[實用新型]一種煤礦瓦斯低排放催化氧化供熱系統

有效

• 申請號: 201420673164.6
• 申請日: 2014-11-12
• 公開（公告）號: CN204267081U
• 公開（公告）日: 2015-04-15
• 發明（設計）人: 張軍營;安鑫;趙永椿;田沖;劉鈺琛
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: E21F7/00
• 分類號: E21F7/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智

技術領域

本實用新型屬于煤礦瓦斯處理裝置領域，更具體地，涉及一種煤礦瓦斯低排放催化氧化供熱系統。

背景技術

甲烷是一種溫室氣體，其溫室效應二氧化碳的21倍，在全球氣候變暖中的份額為15％，僅次于二氧化碳。目前，我國每年因采煤排放的甲烷在200億立方米以上，占世界采煤排放甲烷總量的45％，超過天然氣西氣東輸一期的總量。其中約150多億立方米甲烷通過煤礦瓦斯排入大氣。如果煤礦瓦斯全部得到處理，約可折合1000～1500萬噸原油或2000～3000多萬噸煤炭。

煤礦瓦斯(Ventilation?Air?Methane，簡稱VAM)利用的主要難點是氣流量大，氣體中甲烷的濃度很低，流量不穩定。由于煤礦瓦斯擁有的巨大潛力，澳大利亞、美國、加拿大等均已經對其開展了研究和利用，而國內研究仍處于起步階段。治理和利用煤礦瓦斯，是目前我國面臨的緊迫任務。

低濃度甲烷由于起燃溫度較高，需達到1250K，而催化劑作用下，甲烷的自燃溫度降低，可低至650K。因此煤礦瓦斯催化氧化越來越受到關注。這種技術的優勢在于能夠在較低溫度下氧化煤礦瓦斯中稀薄的甲烷，并在理想的溫度下進行熱交換，從而對能量進行轉化利用。且自燃溫度的降低，可以增加系統的穩定性、耐久性，同時燃燒溫度降低會使產物中氮氧化物含量降低。現有應用中一般僅僅是將甲烷氧化，未對其產物進行處理，同時其燃燒反應熱也沒能更好利用，只是將煤礦瓦斯進行減排，而且沒實現溫室氣體的零排放。

實用新型內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本實用新型提供了一種零排放煤礦瓦斯催化氧化裝置，并對催化氧化后產生的余熱進行利用，以達到保護環境和能源的節約。

為實現上述目的，按照本實用新型的一個方面，提供了一種煤礦瓦斯低排放催化氧化供熱系統，包括燃煤換熱器、催化反應器和余熱鍋爐，燃煤換熱器通過管路依次連接催化反應器和余熱鍋爐，所述催化反應器包括外殼，所述外殼內從下往上依次設置有用于使煤礦瓦斯發生反應的分級式催化反應體及用于將反應產生的二氧化碳吸收的固碳板，固碳板包括板體及放置在板體上的固碳劑，所述分級式催化反應體包括上下兩段，下段為貴金屬催化段，上段為六鋁酸鹽催化段或/和鈣鈦礦催化段。

優選地，所述分級式催化反應體的下方設置有第一蓄熱體。

優選地，所述外殼的煤礦瓦斯入口處設置有導流板，所述第一蓄熱體位于導流板和分級式催化反應體之間。

優選地，還包括監控裝置；所述導流板與第一蓄熱體之間設置有第一溫度傳感器，第一溫度傳感器與監控裝置相連。

優選地，還包括監控裝置；所述分級式催化反應體與第一蓄熱體之間設置有第二溫度傳感器，第二溫度傳感器與監控裝置相連。

優選地，所述分級式催化反應體和固碳板之間設置有第二蓄熱體。

優選地，所述燃煤換熱器包括用于燃燒煤粉的爐膛、用于將空氣引入爐膛的鼓風機、用于煤礦瓦斯與煤粉燃燒產生高溫煙氣換熱的逆流換熱器及用于將尾氣再次送入逆流換熱器進行熱量再利用的循環風機。

優選地，還包括監控裝置；所述催化反應器內設置有流量計，流量計位于分級式催化反應體的下方，流量計與監控裝置相連。

優選地，所述分級式催化反應體與余熱鍋爐之間設置有用于分離固體顆粒與氣體的旋風分離器。

優選地，還包括監控裝置；所述燃煤換熱器與分級式催化反應體之間設置第一濃度傳感器，所述分級式催化反應體與余熱鍋爐之間設置有第二濃度傳感器，所述第一濃度傳感器和第二濃度傳感器均與監控裝置相連。

總體而言，通過本實用新型所構思的以上技術方案與現有技術相比，通過采用分級式催化反應體對煤礦瓦斯進行催化氧化及使用固碳板吸收二氧化碳，能夠取得下列有益效果：

1)本實用新型煤礦瓦斯催化氧化供熱系統燃燒穩定、安全可靠、燃燒壽命長，可用于煤礦瓦斯的連續處理；

2)本實用新型環保，首先將煤礦瓦斯中甲烷實現完全反應，同時對反應產物中的二氧化碳進行固定，降低了溫室氣體排放。催化劑降低反應溫度，避免氮氧化物生成；

3)本實用新型采用分級反應，一方面降低反應溫度，拓寬濃度極限，另一方面高溫時布置鈣鈦礦催化劑可以避免貴金屬催化劑高溫易失活的缺點，增強反應器連續工作時間；

4)本實用新型通過余熱鍋爐對余熱進行利用，使余熱鍋爐入口溫度維持在其工況范圍內，提高經濟效益，避免能源浪費。

附圖說明

圖1是本實用新型的示意圖。

具體實施方式