用於淨化金屬製備中由礦石和/或其他含金屬材料的燒結工藝所產生的廢氣的方法和裝置的製作方法

2023-07-18 03:20:21

專利名稱：用於淨化金屬製備中由礦石和/或其他含金屬材料的燒結工藝所產生的廢氣的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及根據權利要求1前序部分的用於淨化在金屬製備過程中由礦石燒結工藝所產生的廢氣的方法以及根據權利要求11前序部分的實施該方法的裝置。

背景技術：
在礦石材料燒結中，將該材料與含有小顆粒碳的固體混合併置於燒結帶上，在該燒結帶上向前輸送的過程中該固體至少部分燃燒的情況下，該材料被輸送至出料端。或者，將原料制粒或壓塊，然後燒結。供給燃燒空氣。在燒結過程中，進料經過陰燃和至少部分燃燒過程，由此使原料聚結，即燒結成較大的塊。由於供給的燃燒空氣增加燃燒和陰燃工藝，因此進料釋放出大量氣體，該氣體除組分CO2及可能的CO、O2、H2O和/或N2外還含有一系列汙染物。特別地，所述汙染物是氮氧化物(NOx)、SO2、HCl、二噁英、呋喃類物質、粉塵和由陰燃工藝產生的可升華的或可凝結的殘留物、重烴和/或重金屬。
對空氣維持的研究表明，例如來自燒結帶的廢氣包含大體上在金屬製備過程中所產生的全部雜質的很大一部分。因此，在鐵和鋼的生產中相應排放物的90％以上的汙染物是二噁英和呋喃類物質。由於燒結帶裝置格外大的廢氣量，迄今為止僅在非常大的花費下才可能進行令人滿意的氣體淨化，這種花費明顯增加鋼生產的總成本。特別地，由於燒結帶廢氣中汙染物的級分不同以及其組成隨進料有很大波動，並且由於汙染物非常不同的反應和可利用的淨化方法，因此必須相繼實施多個淨化步驟。
因此，例如提出了所謂的氣載流法，在下遊濾出氣載流顆粒，並再下遊為減少二噁英而進行催化氧化。採用這些方法會出現相當程度的催化劑受損，這特別變現為有機烴對催化劑的表面覆蓋(Abschlussbericht50441-5/217「Verringerung von Dioxinemissionen aus Sinteranlagen」im Auftrag des deutschen Bundesumweltamtes，Dezember 2002)。
WO 01/17663中提出了另一種用於燒結帶裝置的廢氣淨化方法，該方法是在氣載流-淨化步驟中淨化燒結帶廢氣，隨後進行吸附淨化步驟，其中在氣載流-淨化步驟中，向廢氣中加入磨碎的(即較小粒度的)高價值活性焦炭，以形成氣載流霧狀雲物。該細碎的吸附劑在氣載流相中與來自燒結帶廢氣的一部分待去除的汙染物起反應。但作為該氣載流過程的後續反應步驟，飛揚的粉塵沒有沉降在布濾材上或電過濾器上，而是沉降在逆流移動床反應器的進料側上，在此該飛揚的粉塵沉降在移動床散裝材料的顆粒上，即在其表面上或在顆粒間的空間內。接著，該燒結帶廢氣流過逆流移動床反應器的如由活性焦炭組成的顆粒層，以使該氣載流相中的之前經淨化的燒結帶廢氣經歷吸附淨化。在移動床反應器下遊的氣載流淨化過程需要使用第二顆粒狀淨化劑，這樣不會消除移動床中不利的催化劑受損。
特別是當從燒結廢氣中去除NOx很重要時，已證實如果藉助催化劑從廢氣中去除NOx，另一些汙染物如SO2和HCl特別有幹擾，於是燒結廢氣中所含的這些和其它汙染物對去除NOx而言是所謂的催化劑毒素。
因此，在WO 2006/084671 A1中採用預淨化步驟以最大量地除去特別是SOx和HCl，並採用後淨化步驟，其中用適於沉積NOx的催化劑如含碳吸附劑從上向下流過逆流反應器。這時在單個吸附材料層中實施兩步廢氣淨化過程，其中第一步在入口區進行，第二淨化步驟在該吸附材料層的後續區進行。已表明，其中例如用氫氧化鈣沉澱SO2的預淨化步驟也是不夠的，因為殘留在廢氣中的SO2和/或HCl的殘餘量，如果其與用於轉化NOx所需的氨水接觸，則會導致在該NOx催化劑是含碳吸收劑和/或吸附劑如活性焦炭時該催化劑顆粒膨脹(爆裂顆粒形成，Popkornbildung)。如果在多孔催化劑中形成硫酸銨晶體或氯化銨晶體，也會出現該效應。在孔體系中形成晶體的膨脹會使催化劑結構破裂。因此，該催化劑不僅被消耗了，而且還崩解了。而且，催化劑床中的粒度變小會導致壓力損失增加，並由此導致淨化過程成本增加。根據WO2006/084671 A1，因為單個反應器床下部的淨化段的由此受損的催化劑反覆從該單個反應器床的下部板排出，所以燒結帶廢氣達到足夠的整體淨化。對於燒結廢氣在進入移動床反應器裝置之前的預淨化，優選使用袋濾器或電過濾器和/或廢氣洗滌器。作為替代方案或作為補充，可在氣載流的燒結廢氣中加入細分布的反應劑和/或吸收劑如石灰粉和/或活性焦炭粉，以在燒結廢氣進入移動床反應器裝置之前從中除去至少部分汙染物SO2和HCl。優選地，先前經淨化的燒結廢氣在進入移動床反應器裝置時的SO2含量小於100mg/標準立方米，優選不大於5mg/標準立方米。
這些已知預淨化步驟的共同之處在於為此必須進行很大的設備花費，並且必須使用其它可消耗的材料如石灰以及隨後處置或進一步處理它們。此外，在溼式洗滌法的情況下，必須克服腐蝕問題、再加熱問題和/或水處理問題。


發明內容
由此，本發明的目的是在淨化燒結廢氣，特別是SOx和/或HCl以及NOx的過程中避免採用使用可消耗的材料的預淨化步驟。為實現該目的，提出了一種具有權利要求1特徵的方法以及具有權利要求11特徵的裝置。
因此，本發明首先使燒結廢氣(可能在預除塵步驟後)從下面流入移動床反應器，通過該移動床反應器的下部水平氣體流入和散裝材料排出板，進入已被NOx或N2和可能的水蒸氣以及SOx和/或HCl以及可能的其它汙染物汙染的吸附和/或吸收劑下層；在流過該吸附和/或吸收劑下層的過程中，允許燒結廢氣中的至少主要量SOx和/或HCl成分以及可能的其它汙染物被負載有NOx或N2的吸附和/或吸收劑的孔體系所吸收。主要量SOx和可能的其它汙染物被淨化的燒結廢氣在該吸附和/或吸收劑下層的上自由表面離開該層，以接著與含銨化合物如氨水或尿素充分混合，將NOx轉化成例如N2和水蒸氣。與含銨化合物混合的且主要量SOx和/或HCl成分被淨化的燒結廢氣從下面流過同一移動床反應器的上部水平氣體流入和散裝材料排出板，進入已被NOx或N2和少量SOx以及可能的其它汙染物汙染的吸附和/或吸收劑上層。在流過吸附和/或吸收劑上層的過程中，燒結廢氣中至少主要量的NOx成分和至少一種含銨化合物吸附在負載有NOx或N2和少量SOx以及可能的其它汙染物的吸附和/或吸收劑上層的表面上。主要量SOx和可能的其它汙染物以及NOx成分被淨化的燒結廢氣在吸附和/或吸收劑上層的上自由表面離開該層，以隨後離開該過程。新鮮的和/或再生的吸附和/或吸收劑從上面供給，並經移動床反應器上端的散裝材料分布板均勻分布在吸附和/或吸收劑上層的上自由表面上。吸附和/或吸收劑沒有被上部氣體流入和散裝材料排出板區的關閉設備中斷，逐漸地並完全地從上向下通過整個移動床反應器的上層和下層，由此首先在其表面上負載NOx或N2和水蒸氣，接著在其孔體系中負載SOx和可能的其它汙染物。接著，其通過移動床反應器的下部氣體流入和散裝材料排出板。吸附和/或吸收劑的補充、排出以及移動速度優選間歇地(或連續地)通過下部氣體流入和散裝材料排出板下方或在下部氣體流入和散裝材料排出板上的散裝材料排出單元實現。在移動床反應器的上層中吸附和/或吸收劑負載SOx和可能的其它汙染物的量通過相應控制在下部氣體流入和散裝材料排出板下方或在下部氣體流入和散裝材料排出板上的散裝材料排出單元調節到相對於負載的吸附和/或吸收劑可預定的量。
通過本發明大大簡化了方法，同時在單個兩步逆流移動床反應器中使NOx和SOx和/或HCl以及可能的其它汙染物完全充分地沉積，並且所用吸附和/或吸收劑的吸附/吸收容量利用率高達100％。而且在預淨化後燒結廢氣中仍存在的流向移動床反應器的粉塵量也得以充分去除。該效果出人意料，因為雖然電廠廢氣中由於所用碳的高度燃燒而比燒結帶廢氣中含明顯低的伴隨汙染物，但從燃煤-電廠廢氣中同時去除SOx和NOx的舊吸附方法卻需約兩倍高的吸附劑循環量。同樣出人意料的是本發明方法相比較WO 2006/084671 A1中所述在預淨化步驟中去除SOx的工藝的上述效率。採用該已知方法，在預淨化步驟中每天必須循環若干噸石灰。比較而言，本發明雖然在含銨化合物存在下在已預負載有NOx和其它汙染物的吸附和/或吸收劑上沉積SOx，但廢氣中SOx的去除達到可比的高程度。相比較而言，方法實施簡單，並且避免了吸附和/或吸收劑在通過兩步移動床反應器移動過程中的幹擾。用過的吸附和/或吸收劑的排出和新鮮的吸附和/或吸收劑的補充僅通過在移動床反應器下方存在的散裝材料排出單元來控制，並且將吸附和/或吸收劑上層中的負載限制到特定SOx和/或HCl量的程度。
如果將移動床反應器的吸附和/或吸收劑上層中的吸附和/或吸收劑對SOx和/或HCl的負載值限制在按從散裝材料排出單元排出的吸附和/或吸收劑的重量計最大值為10重量％，優選最大為6重量％，則燒結廢氣中的NOx沉積程度特別高，並且不會損害阻礙移動床反應器的吸附和/或吸收劑下層中的SOx和/或HCl去除的吸附和/或吸收劑。該限制通過散裝材料排出單元控制從移動床反應器下端通過氣體流入和散裝材料排出板的移動來實現。
如果使用含碳吸附和/或吸收劑，則燒結廢氣中待去除的汙染物達到特別高的沉積程度。當吸附和/或吸收劑是活性焦炭時，由此該吸附和/或吸收劑在通過具有兩個流入和排出板以及排出設備的兩步移動床反應器的途徑中獲得有利的耐磨性。如果使用成型的活性焦炭，則由此在兩個吸附和/或吸收劑層中達到適宜的流量比和較小的壓力損失。含碳吸附和/或吸收劑的粒度基本上可寬範圍變化。但優選儘可能避免過大的顆粒以及粉塵和碎片形式的所謂尺寸不足的材料。粒度在1-10mm之間是特別有利的。但優選在3-8mm之間的窄範圍也是優選的。對於在相同吸附和/或吸收劑上去除NOx以及去除SOx和/或HCl，已證明粒度為4-6mm，優選為5mm數量級是特別有效的。
雖然吸附和/或吸收劑在通過移動床反應器後可以全部廢棄，特別是在燒結帶上燃燒，但證實高價值的含碳吸附和/或吸收劑是特別有利的，因為儘管在本發明中負載有特別高的汙染物，但它在再生步驟後仍可重新使用。如果使用從上面加入且與移動床反應器中已再生的活性焦炭相混合的所謂預活化的吸附和/或吸收劑作為新鮮的吸附和/或吸收劑，則對新鮮狀態的吸附和/或吸收劑的活性的要求可以較低，因為活性焦炭在每次循環通過移動床反應器之後多次解吸和再生的循環獲得足夠高的活性。
再生優選通過3步工藝的再生步驟進行，其中將來自移動床反應器的負載有汙染物的活性焦炭從上引入垂直延伸的再生單元中，首先通過間接加熱的解吸器如管式解吸器，接著從上通過後脫氣區以吸出解吸的汙染氣體，最後從上通過間接冷卻的冷卻器。通過這種方式，再生具有獨創意義，並可如所希望地按圖1A的實施方案中所述的各個措施更詳細地構造。
本發明的方法可用作完全乾燥的氣體淨化法，使得消除了使用溼洗滌器等產生的問題以及加熱問題。在移動床反應器中優選80℃以上的和適宜為80-180℃的氣體溫度使方法實施有很大的靈活性，其中50-150℃，優選130-150℃的氣體溫度產生特別有利的氣體淨化結果。
如果使用根據WO 88/08746 A1的氣體流入/散裝材料排出板，則移動床反應器中的吸附劑上層和下層高度在反應器橫截面上是極其均勻的。基本上，移動床反應器中的層高也可變化，其中有利於或不利於氣體排出空間的大小的情況下可加長或縮短在各層上面的散裝材料分配管。但通常選擇固定的層高。本發明中上層的層高為1.5-4.5m，優選2.5-3.5m，特別優選約3m。下層高度優選稍小些，為0.5-3m，優選1.5-2m，特別優選約1.75m。這些層高和層高差(上層和下層之間)使得甚至在燒結廢氣的氣體組成改變時仍可以簡單地實施方法。
用於NOx轉化並吸附到散裝材料上的含銨化合物優選如下製備在蒸發器中將經加熱的含銨溶液和空氣的另外的混合物噴入含銨的溶液如NH4OH-溶液和壓縮空氣的混合物中，形成空氣/H2O-蒸氣/NH3氣混合物。這種形式的空氣/H2O-蒸氣/NH3氣混合物具有本發明的獨創意義，並可如所希望地按圖1A的實施方案中所述的各個措施更詳細地實施。
本發明中的「吸附」應理解為廢氣中的一種或多種成分被直接吸附的工藝。本發明中的「吸收」應理解為待淨化的廢氣中的物質首先經過化學反應，隨後僅被吸附。根據燒結廢氣的組成，優選例如活性焦炭(摻雜或未摻雜的)或含碳的摻雜或未摻雜的吸附和/或吸收劑特別是活性焦炭和用於酸性汙染物的反應劑如石灰的混合物作為吸附和/或吸收劑。
本方法可以以不同的操作方式實施，而與所用的吸附和/或吸收劑無關。
一方面，一次通過指吸附和/或吸收劑經逐步移出移動床反應器下端和在散裝材料層的上端逐步補充而單次通過移動床反應器，之後不再用於此過程中。對具有非常小的化學計量因子和/或待淨化流體中呈少量固體載量的情況，特別是對少量粉塵載量的情況推薦採用該類運行方式。
如果流體的固體載量、特別是粉塵載量較高和/或如果化學計量因子不太有利，那麼可使吸附和/或吸收劑若干次循環通過移動床反應器。每次循環之後，吸附和/或吸收劑可接著經過處理以再次使用。該處理例如可以是篩分如使用振動篩，接著或同時進行空氣選粒以沉積磨蝕的尺寸不足的物質和/或沉積粘附在吸附和/或吸收顆粒上的粉塵或再生或摻雜以恢復或改進催化特性。在這兩種使用情況(單次或多次使用)下，可使吸附和/或吸收劑在反應器中有長的總停留時間，在一次通過情況下，反應過程中的停留時間特別長，即吸附和/或吸收劑從入口到出口的移動速度較小。吸附和/或吸收劑以較高移動速度通過反應器例如在該待淨化流體的高固含量下通常是需要的。
藉助於本發明，現在還可以利用在預淨化步驟中吸附劑(即經濟上更有利)的化學計量因子相對小的優點，而不必高消耗吸附和/或吸收劑量來「換取」該優點。由此實現在預淨化步驟，特別是在袋濾器前的燒結廢氣中加入選自氧化鈣、氫氧化鈣、碳酸氫鈉和/或類似的鹼金屬化合物或鹼土金屬化合物的物質以與燒結廢氣中所含的部分SOx、HS和/或HCl相結合。優選的加入量對應於優選為1.0-2.5，優選1.5-2.0的化學計量因子。優選在預淨化步驟中部分去除的SOx、HS和/或HCl的量為燒結廢氣中所含SOx、HS和/或HCl的10-90％，優選50-80％，特別優選65-75％。這樣在還用作對粉塵負載和燒結廢氣中的其它汙染物的過濾材料的該物質在預淨化步驟中的消耗量保持較低，並且明顯降低了較昂貴的吸附和/或吸收劑的消耗量。
如實施方案所述，本發明所用的上述和權利要求所保護的待用部件在其尺寸、形狀、材料選擇或工藝設計方面均無特殊例外的條件，使得本領域所已知的選擇準則可不受限制地應用。
本發明主題的其它細節、特徵和優點由從屬權利要求以及相關附圖和表的下面描述中可見，其中作為描述示例性燒結帶氣體淨化的實施方案。



圖1A示出第一實施方案的方法(流程圖)的示意圖； 圖1B示出第二實施方案的方法(流程圖)的示意圖； 圖2以透視垂直截面示意的單個反應器組件； 圖3是作為較大型燒結廢氣淨化裝置部分的兩個疊加布置的反應器組件。

具體實施例方式 在圖1A的實施方案中，在燒結帶10上產生的廢氣經管線11傳送到實際上已知的電過濾器20中。由此產生的粉塵經管線12傳送回燒結帶。以約150-165℃從電過濾器流出的廢氣經管線13進入後置的鼓風機14中。這為裝置運行提供足夠的增壓。經管線15離開的燒結廢氣首先通過水蒸發冷卻至約135℃，並經鼓風機14』導入在逆流運行的移動床反應器50中的氣體流入/散裝材料排出板52B。經管線16導出的淨化氣體可直接送入廢氣煙囪60，並排入大氣。如果希望的話，電過濾器20可通過袋濾器20A補充過濾或替換為袋濾器20A。
在移動床反應器裝置50中設置的散裝材料層54A/B由例如活性焦炭顆粒組成。也已穿過電過濾器20和/或袋濾器20A的粉塵殘留物，包括水銀和其它重金屬和可能的其它汙染物如有機化合物，特別是重烴、二噁英和呋喃類物質等直接在入流區，即在下部流入板52B和可能直接位於其上的顆粒層區經吸附、吸收或粘附而沉積。從吸附和/或吸收劑下層54B，燒結廢氣在側轉向位57從反應器50排出，並在縱向間隙中與NH3徹底充分混合。接著，燒結廢氣到達反應器50的流入/排出板52A以下，並向上進入吸附和/或吸收劑上層54A以脫氮。如下面對圖2和3所解釋的，經儲料鬥56供料的吸附和/或吸收劑相繼通過兩個吸附劑層54A/B，並向下到達出口。在吸附劑上層54A中，燒結廢氣仍然基本僅含NOx、二噁英/呋喃類物質或任何其它汙染物如PCB和/或PAK，這些物質於是與來自上面的新鮮的或再生的吸附劑或吸收劑結合。在活性焦炭的催化作用下，由NOx和NH3基本形成水蒸氣和氮。NH3在其中NH4OH噴入並與壓縮空氣混合的裝置40中產生。具獨創意義的NH3加入單元40優選以如下方式運行 25％的NH4OH溶液與壓縮空氣在40A混合。混合物經管道到達噴嘴板40B(例如多孔板)下方的蒸發器內部。在該蒸發器內部的噴嘴板40B的上側受空氣-NH4OH混合物衝擊，該混合物經噴嘴板均勻分布在蒸發器內部。該混合物由熱交換器40C充分預熱。噴嘴板40B下方的霧化噴嘴40D中由混合區40A供給的NH4OH與壓縮空氣的未經加熱混合物被主要位於噴嘴板40B上的經加熱的空氣-NH4OH混合物蒸發，使得空氣/H2O蒸氣/NH3混合物在蒸發器下端在約120℃下進入供料管40E，該供料管為移動床反應器50的轉向區57，在此燒結廢氣轉向接觸上述混合物。
用過的活性焦炭經管線17送入篩分設備80，再次篩出的細粒材料(尺寸不足的材料)經管線17』進入燒結帶用作燒結過程的燃料燃燒，而所產生的粗粒材料經管線17」進入實際上已知的再生段70，由此尺寸不足的材料不會返回到移動床反應器50。該再生段70由多級反應器構成，負載的活性焦炭自上而下通過該反應器。在上部預除氣段70A中，將活性焦炭加熱到約450℃。在中後部脫氣段70C中，脫除聚集的富SO2氣體並將其經管線19送往處置裝置，如硫酸生產裝置90，在向下接著的冷卻段70B中，僅有少量的汙染物仍然釋出。從再生單元70，將經再生的吸附和/或吸收劑經管線18再送回移動床反應器50的儲料鬥56。具有獨創意義的再生單元70的運行詳述如下 來自移動床反應器50的用過的活性焦炭經篩分設備80和管線17」到達位於上部的儲料鬥71。位於下面的再生段70A設計為管式解吸器，即在儲料鬥71的底部有許多向下的豎直管，活性焦炭可以通過這些管移動，同時這些管在其外側由約450℃的熱燃燒空氣加熱。在再生段70A的下端，這些管通過下部的板進入橫截面擴大的室(再生段70C)中，該室作為後脫氣區接收活性焦炭，其在室中在約450℃下停留約1-2個小時。從上向下逐漸通過整個再生段的活性焦炭在後脫氣區的下端再一次到達管式反應器(再生段70B)，該管式反應器的結構類型基本對應於再生段70A的管式解吸器。活性焦炭在此被間接冷卻，其中作為冷卻氣的室溫空氣用在冷卻管的外側。在再生段70B的下端，輸送活性焦炭的管再次將其自由釋放到板內。活性焦炭由此進入置於下方的排出鬥72中。在再生段70B下端以20°引入的壓縮空氣在不與活性焦炭相接觸下傳送到再生段70C的下方。在此管線將在冷卻段預熱的空氣導向提供有空氣和燃燒氣的加熱器73。然後熱的燃燒氣/空氣混合物在不與活性焦炭直接接觸下到達再生段70A的下端，溫度仍為約450℃的空氣在再生段70A的上端再次離開再生單元70。
隨負載的活性焦炭到達加熱段70A的汙染物在給定的溫度條件和間接加熱下解吸，並且可以在後脫氣區70C經管線19以及經儲料鬥71和管線19』作為富SO2氣離開再生單元70、抽吸式鼓風機19A產生所需的減壓並進一步將富SO2氣傳送到例如實際上已知的硫酸生產裝置90以進一步處理。向管線19』上升的解吸氣促進熱向在上部再生段70A中外部受熱的解吸管內的活性焦炭轉移。但也可將圖中的虛線管線74作為替代方案，即將含氮吹掃氣輸送到儲料鬥71中，並且將該吹掃氣通過解吸管導入後脫氣區70C並從此送往硫酸裝置90。為了也在冷卻段70B中從活性焦炭中排出含汙染物的氣體以及在該冷卻段中促進傳熱，經管線75用含氮吹掃氣衝擊排出鬥72，該吹掃氣再經後脫氣區70C從再生單元70排出。
下表示出廢氣淨化前後的典型廢氣組成 第一實施方案 在第一實施方案中採用圖1A中給出的運行條件(不使用袋濾器)。
第二實施方案 在第二實施方案中採用圖1B中給出的運行條件(使用袋濾器時，其餘設置與圖1A中的相同)。
在圖1B的實施方案中，特別是活性焦炭消耗量、待再生的活性焦炭量和產生的H2SO4量均明顯小於圖1A的實施方案。
由圖2可見，本發明的移動床反應器50最簡單的形式由矩形輪廓的容器50A構成，在容器50A的上端補充活性焦炭，該活性焦炭在位於上方的儲料鬥56中。活性焦炭由此經散裝材料分配板50C以矩陣形式布置的散裝材料分配管50B供到活性焦炭上層54A。這在無阻擋單元或關閉設備下完成，使得可利用純重力填充，如果活性焦炭上層的表面50A』到達散裝材料分配管50B的排出端時填充自動結束。在散裝材料分配管之間，以實際已知的方式形成氣體排出空間。在活性焦炭上層54A的下端，存在例如從WO 88/08746 A1中實際已知的結構模式的上部氣體流入和散裝材料排出板52A。散裝材料通過該上部板52A向下移動，燒結廢氣向上流動。以矩陣形式排列的散裝材料排出漏鬥後的散裝材料排出管52C穿過中間板53，並將散裝材料自由排放到其下面的活性焦炭層54B的上表面。這裡也未設置用於活性焦炭的阻擋單元或關閉設備。在活性焦炭下層54B的下端有類似板52A結構的下部氣體流入和散裝材料排出板52B。在矩陣形式後的向下的散裝材料排出管52D穿過中間板55，中間板下面設置有整個組件的排出設備58的單散裝材料排出單元。這種排出單元特別從WO 90/14156 A1中已知。負載的活性焦炭在反應器下端移出。
待淨化的燒結廢氣在中間板55邊緣的轉向區57排出，與NH3徹底充分混合，並進入在氣體流入/散裝材料排出板52B下方的移動床反應器50的散裝材料上層54A。
由圖3可見，移動床反應器50也可構造成兩級。於是其基本上由兩個相互疊置的具有圖2所示結構的組件構成。在圖3中，下部組件的附圖標記加有』。為了使吸附和/或吸收劑的輸送簡單，散裝材料輸送管59A從儲料鬥56開始布置，完全穿過兩移動床反應器組件的上部，並在排出設備58的下面呈Y形分布到下部儲料鬥56』上，其中中間板51用於將流入下部儲料鬥56』的新鮮吸附和/或吸收劑與在排出設備58排出的負載的吸附和/或吸收劑完全分開。該上部反應器組件的負載的吸附和/或吸收劑經散裝材料輸送管59B完全穿過下部反應器組件，由此到達排出漏鬥59C，這兩個反應器組件的負載的吸附和/或吸收劑通過該排出漏鬥從移動床反應器50排出。
圖4的實際的裝置施實例示出按圖1A的工藝的一般執行情況，其中相似部件用相同的附圖標記表示。與圖1A的差別是 -用於淨化燒結帶廢氣的裝置是雙通道式的 -電過濾器20具有幾個區域，此處為5個，在所考慮的組合中在袋濾器之前插入2或3個區域； -袋濾器具有許多室20A』，此處有4個並聯使用的袋濾器室20A』，每個有多個過濾器袋； -在鼓風機14後，袋濾器20A和移動床反應器50可通過管線22旁通到煙囪60，以在特殊情況下避免幹擾或受損； -附加的鼓風機14』產生所需的超壓以克服後面移動床反應器組件50』中的壓力損失，關於移動床反應器組件圖2中有示出，並且其也可以構造成多級。
為了將廢氣冷卻到廢氣淨化裝置中的所希望的運行溫度，可混入環境空氣和/或噴入水以蒸發冷卻。該混入和/或噴入位置可位於一個/多個電過濾器和/或袋濾器前。在汙染物出現或出現日益增多並且可能還是粘性的燒結帶的特殊運行狀態下，可向廢氣流中加入已知的顆粒狀材料以捕集汙染物。這可在電過濾器之前、袋濾器和/或移動床反應器(過濾器)之前進行，其中該材料單次循環或輸送 在用於非常大體積的氣體流的燒結帶廢氣淨化裝置中，可通過變化氣體在電過濾器、袋濾器和/或組合式移動床反應器組件的一個和/或多個部件中的分布(管11A、15A、17A和可能的阻擋單元)實現改進的靈活性。
在本發明中，附圖中的特徵可單個或相互組合應用，這都在本發明單個實施方案和各種實施例的框架內。
附圖標記列表 10燒結帶 11管線 12管線 13管線 14 鼓風機 15 管線 16 管線 17 管線 17』 管線 17」 管線 18 管線 19 管線 19』 管線 19A鼓風機 20 電過濾器 20A袋濾器 40 NH3加入單元 40A混合區 40B噴嘴板 40C熱交換器 40D霧化噴嘴 40E供料管 50 移動床反應器 50A容器 50A』 表面 50B散裝材料分配管 50B』 表面 50C散裝材料分布板 50C』 散裝材料分布板 51 中間板 52A，52A』 上部流入/排出板 52B，52B』 下部流入/排出板 52C散裝材料排出管 52D散裝材料排出管 53，53』 中間板 54A，54A』 散裝材料上層 54B，54B』 散裝材料下層 55，55』 中間板 56 儲料鬥 56』 下部儲料鬥 57，57』 轉向區 58，58』 排出設備 59A/B 散裝材料輸送管 59C排出漏鬥 60 煙囪 70 再生單元 70A，B，C再生段 71 儲料鬥 72 排出鬥 73 加熱器 74 管線 75 管錢 80 篩分設備 90 硫酸生產裝置
權利要求
1.一種用於淨化燒結工藝的廢氣的方法，所述燒結工藝在金屬製備中對礦石或含金屬的廢物進行，其中礦石材料，可能與其它含金屬材料或含金屬廢物一起，與至少部分固體燃料一起，在所述固體至少部分燃燒下並在通過陰燃工藝的同時而燒結，所述燒結廢氣例如來自再循環過程，除含CO2、CO、O2、H2O和/或N2外還含下列汙染物中的至少一些NOx、SO2、HCl、HS、Hg、二噁英、呋喃類物質、粉塵和源自陰燃工藝的可升華或可凝結殘留物、重烴和/或重金屬，所述方法的特徵在於，
-使燒結廢氣，可能是預除塵步驟後的廢氣，從下面進入移動床反應器，通過所述移動床反應器的下部水平氣體流入和散裝材料排出板，進入已經被NOx和SOx和/或其它汙染物汙染的吸附和/或吸收劑下層，在流過所述吸附和/或吸收劑下層時，燒結廢氣中的至少主要量的SOx和可能的其它汙染物被負載有NOx和/或N2的吸附和/或吸收劑的孔體系所吸附，
-主要量SOx和可能的其它汙染物被淨化的燒結廢氣從所述吸附和/或吸收劑下層的上自由表面離開所述下層，以接著與含銨化合物如氨水或尿素充分混合，用於將NOx轉化成如N2和水蒸氣，
-與所述含銨化合物混合且主要量SOx和/或可能的汙染物被淨化的燒結廢氣從下面進入，流過所述移動床反應器的上部水平氣體流入和散裝材料排出板，進入已被NOx和/或N2以及可能的少量SOx和可能的其它汙染物汙染的吸附和/或吸收劑上層，在流過所述吸附和/或吸收劑上層時，所述燒結廢氣中的至少主要量的NOx成分和/或其反應產物吸附在負載有NOx和/或N2和可能的少量SOx和可能的其它汙染物的吸附和/或吸收劑的表面上，
-主要量SOx和可能的其它汙染物以及NOx成分被淨化的燒結廢氣從所述吸附和/或吸收劑上層的上自由表面離開所述上層，隨後離開所述過程，
-將新鮮的和/或經再生的吸附和/或吸收劑經所述移動床反應器上端的散裝材料分布板從上均勻分布地加到所述吸附和/或吸收劑上層的上自由表面，在上部氣體流入和散裝材料排出板區中不被阻擋單元中斷，接著逐漸地從上向下完全通過整個移動床反應器的上層和下層，由此相繼地首先在其表面上負載NOx或N2和水蒸氣，隨後在其孔體系中負載SOx和可能的其它汙染物，然後通過所述移動床反應器的下部氣體流入和散裝材料排出板，
-所述吸附和/或吸收劑的後續傳遞、排出以及移動速度通過在所述下部氣體流入和散裝材料排出板下面或在所述下部氣體流入和散裝材料排出板上的散裝材料排出單元進行，以及
-所述吸附和/或吸收劑在所述移動床反應器的上層中對SOx和可能的其它汙染物的負載量通過相應控制在所述下部氣體流入和散裝材料排出板下面或在所述下部氣體流入和散裝材料排出板上的散裝材料排出單元調節到相對於負載的吸附和/或吸收劑可預定的量。
2.權利要求1的方法，其特徵在於，將所述移動床反應器的吸附和/或吸收劑在上層對SOx和可能的其他汙染物的負載值限制在按在所述散裝材料排出單元上排出的吸附和/或吸收劑的重量計最大為10重量％，優選最大為6重量％。
3.權利要求1或2的方法，其特徵在於，使用含碳吸附和/或吸收劑作為所述吸附和/或吸收劑。
4.權利要求3的方法，其特徵在於，所述含碳吸附和/或吸收劑是活性焦炭，特別是成型的活性焦炭。
5.權利要求3或4的方法，其特徵在於，所述含碳吸附和/或吸收劑的粒度主要為1-10mm，優選3-8mm，特別優選4-6mm。
6.權利要求3-5之一的方法，其特徵在於，從所述移動床反應器下面排出的消耗的或部分消耗的吸附和/或吸收劑在一個再生步驟中被大量去除所吸附和/或所吸收的汙染物，並將至少部分單獨或與新鮮使用的含碳吸附和/或吸收劑相混合從上方再送入所述移動床反應器中作為吸附和/或吸收劑。
7.權利要求3-6之一的方法，其特徵在於，使用預活化劑作為新鮮使用的含碳吸附和/或吸收劑。
8.權利要求3-7之一的方法，其特徵在於，在所述吸附和/或吸收劑上的氣體淨化在大於80℃，優選80-180℃，特別優選100-150℃的溫度下進行。
9.權利要求3-8之一的方法，其特徵在於，所述移動床反應器中的吸附和/或吸收劑上層的高度為1.5-4.5m，優選2.5-3.5m，特別優選約3m。
10.權利要求3-9之一的方法，其特徵在於，所述移動床反應器中的吸附和/或吸收劑下層的高度為0.5-3m，優選1.5-2m，特別優選約1.75m。
11.權利要求1的前序部分，特別是權利要6-10中任一項的方法，其特徵在於，用於NOx轉化和吸附在散裝材料上的含銨化合物由含銨溶液如NH4OH溶液和壓縮空氣的混合物製備，將所述混合物噴霧到蒸發器中的含銨溶液和空氣的另一種經加熱的混合物中，形成空氣/H2O蒸氣/NH3氣混合物。
12.權利要求1的前序部分，特別是權利要1-10中任一項的方法，其特徵在於，所述再生步驟以3步工藝進行，其中首先將來自所述移動床反應器的負載氮的活性焦炭從上引入垂直延伸的再生單元中，通過間接加熱的解吸器如管式解吸器，接著從上通過後脫氣區以吸出解吸的汙染氣體，最後從上通過間接冷卻的冷卻器。
13.權利要求1-12之一的方法，其特徵在於，在預淨化步驟中，特別是在袋濾器之前向所述燒結廢氣中加入選自氧化鈣、氫氧化鈣、碳酸氫鈉和/或類似的鹼金屬或鹼土金屬化合物，以與部分SOx、HS和/或HCl相結合。
14.權利要求13的方法，其特徵在於，加入量對應於為1.0-2.5，優選1.5-2.0的化學計量因子。
15.權利要求13或14的方法，其特徵在於，在所述預淨化步驟中去除的SOx、HS和/或HCl的量為所述燒結廢氣中所含SOx、HS和/或HCl的10-90％，優選50-80％，特別優選65-75％。
16.一種用於淨化燒結工藝的廢氣的裝置，所述燒結工藝在金屬製備中對礦石或含金屬的廢物進行，其中礦石材料，可能與其它含金屬材料或含金屬廢物一起，與至少部分固體燃料一起，在所述固體至少部分燃燒下並在通過陰燃工藝的同時而燒結，所述燒結廢氣例如來自再循環過程，除含CO2、CO、O2、H2O和/或N2外還含下列汙染物中的至少一些NOx、SO2、HCl、HS、Hg、二噁英、呋喃類物質、粉塵和源自陰燃工藝的可升華或可凝結殘留物、重烴和/或重金屬，所述裝置特別用於實施權利要求1-10之一的方法，
所述裝置的特徵在於，
-具有下部水平氣體流入和散裝材料排出板(52B；52B』)的充填有吸附和/或吸收劑下層和上層的移動床反應器(50)，所述燒結廢氣從下可通過所述下部氣體流入和散裝材料排出板(52B；52B』)流入已被NOx和/或N2以及SOx和可能的其它汙染物汙染的吸附和/或吸收劑下層(54B；54B』)，
-後置於所述吸附和/或吸收劑下層的上自由表面(50B』)的混合單元，用於使主要量SOx和可能的其它汙染物被淨化的燒結廢氣與含銨化合物如氨水或尿素充分混合，
-所述移動床反應器的上部水平氣體流入和散裝材料排出板(52A；52A』)，在所述上部氣體流入和散裝材料排出板區無阻擋單元，與含銨化合物混合的主要量SOx和可能的其它汙染物被淨化的燒結廢氣可通過所述上部氣體流入和散裝材料排出板(52A；52A』)從下流入已被NOx或N2和少量SOx以及可能的其它汙染物汙染的吸附和/或吸收劑上層(54A；54A』)，
-所述吸附和/或吸收劑上層(54A；54A』)的上自由表面(50A』)，所述主要量SOx和可能的其它汙染物以及NOx成分被淨化的燒結廢氣可從所述自由表面(50A』)離開所述吸附和/或吸收劑層，隨後離開所述移動床反應器(50)，
-在移動床反應器上端的散裝材料分布板(50C)，新鮮的和/或再生的吸附和/或吸收劑可經所述吸附和/或吸收劑上層的上自由表面從上供給，並可通過所述板均勻分布，
-在所述下部氣體流入和散裝材料排出板(52B；52B』)上或在其下方的散裝材料排出單元(58；58』)，通過其可實現所述吸附和/或吸收劑的後續傳遞、排出以及移動速度，
-所述散裝材料排出單元的控制單元，所述移動床反應器的上層(54；54A』)中的吸附和/或吸收劑的SOx和可能的其它汙染物的負載量可通過相應控制在所述下部氣體流入和散裝材料排出板(52B；52B』)下面或在所述下部氣體流入和散裝材料排出板上的散裝材料排出單元(58；58』)調節到相對於負載的吸附和/或吸收劑可預定的量。
17.權利要求16的裝置，其特徵在於，用於將主要量SOx和可能的其它汙染物被淨化的燒結廢氣與含銨化合物如氨水或尿素充分混合的混合單元包括在所述移動床反應器的至少一個壁面上大致水平延伸的狹縫噴嘴。
18.權利要求16的前序部分，特別是權利要16或17的裝置，其特徵在於NH3加入單元(40)，用所述單元製備用於NOx轉化和吸附在散裝材料上的含銨化合物，其具有含銨溶液如NH4OH溶液和壓縮空氣的混合區、用於加熱含銨溶液和空氣的另一混合物的熱交換器和用於使第一混合物與經加熱的第二混合物在蒸發器中混合的噴霧噴嘴，以形成空氣/H2O蒸氣/NH3氣混合物。
19.權利要求16的前序部分，特別是權利要16-18之一的裝置，其特徵在於用於3步解吸工藝的再生單元，其中將來自所述移動床反應器(50)的負載有汙染物的活性焦炭首先從上送入垂直延伸的再生單元(70)，通過間接加熱的解吸器如管式解吸器，接著從上通過後脫氣區以抽吸解吸的汙染氣體，最後從上通過間接冷卻的冷卻器。
20.權利要求16-19之一的裝置，其特徵在於，如所希望地按圖1A/B中的實施方案所述的各方案更詳細地構造。
全文摘要
本發明涉及一種用於淨化在金屬製備過程中由礦石燒結過程所產生的廢氣的方法，其中礦石材料使用固體燃料通過燃燒該固體並使其經歷陰燃工藝而燒結，至少降低或基本去除有害物質SOx和/或HCl以及NOx。為此，將燒結廢氣由下通過已負載有NOx以及SOx和/或HCl的吸附劑和/吸收劑的下層(54B)和上層(54A)送入移動床反應器(50)，其中燒結廢氣中的至少主要量的SOx和/或HCl成分吸附在負載有NOx的吸附和/或吸收劑的多孔體系中。淨化掉大部分SOx和/或HCl成分的燒結廢氣與含銨化合物如氨水或尿素充分混合，並通過該移動床反應器的上部水平氣體流入和散裝材料排出板(52A)流入已負載有NOx和少量SOx和/或HCl的吸附和/或吸收劑上層。在流過該上層(54A)過程中，燒結廢氣中的至少主要量的NOx成分吸附在負載有NOx或N2和少量SOx和/或HCl的吸附和/或吸收劑表面上。新鮮的和/或再生的吸附和/或吸收劑經散裝材料分布板(50C)加到該移動床反應器的上端，隨後不間斷地通過整個移動床反應器的上層和下層，其中首先NOx或N2和水蒸氣吸附在表面上，然後SOx和/或HCl吸附在多孔體系中。
文檔編號B01D53/12GK101605589SQ200780051360
公開日2009年12月16日 申請日期2007年12月14日 優先權日2006年12月14日
發明者霍斯特·格羅霍夫斯基 申請人:霍斯特·格羅霍夫斯基