BR102012019495A2

BR102012019495A2 - Sistema de filtro catalítico

Info

Publication number: BR102012019495A2
Application number: BRBR102012019495-3A
Authority: BR
Inventors: Steffen Heidenreich; Manfred Nacken
Original assignee: Pall Corp
Priority date: 2011-08-05
Filing date: 2012-08-03
Publication date: 2014-03-11
Also published as: JP6064253B2; KR20130016128A; EP2554238A1; CA2784579A1; SG187377A1; EP2554238B1; JP2013034990A; AU2012211348A1; CN102908839A; NZ601610A; US20130034477A1; CN102908839B; KR101938740B1; US9108134B2

Abstract

SISTEMA DE FILTRO CATALÍTICO A fim de fornecer um sistema de filtro catalítico que seja facilmente adaptável aos diversos desafios de uma reação de fase de gás catalítica, um sistema de filtro catalítico é proposto, em que o sistema compreende um recipiente de filtragem tendo uma entrada de fluido e uma saída de fluido, uma parede de separação fornecida no interior do referido recipiente de filtragem e uma pluralidade de velas de filtro, referida parede de separação dividindo referido interior em uma câmara de gás bruto e uma câmara de gás limpo; referida parede de separação compreendendo uma pluralidade de aberturas destinadas a acomodar de maneira estanque a referida pluralidade de velas de filtro; referida entrada de fluido sendo disposta em comunicação fluídica com a referida câmara de gás bruto a montante da referida pluralidade de velas de filtro, a referida saída de fluido sendo disposta em comunicação fluídica com a referida câmara de gás de limpeza a jusante da referida pluralidade de velas de filtro, e que o referido sistema de filtro compreende um primeiro meio catalítico que é acomodado na referida câmara de gás limpo a jusante das referidas velas de filtro e a montante da referida saida de fluido.

Description

SISTEMA DE FILTRO CATALÍTICO

CAMPO DA INVENÇÃO

A invenção refere-se a um sistema de filtro catalítico que compreende um recipiente de filtragem que tem uma entrada de fluido e uma saída de fluido, uma parede de separação fornecida no interior do referido recipiente de filtragem e de uma pluralidade de velas de filtro. A parede de separação divide o referido interior do recipiente em uma câmara de gás bruto e uma câmara de gás limpo e compreende uma pluralidade de aberturas projetadas para acomodar de maneira estanque a referida pluralidade de velas de filtro. A entrada de fluido é em comunicação fluídica com a câmara de gás bruto, e localizada a montante da pluralidade das velas de filtro. A saída de fluido é em comunicação fluídica com a câmara de gás limpo e localizada a jusante de uma pluralidade de velas de filtro.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Um sistema de filtragem de tal tipo foi proposto na patente dos Estados Unidos US 6,863,868 Bl e as velas de filtro usadas são velas de filtro catalítico de tal forma que o sistema de filtragem pode ser utilizado para a filtragem de gases quentes.

Sistemas de filtro diferentemente estruturados para a limpeza dos gases de combustão são conhecidos a partir de EP 0 600 440 A2, em que um módulo de filtro de barreira é usado em conjunto com um módulo de catalisador separado. O gás bruto é primeiro passado através do módulo de filtro de barreira e, em seguida, passado através do módulo de catalisador.

Ambos os tipos de sistemas de filtros catalíticos são úteis no tratamento de gases de combustão, uma vez que fornecem ao mesmo tempo a separação de partículas e uma reação de fase de gás catalítico em uma unidade.

No entanto, o problema de tais dispositivos de separação de partículas combinada / reação da fase de gás catalítico é que em casos em que taxas de conversão catalítica elevadas são necessárias e têm de ser garantidas para concentrações de entrada elevadas, a velocidade nominal do gás bruto tem de ser reduzida, a fim de aumentar o tempo de residência do gás para a reação catalítica no elemento catalítico. Isto leva a um aumento do número de elementos de filtro, a fim de satisfazer a taxa de transferência necessária e, correspondentemente, a um aumento do tamanho do sistema de filtragem.

A fim de lidar com o desafio da carga de partículas do gás bruto, isto é, a ação de filtragem, este aumento no tamanho do sistema de filtro, normalmente, não seria necessário.

BREVE SUMÁRIO DA INVENÇÃO

0 objetivo da presente invenção é fornecer um sistema de filtro catalítico, onde a velocidade nominal pode ser determinada pelo passo de filtragem e que é facilmente adaptável aos diversos desafios da fase de reação de fase de gás catalítica.

Este objetivo é satisfeito por um sistema de filtro catalítico com as características da reivindicação 1.

Sistemas de filtro catalítico da presente invenção tem um recipiente de filtragem com uma parede de separação no seu interior que, ao mesmo tempo separa a câmara de gás bruto a partir de uma câmara de gás limpo e fornece uma acomodação da pluralidade de velas de filtro utilizadas.

Tipicamente, o espaço de cabeça a jusante das velas de filtro que é necessário para lidar com as velas de filtro na montagem e / ou substituição pode ser utilizado para acomodar um primeiro meio catalítico que é separado das velas de filtro.

Portanto, a velocidade nominal do gás de combustão a ser tratado pode ser regulada pela capacidade de filtragem das velas de filtro, o número das quais e o tamanho das 10 quais podem ser adaptados para a tarefa de filtragem específica. O estágio catalítico, isto é, a capacidade do primeiro meio catalítico a jusante das velas de filtro pode ser facilmente adaptado para o desafio posto pelos contaminantes dos gases de combustão, que devem ser 15 removidos ou convertidos em uma reação de fase de gás catalítica.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

Em um sistema preferido catalítico de acordo com a presente invenção, as velas de filtro compreendem um catalisador e servem como velas de filtro catalítico.

Desse modo, a reação de fase de gás catalítico pode já ocorrer nas velas de filtro e o primeiro meio catalítico a jusante das velas de filtro servem para a conversão dos contaminantes restantes do gás limpo para cima para o nível requerido.

As velas de filtro utilizadas no sistema de filtro catalítico da invenção compreendem de preferência uma membrana de filtro exterior a montante do elemento de filtro.

3 0 A membrana de filtro pode ser preferencialmente selecionada do tipo de filtragem fino. Membranas de tipo filtragem fino são capazes de reter partículas de um tamanho até menos de cerca de 1 μιη, por exemplo, cerca de

0,5 μπι.

A presente invenção fornece um arranjo do meio catalítico e as velas de filtro, no mesmo alojamento e, no entanto, oferece a flexibilidade para adaptar o sistema de filtro para numerosas aplicações de filtragem, por exemplo, em filtragem de gás de combustão, e permite que tanto o estágio de filtragem e o estágio catalítico possam ser mantidos à mesma temperatura, sem necessidade de um dispositivo de aquecimento para melhorar a eficiência do sistema de filtro catalítico.

As temperaturas mais elevadas tipicamente aceleram a taxa de reação da reação de fase de gás catalítica e são muitas vezes desejadas. De acordo com a presente invenção, os fluidos gasosos que entram no sistema de filtro catalítico a uma temperatura elevada retêm essencialmente tal temperatura, quando entram em contacto com o primeiro meio catalítico. Por isso, em muitas aplicações, nenhum sistema de aquecimento é necessário a fim de assegurar taxas de reação satisfatórias.

Em algumas modalidades da invenção o sistema de filtro catalítico, o sistema de filtro pode compreender ainda um segundo meio catalítico a jusante do primeiro meio catalítico ou mesmo meios catalíticos adicionais a jusante do segundo meio catalítico.

De preferência, o primeiro e / ou segundo meio catalítico compreende um elemento de filtro que tem um 3 0 tamanho médio de poro que é aproximadamente igual ou maior

10

15 que o tamanho médio dos poros das velas de filtro. De acordo com uma outra modalidade vantajosa do sistema de filtro catalítico da presente invenção, um dispositivo de sopro de volta é fornecido em comunicação fluídica com a câmara de gás limpo.

De preferência, a parede de separação é orientada horizontalmente no interior do recipiente de filtragem, de modo que as velas de filtro acomodadas nas aberturas da parede de separação estão pendentes a partir da mesma parede para a câmara de gás bruto. Tal arranjo permite a variação da capacidade de filtragem através da inserção de um número diferente de velas de filtro e / ou velas de filtro de diferentes comprimentos e, assim, permite o ajuste da área da superfície de filtro e a capacidade de filtragem do sistema com os requisitos específicos de aplicações diferentes.

Em uma outra modalidade da presente invenção, o sistema de filtro catalítico compreende um primeiro ou segundo meio catalítico que é fornecido sob a forma de um fusível de segurança. Elementos catalíticos de fusível de segurança têm tipicamente uma estrutura de filtro de profundidade e serve como uma medida de segurança no caso de uma quebra da vela de filtro. 0 elemento catalítico de fusível de segurança (s), em seguida, proíbe (m) a passagem de gás bruto não filtrado no interior da câmara de gás limpo. De preferência, um elemento catalítico de fusível de segurança é fornecido para cada uma das velas de filtro.

0 dispositivo de sopro de volta conectado fluidicamente à câmara de gás limpo é de preferência conectado à câmara de gás limpo a montante do primeiro meio catalítico.

Se o primeiro meio catalítico deve acontecer para incluir ou estar sob a forma de um elemento de filtro, é preferido ter o dispositivo de sopro de volta disposto de tal modo que está conectado fluidicamente à da câmara de gás de limpeza a jusante do primeiro meio catalítico.

Através do funcionamento do dispositivo de sopro de volta de um tal sistema de filtro catalítico preferido de acordo com a presente invenção, é possível regenerar, ao mesmo tempo, não só o elemento de filtro do primeiro meio catalítico, mas também as velas de filtro.

Após a alimentação do gás de sopor de volta através do dispositivo de sopro de volta para o sistema de filtro, a entrada de gás bruto a montante das velas de filtro pode ser operada como uma saída de gás de sopro volta.

O sistema de filtro da presente invenção irá incluir tipicamente um recipiente que compreende uma parte de recipiente que é removível a partir do corpo principal do recipiente a uma localização a jusante da parede de

2 0 separação. Mais preferencialmente, a parte de recipiente removível foi concebida para acomodar o primeiro e / ou o segundo meio catalisador.

Se o sistema de filtro compreende um dispositivo de sopro de volta, isto é, de preferência acomodado no corpo principal do recipiente em conjunto com a parede de separação e as velas de filtro.

As velas de filtro podem ter um corpo poroso com uma membrana de filtragem no lado a montante. O corpo poroso das velas de filtro pode também ser impregnado com um catalisador. As velas de filtro, então, servem como velas de filtro catalítico.

Velas de filtro não catalítico, bem como velas de filtro catalítico são de preferência de uma forma cilíndrica oca. Em alguns casos, o espaço interior de tais velas de filtro em adição pode ser parcialmente ou completamente cheio com um material catalisador, em especial sob a forma de uma espuma, fibras ou partículas granulares, em que o último pode ser fornecido como um leito fixo.

0 tipo de elementos catalíticos usados para o primeiro, o segundo e qualquer meio catalítico adicional pode ser selecionado a partir de leito fixo catalítico, esteiras de fibras, estruturas espumadas, elementos tubulares, chapas e / ou estruturas de favo de mel.

Os elementos catalíticos podem compreender corpos porosos impregnados com um catalisador tendo um interior que forma um espaço para o fluxo de fluido. 0 espaço aberto no interior do elemento pode, adicionalmente, acomodar material catalisador adicional. Assim, um corpo poroso impregnado cataiiticamente pode ter um espaço interior parcialmente ou completamente cheio com um material cataliticamente impregnado de uma espuma, partículas granulares ou fibras. Exemplos típicos são elementos tubulares ou elementos do tipo cassete.

De um modo geral, os elementos catalíticos que fazem parte de um meio catalítico podem ser de estruturas bastante diferentes, como, por exemplo, tubulares, de um tipo cassete, em forma de placa, em forma de blocos ou na forma de uma esteira de fibras.

Exemplos típicos para os elementos catalíticos usados para o primeiro, o segundo e qualquer meio catalítico adicional são os seguintes:

- fusíveis de segurança cataliticamente impregnados com um corpo poroso feito de partículas granulares

cerâmicas sinterizadas e / ou fibras ou uma espuma, e de preferência com um tamanho médio de poro de cerca de 10 a cerca de 500 μιη, mais preferivelmente cerca de 50 a cerca de 200 μιη. De preferência, um fusível de segurança é fornecido por vela de filtro.

- corpos porosos cataliticamente impregnados feitos de

uma espuma de cerâmica de cerca de 10 a cerca de 60 ppi (poros por polegada), mais preferivelmente cerca de 30 a cerca de 45 ppi de partículas granulares sinterizadas com um tamanho de partícula médio de cerca de 0,1 a cerca de 100 μτη, mais preferivelmente cerca de 0,3 a cerca de 30 μιη.

- corpos porosos cataliticamente impregnados feitos de fibras de cerâmica, com um diâmetro médio de fibra de cerca de 1 a cerca de 50 μιη, mais preferivelmente cerca de 2 a cerca de 10 μπι. O comprimento da fibra médio é de

preferência na gama de cerca de 1 a cerca de 20 mm.

- leito fixo de partículas catalisadoras tendo um tamanho médio de partícula de cerca de 10 μιη a cerca de 30 mm, mais preferivelmente cerca de 100 μιη a cerca de 10 mm.

As aplicações do sistema de filtro catalítico da 25 presente invenção abrangem as aplicações de filtragem de gases quentes de vários tipos onde a remoção de partículas pode ser combinada com as reações de fase de gás catalíticas. Pode ainda ser utilizadas para a limpeza de gases quentes na gaseificação de carvão e biomassa, na 3 0 limpeza dos gases de exaustão de instalações de sinterização e instalações de forno de coque, na limpeza de gases de exaustão de instalações de energia e incineradores, os processos de refinaria como em unidades FCC (craqueamento catalítico fluido) ou em processos químicos, na indústria do cimento, etc.

Velas de filtro cerâmicas catalíticas que são especialmente úteis para fornecer uma pluralidade de velas de filtro acomodadas na parede de separação são reveladas em WO 2006/037387 Al e EP 2 017 003 Al.

As vantagens da presente invenção serão discutidas em mais detalhe em conexão com modalidades específicas de acordo com os desenhos em anexo e nos exemplos.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Nos desenhos:

A Figura 1 mostra uma representação esquemática de um primeiro sistema de filtro catalítico de acordo com a presente invenção;

A Figura 2 mostra uma representação esquemática de um segundo sistema de filtro catalítico de acordo com a presente invenção;

As Figuras 3A e B mostram um detalhe dos meios catalíticos utilizados no segundo sistema de filtro catalítico da figura 2;

A Figura 4 mostra uma representação esquemática de um terceiro sistema de filtro catalítico de acordo com a presente invenção,

A Figura 5 mostra um corpo catalítico poroso utilizado no terceiro sistema de filtro da Figura 4 com mais pormenores; e

A Figura 6 mostra uma representação esquemática de um quarto sistema de filtro catalítico.

DESCRIÇÃO DETALHADA DOS DESENHOS

A Figura 1 mostra uma representação esquemática de um sistema de filtro catalítico 10 da presente invenção que compreende um recipiente cilíndrico 12, o interior do qual é separado por uma parede de separação 14 dentro de uma câmara de gás bruto 16 e uma câmara de gás limpo 18.

Normalmente, as dimensões do recipiente cilíndrico incluem um diâmetro na gama de cerca de 1 m a cerca de 6 m ou mais e uma altura de cerca de 4 m a cerca de 24 m ou mais.

De modo a acessar o interior do recipiente 12, para manutenção ou reparação, o recipiente pode ser separado em uma parte estacionária inferior e uma parte removível superior. Recipientes muito grandes, no entanto, normalmente serão fornecidos com uma abertura que pode ser fechada (não mostrado) na parede de recipiente fechando a câmara de gás limpo de tal forma que o pessoal pode entrar no recipiente.

A parede de separação 14 tem uma pluralidade de aberturas 20 que recebem uma pluralidade de velas de filtro 22. As velas de filtro 22 encontram-se acomodadas na parede de separação 14, com uma das suas extremidades de tal modo que os seus corpos estão substancialmente verticalmente pendendo a partir da parede de separação para a câmara de gás bruto 16.

A entrada de gás bruto 24 é conectada ao recipiente 12 de tal forma que comunica diretamente com a câmara de gás bruto 16. A câmara de gás limpo 18 é em comunicação fluida com uma saída de gás limpo 26. A jusante da pluralidade de velas de filtro 22, isto ê, acima das velas de filtro na câmara de gás de limpeza 18 um dispositivo de sopro de volta 28 é acomodado, que é usado para criar um fluxo de fluido inverso, a fim de 5 regenerar intermitentemente as velas de filtro 22. Na parte inferior do recipiente 12, uma saída que pode ser fechada

29 é fornecida de modo a permitir a remoção intermitente de partículas a partir do recipiente 12.

Mais a jusante, isto é, acima do dispositivo de sopro de volta 28, um primeiro meio catalítico 3 0 é fornecido na câmara de gás limpo 18 que serve para remover contaminantes gasosos no fluido de gás limpo.

As velas de filtro 22 podem ser selecionadas a partir de velas de filtro não catalíticas convencionais ou catalíticas.

A velocidade nominal pode ser aumentada para a velocidade máxima possível, determinada pela capacidade de filtragem das velas de filtro 22. De acordo com a carga de contaminantes dos gases limpos em uma aplicação específica 20 a capacidade do meio catalítico 30 é ajustada e / ou velas de filtro catalítico são usadas em vez de velas de filtro não catalítico. Deste modo, a taxa de conversão desejada pode ser garantida em todas as condições de funcionamento.

0 meio catalítico 30 na Figura 1 pode ser selecionado 25 a partir de uma ampla variedade de meios catalisadores que podem compreender fusíveis de segurança, corpos porosos, espuma cerâmica, corpos porosos de partículas granulares e / ou fibrosas sinterizadas, catalisadores de leito fixo, etc.

3 0 A Figura 2 mostra um outro sistema de filtro catalítico 4 0 de acordo com a presente invenção que compreende um recipiente cilíndrico 42 o interior do qual é separado por uma parede de separação 44 dentro de uma câmara de gás bruto 46 e uma câmara de gás limpo 48.

A parede de separação 44 tem uma pluralidade de

aberturas 50, as quais são adaptadas para acomodar de maneira estanque as velas de filtro 52, o que depende da parede de separação disposta horizontalmente 44 para a câmara de gás bruto 46. A entrada de gás bruto 54 é 10 fornecida na parte inferior do recipiente 42 e é disposta em comunicação fluídica com a câmara de gás bruto 46.

Na parte superior, o recipiente 42 compreende uma saída de gás limpo 56 que é em comunicação fluídica com a câmara de gás limpo 48.

No lado a jusante da parede de separação 44, ou seja,

a porção superior do recipiente 42, é concebida separável do corpo principal do recipiente 42 e no seguinte referida como a parte de recipiente removível 58. A parte de recipiente removível 58 irá tipicamente acomodar a acima 20 mencionada saída de gás limpo 56 e fornecer um espaço para acomodar o primeiro meio catalítico (e ainda mais, se aplicável), o qual de acordo com a presente invenção é para ser providenciado a jusante das velas de filtro.

Na modalidade da presente invenção representada esquematicamente na Figura 2, o primeiro meio catalítico compreende três elementos catalíticos de favo de mel 60, 61 e 62 que são fixados de forma que podem ser trocados na parte removível superior 58 do recipiente 42.

Embora a Figura 2 mostre os elementos catalíticos 60, 3 0 61, 62 espaçados uns dos outros, eles podem estar em modalidades alternativas do mesmo modo dispostos em contacto direto uns com os outros.

Cada um dos elementos catalíticos de favo de mel pode ser composto por uma pluralidade de unidades individuais que são montadas, por exemplo, de uma estrutura de quadro comum.

Gás limpo saindo das velas de filtro 52 e entrando na câmara de gás limpo 48 terá que passar através dos elementos de favo de mel 60, 61 e 62 do primeiro meio catalítico antes de sair do recipiente 42 através da saída de gás limpo 56.

O número de elementos do favo de mel pode ser ajustado para a poluição do gás bruto de tal modo que a desejada conversão de NOx é alcançada com uma única passagem do gás fluido através de recipiente 42.

Exemplos típicos de estruturas de favo de mel que podem ser utilizadas como elementos catalíticos 60, 61 e 62 são mostrados nas Figuras 3A e 3B. A partir de uma comparação das Figuras 3A e 3B, é aparente que a estrutura em favo de mel não tem necessariamente de ter canais de estrutura hexagonal, mas também pode ter uma forma de secção transversal diferente, por exemplo, canais de secção transversal quadrada, como mostrado na Figura 3B.

O gás limpo entrando na câmara de gás limpo 48 passa através dos vários canais 66, 68 nos elementos de favo de mel 60', 61’, 62’e 60", 61", 62", em contacto íntimo com o catalisador suportado por essas estruturas de favo de mel.

Como descrito em conexão com a modalidade mostrada na Figura 1, é vantajoso ter um dispositivo de sopro de volta 64 fornecido no lado a jusante das velas de filtro 42 e ainda a montante dos elementos de favo de mel 60, 61 e 62, a fim de fornecer uma possibilidade de regenerar de forma intermitente as velas de filtro através de um fluxo inverso de gás. Mais preferencialmente, o dispositivo de sopro de 5 volta 64 é localizado no corpo principal do recipiente 42, e não na parte removível 58. Na sua parte inferior, recipiente 42 compreende uma saída que pode ser fechada 65 que serve para a remoção intermitente de partículas liberadas das velas de filtro durante a operação do 10 dispositivo de sopro de volta 64.

A Figura 4 mostra outra modalidade da presente invenção na forma de um sistema de filtro catalítico 80 que compreende um recipiente 82, o qual é separado por uma parede de separação orientada horizontalmente 84 em uma 15 câmara de gás bruto 86 e uma câmara de gás limpo 88. O recipiente 82 pode ter uma forma cilíndrica ou uma forma retangular.

A parede de separação 84 tem uma pluralidade de aberturas 90 acomodando velas de filtro 92 de um modo 20 vedante de tal modo que as velas de filtro dependem da placa de separação 84 e estendem-se dentro da câmara de gás bruto 86. A entrada de gás bruto 94 é fornecida na parte inferior do recipiente 82 e é em comunicação direta com a câmara de gás bruto 86.

Na sua porção superior, recipiente 82 compreende uma

saída de gás limpo 96 que é em comunicação com a câmara de gás limpo 88.

Como já descrito em conexão com a Figura 2, o recipiente 82 é dividido em duas porções, que são destacáveis uma da outra, a parte removível superior 98 acomodando o primeiro elemento catalítico e a saída de gás limpo 96 a jusante da posição em que o primeiro elemento catalisador 100 é acomodado. Entre o primeiro elemento catalisador 100 e a parede de separação 84, um dispositivo de gás de sopro de volta 102 é fornecido para permitir sopro de volta de um gás através das velas de filtro 92 para a câmara de gás bruto 86, a fim de regenerar o mesmo de forma intermitente.

As partículas removidas das velas de filtro 92 por sopro de volta são recolhidas na parte mais inferior 104 do recipiente 82 e são removidas de forma intermitente através de uma saída que se pode fechar 105.

A entrada de gás bruto 94 pode ser operada como uma saída para o gás de sopro de volta.

O primeiro meio catalítico 100 é composto por uma pluralidade de elementos catalíticos 106 que são de preferência corpos cilíndricos ocos feitos de fibras, partículas granulares e / ou estrutura de espuma o qual é mostrado em maior detalhe na Figura 5. No caso o elemento catalítico 106 é para servir como um fusível de segurança, uma estrutura à base de fibras e / ou partículas granulares é preferida. Os elementos catalíticos 106 são de preferência acomodados em uma parede cilíndrica 108 compreendendo uma pluralidade de aberturas 107 que podem acomodar os elementos catalíticos individuais 106, de uma forma vedante. A parede cilíndrica 108 é fechada na sua porção superior 110 e aberta na sua extremidade inferior que é em comunicação fluídica direta com a câmara de gás limpo 88.

A extremidade inferior da parede cilíndrica 108 é, além disso, conectada de maneira estanque à parede da parte de recipiente removível superior 98 de tal forma que o gás limpo saindo dos elementos de filtro 92 e entrando na câmara de gás limpo 88 terá que passar através de cada um dos elementos catalíticos 106 acomodados na parede cilíndrica 108 antes de sair do sistema 80 através da saída de gás limpo 96. A parede cilíndrica 108, assim, separa a câmara de gás limpo 88 em compartimentos, um sendo a montante do meio catalítico 100 e seus elementos catalíticos 106 e o outro sendo a jusante do elemento catalítico 100. 0 diâmetro externo da parede cilíndrica 108 é um pouco menor do que o diâmetro interno da parte removível superior 98 do recipiente 82 de modo a não obstruir o fluxo de fluido a partir dos elementos catalíticos 106 para dentro do volume envolvente da parede 108 que está em conexão fluídica com a saída de gás limpo 96.

O recipiente 82 pode ser de uma secção transversal retangular. A parede 108 acomodando elementos catalíticos 106 do primeiro meio catalítico 100 irá então tipicamente também ser concebida para incluir um espaço retangular.

Os elementos catalíticos 106 podem ser de uma estrutura tipo cassete com uma parede porosa plana superior e inferior. Enquanto as faces laterais podem ser impermeáveis para gás limpo de uma modalidade, em outras modalidades as paredes laterais podem ser feitas do mesmo material que as paredes superiores e inferiores. Uma das paredes laterais vai compreender uma abertura correspondente a uma abertura 107 na parede 108.

A Figura 5 mostra em pormenores um dos elementos catalíticos 106 acomodados na parede 108. O elemento catalítico 106 possui um corpo cilíndrico 112 que é fechado em uma das suas extremidades por uma placa inferior de vedação 114. A placa inferior de vedação 114 do elemento catalítico cilíndrico 106 pode ser impermeável aos fluidos ou pode ser feita do mesmo material que a parede cilíndrica 112 e, portanto em adição contribui para a conversão catalítica de contaminantes ainda contidos no gás limpo entrando no elemento catalítico 106.

A extremidade oposta do corpo cilíndrico 112 é aberta e ligada à parede 108 de tal modo que a abertura correspondente 107 na parede 108 permite o gás limpo sair do elemento catalítico 106 e deixando o sistema através da saída de gás limpo 96.

Uma modalidade adicional da presente invenção é mostrada na Figura 6, onde um sistema de filtro catalítico 120 compreende um recipiente 122, que é de forma substancialmente cilíndrica.

0 recipiente 122 é separado por uma parede de separação 124 para uma câmara de gás bruto 126 e uma câmara de gás limpo 128.

A parede de separação 124 compreende uma pluralidade de aberturas 13 0 que são concebidas para acomodar de maneira estanque velas de filtro cilíndricas 132, que são inseridas nas aberturas 13 0 e dependem da parede de separação 124 para dentro da câmara de gás bruto 126.

0 recipiente 122 compreende ainda uma entrada de gás bruto 134 que é em comunicação fluídica direta com a câmara de gás bruto 126.

Na sua porção superior, o recipiente 122 compreende uma saída de gás limpo 136, a qual é em comunicação fluídica com a câmara de gás limpo 128.

A câmara de gás limpo acomoda um primeiro meio catalítico 13 8 e, opcionalmente, um segundo meio catalítico 139.

Mais uma vez, o recipiente 122 é vantajosamente separado em uma parte removível e uma parte principal, a parte removível superior 140 acomodando a saída de gás limpo 136 e o primeiro meio catalítico 138 e o segundo meio catalítico opcional 139.

O primeiro meio catalítico 13 8 pode ser na forma de um leito fixo. Alternativamente, ele pode ser constituído por elementos de espuma de cerâmica em forma de bloco ou de esteiras de fibra.

0 segundo meio catalítico 139 pode ter, por exemplo, uma estrutura de favo de mel impregnada com um catalisador. 0 catalisador pode ser diferente do catalisador do primeiro meio catalítico 13 8, a fim de apoiar a remoção de um contaminante adicional do gás limpo.

Depois de passar através dos meios catalisadores 138 e 139, o gás limpo sai do sistema 120 através da saída de gás limpo 13 6.

Além disso, o recipiente 122 inclui, na sua parte principal um dispositivo de sopro de volta 142, que serve o mesmo propósito que os dispositivos de sopro volta das modalidades anteriormente discutidas das Figuras 1, 2 e 4. O material em partículas pode ser removido de forma intermitente a partir do fundo do recipiente 122 através de uma saída que se pode fechar 143.

A parte removível superior 140 do recipiente 122 é anexada à parte principal do recipiente 122 através de flanges estendendo radialmente para fora 144, 14 6, que permitem a montagem de maneira estanque da parte removível 140 sobre a parte principal do recipiente 122.

Em todas as modalidades das Figuras acima discutidas, o gás de combustão passa com uma temperatura essencialmente inalterada através dos elementos de filtro a partir da câmara de gás bruto no interior da câmara de gás limpo e, em seguida, passa através do primeiro meio catalítico.

Devido a isto, a temperatura do meio catalítico é aquecida até aproximadamente a mesma temperatura que a temperatura do gás de combustão ao entrar no recipiente, sem a necessidade de ter um dispositivo de aquecimento fornecido.

Assim, uma elevada atividade catalítica do meio catalítico pode ser fornecida.

A fim de aumentar adicionalmente a conversão catalítica, as velas de filtro acomodadas nas paredes de separação de qualquer uma das modalidades discutidas acima, podem ser fornecidas como velas de filtro catalítico, isto é, as velas de filtro já compreendem um catalisador depositado na sua estrutura de elemento de filtro.

Do mesmo modo, o primeiro meio catalítico pode ser suplementado por um segundo meio ou adicionais catalisadores, como pode ser necessário.

Uma vez que é vantajoso em vários aspectos posicionar

o recipiente do sistema de filtro catalítico com uma orientação vertical do seu eixo principal, todas as modalidades descritas fazem uso de tal orientação. É de notar, contudo, que o sistema de filtro da invenção pode, é claro, também ser operado com uma orientação horizontal do eixo principal do recipiente.

Exemplo de Referência

Neste Exemplo de Referência, um sistema de filtro catalítico foi usado como se mostrado na Figura 1, onde as velas de filtro foram elementos de filtro catalítico de DeNOxCatFil convencionais, geralmente disponíveis no mercado a partir de Pall Filtersystems GmbH. 0 meio catalítico 30, no entanto, foi omitido. As dimensões destes elementos de filtro foram as seguintes: um diâmetro exterior de 60 mm e um comprimento de cerca de 1515 milímetros. A composição das velas de filtro bem como o seu processo de fabricação foi descrito no Exemplo I do WO 2006/037387 Al, que é incorporado aqui descrito por referência na sua totalidade.

Estes elementos de filtro são utilizados em uma aplicação DeNOx típica em que as quantidades de concentração de entrada de NO para cerca de 3 00 ppmv e uma conversão de NO de cerca de 90% é necessária.

A velocidade nominal para os elementos de filtro catalítico tem de ser limitada a 60 m / h, a fim de atingir a necessária conversão de NO. Cerca de 1500 dos acima especificados elementos de filtro catalítico terá que ser utilizada em condições normais de funcionamento de 3 00 0 C para uma conversão garantida do conteúdo de NO de cerca de 90% durante o período de três anos.

Se o diâmetro do recipiente do sistema de filtro catalítico tem de ser reduzido, por exemplo, por razões de custo, o número de elementos de filtro catalítico pode ser reduzido a 1000. Se a taxa de fluxo de volume é mantida constante, uma velocidade nominal de 90 m / h resulta. A uma temperatura de 300 0 C, uma conversão de NO de apenas cerca de 8 0% pode ser garantida por um período de três anos, em tal caso.

Exemplo 1

O sistema de filtro catalítico de acordo com o Exemplo

1 da presente invenção utiliza os mesmos elementos de filtro catalítico de DeNOxCatFil como no Exemplo de Referência. O número de elementos de filtro catalítico foi 1000 para reduzir os custos de recipiente e a velocidade nominal foi ajustada para 90 m / h.

A fim de aumentar a taxa de conversão de NO a partir de cerca de 80% a cerca de 90%, o que pode ser garantido por três anos, uma série de 1000 elementos catalíticos tubulares 106 de dimensões (diâmetro exterior / interior x comprimento) 60/44 x 1000 mm é usada em conjunto como um primeiro meio catalítico 100, a jusante das velas de filtros de DeNOxCatFil 92 que podem ser instaladas como mostrado esquematicamente na modalidade das Figuras 4 e 5.

Para a preparação de um corpo de tal elemento poroso catalítico 106 de um elemento cilíndrico oco de dimensões 60/44 x 1000 mm feito de partículas granulares de SiC com um diâmetro médio de desde cerca de 550 μτη a cerca de 750 μιη e fibras baseadas em SiO2-Al2O3 com uma espessura de cerca de 2 a cerca de 3 μιη e um comprimento na gama de cerca de 1 a cerca de 5 mm são usadas com uma relação de massa de partículas granulares para fibras de cerca de 40:1 a cerca de 50:1.

Para sinterização desta mistura de partículas granulares e fibras sob condições atmosféricas 16,4% em peso de um auxiliar de sinterização, com base na massa da mistura foi adicionado à mesma. Uma ajuda de sinterização exemplar é argila.

Ativação catalítica do corpo de elemento sinterizado 5 com um tamanho de poro médio de 150 ± 20 μιη e um volume de poro de 42 ± 5% de volume é realizada por meio da técnica de umidade incipiente, usando um catalisador de SCR (Redução Catalítica Seletiva) da composição de TiO2-V2O5-WO3 (cf. Exemplo I do WO 2006/037387 Al) . 0 % em peso de TiO2 10 depositado em uma primeira etapa em relação à massa sinterizada do corpo de elemento através da utilização de uma suspensão de TiO2 em pó, com uma superfície de BET de cerca de 50 m2 é cerca de 1,5.

As quantidades apropriadas de V2O5 e WO3 depositadas em um passo subsequente comum são de cerca de 0,3% em peso e cerca de 2% em peso, respectivamente.

A taxa de fluxo volumétrica correspondente a uma velocidade nominal de 90 m / h de gás bruto resulta em uma velocidade nominal de 130 m / h de gás limpo quando

2 0 passando através dos elementos catalíticos do primeiro meio

catalítico devido à sua área de superfície menor que em comparação com a área de superfície das velas de filtro 92.

A taxa de conversão de NO fornecida por estes elementos catalíticos, quando utilizados como um primeiro meio catalítico 100 a 300 0 Ce uma velocidade nominal de 130 m / h eleva-se a cerca de 60%, se uma proporção NH3/N0 de 1 e um teor de O2 de 3 % de volume é ajustado.

As taxas de conversão combinadas dos elementos de filtro catalítico 92 e os elementos catalíticos 106

3 0 eqüivalem a cerca de 90% e podem ser garantidas ao longo de um período de tempo de três anos.

Exemplo 2

Exemplo 2 baseia-se na utilização de um sistema de filtro catalítico, tal como descrito no Exemplo de Referência, onde o número de elementos de filtro catalítico foi limitado a 1000 e a velocidade nominal é ajustada para 90 m / h.

A fim de aumentar a taxa de conversão de NO para 90%, o que pode ser garantido em três anos, um número de 4300 10 elementos de espuma de cerâmica catalíticos tubulares do tipo de 3 0 ppi (poros por polegada), e a dimensão de 40/10 x 500 mm, como um primeiro meio catalítico 100 a jusante dos elementos de DeNOxCatFil podem ser instalados como se mostra nas Figuras 4 e 5. Assim, a velocidade nominal de um 15 gás limpo entrando no primeiro meio catalítico 100 de 90 m / h é obtida.

Para a preparação dos elementos de espuma de cerâmica catalíticos apropriados de dimensão 40/10 x 500 mm um corpo de espuma de cerâmica tubular baseado em Al2O3 de 3 0 ppi é cataliticamente ativado com um catalisador de SCR da composição TiO2-V2O-I-S-WO3, usando uma técnica de impregnação umedecida seguido por secagem por infravermelhos completa. A técnica de impregnação úmida é semelhante ao processo de impregnação em dois passos descrito no Exemplo I de WO 2006/037387 Al, enquanto que a etapa de revestimento de cera de parafina foi omitida. A quantidade de TiO2 depositada sobre o corpo de espuma de cerâmica com base em Al2O3 pela utilização de uma suspensão de TiO2 em pó, com uma superfície de BET de 50 m2 é de 0,7% em peso em relação à massa do corpo de espuma cerâmica. Depois de completa a secagem por infravermelhos em desvio para o procedimento do Exemplo 1 acima mencionado, um passo de tratamento térmico a 300 0 C durante 5 h, foi realizado. As quantidades de carga de V2O5 e WO3 são 0,7 e 1,2% em peso, respectivamente.

A conversão de NO de tal elemento de espuma de cerâmica tubular catalítico usado como primeiro meio catalítico 100 a 300 * C e uma velocidade nominal de 90 m / h eleva-se a 60%, se a relação de NH3/NO de 1 e um teor em

O2 de 3 % de volume é fornecido.

As taxas de conversão combinadas dos elementos de filtro catalítico e o primeiro meio catalítico eqüivalem a cerca de 90% e pode ser garantidas por um período de tempo de três anos.

0 tamanho do recipiente do sistema de filtro e, correspondentemente, os custos do sistema podem ser reduzidos, por causa do número de velas de filtro limitado a 1000 e 4300 elementos catalíticos adicionais. Quanto maior for o número de velas de filtro a ser utilizado, maior for o diâmetro do recipiente tem de ser o que tremendamente aumenta os custos para fornecer o recipiente de filtro.

Por outro lado, quando a altura do recipiente de filtro tem de ser aumentada de modo a aumentar o volume da câmara de gás limpo para acomodar um meio catalítico adicional, o aumento de custos é relativamente baixo.

Exemplo 3

0 Exemplo 3 demonstra a utilização do sistema de filtro catalítico da presente invenção em um processo de reformação de piche. No sistema de filtro catalítico da Figura 4, as velas de filtro catalítico 92 para a separação de partículas combinadas e reformação de piche catalítica foram usadas em vez das velas de DeNOxCatFil.

Um volume de fluxo de 3100 Nm3 / h de gás de gaseificação de biomassa modelo, contendo 5 g/Nm3 de naftaleno como composto modelo de piche foi alimentado no sistema a 850 0 C, sob pressão atmosférica.

0 gás de gaseificação de biomassa modelo contém 50 % de volume de N2, 12% de volume de CO, 10% de volume de H2, 11% de volume de CO2, 5 % de volume de CH4 e 12 % de volume de H2O, neste caso.

A conversão de 60% é obtida com um número de 660 de Al2O3 baseado em elementos de filtro catalítico reformando piche de grão sinterizado com as dimensões 60/40 x 1500 mm a uma velocidade nominal de 72 m / h, na presença de 100 ppmv de H2S.

Os elementos de filtro catalítico foram preparados de acordo com os ensinamentos do Exemplo I de US 2009/0019770 Al, com as adaptações seguintes:

grãos de SiC são substituídos por partículas de alumina de tamanho igual.

A membrana de mulita é substituída por uma membrana equivalente de alumina.

No primeiro passo de impregnação, a carga de MgO-Al2O3 é reduzida de 0,9% em peso a 0,8% em peso.

Na segunda etapa de impregnação, uma solução de hexahidrato nitrato Ni adequada foi utilizada para produzir uma carga de óxido de níquel de 60% em peso em relação à massa de carga de MgO-Al2O3.

US 2009/0019770 Al é incorporado aqui por referência na sua totalidade. A fim de aumentar a conversão de naftaleno de 60% até cerca de 90% a 850 ° C sob as condições acima mencionadas, de acordo com a presente invenção um meio catalítico sob a forma de elementos de espuma de cerâmica catalíticos 5 tubulares de 45 ppi como primeiro meio catalítico 100 e de dimensão 40/20 x 500 mm, podem ser utilizados a jusante das velas de filtro catalítico reformando piche 92, como mostrado nas Figuras 4 e 5.

O corpo de tais elementos de espuma de cerâmica 10 catalíticos é preparado por ativação catalítica de um co:çpo de espuma cerâmica com base em Al2O3 do tipo 45 ppi usando uma técnica de impregnação úmida seguida de secagem por infravermelhos completa semelhante ao processo descrito no Exemplo I de US 2009/0019770 Al, enquanto que os dois 15 passos de revestimento de cera de parafina foram omitidos. Um carga de MgO-NiO e Al2O3 de 6,2% em peso e 3,7% em peso, respectivamente, em relação à massa da espuma cerâmica é são depositadas em duas etapas subsequentes.

O uso de um certo número de 1200 elementos de espuma de cerâmica catalíticos resulta em uma velocidade nominal de 170 m / h. A850 0 C, uma conversão de 70% de naftaleno para este meio catalítico a jusante das velas de filtro catalítico de grãos sinterizados é obtida.

No total, a uma conversão de 88% de naftaleno é obtida nestas condições e permitiria um rendimento de gás sintético e hidrogênio mais elevado na gaseificação de biomassa.

A presente invenção obtém para as primeiras taxas de conversão tão elevadas como cerca de 90% sob as condições

3 0 acima descritas. Outras melhorias podem ser obtidas por total ou parcialmente encher o espaço interior das velas de filtro catalítico com material catalisador adicional. Desse modo, uma taxa de conversão ainda maior é possível.

Adicionalmente ou alternativamente, o número de elementos de filtro catalítico pode ser reduzido, permitindo assim uma redução do diâmetro do recipiente do sistema de filtro catalítico. Por causa da alta temperatura de operação, a economia obtida pela redução do diâmetro do recipiente é muito elevada.

Como uma alternativa adicional, o número de elementos de espuma cerâmica catalíticos tubulares pode ser reduzido.

Claims

1. Sistema de filtro catalítico caracterizado pelo fato de que compreende um recipiente de filtragem tendo uma entrada de fluido e uma saída de fluido, uma parede de separação fornecida no interior do referido recipiente de filtragem e uma pluralidade de velas de filtro, em que a referida parede de separação divide referido interior em uma câmara de gás bruto e uma câmara de gás limpo, em que a referida parede de separação compreende uma pluralidade de aberturas destinadas a acomodar de maneira estanque a referida pluralidade de velas de filtro; em que a referida entrada de fluido é disposta em comunicação fluídica com a referida câmara de gás bruto a montante da referida pluralidade de velas de filtro, em que a referida saída de fluido é disposta em comunicação fluídica com a referida câmara de gás de limpeza a jusante da referida pluralidade de velas de filtro, e em que o referido sistema de filtragem compreende um primeiro meio catalítico que é acomodado na referida câmara de gás de limpeza a jusante das referidas velas de filtro e a montante da referida saída de fluido.

2. Sistema de filtro catalítico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as referidas velas de filtro compreendem um catalisador.

3. Sistema de filtro catalítico, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que as referidas velas de filtro compreendem uma membrana de filtro exterior a montante do elemento de filtro.

4. Sistema de filtro catalítico, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um segundo meio catalítico a jusante do referido primeiro meio catalítico e a montante da referida saída de gás limpo.

5. Sistema de filtro catalítico, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3 ou 4, caracterizado pelo fato de que o referido primeiro e / ou segundo meio catalítico compreende um elemento de filtro o tamanho médio dos poros do qual sendo aproximadamente igual ou maior que o tamanho médio dos poros das velas de filtro.

6. Sistema de filtro catalítico, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4 ou 5, caracterizado pelo fato de que a referida pluralidade de velas de filtro são pendentes a partir da referida parede de separação e estendendo desde a parede de separação para a câmara de gás bruto.

7. Sistema de filtro catalítico, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5 ou .6, caracterizado pelo fato de que o primeiro e / ou segundo meio catalítico é fornecido sob a forma de um fusível de segurança.

8. Sistema de filtro catalítico, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6 ou 7, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um dispositivo de sopro de volta acomodado na referida câmara de gás limpo.

9. Sistema de filtro catalítico, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o referido dispositivo de sopro de volta é colocado em uma câmara de gás limpo a montante do primeiro meio catalítico.

10. Sistema de filtro catalítico, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 ou9, caracterizado pelo fato de que o recipiente inclui uma parte de alojamento superior removível que é conectado à parte principal inferior do recipiente a jusante da parede de separação.

11. Sistema de filtro catalítico, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a referida parte de alojamento removível é desenhada para acomodar o primeiro e / ou segundo meio catalítico.

12. Sistema de filtro catalítico, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, ou 11, caracterizado pelo fato de que o primeiro meio catalítico e o segundo opcional e qualquer meio catalítico adicional compreende um elemento catalítico na forma de um leito fixo catalítico, um tapete de fibra, uma estrutura de espuma e / ou uma estrutura de favo de mel.