CN101605589A - 用于净化金属制备中由矿石和/或其他含金属材料的烧结工艺所产生的废气的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于净化在金属制备过程中由矿石烧结过程所产生的废气的方法,其中矿石材料使用固体燃料通过燃烧该固体并使其经历阴燃工艺而烧结,至少降低或基本去除有害物质SOx和/或HCl以及NOx。为此,将烧结废气由下通过已负载有NOx以及SOx和/或HCl的吸附剂和/吸收剂的下层(54B)和上层(54A)送入移动床反应器(50),其中烧结废气中的至少主要量的SOx和/或HCl成分吸附在负载有NOx的吸附和/或吸收剂的多孔体系中。净化掉大部分SOx和/或HCl成分的烧结废气与含铵化合物如氨水或尿素充分混合,并通过该移动床反应器的上部水平气体流入和散装材料排出板(52A)流入已负载有NOx和少量SOx和/或HCl的吸附和/或吸收剂上层。在流过该上层(54A)过程中,烧结废气中的至少主要量的NOx成分吸附在负载有NOx或N2和少量SOx和/或HCl的吸附和/或吸收剂表面上。新鲜的和/或再生的吸附和/或吸收剂经散装材料分布板(50C)加到该移动床反应器的上端,随后不间断地通过整个移动床反应器的上层和下层,其中首先NOx或N2和水蒸气吸附在表面上,然后SOx和/或HCl吸附在多孔体系中。

Description

用于净化金属制备中由矿石和/或其他含金属材料的烧结工艺所产生的废气的方法和装置
[0001] 技术领域
[0002] 本发明涉及根据权利要求1前序部分的用于净化在金属制备过程中由矿石烧结工艺所产生的废气的方法以及根据权利要求11前序部分的实施该方法的装置。
[0003] 背景技术
[0004] 在矿石材料烧结中,将该材料与含有小颗粒碳的固体混合并置于烧结带上,在该烧结带上向前输送的过程中该固体至少部分燃烧的情况下,该材料被输送至出料端。或者,将原料制粒或压块,然后烧结。供给燃烧空气。在烧结过程中,进料经过阴燃和至少部分燃烧过程,由此使原料聚结,即烧结成较大的块。由于供给的燃烧空气增加燃烧和阴燃工艺,因此进料释放出大量气体,该气体除组分CO2及可能的CO、O2、H2O和/或N2外还含有一系列污染物。特别地,所述污染物是氮氧化物(NOx)、SO2、HCl、二噁英、呋喃类物质、粉尘和由阴燃工艺产生的可升华的或可凝结的残留物、重烃和/或重金属。
[0005] 对空气维持的研究表明,例如来自烧结带的废气包含大体上在金属制备过程中所产生的全部杂质的很大一部分。因此,在铁和钢的生产中相应排放物的90%以上的污染物是二噁英和呋喃类物质。由于烧结带装置格外大的废气量,迄今为止仅在非常大的花费下才可能进行令人满意的气体净化,这种花费明显增加钢生产的总成本。特别地,由于烧结带废气中污染物的级分不同以及其组成随进料有很大波动,并且由于污染物非常不同的反应和可利用的净化方法,因此必须相继实施多个净化步骤。
[0006] 因此,例如提出了所谓的气载流法,在下游滤出气载流颗粒,并再下游为减少二噁英而进行催化氧化。采用这些方法会出现相当程度的催化剂受损,这特别变现为有机烃对催化剂的表面覆盖(Abschlussbericht50441-5/217“Verringerung von Dioxinemissionen aus Sinteranlagen”im Auftrag des deutschen Bundesumweltamtes,Dezember 2002)。
[0007] WO 01/17663中提出了另一种用于烧结带装置的废气净化方法,该方法是在气载流-净化步骤中净化烧结带废气,随后进行吸附净化步骤,其中在气载流-净化步骤中,向废气中加入磨碎的(即较小粒度的)高价值活性焦炭,以形成气载流雾状云物。该细碎的吸附剂在气载流相中与来自烧结带废气的一部分待去除的污染物起反应。但作为该气载流过程的后续反应步骤,飞扬的粉尘没有沉降在布滤材上或电过滤器上,而是沉降在逆流移动床反应器的进料侧上,在此该飞扬的粉尘沉降在移动床散装材料的颗粒上,即在其表面上或在颗粒间的空间内。接着,该烧结带废气流过逆流移动床反应器的如由活性焦炭组成的颗粒层,以使该气载流相中的之前经净化的烧结带废气经历吸附净化。在移动床反应器下游的气载流净化过程需要使用第二颗粒状净化剂,这样不会消除移动床中不利的催化剂受损。
[0008] 特别是当从烧结废气中去除NOx很重要时,已证实如果借助催化剂从废气中去除NOx,另一些污染物如SO2和HCl特别有干扰,于是烧结废气中所含的这些和其它污染物对去除NOx而言是所谓的催化剂毒素。
[0009] 因此,在WO 2006/084671 A1中采用预净化步骤以最大量地除去特别是SOx和HCl,并采用后净化步骤,其中用适于沉积NOx的催化剂如含碳吸附剂从上向下流过逆流反应器。这时在单个吸附材料层中实施两步废气净化过程,其中第一步在入口区进行,第二净化步骤在该吸附材料层的后续区进行。已表明,其中例如用氢氧化钙沉淀SO2的预净化步骤也是不够的,因为残留在废气中的SO2和/或HCl的残余量,如果其与用于转化NOx所需的氨水接触,则会导致在该NOx催化剂是含碳吸收剂和/或吸附剂如活性焦炭时该催化剂颗粒膨胀(爆裂颗粒形成,Popkornbildung)。如果在多孔催化剂中形成硫酸铵晶体或氯化铵晶体,也会出现该效应。在孔体系中形成晶体的膨胀会使催化剂结构破裂。因此,该催化剂不仅被消耗了,而且还崩解了。而且,催化剂床中的粒度变小会导致压力损失增加,并由此导致净化过程成本增加。根据WO2006/084671 A1,因为单个反应器床下部的净化段的由此受损的催化剂反复从该单个反应器床的下部板排出,所以烧结带废气达到足够的整体净化。对于烧结废气在进入移动床反应器装置之前的预净化,优选使用袋滤器或电过滤器和/或废气洗涤器。作为替代方案或作为补充,可在气载流的烧结废气中加入细分布的反应剂和/或吸收剂如石灰粉和/或活性焦炭粉,以在烧结废气进入移动床反应器装置之前从中除去至少部分污染物SO2和HCl。优选地,先前经净化的烧结废气在进入移动床反应器装置时的SO2含量小于100mg/标准立方米,优选不大于5mg/标准立方米。
[0010] 这些已知预净化步骤的共同之处在于为此必须进行很大的设备花费,并且必须使用其它可消耗的材料如石灰以及随后处置或进一步处理它们。此外,在湿式洗涤法的情况下,必须克服腐蚀问题、再加热问题和/或水处理问题。
[0011] 发明内容
[0012] 由此,本发明的目的是在净化烧结废气,特别是SOx和/或HCl以及NOx的过程中避免采用使用可消耗的材料的预净化步骤。为实现该目的,提出了一种具有权利要求1特征的方法以及具有权利要求11特征的装置。
[0013] 因此,本发明首先使烧结废气(可能在预除尘步骤后)从下面流入移动床反应器,通过该移动床反应器的下部水平气体流入和散装材料排出板,进入已被NOx或N2和可能的水蒸气以及SOx和/或HCl以及可能的其它污染物污染的吸附和/或吸收剂下层;在流过该吸附和/或吸收剂下层的过程中,允许烧结废气中的至少主要量SOx和/或HCl成分以及可能的其它污染物被负载有NOx或N2的吸附和/或吸收剂的孔体系所吸收。主要量SOx和可能的其它污染物被净化的烧结废气在该吸附和/或吸收剂下层的上自由表面离开该层,以接着与含铵化合物如氨水或尿素充分混合,将NOx转化成例如N2和水蒸气。与含铵化合物混合的且主要量SOx和/或HCl成分被净化的烧结废气从下面流过同一移动床反应器的上部水平气体流入和散装材料排出板,进入已被NOx或N2和少量SOx以及可能的其它污染物污染的吸附和/或吸收剂上层。在流过吸附和/或吸收剂上层的过程中,烧结废气中至少主要量的NOx成分和至少一种含铵化合物吸附在负载有NOx或N2和少量SOx以及可能的其它污染物的吸附和/或吸收剂上层的表面上。主要量SOx和可能的其它污染物以及NOx成分被净化的烧结废气在吸附和/或吸收剂上层的上自由表面离开该层,以随后离开该过程。新鲜的和/或再生的吸附和/或吸收剂从上面供给,并经移动床反应器上端的散装材料分布板均匀分布在吸附和/或吸收剂上层的上自由表面上。吸附和/或吸收剂没有被上部气体流入和散装材料排出板区的关闭设备中断,逐渐地并完全地从上向下通过整个移动床反应器的上层和下层,由此首先在其表面上负载NOx或N2和水蒸气,接着在其孔体系中负载SOx和可能的其它污染物。接着,其通过移动床反应器的下部气体流入和散装材料排出板。吸附和/或吸收剂的补充、排出以及移动速度优选间歇地(或连续地)通过下部气体流入和散装材料排出板下方或在下部气体流入和散装材料排出板上的散装材料排出单元实现。在移动床反应器的上层中吸附和/或吸收剂负载SOx和可能的其它污染物的量通过相应控制在下部气体流入和散装材料排出板下方或在下部气体流入和散装材料排出板上的散装材料排出单元调节到相对于负载的吸附和/或吸收剂可预定的量。
[0014] 通过本发明大大简化了方法,同时在单个两步逆流移动床反应器中使NOx和SOx和/或HCl以及可能的其它污染物完全充分地沉积,并且所用吸附和/或吸收剂的吸附/吸收容量利用率高达100%。而且在预净化后烧结废气中仍存在的流向移动床反应器的粉尘量也得以充分去除。该效果出人意料,因为虽然电厂废气中由于所用碳的高度燃烧而比烧结带废气中含明显低的伴随污染物,但从燃煤-电厂废气中同时去除SOx和NOx的旧吸附方法却需约两倍高的吸附剂循环量。同样出人意料的是本发明方法相比较WO 2006/084671 A1中所述在预净化步骤中去除SOx的工艺的上述效率。采用该已知方法,在预净化步骤中每天必须循环若干吨石灰。比较而言,本发明虽然在含铵化合物存在下在已预负载有NOx和其它污染物的吸附和/或吸收剂上沉积SOx,但废气中SOx的去除达到可比的高程度。相比较而言,方法实施简单,并且避免了吸附和/或吸收剂在通过两步移动床反应器移动过程中的干扰。用过的吸附和/或吸收剂的排出和新鲜的吸附和/或吸收剂的补充仅通过在移动床反应器下方存在的散装材料排出单元来控制,并且将吸附和/或吸收剂上层中的负载限制到特定SOx和/或HCl量的程度。
[0015] 如果将移动床反应器的吸附和/或吸收剂上层中的吸附和/或吸收剂对SOx和/或HCl的负载值限制在按从散装材料排出单元排出的吸附和/或吸收剂的重量计最大值为10重量%,优选最大为6重量%,则烧结废气中的NOx沉积程度特别高,并且不会损害阻碍移动床反应器的吸附和/或吸收剂下层中的SOx和/或HCl去除的吸附和/或吸收剂。该限制通过散装材料排出单元控制从移动床反应器下端通过气体流入和散装材料排出板的移动来实现。
[0016] 如果使用含碳吸附和/或吸收剂,则烧结废气中待去除的污染物达到特别高的沉积程度。当吸附和/或吸收剂是活性焦炭时,由此该吸附和/或吸收剂在通过具有两个流入和排出板以及排出设备的两步移动床反应器的途径中获得有利的耐磨性。如果使用成型的活性焦炭,则由此在两个吸附和/或吸收剂层中达到适宜的流量比和较小的压力损失。含碳吸附和/或吸收剂的粒度基本上可宽范围变化。但优选尽可能避免过大的颗粒以及粉尘和碎片形式的所谓尺寸不足的材料。粒度在1-10mm之间是特别有利的。但优选在3-8mm之间的窄范围也是优选的。对于在相同吸附和/或吸收剂上去除NOx以及去除SOx和/或HCl,已证明粒度为4-6mm,优选为5mm数量级是特别有效的。
[0017] 虽然吸附和/或吸收剂在通过移动床反应器后可以全部废弃,特别是在烧结带上燃烧,但证实高价值的含碳吸附和/或吸收剂是特别有利的,因为尽管在本发明中负载有特别高的污染物,但它在再生步骤后仍可重新使用。如果使用从上面加入且与移动床反应器中已再生的活性焦炭相混合的所谓预活化的吸附和/或吸收剂作为新鲜的吸附和/或吸收剂,则对新鲜状态的吸附和/或吸收剂的活性的要求可以较低,因为活性焦炭在每次循环通过移动床反应器之后多次解吸和再生的循环获得足够高的活性。
[0018] 再生优选通过3步工艺的再生步骤进行,其中将来自移动床反应器的负载有污染物的活性焦炭从上引入垂直延伸的再生单元中,首先通过间接加热的解吸器如管式解吸器,接着从上通过后脱气区以吸出解吸的污染气体,最后从上通过间接冷却的冷却器。通过这种方式,再生具有独创意义,并可如所希望地按图1A的实施方案中所述的各个措施更详细地构造。
[0019] 本发明的方法可用作完全干燥的气体净化法,使得消除了使用湿洗涤器等产生的问题以及加热问题。在移动床反应器中优选80℃以上的和适宜为80-180℃的气体温度使方法实施有很大的灵活性,其中50-150℃,优选130-150℃的气体温度产生特别有利的气体净化结果。
[0020] 如果使用根据WO 88/08746 A1的气体流入/散装材料排出板,则移动床反应器中的吸附剂上层和下层高度在反应器横截面上是极其均匀的。基本上,移动床反应器中的层高也可变化,其中有利于或不利于气体排出空间的大小的情况下可加长或缩短在各层上面的散装材料分配管。但通常选择固定的层高。本发明中上层的层高为1.5-4.5m,优选2.5-3.5m,特别优选约3m。下层高度优选稍小些,为0.5-3m,优选1.5-2m,特别优选约1.75m。这些层高和层高差(上层和下层之间)使得甚至在烧结废气的气体组成改变时仍可以简单地实施方法。
[0021] 用于NOx转化并吸附到散装材料上的含铵化合物优选如下制备:在蒸发器中将经加热的含铵溶液和空气的另外的混合物喷入含铵的溶液如NH4OH-溶液和压缩空气的混合物中,形成空气/H2O-蒸气/NH3气混合物。这种形式的空气/H2O-蒸气/NH3气混合物具有本发明的独创意义,并可如所希望地按图1A的实施方案中所述的各个措施更详细地实施。
[0022] 本发明中的“吸附”应理解为废气中的一种或多种成分被直接吸附的工艺。本发明中的“吸收”应理解为待净化的废气中的物质首先经过化学反应,随后仅被吸附。根据烧结废气的组成,优选例如活性焦炭(掺杂或未掺杂的)或含碳的掺杂或未掺杂的吸附和/或吸收剂特别是活性焦炭和用于酸性污染物的反应剂如石灰的混合物作为吸附和/或吸收剂。
[0023] 本方法可以以不同的操作方式实施,而与所用的吸附和/或吸收剂无关。
[0024] 一方面,一次通过指吸附和/或吸收剂经逐步移出移动床反应器下端和在散装材料层的上端逐步补充而单次通过移动床反应器,之后不再用于此过程中。对具有非常小的化学计量因子和/或待净化流体中呈少量固体载量的情况,特别是对少量粉尘载量的情况推荐采用该类运行方式。
[0025] 如果流体的固体载量、特别是粉尘载量较高和/或如果化学计量因子不太有利,那么可使吸附和/或吸收剂若干次循环通过移动床反应器。每次循环之后,吸附和/或吸收剂可接着经过处理以再次使用。该处理例如可以是:筛分如使用振动筛,接着或同时进行空气选粒以沉积磨蚀的尺寸不足的物质和/或沉积粘附在吸附和/或吸收颗粒上的粉尘或再生或掺杂以恢复或改进催化特性。在这两种使用情况(单次或多次使用)下,可使吸附和/或吸收剂在反应器中有长的总停留时间,在一次通过情况下,反应过程中的停留时间特别长,即吸附和/或吸收剂从入口到出口的移动速度较小。吸附和/或吸收剂以较高移动速度通过反应器例如在该待净化流体的高固含量下通常是需要的。
[0026] 借助于本发明,现在还可以利用在预净化步骤中吸附剂(即经济上更有利)的化学计量因子相对小的优点,而不必高消耗吸附和/或吸收剂量来“换取”该优点。由此实现在预净化步骤,特别是在袋滤器前的烧结废气中加入选自氧化钙、氢氧化钙、碳酸氢钠和/或类似的碱金属化合物或碱土金属化合物的物质以与烧结废气中所含的部分SOx、HS和/或HCl相结合。优选的加入量对应于优选为1.0-2.5,优选1.5-2.0的化学计量因子。优选在预净化步骤中部分去除的SOx、HS和/或HCl的量为烧结废气中所含SOx、HS和/或HCl的10-90%,优选50-80%,特别优选65-75%。这样在还用作对粉尘负载和烧结废气中的其它污染物的过滤材料的该物质在预净化步骤中的消耗量保持较低,并且明显降低了较昂贵的吸附和/或吸收剂的消耗量。
[0027] 如实施方案所述,本发明所用的上述和权利要求所保护的待用部件在其尺寸、形状、材料选择或工艺设计方面均无特殊例外的条件,使得本领域所已知的选择准则可不受限制地应用。
[0028] 本发明主题的其它细节、特征和优点由从属权利要求以及相关附图和表的下面描述中可见,其中作为描述示例性烧结带气体净化的实施方案。
[0029] 附图说明
[0030] 图1A示出第一实施方案的方法(流程图)的示意图;
[0031] 图1B示出第二实施方案的方法(流程图)的示意图;
[0032] 图2以透视垂直截面示意的单个反应器组件;
[0033] 图3是作为较大型烧结废气净化装置部分的两个叠加布置的反应器组件。
[0034] 具体实施方式
[0035] 在图1A的实施方案中,在烧结带10上产生的废气经管线11传送到实际上已知的电过滤器20中。由此产生的粉尘经管线12传送回烧结带。以约150-165℃从电过滤器流出的废气经管线13进入后置的鼓风机14中。这为装置运行提供足够的增压。经管线15离开的烧结废气首先通过水蒸发冷却至约135℃,并经鼓风机14’导入在逆流运行的移动床反应器50中的气体流入/散装材料排出板52B。经管线16导出的净化气体可直接送入废气烟囱60,并排入大气。如果希望的话,电过滤器20可通过袋滤器20A补充过滤或替换为袋滤器20A。
[0036] 在移动床反应器装置50中设置的散装材料层54A/B由例如活性焦炭颗粒组成。也已穿过电过滤器20和/或袋滤器20A的粉尘残留物,包括水银和其它重金属和可能的其它污染物如有机化合物,特别是重烃、二噁英和呋喃类物质等直接在入流区,即在下部流入板52B和可能直接位于其上的颗粒层区经吸附、吸收或粘附而沉积。从吸附和/或吸收剂下层54B,烧结废气在侧转向位57从反应器50排出,并在纵向间隙中与NH3彻底充分混合。接着,烧结废气到达反应器50的流入/排出板52A以下,并向上进入吸附和/或吸收剂上层54A以脱氮。如下面对图2和3所解释的,经储料斗56供料的吸附和/或吸收剂相继通过两个吸附剂层54A/B,并向下到达出口。在吸附剂上层54A中,烧结废气仍然基本仅含NOx、二噁英/呋喃类物质或任何其它污染物如PCB和/或PAK,这些物质于是与来自上面的新鲜的或再生的吸附剂或吸收剂结合。在活性焦炭的催化作用下,由NOx和NH3基本形成水蒸气和氮。NH3在其中NH4OH喷入并与压缩空气混合的装置40中产生。具独创意义的NH3加入单元40优选以如下方式运行:
[0037] 25%的NH4OH溶液与压缩空气在40A混合。混合物经管道到达喷嘴板40B(例如多孔板)下方的蒸发器内部。在该蒸发器内部的喷嘴板40B的上侧受空气-NH4OH混合物冲击,该混合物经喷嘴板均匀分布在蒸发器内部。该混合物由热交换器40C充分预热。喷嘴板40B下方的雾化喷嘴40D中由混合区40A供给的NH4OH与压缩空气的未经加热混合物被主要位于喷嘴板40B上的经加热的空气-NH4OH混合物蒸发,使得空气/H2O蒸气/NH3混合物在蒸发器下端在约120℃下进入供料管40E,该供料管为移动床反应器50的转向区57,在此烧结废气转向接触上述混合物。
[0038] 用过的活性焦炭经管线17送入筛分设备80,再次筛出的细粒材料(尺寸不足的材料)经管线17’进入烧结带用作烧结过程的燃料燃烧,而所产生的粗粒材料经管线17”进入实际上已知的再生段70,由此尺寸不足的材料不会返回到移动床反应器50。该再生段70由多级反应器构成,负载的活性焦炭自上而下通过该反应器。在上部预除气段70A中,将活性焦炭加热到约450℃。在中后部脱气段70C中,脱除聚集的富SO2气体并将其经管线19送往处置装置,如硫酸生产装置90,在向下接着的冷却段70B中,仅有少量的污染物仍然释出。从再生单元70,将经再生的吸附和/或吸收剂经管线18再送回移动床反应器50的储料斗56。具有独创意义的再生单元70的运行详述如下:
[0039] 来自移动床反应器50的用过的活性焦炭经筛分设备80和管线17”到达位于上部的储料斗71。位于下面的再生段70A设计为管式解吸器,即在储料斗71的底部有许多向下的竖直管,活性焦炭可以通过这些管移动,同时这些管在其外侧由约450℃的热燃烧空气加热。在再生段70A的下端,这些管通过下部的板进入横截面扩大的室(再生段70C)中,该室作为后脱气区接收活性焦炭,其在室中在约450℃下停留约1-2个小时。从上向下逐渐通过整个再生段的活性焦炭在后脱气区的下端再一次到达管式反应器(再生段70B),该管式反应器的结构类型基本对应于再生段70A的管式解吸器。活性焦炭在此被间接冷却,其中作为冷却气的室温空气用在冷却管的外侧。在再生段70B的下端,输送活性焦炭的管再次将其自由释放到板内。活性焦炭由此进入置于下方的排出斗72中。在再生段70B下端以20°引入的压缩空气在不与活性焦炭相接触下传送到再生段70C的下方。在此管线将在冷却段预热的空气导向提供有空气和燃烧气的加热器73。然后热的燃烧气/空气混合物在不与活性焦炭直接接触下到达再生段70A的下端,温度仍为约450℃的空气在再生段70A的上端再次离开再生单元70。
[0040] 随负载的活性焦炭到达加热段70A的污染物在给定的温度条件和间接加热下解吸,并且可以在后脱气区70C经管线19以及经储料斗71和管线19’作为富SO2气离开再生单元70、抽吸式鼓风机19A产生所需的减压并进一步将富SO2气传送到例如实际上已知的硫酸生产装置90以进一步处理。向管线19’上升的解吸气促进热向在上部再生段70A中外部受热的解吸管内的活性焦炭转移。但也可将图中的虚线管线74作为替代方案,即将含氮吹扫气输送到储料斗71中,并且将该吹扫气通过解吸管导入后脱气区70C并从此送往硫酸装置90。为了也在冷却段70B中从活性焦炭中排出含污染物的气体以及在该冷却段中促进传热,经管线75用含氮吹扫气冲击排出斗72,该吹扫气再经后脱气区70C从再生单元70排出。
[0041] 下表示出废气净化前后的典型废气组成:
[0042]
[0043] 第一实施方案:
[0044] 在第一实施方案中采用图1A中给出的运行条件(不使用袋滤器)。
[0045] 第二实施方案:
[0046] 在第二实施方案中采用图1B中给出的运行条件(使用袋滤器时,其余设置与图1A中的相同)。
[0047] 在图1B的实施方案中,特别是活性焦炭消耗量、待再生的活性焦炭量和产生的H2SO4量均明显小于图1A的实施方案。
[0048] 由图2可见,本发明的移动床反应器50最简单的形式由矩形轮廓的容器50A构成,在容器50A的上端补充活性焦炭,该活性焦炭在位于上方的储料斗56中。活性焦炭由此经散装材料分配板50C以矩阵形式布置的散装材料分配管50B供到活性焦炭上层54A。这在无阻挡单元或关闭设备下完成,使得可利用纯重力填充,如果活性焦炭上层的表面50A’到达散装材料分配管50B的排出端时填充自动结束。在散装材料分配管之间,以实际已知的方式形成气体排出空间。在活性焦炭上层54A的下端,存在例如从WO 88/08746 A1中实际已知的结构模式的上部气体流入和散装材料排出板52A。散装材料通过该上部板52A向下移动,烧结废气向上流动。以矩阵形式排列的散装材料排出漏斗后的散装材料排出管52C穿过中间板53,并将散装材料自由排放到其下面的活性焦炭层54B的上表面。这里也未设置用于活性焦炭的阻挡单元或关闭设备。在活性焦炭下层54B的下端有类似板52A结构的下部气体流入和散装材料排出板52B。在矩阵形式后的向下的散装材料排出管52D穿过中间板55,中间板下面设置有整个组件的排出设备58的单散装材料排出单元。这种排出单元特别从WO 90/14156 A1中已知。负载的活性焦炭在反应器下端移出。
[0049] 待净化的烧结废气在中间板55边缘的转向区57排出,与NH3彻底充分混合,并进入在气体流入/散装材料排出板52B下方的移动床反应器50的散装材料上层54A。
[0050] 由图3可见,移动床反应器50也可构造成两级。于是其基本上由两个相互叠置的具有图2所示结构的组件构成。在图3中,下部组件的附图标记加有’。为了使吸附和/或吸收剂的输送简单,散装材料输送管59A从储料斗56开始布置,完全穿过两移动床反应器组件的上部,并在排出设备58的下面呈Y形分布到下部储料斗56’上,其中中间板51用于将流入下部储料斗56’的新鲜吸附和/或吸收剂与在排出设备58排出的负载的吸附和/或吸收剂完全分开。该上部反应器组件的负载的吸附和/或吸收剂经散装材料输送管59B完全穿过下部反应器组件,由此到达排出漏斗59C,这两个反应器组件的负载的吸附和/或吸收剂通过该排出漏斗从移动床反应器50排出。
[0051] 图4的实际的装置施实例示出按图1A的工艺的一般执行情况,其中相似部件用相同的附图标记表示。与图1A的差别是:
[0052] -用于净化烧结带废气的装置是双通道式的:
[0053] -电过滤器20具有几个区域,此处为5个,在所考虑的组合中在袋滤器之前插入2或3个区域;
[0054] -袋滤器具有许多室20A’,此处有4个并联使用的袋滤器室20A’,每个有多个过滤器袋;
[0055] -在鼓风机14后,袋滤器20A和移动床反应器50可通过管线22旁通到烟囱60,以在特殊情况下避免干扰或受损;
[0056] -附加的鼓风机14’产生所需的超压以克服后面移动床反应器组件50’中的压力损失,关于移动床反应器组件图2中有示出,并且其也可以构造成多级。
[0057] 为了将废气冷却到废气净化装置中的所希望的运行温度,可混入环境空气和/或喷入水以蒸发冷却。该混入和/或喷入位置可位于一个/多个电过滤器和/或袋滤器前。在污染物出现或出现日益增多并且可能还是粘性的烧结带的特殊运行状态下,可向废气流中加入已知的颗粒状材料以捕集污染物。这可在电过滤器之前、袋滤器和/或移动床反应器(过滤器)之前进行,其中该材料单次循环或输送
[0058] 在用于非常大体积的气体流的烧结带废气净化装置中,可通过变化气体在电过滤器、袋滤器和/或组合式移动床反应器组件的一个和/或多个部件中的分布(管11A、15A、17A和可能的阻挡单元)实现改进的灵活性。
[0059] 在本发明中,附图中的特征可单个或相互组合应用,这都在本发明单个实施方案和各种实施例的框架内。
[0060] 附图标记列表:
[0061] 10    烧结带
[0062] 11    管线
[0063] 12    管线
[0064] 13    管线
[0065] 14     鼓风机
[0066] 15     管线
[0067] 16     管线
[0068] 17     管线
[0069] 17’   管线
[0070] 17”   管线
[0071] 18     管线
[0072] 19     管线
[0073] 19’   管线
[0074] 19A    鼓风机
[0075] 20     电过滤器
[0076] 20A    袋滤器
[0077] 40     NH3加入单元
[0078] 40A    混合区
[0079] 40B    喷嘴板
[0080] 40C    热交换器
[0081] 40D    雾化喷嘴
[0082] 40E    供料管
[0083] 50     移动床反应器
[0084] 50A    容器
[0085] 50A’  表面
[0086] 50B        散装材料分配管
[0087] 50B’      表面
[0088] 50C        散装材料分布板
[0089] 50C’      散装材料分布板
[0090] 51         中间板
[0091] 52A,52A’ 上部流入/排出板
[0092] 52B,52B’ 下部流入/排出板
[0093] 52C        散装材料排出管
[0094] 52D        散装材料排出管
[0095] 53,53’   中间板
[0096] 54A,54A’ 散装材料上层
[0097] 54B,54B’ 散装材料下层
[0098] 55,55’   中间板
[0099] 56         储料斗
[0100] 56’       下部储料斗
[0101] 57,57’   转向区
[0102] 58,58’   排出设备
[0103] 59A/B      散装材料输送管
[0104] 59C        排出漏斗
[0105] 60         烟囱
[0106] 70         再生单元
[0107] 70A,B,C    再生段
[0108] 71           储料斗
[0109] 72           排出斗
[0110] 73           加热器
[0111] 74           管线
[0112] 75           管钱
[0113] 80           筛分设备
[0114] 90           硫酸生产装置

Claims (20)

1.一种用于净化烧结工艺的废气的方法,所述烧结工艺在金属制备中对矿石或含金属的废物进行,其中矿石材料,可能与其它含金属材料或含金属废物一起,与至少部分固体燃料一起,在所述固体至少部分燃烧下并在通过阴燃工艺的同时而烧结,所述烧结废气例如来自再循环过程,除含CO2、CO、O2、H2O和/或N2外还含下列污染物中的至少一些:NOx、SO2、HCl、HS、Hg、二噁英、呋喃类物质、粉尘和源自阴燃工艺的可升华或可凝结残留物、重烃和/或重金属,所述方法的特征在于,
-使烧结废气,可能是预除尘步骤后的废气,从下面进入移动床反应器,通过所述移动床反应器的下部水平气体流入和散装材料排出板,进入已经被NOx和SOx和/或其它污染物污染的吸附和/或吸收剂下层,在流过所述吸附和/或吸收剂下层时,烧结废气中的至少主要量的SOx和可能的其它污染物被负载有NOx和/或N2的吸附和/或吸收剂的孔体系所吸附,
-主要量SOx和可能的其它污染物被净化的烧结废气从所述吸附和/或吸收剂下层的上自由表面离开所述下层,以接着与含铵化合物如氨水或尿素充分混合,用于将NOx转化成如N2和水蒸气,
-与所述含铵化合物混合且主要量SOx和/或可能的污染物被净化的烧结废气从下面进入,流过所述移动床反应器的上部水平气体流入和散装材料排出板,进入已被NOx和/或N2以及可能的少量SOx和可能的其它污染物污染的吸附和/或吸收剂上层,在流过所述吸附和/或吸收剂上层时,所述烧结废气中的至少主要量的NOx成分和/或其反应产物吸附在负载有NOx和/或N2和可能的少量SOx和可能的其它污染物的吸附和/或吸收剂的表面上,
-主要量SOx和可能的其它污染物以及NOx成分被净化的烧结废气从所述吸附和/或吸收剂上层的上自由表面离开所述上层,随后离开所述过程,
-将新鲜的和/或经再生的吸附和/或吸收剂经所述移动床反应器上端的散装材料分布板从上均匀分布地加到所述吸附和/或吸收剂上层的上自由表面,在上部气体流入和散装材料排出板区中不被阻挡单元中断,接着逐渐地从上向下完全通过整个移动床反应器的上层和下层,由此相继地首先在其表面上负载NOx或N2和水蒸气,随后在其孔体系中负载SOx和可能的其它污染物,然后通过所述移动床反应器的下部气体流入和散装材料排出板,
-所述吸附和/或吸收剂的后续传递、排出以及移动速度通过在所述下部气体流入和散装材料排出板下面或在所述下部气体流入和散装材料排出板上的散装材料排出单元进行,以及
-所述吸附和/或吸收剂在所述移动床反应器的上层中对SOx和可能的其它污染物的负载量通过相应控制在所述下部气体流入和散装材料排出板下面或在所述下部气体流入和散装材料排出板上的散装材料排出单元调节到相对于负载的吸附和/或吸收剂可预定的量。
2.权利要求1的方法,其特征在于,将所述移动床反应器的吸附和/或吸收剂在上层对SOx和可能的其他污染物的负载值限制在按在所述散装材料排出单元上排出的吸附和/或吸收剂的重量计最大为10重量%,优选最大为6重量%。
3.权利要求1或2的方法,其特征在于,使用含碳吸附和/或吸收剂作为所述吸附和/或吸收剂。
4.权利要求3的方法,其特征在于,所述含碳吸附和/或吸收剂是活性焦炭,特别是成型的活性焦炭。
5.权利要求3或4的方法,其特征在于,所述含碳吸附和/或吸收剂的粒度主要为1-10mm,优选3-8mm,特别优选4-6mm。
6.权利要求3-5之一的方法,其特征在于,从所述移动床反应器下面排出的消耗的或部分消耗的吸附和/或吸收剂在一个再生步骤中被大量去除所吸附和/或所吸收的污染物,并将至少部分单独或与新鲜使用的含碳吸附和/或吸收剂相混合从上方再送入所述移动床反应器中作为吸附和/或吸收剂。
7.权利要求3-6之一的方法,其特征在于,使用预活化剂作为新鲜使用的含碳吸附和/或吸收剂。
8.权利要求3-7之一的方法,其特征在于,在所述吸附和/或吸收剂上的气体净化在大于80℃,优选80-180℃,特别优选100-150℃的温度下进行。
9.权利要求3-8之一的方法,其特征在于,所述移动床反应器中的吸附和/或吸收剂上层的高度为1.5-4.5m,优选2.5-3.5m,特别优选约3m。
10.权利要求3-9之一的方法,其特征在于,所述移动床反应器中的吸附和/或吸收剂下层的高度为0.5-3m,优选1.5-2m,特别优选约1.75m。
11.权利要求1的前序部分,特别是权利要6-10中任一项的方法,其特征在于,用于NOx转化和吸附在散装材料上的含铵化合物由含铵溶液如NH4OH溶液和压缩空气的混合物制备,将所述混合物喷雾到蒸发器中的含铵溶液和空气的另一种经加热的混合物中,形成空气/H2O蒸气/NH3气混合物。
12.权利要求1的前序部分,特别是权利要1-10中任一项的方法,其特征在于,所述再生步骤以3步工艺进行,其中首先将来自所述移动床反应器的负载氮的活性焦炭从上引入垂直延伸的再生单元中,通过间接加热的解吸器如管式解吸器,接着从上通过后脱气区以吸出解吸的污染气体,最后从上通过间接冷却的冷却器。
13.权利要求1-12之一的方法,其特征在于,在预净化步骤中,特别是在袋滤器之前向所述烧结废气中加入选自氧化钙、氢氧化钙、碳酸氢钠和/或类似的碱金属或碱土金属化合物,以与部分SOx、HS和/或HCl相结合。
14.权利要求13的方法,其特征在于,加入量对应于为1.0-2.5,优选1.5-2.0的化学计量因子。
15.权利要求13或14的方法,其特征在于,在所述预净化步骤中去除的SOx、HS和/或HCl的量为所述烧结废气中所含SOx、HS和/或HCl的10-90%,优选50-80%,特别优选65-75%。
16.一种用于净化烧结工艺的废气的装置,所述烧结工艺在金属制备中对矿石或含金属的废物进行,其中矿石材料,可能与其它含金属材料或含金属废物一起,与至少部分固体燃料一起,在所述固体至少部分燃烧下并在通过阴燃工艺的同时而烧结,所述烧结废气例如来自再循环过程,除含CO2、CO、O2、H2O和/或N2外还含下列污染物中的至少一些:NOx、SO2、HCl、HS、Hg、二噁英、呋喃类物质、粉尘和源自阴燃工艺的可升华或可凝结残留物、重烃和/或重金属,所述装置特别用于实施权利要求1-10之一的方法,
所述装置的特征在于,
-具有下部水平气体流入和散装材料排出板(52B;52B’)的充填有吸附和/或吸收剂下层和上层的移动床反应器(50),所述烧结废气从下可通过所述下部气体流入和散装材料排出板(52B;52B’)流入已被NOx和/或N2以及SOx和可能的其它污染物污染的吸附和/或吸收剂下层(54B;54B’),
-后置于所述吸附和/或吸收剂下层的上自由表面(50B’)的混合单元,用于使主要量SOx和可能的其它污染物被净化的烧结废气与含铵化合物如氨水或尿素充分混合,
-所述移动床反应器的上部水平气体流入和散装材料排出板(52A;52A’),在所述上部气体流入和散装材料排出板区无阻挡单元,与含铵化合物混合的主要量SOx和可能的其它污染物被净化的烧结废气可通过所述上部气体流入和散装材料排出板(52A;52A’)从下流入已被NOx或N2和少量SOx以及可能的其它污染物污染的吸附和/或吸收剂上层(54A;54A’),
-所述吸附和/或吸收剂上层(54A;54A’)的上自由表面(50A’),所述主要量SOx和可能的其它污染物以及NOx成分被净化的烧结废气可从所述自由表面(50A’)离开所述吸附和/或吸收剂层,随后离开所述移动床反应器(50),
-在移动床反应器上端的散装材料分布板(50C),新鲜的和/或再生的吸附和/或吸收剂可经所述吸附和/或吸收剂上层的上自由表面从上供给,并可通过所述板均匀分布,
-在所述下部气体流入和散装材料排出板(52B;52B’)上或在其下方的散装材料排出单元(58;58’),通过其可实现所述吸附和/或吸收剂的后续传递、排出以及移动速度,
-所述散装材料排出单元的控制单元,所述移动床反应器的上层(54;54A’)中的吸附和/或吸收剂的SOx和可能的其它污染物的负载量可通过相应控制在所述下部气体流入和散装材料排出板(52B;52B’)下面或在所述下部气体流入和散装材料排出板上的散装材料排出单元(58;58’)调节到相对于负载的吸附和/或吸收剂可预定的量。
17.权利要求16的装置,其特征在于,用于将主要量SOx和可能的其它污染物被净化的烧结废气与含铵化合物如氨水或尿素充分混合的混合单元包括在所述移动床反应器的至少一个壁面上大致水平延伸的狭缝喷嘴。
18.权利要求16的前序部分,特别是权利要16或17的装置,其特征在于NH3加入单元(40),用所述单元制备用于NOx转化和吸附在散装材料上的含铵化合物,其具有含铵溶液如NH4OH溶液和压缩空气的混合区、用于加热含铵溶液和空气的另一混合物的热交换器和用于使第一混合物与经加热的第二混合物在蒸发器中混合的喷雾喷嘴,以形成空气/H2O蒸气/NH3气混合物。
19.权利要求16的前序部分,特别是权利要16-18之一的装置,其特征在于用于3步解吸工艺的再生单元,其中将来自所述移动床反应器(50)的负载有污染物的活性焦炭首先从上送入垂直延伸的再生单元(70),通过间接加热的解吸器如管式解吸器,接着从上通过后脱气区以抽吸解吸的污染气体,最后从上通过间接冷却的冷却器。
20.权利要求16-19之一的装置,其特征在于,如所希望地按图1A/B中的实施方案所述的各方案更详细地构造。
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