TW201325701A - 催化過濾器系統 - Google Patents
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Abstract
為了提供容易地適用於催化氣相反應的各種需要的催化過濾器系統，而提出了一種催化過濾器系統，其中所述系統包括：過濾容器，所述過濾容器具有流體入口和流體出口；分隔壁，所述分隔壁設置在所述過濾容器的內部中；以及多個濾燭；所述分隔壁將所述內部分為未淨化氣體室和淨化氣體室；所述分隔壁包括被設計成密封地容納所述多個濾燭的多個開口；所述流體入口佈置成與所述多個濾燭上游的所述未淨化氣體室流體連通；所述流體出口佈置成與所述多個濾燭下游的所述淨化氣體室流體連通；並且所述過濾器系統包括被容納在所述淨化氣體室中的第一催化介質，所述淨化氣體室在所述濾燭下游和所述流體出口上游。
Description
本發明涉及催化過濾器系統，所述催化過濾器系統包括：具有流體入口和流體出口的過濾容器、設置在所述過濾容器的內部中的分隔壁，和多個濾燭。分隔壁將容器的所述內部分為未淨化氣體室和淨化氣體室，並且所述分隔壁包括被設計成密封地容納所述多個濾燭的多個開口。流體入口與未淨化氣體室流體連通，並且位於多個濾燭上游。流體出口與淨化氣體室流體連通，並且位於多個濾燭下游。
在美國專利US 6,863,868B1中提供了這種類型的過濾器系統並且所使用的濾燭是催化濾燭，使得該過濾器系統可用於熱氣體過濾。
從EP0600440A2中已知用於淨化煙道氣的不同結構的過濾器系統，其中阻擋濾片模組(barrier filter module)與單獨的催化模組一起使用。未淨化的氣體首先穿過阻擋濾片模組並且隨後穿過催化模組。
兩種類型的催化過濾器系統在煙道氣處理中都是有用的，因為它們在一個裝置中同時提供了粒子分離和催化氣相反應。
但是，這種粒子分離/催化氣相反應相結合的裝置的問題是在要求高催化轉化率並且必須確保高入口濃度的情形中，未淨化氣體的表面速度必須被減小，以便增加氣體的用於在催化元件中發生催化反應的駐留時間。這
導致為了滿足生產能力的要求而增加過濾元件數量並相應地增加過濾器系統的尺寸。
為了滿足未淨化氣體的粒子負載(particle load)(即過濾作用)的需要，通常不必要地增加了這種過濾器系統的尺寸。
本發明的目標是提供一種催化過濾器系統，其中表面速度可以由過濾步驟確定並且所述過濾器系統容易地適用於催化氣相反應階段的各種需要。
該目標通過具有請求項1的特徵的催化過濾器系統而被滿足。
本發明的催化過濾器系統具有過濾容器，過濾容器中具有分隔壁，同時所述分隔壁將未淨化氣體室與淨化氣體室分離並且設置成容納所使用的多個濾燭。
通常，所述濾燭下游的頂部空間(其對於安裝和/或更換時處理濾燭而言是必須的)可以被用於容納第一催化介質，所述催化介質與濾燭分開。
因而，要被處理的煙道氣的表面速度可以通過濾燭的過濾容量而被控制，所述濾燭的數量和尺寸可以適應於特定的過濾任務。催化級，即濾燭下游的第一催化介質的容量可容易地適應於由煙道氣的污染物所帶來的需要，所述煙道氣污染物要在催化氣相反應中被去除或者被轉化。
在根據本發明的更佳的催化系統中，濾燭包括催化劑並且用作催化濾燭。
因此，催化氣相反應可能已經在濾燭中發生並且濾燭下游的第一催化介質用於將淨化氣體的殘留污染物轉化至要求的水準。
在本發明的催化過濾器系統中所使用的濾燭更佳包括過濾元件上游的外過濾膜。
過濾膜可更佳地被選擇為精細過濾型。精細過濾型膜能保留尺寸小至小於大約1μm，例如大約0.5μm的顆粒。
本發明提供了在相同的殼體中催化介質和濾燭的佈置並且仍然提供使過濾器系統適應于多種過濾應用(例如，(應用)在煙道氣過濾中)的靈活性，並且允許過濾級和催化級兩者都可以被保持在相同的溫度，而無需加熱裝置，從而改善了催化過濾器系統的效率。
較高的溫度通常加速催化氣相反應的反應速度並且經常是所需的。根據本發明，當所述氣態流體與第一催化介質接觸時在升高的溫度下進入催化過濾器系統的氣態流體基本保持這種溫度。因而，在許多應用中不需要加熱系統來保證滿意的反應速度。
在本發明的催化過濾器系統的一些實施例中，過濾器系統還可以包括第一催化介質下游的第二催化介質或(甚至)第二催化介質下游的另外的催化介質。
更佳地，第一和/或第二催化介質包括過濾元件，所述過濾元件具有大約等於或大於濾燭的平均孔徑尺寸的平均孔徑尺寸。
根據本發明的催化過濾器系統的另一有利的實施
例，倒流裝置設置成與淨化氣體室流體連通。
更佳在過濾容器中分隔壁被水準取向，使得被容納在分隔壁的開口中的濾燭從該相同的壁懸吊進入未淨化氣體室。這種佈置使得能通過插入不同數量的濾燭和/或不同長度的濾燭而改變過濾容量，從而允許系統的篩檢程式表面面積和過濾容量相對于對於各種應用的具體要求而調整。
在本發明的又一實施例中，催化過濾器系統包括第一或者第二催化介質，所述第一或者第二催化介質以保險絲的形式被提供。保險絲催化元件通常具有深過濾結構並且在濾燭斷裂時用作安全措施。隨後保險絲催化元件禁止未被過濾的未淨化氣體進入淨化氣體室。更佳地，對於每個濾燭提供一個保險絲催化元件。
流體連接至淨化氣體室的倒流裝置更佳連接至第一催化介質上游的淨化氣體室。
如果第一催化介質應包括過濾元件或者應採取過濾元件的形式，則更佳具有倒流裝置，該倒流裝置設置成以便所述倒流裝置被流體連接至第一催化介質下游的所述淨化氣體室。
通過操作這種根據本發明的更佳催化過濾器系統的倒流裝置，同時能不僅再生第一催化介質的過濾元件，而且還再生濾燭。
通過倒流裝置將倒流氣體供入過濾器系統時，濾燭上游的未淨化氣體入口可作為倒流氣體的出口而被操作。
本發明的過濾器系統通常包括容器，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。更佳地，容器的可分離部分被設計成容納第一和/或第二催化介質。
如果過濾器系統包括倒流裝置，則所述倒流裝置更佳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(其在上游側上具有過濾膜)。濾燭的多孔主體可以另外浸漬有催化劑。濾燭隨後用作催化濾燭。
非催化濾燭以及催化濾燭更佳是中空圓柱形。在一些情形中，這種濾燭的內部空間可額外部分地或者完全地填充有催化材料(特別地採取泡沫、纖維或者顆粒粒子的形式)，其中顆粒粒子的形式可設置為固定床。
用於第一、第二或者任何其他的催化介質的催化元件的類型可以從催化固定床、纖維墊、泡沫結構、管狀元件、板和/或蜂巢狀結構選擇。
催化元件可以包括浸漬有催化劑的多孔主體，所述多孔主體具有內部(形成用於流體流動的空間)。在元件內部提供的空間可另外容納其他催化劑材料。因而，被催化劑浸漬過的多孔主體可以具有內部空間，所述內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漬過的材料來填充。典型的實例是管狀元件或者盒型元件。
總而言之，形成催化介質的一部分的催化元件可以是相當多樣的結構，例如，管狀，盒型、板形，塊形或
者採取纖維墊的形式。
用於第一、第二和任何其他催化介質的催化元件的典型實例如下：
-催化劑浸漬過的保險絲，其具有多孔主體，所述多孔主體由燒結陶瓷顆粒粒子和/或纖維或者泡沫製成並且更佳具有大約10至大約500μm的平均孔徑尺寸，更佳地為大約50至大約200μm。更佳每個濾燭設置一個保險絲。
-催化劑浸漬過的多孔主體，所述多孔主體由大約10至大約60ppi(每英寸的孔數)，更佳地為大約30至大約45ppi的燒結顆粒粒子的陶瓷泡沫製成，所述燒結顆粒粒子具有從大約0.1至大約100μm，更佳地為大約0.3至大約30μm的粒子尺寸。
-催化劑浸漬過的多孔主體，所述多孔主體由具有大約1至大約50μm，更佳地為大約2至大約10μm的平均纖維直徑的陶瓷纖維製成。更佳的平均纖維長度在大約1至大約20mm的範圍內。
-催化粒子的固定床，所述催化粒子具有從大約10μm至大約30mm，更佳地為大約100μm至大約10mm的平均粒子尺寸。
本發明的催化過濾器系統的應用覆蓋了各種類型的熱氣體過濾應用，其中粒子的去除能與催化氣相反應結合。本發明還可以被用於以下情況：煤炭或者生物質氣化中的熱氣體淨化、燒結廠或者煉焦爐設備的廢氣淨化、電廠和焚化爐的廢氣淨化、類似在FCC(流體催化
裂化)裝置的精煉方法或者在化工製程中、在水泥工業等中。
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於提供被容納在分隔壁中的多個濾燭是特別有用的。
根據附圖和實例，結合具體實施例來更詳細地討論本發明的優點。
圖1示出了本發明的催化過濾器系統10的示意圖，催化過濾器系統10包括圓柱形容器12，圓柱形容器12的內部被分隔壁14分成未淨化氣體室16和淨化氣體室18。
通常，圓柱形容器的尺寸包括範圍為大約1m至大約6m或者更大的直徑和範圍為大約4m至大約24m或者更大的高度。
為了進入容器12的內部進行維護或者修理，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置有在圍起淨化氣體室的容器壁上的能關閉(closable)的開口(未示出)，以便人員可以進入容器。
分隔壁14具有多個開口20，多個開口20接收多個濾燭22。濾燭22借助一個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入未淨化氣體室16。
未淨化氣體入口24被連接至容器12，使得未淨化氣體入口24與未淨化氣體室16直接連通。淨化氣體室
18與淨化氣體出口26流體連通。
在多個濾燭22的下游，即在淨化氣體室18內的濾燭的上方容納有倒流裝置28，倒流裝置28用於產生反向流體流，以便間歇地再生濾燭22。在容器12的底部提供能關閉的出口29，以便允許從容器12間歇地去除顆粒物質。
在進一步的下游，即在倒流裝置28的上方，第一催化介質30設置在淨化氣體室18中，第一催化介質30用於在淨化氣體流體中去除氣態污染物。
濾燭22可以從傳統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的過濾容量所確定的最大可能的速度。根據在具體應用中淨化氣體的污染物負載，催化介質30的容量被調整，和/或使用催化濾燭來替代非催化濾燭。因此在所有工作條件下都能確保希望的轉化率。
圖1中的催化介質30可以從寬範圍的催化介質中選擇，催化介質可以包括保險絲、陶瓷泡沫的多孔主體、燒結顆粒的多孔主體和/或纖維性顆粒、固定床催化劑等。
圖2示出了根據本發明的另一催化過濾器系統40，該催化過濾器系統40包括圓柱形容器42，圓柱形容器42的內部通過分隔壁44被分成未淨化氣體室46和淨化氣體室48。
分隔壁44具有多個開口50，多個開口50適用於密封地容納濾燭52，濾燭52從水準佈置的分隔壁44懸吊
進入未淨化氣體室46。未淨化氣體入口54設置在容器42的下部並且佈置成與未淨化氣體室46流體連通。
在上部中，容器42包括淨化氣體出口56，淨化氣體出口56與淨化氣體室48流體連通。
在分隔壁44的下游側上，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被設計成能與容器42的主體分離。容器的可分離部分58通常容納前述淨化氣體出口56並提供容納第一催化介質(和任何其他催化介質，如果能應用的話)的空間，根據本發明的第一催化介質被佈置在濾燭下游。
在圖2中示意性地示出的本發明的實施例中，第一催化介質包括三個蜂巢狀催化元件60，61,62，蜂巢狀催化元件60,61,62被可交換地固定在容器42的上部可分離部分58中。
儘管圖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在替代的實施例中可同樣地以相互直接接觸的方式佈置。
各個蜂巢狀催化元件可以由多個單獨的子單元構成，子單元例如在共同的框架結構中被組裝。
離開濾燭52並且進入淨化氣體室48的淨化氣體在借助淨化氣體出口56離開容器42之前必須穿過第一催化介質的蜂巢狀元件60、61和62。
蜂巢狀元件的數量可相對於未淨化氣體的污染(程度)被調整，以便流體氣體一次通過容器42就實現希望的NOx的轉化。
在圖3A和3B中示出了可以被用作催化元件60、61和62的蜂巢狀結構的典型實例。從圖3A和3B的對比中顯然可知蜂巢狀結構不必具有六邊形結構的通道，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。
進入淨化氣體室48的淨化氣體穿過蜂巢狀元件60’,61’,62’和60”,61”62”中的大量通道66，68，與由這些蜂巢狀結構所支撐的催化劑緊密接觸。
如結合已經在圖1中示出的實施例所描述的，有利地是具有設置在濾燭42的下游側上並仍然在蜂巢狀元件60、61和62的上游的倒流裝置64，以便通過氣體的反向流動而提供間歇地再生濾燭的可能性。更佳地，倒流裝置64位於容器42的主體中並且不在可分離部分58中。在容器42的底部，容器42包括能關閉的出口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。
圖4以催化過濾器系統80的形式示出了本發明的另一實施例，催化過濾器系統80包括容器82，容器82被水準取向的分隔壁84分成未淨化氣體室86和淨化氣體室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的多個開口90，使得濾燭從隔板84懸吊並且延伸進入未淨化氣體室86。未淨化氣體入口94設置在容器82的下部並且與未淨化氣體室86直接連通。
在容器82的上部，容器82包括淨化氣體出口96，
淨化氣體出口96與淨化氣體室88連通。
如已經結合圖2所描述的，容器82被分為能相互分離的兩個部分，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被容納於其中的位置下游的)淨化氣體出口96。在第一催化元件100和分隔壁84之間設置有倒流氣體裝置102，倒流氣體裝置102允許使氣體倒流穿過濾燭92進入未淨化氣體室86，以便間歇地再生濾燭92。
通過倒流從濾燭92去除的粒子在容器82的最下面部分104中被收集並且穿過能關閉的出口105而被間歇地去除。
未淨化氣體入口94可以作為用於倒流氣體的出口而被操作。
第一催化介質100由多個催化元件106構成，多個催化元件106更佳是由纖維、顆粒和/或泡沫製成的中空的圓柱體，中空的圓柱體的結構在圖5中更為詳細地示出。在催化元件106用作保險絲的情形中，基於纖維和/或粒狀顆粒的結構是更佳的。催化元件106更佳被容納在圓柱形壁108中，圓柱形壁108包括多個開口107，開口107以密封的方式容納單獨的催化元件106。圓柱形壁108在其頂部110封閉並且在其下端打開，圓柱形壁108的下端與淨化氣體室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，使得從過濾元件92離開並且進入淨化氣體室88的淨化氣體在通過淨化氣體出口96離
開系統80之前必須穿過容納在圓柱形壁108中的各催化元件106。圓柱形壁108由此將淨化氣體室88分成隔間，一個隔間在催化介質100和其催化元件106的上游，而另一隔間在催化介質100的下游。圓柱形壁108的外直徑在某種程度上小於容器82的上部可分離部分98的內直徑，以便不阻礙從催化元件106進入壁108的周邊容積的流體的流動，壁108的周邊容積與淨化氣體出口96流體連接。
容器82可以是矩形截面。容納第一催化介質100的催化元件106的壁108隨後也被通常設計成圍起矩形空間。
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構。儘管在一個實施例中側表面可以對於淨化氣體是密封的，但是在其他實施例中側壁可以由與下壁和上壁相同的材料製成。一個側壁包括與壁108中的開口107相匹配的開口。
圖5詳細地示出了被容納在壁108中的一個催化元件106。催化元件106具有圓柱體112，圓柱體在其一端通過密封底板114被封閉。圓柱形催化元件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相同的材料製成，從而額外地有助於(在進入催化元件106的淨化氣體中仍然包含的)污染物的催化轉化。
圓柱體112的另一端是開放的並且被連接至壁108，使得壁108中的對應的開口107允許淨化氣體離開催化元件106並且通過淨化氣體出口96而離開系統。
在圖6中示出了本發明的又一個實施例，在該實施例中催化過濾器系統120包括容器122，容器122是基本圓柱形的形狀。
容器122通過分隔壁124被分成未淨化氣體室126和淨化氣體室128。
分隔壁124包括多個開口130，開口130被設計成密封地容納圓柱形濾燭132，濾燭132被插入開口130中並且從分隔壁124懸吊進入未淨化氣體室126。
容器122還包括未淨化氣體入口134，未淨化氣體入口134與未淨化氣體室126直接流體連通。
在容器的上部上，容器122包括淨化氣體出口136，淨化氣體出口136與淨化氣體室128流體連通。
淨化氣體室容納第一催化介質138和可選擇的第二催化介質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容納淨化氣體出口136和第一催化介質138和可選擇的第二催化介質139。
第一催化介質138可以採取固定床的形式。替代地，它能由塊形陶瓷泡沫元件或者纖維墊構成。
例如，第二催化介質139可以具有浸漬有催化劑的蜂巢狀結構。該催化劑可不同於第一催化介質138，以便幫助從淨化氣體中去除其他污染物。
經過催化介質138和139之後，淨化氣體穿過淨化氣體出口136離開系統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的先前所討論的實施例的倒流裝置用於同一目的。顆粒物質可以間歇地從容器122的底部通過能關閉的出口143被去除。
容器122的上部可分離部分140通過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施例中，煙道氣以基本不變的溫度從未淨化氣體室穿過過濾元件進入淨化氣體室並且隨後穿過第一催化介質。
出於該原因，當煙道氣進入容器時催化介質的溫度被加熱至與煙道氣大致相同的溫度，而無需具有被提供的加熱裝置。
由此能提供催化介質的高催化活性。
為了額外地提高催化轉化，在上面所討論的任何一個實施例中的分隔壁中所容納的濾燭都可被設定為催化濾燭，即，濾燭已經在其過濾元件結構中包括沉積的催化劑。
相似地，根據需要，第一催化介質可被第二催化介質或者甚至更多的催化介質所補充。
由於以催化過濾器系統的容器的主軸的豎直取向定位催化過濾器系統的容器在多方面是有利的，所以所描述的所有的實施例都使用這種取向。但是，應當注意到本發明的過濾器系統當然可同樣以容器的主軸線的水準取向工作。
在本參考實例中，使用了如同在圖1中所示出的催化過濾器系統，在該催化過濾器系統中濾燭是傳統的DeNOxCatFil催化過濾元件，DeNOxCatFil催化過濾元件通常可以在市場上從Pall Filtersystems GMBH公司獲得。但是，催化介質30被省略。這些過濾元件的尺寸是：60mm的外直徑和大約1515mm的長度。濾燭的成分以及濾燭的製造製程已經在WO 2006/037387A1的實例1中被描述，在此通過參考將其整體併入。
這些過濾元件被用於典型的DeNOx應用中，在典型的DeNOx應用中NO的入口濃度總計為大約300ppmV並且要求大約90%的NO轉化。
催化過濾元件的表面速度必須被限制到60m/h，以便實現要求的NO轉化。粗略地，在300℃的典型工作環境下必須使用1500個上述規格的催化過濾元件以在3年期間保證大約90%的NO成分的轉化。
如果催化過濾器系統的容器的直徑必須被減小，例如由於成本的原因，則催化過濾元件的數量可以被減小至1000。如果體積流量保持恒定，則導致90m/h的表面速度。在這種情形中，在300℃的溫度，僅可以保證3年期間大約80%的NO轉化。
根據本發明的實例1的催化過濾器系統使用了與參考實例中相同的DeNOxCatFil催化過濾元件。催化過濾元件的數量是1000以便減小容器成本並且表面速度被
設定為90m/h。
為了將NO轉化率從大約80%增加到大約90%(能保證持續3年時間)，另外使用尺寸為60/44×1000mm(外徑/內徑×長度)的數量為1000個的管狀催化元件106作為DeNOxCatFil濾燭92下游的第一催化介質100，該第一催化介質100可以按在圖4和5的實施例中所示意性地示出的情況來安裝。
對於這種催化多孔元件106的主體的製備，使用了尺寸為60/44×1000mm的由SiC顆粒粒子(其具有從大約550μm至大約750μm的平均直徑)和SiO2-Al2O3基纖維(其具有大約2至大約3μm的厚度和在大約1至大約5mm範圍的長度)製成的中空圓柱元件，顆粒粒子對纖維的品質比為大約40：1至大約50：1。
為了在大氣條件下燒結該顆粒粒子和纖維的混合物，根據混合物質量，重量百分比為16.4%的燒結助劑被添加至顆粒粒子和纖維的混合物。典型的燒結助劑是粘土。
燒結元件主體(其具有150±20μm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通過使用(成分為TiO2-V2O5-WO3(參見WO 2006/037387 A1的實例1)的)SCR(可選擇的催化還原)催化劑來進行。相對于利用(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坯體，在第一步驟中沉積的TiO2的重量百分比是大約1.5。
在共同的隨後的步驟中沉積的V2O5和WO3的合適
的量分別是大約0.3%的重量百分比和大約2%的重量百分比。
對應於未淨化氣體的90m/h的表面速度的體積流量導致了當穿過第一催化介質的催化元件時淨化氣體的表面速度為130m/h，因為與濾燭92的表面面積相比催化元件的表面面積較小。
如果NH3/NO的比率被調整為1並且O2含量被調整為體積百分比為3%，當這些催化元件被用作第一催化介質100(其溫度為300℃和表面速度為130m/h)時由這些催化元件所提供的NO轉化總計為大約60%。
催化過濾元件92和催化元件106的組合轉化率總計為大約90%並且在大約3年的期間內都能被保證。
實例2基於參考實例中所描述的催化過濾器系統的用途，其中催化過濾元件的數量已經被限制為1000並且表面速度被設定為90m/h。
為了將NO轉化率提高至90%(能保證經過3年的時間)，將數量為4300個的管狀催化陶瓷泡沫元件(其是30ppi(每英寸孔數)型的並且尺寸為40/10×500mm)作為DeNOxCatFil元件下游的第一催化介質100。因此當進入第一催化介質100時獲得的淨化氣體的表面速度為90m/h。
為了製備尺寸為40/10×500mm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(採用成分為TiO2-V2O5-WO3的SCR催化劑利用在完全
紅外乾燥之後的濕法浸漬技術)。濕法浸漬技術類似於在WO 2006/037387 A1的實例1中所描述的二步驟浸漬方法，儘管固體石蠟塗覆步驟被省略。相對於陶瓷泡沫主體的坯件，通過使用(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0.7%的重量百分比。在背離前面參考的參考實例1的程式的完全紅外乾燥之後，進行在300℃持續5小時的熱處理。V2O5和WO3的裝載量分別是0.7%和1.2%的重量百分比。
如果所提供的NH3/NO的比率為1並且O2含量為3%的體積百分比，則這種被用作第一催化介質100的管狀催化陶瓷泡沫元件在300℃和90m/h的表面速度的情況下NO轉化總計為60%。
催化過濾元件和第一催化介質的組合轉化率總計為大約90%並且能保證三年的時間。
由於數量被限制為1000的濾燭和另外的4300個催化元件，過濾器系統的容器的尺寸減小，相應地該系統的成本也可減小。使用的濾燭的數量越高，容器所需要的直徑越大，這極大地增加了提供過濾容器的成本。
另一方面，當過濾容器的高度需要增加以便增加淨化氣體室的體積從而容納其他催化介質時，成本的增加相對低。
實例3展示了本發明的催化過濾器系統在焦油重整過程中的使用。在圖4的催化過濾器系統中，使用了用
於粒子分離和催化焦油重整相結合的催化濾燭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氣化氣體(model biomass gasification gas)作為焦油模型化合物(tar model compound)以850℃在大氣壓力下被供入系統。
在該情形中，模型生物質氣化氣體包含體積百分比50vol%的N2，12vol%的CO，10vol%的H2，11vol%的CO2，5vol%的CH4和12vol%的H2O。
採用660個Al2O3基顆粒燒結焦油重整催化過濾元件(尺寸為60/40×1500mm，表面速度為72m/h)在存在100ppmV H2S的情況下，實現了60%的轉化。
根據US 2009/0019770A1的實例1的教導製備催化過濾元件，做出以下修改：
SiC顆粒被相同尺寸的氧化鋁顆粒替換。
莫來石膜被氧化鋁的類似膜替換。
在第一浸漬步驟中，MgO-Al2O3裝載從重量百分比0.9%減小到重量百分比0.8%。
在第二浸漬步驟中，合適的六水合硝酸鎳溶液被用於生產相對於MgO-Al2O3裝載坯件重量百分比為60%的氧化鎳裝載。
US 2009/0019770A1在此通過參考全部併入。
為了在上面的條件下在850℃將萘的轉化從60%提高至大約90%，(根據本發明以作為第一催化介質100的並且尺寸為40/20×500mm的)採取45ppi的管狀催化陶瓷
泡沫元件的形式的催化介質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。
使用完全紅外乾燥之後的濕法浸漬技術，通過45ppi型的Al2O3基陶瓷泡沫主體的催化活化來製備這種催化陶瓷泡沫元件的主體(類似於在US 2009/0019770A1的實例1中所描述的方法)，儘管兩個固體石蠟塗覆步驟被省略。在兩個連續的步驟中分別相對於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。
使用數量為1200個的催化陶瓷泡沫元件導致表面速度為170m/h。對於在顆粒燒結催化濾燭下游的該催化介質，在850℃獲得了70%的萘轉化。
總體地，在這些條件下實現了88%的萘轉化並且允許在生物質氣化中有更高的合成氣和氫氣的產量。
本發明在上述條件下首次獲得高達大約90%的轉化率。
通過用另外的催化劑材料來部分地或者完全地填充催化濾燭的內部空間，可以獲得進一步的改進。從而能獲得甚至更高的轉化率。
另外地或者替代地，催化過濾元件的數量可以被減少，因而允許催化過濾器系統的容器的直徑被減小。因為工作溫度高，通過減小容器直徑獲得非常高的成本節約。
作為其他替代方案，管狀催化陶瓷泡沫元件的數量也可以被減少。
10、40、80、120‧‧‧催化過濾器系統
12、42‧‧‧圓柱形容器
14、44、84、124‧‧‧分隔壁
16、46、86、126‧‧‧未淨化氣體室
18、48、88、128‧‧‧淨化氣體室
20、50、90、107、130‧‧‧開口
22、52、92、132‧‧‧濾燭
24、54、94、134‧‧‧未淨化氣體入口
26、56、964、136‧‧‧淨化氣體出口
28、64、142‧‧‧倒流裝置
29、65、105、143‧‧‧能關閉的出口
30、100、138‧‧‧第一催化介質
58、98‧‧‧容器的可分離部分
60、61、62‧‧‧蜂巢狀催化元件
60’、61’、62’‧‧‧蜂巢狀催化元件
60”、61”、62”‧‧‧蜂巢狀催化元件
66、68‧‧‧通道
82、122‧‧‧容器
102‧‧‧倒流氣體裝置
104‧‧‧最下面部分
106‧‧‧催化元件
108‧‧‧圓柱形壁
110‧‧‧頂部
112‧‧‧圓柱體
114‧‧‧密封底板
139‧‧‧第二催化介質
140‧‧‧可分離部分
144、146‧‧‧凸緣
圖1示出了根據本發明的第一催化過濾器系統的示意圖；圖2示出了根據本發明的第二催化過濾器系統的示意圖；圖3A和3B示出了在圖2的第二催化過濾器系統中所使用的催化介質的細節；圖4示出了根據本發明的第三催化過濾器系統的示意圖；圖5更詳細地示出了在圖4的第三過濾器系統中所使用的多孔催化主體件；圖6示出了第四催化過濾器系統的示意圖。
10‧‧‧催化過濾器系統
12‧‧‧圓柱形容器
14‧‧‧分隔壁
16‧‧‧未淨化氣體室
18‧‧‧淨化氣體室
20‧‧‧開口
22‧‧‧濾燭
24‧‧‧未淨化氣體入口
26‧‧‧淨化氣體出口
28‧‧‧倒流裝置
29‧‧‧能關閉的出口
30‧‧‧第一催化介質
Claims (12)
- 一種催化過濾器系統，所述催化篩檢程式包括：具有流體入口和流體出口的過濾容器；設置在所述過濾容器的內部中的分隔壁；和多個濾燭；其中所述分隔壁將所述內部分為未淨化氣體室和淨化氣體室；其中所述分隔壁包括被設計成密封地容納所述多個濾燭的多個開口；其中所述流體入口佈置成與所述多個濾燭上游的所述未淨化氣體室流體連通；其中所述流體出口佈置成與所述多個濾燭下游的所述淨化氣體室流體連通；並且其中所述催化過濾器系統包括被容納在所述淨化氣體室中的第一催化介質，所述淨化氣體室在所述濾燭下游和所述流體出口上游。
- 如申請專利範圍第1項所述的催化過濾器系統，其中所述濾燭包括催化劑。
- 如申請專利範圍第1或2項所述的催化過濾器系統，其中所述濾燭包括過濾元件上游的外過濾膜。
- 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述的催化過濾器系統，其還包括在所述第一催化介質下游和所述淨化氣體出口上游的第二催化介質。
- 如申請專利範圍第1至4項中任一項所述的催化過濾器系統，其中所述第一催化介質和/或所述第二催化介質包括過濾元件，所述過濾元件的平均孔徑尺寸大 約等於或大於所述濾燭的平均孔徑尺寸。
- 如申請專利範圍第1至5項中任一項所述的催化過濾器系統，其中所述多個濾燭從所述分隔壁懸吊並且從所述分隔壁延伸進入所述未淨化氣體室。
- 如申請專利範圍第1至6項中任一項所述的催化過濾器系統，其中所述第一催化介質和/或所述第二催化介質以保險絲的形式被提供。
- 如申請專利範圍第1至7項中任一項所述的催化過濾器系統，其還包括容納在所述淨化氣體室中的倒流裝置。
- 如申請專利範圍第8項所述的催化過濾器系統，其中所述倒流裝置被定位於所述第一催化介質上游的所述淨化氣體室中。
- 如申請專利範圍第1至9項中任一項所述的催化過濾器系統，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濾容器的在所述分隔壁下游的下部主要部分。
- 如申請專利範圍第10項所述的催化過濾器系統，其中所述可分離的殼體部分被設計成容納所述第一催化介質和/或所述第二催化介質。
- 如申請專利範圍第1至11項中任一項所述的催化過濾器系統，其中所述第一催化介質和可選擇的第二催化介質以及任何其他催化介質包括採取催化固定床、纖維墊，泡沫結構和/或蜂巢狀結構的形式的催化元件。
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