CN104258676A - 一种催化陶瓷膜反应装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种催化陶瓷膜反应装置。该装置主要包括供气装置、点火装置和催化陶瓷膜管。其中，高温含尘气体沿反应装置的切线方向从进气口以旋流的方式进入装置中，并与供气装置提供的氧气、空气、水蒸气或上述气体的混合物混合，经电火花点火，混合气体发生氧化或还原反应，然后在高温条件下通过催化陶瓷膜管，气体中的粉尘在其表面被过滤，气体在穿过催化陶瓷膜管的过程中发生催化反应，最后通过出气口排出。催化陶瓷膜管是一种不同孔径范围内负载不同催化剂且底部封口的孔梯度陶瓷膜管，孔径大小和厚度均由外向内依次增大。该反应装置简单易行，处理量大，可以很好地达到除尘、催化、氧化还原的三重效果。

Description

一种催化陶瓷膜反应装置

技术领域

本发明属于环保设备技术领域，涉及一种催化陶瓷膜反应装置。

背景技术

冶金、机械、化工、电力等行业所排放出来的废气不仅温度高，而且含有大量的粉尘和有害气体，是造成环境污染的主要因素之一。传统的除尘方式因其技术局限性不能很好地处理高温含尘气体，因此无法满足高标准的环保排放与余热利用要求。

近几年陶瓷膜因具有耐高温、抗污染、膜再生性能好、能耗低、操作维护简单等优点，使其在除尘、分离方面广泛应用。专利201320057103.2公开了一种高温气体除尘装置，主要提供了一种耐高温的陶瓷膜过滤材料，解决了高温气体除尘材料的问题。专利201320544059.8公开了一种用于高温气烟分离除尘的陶瓷膜管多级过滤装置，解决了精细分离器的耐高温问题。但是高温含尘气体的毒性降低和余热利用问题仍未得到有效地解决。

催化陶瓷膜是一种不同孔径范围负载不同催化剂的，且对高温含尘气体进行除尘、催化的孔梯度陶瓷膜。专利201310471663.7提供了一种含尘有毒高温气体处理用陶瓷膜及其制备方法，可以有效地实现除尘、脱硝一体化。但是负载的催化剂种类过于单一，不能很好地满足气体毒性降低的要求。

发明内容

本发明提供了一种催化陶瓷膜反应装置，能够更好地处理高温含尘气体，使其达到高标准的排放要求，并减少其对环境的污染。

本发明的一种催化陶瓷膜反应装置，包括进气口、供气装置、点火装置、出气口、脉冲管、控制阀、喷嘴、隔板、密封圈、催化陶瓷膜管、陶瓷膜管腔体、灰斗和卸灰阀。催化陶瓷膜反应装置的主体部分呈圆柱形，在反应装置的最上方设有出气口，出气口可与气体收集管道相连，最下方设有灰斗，灰斗的连接方式为法兰连接，便于更换灰斗和操作；灰斗设有卸灰阀，便于定期排灰。

脉冲管、控制阀和喷嘴位于出气口的正下方，用于催化陶瓷膜管的清灰。打开控制阀，经过脉冲管将大量反吹气体通过喷嘴以高压脉冲喷射到陶瓷膜管腔体中，然后从陶瓷膜管的孔隙中由内向外吹出，吹落陶瓷膜上的积尘，达到清灰的目的。反吹气体既可以是惰性气体或者是与进气口或出气口组分相同或相近的气体。

在反应装置主体的侧壁面的上部设有1-3个进气口，进气口的外壁沿反应装置的切线方向，气体以旋流的方式进入体系。进气口可以与产生废气的装置直接相连，减少管道的使用，并且可以有效地利用废气中的热量以用于氧化或还原反应和提供热量于体系，降低成本。

在进气口和出气口管路上都安装有高温压力传感器，用于测量进出口压差，便于陶瓷膜管的定期清灰。

在进气口管路上设有一个供气装置和一个点火装置。供气装置位于进气口管道的上方，距离进气口近；供气装置提供空气、氧气、水蒸气或上述气体的混合物，以用于氧化或还原阶段。点火装置位于进气口管道的下方，距离反应装置的主体近，点火装置与供气装置有一定的距离，以保证含尘气体与供气装置提供的气体充分混合，便于电火花点火。含尘气体首先在供气装置的作用下，和空气、氧气、水蒸气或上述气体的混合物发生混合，再在点火装置的作用下发生氧化或还原反应。

隔板位于喷嘴的正下方，将装置分为反应区和汇集区，也用于固定陶瓷膜管。

密封圈位于隔板和陶瓷膜管之间，既可以密封陶瓷膜管，又可以缓冲由清灰引起的脉冲压力。

催化陶瓷膜管位于反应装置的中间部位。催化陶瓷膜管是一种不同层次负载不同催化剂且底部封口的孔梯度陶瓷膜管，一共分为3层，最外层是陶瓷膜，第二层是细层，负载纳米催化剂，第三层是粗层，负载普通催化剂。负载的催化剂种类根据含尘气体的不同性质负载不同的催化剂，可以采用V2O5、WO3、Mn2O3、MnO2、CuO、V2O5、Fe2O3、NiO、KOH、碱金属、碱土金属盐等催化剂或上述物质的复合物为活性组分，催化剂负载在有TiO2-SiO2涂层的陶瓷膜上，实现对气化、热解、焚烧气体等各类高温含尘气体的重整。陶瓷膜管的孔径范围是0.1-15μm，而且孔径大小和厚度均由内向外依次减小，陶瓷膜层的厚度是0.1-0.2mm，细层的厚度为0.5-1mm，粗层的厚度为1-5mm。

催化陶瓷膜反应装置内温度较高，其范围是500-1200℃，且能量来源是由高温含尘气体的余热和装置中发生的氧化或还原反应所提供的。

在催化陶瓷膜反应装置中，对高温含尘气体有着除尘、催化、氧化还原的效果，即能满足高标准的排放要求，又能减少对大气的污染。

除尘作用：首先是高温含尘气体从进气口以旋流的方式进入体系，在旋转过程中，依靠向心力将密度较大的颗粒物甩向器壁，一旦与器壁接触，失去惯性力，仅依靠入口速度的动量和自身重力使其落入灰斗，能达到一定的除尘效果；其次是在体系中，高温含尘气体通过陶瓷膜时，被表面的小孔所阻挡，使得粉尘附着在陶瓷表面，以达到除尘的目的。

催化作用：在高温条件下，混合气体通过催化陶瓷膜时，与附着在陶瓷体孔隙中的不同催化剂发生反应，以降低其毒性。

氧化还原作用：高温含尘气体与通入装置中的空气，氧气，水蒸气或上述气体混合物，在电火花点火下发生氧化还原反应。其目的主要有两点：(1)给体系提供热量以保证通入的物质呈气态。如：对于热解气，氧化还原反应是为了给其提供热量，使其中的焦油不致冷凝，进而减少对陶瓷膜的损耗程度。(2)降低气体中的氧化还原组分以减少对环境的危害。例如：对于气化气和燃烧气，则是为了使气体氧化还原更加完全，以减少其对环境的污染。

在催化陶瓷膜的反应装置中，陶瓷膜的清灰和原位在线恢复至关重要。

高压脉冲清灰：将陶瓷膜管分为不同组，通过控制阀来依次分别对催化陶瓷膜管进行清灰，以保证工序的连续性。当进出口的压差达到限定值时，打开控制阀，通过脉冲管和喷嘴将大量的反吹气体以高压脉冲喷射到陶瓷膜管腔体中，反吹气体由内向外冲出，利用气体压强使粉尘从陶瓷体上脱落下来，再依靠重力作用落入灰斗中，以达到清灰的目的。

原位在线恢复作用：运行一段时间后，由于氧化作用的存在，导致积炭附着在陶瓷膜上，从而影响催化作用。鉴于此现象，需在进气口处通入大量的干净空气，进行点火使积炭完全燃烧，方可达到清除的目的。

催化陶瓷膜，有两种制作方法：(1)先制作成普通的陶瓷，再通过浸渍的方式将催化剂分别附着在不同层次上；(2)将骨料和粉末状催化剂按照一定的比例混合，再经过辅助试剂的加入，分层次烧制而成。

在催化陶瓷膜的反应装置中，催化陶瓷膜进行多管排列，不仅可以增大气体处理量，还可以减少设备制造成本。

本发明的集除尘、催化、氧化还原高温含尘气体于一体的催化陶瓷膜反应装置，反应装置简单易行，处理量大，可以很好地达到除尘、催化、氧化还原的三重效果。

附图说明

图1是催化陶瓷膜反应装置的结构示意图。

图2是催化陶瓷膜的反应装置的A-A剖面图。

图3是催化陶瓷膜的结构示意图。

图中：1进气口；2供气装置；3点火装置；4出气口；5脉冲管；6控制阀；7喷嘴；8隔板；9密封圈；10催化陶瓷膜管；11陶瓷膜管腔体；12灰斗；13卸灰阀；

①陶瓷膜②细层③粗层。

具体实施方式

如图所示，本发明的催化陶瓷膜反应装置，主要由进气口1、供气装置2、点火装置3、出气口4、脉冲管5、控制阀6、喷嘴7、隔板8、密封圈9、催化陶瓷膜管10、陶瓷膜管腔体11、灰斗12及卸灰阀13组成。高温含尘气体从进气口1以旋流的方式进入体系，首先在进气口1的管道上与供气装置2提供的氧气、空气、水蒸气或上述气体的混合物混合，并在点火装置3下，发生氧化还原反应。然后混合气体在旋转过程中，依靠向心力将密度较大的颗粒物甩向器壁，颗粒物一旦与器壁接触，失去惯性力而依靠入口速度的动量和自身重力使其落入灰斗，能达到一定的除尘效果；同时高温含尘气体通过催化陶瓷膜管10，粉尘被陶瓷膜表面的小孔所阻挡，以达到除尘的目的，并且在经过陶瓷体孔隙中的催化剂时与其发生催化反应。最后从出气口4处汇集排出。

高压脉冲清灰是通过控制阀6、脉冲管5和喷嘴7依次分别对陶瓷膜进行清灰。观察进出口处的高温压力传感器，当进出口的压差达到限定值时，打开控制阀6，经过位于催化陶瓷膜管10正上方的脉冲管5，通过喷嘴7将大量的反吹气体以高压脉冲喷射到陶瓷膜管腔体11中，反吹气体由内向外的通过催化陶瓷膜管10，使粉尘从陶瓷体上吹落下来，再依靠重力作用落入灰斗12中，并通过卸灰阀13进行定期排灰。

原位在线恢复是通过燃烧附着在陶瓷体上的积炭以恢复催化陶瓷膜10的除尘和催化性能。在进气口1处通入大量的干净空气，经过点火装置3的电火花点火下，使积炭完全燃烧，方可达到清除的目的。

Claims (9)

1.一种催化陶瓷膜反应装置，包括进气口、供气装置、点火装置、出气口、脉冲管、控制阀、喷嘴、隔板、密封圈、催化陶瓷膜管、陶瓷膜管腔体、灰斗和卸灰阀；其特征在于，催化陶瓷膜反应装置的主体部分呈圆柱形，在反应装置的最上方设有出气口，出气口与气体收集管道相连，最下方设有灰斗，灰斗的连接方式为法兰连接，便于更换灰斗和操作；灰斗设有卸灰阀，便于定期排灰；

脉冲管、控制阀和喷嘴位于出气口的正下方，用于催化陶瓷膜管的清灰；

在反应装置主体的侧壁面的上部设有1-3个进气口，进气口的外壁沿反应装置的切线方向，气体以旋流的方式进入体系。进气口与产生废气的装置直接相连；

在进气口和出气口管路上都安装有高温压力传感器，用于测量进出口压差，便于陶瓷膜管的定期清灰；

在进气口管路上设有一个供气装置和一个点火装置。供气装置位于进气口管道的上方，距离进气口近；供气装置提供空气、氧气、水蒸气或上述气体的混合物，以用于氧化或还原阶段。点火装置位于进气口管道的下方，距离反应装置的主体近，点火装置与供气装置有一定的距离，以保证含尘气体与供气装置提供的气体充分混合，便于电火花点火；

隔板位于喷嘴的正下方，将装置分为反应区和汇集区，也用于固定陶瓷膜管；密封圈位于隔板和陶瓷膜管之间。

2.根据权利要求1所述的一种催化陶瓷膜反应装置，其特征在于：催化陶瓷膜管(10)是一种不同层次负载不同催化剂且底部封口的孔梯度陶瓷膜管，一共分为3层，最外层是陶瓷膜，第二层是细层，负载纳米催化剂，第三层是粗层，负载普通催化剂。陶瓷膜管的孔径范围是0.1-15μm，且孔径大小和厚度均由内向外依次减小。其中，陶瓷膜层的厚度是0.1-0.2mm，细层的厚度为0.5-1mm，粗层的厚度为1-5mm。

3.根据权利要求1或2所述的一种催化陶瓷膜反应装置，其特征在于：催化陶瓷膜管(10)上负载的催化剂种类根据含尘气体的不同性质负载不同的催化剂，采用V₂O₅、WO₃、Mn₂O₃、MnO₂、CuO、V₂O₅、Fe₂O₃、NiO、KOH、碱金属、碱土金属盐或上述物质的复合物为活性组分，催化剂负载在有TiO₂-SiO₂涂层的陶瓷膜上，实现对气化、热解、焚烧气体等各类高温含尘气体的重整。

4.根据权利要求3所述的一种催化陶瓷膜反应装置，其特征在于：装置内温度范围是500-1200℃，且能量来源是由高温含尘气体的余热和装置中发生的氧化或还原反应所提供的。

5.根据权利要求1、2或4所述的一种催化陶瓷膜反应装置，其特征在于：陶瓷膜管的清灰是通过脉冲管(5)、控制阀(6)和喷嘴(7)进行的；当进出口压差达到限定值时，打开控制阀(6)，通过脉冲管(5)和喷嘴(7)将大量的反吹气体以高压脉冲喷射到陶瓷膜管腔体(11)中，反吹气体由内向外的通过催化陶瓷膜管(10)将附着在上面的积灰吹落，最后依靠重力作用落入灰斗(12)。

6.根据权利要求3所述的一种催化陶瓷膜反应装置，其特征在于：陶瓷膜管的清灰是通过脉冲管(5)、控制阀(6)和喷嘴(7)进行的；当进出口压差达到限定值时，打开控制阀(6)，通过脉冲管(5)和喷嘴(7)将大量的反吹气体以高压脉冲喷射到陶瓷膜管腔体(11)中，反吹气体由内向外的通过催化陶瓷膜管(10)将附着在上面的积灰吹落，最后依靠重力作用落入灰斗(12)。

7.根据权利要求1、2、4或6所述的一种催化陶瓷膜反应装置，其特征在于：反吹气体是惰性气体，或者是与进气口(1)或出气口(4)组分相同或相近的气体。

8.根据权利要求3所述的一种催化陶瓷膜反应装置，其特征在于：反吹气体是惰性气体，或者是与进气口(1)或出气口(4)组分相同或相近的气体。

9.根据权利要求5所述的一种催化陶瓷膜反应装置，其特征在于：反吹气体是惰性气体，或者是与进气口(1)或出气口(4)组分相同或相近的气体。