CN103118791A - 控制颗粒物排放的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于从带颗粒气流中除去颗粒物的方法包括：使带颗粒气流以第一体积流量在第一方向上流到多个ESP单元；产生带电颗粒物；在收集电极板上收集带电颗粒物；减少通过ESP单元中的至少一个ESP单元的流量；使通过一个或多个剩余ESP单元的流量顺序地增加一定的量，以便使通过所有ESP单元的流量之和维持在第一体积流量；使流量减少的至少一个ESP单元中的收集电极板受力，该力从收集电极板去除颗粒物；在颗粒收集容器中收集被去除的颗粒物；以及回收减少了颗粒物污染的气流。

Description

控制颗粒物排放的方法

技术领域

本发明总体上涉及通过静电除尘来控制颗粒物排放的方法。

背景技术

沸石催化剂在流体催化裂化（FCC）精炼工艺中用于把一般低价值的真空瓦斯油转换成馏分，主要是汽油。由于FCC转换和再生过程中催化剂的破损和磨损，在催化剂藏量中产生催化剂“微粒”，这种微粒可能具有直径小于10微米的颗粒尺寸。这些颗粒很容易在任何气体中夹带。因为不期望允许这些颗粒在废气中进入大气，因此已经采用了静电除尘器（ESP）作为在这种颗粒释放到大气中之前捕获它们的方式。

工业应用中最常见的ESP是板-线ESP，其中气体在带正电荷的金属板和带负电荷的电极线之间流动。在板和线之间施加的高压使得在板和线之间的气体中形成带电电晕。板-线ESP的一种备选方案是平板ESP，其中电晕生成电线或者放电电极被放到收集板前面。在ESP工作过程中，带颗粒的气体通过带负电荷的电晕而且颗粒本身变成带负电荷。然后，带电颗粒在流动的气流中被带到带正电荷的收集板，其中收集板与气流的方向平行放置。颗粒积聚到收集板上并且通过各种处理技术被除去。

与静电除尘器相关的一个问题是：当从收集板去除颗粒时颗粒被二次夹带到废气中，其中颗粒的去除一般通过施加机械位移力或者“轻击”。常常被称为“轻击散发”的轻击过程中的颗粒二次夹带占与废气一起逸出ESP的颗粒物（PM）的大部分。已经建议，为了最小化二次夹带，收集表面应当通过合适强度的力来打击，从而吸住在收集电极上松散地形成的尘饼并允许其以饼的形状向下滑到灰斗中，从灰斗中可以收集颗粒物。还推荐了通过对收集电极板添加折流板或者通过采用辅助气体喷射（例如，见美国专利号3,988,130）进一步最小化二次夹带的方法，以便保持大部分废气远离尘饼，由此为灰尘提供在轻击过程中向下滑的静止区。还推荐了在轻击过程中停止或倒转通过除尘器的一部分的气流（例如，见美国专利号3,900,299）。然而，因为对于具有低终速的微小粒子需要长的沉淀时间，所以这些方法对于大型的工业ESP将不是有效的。

随着越来越小的颗粒物被管制（EPA PM10和PM2.5管制），微米和次微米尺寸颗粒物的二次夹带变得更有问题。存在对控制微小颗粒物排放的创新方法的需求。

发明内容

在一种实施方式中，本发明涉及一种用于从带颗粒气流中除去颗粒物的方法，该方法包括：使带颗粒气流以第一体积流率在第一方向上流到多个静电除尘器单元；使经过的气流的至少一部分经过每个静电除尘器中的至少一个放电电极以便产生带电颗粒物；在至少一个主收集电极板上收集带电颗粒物，所述主收集电极板与放电电极相反地充电，直到收集到期望量的颗粒物；减少通过所述静电除尘器单元中的至少一个静电除尘器单元的流量；一定的量使通过剩余的静电除尘器单元中的一个或多个静电除尘器单元的流量顺序地增加一定的量，以便使通过所有静电除尘器单元的流量之和维持在第一体积流率；使流量减少的至少一个静电除尘器单元中的至少一个主收集电极板受力，该力从所述至少一个主收集电极板去除颗粒物；在颗粒物收集容器中收集被去除的颗粒物；以及回收减少了颗粒物污染的气流。

附图说明

为了更完整地理解本发明及其优点，现在结合附图参考以下描述，其中：

图1是以平行流处理方案布置的多个ESP单元的顶视图；以及

图2是包括位于颗粒收集容器内的辅助收集电极的ESP单元的横截面视图。

具体实施方式

在一种实施方式中，本发明涉及一种用于从带颗粒的气流中除去颗粒物的方法，该方法包括：使带颗粒的气流以第一体积流率在第一方向上流到多个静电除尘器单元；使经过的气流的至少一部分经过每个静电除尘器中的至少一个放电电极以便产生带电颗粒物；在至少一个主收集电极板上收集带电颗粒物，所述主收集电极板与放电电极相反地充电，直到收集到期望量的颗粒物；减少通过所述静电除尘器单元中的至少一个静电除尘器单元的流量；使通过剩余的静电除尘器单元中的一个或多个的流量顺序地增加一定的量，以便使通过所有静电除尘器单元的流量之和维持在第一体积流率；使流量减少的至少一个静电除尘器单元中的至少一个主收集电极板受力，该力从至少一个主收集电极板去除颗粒物；以及回收减少了颗粒物污染的气流。

可以合适地应用该过程的带颗粒气流是包含可被赋予电荷的固态或液态颗粒的任何气态流。气流包括，但不限于，氧气、氮气、一氧化碳、二氧化碳、氧化氮、氧化硫、氨和烃类气体中的一种或多种。示例性的气流包括从多尘环境、从制造过程、从采矿过程、从固体处理过程排出的空气流。在一种实施方式中，气流是从燃烧过程，尤其是其中燃烧例如煤、木头、轮胎或者其它废料和垃圾的固体的过程，得到的废气。在一种实施方式中，气流是来自引擎（例如柴油发动机或燃气涡轮机）的废气。在一种实施方式中，气流是来自流体催化裂化过程（FCC）的一个或多个阶段的包含催化剂微粒的流出物。更特别地，这种流出物可以是包含催化剂微粒的含烃气体，在送到分馏阶段之前，这种微粒应当被除去。可选地，这种流出物可以是来自再生器的废气，在排放到大气中之前，这种废气应当被处理以除去例如催化剂微粒的颗粒。

带颗粒的气流包含悬浮在气态成分中的固态或液态颗粒物。气流中的颗粒物具有在气流的温度、压力和速度下被夹带在气流中的尺寸、形状与密度。示例性的固体颗粒物包括催化剂颗粒、煤、焦炭或其它基于碳的粒子、有机物粒子和例如金属氧化物或硫化物的无机物粒子，其中的金属包括铝和硅。在一种实施方式中，颗粒物主要是来自炼油厂中的流体催化裂化单元的再生部分的沸石催化剂粒子。

在一种实施方式中，颗粒物重量的至少70%具有直径小于100微米的粒子尺寸。在一种实施方式中，颗粒物重量的至少70%具有直径小于50微米的粒子尺寸。在一种实施方式中，颗粒物重量的至少70%具有直径小于25微米的粒子尺寸。在一种实施方式中，颗粒物重量的至少70%具有直径小于10微米的粒子尺寸。在一种实施方式中，颗粒物重量的至少70%具有直径小于5微米的粒子尺寸。在一种实施方式中，颗粒物重量的至少70%具有直径小于2.5微米的粒子尺寸。

带颗粒的气流的示例性温度包括20°-1000°C范围内、或者100°-800°C范围内、或者200°-600°C范围内的温度。在用于从带颗粒气流中除去至少一部分粒子的处理过程之前，气流可被加热或者冷却至当其通过分离单元时期望的气体温度。带颗粒气流的压力可以合适地是可从气流中除去颗粒物的任何压力，例如，在大气压至1000psig范围内的压力。在一种实施方式中，这种压力是在从大气压到100psig的范围内。在有些此类实施方式中，压力是在从大气压至50psig、或者从大气压至25psig、或者从大气压至14psig或者从大气压至10psig的范围内。在用于从带颗粒气流中除去至少一部分颗粒物的处理过程之前，气流的压力可被增加或减小到当其通过分离单元时期望的气体压力。

在有些此类的上述方法实施方式中并且参考图1和图2，带颗粒气流4在第一方向上以第一体积流量流向多个静电除尘器单元（3a、3b）。带颗粒的气流4经由进气口1被引入装置，并在处理之后减少了颗粒物污染的气流8经由出气口7除去。分流器2把气流4分成多个流，并且每个流的流量可被独立地控制。每个ESP单元可被设计成处理与其它ESP单元相同的过程气体流量。ESP单元可以包括能够强迫气态流从进气口到出气口的装置，例如，压缩机或者鼓风机。位于进气口1下游（或者在两阶段除尘器的情况下是进气口的上游）的是用来实现气体离子化和引起颗粒充电的放电电极5。主收集电极板6吸引或者保持带电颗粒物，其中主收集电极板6与放电电极5相反地充电。尽管在该过程中可以管理任何数量的ESP单元，然而图1中所示的实施方式说明了两个ESP单元（3a、3b），其中收集电极板是以平行流处理方案布置的。

可选地，所述多个ESP单元中的一个或多个可被设计成处理带颗粒气流的不同指定流量，以获得期望的颗粒物去除速率。每个ESP单元中的带颗粒气流的设计流量可经由分流器2来控制。

在有些此类的上述方法实施方式中，带颗粒气流4的至少一部分被每个静电除尘器中的至少一个放电电极5经过以便产生带电颗粒物。采用常规的电压源（未示出）对放电电极5和主收集电极板6施加电压。放电电极5和主收集电极板6优选地是负极性放电（气体离子化）电极，因为能够获得提高效率的较高电压而没有绝缘击穿。然而，电极也可以是正极性放电电极，这避免了在使用负极性放电电极过程中遇到的含氧气体中的臭氧形成。

在有些此类的上述方法实施方式中，减少带颗粒气流4的流量通过至少一个静电除尘器单元。通过入口管道1到达每个ESP单元的带颗粒气流的流量可由分流器2来调节。这种流量控制设备可以控制液体流的流量，从具有设计流量的流量到没有流量通过ESP单元而变化。在一种实施方式中，通过至少一个静电除尘器单元的带颗粒气流的流量被减少至少5vol.%。在一种实施方式中，通过至少一个静电除尘器单元的带颗粒气流的流量被减少至少25vol.%。在一种实施方式中，通过至少一个静电除尘器单元的带颗粒气流的流量被减少至少50vol.%。在一种实施方式中，通过至少一个静电除尘器单元的带颗粒气流的流量被减少至少90vol.%。在一种实施方式中，通过至少一个静电除尘器单元的带颗粒气流的流量被减少100vol.%，即，没有带颗粒气流4的流量通过至少一个静电除尘器单元。为了减少从主收集电极板6去除颗粒物时带电颗粒物的二次夹带，带颗粒气流的流量的减少是期望的。

在有些此类的上述方法实施方式中并且参考图2，具有减少的流量的第一静电除尘器中的至少一个主收集电极板6经受从该至少一个主收集电极板6分离颗粒物的力。为了颗粒物从静电除尘器收集电极板6的有效去除，收集板可被适当强度的力打击以从其去除松散地积聚的颗粒物，从而允许被去除的颗粒物由于重力而落到颗粒收集容器9中，例如灰斗中，可从该灰斗中持续地或者周期性地除去颗粒物。所采用的力可以是适于实现颗粒物从收集表面的期望脱位的任何类型，最简单的是机械力，即，“轻击”收集器表面。可选地，收集表面可以暴露于一股声波或超声波能量以实现这种脱位。在颗粒物还有经济价值的时候，例如，作为催化剂，它可从颗粒收集容器中再循环到催化剂再生器中。否则，这种颗粒物就可通过常规技术被处理。

在有些此类的上述方法实施方式中，通过一个或多个剩余静电除尘器单元的流量被增加一定的量，以便使通过所有静电除尘器单元的流量之和维持在第一体积流率。例如，当通过一个静电除尘器单元的带颗粒气流的流量被减少5vol.%时，带颗粒气流的流量被顺序地增加通过一个或多个剩余的静电除尘器单元，以便使通过所有静电除尘器单元的流量之和维持在第一体积流率。这种流率振荡可以利用分流器2处的匹配轻击频率的慢旋折流板来实现。旋转折流板把较少流量导向轻击期间的ESP单元，同时维持整个系统上的稳定整体流量。

在一种实施方式中并且关于图1和图2，此类上述方法还包括在第二方向上流动辅助气流11，以把从至少一个主收集电极板6去除的颗粒物驱赶到颗粒收集容器9。在这种实施方式中，首先在ESP单元3中建立一个静止区，其中带颗粒气流4的流量被中断或者至少被显著减少。在一种实施方式中，在静止区中带颗粒气流4的流量被减少至少90%；在一种实施方式中，被减少至少95%。通过ESP的典型流量类似活塞流量，其中整个带颗粒气流4以通常相同的速度通过该单元朝向出气口7行进。然而，在静止区中，带颗粒气流4不显著地朝向出气口7前进。在一种实施方式中，辅助气流11在与带颗粒气流4的流动方向倾斜的方向上流动。辅助气流11可被能够强制辅助气流11从辅助进气口10到达辅助出气口12的装置（例如压缩机或者鼓风机）指引。辅助气流11具有把从至少一个主收集电极板6去除的颗粒物驱赶到颗粒收集容器9的足够流量。过强的辅助气流流量可能导致来自流经ESP单元的气体的不受控反吹。辅助气流11可被再循环回到ESP入口1或者在小的袋滤捕尘室（未示出）中过滤。合适的辅助气体包括，但不限于，空气，氧气、氮气、一氧化碳、二氧化碳和烃类气体中的一种或多种。

在一种实施方式中并且参考图2，此类上述方法还包括在至少一个主收集电极板6和颗粒收集容器9之间产生电位，以便把从至少一个主收集电极板6去除的颗粒物驱赶到颗粒收集容器9。在一种实施方式中，电位是在颗粒收集容器9中产生的，其极性等于所述至少一个主收集电极板6的极性，而且所述至少一个主收集电极板6的极性被反转，使得所述至少一个主收集电极板6的极性与在颗粒收集容器9中产生的电荷的极性相反。常规的电压源（未示出）被用于施加所述电位。在一种实施方式中，颗粒收集容器9中的电荷是通过辅助收集电极13产生的。辅助收集电极13可以是电线、板或者网格。附着到辅助收集电极13上的颗粒物可以通过例如之前所述的常规手段被去除。

对于本说明书及所附权利要求，除非另外指出，否则所有表示数量、百分比或比例的数字及本说明书和权利要求中使用的其它数字值应当理解成在所有情况下都可以通过术语“大约”来修改。相应地，除非相反地指出，否则在以上说明书和所附权利要求中阐述的数值参数都是可以依赖本发明要设法获得的期望性质而变的近似值。应当指出，就象在本说明书和所附权利要求中所使用的，除非明确无误地限定到一个所指对象，否则单数形式“一个”、“这个”也包括复数形式。如在此所使用的，术语“包括”及其语法变体是非限制性的，使得一个列表中项的叙述不是要排除可以代替或添加到所列出项的其它类似的项。就不与本文抵触的程度而言，在此提到的所有引文都在此引入作为参考。

Claims (12)

1.一种用于从带颗粒气流中除去颗粒物的方法，包括：

a）使带颗粒气流以第一体积流率在第一方向上流到多个静电除尘器单元；

b）使经过的气流的至少一部分通过每个静电除尘器中的至少一个放电电极以便产生带电颗粒物；

c）在至少一个主收集电极板上收集所述带电颗粒物，所述主收集电极板与所述放电电极相反地充电，直到收集到期望量的颗粒物；

d）减少通过静电除尘器单元中的至少一个静电除尘器单元的流量；

e）使通过一个或多个剩余的静电除尘器单元的流量顺序地增加一定的量，以便使通过所有静电除尘器单元的流量之和维持在第一体积流率；

f）使步骤（d）中流量减少的至少一个静电除尘器单元中的至少一个主收集电极板受力，所述力从所述至少一个主收集电极去除颗粒物；

g）在颗粒收集容器中收集被去除的颗粒物；以及

h）回收减少了颗粒物污染的气流。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述颗粒物的重量的至少70%具有直径小于10微米的粒子尺寸。

3.如权利要求1所述的方法，其中，所述颗粒物的重量的至少70%具有直径小于2.5微米的粒子尺寸。

4.如权利要求1所述的方法，其中，所述颗粒物是来自炼油厂中的流体催化裂化单元的再生部分的沸石催化剂粒子。

5.如权利要求1所述的方法，其中，步骤（d）中通过至少一个静电除尘器单元的流量被减少至少50vol.%。

6.如权利要求1所述的方法，其中，步骤（d）中通过至少一个静电除尘器单元的流量被减少至少90vol.%。

7.如权利要求1所述的方法，其中，步骤（d）中通过至少一个静电除尘器单元的流量被减少100vol.%。

8.如权利要求1所述的方法，进一步包括在第二方向上流动辅助气流，以把从至少一个主收集电极板去除的颗粒物驱赶到颗粒收集容器。

9.如权利要求8所述的方法，其中，所述辅助气流在与带颗粒气流的流动方向倾斜的方向上流动。

10.如权利要求1所述的方法，进一步包括在至少一个主收集电极板和颗粒收集容器之间产生电位，以把从至少一个主收集电极板去除的颗粒物驱赶到颗粒收集容器。

11.如权利要求10所述的方法，其中，所述电位是在颗粒收集容器中产生的，其极性等于所述至少一个主收集电极板的极性，并且所述至少一个主收集电极板的极性被反转，使得所述至少一个主收集电极板的极性与颗粒收集容器中产生的电荷的极性相反。

12.如权利要求10所述的方法，其中，颗粒收集容器中的电荷是通过辅助收集电极产生的。

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