[實用新型]一種處理低濃度甲烷流向變換催化燃燒裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201420064014.5
• 申請日: 2014-02-13
• 公開（公告）號: CN203907631U
• 公開（公告）日: 2014-10-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 梁文俊;劉歡;李堅;李玉澤;何洪
• 申請（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學
• 主分類號: F23G7/07
• 分類號: F23G7/07
• 代理公司: 北京思海天達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 紀佳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種處理極低濃度甲烷的裝置，屬于環(huán)保領(lǐng)域。?

背景技術(shù)

甲烷在煤礦工業(yè)中被稱作為瓦斯，在富含甲烷的礦井中甲烷的體積分數(shù)為0.1％～1.0％，在煤礦開采過程中甲烷的體積分數(shù)達到5％～15％就會造成瓦斯爆炸。如果能夠?qū)⒚旱V中的甲烷抽取出來利用，不但可以減少礦難事故的發(fā)生，而且能夠提供更多可利用的清潔能源。因此，如何將此低品位的資源轉(zhuǎn)化為可利用的能源，具有重要的研究和應(yīng)用價值。?

由于甲烷濃度極低，常規(guī)方式無法對其進行有效處理，甲烷濃度低于4.5％就不能被點燃，除非環(huán)境溫度達到1000℃。因此需要設(shè)計一種高度集成的反應(yīng)器來高效處理利用低濃度甲烷。流向變換催化燃燒技術(shù)將預熱、反應(yīng)和熱量回收三個部分集成在一個設(shè)備里，與傳統(tǒng)的固定床催化燃燒相比，實現(xiàn)催化燃燒和熱回收的高效集成，而且由于氣固兩相的體積熱容量相差很大，使這一過程的抗干擾能力較強，使反應(yīng)器比定態(tài)操作擁有更大的彈性。作為一種新型的固定床反應(yīng)器非定態(tài)操作技術(shù)，流向變換催化燃燒的概念早在1938年就由Cottrel提出。近年來國外已有一些工業(yè)化裝置，利用該技術(shù)對VOC進行處理。1984年，Novosibirsk公司首先利用流向變換技術(shù)對在增塑劑生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的C₄～C₈醇進行凈化，進氣流量為800m³/h下凈化率達到99.6％。1989年Kemerovo公司對在樹脂生產(chǎn)中產(chǎn)生的甲醇、苯酚、甲醛等VOC氣體處理，進氣流量為650m³/h時凈化率高達99％。通過利用該技術(shù)，本反應(yīng)裝置可以將化學反應(yīng)和蓄熱熱交換?結(jié)合起來,大大提高熱能的利用率，并且，即使在處理極低濃度有機可燃氣體時也能實現(xiàn)自熱催化燃燒。同時，床層尺寸的變小除使投資費用減少外還使熱損失降低。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種極低濃度甲烷流向變換催化燃燒裝置，在保證熱量損失較少情況下維持反應(yīng)器自持運行，并高效利用反應(yīng)放熱使出口氣體溫度降低至60℃以下，且設(shè)備簡單可靠。?

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)手段：?

一種處理低濃度甲烷流向變換催化燃燒裝置，包括反應(yīng)器主體、自動控制閥以及控制系統(tǒng)，其特征是：反應(yīng)器主體由雙層外殼筒體、裝填在筒體內(nèi)部兩端的高熱容蓄熱體、中部的催化劑以及在催化劑與蓄熱體之間的加熱系統(tǒng)組成；雙層外殼筒體的兩端均設(shè)置有進氣口和出氣口，在中部的催化劑裝填段安裝有熱電偶，并且設(shè)有控制加熱系統(tǒng)電源啟、閉的控制系統(tǒng)；自動控制閥分別與進氣管和出氣管相連，閥門的啟動和反應(yīng)物的流向變換通過時間繼電器控制和調(diào)節(jié)。?

反應(yīng)器主體雙層外殼為全封閉狀態(tài)，其雙層殼體之間為真空狀態(tài)以保證反應(yīng)器絕熱性能。?

蓄熱體為整體式蜂窩狀陶瓷蓄熱體。?

所述的催化劑為整體式催化劑。?

催化劑為貴金屬催化劑或者是金屬氧化物催化劑。?

自動控制閥是四個電動閥，分別設(shè)在進氣口和出氣口。?

高熱容蓄熱體材料為堇青石或莫來石陶瓷材料。?

本發(fā)明具如下有益效果：?

1、蜂窩陶瓷蓄熱體和催化劑載體的外形尺寸、孔徑相同，使系統(tǒng)壓力損失很小。?

2、采用加熱系統(tǒng)在蓄熱體和催化劑之間，系統(tǒng)加熱啟動快，熱量能較快速的傳遞到催化劑上。?

3、反應(yīng)器主體雙層外殼為全封閉狀態(tài)，且雙層殼體之間是真空狀態(tài)，降低了反應(yīng)系統(tǒng)的熱損失，有利于實現(xiàn)反應(yīng)器自維持。?

4、通過整個反應(yīng)器的優(yōu)化使得出口氣體溫度降低至60℃，滿足實際工程需要。?

附圖說明

附圖1為裝置的流程示意圖；?

附圖2為反應(yīng)器主體雙層外殼剖視圖；?

附圖3為氣流從右向左流向工藝圖；?

附圖4為氣流從左向右流向工藝圖；?

附圖5為系統(tǒng)內(nèi)熱電偶布置位置；?

附圖6為甲烷轉(zhuǎn)化率；?

附圖7出口溫度變化；?

附圖8催化段溫度變化；?

附圖9蓄熱段溫度分布。?

圖中：1為甲烷氣體、2為空壓機、3為穩(wěn)壓閥、4為質(zhì)量流量計、5、6、7、8為自動控制閥、9為時間繼電器、10為高熱容蓄熱體、11為雙層外殼筒體、12為加熱系統(tǒng)。?

具體實施方式