CN103585825A - 催化剂过滤模块和包括催化剂过滤模块的催化剂过滤系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于气态流体的催化剂过滤模块，其可以以高组装密度结合在过滤系统中。过滤模块包括块状过滤元件、催化剂元件和清洁气体收集和排放装置。催化剂元件与过滤元件基本上共延，所述过滤元件具有进给表面，并且在其相对侧上具有排放表面，滤出物从所述排放表面离开以被所述催化剂元件的上游表面接纳。气态流体作为清洁气体在所述催化剂元件的清洁气体表面处离开所述催化剂元件，所述清洁气体表面与所述上游表面相对。清洁气体收集和排放装置包括延伸横过所述催化剂元件的整个清洁气体表面的一个或多个通道，所述一个或多个通道使清洁气体流偏转，并且与所述催化剂元件的清洁气体表面的垂直方向成横向地将该清洁气体流引导到所述过滤模块的在其侧表面处的清洁气体排放开口。

Description

催化剂过滤模块和包括催化剂过滤模块的催化剂过滤系统
技术领域
本发明涉及催化剂过滤模块和包括该催化剂过滤模块的催化剂过滤系统。本发明的催化剂过滤模块和催化剂过滤系统通常用于气态流体中的气态成分的组合的颗粒移除和催化剂移除。这种应用的一个例子是从烟道或废气组合移除颗粒和氮氧化物。
背景技术
用于清洁烟道气体的过滤系统可见于美国专利US5,318,755A，其中蜂窝结构的屏蔽过滤元件与单独的催化剂元件一起容纳在壳体中。未净化气体首先穿过屏蔽过滤元件而进入清洁气体空间，然后从该清洁气体空间穿过催化剂元件，该催化剂元件同样为蜂窝结构。催化剂元件基本上与过滤元件共延。随后，清洁气体沿着与过滤元件和催化剂元件内的流动方向基本上平行的方向从壳体排出。
美国专利US6,863,868B1中已经提出了用于热气体过滤的为圆柱形滤棒形式的催化剂过滤模块和在过滤容器中包括该过滤模块的过滤系统。滤棒具有一体的烧结颗粒多孔本体，所述颗粒在其表面上涂覆有催化剂层。滤棒的上游或进给表面由多孔薄膜保持细粒覆盖。清洁气体积聚在滤棒中，并且从滤棒回到共用清洁气体空间中，从该清洁气体空间，清洁气体从系统的容器排出。
现有技术的为圆柱形一体滤棒形式的催化剂过滤模块通常由陶瓷材料制成。常规的催化剂陶瓷滤棒具有的长度通常为2m，或者有时甚至为3m，由于烧结陶瓷材料的机械特性和过滤系统操作期间的机械应力，而使得该长度不能够进一步增加。因此，单个滤棒的过滤面积受到限制，为了处理较大体积流量，需要数千个或数万个滤棒。为了容纳这样大数量的催化剂滤棒，需要非常大的过滤容器或并行操作的若干容器。
然而，热气体过滤应用中的体积流量的范围可能高达一百万m3/h或更大，这对于使用这样的常规催化剂陶瓷滤棒而言太高了。
发明内容
本发明的目的在于提供过滤模块，该过滤模块可以以高组装密度结合在过滤系统中。
通过根据权利要求1所述的过滤模块来解决这个问题。
本发明的催化剂过滤模块提供每体积的高过滤面积，并且可以容易地以高密度组装到过滤系统中。因此，本发明的催化剂过滤模块提供了用于非常高的体积流量的解决方案，同时，容纳该模块的过滤容器仍然具有经济上非常合理的尺寸。
催化剂过滤模块和包括该催化剂过滤模块的系统可以有利地用于经典的热气体过滤。其它的应用领域是：生物质气化，烧结厂和炼焦厂的废气清洁，发电厂和焚化炉的废气清洁，类似FCC（流体催化剂分馏）单元或化学过程中的精炼处理，水泥工业等。
本发明的催化剂过滤模块具有块状过滤元件、催化剂元件和清洁气体收集和排放装置。
过滤元件和催化剂元件基本上彼此共延。过滤元件在其上游或进给表面处接纳进给气体（例如烟道或热气体）。在过滤元件的块状本体的相对表面（在下文中，滤出物侧或排放表面）上，滤出物离开而由催化剂元件的上游表面接纳。
催化剂元件可以布置在过滤元件的滤出物侧处，在过滤元件和催化剂元件之间具有小的间隙。在其它优选实施例中，催化剂元件定位成与过滤元件直接接触，并且直接接纳滤出物以进行仍然包含在滤出物气体中的气态成分的催化处理。
清洁气体在催化剂元件的清洁气体表面处离开催化剂元件。当穿过过滤元件和催化剂元件时，气体的流动方向是大体上均匀的且线性的。
清洁气体收集和排放装置基本上延伸越过催化剂元件的整个清洁气体表面，并且从该清洁气体表面接纳清洁气体流。清洁气体收集和排放装置偏转，并且与催化剂元件的清洁气体表面的垂直方向成横向地引导清洁气体流。清洁气体通过在本发明的模块的侧表面处的开口离开本发明的模块。
由于这样的设计，过滤元件、催化剂元件和清洁气体收集和排放装置可以设置成非常紧凑的结构，并且以每体积大数量地安装在催化剂过滤系统的壳体或容器中。
本发明的催化剂过滤模块的过滤元件可以根据特定过滤应用的问题而从不同的设计中选择。
典型的设计包括薄膜、膜、片材、盘和蜂窝结构元件。
优选地，过滤元件由烧结陶瓷、金属或塑料材料制成。
过滤元件可以设计成一体的结构，或者设计成通过粘接、焊接或烧结而彼此附接的多个子单元（或者通过将子单元容纳在共用框架中）。
当需要大的过滤面积时，蜂窝结构的过滤元件是优选的。蜂窝结构的过滤元件通常具有共延且平行布置的多个未净化气体管道和滤出物管道，未净化气体管道在过滤元件的未净化气体侧或进给表面处开口，并且在过滤元件的滤出物侧或排放表面处闭合。滤出物管道在过滤元件的未净化气体侧处闭合，并且在滤出物侧处开口。未净化气体管道和滤出物管道通过多孔管状壁部分彼此分隔开。
过滤元件的管状壁部分的优选轴向长度的范围为从大约10mm到大约300mm，更优选地为从大约30mm到大约200mm，最优选地为从大约50mm到大约150mm。管状壁部分的优选轴向长度允许甚至当过滤元件的纵向轴线处于水平定向时在反脉冲（back-pulsing）期间从过滤元件高效地排放颗粒物质。
单元的进给侧的每10cm2横截面的过滤元件数量的范围优选地为从大约1到大约100，更优选地为从2到大约10。通常，每10cm2横截面面积提供相同数量的清洁气体管道。
管状壁部分具有的横截面面积对应于边长为大约3mm到大约20mm的正方形的面积，优选地对应于边长为大约5mm到大约10mm的正方形的面积。对于设计成其它矩形、椭圆形或圆形横截面的过滤元件而言，对应的横截面面积也是优选的。
管状壁部分以及任选的未净化气体管道和/或清洁气体管道的闭合端部的平均孔隙度按体积计在大约25到大约90%的范围内。
为了在过滤元件容纳在过滤系统的过滤容器中的同时允许过滤元件的再生，施加气体反脉冲，该气体反脉冲在过滤操作期间分离和移除被收集在未净化气体管道内的颗粒物质。
本发明的催化剂过滤模块通常容纳在催化剂过滤系统的壳体中，其中过滤元件的未净化气体侧竖直地定向。
过滤元件的未净化气体管道的与过滤元件的未净化气体侧垂直的定向已经允许有效的反脉冲和将颗粒物质从未净化气体管道移除。通过将未净化气体管道（以及同样的滤出物管道）倾斜地定向，在反脉冲期间从未净化气体管道移除颗粒的效率可以得到进一步的提高。未净化气体管道的纵向轴线与进给表面的垂直方向之间的角度的范围优选地为从大约10°到大约60°，优选地为从大约30°到大约60°，其中未净化气体管道的最下侧部分为其开口端部。
过滤元件的优选孔尺寸的范围为从大约0.1μm到大约150μm，更优选地为从大约1μm到大约100μm，最优选地为从大约2μm到大约10μm。在一些实施例中，过滤元件设计成用于精细过滤，并且能够保持尺寸下降到小于大约1μm（例如大约0.5μm）的颗粒。
根据本发明第一优选实施例的催化剂元件具有隔室，该隔室以流化床或固定床的形式容纳催化剂颗粒物质。
流化床或固定床催化剂颗粒具有的平均颗粒尺寸优选地为从大约10μm到大约30mm，更优选地为从大约100μm到大约10mm。
在第二优选实施例中，催化剂元件包括本体，该本体由烧结晶粒和/或纤维材料或泡沫材料制成。催化剂元件可以由陶瓷或金属材料制成。在某些情况下，陶瓷或金属材料可以具有催化剂腔体，该催化剂腔体自身足以用于特定的应用，或者可以结合有催化剂，可任选地，例如通过浸渍或涂覆催化剂元件的本体，催化剂可以施加到催化剂元件的本体。
一般而言，催化剂元件可以为许多不同的结构，例如蜂窝结构、盒式、盘状或板状或者为纤维垫的形式。催化剂元件可以具有一体结构或者可以由若干子单元构成。
催化剂元件的本体优选地具有蜂窝结构。蜂窝结构可以具有与结合过滤元件的详细说明解释的蜂窝结构类似的设计。然而，与一端闭合的过滤元件的管道相比，通常催化剂元件的蜂窝结构的管道在其两端开口。
该第二优选实施例相对于第一优选实施例的优点在于，这样的催化剂元件可以设计成具有较低的δp，并且催化活性成分更加均匀地分布。
催化剂元件两侧的较低的压降在过滤模块再生期间提供了更加高效的反脉冲。
优选地，催化剂元件的孔尺寸大于过滤元件的孔尺寸。因此，催化剂元件不会显著地有助于过滤模块的过滤效果，也就是其或多或少地不会活跃地涉及将颗粒物质与进给气体分离。
优选的催化剂元件的平均孔尺寸的范围为从大约10到大约500μm，更优选地为从大约50到大约200μm。
优选的由陶瓷泡沫制成的催化剂元件的特征可在于其孔密度为大约10到大约60ppi（每英寸的孔数），更优选地为大约30到45ppi。陶瓷泡沫优选地由烧结颗粒制成，该烧结颗粒的平均颗粒尺寸为从大约0.1到大约100μm，更优选地为大约0.3到大约30μm。
为由陶瓷纤维制成的多孔本体形式的催化剂元件是优选的，其中纤维具有的平均纤维直径为大约1到50μm，更优选地为大约2到10μm。优选的纤维长度在从大约1到大约20mm的范围内。
在本发明的催化剂过滤模块中使用的催化剂元件可以在其上游表面处设置有安全过滤层。于是，催化剂元件额外具有安全保险的功能。
催化剂过滤模块可以设计成具有不同的催化剂活性，并且还具有组合的催化剂活性，以使得它们符合特定应用的要求。典型的催化剂活性为例如氧化还原反应、NO还原或焦油移除。
根据应用，本发明的过滤模块可以装备有第二催化剂元件，该第二催化剂元件提供与第一催化剂元件的催化剂活性不同的催化剂活性。
清洁气体收集和排放装置可以设计成具有一个或多个平行的通道。优选地，通道具有的高度测量为沿着催化剂元件的清洁气体表面的垂直方向的方向的间隙，该高度的范围为过滤元件的进给表面与催化剂元件的清洁气体表面的距离的大约0.1到大约0.7倍，优选地为大约0.3到大约0.5倍。
根据本发明的另一个方面，过滤模块可以包括第一组块状过滤元件和催化剂元件以及第二组块状过滤元件和催化剂元件，第一和第二组布置成彼此间隔开，并且相应催化剂元件的清洁气体表面背对背定向，所述清洁气体收集和排放装置定位在第一和第二组之间以接纳来自第一和第二组的催化剂元件的清洁气体表面的清洁气体，并且服务于这两个组。优选地，清洁气体收集和排放装置的一个或多个通道具有的高度测量为沿着组的清洁气体表面的垂直方向的方向的间隙，该高度的范围为一个组的催化剂元件的清洁气体表面与过滤元件的进给表面的距离的大约0.2到大约1.4倍，更优选地为大约0.6到大约1倍。
根据本发明的另一个方面，清洁气体收集和排放装置的通道定向成其纵向方向相对于过滤模块的催化剂元件的清洁气体表面的角度的范围为大约30°或更大，优选地为大约60°或更大，更优选地为大约90°。
在优选实施例中，该偏转角度由延伸越过过滤模块的块状单元的排放侧的清洁气体收集和排放装置的通道的壁的定向来限定。
优选地，背对背布置中的过滤元件和催化剂元件的组设置成其排放表面处于平行的定向。于是，离开清洁气体管道的清洁气体的偏转角度为大约90°。
然而，背对背布置中的块状单元可以使其排放侧表面布置成从平行定向转向。然而，离开清洁气体管道的清洁气体的偏转角度优选地为大约30°或更大，更优选地为大约60°或更大。
优选的本发明的催化剂过滤模块设计成矩形横截面的催化剂滤棒，其可以根据与常规圆柱形滤棒类似的管板而定位在过滤系统的容器中。
过滤模块可以由过滤元件构成，该过滤元件包括若干子单元，这些子单元通过将子单元粘接、烧结或焊接在一起而组装，或者通过将子单元容纳在共用框架中而组装。催化剂元件可以包括用于过滤元件的所有子单元或若干子单元的一体化元件，例如，催化剂元件的一个子单元用于过滤元件的四个子单元，或者催化剂元件的子单元在数量上与构成过滤元件的子单元的数量相对应。
本发明的过滤模块还可以在其侧表面处包括框架，以便于过滤模块安装在壳体中。
此外，本发明还涉及催化剂过滤系统，其在壳体中结合有一个或多个如上所述的催化剂过滤模块。
所述壳体包括分为未净化气体和清洁气体腔室的内部空间。过滤模块布置在所述内部空间中，过滤元件的进给表面基本上竖直定向并且与未净化气体腔室流体连通。过滤模块的清洁气体排放开口与壳体的清洁气体腔室流体连通。可任选地，系统包括反脉冲装置。
优选地，壳体包括管板，该管板将壳体的内部分为未净化气体和清洁气体腔室，所述管板包括优选地彼此平行定向的、容纳一个或多个过滤模块的开口。
根据系统的优选实施例，过滤模块以进给侧的平行定向容纳在壳体中，可任选地，一个过滤模块的进给侧面向相邻模块的清洁气体侧，过滤模块优选地以交错的构造布置。
根据系统的另一个优选实施例，过滤模块以其进给侧的平行定向容纳在壳体中，一个模块的进给侧面向相邻模块的进给侧，优选地，该系统还包括定位在两个相邻的过滤模块之间的隔板。
根据系统的另一个优选实施例，两个或更多个过滤模块安装在共用支架中，并且优选地使其清洁气体收集和排放装置彼此流体地连接。优选地，该系统包括清洁气体排放通道，清洁气体收集和排放装置的排放端部经由过滤模块的清洁气体开口将清洁气体基本上直接地进给到该清洁气体排放通道中。
附图说明
图1A示出了根据本发明的第一实施例的催化剂过滤模块；
图1B示出了装备有安全保险功能的图1A的催化剂过滤模块；
图2示出了根据本发明的第二实施例的催化剂过滤模块；
图3示出了根据本发明的第三实施例的催化剂模块；
图4A到4C示意性地示出了结合有根据本发明的催化剂过滤模块的催化剂过滤系统的第一实施例及其细节；以及
图5A到5C示意性地示出了结合有根据本发明的催化剂过滤模块的催化剂过滤系统的第二实施例及其细节。
具体实施方式
图1A示出了根据本发明的催化剂过滤模块10，其包括成块状设计的催化剂过滤元件12、催化剂元件14以及清洁气体收集和排放装置16。
块状过滤元件12和催化剂元件14设计成基本上彼此共延，并且并排布置，优选地彼此直接接触，以便将离开过滤元件12的滤出物直接进给到催化剂元件14。
在催化剂元件14的清洁气体侧上，清洁气体收集和排放装置16设置成与催化剂元件14的清洁气体或下游侧基本上共延的结构。
清洁气体收集和排放装置16包括盒状通道18，该盒状通道在过滤模块10的具有开口20的前侧19处通向例如催化剂过滤系统的清洁气体腔室（图1A中未示出）。
过滤元件12可以具有各种设计，并且将根据颗粒负荷以及待从未净化气体移除的颗粒的性质进行选择。
在以下的描述中，结合具有所谓蜂窝结构的优选的且特定的过滤元件12来解释本发明，但是，本发明当然不限于这种特定类型的过滤元件。
催化剂过滤模块10的过滤元件12基本上包括一个单元22，该单元包括多个未净化气体管道24，未净化气体管道具有纵向的多孔管状壁部分26，具有开口端部28和第二闭合端部30。
管状壁部分26具有正方形横截面，并且与多个滤出物管道32一起布置成棋盘状图案，滤出物管道与未净化气体管道24基本上共延、与未净化气体管道平行地定向、并且规则地插置在未净化气体管道之间。滤出物管道32在其一个端部34处开口，并且在其另一个端部36处闭合。未净化气体管道24的开口端部28和滤出物管道32的闭合端部36在过滤元件12的上游或进给表面38上形成第一棋盘状图案。未净化气体管道24的闭合端部30和滤出物管道32的开口端部34的棋盘状图案设置在单元22的相对侧或排放表面40上。未净化气体管道24的管状壁部分26为具有一定孔尺寸的多孔材料，例如烧结陶瓷材料、烧结金属材料或烧结聚合物材料。同时，壁部分26沿其纵向方向界定了滤出物管道32。
进入过滤元件12的进给表面38的未净化气体流入到未净化气体管道24的开口端部28中，渗透过它们的管状壁部分26，并且滤出物气体接纳在滤出物管道32中，滤出物气体从滤出物管道排放到过滤元件12的排放表面40。
在单元22的排放表面40处，催化剂元件14完全延伸横过过滤元件12的所述表面。催化剂元件14可以示例性地描述为具有催化剂DeNOx活性的元件。
催化剂元件14包括例如氧化铝或碳化硅的陶瓷泡沫的支撑本体，孔密度为大约30ppi。支撑本体是催化活化的，具有选择的组合物TiO2、V2O5、WO3的催化还原（SCR）催化剂。
设有清洁气体收集和排放装置16，其在后侧上闭合且在三个侧向表面处闭合，而仅仅在前侧向表面44处开口，如图1所示。清洁气体通过该开口20离开过滤模块10。
为了便于过滤模块10安装在过滤系统的壳体或容器中，过滤模块10在其前侧表面44上包括向外突起的凸缘46。
过滤模块10的侧向表面优选地由金属框架结构48覆盖，该金属框架结构可以结合该清洁气体收集和排放装置16。在框架结构48的侧向表面之一（图1A中的前侧表面44）上，可以设置凸缘46以及开口20。
根据本发明，优选地，未净化气体管道14的长度限制为大约300mm或更小，这出人意料地允许通过过滤模块及其过滤元件的反脉冲而非常容易地清洁在过滤操作期间在管状壁部分26上收集的颗粒物质，即使它们具有水平定向，如图1A所示。
单元22的进给侧的尺寸可以为例如250x250mm2。当单元22由陶瓷材料利用挤出工艺制成以生产单元22的管道结构时，这是典型的尺寸。其它的制造工艺可以允许单元22具有较大的尺寸。未净化气体管道和滤出物管道的长度可以为大约300mm，如上所述。
通常，催化剂过滤模块描述为具有基本上较大的尺寸。这种需要可以通过多单元结构容易地得到满足，其中多个单元22彼此并排附接，以在模块的上游进给侧上提供较大的表面面积，例如1500x1000mm2或4000x250mm2的表面面积。在第一例子的情况下，6x4单元22的矩阵是必要的，在第二例子中，利用16x1的单元矩阵来满足该需要。
单元的附接可以通过将单元的侧表面烧结、焊接或粘接在一起来实现。或者，多个单元可以安装在共用框架中，它们的侧表面彼此密封。
催化剂元件同样可以包括多于一个的单元，并且通过结合过滤元件所述的方法而附接或安装为一体结构。
在具有多单元布置的过滤模块中，清洁气体收集和排放装置设计成具有一个或多个通道，每个通道接纳来自于多于一个的单元的清洁气体。
图1B示出了过滤模块10'，其是图1A的过滤模块10的修改形式。因此，类似的部件用与图1A的说明中相同的附图标记表示。除了参考图1A已经描述的部件之外，过滤模块10'还包括安全保险件49，该安全保险件为覆盖滤出物管道32的出口的盘形元件的形式。安全保险件49与过滤元件12的排放表面基本上共延。在一个或多个未净化气体管道24（例如其管状壁部分）故障的情况下，未过滤的渗透到滤出物管道32中的未净化气体在穿过安全保险件49之前不能够到达催化剂元件14。安全保险件49可以设置在催化剂元件14的上游表面上。
通道18的闭合的后壁到催化剂元件的清洁气体表面的距离（间隙h）优选地等于过滤元件的进给表面与清洁气体表面的距离的大约0.3到大约0.5倍。
滤出物由催化剂元件14接纳，滤出物通过催化剂元件渗透到清洁气体收集和排放装置16。然后，清洁气体流偏转大约90°，而与催化剂元件14的清洁气体表面平行地引导。
图2示出了根据本发明的催化剂过滤模块50的第二实施例。
过滤模块50包括为一个单元54形式的块状过滤元件52，该单元包括多个未净化气体管道56，未净化气体管道具有纵向多孔的管状壁部分58，具有开口端部60和第二闭合端部62。
管状壁部分58具有正方形横截面，并且与多个滤出物管道64一起布置成棋盘状图案，滤出物管道与未净化气体管道56基本上共延、与未净化气体管道平行地定向、并且规则地插置在未净化气体管道之间。滤出物管道64在其一个端部66处开口，并且在其另一个端部68处闭合。未净化气体管道56的开口端部60和滤出物管道64的闭合端部68在过滤元件52的上游或进给表面70上形成第一棋盘状图案。
未净化气体管道56的闭合端部62和滤出物管道64的开口端部66的棋盘状图案设置在单元54的相对或排放表面72上。未净化气体管道56的管状壁部分58为具有一定孔尺寸的多孔材料，例如烧结陶瓷材料、烧结金属材料或烧结聚合物材料。同时，壁部分58沿其纵向方向界定了滤出物管道64。
进入催化剂过滤模块50的进给侧的未净化气体流入到未净化气体管道56的开口端部60中，渗透过它们的管状壁部分58，并且滤出物接纳在滤出物管道64中，滤出物在单元54的排放侧72处从该滤出物管道排放。
在单元54的排放侧72上，催化剂元件74完全延伸横过该侧的表面。
催化剂元件74可以与图1A和1B所示的催化剂元件14类似地设计。
清洁气体收集和排放装置76设置在催化剂元件74的清洁气体表面77处。清洁气体收集和排放装置包括盒状通道78，该盒状通道在后侧处闭合且在三个侧向表面处闭合，而仅仅在侧向侧表面80处开口，如图2所示。
清洁气体通过该开口82离开过滤模块50。为了便于过滤模块50安装在过滤系统的壳体中，过滤模块50在其前侧向表面上包括向外突起的凸缘86。
与图1的催化剂过滤模块10相比，图2的催化剂过滤模块50的未净化气体管道56（和滤出物管道64）相对于进给表面70的垂直方向以倾斜的定向布置，未净化气体管道的开口端部定位成比其闭合端部低。未净化气体管道的纵向轴线相对于水平面的角度可以在从大约30°到大约60°的范围内。
在反脉冲的情况下，由于未净化气体管道56的管状壁58的倾斜构造，使得未净化气体管道56的内部空间可以更加容易地清洁在过滤过程期间积聚的颗粒物质。
由于未净化气体管道56在单元54内的倾斜构造，一定程度地降低了每体积的过滤表面比。然而，这通过过滤模块50的改进的反脉冲特性而得到补偿，与过滤模块10相比，该过滤模块50在结束时允许这种类型的模块具有较长的循环时间。
图3示出了为过滤模块100形式的本发明的第三实施例。过滤模块100包括两组过滤元件和催化剂元件。两个组的单元102、104具有与图1A的过滤模块10的过滤元件12相同的基本结构。
两个单元102、104包括多个未净化气体管道106、108，未净化气体管道具有纵向多孔的管状壁部分110、112，具有开口端部114、116和第二闭合端部。管状壁部分110、112具有正方形横截面，并且与多个滤出物管道122、124一起布置成棋盘状图案，滤出物管道与未净化气体管道106、108基本上共延、与未净化气体管道平行地定向、并且规则地插置在未净化气体管道之间。
滤出物管道122、124在其一个端部处开口，并且在其另一个端部130、132处闭合。未净化气体管道106、108的开口端部122、124和滤出物管道122、124的闭合端部130、132在过滤模块100的上游或进给侧134、136上形成第一棋盘状图案。
未净化气体管道106、108的闭合端部和滤出物管道122、124的开口端部的棋盘状图案设置在单元102、104的相对表面140、142上。这些表面140、142为单元102、104的下游或排放表面。未净化气体管道106、108的管状壁部分110、112为具有一定孔尺寸的多孔材料，例如烧结陶瓷材料、烧结金属材料或烧结聚合物材料。同时，壁部分110、112沿其纵向方向界定了滤出物管道122、124。
进入过滤模块100的进给表面134、136的未净化气体流入到未净化气体管道106、108的开口端部122、124中，渗透过它们的管状壁部分110、112，并且滤出物接纳在滤出物管道122、124中，滤出物在单元102、104的排放表面140、142处从滤出物管道离开。
催化剂元件144、146可以如结合图1A的过滤模块10的催化剂元件14所述地进行设计。
然而，与图1A的过滤模块10相比，图3的过滤模块100具有两组单元102、104和催化剂元件144、146，这两个组以背对背的构造形式进行布置，使得定位在未净化气体管道的闭合端部和滤出物管道的开口端部处的催化剂元件144、146面向彼此。
因此，一个共用清洁气体收集和排放装置154足以收集和排放由两组单元102、104和催化剂元件144、146提供的清洁气体。来自两个催化剂元件144、146的清洁气体在进入清洁气体收集和排放装置156时偏转大约90°，并且与气体在过滤模块100的过滤元件102、104和催化剂元件144、146中的流动方向成横向地引导。清洁气体通过开口160离开催化剂过滤模块100，以从包括这些模块100的过滤系统排出。
虽然图1A、1B和2的过滤模块10和50可以容易地在一个壳体或容器内布置成多个模块的构造，其中前表面28、68面向清洁气体收集和排放装置16、76的通道的后部，但是在反脉冲作用下从过滤元件去除的颗粒物质可以容易地从这样的过滤系统排出和移除。
然而，在一个壳体或容器中的多个过滤模块100的布置中必须采取预防措施，如图3所示。
在反脉冲的情况下，在包括过滤模块100的系统中，面向彼此的两个过滤模块可能出现交叉污染，因此，优选的是，在两个相邻的过滤模块100的进给表面之间布置有隔板180，如图3所示。
图4A示出了根据本发明的催化剂过滤系统200的第一实施例。过滤系统200包括壳体202，该壳体是长形盒状构造。壳体202被支撑在基部框架203上。
在盒状壳体202中，两排多个催化剂过滤模块叠堆体204、204'，204''，...和206，206'，206''，...布置成这两排的过滤模块的排放开口面向相反方向。沿着盒状壳体202的纵向轴线，叠堆体彼此相隔一定距离而平行地布置（比较图4B和4C）。
分别在过滤模块204a，b，c，d和206a，b，c，d的单独叠堆体204、206中，过滤模块可以通过将它们粘接、焊接或烧结在一起或者通过将它们安装在框架中而彼此相互固定。
在过滤系统200的示例性设计中，过滤模块204a、206a的进给侧可以具有的长度为1500mm，高度为1000mm，过滤模块的深度可以为大约400mm。这样的过滤模块可以包括例如24个块状单元，块状单元的进给侧表面具有的尺寸可以为250mmx250mm，过滤元件的管状壁部分的长度为大约140mm。
过滤元件的排放表面处的催化剂元件可以是沿流体流动方向厚度为200mm的板状本体。
清洁气体收集和排放通道的间隙h可以等于大约60mm。
过滤模块的两个相邻叠堆体204和204'或206和206'之间的间隙可以设定为例如大约100mm。
壳体在其顶部表面上包括未净化气体供应通道208，该未净化气体供应通道将未净化气体进给到壳体202及其过滤模块204、206中。未净化气体供应通道208从图4A的前面所示的前端部到位于系统200的后端部214处的闭端具有减小的横截面面积。
在沿纵向方向的两个侧表面上，壳体202包括清洁气体通路210、212，该清洁气体通道在清洁气体可以排出的系统200的后端部214处开口。
为了容纳沿着壳体202的纵向轴线从多个过滤模块叠堆体204、206接纳的量增加的清洁气体，清洁气体通路210、212的横截面沿着系统200的后端部214的方向逐渐增大。
根据一个变型，当必须更换过滤模块叠堆体204、206时，清洁气体排放通道210、212可以作为整体移除。或者，如图4A所示，清洁气体排放通道210、212可以设置有多个门218，这些门允许触及过滤模块，并且允许在不完全移除清洁气体排放通道210、212的情况下更换过滤模块。
系统200结合有反脉冲设备，该反脉冲设备通过仅仅示意性地示出的管216接纳反脉冲气体。图4A仅仅示出了管216，该管向叠堆体204的过滤模块提供反脉冲气体，以用于其再生。叠堆体206的再生需要对应的管（未示出）。
从反脉冲气体管260延伸的是多个反脉冲供应管264，反脉冲供应管将回吹气体引导到各个过滤模块叠堆体204，204'，204''，…。
经由清洁气体排放通道供应到各个过滤模块204a，204b，204c，204d和206a，206b，206c，206d中的反脉冲压力将在过滤操作操作期间收集的颗粒物质与这些过滤模块的过滤元件分离。
在反脉冲期间从催化剂过滤模块排出的颗粒物质被收集在锥形粉尘收集器220中，该锥形粉尘收集器布置在壳体202的底部处。
在未净化气体的成分的催化移除需要反应物的情况下和/或在需要吸收剂以完成过滤的情况下，未净化气体供应通道可以设置有吸收剂和/或反应物注射单元222。
在图5A中，示出了本发明的催化剂过滤系统300的第二实施例，其包括壳体302，该壳体基本上包括圆柱形壁部分304，该圆柱形壁部分在其上端部处被圆顶形覆盖物306闭合，并且在其下端部处连接到具有锥形形状的粉尘收集器308。
壳体302通过管板314划分为未净化气体腔室310和清洁气体腔室312，该管板在圆柱形壁部分304的上端部处跨过圆柱形壁部分304的整个横截面。
未净化气体腔室310能够经由进给气体入口316进入，未净化气体可以通过该进给气体入口而被引导到未净化气体腔室310中。
壳体302的圆顶形部分306包括清洁气体出口318，清洁气体可以通过该清洁气体出口排出。
管板314包括多个矩形开口320，这些矩形开口容纳多个根据本发明的棒形催化剂过滤模块330。
图5B中更加详细地示出了棒形催化剂过滤模块320，该棒形催化剂过滤模块在其上端部处包括向外延伸的周边凸缘332，该周边凸缘用来将催化剂过滤模块330以向下悬置的方式安装在管板314的开口320中。
图5C示出了沿图5A的线V–V截取的系统300的横截面。
单独的催化剂过滤模块330包括一个叠堆在另一个顶部上的五个单元334、335、336、337和338，所有单元的进给表面或上游侧面向左侧，如图5B所示。单元334到338具有与以棋盘方式交替地布置的未净化气体管道和滤出物管道大致相同的构造，如图1A所示，从而在这里省略关于这个方面的更详细的解释。块状单元334到338可以组装在共用框架结构352中，以将单元保持在一起并且提供共用清洁气体通道346。共用框架结构352的顶部表面可以一体地结合凸缘332并且提供开口350。
在相对表面上，块状单元334到338被共用催化剂元件340覆盖。
在共用催化剂元件340的下游或排放侧342处，设有共用清洁气体收集和排放装置344，该共用清洁气体收集和排放装置基本上包括一个清洁气体通道346，该清洁气体通道在其上端部348处通过开口350将清洁气体排放到壳体302的清洁气体腔室312中。与图1B所示的以及相对图1B所述的内容相似的是，过滤模块330可以设置有盘形安全保险元件，该盘形安全保险元件延伸横过过滤模块的整个排放侧表面（图5A到5C中未示出）。
棒形过滤模块330以平行交错的结构布置在管板314中，其中各个过滤模块330的上游或进给侧面向相邻过滤模块330的后侧清洁气体通道。
为了催化剂过滤系统300的催化剂过滤模块330的再生，设有反脉冲系统360，该反脉冲系统包括压力源362以及多个供应管线364，这些供应管线终止于各个过滤模块330上方的圆顶形覆盖物306内。
与催化剂过滤模块330的块状单元334、335、336、337、338的未净化气体管道分离的颗粒物质通过重力作用被收集在粉尘收集锥形壳体部分308中。
在反脉冲的情况下，当颗粒物质与催化剂过滤模块330的块状单元334、335、336、337、338的未净化气体管道分离时，在相邻过滤模块330之间不可能发生交叉污染，原因是它们的上述平行定向。
应当通过示例性设计更加详细地解释本发明的优点。
图4A到4C的具有催化剂过滤模块204、206的系统200可以设计成以每小时234,000标准立方米的体积速率处理烟道气体，以用于如下地移除颗粒物质和氮氧化物：
过滤模块204、206各自具有为1500x1000mm2的进给侧面积。过滤元件为蜂窝结构，未净化气体和滤出物管道的正方形横截面的尺寸为10mmx10mm，未净化气体和滤出物管道的轴向长度为140mm。每个模块的过滤元件包括24个单元，单元的进给表面面积为250mmx250mm，成6x4的布置。
过滤模块装备有板形催化剂元件，该板形催化剂元件沿陶瓷SiC泡沫的流动方向的厚度为200mm，其中孔密度为30ppi（每英寸的孔数），利用组合物TiO2、V2O5、WO3的SCR催化剂进行催化活化。
在大气压力下并且在大约300°C的操作温度下，192个过滤模块需要以上述体积速率进行处理。
将192个过滤模块容纳在四个模块204、206的叠堆体中的壳体202的尺寸，如图4A到4C所示，将具有宽度为3.5m、长度为12.5m且高度为4m的尺寸。过滤模块可以结合到壳体中，其中沿壳体的纵向方向从叠堆体到叠堆体的距离为100mm。
在操作压力为周围环境压力之上大约1巴或更大的情况下，优选的是使用图5A的实施例所示的容器型壳体302。

Claims (18)

1.一种用于气态流体的催化剂过滤模块，其包括
块状过滤元件，
催化剂元件，以及
清洁气体收集和排放装置，
其中所述催化剂元件与所述过滤元件基本上共延，
所述过滤元件具有进给表面，并且在其相对侧上具有排放表面，滤出物从所述排放表面离开以被所述催化剂元件的上游表面接纳，所述气态流体作为清洁气体在所述催化剂元件的清洁气体表面处离开所述催化剂元件，所述清洁气体表面与所述上游表面相对，
并且其中所述清洁气体收集和排放装置包括延伸横过所述催化剂元件的整个清洁气体表面的一个或多个通道，所述一个或多个通道使清洁气体流偏转，并且与所述催化剂元件的清洁气体表面的垂直方向成横向地将该清洁气体流引导到所述过滤模块的侧表面处的清洁气体排放开口。
2.根据权利要求1所述的催化剂过滤模块，其中所述催化剂元件是容纳催化剂颗粒的流化床或固定床的隔室。
3.根据权利要求1所述的催化剂过滤模块，其中所述催化剂元件是包括催化剂的纤维和/或泡沫材料的多孔本体，该催化剂通过涂覆或浸渍而任选地施加到所述催化剂元件的本体。
4.根据权利要求3所述的催化剂过滤模块，其中所述催化剂元件的孔尺寸大于所述过滤元件的孔尺寸。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的催化剂过滤模块，其中催化剂元件是氧化还原催化剂元件、用于NO还原的催化剂元件和/或用于焦油移除的催化剂元件。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的催化剂过滤模块，其中所述催化剂元件在其上游表面上包括过滤层，以便为所述催化剂元件提供安全保险功能。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的催化剂过滤模块，其中所述清洁气体收集和排放装置的一个或多个通道具有一高度，该高度测量为沿着所述催化剂元件的清洁气体表面的垂直方向的方向的间隙，该高度的范围为所述过滤元件的进给表面与所述催化剂元件的清洁气体表面的距离的大约0.1到大约0.7倍，优选地大约0.3到大约0.5倍。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的催化剂过滤模块，其中所述过滤模块包括
第一组块状过滤元件和催化剂元件，以及
第二组块状过滤元件和催化剂元件，
所述第一组和第二组彼此间隔开地布置，并且相应的催化剂元件的清洁气体表面背对背地定向，
所述清洁气体收集和排放装置设计成用于所述第一组和第二组的共用结构，并且定位在所述第一组和第二组之间，以接纳来自所述第一组和第二组的催化剂元件的清洁气体表面的清洁气体；
优选地，所述清洁气体收集和排放装置的一个或多个通道具有一高度，该高度测量为沿着所述第一组和第二组的清洁气体表面的垂直方向的方向的间隙，该高度的范围为一个组的催化剂元件的清洁气体表面与所述过滤元件的进给表面的距离的大约0.2到大约1.4倍，更优选地为大约0.6到大约1倍。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的催化剂过滤模块，其中所述清洁气体收集和排放装置的一个或多个通道定向成它们的纵向方向相对于所述过滤模块的催化剂元件的清洁气体表面的角度为大约30°或更大，优选地为大约60°或更大，更优选地为大约90°。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的催化剂过滤模块，其中所述过滤元件包括蜂窝结构，所述蜂窝结构包括多个未净化气体管道和滤出物管道，所述未净化气体管道通过管状壁部分与所述滤出物管道分隔开，所述未净化气体管道在所述过滤元件的进给表面处开口且在所述过滤元件的排放表面处闭合，所述滤出物管道在所述过滤元件的进给表面处闭合且在所述过滤元件的排放表面处开口，优选地所述未净化气体管道和滤出物管道与所述过滤元件的进给表面的垂直方向平行地定向，或者相对于所述过滤元件的进给表面的垂直方向定向的角度为从大约10°到大约60°，更优选地为从大约30°到大约60°。
11.根据权利要求10所述的催化剂过滤模块，其中所述过滤元件的管状壁部分的横截面为多边形，具体为矩形，更优选地为正方形、圆形或椭圆形。
12.根据权利要求11所述的催化剂过滤模块，其中所述管状壁部分的横截面面积对应于边长为大约3到大约20mm的正方形的面积，优选地对应于边长为大约5到大约10mm的正方形的面积。
13.根据权利要求11或12所述的催化剂过滤模块，其中所述过滤元件的管状壁部分的长度为大约300mm或更小，优选地为大约30到大约200mm，更优选地为大约50到大约150mm。
14.一种催化剂过滤系统，其包括过滤壳体以及容纳在所述壳体中的一个或多个根据权利要求1至13中任一项所述的催化剂过滤模块，所述壳体包括分为未净化气体腔室和清洁气体腔室的内部空间，所述过滤模块布置在所述内部空间中，所述过滤元件的进给侧基本上竖直地定向，所述过滤元件的进给侧与所述未净化气体腔室流体连通，并且所述过滤模块的清洁气体排放开口与所述壳体的清洁气体腔室流体连通，所述系统可任选地包括反脉冲结构。
15.根据权利要求14所述的催化剂过滤系统，其中所述壳体包括管板，所述管板将所述壳体的内部分为未净化气体腔室和清洁气体腔室，所述管板包括优选地彼此平行定向的、容纳两个或更多个过滤模块的开口。
16.根据权利要求14或15所述的催化剂过滤系统，其中所述过滤模块以进给侧的平行定向容纳在壳体中，可任选地，一个过滤模块的进给侧面向相邻模块的清洁气体侧，过滤模块优选地以交错的构造布置。
17.根据权利要求14或15所述的催化剂过滤系统，其中所述过滤模块以其进给侧的平行定向容纳在壳体中，一个模块的进给侧面向相邻模块的进给侧，优选地，该系统还包括定位在两个相邻的过滤模块之间的隔板。
18.根据权利要求14到17中任一项所述的催化剂过滤系统，其中两个或更多个过滤模块安装在共用支架中，并且优选地使它们的清洁气体收集和排放装置彼此流体地连接，优选地，所述系统包括清洁气体排放通道，所述清洁气体收集和排放装置的排放端部经由过滤模块的清洁气体开口将清洁气体基本上直接引导到所述清洁气体排放通道中。
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