技术领域
[0001] 本
发明属于细颗粒有机物资源化、气固分离技术领域，具体涉及一种含尘油气的除尘装置及除尘方法。
背景技术
[0002] 有机物(如
煤、
生物质)
热解技术是分质高效清洁资源化利用的重要途径之一。以煤为例，煤热解技术是煤炭清洁高效转化的核心技术，但是煤热解过程中的油气中所含的焦粉及灰粉颗粒物是制约煤炭洁净热解利用的主要因素之一。粉煤热解中，颗粒物含量大，煤热解油成分复杂，其中80％以上属于
芳香族化合物，这些大分子
烃类物质极容易冷凝，热解油很容易和
水、
碳粒等结合在一起，形成粘稠的液体物质附着于管道内壁和有关设备的壁面上，堵塞输气管道，卡住
阀门，
腐蚀设备，由此可见，有效分离油气中的焦粉是进行煤清洁热解的关键。
[0003] 传统的油气分离主要包括湿法(喷淋法、鼓泡水浴法)和干法(干式过滤法)等物理方法。目前我国实际工程中一般采用多级湿法联合分离及旋
风分离技术，其存在污染大、能耗高、后续处理繁琐等问题，而且旋风
除尘器压降一般较高，对于5μm以下的尘粒捕集效率低，故一般旋风除尘器只能作为预除尘设备。过滤除尘技术因其热损少、效率高，已成为高温除尘领域的研究热点，但是实际运行中大量微细焦粉的存在造成过滤材料的高负荷运行，因此减轻过滤材料的负荷强度并延长过滤材料过滤
稳定性，是煤化工领域需要解决的一个关键问题。另外，煤热解过程中热解油气中含有大量的大分子挥发物，这些大分子挥发物很容易在较高温条件下
凝结或形成碳烟，粘附于过滤材料表层或沉积在过滤材料
骨料孔道内，造成膜管内外
层压降升高。因此解决热解油气中大分子向小分子的催化转化，成为解决该问题的关键。
[0004] 综上，亟需一种新型的含尘油气的除尘装置及方法。
发明内容
[0005] 本发明的目的在于提供一种含尘油气的除尘装置及除尘方法，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明通过在来流方向设置多级催化分离系统，可实现对高温高含尘油气的分级分离耦合同步催化，在去除颗粒灰尘的同时能够实现油气大分子挥发物向小分子的转化；可达到减轻过滤材料的负荷强度并延长过滤材料过滤稳定性的目的。
[0006] 为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0007] 一种含尘油气的除尘装置，包括：多级旋风分离系统和过滤式催化分离系统；
[0008] 多级旋风分离系统的进气口用于通入含尘油气，多级旋风分离系统的出气口与过滤式催化分离系统的进气口相连通，过滤式催化分离系统的出气口用于输出除尘后的清洁油气；过滤式催化分离系统的过滤材料为无机
膜过滤材料；
[0009] 其中，多级旋风分离系统包括依次连通的多个旋风分离器；每个旋风分离器的筒体内均沿旋转气流的切线方向设置有一级或多级催化筛板；催化筛板为多孔板式结构，催化筛板的表面负载有催化剂；每个旋风分离器均设置有振动
电机；振动电机与催化筛板固定连接，通过振动电机能够使催化筛板发生振动。
[0010] 本发明进一步的改进在于，还包括：原位再生反吹系统；当过滤式催化分离系统中的过滤材料阻损超过预设过滤阻损指标时，原位再生反吹系统的出气口与过滤式催化分离系统的出气口相连通，通过原位再生反吹系统能够向过滤式催化分离系统内通入包含临界
氧化还原剂的脉冲反吹气。
[0011] 本发明进一步的改进在于，多级旋风分离系统的级数在3级以上。
[0012] 本发明进一步的改进在于，多级旋风分离系统中，每个旋风分离器均包括：筒体和催化筛板；筒体的一端设置有进气口和排气口，另一端设置有排灰口；气体通过进气口能够沿筒体的切线方向进入筒体；筒体内沿旋转气流的切线方向倾斜设置有一级或多级催化筛板；催化筛板为多孔板式结构，催化筛板的两表面均负载有活性相催化剂；排灰口用于排出灰尘；第一级的旋风分离器的进气口作为多级旋风分离系统的进气口，除去最后一级的每一级的旋风分离器的出气口均与后一级的旋风分离器的进气口相连通，最后一级的旋风分离器的出气口作为多级旋风分离系统的出气口。
[0013] 本发明进一步的改进在于，催化筛板的两表面均负载有催化剂；催化筛板表面负载的催化剂为Fe、Mn或Mg。
[0014] 本发明进一步的改进在于，无机膜过滤材料上负载有金属催化剂，同时添加助催化剂；无机膜过滤材料上负载的金属催化剂为Ni、Mg或Ca，添加的助催化剂为Co或Ce。
[0015] 本发明进一步的改进在于，脉冲反吹气包含临界当量比条件下的
氧化剂或者还原剂；氧化剂为氧气或空气，还原剂为
一氧化碳、H2O或氢气。
[0016] 一种含尘油气的除尘方法，基于本发明的除尘装置，具体包括以下步骤：
[0017] 步骤1，将含尘油气通入多级旋风分离系统进行初步颗粒粉尘过滤和催化，获得旋风除尘
净化气；初步催化用的催化剂为活性相催化剂；
[0018] 步骤2，旋风除尘净化气通入配置有无机膜过滤材料的过滤式催化分离系统进行二次颗粒粉尘过滤和焦油催化重整，获得清洁油气；焦油催化重整所用的催化剂包括金属催化剂以及助催化剂。
[0019] 本发明的除尘方法进一步的改进在于，还包括步骤3；所用的除尘装置还包括原位再生反吹系统；
[0020] 步骤3，当过滤式催化分离系统中过滤材料阻损超过过滤阻损指标时，通过催化剂原位再生反吹系统向过滤式催化分离系统的出气口通入包含临界氧化还原剂的脉冲反吹气进行反吹自洁。
[0021] 与
现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0022] 本发明的除尘装置包括多级旋风分离系统和过滤式催化分离系统，多级旋风分离系统的旋风分离器内设置有催化筛板，过滤式催化分离系统内配置有无机膜过滤材料。本发明通过在油气来流方向设置多级分离系统，可实现对含尘油气的分级分离耦合同步催化，可实现对油气大分子挥发物向小分子的转化，能够大大缓解油气在较高温条件下的凝结；依次通过多级旋风分离系统和过滤式催化分离系统，可实现对微细颗粒物的两级高效气固分离，进而可减轻膜过滤材料的负荷强度并延长膜材料过滤稳定性。
[0023] 本发明的除尘装置还包括原位再生反吹系统，在实施脉冲反吹过程中，通过在反吹气源中添加氧化剂或者还原剂并调控其比例，可实现对催化剂表面的积碳层的氧化还原消除，控制临界当量比的氧化还原剂可以保证在不减少可燃气产率的条件下达到对纳米催化剂的原位再生。
[0024] 进一步地，通过振动电机能够使催化筛板发生振动，可使得附着在筛板上的灰尘脱落。
[0025] 本发明的除尘方法，将待处理的含尘油气依次通过多级旋风分离系统和过滤式催化分离系统，通过多级催化筛板旋风分离系统进行粗颗粒粉尘过滤和初步催化阶段，可降低油气含尘率和焦油产率；通过配置有无机膜过滤材料的过滤式催化分离系统，进行细颗粒物去除和焦油催化重整阶段，可将焦油类产物进一步转
化成小分子气体产物，同时细颗粒物被
吸附过滤，能够得到清洁油气。本发明通过在来流方向设置多级催化分离系统，可实现对高温高含尘油气的分级分离耦合同步催化，在去除颗粒灰尘的同时能够实现油气大分子挥发物向小分子的转化；可达到减轻过滤材料的负荷强度并延长过滤材料过滤稳定性的目的。
[0026] 本发明的除尘方法中，无机膜过滤材料对油气进行净化的过程中，因表面逐渐被细微颗粒物
覆盖而导致系统压差增大，当过滤材料阻损超过过滤阻损指标时，通过催化剂原位再生反吹系统，向过滤式催化分离系统的出气口通入包含临界氧化还原剂的脉冲反吹气进行反吹自洁，将外表面的颗粒层吹落，同时氧化还原剂分解内表面催化剂表面附着的堵塞物，对催化剂进行原位再生，避免催化剂在使用过程中失活。
附图说明
[0027] 图1是本发明
实施例的一种煤低温热解油气气固分级分离催化结合临氧反吹的结构示意图；
[0028] 图2是本发明实施例的一种高温高含尘油气的除尘方法的流程示意
框图；
[0029] 图3是本发明的除尘装置中的旋风分离器的结构示意图；
[0030] 图4是本发明的催化筛板的结构示意图；
[0031] 图1至图4中，第一灰斗1；筒体2；催化筛板3；多级旋风分离系统的进气口4；过滤式催化分离系统的进气口6；过滤式催化分离系统的出气口7；陶瓷催化过滤材料8；第二灰斗9；振动电机10。
具体实施方式
[0032] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，下述实施例仅作为本发明技术方案的解释说明，不用于本发明保护范围的限定。
[0033] 本发明的一种用于细颗粒有机物
热处理高温高含尘油气的除尘系统，包括以下部分：连续进料系统、高温热处理系统、包含催化筛板的多级旋风分离系统、过滤式催化分离系统、催化剂原位再生反吹系统、冷凝系统和灰斗出灰系统。
[0034] 连续进料系统和高温热处理系统用于有机物热处理转化，产生高温高含尘油气；产生的含尘油气依次经过多级旋风分离系统、过滤式催化分离系统、冷凝系统和灰斗出灰系统。
[0035] 请参阅图1，本发明中多级旋风分离系统的级数在3级以上，下面以三级旋风分离系统为例，对本发明的技术方案作进一步详细说明，本发明的一种含尘油气的除尘装置，包括：三级旋风分离系统、过滤式催化分离系统和原位再生反吹系统。
[0036] 三级旋风分离系统的进气口用于通入含尘油气，三级旋风分离系统的出气口与过滤式催化分离系统的进气口相连通，过滤式催化分离系统的出气口用于输出除尘后的清洁油气；过滤式催化分离系统的过滤材料为无机膜过滤材料。无机膜过滤材料上负载有金属催化剂，同时添加助催化剂；无机膜过滤材料上负载的金属催化剂为Ni、Mg或Ca，添加的助催化剂为Co或Ce。
[0037] 三级旋风分离系统包括：第一级旋风分离器、第二级旋风分离器和第三级旋风分离器。
[0038] 第一级旋风分离器的进气口为三级旋风分离系统的进气口，第一级旋风分离器的出气口与第二级旋风分离器的进气口相连通，第二级旋风分离器的出气口与第三级旋风分离器的进气口相连通，第三级旋风分离器的出气口作为三级旋风分离系统的出气口。
[0039] 每一级旋风分离器均包括：筒体2、第一灰斗1和催化筛板3；筒体2的一端设置有进气口和排气口，另一端设置有排灰口；气体通过进气口能够沿筒体2的切线方向进入筒体2；筒体2内沿旋转气流的切线方向倾斜设置有一级或多级催化筛板3；催化筛板3为多孔板式结构，催化筛板3的两表面均负载有活性相催化剂，催化剂可以是Fe、Mn或Mg；排灰口用于排出灰尘，排灰口与第一灰斗1相连通。振动电机10与催化筛板3固定连接，通过振动电机10能够使催化筛板3发生振动。
[0040] 请参阅图3和图4，具体的，每级的旋风除尘器均包括：进气管、排气管、筒体2、锥体、催化筛板3、振动电机10、排灰阀门和第一灰斗1；筒体2上部一侧设有进气管，筒体上部中心处设有排气管，筒体2下部设有锥体，锥体下部设有排灰阀门；筒体内壁上固定设有一级或多级的催化筛板3，催化筛板3与振动电机10固定连接；催化筛板3为多孔的板式结构，其沿旋转气流的切线方向倾斜放置；催化筛板3的较低一端的边缘设置有缺口；催化筛板3上，在与排气管中心垂直的轴线上有一孔洞A，孔洞A的孔径小于排气管的管径；催化筛板上设置有若干筛孔，筛孔的孔径由内到外递增；催化筛板上下两面均用耐高温的氧化
铝涂料进行涂覆，并且催化筛板上负载有
铁、钴或镍。催化筛板3与水平面之间的夹
角在5°-60°之间。催化筛板上设置有用于排气的孔洞A；排气口的轴线穿过孔洞A的中心；孔洞A的直径小于排气管进气口的直径；由孔洞A的中心向催化筛板的边缘
辐射，即沿L轴线由内向外，催化筛板3上的筛孔B、C、D、E的直径递增。催化筛板3的较低一端的边缘与筒体内壁的距离为0.5cm-10cm。催化筛板3上下两表面均用耐高温的氧化铝涂料进行涂覆。
[0041] 当过滤式催化分离系统中的过滤材料阻损超过预设过滤阻损指标时，原位再生反吹系统的出气口与过滤式催化分离系统的出气口相连通，通过原位再生反吹系统能够向过滤式催化分离系统内通入包含临界氧化还原剂的脉冲反吹气。脉冲反吹气包含临界当量比条件下的氧化剂或者还原剂；氧化剂为氧气或空气，还原剂为一氧化碳、H2O或氢气。
[0042] 请参阅图2，本发明的一种用于细颗粒有机物热处理高温高含尘油气的除尘工艺及方法，基于上述的除尘系统，操作步骤如下：
[0043] (1)有机物通过连续进料系统进入高温热处理系统产生高温高含尘油气，接着高温高尘油气进入多级催化筛板旋风分离系统进行粗颗粒粉尘过滤和初步催化阶段，降低油气含尘率和焦油产率，得到的旋风除尘净化气从分离系统出气口排出；
[0044] (2)旋风除尘净化气直接进入配置有无机膜过滤材料的过滤式催化分离系统，进行细颗粒物去除和焦油催化重整阶段，将焦油类产物进一步转化成小分子气体产物，同时细颗粒物被吸附过滤，得到的清洁油气进入冷凝系统进行油气分离，最终获得清洁燃气和高品质产品油；
[0045] (3)无机膜过滤材料对油气进行净化的过程中，因表面逐渐被细微颗粒物覆盖而导致系统压差增大，当过滤材料阻损超过过滤阻损指标时，通过催化剂原位再生反吹系统，向过滤式催化分离系统的出气口通入包含临界氧化还原剂的脉冲反吹气进行反吹自洁，将外表面的颗粒层吹落，捕集到的吸附在过滤式催化分离材料上的粉尘颗粒在反吹气作用下，下落至过滤式催化分离系统低端由灰斗出灰系统排出；同时氧化还原剂分解内表面催化剂表面附着的堵塞物，对催化剂进行原位再生，避免催化剂在使用过程中失活。
[0046] 步骤(1)中，所述多级催化筛板旋风分离系统一般为三级以上设置，每一级旋风分离部分均内置有倾斜振打式筛板，高温高含尘油气经过筛板时，粗粒径粉尘颗粒会富集在筛板表面，受振打作用滑落到旋风分离部分低端，并随灰斗出灰系统排出。具体的，所述倾斜振打式的催化筛板3材料采用耐高温高尘的金属材料(如
钢板)，表面粗糙处理，同时负载有耐高温高尘的金属催化剂，一般为Fe、Mn、Mg等活性相催化剂。筛板一端通过机械
紧固件固定在旋风分离器的筒体2内部，另一端受外部振动电机10作用进行高频振打。高温高含尘油气经过筛板部分时，粗粒径粉尘颗粒会富集在筛板表面，受振打作用滑落到旋风分离系统低端，振动脱落到到旋风分离系统低端存储的粗粉尘颗粒通过灰斗出灰系统排出。
[0047] 步骤(2)中所述过滤式催化分离器使用的无机过滤材料一般为陶瓷材料、金属材料及其他耐高温材料，旋风除尘净化气经过陶瓷过滤材料时，小粒径粉尘颗粒会吸附在陶瓷过滤材料上。具体的，陶瓷因其多孔特性、优良的
热稳定性和化学稳定性，是应用最为广泛的高温除尘过滤材料，陶瓷材料上主要负载有Ni、Mg、Ca等金属催化剂，同时添加助催化剂比如Co、Ce金属催化剂解决催化剂高温下易积碳、易
烧结等问题。
[0048] 步骤(3)中所述脉冲反吹气包含临界当量比条件下的氧化剂(氧气、空气)或者还原剂(一氧化碳、H2O、氢气)，脉冲反吹气可以将吸附在陶瓷过滤材料上的颗粒物吹落，并随灰斗出灰系统排出；同时脉冲气中包含的内氧化还原剂可以消除纳米催化剂表面附着的堵塞物(如积碳)，临界当量比的氧化还原剂可以保证在不减少可燃气产率的条件下达到对纳米催化剂的原位再生。临界当量比和反吹
频率需要根据不同催化剂条件去进行试验测定。
[0049] 本发明实施例的除尘方法能够达到的效果：多级旋风分离部分中，部分大分子焦油产物受催化剂作用转化为小分子气体产物，该阶段焦油转化率为20％-40％；过滤式催化分离系统中，焦油产物受催化剂作用全部转化为小分子气体产物，该阶段焦油转化率为80％-99.99％。
[0050] 综上，针对现有工艺技术的不足和存在的问题，本发明提出一种用于细颗粒有机物热处理高温高含尘油气的除尘工艺与方法，通过在来流方向设置多级催化分离系统，实现对高温高含尘油气的分级分离耦合同步催化，有望实现对油气大分子挥发物向小分子的转化，大大缓解油气的在较高温条件下的凝结,同时实现对微细颗粒物的两级高效气固分离，进而达到减轻过滤材料的负荷强度并延长过滤材料过滤稳定性的目的，最终可以使热解油气除尘率高达99.99％，焦油转化率达到99.99％。本发明在实施脉冲反吹过程中，通过在反吹气源中添加氧化剂或者还原剂并调控其比例，以实现对催化剂表面的积碳层的氧化还原消除，控制临界当量比的氧化还原剂可以保证在不减少可燃气产率的条件下达到对纳米催化剂的原位再生。本发明结合油气分级分离催化，催化剂及临氧反吹积碳清除各自的优势，获得一种集气体颗粒物去除、焦油催化转化于一体的适用于细颗粒有机物热处理高温高含尘油气的除尘工艺与方法。
[0051] 实施例
[0052] 请参阅图1和图2，下面以低阶煤中低温热解为例，对本发明的技术方案作进一步详细说明。本发明的一种含尘油气的除尘方法，具体包括以下步骤：
[0053] (1)低阶煤通
过热解炉进行中低温热解，产生500-800℃高温高含尘热解油气，通过第一级催化筛板旋风分离器进气口进入三级催化筛板旋风分离器，进行大颗粒物过滤和初步催化阶段，捕集5μm以上的飞灰和粉尘颗粒，同时大分子气体产物在催化条件下向小分子气体产物转化，降低焦油产率，提高
合成气产率，得到的旋风除尘净化气从分离器出气口排出，三级催化筛板旋风分离器的筒体2内设置有倾斜的振打式的催化筛板3，在外部的振动电机10作用下进行机械振打，富集的颗粒物脱落到第一灰斗1中；
[0054] (2)旋风除尘净化气直接进入配置有陶瓷催化过滤材料8的过滤式催化分离系统，进行细颗粒物去除和焦油催化重整阶段，捕集1-5μm之间的颗粒，清洁的含焦油热解气通过陶瓷催化过滤材料8时，焦油可以得以转化重整，最终在过滤式催化分离器出气口处获得含灰量小、焦油含量低、气体品质高的洁净热解气；
[0055] (3)当过滤材料阻损超过过滤阻损指标时，通过在反吹气源中添加氧气并调控其比例，以实现对陶瓷催化过滤材料8表面的积碳层的氧化消除，从而达到对陶瓷纳米催化剂的原位再生，避免催化剂孔道的堵塞与失活，由于热解产气为还原性气氛，因此调控氧气当量率以及反吹频率至关重要，同时在脉冲反吹气作用下，吸附在陶瓷催化过滤材料8上的粉尘颗粒下落到第二灰斗9进行收集。
[0056] 综上，本发明实施例提出一种适用于细颗粒有机物热处理高温高含尘油气的除尘工艺与方法，包括：高温高含尘油气进入多级催化筛板旋风分离系统进行粗颗粒粉尘过滤和初步催化阶段，降低油气含尘率和焦油产率，接着直接进入配置有无机膜过滤材料的过滤式催化分离系统，进行细颗粒物去除和焦油催化重整阶段，将焦油类产物进一步转化成小分子气体产物，同时细颗粒物被吸附过滤，最终得到清洁的油气；脉冲反吹气包含临界氧化还原剂，可以将过滤材料外表面的颗粒层吹落，同时消除内表面催化剂表面附着的堵塞物，在不减少可燃气产率的情况下对催化剂进行原位再生。本发明结合油气分级分离催化，催化剂及临氧反吹积碳清除各自的优势，获得一种集气体颗粒物去除、焦油催化转化于一体的适用于细颗粒有机物热处理高温高含尘油气的除尘工艺与方法。本发明通过在来流方向设置多级催化分离系统，实现对高温高含尘油气的分级分离耦合同步催化，有望实现对油气大分子挥发物向小分子的转化，大大缓解油气的在较高温条件下的凝结，同时实现对微细颗粒物的两级高效气固分离，进而达到减轻过滤材料的负荷强度并延长过滤材料过滤稳定性的目的，最终可以使热解油气除尘率高达99.99％，焦油转化率达到99.99％。
[0057] 以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干
变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和
专利的实用性。
