D
× 评论 编辑的页面 封面故事 在新闻中 NEWSFRONTS CHEMENTATOR +显示更多的
十博10吧 压电木
瑞士联邦材料科学实验室的研究人员…
十博10吧 Chementator内裤
L-Alanine DMC Biotechnologies, Inc. (DMC;科罗拉多州博尔德。www.dmcbio.com)已经成功…
商业新闻 技术与实践 功能报告 触手可及的事实 技术概要 固体处理 设备与服务 应用技术 焦点
重点分析
这种新的XRD系统结构紧凑,但在后期性能强大…
新产品 +显示更多的

评论 PDF分离过程

用陶瓷催化过滤器控制空气污染

作者:Mughis Raza Naqvi, Chung Lee和Amos Wang, FLKCAT Ltd. |

在模块化、节省空间的布局中,催化剂浸渍的陶瓷过滤元件可以同时去除多种空气污染物

我们呼吸的空气中发现的三种最常见的污染物是颗粒物(PM)、氮氧化物(NOx)和硫氧化物(SOx)。这三种主要污染源可引发呼吸困难和哮喘,并以酸雨、能见度下降和水质影响等形式造成环境损害。美国环境保护署(EPA;华盛顿特区;www.epa.gov)规定了燃煤发电厂、化肥厂、玻璃制造厂、水泥厂、炼油厂和其他工业设施可能在fluegas中排放的所有三种污染物。环保署通过执法和合规历史在线(ECHO)系统管理一个涵盖美国数千家工厂的全面执法和合规数据库(echo.epa.gov)。

图1所示。陶瓷催化过滤(CCF)元件可以有效地处理fluegas中的多种污染物。该系统显示5个已安装的过滤盒

目前,工业污染控制设备安装以布袋除尘器和静电除尘器为主。同时从fluegas中去除三种主要污染物也可以在一个箱体系统中使用催化剂浸渍的陶瓷过滤元件(图1)。这种催化剂陶瓷过滤(CCF)装置可以同时去除污染物,而且比传统装置的资本支出和地块空间要求更低baghouse or ESP configurations. Figure 2 summarizes the removal efficiencies of a CCF unit for various pollutants. CCF systems have seen successful installations in many industrial applications, including the following:

  • 危险废物焚烧
  • 工业废弃物焚烧
  • 玻璃工业炉(浮法玻璃、餐具和容器)
  • 生物质能源植物
  • 合成气(合成气)加工
  • 蓄热式氧化剂排气
  • 陶瓷窑废气
  • 催化剂制造
  • 弹药焚烧

图2。CCF系统可以同时去除多种污染物,包括SOx、NOx、颗粒物和二恶英

解决空气污染

要了解CCF系统的具体流程,首先重要的是要概述主要空气污染物的传统处理技术:NOx、SOx和PM。这些方法将在下面的章节中描述。

氮氧化物的治疗。氮氧化物(NOx)包括二氧化氮和一氧化氮。常用的NOx脱除技术有选择性催化还原(selective catalytic reduction, SCR)和选择性非催化还原(selective non-catalytic reduction, SNCR),前者在700°F左右的温度下,借助催化剂将NOx与氨反应,后者在更高的温度下与氨反应,以减少NOx排放。NOx的催化还原通常在600 - 700°F的温度范围内进行。该nox还原操作是通过注入氨基试剂进行的。

在高温炉废气(1150°F左右)的应用中,可以采用喷水、新鲜空气稀释或热交换器来冷却和控制气体速度和温度分布,以达到最佳反应条件。

为了避免在较低温度下产生不希望的硫酸铵(AS)或硫酸氢铵(ABS)的风险,入口温度必须控制在662°F以上。由此产生的氨基气体通过催化剂与氮氧化物反应。催化剂通常由TiO组成2, V2O5或者我们3.。催化NOx处理过程中发生的主要反应如下:

没有+没有2+ 2 nh3.➝2 n2+ 3 h2O(快)

4没有nh + 43.+ O2➝4N2+ 6 h2O(慢)

2没有2nh + 43.+ O2➝3 n2+ 6 h2O(慢)

袜治疗。硫氧化物(SOx),主要是SO2,因为它们有产生硫酸的潜力,所以值得关注。除硫常用的设备有湿式烟气脱硫(WFGD)、循环干燥洗涤器(CDS)和半干燥洗涤器(SDA)。在烟气脱硫中,石灰在350 - 1200°F的工作温度范围内与SO反应2为了通过以下反应形成盐和水,使用氢氧化钙(水合石灰)和钠基吸附剂,如碳酸氢钠或Trona(二水碳酸氢三钠):

Ca(哦)2+所以2+½O2➝卡索4+ H2O

处理过的PM和中和残留物然后通过气力输送系统输送到一个中间存储筒仓或到批处理车间进行再利用。

酸-气中和是通过使用干吸附剂注入(DSI)技术在嵌入催化剂的陶瓷过滤器的上游管道中注入高比表面积的熟石灰来实现的。酸性气体和熟石灰颗粒之间的接触增加了,因为排出的气体必须通过沉积在CCF元素外表面的含有熟石灰的滤饼层。

点治疗。PM由固体颗粒、液滴、灰尘、灰尘、煤烟和烟雾(大小从2.5微米到10微米[µm])的混合物组成。这种混合物可以包含多种成分,如碱、酸、其他化学物质、液体、固体、金属粉尘和气体颗粒,通常使用袋式织物过滤器或湿式或干式ESP来去除。包括PM2.5(细颗粒物粒径小于2.5µm)和PM10(细颗粒物粒径小于10µm)。

多元的污染控制

如前所述,工业上有几种常用的方法(包括SCR、SDA和baghouse)来去除NOx、SOx和PM。根据应用的不同,这种空气污染减少技术中使用的设备类型也不同。表1对这些进行了总结。技术的选择将取决于应用需求和最佳可用技术(BAT)。

已经完成了成本比较研究,将一种系统组合的设备与各种工业应用的其他组合设备进行比较。欧洲经济委员会进行的深入研究[1]提供有关选择空气污染控制方法的全面资料。

使用CCF配置的一个主要好处是减少使用的设备数量,从而减少现场的占地面积,如图3所示。CCF装置的其他优点包括:耐高温、耐腐蚀、使用寿命长(催化剂滤芯的使用寿命为5- 10年)、热回收效率高、运行成本相对较低。

织物过滤器(也称为布袋过滤器)和陶瓷过滤器可以捕捉99.9%以上的颗粒物,包括PM2.5。当与吸附剂注入相结合(如图3所示),以去除其他污染物(如汞、SOx和其他酸性气体)时,这些系统将成为多污染物系统。NOx可以通过将SCR催化剂加入滤芯中,并向上游注入氨来去除,如果温度足够高,还可以注入尿素。

图3。CCF装置的设备布局比其他空气污染控制技术,如布袋除尘器或静电除尘器(ESP)更紧凑。

陶瓷过滤器也被称为蜡烛过滤器,因为它们是实心的管状。低密度陶瓷过滤器可以有或没有嵌入催化剂。

使用CCF箱系统允许多污染物控制在一个步骤。CCF系统除去SOx、NOx和PM等多种污染物的足迹更小,而且还被证明可以去除二恶英和重金属。此外,由于CCF安装的占地面积较小,通常整个系统的压降更低,需要的维护更少,消耗的公用设施也比其他污染控制技术少。CCF系统可以在较高的排气温度(大于350ºF)下运行,通常在远离酸和水的露点温度下运行。它们的模块化特性意味着一个过滤盒可以单独维护而不中断操作。滤饼去除是通过自动在线脉冲射流清洗实现的。

陶瓷过滤器制造

蜡烛形陶瓷过滤器是刚性管,孔隙率为80 - 90%,采用轻质耐火纤维,再加上有机和无机粘合剂(图4)。通常,在生产过滤器管时,会加入分散剂、成孔剂、高温粘合剂和增塑剂,具有优异的耐热性和抗热震性。纤维的结构使其具有较高的内部表面积。这些过滤器最常见的长度是10英尺和6英寸。直径,通常重约12.5公斤(27磅)。图5显示了典型的尺寸和结构。一些供应商正在研究更长的长度,20英尺,允许更少的元素,每个盒子,导致更小的足迹。

图4。管状过滤元件注入CCF装置具有高的内表面积

图5。此图显示了CCF结构的典型尺寸

低密度陶瓷过滤器由~3-µm直径组成。纤维从纤维浆料中真空形成刚性的管状纤维过滤元件。该过滤器元件的安装是作为一种替代传统的脉冲射流清洗织物过滤器元件。如图6所示,过滤器元件通过一个整体式法兰自支撑。过滤箱的压降保持在4英寸左右。H2O(g)处于清洁状态时。

图6。过滤器元件是通过一个整体法兰自支撑的

干燥的钙或钠基吸附剂被注入到陶瓷过滤器上游的fluegas中2去除。也可以注射活性炭或溴化活性炭来去除汞。通过引风机(ID)将fluegas从过滤管壁吸入,收集的颗粒物将在管外形成饼状物(图7)。NOx通过注入氨或尿素的催化还原去除,形成氮和水。催化剂嵌在过滤墙内。清洁的fluegas然后通过管道进入静压箱。使用标准脉冲射流方法定期从过滤器壁上清洗滤饼。最佳的脉冲射流频率和压力可提高NOx的还原率。

图7。颗粒物质从fluegas中去除并收集在过滤管壁内,而NOx则通过注入氨或尿素催化还原。在过滤器入口上游注入的吸附剂减少了SOx含量

陶瓷过滤器是喷雾嵌入和与催化剂浆料干燥,以促进反应,以去除氮氧化物。催化过滤元件主要由铝组成2O3.、SiO3., TiO2, V2O5和我们3.。微米大小的催化剂颗粒通过自动化设备分布在整个壁厚,从而创造了一个大的、稳定的催化表面积。催化剂颗粒的微孔结构和较小的尺寸是催化剂在较低温度下活性增加的部分原因。为了保证催化颗粒的有效性,原料检验至关重要,包埋后对催化活性进行取样也是如此。

CCF系统占地面积小,操作简单。它们可以取代现有的ESP,并且不需要单独的SCR装置。因此,在没有足够空间安装传统SCR装置的工业工厂中,它们可以被改造。

箱形壳体单元的模块化设计允许过滤器配置,以处理大的气体流量。这些系统可以被设计成在需要时可以将单个箱子脱机,而其余两个或更多的箱子在略高的压力下继续运行,而过程本身不会中断,排放也不会有明显的变化。

在这个过程中不消耗水,也不产生废水。但是,产生的粉煤灰残渣需要处理。当催化陶瓷过滤器达到其使用寿命时,需要处理。催化剂的使用寿命比传统的高粉尘可控硅系统要长。陶瓷过滤器的典型使用寿命是5到10年,有些装置的使用寿命甚至更长。一般来说,目视检查是否有裂纹、孔洞或缺角,可以表明滤芯是否损坏或需要更换。然而,如果滤芯整体外观正常,但压降增加,脱硝效率降低,则说明催化剂不再有效,排放不能达到要求。

未来的工作

尽管CCF系统已在许多工业部门成功部署,但还没有广泛应用于高粉尘的应用,例如燃煤电厂和水泥厂。最近,更多的研究已经完成了CCF技术,以评估其在高灰分或粉尘含量的燃煤电厂的性能。参考文献2中的研究工作涵盖了一项试点研究,该研究使用煤炭燃烧中实际的fluegas,在一个步骤中除去SOx、HCl、NOx和灰尘。该项目的NOx去除率达到95%,SOx去除率达到85%,HCl去除率达到91%。此外,研究发现,陶瓷蜡烛过滤器在高温、酸性气体和颗粒物的存在下都是稳定的。这项工作提出陶瓷催化过滤器可以提供一种新颖和可行的方法来控制多污染物在高粉尘应用,如燃煤发电厂。随着更多装置的完成,越来越多的应用程序将发现使用CCF系统控制空气污染的好处。■

由玛丽·佩奇·贝利编辑

参考文献

1.欧洲经济委员会,文件ECE.EB.AIR。117_AV, Guidance document on control techniques for emissions of sulfur, nitrogen oxides, volatile organic compounds and particulate matter (including PM10, PM2.5 and black carbon) from stationary sources, Jan. 2015.

2.曾强,唐国平,等,使用陶瓷催化滤管的粉尘、SOx、HCl和NOx的超低排放,能源燃料,美国化学学会,2020年3月。

3.Carpenter A. M.,多污染物控制研究进展,IEA洁净煤中心,2013年11月。

4.Heidenreich, S.,热气体过滤-评论,燃料,104卷,2013年2月,83-94页。

5.莫斯,K.,先进的多污染物控制与轻型陶瓷过滤器,空气污染控制,2011年6月,第15-19页。

6.莫斯,K.,陶瓷过滤系统,陶瓷工业,2012年6月,第23-27页。

7.杨建平,“空气污染控制系统的研究”,《环境工程》,2012年1月,第12-16页。

8.Startin A.和Elliott, G.,用陶瓷过滤器控制排放,Chem。Eng。, 2009年1月,第35-39页。

作者

Mughis Raza纳是FLKCAT有限公司的营销顾问(邮箱:flkcat@cat-filter.com;网站:www.cat-filter.com),他是一名过滤和空气污染专家,在美国由key Enterprise代表。Naqvi在工艺设备行业拥有超过25年的经验,服务于化工、玻璃、水泥和能源领域。他在空气污染控制和水和废水处理应用方面也有超过10年的经验。十博怎么样他曾在Dürr Systems、艾森曼公司和莱切勒美国公司担任环境方面的工作。纳克维拥有理学学士学位。他毕业于麦吉尔大学(McGill University),并获得本笃大学(Benedictine University)工商管理硕士学位。他是加拿大安大略省的注册专业工程师。

钟李他是富凯有限公司的总经理。他拥有台湾国立中山大学环境工程学士学位,新泽西理工学院化学工程硕士和博士学位。十博10吧他还在台湾台北的东吴大学获得了法律硕士学位。他持有中国环境工程学会和台湾化学工程师学会的专业工程师执照。他在空气污染控制、废水处理和废水回收方面拥有超过25年的经验。十博怎么样

阿摩司王是台湾高雄市福凯科技有限公司研发部高级经理。他毕业于台湾国立中兴大学环境工程系,获硕士学位,曾任台湾AAF国际(美国空气过滤器)专门研究HEPA过滤的部门经理。

相关内容

十博10吧化学工程发布免费的信,带来我们的原始内容,我们的读者在一个容易访问的电子邮件格式约每周一次。
现在就订阅
医用膜用钢带装置
上游油气:从井口到配送的自动化智能
视频——CoriolisMaster
视频-你真的需要温度计套管吗?
工业物联网对颜料生产脱水工序的影响

查看更多