[發明專利]煤礦乏風預熱催化氧化裝置的組合式氧化床

有效

• 申請號: 201310503994.4
• 申請日: 2013-10-23
• 公開（公告）號: CN103510978A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發明（設計）人: 鄭斌;劉永啟;劉瑞祥;毛明明;孟建
• 申請（專利權）人: 山東理工大學
• 主分類號: E21F7/00
• 分類號: E21F7/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明提供一種煤礦乏風預熱催化氧化裝置的組合式氧化床，屬于超低濃度甲烷氧化技術領域。

背景技術

煤礦瓦斯的主要成分為甲烷，是一種可以利用的氣體能源。但為了提高煤礦生產的安全性，通常采用大量通風將瓦斯稀釋后直接將其排放到大氣之中。這種煤礦乏風瓦斯的直接排放一方面造成了有限的不可再生資源的巨大浪費，另一方面也加劇了大氣污染和溫室效應：以100年計的甲烷溫室效應是二氧化碳的21倍，甲烷占全球氣候變暖份額的17%，僅次于二氧化碳。目前，我國煤礦每年向大氣排放的甲烷量高達200億Nm³，其中，乏風瓦斯占150多億Nm³。煤礦乏風排放量巨大，乏風瓦斯濃度很低，這兩個因素是制約其利用的主要難題，目前有效的利用方法是采用熱逆流氧化技術(Thermal?Flow?Reversal?Reactor，簡稱TFRR)和催化逆流氧化技術（Catalytic?Flow?Reversal，簡稱CFRR），采用TFRR技術處理煤礦乏風瓦斯已經在國內外成功的進行了商業應用，而CFRR技術尚未有在煤礦現場處理乏風瓦斯示范運行的報道。但是從實際應用的角度考慮，采用TFRR技術處理煤礦乏風瓦斯存在著占地相對較大、氧化床內蜂窩陶瓷在長期使用后會發生破碎堵塞、阻力損失很大、自動控制程度要求較高、操作技術要求很高等主要問題。山東理工大學在申報的專利（201110089144.5）中公開了一種“煤礦乏風預熱催化氧化器”，乏風進入預熱器被加熱升溫，在催化氧化床層內氧化成二氧化碳和水，氧化后的熱氣體經預熱器降溫后排入大氣，該氧化器有效的克服了逆流氧化技術的問題。但是，該氧化器的催化氧化床由單一的催化劑填充而成，其存在起燃溫度高、氧化效率低、運行穩定性差等問題，有待進一步完善。

發明內容

本發明目的是提供一種能克服或避免上述現有技術中存在的缺點或不足、起燃溫度低、氧化效率高、運行穩定性好的煤礦乏風預熱催化氧化裝置的組合式氧化床。其技術方案為：

一種煤礦乏風預熱催化氧化裝置的組合式氧化床，包括沿氣流方向布置的均溫均流床和催化氧化床，其中均溫均流床由蜂窩陶瓷蓄熱體堆積構成，其特征在于：沿氣流方向，催化氧化床由多個催化氧化層組成，每個催化氧化層均由蜂窩型催化劑填充而成，且多個催化氧化層填充的催化劑沿氣流方向其活性組分負載量、比表面積和孔密度均臺階式降低。

所述的煤礦乏風預熱催化氧化裝置的組合式氧化床，催化氧化層包括3～5個。

所述的煤礦乏風預熱催化氧化裝置的組合式氧化床，相鄰催化氧化層之間留有2～5mm的間隙。

所述的煤礦乏風預熱催化氧化裝置的組合式氧化床，相鄰催化氧化層填充的催化劑的活性組分負載量相差50～150g/m³，比表面積相差300～800m²/m³，孔密度相差100～200目。

本發明的主要優點和有益效果是：

1、臨近均溫均流床的催化氧化層采用了活性組分負載量高、比表面積大、孔密度高的蜂窩型催化劑，由于活性組分負載量高，使反應活化中心數量增加，提高了甲烷氧化率，降低了煤礦乏風的起燃溫度，既減少了裝置的起動時間和所需能量，又實現了裝置的低溫度穩定運行，提高了裝置運行安全穩定性。

2、因乏風中甲烷氧化放熱，催化氧化層內的氣體流速逐漸升高，沿氣流方向各催化氧化層的孔密度臺階式降低，流通能力增強，有效的降低了氣體流動阻力。

3、因乏風中甲烷氧化放熱，煤礦乏風流過臨近均溫均流床的催化氧化層后溫度上升，后續流過的催化氧化層其催化劑僅需較低的活性組分負載量即可保證甲烷的完全氧化，從而有效降低了催化氧化層的成本。

附圖說明

圖1是本發明實施例的結構示意圖。

圖中：1、均溫均流床2、催化氧化層3、間隙

具體實施方式

下面結合附圖對本發明做進一步說明。在圖1所示的實施例中：包括沿氣流方向布置的均溫均流床1和催化氧化床，其中均溫均流床1由蜂窩陶瓷蓄熱體堆積構成，沿氣流方向，催化氧化床由3個催化氧化層2組成，每個催化氧化層2均由蜂窩型催化劑填充而成，相鄰催化氧化層2之間留有3mm的間隙3，且3個催化氧化層2填充的催化劑沿氣流方向其活性組分負載量、比表面積和孔密度均臺階式降低，相鄰催化氧化層2填充的催化劑的活性組分負載量相差100g/m³，比表面積相差500m²/m³，孔密度相差150目。