CN105980327A - 用于热处理材料流并且用于净化所得废气的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于热处理材料流并且净化所得废气的方法。材料流在预热区域中加热，在烧结区域中燃烧并且在冷却区域中冷却。至少烧结区域的废气流动通过预热器并且用于预热材料流，并且离开预热器的废气在组合操作中至少部分地在粉碎设备中冷却，或者在直接操作中至少部分地在冷却设备中冷却，然后废气在滤尘器中至少部分地除尘。然后再次升高至少部分除尘的废气的温度，然后在至少一个催化剂中净化废气的污染物。废气在直接操作中流动通过催化剂的温度应当至少阶段性地高于废气在组合操作中流动通过催化剂的温度。

Description

用于热处理材料流并且用于净化所得废气的方法
技术领域
本发明涉及用于热处理材料流并且用于净化所得废气的方法，其中材料流在预热区域中预热，在烧结区域中燃烧或烧结并且在冷却区域中冷却，并且其中至少烧结区域的废气流动通过预热器并且用于预热材料流。离开预热器的废气被除尘并且在至少一个催化剂中净化污染物。
背景技术
上述方法例如用于水泥厂或丙烷生产厂以及矿物工业领域的其它工厂中。离开预热器的废气通常具有约300至400℃的温度。然而，设置在下游的滤尘器通常仅在低温范围内操作，例如低于260℃或甚至低于200℃。还希望尽可能地使用废气的热。因此尽可能在所谓的互连操作中进行操作，其中来自预热器的热废气用于粉碎、造粒和/或干燥设备中，特别是组合的研磨和干燥系统。废气因此通常冷却至约90至120℃的温度。在不能进行互连操作的操作阶段中，窑在所谓的直接操作下操作，其中废气在冷却设备中冷却至适合于滤尘器的温度。
在设置在下游的催化剂中减少污染物，例如氧化氮。对于催化剂的操作，可以使用所谓的尾端构造，其中催化剂设置在最后一个滤尘器之后，在催化剂的操作中催化剂的作用不受废气中包含的粉尘颗粒的影响或仅受略微影响。然而，目前使用的常规催化剂需要约250℃的废气温度，因此需要在滤尘器的下游升高废气的温度。已知借助来自冷却区域的废热至少部分地升高除尘废气的温度。借助于温度控制，流动通过催化剂的废气的温度被调节至例如约260°的预定值，无论窑处于直接操作还是互连操作。
催化剂用于废气净化从而减少含氮化合物或含碳化合物，例如NOx、NH3、CO、CxHy以及二恶英和呋喃。除了废气温度(取决于催化剂的类型和待减少的化合物，废气温度在150和600℃之间)之外，有效催化减少的重要因素是可以通过化学反应降低催化剂的效率的催化剂毒物和可以通过堵塞孔减少有效表面积的颗粒或分子。催化活性的降低还可以例如直接受催化剂的影响，通过包含在烟道气中的二氧化硫催化氧化成三氧化硫然后与氨反应成硫酸氢铵。污染物的影响和催化剂的操作温度直接相关。因此硫酸氢铵的形成在例如低于180℃的低温下是特别关键的。例如在低操作温度下也吸附汞。可以不利地影响催化剂的活性并且在熟料制备的废气中出现的其它污染物为例如碱金属、重金属或细粉尘。污染物的不利影响在一些情况下是可逆的。如果操作温度升高，例如形成的铵盐或其它吸附分子可能分解。例如在发电厂技术和垃圾焚烧厂中通过温度升高烘烤除去尾端催化剂中的污染物。然而，由于待加热的高废气体积而需要增加能量。
发明内容
本发明的根本目的是在待应用的能量方面优化来自材料流的热处理的废气的净化。
根据本发明通过权利要求1的特征实现所述目的。
根据本发明的方法涉及材料流的热处理和所得废气的净化，其中材料流在预热区域中预热，在烧结区域中燃烧并且在冷却区域中冷却，其中至少烧结区域的废气流动通过预热器并且用于预热材料流，并且其中离开预热器的废气在互连操作中至少部分地在干燥、造粒和/或粉碎设备中冷却，或者在直接操作中至少部分地在冷却设备中冷却，然后在滤尘器中至少部分地除尘，并且其中随后再次升高至少部分除尘的废气的温度，然后在至少一个催化剂中净化废气的污染物。废气在直接操中流动通过催化剂的温度至少阶段性地高于废气在互连操作中流动通过催化剂的温度。
本发明利用的事实是，相比于互连操作，在直接操作中可获得更高温度水平的废气。虽然在互连操作中可以允许催化剂的越来越多的失活，但在直接操作中催化剂至少阶段性地以更高的废气温度操作，从而允许催化剂再活化。
本发明的其它实施方案是从属权利要求的主题。
有利地，废气在直接操作中流动通过催化剂的温度比互连操作中的废气的温度高至少10℃，优选至少20℃，最优选至少30℃。在废气以更高温度流动通过催化剂的阶段中，滤尘器下游的在互连操作和直接操作之间的温差有利地在10至100℃的范围内，优选在20至80℃的范围内。这可能尤其受所述冷却设备的影响。优选的，流动通过催化剂的废气在互连操作和直接操作之间的温差对应于流动通过滤尘器的废气在互连操作和直接操作中的温差+/-10℃。
可以通过来自用于热处理材料流的方法的热位移，通过加入热气体和/或通过额外燃烧升高滤尘器和催化剂之间的废气的温度。此外，可以通过与离开催化剂的废气换热实现滤尘器和催化剂之间的废气的至少一部分的温度升高。特别可以使用气-气换热器从而升高温度。
作为催化剂特别考虑减少含氮化合物和/或含碳化合物的那些。在特别节省能量的操作模式中，仅将废气的温度升高至催化剂在互连操作中经受缓慢失活的程度，可以在直接操作中至少阶段性地通过催化剂在更高温度下的相应的再活化而至少部分地再次补偿所述缓慢失活。对催化剂理想地定尺寸从而可以在整个操作周期中满足允许的排放限制。过度定尺寸导致催化剂的催化活性可能在互连操作中在低温下被污染物部分降低。为了即使在互连操作结束时仍然实现催化剂的预定的污染物减少率，提出的是通过催化剂的相应的过度定尺寸补偿催化剂在互连操作中出现的失活。本发明中待使用的催化剂被设计成在互连操作中用于温度在150°至600℃，优选200°至500℃，最优选250°至450℃范围内的废气。特别还有可能使用这样的催化剂：温度为至少300℃，优选至少320℃的废气在互连操作中流动通过所述催化剂。特别是在催化剂必须以高温(>300℃)操作的情况下，可从过程中获得的热量任选连同额外的燃烧足以操作催化剂并且实现足够的污染物减少率。然而，因此必须接受催化剂随时间的一定的失活。所述操作模式因此反复需要用高温再活化催化剂的阶段。
有利地根据催化剂的污染物减少率或者在预定时间之后进行从互连操作到直接操作(其中进行再活化)的切换。为了使在直接操作中流动通过催化剂的废气具有尽可能高的温度，在冷却设备中仅冷却至适合于滤尘器的最大温度。冷却设备可以例如为蒸发冷却塔、储热设备或发电设备。
取决于催化剂的类型，可以将适合于减少污染物的添加剂(例如含氨添加剂)注入或加入催化剂上游的废气。
附图说明
通过如下说明书和附图更详细地解释本发明的其它实施方案。
在附图中：
图1为用于在互连操作中热处理材料流并且用于净化所得废气的系统的框图，和
图2为用于在直接操作中热处理材料流并且用于净化所得废气的系统的框图。
具体实施方式
图1中显示的系统用于例如通过热处理由水泥生料形成的材料流1制备水泥熟料，所述材料流1在预热区域2中预热并且在烧结区域3中燃烧，最后在冷却区域4中冷却。预热区域2例如为多级气体悬浮预热器，所述多级气体悬浮预热器之后任选设置位于烧结区域3上游的任选煅烧器。烧结区域3通常由旋转窑形成，而冷却区域4例如为滑动炉排的形式。在烧结区域3中形成废气5，所述废气流动通过预热器3并且预先任选地流动通过可能存在的煅烧器并且用于预热或预煅烧材料流1。离开预热器1的废气5.1通常具有约300至400℃的温度。该热在互连操作中用于粉碎设备6，所述粉碎设备6例如为组合的研磨和干燥系统的形式从而制备待进料至预热器的水泥生料。
在粉碎设备6的下游，废气5.2仅具有约90至120℃的温度并且可以进料至常规滤尘器7(织网过滤器或静电过滤器)。在滤尘器中，废气5.2至少部分地除尘，但是优选达到对应于排放法规的剩余粉尘含量。然而，除尘废气5.3仍然负载特别是气态的污染物，所述污染物在催化剂10中减少。为了实现有效的污染物减少，进料至催化剂的废气必须在取决于使用的催化剂的预定温度范围内进料。在使用多种催化剂的情况下，温度区间通常在150°和600℃之间。在任何情况下，必须再次升高除尘废气5.3的温度。有利的是如果从过程中可获得热，则首先用于该目的。在所示实施方案中，由此另外通过使用来自催化剂10的废气5.6的气-气换热器8首先加热除尘废气5.3。然而，由于该热传递不足以达到催化剂10需要的温度，通过使用在冷却区域4中产生的冷却器废空气9提供来自方法的进一步的热位移从而进一步加热废气5.4。
在所示实施方案中，通过两个换热器11和12和设置在其之间的热回路13实现冷却器废空气9和废气5.4之间的热传递。冷却的冷却器废空气9.1排出并且任选另行使用。当然，如果空间距离允许的话，除了两个换热器和热回路之外，还有可能仅使用一个换热器。
以所述方式进一步加热的废气5.5，由此具有催化剂10需要的温度。如果情况并非如此，可以例如通过额外燃烧14进行进一步加热。额外燃烧15也可以用于进一步加热冷却器废空气9。可以进一步想到在热回路13的区域中提供额外燃烧16。在任何情况下，必须以合适的方式保证进料至催化剂10的废气5.5具有适合于污染物减少的温度水平。需要的温度水平取决于使用的催化剂。优选使用减少含氮化合物和/或含碳化合物的催化剂。出于该目的，可以额外地将适合于减少污染物的添加剂17(例如含氨添加剂)进料至催化剂10上游的废气5.5。
图2显示了所谓的直接操作中的图1中显示的系统，其与互连操作的不同之处在于废气5.1不通过粉碎设备6引导而是通过冷却设备18引导。例如当粉碎设备由于维修目的不可用或者由于其它原因已经关闭时，使用直接操作。然而，由于滤尘器7不能承受离开预热器的废气5.1的高温，废气的温度必须在冷却设备18中降低至滤尘器7仍然可接受的程度。由于下游催化剂在任何情况下再次需要更高的温度，废气5.1在冷却设备18中仅冷却至这样的程度：冷却的废气5.2’具有尽可能高但是滤尘器7仍然可接受的温度。在其它方面，废气的进一步处理以与互连操作相似的方式进行，具有相应的除尘和温度升高以及催化剂中的净化。
然而，提供在不同的温度水平下操作催化剂10。如果废气在更高的温度下流动通过催化剂，有可能再次再活化部分失活的催化剂。滤尘器7上游可获得的更高的温度水平用于所述目的，使得工厂在直接操作下操作的周期中进行催化剂的再活化，其中催化剂在直接操作中仅当需要再活化时才经受废气的更高的温度。换言之，即使在直接操作中，如果催化剂仍然保证足够的污染物减少率，废气的温度不会不必要地升高超过足以进行污染物减少的温度。因此在催化剂10下游的废气流5.6或5.7中确定催化剂的污染物减少率从而(如果需要的话)在直接操作中在更高的温度下进行催化剂的至少部分的再活化。
通过使用直接操作中可获得的更高的能量水平，至少部分减少了例如通过额外燃烧14、15、16(其例如可以通过天然气燃烧器进行)进行再活化的额外的能量要求。此外，还可以想到用于热处理材料流的方法在直接操作中这样操作使得大量热可用于升高废气的温度。这可以例如通过改变燃料供应或调节系统中空气的量而实现。

Claims (14)

1.用于热处理材料流(1)并且用于净化所得废气(5)的方法，其中材料流(1)在预热区域(2)中预热，在烧结区域(3)中燃烧并且在冷却区域(4)中冷却，其中至少烧结区域的废气(5)流动通过预热器(2)并且用于预热材料流(1)，并且其中离开预热器的废气(5.1)在互连操作中至少部分地在干燥、造粒和/或粉碎设备(6)中冷却，或者在直接操作中至少部分地在冷却设备(12)中冷却，然后在滤尘器中至少部分地除尘，并且其中随后再次升高至少部分除尘的废气(5.3)的温度，然后在至少一个催化剂(10)中净化废气的污染物，
其特征在于，废气在直接操中流动通过催化剂(10)的温度至少阶段性地高于废气在互连操作中流动通过催化剂(10)的温度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，废气在直接操作中流动通过催化剂(10)的温度至少阶段性地比互连操作中的废气的温度高至少10℃，优选20℃，最优选30℃。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过加入热气体和/或通过额外燃烧(14、15、16)，通过来自用于热处理材料流(1)的方法的热位移来进行滤尘器(7)和催化剂(10)之间的废气的至少一部分的温度升高。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过与离开催化剂(10)的废气(5.6)换热进行滤尘器(7)和催化剂(10)之间的废气的至少一部分的温度升高。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过至少一个气-气换热器(8、12)进行至少一部分的温度升高。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，含氮化合物和/或含碳化合物在催化剂(10)中减少。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，催化剂(10)在互连操作中经受缓慢失活，并且在直接操作中至少阶段性地进行催化剂(10)的至少部分的再活化。
8.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法在直接操作中操作用于制备水泥熟料，使得更大量的热能够用于升高滤尘器(7)下游的废气的温度。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，通过催化剂(10)相应的过度定尺寸补偿催化剂在互连操作中出现的失活，使得即使在互连操作结束时仍然实现催化剂的预定的污染物减少率。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在互连操作中流动通过催化剂(10)的废气具有至少300℃，优选至少350℃的温度。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据催化剂(10)的污染物减少率或者在预定时间之后进行从互连操作到直接操作的切换。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在直接操作中废气在冷却设备(18)中仅冷却至适合于滤尘器(7)的最大温度。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将适合于减少污染物的添加剂(17)注入催化剂上游的废气(5.5)。
14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在催化剂再活化的阶段中控制冷却器(4)从而建立废空气(9)的更高温度。
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