[发明专利]非对称膜FeAl金属间化合物多孔材料过滤元件及应用

说明书

技术领域

本发明属于无机多孔材料领域，特别涉及非对称膜FeAl金属间化合物多孔材料过滤元件及其应用。

背景技术

高温气体通常是指温度在250℃以上的工业气体，如冶金、钢铁厂高炉或转炉气体余热回收利用、煤化工、燃煤锅炉、火力发电、工业炉窑、含硫矿物的煅烧、焚烧等工业过程中产生的高温气体。工业高温气体不仅具有温度高(一般150℃～1400℃)和含尘的特点，往往还含有大量腐蚀性物质和危险性物质(如CO、H₂、CH₄等)。因此，高温气体除尘净化装置必须具有耐高温、耐热震、耐压力波动、耐氧化、耐硫化、耐氯化、防爆炸、防泄漏、精密分离、寿命长等特性。

目前高温气体除尘净化方法通常有两种：一种是降温后用布袋过滤材料净化，另一种是高温状态下直接用抗高温过滤材料净化，如陶瓷过滤材料或金属过滤材料。第一种方式存在的问题是：需要先将高温气体进行冷却，这需要相应的气体冷却设备或水资源的使用，能源消耗大。并且，气体冷却后，大部分热能源已经消耗浪费，如再回收利用，价值将大大降低。第二种方式可减少净化前冷却气体的设备投资和运行费用；通过热能和有价值副产品的回收利用能增加总运行效率；减少用于降温的稀释气流净化；减少对产生的废水的再处理；可避免结露引起的设备腐蚀；减少维护费和延长设备使用寿命；简化工艺流程；减少投0资、安装和占地面积。

目前用于高温气体干式除尘净化的材料主要为陶瓷过滤材料，或单质金属多孔材料。陶瓷过滤材料中，非对称膜陶瓷材料因过滤精度高，易反吹等性能优势，其应用优于匀称结构陶瓷材料；单质多孔金属材料(如Ni、不锈钢等)耐腐蚀性能差，耐硫化性能差、耐高温氧化性能差，不能适用于腐蚀性气体的服役环境。为此，腐蚀性高温气体净化主要采用陶瓷过滤材料，但是，陶瓷多孔材料最大的缺点是易碎、易断、易裂、不可焊接、抗热震性差，运行过程中时常发生断裂现象，造成生产中断，运行成本高。到目前为止，我国还没有开发出用于高温气体除尘净化的过滤器，主要是受制于耐高温、耐腐蚀的高性能多孔材料的落后生产技术。

各类高温气体气固分离领域面临的问题：

(1)有色金属冶炼中高温尾气的除尘净化

目前，我国有色金属冶炼厂主要采用对高温气体预冷却，再使用布袋除尘器进行固气分离，从而达到净化气体并回收有价粉尘的目的。大多数企业选择了将尾气进行净化处理后，利用其中SO₂生产硫酸。其主要工艺流程是：回转窑产生的含硫气体→旋风除尘器→预冷器→布袋除尘器→后续处理。首先，将从回转窑产出的高温含硫气体经过旋风除尘器，进行初步除尘；再进入预冷器对高温气体进行冷却处理；然后，采用布袋除尘器对冷却后的含硫气体进行固气分离，大量的粉尘在这一阶段被排除，随后进入后续处理阶段。由于受布袋过滤精度的限制，此时，气体中的粉尘含量仍然较高，难以满足后续加工工艺的要求时，进一步采用水洗除尘工艺。

现有布袋过滤工艺具有如下缺点：

a、投资增加。由于需要先降温后才除尘，因此增加了预冷器设备投资和占地面积。

b、文氏管除尘消耗大量水资源，同时产生大量废水，后续处理十分困难。

c、有价金属回收效果差。布袋过滤精度差，不能拦截含硫气体中的细微粉尘，这样一方面流失了细微粉尘中的大量有价资源，不利于对含硫气体中有价资源的回收利用；另一方面，由于单独的布袋过滤不能满足后续加工工艺对含硫气体的质量要求，影响后续产品质量，因此，必须辅以后续除尘工艺，即文氏除尘器和电除尘器等除尘手段进行进一步净化，由此消耗大量水资源，还带来了大量废水的处理问题以及对含硫气体的后续干燥问题，并导致了除尘净化工序的复杂化，降低了生产效率，提高了生产成本。

d、布袋除尘器分离效果不稳定，其过滤精度随运行时间的衰减幅度较大。布袋使用寿命短，约3～6个月即需更换，运行成本较大。

(2)钢铁冶炼过程中高炉煤气和转炉煤气的回收利用

高炉煤气为炼铁过程中产生的副产品，主要成分为：CO，CO₂，N₂、H₂、CH₄等，如不治理回收，既污染环境，又浪费能源。高炉煤气除尘净化后，可通过高炉煤气余压透平发电装置(TRT)发电。TRT(Blast Furnace Top Gas Recovery Turbine Unit)是利用高炉炉顶煤气具有的压力能及热能，使煤气通过透平机做功，将其转化为机械能，通过机械能发电。