Nos últimos 20 anos, a tecnologia de tubos de filtro de cerâmica de alta temperatura desenvolveu-se rapidamente no campo da purificação de gases de combustão. Seu mecanismo de remoção de poeira é semelhante ao dos filtros de mangas tradicionais, sendo que ambos dependem principalmente do mecanismo de triagem, além de apresentar os efeitos de colisão por inércia, interceptação, difusão e, sob condições específicas, efeitos eletrostáticos e de gravidade. No entanto, em comparação com as mangas de filtro tradicionais, os tubos de filtro de cerâmica têm forte resistência à corrosão e resistência a altas temperaturas. Portanto, com a tecnologia de fabricação madura de tubos de filtro de cerâmica e os padrões de emissão mais rígidos para poeira de gases de combustão em indústrias como energia térmica e incineração de resíduos nos últimos anos, a tecnologia de filtração de tubos de filtro de cerâmica se desenvolveu rapidamente.

Nos últimos anos, além da poeira, os padrões de emissão de poluentes como óxidos de nitrogênio tornaram-se mais rigorosos, e a tecnologia tradicional de desnitrificação SNCR não pode atender aos requisitos cada vez mais rígidos para emissões de óxido de nitrogênio. Portanto, bolsas de filtro revestidas com catalisador e tubos de filtro de cerâmica revestidos com catalisador têm recebido atenção crescente tanto nacional quanto internacionalmente, e a tecnologia integrada de desnitrificação e remoção de poeira de tubo de filtro de cerâmica de alta temperatura com base nisso se desenvolveu rapidamente.

Pesquisa sobre bolsas de filtro e bolsas de filtro revestidas com catalisador

A forma de filtração das bolsas filtrantes pode ser dividida em três tipos: filtração profunda, filtração revestida e filtração de superfície. A filtração profunda é a forma mais tradicional de filtragem, onde o gás de combustão é filtrado diretamente pela camada de material filtrante. A filtração revestida refere-se a um filme fino com uma estrutura microporosa ligada à superfície a montante do material filtrante tradicional. O diâmetro dos poros do filme fino é geralmente menor que 2μm, o que pode efetivamente impedir que a maioria das partículas entre no material do filtro de fibra. A filtração de superfície é uma camada de fibra ultrafina anexada à superfície a montante do material filtrante tradicional, que também desempenha um papel na prevenção da entrada de material particulado no material filtrante.

O núcleo do filtro de bolsa é o material da bolsa de filtro. Atualmente, os principais materiais das mangas filtrantes incluem sulfeto de polifenileno (PPS), poliimida (P84), politetrafluoretileno (PTFE) e fibra de vidro (GL). A faixa de temperatura aplicável e as vantagens e desvantagens de cada material são detalhadas na Tabela 1. A fim de integrar melhor as vantagens de vários materiais de bolsa de filtro e superar as desvantagens de cada um, bolsas de filtro compostas compostas de dois ou mais materiais também são comumente usadas .

Tabela 1: Temperatura aplicávele vantagens/desvantagens de diferentes materiais de saco de filtro.

A Tabela 1 mostra que, em geral, a remoção de poeira do filtro de mangas é adequada apenas para gases de combustão de média e baixa temperatura. Portanto, quando a temperatura do gás de combustão é alta, é necessário resfriá-lo com água ou ar antes de entrar no coletor de pó do filtro de mangas para proteger as mangas do filtro contra danos.

Nos últimos anos, com o aumento dos padrões de emissão de óxido de nitrogênio, a desnitrificação integrada e o filtro de bolsa de remoção de poeira receberam atenção, e a tecnologia chave está no desenvolvimento de bolsas de filtro revestidas com catalisador. Catalisadores como manganês/vanádio são fixados na superfície da bolsa do filtro, e o gás amônia é pulverizado no coletor de pó da bolsa do filtro ou em seu gás de combustão de entrada. Sob a ação do catalisador, o gás amônia reage com os óxidos de nitrogênio no gás de combustão para gerar gás nitrogênio. Isso é semelhante ao mecanismo de remoção de óxidos de nitrogênio no reator SCR (Redução Catalítica Seletiva), que reduz seletivamente NO e NO2 em N2 usando o agente redutor NH3 a 180-400°C sob a ação do catalisador, quase sem oxidação ocorre a reação de NH3 e O2.

Nos últimos anos, muitos especialistas e estudiosos têm se empenhado no desenvolvimento de materiais filtrantes revestidos com catalisador. Wang Xie usou dispersão de surfactante, revestimento Xu e métodos de filtração por sucção para carregar o catalisador MnO2/polipirrol no material de filtro PPS. A quantidade de carregamento do catalisador é de cerca de 44g/m2. Sob condições de laboratório, a bolsa de filtro PPS revestida com catalisador pode atingir uma eficiência de desnitrificação de 80% a 180°C.

Zheng Weijie usou o mecanismo de reações redox relevantes para desenvolver três componentes catalisadores diferentes Mn-CeOx, Mn-SnOx e Mn-Ce-SnOx in situ na superfície das fibras PPS. Os resultados mostraram que, em condições de laboratório, a taxa de desnitrificação dos três diferentes materiais de filtro revestidos com catalisador pode atingir 100% quando a condição de preparação é a razão de massa KMnO4/PPS de 0,6 e a temperatura da reação de desnitrificação é de 180°C, e mesmo o filtro material revestido com catalisador Mn-Ce-SnOx pode atingir uma taxa de desnitrificação de 100% a uma temperatura de reação de desnitrificação de 120°C.

Zou Haiqiang usou dispersão de ultrassom para anexar 6% de catalisador MnO2/CNFs à superfície do material de filtro de poliéster aromático e, após ser revestido com polidopamina, sob condições de laboratório a 180°C, a eficiência de desnitrificação pode chegar a 80%.

Wang Min anexou MnOx ao saco de filtro do coletor de pó do filtro de saco e estudou a influência da temperatura, teor de oxigênio e taxa de fluxo de gás de entrada no efeito de desnitrificação. Os resultados da pesquisa mostraram que quando a temperatura de reação era de 150°C e o teor de gás de combustão no gás de reação era de 5%, a taxa de remoção de óxido de nitrogênio podia chegar a 75%.

Estudo comparativo de bolsas de filtro com catalisador e tubos de filtro de cerâmica com catalisador

Os princípios de remoção de poeira e desnitrificação para bolsas de filtro com catalisador e tubos de filtro de cerâmica com catalisador são basicamente semelhantes: a remoção de poeira é baseada principalmente na triagem; a desnitrificação usa amônia como agente redutor para a desnitrificação catalítica, e ambas usam catalisadores de ferro manganês/titânio vanádio. No entanto, a faixa de temperatura aplicável das bolsas de filtro é de cerca de 120 ~ 280 ℃, portanto, catalisadores de baixa e média temperatura são usados ​​principalmente para bolsas de filtro conectadas a catalisadores.

A faixa de temperatura aplicável dos tubos de filtro de cerâmica é mais ampla, até 1000 ℃, portanto, catalisadores de baixa temperatura, média temperatura ou alta temperatura podem ser escolhidos de acordo com as características específicas do gás de combustão e da indústria. Isso pode evitar o fenômeno de resfriamento do gás de combustão antes de entrar no coletor de pó devido à alta temperatura, o que é benéfico para reduzir o consumo de energia.

Atualmente, a eficiência de desnitrificação dos catalisadores de desnitrificação de média e alta temperatura é maior do que a dos catalisadores de baixa temperatura, e os preços são relativamente mais baixos. Além disso, o trióxido de enxofre no gás de combustão reage com a amônia para gerar sulfato de amônio, hidrogenossulfato de amônio e outros compostos de amônio e enxofre. O sulfato de hidrogênio de amônio tem alta viscosidade e sua viscosidade aumenta à medida que a temperatura diminui. Mesmo quando a temperatura da reação estiver abaixo de 150 ℃, ela irá aderir à superfície do catalisador na forma líquida, adsorver cinzas volantes, bloquear os poros do catalisador e fazer com que o catalisador seja desativado. Portanto, a operação estável dos tubos de filtro de cerâmica em temperaturas médias e altas é propícia para melhorar a eficiência da desnitrificação e prolongar a vida útil do catalisador.

A tecnologia de retrolavagem on-line do filtro de bolsa e coletores de pó de tubo de filtro pode efetivamente prolongar a vida útil do catalisador. Embora o material particulado se deposite na superfície da bolsa filtrante, algumas partículas finas ainda podem entrar no interior do meio filtrante. Quando eles entram em contato com o catalisador preso ao saco do filtro, é fácil bloquear os poros na superfície do catalisador, causando envenenamento do catalisador; além disso, os metais alcalinos no gás de combustão também podem reduzir a atividade do catalisador. Portanto, à medida que o tempo de operação da bolsa filtrante ou do tubo filtrante de cerâmica aumenta, a atividade do catalisador diminui gradualmente. A retrolavagem cronometrada do filtro de mangas ou coletores de pó de tubo de filtro de cerâmica pode efetivamente retardar o impacto de partículas finas no catalisador,

O uso da tecnologia de bolsa de filtro com catalisador pode alcançar desnitrificação integrada e remoção de poeira com base em quase não alterar a pegada do filtro de manga, reduzindo efetivamente a pegada do equipamento de purificação de gases de combustão e é particularmente adequado para projetos novos ou renovados com espaço limitado. A altura do saco do filtro de saco é geralmente de cerca de 6 metros, e a altura do corpo do coletor de pó é de cerca de 20 a 25 metros. No entanto, o tamanho do tubo de filtro de cerâmica no coletor de pó do tubo de filtro geralmente não é superior a 3 metros, e a altura do coletor de pó do tubo de filtro é de cerca de 18 a 20 metros. Portanto, a pegada do coletor de pó do tubo de filtro de cerâmica é menor do que a do coletor de pó do filtro de bolsa e a instalação é mais flexível.

O filtro de mangas com catalisador de desnitrificação anexado à bolsa de filtro ainda está em fase de pesquisa e desenvolvimento de laboratório, e atualmente não há casos de aplicação prática de engenharia. No entanto, o equipamento integrado de remoção de poeira e desnitrificação de tubo de filtro de cerâmica de alta temperatura tem sido aplicado em muitas indústrias, como incineração de resíduos de construção domésticos e estrangeiros, incineração de lodo de resíduos, fornos de vidro, metais não ferrosos, usinas de biomassa, incineração de resíduos perigosos, e fornos de cimento.

Em 2011, a Usina de Incineração de Resíduos de Construção de Ishinomaki na província de Miyagi, no Japão, começou a usar a tecnologia de tubo de filtro de cerâmica com catalisador. A concentração de dioxina no gás de combustão original era de 40 ng DE/Nm3 (o teor de oxigênio do gás de combustão seco era de 10%), enquanto a concentração de dioxina no gás de combustão de saída era <0,06 ng ±0,02 ng DE/Nm3 (gás de combustão seco teor de oxigênio foi de 10%), com uma taxa de remoção de 99,85%.

A usina de biomassa de Jinan Weiquan concluiu a renovação do sistema de purificação de gases de combustão em 11 de janeiro de 2020. O sistema integrado de desnitrificação e remoção de poeira de tubo de filtro composto de alta temperatura e seu equipamento de suporte começaram a operar. De acordo com o monitoramento online, suas emissões de gases de combustão atendem aos limites de emissão exigidos pela avaliação de impacto ambiental deste projeto: óxidos de nitrogênio <50 mg/Nm3 e material particulado <15 mg/Nm3. Além das indústrias acima, também tem algumas perspectivas de promoção e aplicação em áreas como a incineração de resíduos sólidos urbanos.

Conclusão

Nos últimos anos, muitos setores industriais na China, incluindo aço, energia térmica, incineração de biomassa, incineração de resíduos para geração de energia e incineração de resíduos perigosos, enfrentaram padrões de emissões cada vez mais rigorosos. Novos projetos geralmente usam uma combinação de tecnologias tradicionais e outras para atender a padrões de emissões mais rígidos, resultando em um aumento no número de rotas de tecnologia de controle de emissões, bem como em um aumento significativo na área e no investimento necessário para instalações de controle de emissões. Ao mesmo tempo, muitos projetos existentes são limitados pelo espaço do local, tornando mais difícil o uso de uma combinação de tecnologias para atualização. Portanto, há uma necessidade urgente no campo do controle de emissões de dispositivos que integrem múltiplas funções em um sistema de controle de emissões.

Os processos de sacos de filtro revestidos com catalisador e tubos de filtro revestidos com catalisador introduzidos neste artigo podem alcançar desnitrificação e remoção de poeira integradas, bem como remover efetivamente outros componentes tóxicos e nocivos, como dioxinas em gases de combustão, alcançando o tratamento coordenado de vários poluentes . Esta abordagem pode efetivamente reduzir a dificuldade de operação e manutenção do equipamento e é amplamente aplicável em muitas indústrias, especialmente para projetos com menor capacidade de tratamento de gases de combustão. Portanto, a aplicação de sacos de filtro integrados de desnitrificação e remoção de poeira e tubos de filtro de cerâmica é uma das tendências futuras de desenvolvimento no campo de controle de emissões.