用于处理来自固定排放源的含颗粒废气的催化过滤系统技术方案

本发明专利技术题为用于处理来自固定排放源的含颗粒废气的催化过滤系统。一种用于处理来自固定排放源的含颗粒废气的催化过滤系统，该催化过滤系统包括细长过滤元件，该细长过滤元件包括限定中空部分的多孔壁和设置在中空部分内的承载催化剂组分的基底材料，该布置使得从细长过滤元件的整个多孔壁上所述细长过滤元件的中空部分的气体在离开细长过滤元件的中空部分之前必须与承载催化剂组分的基底材料接触。触。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于处理来自固定排放源的含颗粒废气的催化过滤系统


[0001]本专利技术涉及一种用于处理含颗粒废气的催化过滤系统，该含颗粒废气来自固定排放源，诸如来自水泥或玻璃制造或煤发电、生物发电或重燃料油发电，该系统包括细长过滤元件，该细长过滤元件包括限定中空部分的多孔壁。细长过滤元件可为例如烛形过滤器。

技术介绍

[0002]存在许多方法，其中制得包含颗粒物质的热气体介质，颗粒物质必须与气体介质分离，以防止污染，或去除危害性物质。颗粒的高温过滤已成为许多新兴技术中的重要组成部分。例如，先进的煤转化技术，诸如流化床气化和燃烧，取决于在约500℃至1000℃范围内的温度下成功去除颗粒。受益于高温过滤的其他应用范围从用于生物质气化的气体清洁到来自市政固体垃圾焚烧的发电。过滤来自工业过程(诸如市政垃圾焚烧炉)的废气以去除颗粒，诸如粉尘、烟灰以及其他毒性和有害物质，从而使得废气能够更安全地释放到大气中。涉及燃烧的另外的工业过程也产生颗粒，如矿物、玻璃或水泥的生产。这些应用需要在高温下从气流中去除颗粒，使得经受气流的工艺设备诸如旋转机器和热交换器保持功能和效率。
[0003]热气体过滤器组件的示例公开于美国专利号6863868中。用于发电系统的热气体过滤系统保护下游热交换器和燃气轮机部件免受颗粒污染和侵蚀，并清洁工艺气体以满足排放要求。当安装在加压流化床燃烧(PFBC)、加压循环流化床燃烧(PCFBC)或一体化气化组合循环(IGCC)发电厂中时，除了改善能量效率、减少维护和消除附加且昂贵的燃料或烟道气处理系统之外，还预计降低下游部件成本。
[0004]在许多这些过滤应用中，气体污染物也必须从废气中去除。例如，在气化期间，煤中燃料结合的氮主要作为氨(NH3)释放到烟道气流中。随着烟道气在燃气轮机中的后续燃烧，NH3形成氮氧化物(NO
x
)，其为危害性污染物，难以去除并且是“酸雨”的前体。含颗粒的工艺废气和发动机废气通常含有多种污染物，例如NOx、挥发性有机化合物(VOC)、SO2、CO、二噁英和呋喃，这些污染物的浓度必须根据当地法规进行降低。为此，有几种常规方法是可用的。可通过与催化剂接触有效地执行NO
x
、VOC、二噁英和呋喃等气态污染物的减少。
[0005]为了在包含热气体过滤器的排气系统中处理NO
x
，已知将选择性催化还原催化剂(SCR)定位于系统中。此类催化剂使用含氮还原剂(主要是氨(NH3)或氨前体如尿素)选择性地催化NO
x
的还原，该还原剂以促进以下主要NOx还原反应的量注入SCR催化剂上游的流动废气中：
[0006](1)4NH3+4NO+O2→
4N2+6H2O；
[0007](2)4NH3+2NO2+O2→
3N2+6H2O；并且
[0008](3)NO+NO2+2NH3→
2N2+3/2H2O(优选的所谓的“快速SCR反应”)。
[0009]根据废气组成，可能必要的是除了还原氮氧化物(NO
x
)之外或另选地，在废气后处理过程中包括附加的催化工艺步骤。此类催化工艺步骤可包括例如未在上游SCR催化剂中消耗的烃和/或一氧化碳和/或残余氨的氧化。
[0010]SCR反应器在工艺流出物中的位置强烈影响关于应使用何种催化剂组成和物理结构的决定，并且此类步骤在系统中引入复杂性，例如，需要待定位于系统中的附加催化剂体积。例如，在燃煤发电厂或锅炉的包含高灰分的废气中，可使用在350℃至400℃和3,000 1/hr至5,000 1/hr空速下操作的低孔密度(9至11个孔/平方英寸(cpsi)的V2O5/TiO2挤出催化剂或结合至平行耐腐蚀性不锈钢板载体的TiO2催化剂。SCR催化剂位于任何烟道气颗粒或擦洗操作之前，因此其必须具有大通道或孔以避免堵塞和积聚过大背压(即，高压降)。
[0011]催化剂失活主要通过包含碱金属和碱土金属氧化物以及硫化合物的粉煤灰在催化剂表面上或催化剂的孔结构内积聚而发生。根据具体的床位置，通常发现碱土金属Ca、Mg和Ba的硫酸盐阻挡50％至65％的孔体积。对于某些燃料，可发生催化剂的不可逆的选择性中毒。例如，砷(As)是V2O5/WO3/TiO
2 SCR催化剂的毒物。
[0012]由于SCR催化剂通过磨损和中毒而损耗，在高粉尘场所利用SCR的欧洲经验一直是每年需要替换约15％的系统催化剂体积。
[0013]另选地，SCR催化剂可位于静电除尘器的下游(称为“低粉尘”构造)或系统中的低温“尾端”位置处，其中在这两种情况下，预计这些环境中的催化剂具有约5年至9年的寿命。然而，逸出“低粉尘”构型的静电沉淀的较细粉尘颗粒可沉积在水平安装的催化剂床上，从而导致孔被碱金属(K、Na、Cs)硫酸盐和碱土金属硫酸盐堵塞；并且可能需要能量密集型废气再加热以促进“尾端”构造中的SCR反应。
[0014]已知一端封闭的中空细长多孔过滤元件用于过滤排气系统中的气体。一种此类过滤元件被称为“烛形过滤器”，并且通常由各种陶瓷材料制成，陶瓷材料包括由碱金属和碱土金属硅酸盐或硅铝酸盐制成的陶瓷纤维。陶瓷烛形过滤器用于许多工业中以从工艺气体中去除颗粒物。它们是可用的最有效类型的集尘器之一，并且可实现超过99％的颗粒收集效率。陶瓷烛形过滤器的相对高的颗粒去除效率部分地是由于在烛形过滤器的表面上形成尘饼，并且部分地是由于烛形过滤器组成和孔隙率。
[0015]在本专利技术用于较低热气体温度(例如约250℃)的情况下，本专利技术可应用于所谓的袋式过滤器或织物过滤器，其在使用中设置在被称为“袋滤室”的容器中。袋式过滤器为由作为过滤介质的织造或毡化织物制成的长圆柱形袋(或管)。载尘气体或空气通过料斗进入袋滤室并被引导到袋滤室的隔室中。气体在内部或外部被抽吸通过袋，这取决于清洁方法，并且粉尘层积聚在过滤介质表面上，直到气体不再能够透过它。当出现足够的压降(ΔP)时，清洁过程开始。清洁可在袋滤室在线(过滤)或离线(分离)时发生。三种最常见的清洁方法是机械摇动器、反向气体和脉冲喷射。当隔室干净时，恢复正常过滤。
[0016]一端封闭的另一个细长多孔过滤元件为烧结金属过滤元件，其通常具有约50％的孔隙率。
[0017]为了避免任何疑问，虽然在本说明书中使用陶瓷烛形过滤器来说明本专利技术，但尽管烛形过滤器是优选的，此类说明也是非限制性的，并且本专利技术不限于烛形过滤器本身。本专利技术的过滤元件在权利要求书中被定义为包括限定中空部分的多孔壁的细长过滤元件。
[0018]根据待处理的废气中的颗粒量，采用烛形过滤器的任何系统通常包括通过使经过滤的颗粒从过滤器上脱落，然后收集和去除脱落的颗粒来使过滤器再生的程序。一种此类方法涉及当确定已达到感测的背压值时，驱动反向气流脉冲穿过过滤介质。
[0019]已知将细长多孔过滤元件与用于促进气体污染物(诸如上述那些中的一种或多
种)转化的特定催化剂组合。例如，WO 98/03249公开了一种烟道气清洁装置，诸如陶瓷烛形过滤器，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于处理来自固定排放源的含颗粒废气的催化过滤系统，所述催化过滤系统包括细长过滤元件，所述细长过滤元件包括限定中空部分的多孔壁和设置在所述中空部分内的承载催化剂组分的基底材料，所述布置使得从所述细长过滤元件的整个多孔壁上进入所述细长过滤元件的所述中空部分的气体在离开所述细长过滤元件的所述中空部分之前必须与承载所述催化剂组分的所述基底材料接触。2.根据权利要求1所述的催化过滤系统，其中所述细长过滤元件在其一端处封闭。3.根据权利要求1或2所述的催化过滤系统，其中所述细长过滤元件为陶瓷。4.根据权利要求1或2所述的催化过滤系统，其中所述细长过滤器为烧结的多孔金属过滤元件。5.根据权利要求1、2、3或4所述的催化过滤系统，其中所述中空部分的横截面为圆形的。6.根据权利要求1或2所述的催化过滤系统，其中所述细长过滤元件为袋式过滤器。7.根据权利要求1、2、3或5所述的催化过滤系统，其中所述细长过滤元件具有70％至90％的孔隙率。8.根据权利要求1、2、3、5或7所述的催化过滤系统，其中所述细长过滤元件的壁厚为10mm至40mm。9.根据权利要求1、2、3、5、7或8所述的催化过滤系统，其中所述细长过滤元件为烛形过滤器。10.根据任一前述权利要求所述的催化过滤系统，其中所述基底材料包括陶瓷泡沫、小珠、微球、挤出物、卵石、片剂、粒料、拉西环、蜂窝整料、带槽蜂窝体、针织纱布、棉纱布、丝网、氧化铝纤维纸、玻璃纤维纸或石英纤维纸。11.根据权利要求10所述的催化过滤系统，所述催化过滤系统包括能够插入所述细长过滤元件的所述中空部分中的滤筒结构，其中所述滤筒结构保持所述基底材料或容纳所述基底材料。12.根据权利要求11所述的催化过滤系统，其中所述滤筒结构包括中心多孔中空部分，所述基底材料围绕所述中心多孔中空部分布置。13.根据权利要求12所述的催化过滤系统，其中所述基底材料为一层或多层围绕所述中心多孔中空部分设置的针织纱布、棉纱布、丝网、氧化铝纤维纸、玻璃纤维纸或石英纤维纸。14.根据权利要求11所述的催化过滤系统，其中所述基底材料为一层或多层折叠的自支承针织纱布、棉纱布、丝网、氧化铝纤维纸、玻璃纤维纸或石英纤维纸。15.根据权利要求10至14中任一项所述的催化过滤系统，其中所述滤筒结构为自支承催化陶瓷载体。16.根据权利要求11至15中任一项所述的催化过滤系统，所述催化过滤系统包括用于所述细长过滤元件的端盖，其中所述端盖限定孔以允许所述细长过滤元件的所述中空部分中的气体离开所述细长过滤元件，并且所述端盖被成形为迫使气体进入所述细长过滤元件的所述中空部分中穿过其多孔壁以接触承载所述催化剂组分的所述基底材料，然后经由所述孔离开所述细长过滤元件的所述中空部分。17.根据权利要求16所述的催化过滤系统，其中所述细长过滤元件的所述中空部分的
横截面为圆形的，并且所述端盖为环形的。18.根据任一前述权利要求所述的催化过滤系统，其中所述催化剂组分对用含氮还原剂催化氮氧化物的选择性催化还原，或对催化气体组分的氧化具有活性。19.根据权利要求18所述的催化过滤系统，其中所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：P，
申请(专利权)人：庄信万丰股份有限公司，
类型：发明
国别省市：