專利名稱：催化過(guò)濾器系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及催化過(guò)濾器系統(tǒng)，所述催化過(guò)濾器系統(tǒng)包括具有流體入口和流體出口的過(guò)濾容器、設(shè)置在所述過(guò)濾容器的內(nèi)部中的分隔壁，和多個(gè)濾燭。分隔壁將容器的所述內(nèi)部分為未凈化氣體室和凈化氣體室，并且所述分隔壁包括被設(shè)計(jì)成密封地容納所述多個(gè)濾燭的多個(gè)開口。流體入口與未凈化氣體室流體連通，并且位于多個(gè)濾燭上游。流體出口與凈化氣體室流體連通，并且位于多個(gè)濾燭下游。
背景技術(shù)：
在美國(guó)專利US 6，863，868B1中提供了這種類型的過(guò)濾器系統(tǒng)并且所使用的濾燭是催化濾燭，使得該過(guò)濾器系統(tǒng)可用于熱氣體過(guò)濾。·
從EP0600440A2中已知用于凈化煙道氣的不同結(jié)構(gòu)的過(guò)濾器系統(tǒng)，其中阻擋濾片模塊(barrier filter module)與單獨(dú)的催化模塊一起使用。未凈化的氣體首先穿過(guò)阻擋濾片模塊并且隨后穿過(guò)催化模塊。兩種類型的催化過(guò)濾器系統(tǒng)在煙道氣處理中都是有用的，因?yàn)樗鼈冊(cè)谝粋€(gè)裝置中同時(shí)提供了粒子分離和催化氣相反應(yīng)。但是，這種粒子分離/催化氣相反應(yīng)相結(jié)合的裝置的問(wèn)題是在要求高催化轉(zhuǎn)化率并且必須確保高入口濃度的情形中，未凈化氣體的表面速度必須被減小，以便增加氣體的用于在催化元件中發(fā)生催化反應(yīng)的駐留時(shí)間。這導(dǎo)致為了滿足生產(chǎn)能力的要求而增加過(guò)濾元件數(shù)量并相應(yīng)地增加過(guò)濾器系統(tǒng)的尺寸。為了滿足未凈化氣體的粒子負(fù)載(particle load)(即濾過(guò)作用)的需要，通常不必要地增加了這種過(guò)濾器系統(tǒng)的尺寸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種催化過(guò)濾器系統(tǒng)，其中表面速度可以由過(guò)濾步驟確定并且所述過(guò)濾器系統(tǒng)容易地適用于催化氣相反應(yīng)階段的各種需要。該目標(biāo)通過(guò)具有權(quán)利要求I的特征的催化過(guò)濾器系統(tǒng)而被滿足。本發(fā)明的催化過(guò)濾器系統(tǒng)具有容器，容器中具有分隔壁，同時(shí)所述分隔壁將未凈化氣體室與凈化氣體室分離并且設(shè)置成容納所使用的多個(gè)濾燭。通常，所述濾燭下游的頂部空間(其對(duì)于安裝和/或更換時(shí)處理濾燭而言是必須的)可以被用于容納第一催化介質(zhì)，所述催化介質(zhì)與濾燭分開。因而，要被處理的煙道氣的表面速度可以通過(guò)濾燭的過(guò)濾容量而被控制，所述濾燭的數(shù)量和尺寸可以適應(yīng)于特定的過(guò)濾任務(wù)。催化級(jí)，即濾燭下游的第一催化介質(zhì)的容量可容易地適應(yīng)于由煙道氣的污染物所帶來(lái)的需要，所述煙道氣污染物要在催化氣相反應(yīng)中被去除或者被轉(zhuǎn)化。在根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的催化系統(tǒng)中，濾燭包括催化劑并且用作催化濾燭。因此，催化氣相反應(yīng)可能已經(jīng)在濾燭中發(fā)生并且濾燭下游的第一催化介質(zhì)用于將凈化氣體的殘留污染物轉(zhuǎn)化至要求的水平。在本發(fā)明的催化過(guò)濾器系統(tǒng)中所使用的濾燭優(yōu)選包括過(guò)濾元件上游的外過(guò)濾膜。過(guò)濾膜可優(yōu)選地被選擇為精細(xì)過(guò)濾型。精細(xì)過(guò)濾型膜能保留尺寸小至小于大約I μ m,例如大約O. 5 μ m的顆粒。本發(fā)明提供了在相同的殼體中催化介質(zhì)和濾燭的布置并且仍然提供使過(guò)濾器系統(tǒng)適應(yīng)于多種過(guò)濾應(yīng)用(例 如，(應(yīng)用)在煙道氣過(guò)濾中)的靈活性，并且允許過(guò)濾級(jí)和催化級(jí)兩者都可以被保持在相同的溫度，而無(wú)需加熱裝置，從而改善了催化過(guò)濾器系統(tǒng)的效率。較高的溫度通常加速催化氣相反應(yīng)的反應(yīng)速度并且經(jīng)常是所需的。根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)所述氣態(tài)流體與第一催化介質(zhì)接觸時(shí)在升高的溫度下進(jìn)入催化過(guò)濾器系統(tǒng)的氣態(tài)流體基本保持這種溫度。因而，在許多應(yīng)用中不需要加熱系統(tǒng)來(lái)保證滿意的反應(yīng)速度。在本發(fā)明的催化過(guò)濾器系統(tǒng)的一些實(shí)施例中，過(guò)濾器系統(tǒng)還可以包括第一催化介質(zhì)下游的第二催化介質(zhì)或(甚至)第二催化介質(zhì)下游的另外的催化介質(zhì)。優(yōu)選地，第一和/或第二催化介質(zhì)包括過(guò)濾元件，所述過(guò)濾元件具有大約等于或大于濾燭的平均孔徑尺寸的平均孔徑尺寸。根據(jù)本發(fā)明的催化過(guò)濾器系統(tǒng)的另一有利的實(shí)施例，倒流裝置設(shè)置成與凈化氣體室流體連通。優(yōu)選在過(guò)濾容器中分隔壁被水平取向，使得被容納在分隔壁的開口中的濾燭從該分隔壁懸吊進(jìn)入未凈化氣體室。這種布置使得能通過(guò)插入不同數(shù)量的濾燭和/或不同長(zhǎng)度的濾燭而改變過(guò)濾容量，從而允許系統(tǒng)的過(guò)濾器表面面積和過(guò)濾容量相對(duì)于對(duì)于各種應(yīng)用的具體要求而調(diào)整。在本發(fā)明的又一實(shí)施例中，催化過(guò)濾器系統(tǒng)包括第一或者第二催化介質(zhì)，所述第一或者第二催化介質(zhì)以保險(xiǎn)絲的形式被提供。保險(xiǎn)絲催化元件通常具有深過(guò)濾結(jié)構(gòu)并且在濾燭斷裂時(shí)用作安全措施。隨后保險(xiǎn)絲催化元件禁止未被過(guò)濾的未凈化氣體進(jìn)入凈化氣體室。優(yōu)選地，對(duì)于每個(gè)濾燭提供一個(gè)保險(xiǎn)絲催化元件。流體連接至凈化氣體室的倒流裝置優(yōu)選連接至第一催化介質(zhì)上游的凈化氣體室。如果第一催化介質(zhì)應(yīng)包括過(guò)濾元件或者應(yīng)采取過(guò)濾元件的形式,則優(yōu)選具有倒流裝置，該倒流裝置設(shè)置成以便所述倒流裝置被流體連接至第一催化介質(zhì)下游的所述凈化氣體室。通過(guò)操作這種根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選催化過(guò)濾器系統(tǒng)，同時(shí)能不僅再生第一催化介質(zhì)的過(guò)濾元件，而且還再生濾燭。通過(guò)倒流裝置將倒流氣體供入過(guò)濾器系統(tǒng)時(shí)，濾燭上游的未凈化氣體入口可作為倒流氣體的出口而被操作。本發(fā)明的過(guò)濾器系統(tǒng)通常包括容器，所述容器包括在分隔壁下游的位置從容器主體容器的可分離部分。更加優(yōu)選地，容器的可分離部分被設(shè)計(jì)成容納第一和/或第二催化介質(zhì)。如果過(guò)濾器系統(tǒng)包括倒流裝置，則所述倒流裝置優(yōu)選地與分隔壁和濾燭一起被容納在容器的主體中。濾燭可以具有多孔主體(其在上游側(cè)上具有過(guò)濾膜)。濾燭的多孔主體可以另外浸潰有催化劑。濾燭隨后用作催化濾燭。
非催化濾燭以及催化濾燭優(yōu)選是中空?qǐng)A柱形。在一些情形中，這種濾燭的內(nèi)部空間可額外部分地或者完全地填充有催化材料(特別地采取泡沫、纖維或者顆粒粒子的形式)，其中顆粒粒子的形式可設(shè)置為固定床。用于第一、第二或者任何其它的催化介質(zhì)的催化元件的類型可以從催化固定床、纖維墊、泡沫結(jié)構(gòu)、管狀元件、板和/或蜂巢狀結(jié)構(gòu)選擇。催化元件可以包括浸潰有催化劑的多孔主體，所述多孔主體具有內(nèi)部(形成用于流體流動(dòng)的空間)。在元件內(nèi)部提供的空間可另外容納其它催化劑材料。因而，被催化劑浸潰過(guò)的多孔主體可以具有內(nèi)部空間，所述內(nèi)部空間被部分地或者完全地用泡沫、顆粒粒子或者纖維的被催化劑浸潰過(guò)的材料來(lái)填充。典型的實(shí)例是管狀元件或者盒型元件?！た偠灾?，形成催化介質(zhì)的一部分的催化元件可以是相當(dāng)多樣的結(jié)構(gòu)，例如，管狀，盒型、板形，塊形或者采取纖維墊的形式。用于第一、第二和任何其它催化介質(zhì)的催化元件的典型實(shí)例如下一催化劑浸潰過(guò)的保險(xiǎn)絲，其具有多孔主體，所述多孔主體由燒結(jié)陶瓷顆粒粒子和/或纖維或者泡沫制成并且優(yōu)選具有大約10至大約500 μ m的平均孔徑尺寸，更優(yōu)選地為大約50至大約200 μ m。優(yōu)選每個(gè)濾燭設(shè)置一個(gè)保險(xiǎn)絲。一催化劑浸潰過(guò)的多孔主體，所述多孔主體由大約10至60ppi (每英寸的孔數(shù))，更優(yōu)選地為大約30至大約45ppi的燒結(jié)顆粒粒子的陶瓷泡沫制成，所述燒結(jié)顆粒粒子具有從大約O. I至大約100 μ m,更優(yōu)選地為大約O. 3至大約30 μ m的粒子尺寸。一催化劑浸潰過(guò)的多孔主體，所述多孔主體由具有大約I至大約50 μ m，更優(yōu)選地為大約2至大約10 μ m的平均纖維直徑的陶瓷纖維制成。優(yōu)選的平均纖維長(zhǎng)度在大約I至大約20mm的范圍內(nèi)。一催化粒子的固定床，所述催化粒子具有從大約10 μ m至大約30mm，更優(yōu)選地為大約100 μ m至大約IOmm的平均粒子尺寸。本發(fā)明的催化過(guò)濾器系統(tǒng)的應(yīng)用覆蓋了各種類型的熱氣體過(guò)濾應(yīng)用，其中粒子的去除能與催化氣相反應(yīng)結(jié)合。本發(fā)明還可以被用于以下情況煤炭或者生物質(zhì)氣化中的熱氣體凈化、燒結(jié)廠或者煉焦?fàn)t設(shè)備的廢氣凈化、電廠和焚化爐的廢氣凈化、類似在FCC (流體催化裂化)裝置的精煉方法或者在化工工藝中、在水泥工業(yè)等中。催化陶瓷濾燭在WO 2006/037387A1和EP 2017003A1中被公開，所述催化陶瓷濾燭對(duì)于提供被容納在分隔壁中的多個(gè)濾燭是特別有用的。根據(jù)附圖和實(shí)例，結(jié)合具體實(shí)施例來(lái)更詳細(xì)地討論本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。


在附圖中圖I示出了根據(jù)本發(fā)明的第一催化過(guò)濾器系統(tǒng)的示意圖；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的第二催化過(guò)濾器系統(tǒng)的示意圖；圖3A和3B示出了在圖2的第二催化過(guò)濾器系統(tǒng)中所使用的催化介質(zhì)的細(xì)節(jié)；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的第三催化過(guò)濾器系統(tǒng)的示意圖；圖5更詳細(xì)地示出了在圖4的第三過(guò)濾器系統(tǒng)中所使用的多孔催化主體件；圖6示出了第四催化過(guò)濾器系統(tǒng)的示意圖。
具體實(shí)施例方式圖I示出了本發(fā)明的催化過(guò)濾器系統(tǒng)10的示意圖，催化過(guò)濾器系統(tǒng)10包括圓柱形容器12，圓柱形容器12的內(nèi)部被分隔壁14分成未凈化氣體室16和凈化氣體室18。通常，圓柱形容器的尺寸包括范圍為大約Im至大約6m或者更大的直徑和范圍為大約4m至大約24m或者更大的高度。為了進(jìn)入容器12的內(nèi)部進(jìn)行維護(hù)或者修理，容器可以被分成下部固定部分和上部可移除部分。但是，非常大的容器通常設(shè)置有在圍起凈化氣體室的容器壁上的能關(guān)閉(closable)的開口(未示出) ，以便人員可以進(jìn)入容器。分隔壁14具有多個(gè)開口 20，多個(gè)開口 20接收多個(gè)濾燭22。濾燭22借助一個(gè)端部被容納在分隔壁14中，使得濾燭22的主體從分隔壁基本豎直地懸吊進(jìn)入未凈化氣體室16。未凈化氣體入口 24被連接至容器12，使得未凈化氣體入口 24與未凈化氣體室16直接連通。凈化氣體室18與凈化氣體出口 26流體連通。在多個(gè)濾燭22的下游，即在凈化氣體室18內(nèi)的濾燭的上方容納有倒流裝置28，倒流裝置28用于產(chǎn)生反向流體流，以便間歇地再生濾燭22。在容器12的底部提供能關(guān)閉的出口 29，以便允許從容器12間歇地去除顆粒物質(zhì)。在進(jìn)一步的下游，即在倒流裝置28的上方，第一催化介質(zhì)30設(shè)置在凈化氣體室18中，第一催化介質(zhì)30用于在凈化氣體流體中去除氣態(tài)污染物。濾燭22可以從傳統(tǒng)的非催化或催化濾燭中選擇。表面速度能被增加至由濾燭22的過(guò)濾容量所確定的最大可能的速度。根據(jù)在具體應(yīng)用中凈化氣體的污染物負(fù)載，催化介質(zhì)30的容量被調(diào)整，和/或使用催化濾燭來(lái)替代非催化濾燭。因此在所有工作條件下都能確保希望的轉(zhuǎn)化率。圖I中的催化介質(zhì)30可以從寬范圍的催化介質(zhì)中選擇，催化介質(zhì)可以包括保險(xiǎn)絲、陶瓷泡沫的多孔主體、燒結(jié)顆粒的多孔主體和/或纖維性顆粒、固定床催化劑等。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的另一催化過(guò)濾器系統(tǒng)40，該催化過(guò)濾器系統(tǒng)40包括圓柱形容器42，圓柱形容器42的內(nèi)部通過(guò)分隔壁44被分成未凈化氣體室46和凈化氣體室48。分隔壁44具有多個(gè)開口 50，多個(gè)開口 50適用于密封地容納濾燭52，濾燭52從水平布置的分隔壁44懸吊進(jìn)入未凈化氣體室46。未凈化氣體入口 54設(shè)置在容器42的下部并且布置成與未凈化氣體室46流體連通。在上部中，容器42包括凈化氣體出口 56，凈化氣體出口 56與凈化氣體室48流體連通。在分隔壁44的下游側(cè)上，即容器42的上部，存在有在下文中被稱為容器的可分離部分58,該部分58被設(shè)計(jì)成能與容器42的主體分尚。容器的可分尚部分58通常容納前述凈化氣體出口 56并提供容納第一催化介質(zhì)(和任何其它催化介質(zhì)，如果能應(yīng)用的話)的空間，根據(jù)本發(fā)明的第一催化介質(zhì)被布置在濾燭下游。在圖2中示意性地示出的本發(fā)明的實(shí)施例中，第一催化介質(zhì)包括三個(gè)蜂巢狀催化兀件60,61，62,蜂巢狀催化兀件60，61, 62被可交換地固定在容器42的上部可分離部分58中。
盡管圖2示出了相互間隔開的催化元件60、61、62，但是催化元件60、61、62在替代
的實(shí)施例中可同樣地以相互直接接觸的方式布置。各個(gè)蜂巢狀催化元件可以由多個(gè)單獨(dú)的子單元構(gòu)成，子單元例如在共同的框架結(jié)構(gòu)中被組裝。離開濾燭52并且進(jìn)入凈化氣體室48的凈化氣體在借助凈化氣體出口 56離開容器42之前必須穿過(guò)第一催化介質(zhì)的蜂巢狀兀件60、61和62。蜂巢狀元件的數(shù)量可相對(duì)于未凈化氣體的污染(程度)被調(diào)整，以便流體氣體一次通過(guò)容器42就實(shí)現(xiàn)希望的NOx的轉(zhuǎn)化。在圖3A和3B中示出了可以被用作催化元件60、61和62的蜂巢狀結(jié)構(gòu)的典型實(shí)例。從圖3A和3B的對(duì)比中顯然可知蜂巢狀結(jié)構(gòu)不必具有六邊形結(jié)構(gòu)的通道，而是還可以具有不同的截面形狀，例如，如在圖3B中所示出的正方形的截面通道。進(jìn)入凈化氣體室48的凈化氣體穿過(guò)蜂巢狀元件60’，61’，62’和60”，61” 62”中的大量通道66，68，與由這些蜂巢狀結(jié)構(gòu)所支撐的催化劑緊密接觸。如結(jié)合已經(jīng)在圖I中示出的實(shí)施例所描述的，有利地是具有設(shè)置在濾燭42的下游側(cè)上并仍然在蜂巢狀元件60、61和62的上游的倒流裝置64，以便通過(guò)氣體的反向流動(dòng)而提供間歇地再生濾燭的可能性。更優(yōu)選地，倒流裝置64位于容器42的主體中并且不在可分離部分58中。在容器42的底部，容器42包括能關(guān)閉的出口 65，出口 65用作間歇地去除在倒流裝置64的工作期間從濾燭釋放的顆粒物質(zhì)。圖4以催化過(guò)濾器系統(tǒng)80的形式示出了本發(fā)明的另一實(shí)施例，催化過(guò)濾器系統(tǒng)80包括容器82，容器82被水平取向的分隔壁84分成未凈化氣體室86和凈化氣體室88。容器82可以是圓柱形或者是矩形形狀。分隔壁84具有以密封方式容納濾燭92的多個(gè)開口 90，使得濾燭從隔板84懸吊并 且延伸進(jìn)入未凈化氣體室86。未凈化氣體入口 94設(shè)置在容器82的下部并且與未凈化氣體室86直接連通。在容器82的上部，容器82包括凈化氣體出口 96，凈化氣體出口 96與凈化氣體室88連通。如已經(jīng)結(jié)合圖2所描述的，容器82被分為能相互分離的兩個(gè)部分，即，上部的可分離部分98容納第一催化元件和(在第一催化元件100被容納于其中的位置下游的)凈化氣體出口 96。在第一催化元件100和分隔壁84之間設(shè)置有倒流氣體裝置102，倒流氣體裝置102允許使氣體倒流穿過(guò)濾燭92進(jìn)入未凈化氣體室86，以便間歇地再生濾燭92。通過(guò)倒流從濾燭92去除的粒子在容器82的最下面部分104中被收集并且穿過(guò)能關(guān)閉的出口 105而被間歇地去除。未凈化氣體入口 94可以作為用于倒流氣體的出口而被操作。第一催化介質(zhì)100由多個(gè)催化元件106構(gòu)成，多個(gè)催化元件106優(yōu)選是由纖維、顆粒和/或泡沫制成的中空的圓柱體，中空的圓柱體的結(jié)構(gòu)在圖5中更為詳細(xì)地示出。在催化元件106用作保險(xiǎn)絲的情形中，基于纖維和/或粒狀顆粒的結(jié)構(gòu)是優(yōu)選的。催化元件106優(yōu)選被容納在圓柱形壁108中，圓柱形壁108包括多個(gè)開口 107，開口 107以密封的方式容納單獨(dú)的催化元件106。圓柱形壁108在其頂部110封閉并且在其下端打開，圓柱形壁108的下端與凈化氣體室88直接流體連通。
另外，圓柱形壁108的下端密封連接至上部的可分離的容器部分98的壁，使得從過(guò)濾元件92離開并且進(jìn)入凈化氣體室88的凈化氣體在通過(guò)凈化氣體出口 96離開系統(tǒng)80之前必須穿過(guò)容納在圓柱形壁108中的各催化元件106。圓柱形壁108由此將凈化氣體室分成隔間，一個(gè)隔間在催化介質(zhì)100和其催化兀件106的上游,而另一隔間在催化介質(zhì)100的下游。圓柱形壁108的外直徑在某種程度上小于容器82的上部可分離部分98的內(nèi)直徑，以便不阻礙從催化元件106進(jìn)入壁108的周邊容積的流體的流動(dòng)，壁108的周邊容積與凈化氣體出口 96流體連接。容器82可以是矩形截面。容納第一催化介質(zhì)100的催化元件106的壁108隨后也被通常設(shè)計(jì)成圍起矩形空間。催化元件106可以是具有下部和上部的扁平多孔壁的 盒子型結(jié)構(gòu)。盡管在一個(gè)實(shí)施例中側(cè)表面可以對(duì)于凈化氣體是密封的，但是在其它實(shí)施例中側(cè)壁可以由與下壁和上壁相同的材料制成。一個(gè)側(cè)壁包括與壁108中的開口 107相匹配的開口。圖5詳細(xì)地示出了被容納在壁108中的一個(gè)催化元件106。催化元件106具有圓柱體112,圓柱體在其一端通過(guò)密封底板114被封閉。圓柱形催化兀件106的密封底板114可以是不滲透流體的或者可以由與圓柱壁112相同的材料制成，從而額外地有助于(在進(jìn)入催化元件106的凈化氣體中仍然包含的)污染物的催化轉(zhuǎn)化。圓柱體112的另一端是開放的并且被連接至壁108，使得壁108中的對(duì)應(yīng)的開口107允許凈化氣體離開催化元件106并且通過(guò)凈化氣體出口 96而離開系統(tǒng)。在圖6中示出了本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例，在該實(shí)施例中催化過(guò)濾器系統(tǒng)120包括容器122，容器122是基本圓柱形的形狀。容器122通過(guò)分隔壁124被分成未凈化氣體室126和凈化氣體室128。分隔壁124包括多個(gè)開口 130，開口 130被設(shè)計(jì)成密封地容納濾燭132，濾燭132被插入開口 130中并且從分隔壁124懸吊進(jìn)入未凈化氣體室126。容器122還包括未凈化氣體入口 134，未凈化氣體入口 134與未凈化氣體室126直接流體連通。在容器的上部上，容器122包括凈化氣體出口 136，凈化氣體出口 136與凈化氣體室128流體連通。凈化氣體室容納第一催化介質(zhì)138和可選擇的第二催化介質(zhì)139。而且，容器122被有利地分成可分離部分和主要部分，上部的可分離部分140容納凈化氣體出口 136和第一催化介質(zhì)138和可選擇的第二催化介質(zhì)139。第一催化介質(zhì)138可以采取固定床的形式。替代地，它能由塊形陶瓷泡沫元件或者纖維墊構(gòu)成。例如，第二催化介質(zhì)139可以具有浸潰有催化劑的蜂巢狀結(jié)構(gòu)。該催化劑可不同于第一催化介質(zhì)138，以便幫助從凈化氣體中去除其它污染物。經(jīng)過(guò)催化介質(zhì)138和139之后，凈化氣體穿過(guò)凈化氣體出口 136離開系統(tǒng)120。此外，容器122在其主要部分中包括倒流裝置142，倒流裝置142與圖1、2和4的先前所討論的實(shí)施例的倒流裝置用于同一目的。顆粒物質(zhì)可以間歇地從容器122的底部通過(guò)能關(guān)閉的出口 143被去除。容器122的上部可分離部分140通過(guò)徑向向外延伸的凸緣144、146被連接至容器122的主要部分，凸緣144、146允許在容器122的主要部分上密封地安裝可分離部分140。在前面所討論的圖的所有的實(shí)施例中，煙道氣以基本不變的溫度從未凈化氣體室穿過(guò)過(guò)濾元件進(jìn)入凈化氣體室并且隨后穿過(guò)第一催化介質(zhì)。出于該原因，當(dāng)煙道氣進(jìn)入容器時(shí)催化介質(zhì)的溫度被加熱至與煙道氣大致相同的溫度，而無(wú)需具有被提供的加熱裝置。由此能提供催化介質(zhì)的 高催化活性。為了額外地提高催化轉(zhuǎn)化，在上面所討論的任何一個(gè)實(shí)施例中的分隔壁中所容納的濾燭都可被設(shè)定為催化濾燭，即，濾燭已經(jīng)在其過(guò)濾元件結(jié)構(gòu)中包括沉積的催化劑。相似地，根據(jù)需要，第一催化介質(zhì)可被第二催化介質(zhì)或者甚至更多的催化介質(zhì)所補(bǔ)充。由于以催化過(guò)濾器系統(tǒng)的容器的主軸的豎直取向定位催化過(guò)濾器系統(tǒng)的容器在多方面是有利的，所以所描述的所有的實(shí)施例都使用這種取向。但是，應(yīng)當(dāng)注意到本發(fā)明的過(guò)濾器系統(tǒng)當(dāng)然可同樣以容器的主軸線的水平取向工作。參考實(shí)例在本參考實(shí)例中，使用了如同在圖I中所示出的催化過(guò)濾器系統(tǒng)，在該催化過(guò)濾器系統(tǒng)中濾燭是傳統(tǒng)的DeNOxCatFil催化過(guò)濾元件，DeNOxCatFil催化過(guò)濾元件通常可以在市場(chǎng)上從Pall FiltersystemsGMBH公司獲得。但是,催化介質(zhì)30被省略。這些過(guò)濾元件的尺寸是60_的外直徑和大約1515_的長(zhǎng)度。濾燭的成分以及濾燭的制造工藝已經(jīng)在TO 2006/037387A1的實(shí)例I中被描述，在此通過(guò)參考將其整體并入。這些過(guò)濾元件被用于典型的DeNOx應(yīng)用中，在典型的DeNOx應(yīng)用中NO的入口濃度總計(jì)為大約300ppmV并且要求大約90%的No轉(zhuǎn)化。催化過(guò)濾元件的表面速度必須被限制到60m/h，以便實(shí)現(xiàn)要求的No轉(zhuǎn)化。粗略地，在300°C的典型工作環(huán)境下必須使用1500個(gè)上述規(guī)格的催化過(guò)濾元件以在3年期間保證大約90%的NO成分的轉(zhuǎn)化。如果催化過(guò)濾器系統(tǒng)的容器的直徑必須被減小，例如由于成本的原因，則催化過(guò)濾元件的數(shù)量可以被減小至1000。如果體積流量保持恒定，則導(dǎo)致90m/h的表面速度。在這種情形中，在300°C的溫度，僅可以保證3年期間大約80%的No轉(zhuǎn)化。實(shí)例I根據(jù)本發(fā)明的實(shí)例I的催化過(guò)濾器系統(tǒng)使用了與參考實(shí)例中相同的DeNOxCatFil催化過(guò)濾元件。催化過(guò)濾元件的數(shù)量是1000以便減小容器成本并且表面速度被設(shè)定為90m/h。為了將No轉(zhuǎn)化率從大約80%增加到大約90% (能保證持續(xù)3年時(shí)間)，另外使用尺寸為60/44X IOOOmm (外徑/內(nèi)徑X長(zhǎng)度)的數(shù)量為1000個(gè)的管狀催化元件106作為DeNOxCatFil濾燭92下游的第一催化介質(zhì)100,該第一催化介質(zhì)100可以按在圖4和5的實(shí)施例中所示意性地示出的情況來(lái)安裝。對(duì)于這種催化多孔元件106的主體的制備，使用了尺寸為60/44 X IOOOmm的由SiC顆粒粒子(其具有從大約550 μ m至大約750 μ m的平均直徑)和SiO2-Al2O3基纖維(其具有大約2至大約3 μ m的厚度和在大約I至大約5mm范圍的長(zhǎng)度)制成的中空?qǐng)A柱元件,顆粒粒子對(duì)纖維的質(zhì)量比為大約40:1至大約50: I。
為了在大氣條件下燒結(jié)該顆粒粒子和纖維的混合物，根據(jù)混合物質(zhì)量，重量百分比為16. 4%的燒結(jié)助劑被添加至顆粒粒子和纖維的混合物。典型的燒結(jié)助劑是粘土。燒結(jié)元件主體(其具有150±20μπι的平均孔徑尺寸和42±5%的體積百分比的孔容積)的催化活化利用初濕含浸技術(shù)通過(guò)使用(成分為TiO2-V2O5-WO3(參見WO2006/037387Α1的實(shí)例I)的)SCR (可選擇的催化還原)催化劑來(lái)進(jìn)行。相對(duì)于利用(具有大約50m2的BET表面的)TiO2粉末的懸浮液獲得的元件主體的燒結(jié)坯體，在第一步驟中沉積的TiO2的重量百分比是大約I. 5。在共同的隨后的步驟中沉積的V2O5和WO3的合適的量分別是大約O. 3%的重量百分比和大約2%的重量百分比。對(duì)應(yīng)于未凈化氣體的90m/h的表面速度的體積流量導(dǎo)致了當(dāng)穿過(guò)第一催化介質(zhì)的催化元件時(shí)凈化氣體的表面速度為130m/h，因?yàn)榕c濾燭92的表面面積相比催化元件的表面面積較小。·
如果ΝΗ3/Ν0的比率被調(diào)整為I并且O2含量被調(diào)整為體積百分比為3%，當(dāng)這些催化元件被用作第一催化介質(zhì)100 (其溫度為300°C和表面速度為130m/h)時(shí)由這些催化元件所提供的NO轉(zhuǎn)化總計(jì)為大約60%。催化過(guò)濾元件92和催化元件106的組合轉(zhuǎn)化率總計(jì)為大約90%并且在大約3年的期間內(nèi)都能被保證。實(shí)例2實(shí)例2基于參考實(shí)例中所描述的催化過(guò)濾器系統(tǒng)的用途，其中催化過(guò)濾元件的數(shù)量已經(jīng)被限制為1000并且表面速度被設(shè)定為90m/h。為了將NO轉(zhuǎn)化率提高至90% (能保證經(jīng)過(guò)3年的時(shí)間)，將數(shù)量為4300個(gè)的管狀催化陶瓷泡沫元件(其是30ppi (每英寸孔數(shù))型的并且尺寸為40/10X500mm)作為DeNOxCatFil元件下游的第一催化介質(zhì)100。因此當(dāng)進(jìn)入第一催化介質(zhì)100時(shí)獲得的凈化氣體的表面速度為90m/h。為了制備尺寸為40/10 X 500mm的合適的催化陶瓷泡沫元件，30ppi的Al2O3基管狀陶瓷泡沫主體被催化活化(采用成分為TiO2-V2O5-WO3的SCR催化劑利用在完全紅外干燥之后的濕法浸潰技術(shù))。濕法浸潰技術(shù)類似于在WO 2006/037387A1的實(shí)例I中所描述的二步驟浸潰方法，盡管固體石蠟涂覆步驟被省略。相對(duì)于陶瓷泡沫主體的坯件，通過(guò)使用(具有50m2的BET表面的)TiO2粉末的懸浮液在Al2O3基陶瓷泡沫主體上沉積的TiO2的量是O. 7%的重量百分比。在背離前面參考的參考實(shí)例I的程序的完全紅外干燥之后，進(jìn)行在300°C持續(xù)5小時(shí)的熱處理。V2O5和WO3的裝載量分別是O. 7%和I. 2%的重量百分比。如果所提供的ΝΗ3/Ν0的比率為I并且O2含量為3%的體積百分比，則這種被用作第一催化介質(zhì)100的管狀催化元件在300°C和90m/h的表面速度的情況下NO轉(zhuǎn)化總計(jì)為60%。催化過(guò)濾元件和第一催化介質(zhì)的組合轉(zhuǎn)化率總計(jì)為大約90%并且能保證三年的時(shí)間。由于數(shù)量被限制為1000的濾燭和另外的4300個(gè)催化元件，過(guò)濾器系統(tǒng)的容器的尺寸減小，相應(yīng)地該系統(tǒng)的成本也可減小。使用的濾燭的數(shù)量越高，容器所需要的直徑越大,這極大地增加了提供過(guò)濾容器的成本。
另一方面，當(dāng)過(guò)濾容器的高度需要增加以便增加凈化氣體室的體積從而容納其它催化介質(zhì)時(shí)，成本的增加相對(duì)低。實(shí)例3實(shí)例3展示了本發(fā)明的催化過(guò)濾器系統(tǒng)在焦油重整過(guò)程中的使用。在圖4的催化過(guò)濾器系統(tǒng)中，使用了用于粒子分離和催化焦油重整相結(jié)合的催化濾燭92，以替代DeNOxCatFil 濾燭。包含5g/Nm3的萘的3100Nm3/h體積流量的模型生物質(zhì)氣化氣體(model biomassgasification gas)作為焦油模型化合物(tar model compound)以850°C在大氣壓力下被供入系統(tǒng)。在該情形中，模型生物質(zhì)氣化氣體包含體積百分比50vol%的N2,12vol%的CO，10vol% 的 H2, llvol% 的 C02，5vol% 的 CH4 和 12vol% 的 H20。·采用660個(gè)Al2O3基顆粒燒結(jié)焦油重整催化過(guò)濾元件(尺寸為60/40 X 1500mm，表面速度為72m/h)在存在IOOppmV H2S的情況下，實(shí)現(xiàn)了 60%的轉(zhuǎn)化。根據(jù)US 2009/0019770A1的實(shí)例I的教導(dǎo)制備催化過(guò)濾元件，做出以下修改SiC顆粒被相同尺寸的鋁顆粒替換。莫來(lái)石膜被氧化鋁的類似膜替換。在第一浸潰步驟中，MgO-Al2O3裝載從重量百分比0. 9%減小到重量百分比0. 8%。在第二浸潰步驟中，合適的六水合硝酸鎳溶液被用于生產(chǎn)相對(duì)于MgO-Al2O3裝載坯件重量百分比為60%的氧化鎳裝載。US 2009/0019770A1在此通過(guò)參考全部并入。為了在上面的條件下在850°C將萘的轉(zhuǎn)化從60%提高至大約90%，(根據(jù)本發(fā)明以作為第一催化介質(zhì)100的并且尺寸為40/20 X 500mm的)采取45ppi的管狀催化陶瓷泡沫元件的形式的催化介質(zhì)可在焦油重整催化濾燭92的下游被使用，如在圖4和5中所示出的。使用完全紅外干燥之后的濕法浸潰技術(shù)，通過(guò)45ppi型的Al2O3基陶瓷泡沫主體的催化活化來(lái)制備這種催化陶瓷泡沫元件的主體(類似于在US 2009/0019770A1的實(shí)例I中所描述的方法)，盡管兩個(gè)固體石蠟涂覆步驟被省略。在兩個(gè)連續(xù)的步驟中分別相對(duì)于陶瓷泡沫的坯件的重量百分比分別為6. 2wt%和3. 7wt%的MgO-Al2O3和NiO被沉積。使用數(shù)量為1200個(gè)的催化陶瓷泡沫元件導(dǎo)致表面速度為170m/h。對(duì)于在顆粒燒結(jié)催化濾燭下游的該催化介質(zhì)，在850°C獲得了 70%的萘轉(zhuǎn)化?？傮w地，在這些條件下實(shí)現(xiàn)了 88%的萘轉(zhuǎn)化并且允許在生物質(zhì)氣化中有更高的合成氣和氫氣的產(chǎn)量。本發(fā)明在上述條件下首次獲得高達(dá)大約90%的轉(zhuǎn)化率。通過(guò)用另外的催化劑材料來(lái)部分地或者完全地填充催化濾燭的內(nèi)部空間，可以獲得進(jìn)一步的改進(jìn)。從而能獲得甚至更高的轉(zhuǎn)化率。另外地或者替代地，催化過(guò)濾元件的數(shù)量可以被減少，因而允許催化過(guò)濾器系統(tǒng)的容器的直徑被減小。因?yàn)楣ぷ鳒囟雀?，通過(guò)減小容器直徑獲得非常高的成本節(jié)約。作為其他替代方案，管狀催化陶瓷泡沫元件的數(shù)量也可以被減少。
權(quán)利要求
1.一種催化過(guò)濾器系統(tǒng)，所述催化過(guò)濾器包括具有流體入口和流體出口的過(guò)濾容器；設(shè)置在所述過(guò)濾容器的內(nèi)部中的分隔壁；和多個(gè)濾燭； 其中所述分隔壁將所述內(nèi)部分為未凈化氣體室和凈化氣體室； 其中所述分隔壁包括被設(shè)計(jì)成密封地容納所述多個(gè)濾燭的多個(gè)開口； 其中所述流體入口布置成與所述多個(gè)濾燭上游的所述未凈化氣體室流體連通； 其中所述流體出口布置成與所述多個(gè)濾燭下游的所述凈化氣體室流體連通；并且 其中所述催化過(guò)濾器系統(tǒng)包括被容納在所述凈化氣體室中的第一催化介質(zhì)，所述凈化氣體室在所述濾燭下游和所述流體出口上游。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的催化過(guò)濾器系統(tǒng)，其中所述濾燭包括催化劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或者2所述的催化過(guò)濾器系統(tǒng)，其中所述濾燭包括過(guò)濾元件上游的外過(guò)濾膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任一項(xiàng)所述的催化過(guò)濾器系統(tǒng)，其還包括在所述第一催化介質(zhì)下游和所述凈化氣體出口上游的第二催化介質(zhì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4中任一項(xiàng)所述的催化過(guò)濾器系統(tǒng)，其中所述第一催化介質(zhì)和/或所述第二催化介質(zhì)包括過(guò)濾元件，所述過(guò)濾元件的平均孔徑尺寸大約等于或大于所述濾燭的平均孔徑尺寸。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至5中任一項(xiàng)所述的催化過(guò)濾器系統(tǒng)，其中所述多個(gè)濾燭從所述分隔壁懸吊并且從所述分隔壁延伸進(jìn)入所述未凈化氣體室。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至6中任一項(xiàng)所述的催化過(guò)濾器系統(tǒng)，其中所述第一催化介質(zhì)和/或所述第二催化介質(zhì)以保險(xiǎn)絲的形式被提供。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至7中任一項(xiàng)所述的催化過(guò)濾器系統(tǒng)，其還包括容納在所述凈化氣體室中的倒流裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的催化過(guò)濾器系統(tǒng)，其中所述倒流裝置被定位于所述第一催化介質(zhì)上游的所述凈化氣體室中。
10.根據(jù)權(quán)利要求I至9中任一項(xiàng)所述的催化過(guò)濾器系統(tǒng)，其中所述容器包括可分離的上殼體部分，所述可分離的上殼體部分被連接至過(guò)濾容器的在所述分隔壁下游的下部主要部分。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的催化過(guò)濾器系統(tǒng)，其中所述可分離的殼體部分被設(shè)計(jì)成容納所述第一催化介質(zhì)和/或所述第二催化介質(zhì)。
12.根據(jù)權(quán)利要求I至11中任一項(xiàng)所述的催化過(guò)濾器系統(tǒng)，其中所述第一催化介質(zhì)和可選擇的第二催化介質(zhì)以及任何其他催化介質(zhì)包括采取固定催化床、纖維墊，泡沫結(jié)構(gòu)和/或蜂巢狀結(jié)構(gòu)的形式的催化元件。
全文摘要
為了提供容易地適用于催化氣相反應(yīng)的各種需要的催化過(guò)濾器系統(tǒng)，而提出了一種催化過(guò)濾器系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)包括過(guò)濾容器，所述過(guò)濾容器具有流體入口和流體出口；分隔壁，所述分隔壁設(shè)置在所述過(guò)濾容器的內(nèi)部中；以及多個(gè)濾燭；所述分隔壁將所述內(nèi)部分為未凈化氣體室和凈化氣體室；所述分隔壁包括被設(shè)計(jì)成密封地容納所述多個(gè)濾燭的多個(gè)開口；所述流體入口布置成與所述多個(gè)濾燭上游的所述未凈化氣體室流體連通；所述流體出口布置成與所述多個(gè)濾燭下游的所述凈化氣體室流體連通；并且所述過(guò)濾器系統(tǒng)包括被容納在所述凈化氣體室中的第一催化介質(zhì)，所述凈化氣體室在所述濾燭下游和所述流體出口上游。
文檔編號(hào)B01D46/54GK102908839SQ20121027463
公開日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月5日
發(fā)明者S·海登雷希, M·納肯 申請(qǐng)人:帕爾公司