.，並且不 201200230 應當被解釋爲將本發明限制於上文提出的具體的實施例。 【圖式簡單說明】 第1圖是普遍使用的水泥廠配置的示意圖。 第2圖是水泥廠的典型的預熱器塔的示意圖。 第3圖是水泥廠的典型的預熱器旋風除塵器的示意 圖。 【主要元件符號說明】 2 原料磨 4 預熱器塔 6 窯 8a 氣體流 8b 氣體流 8 c 氣體流 10 微粒收集裝置 12 煙囪 26 預熱器旋風除塵器 28 箭頭 3 0 管線 32 再循環管線

Claims (1)

1. 201200230 七、申請專利範圍： 1 _ 一種用於減少來自水泥廠的汞排放的方法，所述水泥廠 至少包括微粒收集裝置和包括一個或多個預熱器旋風除 塵器的預熱器塔，所述方法包括將粉煤注入所述水泥廠 的至少一個預熱器旋風除塵器中。 2 ·如申請專利範圍第1項所述的方法，其中所述水泥廠還 包括煤袋式除塵器，並且其中所述粉煤來自所述水泥廠 的所述煤袋式除塵器。 3 ·如申請專利範圍第1項所述的方法，其中所述粉煤來自 所述水泥廠的外部來源。 4 ·如申請專利範圍第1項所述的方法，其中有效量的含溴 物質與所述粉煤接觸足以提高所述粉煤吸附汞和含汞化 合物的能力的時間，條件是當所述含溴物質是元素溴 時，所述粉煤在所述接觸之後不返回窯或所述預熱器塔。 5 .如申請專利範圍第4項所述的方法，其中所述含溴物質 在所述粉煤離開所述窯之後並且在所述微粒收集裝置之 前被注入。 6.如申請專利範圍第4項所述的方法，其中所述含漠物質 包括元素溴及/或溴化氫。 7 ·如申請專利範圍第1 - 6項中任一項所述的方法，還包括 將水隨所述粉煤注入。 8 ·如申請專利範圍7項所述的方法，其中所述粉煤與水混 合形成混合物，所述混合物被注入。 •10-