CN116829241A - 用于干燥吸附的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于干燥吸附的系统(100)。该系统包括：气体入口(130)，来自加工业的废气通过该气体入口流入系统(100)；加速装置，布置在气体入口(130)的下游；以及反应腔室(140)，布置在加速装置的下游。使废气与来自反应腔室(140)中的吸附剂分配器(150)的吸附剂接触，其中，加速装置是增压器(110)并且包括对气流的多个阻抗部，以用于在增压器的出口处产生废气的湍流，从而增强吸附。此外，本发明涉及利用一种利用用于干燥吸附的系统(100)清洁来自加工业的废气的方法。

Description

用于干燥吸附的系统和方法
技术领域
本发明涉及一种用于干燥吸附的系统。该系统包括：气体入口，来自加工业的废气通过该气体入口流入系统；加速装置，布置在气体入口的下游；以及反应腔室，布置在加速装置的下游。使废气与来自反应腔室中的吸附剂分配器的吸附剂接触。
本发明还涉及一种利用用于干燥吸附的系统清洁来自加工业(铝的电解过程)的废气的方法，该方法包括以下步骤：
-将来自加工业的废气通过气体入口供给到系统中，
-使吸附剂进入气体入口下游的废气流中，
-将吸附剂与废气流混合，确保利用吸附剂吸附废气的气态物质和潜在污染物，从而形成净化的气体、颗粒以及具有吸附的气态物质的颗粒的混合，
-过滤气体和烟雾、吸附剂颗粒以及具有吸附的物质的颗粒，
-将吸附剂与净化的气体分离，
-使吸附剂进入气体入口下游的气流中并使吸附剂再循环，
进一步从系统中去除气态物质和污染物以用于清洁气体和烟雾。
背景技术
已知加工业的气体清洁过程，以便去除、净化、储存或破坏副产物的有害排放物，或者将废气的有价值组分再循环到过程中。存在用于气体处理的反应器系统和解决方案。还存在已知的使用干燥工艺气体的气体处理设备，该气体处理设备由反应器阶段和随后的过滤阶段组成。此外，已知使用粉末形式的氧化铝(A12O3)原料作为干燥吸附过程中的吸附剂以用于清洁铝电解产生的气体。
在铝电解过程中，有害的含氟化物气体与其他物质一起演变。然而，氟化物是铝电解过程中重要且必不可少的添加剂，并且气体清洁过程从烟雾中回收氟化物以再循环回到电解过程，这不仅具有价值，而且从环境角度来看也是重要的。
氧化铝被添加到反应器中的工艺气体中，其中，气态氟化物被吸附在氧化铝上。然后，具有吸附的氟化物的氧化铝在过滤阶段中与气体流分离并且被输送到电解过程中。
全球所有的铝生产厂都使用该过程。它是迄今为止最具成本效率的过程，因为它直接在氧化铝(原料)上回收氟化物(铝电解中的组分)。曾经使用的湿法过程已经过时。
EP0793527B1描述了一种方法，该方法用于通过干燥吸附从气态介质中分离物质，并且用于从铝生产过程排放的气体中回收诸如含氟气体和灰尘的杂质。该方法包括吸附的两个阶段：在吸附的第一阶段中，将含氟物质与微粒氧化铝混合并接触，以用于从气体中分离含氟物质。第一阶段随后是从气体中分离吸附的含氟物质，之后气体被转移到吸附的第二阶段，在第二阶段中，气体中的剩余的含氟物质和诸如氧化硫的其他气体被吸附和分离，之后气体被排放到大气中。
US4534778描述了一种用于将是吸着材料的粉末状材料注入竖直接触柱中的设施，载有污染流出物的气体流经该竖直接触柱。该载有气体固定在吸着材料上。该设施包括通向柱中的装置以用于注入吸着材料。该装置包括多个间隔开的喷嘴以用于注入吸着材料。
CN101054695B描述了一种使用铝粉作为吸着剂以用于净化废气的方法和设备。粉末分配器使用两相流，其中，粉末和空气通过围绕文丘管的外周分布的喷嘴分配到气流中，来自铝电解的废气流经该文丘管。这种装置由于沿着管壁的柯恩达效应而磨损，并且需要来自例如加压/压缩空气的额外动力。
CN101054694描述了一种用于净化来自铝电解的废气的设备和两阶段供给方法。
WO2008/010206A1描述了一种用于通过在气体流的湍流区域中沿着气体流的逆流方向注入吸着剂而从向上流动的气体流中去除污染物，同时沿着设备的壁产生层状气体流，以便避免吸着颗粒碰撞柱壁的方法和设备。
由于吸附剂与气体流的低效混合，许多反应器系统和解决方案需要长的保存时间以实现足够的吸附速率，从而增加了反应器尺寸和成本。
另外，由于吸着剂的磨蚀性，吸附剂可能侵蚀与气体接触的装备。吸附剂和吸附物的所得产物可能改变吸附剂的化学性质并导致结块，从而形成结垢和具有积垢特性的物质。
在低流量占主导的情况下，反应器中气流分配的不均匀性使得存在吸附剂下落的危险，并且吸附剂下落的结果是吸附剂在像入口管道的上游系统中积聚，这意味着堵塞并进一步增加了气流的不均匀性(倾斜的气流分布)。
因此，需要一种克服以上提到的问题的系统和方法。
发明目的
本发明的目的是提供一种提高吸附速率的系统。
本发明的另一个目的是降低侵蚀和积垢的风险。
本发明的又一个目的是改进系统中的气体分配，以减少吸附剂下落通过反应器落入下方的入口管道中的掉落。
本发明的另一个目的是加强系统的吸附效率。
本发明的又一个目的是提高冷却气体的效率，因为已经证明气体温度的增加会增加用于铝电解的气体处理设备的排放。该排放随着气体温度的增加几乎呈指数地增加。
本发明的另一个目的是除了提高吸附速率之外，还要将冷却和热回收结合。废气的温度是在120-180℃左右，该温度随着铝电解而持续增加。对于气体清洁过程来说，降低气体温度并同时回收气体流中的热是有利的。回收的热能够用于电力生产，或者用作许多重要应用(区域加热/冷却、海水淡化、养鱼场等)的热源。
发明内容
在以下整个说明书中，以下术语意指：
本说明书中使用的术语“吸附”意指气态物质(吸附物)在吸附剂的表面上的吸附和吸收结合，和/或吸收和随后与吸附剂进行化学反应而形成新物质。
本说明书中使用的术语“吸附剂”意指吸着剂和吸收剂两者。
本说明书中使用的术语“吸附剂掉落”或“吸附剂下落通过”意指吸附剂下落通过反应器并落入下方的入口管道中。
本说明书中使用的术语“加速装置”还被称为“增压器”，其是反应器的包括多个文丘里管的区段，这些文丘里管增加气体速度并在增压器的下游产生湍流区域。
术语干燥洗涤或干燥吸附以及干燥系统意指干燥和半干燥系统两者，其中，半干燥意指干燥吸附剂与水或其他流体混合，然后被添加到反应器中。
本说明书中使用的术语“阻抗部(resistances)”意指对由管、环或槽形成的多个文丘里管的壁/固体本体形成的对流动的阻抗部，其中，气流布置在吸附系统的入口管道的下游。
整个本说明书中使用的术语“反应腔室”意指增压器下游的腔室，其中，流经增压器的进入废气与分布在反应腔室中的吸附剂混合并且由此进行反应。
术语“吸附剂分配器装置”或“吸附剂分配器”是确保向反应腔室装置中的气体供给并分配吸附剂的装置。
这些目的和优点中的一个或多个通过如在独立权利要求中所限定的解决方案来实现。优选实施方式也在从属权利要求中限定。
在第一方面中，本发明由此涉及一种用于干燥吸附的系统，该系统包括：
-气体入口，来自加工业的废气通过该气体入口流入系统中，
-加速设备，布置在气体入口的下游，
-反应腔室，布置在加速装置的下游，其中，使废气与来自反应腔室中的吸附剂分配器的吸附剂接触，并且其中，加速装置是增压器并且包括对气流的多个阻抗部，以用于在增压器的出口处产生湍流气流，从而增强吸附。
多个阻抗部是多个文丘里管。
多个文丘里管是多个平行管的装置或在圆形、椭圆形、正方形或矩形管道中对称布置的圆形、椭圆形、正方形或矩形形式的装置。
可替代地，多个文丘里管是多个同心布置的圆形环。
在另一个替代方案中，多个文丘里管是多个同心布置的椭圆形环。
在又一个替代方案中，多个文丘里管是多个同心的正方形环。每个正方形环优选地具有圆形拐角。
文丘里管可以在出口端部处具有台阶部，该台阶部可以是垂直于文丘里管的纵向轴线的平坦表面。
反应腔室可以包括冷却系统，其中，该冷却系统可以包括在吸附分配器下游的管装置。
冷却介质可以是空气、水或油。该冷却介质可以在管装置的管壁外部流动，从而提供对气体和吸附剂的冷却。
系统还可以包括对冷却气体和吸附剂产生的热进行回收的的热回收系统。
系统还可以包括用于从气体中过滤吸附剂的过滤系统。该过滤系统可以包括以下元件中的至少一者：沉降腔室、旋风分离器以及过滤器。
选定元件的顺序可以是沉降腔室、旋风分离器以及过滤器。
系统还可以包括至少一个另外的在下游的用于干燥吸附的系统，其中，至少一个在下游的用于干燥吸附的系统串联连接。
一个阶段可以包括用于从气体中过滤吸附剂的过滤系统，并且过滤的吸附剂被重新放入至少一个随后的在下游的用于干燥吸附的系统中。
在过滤的吸附剂被重新放入至少一个随后的在下游的用于干燥吸附的系统的反应腔室中之前冷却该过滤的吸附剂。
吸附剂可以被引入至少一个随后的在下游的用于干燥吸附的系统中，并且可以是至少部分新鲜的吸附剂。
在第二方面中，本发明由此涉及一种利用如以上描述的用于干燥吸附的系统清洁来自加工业的废气的方法，该方法包括以下步骤：
-将来自加工业的废气通过气体入口供给到系统中，
-使吸附剂进入气体入口下游的废气流中，
-将吸附剂与废气流混合，以确保利用吸附剂吸附来自废气的气态物质和潜在污染物，从而形成净化的气体、微粒以及具有吸附的气态物质的吸附剂，
-过滤气体和烟雾、微粒、吸附剂颗粒以及具有吸附的物质的吸附剂，
-将吸附剂与净化的气体分离，
-使吸附剂进入气体入口下游的气流中并使吸附剂再循环，进一步从系统中去除气态物质和污染物以用于清洁气体。
吸附剂与气流的混合包括产生湍流气流的步骤，吸附剂被引入该湍流气流中。
在第三方面中，本发明由此涉及以上描述方法的用途，其中，将用于干燥吸附的系统用于铝电解过程中产生废气，吸附剂是新鲜的氧化铝(Al2O3)。
通过使将气体与吸附剂通过产生和控制湍流区域有效混合来实现增强的气体吸附，该混合在该湍流区域中发生。湍流区域是在废气所通过的加速装置/增压器的出口处产生的。增压器包括形成对流动的阻抗部的多个文丘里管，以确保穿过增压器的气流的均匀性和速度增加，从而在增压器的下游产生湍流。湍流由许多微小涡旋组成，其确保吸附剂与废气和气态物质的充分且增强的混合。对于铝电解，这些物质包括氢氟酸(HF)和二氧化硫(SO2)。这些物质被捕获并结合到用作吸附剂的氧化铝的表面上。
通过将吸附剂充分混合到气体流中，传质速率显著增加。由此，混合区域和保存时间最小化，并且实现了强控制的混合，从而避免与气体和吸附剂混合物接触的装备的积垢和侵蚀的风险。这种反应器技术具有成本、空间以及操作益处。
当在系统中引入多个平行流动阻抗部时，增压器平衡(平均)反应器上的气流速度分配。在增压器的下游，产生的微小涡旋的作用是增加系统的总体湍流，并且改进吸附剂在气体流中的混合，这增加了系统的传质和吸附速率。
为了改进气态物质的去除，在具有平行多个管的系统的隔室中，气体在湍流中进一步加工以用于增强气态物质的去除。优选地，冷却剂(例如，水、油、空气等)将流经隔室，以从流经管的气体中去除或回收热。气体的降低温度已经示出为减少污染物的排放，该污染物为来自处理来自铝电解的废气的系统的气态氟化物。在上游系统中，吸附剂和处理气体的混合物通过管加速会引起湍流的增加，将进一步增强气态物质和污染物从气体流中的去除。
使气态氟化物到大气中的排放最小化具有许多积极作用，如减少地区和全球环境污染。还存在使氟化物返回到电解池中(回收的有价值的氟化物是电解浴的主要组分)的经济作用和优点。
附图说明
现在将参考以下示意图仅以实例的方式描述本发明的实施方式，在附
图中：
图1示意性地示出了典型现有技术的气体清洁系统的设施。
图2示意性地并立体地示出了现有技术的用于将吸附剂(粉末状材料)注入到竖直接触反应器中的设施。
图3示意性地示出了根据本发明的用于清洁气体的系统的实施方式的截面图。
图4示意性地示出了根据本发明的用于清洁气体的系统的实施方式的截面图。
图5示出了图4中的A的详细视图。
图6A示意性地并立体地示出了具有冷却器且冷却介质是液体的系统的实施方式，并且图6B示意性地并立体地示出了具有冷却器且冷却介质是环境空气的系统的实施方式。
图7A至图7C示意性地示出了根据本发明的气体清洁系统的设施。
图8A示意性地并立体地示出了系统，增压器装置指向其在该系统中的位置；图8B示意性地并立体地示出了不同的增压器装置；图8C至图8G示出了不同的增压器装置的顶视图。
图9示意性地示出了具有两个或更多个阶段的复合气体清洁系统的实施方式。
具体实施方式
示例性实施方式的以下描述参考附图。不同附图中的相同参考标号标识相同或相似的元件。以下详细描述不限制本发明。相反，本发明的范围由所附权利要求限定。为了简单起见，关于用于将吸附剂与气流混合的方法讨论以下实施方式。
整个说明书对“一个实施方式”或“一实施方式”的引用意指结合实施方式描述的特定特征、结构或特性包括在公开主题的至少一个实施方式中。由此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施方式中”或“在一实施方式中”不一定参考相同的实施方式。此外，在一个或多个实施方式中，特定特征、结构或特性可以以任何适合的方式组合。
图1示意性地示出了现有技术中的典型气体清洁系统100的设施，用于工业过程(例如铝电解)产生的废气的气体清洁过程。在利用干燥吸附过程(也被称为干燥洗涤)的系统中处理电解产生的气体，以便在气体进入大气之前从废气中去除为气态氟化物的有害气体组分。氧化铝(生产过程的原料)的粉末材料用作吸附剂(吸着剂)以在吸附过程中与废气反应。吸着剂是新鲜的氧化铝或具有来自干燥吸附过程的吸着氟化物的再循环的氧化铝。电解产生的废气通过气体入口130进入系统100中并且进入吸附反应器156中。在气体入口130的下游，通过吸附剂分配器150将新鲜的吸附剂152或再循环的吸附剂154供给或注入吸附反应器156中。从废气中将气态氟化物吸着到氧化铝表面上，之后气流连同具有吸着的氟化物的氧化铝一起进入过滤器系统160。在过滤系统160(例如是过滤袋162的系统)中，将具有吸着的氟化物的氧化铝与气体分离。净化的气体被释放到气体出口230中并且进一步被释放到大气中。将具有吸着的氟化物的氧化铝从过滤袋162中提取，并且使其进入过滤料斗170中。过滤料斗170接收吸着的材料，并且再循环的吸着剂可以通过供给器154被重新引入竖直反应器腔室中。在通过过滤袋从气流中分离之后，具有吸着的氟化物的氧化铝被供给到电解铝，从而回收并再循环电解所需的有价值的氟化物。
图2示出了现有技术中的用于将粉末状材料注入竖直接触反应器中的设施，载有期望吸着到粉末状材料的污染物质的气体流经该竖直接触反应器。该设施包括用于将新鲜和/或再循环的材料注入柱中的装置。该装置包括注入新鲜或再循环的材料的多个喷嘴，布置在柱中的这些喷嘴具有扩散器装置，这些扩散器装置借助于杆布置在距喷嘴的出口一定距离处。扩散器装置为平板和水平板的形式。由此，通过喷嘴排出的新鲜或再循环的材料被投射到这些板上并且从这些板中分散到载有污染流出物的上升气流中。
构成本发明基础的原理
本发明的核心是使用有效装置以在来自诸如铝电解的工业过程的废气中形成强有力的湍流，其中，诸如氧化铝颗粒的吸附剂被引入，以便改进吸附速率而不由于吸附剂颗粒的磨蚀效应引起系统的侵蚀。首先，氧化铝被供给并分配到气体管道中，并且然后在例如过滤袋系统的过滤系统160中被捕获。
干燥的或半干燥的吸附剂被添加到气体流中的气体吸附取决于混合的强度和下游保存时间，以用于有效接触和随后进行的吸附物(气态物质)的吸附。吸附(传质)速率取决于混合强度和吸附物与吸附剂(吸着剂)表面结合的适应性以及吸附物与吸附剂(吸着剂)的进一步的化学反应。能够通过将吸附剂充分混合到气流中增加传质速率。
利用气体加速装置以便形成湍流。为增压器110的加速装置用作形成废气的湍流的有效装置。增压器110具有增压器入口端112和增压器出口端114，并且包括多个平行的文丘里管120。增压器110在增压器110的下游产生湍流。在另一个实施方式中，台阶部设置在出口端114处，该台阶部进一步增强废气离开出口端114的湍流。该台阶部典型地是在文丘里管120与相邻的文丘里管120之间的平坦表面。在文丘里管120中气体加速，从而在增加动态压力的同时减小气体的静态压力。当气体离开增压器110时，气体射流将喷射到由反应器壁封闭的吸附反应器的敞开空间中。在射流周围的气体内，将存在将气体供给到射束/射流中的较高的静态压力，使得有效地产生微小涡旋210以增加射流的静态压力，直到该压力与气体周围的静态压力相等。射流将消散并且由此具有与周围气体相同的压力和速度。这种关系确定了射流的到达范围。
沿着反应器的壁，气体可能经受柯恩达效应，除非与壁有足够的距离。当气体沿着壁时发生柯恩达效应，气体向射流添加的气体少于射流之间气体并且由此射流朝向反应器壁偏转并且然后紧密地遵循壁。这将降低效率并且还可能引起壁的侵蚀。发明人已经意识到要确保壁与文丘里管之间的距离必须大于文丘里管之间的距离的一半。在这种系统中，射流反而远离壁偏转并朝向附近的射流。当两个间隔开的射流之间的空间具有较高的静态压力时，气体将朝向两个射流供给，这些射流将不会沿着一个方向离开，而是呈扇形网状离开。这避免了壁的结块增长和/或侵蚀。在射流束内，相邻的射流将相互作用并抵消这种效应，并且射流将不受影响地流动，直到射流消散并达到与周围气体相同的速度。
吸附剂被供给到反应腔室140中并且通过吸附剂分配装置150被分散到气体中。
实施本发明的最佳模式
本发明的主要原理是将吸附剂滴入气体中并在下游过滤器中分离。
图3示意性地示出了根据本发明的用于清洁气体的系统100的实施方式的截面图。该系统使用干燥吸附过程以将有害的气态物质(诸如气态氟化物)从烟气中去除，以便将净化的气体释放到大气中。在吸附过程中，吸附剂被注入烟气流中，并且气态物质可以被吸附剂吸附。为了提高吸附速率，增压器110被引入系统100。增压器110是在废气进入反应腔室140之前增加废气的速度的装置。增加的速度通过增压器110来实现，该增压器包括平行布置在入口管道132下游的多个文丘里管。该多个文丘里管可以由如图8A至图8G所示的多个管、环或槽形成。这些文丘里管通过其壁表现对流动的阻抗部，从而迫使废气流动通过狭窄空间并由此增加气流的速度。增加的速度在增压器110的下游产生湍流，这是气流因为突然扩展到反应器腔室中。该湍流增加了吸附剂的冲击，增强了吸附剂与要吸附的(由吸附剂收集)气态物质碰撞和相互作用且更强有利的混合两者，并且由此实现了有效的传质。系统100包括废气入口130，其中，来自铝电解过程的气态污染物进入气体清洁系统100，增压器110用于增加气体从气体入口130流向吸附剂分配器150的速度，该吸附剂分配器布置在入口管道132的下游和增压器出口114的下游。吸附剂分配器150布置在从增压器110的增压器出口114突出的管道中。吸附剂分配器150分别从新鲜或再循环的吸附剂的吸附剂进料部152、154接收吸附剂。管道形成由反应腔室壁142封闭的反应腔室140。增压器110是例如布置为多个管、环或槽的文丘里管的装置，确保气体的速度增加有助于在增压器110的出口114处形成湍流区域。在增压器110下游的湍流区域中，吸附剂通过吸附剂分配器150被引入废气中，从而将吸附剂均匀地分配在湍流区域的截面上。在增压器110的增压器出口114处，气体形成产生微小涡旋210(如图5所示)的高速射流，从而产生增加的湍流，使得从吸附剂分配器150向下吸取/抽吸吸附剂并且在气体射流之间向下吸取/抽吸吸附剂。气体射流吸引吸附剂，并且吸附剂被气体流进一步输送到反应腔室140中。吸附剂湍流床直接形成在增压器110的出口114处。吸附剂/吸附剂掉落物落入上游管道和系统中可能导致堵塞和产生阻抗部，从而产生不均匀的气流区域，这种情况由于对流动的阻抗部增加以及气体进出增压器110的高速度而避免。吸附剂被均匀注入湍流区域处的气流中，并且由于在这个区域中的湍流气体，将实现气态物质在吸附剂上的强有力的混合和增加的传质速率。
增压器110在出口114处产生受控的湍流区域(参见图5)，该湍流区包括多个射流220和微小涡旋210。高速射流产生吸引相邻射流的吸力(低压力)。对于对称布置在圆形、椭圆形或矩形管道中的增压器110(如图8A至图8F所示)，吸引力将平衡反应腔室140内的高速射流。在增压器110的下游，反应腔室140的外周/壁142处的射流将被朝向相邻射流并远离反应腔室140的壁142吸引，以留下低速区域，该速度沿着反应腔室140的壁142的内表面接近零，从而使得壁142被侵蚀的风险低或没有侵蚀的风险。此外，湍流区域有效地避免了吸附剂结块而导致壁142上的积垢和结垢以及沉积物。另一个作用是它引入对抗文丘里管中的流动的多个平行阻抗部来平衡(平均)穿过反应器140的流动并且充当格栅。该格栅减小气体通道的截面面积并且产生平衡气流的阻抗部。该格栅的作用包括引入多个平行阻抗部，改进格栅的开口之间的气体分配，从而在格栅下游产生更均匀的速度。高速度的更进一步的作用是它们显著地改进了颗粒的竖直力(提升)，这降低了吸附剂下落并落入下方的管道内的风险，并且这种风险增加了堵塞和产生阻抗部的风险从而在增压区域下方和后方产生更不均匀的气流。
吸附剂被新鲜和/或再循环的吸附剂进料部152、154分别从吸附剂区域输送，并且借助于吸附剂分配器装置150被均匀地注入气流中。装置150包括多个分配元件，该多个分配元件在反应腔室140的整个流动区域上将吸附剂输送和供给到气流中。分配器装置150可以布置为一个或多个星形装置。分配器装置150将受控部分中的吸附剂释放到气体流中。在气体通过吸附剂分配器装置150时，气体加速且气体上方的吸力(参考伯努利原理)作用于被拉入气体流中的颗粒(吸附剂)。混合气体与注入的吸附剂的反应腔室140的下游随后是用于从废气中分离吸附剂的区段。该区段可以包括沉降腔室164、旋风分离器166或过滤袋162中的至少一个。在一个优选实施方式中，排序是：沉降腔室164、旋风分离器166以及过滤器，但也可以仅利用三个中的两个的组合工作。沉降腔室164是去除大颗粒的简单方式，简单地通过使重颗粒在重力作用下沉降并下落。去除能够在不中断气流或过程的情况下发生。通过沉降去除大颗粒还意指在随后的旋风分离器中的磨损更少并且过滤袋堵塞和更换的频率更低。该方法还涉及很小的气流阻抗部。旋风分离器166移除中等尺寸的颗粒是有效的，并且再次移除能够在不中断气流或过程的情况下发生，并且还意指过滤袋162堵塞和去除的频率更低。最后，过滤袋162是用于去除细颗粒并避免排放的非常有效的过程。
在增压器110上方的湍流区域中，微小涡旋210以及吸附剂颗粒与气体之间的相对速度最高，这增加了气体分子与吸附剂颗粒之间的物理接触，这是气态物质在颗粒表面上的高吸附速率所必需的先决条件。对于吸附过程，气态物质被吸引/结合到颗粒表面，而对于气态物质的吸收过程，在颗粒表面上或吸附剂内部存在形成新产物的化学反应。
如果混合强度高并且吸附速率高，则在混合吸附剂之后可以尽快从气体中分离吸附剂，从而使装备成本降低。这能够通过使气体流动过滤器或如提到的其他分离方法实现。优选的过滤器是由过滤器壳体和过滤袋组成的织物过滤器，其中，与吸附剂混合的气体流经过滤袋，该过滤袋将吸附剂与气体流分离。
如果需要较长的反应时间(即较长的保存或停留时间)，则反应器可以延长为腔室/通道，从而增加气体和吸附剂的混合物的接触时间。接触时间是气流和吸附剂混合的时间，即吸附剂被注入直到被过滤袋分离的时间。
在吸附速率适中的情况下，需要更长的紧密接触并且需要更长的接触时间，以可以使用管装置，在管装置中，气体再次被加速并且由于增加的速度管内的湍流也增加。这种装置被称为贫流反应器或“再冷却器”。此外，气体混合物可以在这种管装置中冷却，在管装置中，流体/气体和吸附剂流入管中。已经证明气体的冷却对于某些吸附过程是有利的。另外，热可以如在热交换器190中回收。回收的热是低位热，并且可以用于热积累等。在图6A至图6B中能够看到一种优选的装置，其中，多个管是平行布置的，从而提供速度增加的流体/气体和改进的湍流，并且因此提供增强的混合。在一个优选实施方式中，系统需要在气体进入过滤的最后阶段之前将其冷却到80-120℃的温度，以便减少吸附在吸附剂上的气体(诸如HF气体)的排放，并且保护过滤器免受热气流的影响。随着气体温度降低，冷却的气体的体积减小，从而降低下游装备/过滤器的成本。在清洁铝电解过程产生的铝废气的过程中，HF气体的排放在高温下增加，即从110℃呈指数增加。冷却还可以改进系统的吸附效率。吸附过程继续通过管冷却器，并且进一步进入过滤器系统160(未示出)，在过滤器系统中，吸附剂与净化的气体分离。在分离步骤(过滤)中，其中，吸附剂被捕获在过滤袋的织物上，从而产生吸附剂的滤饼。通过滤饼，气体与吸附剂进行强有力且短暂的紧密接触，并且发生进一步的吸附。滤饼的延伸取决于清洁袋的频率。该滤饼是重要的，以便使去除气态氟化物(HF)的效率达到99.8％-99.9％的水平。
优选地，气体在过滤阶段之前进入冷却系统200，如图4所示。冷却系统200可以与热交换器系统190组合，从而系统中回收热，以用于例如热积累等的再循环目的。冷却系统200可以使用液体作为冷却介质(液体是如图6A所示的水、油等)，或者使用环境空气作为冷却介质(如图6B所示)。
为了冷却流体，介质能够被引入系统中并且在管壁外部流动，从而吸收由管消散的热。吸附剂进一步增加冷却器中的湍流和热传递。被介质吸收的热可以被回收并且用作用于能量回收或用于加热目的的热源。
图9示出了复合气体清洁系统，在一个优选实施方式中，采用在降低的温度下的复合吸附。这包括可选的但优选的中间过滤阶段和至少一个随后的次级反应腔室140。冷却装置用于降低温度。
在一个优选实施方式中，用于吸附系统的中间过滤阶段包括以下元件中的至少一者：沉降腔室164、旋风过滤器166以及过滤袋162。在一个更优选的实施方式中，该区段包括用于使最重颗粒易于去除的沉降腔室164，随后的用于去除剩余颗粒中大部分的旋风分离器166以及随后的过滤袋162。
这个反应腔室140能够是敞开的反应器或用于进一步改进混合的反应器，从而确保吸附剂与吸附物之间的进一步紧密接触。
应当意识到，反应速度和扩散速率随着温度的增加而增加，而气体流中的HF浓度随着温度的增加和气体的水含量(湿度)的增加而增加。这是由于在微粒氟化物产生的HF也存在于铝电解的废气中。因此，降低气体温度将降低气体流中的总HF浓度，并且因此通过在比初始吸附过程温度更低的温度下的第二加工步骤降低排放到环境中的HF。在一个实施方式中，在第一过滤阶段中过滤来自初始吸附阶段的气体，并且从气体中去除吸附的氧化铝。然后在气体被传送通过第二增压器110之前将气体冷却，具有在第二增压器110下游的第二反应腔室140。从气体中去除的吸附的氧化铝通过第二反应腔室140中的第二吸附剂分配器被重新引入第二反应腔室140中的冷却气体中。
在被重新插入反应腔室140中之前可以冷却过滤的吸附剂，该反应腔室可以在上游或在随后的下游。由于降低的温度，冷却的过滤的吸附剂将排放更少的气体(氟化物气体)，从而产生更高的清洁能力，这是因为更多的吸附剂能够与废气反应。当在吸附阶段之前冷却气体时，被重新引入的吸附剂的冷却可以进一步有助于改进系统的吸附效率。
第二反应腔室140的下游设有第二过滤区段。在一个优选实施方式中，该区段包括以下元件中的至少一者：沉降腔室164、旋风分离器166以及过滤袋164。在一个更优选的实施方式中，该区段包括用于使最重颗粒易于去除的沉降腔室，随后的用于去除剩余颗粒中大部分的旋风分离器以及随后的过滤袋。
在如以上公开的两阶段过程中，优选第一过滤阶段不引起过大的气流阻抗部，并且由此可以排除过滤袋。
热能够在几个阶段中被回收，诸如先通过第二阶段，然后在第一阶段之前从第二增压器与第一反应腔室140之间的阶段获得热，以便提供高质量的热以用于回收或其他用途。可替代地，从第一阶段回收高位热并且从第二阶段回收低位热以用于分离的回路中。虽然热能够从腔室140的壁和系统的管道被回收，但是热还能够从增压器110的壁被回收。在这种实施方式中，增压器和热回收单元是同一个单元。
由此，两阶段过程将过滤出更多的HF，同时还提供更多的热回收。
出于若干原因，中间过滤是重要的。重要的是减少穿过增压器的颗粒量，因为这可能导致磨损和磨蚀。同时，优选一些磨蚀来抵抗结块增长，结块增长能够减少热交换并且增加对气流的阻抗部。出于这个原因，如果过滤能够根据需要进行调整，则是有益的。为了从气体中去除HF，过滤也是重要的。
在一些实施方式中，过滤出的颗粒能够被重新引入随后的反应腔室140中。这具有的优点是能够使吸附最大化以节省吸附剂的使用。在一些实施方式中，过滤出的颗粒能够被重新引入先前的反应腔室140中。这在反应腔室下游存在一个过滤系统的情况下是特别有用的，在该过滤系统中颗粒在一定程度上被再循环。这使吸附在吸附剂上或其中的气体量最大化。
在一些实施方式中，反应腔室被供给新鲜的吸附剂、再循环的吸附剂或新鲜的吸附剂和再循环的吸附剂的混合物。混合比能够改变以使吸附过程最大化并且使排放最小化。这能够对每个反应腔室进行。
尽管图9示出了使用两个反应腔室，但该系统能够通过另外的反应腔室和处理阶段扩展。
在一些实施方式中，被重新引入的是选自来自沉降腔室、旋风分离器过滤器以及过滤袋的滤液中的一种或多种滤液。典型地，优选的是将最大的颗粒再循环回到反应腔室中，并且这些颗粒通常是在沉降腔室中获得，并且在旋风分离器中以较小的程度获得。
在一个优选实施方式中，在被引入第二反应腔室140之前冷却滤液。
在一些实施方式中，在被引入第二反应腔室140之前将滤液与新鲜的吸附剂混合。
在一个优选实施方式中，在被引入第二反应腔室140之前只有新鲜的吸附剂。这是尤其有益的以便在气体离开系统之前从气体中去除HF的最后痕量。
在许多实施方式中，在增压器上游使用预过滤器168是有益的。原因是在这个阶段的废气可能包含由于许多可能的原因中的至少一个原因而不期望的颗粒。一个问题是颗粒在到达增压器之前可能引起侵蚀。另一个常见的问题是这些颗粒是热的并且将例如HF排放到后续阶段，这抵制了去除HF的过程。还可能的是，这些颗粒是不期望返回到诸如铝电解池的来源的复合物，而具有吸附的HF的氧化铝粉末返回到电解池是有利的。图9示出了一个实例，但是这种过滤器的使用不限于复合过滤系统。
图7A至图7C示意性地示出了根据本发明的用于清洁气体的系统100的设施的示意性截面图，这些图示出了从吸附步骤直到将净化的气体释放到大气中的系统100。图7A示出了利用具有一个过滤阶段的一阶段过程的系统100。图7B示出了利用具有两个反应器阶段的两阶段过程的系统100，其中，新鲜的吸附剂与再循环的吸附剂一起被释放，在图7C中再循环的吸附剂在两阶段过程的第一阶段中被释放，并且新鲜的吸附剂首先在两阶段过程的第二阶段被释放。
图8A示意性地并立体地示出了系统100，增压器110装置指向其在该系统中的位置。增压器110装置包括形成不同形状的文丘里管的多个圆形且同心的隔室。图8B示意性地并立体地示出了不同的增压器100装置。图8C至图8G示出了图8B的不同增压器110装置的顶视图。图8C示出了提供多个圆形同心的隔室形成的文丘里管而形成的增压器110。图8D示出了多个正方形同心的隔室形成的增压器110，并且图8E示出了图8D的具有圆形拐角的隔室。图8F和图8D示出了分别通过多个平行管形成的多个文丘里管120而形成的圆形和矩形增压器110。图8C至图8G中的隔室的数目不限于所示出的那些，可能存在更少或可能存在更多隔室。壁与文丘里管之间的距离必须大于文丘里管之间的距离的一半。
表1
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Claims (20)

1.一种用于干燥吸附的系统(100)，
所述系统包括：
气体入口(130)，来自加工业的废气通过所述气体入口流入所述系统(100)，
加速装置，布置在所述气体入口(130)的下游，
反应腔室(140)，布置在所述加速装置的下游，
其中，使所述废气与来自所述反应腔室(140)中的吸附剂分配器(150)的吸附剂接触，
其特征在于，
所述加速装置是增压器(110)并且包括对气流的多个阻抗部，以用于在所述增压器的出口处产生废气的湍流，从而增强吸附。
2.根据权利要求1所述的系统(100)，其中，所述多个阻抗部是多个文丘里管(120)。
3.根据权利要求2所述的系统(100)，其中，所述多个文丘里管(120)是多个平行管的装置或者在圆形、椭圆形或矩形管道中对称布置的圆形、椭圆形、正方形或矩形形式的装置。
4.根据权利要求2所述的系统(100)，其中，所述多个文丘里管(120)是多个同心布置的圆形环。
5.根据权利要求2所述的系统(100)，其中，所述多个文丘里管(120)是多个同心布置的椭圆形环。
6.根据权利要求2所述的系统(100)，其中，所述多个文丘里管(120)是多个同心的正方形环。
7.根据权利要求6所述的系统(100)，其中，每个正方形环具有圆形拐角。
8.根据权利要求2至7中的一项所述的系统(100)，其中，所述文丘里管(120)在所述增压器出口(112)端部处具有台阶部，所述台阶部是垂直于所述文丘里管(120)的纵向轴线的平坦表面。
9.根据权利要求1至8中的一项所述的系统(100)，其中，所述反应腔室(140)包括冷却系统(200)，所述冷却系统(200)包括在所述吸附剂分配器(150)下游的管装置。
10.根据权利要求9所述的系统(100)，其中，为空气、水或油的冷却介质在所述管装置的管壁外部流动，从而提供对所述气体和所述吸附剂的冷却。
11.根据权利要求10所述的系统(100)，其中，所述系统(100)包括对冷却所述气体和所述吸附剂产生的热进行回收的热回收系统(140)。
12.根据前述权利要求中任一项所述的系统(100)，其中，所述系统还包括用于从所述气体中过滤所述吸附剂的过滤系统(160)。
13.根据权利要求12所述的系统(100)，其中，所述过滤系统(160)包括以下元件中的至少一者：沉降腔室(164)、旋风分离器(166)以及过滤袋(162)。
14.根据权利要求13所述的系统(100)，其中，选定元件的顺序是沉降腔室(164)、旋风分离器(166)以及过滤袋(162)。
15.根据前述权利要求中任一项所述的系统(100)，其中，所述系统(100)还包括至少一个另外的在下游的用于干燥吸附的系统，
其中，至少一个所述在下游的用于干燥吸附的系统串联连接。
16.根据权利要求15所述的系统(100)，其中，一个阶段包括根据权利要求11、12或13所述的用于从所述气体中过滤所述吸附剂的过滤系统(160)，其中，过滤的吸附剂被重新放入至少一个随后的在下游的用于干燥吸附的系统的反应腔室(140)中。
17.根据权利要求16所述的系统(100)，其中，在所述过滤的吸附剂被重新放入至少一个随后的在下游的用于干燥吸附的系统的反应腔室(160)中之前冷却所述过滤的吸附剂。
18.根据权利要求15至17中的一项所述的系统(100)，其中，被引入至少一个随后的在下游的用于干燥吸附的系统中的所述吸附剂是至少部分新鲜的吸附剂。
19.一种利用根据权利要求1至18所述的用于干燥吸附的系统(100)清洁来自加工业的废气的方法，所述方法包括以下步骤：
-将来自加工业的废气通过气体入口(130)供给到所述系统(100)中，
-使吸附剂进入所述气体入口(130)下游的废气流中，
-将所述吸附剂与所述废气流混合，以确保利用所述吸附剂吸附来自所述废气的气态物质和潜在污染物，从而形成净化的气体、微粒和具有吸附的气态物质的吸附剂的混合，
-过滤气体和烟雾、微粒、吸附剂颗粒以及具有吸附的物质的吸附剂，
-将所述吸附剂与所述净化的气体分离，
-使所述吸附剂进入所述气体入口(130)下游的所述气流中并使所述吸附剂再循环，进一步从所述系统中去除所述气态物质和污染物以用于清洁气体和烟雾，
其特征在于，
-所述吸附剂与所述气流的混合包括产生湍流气流的步骤，所述吸附剂被引入所述湍流气流中。
20.一种根据权利要求19所述的方法的用途，其中，将用于干燥吸附的所述系统(100)用于铝电解过程中产生的废气，所述吸附剂是新鲜的氧化铝。
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