TW201412383A - 催化劑過濾模組及包含此模組的催化劑過濾系統 - Google Patents

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Abstract

本發明涉及用於氣態流體的催化劑過濾模組，其可以以高組裝密度結合在過濾系統中。過濾模組包括塊狀過濾元件、催化劑元件和清潔氣體收集和排放裝置。催化劑元件與過濾元件基本上共延，所述過濾元件具有進給表面，並且在其相對側上具有排放表面，濾出物從所述排放表面離開以被所述催化劑元件的上游表面接納。氣態流體作為清潔氣體在所述催化劑元件的清潔氣體表面處離開所述催化劑元件，所述清潔氣體表面與所述上游表面相對。清潔氣體收集和排放裝置包括延伸橫過所述催化劑元件的整個清潔氣體表面的一個或多個通道，所述一個或多個通道使清潔氣體流偏轉，並且與所述催化劑元件的清潔氣體表面的垂直方向成橫向地將該清潔氣體流引導到所述過濾模組的在其側表面處的清潔氣體排放開口。

Description

催化劑過濾模組及包含此模組的催化劑過濾系統
本發明涉及催化劑過濾模組和包括該催化劑過濾模組的催化劑過濾系統。本發明的催化劑過濾模組和催化劑過濾系統通常用於氣態流體中的氣態成分的組合的顆粒移除和催化劑移除。這種應用的一個例子是從煙道或廢氣組合移除顆粒和氮氧化物。
用於清潔煙道氣體的過濾系統可見於美國專利US5,318,755A，其中蜂窩結構的遮罩過濾元件與單獨的催化劑元件一起容納在殼體中。未淨化氣體首先穿過遮罩過濾元件而進入清潔氣體空間，然後從該清潔氣體空間穿過催化劑元件，該催化劑元件同樣為蜂窩結構。催化劑元件基本上與過濾元件共延。隨後，清潔氣體沿著與過濾元件和催化劑元件內的流動方向基本上平行的方向從殼體排出。
美國專利US6,863,868B1中已經提出了用於熱氣體過濾的為圓柱形濾棒形式的催化劑過濾模組和在過濾容器中包括該過濾模組的過濾系統。濾棒具有一體的燒結顆粒多孔本體，所述顆粒在其表面上塗覆有催化劑層。濾棒的上游或進給表面由多孔薄膜保持細粒覆蓋。清潔氣體積聚在濾棒中，並且從濾棒回到共用清潔氣體空間中，從該清潔氣體空間，清潔氣體從系統的容器排出。
現有技術的為圓柱形一體濾棒形式的催化劑過濾模組通常由陶瓷材料製成。常規的催化劑陶瓷濾棒具有的長度通常為2m，或者有時甚至為3m，由於燒結陶瓷材料的機械特性和過濾系統操作期間的機械應力，而使得該長度不能夠進一步增加。因此，單個濾棒的過濾面積受到限制，為了處理較大體積流量，需要數千個或數萬個濾棒。為了容納這樣大數量的催化劑濾棒，需要非常大的過濾容器或平行作業的若干容器。
然而，熱氣體過濾應用中的體積流量的範圍可能高達一百萬m3/h或更大，這對於使用這樣的常規催化劑陶瓷濾棒而言太高了。
本發明的目的在於提供過濾模組，該過濾模組可以以高組裝密度結合在過濾系統中。
通過根據申請專利範圍1所述的過濾模組來解決這個問題。
本發明的催化劑過濾模組提供每體積的高過濾面積，並且可以容易地以高密度組裝到過濾系統中。因此，本發明的催化劑過濾模組提供了用於非常高的體積流量的解決方案，同時，容納該模組的過濾容器仍然具有經濟上非常合理的尺寸。
催化劑過濾模組和包括該催化劑過濾模組的系統可以有利地用於經典的熱氣體過濾。其他的應用領域是：生物質氣化，燒結廠和煉焦廠的廢氣清潔，發電廠和焚化爐的廢氣清潔，類似FCC(流體催化劑分餾)單元或化學過程中的精煉處理，水泥工業等。
本發明的催化劑過濾模組具有塊狀過濾元件、催化劑元件和清潔氣體收集和排放裝置。
過濾元件和催化劑元件基本上彼此共延。過濾元件在其上游或進給表面處接納進給氣體(例如煙道或熱氣體)。在過濾元件的塊狀本體的相對表面(在下文中，濾出物側或排放表面)上，濾出物離開而由催化劑元件的上游表面接納。
催化劑元件可以佈置在過濾元件的濾出物側處，在過濾元件和催化劑元件之間具有小的間隙。在其他較佳實施例中，催化劑元件定位成與過濾元件直接接觸，並且直接接納濾出物以進行仍然包含在濾出物氣體中的氣態成分的催化處理。
清潔氣體在催化劑元件的清潔氣體表面處離開催化劑元件。當穿過過濾元件和催化劑元件時，氣體的流動方向是大體上均勻的且線性的。
清潔氣體收集和排放裝置基本上延伸越過催化劑元件的整個清潔氣體表面，並且從該清潔氣體表面接納清潔氣體流。清潔氣體收集和排放裝置偏轉，並且與催化劑元件的清潔氣體表面的垂直方向成橫向地引導清潔氣體流。清潔氣體通過在本發明的模組的側表面處的開口離開本發明的模組。
由於這樣的設計，過濾元件、催化劑元件和清潔氣體收集和排放裝置可以設置成非常緊湊的結構，並且以每體積大數量地安裝在催化劑過濾系統的殼體或容器中。
本發明的催化劑過濾模組的過濾元件可以根據特定過濾應用的問題而從不同的設計中選擇。
典型的設計包括薄膜、膜、片材、盤和蜂窩結構元件。
較佳地，過濾元件由燒結陶瓷、金屬或塑膠材料製成。
過濾元件可以設計成一體的結構，或者設計成通過黏接、焊接或燒結而彼此附接的多個子單元(或者通過將子單元容納在共用框架中)。
當需要大的過濾面積時，蜂窩結構的過濾元件是較佳的。蜂窩結構的過濾元件通常具有共延且平行佈置的多個未淨化氣體管道和濾出物管道，未淨化氣體管道在過濾元件的未淨化氣體側或進給表面處開口，並且在過濾元件的濾出物側或排放表面處閉合。濾出物管道在過濾組件的未淨化氣體側處閉合，並且在濾出物側處開口。未淨化氣體管道和濾出物管道通過多孔管狀壁部分彼此分隔開。
過濾元件的管狀壁部分的較佳軸向長度的範圍為從大約10mm到大約300mm，更較佳地為從大約30mm到大約200mm，最較佳地為從大約50mm到大約150mm。管狀壁部分的較佳軸向長度允許甚至當過濾元件的縱向軸線處於水準定向時在反脈衝(back-pulsing)期間從過濾組件高效地排放顆粒物質。
單元的進給側的每10cm2橫截面的過濾組件數量的範圍較佳地為從大約1到大約100，更較佳地為從2到大約10。通常，每10cm2橫截面面積提供相同數量的清潔氣體管道。
管狀壁部分具有的橫截面面積對應於邊長為大約3mm到大約20mm的正方形的面積，較佳地對應於邊長為大約5mm到大約10mm的正方形的面積。對於設計成其他矩形、橢圓形或圓形橫截面的過濾組件而言，對應的橫截面面積也是較佳的。
管狀壁部分以及任選的未淨化氣體管道和/或清潔氣體管道的閉合端部的平均孔隙度按體積計在大約25到大約90%的範圍內。
為了在過濾元件容納在過濾系統的過濾容器中的同時允許過濾元件的再生，施加氣體反脈衝，該氣體反脈衝在過濾操作期間分離和移除被收集在未淨化氣體管道內的顆粒物質。
本發明的催化劑過濾模組通常容納在催化劑過濾系統的殼體中，其中過濾元件的未淨化氣體側豎直地定向。
過濾元件的未淨化氣體管道的與過濾組件的未淨化氣體側垂直的定向已經允許有效的反脈衝和將顆粒物質從未淨化氣體管道移除。 通過將未淨化氣體管道(以及同樣的濾出物管道)傾斜地定向，在反脈衝期間從未淨化氣體管道移除顆粒的效率可以得到進一步的提高。未淨化氣體管道的縱向軸線與進給表面的垂直方向之間的角度的範圍較佳地為從大約10°到大約60°，較佳地為從大約30°到大約60°，其中未淨化氣體管道的最下側部分為其開口端部。
過濾組件的較佳孔尺寸的範圍為從大約0.1μm到大約150μm，更較佳地為從大約1μm到大約100μm，最較佳地為從大約2μm到大約10μm。在一些實施例中，過濾組件設計成用於精細過濾，並且能夠保持尺寸下降到小於大約1μm(例如大約0.5μm)的顆粒。
根據本發明第一較佳實施例的催化劑元件具有隔室，該隔室以流化床或固定床的形式容納催化劑顆粒物質。
流化床或固定床催化劑顆粒具有的平均顆粒尺寸較佳地為從大約10μm到大約30mm，更較佳地為從大約100μm到大約10mm。
在第二較佳實施例中，催化劑元件包括本體，該本體由燒結晶粒和/或纖維材料或泡沫材料製成。催化劑元件可以由陶瓷或金屬材料製成。在某些情況下，陶瓷或金屬材料可以具有催化劑腔體，該催化劑腔體自身足以用於特定的應用，或者可以結合有催化劑，可任選地，例如通過浸漬或塗覆催化劑元件的本體，催化劑可以施加到催化劑元件的本體。
一般而言，催化劑元件可以為許多不同的結構，例如蜂窩結構、盒式、盤狀或板狀或者為纖維墊的形式。催化劑元件可以具有一體結構或者可以由若干子單元構成。
催化劑元件的本體較佳地具有蜂窩結構。蜂窩結構可以具有與結合過濾元件的詳細說明解釋的蜂窩結構類似的設計。然而，與一端閉合的過濾組件的管道相比，通常催化劑元件的蜂窩結構的管道在其兩端開口。
該第二較佳實施例相對於第一較佳實施例的優點在於，這樣的催化劑元件可以設計成具有較低的δ p，並且催化活性成分更加均勻地分佈。
催化劑元件兩側的較低的壓降在過濾模組再生期間提供了更加高效的反脈衝。
較佳地，催化劑元件的孔尺寸大於過濾組件的孔尺寸。因此，催化劑元件不會顯著地有助於過濾模組的過濾效果，也就是其或多或少地不會活躍地涉及將顆粒物質與進給氣體分離。
較佳的催化劑組件的平均孔尺寸的範圍為從大約10到大約500μm，更較佳地為從大約50到大約200μm。
較佳的由陶瓷泡沫製成的催化劑元件的特徵可在於其孔密度為大約10到大約60ppi(每英寸的孔數)，更較佳地為大約30到45ppi。陶瓷泡沫較佳地由燒結顆粒製成，該燒結顆粒的平均顆粒尺寸為從大約0.1到大約100μm，更較佳地為大約0.3到大約30μm。
為由陶瓷纖維製成的多孔本體形式的催化劑元件是較佳的，其中纖維具有的平均纖維直徑為大約1到50μm，更較佳地為大約2到10μm。較佳的纖維長度在從大約1到大約20mm的範圍內。
在本發明的催化劑過濾模組中使用的催化劑元件可以在其上游表面處設置有安全過濾層。於是，催化劑元件額外具有安全保險的功能。
催化劑過濾模組可以設計成具有不同的催化劑活性，並且還具有組合的催化劑活性，以使得它們符合特定應用的要求。典型的催化劑活性為例如氧化還原反應、NO還原或焦油移除。
根據應用，本發明的過濾模組可以裝備有第二催化劑元件，該第二催化劑元件提供與第一催化劑元件的催化劑活性不同的催化劑活性。
清潔氣體收集和排放裝置可以設計成具有一個或多個平行的通道。較佳地，通道具有的高度測量為沿著催化劑元件的清潔氣體表面的垂直方向的方向的間隙，該高度的範圍為過濾元件的進給表面與催化劑元件的清潔氣體表面的距離的大約0.1到大約0.7倍，較佳地為大約0.3到大約0.5倍。
根據本發明的另一個方面，過濾模組可以包括第一組塊狀過 濾元件和催化劑元件以及第二組塊狀過濾元件和催化劑元件，第一和第二組佈置成彼此間隔開，並且相應催化劑元件的清潔氣體表面背對背定向，所述清潔氣體收集和排放裝置定位在第一和第二組之間以接納來自第一和第二組的催化劑元件的清潔氣體表面的清潔氣體，並且服務於這兩個組。較佳地，清潔氣體收集和排放裝置的一個或多個通道具有的高度測量為沿著組的清潔氣體表面的垂直方向的方向的間隙，該高度的範圍為一個組的催化劑元件的清潔氣體表面與過濾元件的進給表面的距離的大約0.2到大約1.4倍，更較佳地為大約0.6到大約1倍。
根據本發明的另一個方面，清潔氣體收集和排放裝置的通道定向成其縱向方向相對於過濾模組的催化劑元件的清潔氣體表面的角度的範圍為大約30°或更大，較佳地為大約60°或更大，更較佳地為大約90°。
在較佳實施例中，該偏轉角度由延伸越過過濾模組的塊狀單元的排放側的清潔氣體收集和排放裝置的通道的壁的定向來限定。
較佳地，背對背佈置中的過濾元件和催化劑元件的組設置成其排放表面處於平行的定向。於是，離開清潔氣體管道的清潔氣體的偏轉角度為大約90°。
然而，背對背佈置中的塊狀單元可以使其排放側表面佈置成從平行定向轉向。然而，離開清潔氣體管道的清潔氣體的偏轉角度較佳地為大約30°或更大，更較佳地為大約60°或更大。
較佳的本發明的催化劑過濾模組設計成矩形橫截面的催化劑濾棒，其可以根據與常規圓柱形濾棒類似的管板而定位在過濾系統的容器中。
過濾模組可以由過濾元件構成，該過濾元件包括若干子單元，這些子單元通過將子單元黏接、燒結或焊接在一起而組裝，或者通過將子單元容納在共用框架中而組裝。催化劑元件可以包括用於過濾元件的所有子單元或若干子單元的一體化元件，例如，催化劑元件的一個子單元用於過濾元件的四個子單元，或者催化劑元件的子單元在數量上與構成過濾元件的子單元的數量相對應。
本發明的過濾模組還可以在其側表面處包括框架，以便於過濾模組安裝在殼體中。
此外，本發明還涉及催化劑過濾系統，其在殼體中結合有一個或多個如上所述的催化劑過濾模組。
所述殼體包括分為未淨化氣體和清潔氣體腔室的內部空間。過濾模組佈置在所述內部空間中，過濾元件的進給表面基本上豎直定向並且與未淨化氣體腔室流體連通。過濾模組的清潔氣體排放開口與殼體的清潔氣體腔室流體連通。可任選地，系統包括反脈衝裝置。
較佳地，殼體包括管板，該管板將殼體的內部分為未淨化氣體和清潔氣體腔室，所述管板包括較佳地彼此平行定向的、容納一個或多個過濾模組的開口。
根據系統的較佳實施例，過濾模組以進給側的平行定向容納在殼體中，可任選地，一個過濾模組的進給側面向相鄰模組的清潔氣體側，過濾模組較佳地以交錯的構造佈置。
根據系統的另一個較佳實施例，過濾模組以其進給側的平行定向容納在殼體中，一個模組的進給側面向相鄰模組的進給側，較佳地， 該系統還包括定位在兩個相鄰的過濾模組之間的隔板。
根據系統的另一個較佳實施例，兩個或更多個過濾模組安裝在共用支架中，並且較佳地使其清潔氣體收集和排放裝置彼此流體地連接。較佳地，該系統包括清潔氣體排放通道，清潔氣體收集和排放裝置的排放端部經由過濾模組的清潔氣體開口將清潔氣體基本上直接地進給到該清潔氣體排放通道中。
圖1A示出了根據本發明的第一實施例的催化劑過濾模組；圖1B示出了裝備有安全保險功能的圖1A的催化劑過濾模組；圖2示出了根據本發明的第二實施例的催化劑過濾模組；圖3示出了根據本發明的第三實施例的催化劑模組；圖4A到4C示意性地示出了結合有根據本發明的催化劑過濾模組的催化劑過濾系統的第一實施例及其細節；以及圖5A到5C示意性地示出了結合有根據本發明的催化劑過濾模組的催化劑過濾系統的第二實施例及其細節。
圖1A示出了根據本發明的催化劑過濾模組10，其包括成塊狀設計的催化劑過濾元件12、催化劑元件14以及清潔氣體收集和排放裝置16。
塊狀過濾元件12和催化劑元件14設計成基本上彼此共延，並且並排佈置，較佳地彼此直接接觸，以便將離開過濾元件12的濾出物直接進給到催化劑組件14。
在催化劑組件14的清潔氣體側上，清潔氣體收集和排放裝置16設置成與催化劑組件14的清潔氣體或下游側基本上共延的結構。
清潔氣體收集和排放裝置16包括盒狀通道18，該盒狀通道在過濾模組10的具有開口20的前側19處通向例如催化劑過濾系統的清潔氣體腔室(圖1A中未示出)。
過濾元件12可以具有各種設計，並且將根據顆粒負荷以及待從未淨化氣體移除的顆粒的性質進行選擇。
在以下的描述中，結合具有所謂蜂窩結構的較佳的且特定的過濾組件12來解釋本發明，但是，本發明當然不限於這種特定類型的過濾元件。
催化劑過濾模組10的過濾元件12基本上包括一個單元22，該單元包括多個未淨化氣體管道24，未淨化氣體管道具有縱向的多孔管狀壁部分26，具有開口端部28和第二閉合端部30。
管狀壁部分26具有正方形橫截面，並且與多個濾出物管道32一起佈置成棋盤狀圖案，濾出物管道與未淨化氣體管道24基本上共延、與未淨化氣體管道平行地定向、並且規則地插置在未淨化氣體管道之間。濾出物管道32在其一個端部34處開口，並且在其另一個端部36處閉合。未淨化氣體管道24的開口端部28和濾出物管道32的閉合端部36在過濾元件12的上游或進給表面38上形成第一棋盤狀圖案。未淨化氣體管道24的閉合端部30和濾出物管道32的開口端部34的棋盤狀圖案設置在單元22的相對側或排放表面40上。未淨化氣體管道24的管狀壁部分26為具有一定孔尺寸的多孔材料，例如燒結陶瓷材料、燒結金屬材料或燒結聚合物材 料。同時，壁部分26沿其縱向方向界定了濾出物管道32。
進入過濾元件12的進給表面38的未淨化氣體流入到未淨化氣體管道24的開口端部28中，滲透過它們的管狀壁部分26，並且濾出物氣體接納在濾出物管道32中，濾出物氣體從濾出物管道排放到過濾元件12的排放表面40。
在單元22的排放表面40處，催化劑元件14完全延伸橫過過濾元件12的所述表面。催化劑元件14可以示例性地描述為具有催化劑DeNOx活性的元件。
催化劑元件14包括例如氧化鋁或碳化矽的陶瓷泡沫的支撐本體，孔密度為大約30ppi。支撐本體是催化活化的，具有選擇的組合物TiO2、V2O5、WO3的催化還原(SCR)催化劑。
設有清潔氣體收集和排放裝置16，其在後側上閉合且在三個側向表面處閉合，而僅僅在前側向表面44處開口，如圖1所示。清潔氣體通過該開口20離開過濾模組10。
為了便於過濾模組10安裝在過濾系統的殼體或容器中，過濾模組10在其前側表面44上包括向外突起的凸緣46。
過濾模組10的側向表面較佳地由金屬框架結構48覆蓋，該金屬框架結構可以結合該清潔氣體收集和排放裝置16。在框架結構48的側向表面之一(圖1A中的前側表面44)上，可以設置凸緣46以及開口20。
根據本發明，較佳地，未淨化氣體管道14的長度限制為大約300mm或更小，這出人意料地允許通過過濾模組及其過濾元件的反脈衝而非常容易地清潔在過濾操作期間在管狀壁部分26上收集的顆粒物質，即 使它們具有水準定向，如圖1A所示。
單元22的進給側的尺寸可以為例如250x250mm2。當單元22由陶瓷材料利用擠出工藝製成以生產單元22的管道結構時，這是典型的尺寸。其他的製造工藝可以允許單元22具有較大的尺寸。未淨化氣體管道和濾出物管道的長度可以為大約300mm，如上所述。
通常，催化劑過濾模組描述為具有基本上較大的尺寸。這種需要可以通過多單元結構容易地得到滿足，其中多個單元22彼此並排附接，以在模組的上游進給側上提供較大的表面面積，例如1500x1000mm2或4000x250mm2的表面面積。在第一例子的情況下，6x4單元22的矩陣是必要的，在第二例子中，利用16x1的單元矩陣來滿足該需要。
單元的附接可以通過將單元的側表面燒結、焊接或黏接在一起來實現。或者，多個單元可以安裝在共用框架中，它們的側表面彼此密封。
催化劑元件同樣可以包括多於一個的單元，並且通過結合過濾元件所述的方法而附接或安裝為一體結構。
在具有多單元佈置的過濾模組中，清潔氣體收集和排放裝置設計成具有一個或多個通道，每個通道接納來自於多於一個的單元的清潔氣體。
圖1B示出了過濾模組10'，其是圖1A的過濾模組10的修改形式。因此，類似的部件用與圖1A的說明中相同的附圖標記表示。除了參考圖1A已經描述的部件之外，過濾模組10'還包括安全保險件49，該安全保險件為覆蓋濾出物管道32的出口的盤形組件的形式。安全保險件49 與過濾元件12的排放表面基本上共延。在一個或多個未淨化氣體管道24(例如其管狀壁部分)故障的情況下，未過濾的滲透到濾出物管道32中的未淨化氣體在穿過安全保險件49之前不能夠到達催化劑元件14。安全保險件49可以設置在催化劑元件14的上游表面上。
通道18的閉合的後壁到催化劑元件的清潔氣體表面的距離(間隙h)較佳地等於過濾元件的進給表面與清潔氣體表面的距離的大約0.3到大約0.5倍。
濾出物由催化劑元件14接納，濾出物通過催化劑元件滲透到清潔氣體收集和排放裝置16。然後，清潔氣體流偏轉大約90°，而與催化劑元件14的清潔氣體表面平行地引導。
圖2示出了根據本發明的催化劑過濾模組50的第二實施例。
過濾模組50包括為一個單元54形式的塊狀過濾元件52，該單元包括多個未淨化氣體管道56，未淨化氣體管道具有縱向多孔的管狀壁部分58，具有開口端部60和第二閉合端部62。
管狀壁部分58具有正方形橫截面，並且與多個濾出物管道64一起佈置成棋盤狀圖案，濾出物管道與未淨化氣體管道56基本上共延、與未淨化氣體管道平行地定向、並且規則地插置在未淨化氣體管道之間。濾出物管道64在其一個端部66處開口，並且在其另一個端部68處閉合。未淨化氣體管道56的開口端部60和濾出物管道64的閉合端部68在過濾元件52的上游或進給表面70上形成第一棋盤狀圖案。
未淨化氣體管道56的閉合端部62和濾出物管道64的開口端部66的棋盤狀圖案設置在單元54的相對或排放表面72上。未淨化氣體 管道56的管狀壁部分58為具有一定孔尺寸的多孔材料，例如燒結陶瓷材料、燒結金屬材料或燒結聚合物材料。同時，壁部分58沿其縱向方向界定了濾出物管道64。
進入催化劑過濾模組50的進給側的未淨化氣體流入到未淨化氣體管道56的開口端部60中，滲透過它們的管狀壁部分58，並且濾出物接納在濾出物管道64中，濾出物在單元54的排放側72處從該濾出物管道排放。
在單元54的排放側72上，催化劑元件74完全延伸橫過該側的表面。
催化劑元件74可以與圖1A和1B所示的催化劑組件14類似地設計。
清潔氣體收集和排放裝置76設置在催化劑元件74的清潔氣體表面77處。清潔氣體收集和排放裝置包括盒狀通道78，該盒狀通道在後側處閉合且在三個側向表面處閉合，而僅僅在側向側表面80處開口，如圖2所示。
清潔氣體通過該開口82離開過濾模組50。為了便於過濾模組50安裝在過濾系統的殼體中，過濾模組50在其前側向表面上包括向外突起的凸緣86。
與圖1的催化劑過濾模組10相比，圖2的催化劑過濾模組50的未淨化氣體管道56(和濾出物管道64)相對於進給表面70的垂直方向以傾斜的定向佈置，未淨化氣體管道的開口端部定位成比其閉合端部低。未淨化氣體管道的縱向軸線相對於水平面的角度可以在從大約30°到大 約60°的範圍內。
在反脈衝的情況下，由於未淨化氣體管道56的管狀壁58的傾斜構造，使得未淨化氣體管道56的內部空間可以更加容易地清潔在過濾過程期間積聚的顆粒物質。
由於未淨化氣體管道56在單元54內的傾斜構造，一定程度地降低了每體積的過濾表面比。然而，這通過過濾模組50的改進的反脈衝特性而得到補償，與過濾模組10相比，該過濾模組50在結束時允許這種類型的模組具有較長的迴圈時間。
圖3示出了為過濾模組100形式的本發明的第三實施例。過濾模組100包括兩組過濾元件和催化劑元件。兩個組的單元102、104具有與圖1A的過濾模組10的過濾元件12相同的基本結構。
兩個單元102、104包括多個未淨化氣體管道106、108，未淨化氣體管道具有縱向多孔的管狀壁部分110、112，具有開口端部114、116和第二閉合端部。管狀壁部分110、112具有正方形橫截面，並且與多個濾出物管道122、124一起佈置成棋盤狀圖案，濾出物管道與未淨化氣體管道106、108基本上共延、與未淨化氣體管道平行地定向、並且規則地插置在未淨化氣體管道之間。
濾出物管道122、124在其一個端部處開口，並且在其另一個端部130、132處閉合。未淨化氣體管道106、108的開口端部122、124和濾出物管道122、124的閉合端部130、132在過濾模組100的上游或進給側134、136上形成第一棋盤狀圖案。
未淨化氣體管道106、108的閉合端部和濾出物管道122、124 的開口端部的棋盤狀圖案設置在單元102、104的相對表面140、142上。這些表面140、142為單元102、104的下游或排放表面。未淨化氣體管道106、108的管狀壁部分110、112為具有一定孔尺寸的多孔材料，例如燒結陶瓷材料、燒結金屬材料或燒結聚合物材料。同時，壁部分110、112沿其縱向方向界定了濾出物管道122、124。
進入過濾模組100的進給表面134、136的未淨化氣體流入到未淨化氣體管道106、108的開口端部122、124中，滲透過它們的管狀壁部分110、112，並且濾出物接納在濾出物管道122、124中，濾出物在單元102、104的排放表面140、142處從濾出物管道離開。
催化劑元件144、146可以如結合圖1A的過濾模組10的催化劑元件14所述地進行設計。
然而，與圖1A的過濾模組10相比，圖3的過濾模組100具有兩組單元102、104和催化劑元件144、146，這兩個組以背對背的構造形式進行佈置，使得定位在未淨化氣體管道的閉合端部和濾出物管道的開口端部處的催化劑組件144、146面向彼此。
因此，一個共用清潔氣體收集和排放裝置154足以收集和排放由兩組單元102、104和催化劑元件144、146提供的清潔氣體。來自兩個催化劑組件144、146的清潔氣體在進入清潔氣體收集和排放裝置156時偏轉大約90°，並且與氣體在過濾模組100的過濾元件102、104和催化劑組件144、146中的流動方向成橫向地引導。清潔氣體通過開口160離開催化劑過濾模組100，以從包括這些模組100的過濾系統排出。
雖然圖1A、1B和2的過濾模組10和50可以容易地在一個 殼體或容器內佈置成多個模組的構造，其中前表面28、68面向清潔氣體收集和排放裝置16、76的通道的後部，但是在反脈衝作用下從過濾元件去除的顆粒物質可以容易地從這樣的過濾系統排出和移除。
然而，在一個殼體或容器中的多個過濾模組100的佈置中必須採取預防措施，如圖3所示。
在反脈衝的情況下，在包括過濾模組100的系統中，面向彼此的兩個過濾模組可能出現交叉污染，因此，較佳的是，在兩個相鄰的過濾模組100的進給表面之間佈置有隔板180，如圖3所示。
圖4A示出了根據本發明的催化劑過濾系統200的第一實施例。過濾系統200包括殼體202，該殼體是長形盒狀構造。殼體202被支撐在基部框架203上。
在盒狀殼體202中，兩排多個催化劑過濾模組疊堆體204、204'，204"，…和206，206'，206"，…佈置成這兩排的過濾模組的排放開口面向相反方向。沿著盒狀殼體202的縱向軸線，疊堆體彼此相隔一定距離而平行地佈置(比較圖4B和4C)。
分別在過濾模組204a，b，c，d和206a，b，c，d的單獨疊堆體204、206中，過濾模組可以通過將它們黏接、焊接或燒結在一起或者通過將它們安裝在框架中而彼此相互固定。
在過濾系統200的示例性設計中，過濾模組204a、206a的進給側可以具有的長度為1500mm，高度為1000mm，過濾模組的深度可以為大約400mm。這樣的過濾模組可以包括例如24個塊狀單元，塊狀單元的進給側表面具有的尺寸可以為250mmx250mm，過濾元件的管狀壁部分的長 度為大約140mm。
過濾元件的排放表面處的催化劑元件可以是沿流體流動方向厚度為200mm的板狀本體。
清潔氣體收集和排放通道的間隙h可以等於大約60mm。
過濾模組的兩個相鄰疊堆體204和204'或206和206'之間的間隙可以設定為例如大約100mm。
殼體在其頂部表面上包括未淨化氣體供應通道208，該未淨化氣體供應通道將未淨化氣體進給到殼體202及其過濾模組204、206中。未淨化氣體供應通道208從圖4A的前面所示的前端部到位於系統200的後端部214處的閉端具有減小的橫截面面積。
在沿縱向方向的兩個側表面上，殼體202包括清潔氣體通路210、212，該清潔氣體通道在清潔氣體可以排出的系統200的後端部214處開口。
為了容納沿著殼體202的縱向軸線從多個過濾模組疊堆體204、206接納的量增加的清潔氣體，清潔氣體通路210、212的橫截面沿著系統200的後端部214的方向逐漸增大。
根據一個變型，當必須更換過濾模組疊堆體204、206時，清潔氣體排放通道210、212可以作為整體移除。或者，如圖4A所示，清潔氣體排放通道210、212可以設置有多個門218，這些門允許觸及過濾模組，並且允許在不完全移除清潔氣體排放通道210、212的情況下更換過濾模組。
系統200結合有反脈衝設備，該反脈衝設備通過僅僅示意性 地示出的管216接納反脈衝氣體。圖4A僅僅示出了管216，該管向疊堆體204的過濾模組提供反脈衝氣體，以用於其再生。疊堆體206的再生需要對應的管(未示出)。
從反脈衝氣體管260延伸的是多個反脈衝供應管264，反脈衝供應管將回吹氣體引導到各個過濾模組疊堆體204，204'，204"，…。
經由清潔氣體排放通道供應到各個過濾模組204a，204b，204c，204d和206a，206b，206c，206d中的反脈衝壓力將在過濾操作操作期間收集的顆粒物質與這些過濾模組的過濾元件分離。
在反脈衝期間從催化劑過濾模組排出的顆粒物質被收集在錐形粉塵收集器220中，該錐形粉塵收集器佈置在殼體202的底部處。
在未淨化氣體的成分的催化移除需要反應物的情況下和/或在需要吸收劑以完成過濾的情況下，未淨化氣體供應通道可以設置有吸收劑和/或反應物注射單元222。
在圖5A中，示出了本發明的催化劑過濾系統300的第二實施例，其包括殼體302，該殼體基本上包括圓柱形壁部分304，該圓柱形壁部分在其上端部處被圓頂形覆蓋物306閉合，並且在其下端部處連接到具有錐形形狀的粉塵收集器308。
殼體302通過管板314劃分為未淨化氣體腔室310和清潔氣體腔室312，該管板在圓柱形壁部分304的上端部處跨過圓柱形壁部分304的整個橫截面。
未淨化氣體腔室310能夠經由進給氣體入口316進入，未淨化氣體可以通過該進給氣體入口而被引導到未淨化氣體腔室310中。
殼體302的圓頂形部分306包括清潔氣體出口318，清潔氣體可以通過該清潔氣體出口排出。
管板314包括多個矩形開口320，這些矩形開口容納多個根據本發明的棒形催化劑過濾模組330。
圖5B中更加詳細地示出了棒形催化劑過濾模組320，該棒形催化劑過濾模組在其上端部處包括向外延伸的周邊凸緣332，該周邊凸緣用來將催化劑過濾模組330以向下懸置的方式安裝在管板314的開口320中。
圖5C示出了沿圖5A的線V-V截取的系統300的橫截面。
單獨的催化劑過濾模組330包括一個疊堆在另一個頂部上的五個單元334、335、336、337和338，所有單元的進給表面或上游側面向左側，如圖5B所示。單元334到338具有與以棋盤方式交替地佈置的未淨化氣體管道和濾出物管道大致相同的構造，如圖1A所示，從而在這裏省略關於這個方面的更詳細的解釋。塊狀單元334到338可以組裝在共用框架結構352中，以將單元保持在一起並且提供共用清潔氣體通道346。共用框架結構352的頂部表面可以一體地結合凸緣332並且提供開口350。
在相對表面上，塊狀單元334到338被共用催化劑組件340覆蓋。
在共用催化劑組件340的下游或排放側342處，設有共用清潔氣體收集和排放裝置344，該共用清潔氣體收集和排放裝置基本上包括一個清潔氣體通道346，該清潔氣體通道在其上端部348處通過開口350將清潔氣體排放到殼體302的清潔氣體腔室312中。與圖1B所示的以及相對圖 1B所述的內容相似的是，過濾模組330可以設置有盤形安全保險元件，該盤形安全保險元件延伸橫過過濾模組的整個排放側表面(圖5A到5C中未示出)。
棒形過濾模組330以平行交錯的結構佈置在管板314中，其中各個過濾模組330的上游或進給側面向相鄰過濾模組330的後側清潔氣體通道。
為了催化劑過濾系統300的催化劑過濾模組330的再生，設有反脈衝系統360，該反脈衝系統包括壓力源362以及多個供應管線364，這些供應管線終止於各個過濾模組330上方的圓頂形覆蓋物306內。
與催化劑過濾模組330的塊狀單元334、335、336、337、338的未淨化氣體管道分離的顆粒物質通過重力作用被收集在粉塵收集錐形殼體部分308中。
在反脈衝的情況下，當顆粒物質與催化劑過濾模組330的塊狀單元334、335、336、337、338的未淨化氣體管道分離時，在相鄰過濾模組330之間不可能發生交叉污染，原因是它們的上述平行定向。
應當通過示例性設計更加詳細地解釋本發明的優點。
圖4A到4C的具有催化劑過濾模組204、206的系統200可以設計成以每小時234,000標準立方米的體積速率處理煙道氣體，以用於如下地移除顆粒物質和氮氧化物：過濾模組204、206各自具有為1500x1000mm2的進給側面積。過濾元件為蜂窩結構，未淨化氣體和濾出物管道的正方形橫截面的尺寸為10mmx10mm，未淨化氣體和濾出物管道的軸向長度為140mm。每個模組的 過濾元件包括24個單元，單元的進給表面面積為250mmx250mm，成6x4的佈置。
過濾模組裝備有板形催化劑組件，該板形催化劑組件沿陶瓷SiC泡沫的流動方向的厚度為200mm，其中孔密度為30ppi(每英寸的孔數)，利用組合物TiO2、V2O5、WO3的SCR催化劑進行催化活化。
在大氣壓力下並且在大約300℃的操作溫度下，192個過濾模組需要以上述體積速率進行處理。
將192個過濾模組容納在四個模組204、206的疊堆體中的殼體202的尺寸，如圖4A到4C所示，將具有寬度為3.5m、長度為12.5m且高度為4m的尺寸。過濾模組可以結合到殼體中，其中沿殼體的縱向方向從疊堆體到疊堆體的距離為100mm。
在操作壓力為周圍環境壓力之上大約1巴或更大的情況下，較佳的是使用圖5A的實施例所示的容器型殼體302。

Claims (18)

  1. 一種用於氣態流體的催化劑過濾模組，其包括塊狀過濾組件，催化劑組件，以及清潔氣體收集和排放裝置，其中所述催化劑元件與所述過濾元件基本上共延，所述過濾元件具有進給表面，並且在其相對側上具有排放表面，濾出物從所述排放表面離開以被所述催化劑元件的上游表面接納，所述氣態流體作為清潔氣體在所述催化劑元件的清潔氣體表面處離開所述催化劑元件，所述清潔氣體表面與所述上游表面相對，並且其中所述清潔氣體收集和排放裝置包括延伸橫過所述催化劑元件的整個清潔氣體表面的一個或多個通道，所述一個或多個通道使清潔氣體流偏轉，並且與所述催化劑元件的清潔氣體表面的垂直方向成橫向地將該清潔氣體流引導到所述過濾模組的側表面處的清潔氣體排放開口。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述的催化劑過濾模組，其中所述催化劑組件是容納催化劑顆粒的流化床或固定床的隔室。
  3. 根據申請專利範圍第1項所述的催化劑過濾模組，其中所述催化劑組件是包括催化劑的纖維和/或泡沫材料的多孔本體，該催化劑通過塗覆或浸漬而任選地施加到所述催化劑組件的本體。
  4. 根據申請專利範圍第3項所述的催化劑過濾模組，其中所述催化劑組件的孔尺寸大於所述過濾組件的孔尺寸。
  5. 根據申請專利範圍第1至4項中任一項的催化劑過濾模組，其中催化劑元件是氧化還原催化劑元件、用於NO還原的催化劑組件和/或用於焦油移除的催化劑組件。
  6. 根據申請專利範圍第1至5項中任一項的催化劑過濾模組，其中所 述催化劑元件在其上游表面上包括過濾層，以便為所述催化劑元件提供安全保險功能。
  7. 根據申請專利範圍第1至6項中任一項的催化劑過濾模組，其中所述清潔氣體收集和排放裝置的一個或多個通道具有一高度，該高度測量為沿著所述催化劑元件的清潔氣體表面的垂直方向的方向的間隙，該高度的範圍為所述過濾元件的進給表面與所述催化劑元件的清潔氣體表面的距離的大約0.1到大約0.7倍，較佳地大約0.3到大約0.5倍。
  8. 根據申請專利範圍第1至6項中任一項的催化劑過濾模組，其中所述過濾模組包括第一組塊狀過濾元件和催化劑元件，以及第二組塊狀過濾元件和催化劑元件，所述第一組和第二組彼此間隔開地佈置，並且相應的催化劑元件的清潔氣體表面背對背地定向，所述清潔氣體收集和排放裝置設計成用於所述第一組和第二組的共用結構，並且定位在所述第一組和第二組之間，以接納來自所述第一組和第二組的催化劑元件的清潔氣體表面的清潔氣體；較佳地，所述清潔氣體收集和排放裝置的一個或多個通道具有一高度，該高度測量為沿著所述第一組和第二組的清潔氣體表面的垂直方向的方向的間隙，該高度的範圍為一個組的催化劑元件的清潔氣體表面與所述過濾元件的進給表面的距離的大約0.2到大約1.4倍，更較佳地為大約0.6到大約1倍。
  9. 根據申請專利範圍第1至8項中任一項的催化劑過濾模組，其中所述清潔氣體收集和排放裝置的一個或多個通道定向成它們的縱向方向相對於所述過濾模組的催化劑元件的清潔氣體表面的角度為大約30°或更大，較佳地為大約60°或更大，更較佳地為大約90°。
  10. 根據申請專利範圍1至9項中任一項的催化劑過濾模組，其中所述過濾元件包括蜂窩結構，所述蜂窩結構包括多個未淨化氣體管道和濾出物管道，所述未淨化氣體管道通過管狀壁部分與所述濾出物管道分隔開，所述未淨化氣體管道在所述過濾元件的進給表面處開口且在所述過濾元件的排放表面處閉合，所述濾出物管道在所述過濾元件的進給表面處閉合且在所述過濾元件的排放表面處開口，較佳地所述未淨化氣體管道和濾出物管道與所述過濾元件的進給表面的垂直方向平行地定向，或者相對於所述過濾元件的進給表面的垂直方向定向的角度為從大約10°到大約60°，更較佳地為從大約30°到大約60°。
  11. 根據申請專利範圍第10項的催化劑過濾模組，其中所述過濾元件的管狀壁部分的橫截面為多邊形，具體為矩形，更較佳地為正方形、圓形或橢圓形。
  12. 根據申請專利範圍第11項的催化劑過濾模組，其中所述管狀壁部分的橫截面面積對應於邊長為大約3到大約20mm的正方形的面積，較佳地對應於邊長為大約5到大約10mm的正方形的面積。
  13. 根據申請專利範圍第11或12項的催化劑過濾模組，其中所述過濾元件的管狀壁部分的長度為大約300mm或更小，較佳地為大約30到大約200mm，更較佳地為大約50到大約150mm。
  14. 一種催化劑過濾系統，其包括過濾殼體以及容納在所述殼體中的一個或多個根據申請專利範圍第1至13項中任一項的催化劑過濾模組，所述殼體包括分為未淨化氣體腔室和清潔氣體腔室的內部空間，所述過濾模組佈置在所述內部空間中，所述過濾元件的進給側基本上豎直地定向，所述過濾組件的進給側與所述未淨化氣體腔室流體連通，並且所述過濾模組的清潔氣體排放開口與所述殼體的清潔氣體腔室流體連通，所述系統可任選地包括反脈衝結構。
  15. 根據申請專利範圍第14項的催化劑過濾系統，其中所述殼體包括管板，所述管板將所述殼體的內部分為未淨化氣體腔室和清潔氣體腔室，所述管板包括較佳地彼此平行定向的、容納兩個或更多個過濾模組的開口。
  16. 根據申請專利範圍第14或15項的催化劑過濾系統，其中所述過濾模組以進給側的平行定向容納在殼體中，可任選地，一個過濾模組的進給側面向相鄰模組的清潔氣體側，過濾模組較佳地以交錯的構造佈置。
  17. 根據申請專利範圍第14或15項的催化劑過濾系統，其中所述過濾模組以其進給側的平行定向容納在殼體中，一個模組的進給側面向相鄰模組的進給側，較佳地，該系統還包括定位在兩個相鄰的過濾模組之間的隔板。
  18. 根據申請專利範圍14到17項中任一項的催化劑過濾系統，其中兩個或更多個過濾模組安裝在共用支架中，並且較佳地使它們的清潔氣體收集和排放裝置彼此流體地連接，較佳地，所述系統包括清潔氣體排放通道，所述清潔氣體收集和排放裝置的排放端部經由過濾模組的清潔氣體開口將清潔氣體基本上直接引導到所述清潔氣體排放通道中。
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