含焦油燃料气移动颗粒床除尘装置与方法与流程

本发明属于过滤分离技术领域，涉及含尘气体的处理技术，具体为一种含焦油燃料气移动颗粒床除尘装置与方法。

背景技术：

固体燃料热转化(热解、气化等)过程产生的初始燃料气通常含尘量高，且含组成复杂的焦油组分，对温度极为敏感，易因冷凝或结焦堵塞设备和管路，严重阻碍热转化设备的稳定运行。为了有效解决热转化技术中普遍存在的燃料气除尘问题，高温旋风除尘、陶瓷/纤维过滤除尘、静电除尘和颗粒床除尘等技术不断地被提出。其中，移动颗粒床除尘技术由于滤料成本低，使用寿命长，除尘效率高、恒定的压降及连续化的操作被认为是最具发展潜力的高温除尘技术之一。

专利cn102716628a公开了一种颗粒除尘过滤器及除尘过滤方法。过滤器主体由上部呈圆柱形、下部呈圆锥形的壳体和塔形挡板组内构件构成。固体颗粒通过位于壳体上方由进料口、料层高度调节杆及内筒构成的进料系统输入，并在塔形挡板组上方形成颗粒层；原料气通过伸入到塔形挡板组的进气管输入，而后穿过塔形挡板组形成的环形空隙与其上的固体颗粒接触，其粉尘被捕集。除尘后的洁净气体由出气口排出，固体颗粒沿着除尘过滤器壳体的侧壁下落，最终携带杂质的固体颗粒由出料口排出。专利cn102908841a公开了用于低温干馏煤气除尘净化的方法及装置。其公开的颗粒床过滤器壳体上部中央设有滤料颗粒入口，上部两侧设有干馏煤气出口、预热烟气出口，下部两侧设有含尘干馏煤气进口、预热烟气进口，壳体内的上部设有滤料颗粒布料器，下部设有由多层倾斜的叶片组成的百叶窗气体分布器。含尘的干馏煤气从进气口进入颗粒床过滤器，经百叶窗气体分布器向上穿过滤料颗粒层，其粉尘被捕集后从顶部净化干馏气出口排出，捕集粉尘的滤料颗粒层向下移动输出过滤器。

上述颗粒除尘装置和方法针对含尘燃料气除尘，尤其是含焦油、含尘燃料气的除尘而提出，但由于燃料气中的焦油与滤料在高温接触时易结焦或冷凝，导致滤料附着有焦炭或焦油，粘性增加、流动性降低，随着除尘过程的进行滤料颗粒不能被及时的输出而在过滤器内不断地累计，迫使滤料颗粒无法顺利供入和移动，形成死床，最终致使除尘装置无法运行。这也是阻碍高温移动颗粒层过滤除尘技术工业化应用的共性瓶颈问题。

技术实现要素：

本发明针对现有颗粒床除尘技术的上述共性问题，提供了一种高温下进行含焦油燃料气移动颗粒床除尘的装置与方法。

本发明的技术方案：

含焦油燃料气移动颗粒床除尘装置，主要由填充滤料的除尘室a1和除尘室b2组成，滤料在除尘室a1和除尘室b2中形成颗粒床；除尘室a1和除尘室b2之间由挡板a3隔开，挡板a3的中部替换为内构件4，通过内构件4形成的气体流动通道使除尘室a1和除尘室b2相连通；除尘室a1的上部设有滤料入口a5，下部设有滤料出口a6；除尘室a1设有气体入口7，除尘室a1通过挡板b8或百叶窗结构a9形成气固接触界面，使气体入口7为单通道或多通道形式；气体入口7位置有三种设置方式，第一种是设置在除尘室a1上部，位于内构件4之上，使气体入口7与内构件4之间的滤料形成气固并流的过滤床层；第二种是设置在除尘室a1下部，位于内构件4之下、滤料出口a6之上，使气体入口7与内构件4之间的滤料形成气固逆流的过滤床层；第三种是设置在除尘室a1的中部，与内构件4的中心处于相同水平高度，使气体入口7与内构件4之间的滤料形成气固径向错流的过滤床层。除尘室b2的上部设有滤料入口b10，下部设有滤料出口b11；除尘室b2设有气体出口12，除尘室b2通过挡板c13或百叶窗结构b14形成气固分离界面，使气体出口12为单通道或多通道形式；气体出口12位置有两种设置方式，一种是设置在除尘室b2的中部，与内构件4的中心处于相同水平高度，使气体出口12与内构件4之间的滤料形成气固径向错流的过滤床层；另一种是设置在除尘室b2的上部，位于内构件4上方，使气体出口12与内构件4之间的滤料形成气固逆流的过滤床层；滤料出口a6和滤料出口b11均位于内构件4下方，并分别与对应的出料阀相连。

所述除尘室a1和除尘室b2为并列排布或内外排布；

所述内构件4为鞍形百叶窗结构或楔形筛网结构；

所述除尘室a1和除尘室b2的流通横截面为矩形结构、圆形结构或圆环结构；

所述除尘室a1和除尘室b2中颗粒床的过滤截面积之比为5:1～1:5。

含焦油燃料气移动颗粒床除尘方法，采用上述的含焦油燃料气移动颗粒床除尘装置，具体步骤如下：

一部分高温洁净滤料由滤料入口a5进入除尘室a1，形成移动颗粒床a；另一部分高温洁净滤料由滤料入口b10进入除尘室b2，形成移动颗粒床b。高温含焦油、含尘燃料气由单通道或多通道形式的气体入口7进入除尘室a1，而后同气体入口7与内构件4之间移动颗粒床a的滤料同向或反向或径向交错流动，形成气固并流或逆流或错流颗粒床除尘，此时燃料气中易结焦/冷凝的焦油附着在滤料的表层，同时部分粉尘被滤料捕集。经初步除尘的燃料气穿过内构件4进入除尘室b2，与移动颗粒床b的滤料径向交错或反向流动，形成气固错流或逆流颗粒床除尘，此时燃料气中的粉尘被进一步地捕集。最终，经除尘后的洁净气体与移动颗粒床b的滤料在除尘室b2分离后由单通道或多通道形式的气体出口12排出；除尘室a1中附着有焦炭/焦油和粉尘的滤料和除尘室b2中附着粉尘的滤料分别在各自的出料阀的调控下从滤料出口a6和滤料出口b11输出除尘装置。在除尘装置、滤料和待处理气体一定的条件下，通过分别控制除尘室a1和除尘室b2的滤料排出的速率，可使除尘室a1中因附着焦炭/焦油而流动性降低的滤料较快流动，防止其黏结停滞，确保颗粒床的稳定移动、除尘过程的连续稳定运行，并具有较高的除尘效率。

所述滤料为惰性或具有催化活性的固体颗粒，包括天然矿石、陶瓷、煤矸石、木炭、石油焦、煤焦或催化剂的一种或两种以上混合；

所述除尘室a1和除尘室b2内的滤料相同或不同，粒度分布相同或不同，且除尘室a1内滤料颗粒的平均尺寸不小于除尘室b2内滤料颗粒的尺寸；进一步地，除尘室a1和除尘室b2内滤料的颗粒尺寸范围为0.1～20mm，优选除尘室a1内滤料为颗粒尺寸2～8mm的大颗粒，除尘室b2内滤料为颗粒尺寸1～4mm的小颗粒。当采用两种尺寸的滤料时，高温含焦油、含尘燃料气先与大颗粒滤料接触，由于大颗粒滤料的休止角小于小颗粒，其流动性好，可有效防止附着有焦炭/焦油滤料的累积，使除尘过程稳定运行；而初步除尘后的燃料气再与小颗粒滤料接触，由于其床层孔隙率小于大颗粒形成的颗粒床，其粉尘捕集效率高；

所述移动颗粒床a和移动颗粒床b的除尘温度不低于待处理气体进入除尘室a1和除尘室b2的温度，优选等同于待处理气体的温度；

所述移动颗粒床a和移动颗粒床b的移动速度之比为1.5:1～10:1；

所述的移动颗粒床a和移动颗粒床b也可用于含焦油气体的改质。

本发明的有益效果：

(1)本发明的移动颗粒床除尘装置通过分流的方法，使供入的滤料被分为两路，分别形成并流或逆流或错流除尘颗粒床和错流或逆流除尘颗粒床，最终滤料在出料阀的调控下以不同的移动速度从各自的滤料出口输出，其解决了因焦油结焦/冷凝附着在滤料表面使滤料流动性差而黏结停滞并形成死床的问题，实现了除尘过程的连续稳定运行；

(2)本发明的移动颗粒床除尘装置通过滤料的独立输入和移动可调控床层孔隙率，灵活优化装置的除尘性能；

(3)本发明的移动颗粒床除尘装置集并流、逆流或错流与逆流或错流两段除尘为一体，结构简单、操作方便、处理量大、调节灵活，且可耦合并流、错流和逆流两种除尘方式的技术优势，除尘效率高、稳定性高、压降小。

(4)本发明的移动颗粒床除尘方法，滤料种类和尺寸灵活多变，不但可以实现不同种类燃料气的高效除尘，而且可以根据目标产物的需求，与热转化过程融合为一体，实现除尘与焦油、燃料气和半焦制备或改质的同步进行。

附图说明

图1是除尘室并列排布，并流-错流运行模式的装置原理示意图。

图2是除尘室并列排布，并流-逆流运行模式的装置原理示意图。

图3是除尘室并列排布，逆流-错流运行模式的装置原理示意图。

图4是除尘室并列排布，逆流-逆流运行模式的装置原理示意图。

图5是除尘室内外排布，并流-错流运行模式的装置原理示意图。

图6是除尘室内外排布，并流-逆流运行模式的装置原理示意图。

图7是除尘室内外排布，逆流-错流运行模式的装置原理示意图。

图8是除尘室内外排布，逆流-逆流运行模式的装置原理示意图。

图9是除尘室并列排布，错流-错流运行模式的装置原理示意图。

图中：1除尘室a；2除尘室b；3挡板a；4内构件；5滤料入口a；6滤料出口a；7气体入口；8挡板b；9百叶窗a；10滤料入口b；11滤料出口b；12气体出口；13挡板c；14百叶窗b。

具体实施方式

以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。

实施例一

如图1所示的移动颗粒床除尘装置运行原理，其为除尘室并列排布，并流-错流运行模式。本实施例除尘装置的除尘室的流通横截面为矩形结构，除尘室a1和除尘室b2并列排布，其颗粒床过滤截面积之比为5:1，内构件4为鞍形百叶窗结构。操作时，将温度500℃、粒径为2～6mm的石英砂由滤料入口a5输入，其在除尘室a1内形成高度为150mm的移动颗粒床a；同时，将温度500℃、粒径为1～4mm的石英砂由滤料入口b10输入，其在除尘室b2内形成床层高度为200mm移动颗粒床b。500℃的煤热解气以0.4m/s速度由除尘室a1的挡板b8形成的单通道形式的气体入口7进入除尘室a1，穿过移动颗粒床a的气固接触界面后，热解气同气体入口7与内构件4之间颗粒床a的滤料同向流动，形成气固并流颗粒床除尘，此时热解气中易结焦/冷凝的焦油附着在滤料的表层，同时部分粉尘被滤料捕集；初步除尘的热解气穿过内构件4进入除尘室b2与移动颗粒床b的滤料径向交错流动，形成气固错流颗粒床除尘，此时热解气中的粉尘被进一步的捕集。最终，洁净热解气在除尘室b2的气固分离界面脱离移动颗粒床b后，经百叶窗b14形成的多通道形式的气体出口12排出装置；在出料阀的调控下，除尘室a1的滤料以0.30m/h的移动速度从滤料出口a6输出除尘装置，除尘室b2的滤料以0.05m/h的移动速度从滤料出口b11输出除尘装置。移动颗粒床除尘装置稳定运行72h，其除尘效率为99.7％。

实施例二

如图2所示的移动颗粒床除尘装置运行原理，其为除尘室并列排布，并流-逆流运行模式，本实施例除尘装置除尘室的流通横截面为圆形结构，除尘室a1和除尘室b2并列排布，其颗粒床过滤截面积之比为1:1，内构件4为鞍形百叶窗结构。操作时，将温度为600℃、粒径4～8mm的橄榄石催化剂由滤料入口a5输入，其在除尘室a1内形成床层高度为100mm的移动颗粒床a；同时，将温度为600℃、粒径2～4mm橄榄石催化剂由滤料入口b10输入，其在除尘室b2内形成床层高度为150mm的除尘移动颗粒床b。600℃的生物质热解气以0.3m/s的气速由单通道形式的气体入口7进入除尘室a1，穿过移动颗粒床a的气固接触界面后，热解气同气体入口7与内构件4之间颗粒床a的滤料同向流动，形成气固并流颗粒床除尘，此时热解气中易结焦/冷凝的焦油附着在滤料的表层，同时部分粉尘被滤料捕集；初步除尘的热解气穿过内构件4进入除尘室b2与移动颗粒床b的滤料反向流动，形成气固逆流颗粒床除尘，此时热解气中的粉尘被进一步的捕集。最终，洁净气体在除尘室b2的气固分离界面脱离移动颗粒床b后，由挡板c13形成的单通道形式的气体出口12排出装置；除尘室a1附着有焦炭/焦油和粉尘的滤料以0.45m/h的移动速度从滤料出口a6输出除尘装置，除尘室b2附着大量粉尘的滤料以0.30m/h的移动速度从滤料出口b11输出除尘装置。移动颗粒床除尘装置稳定运行96h，其除尘效率为99.4％。

实施例三

如图3所示的移动颗粒床除尘装置运行原理，其为除尘室并列排布，逆流-错流运行模式，本实施例除尘装置的除尘室的流通横截面为矩形结构，除尘室a1和除尘室b2并列排布，颗粒床过滤截面积之比为4:1，内构件4为鞍形百叶窗结构。500℃煤热解气以0.5m/s速度由百叶窗a9形成的多通道形式的气体入口7进入除尘室a1，而后同气体入口7与内构件4之间颗粒床a的滤料反向流动，形成气固逆流颗粒床除尘。初步除尘的热解气穿过内构件4进入除尘室b2与移动颗粒床b的滤料径向交错流动，形成气固错流颗粒床除尘。其余操作及运行参数同实施例一。移动颗粒床除尘装置稳定运行72h，其除尘效率为99.5％。

实施例四

如图4所示的移动颗粒床除尘装置运行原理，其为除尘室并列排布，逆流-逆流运行模式，本实施例除尘装置的除尘室的流通横截面为圆形结构，除尘室a1和除尘室b2并列排布，颗粒床过滤截面积之比为2:1，内构件4为鞍形百叶窗结构。600℃生物质热解气以0.4m/s的气速由百叶窗a9形成的多通道形式的气体入口7进入除尘室a1，而后同气体入口7与内构件4之间颗粒床a的滤料反向流动，形成气固逆流颗粒床除尘。初步除尘的热解气穿过内构件4进入除尘室b2与移动颗粒床b的滤料反向流动，形成气固逆流颗粒床除尘。其余操作及运行参数同实施例二。移动颗粒床除尘装置稳定运行96h，其除尘效率为99.7％。

实施例五

如图5所示的移动颗粒床除尘装置运行原理，其为除尘室内外排布，并流-错流运行模式，本实施例除尘装置的除尘室的流通横截面为圆环结构，除尘室a1位于除尘室b2的内部，其颗粒床过滤截面积之比为1:2，内构件4为鞍形百叶窗结构。操作时，将温度550℃、粒径为2～4mm的石英砂由滤料入口a5输入，其在除尘室a1内形成高度为100mm的移动颗粒床a；同时将上述滤料由滤料入口b10输入，其在除尘室b2内形成床层高度为200mm移动颗粒床b。550℃煤热解气以0.5m/s的气速由除尘室a1的挡板b8形成的单通道形式的气体入口7进入除尘室a1，穿过移动颗粒床a的气固接触界面后，热解气同气体入口7与内构件4之间颗粒床a的滤料同向流动，形成气固并流颗粒床除尘，此时热解气中易结焦/冷凝的焦油附着在滤料的表层，同时部分粉尘被滤料捕集；初步除尘的热解气穿过内构件4进入除尘室b2与移动颗粒床b的滤料径向交错流动，形成气固错流颗粒床除尘，此时热解气中的粉尘被进一步的捕集。最终，洁净热解气在除尘室b2的气固分离界面脱离移动颗粒床b后经百叶窗b14形成的多通道形式的气体出口12排出装置；在出料阀开启程度的调控下，除尘室a1和环形除尘室b2汇集后的滤料分别以1.00m/h和0.40m/h的移动速度从滤料出口a6和滤料出口b11输出除尘装置。移动颗粒床除尘装置稳定运行72h，其除尘效率为99.2％。

实施例六

如图6所示的移动颗粒床除尘装置运行原理，其为除尘室内外排布，并流-逆流运行模式，本实施例除尘装置的除尘室的流通横截面为矩形结构，除尘室a1位于除尘室b2的内部，其颗粒床过滤截面积之比为1:5，内构件4鞍形百叶窗结构。操作时，将温度为750℃、粒径2～8mm的半焦由滤料入口a5输入，其在除尘室a1内形成床层高度为200mm的移动颗粒床a；同时，将温度750℃、粒径为1～2mm的石英砂由滤料入口b10输入，其在除尘室b2内形成床层高度为180mm的移动颗粒床b。750℃生物质气化气以0.3m/s气速由单通道形式的气体入口7进入除尘室a1，穿过移动颗粒床a的气固接触界面后，热解气同气体入口7与内构件4之间颗粒床a的滤料同向流动，形成气固并流颗粒床除尘；初步除尘的气化气穿过内构件4进入除尘室b2与移动颗粒床b的滤料反向流动，形成气固逆流颗粒床除尘。最终，洁净气体在除尘室b2的气固分离界面脱离移动颗粒床b后，由挡板c13形成的单通道形式的气体出口12排出装置；除尘室a1的滤料在出料阀的控制下以1.50m/h的移动速度从滤料出口a6输出除尘装置，矩形外环除尘室b2的滤料汇集后在出料阀的控制下以0.15m/h的移动速度从滤料出口b11输出除尘装置。移动颗粒床除尘装置稳定运行48h，其除尘效率为98.8％。

实施例七

如图7所示的移动颗粒床除尘装置运行原理，其为除尘室内外排布，逆流-错流运行模式，本实施例除尘装置除尘室的流通横截面为圆环结构，除尘室a1位于除尘室b2的内部，颗粒床过滤截面积之比为1:2，内构件4为鞍形百叶窗结构。滤料为550℃，2～4mm的半焦；550℃煤热解气以0.5m/s气速由百叶窗a9形成的多通道形式的气体入口7进入除尘室a1，而后同气体入口7与内构件4之间颗粒床a的滤料反向流动，形成气固逆流颗粒床除尘。初步除尘的热解气穿过内构件4进入除尘室b2，与颗粒床b的滤料径向错流流动，形成气固错流颗粒床除尘。而后在出料阀开启程度的调控下，除尘室a1和环形除尘室b2汇集后的滤料分别以1.20m/h和0.40m/h的移动速度从滤料出口a6和滤料出口b11输出除尘装置。其余操作及运行参数同实施例五。移动颗粒床除尘装置稳定运行72h，其除尘效率为99.3％。

实施例八

如图8所示的移动颗粒床除尘装置运行原理，其为除尘室内外排布，逆流-逆流运行模式，本实施例除尘装置除尘室的流通横截面为圆形结构，除尘室a1位于除尘室b2的内部，颗粒床过滤截面积之比为1:4，内构件4为鞍形百叶窗结构。操作时，将温度为800℃、粒径2～8mm的麦饭石由滤料入口a5输入，其在除尘室a1内形成床层高度为180mm的移动颗粒床a；同时，将温度800℃、粒径为1～2mm的石英砂由滤料入口b10输入，其在除尘室b2内形成床层高度为150mm的移动颗粒床b。800℃生物质气化气以0.4m/s气速由百叶窗a9形成的多通道形式的气体入口7进入除尘室a1，而后同气体入口7与内构件4之间颗粒床a的半焦反向流动，形成气固逆流颗粒床除尘。初步除尘的气化气穿过内构件4进入除尘室b2，与颗粒床b的滤料反向流动，形成气固逆流颗粒床除尘。最终，洁净气体在除尘室b2的气固分离界面脱离移动颗粒床b后，由挡板c13形成的单通道形式的气体出口12排出装置；除尘室a1的滤料在出料阀的控制下以1.50m/h的移动速度从滤料出口a6输出除尘装置，环形除尘室b2的滤料汇集后在出料阀的控制下以0.75m/h的移动速度从滤料出口b11输出除尘装置。移动颗粒床除尘装置稳定运行64h，其除尘效率为99.0％。

实施例九

如图9所示的移动颗粒床除尘装置运行原理，其为除尘室并列排布，错流-错流运行模式，本实施例除尘装置除尘室的流通横截面为矩形结构，除尘室a1与除尘室b2并列排布，其颗粒床过滤截面积之比为1:3，内构件4为楔形筛网结构。操作时，将温度800℃、粒径为2～4mm煤半焦由滤料入口a5输入，其在除尘室a1内形成高度为150mm的移动颗粒床a；同时，将温度800℃、粒径为0.2～2mm的橄榄石负载镍(5wt％)催化剂由滤料入口b10输入，其在除尘室b2内形成床层高度为180mm移动颗粒床b。800℃生物质气化气以0.7m/s的气速由多通道形式的气体入口7进入除尘室a1，而后同气体入口7与内构件4之间颗粒床a的滤料径向交错流动，形成气固错流颗粒床除尘；初步除尘的气化气穿过内构件4进入除尘室b2与移动颗粒床b的滤料径向交错流动，形成气固错流颗粒床除尘。另外，除尘的同时在半焦和催化剂的作用下气化气中的焦油被催化重整。最终，洁净改质的气化气与滤料在除尘室b2分离后由多通道形式的气体出口12排出；在出料阀开启程度的调控下，除尘室a1和除尘室b2汇集后的滤料分别以1.20m/h和0.40m/h的移动速度从滤料出口a6和滤料出口b11输出除尘装置。移动颗粒床除尘装置稳定运行72h，其改质前后的生物质气化产气的组成见表1，除尘效率为99.5％。

表1实施例九中改质前后的生物质气化产气的组成