CN102740948B - 用于过滤系统的空气污染控制过滤元件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改进的过滤设备、过滤方法和过滤材料，用于捕获载有污染物的流体流，例如加工气流产生的烟道气中的汞和其它污染物。改进的过滤系统包括两层污染物消除层，上游层能过滤颗粒，下游层能吸收和/或催化污染物，例如汞、二噁英、呋喃和NOx。所述改进的过滤系统可以是颗粒过滤袋的形式。可以构造所述颗粒过滤袋用于反向空气过滤系统，其上游层面向所述包的内部体积。所述上游层可以包括层叠在所述上游层上游侧的ePTFE层。

Description

用于过滤系统的空气污染控制过滤元件
背景技术
很多工业领域需要从流体流中除去污染物。所述污染物可以是颗粒形式和/或化学污染物。例如流体流可以是上游燃烧过程中的废气形式。污染物例如二噁英、呋喃、汞和NOx代表多数燃烧废气中严重的问题。如果它们逸出到大气中，会潜在地危害人类健康和环境。目前很多工业和区域中，这些污染物是受控制的。另外，联邦和州权力机关定期对此制定新的规定和/或收紧现有的规定。
可以使用过滤系统来从流体流，例如燃烧废气流中去除颗粒。这类系统需要一段时间中断运转来定期清洁该过滤系统。此外，这类系统可能包括一些元件，这些元件的运转方式使重新使用受到限制或无法重新使用，因此需要中断运转来保养这类系统。此外，这类系统的运转和维护费用昂贵。
发明概述
如前所述，本发明实施方式的目的包括提供改进的从载有污染物的的流体流中过滤颗粒和/或其它污染物的过滤方法和设备，该方法减少了过滤系统的中断时间，降低了维护难度和/或缩减了替代成本。此外，考虑到当前和未来可能的污染规定，一直存在改进污染过滤系统的需要，使其能有效地从流体流中去除污染物。另外，需要对污染去除物进行处理而不产生多种副产物或废弃物流。
在本发明的一个方面，本发明提供的从载有污染物的流体流中去除污染物的方法能实现一个或多个上述目的。所述方法包括先将载有污染物的流体流通入上游元件，再通入下游元件。所述方法包括将载有污染物的流体流通入上游元件来去除流体流中的颗粒。可以设定所述上游元件来去除预定大小的颗粒。所述方法还包括后续将流体流通入下游元件来消除和/或去除流体流中的化学污染物和/或气体污染物。
在另一方面，本发明提供的反向空气过滤系统中过滤载有污染物的流体流的方法能实现一个或多个上述目的。例如载有污染物的流体流可以是工业过程中的燃烧废气流。所述方法包括将过滤设备的进口端与反向空气过滤系统的进料口(例如管板)的敞开处互相连接。所述过滤设备可以包括颗粒过滤袋和可移除地设置在颗粒过滤袋周围的套筒。可移除地设置在颗粒过滤袋周围的套筒(和/或可移除地设置在套筒内的颗粒过滤袋)能方便颗粒过滤袋的维护、重新使用和替代，独立于所述套筒的维护、重新使用和替代。这样，在具体的维护操作中：可以维护或替换所述颗粒过滤袋；可以维护(例如再生)或替换所述套筒；或同时维护或替换所述颗粒过滤袋和维护或替换所述套筒(例如同时维护所述颗粒过滤袋和所述套筒，同时替换所述颗粒过滤袋和所述套筒，维护所述颗粒过滤袋并替换所述套筒，或者替换所述颗粒过滤袋和维护所述套筒)。所述颗粒过滤袋限定出进口端和相对的设置盖端之间的内部体积。这样，过滤设备与管板的相互连接使得所述颗粒过滤袋的内部体积与管板的敞开处相互连接。所述方法还可以包括通过管板的敞开处将载有污染物的流体流导入所述内部体积，然后使所述流体流通过所述颗粒过滤袋。随着载有污染物的流体流通入所述颗粒过滤袋，流体流中的颗粒收集在所述颗粒过滤袋的上游表面或其附近。在所述流体流通过所述颗粒过滤袋之后，它继续流动通过所述套筒。所述方法还可以包括随着流体流通过所述套筒，使所述流体流与所述套筒接触从而消除流体流中的污染物。所述载有污染物的流体流可以包含二噁英、呋喃、汞和/或NOx，可操作所述套筒来消除和/或去除流体流中的这类污染物。
所述颗粒过滤袋可以在相对于所述套筒上游位置进行取向，来保护所述套筒不受悬浮在流体流中颗粒的影响。可以设置所述颗粒过滤袋的过滤效率，这样大部分或基本上所有大于或等于第一设定粒径的颗粒从流体流中滤出，可以设置所述套筒的过滤效率，这样小于第一设定粒径的颗粒基本上不被所述套筒滤出。这样的设置中，所述颗粒过滤袋可以执行颗粒去除的功能和任选的催化和/或吸收功能，所述套筒可以执行催化和/或吸收功能。在这样的设置中，由于所述套筒基本上不执行机械颗粒过滤器的功能(与吸收或催化功能相对)，所述套筒的使用寿命取决于所述套筒中催化和/或吸收组分的使用寿命。
一种设置中所述颗粒过滤袋在0.5英寸水柱的压力降下测得空气渗透率大于2立方英尺每分钟/平方英尺(cfm/ft2)，0.3微米的过滤效率大于80％(5.3cm/s)。在一个实施方式中，所述颗粒过滤袋可以包含膨胀型聚四氟乙烯(ePTFE)。在一个实施方式中，所述颗粒过滤袋可以由多个层组成。例如，所述颗粒过滤袋可以包括由ePTFE膜组成的上游层。这种膜可以层叠至背衬层来形成颗粒过滤袋。所述背衬层可以包括玻璃纤维。
在一个实施方式中，本发明方法的去除步骤包括从流体流中吸收污染物。例如，所述套筒可以包括可操作的炭纤维层来吸收污染物。所述炭纤维层可以包括活性炭。所述炭纤维层可以包括Batha等人的美国专利第4,076,692号所述的从酚醛清漆和/或诺沃洛伊德纤维(novoloidfiber)中生成的活性炭纤维，其全文通过引用并入本申请。这种纤维是已知的，商标名为KynolTM，可购自美国克诺尔公司(AmericanKynol，Inc.)，普莱森特维尔(Pleasantville)，NY10570。在另一实施例中，吸收材料可以存在于所述套筒中，所述套筒可以包含由聚合物粘合剂附着于所述套筒的支承材料的活性炭颗粒。所述聚合物粘合剂可以包含聚合物线(strings)和/或分散初级聚合物颗粒。炭颗粒可以由聚合物粘合剂系留在支承材料上。
在一个实施方式中，所述去除步骤可以包括使流体流与所述套筒中的催化材料接触。所述套筒可以包含催化毡和/或催化织物。套筒中催化剂可以包含至少一种贵金属、过渡金属氧化物、碱金属和碱土金属。在另一实施例中，催化吸收材料可以存在于所述套筒中，所述套筒可以包含由聚合物粘合剂附着于所述套筒的支承材料结构上的活性炭颗粒。术语“活性”表示所述颗粒能作用于流体流中的一种或多种组分，通过催化、反应或者其某种组合来形成改性物质。
本发明方法的一个实施方式可以进一步包括暂停所述导入步骤，进行过滤设备的清洁循环。所述导入步骤的暂停过程中，可以使流体流反向流动以除去在收集步骤中颗粒过滤袋收集的颗粒。清洁循环完成后，重新进行导入步骤。暂停正常气流、使气流反向流动来清洁过滤设备并恢复正常气流可以重复多次，从而周期地进行过滤设备的清洁。
所述过滤设备清洁循环可以在所述颗粒过滤袋的可操作期内多次进行。在某些点，例如在所述颗粒过滤袋的可操作寿命终点，所述方法可以包括将所述套筒与颗粒过滤袋解除连接，再将所述套筒设置在替换颗粒过滤袋上，然后将带有套筒的替换颗粒过滤袋安装到反向空气过滤系统。在另一个实施例中，在某一设定的点，例如所述套筒吸收了预定量的污染物时或者经过预定小时数的使用时间后，所述方法可以包括将所述套筒与颗粒过滤袋解除连接，然后再生所述套筒。再生过程后，所述套筒可以重新使用。可以在同一反向空气过滤系统或另一过滤系统中重新使用。这种重新使用可以执行再生前同样的功能(例如消除污染)。
在另一个方面，本发明提供的维护反向空气过滤系统的过滤设备的方法可以实现一种或多种上述目标，所述方法包括获取反向空气过滤系统的过滤设备，再从所述过滤设备的盖端解除连接过滤设备中可移除地设置在颗粒过滤袋周围的套筒，再将所述套筒从过滤设备中移除，接着将套筒安装在替换颗粒过滤袋周围，再将所述套筒可移除地连接在过滤设备的盖端。所述过滤设备限定出盖端和相对设置的进口端之间的内部体积。所述进口端用来连通载有污染物的流体流。
在一个实施方式中，所述方法可以进一步包括在解除连接步骤之前将过滤设备从反向空气过滤系统中移出，并在可移除地连接步骤之后，将所述过滤设备放回反向空气过滤系统中。所述移出步骤可以包括将所述套筒滑过(slideover)所述颗粒过滤袋的进口端或盖端。所述安装步骤可以包括将所述套筒滑过所述替换颗粒过滤袋的进口端或盖端。所述方法还可以包括在所述解除连接和移出步骤之后，安装和可移除地连接步骤之前，用所述替换颗粒过滤袋替换所述颗粒过滤袋。例如，可以将所述颗粒过滤袋从盖端移出，并且再将所述替换颗粒过滤袋与所述盖端连接。
在本发明的另一方面，提供了包括上游元件和下游元件的设备来实现一个或多个上述目标，这样定位所述上游元件，使得要过滤的载有污染物的流体流在通过下游元件之前通过所述上游元件。可以设定所述上游元件来去除预定粒径的颗粒。可以设定所述下游元件来消除和/或移除所述流体流中的化学污染物和/或气体污染物。
在本发明的另一方法，提供了用于反向空气过滤系统的过滤设备来实现一个或多个上述目标。所述过滤设备可以包括颗粒过滤袋，至少一个沿所述颗粒过滤袋纵轴设置的支承件和可移除地设置在所述颗粒过滤袋和所述至少一个支承件周围的套筒。可移除地设置在所述颗粒过滤袋周围的套筒可以方便所述颗粒过滤袋的维护、重新使用和替换，独立于所述套筒的维护、重新使用和替换。所述套筒可以设置在所述颗粒过滤袋下游表面一侧。所述颗粒过滤袋可以具有进口端用来连通载有污染物的流体流。所述颗粒过滤袋限定出进口端和相对的设置盖端之间的内部体积。所述颗粒过滤袋可以具有面向所述内部体积的上游表面和背向所述内部体积的下游表面。所述支承件用来支撑所述颗粒过滤袋并保持所述内部体积。所述套筒可以包含吸收和/或活性组分，如上文所述，来消除通入所述过滤设备的污染物。
这种过滤设备可以替代现有的反向空气过滤元件而不需要对反向空气袋滤室或其它组件作明显改动。此外，这种过滤设备可以代替将活性炭粉末注入反向空气过滤元件中载有污染物的流体流上游的污染控制系统。
当生产所述套筒的吸收和/或催化性质相对于生产所述颗粒过滤袋成本更高时，设置可移除连接的套筒是特别有益的。因此，在所述颗粒过滤袋的使用寿命结束时，只需要替换所述颗粒过滤袋。所述套筒可以从使用过的颗粒过滤袋上移除，并且装在替换颗粒过滤袋周围。这样所述颗粒过滤袋和所述套筒的寿命周期分离(decoupled)。
在一个实施方式中，所述至少一个支承件以多个环的形式垂直于所述颗粒过滤袋的纵轴取向并且缝制在所述颗粒过滤袋中。所述环能在反向空气清洁循环过程中保持所述颗粒过滤袋不塌陷。所述套筒可以设置在所述颗粒过滤袋的周围。所述套筒可以在所述颗粒过滤袋周围沿圆周张紧。
所述过滤设备可以包括设置在所述颗粒过滤袋盖端的盖。所述盖是可操作的，与所述套筒可移除互连从而在反向空气过滤系统的操作中保持所述套筒。所述套筒可以进一步包括耐磨封套，所述耐磨封套设置在所述套筒对应于所述颗粒过滤袋进口的一端。所述过滤设备可以包括从所述盖中伸出在所述颗粒过滤袋的相对方向上的钩。
在另一方面，本发明提供一种过滤系统来实现一个或多个上述目标，所述过滤系统包括可操作来过滤流体流中颗粒的第一元件和去除所述流体流中汞的第二元件。所述第一元件可以具有上游侧和下游侧，所述上游侧可以进行操作从而朝向要过滤的流体流取向。所述第二元件可以设置在所述第一元件的下游侧上。所述第二元件可以包含从至少一种酚醛纤维和诺沃洛伊德纤维中得到的活性炭纤维。所述第二元件与所述第一元件可移除地靠近设置(和/或所述第一元件与第二元件可移除地靠近设置)，这样所述第二元件可以得到维护(例如再生)、重新使用或替代，独立于所述第一元件的维护、重新使用或替代。
在一个实施方式中，所述第一元件可以是颗粒过滤袋，所述第二元件可以设置在所述颗粒过滤袋周围。所述第一元件限定出进口端和相对设置的盖端之间的内部体积，所述颗粒过滤袋的上游侧可以朝向所述内部体积。在另一实施方式中，所述第一元件限定出出口端和相对设置的盖端之间的内部体积，所述颗粒过滤袋的下游侧可以朝向所述内部体积。
在一个相关方面，提供了从流体流中去除汞的方法来实现一个或多个上述目标，所述方法包括提供过滤系统，将所述过滤系统放置于流体流中，其上游位置带有上游元件来保护下游元件不受悬浮在流体流中的颗粒影响，将所述流体流通入所述上游元件来去除流体流中的颗粒，再将所述流体流通入所述下游元件。随着流体流在所述下游元件的流通，所述流体流可以接触下游元件中包含的炭。下游元件中的炭可以是至少一种酚醛纤维和诺沃洛伊德纤维中得到的活性炭纤维，所述接触可以从所述流体流中去除汞。所述下游元件与所述上游元件可移除地靠近设置(和/或所述上游元件与下游元件可移除地靠近设置)，这样所述下游元件可以得到维护(例如再生)、重新使用或替代，独立于所述上游元件的维护、重新使用或替代。这样，在具体的维护操作中：所述颗粒过滤袋可以进行维护或替代；所述套筒可以进行维护(例如，再生)或替代；或者同时所述颗粒过滤袋可以进行维护或替代和所述套筒可以进行维护或替代。
设置中所述方法包括下游元件的再生，这种再生过程之后，可以重新使用(例如再投入使用)所述下游元件。可以在同一过滤系统或另一过滤系统中重新使用。这种重新使用可以执行再生前同样的功能(例如消除污染)。
在本发明一个实施方式中，所述过滤系统可以是反向空气过滤系统，所述上游元件可以是颗粒过滤袋。所述方法可以进一步包括在通入步骤之前，通过所述颗粒过滤袋的一端将所述流体流导入所述颗粒过滤袋内部。所述流体流可以再通过所述颗粒过滤袋(从所述包的内部到包的外部)，再流过所述下游元件。所述下游元件可以是沿着所述颗粒过滤袋外部的套筒。
在本发明的一个设置中，所述过滤系统是脉冲式喷气过滤系统。这样，所述上游元件可以是颗粒过滤袋，所述方法可以进一步包括进行所述通入和流通步骤时，将流体流导入所述颗粒过滤袋内部。因此，所述流体流可以通过所述颗粒过滤袋进入所述颗粒过滤袋的内部，再经所述颗粒过滤袋的一端脱离所述颗粒过滤袋的内部。
在一个方面，本发明提供了维护载有污染物的流体流过滤系统的过滤设备的方法来实现一个或多个上述目的。所述过滤设备可以包括邻近颗粒过滤袋表面可移动设置的第一套筒。所述第一套筒可以包含从至少一种酚醛纤维和诺沃洛伊德纤维中得到的活性炭纤维。所述方法可以包括获取所述过滤设备，将所述第一套筒与所述设备的颗粒过滤袋分离，再安装第二套筒以使所述第二套筒在邻近所述颗粒过滤袋的表面可移除地设置。所述第二套筒可以包含从至少一种酚醛纤维和诺沃洛伊德纤维中得到的活性炭纤维。所述方法可以进一步包括在安装步骤之前再生所述第二套筒。所述第一和第二套筒可以是同一套筒(例如从所述颗粒过滤袋上分离的套筒可以随后再生并重新安装回所述过滤设备)，或者所述第一和第二套筒是不同的套筒。
在另一方面，本发明提供一种过滤系统来实现一个或多个上述目标，所述过滤系统包括可操作用来过滤流体流中颗粒的第一元件和去除所述流体流中汞的第二元件。所述第一元件可以具有上游侧和下游侧，所述上游侧可以进行操作从而朝向要过滤的流体流取向。所述第二元件可以设置在所述第一元件的下游侧上。所述第二元件可以包括用于去除流体流中汞的汞吸收材料。所述汞吸收材料可以包括由聚合物粘合剂粘附于第二元件的支承材料的活性炭颗粒。所述汞吸收材料可以是可再生的。所述聚合物粘合剂可以包括聚合物线和/或分散初级聚合物颗粒，其中炭颗粒通过聚合物粘合剂系留。所述第二元件与所述第一元件可移除地靠近设置(和/或所述第一元件与第二元件可移除地靠近设置)，这样所述第二元件可以得到维护、重新使用或替代，独立于所述第一元件的维护、重新使用或替代。
在一个实施方式中，所述第一元件可以是颗粒过滤袋，所述第二元件可以设置在所述颗粒过滤袋周围。所述第一元件限定出进口端和相对设置的盖端之间的内部体积，所述颗粒过滤袋的上游侧可以朝向所述内部体积。在另一实施方式中，所述第一元件限定出出口端和相对设置的盖端之间的内部体积，所述颗粒过滤袋的下游侧可以朝向所述内部体积。
在一个相关方面，提供了从流体流中去除汞的方法来实现一个或多个上述目标，所述方法包括提供过滤系统，将所述过滤系统放置于流体流中，其上游位置带有上游元件来保护下游元件不受悬浮在流体流中的颗粒影响，将所述流体流通入所述上游元件来去除流体流中的颗粒，再将所述流体流通入所述下游元件。随着流体流流动通过所述下游元件，所述流体流与下游元件中包含的炭接触，流体流中的汞可以被所述炭吸收。所述下游元件中的炭可以是由聚合物粘合剂粘附于下游元件的支承材料的活性炭颗粒。所述下游元件可以是解吸的(例如可逆吸收)。这样，所述下游元件可以进行操作通过再生工艺的接触来将汞从下游元件中包含的炭中释放。所述下游元件与所述上游元件可移除地靠近设置(和/或所述上游元件与下游元件可移除地靠近设置)，这样所述下游元件可以得到维护、重新使用或替代，独立于所述上游元件的维护、重新使用或替代。
在另一方面，本发明提供一种过滤系统来实现一个或多个上述目标，所述过滤系统包括可以进行操作来过滤流体流中颗粒的颗粒过滤袋和去除所述流体流中汞的第二元件。所述颗粒过滤袋可以具有上游侧和下游侧，所述上游侧可以进行操作从而朝向要过滤的流体流取向。所述颗粒过滤袋限定出进口端和相对设置的盖端之间的内部体积，所述第一元件的上游侧可以朝向所述内部体积。所述第二元件可以设置于所述第一元件的下游侧，这样所述第二元件设置于所述颗粒过滤袋的周围。所述第二元件可以包括用于去除流体流中汞的汞吸收材料。所述第二元件可以靠近所述第一元件可移除地设置(和/或所述第一元件可以与靠近第二元件可移除地设置)，这样所述第二元件可以得到维护(例如再生、清洁)、重新使用或替代，独立于所述第一元件的维护、重新使用或替代。
在一个实施方式中，所述第二元件可以包含从至少一种酚醛纤维和诺沃洛伊德纤维中得到的活性炭纤维。在一个实施方式中，所述第二元件的汞吸收材料可以包括由聚合物粘合剂粘附于第二元件的支承材料的活性炭颗粒。
在一个相关的方面，提供了一种方法来实现一个或多个上述目标，所述方法包括提供过滤系统，将所述过滤系统放置于流体流中，经颗粒过滤袋的敞开端将所述流体流导入所述过滤系统中颗粒过滤袋的内部，再将所述流体流通入所述颗粒过滤袋来去除流体流中的颗粒，使所述流体流再流动通过所述过滤系统的下游元件，其中所述流体流与所述下游元件中包含的炭接触来去除所述流体流中的汞。所述颗粒过滤袋可以放置在相对于所述下游元件的上游位置，来保护所述下游元件不受悬浮在流体流中颗粒的影响。所述炭可以是从至少一种酚醛纤维和诺沃洛伊德纤维中得到的活性炭纤维。所述炭可以是由聚合物粘合剂粘附于下游元件的支承材料的活性炭颗粒。所述下游元件靠近所述上游元件可移除地设置(和/或所述上游元件靠近下游元件可移除地设置)，这样所述下游元件可以得到维护、重新使用或替代，独立于所述上游元件的维护、重新使用或替代。
在另一个方面，提供了过滤系统中过滤载有污染物的流体流的方法来实现一个或多个上述目标，所述方法包括将过滤设备的第一端与过滤系统的管板敞开处相互连接。所述过滤设备可以包括颗粒过滤袋和套筒。所述套筒可以邻近所述颗粒过滤袋的第一表面可移除地设置。所述颗粒过滤袋限定出所述第一端和相对设置的盖端之间的内部体积。所述颗粒过滤袋可以在相对于所述套筒上游位置进行取向，来保护所述套筒不受悬浮在流体流中颗粒的影响。所述方法可以进一步包括在相互连接步骤后将所述流体流通过所述颗粒过滤袋的步骤，通入步骤中用所述颗粒过滤袋收集所述流体流中颗粒的步骤，以及通入步骤之后所述流体流流动通过所述套筒的步骤。此外，所述方法还可以包括当所述流体流流动通过所述套筒时，通过所述流体流与所述套筒的接触来消除所述流体流中的污染物。所述方法可以进一步包括暂停所述流动步骤，当气流暂停时从所述过滤系统中移出所述套筒，然后再生所述套筒。再生过程之后，所述套筒可以在所述过滤系统中重新使用或者在另一过滤系统中重新使用。
在一个实施方式中，所述方法进一步包括重复所述暂停、移出和再生步骤多次。在一个实施方式中，所述颗粒过滤袋可以包含ePTFE。
在一个设置中，所述颗粒过滤袋的第一表面可以是所述颗粒过滤袋的外表面，所述套筒可移除地设置在所述颗粒过滤袋周围。这种设置中，所述流体流可以通过所述第一端、再通过所述颗粒过滤袋、再通过所述套筒流动进入所述内部体积。在另一个设置中，所述颗粒过滤袋的第一表面可以是所述颗粒过滤袋的内表面，所述套筒可移除地设置在所述颗粒过滤袋的内部体积中。这种设置中，所述流体流可以流动通过所述颗粒过滤袋、再通过所述套筒进入所述内部体积，再通过所述第一端。
所述方法可以进一步包括在暂停步骤中和再生步骤之后替换所述过滤系统中套筒的步骤，以及替换步骤后恢复所述流动步骤。另外，所述移出步骤可以进一步包括从所述颗粒过滤袋上分离所述套筒，以及在所述暂停步骤中，将替代套筒放置在所述颗粒过滤袋附近，恢复所述流动步骤，其中所述颗粒过滤袋和替代套筒安装在空气过滤系统中。
在一个实施方式中，所述再生步骤可以包括将所述套筒放置于炉中，并将所述套筒暴露于相对于所述流体流的温度升高的解吸温度。所述解吸温度高于所述流体流的温度(例如，所述流体流的平均温度)至少约30℃。所述解吸温度可以是至少180℃。将所述套筒暴露于所述解吸温度的时间至少为60分钟。所述消除步骤可以包括去除所述流体流中的汞，所述再生步骤可以包括从所述套筒中解吸汞。
在另一方面，提供了一种过滤系统的过滤方法来实现一个或多个上述目标，所述方法包括将过滤设备与载有污染物的流体流相对取向，这样所述过滤设备的第一层设置在上游位置，所述过滤设备的第二层设置在下游位置。所述方法进一步包括所述流体流通过所述第一层，在通过步骤中用所述第一层收集所述流体流中的颗粒，在通过步骤之后所述流体流流动通过所述第二层，在流动步骤中通过所述流体流与所述第二层的接触消除流体流中的污染物。所述方法可以进一步包括暂停所述流动步骤，在暂停步骤中从所述过滤系统中移出所述第二层，在移出步骤之后再生所述第二层。再生过程之后，所述第二层可以在所述过滤系统中重新使用或者在另一过滤系统中重新使用。
在一个实施方式中，所述方法可以进一步包括在暂停步骤中和再生步骤之后替换所述过滤系统中所述第二层的步骤，以及替换步骤后恢复所述流动步骤。在另一个实施方式中，所述方法可以进一步包括将替代第二层放置在所述第一层下游，恢复所述流动步骤，其中所述第一层和所述替代第二层安装在空气过滤系统中。
在一个实施方式中，所述取向、通过、收集、流动和消除步骤在第一设施进行，所述再生步骤在第二设施进行。所述第一设施与所述第二设施相距甚远。所述方法可以进一步包括再生步骤之前将所述第二层从第一设施运输到第二设施，再生步骤之后将所述第二层从第二设施运输到第一设施。例如，使用过滤系统的工厂可以暂停过滤工艺，移出第二层，将其运送到远离的维护设施，在那里所述第二层得到再生。再生之后，所述第二层可以运回工厂并安装到过滤系统中。
所述再生步骤可以包括将所述第二层放置于炉中，并将所述第二层暴露于相对于所述流体流的温度升高的解吸温度。所述再生步骤可以进一步包括在再生步骤中捕获所述第二层解吸的汞，并处理所述捕获的汞。
在一个方面，本发明提供了载有污染物的流体流过滤系统的过滤设备的维护方法来实现一个或多个上述目的，所述方法包括获取所述过滤系统的过滤设备。所述过滤设备可以包括邻近颗粒过滤袋表面可移除地设置的第一套筒。所述方法可以包括从所述过滤设备中分离所述第一套筒，再生第二套筒，在移出步骤之后，将再生的第二套筒安装在所述过滤设备中。
所述获取和安装步骤可以在第一设施进行，所述再生步骤可以在第二设施进行。所述第一设施可以与所述第二设施相距甚远。这样，所述方法可以进一步包括再生步骤之前将所述套筒从第一设施运输到第二设施，再生步骤之后将所述套筒从第二设施运输到第一设施。所述第一套筒和所述第二套筒可以是同一套筒或者所述第一套筒和所述第二套筒可以是分别不同的套筒。
在一个方面，提供了维护载有污染物的流体流过滤系统的方法来实现一个或多个上述目标，所述方法包括从客户手中接收包含吸收污染物的第一套筒，再生第二套筒，将再生的第二套筒运送至客户来替换所述第一套筒。在这一方面，所述第一和第二套筒各自可以进行操作可移除地设置在过滤系统的颗粒过滤袋表面的附近。在一个实施方式中，所述吸收的污染物可以包括汞。所述第一套筒和所述第二套筒可以是同一套筒或者所述第一套筒和所述第二套筒可以是分别不同的套筒。所述第一套筒和所述第二套筒可以各自包含酚醛纤维和/或诺沃洛伊德纤维中得到的活性炭。
在另一个方面，提供了用于空气过滤系统的过滤设备来实现一个或多个上述目标，所述过滤设备包括颗粒过滤袋和套筒。所述颗粒过滤袋可以具有与过滤系统的管板可操作(operative)互连的第一端。所述颗粒过滤袋限定出所述第一端和相对设置的盖端之间的内部体积。此外，所述颗粒过滤袋可以具有上游表面和下游表面。所述套筒可以邻近所述颗粒过滤袋的所述下游表面可移除地设置。所述套筒是可再生的。
在一个实施方式中，所述颗粒过滤袋可以包含ePTFE。在一个实施方式中，所述套筒可以包含从至少一种酚醛纤维和诺沃洛伊德纤维中得到的活性炭纤维。
在一个设置中，所述套筒可以进行操作来吸收载有污染物的流体流中的汞，然后在暴露于相对于所述流体流的温度升高的解吸温度时解吸汞，然后在后续与载有污染物的流体流接触过程中重新吸收汞。
以上讨论的各种方法可以通过手动方式进行，自动化方式进行，或者这两种情况的组合。另外，任意方法的开始实施可以通过自动化方式、手动方式、或者自动化和手动方式的组合来进行。类似地，以上讨论的设备可以以自动化和/或手动的方式进行操作。
以上方面中讨论的各种特征、设置和实施方式可以用于上述任意的方面。本领域技术人员通过进一步阅读以下详述，可以显而易见地理解本发明其它的方法和相应的益处。
附图简要说明
图1是用于过滤系统的空气污染控制过滤元件的一个实施方式的横截面示意图。
图2A是用于过滤系统的空气污染控制过滤元件的一个实施方式的部分截面图。
图2B是图2A中空气污染控制过滤元件的实施方式一个部分的横截面图。
图3是用于过滤系统的袋滤室的示意图，它可以并入图2中空气污染控制过滤元件。
图4是用于过滤系统的空气污染控制过滤元件的一个实施方式的示意图。
图5A是在载有污染物的流体流中过滤颗粒和消除污染物的方法的流程图。
图5B是替换过滤设备中颗粒过滤层的方法的流程图。
图5C是再生过滤设备中消除层的方法的流程图。
发明详述
图1是用于过滤系统的空气污染控制过滤元件100的一个实施方式的横截面示意图。所述空气污染控制过滤元件100可以包括两个部分，上游元件101和下游元件102。如图1所示，在上游元件101和下游元件102之间有缝隙103。在其它的实施方式中，可以放置上游元件101和下游元件102使得它们沿着所述空气污染控制过滤元件100的至少一部分互相接触。
所述上游元件101和下游元件102可以彼此分离。例如，所述下游元件102可以进行操作从而从空气污染控制过滤元件100中移出。移出之后，所述下游元件102可以进行操作从而安装在替代上游元件101的附近。类似地，所述上游元件101可以进行操作从而从空气污染控制过滤元件100中移出，随后安装在替代下游元件102的附近。此外，所述下游元件102可以进行操作从而在其从空气污染控制过滤元件100中移出之后进行维护。维护(如下所述)之后，所述下游元件102可以安装回所述空气污染控制过滤元件100，安装在上游元件101附近。
空气污染控制过滤元件100可以进行操作从而去除载有污染物的流体流A中的污染物。所述载有污染物的流体流A可以是工业过程中的载有污染物的气流。例如，所述载有污染物的流体流A可以是燃烧废气流(例如排放自金属制造设施)。
所述载有污染物的流体流A可以包含但不限于颗粒和化学污染物。例如，所述载有污染物的流体流A可以包含灰的颗粒。所述载有污染物的流体流A可以包含污染物，例如二噁英、呋喃、汞和/或NOx。具体地，汞可以存在于所述载有污染物的流体流A中。
通常可以设置空气污染控制过滤元件100的上游元件101来去除载有污染物的流体流A中预定粒径的颗粒。例如，在一种设置中，上游元件101在0.5英寸水柱压降下测得空气渗透率大于2cfm/ft2，0.3微米的过滤效率大于80％(5.3cm/s)。上游元件101可以包括单层或者可以包括一个或多个亚层。例如，上游元件101可以包括层叠在玻璃纤维背衬上的ePTFE膜。ePTFE膜可以放置在上游元件101的上游侧(如图1所示上游元件101的左侧)，而玻璃纤维背衬可以位于上游元件101的下游侧(如图1所示上游元件101的右侧)。在这种系统中，玻璃纤维背衬通常作为ePTFE膜的支承件。过滤过程中，颗粒通常在ePTFE膜的上游表面形成尘块。这种尘块可以通过清洁工艺(例如以下在反向空气过滤系统所述)去除。
通常设置下游元件102来去除载有污染物的流体流A中额外的污染物，例如化学污染物。可以设置下游元件102用于特定的污染物。
下游元件102可以包含粘合剂来捕捉污染物和/或催化剂用来将污染物分解或转换为更理想的状态。下游元件102可以包括用来与特定污染物反应的催化剂。下游元件可以包含催化材料，例如贵金属、过渡金属、以及碱金属和碱土金属，其氧化物和炭酸盐。优选的催化剂可以包括颗粒，例如氧化钛、氧化铝、二氧化硅和沸石，这些颗粒在其上具有选自贵金属(例如Pt、Pd、Au、Ag、Ir和Rh，包括其化合物)、氧化钒和/或过渡金属(例如Fe、Cu和Al，包括其化合物)的高表面区域。特别优选的催化剂包括二氧化钛的锐钛矿形式V2O5。下游元件可以是催化织物和/或催化毡的形式。
下游元件102可以包含吸收组分来吸收污染物，从而将其从载有污染物的流体流A中去除。例如，下游元件102可以包含活性炭。所述活性炭可以是酚醛纤维和/或诺沃洛伊德纤维中得到的纤维形式。这样下游元件本身可以用吸收材料来构造。酚醛纤维和诺沃洛伊德纤维是交联的三维酚-醛纤维。这些纤维可以用已有技术活化来制造活性炭纤维。美国专利第4,076,692号(Batha等)公开了酚醛纤维/诺沃洛伊德炭纤维活化的一种示例性方法。这种市售的商标为KynolTM的活性炭纤维对吸收气流中的汞特别有效。
在另一个实施例中，下游元件102可以包含以吸收颗粒形式存在的吸收组分。具体地，下游元件102可以包含吸收颗粒，所述吸收颗粒通过聚合物粘合剂附着于下游元件102中多孔的织造或非织造基板上，任选地在基板附近或在基板内，是至少一层保护性微孔层。在一个具体的排列方式中，多孔基板包括织造或非织造的ePTFE纤维。本文中术语“聚合物粘合剂”包括至少一种以固体颗粒形式悬浮在液体中的热塑性弹性体，能形成将吸收颗粒与基板系留的线和分散初级颗粒，以及包括最终固定形式的聚合物粘合剂。合适的聚合物粘合剂包括PTFE、氟代乙烯丙烯、高分子量聚乙烯(即分子量大于或等于1百万)、高分子量聚丙烯(即分子量大于或等于1百万)、全氟丙烯酸酯、聚偏氟乙烯、四氟乙烯、六氟丙烯和偏二氟乙烯的三元共聚物和聚氯三氟乙烯。所述吸收颗粒可以包括活性炭颗粒。美国专利第6,331,351号(Waters等人)描述了所含颗粒用聚合物粘合剂粘附于多孔织造或非织造基板的过滤材料的制造方法和其构造，其全文通过引用并入本文。
在一个设置中，与所述吸收颗粒类似，上述催化剂可以用聚合物粘合剂粘附在多孔织造或非织造基板上。在一个设置中，吸收和催化颗粒都可以用聚合物粘合剂粘附在基板上。
所述上游元件101和下游元件102的寿命周期可以彼此不同。例如，下游元件102可以是催化带，由于其位置在上游元件101的下游，它很少进行或不进行颗粒过滤。相应地，下游元件102的寿命周期基于下游元件102中催化材料的寿命周期，因此其可用寿命可以是上游元件101中通常使用的颗粒过滤器的几倍。此外，下游元件102与上游元件101相比制造成本明显更高。
在一个实施方式中，下游元件102可以一直与上游元件101相连。或者，下游元件102相对于上游元件101可移除地设置。将下游元件102相对于上游元件101可移除地设置是有利的，这样可以拆分上游元件101和下游元件102的可用寿命周期。一旦被拆分，可以设定各个单独的元件，使其总体效率最大化并降低空气污染控制过滤元件100的运行总成本。
具体地，例如当下游元件102比上游元件101贵很多时，可以设定上游元件101以使更贵的下游元件102的寿命最大化。例如，这可以通过设定上游元件101来实现，这样其颗粒过滤效率使得很少或没有颗粒到达下游元件102，这些颗粒会降低下游元件102的效力。这样，下游元件102的使用寿命等于下游元件102的催化或吸收性质的可用寿命。上游元件101这种具体的过滤效率大于污染控制规范所需的效率，由于比上游元件101更昂贵的下游元件寿命的增加，它对空气污染控制过滤元件100的运行成本仍是有利的。这样，当上游元件101的可用寿命结束时，将其与下游元件102拆分，独立于下游元件102进行更换。相应地，由于可以选择其过滤效率，层叠在上游元件101的上游侧的ePTFE层是有利的，这样下游元件102的可操作寿命不受阻塞和/或颗粒累积的限制，而仅仅受到催化或吸收组分寿命周期的限制。
下游元件102可以再生(例如，通过再生方法操作进行再生)。本文中，“再生方法”是指至少部分恢复空气污染控制元件，例如下游元件102的催化活性或吸收能力的方法。当吸收能力至少部分恢复时，所述再生方法使得污染物从空气污染控制元件中分离。这种分离可以表现为从空气污染控制元件释放污染物的形式。通过暴露于加热气体来实现这种分离，所述加热气体在比空气污染控制元件运行温度高的温度下加热。这种再生方法使得空气污染控制元件得以再生，这样再生后的元件具有至少约50％的初始污染物吸收能力。
所述再生方法可以包括收集分离的污染物。例如，在暴露于加热气体的过程中，污染物从空气污染控制元件中释放，这些污染物从空气污染控制元件中被收集(例如通过与炉相连的过滤器，所述炉用来将空气污染控制元件暴露于加热气体)和单独处理(例如弃去(disposed))。这样，污染物可以在第一设施(例如过滤系统所在之处)收集(例如通过空气污染控制元件吸收)，运输至与空气污染控制元件联用的第二设施(例如解吸炉所在之处)，至少一部分污染物可以在第二设施中释放并收集留待处理。
下游元件102可以与上游元件101拆分，经历再生过程。再生方法包括将下游元件102置于预定温度的炉中并经过预定的持续时间，这样吸收的污染物从下游元件102中释放。
通过以下实验来定量从酚醛纤维制得的活性炭织物的汞吸收和解吸能力。实验使用从酚醛纤维制得的活性炭织物的5/8”直径样品。样品在含N2、空气和SO2的气流中暴露于汞蒸气24小时。通过样品的总气流为211立方厘米每分钟(cc/min)。气流控制维持在氮气130cc/min，空气80cc/min和SO21cc/min。汞蒸气通过置于76℃水浴中的渗透管释放到气流中。暴露过程中样品在管式炉中加热至150℃。用汞分光计连续监测测量汞含量来证实暴露量。在各个阶段，用分光计测量样品来确定吸收的汞含量。由于这种定量需要破坏样品，开始时使用多个样品在同一条件下进行实验，实验的不同阶段中对单个样品进行破坏性测试。暴露于汞蒸气第一个24小时之后，用分光计测试第一个样品，发现含12,358份每百万份(ppm)汞。再将其它样品在空气中置于300℃的炉中解吸2小时。用分光计测试第二个样品，发现含731ppm汞。再以与之前暴露过程同样的方式将其它样品重新暴露24小时。再用分光计分析第三个样品，发现含11,016ppm汞。
图2A是用于反向空气过滤系统的空气污染控制过滤元件200的一个实施方式的部分截面图。空气污染控制过滤元件200通常是薄壁圆柱体的形式。圆柱形的底端是可操作的，功能性地与载有污染物的流体流A′相接。载有污染物的流体流A′流入空气污染控制过滤元件200的内侧，再通过圆柱壁表面向外流动来过滤载有污染物的流体流A′，从而得到过滤的流体流B′。如图2A所示，载有污染物的流体流A′在圆柱体中流动。圆柱体的顶端包括盖207，盖207用来支承空气污染过滤元件200并防止流体流从中流过。
图2B是图2A中空气污染控制过滤元件200的一个部分的横截面图。如图2B所示，载有污染物的流体流A′从圆柱体内侧流动(如图2B左侧所示)，通过空气污染控制过滤元件200的各层，从而去除污染物，流至圆柱体外侧(如图2B右侧所示)，从圆柱体中出现记为过滤的流体流B′。
空气污染控制过滤元件200中各层可以按上述图1中过滤元件100类似地构造。这样，上游元件可以包括第一层201a和第二层201b。第一层201a和第二层201b一起形成上游元件201。下游元件202可以置于上游元件201的下游。功能性地，载有污染物的流体流A′通入所述第一层201a的是载有污染物的流体流A′中的颗粒，从流体流中过滤得到。第一层201a可以是预定过滤效率的ePTFE层。例如，第一层201a在0.5英寸水柱压降下测得空气渗透率大于2cfm/ft2，0.3微米的过滤效率大于80％(5.3cm/s)。第一层201a通过第二层201b支承。第二层201b包括玻璃纤维织物背衬。从流体流中过滤的颗粒通常沉积在第一层201a的上游表面。
通过上游元件201之后，流体流然后通过下游元件202。下游元件202可以按上述图1中下游元件102类似地构造。这样，下游元件202包括催化组分和/或吸收组分，例如参见下游元件102中所述的组分。
下游元件202与上游元件201可分离。这样，下游元件202和/或上游元件201可以各自单独替换。
回到图2A，空气污染控制过滤元件200包括多个沿空气污染控制过滤元件200的纵轴设置的支承件。所述支承件可以是支承环的形式，例如支承环203。支承环203可以是附着于空气污染控制过滤元件200的上游元件201的金属(或任何其它合适的材料)环。如图2B所示，可以通过在加固部分201c和第二层201b之间放置支承环203，将支承环203与上游元件201固定。再将加固部分201c缝合至第二层201b，这样将支承环203保持在相对于上游元件201b的位置。加固部分201c可以类似于上游元件201构造。支承环203和其它类似构造的支承环可以对空气污染控制过滤元件200提供支承，来防止当过滤元件200的外部压力大于过滤元件200的内部压力时，例如清洁循环过程中，空气污染控制过滤元件200自身崩塌。
回到图2A，空气污染控制过滤元件200还可以包括置于空气污染控制过滤元件200底部的耐磨织物封套204。封套204对空气污染控制过滤元件200与管板接触的界面提供额外的强度。
下游元件202的顶部205可以进行操作，与盖207的附件206互连。可以任何合适的方法实现这种互连。例如，如图2A所示，附件206可以是圆周脊的形式。下游元件202可以包括刚性带，例如缝制在下游元件202顶部中的金属带。可以设计刚性带的尺寸，这样其内部直径小于附件206的外部直径。相应地，下游元件202可以在上游元件201的整个长度上被遮盖，并通过刚好位于附件206上方的刚性带悬挂。相应地，刚性带不能在附件206下方向下移动。下游元件202也可以以任何合适的方式沿空气污染控制过滤元件200的底部与上游元件201互连。例如，可以使用定位夹同时将上游元件201和下游元件202固定于管板302(图3，以下将描述)的通孔上。
附件206可以与盖207互连，或者是盖207的一部分。吊钩208可以与盖207互连。这样，整个空气污染控制过滤元件200可以用吊钩208悬挂。
如上所述，下游元件202与上游元件201可分离。这使得无论下游元件202还是上游元件201都能单独替换。例如，如上所述，下游元件202的可用寿命明显比下游元件201长，因此保留下游元件202而替换上游元件201是理想的。
在一个替换上游元件201的示例性方法中，第一个步骤是暂时停止载有污染物的流体流A′流动。下一个步骤是将空气污染控制过滤元件200断开连接，将其从吊钩208上解下并且在管板302(图3)的底部断开空气污染控制过滤元件200。接下来，下游元件202与上游元件201的底部断开连接，通过滑过盖207滑出空气污染控制过滤元件200。然后，上游元件201从盖207中移出。再将新的上游元件201与盖207互相连接。接下来，下游元件202滑过盖207和新的上游元件201，再与新的上游元件201底部互相连接。再重新设置空气污染控制过滤元件200，重新开始载有污染物的流体流A′的流动。
如上所述，空气污染控制过滤元件200可以进行操作，安装在反向气流过滤系统上。图3示出这种反向气流过滤系统的一个例子。反向气流过滤系统可以包括袋滤室300和多个单独的空气污染控制过滤元件303。每个单独的空气污染控制过滤元件可以按图2A中的空气污染控制过滤元件200类似地构造。示意性地，图3仅显示了四个空气污染控制过滤元件303。但实际上，袋滤室可以包括很多单独的空气污染控制过滤元件。袋滤室300可以包括进口301，通过它供应载有污染物的流体流A′。流体流通过袋滤室300，通过袋滤室300顶部的出口304之后变成过滤的流体流B’。
袋滤室300可以用来过滤多种工业方法得到的载有污染物的流体流中的污染物。这种流体流可以是制备生产金属过程中的燃煤废气。其它制造业的和/或化学的处理器中的流体流也可以通过袋滤室300过滤。
空气污染控制过滤元件303可以安装在袋滤室300内。这样安装时，每个空气污染控制过滤元件303可以用吊钩208钩在袋滤室300的支承件307上。虽然图3仅示出单个水平条，支承件307可以任何合适的形式与吊钩208相接。例如，支承件可以是格栅接触点的形式，使得多个空气污染控制过滤元件303置于格栅图案中。空气污染控制过滤元件303的底端可以与袋滤室300的管板302互相连接。管板302可以包括多个孔308，孔308将载有污染物的流体流A′导入各个单独的空气污染控制过滤元件303。管板302也可以包括单独加固各个空气污染控制过滤元件303的结构，这样基本没有载有污染物的流体流A′从空气污染控制过滤元件303的旁边通过。
操作中，将载有污染物的流体流A′导向通过进口301并通入每个空气污染控制过滤元件303的内部。经过一段时间，颗粒收集到每个空气污染控制过滤元件303的内部表面上。随着时间的变化，希望去除收集到的颗粒。这可以通过反向空气清洁循环来实现。反向空气清洁循环可以包括短暂暂停载有污染物的流体流A′向袋滤室300流动。停止流动时，可以开始通过袋滤室300的反向气流，这样空气通过出口304和每个空气污染控制过滤元件303的侧壁引入袋滤室300。这种反向气流可以去除收集到每个空气污染控制过滤元件303内部表面上的颗粒。去除的颗粒沿每个空气污染控制过滤元件303的长度落入置于管板302下方的收集件305。收集件305可以包括敞开处306，通过敞开处306可以将去除的颗粒从袋滤室300中移除。从空气污染控制过滤元件303中去除的颗粒满足一定量之后，停止反向气流，恢复常规的过滤操作。
图2A和2B中空气污染控制过滤元件200的构造可以用于反向空气袋滤室，例如图3中的反向空气袋滤室300，可以进行操作来适应明显不如上游元件201坚固的下游元件202。这样，上游元件201可以对下游元件202提供支承。例如，过滤过程中，空气污染控制过滤元件200的大部分压降可以在进行颗粒过滤的上游元件201上发生。相反，下游元件202与上游元件201相比具有相对高的渗透性。相应地，下游元件202上发生很少的压降。因此，载有污染物的流体流A′中相对少的力传输至下游元件202(与上游元件201相比)。
清洁循环过程中当流体流方向反向时，反向气流可能导致下游元件202压住上游元件201。这种情况下，上游元件201可以对下游元件202提供背衬，从而对下游元件202提供机械支承。相反，上游元件201由于其上的明显压降必须足够坚固来承受载有污染物的流体流A′的正常气流在其中通过时的力以及清洁过程中反向气流的力。
图4示出空气污染控制过滤元件400的另一个实施方式。空气污染控制过滤元件400可以在与脉冲式喷气元件清洁系统结合使用的袋滤室中使用。对于空气污染控制过滤元件400，载有污染物的流体流A′通过上游元件401的侧壁进入空气污染控制过滤元件400。可以将上游元件构造成从载有污染物的流体流A′过滤颗粒以达到预定的过滤效率。例如，上游元件401可以包括层叠在玻璃纤维背衬上的ePTFE层。ePTFE层可以设置在上游元件401的外部表面(如图4所示)。用上游元件支承网笼403防止上游元件401崩塌。然后流体流通过下游元件402。下游元件402可以是催化和/或吸收层。例如，下游元件402可以包含酚醛纤维和/或诺沃洛伊德纤维中得到的活性炭纤维，例如商标为KynolTM的市售商品。用下游元件支承网笼404防止下游元件402崩塌。通入下游元件402之后，流体流被过滤，通过空气污染控制过滤元件400顶部的敞开处流出空气污染控制过滤元件400。空气污染控制过滤元件400的另一(底)端可以被覆盖，这样所有进入空气污染控制过滤元件400内部的气流必须通过上游元件401和下游元件402。
操作中，颗粒可以在空气污染控制过滤元件400的外部形成尘块。可以从敞开顶端(与图4所示流体流动相反的方向)向袋中向下导入流体脉冲(例如位于空气污染控制过滤元件400敞开顶部端的喷气机喷出的脉冲压缩空气)来去除尘块。这种脉冲可以扩张并晃动上游元件401使尘块松动，从而使颗粒从上游元件401中脱落。
上游元件401和下游元件402可以单独替换。例如，一旦上游元件401的可用寿命结束，通过从上游元件支承网笼403中滑出可以将上游元件401从空气污染控制过滤元件400中移出。再将新的上游元件401滑动通过上游元件支承网笼403，然后可以放回整个空气污染控制过滤元件400重新使用。类似地，下游元件402可以通过移除下游元件支承网笼404和下游元件402替换，在下游元件支承网笼404周围安装新的下游元件402，将新的下游元件402和下游元件支承网笼404放回空气污染控制过滤元件400。
图4中用于脉冲式喷气过滤系统的空气污染控制过滤元件400的构造可以进行操作，来适应明显不如上游元件401坚固的下游元件402。正常过滤过程中，下游元件402可以用下游元件支承网笼404支承，从而防止下游元件402崩塌。在脉冲式喷气清洁过程中，下游元件支承网笼404和上游元件支承网笼403固定下游元件402，下游元件402的高渗透性使得相对小的力从脉冲式喷气清洁循环的清洁脉冲传输到下游元件402。这样，清洁脉冲可以进行操作，使其基本上通过下游元件402并与上游元件401相互作用来弹出收集在上游元件401上游表面上的尘块。相反，上游元件401由于其上的明显压降必须足够坚固来承受载有污染物的流体流A′在其中通过时的力以及清洁脉冲的力。
上游元件支承网笼403可以用金属线焊接在一起形成圆柱形格栅。可以选择金属线和格栅的大小，以使得上游元件支承网笼403能阻止上游元件401在载有污染物的流体流A′的正常流动过程中崩塌。其它合适的材料和构造方法也可以用于上游元件支承网笼403的构造。类似地，下游元件支承网笼404可以用金属线焊接在一起形成圆柱形格栅。可以选择金属线和格栅的大小，以使得下游元件支承网笼404能阻止下游元件402在载有污染物的流体流A′的正常流动过程中崩塌。此外，下游元件402的强度小于上游元件401，因此下游元件支承网笼404需要更小的格栅尺寸(相对于上游元件支承网笼403，如图4所示)来对下游元件402提供足够的支承，这样它不会在载有污染物的流体流A′的正常流动过程中撕裂或破裂。其它合适的材料和构造方法也可以用于下游元件支承网笼404的构造。
图5A是在载有污染物的流体流中过滤颗粒和消除载有污染物的污染物的方法的流程图。该方法中第一个步骤500是将过滤设备与过滤系统互相连接。所述过滤设备可以这样取向：使得过滤设备的第一层置于上游位置(相对于载有污染物的流体流的方向)，过滤设备的第二层置于下游位置。所述第一层是颗粒过滤层，所述第二层是污染物消除层。有多种互相连接的方式，这取决于过滤系统的类型。例如，上述图2A至3中的反向空气过滤系统中，互相连接的步骤包括将过滤设备的进口端与管板的敞开处互相连接。这种过滤设备可以包括颗粒过滤袋和可移除地设置在颗粒过滤袋周围的套筒。在这种系统中，颗粒过滤袋置于套筒的上游，这样载有污染物的流体流流动通过管板，进入颗粒过滤袋内部，通过颗粒过滤袋，再通过套筒。
过滤设备与过滤系统互相连接之后，下一步骤502是将载有污染物的流体流导入过滤设备。当流体流通入颗粒过滤层时，下一步骤504是在颗粒过滤层上游表面上的和/或颗粒过滤层中收集流体流中的颗粒。当流体流通过消除层时，下一步骤506是消除流体流中的污染物。如上所述，这种消除可以是吸收污染物和/或催化反应的形式。由于过滤是连续的过程，步骤502、504和506都可以同时进行。
当颗粒过滤层接近或达到预定状态时，希望替换该颗粒过滤层。这种预定状态可以通过颗粒过滤层的性能(例如清洁之后超过颗粒过滤层的最大压降)、使用时间和/或其它任何合适的方法确定。例如，在反向空气过滤系统中，颗粒过滤层(以颗粒过滤袋的形式)累积颗粒，这样反向空气清洁方法不能将颗粒过滤层的渗透性恢复至可接受的水平。
图5B是替换过滤设备中颗粒过滤层的方法的流程图。所述方法的第一个步骤520是暂停载有污染物的流体流的流动。暂停流动之后，下一步骤522是从过滤系统中移除颗粒过滤层。例如，在反向空气过滤系统中，步骤522可以包括从袋滤室中移除整个过滤设备，然后从颗粒过滤袋(颗粒过滤层)中移除套筒。在其它的过滤系统中，希望去除颗粒过滤层而同时留下消除层。
在颗粒过滤层去除之后，下一步骤524是在过滤系统中安装替换颗粒过滤袋。对于反向空气过滤系统，步骤524可以是首先将套筒置于颗粒过滤袋上，再将带有套筒的颗粒过滤袋安装到过滤系统中。将替换颗粒过滤层安装到过滤系统上之后，下一步骤526是恢复载有污染物的流体流的流动。
图5C是再生过滤设备中消除层的方法的流程图。所述方法的第一个步骤540是暂停载有污染物的流体流的流动。暂停流动之后，下一步骤542是从过滤系统中移除消除层。例如，在反向空气过滤系统中，步骤542可以包括从袋滤室中移除整个过滤设备，然后从颗粒过滤袋中移除套筒(消除层)。在其它的过滤系统中，希望去除消除层而同时留下颗粒过滤层。
去除消除层之后，下一步骤544是再生消除层。再生方法可以包括将消除层暴露于受控环境中的较高温度。暴露经过预定的时间。将暴露一直进行到满足某些条件。例如，可以连续暴露直到具体污染物或污染物组的解吸速率低于预定的速率。
在一个实施方式中，所述再生步骤可以包括将所述套筒置于炉中，并将所述套筒暴露于相对于所述载有污染物的流体流的温度(例如，平均温度)升高的解吸温度。所述解吸温度比载有污染物的流体流的温度至少高约30℃。所述解吸温度可以是至少约180℃。将所述套筒暴露于所述解吸温度的时间至少为约60分钟。所述消除步骤可以包括去除所述流体流中的汞，所述再生步骤可以包括从所述套筒中解吸汞。例如，当消除层的吸收材料包含酚醛纤维和/或诺沃洛伊德纤维中得到的活性炭纤维时，再生方法可以包括将消除层置于存在空气的180℃炉中60分钟。
再生消除层之后，下一步骤546是将消除层安装在过滤系统中。对于反向空气过滤系统，步骤546可以是首先将以套筒形式的消除层置于颗粒过滤袋上，再将带有套筒的颗粒过滤袋安装到过滤系统中。将过滤设备安装到过滤系统上之后，下一步骤548是恢复载有污染物的流体流的流动。
图5C中的方法可以重复数次。这样，消除层可以经过吸收、再生和再吸收的多个循环。
上述再生方法包括过滤系统中单个消除层的去除、再生和替换。在另一个实施方式中，可以改变所述方法，这样去除的消除层(第一消除层)不是将要安装的消除层。例如，为减少仪器的停机时间，在消除层维护过程中可以使用事先已经过再生的消除层(第二消除层)。这种方法中，可以在去除第一消除层之后立刻安装第二消除层。然后可以再生第一消除层，为后续的在同一过滤系统中安装和重新使用或者在另一过滤系统中重新使用作准备。
此外，可以由消除层再生服务提供商进行再生步骤544。例如，消除层再生服务提供商可以向消费者(例如过滤系统的操作人)提供替换消除层。消费者可以用替换消除层来更换已有的消除层，将使用过的消除层送至消除层再生服务提供商进行再生。再生之后，再生的消除层可以供原来的消费者或其它消费者重新使用。消除层再生服务提供商可以提供其它的服务，例如对使用过的和再生的消除层进行去除和安装。
图5B和5C中所述的方法可以各自不同的次数进行，或者可以同时进行。关于这一点，可以替换颗粒过滤层而不维护消除层。类似地，可以再生消除层而不维护颗粒过滤层。最终，替代颗粒过滤层以及再生消除层是单个过滤系统维护工作的一部分。
给出这些本发明的描述是为了阐述和说明的目的。而且，这些描述并不将本发明限制在本文所述的形式。因此，与上述内容等同的改变和改进形式以及相关领域的技术或知识在本发明的范围内。

Claims (36)

1.一种在反向空气过滤系统中进行过滤的方法，所述方法包括：
将过滤设备的进口端与反向空气过滤系统的管板的敞开处互相连接，所述过滤设备包括颗粒过滤袋、至少一个沿所述颗粒过滤袋纵轴设置的支承件和可移除地设置在所述颗粒过滤袋和所述至少一个支承件周围的套筒，所述颗粒过滤袋在所述进口端和相对设置的盖端之间限定一个内部体积，所述支承件用于支撑以保持所述内部体积，所述支承件包括垂直于所述纵轴取向的多个刚性环，其中所述颗粒过滤袋在相对于所述套筒的上游位置取向，来保护所述套筒不受流体流中悬浮颗粒的影响，所述多个刚性环互相连接从而将刚性环保持在相对于所述颗粒过滤袋的位置；
通过所述管板的所述敞开处将所述流体流导入所述内部体积，所述导入的流体流载有污染物；
在所述导入步骤之后，使所述流体流通过所述颗粒过滤袋；
在所述通过步骤中，用所述颗粒过滤袋收集所述流体流中的颗粒；
在所述通过步骤之后，使所述流体流流动通过所述套筒；和
在所述流动步骤中，使所述流体流与所述套筒接触来消除所述流体流中的污染物。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于，所述颗粒过滤袋包含ePTFE。
3.如权利要求2所述的方法,其特征在于，所述颗粒过滤袋在0.5英寸水柱压降下测得的空气渗透率大于2cfm/ft2，0.3微米的过滤效率大于80％(5.3cm/s)。
4.如权利要求2所述的方法,其特征在于，所述颗粒过滤袋包括置于背衬上游并层叠在背衬上的ePTFE膜。
5.如权利要求1所述的方法,其特征在于，所述消除步骤还包括吸收所述流体流中的污染物。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述套筒包括炭织物层。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述炭织物层包含活性炭。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述炭织物层包含从至少一种酚醛纤维和诺沃洛伊德纤维中得到的活性炭纤维。
9.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述吸收是由活性炭颗粒实现的，所述活性炭颗粒由聚合物粘合剂粘附在所述套筒的支承材料。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，消除步骤还包括使所述流体流与所述套筒中的催化材料接触。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述套筒包括催化带和催化织物中的至少一种。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述催化带和催化织物中的至少一种的催化剂包含贵金属、过渡金属氧化物、碱金属或碱土金属中的至少一种。
13.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述催化材料是活性炭颗粒的形式，所述活性炭颗粒通过聚合物粘合剂粘附在所述套筒的支承材料结构上。
14.如权利要求1所述的方法，它还包括：
暂停所述导入步骤；
在所述暂停步骤中，使所述流体流反向流动来去除在所述收集步骤中所述颗粒过滤袋收集到的颗粒；和
在所述暂停步骤之后，恢复所述导入步骤。
15.如权利要求14所述的方法，它还包括在所述导入步骤中多次重复所述暂停、反向和恢复步骤。
16.如权利要求15所述的方法，在所述重复步骤之后所述方法还包括：
将所述套筒与所述颗粒过滤袋分离；
在所述分离步骤之后，将所述套筒放置于替换颗粒过滤袋周围；和
将所述替换过滤袋安装到所述反向空气过滤系统中。
17.如权利要求15所述的方法，在所述重复步骤之后所述方法还包括：
将所述套筒与所述颗粒过滤袋分离；和
在所述分离步骤之后，再生所述套筒。
18.一种用于反向空气过滤系统的过滤设备，所述设备包括：
颗粒过滤袋，所述颗粒过滤袋具有可操作地与载有污染物的流体流互相连接的进口端，所述颗粒过滤袋在所述进口端和相对设置的盖端之间限定一个内部体积，所述颗粒过滤袋具有一个面向所述内部体积的上游表面和一个背向所述内部体积的下游表面；
至少一个支承件，所述至少一个支承件沿所述颗粒过滤袋纵轴设置来支承维持所述内部体积，所述支承件包括垂直于所述纵轴取向的多个刚性环，所述多个刚性环互相连接从而将刚性环保持在相对于所述颗粒过滤袋的位置；和
套筒，所述套筒包括污染物消除和/或去除材料可移除地设置在所述颗粒过滤袋和所述至少一个支承件周围，所述套筒置于所述颗粒过滤袋的所述下游表面侧。
19.如权利要求18所述的过滤设备,其特征在于，所述颗粒过滤袋包含ePTFE。
20.如权利要求19所述的过滤设备,其特征在于，所述颗粒过滤袋包含背衬和ePTFE层叠体。
21.如权利要求20所述的过滤设备,其特征在于，所述ePTFE层叠体置于所述背衬的上游。
22.如权利要求20所述的过滤设备,其特征在于，所述背衬包括玻璃纤维织物。
23.如权利要求19所述的过滤设备,其特征在于，所述颗粒过滤袋在0.5英寸水柱压降下测得的空气渗透率大于2cfm/ft2，0.3微米的过滤效率大于80％(5.3cm/s)。
24.如权利要求18所述的过滤设备,其特征在于，所述多个刚性环各自垂直于所述纵轴取向。
25.如权利要求18所述的过滤设备,其特征在于，所述套筒包含气体污染物消除材料。
26.如权利要求25所述的过滤设备,其特征在于，所述套筒包括吸收材料。
27.如权利要求26所述的过滤设备，其特征在于，所述吸收材料包括炭织物层。
28.如权利要求27所述的过滤设备，其特征在于，所述炭织物层包含从至少一种酚醛纤维和诺沃洛伊德纤维中得到的活性炭纤维。
29.如权利要求26所述的过滤设备，其特征在于，所述吸收材料包括由聚合物粘合剂粘附在所述套筒支承材料上的活性炭颗粒，所述聚合物粘合剂包括(a)聚合物线和(b)分散初级聚合物颗粒，从而使所述活性炭颗粒通过聚合物粘合剂系留。
30.如权利要求25所述的过滤设备,其特征在于，所述套筒包括催化材料。
31.如权利要求30所述的过滤设备，其特征在于，所述套筒包括催化带和催化织物中的至少一种。
32.如权利要求31所述的过滤设备，其特征在于，所述催化带和催化织物中的至少一种的催化剂包含贵金属、过渡金属氧化物、碱金属或碱土金属中的至少一种。
33.如权利要求18所述的过滤设备，其特征在于，所述套筒在所述颗粒过滤袋周围沿圆周张紧。
34.如权利要求18所述的过滤设备，它还包括设置于所述颗粒过滤袋的所述盖端处的盖子，所述盖子可移除地与所述套筒互相连接，从而在所述反向空气过滤系统的操作中保持所述套筒。
35.如权利要求34所述的过滤设备，其特征在于，所述套筒还包括耐磨封套，所述耐磨封套设置在所述套筒对应于所述颗粒过滤袋进口的一端。
36.如权利要求34所述的过滤设备，它还包括沿所述颗粒过滤袋的相对方向从所述盖中伸出的钩。
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