[发明专利]一种气固相反应分离系统及其分离方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种气固相反应分离系统及其分离方法，尤其涉及一种气固相反 应的产物中粉尘和气体的分离系统及分离工艺，用于气固相催化反应过程和气固 相非催化反应过程。

背景技术

气-固分离即气态非均一体系的分离，是在化工、冶金、煤炭燃烧和气化、 水泥、环境保护等行业中都要用到的分离过程，特别是高温气体中固态粒子的脱 除、回收一直是工业废气处理、环境保护的重大课题。有用粉体的回收，特别是 高附加值粉尘的回收可以创造很可观的经济效益。例如在石油化工厂流化床设 备中回收催化剂，在气流输送与喷雾干燥过程中收集粉料，纳米材料生产，有机 硅、多晶硅生产过程中硅粉的收集，冶金行业中有色金属的回收以及其它超细粉 体生产中粉体的回收等。

气固相反应过程即反应物系中存在气相和固相的一种多相反应过程，包括气 固相催化反应过程和气固相非催化反应过程。气固相催化反应过程是气相组分在 固体催化剂作用下的反应过程，是化学工业中应用最广、规模最大的一种反应过 程。据统计，90％左右的催化反应过程是气固相催化反应过程。如有机硅的生产， 是将硅粉与氯甲烷在催化剂铜粉的作用下反应生成的混合气是一种混合物，里面 含有多种硅烷气体和粉尘原料。在有机硅的生产过程中，需要将混合气中的粉尘 去除。

气固相非催化反应过程，即固相反应物受热分解生成气相产物的反应，如 煤化工，煤粉和空气(或者氧气等气化剂)在反应器内气化生成煤气，混合气体 中含有煤粉颗粒。燃煤电厂需要将混合气体中的颗粒去除，得到的洁净气体再进 入下一步工序，目前采用的静电除尘器，设备投资大，能耗高，除尘的效果仍达 不到陶瓷膜的水平；煤的洁净燃烧新工艺——集成气化联合循环发电(IGCC)路 线，即在煤气化反应塔和脱硫装置之后需要进行高温气体粉尘滤除。

目前的一些除尘装置，如湿式除尘、静电除尘等，都或多或少存在一些缺 点。中国专利申请公开CN1438226A和CN101148453A中分别公布了一种有机氯 硅烷湿法除尘和干法除尘工艺，湿法除尘工艺用有机氯硅烷作为洗涤液，该方法 除尘的浆液中含有约60％的有机氯硅烷，提取浆液中的固体物质较困难，有机氯 硅烷的用量很大；干法除方法采用挂烛式陶瓷滤芯对含粉尘的混合气进行除尘， 该方法为终端式过滤，容易在膜面积聚滤饼，导致通量迅速下降，过滤阻力增大， 为维持通量而进行的高频反冲导致工业应用中存在陶瓷管断裂的问题。而错流式 过滤则克服了上述缺点，其进料方向平行于膜面，对膜面具有很好的冲刷作用， 可有效减少滤饼沉积，显著提高膜通量，减少膜的清洗周期(如反冲频率)。

发明内容

本发明的目的是提供一种工艺简单、除尘效率高、无环境污染的气固相反 应过程中的气固相反应分离系统，本发明还有一目的是提供一种气固相反应分离 方法，该方法使用新型无机膜错流过滤器和传统袋式过滤器结合来实现气固分 离，简化现有工艺，以解决湿法除尘工艺复杂、水洗工艺产生废水污染环境等缺 点。

本发明的技术方案：一种气固相反应分离系统，其特征在于该分离系统由 反应器、无机膜错流过滤器、布袋过滤器、风机和压缩机组成，并通过不锈钢管 路连接；其中，无机膜错流过滤器由壳体和膜组件组成，壳体的上部设有高温烟 气进口，下部为倒锥形，底部设有集尘箱；膜组件的顶部设有浓尘腔、底部设有 排气通道、中间固定膜过滤元件；浓尘腔上设有浓尘气体出口、膜组件的上端分 别设有洁净气体出口和反吹气体进口；壳体和膜组件之间为气体回转通道。

其中无机膜错流过滤器中所述的膜过滤元件为陶瓷或金属材料构成的管式 膜；膜的平均孔径为0.02μm～50μm；膜通道的直径为3-100mm。

陶瓷材料优选氧化铝、氧化锆、碳化硅；金属材料优选不锈钢、FeAl合金、 FeCrAl合金。

本发明还提供了一种利用上述气固相反应分离系统的气固相反应分离方法， 其具体步骤如下：

A)反应器中出来的高温烟气在离心风机的作用下经高温烟气进口沿切线 方向通入无机膜错流过滤器，气流在无机膜错流过滤器中沿回转通道由上至下做 圆周回转运动，气流中的颗粒被惯性离心力抛至器壁，并汇集于过滤器锥形底部 的集尘箱，进行一次除尘，气体则沿排气通道从底部向上进入膜组件，通过无机 膜的筛分作用来实现气固分离，进行二次除尘；