CN100391577C

CN100391577C - 用活性炭净化废气的耦合多级装置

Info

Publication number: CN100391577C
Application number: CNB2006100379013A
Authority: CN
Inventors: 史鱼海
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-01-20
Filing date: 2006-01-20
Publication date: 2008-06-04
Anticipated expiration: 2026-01-20
Also published as: CN1820819A

Abstract

本发明提供一种用活性炭净化废气的耦合多级装置，用于废气脱硫、脱硝、除尘、脱重金属和脱有机化合物。它由预净化室、移动式吸附床、净气出口、进料机构和出料机构组成。进料机构和出料机构均由料斗、导料管和下料锁气阀构成。移动式吸附床由一个或一个以上吸附段在高度方向上顺序叠合构成，最上层吸附段顶部设置进料机构，最下层吸附段底部设置出料机构，预净化室和净气出口设置在移动式吸附床侧面。该装置结构紧凑、布料简单、功能齐全、阻力小、净化效果好、活性炭利用充分、装置寿命长、运行费用低。

Description

用活性炭净化废气的耦合多级装置

技术领域

本发明涉及一种采用活性炭针对废气中的有害物质SO₂、NOx、粉尘、重金属(如汞、砷等)和有机化合物(如二恶英等)进行多方位净化的一体化耦合、多级净化装置，属于废气净化环保设备、化工设备制造的技术领域。

背景技术

工业废气中有多种有害物质，如SO₂、NOx、粉尘、汞、砷等重金属和二恶英等有机化合物，需对其净化后排空才不会对大气环境造成污染。因此，需要多种单一用途或多种用途的净化设备。

以活性炭作为脱硫吸附剂同时作为脱硝催化剂和除尘过滤剂的移动床干法脱硫脱硝技术是一种净化功能全面、可资源化、具有经济实用价值的废气净化技术。它实际是利用活性炭的广普吸附性，将废气中的有害物质吸附在其内表面上，再在其内表面上活性点的催化作用下，将SO₂催化氧化为SO₃，并进一步水合成硫酸储存在活性炭的微孔中；NOx在活性炭催化作用下与外加入的NH₃反应生成无害物质N₂和H₂O；废气在穿过活性炭层的流动过程中粉尘被活性炭颗粒过滤清除。

但目前所采用的净化设备床型结构单一，废气与活性炭接触方式要么为错流式，要么为逆流式。这两种流型各有优缺点，错流式废气流动阻力小，逆流式活性炭性能利用充分，净化效果好；目前使用的净化设备顶部活性炭布料设备复杂，故障率高；废气在进入移动床前均未进行预处理，废气中的SO₃和HF等物质对净化设备腐蚀严重，设备寿命短；再生后的碎活性炭作为燃料处理，活性炭利用不充分，运行费用高。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构紧凑、布料简单、功能齐全、阻力小、净化效果好、活性炭利用充分、装置寿命长、运行费用低的用活性炭净化废气的耦合多级装置。

本发明的目的可以通过以下措施来达到：

一种用活性炭净化废气的耦合多级装置，其特征在于它由预净化室(C)、移动式吸附床(D)、净气出口(B)、进料机构(A)和出料机构(E)组成，移动式吸附床(D)由一个吸附段或一个以上吸附段在高度方向上顺序叠合构成，最上层吸附段顶部设有进料机构(A)，最下层吸附段底部设有出料机构(E)。

所述预净化室(C)底部设有接料锥斗(c2)，下部设置原烟气进口(c1)，中上部设置数个碎活性炭喷入口(c3)，与从原烟气进口(c1)进入的废气流垂直的中心面上设置折流挡板(c4)。

预净化室(C)内壁面局部或全部进行陶瓷化处理。

进料机构(A)和出料机构(E)均由料斗、导料管和下料锁气阀构成。下料锁气阀可以采用翻板阀或星型下料阀。

预净化室(C)和净气出口(B)设置在移动式吸附床(D)的侧面。

所述的移动式吸附床(D)内部的每一吸附段含有四个透气面和一个或一个以上氨气喷入机构，四个透气面与水平面所成锐角均成θ角，四个透气面分上、下两层，沿移动式吸附床(D)在装置纵轴线(F)所在中心面呈左右对称布置，四个透气面上流动的活性炭层断面呈菱形，透气面上流动的活性炭层将吸附段分隔成下部的进气室、中间的过渡气室和上部的出气室，每一吸附段上部中央设置进活性炭口，下部中央设置出活性炭口。上层吸附段的进气室与下层吸附段的出气室相连通，最上层吸附段的出气室与装置净气出口相连，最底层吸附段的进气口与预净化室出气口相连。菱形的上顶角为进料口，下顶角为出料口。

透气面与水平面所成θ角大于活性炭在透气面的滑动角，以使得活性炭层在透气板上以一定速度下移。

每个透气面由一个或一个以上的透气板构成，透气板可以是丝网板、冲孔板和格栅板。

所述装置采用模块化、一体化设计，根据废气处理量的大小和废气净化要求，本发明装置可以在高度、长度和宽度方向上扩展。

活性炭工作路线：

采用提升机构将颗粒活性炭添加到装置顶部的加料斗中，加料斗内活性炭经下料锁气阀和导料管连续加入移动式吸附床的最顶部吸附段，在活性炭自身重力的作用下，活性炭经吸附段的上层透气板流至下层透气板，并依次向下流动，直至流入出料锥斗。并在每一吸附段的四块透气板上形成一定厚度的颗粒活性炭层。设计透气板倾角θ，使透气板上的活性炭层厚度处处相等。活性炭在向下流动的过程中与向上流动的废气发生多级、错流接触，脱除废气中的有害物质，与此同时活性炭的吸附和催化能力逐步降低，流入出料斗内的活性炭已吸附饱和、失去活性，采用下料锁气阀排出吸附装置，由导料管或输送机械送入再生塔进行加热再生。活性炭在装置内由上向下移动、采用输送机械输送和再生过程中，会有部分颗粒活性炭被破碎，为控制废气流过颗粒活性炭层的阻力，必须将破碎的碎活性炭、炭粉和自废气中脱出的粉尘与满足尺寸要求、可循环使用的颗粒活性炭分开。实际运行中可以采用筛分设备或分级设备将再生后的活性炭分为颗粒活性炭、碎活性炭、炭粉和烟尘的混合物，颗粒活性炭送入装置顶部加接料斗循环使用，碎活性炭经预净化室侧壁设置的喷入口喷入预净化室用于预处理废气，炭粉和烟尘混合物送入锅炉燃烧。沉降到预净化室接料锥斗内的碎炭一部分送入再生设备再生，另一部分再喷入预净化室循环使用。

废气工作路线：

需净化的废气首先导入预净化室，在预净化室内与碎活性炭喷入口喷入的碎活性炭接触，较大颗粒的碎活性炭在向下沉降的过程中吸附逆向流动的废气中的有害物质。颗粒较小的碎活性炭被废气流携带一起流动，与此同时，吸附废气中的有害物。废气由预净化室进入移动式吸附床的过程中，部分碎活性炭和烟尘靠惯性作用沉降至预净化室接料锥斗和装置下料锥内。在这一预净化过程中，废气中的部分有害物质，特别是痕量SO₃和HF等强腐蚀性物质被碎活性炭吸附脱除。之后，废气流入最下层吸附段进气室。通过设置在吸附段内的氨气喷入机构喷入氨气，氨气与流入的废气混合。根据实际情况确定氨气喷入位置。进气室内的气体穿过下层透气板与透气板上向下流动的颗粒活性炭层错流接触，与活性炭发生第一级作用，颗粒活性炭吸附废气中的SO₂、O₂、H₂O、NOx、重金属、有机化合物和加入的氨气，并过滤废气中所含的烟尘和炭粉。在活性炭的催化作用下，吸附的SO₂被氧化成SO₃并与水结合生成硫酸储存在活性炭的微孔中，NOx和氨气反应生成无害的氮气和水。穿过下层颗粒炭层的废气经过过渡气室再向上流动，再与上层透气板上向下流动的活性炭错流接触，发生第二级作用，进一步净化废气，废气依次向上流动，直至穿过所有的颗粒活性炭层，得到多次净化，最后流入吸附设备的净气出口，净化后废气由净气出口排出本发明装置。

根据废气中有害物质的浓度和净化要求，确定所需的吸附段数量。从单级作用看，废气与向下流动的活性炭层成错流接触方式，但多级作用耦合后，向上流动的废气与向下流动的活性炭层又呈逆流接触方式。因此，本发明装置兼具错流净化床阻力小和逆净化床净化效果好的优点。

本发明的有益效果：

本发明的用活性炭净化废气的耦合多级装置结构紧凑、布料简单、功能齐全、阻力小、净化效果好、活性炭利用充分、装置寿命长、运行费用低。详述如下：

1、本发明装置结构紧凑、布料简单。本发明装置采用模块化、一体化设计，由数个结构相同的吸附段在高度方向上简单叠加构成移动式吸附床，以移动式吸附床为核心，吸附床侧面设置预净化室和净气出口，顶部设置进料机构，下部设置出料机构。整个装置布局合理、结构紧凑，装置外型基本呈长方体。装置空间利用充分，占地面积小。根据废气处理量大小和净化要求，本发明装置可以向高度方向、长度方向和宽度方向扩展。本发明的吸附床进料机构设置在同一条轴线上而不是在一个面上，通过在一条水平线上布料即可实现均匀布料，因此布料简单。

2、本发明装置净化功能齐全。本发明在一个装置内完成吸附、催化和过虑过程，实现废气脱硫、脱硝、除尘、脱重金属和脱有机化合物，多种净化功能集于一身。

3、本发明装置废气流动阻力小，净化效果好，活性炭利用充分。活性炭净化废气工艺阻力消耗主要集中在废气穿过活性炭层的流动过程中，本发明的吸附装置内废气与颗粒活性炭层采用错流式接触方式，废气流动方向与活性炭流动方向正交，因此，流动阻力小。另外，采用本发明装置净化废气时，碎活性炭得到有效利用，在确保一定的活性炭利用率情况下，仍可以使加入移动式吸附床的颗粒活性炭平均粒径较大，炭层厚度一定的情况下，粒径越大炭层阻力越小。本发明装置先用碎炭对废气进行预处理，脱除其中的部分有害物质。之后，再经过多级错流净化，实现逆流净化效果，因此，净化效果好。颗粒活性炭在装置内至上向下流动的过程中与废气经多级错、逆流接触反应，活性炭吸附性能利用充分，循环量小，再生消耗的炭也就相对少很多，且本装置内活性炭层薄，活性炭颗粒受力小，因此活性炭的磨损量少。另一方面，本发明装置充分利用活性炭移动过程中破碎的碎炭，直至用到完全粉化为止。因此，活性炭利用率很高。

4、本发明装置寿命长。寿命长体现在：①装置内部无活动部件；②上层吸附段内的活性炭所受的重力基本不施加于下层吸附段，透气板所受的活性炭压力小，钢材料摩擦损失小；③废气进入移动式吸附层时已进行了预处理，其中的SO₃和HF等强腐蚀物质已被脱除，装置内透气板等钢内构件腐蚀轻微；④废气预净化室相当于一个烟道，可采用无机耐腐材料制造，内表面磨损严重的区域采用陶瓷化处理。

5、本发明装置运行费用低。利用本发明的装置进行废气净化时，活性炭利用充分，处理相同废气量和有害物浓度的情况下，活性炭消耗少，购置费用省；设备阻力小，风机功率消耗少；布料简单，降低布料设备的功率消耗；装置腐蚀轻，装置可选用低阶材料(如普通碳钢)制造，装置主要部件--透气板受力小，钢材料用量省，因此装置造价低，降低了设备折旧和财务费用。

附图说明

图1本发明装置主视图

图2本发明装置右视图

图3本发明装置俯视图

图4本发明装置主视剖视图

图5格栅板图

图中各符号的意义如下：

1-原废气，2-颗粒活性炭，3-净废气，4-失活活性炭，5-碎活性炭；

A-进料机构，B-净气出口，C-预净化室，D-移动式吸附床，E-出料机构，F-装置纵轴线(布料轴线)；

a1-加料斗，a2-下料锁气阀，a3-导料管，c1-原烟气进口，c2-接料锥斗，c3-碎活性炭喷入口，c4-折流挡板，c5-预净化室废气出口/吸附段d1废气入口，d1，d2，d3-吸附段，d11-吸附段d1下层透气板，d12-吸附段d1出料口，d13-吸附段d1进气室，d14-吸附段d1透气板上活性炭层，d15-吸附段d1氨气喷入机构，d16-吸附段d1过渡气室，d17-吸附段d1上层透气板，d18-吸附段d1出气室，d19-吸附段d1进料口，d25-吸附段d2氨气喷入机构，d35-吸附段d3氨气喷入机构，e1-出料锥斗，e2-下料锁气阀，e3-导料管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

参照以下实施例对本发明的特点作更清楚的说明。然而，不应将实施例认为是对本发明范围的限制。

由附图可见，本发明装置由两个进料机构A、两个净气出口B、两个预净化室C、移动式吸附床D和出料机构E组成。进料机构A由加料斗a1、下料锁气阀a2和导料管a3构成。出料机构E由出料锥斗e1、下料锁气阀e2和导料管e3构成。三个结构相同的长方体结构的吸附段d1、d2、d3在高度方向上顺序叠合构成移动式吸附床D，吸附段d3顶部中央设置进料机构A，吸附段d1底部设置出料机构E，净气出口B和预净化室C设置在移动式吸附床侧面。本发明装置的壁面可以采用钢结构或无机材料浇铸、砌筑结构。预净化室C下部设置原烟气进口c1，底部设置接料锥斗c2，中上部壁面位置设置数个碎活性炭喷入口c3，预净化室C内与废气流垂直的中心面上设置折流挡板c4。预净化室C内壁面全部贴陶瓷板。每一个吸附段含有四个透气面，其中含有两个吸附段d1下层透气板d11和两个吸附段d1上层透气板d17和一个吸附段d1氨气喷入机构d15。透气板采用格栅板(图5)，吸附段d1透气板上活性炭层d14厚度处处相等、断面呈菱形。菱形的上顶角为吸附段d1进料口d19，下顶角为吸附段d1出料口d12。吸附段d1透气板上活性炭层d14将吸附段分隔成下部的吸附段d1进气室d13、中间的吸附段d1过渡气室d16和上部的吸附段d1出气室d18。装置纵轴线F为本发明装置的布料线，添加的活性炭送至装置纵轴线F上的两个加料斗a1即可实现布料均匀。

本实施例装置的工作过程是：原废气1分两路由原烟气入口c1进入预净化室C，在预净化室C内与碎活性炭喷入口c3喷入的碎活性炭5接触，较大颗粒的碎活性炭5向下沉降的过程中吸附废气中的有害物质，颗粒较小的碎活性炭5被废气流携带一起流动，与此同时，吸附废气中的有害物。废气由预净化室C进入吸附段d1的进气室d13的过程中，部分碎活性炭5和烟尘靠惯性作用沉降至预净化室C接料锥斗c2和出料锥斗e1内。在这一预净化过程中，废气中的部分有害物质，特别是痕量SO₃和HF等强腐蚀性物质被碎活性炭5吸附脱除，之后接料锥斗c2中沉降下来的碎活性炭5再采用空气或输送机械将一部分输送至碎活性炭喷入口c3，再次喷入预净化室C循环使用，另一部分送至再生设备再生，再生后与新产生的碎活性炭一起送入碎活性炭喷入口c3喷入预净化室C预处理废气。

经过预净化、进入吸附段d1进气室d13的废气在移动式吸附床D内由下向上流动，同时活性炭2在下料锁气阀a2和e2的作用下在吸附床D内透气板上由上向下流动，废气连续穿过六层活性炭层方可到达装置顶部的净气出口B。每次废气穿过颗粒活性炭层时，活性炭就吸附烟气中的有害物质和由吸附段d1氨气喷入机构d15，吸附段d2氨气喷入机构d25，吸附段d3氨气喷入机构d35喷入的氨气(氨气仅穿过五层)，在颗粒活性炭的过滤作用下脱除废气中的粉尘，并在活性炭催化作用下，SO₂被催化、氧化、水合成硫酸储存在活性炭的微孔中，NOx与氨气反应生产无害的氮气和水。每经一级反应，废气就得到进一步净化，而活性炭上的吸附物也就逐步增加，吸附、催化活性逐步降低。控制下料锁气阀e2的下料速度，将失去活性的活性炭排出本发明装置。送入再生设备进行加热再生，再生后进行分级处理，将满足尺寸要求的颗粒活性炭送入本发明装置顶部加料斗a1，循环使用。粒度较小的碎活性炭送入碎活性炭喷入口c3预处理废气。经六级反应后废气得到净化，由净气出口B排出本发明装置，完成废气净化操作。

Claims

1.一种用活性炭净化废气的耦合多级装置，其特征在于它由预净化室(C)、移动式吸附床(D)、净气出口(B)、进料机构(A)和出料机构(E)组成，移动式吸附床(D)由一个吸附段(d1)或一个以上吸附段(d1)在高度方向上顺序叠合构成，最上层吸附段顶部设有进料机构(A)，最下层吸附段底部设有出料机构(E)，净气出口(B)设在移动式吸附床(D)上部，预净化室(C)与移动式吸附床(D)相邻，每一吸附段含有四个透气面和一个或一个以上氨气喷入机构，四个透气面与水平面所成锐角相等，标记为θ角，四个透气面分上、下两层，沿移动式吸附床(D)在装置纵轴线(F)所在中心面呈左右对称布置，四个透气面上流动的活性炭层断面呈菱形，透气面上流动的活性炭层将吸附段分隔成下部的进气室、中间的过渡气室和上部的出气室，每一吸附段上部中央设置活性炭进料口，下部中央设置活性炭出料口。

2.根据权利要求1所述的耦合多级装置，其特征在于：所述预净化室(C)底部设有接料锥斗(c2)，下部设置原烟进气口(c1)，中上部设置数个碎活性炭喷入口(c3)，与从原烟进气口(c1)进入的废气流垂直的中心面上设置折流挡板(c4)。

3.根据权利要求1所述的耦合多级装置，其特征在于：θ角大于活性炭在透气面上的滑动角。

4.根据权利要求1所述的耦合多级装置，其特征在于：每个透气面由一个或一个以上的透气板构成，透气板可以是丝网板、冲孔板和格栅板。