Система и способ защиты scr-катализатора и регулирование множественных выбросов

Система и способ защиты scr-катализатора и регулирование множественных выбросов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится, в целом, к области аппаратуры для регулирования выбросов, предназначенной для котлов, нагревателей, печей или других устройств, производящих дымовой газ, или газ сгорания (например, устройств, находящихся на энергетических установках, переработочных установках и т.д.) и, в частности, к новому и полезному способу и аппарату для уменьшения или предотвращения отравления и/или загрязнения SCR-катализатора. В другом варианте осуществления способ и аппарат настоящего изобретения предназначены для защиты SCR-катализатора.

Уровень техники

С помощью NO_x обозначают суммарные выбросы оксида азота (NO), диоксида азота (NO₂) и следовых количеств других типов азотоксидных соединений, образующихся при горении. Сжигание какого-либо ископаемого топлива создает определенный уровень NO_x по причине высоких температур и присутствия кислорода и азота как из воздуха, так и из топлива. Выбросы NO_x можно регулировать с использованием технологии сжигания с низким NO_x и методов, применяемых после горения. Один из таких методов после горения включает в себя системы селективного каталитического восстановления (SCR), в которых катализатор облегчает химическую реакцию между NO_x и реагентом (обычно аммиаком), в результате чего образуются молекулярный азот и водяной пар.

SCR-технология используется во всем мире для регулирования выбросов NO_x из источников горения. Эта технология широко используется в Японии для контроля NO_x из энергокотлов с конца 1970-ых годов, в Германии с конца 1980-ых годов и в США с 1990-ых годов. SCR-устройства в промышленном масштабе предназначаются для работы главным образом в температурном диапазоне от 260 до 480°C (500°F to 900°F), но чаще всего в диапазоне от 288 до 400°C (550°F to 750°F). SCR-устройства предназначены, как правило, для обеспечения заданной эффективности восстановления NO_x при максимально допустимом проскоке аммиака. Проскок аммиака означает концентрацию, выражаемую в объемных частях на миллион непрореагировавшего аммиака, выходящего из SCR-устройства.

В отношении дополнительных деталей, касающихся технологий удаления NO_x, используемых на промышленных энергетических установках, читатель отсылается к работе Steam/its generation and use (водяной пар, его генерирование и применение), 41^st Edition, Kitto and Stultz, Eds., Copyright 2005, The Babcock & Wilcox Company, Barberton, Огайо, США., в частности Chapter 34 - Nitrogen Oxides Control, текст которой полностью включен в настоящую заявку посредством ссылки.

В законодательных актах, выпущенных ЕРА (Управление по охране окружающей среды), обещается увеличение доли энергокотлов, оборудованных SCR-устройствами. SCR-устройства обычно рассчитываются на максимальную эффективность порядка 90%. Этот предел устанавливается не на основании каких-либо теоретических пределов в отношении способности SCR-устройств достигать более высоких уровней разрушения NO_x. Скорее это практический предел, устанавливаемый для предотвращения избыточных уровней проскока аммиака. Эта проблема объясняется следующим образом.

В SCR-устройстве аммиак реагирует с NO_x согласно одному или более из следующих стехиометрических реакций (а)-(d):

4 N O + 4 N H 3 + O 2 → 4 H 2 + 6 H 2 O         ( a )

12 N O 2 + 12 N H 3 → 12 N 2 + 18 H 2 O + 3 O 2       ( b )

2 N O 2 + 4 N H 3 + O 2 → 3 N 2 + 6 H 2 O               ( c )

N O + N O 2 + 2 N H 3 → 2 N 2 + 3 H 2 O             ( d )

Указанные выше каталитические реакции протекают при использовании подходящего катализатора. Подходящие катализаторы обсуждаются, например, в патентах Соединенных штатов №№5540897, 5567394 и 5585081 (Chu et al.), все из которых полностью включены в настоящую заявку посредством ссылки. Составы катализаторов обычно относятся к одной из трех категорий: базовый металл, цеолит и драгоценный металл.

В катализаторах на основе базового металла используется оксид титана с небольшими количествами ванадия, молибдена, вольфрама или комбинации из нескольких других химических агентов. Катализаторы на основе базового металла являются селективными и работают в заданном температурном диапазоне. Главным недостатком катализатора на основе базового металла является его потенциал окисления SO₂ до SO₃; степень окисления меняется в зависимости от химического состава катализатора. Образующиеся количества SO₃ могут реагировать с выбросами аммиака, в результате чего образуются сернокислые соли аммония.

Цеолитные катализаторы представляют собой алюмосиликатные материалы, которые действуют аналогично катализаторам на основе базового металла. Одним из потенциальных преимуществ цеолитных катализаторов является их более высокая рабочая температура, примерно 521°C (970°F). Эти катализаторы также окисляют SO₂ до SO₃ и должны строго соответствовать условиям в дымовом газе.

Катализаторы на основе драгоценных металлов обычно приготовляют из платины и родия. Катализаторы на основе драгоценных металлов также требуют большого внимания в отношении составляющих дымового газа и рабочих температур. Будучи эффективными в отношении восстановления NO_x, эти катализаторы могут также действовать и как окислительные катализаторы, превращающие СО в CO₂ в подходящих температурных условиях. Однако окисление SO₂ до SO₃ и высокая стоимость материалов часто делают катализаторы на основе драгоценных металлов менее привлекательными.

Как известно специалистам в данной области, различные SCR-катализаторы претерпевают отравление, когда становятся загрязненными различными соединениями, включая (но без ограничения ими) некоторые фосфорные соединения, такие как оксид фосфора (РО) или пентоксид фосфора (P₂O₅). Кроме того известно, что некоторые соединения, которые содержат калий (К), натрий (Na) и фосфор (Р) и которые находятся в разных топливах на основе угля или генерируются ими, приводят к быстрой дезактивации SCR-катализатора на промышленных установках, а также на стационарных установках. В указанных топливах калий и натрий находятся в форме связанных с органикой неорганических соединений или водорастворимых солей (см., например, Steenari et al.; Energy and Fuels; Vol.18 (2004) 6, pp.1870-1876). Такая ассоциативная форма в топливе сильно облегчает испарение калия и натрия в процессе горения. В топливе может также содержаться и фосфор, где он связан с органикой (например, находясь в биомассе) или неорганикой (например, находясь в угле бассейна Powder River). Фосфор высвобождается в газовой фазе в результате реакции карботермического восстановления, протекающей при сгорании древесного угля следующим образом:

Р₂O₅ (твердофазные соединения)+3С(тв)→2РО(газ)+3СО(газ)

(см., например, Hino, et. al.; ISIJ International. Vol.48 (2008) 7, pp.912-917). Особая проблема в случае биомассы состоит в выделении фосфора в газовой фазе в результате самого процесса горения вне зависимости от того, проводится ли этот процесс постадийно или непостадийно, так как фосфор органически связан в топливе (с топливом).

Более конкретно, в результате того что на SCR-катализаторы воздействует содержащий пыль дымовой газ, существует множество механизмов, включая засорение, маскирование и отравление, которые дезактивируют катализатор и по истечении некоторого времени приводят к ухудшению рабочих характеристик катализатора. Наиболее обычным катализаторным ядом, встречающимся при сжигании отечественного восточного угля (т.е. угля, добываемого на востоке Соединенных штатов), является мышьяк. Наиболее обычным катализаторным ядом, встречающимся при сжигании отечественного западного угля (т.е. угля, добываемого на западе Соединенных штатов) является фосфор, а сульфат кальция представляет собой наиболее обычный маскирующий механизм. Наиболее обычными катализаторными ядами, встречающимися при сжигании биомассы, являются обычно калий и натрий или калий- и натрийсодержащие соединения. Одним из способов рециркуляции отработанного катализатора является способ, называемый регенерационной промывкой или омоложением. Начальные стадии регенерационного процесса включают в себя удаление названных токсичных химических веществ путем пропускания катализатора через различные химические ванны, в которых растворимы яды. Хотя этот способ обработки представляет собой прекрасную операцию удаления намеченных ядов, в результате этого процесса образуется сточная вода с высокими концентрациями мышьяка.

Далее, как это известно специалистам в данной области, технологию селективного восстановления катализатора (SCR-технологию) используют во всем мире для регулирования выбросов NO_x из источников горения при высоких температурах (от 286 до 400°C) (550°F to 750°F). Высокотемпературная SCR-технология используется в Японии для контролирования NO_x из энергокотлов с конца 1970-ых годов, в Германии с конца 1980-х годов, в США с 1990-х годов и в Китае с 2000 года. Функцией SCR-системы является осуществление реакции NO_x с аммиаком (NH₃) и кислородом с образованием молекулярного азота и воды. В связи с ожидаемыми требованиями снижения пределов выбросов NO_x возрастает потребность в регулировании выбросов NO_x на работающих на лигните угольных электростанциях в США и Канаде. Некоторые работающие на лигните установки в настоящее время уже находятся в процессе переоснащения на SCR для регулирования NO_x. Другие установки должны им последовать в ближайшем будущем. Усиливается также тенденция к совместному сжиганию угля и биомассы на существующих установках с или без SCR. Некоторые более старые установки полностью переключаются от сжигания распыленного угля на сжигание распыленной биомассы. Эти установки даже на одной только биомассе или на которых совместно сжигаются уголь и биомасса, должны будут соответствовать строгим нормам на выбросы NO_x. Наиболее эффективным способом соответствовать требованиям на низкие выбросы NO_x является использование SCR-технологии. Основной проблемой, связанной с эффективностью SCR на этих установках, является дезактивация катализатора. Как лигнитное топливо, так и топливная биомасса содержат калий, натрий и фосфор и/или различные соединения калия, натрия и фосфора, которые известны как катализаторные яды. Эти яды действуют на катализатор, приводя спустя определенное время к его дезактивации и сокращая тем самым активный срок службы катализатора. В результате дезактивации катализатор не может выполнять функцию восстановления NO_x эффективным образом в течение более продолжительного периода времени. По этой причине дезактивация уменьшает эффективный рабочий цикл катализатора и в результате этого для устранения проблемы NO_x необходимы более частые замены катализатора. Хотя некоторые поставщики катализаторов утверждают, что их катализаторы благодаря наличию в их составе молибдена устойчивы к отравлению мышьяком, до настоящего времени на рынок не поступило ни одного катализатора, который был бы стойким к различным соединениям калия, натрия и фосфора и их элементным и ионным формам.

Кроме того, для соответствия различным государственным законодательным актам и законодательным актам ЕРА и/или Clean Air Act наряду с контролированием выбросов NO_x следует предусматривать и контролирование других выбросов. Контролирование некоторых других выбросов, которое необходимо предусмотреть для котлов, нагревателей, печей или других устройств, производящих дымовой газ или газ сгорания (например, устройств, находящиеся на энергетических установках, переработочных установках и т.д.), включает в себя контролирование (без ограничения ими) ртути, SO_x и некоторых твердых частиц в отходящих газах.

С учетом сказанного, существует потребность в способе, который бы мог быть экономичным и экологически приемлемым способом и/или системой для удаления из процесса сгорания газообразных соединений калия, натрия и фосфора и их элементной и ионной форм до того, как какие-либо фосфорные соединения отравят катализатор в SCR-системе.

Краткое раскрытие изобретения

Настоящее изобретение относится в целом к области аппаратуры для регулирования выбросов, предназначенной для котлов, нагревателей, печей или других устройств, производящих дымовой газ, или газ сгорания (например, устройств, находящихся на энергетических установках, переработочных установках и т.д.) и, в частности, к новому и полезному способу и аппарату для снижения или предотвращения отравления и/или загрязнения SCR-катализатора. В другом варианте осуществления способ и аппарат настоящего изобретения предназначены для защиты SCR-катализатора.

Соответственным образом, один из аспектов настоящего изобретения относится к способу увеличения активного срока службы SCR-катализатора, который (способ) включает стадии: (а) введение по меньшей мере одного содержащего каолин компаунда в зону сгорания или поток дымового газа печи или котла до того, как дымовой газ попадет в SCR-систему; и (b) осуществление самопроизвольной реакции по меньшей мере одного каолин-несущего компаунда с любыми газообразными соединениями калия, и/или натрия, или калий- и/или натрий-содержащими соединениями, присутствующими в зоне сгорания или в дымовом газе, до того, как дымовой газ попадет в SCR-систему.

В еще одном аспекте настоящего изобретения предлагается способ увеличения активного срока службы SCR-катализатора, который (способ) включает стадии: (i) введение по меньшей мере одного каолин-несущего компаунда в зону сгорания печи или котла; и (и) осуществление самопроизвольной реакции по меньшей мере одного каолин-несущего компаунда с газообразными соединениями калия, и/или натрия, или калий- и/или натрий-содержащими соединениями, присутствующими в зоне сгорания до того, как дымовой газ попадет в SCR-систему, где каолин-несущий компаунд выбирается из одного или более каолин-содержащих глин, каолинит-содержащих глин, каолинита и смесей двух или более из перечисленных материалов.

В еще одном аспекте настоящего изобретения предлагается способ изолирования одного ли более соединений калия, и/или натрия, или калий- и/или натрий-содержащих соединений в форме одного или более менее реакционноспособных соединений, содержащих алюмосиликат натрия или алюмосиликат калия, который (способ) включает стадии: (А) введение по меньшей мере одного каолин-несущего компаунда в зону сгорания или поток дымового газа печи или котла; и (В) осуществление самопроизвольной реакции по меньшей мере одного каолин-несущего компаунда с любыми соединениями калия и/или натрия, или калий- и/или натрий-содержащими соединениями, присутствующими в зоне сгорания или в дымовом газе, в результате чего образуется одно или более менее реакционноспособных натрий-алюмосиликатных или калий-алюмосиликатных соединений.

В еще одном аспекте настоящего изобретения предлагается способ увеличения активного срока службы SCR-катализатора при одновременном регулировании ртути в газе, который (способ) включает стадии: (I) введение по меньшей мере одного каолин-несущего компаунда в зону сгорания или в поток дымового газа печи или котла до того, как дымовой газ попадет в SCR-систему; (II) введение по меньшей мере одного железо-несущего галогенидного соединения в зону сгорания или в поток дымового газа печи или котла до того, как дымовой газ попадет в SCR-систему; (III) осуществление самопроизвольной реакции каолиновой части по меньшей мере одного каолин-несущего компаунда с любыми газообразными соединениями калия и/или натрия, или калий- и/или натрий-содержащими соединениями, присутствующими в зоне сгорания или в потоке дымового газа, до того, как дымовой газ попадет в SCR-систему; (IV) осуществление самопроизвольной реакции железной части по меньшей мере одного железо-несущего галогенидного соединения с любыми газообразными соединениями фосфора или фосфорсодержащими соединениями, присутствующими в зоне сгорания или в дымовом газе, до того, как дымовой газ попадет в SCR-систему; и (V) осуществление самопроизвольной реакции галогенидной части по меньшей мере одного железо-несущего галогенидного соединения с любыми газообразными ртутными соединениями или ртутьсодержащими соединениями, присутствующими в зоне сгорания или в дымовом газе.

В еще одном аспекте настоящего изобретения предлагается способ изолирования одного ли более соединений калия, и/или натрия, или калий- и/или натрий-содержащих соединений в форме одного или более менее реакционноспособных соединений, содержащих алюмосиликат натрия или алюмосиликат калия, а также изолирования одного или более фосфорных соединений или фосфорсодержащих соединений, в форме одного или более менее реакционноспособных железо-фосфор-содержащих соединений, при одновременном изолировании ртути, который (способ) содержит стадии: (1) введение по меньшей мере одного каолин-несущего компаунда в зону сгорания или в поток дымового газа печи или котла; (2) введение по меньшей мере одного железо-несущего галогенидного соединения в зону сгорания или в поток дымового газа печи или котла; (3) осуществление самопроизвольной реакции каолиновой части по меньшей мере одного каолин-несущего компаунда с любыми газообразными калиевым и/или натриевым соединениями или калий- и/или натрий-содержащими соединениями, присутствующими в зоне сгорания или в дымовом газе, в результате чего образуются один или более менее реакционноспособных натрий-алюмосиликатных или калий-алюмосиликатных соединений; (4) осуществление самопроизвольной реакции по меньшей мере одного железо-несущего галогенидного соединения с любыми газообразными фосфорными соединениями или фосфорсодержащими соединениями, присутствующими в зоне сгорания или в дымовом газе, в результате чего образуются одно или более менее реакционноспособных железо-фосфор-содержащих соединений; и (5) осуществление самопроизвольной реакции галогенидной части по меньшей мере одного железо-несущего галогенидного соединения с любыми газообразными ртутными или ртутьсодержащими соединениями, присутствующими в зоне сгорания или в дымовом газе.

Различные признаки новизны, которые отличают изобретение, приведены с подробностями в приложенной формуле изобретения, образующей часть настоящего раскрытия. Для лучшего понимания изобретения, его рабочих преимуществ и конкретной пользы, которые могут быть получены в случае его применения, предложены сопровождающие его чертежи и описательный материал, в которых иллюстрируются типичные варианты осуществления изобретения.

Краткое описание чертежей

На единственной фигуре дается схематичное представление типичной установки, работающей на сжигании ископаемого топлива, с SCR-системой, которая включает в себя систему для реализации способов настоящего изобретения.

Раскрытие изобретения

Хотя настоящее изобретение будет описано в рамках SCR-систем, в которых в качестве восстанавливающего NO_x агента используется аммиак, так как аммиак часто предпочитают из экономических соображений, настоящее изобретение не ограничивается системами на основе аммиака. Концепции настоящего изобретения могут быть использованы в любой системе, в которой используется какое-либо аммиачное соединение. В соответствии с представлениями настоящего раскрытия, аммиачное соединение является выражением, которое наряду с аммиаком (NH₃) включает в себя такие соединения, как мочевина, сульфат аммония, циануровая кислота и органические амины. Эти соединения могли бы быть использованы в качестве восстановительных агентов в дополнение к аммиаку, но, как уже было сказано выше, аммиак часто предпочитают из экономических соображений. Могут быть также использованы, но с меньшей эффективностью, и некоторые не являющиеся аммиачными соединения, такие как оксид углерода или метан.

В соответствии с представлениями настоящего раскрытия, выражения «несущее соединение(я)» и «содержащее соединение(я)» используются на взаимозаменяемой основе. Например, «каолин-несущий компаунд» и «каолин-содержащий компаунд» следует понимать как одно и то же, и, как указано выше, они используются на взаимозаменяемой основе. Само собой разумеется, этот отличительный признак применим в равной степени ко всем выражениям, в которых используется применяемая выше конструкция. Кроме того, в соответствии с представлениями настоящего раскрытия, выражение «газовая фаза» включает в себя и/или охватывает как какое-либо соединение(я) в газообразном состоянии, так и то же самое соединение(я) в состоянии аэрозоля. В соответствии же с представлениями раскрытия, термин «форма» включает в себя как соединение и/или элемент в ионном состоянии, так и соединение и/или элемент в атомном состоянии.

Хотя настоящее изобретение описывается применительно к котлу или котлу, работающему на ископаемом топливе, только ими изобретение не ограничено. Напротив, настоящее изобретение может быть применено к любому источнику горения, в котором образуется NO_x, вне зависимости от того, используется ли этот источник горения для котла или для парогенератора. Например, настоящее изобретение могло бы быть использовано применительно к печи, нагревателю или какому-либо другому типу процесса сгорания, в котором образуются (целиком или частично) дымовой газ, или газ сгорания, содержащие NO_x. Соответственно, приведенное ниже описание следует рассматривать всего лишь как иллюстративное.

Как следует из фигуры, настоящее изобретение может быть применено к котельной установке, на которой для удаления из дымового газа оксидов серы используется влажное обессеривание дымового газа (WFGD или мокрый скруббер), как показано вверху справа на фигуре. В этой конфигурации перед (по ходу потока дымового газа через систему) мокрым скруббером обычно находится устройство для улавливания пылевидного материала (PCD), обычно тканевый фильтр (FF) или пылеулавливающая камера с рукавными фильтрами, или электростатический осадитель (ESP). При желании может быть также установлен влажный электростатический осадитель (влажный ESP или WESP), который может выполнять роль заключительной, «полировочной» стадии для тонкого зернистого материала или SO₃. В альтернативном случае настоящее изобретение может быть применено к системе, в которой для удаления из дымового газа оксидов серы используется сушильный аппарат распылительного типа (SDA), или сухой скруббер, как показано внизу справа на фигуре. В этой конфигурации после SDA или сухого скруббера (по ходу потока дымового газа через систему) обычно находится устройство для улавливания пылевидного материала (PCD), преимущественно тканевый фильтр (FF) или пылеулавливающая камера с рукавными фильтрами, электростатический осадитель (ESP) или, наконец, влажный электростатический осадитель (влажный ESP).

Настоящее изобретение при этом может быть применено к любому SCR-катализатору, на который вредно влияет отравление соединениями на основе фосфора, такими как (но без ограничения ими) H₃PO₄, РО или P₂O₅, соединениями на основе калия, такими как (но без ограничения ими) хлорид калия (KCl), и/или сульфат калия (K₂SO₄), и/или соединениями на основе натрия, такими как (но без ограничения ими) хлорид натрия (NaCl) и/или сульфат натрия (Na₂SO₄). Настоящее изобретение как таковое не ограничивается каким-либо одним типом SCR-катализатора, а, напротив, применимо к широкому ряду SCR-катализаторных систем. В число подходящих систем, для которых может быть применено настоящее изобретение, входят (но без ограничения ими) конфигурации сотового, пластинчатого и гофрированного типа.

В одном из своих вариантов осуществления настоящее изобретение относится к снижению скорости дезактивации SCR-катализатора на установках, сжигающих уголь из бассейна Powder River Basin (PRB). Следует отметить, что, хотя настоящее изобретение описано применительно к углю бассейна PRB, этим углем изобретение не ограничивается. Напротив, настоящее изобретение широко применимо к любой ситуации, в которой SCR-катализатор отравляется одним или более газообразными фосфорными соединениями, одним или более газообразными калиевыми соединениями, одним или более газообразными натриевыми соединениями и/или любой комбинацией двух или более из этих соединений.

В одном из вариантов осуществления имеется подозрение, что причиной быстрой дезактивации на установках постадийного сгорания и других установках является фосфор в угле бассейна PRB. Предполагается, что причиной этой дезактивации является газофазный фосфор, высвобождающийся при реакции карботермического восстановления. В этой реакции в условиях дефицита кислорода фосфор-несущие соединения высвобождают газофазный фосфор согласно следующей реакции:

P₂O₅ (твердофазные соединения)+3С(тв)→2РО(газ)+3СО(газ).

Этот газофазный фосфор связывается с активными центрами в катализаторе, приводя к дезактивации центров восстановления NO_x. В результате этой дезактивации SCR-катализатор не может осуществлять процесс восстановления NO_x на том же уровне производительности, что и неиспользованный катализатор.

В другом варианте осуществления высказывается подозрение, что причиной быстрой дезактивации на установках постадийного сгорания и других установках являются калий, натрий, калийсодержащие соединения и/или натрийсодержащие соединения в угле бассейна PRB и/или биомассе. Без желания быть связанными какой-либо одной теорией, делается предположение, что причиной этой дезактивации является газофазный калий и/или газофазный натрий, высвобождающиеся в процессе сгорания из-за присутствия в угле и/или биомассе различных калиевых и/или натриевых соединений. В этой ситуации высвобождение ионов и/или атомов таких щелочных металлов происходит под действием температур, применяемых для проведения сжигания угля и/или биомассы и последующего испарения и/или распада упомянутых выше калиевых и/или натриевых соединений.

Эти газофазные ионы, и/или атомы калия, и/или натрия связываются с активными центрами в катализаторе, приводя к дезактивации центров восстановления NO_x. В результате этой дезактивации SCR-катализатор не может осуществлять процесс восстановления NO_x на том же уровне производительности, что и неиспользованный и/или «свежий» катализатор.

В одном из вариантов осуществления настоящее изобретение относится к системе и способу предотвращения образования в окружении горения газофазных форм калия, натрия и/или фосфора и тем самым снижения, смягчения и/или сведения к нулю скорости дезактивации SCR-катализатора. В одном из вариантов осуществления настоящее изобретение осуществляет указанную выше цель путем добавления к углю бассейна PRB перед его сжиганием по меньшей мере одного каолин-несущего компаунда, по меньшей мере одного железо-несущего соединения или любой подходящей их комбинации.

В одном из вариантов осуществления каолин-несущим компаундом настоящего изобретения является любой каолин-содержащий компаунд (например, каолинит, который является минералом, содержащимся в каолиновых глинах, и который имеет химический состав Al₂Si₂O₅(OH)₄). Соответственно, согласно представлениям настоящей заявки, «каолин» определяется как означающий и охватывающий любую глину, которая содержит в себе достаточное количество каолина (например, любую глину, которая по меньшей мере на 25 вес.% является каолином), или любую глину или какой-либо другой компаунд, которые содержат достаточное количество минерального каолинита (Al₂Si₂O₅(OH)₄) (например, любую глину или какой-либо другой компаунд, которые содержат по меньшей мере 25 вес.% каолинита). В другом варианте осуществления количество каолина в каолин-содержащем компаунде составляет по меньшей мере примерно 30 вес.%, по меньшей мере примерно 40 вес.%, по меньшей мере примерно 50 вес.%, по меньшей мере примерно 60 вес.%, по меньшей мере примерно 70 вес.%, по меньшей мере примерно 75 вес.%, по меньшей мере примерно 80 вес.%, по меньшей мере примерно 90 вес.% или, наконец, по меньшей мере примерно 95 вес.%. В еще одном варианте осуществления любой каолин-содержащий компаунд вне зависимости от содержания каолина может быть использован в соответствии с настоящим изобретением, если содержание каолина в нем составляет не меньше примерно 10 вес.%. В данном случае, как и где-либо в другом месте в описании и формуле изобретения, отдельные значения диапазонов могут быть объединены с образованием дополнительных и/или не раскрытых диапазонов. Без желания быть связанным какой-либо одной теорией предполагается, что алюмосиликатная часть каолина реагирует со «свободными» ионами калия и/или натрия, которые образуются в результате сгорания угля и/или биомассы, которые содержат различные калиевые, натриевые и/или фосфорные соединения с образованием калий- и/или натрий-алюмосиликатных соединений (например, NaAlSi₃O₈ и KAlSi₃O₃). Это, в свою очередь, позволяет изолировать ионы и/или атомы калия и/или натрия, которые бы в противном случае оставались «свободными» для отравления SCR-катализатора.

Что касается фосфорных соединений, которые содержатся в газе сгорания, такие соединения изолируют путем ввода одного или более железо-несущих соединений в сочетании с каолин-несущим компаундом, как это описано выше. Таким образом, в одном из вариантов осуществления настоящее изобретение делает возможным изолирование множества веществ, выбираемых из калия, натрия, фосфора и любой их комбинаций.

В одном из вариантов осуществления железо-несущее соединение(я) настоящего изобретения представляет(ют) собой любое соединение железа (например, железо-оксидное соединение), которое способно подвергаться восстановлению в условиях сгорания, обычном для котлов, печей, энергетических установок и т.д. В одном из особых вариантов осуществления железо-несущим соединением является оксид железа (III) (Fe₂О₃), известный также как красный оксид железа или гематит. В одном из вариантов осуществления, в котором используется оксид железа (III), представляющие интерес реакции, протекающие в зоне сгорания котла или печи, являются следующими:

3 F e 2 O 3 ( т в ) + C O ( г а з ) → 2 F e 3 O 4 ( т в ) + C O 2 ( г а з )     ( 1 )

F e 3 O 4 ( т в ) + C O ( г а з ) → 3 F e O ( т в ) + C O 2 ( г а з )     ( 2 )

Следует заметить, что Fe₃O₄, известный также как черный оксид железа или магнетит, в первом из приведенных выше уравнений, можно отображать более точно как FeO·Fe₂O₃. Далее в результате восстановления Fe₂O₃ образуется FeO или оксид железа (II), известный также как закись железа, который соединяется с, связывает и/или изолирует газообразный РО, который может присутствовать в зоне сгорания или в дымовом газе котла или печи до того, как дымовой газ попадет в SCR-систему. Частицы проходят через катализатор, не приводя к его порче.

В другом варианте осуществления в настоящем изобретении может быть использован карбонат железа (II), который превращается в желаемый оксид железа (II) в зоне сгорания в результате приведенной ниже реакции:

F e C O 3 ( т в ) → F e O ( т в ) + С О 2 ( г а з )                   ( 3 ) .

В еще одном варианте осуществления в настоящем изобретении могут быть использованы один или более галогенидов. В число подходящих галогенидов входят (но без ограничения ими) бромид железа (II), бромид железа (III), хлорид железа (II), хлорид железа (III), йодид железа (II), йодат железа (III) (Fe(IO₃)₃ или любая смесь двух или более из них. В еще одном варианте осуществления в настоящем изобретении любой один или более галогенидов железа может использоваться в комбинации с другим, не содержащим галогенида соединением железа (например, карбонатом железа (II)). В еще одном варианте осуществления в настоящем изобретении используется комбинация бромида железа (II) и/или бромида железа (III) с карбонатом железа (II) для регулирования количества фосфора в дымовом газе или газе сгорания при одновременном регулировании ртутных соединений или ртутьсодержащих соединений в дымовом газе или газе сгорания. В соответствии с представлениями заявки, в число ртутных соединений или ртутьсодержащих соединений входят (но без ограничения ими) любое соединение, которое содержит либо окисленную ртуть, либо связанную элементную ртуть. В еще одном варианте осуществления настоящее изобретение относится к одновременному осуществлению регулирования ртутных соединений или ртутьсодержащих соединений, которые содержат в основном или только окисленную ртуть. В соответствии с представлениями заявки, любое соединение железа, галогенид или какое-либо другое соединение, могут использоваться как в гидратированной, так и в негидратированной форме. При этом упоминание в заявке названия какого-либо соединения железа включает любые существующие гидратированные формы вне зависимости от того, отображены они или нет специальным образом химической формулой.

Как известно из уровня техники (см., например, публикацию патентной заявки Соединенных штатов №2008/0107579 (Downs et al.), текст которой полностью включен в настоящую заявку посредством ссылки), галогенид-содержащие соединения используются для окисления элементной ртути, присутствующей в дымовом газе или газе сгорания. В результате этой реакции окисления галогенидная часть какого-либо подходящего галогенид-содержащего соединения позволяет ртути быть превращенной в более подходящую форму для последующего захвата, или изолирования, с помощью одной или более подходящих технологий экологического контроля (например, мокрого скруббера или распылительного абсорбера для сухих веществ (SDA), системы обессеривания дымового газа (FGD), системы распыленного активированного угля (РАС) или системы сбора зернистых материалов, такой как тканевый фильтр (FF) или электростатический осадитель (ESP)). В одном из случаев, как это известно в уровне техники, добавление одного или более подходящих галогенид-содержащих соединений также увелич