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用陶瓷催化过滤器控制空气污染

由Mughis Raza Naqvi,Chung Lee和Amos Wang,Flkcat Ltd. |

催化剂浸渍的陶瓷过滤器元件可以在模块化节省空间布局中同时去除多种空气污染物物种

在我们呼吸的空气中发现的三个最常见的污染物是颗粒物质(PM),氮氧化物(NOx)和硫氧化物(SOX)。这三个主要的污染来源可以触发呼吸困难和哮喘,以及对酸雨,可见度障碍和水质的影响的环境损害。美国环境保护局(EPA;华盛顿,D.C;www.epa.gov.)调节所有三种污染物,可在燃煤发电厂,肥料,玻璃制造厂,水泥厂,石油炼油厂和其他工业设施中排放在紫藻中。EPA通过在线执行和合规历史(Echo)系统(echo)系统管理U.S.的全面强制执行和合规数据库。echo.epa.gov.)。

图1.用陶瓷催化过滤器(CCF)元素有效处理叶片中的多种污染物。该系统显示了五个已安装的过滤器盒

目前,工业污染控制设备安装由袋式织物过滤器和静电除尘器(ESP)为主。通过在一个容器盒系统内的催化剂浸渍的陶瓷过滤器元件(图1)中也可以通过催化剂浸渍的陶瓷过滤器元件来同时去除来自烙浆的三个主要污染物。这种催化剂陶瓷过滤(CCF)装置可以通过传统的袋式或ESP配置来实现具有较低资本支出和地块空间要求的同时污染物去除。图2总结了各种污染物的CCF单元的去除效率。CCF系统在许多工业应用中看到了成功的安装,包括以下内容:

  • 危险废物焚烧
  • 工业废物焚烧
  • 玻璃工业炉(浮法玻璃,餐具和容器)
  • 生物质能量厂
  • 合成气(合成气)加工
  • 再生热氧化剂排气
  • 陶瓷窑排气
  • 催化剂制造业
  • 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系统的过程细节,首先要概述主要空气污染物的传统治疗技术:NOx,SOX和PM。以下部分描述了这些方法。

nox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OFFGAS(约1,150°F)的应用中,水喷射注射,新鲜空气稀释或热交换器可用于冷却并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硫酸铵(AS)或双硫酸铵(ABS)的不希望形成的风险,必须控制入口温度以保持在662°F以上。因此产生的基于氨基的气体随后在催化剂上与NOx反应。催化剂通常由TiO组成2,V.2O.5.或者窝点3.。催化NOx治疗中发生的主要反应如下:

否+ no.2+ 2 nh.3.➝2n.2+ 3H.2o(快速)

4no + 4nh.3.+O2¼4n2+ 6 h2o(慢)

22+ 4nh.3.+ O.2➝3n.2+ 6 h2o(慢)

SOX治疗。硫氧化物(SOx),主要是SO2,由于它们可能产生硫酸的可能性。对于SOX去除,常用的设备是湿烙浮渣脱硫(WFGD),循环干燥洗涤器(CDS)和半干法洗涤剂(SDA)。在FGD中,石灰在工作温度范围内反应350至1,200°F,因此2为了通过以下反应形成盐和水,其中使用氢氧化钙(水合石灰)和钠基吸附剂,例如碳酸氢钠或碳酸钠(三钠碳酸氢钠二水合物):

ca(哦)2 + SO2 + ½O2 ➝  CaSO4. + H2O.

然后通过气动输送系统输送到加工的PM和中和残留物,以将中间储存筒仓或批次房屋进行再利用。

通过用干吸附剂注射(DSI)技术在催化剂嵌入的陶瓷过滤器上游的管道上注射高比区域水质石灰进行酸性气体。酸性气体和水合石灰颗粒之间的接触增加,因为输出气体必须通过含有沉积在CCF元素的外表面上的水合石灰的过滤滤饼层。

PM治疗。PM包括固体颗粒,液滴,灰尘,污垢,烟灰,烟雾和烟雾的混合物(范围为2.5至10微米[μm]。混合物可含有不同的组分,例如碱,酸,其他化学品,液体,固体,金属粉尘和气体颗粒,其通常使用袋屋织物过滤器或湿润或干燥尤其清除。EPA通过基于粒径建立的空气质量标准来调节PM含量,包括PM2.5法规(与直径小于2.5μm的细颗粒)和PM10规定(直径小于10μm的颗粒)。

多污染物控制

如前所述,在工业中发现了几种常见的方法(包括SCR,SDA和巴库斯),以删除NOx,SOX和PM。根据申请,在此类空气污染技术中使用各种类型的设备。这些总结在表1中。技术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,以比较各种工业应用的其他组合的设备组合。经济委员会欧洲经济委员会进行了深入研究[1]提供有关空气污染控制方法的综合信息。

利用CCF配置的主要益处是减少所使用的设备量,因此降低现场占地面积,如图3所示.CCF单元的其他优势包括它们对高温和腐蚀的抵抗力,长生命周期(5至10- 催化剂过滤器元件的寿命,高热恢复效率高,操作成本相对较低。

织物过滤器(也称为巴格屋)和陶瓷过滤器可以捕获超过99.9%的颗粒物质,包括PM2.5。当结合吸附剂注射(如图3所示)结合多污染物系统,以除去额外的污染物,例如汞,SOX和其他酸气体。NOx可以通过SCR催化剂掺入过滤器元件和上游注射氨中,或者如果温度足够高,尿素。

图3. CCF安装具有比其他空气污染控制技术更紧凑的设备布局,如织物袋式过滤器或静电除尘器(ESP)

由于它们的固体管形状,陶瓷过滤器也称为蜡烛过滤器。低密度陶瓷过滤器可以有或没有嵌入式催化剂。

CCF盒系统的使用允许在一步中进行多污染物控制。除了用于多污染物去除SOX,NOx和PM的较小占地面积,也已显示CCF系统去除二恶英和重金属。此外,CCF装置由于其较小的占地面积而,通常在系统上具有较低的压降,并且需要更少的维护和消耗更少的公用事业,而不是其他污染控制技术。CCF系统可以在高排气温度下(大于350ºF),通常远离酸和水露天度温度。它们的模块化性意味着可以单独维持一个过滤器箱而不会中断操作。通过自动在线脉冲喷射清洁实现滤饼去除。

陶瓷过滤器制造

蜡烛形陶瓷过滤器是刚性管,孔隙率和轻质耐火纤维,加上有机和无机粘合剂(图4)。通常加入分散剂,孔隙成膜,高温粘合剂和增塑剂以产生过滤管,允许优异的热阻和热抗冲击性。纤维结构使得能够高内表面积。过滤器最常提供10英尺长度和6英寸。直径和通常重约12.5kg(27磅)。图5显示了典型的尺寸和结构。一些供应商正在调查更长的20英尺长度,允许每个盒子的元素较少,导致较小的占地面积。

图4.管状过滤器元件具有高内表面区域的CCF安装

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)在清洁条件下。

图6.滤波器元件具有整体法兰自由

将干钙或钠基吸附剂注入陶瓷过滤器上游的叶片中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.从叶片中除去颗粒物质并在过滤管壁内收集,使用注射氨或尿素催化降低NOx。吸附剂注入过滤器入口的上游缓解SOX内容

将陶瓷过滤器喷涂并用催化剂浆料干燥,以促进反应除去NOx。催化过滤元件主要由Al组成2O.3.、SiO3.,Tio.2,V.2O.5.和禾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系统的占地面积小,操作简单。它们可以取代现有的ESP并消除对单独的SCR单元的需求。因此,它们可以改装到工业设备中,其中没有足够的空间来适合传统的SCR单元。

盒装单元的模块化设计允许过滤器配置成处理大的气流量。如果需要,可以设计系统,如果需要,可以脱机可以脱机,并且剩余的两个或多个盒子继续以稍高的压力运行,而不会中断过程本身并且没有明显的排放变化。

该过程中不消耗水,没有生产废水。但是,生产的粉煤渣需要处理。当它们到达其寿命的结束时,需要处理催化陶瓷过滤器。已发现催化剂寿命高于高尘传统SCR系统。陶瓷过滤器的典型寿命是五到十年,有些安装更长时间。通常,裂缝,孔或缺点的目视检查可以指示过滤器元件是否损坏或需要更换。但是,如果过滤元件的整体外观是正常的,但压降增加和去硝化效率降低,这是催化剂不再有效的指标,并且无法实现排放要求。

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Mary Page Bailey编辑

参考文献

1.欧洲经济委员会,文件ECE.EB.AIR.117_AV,关于硫磺,氮氧化物,挥发性有机化合物和颗粒物质(包括PM10,PM2.5和黑碳)的控制技术的指导文件,来自静止来源,2015年1月。

2.曾强,T.,Guoping N.,其他,使用陶瓷催化滤管管,美国化学学会的陶瓷催化滤管管,能源燃料,美国化学学会,尘埃,SOX,HCl和NOx的超声排放。

3.木匠A. M.,2013年11月IEA清洁煤中心的多污染物控制进展。

4. Heidenreich,S.,Hot Mac Filtration - 审查,燃料,卷。104,2013年2月,第83-94页。

5.苔藓,K。,带有轻质陶瓷过滤器,空气污染控制,2011年6月,第15-19页的高级多极体控制。

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.启动A.和Elliott,G.,控制带陶瓷过滤器,Chem的排放。ENG。,2009年1月,第35-39页。

作者

Mughis Raza Naqvi.是Flkcat Ltd.的营销顾问(电子邮件:flkcat@cat-filter.com.;网站:www.cat-filter.com),通过键入企业代表美国的过滤和空气污染专家。Naqvi在工艺设备行业拥有超过25年的经验,提供化学品,玻璃,水泥和能源领域。他还拥有超过10年的空气污染控制和水和废水处理应用经验。万博app苹果官方下载他以前的工作经验包括Dürr系统的环境职位,艾森曼公司和Lechler USA Inc.Naqvi持有B.S.ch.e.从麦吉尔大学和本笃大学工商管理研究生学位。他是加拿大安大略省省的持牌专业工程师。

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。万博登录注册平台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。万博app苹果官方下载

Amos Wang.是台湾高雄市的Flkcat研发部的高级经理。他收到了一个美国。台湾全国钟兴大学环境工程系的学位,以前担任AAF国际(美国空气过滤器)台湾经理,专注于HEPA过滤。

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