CN101952034A - 用于活化催化剂的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

描述了用于活化催化剂的设备，其包含用于使得高温气体通过催化剂的装置，用于过滤所述气体的初级过滤器，用于冷却所过滤的气体的装置，和用于过滤所冷却的气体的次级过滤器，其收集了全部小于0.3μm的残留粒子的至少99.97％，其中该次级过滤器一次性的和/或具有小于0.5bar的设计压力。

Description

用于活化催化剂的设备和方法
本发明通常涉及一种微粒过滤器，并且更具体的涉及一种包含这样的过滤器的用于活化催化剂的设备，和一种活化催化剂的方法。
许多催化剂组合物是如下来活化的：使得粗催化剂经历高温一段时间，同时将加工流体的流沿着该催化剂通常，所述流体可以是任何的类型-惰性的，非氧化性的，非还原性的，氧化性的或者还原性的，这取决于催化剂的具体性质和它的目标用途。典型的催化剂活化方法包含对活化流体例如空气进行干燥，然后将它通过催化剂床，同时施加热，直到该催化剂达到期望的温度或者已经失去了一些杂质。在这时将该催化剂在活化温度(典型的是500-1000℃)保持特定长度的时间，同时使得一种或多种气体通过它。典型的催化剂组合物是二氧化硅-或者氧化铝-基的，并且铬可能混合有其他金属例如钛。
在催化剂含铬的情况中，在活化加工之后，至少部分的铬处于六价形式Cr6+。这种形式被认为是潜在致癌的。因此极端的情况不仅需要处理该活化的催化剂，而且还需要处理通过该催化剂的气体，因为这可能携带有含六价铬的微粒。
典型的活化设备包括内过滤器，其截留了所述气体所携带的大部分微粒。这些过滤器通常的组成为烧结的金属筒，其耐受所使用的高活化温度，并且还耐受该催化剂潜在的研磨和腐蚀性。
但是，因为该催化剂有害的性能和内过滤器有限的效率，需要另外的外部防护过滤器来进一步过滤所述气体，并且在该气体可以释放到大气中之前，收集任何残留的微粒。
在活化设备非常老的设计中，例如在US3141742和US3151944所公开的设计中，活化加工的废气首先通过旋风分离器，然后在通过外部过滤器之前，通过冷却机和/或加入空气来进行任选的冷却。该旋风分离器安装在设备的顶部，目的是使得所收集的微粒落回到该设备中。外部过滤器是袋式过滤器，并且必须处理通过所述旋风分离器的全部微粒，其具有有限的效率。外部过滤器(其收集了主要量的催化剂微粒很可能需要反吹系统来清空该过滤器所收集的微粒，并且很可能是有限效率的。处理这样的袋式过滤器来维护和更换也可能是有问题的，这归因于污染物问题。
最近的活化器设计包括用内部过滤器代替旋风分离器。因为使用了高性能材料(通常是烧结金属过滤器)，因此这已经变成可能，所述材料能够经受住冷却和加热到高温的反复循环，以及催化剂的研磨和腐蚀性，和所使用的具体流化气体。另外，通常使用复杂的反吹方法，以使得一些过滤器可以处于反吹模式中，同时其他处于使用中。典型的，这样的金属过滤器具有3μm的分隔尺寸，并且可以除去直径高于1.3μm的98％的粒子，这使得它们在除去微粒物质方面比旋风分离器有效得多。
为了收集残留的粒子，还安装了外部防护过滤器，通常处于冷却机之后，目的是限制气体的温度。
典型的外部防护过滤器也是由昂贵的烧结金属筒制成的，类似于内部过滤器，并且通常包括昂贵的和复杂的反吹系统，该系统需要许多的阀门。维护通常是比较少的，但是有时候该金属过滤器需要更换或者清洁。所述筒的处理是困难的，这归因于它们的脆性，并且清洁需要特定的超声波处理。此外，包着这些过滤器的装置的安装(其包括反吹设备)是昂贵的。
我们现在已经发现一种更廉价的选择，用于过滤离开催化剂活化设备的含有微粒的气体。因此在第一方面，本发明提供一种用于活化催化剂的设备，其包含用于使得气体通过催化剂的装置，用于过滤所述气体的初级过滤器，用于冷却所过滤的气体的装置，和用于过滤所冷却的气体的次级过滤器，其收集了小于0.3μm的全部残留粒子的至少99.97％，其中该次级过滤器的设计压力小于0.5bar，和/或该设备不具有用于该次级过滤器的反吹系统。
本发明的另一方面提供了一种活化含Cr催化剂的方法，其包含使得气体通过催化剂，然后使得所述的气体通过初级过滤器；冷却所过滤的气体；和然后使所冷却的气体通过次级过滤器，其收集了小于0.3μm的全部残留粒子的至少99.97％，其中该次级过滤器的设计压力小于0.5bar和/或其在它的寿命期的任何时间点不经历反吹工艺。
次级过滤器反吹方法在典型的现有技术方法的每个运行过程中不是必需运行的，但是在本发明的方法中整体取消了它，这里不需要该设备包含运行反吹方法所需的阀门和空气压缩系统，这明显降低了资金成本。用“反吹”表示所述方法中的一种次序，在其过程中空气反向流过该次级过滤器，目的是将所收集的粒子从过滤器中吹出。
该次级过滤器任选的具有小于0.5bar的设计压力。设计压力是本领域公知的术语，并且指的是具体的一件装置所设计承受的最大压力。它总是在打算用于涉及到高压的方法中的装置中被提及，并且因此对于本发明的实施例中所用的方法中装置来说是容易确定的。在本发明的情况中，次级过滤器的设计压力指的是容器中的设计压力，过滤器和相关零件包括在该容器中(并且在其中它通常供给用于使用)。
具有低于0.5bar的低设计压力的过滤器的重要性是这样的过滤器被包括在这样的容器中，该容器比需要承受高压的这些容器(例如烧结的金属筒，其通常用作外部(次级)过滤器)更薄，更轻和更廉价。具有这样的低设计压力的过滤器不适于反吹操作，这是因为在反吹过程中发生的压力差：所以它需要定期置换。所以不需要使用用于进行反吹程序这样的过滤器装置。
总而言之，使用本发明的次级过滤器，复杂的反吹装置不是必需的，因为该过滤器可以丢弃而非进行清洁。此外，该过滤器比烧结金属过滤器要廉价得多，并且还非常易于操作和维护，由此降低了资金和维护成本二者。这样的排列对于不使用初级过滤器以及在次级过滤器上游的旋风分离器将是不可能的，因为这确保了两个过滤器一起具有非常高的效率。
优选该次级过滤器是一种高效微粒截留(HEPA)袋式过滤器。HEPA过滤器具有(1)对于0.3mm粒子来说，不小于99.97％的最小除粒子效率，(2)当以额定的空气流量运行时，在清洁时在水中最大1.0的阻抗，和(3)延伸到介质整个深度上的刚性外壳(Burchsted等人，“Nuclear Air CleaningHandbook”)。过滤器介质典型的是由亚微米玻璃纤维在更大直径(1-4mm)的玻璃纤维基质中制成的纸。这样的过滤器可以完整的除去，而无需操作人员与所过滤的材料接触。
典型的，本发明方法中气体通过其的催化剂的温度至少是500℃，并且通常是500-1000℃。
图1表示了本发明的一种优选的实施方案。来自活化设备1的废气(其已经通过了常规的内过滤器4通过冷却机6，其明显的降低了该气体的温度，典型的是降低到低于250℃。该冷却机可以是用大气空气冷却的带有翅片的管。该冷却的气体然后通过分离罐7来收集任何冷凝的气体或者水，然后通过过滤器8，过滤器8优选是一种高效微粒截留(HEPA)袋式过滤器。这样的过滤器可以例如由玻璃纤维制成，并且是一次性使用的筒。它们具有用“袋进袋出”使用设计的外壳，其允许更换过滤器筒，而不将维护人员曝露于有害粒子。
下面的实施例描述了在气体已经通过催化剂之后，在催化剂活化设备中所用的气体的过滤方法。
实施例1(对比例)
在该实施例中，所用的外部过滤器是一种非一次性使用的烧结金属过滤器。
92m3/h(在25℃)流量的废气离开温度为675℃的内烧结金属过滤器。该气体通过带有翅片的管式冷却机(累计长度为10m)，并且用环境空气进行冷却，这将它们的温度降低到45℃。
该气体然后通过外部烧结金属过滤器。它是由四级的双金属过滤器组成，直径为63mm，长度为965mm，由多孔316SS不锈钢制成，并且具有对于小于0.3μm的全部粒子来说99.7％的收集规格，和对于小于3μm的全部粒子来说100％的收集规格。反吹程序自动的依次用于该四个过滤器的每一个中。
实施例2
在该实施例中，所用的外部过滤器是一种一次性使用HEPA过滤器。
如同实施例1，92m3/h(在25℃)流量的废气离开温度为675℃的内烧结金属过滤器。该气体通过带有翅片的管式冷却机(累计长度为10m)，并且用环境空气进行冷却，这将它们的温度降低到45℃。
该气体然后在进入外部过滤器之前通过24英寸(609mm)的分离罐。使用分离罐的原因是因为一次性使用过滤器的设计，其不同于烧结金属过滤器，不具有用于捕集从所述气体中掉出的粒子的装置。该外部过滤器的外壳材料是由不锈钢(并且由Camfil Farr提供)制成，并且允许“袋进袋出”排列。该过滤器本身是一种305mm x305mm x305mm HEPA过滤器，并且由玻纤制成。它截留了低于0.3μm的最小99.97％的粒子。两个这样的过滤器是平行安装的，虽然在任何一个时间点仅仅只有一个处于运行中。这里没有反吹系统。

Claims (7)

1.一种用于活化催化剂的设备，其包含用于使得气体通过催化剂的装置，用于过滤所述气体的初级过滤器，用于冷却所过滤的气体的装置，和用于过滤所冷却的气体的次级过滤器，其收集了小于0.3μm的全部残留粒子的至少99.97％，其中该次级过滤器的设计压力小于0.5bar，和/或该设备不具有用于该次级过滤器的反吹系统。
2.根据权利要求1的设备，其中该次级过滤器的设计压力小于0.5bar，并且该设备不具有用于次级过滤器的反吹系统。
3.一种活化含Cr催化剂的方法，其包含使得气体通过催化剂，然后使得所述的气体通过初级过滤器；冷却所过滤的气体；和然后使所冷却的气体通过次级过滤器，其收集了小于0.3μm的全部残留粒子的至少99.97％，其中该次级过滤器的设计压力小于0.5bar和/或其在它的寿命期的任何时间点不经历反吹工艺。
4.根据权利要求3的方法，其中该次级过滤器的设计压力小于0.5bar，并且其在它的寿命期的任何时间点不经历反吹工艺。
5.根据权利要求3或者4的方法，其中进入次级过滤器的气体的温度低于250℃。
6.根据任何一个前述权利要求的设备或者方法，其中该次级过滤器是由玻璃纤维制成的。
7.根据任何一个前述权利要求的设备或者方法，其中该次级过滤器是高效微粒截留(HEPA)袋式过滤器。
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