通過流化床反應器清潔廢氣的方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一用于清理廢氣的方法，在該方法中，一廢氣與一吸附劑一起被導入至一個流動床反應器，在其后的過濾系統(tǒng)中，固體被分離，隨后多至99%的吸附劑被重新導入所述流動床反應器中，其中，氣體在流動床反應器內(nèi)圍繞氣流軸經(jīng)歷旋轉(zhuǎn)。
【專利說明】通過流化床反應器清潔廢氣的方法和裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及使用一循環(huán)流動床的用于清潔廢氣的方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]循環(huán)流動床被運用于不同技術(shù)過程中，用于使固體與氣體，液體或其他固體更緊密接觸。
[0003]在現(xiàn)有技術(shù)中，流動床裝置也通過用于分離有害氣體，如SOx和/或HCl和/或HF的廢氣清潔中。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，在這樣的裝置中，廢氣通過一導入管道被導入至流動床反應器中。一吸附劑，如氫氧化鈣或氧化鈣，也被導入至反應器中。通過在過濾器中分離出的固體至反應器的固體循環(huán)形成一循環(huán)流動床，其中廢氣與吸附劑相接觸，有害氣體從廢氣中被分離。
[0004]廢氣與被分離出的反應產(chǎn)物以及吸附劑通過一管道被導出流動床反應器，并在安裝于其后的過濾系統(tǒng)中被固體分離裝置去除雜質(zhì)。被清潔過的廢氣被排出。被分離出的吸附劑的大部分與反應產(chǎn)物可以被重新導入至流動床反應器中。
[0005]在使用循環(huán)流動床的裝置中已知的是，在反應器空間的內(nèi)壁產(chǎn)生由水和細小灰塵組成的結(jié)塊。在流動床反應器中使用噴射水進行清潔時，結(jié)塊很容易在噴嘴口上形成。結(jié)塊在流動床反應器中的形成在時間上和空間上不均勻，所以其形成沒有可預見性。
[0006]這些結(jié)塊一方面可能由于在反應器內(nèi)并不足量的固體供應，通過不合適的水噴射的設(shè)計，通過不合適的相對于反應器空間以及/或者高度的水噴射的位置，以及在反應器空間內(nèi)水噴射的深度造成。
[0007]這樣可能阻礙循環(huán)固體物質(zhì)的均勻分布，從而減少物質(zhì)間接觸，以及減少有害氣體的分離。形成的結(jié)塊可能向下滑落，從而堵塞反應器中的噴嘴和導入管道。如果結(jié)塊的體積越來越大，可能導致整個裝置嚴重受干擾。
[0008]現(xiàn)有技術(shù)DE 195 17 861 Al描述了一燃燒氣體中干燥脫硫方法，其中在廢氣清潔裝置中關(guān)于結(jié)塊和凝結(jié)塊的問題也得到的解決。
[0009]本發(fā)明要解決的問題是，很大程度上降低或避免在流動床反應器中所述結(jié)塊的形成，從而保證在反應中物質(zhì)和熱量交換。
[0010]本發(fā)明通過如下方法解決上述問題:用于清理廢氣的方法，在該方法中，一廢氣與一吸附劑一起被導入至一個流動床反應器，在其后的過濾系統(tǒng)中，固體被分離，隨后多至99%的吸附劑被重新導入所述流動床反應器中，其中，氣體在流動床反應器內(nèi)圍繞氣流軸經(jīng)歷旋轉(zhuǎn)。
[0011]所述循環(huán)流動床被沿著氣流軸的旋轉(zhuǎn)運動的方向重疊，包括從其中傳遞的固體。從而達到使固體在反應器內(nèi)墻上被均勻分離。沒有固體沉積的區(qū)域從而被降低或者完全被避免。
[0012]本發(fā)明的方法可以使用在一在流動床反應器中進行的干燥以及/或者半干燥的清潔過程中。所謂的干燥清潔過程指的是如在DE 195 17 863 Al和DE 699 19 424 T2中描寫的過程。
[0013]本發(fā)明中的“廢氣”指的是所有在物質(zhì)轉(zhuǎn)換過程中產(chǎn)生的氣體形式的廢品。包括燃燒裝置中產(chǎn)生的燃氣，燃燒引擎中的煙，廢氣，以及，冷廢氣，以及冶金過程中，如燒結(jié)裝置中，產(chǎn)生的廢氣。
[0014]在本發(fā)明的一實施范例中，氣體的旋轉(zhuǎn)運動通過在至少一噴嘴內(nèi)部安裝實現(xiàn)，所述噴嘴位于反應器氣體和吸附劑的導入?yún)^(qū)域，以及/或者氣體的轉(zhuǎn)動通過至少一個噴嘴的彎曲，以及/或者在氣體和吸附劑區(qū)域通過設(shè)計導入導管自動生成。
[0015]“氣體和吸附劑的導入?yún)^(qū)域”指的是原料氣體，吸附劑，以及循環(huán)后被清潔后的氣體以及吸附劑重新被導入流動床反應器的區(qū)域。
[0016]旋轉(zhuǎn)指的是，進入流動床反應器的氣流通過至少一個噴嘴中的內(nèi)置裝置或通過建立導入管沿著氣流軸自動產(chǎn)生，不會導致壓力減少。本發(fā)明的“建立導入管“指的是可以引起旋轉(zhuǎn)運動的幾何裝置，如一象螺絲釘一樣的裝置。
[0017]優(yōu)選為，所述噴嘴的方向可以這樣設(shè)置，使得氣流在經(jīng)過噴嘴時沿著氣流軸旋轉(zhuǎn)。沿著氣流軸的旋轉(zhuǎn)不應該太強烈，從而使固體和氣體能被分離，就象在氣旋流中一樣。
[0018]更為優(yōu)選的是，所述的噴嘴為單一噴嘴或復合噴嘴。噴嘴優(yōu)選為文氏管噴嘴。
[0019]噴嘴的作用還在于，將反應器中的固體控制在噴嘴的上方，從而避免固體從反應器外部掉入至氣體導入?yún)^(qū)域。
[0020]文氏管噴嘴的工作速度為30-70m/s，優(yōu)選為50m/s。
[0021]一單一噴嘴的入口圓錐優(yōu)選具有離垂直線角度25-35°，尤其優(yōu)選為30°，出口圓錐具有離垂直線角度15-25°，尤其優(yōu)選為20°。復合噴嘴的出口圓錐離垂直線的角度優(yōu)選為5-15°，尤其優(yōu)選為10°。復合噴嘴在圓錐處結(jié)束，其開口角度離垂直線的角度優(yōu)選為15-25°，尤其優(yōu)選為20°。這些設(shè)計尤其是為了保證總壓力損失的減少。在最佳的復合噴嘴設(shè)計中，所有的噴嘴具有同樣的速度。
[0022]尤為優(yōu)選的是，在單一噴嘴或復合噴嘴中安裝的是噴嘴導向葉片。本發(fā)明的噴嘴導向葉片指的是在噴嘴中的葉片狀的內(nèi)部裝置，該裝置能使流入的氣體改變方向，并在氣流軸的方向經(jīng)歷旋轉(zhuǎn)。所述噴嘴導向葉片具有一彎曲角度，最大為10°。當噴嘴中具有多個導向葉片時，其設(shè)置必須使氣體經(jīng)歷單一的旋轉(zhuǎn)。當旋轉(zhuǎn)葉片在一噴嘴中，或者復合噴嘴中的單一噴嘴相對設(shè)置時，單一氣流被阻斷，并沒有任何均勻的旋轉(zhuǎn)運動。
[0023]不僅在單一噴嘴中，而且在復合噴嘴中，每個噴嘴中可以含有任意多的葉片。然而，優(yōu)選為噴嘴中設(shè)置有較少數(shù)量的葉片，從而能保證足夠的旋轉(zhuǎn)。
[0024]本發(fā)明的另一內(nèi)容是，所述吸附劑在單一噴嘴或復合噴嘴下方，從固體分離裝置中被重新導入的顆粒在單一噴嘴或復合噴嘴下方或上方，水在單一噴嘴或復合噴嘴上方被導入反應器內(nèi)。
[0025]在本發(fā)明的另一實施范例中，所述流動床反應器的工作溫度高于位于其內(nèi)的固體的濕球溫度5°C至30°C，其中，最佳反應溫度通過噴入水進行調(diào)節(jié)。
[0026]本發(fā)明中優(yōu)選為，在反應器內(nèi)，相對于空反應器的氣流流速為2m/s至lOm/s，以及/或者一平均固體停留時間為15分鐘至200分鐘，以及/或者一平均固體載量為lkg/m3至10kg/m3。
[0027]本發(fā)明的另一方面是，在過濾器中被分離的固體中0%至99%，優(yōu)選為20%至99%，被重新導入至流動床反應器中。
[0028]在本發(fā)明的另一優(yōu)選的實施范例中，固體在一次性經(jīng)過流動床反應器的平均停留時間在5秒至60秒之間，以及/或者在吸附劑中的氣體停留最短時間為2秒。
[0029]尤為優(yōu)選為，固體吸附劑的顆粒直徑d50為I μ m至20 μ m。
[0030]在另一實施范例中，清潔后的氣體0%至100%被作為原料氣體重新被導回。
[0031]本發(fā)明的清潔后的氣體指的是經(jīng)過清潔后的原料氣體(廢氣)，該氣體至少經(jīng)過流動床反應器一次。
[0032]本發(fā)明其他的優(yōu)勢源于本發(fā)明的用于在一個流動床反應器中實現(xiàn)廢氣清理方法的裝置，其中，流動床反應器內(nèi)氣體和吸附劑導入?yún)^(qū)域是這樣設(shè)置的，其中原料氣體圍繞反應器中氣流軸做旋轉(zhuǎn)運動。
[0033]在本發(fā)明的裝置中，至少具有一個具有內(nèi)部安裝的噴嘴存在，用于在氣體和吸附劑導入?yún)^(qū)域產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動。
[0034]優(yōu)選為，用于產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動的模塊可以被更新。在本發(fā)明的一優(yōu)選實施范例中，所述的噴嘴為單一噴嘴或復合噴嘴。尤為優(yōu)選為，在單一噴嘴或復合噴嘴中安裝的是噴嘴導向葉片。
[0035]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，流動床反應器的氣體和吸附劑導入?yún)^(qū)域具有的形狀有利于其自動產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動。
[0036]在本發(fā)明的另一實施范例中，氣體在氣體和吸附劑區(qū)域的轉(zhuǎn)動通過至少一個噴嘴的彎曲生成。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0037]圖1是本發(fā)明的流程圖；
[0038]圖2是在氣體入口處設(shè)置有導向葉片的單一噴嘴的側(cè)面圖，是圖1中“Y”的細節(jié)圖；
[0039]圖3是在氣體入口處設(shè)置有導向葉片的單一噴嘴的俯視圖；
[0040]圖4是在氣體入口處設(shè)置有導向葉片的復合噴嘴的俯視圖；
[0041]圖5為在氣體入口處的設(shè)置有導向葉片的復合噴嘴的側(cè)面圖。
【具體實施方式】
[0042]本發(fā)明通過以下說明圖進行進一步說明。
[0043]圖1為本發(fā)明所述方法的流程圖。需要清潔的廢氣通過一原料氣體管道(I)從下方通過單一或復合噴嘴(2)被導入流動床反應器(3)中，所述廢氣含有有害物質(zhì)，以及小顆粒固體，如煙灰。所述流動床反應器(3)含有一垂直的爐，其下方為圓錐狀(5)。吸附劑通過一管道(4)被導入流動床反應器(3)中。清潔含有有害氣體如SOx和/或HCl和/或HF的廢氣優(yōu)選使用小顆粒的固體氫氧化鈣(Ca(OH)2)作為吸附劑。
[0044]所述流動床反應器的工作溫度高于位于其內(nèi)的固體的濕球溫度5°C至30°C，其中，最佳反應溫度通過在圓錐形吸附劑(5 )噴入水進行調(diào)節(jié)。
[0045]廢氣中的酸性成分在擴張的，即循環(huán)的流動床內(nèi)反應生成固體反應產(chǎn)物，與在原料氣體中含有的固體，如煙灰和吸附劑，共同組成擴張的流動床。[0046]氣體-固體混合物在經(jīng)過流動床反應器后通過導管(8)進入含有固體分離裝置
(7)的過濾系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，氣體中的固體物質(zhì)被去除。被除去固體的清潔后的氣體通過管道(9)離開過濾器，并通過回流管道(10)重新回到原料氣體管道(I)中，從而使得流動床反應器一直不受原料氣流影響，在最佳氣流速度以及最佳流體動力狀況下操作。
[0047]固體可以通過管道(6)重新被導入至流動床反應器內(nèi)。尤其是將吸附劑重新導入的管道(6 )具有優(yōu)勢。對于反應產(chǎn)物的釋放通過管道(12 )進行。
[0048]圖2至5顯示在大型裝置中作為將氣體導入裝置的單一或復合噴嘴。通過在單一或復合噴嘴里在入口圓錐處導向葉片的設(shè)置形成在氣流方向上的氣體旋轉(zhuǎn)。
[0049]在圖2和圖3中顯示的是“Y”細節(jié)圖中的單一噴嘴。該單一噴嘴具有三個導向葉片(11)，并在噴嘴內(nèi)均勻分布，即在圓形噴嘴中相互間隔的角度為120°。噴嘴內(nèi)的所有的導向葉片都具有相同的彎曲角度。
[0050]文氏管噴嘴的工作速度為30-70m/s，優(yōu)選為50m/s。入口圓錐離垂直線的角度優(yōu)選為30°，出口圓錐離垂直線的角度優(yōu)選為20°。這些設(shè)計尤其是為了保證噴嘴系統(tǒng)中總壓力損失的減少。
[0051]圖4，5中顯示的是“Y”細節(jié)圖中的復合噴嘴。圖5是圖4中B-B切線上的復合噴嘴。該復合噴嘴由7個單一噴嘴組成，其中中央噴嘴(Z)具有三個導向葉片，該三個導向葉片在圓形噴嘴內(nèi)相互間隔120°均勻分布，周圍的六個噴嘴每個具有一個導向葉片。所有的導向葉片具有同樣的彎曲角度。在復合噴嘴中，出口圓錐離垂直線的角度為10°。復合噴嘴在圓錐處以20°角度結(jié)束。在一最佳復合噴嘴設(shè)置中，所有的噴嘴具有同樣的速度。
[0052]符號說明:
[0053]I原料氣體管道；2噴嘴(單一或復合噴嘴);3流動床反應器；
[0054]4吸附劑管道；5流動床反應器圓錐形區(qū)域；6吸附劑重循環(huán)；
[0055]7具有固體分離裝置的過濾系統(tǒng)；8管道；9管道；
[0056]10清潔后的原料氣體的重新導入管道；11噴嘴導向葉片；
[0057]12反應產(chǎn)物的出口；
[0058]A復合噴嘴外圍圈內(nèi)的噴嘴；Z復合噴嘴的中央噴嘴。
【權(quán)利要求】
1.用于清理廢氣的方法，在該方法中，一廢氣與一吸附劑一起被導入至一個流動床反應器，在其后的過濾系統(tǒng)中，固體被分離，隨后多至99%的吸附劑被重新導入所述流動床反應器中，其特征在于，氣體在流動床反應器內(nèi)圍繞氣流軸經(jīng)歷旋轉(zhuǎn)，其中，氣體的旋轉(zhuǎn)運動通過在至少一噴嘴內(nèi)部安裝實現(xiàn)，所述噴嘴位于反應器氣體和吸附劑的導入?yún)^(qū)域，以及/或者氣體的轉(zhuǎn)動通過至少一個噴嘴的彎曲，以及/或者在氣體和吸附劑區(qū)域通過設(shè)計導入導管自動生成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述的噴嘴為單一噴嘴或復合噴嘴。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，在單一噴嘴或復合噴嘴中安裝的是噴嘴導向葉片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3的方法，其特征在于，所述吸附劑在單一噴嘴或復合噴嘴下方，從固體分離裝置中被重新導入的顆粒在單一噴嘴或復合噴嘴下方或上方，水在單一噴嘴或復合噴嘴上方被導入反應器內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4的方法，其特征在于，所述流動床反應器的工作溫度高于位于其內(nèi)的固體的濕球溫度5°C至30°C，其中，最佳反應溫度通過噴入水進行調(diào)節(jié)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5的方法，其特征在于，在反應器內(nèi)，相對于空反應器的氣流流速為2m/s至10m/s,以及/或者一平均固體停留時間為15分鐘至200分鐘，以及/或者一平均固體載量為lkg/m3至10kg/m3。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6的方法，其特征在于，在過濾器中被分離的固體中0%至99%，優(yōu)選為20%至99%，被重新導入至流動床反應器中。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7的方法，其特征在于，固體在一次性經(jīng)過流動床反應器的平均停留時間在5秒至60秒之間，以及/或者在吸附劑中的氣體停留最短時間為2秒。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8的方法，其特征在于，固體吸附劑的顆粒直徑d50為Iμ m至20 μ m0
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9的方法，其特征在于，清潔后的氣體0%至100%被作為原料氣體重新被導回。
11.用于在一個流動床反應器中實現(xiàn)廢氣清理方法的裝置，其特征在于，流動床反應器內(nèi)氣體和吸附劑導入?yún)^(qū)域是這樣設(shè)置的，其中原料氣體圍繞反應器中氣流軸做旋轉(zhuǎn)運動，其中，至少具有一個具有內(nèi)部安裝的噴嘴存在，用于在氣體和吸附劑導入?yún)^(qū)域產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動，以及/或者氣體的轉(zhuǎn)動通過至少一個噴嘴的彎曲，以及/或者在氣體和吸附劑區(qū)域通過設(shè)計導入導管自動生成。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的裝置，其特征在于，用于產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動的模塊可以被更新。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12的裝置，其特征在于，所述的噴嘴為單一噴嘴或復合噴嘴。
14.根據(jù)權(quán)利要求11至13的裝置，其特征在于，在單一噴嘴或復合噴嘴中安裝的是噴嘴導向葉片。
【文檔編號】B01D53/75GK103857459SQ201280040037
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2012年6月11日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月17日
【發(fā)明者】哈拉爾德·薩奧爾 申請人:哈拉爾德·薩奧爾