一种颗粒床除尘催化装置的制作方法

本实用新型涉及一种除尘催化技术，尤其是涉及一种颗粒床除尘催化装置。

背景技术：

一些煤气或烟气，不仅需要去除粉尘，而且还需要去除某些有害气体，如热煤气中需要去除焦油汽，工业废气中需要去除有机废气(VOC)，烟气中需要去除NO_x等，利用高温除尘技术将粉尘与有害气体在一个装置内同时去除在技术上是可行的，在经济上是合理的。颗粒床过滤除尘器采用耐高温颗粒滤料，在高温气体除尘领域具有独特优势。

如中国公告的发明专利“一种颗粒床过滤除尘器”(公开号为CN101036846A，专利号为ZL200710067109.7)，其公开了一种颗粒床过滤除尘器，包括外壳体和沿高度方向设置在外壳体内的至少一层过滤装置，外壳体的上部设置有含尘气进口，外壳体的下端设置有粉尘出口，过滤装置设置有独立的气体换向装置，气体换向装置上连接有净气总管和反吹气总管，特点是过滤装置包括至少一个过滤单元，过滤单元包括内壳体，内壳体上设置有通气口和通气管，内壳体内设置有颗粒层和布风板，通气口设置在颗粒层的上方，通气管设置在颗粒层的下方，通气管横向穿出外壳体与气体换向装置连接；优点是在过滤除尘时，内壳体被热气流包围，内壳体各部分热胀冷缩均匀，抗热变形性能好，使该除尘器能够用于高温及温度多变场合，温度适应性强，适用范围广。该颗粒床过滤除尘器中的过滤装置包括并联布置的多个过滤单元时，可实现气体的连续过滤，除尘效果更好，但该颗粒床过滤除尘器仅能有效除尘，无法去除有害气体。

又如中国公告的发明专利“颗粒床气体净化装置及其方法”(公开号为CN1647847A，专利号为ZL200410084485.3)，其公开了一种颗粒床气体净化装置及其方法，包括壳体、设置在壳体内的布风器和位于布风器之上的颗粒床，其特点是颗粒床至少由两层滤料组成，所述各层滤料的粒径自上而下依次逐层减小，而各层滤料的颗粒密度则自上而下依次逐层增大，且上层滤料颗粒密度小于相邻下层滤料正常流化时所形成的床层密度，同时所述的各层滤料还具有共同的正常流化而互不相混的气速范围；优点是采用此装置除尘时，上部各层滤料进行粗除尘，最下层滤料进行精除尘，即集粗精过滤于一体；反吹清灰时，各层滤料正常流化而互不相混，因此采用此装置既可提高床层的容尘量，又能提高过滤效率，且清灰简单。该装置考虑到使用时最下层滤料的漏料和对布风器的堵塞，在最下层滤料与布风器之间的壳体内还铺设有始终处于静止状态的稳流层，所有滤料层及稳流层中的任一层或多层具有去除含尘气体中如硫或氯等有害气体的功能，能够实现粉尘和如硫或氯等有害气体的同时去除，但其无法同时去除焦油汽或有机废气或NO_x等需要通过催化反应去除的有害气体。

再如中国公告的实用新型专利“颗粒层除尘脱硝一体化装置”(公开号为CN205287928U，专利号为ZL201521088838.7)，其公开了一种颗粒层除尘脱硝一体化装置，包括壳体和颗粒层除尘器，所述的壳体上端设有进气口、下端设有积灰斗；所述的壳体内设有若干个固定在壳体内壁上的颗粒层除尘器，每个颗粒层除尘器上端面自下而上依次设有一稳流催化层、一重质颗粒层和一轻质颗粒层；所述的壳体外壁上设有与对应颗粒层除尘器连通的出气口，每个出气口均连通有管道三、管道四，管道三上设有阀门一，管道四上设有阀门二；优点是通过将颗粒层除尘器与脱硝集成到一个壳体当中，不仅除尘、脱销效果好，还可节约不少土地使用面积，除尘脱硝处理成本降低。该装置还公开了稳流催化层为直径5～20mm陶瓷颗粒，其表面喷涂V₂O₅金属氧化物，重质颗粒层为0.5～0.8mm的陶瓷颗粒，轻质颗粒层为2～4mm的陶瓷颗粒，该装置利用稳流催化层中的陶瓷颗粒表面喷涂的脱硝催化剂(V₂O₅金属氧化物)在除尘的同时脱硝，但问题是稳流催化层中的陶瓷颗粒表面喷涂的脱硝催化剂比表面积小，催化活性低，若为获得较高脱硝效率，则将使稳流催化层的厚度及其压降数倍、数十倍的增加，技术经济上是不合理的。

因此，如何采用低阻高活性催化剂、不改变现有颗粒床除尘器的合理结构，实现除尘与催化净化一体化是需要解决的问题。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种在不改变现有颗粒床除尘器的合理结构的前提下，能够在有效除尘的同时采用低阻高活性整体式催化剂催化去除焦油汽或有机废气或NO_x等有害气体的颗粒床除尘催化装置。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种颗粒床除尘催化装置，包括外壳体及沿竖直方向设置于所述的外壳体的内腔中的至少一层颗粒床过滤催化器，所述的外壳体的上部设置有与上游进气管连通的含尘气进口，所述的外壳体的下部设置有粉尘排出口，每层所述的颗粒床过滤催化器包括至少一个过滤催化单元，每个所述的过滤催化单元具有含尘气通气口和净气通气口，其特征在于：所述的过滤催化单元由自上而下依次设置的含尘气室、用于对来自所述的含尘气室的含尘气进行粗过滤除尘的上颗粒过滤层、用于对来自所述的上颗粒过滤层的含尘气进行细过滤除尘的下颗粒过滤层、能够均匀布风的稳流层、采用低阻高活性整体式催化剂用于脱除来自所述的稳流层的气体中的有害气体的催化剂层、净气室组成，所述的含尘气通气口设置于所述的含尘气室上，所述的净气通气口设置于所述的净气室上；含尘气通过含尘气进口进入外壳体的内腔中，外壳体的内腔中的含尘气通过含尘气通气口进入含尘气室内，含尘气室内的含尘气依次经上颗粒过滤层的粗过滤除尘和下颗粒过滤层的细过滤除尘后得到的气体经过稳流层后进入催化剂层中，经催化剂层去除气体中的有害气体后得到的净气进入净气室内，净气室内的净气通过净气通气口输出，而沉降于外壳体的下部的粉尘通过粉尘排出口排出。

所述的催化剂层由自下而上依次设置的多孔支撑件和格栅组成，在所述的多孔支撑件的支撑下所述的格栅的每个栅格内填充有所述的低阻高活性整体式催化剂，所述的低阻高活性整体式催化剂为蜂窝状催化剂或泡沫陶瓷催化剂，所述的多孔支撑件设置于所述的净气室的上方，所述的格栅设置于所述的稳流层的下方。在此，在稳流层的下方设置格栅与多孔支撑件，是为了通过格栅支撑稳流层及其之上的下颗粒过滤层和上颗粒过滤层；通过多孔支撑件支撑格栅的每个栅格内填充的蜂窝状催化剂或泡沫陶瓷催化剂，并使反吹气流得到预分布；格栅的每个栅格内填充的蜂窝状催化剂或泡沫陶瓷催化剂能够有效去除有害气体，采用高孔密度的蜂窝状催化剂使结构更紧凑些，而泡沫陶瓷催化剂的机械强度更大些；蜂窝状催化剂或泡沫陶瓷催化剂是填充于格栅的每个栅格内的整体式催化剂，活性高，因此结构紧凑，可在高空速下获得高催化效率，远胜过活性组分喷涂于颗粒表面的颗粒状催化剂。

所述的多孔支撑件为格栅板或网格板或筛网。在此，多孔支撑件也可选用现有的其它具有多孔的板件，多孔支撑件一方面用于支撑填充于格栅的每个栅格内的蜂窝状催化剂或泡沫陶瓷催化剂，另一方面在反吹清灰时，可通过多孔支撑件的小孔进行气流预分布，对格栅的各栅格间的反吹气速进行自调节，有效地防止了局部气速过大、上颗粒过滤层和下颗粒过滤层局部穿孔和流化不正常。

所述的蜂窝状催化剂为以TiO₂为载体，以V-W为主要活性成分的NO_x还原催化剂(SCR)；或所述的蜂窝状催化剂为以γ-Al₂O₃为载体，以贵金属铂、钯为主要活性组分的有机废气氧化催化剂；或所述的蜂窝状催化剂为以Al₂O₃为载体，以镍为主要活性组分的焦油裂解催化剂。在此，采用NO_x还原催化剂能够有效去除含尘气中的NO_x；采用有机废气氧化催化剂能够有效去除含尘气中的有机废气；采用焦油裂解催化剂能够有效去除含尘气中的焦油汽。

所述的泡沫陶瓷催化剂为以30～100ppi的泡沫陶瓷为基材，以TiO₂为载体，以V-W为主要活性成分的整体式NO_x还原催化剂(SCR)；或所述的泡沫陶瓷催化剂为以30～100ppi的泡沫陶瓷为基材，以γ-Al₂O₃为载体，以贵金属铂、钯为主要活性组分的整体式有机废气氧化催化剂；或所述的泡沫陶瓷催化剂为以30～100ppi的泡沫陶瓷为基材，以Al₂O₃为载体，以镍为主要活性组分的整体式焦油裂解催化剂。在此，采用整体式NO_x还原催化剂能够有效去除含尘气中的NO_x；采用整体式有机废气氧化催化剂能够有效去除含尘气中的有机废气；采用整体式焦油裂解催化剂能够有效去除含尘气中的焦油汽。

每层所述的颗粒床过滤催化器包括两个所述的过滤催化单元，所述的过滤催化单元对称布置于所述的外壳体的内腔的两侧，对称布置的两个所述的过滤催化单元相对一侧之间的空间与所述的含尘气通气口连通。这样的同一层的过滤催化单元相向对称布置，使得最下层的其中一个过滤催化单元反吹清灰时的反吹气更易被同一层的过滤催化单元接纳，使反吹气不会向上逆流而妨碍粉尘沉降，从而可省去为强制抽吸反吹气向下流动而设置在外壳体的下部的抽气口。

所述的稳流层包括自上而下依次设置的上条缝筛、颗粒层和下条缝筛，所述的上条缝筛和所述的下条缝筛夹住所述的颗粒层，且所述的上条缝筛和所述的下条缝筛的条缝间隙小于所述的颗粒层所采用的颗粒的粒径。在此，由上条缝筛和下条缝筛夹住的颗粒层在任何气速下(包括不正常时出现局部高气速)均不会被掀翻，使得该颗粒层始终稳定不乱，有效地确保了该稳流层能够均匀布风，使过滤时自上而下的含尘气均匀地流过上颗粒过滤层和下颗粒过滤层，特别是在反吹清灰时能使自下而上的反吹气均匀地流化下颗粒过滤层和上颗粒过滤层；为确保上条缝筛和下条缝筛能够夹住颗粒层，要求上条缝筛和下条缝筛的条缝间隙小于颗粒层所采用的颗粒的粒径。

所述的上颗粒过滤层中所采用的颗粒的粒径大于所述的下颗粒过滤层中所采用的颗粒的粒径，所述的上颗粒过滤层中的颗粒的密度小于所述的下颗粒过滤层中的颗粒的密度。在此，要求上颗粒过滤层中所采用的颗粒的粒径大于下颗粒过滤层中所采用的颗粒的粒径，且要求上颗粒过滤层中的颗粒的密度小于下颗粒过滤层中的颗粒的密度，这样能够先对含尘气进行粗滤再进行细滤，过滤除尘效果更佳，并且反吹清灰后下颗粒过滤层与上颗粒过滤层互不相混。

所述的净气通气口上连接有净气通气管，所述的净气通气管伸出所述的外壳体外，且分别通过切换阀连接有净气支管和反吹支管；过滤催化单元过滤时，净气通气管经切换阀与净气支管连通，将过滤得到的净气引出到净气总管；过滤催化单元反吹清灰时，净气通气管经切换阀与反吹支管连通，将反吹气鼓入过滤催化单元，使下颗粒过滤层和上颗粒过滤层反吹流化清灰。

所述的外壳体的下部设置有抽气口，所述的抽气口通过气体循环管路和循环风机与所述的上游进气管连通，所述的上游进气管上设置有助滤粉体注入口。在此，通过设置抽气口可使外壳体的内腔中的含尘气强迫引向外壳体的下部，促进粉尘沉降，并减小颗粒床除尘催化装置上下温差；当含尘气中所含的粉尘均为亚微米粒子时，可从设置于上游进气管上的助滤粉体注入口注入助滤粉体，助滤粉体不仅可起到以尘滤尘的助滤作用，而且亚微米粒子粘附于助滤粉体上有利于在外壳体内沉降并被顺利地排出；助滤粉体可以为石灰或粉煤灰或其它微米级粉体。

该颗粒床除尘催化装置还包括料斗，所述的料斗设置于所述的外壳体的下部，所述的料斗与所述的粉尘排出口连通，所述的料斗的底部设置有卸料口。在此，设置料斗是为了更方便的收集从粉尘排出口排出的粉尘。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

1)本实用新型通过在稳流层与净气室之间设置一独立的催化剂层，不改变上颗粒过滤层、下颗粒过滤层和稳流层的原有的叠放结构实现除尘，利用采用低阻高活性催化剂的催化剂层在高空速下同时有效去除气体中的有害气体如焦油汽或有机废气或NO_x等。

2)本实用新型采用高比表面积、高空隙率的蜂窝状催化剂或泡沫陶瓷催化剂，不仅活性高，结构紧凑，整体式结构成本低，而且阻降小。

附图说明

图1为本实用新型的颗粒床除尘催化装置的结构示意图；

图2为本实用新型的颗粒床除尘催化装置中的上颗粒过滤层、下颗粒过滤层、稳流层及催化剂层各层的组成示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。

实施例一：

本实施例提出了一种颗粒床除尘催化装置，如图1和图2所示，其包括外壳体1、沿竖直方向设置于外壳体1的内腔中的六层颗粒床过滤催化器及料斗3，外壳体1的上部设置有与上游进气管(图中未示出)连通的含尘气进口11，外壳体1的下部设置有粉尘排出口12，料斗3设置于外壳体1的下部，料斗3与粉尘排出口12连通，料斗3的底部设置有卸料口31，每层颗粒床过滤催化器包括两个过滤催化单元2，每个过滤催化单元2具有一个含尘气通气口21和一个净气通气口22，两个过滤催化单元2对称布置于外壳体1的内腔的两侧，对称布置的两个过滤催化单元2相对一侧之间的空间与含尘气通气口21连通，这样的同一层的过滤催化单元2相向对称布置，使得最下层的其中一个过滤催化单元2反吹清灰时的反吹气更易被同一层的过滤催化单元2接纳，使反吹气不会向上逆流而妨碍粉尘沉降，从而可省去为强制抽吸反吹气向下流动而设置在外壳体1的下部的抽气口；过滤催化单元2由自上而下依次设置的含尘气室23、用于对来自含尘气室23的含尘气进行粗过滤除尘的上颗粒过滤层24、用于对来自上颗粒过滤层24的含尘气进行细过滤除尘的下颗粒过滤层25、能够均匀布风的稳流层26、采用低阻高活性整体式催化剂用于脱除来自稳流层26的气体中的有害气体的催化剂层27、净气室28组成，即稳流层26直接铺设于催化剂层27上，下颗粒过滤层25直接铺设于稳流层26上，上颗粒过滤层24直接铺设于下颗粒过滤层25上，含尘气室23设置于上颗粒过滤层24的上方，净气室28设置于催化剂层27的下方，含尘气通气口21设置于含尘气室23上，净气通气口22设置于净气室28上，含尘气通过含尘气进口11进入外壳体1的内腔中，外壳体1的内腔中的含尘气通过含尘气通气口21进入含尘气室23内，含尘气室23内的含尘气依次经上颗粒过滤层24的粗过滤除尘和下颗粒过滤层25的细过滤除尘后得到的气体经过稳流层26后进入催化剂层27中，经催化剂层27去除气体中的有害气体后得到的净气进入净气室28内，净气室28内的净气通过净气通气口22输出，而沉降于外壳体1的下部的粉尘通过粉尘排出口12排出。

在此具体实施例中，催化剂层27由自下而上依次设置的多孔支撑件271和格栅272组成，在多孔支撑件271的支撑下格栅272的每个栅格内填充有低阻高活性整体式催化剂，低阻高活性整体式催化剂为蜂窝状催化剂，多孔支撑件271设置于净气室28的上方，格栅272设置于稳流层26的下方。在此，在稳流层26的下方设置格栅272与多孔支撑件271，是为了通过格栅272支撑稳流层26及其之上的下颗粒过滤层25和上颗粒过滤层24；通过多孔支撑件271支撑格栅272的每个栅格内填充的蜂窝状催化剂，并使反吹气流得到预分布；格栅272的每个栅格内填充的蜂窝状催化剂能够有效去除有害气体，采用高孔密度的蜂窝状催化剂使结构更为紧凑。在此，多孔支撑件271可选用格栅板或网格板或筛网等；蜂窝状催化剂为以TiO₂为载体，以V-W为主要活性成分的NO_x还原催化剂(SCR)，NO_x与NH₃催化还原反应，使NO_x还原为N₂，有效去除了含尘气中的NO_x，蜂窝状催化剂的孔密度为cpsi86。在此，催化剂层27的厚度设计为100毫米。

在此具体实施例中，稳流层26包括自上而下依次设置的上条缝筛261、颗粒层262和下条缝筛263，上条缝筛261和下条缝筛263夹住颗粒层262，且上条缝筛261和下条缝筛263的条缝间隙小于颗粒层262所采用的颗粒的粒径。在此，由上条缝筛261和下条缝筛263夹住的颗粒层262在任何气速下(包括不正常时出现局部高气速)均不会被掀翻，使得该颗粒层262始终稳定不乱，有效地确保了该稳流层26能够均匀布风，使过滤时自上而下的含尘气均匀地流过上颗粒过滤层24和下颗粒过滤层25，特别是在反吹清灰时能使自下而上的反吹气均匀地流化下颗粒过滤层25和上颗粒过滤层24；为确保上条缝筛261和下条缝筛263能够夹住颗粒层262，要求上条缝筛261和下条缝筛263的条缝间隙小于颗粒层262所采用的颗粒的粒径。在此，颗粒层262中的颗粒选用平均粒径为1.5～3毫米的海砂。

在此具体实施例中，上颗粒过滤层24中所采用的颗粒的粒径大于下颗粒过滤层25中所采用的颗粒的粒径，上颗粒过滤层24中的颗粒的密度小于下颗粒过滤层25中的颗粒的密度。在此，要求上颗粒过滤层24中所采用的颗粒的粒径大于下颗粒过滤层25中所采用的颗粒的粒径，且要求上颗粒过滤层24中的颗粒的密度小于下颗粒过滤层25中的颗粒的密度，这样能够先对含尘气进行粗滤再进行细滤，过滤除尘效果更佳，并且反吹清灰后下颗粒过滤层与上颗粒过滤层互不相混。在此，上颗粒过滤层24中所采用的颗粒选用平均粒径为1～3毫米的膨胀珍珠岩颗粒，下颗粒过滤层25中所采用的颗粒选用平均粒径为0.3～0.8毫米的海砂。

在此具体实施例中，净气通气口22上连接有净气通气管4，净气通气管4伸出外壳体1外，且分别通过切换阀(图中未示出)连接有净气支管(图中未示出)和反吹支管(图中未示出)。过滤催化单元2过滤时，净气通气管4经切换阀与净气支管连通，将过滤得到的净气引出到净气总管；过滤催化单元2反吹清灰时，净气通气管4经切换阀与反吹支管连通，将反吹气鼓入过滤催化单元2，使下颗粒过滤层25和上颗粒过滤层24反吹流化清灰。

在此具体实施例中，外壳体1的下部设置有抽气口13，抽气口13通过气体循环管路(图中未示出)和循环风机(图中未示出)与上游进气管连通，上游进气管上设置有助滤粉体注入口(图中未示出)。在此，通过设置抽气口可使外壳体1的内腔中的含尘气强迫引向外壳体1的下部，促进粉尘沉降，并减小颗粒床除尘催化装置上下温差；当含尘气中所含的粉尘均为亚微米粒子时，可从设置于上游进气管上的助滤粉体注入口注入助滤粉体，助滤粉体不仅可起到以尘滤尘的助滤作用，而且亚微米粒子粘附于助滤粉体上有利于在外壳体1内沉降并被顺利地排出；助滤粉体可以为石灰或粉煤灰或其它微米级粉体。

含尘烟气经本实施例的颗粒床除尘催化装置处理后得到的净气中的尘含量小于10mg/Nm³，温度为300～400℃、空速为10000h^-1～15000h^-1时的NO_x脱除率为85～93％。

实施例二：

本实施例提出的颗粒床除尘催化装置的结构与实施例一的颗粒床除尘催化装置的结构基本相同，不同之处在于：在多孔支撑件271的支撑下格栅272的每个栅格内填充的蜂窝状催化剂为以γ-Al₂O₃为载体，以贵金属铂、钯为主要活性组分的有机废气氧化催化剂，采用有机废气氧化催化剂能够有效去除含尘气中的有机废气。

含尘工业废气经本实施例的颗粒床除尘催化装置处理后得到的净气中的尘含量小于10mg/Nm³，温度为300～350℃、空速为10000h^-1～20000h^-1时的氯苯脱除率为90～92％。

实施例三：

本实施例提出的颗粒床除尘催化装置的结构与实施例一的颗粒床除尘催化装置的结构基本相同，不同之处在于：在多孔支撑件271的支撑下格栅272的每个栅格内填充的蜂窝状催化剂为以Al₂O₃为载体，以镍为主要活性组分的焦油裂解催化剂，采用焦油裂解催化剂能够有效去除含尘气中的焦油汽。

含尘热煤气经本实施例的颗粒床除尘催化装置处理后得到的净气中的尘含量小于10mg/Nm³,温度为800～850℃、空速为10000h^-1～15000h^-1时的焦油模拟物脱除率为85～90％。

实施例四：

本实施例提出的颗粒床除尘催化装置的结构与实施例一的颗粒床除尘催化装置的结构基本相同，不同之处在于：在多孔支撑件271的支撑下格栅272的每个栅格内填充的是机械强度更大的泡沫陶瓷催化剂，泡沫陶瓷催化剂为以45ppi的泡沫陶瓷为基材，以TiO₂为载体，以V-W为主要活性成分的整体式NO_x还原催化剂(SCR)，采用整体式NO_x还原催化剂能够有效去除含尘气中的NO_x；催化剂层的厚度设计为120毫米。

含尘烟气经本实施例的颗粒床除尘催化装置处理后得到的净气中的尘含量小于10mg/Nm³，温度为300～400℃、空速为8000h^-1～12000h^-1时的NO_x脱除率为84～91％。

实施例五：

本实施例提出的颗粒床除尘催化装置的结构与实施例四的颗粒床除尘催化装置的结构基本相同，不同之处在于：在多孔支撑件271的支撑下格栅272的每个栅格内填充的泡沫陶瓷催化剂为以45ppi的泡沫陶瓷为基材，以γ-Al₂O₃为载体，以贵金属铂、钯为主要活性组分的整体式有机废气氧化催化剂，采用整体式有机废气氧化催化剂能够有效去除含尘气中的有机废气。

含尘工业废气经本实施例的颗粒床除尘催化装置处理后得到的净气中的尘含量小于10mg/Nm³，温度为300～350℃、空速为10000h^-1～18000h^-1时的氯苯脱除率为88～92％。

实施例六：

本实施例提出的颗粒床除尘催化装置的结构与实施例四的颗粒床除尘催化装置的结构基本相同，不同之处在于：在多孔支撑件271的支撑下格栅272的每个栅格内填充的泡沫陶瓷催化剂为以45ppi的泡沫陶瓷为基材，以Al₂O₃为载体，以镍为主要活性组分的整体式焦油裂解催化剂，采用整体式焦油裂解催化剂能够有效去除含尘气中的焦油汽。

含尘热煤气经本实施例的颗粒床除尘催化装置处理后得到的净气中的尘含量小于10mg/Nm³,温度为800～850℃、空速为8000h^-1～12000h^-1时的焦油模拟物脱除率为83～90％。