[發明專利]甲烷轉化設備

有效

• 申請號: 201310058538.3
• 申請日: 2013-02-01
• 公開（公告）號: CN103239987A
• 公開（公告）日: 2013-08-14
• 發明（設計）人: 戚來;況秀猛
• 申請（專利權）人: 托利山科技股份有限公司
• 主分類號: B01D53/86
• 分類號: B01D53/86;B01D53/72
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司 11262
• 代理人: 賈媛媛;鄭霞

交叉引用

本申請要求2012年2月1日提交的美國申請號61/593765和2012年2月16日提交的美國申請號13/398,724的權益，所述申請通過引用完整并入于此。

技術領域

易燃/易爆氣體對于能源產業的幾乎每個層面而言都有嚴重危害，比如煉炭、石油與天然氣工業中的甲烷，以及石油化工中的乙烯和乙炔。這些易爆氣體在空氣中具有低爆炸極限，一般為3-30％，這使得這些曝炸危害非常容易形成，但不能經濟地得到處理。能源產業是萬億美元級的產業。全球每年有數以千計的工人死于與爆炸相關的事故。

發明內容

一方面，本發明提供用于甲烷轉化的光催化反應器，其包含螺旋形間隔翅片、圓筒形腔室套管和紫外燈。

另一方面，本發明提供一種甲烷轉化設備，其包含用于除去非氣體材料或減少非氣體材料的量的過濾裝置(例如，一個或多個過濾器)、用于在氣體轉化設備中使過濾氣體(例如，甲烷)循環和/或將氣體(例如，甲烷)輸送到反應裝置的循環裝置(例如，一個或多個循環泵)、濕潤器、用于在適合甲烷轉化的條件下使甲烷反應的反應裝置(例如，一個或多個反應器組件)以及冷凝器/收集器，可選地包含用于集成和/或控制所有其它裝置以提供合適的反應條件的裝置(例如，中央處理單元、熱控制單元、紫外線控制器，等等)。

在一些實施方式中，反應器組件(例如，光催化反應器或單獨的光催化氧化(PGO)系統)是金屬圓筒，紫外線(UV)燈管位于其內并與之同心。由于螺旋形間隔翅片的存在，強制氣流以螺旋方式通過紫外燈與金屬圓筒之間的間隙空間。翅片的表面和圓筒的內側涂覆有催化劑納米顆粒，所述催化劑納米顆粒包含，例如二氧化鈦(TiO₂)或其它合適的催化劑，比如WO₃、NiO等。在一些實施方式中，反應器組件包含多個反應器管，所述反應器管的氣流路徑通過彎管串行地和并行地互相連通。在一些實施方式中，包含反應器組件的該設備在環境條件下運行，并且所有電子元件是防爆的，適合地下應用。

另一方面，提供了甲烷轉化方法，包括向包含一個或多個光催化反應器的反應器組件內吸入含有甲烷的氣體。一方面，氣體沿著紫外燈表面沿著螺旋形路徑以螺旋方式流過光催化反應器。另一方面，圓筒形套管的內表面和螺旋形間隔翅片的表面涂覆有包含TiO₂的光催化劑顆粒。

援引并入

本說明書中所提到的所有出版物、專利和專利申請均通過引用以同樣的程度并入本文，猶如每個單獨的出版物、專利或專利申請被特別地和單獨地指出通過引用而并入。

附圖說明

在所附的權利要求書中具體闡述了本發明的新特征。通過參考以下對其中利用了本發明原理的說明性實施方式進行闡述的詳細描述和附圖，將會獲得對本發明的特征和優點的更好的理解，在附圖中：

圖1為光催化系統的流程圖。實線箭頭線表示氣流流動的方向。虛線箭頭線表示控制信號和感測反饋回路。

圖2A-C示出了示例性的反應器組件。圖2A是示例性的反應器組件(例如，單個的光催化氧化(PCO)系統100)的剖視圖。該系統包含同心地位于較大的圓筒(例如，PCO室103)內的紫外燈管102。燈管102與圓筒之間的間隙空間被螺旋形間隔翅片104分隔開(參見圖2B)，該間隙空間引導氣流沿燈管表面以螺旋方式流動。氣流通過位于圓筒一端的進氣孔流入并通過位于另一端的出氣孔105流出。該圓筒的內表面和翅片的表面涂覆有催化劑納米顆粒106。圖2B顯示了PCO反應器的兩個半邊的展開圖。圖2C顯示了該反應器組件的俯視圖。中心孔用于紫外燈的插入。可以看到氣槽的螺旋形路徑。

圖3是PCO系統的示例性反應器組件的透視圖，其中多個反應器管通過彎管串行地和并行地互相連通。(1)入口氣流分配管線；(2)溫度感測和熱電偶單元；(3)組件容器；(4)紫外燈管；(5)彎曲連接管；(6)出口氣流管線。

圖4說明了PCO系統的示例性運行機制。

圖5A-B示出了示例性的催化劑涂層(例如，TiO₂)的表面的SEM顯微照片。圖5A顯示可以在大面積上獲得光滑涂層。圖5B提供了內嵌的大孔的近視圖。單個P25納米顆粒之間的納米孔隙度在照片中是非常明顯的。