Método y aparato para separar mercurio a partir de gases de la combustión de combustibles sólidos.

Un método para separar mercurio de gas de combustión procedente de la combustión de carbón en unacaldera (18),

que comprende:

inyectar carbono activado en contacto con el gas de combustión en un lugar de contacto (66) aguas arriba de uncalentador de aire (22), en que una temperatura del gas de combustión está en el intervalo de 333,2ºC (600ºF) a426,7ºC (800ºF), tras lo cual el carbono activado adsorbe mercurio; y

separar el carbono activado que tiene mercurio adsorbido sobre el mismo en un lugar de recogida (24, 136) quecomprende un filtro de tejido o un precipitador electrostático (ESP) con un sistema de eliminación de cenizas, enque la temperatura del gas de combustión está en el intervalo de 104,4ºC (220ºF) a 187,8ºC (370ºF).

Método y aparato para separar mercurio a partir de gases de la combustión de combustibles sólidos

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un aparato y a un método para separar mercurio a partir de los productos de la combustión de combustibles sólidos, incluidos gases de combustión y, más particularmente, a un aparato y a un método para separar mercurio elemental o compuestos de mercurio a partir de los gases de combustión procedentes de la combustión de carbón.

El uso de carbono activado para la adsorción de vapor de mercurio ha sido demostrado con éxito en diversas aplicaciones tales como la incineración de residuos municipales. Sin embargo, existen importantes diferencias en la concentración de mercurio procedente de incineradores de residuos en comparación con centrales térmicas de carbón, siendo la concentración de las centrales térmicas de carbón de 10 a 100 veces menor. También, el mercurio procedente de incineradores de residuos se encuentra habitualmente en forma de cloruro de mercurio, mientras que el mercurio procedente de centrales térmicas de carbón se encuentra habitualmente en forma de mercurio elemental. Estas dos diferencias hacen más difícil separar el mercurio del gas de combustión procedente de una central térmica de carbón,

El factor de utilización para carbono activado está limitado por el tamaño de partículas relativamente grande y la pequeña superficie específica que limita la adsorción de mercurio. El utilizar carbono activado con un tamaño medio de partículas de aproximadamente 5 micras, con un tamaño máximo de aproximadamente 10 micras, mejoraría la eficacia de captura del mercurio, pero el almacenamiento, la manipulación, el transporte y la dispersión de estos artículos es extremadamente difícil. Como resultado, también es demasiado costoso el uso de carbono activado para la captura de mercurio en centrales térmicas de carbón. En aplicaciones de este tipo, la utilización del carbono activado es bastante baja, con una relación molar mínima de carbono a mercurio de 10.000 a 1.

Otra forma de carbono que ha sido propuesta para la captura de mercurio a partir de gases de combustión es el negro de carbono. El negro de carbono es una forma finamente dividida de carbono producida por la combustión o descomposición térmica incompleta de un combustible hidrocarbonado. A la forma más común de negro de carbono se la alude como negro de horno u hollín, la cual se prepara quemando gas natural o aceite de petróleo en un horno cerrado con aproximadamente el 50% del aire requerido para la combustión completa. La superficie específica externa del negro de carbono es aproximadamente 100 veces la del carbono activado. Esto podría resultar en una disminución importante de la relación molar C/Hg para la captura eficaz de mercurio en comparación con carbono activado. Dado que el precio del mercado del negro de carbono es similar al del carbono activado, existe el potencial de una importante reducción de costes.

La generación de negro de carbono para la captura de mercurio a partir de un incinerador de desechos se describe en la solicitud de patente internacional PCT/SE93/00163 (número de publicación internacional WO 93/20926) . Dicha generación se caracteriza por la combustión de un combustible con una deficiencia de oxígeno en un incinerador separado y la inyección del gas de combustión cargado de hollín en el gas de combustión procedente del incinerador de desechos. Sin embargo, la combustión deficiente en oxígeno conduce a la generación de otros contaminantes tales como monóxido de carbono e hidrocarburos no calcinados. Incluso si el gas de combustión procedente del generador de negro de carbono se inyectara aguas arriba de un dispositivo para la separación de gas ácido, tal como un depurador de gas de combustión, el monóxido de carbono y los hidrocarburos no calcinados no se destruirían ni separarían.

Otro problema con la aplicación de métodos basados en negro de carbono y en carbono activado de la técnica anterior para la captura de mercurio a partir de incineradores para la captura de mercurio a partir de centrales térmicas de carbón es que los incineradores de desechos tienen elevadas concentraciones de cloro, y el mercurio está presente en el gas de combustión, predominantemente en forma de cloruro de mercurio tal como se ha establecido previamente. En centrales térmicas de carbón el mercurio es habitualmente elemental. A pesar de que el negro de carbono y el carbono activado tienen una afinidad relativamente elevada por la adsorción de cloruro mercúrico, tienen una afinidad relativamente baja por la adsorción de mercurio elemental. Métodos de separación de mercurio, en que la separación de mercurio tiene lugar a bajas temperaturas, se describen también en los documentos US 6.521.021 B y EP 1275430 A.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

Un objeto de la presente invención consiste en proporcionar un método para la captura de mercurio a partir de una central térmica de carbón con un adsorbente carbonáceo sin emitir contaminantes generados en la producción del adsorbente carbonáceo. La invención implica producir el adsorbente carbonáceo y eliminar contaminantes que puedan generarse durante su producción. La invención también puede implicar el tratamiento del adsorbente carbonáceo para potenciar la captura de mercurio elemental.

De acuerdo con un aspecto de la presente invención, se proporciona un aparato para separar mercurio a partir de los productos de la conversión de combustibles, que incluye medios para separar una tanda iniciadora de adsorbente carbonáceo en una tanda de contacto de adsorbente carbonáceo y una tanda retenida de adsorbente carbonáceo, teniendo la tanda de contacto de adsorbente carbonáceo una distribución del tamaño de partículas de adsorbente carbonáceo de d50 < 15 micras, en que d50 representa el 50% de las partículas en masa en la distribución completa en la tanda de contacto, siendo la distribución del tamaño de partículas de adsorbente carbonáceo en la tanda de contacto después de la separación menor que la distribución del tamaño de partículas de adsorbente carbonáceo en la tanda iniciadora antes de la separación y menor que la distribución en tamaño de partículas de adsorbente carbonáceo en la tanda retenida, y medios para poner a la tanda de contacto de adsorbente carbonáceo en contacto con los productos de la conversión de combustible en un lugar de contacto de modo que el adsorbente carbonáceo de la tanda de contacto adsorba mercurio.

Adicionalmente, en un aspecto de la presente invención, el aparato incluye, además, medios de transporte para transportar adsorbente carbonáceo de la tanda de contacto al lugar de contacto de una manera en la que, por término medio, al menos noventa por ciento (90%) del adsorbente carbonáceo de la tanda de contacto es suministrado al lugar de contacto en menos de treinta (30) minutos después de la conversión del adsorbente carbonáceo de la tanda iniciadora en el adsorbente carbonáceo de la tanda de contacto y el adsorbente carbonáceo de la tanda retenida, en donde el adsorbente carbonáceo de la tanda de contacto se dispone en contacto con los productos de la conversión de combustible en el lugar de contacto, esencialmente sin ningún almacenamiento intermedio del adsorbente carbonáceo después de la conversión del adsorbente carbonáceo de la tanda iniciadora en el adsorbente carbonáceo de la tanda de contacto y el adsorbente carbonáceo de la tanda retenida. También, el aparato incluye preferiblemente medios para separar adsorbente carbonáceo que tiene absorbido mercurio a partir de los productos de la conversión de combustible.

Con respecto a una característica adicional del aparato de la presente invención, los medios para separar una tanda iniciadora de adsorbente carbonáceo incluyen medios reductores del tamaño de las partículas para reducir el tamaño de las partículas de adsorbente carbonáceo desde un tamaño de partículas toscas, relativamente grande, a un tamaño de partículas finas, relativamente pequeño. Con respecto a otra característica adicional del aparato de la presente invención, los medios para separar una tanda iniciadora de adsorbente carbonáceo pueden hacerse funcionar para crear una tanda de contacto de adsorbente carbonáceo con una distribución del tamaño de partículas primarias de adsorbente carbonáceo de d50 < 8 micras, en que d50 representa el 50% de las partículas en masa en la distribución completa en la tanda de contacto.

Alternativamente, con respecto todavía a otra característica adicional del aparato de la presente invención, los medios para separar una tanda iniciadora de adsorbente carbonáceo pueden hacerse... [Seguir leyendo]

1. Un método para separar mercurio de gas de combustión procedente de la combustión de carbón en una caldera (18) , que comprende:

inyectar carbono activado en contacto con el gas de combustión en un lugar de contacto (66) aguas arriba de un calentador de aire (22) , en que una temperatura del gas de combustión está en el intervalo de 333, 2ºC (600ºF) a 426, 7ºC (800ºF) , tras lo cual el carbono activado adsorbe mercurio; y separar el carbono activado que tiene mercurio adsorbido sobre el mismo en un lugar de recogida (24, 136) que comprende un filtro de tejido o un precipitador electrostático (ESP) con un sistema de eliminación de cenizas, en que la temperatura del gas de combustión está en el intervalo de 104, 4ºC (220ºF) a 187, 8ºC (370ºF) .

2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende, además, poner en contacto al menos una de una especie de halógeno y un agente oxidante, a saber, ácido nítrico concentrado, con el carbono activado antes de inyectar el carbono activado en contacto con el gas de combustión.

1.

3. El método de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en el que el carbono activado adsorbe al menos uno de mercurio elemental y compuestos de mercurio a partir de los gases de combustión.

4. El método de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, que comprende además:

desaglomerar una tanda de contacto del carbono activado en un dispositivo de separación (34) y transportar (64) la tanda de contacto desde el dispositivo de separación (34) al lugar de contacto (66) sin almacenamiento intermedio antes de la inyección.

5. El método de acuerdo con la reivindicación 4, en el que el dispositivo de separación (34) reduce el tamaño del 25 carbono activado en la tanda de contacto a un tamaño mediano de partícula (d50) menor que 15 micras, en que d50 representa el 50% de las partículas en masa en la distribución completa en la tanda de contacto.