ES2691844T3

ES2691844T3 - Reducción de la contaminación ambiental y el ensuciamiento cuando se quema carbón

Info

Publication number: ES2691844T3
Application number: ES14763928.0T
Authority: ES
Inventors: George M. KOTCH; Murray ABBOTT; Sally Batanian
Original assignee: Nox II International Ltd
Current assignee: Nox II International Ltd
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2014-03-17
Publication date: 2018-11-28
Anticipated expiration: 2034-03-17
Also published as: EA201591469A1; US20140299028A1; EA035630B1; WO2014145473A1; JP2018009785A; GEP20186896B; EP2969124A1; CN105339070A; GEAP201813954A; EP3450525A1; JP6952020B2; EP2969124A4; PT2969124T; JP2016523985A; JP6595547B2; JP6522581B2; AU2014232958B2; EP2969124B1; UA118100C2; AU2014232958A1

Abstract

Un método de quema de carbón en un horno para reducir las emisiones de óxidos de nitrógeno y, al menos, uno de óxidos de azufre y mercurio, comprendiendo el método quemar un carbón refinado en el horno, en donde el carbón refinado comprende una mezcla de carbón sub-bituminoso o carbón de lignito, compuesto de bromo y un adsorbente en polvo, y en donde el adsorbente en polvo comprende calcio, sílice, alúmina y comprende además menos de 1% en peso de Na2O y menos de 1% de K2O, basado en el peso del adsorbente en polvo, en donde el adsorbente en polvo comprende polvo del horno de cemento (CKD).

Description

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

DESCRIPCION

Reduccion de la contaminacion ambiental y el ensuciamiento cuando se quema carbon Introduccion

La invencion proporciona composiciones y metodos para reducir los niveles de mercurio, oxidos de nitrogeno y/u oxidos de azufre emitidos a la atmosfera despues de quemar combustibles que contienen mercurio tales como carbon. En particular, la invencion proporciona la adicion de diversos halogenos y otras composiciones adsorbentes en el sistema de quema de carbon durante la combustion. El uso de adsorbentes reduce la emision de contaminantes y evita el ensuciamiento del horno.

Existen considerables recursos de carbon por todo el mundo, capaces de satisfacer grandes segmentos de las necesidades energeticas mundiales de aqu a los dos siguientes siglos. Un carbon de alto contenido de azufre es abundante, aunque requiere etapas de remediacion para evitar que se libere un exceso de azufre a la atmosfera tras su combustion. En Estados Unidos, existe carbon de bajo contenido de azufre en forma de un carbon de bajo valor BTU en la cuenca del no Powder de Wyoming y Montana, en depositos de lignito en la region norte y central de Dakota del Norte y del Sur y en depositos de lignito en Texas. Pero incluso cuando los carbones contienen poco azufre, aun contienen niveles no insignificantes de mercurio elemental y oxidado y/u otros metales pesados.

Desafortunadamente, el mercurio se volatiliza, al menos parcialmente, tras la combustion del carbon. Como resultado, el mercurio tiende a no permanecer con las cenizas, sino que, en lugar de ello, se convierte en un componente de los efluentes gaseosos. Si no se lleva a cabo la remediacion, el mercurio tiende a escapar de la instalacion de quema de carbon a la atmosfera circundante. Parte del mercurio hoy en dfa es capturado por las fabricas, por ejemplo en un lavador humedo y en sistemas de control SCR. Sin embargo, la mayor parte del mercurio no es capturado y, por lo tanto, se libera a traves del conducto de escape.

Las emisiones de mercurio a la atmosfera en Estados Unidos son de aproximadamente 50 toneladas al ano. Una fraccion significativa de la liberacion procede de las emisiones de instalaciones de quema de carbon tales como compares electricas. El mercurio es un peligro medioambiental conocido y conduce a problemas de salud tanto para seres humanos como para especies animales no humanas. Para proteger la salud del publico y proteger el medioambiente, la industria de servicios esta en continuo desarrollo, ensayo e implementacion de sistemas para reducir el nivel de las emisiones de mercurio de sus plantas. En la combustion de materiales carbonosos, es deseable tener un proceso en donde el mercurio y otros compuestos indeseables se capturen y retengan despues de la fase de combustion, de manera que no se liberen a la atmosfera.

Se liberan otros contaminantes, tales como oxidos de nitrogeno (NOx) y oxidos de azufre (SOx), tras la combustion del carbon. Estos contribuyen a problemas medioambientales tales como niebla toxica y lluvia acida. La industria esta buscando activamente metodos para reducir tambien estos contaminantes.

Ciertos operadores de instalaciones de carbon califican para creditos fiscales conforme a §45 del codigo IRS por sus esfuerzos por reducir las emisiones de estos contaminantes. En ciertas circunstancias, estos operadores han observado un ensuciamiento indeseable de sus hornos. Por ejemplo, cuando se queman carbones sub-bituminosos de bajo contenido de azufre como combustible, tienden a formarse depositos en las superficies del tubo de la caldera, lo que conduce a una menor eficiencia del intercambio de calor y a un aumento de los costes de operacion.

Por consiguiente, los operadores necesitan composiciones adsorbentes y metodos de uso que les posibiliten conseguir una reduccion deseable de los contaminantes atmosfericos sin comprometer la eficacia de calentamiento.

La tecnica anterior en este campo tecnico se describe en los documentos WO 2006/099611 A1, US 2007/184394 A1, US 2006/210463 A1 y JP H11 82990 A.

Compendio

La invencion se define por la combinacion de caractensticas segun la reivindicacion 1. Se proporcionan adsorbentes para su uso especialmente con carbones sub-bituminosos y de lignito que contienen bajos niveles de alcali. Los altos niveles de alcali en adsorbentes de la tecnica anterior pueden contribuir al ensuciamiento de un horno en el cual se estan quemando. Reduciendo la alcalinidad de los adsorbentes, el operario puede minimizar el sodio y el potasio disponibles en la fase gas para reacciones no deseadas que conducinan a la formacion de depositos en las superficies de la caldera y en cualquier otra parte.

Los adsorbentes pueden usarse para preparar un carbon refinado que pueda quemarse para reducir las emisiones de uno o mas de mercurio, nitrogeno (como NOx) y azufre (como SOx). Un metodo de preparacion del carbon refinado implica combinar un carbon sub-bituminoso (o un carbon de lignito) y componentes adsorbentes. En una realizacion, los adsorbentes son 0,001-1% en peso de un adsorbente lfquido, y de 0,1 a 10% en peso de un adsorbente en polvo, en donde los porcentajes son en peso, basados en el peso total del carbon refinado. El

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

adsorbente Ifquido contiene un compuesto de bromo y el adsorbente en polvo contiene calcio, sflice, alumina y comprende ademas menos de 1% de Na2O en peso y menos de 1% K2O en peso, y en donde el adsorbente en polvo comprende ademas menos de 0,1% en peso de cloro.

Segun la invencion, el adsorbente en polvo contiene polvo del horno de cemento (CKD), que sirve de ayuda para reducir las emisiones de NOx, con la mejora de que, cuando el CKD tiene un alto contenido de alcali, parte del CKD se sustituye por materiales de menor alcalinidad para alcanzar una especificacion de menos de 2% o menos de 1% de alcali total. En diversas realizaciones, el adsorbente en polvo satisface tambien una baja especificacion de cloro para reducir el ensuciamiento en carbones sub-bituminosos y de lignito.

Descripcion

En diversas realizaciones, la invencion proporciona composiciones y metodos para reducir las emisiones de mercurio, oxidos de nitrogeno (NOx) y oxidos de azufre (SOx) que surgen de la combustion de combustibles que contienen mercurio tales como carbon. Una realizacion valiosa comercialmente es el uso de la invencion para reducir las emisiones de nitrogeno, azufre y/o mercurio de instalaciones de quema de carbon para proteger el medioambiente y satisfacer las normativas gubernamentales y las obligaciones de tratado. Las mejoras en los adsorbentes en polvo proporcionan un mejor rendimiento, reduciendo el ensuciamiento en hornos de quema de carbon, mientras que la eliminacion de los contaminantes ambientales tales como NOx y SOx no se ve afectada perjudicialmente.

En diversas realizaciones, los metodos evitan la liberacion de mercurio a la atmosfera desde fuentes puntuales, tales como instalaciones de quema de carbon capturando el mercurio en la ceniza, mientras que al mismo tiempo minimizan el ensuciamiento del horno, que podna disminuir la eficiencia del horno. Ademas, los metodos evitan la liberacion de mercurio y otros metales pesados al medioambiente por lixiviado de residuos solidos tales como la ceniza de carbon producida por la quema de un carbon que contiene mercurio. De estas dos maneras, el mercurio se mantiene fuera de los cuerpos de agua. Por lo tanto, la prevencion o reduccion de las emisiones de mercurio de tales instalaciones como empresas de quema de carbon conduce a una diversidad de beneficios medioambientales, incluyendo una menor contaminacion del aire, menor contaminacion del agua y menor produccion de residuos peligrosos, con una contaminacion del suelo menor resultante. Por conveniencia, pero sin que ello pretenda ser limitante, las caractensticas ventajosas de la invencion se ilustran como prevencion de la contaminacion del aire, el agua y el suelo con mercurio u otros metales pesados.

En una realizacion, se proporciona un metodo de quema de carbon en un horno para reducir las emisiones de NOx y al menos uno de SOx y mercurio. El metodo implica quemar un carbon refinado en el horno. El carbon refinado, a su vez, es una mezcla de carbon sub-bituminoso, un compuesto de bromo y un adsorbente en polvo. El adsorbente en polvo contiene calcio, sflice, alumina y se caracteriza adicionalmente por un valor de alcali bajo de menos de 1% en peso de Na2O y menos de 1% en peso de K2O, basado en el peso del adsorbente en polvo, y preferiblemente tambien por un bajo valor de cloro de menos de 0,5%, menos de 0,3% o menos de 0,1%. En diversas realizaciones, los niveles con los que se trata de compuesto de bromo son de 0,001 a 1,0% en peso, mientras que los niveles con los que se trata tfpicamente el adsorbente en polvo son de 0,1% a 10% en peso, estando los porcentajes basados en el peso del carbon. En diversas realizaciones, el adsorbente en polvo contiene CKD o una mezcla de CKD con otro polvo de bajo contenido de alcali descrito en la presente memoria. El adsorbente en polvo puede contener tambien arcilla de aluminosilicato tal como caolm o metacaolm.

En otra realizacion, se proporciona un metodo de generacion de energfa mediante combustion de un carbon sub- bituminoso que contiene mercurio en el horno de la instalacion de quema de carbon. El metodo implica, en primer lugar, aplicar una primera composicion adsorbente sobre el carbon y suministrar el carbon con el primer adsorbente aplicado al horno. Al mismo tiempo, se anade un segundo adsorbente al horno cuando se esta suministrando el carbon con el primer adsorbente aplicado. El carbon despues se quema en presencia del primer y segundo adsorbentes en el horno para producir energfa termica y cenizas. El primer adsorbente contiene un compuesto de bromo y el segundo tiene una composicion de mas de 40% en peso de CaO, mas de 10% en peso de SiO2, de 2 a 10% de Al2O3, de 1 a 5% de Fe2O3, de 1 a 5% de MgO, menos de 1% en peso de Na2O, y menos de 1% de K2O. En algunas realizaciones, el segundo adsorbente tiene menos de 0,5% de cloro.

En otra realizacion, se proporciona un metodo de preparacion de carbon refinado. El carbon refinado contiene carbon sub-bituminoso y componentes adsorbentes anadidos. El metodo implica anadir carbon mixto, un adsorbente lfquido (por ejemplo de 0,001 a 1% en peso, basado en el carbon) y un adsorbente en polvo (por ejemplo de 0,1 a 10% en peso basado en el carbon), en donde el adsorbente lfquido comprende un compuesto de bromo y el adsorbente en polvo comprende mas de 40% de CaO, mas de 10% de SiO2, de 2 a 10% de A^O3, de 1 a 5% de Fe2O3, de 1 a 5% de MgO, menos de 1% de Na2O y menos de 1% de K2O. En diversas realizaciones, el adsorbente en polvo se caracteriza adicionalmente por tener menos de 0,5% de cloro o menos de 0,1% de cloro.

Ventajosamente, se ha encontrado que el uso de los adsorbentes en polvo indicados, especialmente las composiciones que tienen un bajo contenido de alcali total, un bajo contenido de cloro, o ambas, son eficaces para reducir el ensuciamiento en hornos que queman carbones sub-bituminosos o carbon de lignito, tal como aquellos de

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

la cuenca del no Powder (PRB). Usando los adsorbentes modificados descritos en la presente memoria, los operarios del horno pueden satisfacer las normativas medioambientales y calificar para ciertos beneficios fiscales conforme al codigo IRS de Estados Unidos y, al mismo tiempo, evitar el ensuciamiento indeseable del horno y las instalaciones asociadas.

En la descripcion que sigue se dan otros ejemplos de cada de una de las limitaciones de las realizaciones. Debe entenderse que los diversos componentes y las etapas del metodo descritos en la presente memoria pueden mezclarse y hacerse coincidir para proporcionar otras realizaciones no citadas o ejemplificadas literalmente. Se dan ejemplos tambien, que posibilitan a una persona experta en la materia llevar a cabo la invencion y conseguir los beneficios medioambientales y operacionales indicados.

Se usan diversos componentes adsorbentes en combinacion para tratar el carbon antes de la combustion y/o anadirlo a la llama o aguas abajo de la llama, preferiblemente a temperaturas mmimas para asegurar la formacion completa de estructuras refractarias que dan como resultado diversas ventajas de los metodos. Cuando los componentes se anaden al carbon antes de la combustion, el producto es un carbon refinado, cuyo uso reduce la contaminacion medioambiental y puede calificar a la instalacion para ciertos beneficios fiscales en Estados Unidos.

Los componentes adsorbentes incluyen calcio, alumina, sflice y halogeno. Para reducir el ensuciamiento cuando se queman carbones sub-bituminosos o de lignito, tales como aquellos de la cuenca del no Powder, se ha encontrado que es ventajoso mantener el K2O del adsorbente a un maximo de 1% y mantener el Na2O del adsorbente a un maximo de 1%, en donde los porcentajes son en peso del adsorbente en polvo que contiene calcio, alumina, sflice y otros componentes. En algunas realizaciones, cada uno de Na2O y K2O es menor que 0,5% o cada uno es menor que 0,1%. Ademas, en diversas realizaciones, se ha encontrado tambien ventajoso proporcionar el adsorbente en polvo con bajo contenido de cloro, por ejemplo <0,5%, <0,3% o <0,1%.

El calcio se proporciona anadiendo al adsorbente en polvo un compuesto o composicion que tiene una cantidad no insignificante de calcio. Por ejemplo, muchos polvos alcalinos contienen 20% o mas de calcio, basado en CaO. Los ejemplos son piedra caliza, cal, oxido de calcio, hidroxido de calcio (cal apagada), cemento portland y otros productos fabricados o subproductos de procesos industriales, y minerales de aluminosilicato que contienen calcio. El contenido de sflice y alumina esta basado en los equivalentes de SO2 y AhO3, incluso aunque se aprecie que la sflice y la alumina a menudo estan presentes en una forma qrnmica o molecular mas compleja.

Segun la invencion, es ventajoso que el adsorbente en polvo contenga una cantidad eficaz de polvo del horno de cemento (CKD), que se cree que contribuye a la reduccion de los NOx de la instalacion de quema de carbon. Parte del CKD tiene un contenido de cloro relativamente alto, incluso tan alto como 10%. Si se usa CKD, dependiendo de la fuente de CKD y su contenido natural de alcali y cloro, el polvo resultante podna terminar teniendo un contenido de alcali y/o cloro hasta demasiado alto para obtener los mejores resultados cuando se queman carbones sub- bituminosos o de lignito. Si es asf, es ventajoso combinar parte del CKD con otros materiales de menor contenido de sodio y potasio, preferiblemente para conseguir una especificacion de <1% Na2O y <1% K2O o incluso <0,5% Na2O y <0,5% K2O, asf como una especificacion de cloro tan baja como la indicada. Tales materiales de bajo contenido de alcali incluyen productos de molienda (clinker del horno de cemento que puede satisfacer o no la especificacion del producto de cemento y que posteriormente se muele para combinarlo con el CKD); alimentacion al horno (la corriente de alimentacion que va al horno de cemento, incluyendo todos los componentes para la fabricacion del cemento, por ejemplo Ca, Mg, Si, Al, Fe y asf sucesivamente); cemento de transicion (producto de cemento en silo que se vacfa para dejar sitio para un nuevo producto de cemento espedfico; clinker erosionado (clinker que se ha retenido en el sitio, recuperado y molido despues de anadirlo al CKD); CKD retenido (CKD retenido en el sitio o en el almacenamiento de residuos); y piedra caliza. Hasta el punto de que cualquiera de estos materiales representa productos residuales que, de lo contrario, se desechanan como residuos o tendnan que llevarse a un vertedero, se consiguen beneficios medioambientales adicionales mediante su uso en los adsorbentes descritos en la presente memoria.

En diversas realizaciones, juntos, los componentes

reducen las emisiones de mercurio, oxidos de nitrogeno y oxidos de azufre;

reducen las emisiones de mercurio elemental y oxidado;

aumentan la eficiencia del proceso de quema de carbon por desescoriado de los tubos de la caldera;

evitan el ensuciamiento del horno con depositos no deseados;

aumentan el nivel de Hg, As, Pb y/o Cl en la ceniza del carbon;

disminuyen los niveles de metales pesados lixiviables (tales como Hg) en la ceniza, preferiblemente a niveles por

debajo de los lfmites detectables; y • forman un producto de ceniza altamente cementoso.

Como se usa en la presente memoria, todos los porcentajes estan en una base en peso, a menos que se indique de otra manera. Debe observarse que las composiciones qmmicas de los diversos materiales descritos en la presente memoria se expresan en terminos de oxidos simples calculados a partir de analisis elemental, tipicamente determinado por tecnicas de fluorescencia de rayos X. Aunque los diversos oxidos simples pueden estar, y a

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

menudo estan, presentes en compuestos mas complejos en el material, el analisis de oxido es un metodo util para expresar la concentracion de los compuestos de interes en las composiciones respectivas.

En una instalacion de quema de carbon tfpica, el carbon llega en vagones. Si los adsorbentes ya se han aplicado, se trata de un carbon refinado. Es un carbon en bruto si los adsorbentes aun no se han aplicado. En una realizacion ilustrativa tfpica, el carbon se suministra a una cinta receptora, que conduce el carbon a una galletera, el carbon se descarga a una cinta de alimentacion y se deposita en un area de almacenamiento de carbon. En el area de almacenamiento de carbon tfpicamente hay un area de parrilla y tolva; desde allf una cinta transporta el carbon a un area de apilado abierta, en ocasiones llamada silo tipo bunker. Los hornos fogoneros pueden alimentarse con carbon del bunker o desde una trituradora. Para hornos que queman carbon pulverizado, el carbon se suministra mediante la cinta u otro medio a un equipo de molienda, tal como una trituradora, y finalmente a un pulverizador. En un sistema de almacenamiento, el carbon se pulveriza y transporta mediante aire o gas a un colector, desde el cual el carbon pulverizado se transfiere a un silo, desde el cual el carbon se alimenta al horno segun sea necesario. En un sistema de quema directa, el carbon se pulveriza y transporta directamente al horno. En un sistema semi-directo, el carbon va del pulverizador a un colector de tipo ciclon. El carbon se alimenta directamente del ciclon al horno.

Durante la operacion el carbon se alimenta al horno y se quema en presencia de oxfgeno. Para carbones de alto poder calonfico, las temperaturas de llama tfpicas en la camara de combustion son del orden de aproximadamente 1480°C (2700°F) a aproximadamente 1640°C (3000°F) o incluso mayores, tal como de aproximadamente 1815°C (3300°F) a aproximadamente 1982°C (3600°F).

Se produce un carbon refinado anadiendo adsorbentes al carbon antes de la combustion. Los adsorbentes los puede anadir el productor del carbon y transportarlo a la operadora del horno, o el carbon refinado puede producirse en una instalacion separada cerca de o en la propiedad de la operadora. En el caso del carbon refinado, un carbon que contiene todos los componentes adsorbentes se alimenta al horno para combustion.

En otras diversas realizaciones, las composiciones de adsorbente segun la invencion se anaden al carbon en bruto o en diversas partes del horno durante la combustion. De una manera no limitante, se anaden adsorbentes al carbon, en la galletera, en la cinta receptora o la cinta de alimentacion, en el area de almacenamiento de carbon, en el colector, en el silo, en el colector de tipo ciclon, en el pulverizador antes o despues de la pulverizacion y/o mientras se transporta del pulverizador al horno para su combustion. Convenientemente, en diversas realizaciones, los adsorbentes se anaden al carbon durante procesos que mezclan el carbon, tal como en la galletera o en el pulverizador. En una realizacion preferida, los adsorbentes se anaden sobre el carbon en los pulverizadores.

De forma alternativa o adicional, se anaden componentes adsorbentes en el sistema de quema de carbon inyectandolos en el horno durante la combustion del combustible. En una realizacion preferida, se inyectan en la bola de fuego o cerca de la bola de fuego, por ejemplo donde la temperatura esta por encima de 1093°C (2000°F), por encima de aproximadamente 1260°C (2300°F) o por encima de aproximadamente 1480°C (2700°F). Segun el diseno de los quemadores y los parametros operativos del horno, la adicion de adsorbente efectiva tiene lugar junto con el combustible, con el aire de combustion primaria, por encima de la llama, con o por encima del aire de la combustion completa, y similares. Tambien, dependiendo del diseno y operacion del horno, los adsorbentes se inyectan desde una o mas caras del horno y/o desde una o mas esquinas del horno. La adicion de composiciones adsorbentes y componentes adsorbentes tiende a ser mas efectiva cuando la temperatura en la inyeccion es suficientemente alta y/o la aerodinamica de los quemadores y el horno se ajusta para conducir a un mezclado adecuado de los adsorbentes en polvo con el combustible y/o los productos de combustion. Alternativamente o adicionalmente, la adicion del adsorbente se hace para una ruta convectiva aguas abajo de la llama y el horno. En diversas realizaciones, se encuentran los puntos de inyeccion o aplicacion optimos para adsorbentes modelando el horno y eligiendo parametros (velocidad de inyeccion, lugar de inyeccion, distancia por encima de la llama, distancia desde la pared, modo de pulverizacion de polvo y similares) que dan el mejor mezclado de adsorbente, carbon y productos de combustion para los resultados deseados.

En los sistemas de quema de carbon, los gases de combustion calientes y el aire se mueven por conveccion lejos de la llama a traves de la ruta convectiva en una direccion descendente (es decir, aguas abajo con relacion a la bola de fuego). La ruta convectiva de la instalacion contiene un numero de zonas caracterizadas por la temperatura de los gases y los productos de combustion en cada zona. En general, la temperatura del gas de combustion cae segun este se mueve en una direccion descendente desde la bola de fuego. Desde el horno, donde el carbon en un ejemplo se esta quemando a una temperatura de aproximadamente 1480°C-1650°C (2700°F-3600°F), la ceniza volante y los gases de combustion se mueven hacia abajo en la trayectoria convectiva a zonas de temperatura en disminucion. Para ilustracion, aguas abajo de la bola de fuego hay una zona con una temperatura de menos de 1480°C (2700°F). Mas abajo, se alcanza un punto donde la temperatura se ha enfriado a aproximadamente 816°C (1500°F). Entre los dos puntos hay una zona que tiene una temperatura de aproximadamente 816°C (1500°F) a aproximadamente 1480°C (2700°F). Aun mas abajo, se alcanza una zona de menos de 816°C (1500°F), y asf sucesivamente. Ademas a lo largo de la trayectoria convectiva, los gases y la ceniza volante pasan a traves de zonas de menor temperatura hasta alcanzar el filtro de mangas o el precipitador electrostatico, que tfpicamente tiene una temperatura de aproximadamente 149°C (300°F) antes de que los gases se emitan al conducto de escape.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

Los gases de combustion contienen dioxido de carbono asf como diversos gases indeseables que contienen azufre, nitrogeno y mercurio. Las trayectorias convectivas se llenan tambien con una diversidad de ceniza que se arrastra junto con los gases de alta temperatura. Para retirar la ceniza antes de la emision a la atmosfera, se usan sistemas de eliminacion de partfculas. Una diversidad de tales sistemas de eliminacion, tales como precipitadores electrostaticos y un filtro de mangas generalmente se disponen en la trayectoria convectiva. Ademas, pueden situarse lavadores qmmicos en la trayectoria convectiva. Adicionalmente, pueden proporcionarse diversos instrumentos para supervisar los componentes del gas, tales como azufre (como SOx), nitrogeno (como NOx) y mercurio.

De esta manera, en diversas realizaciones, el proceso de la presente invencion exige la aplicacion de adsorbentes directamente en el horno durante la combustion (adicion "co-combustion")

directamente al combustible, tal como el carbon antes de la combustion (adicion "pre-combustion" para formar un carbon refinado);

directamente a la corriente gaseosa despues de la combustion, preferiblemente en una zona de temperatura de mas de 500°C y preferiblemente mayor que 800°C (adicion "post-combustion"); o en una combinacion de adiciones pre-combustion, co-combustion y post-combustion.

La aplicacion de los adsorbentes se realiza "en el sistema de quema de carbon" en cualquiera de los modos de precombustion, co-combustion o post-combustion o en cualquier combinacion de las mismas. Cuando los adsorbentes se anaden al sistema de quema de carbon, se dice que el carbon u otro combustible se quema "en presencia" de los diversos adsorbentes, composiciones adsorbentes o componentes adsorbentes.

En una realizacion preferida se lleva a cabo la adicion aguas abajo, donde la temperatura es de aproximadamente 816°C (1500°F) a aproximadamente 1480°C (2700°F). En algunos aspectos, y dependiendo de la especificidad del diseno del horno y del diseno de las trayectorias convectivas, el punto de corte o distincion entre "dentro del horno", "en la bola de fuego" y "en las trayectorias convectivas" puede ser bastante arbitrario. En algun punto, los gases de combustion dejan lo que es claramente la camara de combustion u horno y entran en una estructura separada que es claramente un humero o trayectoria convectiva para gases que descienden por el horno. Sin embargo, muchos hornos son bastante grandes y, por lo tanto, permiten la adicion de adsorbentes "en el horno" a una distancia considerable de donde el combustible y el aire se han alimentado desde la bola de fuego. Por ejemplo, algunos hornos tienen puertos de inyeccion de aire de combustion completa y similares disenados espedficamente para proporcionar oxfgeno adicional en una localizacion por encima de la bola de fuego, para conseguir una combustion mas completa y/o un control de emisiones tales como oxidos de nitrogeno. Los puertos de aire de combustion completa pueden estar a 6,1 m (20 pies) o mas por encima de la inyeccion de combustible. En diversas realizaciones, los componentes o composiciones adsorbentes se inyectan directamente a la bola de fuego junto con el carbon que se esta alimentando, en una localizacion por encima de la alimentacion de carbon, por encima o por debajo de los puertos de aire de combustion completa en una localizacion mas alta dentro de la camara de combustion, tal como en o justo por debajo de la boca del horno. Cada una de estas localizaciones se caracteriza por una temperatura y por condiciones de flujo turbulento que contribuyen al mezclado de los adsorbentes con el combustible y/o los productos de combustion (tal como la ceniza volante). En las realizaciones que implican aplicar composiciones adsorbentes en el horno o aguas abajo del horno, la aplicacion se realiza preferiblemente cuando la temperatura esta por encima de 816°C (1500°F), preferiblemente por encima de 1903°C (2000°F), mas preferiblemente donde la temperatura esta por encima de 1260°C (2300°F) y lo mas preferiblemente donde la temperatura esta por encima de 1482°C (27o0°F).

En diversas realizaciones descritas en la presente memoria, las composiciones adsorbentes que tienden a reducir o remediar la liberacion de mercurio, nitrogeno y/o azufre de las instalaciones de quema de carbon tienen tambien el efecto beneficioso de hacer que la ceniza producida por la combustion del combustible sea altamente cementosa. Como resultado, la ceniza puede utilizarse comercialmente como una sustitucion parcial o completa del cemento portland en diversos productos de cemento y hormigon.

La quema del carbon con las composiciones adsorbentes descritas en la presente memoria da como resultado una ceniza que tiene, en diversas realizaciones, niveles aumentados de metales pesados en comparacion con el carbon quemado sin adsorbente, pero que no obstante contiene menores niveles de metales pesados lixiviables que la ceniza producida sin los adsorbentes. Como resultado, la ceniza es segura de manipular y vender comercialmente, por ejemplo como un material cementoso.

Para fabricar los productos de ceniza, se quema un carbon carbonoso para producir energfa termica a partir de la combustion del material carbonoso. El material no quemado y los productos de combustion en forma de partfculas forman ceniza, parte de la cual se recoge en el fondo del horno, aunque la mayona de la cual se recoge como ceniza volante desde el humero por precipitadores o filtros, por ejemplo un filtro de mangas en una instalacion de quema de carbon. El contenido de la ceniza del fondo y ceniza volante depende de la composicion qmmica del carbon y de la cantidad y composicion de componentes adsorbentes anadidos a la instalacion de quema de carbon durante la combustion.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

En diversas realizaciones, se supervisan las emisiones de mercurio desde la instalacion de quema de carbon. Las emisiones se supervisan como mercurio elemental, mercurio oxidado o ambos. El mercurio elemental se refiere a mercurio en el estado de oxidacion de tierra o cero, mientras que el mercurio oxidado se refiere a mercurio en el estado de oxidacion +1 o +2. Dependiendo del nivel de mercurio en el efluente gaseoso antes de la emision desde la planta, la cantidad de composicion de adsorbente anadida pre-, co- y/o post-combustion se eleva, se reduce o se mantiene sin cambios. En general, es deseable eliminar un nivel tan alto de mercurio como sea practico. En las realizaciones, puede conseguirse la eliminacion de mercurio de al menos 40% hasta 90% y mayor, basandose en la cantidad total de mercurio en el carbon. Este numero se refiere al mercurio retirado de los efluentes gaseosos, de modo que el mercurio no se libera a traves del conducto de escape a la atmosfera. En este aspecto, los numeros corresponden a las reducciones porcentuales de las emisiones de mercurio desde la instalacion, en comparacion con la quema de carbon sin adsorbente. Normalmente, la eliminacion de mercurio de los efluentes gaseosos conduce a un aumento de los niveles de mercurio en la ceniza. Para minimizar la cantidad de adsorbente anadido en el proceso de quema de carbon, tal como para reducir la cantidad global de ceniza producida en el horno, es deseable en muchas realizaciones usar las mediciones de emisiones de mercurio para ajustar la tasa de adicion de la composicion de adsorbente a una que consiga la reduccion de mercurio deseada sin anadir un exceso de material al sistema.

En diversas realizaciones de quema de carbon u otros combustibles con los componentes adsorbentes anadidos, el mercurio y otros metales pesados en el carbon, tales como arsenico, antimonio, plomo y otros, reportan al filtro de mangas o al precipitador electrostatico, y se convierten en parte del contenido global de ceniza de la planta de quema de carbon; alternativamente o ademas, el mercurio y los metales pesados se encuentran en la ceniza del fondo. De esta manera, se reducen las emisiones de mercurio y otros metales pesados de la instalacion.

En general, el mercurio y otros metales pesados en la ceniza son resistentes al lixiviado en condiciones acidas, incluso aunque tiendan a estar presentes en la ceniza a niveles elevados con respecto a la ceniza producida por quema del carbon sin los componentes adsorbentes descritos en la presente memoria. Ventajosamente, los metales pesados en la ceniza no lixivian mas alla de los niveles regulatorios; de hecho, se observa un nivel reducido de metal pesado lixiviable en la ceniza en base de ppm, incluso aunque la ceniza normalmente contenga un mayor nivel absoluto de metales pesados gracias a que se produce por quema con los adsorbentes. Debido a que ademas la naturaleza cementosa de la ceniza se ve potenciada, la ceniza de la combustion (ceniza de carbon) es valiosa para venderla comercialmente y usarla, por ejemplo, como un material cementoso para fabricar cementos portland asf como productos de hormigon y mezclas listas para su uso.

En realizaciones preferidas, el lixiviado de metales pesados se supervisa o analiza periodica o continuamente durante la combustion. El procedimiento TCLP de la Agencia de Proteccion Medioambiental de Estados Unidos es un metodo usado habitualmente. La cantidad de adsorbente, particularmente de componentes adsorbentes como Si (SiO2 o equivalentes) y/o Al (A^O3 o equivalentes) se ajusta basandose en el resultado analttico para mantener el lixiviado en un intervalo deseado.

En una realizacion, se proporciona un metodo para quemar carbon para reducir la cantidad de mercurio liberado a la atmosfera. El metodo implica aplicar una composicion adsorbente que comprende un compuesto de halogeno en el sistema en el que se esta quemando el carbon. El compuesto de halogeno es preferiblemente un compuesto de bromo; en una realizacion preferida, el adsorbente esta exento de compuestos de metal alcalino, de modo que se evita la corrosion en los tubos de la caldera u otros componentes del horno. El carbon se quema en el horno para producir ceniza y gases de combustion. Los gases de combustion contienen mercurio, azufre y otros componentes. Para conseguir una reduccion deseada del mercurio en los gases de combustion para limitar su liberacion a la atmosfera, el nivel de mercurio en los gases de combustion preferiblemente se supervisa, por ejemplo, midiendo el nivel analfticamente. En realizaciones preferidas, se ajusta la cantidad de composicion adsorbente aplicada (es decir, aumentandola, disminuyendola o en algunos casos decidiendo dejarla sin cambios) dependiendo del valor del nivel de mercurio medido en los gases de combustion. En una realizacion preferida, el adsorbente se anade al sistema aplicandolo a la pre-combustion de carbon, suministrando despues el carbon que contiene el adsorbente en el horno para combustion.

En otra realizacion, los componentes adsorbentes que comprenden un compuesto de halogeno (preferiblemente bromo o yodo y mas preferiblemente bromo) y al menos un material de aluminosilicato, se aplican al sistema de quema de carbon. Los componentes se anaden por separado o como una unica composicion de adsorbente, y se anaden opcionalmente a la pre-combustion de carbon, en el horno durante la combustion, o en los efluentes gaseosos aguas abajo del horno a temperaturas adecuadas. En una realizacion preferida, los componentes se anaden a la pre-combustion de carbon y al carbon que contiene el adsorbente y despues se suministran al horno para su combustion. Como antes, preferiblemente se supervisa mercurio en los efluentes gaseosos y la velocidad de aplicacion de adsorbente se ajusta dependiendo del valor del nivel de mercurio medido. El halogeno contribuye a reducir el nivel de emisiones de mercurio, mientras que el aluminosilicato contribuye a hacer que el mercurio capturado en la ceniza no lixivie.

En una realizacion relacionada, un metodo para reducir el lixiviado del mercurio y/u otros metales pesados de la ceniza producida de la combustion de carbon u otro combustible en un sistema de quema de carbon en un

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

incinerador implica introducir adsorbentes que contienen s^lice y alumina en el incinerador o sistema de quema de carbon durante la combustion, midiendo el lixiviado de mercurio y/u otros metales pesados de la ceniza resultante y ajustando el nivel de sflice y alumina anadidas segun el lixiviado medido de metales pesados. Si el lixiviado es mayor que el deseado, la tasa de aplicacion del adsorbente puede aumentarse para llevar al lixiviado de vuelta al intervalo deseado. En una realizacion preferida, el adsorbente contiene ademas un compuesto de halogeno (por ejemplo bromo) para potenciar la captura de mercurio en la ceniza. Ventajosamente, el adsorbente que contiene sflice y alumina se anade en una composicion en polvo que contiene <1% Na2O y <1% K2O para reducir o eliminar el ensuciamiento.

En una realizacion se proporciona un metodo para reducir la cantidad de mercurio oxidado en los efluentes gaseosos que se generan por combustion del combustible carbonoso que contiene mercurio, tal como carbon, mientras que al mismo tiempo se produce un producto de ceniza cementoso. El metodo comprende quemar el combustible en presencia de un adsorbente en polvo alcalino en donde el adsorbente en polvo comprende calcio, sflice y alumina. El polvo alcalino se anade a la pre-combustion del carbon, se inyecta en el horno durante la combustion, se aplica a los efluentes gaseosos aguas abajo del horno (preferiblemente donde la temperatura es de 816°C (1500°F) o mayor), o en cualquier combinacion. Los polvos son alcalinos, caracterizados por un pH por encima de 7 cuando se combinan con agua, preferiblemente por encima de 8 y preferiblemente por encima de 9. Ventajosamente, el adsorbente contiene menos de 1% de cada uno, menos de 0,5% de cada uno o menos de 0,1% de cada uno en peso de alcalis tales como Na2O y K2O. En diversas realizaciones, el adsorbente contiene ademas hierro y magnesio. En diversas realizaciones, el contenido de aluminio del adsorbente es mayor que el contenido de alumina del cemento portland, preferiblemente por encima de aproximadamente 5% o por encima de aproximadamente 7% de alumina.

Para supervisar las emisiones mientras el combustible se esta quemando, se mide un nivel de mercurio (oxidado, elemental o ambos) en los efluentes gaseosos aguas abajo del horno. El nivel de mercurio medido se compara con un nivel diana y, si el nivel medido esta por encima del nivel diana, aumenta la cantidad de adsorbente en polvo anadido respecto a la cantidad de combustible que se quema. Alternativamente, si el nivel medido esta en o por debajo del nivel diana, la tasa de adicion de adsorbente puede disminuir o mantenerse sin cambios.

En otra realizacion, la composicion en polvo es una composicion de adsorbente alcalino que contiene un componente de calcio alcalino asf como niveles significativos de sflice y alumina. En una realizacion no limitante, la

composicion en polvo comprende de 2 a 50% de un material de aluminosilicato y de 50 a 98% en peso de un polvo

alcalino que comprende calcio. En una realizacion preferida, el polvo alcalino comprende uno o mas de cal, oxido de calcio, cemento portland, polvo del horno de cemento, polvo del horno de cal y cal de remolacha azucarera, mientras que el material de aluminosilicato contiene uno o mas seleccionados del grupo que consiste en montmorillonita calcica, montmorillonita sodica y caolm. El adsorbente en polvo comprende CKD y otro material para satisfacer la especificacion de bajo contiene de alcali y/o la especificacion de bajo contenido de cloro.

La composicion en polvo se anade al carbon a una tasa de aproximadamente 0,1 a aproximadamente 10% en peso, basado en la cantidad de carbon que se va a tratar con los adsorbentes para un proceso discontinuo, o la tasa de carbon que se consume por combustion para un proceso continuo. En las realizaciones, la tasa es de 0,1-5%, 0,12%, 0,1-1,5%, 0,1-1%, de 1 a 8% en peso, de 2 a 8% en peso, de 4 a 8% en peso, de 4 a 6% en peso o

aproximadamente 6% en peso. En ciertas realizaciones, la composicion en polvo se inyecta a la bola de fuego o al

horno durante la combustion y/o se aplica al carbon en condiciones ambiente, antes de su combustion. La temperatura en el punto de inyeccion preferiblemente es al menos aproximadamente 538°C (1000°F) o mayor. Para algunos combustibles de bajo poder calonfico, esto corresponde a la inyeccion en o cera de la bola de fuego.

En una realizacion adicional, un metodo para reducir el mercurio y/o azufre emitidos al medio ambiente durante la combustion de carbon en un sistema de quema de carbon comprende anadir componentes adsorbentes que comprenden bromo, calcio, sflice y alumina al sistema de quema de carbon y combustionar el carbon en presencia de los componentes adsorbentes para producir gases de combustion y ceniza volante. Se mide la cantidad de mercurio en los gases de combustion y se ajusta el nivel de componentes que contienen bromo anadido al sistema dependiendo del valor medido de mercurio en los gases de combustion.

En diversas realizaciones, los cuatro componentes (calcio, sflice, alumina y bromo) se anaden juntos o por separado a la pre-combustion de carbon, al horno y/o a los efluentes gaseosos a una temperatura adecuada como se describe en la presente memoria. Los adsorbentes que contienen los componentes preferiblemente contienen un maximo de 1% en peso de Na2O y un maximo de 1% en peso de K2O. Preferiblemente, el bromo esta presente a un nivel efectivo para captura, en la ceniza, de al menos 20%, al menos 40%, al menos 80% o al menos 90% del mercurio en el carbon, y la sflice y alumina estan presentes a niveles efectivos para producir ceniza volante con un valor de lixiviado de menos de 0,2 ppm (200 ppb) con respecto al mercurio, preferiblemente menos de 100 ppb de Hg, menos de 50 ppb y mas preferiblemente menos de 2 ppb con respecto al mercurio. Un nivel de 2 ppb representa el menor lfmite detectable actual del ensayo TCLP para lixiviado de mercurio.

En ciertas realizaciones, los metodos proporcionan ceniza de carbon y/o ceniza volante que contienen mercurio a un nivel correspondiente al de la captura en la ceniza de al menos 40% o de al menos 90% del mercurio originalmente

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

en el carbon antes de la combustion. En algunas realizaciones, el nivel de mercurio es mayor que en las cenizas volantes conocidas debido a la captura de mercurio en la ceniza en lugar de liberar el mercurio a la atmosfera. La ceniza volante producida por el proceso contiene hasta 200 ppm de mercurio o mas; en algunas realizaciones el contenido de mercurio de la ceniza volante esta por encima de 250 ppm. Puesto que el volumen de ceniza normalmente aumenta por el uso de adsorbentes (en realizaciones tipicas, el volumen de ceniza aproximadamente se dobla), el aumento de los niveles medidos de mercurio representa una captura significativa en la ceniza de mercurio que, sin los adsorbentes, tendna que liberarse al medio ambiente. El contenido de la ceniza volante de mercurio y otros metales pesados tales como plomo, cromo, arsenico y cadmio generalmente es mayor que en la ceniza volante producida a partir de la quema de carbon sin los adsorbentes o componentes adsorbentes anadidos.

Preferiblemente, el mercurio en la ceniza de carbon no se lixivia en tanto que presenta una concentracion de mercurio en el extracto de menos de 0,2 ppm cuando se ensaya usando el Procedimiento de Lixiviado Caractenstico de Toxicidad (TCLP), Metodo de ensayo 1311 en "Metodos de Ensayo para Evaluar Residuos Solidos, Metodos Ffsicos/Qmmicos", Publicacion EPA SW - 846 - Tercera Edicion, que se incorpora por referencia en 40 CFR §260.11. Normalmente se observa que la ceniza volante de la quema de carbon con los adsorbentes descritos en la presente memoria tiene menos mercurio lixiviable que la ceniza producida de la quema de carbon con el adsorbente, incluso aunque el contenido de mercurio total en la ceniza producida a partir del carbon tratado con adsorbente sea mayor en tanto como un factor de 2 o mas sobre el nivel de la ceniza producida por la quema sin los adsorbentes. Para ilustracion, una ceniza tfpica de la quema de un carbon PRB contiene aproximadamente 100-125 ppm de mercurio; en diversas realizaciones, la ceniza producida por la quema de carbon PRB con aproximadamente un 6% en peso de los adsorbentes descritos en la presente memoria tiene aproximadamente 200-250 ppm de mercurio o mas.

En otra realizacion se proporciona un producto de cemento hidraulico que contiene cemento portland y de 0,1% a aproximadamente 99% en peso, basado en el peso total del producto de cemento, de una ceniza de carbon o ceniza volante descrita anteriormente.

En otra realizacion, se proporciona un producto puzolanico que comprende una puzolana y de 0,01% a aproximadamente 99% en peso, basado en el peso total del producto puzolanico de la ceniza descrita anteriormente.

Se proporciona tambien una mezcla cementosa que contiene el producto de cemento hidraulico.

Se proporciona ademas un producto mixto listo para su uso de hormigon que contiene arido y el producto de cemento hidraulico.

En otra realizacion, una mezcla cementosa que contiene la ceniza de carbon descrita en la presente memoria como el unico componente cementoso; en estas realizaciones, la ceniza es una sustitucion total para los cementos convencionales tales como cemento portland. Las mezclas cementosas contienen cemento y opcionalmente arido, cargas y/u otros aditivos. Las mezclas cementosas normalmente se combinan con agua y se usan como hormigon, morteros, lechada, relleno fluido, base estabilizada y otras aplicaciones.

Por lo tanto, los metodos abarcan la quema de carbon con los adsorbentes anadidos para producir ceniza de carbon y energfa para generacion de calor o electricidad. La ceniza despues se recupera y se usa para formular mezclas cementosas que incluyen cementos, morteros y lechadas.

En una realizacion preferida, las composiciones adsorbentes en polvo descritas en la presente memoria contienen uno o mas polvos alcalinos que contienen calcio, junto con menores niveles de uno o mas materiales de aluminosilicato. El componente halogeno, si se desea, se anade como un componente adicional del polvo alcalino o se anade por separado como parte de una composicion lfquida o en polvo. Ventajosamente, el uso de adsorbentes conduce a una reduccion de las emisiones o liberaciones de azufre, nitrogeno, mercurio, otros metales pesados tales como plomo y arsenico y/o cloro del sistema de quema de carbon.

Las composiciones adsorbentes usadas en diversas realizaciones de la invencion descrita anteriormente y en la presente memoria contienen componentes que contribuyen al calcio, sflice y/o alumina, preferiblemente en forma de polvos alcalinos. En diversas realizaciones, las composiciones contienen tambien oxido de hierro. En un ejemplo no limitante, el adsorbente en polvo contiene aproximadamente 2-10% en peso de AhO3, mas de 40%, por ejemplo aproximadamente 40-70% de CaO, >10% SiO2, aproximadamente 1-5% Fe2O3 y <2% de alcalis totales tales como oxido de sodio y oxido de potasio, preferiblemente menos del 1%. Los componentes que comprenden calcio, sflice y alumina - y otros elementos si estan presentes - se combinan juntos en una unica composicion o se anaden por separado o en cualquier combinacion como componentes al sistema de quema de combustible. En realizaciones preferidas, el uso de adsorbentes conduce a reducciones en la cantidad de NOx, SOx y/o mercurio liberado a la atmosfera.

Ventajosamente, las composiciones adsorbentes contienen niveles adecuadamente altos de alumina y sflice. Se cree que la presencia de alumina y/o sflice conduce a diversas ventajas vistas desde el uso del adsorbente. Para

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

ilustrar, se cree que la presencia de alumina y/o sflice y/o el equilibrio de sflice/alumina con calcio, hierro y otros ingredientes contribuye al bajo lixiviado acido de mercurio y/u otros metales pesados que se observa en la ceniza producida por combustion de carbon u otros combustibles que contienen mercurio en presencia de adsorbentes.

Como se indica, los componentes que contribuyen al calcio, sflice, y/o alumina preferiblemente se proporcionan como polvos alcalinos. Sin desear quedar limitado por la teona, se cree que la naturaleza alcalina de los componentes adsorbentes conduce, al menos en parte, a las propiedades deseables descritas anteriormente. Por ejemplo, se cree que la naturaleza alcalina de los polvos conduce a una reduccion en las picaduras por azufre. Despues de la neutralizacion, se cree que se forma una ceniza geopolimerica en presencia de los adsorbentes, acoplandose con la sflice y alumina presente en el adsorbente para formar un ceramico de tipo matricial que reporta como una ceniza estabilizada. La ceniza estabilizada se caracteriza por un lixiviado muy bajo de mercurio y otros metales pesados. En algunas realizaciones, el lixiviado de mercurio esta por debajo de los lfmites detectables. Sin embargo, para algunos carbones, se observa tambien que un alto contenido de alcali en los componentes adsorbentes tiende a contribuir a un ensuciamiento indeseable. Por consiguiente, las presentes ensenanzas describen como superar esta desventaja usando adsorbentes de menor alcalinidad (segun se mide por el contenido de Na2O y K2O) y/o un menor contenido de cloro, especialmente para su uso con carbones sub-bituminosos y de lignito.

Las fuentes de calcio para las composiciones adsorbentes de la invencion incluyen, sin que ello pretenda ser limitante, polvos de calcio tales como carbonato de calcio, piedra caliza, dolomita, oxido de calcio, hidroxido de calcio, fosfato de calcio y otras sales de calcio. Productos industriales tales como piedra caliza, cal, cal apagada similares contribuyen en mayores proporciones a tales sales de calcio. Como tal, son componentes adecuados para las composiciones adsorbentes de la invencion.

Otras fuentes de calcio incluyen diversos productos fabricados. Tales productos estan disponibles en el mercado, y algunos se comercializan como productos residuales o subproductos de otros procesos industriales. En realizaciones preferidas, los productos contribuyen ademas a la sflice, alumina o ambas para las composiciones de la invencion. Los ejemplos no limitantes de productos industriales que contienen sflice y/o alumina, ademas de calcio, incluyen cemento portland, polvo del horno de cemento, polvo del horno de cal, cal de remolacha azucarera, escorias (tal como escoria de acero, escoria de acero inoxidable, escoria de alto horno), ceniza de lodo de destintado de papel, torta de filtro del descargador del cubilote y polvo del cubilote.

Estos y otros materiales opcionalmente se combinan para proporcionar polvos alcalinos o mezclas de polvos alcalinos que contienen calcio y preferiblemente contienen tambien sflice y alumina. Otros polvos alcalinos que contienen calcio, sflice y alumina incluyen materiales puzolanicos, ceniza de madera, ceniza de cascara de arroz, ceniza volante de clase C y ceniza volante de clase F. En diversas realizaciones, estos y materiales similares son componentes adecuados de las composiciones adsorbentes, especialmente si la composicion resultante que los contiene como componentes cae dentro del intervalo preferido de 2 a 10% en peso de AhO3, mayor que 40% en peso de CaO, mayor que 10% en peso de SiO2, de aproximadamente 1 a 5% de Fe2O3 y menos de 2% en peso de alcali total. Se usan tambien mezclas de materiales. Los ejemplos no limitantes incluyen mezclas de cemento portland y cal, y mezclas que contienen polvo del horno de cemento, tal como polvo del horno de cemento y polvo del horno de cal.

La cal de remolacha azucarera es un material residual solido resultante de la fabricacion de azucar a partir de remolacha azucarera. Tiene un alto contenido de calcio y tambien contiene diversas impurezas que precipitan en el procedimiento de formacion de cal llevado a cabo con las remolachas azucareras. Es un artfculo de comercio, y normalmente se vende a paisajistas, agricultores y similares como remediador de suelos.

El polvo del horno de cemento (CKD) generalmente se refiere a un subproducto generado dentro de un horno de cemento o un equipo de procesamiento relacionado durante la fabricacion de cemento portland.

Generalmente, el CKD comprende una combinacion de diferentes partfculas generadas en diferentes areas del horno, equipo de pre-tratamiento y/o sistemas de manipulacion de material incluyendo, por ejemplo, polvo de clinker, polvo de material parcial a totalmente calcinado y materia prima en polvo (hidratada y deshidratada). La composicion del CKD vana basandose en las materias primas y los combustibles usados, las condiciones de fabricacion y procesamiento y la localizacion de los puntos de recogida para CKD dentro del proceso de fabricacion de cemento. El CKD puede incluir polvo o materia en forma partfculas recogida de las corrientes efluentes del horno (es decir, corrientes de escapa), efluente del enfriador de clinker, efluente del pre-calcinador, dispositivos de control de contaminacion del aire y similares. El CKD comercial tiene un intervalo de alcalinidad, dependiendo de su fuente. En algunas realizaciones, es posible satisfacer la baja especificacion de alcali de los adsorbentes en polvo descritos en la presente memoria usando un CKD de bajo contenido de alcali. Si solo esta disponible un CKD de alto contenido de alcali, puede ser necesario combinar o sustituir parte del producto de CKD de alto contenido de alcali con el material de menor contenido de alcali descrito anteriormente.

Aunque las composiciones de CKD variaran para diferentes hornos, el CKD normalmente tiene al menos algunas propiedades cementosas y/o puzolanicas, debido a la presencia del polvo de clinker y materiales calcinados. Las

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

composiciones de CKD tfpicas comprenden compuestos que contienen silicio, tales como silicatos incluyendo silicato tricalcico, silicato dicalcico; compuestos que contienen aluminio, tales como aluminatos incluyendo aluminato tricalcico; y compuestos que contienen hierro, tales como ferritas, incluyendo aluminoferrita tetracalcica. El CKD generalmente comprende oxido de calcio (CaO). Las composiciones de CKD ejemplares comprenden de aproximadamente 10 a aproximadamente 60% de oxido de calcio, opcionalmente de aproximadamente 25 a aproximadamente 50% y opcionalmente de aproximadamente 30 a aproximadamente 45% en peso. En algunas realizaciones, el CKD comprende una concentracion de cal libre (disponible para una reaccion de hidratacion con agua) de aproximadamente 1 a aproximadamente 10%, opcionalmente de aproximadamente 1 a aproximadamente 5% y en algunas realizaciones de aproximadamente 3 a aproximadamente 5%. Ademas, en ciertas realizaciones, el CKD comprende compuestos que contienen metales alcalinos, metales alcalinoterreos y azufre, entre otros.

Otras fuentes ejemplares de polvos alcalinos que comprenden calcio y que preferiblemente comprenden ademas sflice y alumina incluyen diversos subproductos relacionados con el cemento (ademas del cemento portland y el CKD descritos anteriormente). Los productos de cemento combinados son un ejemplo adecuado de tal fuente. Estos productos de cemento combinado tfpicamente contienen mezclas de cemento portland y/o su clinker combinado con escoria(s) y/o puzolana(s) (por ejemplo, ceniza volante, sflice pirogena, esquisto quemado). Las puzolanas normalmente son materiales silfceos que no son cementosos por sf mismos, pero que desarrollan propiedades de cemento hidraulico cuando reaccionan con cal libre (libre de CaO) y agua. Otras fuentes son cemento de mampostena y/o cal hidraulica, que incluyen mezclas de cemento portland y/o su clinker con cal o piedra caliza. Otras fuentes adecuadas son cementos aluminosos que son cementos hidraulicos fabricados quemando una mezcla de piedra caliza y bauxita (un material heterogeneo de origen natural que comprende uno o mas minerales de hidroxido de aluminio, mas varias mezclas de sflice, oxido de hierro, titania, silicatos de aluminio y otras impurezas en cantidades minoritarias o traza). Otro ejemplo mas es un cemento puzolanico que es un cemento combinado que contiene una concentracion sustancial de puzolanas. Normalmente, el cemento de puzolana comprende oxido de calcio pero esta sustancialmente exento de cemento portland. Los ejemplos comunes de puzolanas ampliamente empleadas incluyen puzolanas naturales (tal como ciertas cenizas volcanicas o tobas ciertas tierras diatomeas, arcillas calcinadas y esquistos) y puzolanas sinteticas (tal como sflice pirogena y ceniza volante).

El polvo del horno de cal (LKD) es un subproducto de la fabricacion de cal. El LKD es polvo o materia en forma de partfcula recogido de un horno de cal o equipo de procesamiento asociado. La cal fabricada puede clasificarse como cal de alto contenido de calcio o cal dolomftica, y el LKD vana basandose en el proceso mediante el que se forma. La cal a menudo se produce por una reaccion de calcinacion realizada calentando materia prima caldtica, tal como carbonato de calcio (CaCO3), para formar cal libre CaO y dioxido de carbono (CO2). La cal de alto contenido de calcio tiene una alta concentracion de oxido de calcio y tfpicamente algunas impurezas incluyendo compuestos que contienen aluminio y que contienen hierro. La cal de alto contenido de calcio tfpicamente se forma a partir de un carbonato de calcio de alta pureza (aproximadamente 95% de pureza o mayor). El contenido de oxido de calcio tfpico en un producto LKD derivado del procesamiento de cal de alto contenido de calcio es mayor que o igual a aproximadamente 75% en peso, opcionalmente mayor que o igual a aproximadamente 85% en peso y en algunos casos mayor que o igual a aproximadamente 90% en peso. En alguna fabricacion de cal, la dolomita (CaCO3'MgCO3) se descompone por calentamiento para generar principalmente oxido de calcio (CaO) y oxido de magnesio (MgO), formando de esta manera lo que se conoce como cal dolomftica. En el LKD generado por el procesamiento de la cal dolomftica, el oxido de calcio puede estar presente a mas de o igual a aproximadamente 45% en peso, opcionalmente mas de aproximadamente 50% en peso y en ciertas realizaciones mas de aproximadamente 55% en peso. Aunque el LKD vana basandose en el tipo de procesamiento de cal empleado, generalmente tiene una concentracion relativamente alta de cal libre. Las cantidades tfpicas de cal libre en el LKD son de aproximadamente 10 a aproximadamente 50%, opcionalmente de aproximadamente 20 a aproximadamente 40%, dependiendo de la concentracion relativa del oxido de calcio presente en el producto de cal generado.

Las escorias generalmente son compuestos de subproducto generados por la fabricacion y procesamiento de metales. El termino "escoria" abarca una amplia diversidad de compuestos de subproducto, que tfpicamente comprende una gran parte de los subproductos no metalicos de fabricacion y procesamiento de metal ferroso y/o acero. Generalmente, las escorias se consideran una mezcla de diversos oxidos metalicos, sin embargo a menudo contienen sulfuros metalicos y atomos metalicos en una forma elemental.

Diversos ejemplos de subproductos de escoria utiles para ciertas realizaciones de la invencion incluyen escorias ferrosas tales como aquellas generadas en los altos hornos (conocidos tambien como cubilotes), incluyendo, a modo de ejemplo, escoria de alto horno enfriada con aire (ACBFS), escoria de alto horno expandida o espumada, escoria de alto horno peletizada, escoria de alto horno granulada (GBFS) y similares. Las escorias de acero pueden producirse a partir de hornos de fabricacion de acero con oxfgeno basico (BOS/BOF) u hornos de arco electrico (EAF). Muchas escorias se reconocen por tener propiedades cementosas y/o puzolanicas y, sin embargo, la extension a la cual las escorias tienen estas propiedades depende de su composicion respectiva y el proceso a partir del cual se derivan, como reconocera el experto en la materia. Las escorias ejemplares comprenden compuestos que contienen calcio, compuestos que contienen silicio, compuestos que contienen aluminio, compuestos que contienen magnesio, compuestos que contienen hierro, compuestos que contienen manganeso y/o compuestos de contienen azufre. En ciertas realizaciones, la escoria comprende oxido de calcio de aproximadamente 25 a aproximadamente 60%, opcionalmente de aproximadamente 30 a aproximadamente 50% y opcionalmente de

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

aproximadamente 30 a aproximadamente 45% en peso. Un ejemplo de una escoria adecuada generalmente tiene propiedades cementosas es la escoria de alto horno granulada molida (GGBFS).

Como se ha descrito anteriormente, otros ejemplos adecuados incluyen escoria de polvo de alto horno (cubilote) recogida de los dispositivos de control de la contaminacion del aire fijados a los altos hornos, tal como una torta de filtro del descargador del cubilote. Otra fuente de subproducto industrial adecuada es la ceniza de lodo del destintado de papel. Como reconoceran los expertos en la materia, hay muchos subproductos fabricados/de procesos industriales diferentes que son factibles como fuente de calcio para los polvos alcalinos que forman las composiciones adsorbentes de la invencion. Muchos de estos subproductos bien conocidos comprenden alumina y/o sflice, tambien. Algunos de ellos, tales como polvo del horno de cal, contienen cantidades mayoritarias de CaO y cantidades relativamente pequenas de sflice y alumina. Las combinaciones de cualquiera de los productos fabricados ejemplares y/o subproductos industriales se contemplan tambien para su uso como los polvos alcalino de ciertas realizaciones de la invencion.

En diversas realizaciones, los niveles de tratamiento deseados de sflice y/o alumina estan por encima de aquellos proporcionados anadiendo materiales tales como cemento portland, polvo del horno de cemento, polvo del horno de cal y/o cal de remolacha azucarera. Por consiguiente, es posible complementar tales materiales con materiales de aluminosilicato tales como, sin que ello pretenda ser limitante, arcillas (por ejemplo, montmorillonita, caolines y similares) donde sea necesario proporcionar nieves preferidos de sflice y alumina. En diversas realizaciones, los materiales de aluminosilicato complementarios constituyen hasta al menos aproximadamente 2% y preferiblemente al menos aproximadamente 5% en peso de los diversos componentes adsorbentes anadidos al sistema de quema de carbon. En general, no hay lfmite superior desde un punto de vista tecnico, siempre y cuando se mantengan niveles adecuados de calcio. Sin embargo, desde el punto de vista del coste, normalmente es deseable limitar la proporcion de materiales de aluminosilicato mas caros. De esta manera, los componentes adsorbentes preferiblemente comprenden de aproximadamente 2 a 50%, preferiblemente de 2 a 20% y mas preferiblemente de aproximadamente 2 a 10% en peso de material de aluminosilicato, tal como las arcillas ejemplares. Un ejemplo no limitante de un adsorbente es de aproximadamente 93% en peso de una combinacion de CKD y LKD (por ejemplo, una combinacion o mezcla 50:50) y aproximadamente 7% en peso de una arcilla de aluminosilicato.

En diversas realizaciones, una composicion adsorbente de polvo alcalino contiene uno o mas polvos que contienen calcio tal como cemento portland, polvo del horno de cemento, polvo del horno de cal, diversas escorias y cal de remolacha azucarera, junto con una arcilla de aluminosilicato tal como, sin que ello pretenda ser limitante, montmorillonita o caolm. La composicion adsorbente preferiblemente contiene suficiente SiO2 y AhO3 para formar una mezcla de tipo refractaria con el sulfato de calcio producido por la combustion del carbon que contiene azufre en presencia del componente adsorbente CaO tal que el sulfato de calcio es manipulado por el sistema de control de partfculas; y formar una mezcla refractaria con mercurio y otros metales pesados de modo que el mercurio y otros metales pesados no se lixivien de la ceniza en condiciones acidas. En realizaciones preferidas, el adsorbente en polvo que contiene calcio contiene, en peso, un mmimo del 10% de sflice y 2-10% de alumina. Preferiblemente, el nivel de alumina es mayor que el encontrado en el cemento portland, es decir, mayor que aproximadamente 5% en peso, preferiblemente mayor que aproximadamente 6% en peso basado en A^O3.

En diversas realizaciones, los componentes adsorbentes de la composicion adsorbente en polvo alcalina trabajan junto con un compuesto o compuestos de halogeno anadido opcional (tal como bromo) para capturar el cloro asf como el mercurio, plomo, arsenico y otros metales pesados en la ceniza, hacer que los metales pesados no se lixivien en condiciones acidas y mejorar la naturaleza cementosa de la ceniza producida. Como resultado, las emisiones de elementos daninos se mitigan, reducen o eliminan, y se produce un material cementoso valioso como un subproducto de la quema de carbon.

Los materiales de aluminosilicato adecuados incluyen una amplia diversidad de minerales y materiales inorganicos. Por ejemplo, un numero de minerales, materiales naturales y materiales sinteticos contienen silicio y aluminio asociados con un entorno oxi junto con otros cationes tales como, sin que ello pretenda ser limitante, Na, K, Be, Mg, Ca, Zr, V, Zn, Fe, Mn y/u otros aniones, tales como hidroxido, sulfato, cloruro, carbonato junto con aguas de hidratacion opcionales. Tales materiales naturales y sinteticos se denominan en la presente memoria como materiales de aluminosilicato y se ejemplifican de un modo no limitante por las arcillas indicadas anteriormente.

En materiales de aluminosilicato, el silicio tiende a estar presente como tetraedro, mientras que la alumina esta presente como tetraedro, octaedro o una combinacion de ambos. Las cadenas o redes de aluminosilicato se acumulan en tales materiales por la comparticion de 1, 2 o 3 atomos de oxfgeno entre el silicio y los tetraedros u octaedros de aluminio. Tales minerales tienen una diversidad de nombres tales como sflice, alumina, aluminosilicatos, geopolfmero, silicatos y aluminatos. Se presenten como se presente, los compuestos que contienen aluminio y/o silicio tienden a producir sflice y alumina tras la exposicion a las altas temperaturas de la combustion en presencia de oxfgeno.

En alguna realizacion, los materiales de aluminosilicato incluyen polimorfos de SiO2-AhO3. Por ejemplo, el siliminato contiene octaedros de sflice y alumina dividida uniformemente entre tetraedros y octaedros. La cainita esta basada en tetraedros de sflice y octaedros de alumina. La andalusita es otro polimorfo de SiO2-AhO3.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

En otras realizaciones, los silicatos de cadena contribuyen al silicio (como sflice) y/o aluminio (como alumina) de las composiciones de la invencion. Los silicatos de cadena incluyen, sin que ello pretenda ser limitante, piroxeno y silicatos piroxenoides fabricados a partir de infinitas cadenas de tetraedros de SiO4 unidos por comparticion de atomos de oxfgeno.

Otros materiales de aluminosilicato adecuados incluyen materiales laminares tales como, sin que ello pretenda ser limitante, micas, arcillas, crisotilos (tales como amianto), talco, esteatita, pirofilita y caolinita. Tales materiales se caracterizan por tener estructuras laminares en donde la sflice y octaedros y tetraedros de alumina comparten dos atomos de oxfgeno. Los aluminosilicatos estratificados incluyen arcillas tales como cloritas, glauconita, illita, paligorskita, pirofilita, sauconita, vermiculita, caolinita, montmorillonita de calcio, montmorillonita de sodio y bentonita. Otros ejemplos incluyen micas y talco.

Los materiales de aluminosilicato adecuados incluyen tambien zeolitas sinteticas y naturales tales como, sin que ello pretenda ser limitante, de los grupos analcima, sodalita, chabazita, natrolita, filipsita y mordenita. Otros minerales de zeolita incluyen heulandita, brewsterita, epistilbita, estilbita, yagawaralita, laumontita, ferrierita, pauilngita y clinoptilolita. Las zeolitas son minerales o materiales sinteticos caracterizados por una estructura tetraedrica de aluminosilicato, con "grandes cationes" de iones intercambiables (tales como Na, K, Ca, Ba y Sr) y moleculas de agua mantenidas de forma suelta.

En otras realizaciones, se usan silicatos, aluminatos y aluminosilicatos estructurales o 3D. Los aluminosilicatos estructurales se caracterizan por una estructura donde se usan tetraedros de SiO4, tetraedros de AO4 y/u octaedros de AlO6 en las tres dimensiones. Los ejemplos no limitantes de silicatos estructurales que contienen tanto sflice como alumina incluyen feldespatos tales como albita, anortita, andesina, bytownita, labradorita, microclina, sanidina y ortoclasa.

En un aspecto, las composiciones de polvo adsorbente se caracterizan por que contienen una cantidad principal de calcio, preferiblemente mayor que 20% o mayor que 40% en peso basado en el oxido de calcio y que, ademas, contienen niveles de sflice y/o alumina mayores que los encontrados en productos comerciales tales como cemento portland. En realizaciones preferidas, las composiciones adsorbentes comprenden mas de 5% en peso de alumina, preferiblemente mas de 6% en peso de alumina, preferiblemente mas de 7% en peso de alumina y preferiblemente mas de 8% en peso de alumina.

El carbon u otro combustible se tratan con componentes adsorbentes a tasas eficaces para controlar la cantidad de nitrogeno, azufre y/o mercurio liberado a la atmosfera tras la combustion. En diversas realizaciones, los niveles de tratamiento total de los componentes adsorbentes vana de aproximadamente 0,1% a aproximadamente 20% en peso, basado en el peso del carbon que se esta tratando o la tasa de carbon que se consume por combustion, cuando el adsorbente es un adsorbente en polvo que contiene calcio, sflice y alumina. Cuando los componentes adsorbentes se combinan en una unica composicion, los niveles de tratamiento de componente corresponden a los niveles de tratamiento de adsorbente. De esta manera, una unica composicion adsorbente puede proporcionarse y dosificarse o medirse de otra manera para adicion en el sistema de quema de carbon. En general, es deseable usar una cantidad minima de adsorbente para no sobrecargar el sistema con un exceso de ceniza, mientras que aun se proporciona suficiente para tener un efecto deseado sobre las emisiones de azufre y/o mercurio. Por consiguiente, en diversas realizaciones, el nivel de tratamiento del adsorbente vana de aproximadamente 0,1% a aproximadamente 10% en peso, en algunas realizaciones de aproximadamente 1 o 2% en peso a aproximadamente 10% en peso. Para muchos carbones, se ha encontrado que es aceptable una tasa de adicion del 6% en peso del adsorbente en polvo.

Las composiciones adsorbentes que comprenden un compuesto de halogeno contienen uno o mas compuestos organicos o inorganicos que contienen un halogeno. Los halogenos incluyen cloro, bromo y yodo. Los halogenos preferidos son bromo y yodo. Los compuestos de halogeno son fuentes de halogeno especialmente de bromo y yodo. Para el bromo, las fuentes de halogeno incluyen diversas sales inorganicas de bromo incluyendo bromuros, bromatos e hipobromitos. En diversas realizaciones, los compuestos de bromo organicos son menos preferidos debido a su coste o disponibilidad. Sin embargo, las fuentes organicas de bromo que contienen un nivel adecuadamente alto de bromo se consideran dentro del alcance de la invencion. Los ejemplos no limitantes de compuestos de bromo organicos incluyen bromuro de metileno, bromuro de etilo, bromoformo y tetrabromuro de carbono. Las fuentes inorganicas no limitantes de yodo incluyen hipoyoditos, yodatos y yoduros, siendo los yoduros los preferidos. Pueden usarse tambien compuestos de yodo organicos.

Cuando el compuesto de halogeno es un sustituyente inorganico, es preferiblemente una sal que contiene bromo o yodo de un elemento alcalinoterreo. Los elementos alcalinoterreos ejemplares incluyen berilio, magnesio y calcio. De los compuestos de halogeno, son particularmente preferidos los bromuros y yoduros de metales alcalinoterreos tales como calcio. Los compuestos de bromo y yodo de metal alcalino tales como bromuros y yoduros son eficaces en la reduccion de las emisiones de mercurio. Pero, en algunas realizaciones, son menos preferidos puesto que tienden a provocar la corrosion en los tubos de la caldera y otras superficies de acero y/o contribuyen a la degradacion del tubo y/o la degradacion del ladrillo refractario. En diversas realizaciones, se ha encontrado deseable evitar sales de potasio de los halogenos para evitar problemas en el horno.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

En diversas realizaciones, se ha encontrado que el uso de sales alcalinoterreas, tales como de calcio, tiende a evitar tales problemas con el sodio y/o el potasio. Por lo tanto, en diversas realizaciones, los adsorbentes anadidos al sistema de quema de carbon no contienen esencialmente nada de compuestos de bromo o yodo que contienen metal alcalino, mas espedficamente esencialmente nada de compuestos de bromo o yodo que contienen sodio que contiene potasio.

En diversas realizaciones, las composiciones adsorbentes que contienen halogeno se proporcionan en forma de un lfquido o de una composicion solida. En diversas realizaciones, la composicion que contiene halogeno se aplica al carbon antes de la combustion, se anade al horno durante la combustion y/o se aplica a los efluentes gaseosos aguas abajo del horno. Cuando la composicion de halogeno es un solido, puede contener ademas los componentes de calcio, sflice y alumina descritos en la presente memoria como el adsorbente en polvo. Alternativamente, se aplica una composicion de halogeno solido sobre el carbon y/o en cualquier otra parte en el sistema de combustion por separado de los componentes adsorbentes que comprenden calcio, sflice y alumina. Cuando se trata de una composicion lfquida, esta generalmente se aplica por separado.

En diversas realizaciones, el adsorbente de mercurio lfquido comprende una disolucion que contiene de 5 a 60% en peso de una sal que contiene bromo o yodo soluble. Los ejemplos no limitantes de sales de bromo o yodo preferidas incluyen bromuro de calcio y yoduro de calcio. En diversas realizaciones, los adsorbentes lfquidos contienen 5-60% en peso de bromuro de calcio y/o yoduro de calcio. Por eficiencia de adicion al carbon antes de la combustion, en diversas realizaciones se prefiere anadir adsorbentes de mercurio que tienen un nivel de compuesto de bromo o yodo tan alto como sea posible. En una realizacion no limitante, el adsorbente lfquido contiene un 50% o mas en peso del compuesto de halogeno, tal como bromuro de calcio o yoduro de calcio.

En diversas realizaciones, las composiciones adsorbentes que contienen un compuesto de halogeno contienen ademas un compuesto de nitrato, un compuesto de nitrito o una combinacion de compuestos de nitrato y nitrito. Los compuestos de nitrato y nitrito preferidos incluyen aquellos de magnesio y calcio, preferiblemente calcio.

Para ilustracion adicional, una realizacion implica la adicion de un adsorbente de mercurio lfquido directamente al carbon en bruto o machacado antes de la combustion. Por ejemplo, el adsorbente de mercurio se anade al carbon en los alimentadores de carbon. La adicion de adsorbente de mercurio lfquido vana de 0,01 a 5%. En diversas realizaciones, el tratamiento es al menos 5%, menos de 4%, menos de 3% o menos de 2%, menos de 1%, menos de 0,5% y menos de 0,2%, donde todos los porcentajes estan basados en la cantidad de carbon que se va a tratar o en la tasa de consumo de carbon por combustion. Son posibles niveles de tratamiento mas altos, pero tienden a convertirse en material residual, por lo que no se consigue un beneficio adicional. Los niveles de tratamiento preferidos son de 0,025 a 2,5% en peso en una base en humedo. La cantidad de sal de bromuro o yoduro solida anadida como el adsorbente lfquido por supuesto se reduce por su fraccion en peso en el adsorbente. En una realizacion ilustrativa, la adicion de compuesto de bromo o yodo esta a un bajo nivel, tal como de 0,01% a 1% en peso basado en el solido. Cuando se usa una disolucion en peso del 50%, el adsorbente se anade despues a una tasa de 0,02% a 2% para conseguir los bajos niveles de adicion. Por ejemplo, en una realizacion preferida, el carbon se trata mediante un adsorbente lfquido a una tasa de 0,02 a 1%, preferiblemente de 0,02 a 0,5%, calculada suponiendo que el bromuro de calcio es aproximadamente un 50% en peso del adsorbente. En una realizacion tfpica, se anade aproximadamente 1%, 0,5% o 0,25% del adsorbente lfquido que contiene 50% de bromuro de calcio sobre el carbon antes de la combustion, estando basado el porcentaje en el peso del carbon. En una realizacion preferida, el tratamiento inicial se inicia a bajos niveles (tal como de 0,01% a 0,1%) y aumenta gradualmente hasta que se consigue un nivel deseado (bajo) de emisiones de mercurio, basandose en la supervision de las emisiones. Se usan niveles de tratamiento similares de halogeno cuando el halogeno se anade como un solido o en composiciones multicomponente con otros componentes, tales como calcio, sflice, alumina, oxido de hierro y similares.

Cuando se usa, el adsorbente lfquido se pulveriza, se anade por goteo, o se suministra de otra manera sobre el carbon o en cualquier otra parte en el sistema de quema de carbon. En diversas realizaciones, la adicion se realiza al carbon u otro combustible en condiciones ambiente antes de la introduccion de la composicion de combustible/adsorbente en el horno. Por ejemplo, el adsorbente se anade sobre carbon en polvo antes de su inyeccion en el horno. Alternativamente o adicionalmente, el adsorbente lfquido se anade al horno durante la combustion y/o a los efluentes gaseosos aguas abajo del horno. La adicion de la composicion adsorbente de mercurio que contiene halogeno a menudo va acompanada de una cafda en los niveles de mercurio medidos en los efluentes gaseosos al cabo de un minuto o unos pocos minutos; en diversas realizaciones, la reduccion del mercurio es ademas de una reduccion conseguida mediante el uso de un adsorbente en polvo alcalino basado en calcio, sflice y alumina.

En otra realizacion, implica la adicion de un componente de halogeno (ilustrativamente una disolucion de bromuro de calcio) directamente al horno durante la combustion. En otra realizacion, la invencion proporciona una adicion de una disolucion de bromuro de calcio, tal como se ha analizado anteriormente, en la corriente gaseosa aguas abajo del horno, en una zona caracterizada por una temperatura en el intervalo de 1482°C (2700°F) a 816°C (1500°F), preferiblemente de 1204°C (2200°f) a 816°C (1500°F). En diversas realizaciones, los niveles de tratamiento de

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

compuestos de bromo, tales como bromuro de calcio, se dividen entre adicion co-, pre- y post-combustion en cualquier proporcion.

En una realizacion, los diversos componentes adsorbentes se anaden sobre el carbon antes de su combustion para formar el denominado carbon refinado. El carbon sobre el cual se aplican los adsorbentes preferiblemente es carbon en forma de partmulas y, opcionalmente, se pulveriza o hace polvo segun procedimientos convencionales. En un ejemplo no limitante, el carbon se pulveriza de modo que el 75% en peso de las partmulas pasa a traves de un tamiz de 75 pm (malla 200) (un tamiz de malla 200 tiene diametros de orificio de 75 pm). En diversas realizaciones, los componentes adsorbentes se anaden sobre el carbon como un solido o como una combinacion de un lfquido y un solido. Generalmente, las composiciones adsorbentes solidas estan en forma de un polvo. Si se anade un adsorbente como un lfquido (ilustrativamente como una disolucion de una o mas sales de bromo o yodo en agua), en una realizacion el carbon permanece humedo cuando se alimenta al quemador. En diversas realizaciones, se anade una composicion adsorbente sobre el carbon continuamente en la instalacion de quema de carbon por pulverizacion o mezclado sobre el carbon mientras que este se encuentra en un transportador, extrusora de tornillo u otro aparato de alimentacion. Ademas o alternativamente, una composicion adsorbente se mezcla por separado con el carbon en la instalacion de quema de carbon o en el productor de carbon. En una realizacion preferida, la composicion adsorbente se anade como un lfquido o un polvo al carbon segun este se alimenta al quemador. Por ejemplo, en una realizacion comercial preferida, el adsorbente se aplica a los pulverizadores que pulverizan el carbon antes de la inyeccion. Si se desea, la velocidad de adicion de la composicion adsorbente se vana para conseguir un nivel deseado de emisiones de mercurio. En una realizacion, se supervisa el nivel de mercurio en los efluentes gaseosos y el nivel de adicion de adsorbente se ajusta al alza o a la baja, segun se requiera, para mantener el nivel de mercurio deseado.

En realizaciones preferidas, se supervisa el nitrogeno, el mercurio y el azufre usando metodos convencionales de la industria, tales como aquellos publicados por la Sociedad Americana para Ensayos y Materiales (ASTM) o las normas internacionales publicadas por la Organizacion Internacional de Normalizacion (ISO). Se dispone un aparato que comprende un instrumento analftico preferiblemente en la trayectoria convectiva aguas abajo de los puntos de adicion de los adsorbentes de mercurio y azufre. En una realizacion preferida, se dispone un monitor de mercurio en el lado limpio del sistema de control de partmulas. Alternativa o adicionalmente, los efluentes gaseosos se muestran en localizaciones apropiadas en la trayectoria convectiva sin necesidad de instalar un instrumento o dispositivo de monitorizacion. En diversas realizaciones, se usa un nivel medido de mercurio o azufre para proporcionar senales de retroalimentacion a las bombas, solenoides, pulverizadores y otros dispositivos que son accionados o controlados para ajustar la tasa de adicion de una composicion adsorbente en el sistema de quema de carbon. Alternativamente o adicionalmente, la tasa de adicion de adsorbente la puede ajustar un operario humano basandose en los niveles observados de mercurio y/o azufre.

En diversas realizaciones, la ceniza producida por la quema de carbon en presencia de los adsorbentes descritos en la presente memoria es cementosa en tanto que se fragua y desarrolla resistencia cuando se combina con agua. La ceniza tiende a ser de auto-fraguado debido a su nivel relativamente alto de calcio. La ceniza se sirve en solitario o en combinacion con el cemento portland como un cemento hidraulico adecuado para formulacion en una diversidad de mezclas cementosas tales como morteros, hormigones y lechadas.

La naturaleza cementosa de la ceniza producida como se describe en la presente memoria se demuestra, por ejemplo, por consideracion del mdice de actividad de resistencia de la ceniza o, mas exactamente, de una mezcla cementosa que contiene la ceniza. Como se describe en ASTM C311-05, la medicion del mdice de actividad de resistencia se realiza por comparacion del comportamiento de curado y el desarrollo de propiedades de un hormigon de cemento portland 100% y un hormigon de ensayo en donde 20% del cemento portland se reemplaza por un peso igual de un cemento de ensayo. En el ensayo convencional, la resistencia se compara a los 7 dfas y a los 28 dfas. Se considera una calificacion de "pasa" cuando la resistencia del hormigon de ensayo es del 75% de la resistencia del cemento portland o mayor. En diversas realizaciones, las cenizas de la invencion presentan una actividad de resistencia de 100% a 150% en el ensayo ASTM, indicando una calificacion fuerte de "pasa". Se observan valores altos similares cuando los ensayos se ejecutan en mezclas de ensayo con otras combinaciones distintas de 80:20 de cemento portland a ceniza. En diversas realizaciones, se consigue un mdice de actividad de resistencia del 100% a 150% con combinaciones de 85:15 a 50:50, donde el primer numero de la razon es el cemento portland y el segundo numero de la razon es la ceniza preparada segun la invencion. En realizaciones particulares, el desarrollo de resistencia de una mezcla cementosa de ensayo toda de ceniza (es decir, una donde la ceniza representa el 100% del cemento en la mezcla de ensayo), es mayor que 50% que el control de una toda d cemento portland, y preferiblemente mayor que 75% y mas preferiblemente 100% o mayor, por ejemplo 100-150%. Tales resultados demuestran la alta naturaleza cementosa de la ceniza producida por quema de carbon u otro combustible en presencia de los componentes adsorbentes descritos en la presente memoria.

Debido a que la ceniza resultante de la combustion del carbon contiene mercurio en una forma no lixiviable, esta disponible para venderla en el mercado. Los usos no limitantes de la ceniza volante agotada o residual o ceniza de fondo incluyen como componente en un producto de cemento, tal como cemento portland. En diversas realizaciones, los productos de cemento contienen de aproximadamente 0,1% hasta aproximadamente 90% en peso de la ceniza de carbon producida quemando las composiciones segun la invencion. En un aspecto, la propiedad de no lixiviable

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

del mercurio y de otros metales pesados en la ceniza de carbon la hace adecuada para usos industriales conocidos de la ceniza de carbon.

La ceniza de carbon, especialmente la ceniza volante recogida por los sistemas de control de partfculas (filtro de mangas, precipitadores electrostaticos, etc.), se usa en el hormigon de cemento portland (PCC) como un sustituto parcial o total del cemento portland. En diversas realizaciones, la ceniza se usa como una mezcla mineral o como un componente del cemento combinado. Como una mezcla, la ceniza puede ser un sustituto total o parcial para el cemento portland y puede anadirse directamente a la mezcla de hormigon listo para su uso en la planta discontinua. Alternativamente o adicionalmente, la ceniza se entremezcla con el clinker de cemento o se combina con el cemento portland para producir cementos combinados.

Las cenizas de Clase F y Clase C se definen, por ejemplo, en la Norma de Estados Unidos ASTM C 618. La Norma ASTM sirve como especificacion para la ceniza volante cuando esta se usa como sustituto parcial del cemento portland. Debe observarse que la ceniza de carbon producida por los metodos descritos en la presente memoria tiende a tener un mayor contenido de calcio y un menor contenido de sflice y alumina que la indicada en las especificaciones para la ceniza volante de Clase F y Clase C en la norma ASTM C 618. Los valores tfpicos para la ceniza volante de la invencion es >50% en peso CaO, y menor <25% SO/Al2O3/Fe2O3. En diversas realizaciones, la ceniza es de 51 a 80% en peso CaO y de aproximadamente 2 a aproximadamente 25% de sflice total, alumina y oxido de hierro. Se observa que la ceniza volante segun la invencion es altamente cementosa, permitiendo las sustituciones o corte del cemento portland usado en tales materiales cementosos y materiales cementosos en un 50% o mas. En diversas aplicaciones, la ceniza de carbon resultante de la quema de carbon con adsorbentes descritos en la presente memoria es suficientemente cementosa para ser una sustitucion completa (100%) para el cemento portland en tales composiciones.

Para ilustracion adicional, el Instituto Estadounidense del Hormigon (ACI) recomienda que la ceniza de clase F reemplace de 15 a 25% del cemento portland y la ceniza de Clase C reemplace de 20 a 35%. Se ha encontrado que la ceniza de carbon producida segun los metodos descritos en la presente memoria es suficientemente cementosa para reemplazar hasta 50% del cemento portland, mientras mantiene un desarrollo de resistencia a los 28 dfas equivalente al desarrollado en un producto que usa 100% de cemento portland. Es decir, aunque en diversas realizaciones la ceniza no se clasifica por su composicion qrnmica como ceniza de Clase C o Clase F segun ASTM C 618, no obstante es util para la formulacion de productos de hormigon de alta resistencia.

La ceniza de carbon puede usarse tambien como un componente en la produccion de un relleno fluido, que se denomina tambien material de baja resistencia controlada o CLSM. El CLSM se usa en auto-nivelado, auto- compactacion de material de relleno en lugar de tierra compactada u otro relleno. La ceniza descrita en la presente memoria se usa en diversas realizaciones como sustituto de 100% para el cemento portland en tales materiales CLSM. Tales composiciones se formulan con agua, cemento y aridos para proporcionar una fluidez deseada y desarrollo de resistencia final. Por ejemplo, la resistencia final del relleno fluido no debena superar los 1035 kPa (150 libras por pulgada cuadrada) si se requiere movilidad del material fraguado. Si se formula para conseguir una resistencia a la rotura mas alta, pueden requerirse martillos neumaticos para su retirada. Sin embargo, cuando se desea formular mezclas de relleno fluido que se van a usar en aplicaciones de mayor soporte de carga, pueden disenarse mezclas que contienen un mayor intervalo de resistencia a la compresion tras el curado.

La ceniza de carbon producida segun los metodos descritos en la presente memoria puede utilizarse tambien como un componente de base estabilizada y mezclas de sub-base. Desde los anos 50 se han usado numerosas variaciones de las formulaciones basicas de cal/ceniza volante/arido como mezclas de base estabilizadas. Un ejemplo del uso de una base estabilizada se usa como una base de carretera estabilizada. Para ilustracion, las carreteras de grava pueden reciclarse en lugar de usar ceniza segun la composicion. Una superficie de carretera existente se pulveriza y vuelve a depositar en su localizacion original. La ceniza tal cual producida por los metodos descritos en la presente memoria se dispersa sobre el material de carretera pulverizado y se mezcla con el. Despues de la compactacion, se pone una superficie de revestimiento de sellado sobre la carretera. La ceniza es util en aplicaciones de este tipo porque no contiene metales pesados que lixivien por encima de los requisitos reguladores. No obstante, la ceniza producida por los metodos de la invencion contiene menos mercurio lixiviable y menos cantidad de otros metales pesados lixiviables (tales como arsenico y plomo) que la ceniza de carbon producida por la quema de carbon sin los adsorbentes descritos en la presente memoria.

Por lo tanto, se proporcionan diversos metodos de eliminacion de la necesidad de llevar al vertedero la ceniza de carbon de ceniza volante resultante de la combustion de carbon que contenga altos niveles de mercurio. En lugar de una evacuacion costosa, el material puede comercializarse o usarse de otra manera como materia prima.

En una realizacion preferida, el uso de los adsorbentes da como resultado una ceniza cementosa que puede reemplazar al cemento portland en su totalidad o en parte en una diversidad de aplicaciones. Debido a la reutilizacion del producto cementoso, se evita al menos parte de la fabricacion de cemento portland, ahorrando la energfa requerida para la fabricacion del cemento, y evitando la liberacion de cantidades significantes de dioxido de carbono que surginan de la fabricacion del cemento. Otros ahorros en las emisiones de dioxido de carbono resultan de la necesidad reducida de cal o carbonato de calcio en los lavadores de desulfuracion. Se proporcionan, en

5

10

15

20

25

30

35

40

45

diversas realizaciones, metodos para ahorrar energfa y reducir las emisiones de gases invernadero, tales como dioxido de carbono. Se da a continuacion un detalle adicional de diversas realizaciones.

Ejemplos

Ejemplo 1

Las siguientes son las especificaciones requeridas para el adsorbente en polvo y el adsorbente de haluro para su uso en la produccion de Carbon Refinado usando carbon sub-bituminoso.

Adsorbente en polvo:

Constituyente: Contenido (% en masa) Constituyente Contenido (% en masa)

Oxido de calcio (CaO): >40% Oxido de potasio (K2O) <1%

Oxido de silicio (SiOc): >10% Oxido de sodio (Na2O)1 <1%

Oxido de aluminio (A^O3): 2 -10% Oxido de azufre (SO3) <7%1

Oxido de hierro (Fe2O3): 1 - 5% Cloruro (Cl) <0,5%

Oxido de magnesio (MgO): 1 - 5% Mercurio (Hg) <0,1 ug/g2

Distribucion: >80% pasa 75 um (malla La distribucion de tamano se determinara por analisis

de tamano: 200) de tamiz de hilos finos

1 Ademas del lfmite severo de 7% de SO3, la razon entre CaO y SO3 no debena caer por debajo de 6:1 y preferiblemente debena permanecer mayor que 8:1. Esto asegura suficiente CaO para absorber el azufre anadido.

2. Como una cuestion practica, el contenido de Hg del adsorbente en polvo debena mantenerse menor que o igual al del carbon que se va a tratar.

Son metodos de ensayo aceptables para el Analisis de Oxido:

ASTM D3682 Metodos de Ensayo Normalizados para Elementos Principales y Minoritarios en

Residuos de Combustion de Procesos de Utilizacion de Carbon

ASTM C114 Metodos de Ensayos Normalizados para Analisis Qmmico de Cemento Hidraulico

Metodos de ensayo aceptables para el contenido de Mercurio:

ASTM D6414 Metodo de Ensayo Normalizado para Mercurio Total en Carbon y Residuos de

Combustion de Carbon por Extraccion con Acido u Oxidacion en Humedo/Absorcion Automatica con Vapor Fno

ASTM D6722 Metodo de Ensayo Normalizado para Mercurio Total en Carbon y Residuos de

Combustion de Carbon por Analisis de Combustion Directa

EPA 7473

Mercurio en Residuo Solido o Semisolido (Tecnica Vapor-Fno Manual)

Adsorbente de Haluro

Constituyente: Contenido (% en masa) Metodo de determinacion

Bromuro de calcio (CaBr2): "3- LO 1 CM LO Proceso que combina control y medicion de densidad relativa

Agua (H2O): OO "3- (O Proceso que combina control y medicion de densidad relativa

Ejemplo 2

Se realizaron una serie de ensayos en la instalacion de ensayo de combustion (CTF) del Centro de Investigacion de Energfa y Medioambiente (EERC) para determinar el efecto de los adsorbentes sobre las emisiones de NOx y Hg durante la combustion de un carbon sub-bituminoso de la cuenca del no Powder (PRB). El ensayo se realizo para soportar esfuerzos para confirmar que el proceso empleado produce "carbon refinado", como se define en la Seccion 45 del Codigo Presupuestario Interno, Seccion 45(c)(7)(A), que define que el carbon refinado incluye un combustible que 1) es un combustible solido producido a partir de carbon, 2) lo comercializa el contribuyente con la expectativa

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

razonable de que se usara con fines de producir vapor, y 3) el contribuyente certifica que da como resultado (cuando se usa en la produccion de vapor) una "reduccion de emision cuantificada".

La Seccion 45(c)(7)(B) define la expresion "reduccion de emision cuantificada" que significa una reduccion de al menos 20% de las emisiones de NOx y al menos 40% de las emisiones de cualquiera de SO2 o Hg liberados cuando el carbon refinado se quema en comparacion con las emisiones liberadas cuando se quema el carbon de materia prima.

Descripcion de instalaciones y procedimientos

La CTF se usa extensivamente para investigar emisiones de SOx y NOx y la transformacion de metales traza toxicos (Hg, As y Pb) durante la combustion de carbon y otros combustibles o materiales residuales. La CTF es capaz de producir gas y muestras de partfculas que son representativas de aquellos producidos en calderas que funcionan por combustion de carbon pulverizado (pc) a escala industrial y completa. La instalacion de ensayo tiene diversos dispositivos de control de control de contaminacion que pueden usarse para reducir las emisiones, incluyendo un precipitador electrostatico (ESP) o un filtro de mangas con filtro de tela para control de partfculas, una columna de reduccion catalftica selectiva (SCR) para control de NOx y un lavador humedo para controlar las emisiones de azufre. La CTF se diseno para replicar casi todos los tipos y configuraciones de calderas que funcionan por quema de pc a escala completa usadas por las instalaciones basadas en Estados Unidos para generar electricidad a partir de vapor. Por ejemplo, la CTF puede quemar pc a una tasa entre 161 y 220 kW (de 550.000 y 750.000 Btu/h), dependiendo de las condiciones de operacion deseadas. Aunque la CTF se ajusta para simular condiciones de calderas que funcionan por combustion de pc a escala completa, debido a las numerosas variables que pueden afectar a los efectos de la combustion en una caldera comercial, no es posible replicar exactamente lo que se observana en operaciones comerciales regulares. La tasa de calcinacion tfpicamente es una funcion del rango de carbon, quemandose los carbones de bajo rango en el extremo inferior del intervalo y quemandose los carbones de alto rango en el nivel medio a superior del intervalo indicado. Debido a que el horno de la CTF esta revestido con refractarios, la tasa de calcinacion se ajusta basandose en la temperatura del gas de salida del horno (FEGT) deseada para simular una caldera espedfica que se usana en una planta electrica de carbon. Para carbones sub- bituminosos, una tasa de calcinacion entre 161 y aproximadamente 176 kW (550.000 y 600.000 Btu/h) tfpicamente producira FEGT entre 1149°C y 1204°C (2100° y 2200°F), que es tfpica de muchas plantas electricas de carbon que queman carbones sub-bituminosos tales como el carbon ensayado en este caso.

El aire de combustion en la CTF se proporciona mediante un ventilador de tiro forzado en este sistema de tiro equilibrado. El ventilador de tiro inducido en la parte trasera del sistema se usa para mantener un ligero vacfo en la zona de combustion y escape de los efluentes gaseosos de la combustion a una chimenea. El aire de combustion tfpicamente se precalienta usando un calentador de aire electrico y se divide entre aire primario, secundario y de combustion completa (OFA).

El analisis de gas de combustion se proporciona mediante monitores de emision continua (CEM) en dos localizaciones: la salida del horno, que se usa para supervisar y mantener un nivel de aire en exceso especificado durante todos los periodos de ensayo, y la salida del dispositivo de control de partfculas, que se usa para acceder a cualquier fuga interna de aire que pueda haber ocurrido de modo que las emisiones de interes muestreadas en el extremo trasero del sistema puedan corregirse para la dilucion causada por la fuga interna. Para esta serie de ensayos, se obtuvieron analisis del efluente gaseoso del conducto en la salida del ESP. Cada soporte de CEM contiene cinco modulos para determinacion de O2, CO2, CO, SO2 y NOx. Con la excepcion de SO2, cada uno de los modulos se fabrico por Ametek. Cada uno de los analizadores usa un acondicionador del efluente gaseoso para retirar la humedad de la corriente de gas antes del analisis. Todos los datos aqrn presentados estan en una base de gas seco. Todos los analisis de gas se supervisan continuamente y registran por el sistema de adquisicion de datos de la CTF. National Instruments proporciono tanto el software como el hardware (LabView) usado para recoger todos los datos aqrn presentados.

Los analizadores de CEM se calibran individualmente antes de cada ensayo realizado en la CTF. Se usa nitrogeno como gas cero, usandose varios gases de calibrado para calibrar cada instrumento en el intervalo usado durante el ensayo. Tfpicamente, el O2 se mide sobre un intervalo de 0% a 10%, el CO2 se mide sobre un intervalo de 0% a 20%, el CO se mide sobre un intervalo de 0 a 500 ppm y el NOx se mide sobre un intervalo de 0 a 1000 ppm. Las mediciones de SO2 se realizan sobre varios intervalos, dependiendo del contenido de azufre del carbon que se va a ensayar. Durante esta serie de ensayo, el instrumento de medicion de SO2 se calibro sobre un intervalo de 0 a 1000 ppm, que es apropiado para el contenido de azufre del carbon PRB sub-bituminoso aqrn ensayado.

Las mediciones de mercurio en el efluente gaseoso (Hg) se obtuvieron por separado mediante un monitor de Hg continuo (CMM) fabricado por Tekran® Instruments Corporation. El sistema dirige una muestra de gas desde el efluente gaseoso que se conduce a la salida del dispositivo de control de partfculas. Se retira la humedad de la corriente de gas antes del analisis. El sistema de acondicionamiento del efluente gaseoso usa una disolucion de NaOH al 10% para retirar el CO2 y el SO2 para evitar interferencia con la capacidad del analizador de medir con precision la concentracion de Hg en el efluente gaseoso. Puesto que todos los analizadores de Hg solo pueden medir mercurio elemental, Hg0, la concentracion de mercurio total, Hg^, se obtiene reduciendo la parte del mercurio

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

oxidado Hg2+, con una disolucion de NaOH al 10% que contiene cloruro estannoso. El instrumento Tekran atrapa el Hg0 de la muestra acondicionada sobre un cartucho que contiene un adsorbente de oro ultrapuro. El Hg amalgamado despues se desorbe termicamente y se detecta usando espectrometna de fluorescencia atomica con vapor fno. Un diseno de doble cartucho posibilita el muestreo y desorcion alternos, lo que da como resultado una medicion continua de la corriente de muestra. De forma similar a la calibracion CEM descrita anteriormente, el CMM tambien se pone a cero y se calibra antes del ensayo y comprobacion cuando se completa el ensayo. No se observo deriva durante los ensayos realizados y presentados aquf

La configuracion de la CTF utilizada durante estos ensayos inclrna solo un ESP para control de partfculas, obteniendose ambas mediciones de Hg y NOx a partir del conducto en la salida del ESP. Al completarse los periodos de ensayo de materia prima y carbon refinado, se tomaron muestras de combustible y ceniza volante y se remitieron a analisis. Las muestras recogidas durante el ensayo se describen dentro del siguiente analisis.

Preparacion y analisis del combustible

El carbon sub-bituminoso ensayado era una muestra obtenida de una pila de carbon. El carbon es un carbon sub- bituminoso PRB con un valor calonfico en bruto aproximadamente dentro del intervalo de 19,8 a aproximadamente 23,3 kJ/g (de 8500 a 10.000 Btu/lb), dependiendo del contenido de humedad, que se obtiene de diversas minas localizadas en Wyoming.

El carbon tal cual se recibio se inspecciono para humedad superficial tras la recepcion y secado en el suelo segun fuera necesario. La muestra secada al aire se machaco a 6,4 mm (1/4 pulgadas) de tamano superior y se alimento a un pulverizador de molino de martillos, creando una distribucion de tamano en la que aproximadamente un 70% pasa 75 pm (malla 200) para su uso durante el ensayo, tfpico del procesamiento de carbon conseguido en la mayona de plantas electricas de carbon. Esta distribucion de tamano es tfpica de la conseguida por los pulverizadores en la mayona de calderas de instalacion a escala completa. La muestra de carbon refinada usada durante esta serie de ensayos se produjo por la EERC y se considera comparable al carbon refinado producido en las instalaciones de la Seccion 45. Los adsorbentes usados para preparar el carbon refinado se aplicaron al carbon pulverizado como se describe mas adelante. Esto difiere de la aplicacion a escala completa, donde los adsorbentes se aplican al carbon segun este se recupera de las reservas en el campo de carbon, se mezcla, se machaca y despues se envfa a los pulverizadores. La razon principal para la aplicacion de los adsorbentes al pc para su utilizacion en los ensayos de planta piloto es la perdida potencial de material por el sistema de recogida de polvo utilizado durante la pulverizacion de las muestras de combustible. Todas las muestras de combustible a escala piloto se machacaron remotamente y se pulverizaron antes de su utilizacion. Preparando el combustible refinado a partir de una muestra de pc, se evita la perdida potencial de adsorbentes para el sistema de recogida de polvo y se

obtiene como resultado una mejor simulacion de lo que ocurre a escala completa.

El combustible pulverizado se divide en dos partes: una muestra de materia prima y una segunda muestra de carbon que se procesa a carbon refinado. El carbon refinado se preparo extendiendo una cantidad pesada (aproximadamente 227 kg (500 lb)) sobre el suelo de la instalacion de preparacion de carbon. Las cantidades

pesadas de adsorbente de haluro y adsorbente en polvo se aplicaron con cuidado al carbon, que se mezclo

periodicamente mientras se aplicaban los adsorbentes. El disolvente en polvo se distribuyo a mano haciendo varias pasadas sobre la extension de la pila de carbon, mezclando el combustible despues de cada pasada. El adsorbente de haluro se puso en una pequena bombona de pulverizacion metalica presurizada tal que la boquilla de la bombona de pulverizacion produjo una neblina que se aplico a la superficie expuesta de la pila. El tratamiento requirio varias pasadas para distribuir completamente el adsorbente. Despues de cada pasada, se uso un rastrillo para voltear la pila, exponiendo una nueva superficie a la siguiente pasada de tratamiento. En cada caso, se distribuyeron varias porciones pequenas de adsorbente sobre la pila de carbon, seguido de mezclado hasta que se consiguio la tasa de tratamiento especificada de 0,008% en peso de adsorbente de haluro y 0,25% en peso de adsorbente en polvo.

Cada una de las muestras (carbon de materia prima y carbon refinado) se transfirio a tolvas de almacenamiento para su uso en el ensayo a escala piloto descrito a continuacion. Estas tolvas de almacenamiento se asientan directamente sobre la tolva de alimentacion de carbon durante el ensayo. Se usa una valvula rotatoria para transferir las muestras de carbon y carbon refinado, respectivamente, desde las tolvas de almacenamiento a la tolva de alimentacion. Las tolvas de almacenamiento y la tolva de alimentacion se limpian con una disolucion de acido diluido despues de cada ensayo para retirar cualquier traza del combustible tratado.

Analisis del combustible

Durante cada periodo de ensayo, se transporta una muestra de carbon desde la tolva de almacenamiento a traves de un pequeno tubo que penetra en la pared lateral del alimentador a un angulo de 70°, con el extremo abierto situado inmediatamente por debajo de la valvula rotatoria entre la tolva de almacenamiento y la tolva de alimentacion. Este tubo intercepta una pequena parte del combustible cada vez que se llena la tolva de alimentacion. De esta manera, se obtiene una muestra verdadera del combustible tal cual se quema. La muestra de carbon cae por gravedad en la bolsa para muestras fijada en el extremo del tubo de muestra. Se fija una nueva bolsa al tubo de

5

10

15

20

25

30

35

40

45

muestra antes de cada nuevo periodo de ensayo, separando las muestras de combustible que representan los periodos de ensayo de carbon de materia prima y refinado.

El carbon tal cual se quema se muestrea continuamente para determinar la lmea basal de emision a partir de la combustion de carbon de materia prima y las emisiones a partir de una combustion similar del carbon refinado. El carbon de materia prima y el carbon refinado se sometieron por separado a la determinacion de analisis proximo y final, valor de calentamiento, analisis de oxido elemental inorganico (por fluorescencia de rayos X) y contenidos de cloro y mercurio. Los resultados de esos analisis se proporcionan en la Tabla 1. Las muestras de combustible experimentan diversas etapas de manipulacion que tienden a permitir la evaporacion de alguna parte del contenido de humedad que teman cuando se recibieron. La reduccion mas grande ocurre durante la pulverizacion del combustible. El pulverizador de molino de martillos crea una corriente de aire inducida que tiende a secar las superficies recien expuestas de las partfculas de carbon finas resultantes de la pulverizacion. La extension del secado que ocurre es fundamentalmente una funcion de las condiciones atmosfericas ambiente (temperatura y humedad relativa) en el momento de la preparacion del combustible. Como resultado, la composicion de los analisis tal cual se calcina de modo que pueden realizarse facilmente las comparaciones entre el carbon de materia prima y el carbon refinado.

Se determino que el carbon de materia prima (Ensayo AF-CTS-1461) tema un poder calonfico tal cual se calcino de 22,4 kJ/g (9621 Btu/lb) a un contenido de humedad del 20,03% en peso. Se determino que el poder calonfico libre de humedad y el contenido de ceniza eran de 28,0 kJ/g (12.031 Btu/lb) y 4,91% en peso, respectivamente. Se determino que el contenido de azufre del carbon de materia prima era de 0,37% en peso en una base libre de humedad (0,267 kg/GJ (0,624 lb SO2/MMBtu)). El adsorbente en polvo y el adsorbente de haluro lfquido no teman poder calonfico y el adsorbente de haluro lfquido introduce humedad adicional en el carbon refinado debido al contenido de agua del lfquido, por lo que es de esperar generalmente una reduccion en el poder calonfico (kJ/g (Btu/lb)) del carbon refinado en comparacion con los kJ/g (Btu/lb) del carbon de materia prima. El analisis de ceniza de los compuestos inorganicos obtenidos en cada combustible indica que el carbon refinado esta enriquecido en CaO y SO3, mientras que se agota en SO2, A^O3 y Fe2O3 con respecto al carbon de materia prima. Se determino que el contenido de mercurio era de 0,0570 |jg/g (2,55 f/GJ (5.924 lb/TBtu), base seca) y 0,0556 |jg/g (2,54 g/GJ (5,908 lb/TBtu), base seca) en las muestras de carbon de materia prima y refinado, respectivamente. Se determino que el contenido de cloro de las muestras de carbon de materia prima y refinado era de 19,4 y 30,0 jg/g, respectivamente.

Los analisis de tamiz seco completados sobre las muestras de carbon de materia prima y refinado, recogidas durante cada ensayo, se presentan en la Tabla del Ejemplo 2. Los resultados para el carbon de materia prima indican que 84,3% en peso pasa los 75 jm (malla 200) y 69,2% en peso pasa los 44 jm (malla 325), mientras que para la muestra de carbon refinado 87,1% en peso pasa los 75 jm (malla 200) y 73,1% en peso pasa los 44 jm (mala 325).

Ejemplo 2

El carbon de materia prima es carbon PRB. El carbon refinado es carbon PRB de materia prima mas 0,008% en peso de adsorbente de haluro y 0,25% de adsorbente en polvo. El adsorbente en polvo es 15% CKD y 85% productos de molienda. El adsorbente de haluro es el del Ejemplo 1. Las emisiones de NOx y Hg se midieron para los carbones de materia prima y refinado.

Ejemplo 2a -

Resultados para NOx

: O2, NOx, NOx, ppm NOx, NOx, % de

: % ppm corregido a 2,5% de O2 g/GJ (lb/MMBtu) reduccion

Carbon de materia prima: 2,71 151 152 84,8 (0,197) NA*

Carbon refinado: 2,75 116 117 66,3 (0,154) 21,83



: Resultados para Hg

: O2, CO2 Hg(T), jg/dNm3 Hg, Hg, % de

: % % corregido a 2,5% O2 g/GJ (lb/TBtu) reduccion

Carbon de materia prima: 2,71 15,97 2,052 0,599 (1,392) NA

Carbon refinado: 2,75 16,08 0,826 0,248 58,62

_____________________________________________________________(0,576)

*no aplicable

La concentracion de mercurio era de 0,558 |jg/g en la ceniza del carbon de materia prima y de 0,833 |jg/g en la ceniza del carbon refinado.

5 Ejemplo 3 - carbon sub-bituminoso centroamericano

El carbon de materia prima es carbon PRB. El carbon refinado es carbon PRB de materia prima mas 0,005% en peso de adsorbente de haluro y 0,25% de adsorbente en polvo. El adsorbente en polvo es 15% CKD y 85% productos de molienda. El adsorbente de haluro es el del Ejemplo 1. Se midieron las emisiones de NOx y Hg para 10 los carbones de materia prima y refinado.

Se usaron las horas de la manana para establecer las emisiones de lmea basal de la combustion de carbon de materia prima quemado a una velocidad media de 27,4 kg/h (60,28 lb/h) para conseguir una FEGT de aproximadamente 1171°C (2139°F). El oxfgeno en exceso se controlo al 3,05% (aproximadamente 16,98% de 15 exceso de aire) en la salida del horno, utilizando OFA al 15,13% simulando los controles de NOx usados en la estacion de generacion.

El carbon refinado se quemo a una velocidad de 58,91 lb/h, consiguiendo una FEGT de 1171°C (2139°F) a un 3,1% de exceso de oxfgeno (aproximadamente 17,33% de exceso de aire) en la salida del horno, manteniendo el OFA al 20 15,18%. La reduccion de emision resultante se da en la siguiente tabla.

Resultados para NOx

: O2, NOx, NOx, ppm NOx, NOx, % de

: % ppm corregido a 2,5% de O2 (g/GJ) (lb/MMBtu) reduccion

Carbon de materia prima: 3,86 243 256 141 NA*

Carbon refinado: 3,84 191 200 (0,327) 108 22,94




: (0,252)

: O2, % CO2 % Resultados para Hg Hg(T), jg/dNm3 corregido a 2,5% O2 Hg, (g/GJ) (lb/TBtu) Hg. % de reduccion

Carbon de materia prima: 3,86 17,07 2,877 0,869 NA

Carbon refinado: 3,84 18,22 1,618 (2,018) 0,482 44,55

__________________________________________________________________(1,119)

*no aplicable

Claims

5

10

15

20

25

REIVINDICACIONES

1. Un metodo de quema de carbon en un horno para reducir las emisiones de oxidos de nitrogeno y, al menos, uno de oxidos de azufre y mercurio, comprendiendo el metodo quemar un carbon refinado en el horno, en donde el carbon refinado comprende una mezcla de carbon sub-bituminoso o carbon de lignito, compuesto de bromo y un adsorbente en polvo, y en donde el adsorbente en polvo comprende calcio, sflice, alumina y comprende ademas menos de 1% en peso de Na2O y menos de 1% de K2O, basado en el peso del adsorbente en polvo, en donde el adsorbente en polvo comprende polvo del horno de cemento (CKD).
2. Metodo segun la reivindicacion 1, en donde el adsorbente en polvo comprende menos de 0,5% de Na2O y menos de 0,5% de K2O.
3. Metodo segun la reivindicacion 1, en donde el carbon es carbon de la cuenca del no Powder.
4. Metodo segun la reivindicacion 1, en donde el carbon refinado comprende de 0,001 a 1,0% en peso de compuesto de bromo y de 0,1 a 10% en peso de adsorbente en polvo, o en donde el carbon refinado comprende de 0,002 a 1,0% en peso de compuesto de bromo y de 0,1 a 2,0% en peso de adsorbente en polvo.
5. Metodo segun la reivindicacion 1, en donde el adsorbente en polvo comprende dicho polvo del horno de cemento (CKD) y uno o mas productos de molienda, alimentacion de horno, cemento de transicion, clinker erosionado y CKD retenido.
6. Metodo segun la reivindicacion 1, en donde el adsorbente en polvo comprende arcilla de aluminosilicato.
7. Metodo segun la reivindicacion 1, en donde el adsorbente en polvo contiene caolm.
8. Metodo segun la reivindicacion 1, en donde el adsorbente en polvo contiene menos de 0,1% de cloro.
9. Metodo segun la reivindicacion 5, en donde el adsorbente en polvo contiene menos de 0,1% de cloro.