في العشرين عامًا الماضية ، تطورت تقنية أنبوب الترشيح الخزفي عالي الحرارة بسرعة في مجال تنقية غاز المداخن. تشبه آلية إزالة الغبار الخاصة بها آلية المرشحات الكيسية التقليدية ، وكلاهما يعتمد بشكل أساسي على آلية الفرز ، مع وجود تأثيرات تصادم القصور الذاتي ، والاعتراض ، والانتشار ، وفي ظل ظروف محددة ، تأثيرات الكهرباء الساكنة والجاذبية. ومع ذلك ، بالمقارنة مع أكياس الترشيح الكيسية التقليدية ، فإن أنابيب الترشيح الخزفية تتمتع بمقاومة قوية للتآكل ومقاومة درجات الحرارة العالية. لذلك ، مع تكنولوجيا التصنيع الناضجة لأنابيب الترشيح الخزفية ومعايير الانبعاثات الأكثر صرامة لغبار غاز المداخن في صناعات مثل الطاقة الحرارية وحرق النفايات في السنوات الأخيرة ، تطورت تقنية ترشيح أنبوب الترشيح الخزفي بسرعة.

في السنوات الأخيرة ، بالإضافة إلى الغبار ، أصبحت معايير الانبعاث للملوثات مثل أكاسيد النيتروجين أكثر صرامة ، ولا يمكن لتقنية نزع النتروجين التقليدية SNCR تلبية المتطلبات الصارمة المتزايدة لانبعاثات أكسيد النيتروجين. لذلك ، حظيت أكياس الترشيح المطلية بالمحفز وأنابيب الترشيح الخزفية المطلية بالمحفز باهتمام متزايد على الصعيدين المحلي والدولي ، وقد تطورت التكنولوجيا المتكاملة لإزالة الغبار من أنبوب الفلتر الخزفي ذي درجة الحرارة العالية ونزع النتروجين بناءً على ذلك بسرعة.

البحث عن أكياس الترشيح وأكياس الترشيح المغلفة بالمحفز

يمكن تقسيم شكل الترشيح لأكياس الترشيح إلى ثلاثة أنواع: الترشيح العميق ، والترشيح المطلي ، والترشيح السطحي. الترشيح العميق هو أكثر أشكال الترشيح التقليدية ، حيث يتم ترشيح غاز المداخن مباشرة بواسطة طبقة مادة المرشح. يشير الترشيح المطلي إلى غشاء رقيق بهيكل مسامي صغير متصل بالسطح العلوي لمادة الترشيح التقليدية. عادة ما يكون قطر المسام للفيلم الرقيق أصغر من 2 ميكرومتر ، والذي يمكن أن يمنع بشكل فعال غالبية الجسيمات من دخول مادة مرشح الألياف. الترشيح السطحي عبارة عن طبقة من الألياف فائقة الدقة متصلة بالسطح العلوي لمادة المرشح التقليدية ، والتي تلعب أيضًا دورًا في منع دخول الجسيمات إلى مادة المرشح.

جوهر مرشح الكيس هو مادة كيس المرشح. حاليًا ، تشتمل مواد أكياس المرشح الرئيسية على كبريتيد البوليفينيل (PPS) ، بوليميد (P84) ، بولي تترافلورو إيثيلين (PTFE) ، والألياف الزجاجية (GL). يتم تفصيل نطاق درجة الحرارة المطبقة ومزايا وعيوب كل مادة في الجدول 1. من أجل دمج مزايا مواد أكياس الترشيح المختلفة بشكل أفضل ، والتغلب على عيوب كل منها ، يتم أيضًا استخدام أكياس الترشيح المركبة المكونة من مادتين أو أكثر بشكل شائع .

الجدول 1: درجة الحرارة المطبقةهـ ومزايا / عيوب مواد أكياس الترشيح المختلفة.

يوضح الجدول 1 ، بشكل عام ، أن إزالة غبار مرشح الأكياس مناسبة فقط لغاز المداخن ذي درجة الحرارة المتوسطة والمنخفضة. لذلك ، عندما تكون درجة حرارة غاز المداخن عالية ، من الضروري تبريده بالماء أو الهواء قبل أن يدخل كيس تجميع الغبار في مرشح الكيس لحماية أكياس الفلتر من التلف.

في السنوات الأخيرة ، مع زيادة معايير انبعاث أكسيد النيتروجين ، حظي مرشح كيس إزالة النتروجين وإزالة الغبار بالاهتمام ، وتكمن التكنولوجيا الرئيسية في تطوير أكياس الترشيح المغلفة بالمحفز. يتم ربط المحفزات مثل المنغنيز / الفاناديوم بسطح كيس المرشح ، ويتم رش غاز الأمونيا في مجمع الغبار الكيسي أو غاز المداخن الداخل. تحت تأثير المحفز ، يتفاعل غاز الأمونيا مع أكاسيد النيتروجين في غاز المداخن لتوليد غاز النيتروجين. يشبه هذا آلية إزالة أكاسيد النيتروجين في مفاعل SCR (التخفيض التحفيزي الانتقائي) ، والتي تقلل بشكل انتقائي NO و NO2 إلى N2 باستخدام عامل الاختزال NH3 عند 180-400 درجة مئوية تحت تأثير المحفز ، بينما لا يوجد أكسدة تقريبًا يحدث تفاعل NH3 و O2.

في السنوات الأخيرة ، التزم العديد من الخبراء والباحثين بتطوير مواد الترشيح المغلفة بالمحفز. استخدم Wang Xie تشتت الفاعل بالسطح ، وطلاء Xu ، وطرق الترشيح بالشفط لتحميل محفز MnO2 / بوليبيرول على مادة مرشح PPS. تبلغ كمية تحميل المحفز حوالي 44 جم / م 2. في ظل ظروف المختبر ، يمكن لحقيبة مرشح PPS المطلية بالمحفز تحقيق كفاءة نزع النتروجين بنسبة 80٪ عند 180 درجة مئوية.

استخدم Zheng Weijie آلية تفاعلات الأكسدة والاختزال ذات الصلة لتنمية ثلاثة مكونات محفز مختلفة Mn-CeOx و Mn-SnOx و Mn-Ce-SnOx في الموقع على سطح ألياف PPS. أظهرت النتائج أنه في ظل الظروف المعملية ، يمكن أن يصل معدل نزع النتروجين لمواد الترشيح الثلاثة المختلفة المغلفة بالمحفز إلى 100٪ عندما تكون حالة التحضير هي نسبة كتلة KMnO4 / PPS تبلغ 0.6 ودرجة حرارة تفاعل نزع النتروجين 180 درجة مئوية ، وحتى المرشح يمكن للمادة المطلية بمحفز Mn-Ce-SnOx أن تحقق معدل إزالة النتروجين بنسبة 100٪ عند درجة حرارة تفاعل نزع النتروجين تبلغ 120 درجة مئوية.

استخدم Zou Haiqiang التشتت بالموجات فوق الصوتية لإرفاق 6٪ MnO2 / CNFs على سطح مادة مرشح البوليستر العطرية ، وبعد أن تكون مغلفة بالبوليدوبامين ، في ظل ظروف معملية عند 180 درجة مئوية ، يمكن أن تصل كفاءة نزع النتروجين إلى 80٪.

قام وانج مين بربط MnOx بكيس المرشح الخاص بمجمع الغبار الكيسي ودرس تأثير درجة الحرارة ومحتوى الأكسجين ومعدل تدفق الغاز الداخل على تأثير نزع النتروجين. أظهرت نتائج البحث أنه عندما تكون درجة حرارة التفاعل 150 درجة مئوية ومحتوى غاز المداخن في غاز التفاعل 5٪ ، يمكن أن يصل معدل إزالة أكسيد النيتروجين إلى 75٪.

دراسة مقارنة لأكياس المرشح المرفقة بالمحفز وأنابيب الترشيح الخزفية المتصلة بالمحفز.

تتشابه مبادئ إزالة الغبار ونزع النتروجين لأكياس الترشيح المرفقة بالمحفز وأنابيب الترشيح الخزفية المتصلة بالمحفز: تعتمد إزالة الغبار بشكل أساسي على الفرز ؛ يستخدم نزع النتروجين الأمونيا كعامل اختزال لنزع النتروجين التحفيزي ، وكلاهما يستخدم حديد المنغنيز / الفاناديوم تيتانيوم المحفزات. ومع ذلك ، فإن نطاق درجة الحرارة المطبقة لأكياس المرشح هو حوالي 120 ~ 280 ℃ ، لذلك تستخدم المحفزات ذات درجة الحرارة المنخفضة والمتوسطة بشكل أساسي لأكياس الترشيح المرفقة بالمحفز.

نطاق درجة الحرارة المطبقة لأنابيب الترشيح الخزفية أوسع ، حتى 1000 درجة مئوية ، لذلك يمكن اختيار المحفزات ذات درجة الحرارة المنخفضة ، أو درجة الحرارة المتوسطة ، أو درجة الحرارة العالية وفقًا للخصائص المحددة لغاز المداخن والصناعة. هذا يمكن أن يتجنب ظاهرة تبريد غاز المداخن قبل دخوله إلى مجمع الغبار بسبب ارتفاع درجة الحرارة ، وهو أمر مفيد لتقليل استهلاك الطاقة.

حاليًا ، كفاءة نزع النتروجين لمحفزات نزع النتروجين ذات درجة الحرارة المتوسطة ودرجة الحرارة العالية أعلى من تلك الخاصة بالمحفزات منخفضة الحرارة ، والأسعار أقل نسبيًا. بالإضافة إلى ذلك ، يتفاعل ثالث أكسيد الكبريت في غاز المداخن مع الأمونيا لتوليد كبريتات الأمونيوم وكبريتات هيدروجين الأمونيوم ومركبات أمونيوم الكبريت الأخرى. كبريتات هيدروجين الأمونيوم لها لزوجة عالية ، وتزداد لزوجتها مع انخفاض درجة الحرارة. حتى عندما تكون درجة حرارة التفاعل أقل من 150 ، فإنه سوف يلتصق بسطح المحفز في صورة سائلة ، ويمتص الرماد المتطاير ، ويسد مسام المحفز ، ويتسبب في تعطيل المحفز. لذلك ، فإن التشغيل المستقر لأنابيب الترشيح الخزفية في درجات حرارة متوسطة وعالية يساعد على تحسين كفاءة نزع النتروجين وإطالة عمر خدمة المحفز.

يمكن لتقنية التدفق العكسي عبر الإنترنت لمجمع الغبار الكيسي وأنبوب المرشح إطالة عمر المحفز بشكل فعال. على الرغم من أن الجسيمات سوف تترسب على سطح كيس المرشح ، إلا أن بعض الجسيمات الدقيقة قد لا تزال تدخل داخل وسيط المرشح. عندما تتلامس مع المحفز المتصل بكيس المرشح ، فمن السهل سد المسام الموجودة على سطح المحفز ، مما يتسبب في تسمم المحفز ؛ بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تقلل المعادن القلوية في غاز المداخن من نشاط المحفز. لذلك ، مع زيادة وقت تشغيل كيس المرشح أو أنبوب الفلتر الخزفي ، سينخفض ​​نشاط المحفز تدريجياً. يمكن أن يؤدي التدفق الرجعي الموقوت لمرشح الكيس أو مجمعات الغبار بأنبوب المرشح الخزفي إلى إبطاء تأثير الجسيمات الدقيقة على المحفز بشكل فعال ،

يمكن أن يؤدي استخدام تقنية أكياس المرشح المرفقة بالمحفز إلى إزالة النتروجين وإزالة الغبار على أساس عدم تغيير بصمة مرشح الكيس تقريبًا ، مما يقلل بشكل فعال من أثر معدات تنقية غاز المداخن ، وهو مناسب بشكل خاص للمشاريع الجديدة أو المجددة مع مساحة محدودة. يبلغ ارتفاع كيس مرشح الكيس بشكل عام حوالي 6 أمتار ، ويبلغ ارتفاع جسم مجمع الغبار حوالي 20 ~ 25 مترًا. ومع ذلك ، فإن حجم أنبوب المرشح الخزفي في مجمع الغبار لأنبوب المرشح لا يزيد بشكل عام عن 3 أمتار ، ويبلغ ارتفاع مجمع الغبار لأنبوب المرشح حوالي 18 إلى 20 مترًا. لذلك ، فإن البصمة لمجمع الغبار ذات أنبوب الفلتر الخزفي أصغر من تلك الموجودة في مجمع الغبار المرشح الكيسي ، والتركيب أكثر مرونة.

لا يزال المرشح الكيسي مع محفز نزع النيتروجين المرفق بكيس المرشح حاليًا في مرحلة البحث والتطوير في المختبر ، ولا توجد حاليًا حالات تطبيق هندسي عملي. ومع ذلك ، فقد تم تطبيق معدات نزع النيتروجين وأنبوب الترشيح الخزفي عالي الحرارة وإزالة الغبار في العديد من الصناعات مثل حرق نفايات البناء المحلية والأجنبية ، وحرق حمأة النفايات ، وأفران الزجاج ، والمعادن غير الحديدية ، ومحطات طاقة الكتلة الحيوية ، وحرق النفايات الخطرة ، وأفران الأسمنت.

في عام 2011 ، بدأ مصنع إيشينوماكي لحرق نفايات البناء في محافظة مياجي ، اليابان باستخدام تقنية أنبوب الترشيح الخزفي المرفق بالمحفز. كان تركيز الديوكسين في غاز المداخن الأصلي 40 نانوغرام DE / Nm3 (كان محتوى الأكسجين لغاز المداخن الجاف 10٪) ، بينما كان تركيز الديوكسين في غاز المداخن الخارج <0.06 نانوغرام ± 0.02 نانوغرام DE / Nm3 (غاز المداخن الجاف كان محتوى الأكسجين 10٪) ، بمعدل إزالة 99.85٪.

أكملت محطة Jinan Weiquan Biomass لتوليد الطاقة تجديد نظام تنقية غاز المداخن في 11 يناير 2020. بدأ النظام المتكامل لنزع نيتروجين أنبوب المرشح المركب وإزالة الغبار ومعداته الداعمة في العمل. وفقًا للمراقبة عبر الإنترنت ، تفي انبعاثات غاز المداخن بحدود الانبعاثات التي يتطلبها تقييم الأثر البيئي لهذا المشروع: أكاسيد النيتروجين <50 مجم / متر مكعب عادي والجسيمات <15 مجم / متر مكعب عادي. بالإضافة إلى الصناعات المذكورة أعلاه ، لديها أيضًا آفاق معينة للترويج والتطبيق في مجالات مثل حرق النفايات الصلبة البلدية.

خاتمة

في السنوات الأخيرة ، واجهت العديد من القطاعات الصناعية في الصين ، بما في ذلك الصلب والطاقة الحرارية وحرق الكتلة الحيوية وترميد النفايات لتوليد الطاقة وحرق النفايات الخطرة ، معايير انبعاثات صارمة بشكل متزايد. غالبًا ما تستخدم المشاريع الجديدة مزيجًا من التقنيات التقليدية وغيرها لتلبية معايير الانبعاثات الأكثر صرامة ، مما يؤدي إلى زيادة عدد طرق تكنولوجيا التحكم في الانبعاثات ، فضلاً عن زيادة كبيرة في المنطقة والاستثمار المطلوب لمرافق التحكم في الانبعاثات. في الوقت نفسه ، فإن العديد من المشاريع الحالية محدودة بسبب مساحة الموقع ، مما يزيد من صعوبة استخدام مجموعة من التقنيات للترقية. لذلك ، هناك حاجة ملحة في مجال التحكم في الانبعاثات للأجهزة التي تدمج وظائف متعددة في نظام واحد للتحكم في الانبعاثات.

يمكن أن تحقق عمليات أكياس الترشيح المغلفة بالمحفز وأنابيب الترشيح المغلفة بالمحفز المقدمة في هذه المقالة إزالة النتروجين وإزالة الغبار بشكل متكامل ، بالإضافة إلى إزالة المكونات السامة والضارة الأخرى مثل الديوكسينات في غاز المداخن ، وتحقيق المعالجة المنسقة للملوثات المتعددة . يمكن أن يقلل هذا النهج بشكل فعال من صعوبة تشغيل المعدات وصيانتها ، وهو قابل للتطبيق على نطاق واسع في العديد من الصناعات ، خاصةً للمشاريع ذات قدرة معالجة غاز المداخن الأصغر. لذلك ، يعد تطبيق أكياس الترشيح المتكاملة لإزالة النتروجين وإزالة الغبار وأنابيب الترشيح الخزفية أحد اتجاهات التطوير المستقبلية في مجال التحكم في الانبعاثات.