[發明專利]一種旋風式煤礦乏風催化氧化反應器

在審

• 申請號: 201810837037.8
• 申請日: 2015-08-10
• 公開（公告）號: CN108926996A
• 公開（公告）日: 2018-12-04
• 發明（設計）人: 竹濤;和嫻嫻;陳銳;夏妮;李冉冉
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學（北京）
• 主分類號: B01D53/86
• 分類號: B01D53/86;B01D53/72
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種旋風式煤礦乏風催化氧化反應器，屬于超低濃度甲烷催化氧化技術領域。包括：進、排氣系統、預熱系統、反應系統、管路系統及測控系統。乏風在預熱器中進行預熱后，以蝸殼切向進入方式進入第一反應器中，氣體沿反應器內壁由上向下作旋轉運動時，與涂覆在反應器內壁上的催化劑進行反應，生成CO₂和H₂O，同時，乏風中的塵粒沿反應器內壁落入灰斗得到凈化，反應后的高溫氣體又沿軸心向上旋轉，最后經排氣管排出并進入到第二反應器中，氣體在第二反應器中發生同樣的反應，并釋放大量的熱，往復交替，實現了裝置的自維持。本發明可以處理濃度在0.1%?5%的乏風，最大處理量可達1000m³/h，氣體流速可達0.35m/s，該反應器的工作溫度最高可達1000℃，其去除率達到80%以上。

本申請是申請日為2015年08月10日、申請號為201510488057.5、發明名稱為一種旋風式煤礦乏風催化氧化反應器的分案申請。

技術領域

本發明涉及一種旋風式煤礦乏風催化氧化反應裝置，屬于超低濃度甲烷氧化技術領域。

背景技術

煤礦乏風是主要的瓦斯工業排放源之一，目前，全世界因煤礦開采每年排入大氣中的CH₄總量為2500萬t，其中70% (中國為90% )來自煤礦乏風(VAM)。甲烷是僅次于二氧化碳的重要溫室氣體，單位質量的甲烷對大氣溫室效應的影響相當于同質量二氧化碳的21倍，將CH₄直接排放到大氣中，不僅造成了有限的不可再生資源的嚴重浪費，而且加劇了溫室效應，造成大氣污染。由于國家大政策及節能降耗明確任務指標的下達，國家煤礦企業面臨著節能降耗的巨大壓力，煤礦乏風的利用變得尤為重要。煤礦乏風排量大、瓦斯濃度低以及濃度不穩定，這些特點決定了煤礦乏風瓦斯很難利用傳統燃燒器在沒有輔助燃料的情況下直接進行燃燒。目前，熱逆流催化氧化技術（Catalytic Flow-Reversal Reactor，CFRR）是實現煤礦乏風低濃度甲烷有效回收利用的主要技術之一。

CFRR能夠使甲烷在催化劑表面進行低溫氧化，其工作原理是，首先對裝置進行預熱(電加熱或是通過燃燒器輸送高溫煙氣，預熱完成后控制閥開啟，常溫下的煤礦乏風進入裝置并在流動方向上不斷升溫，到達中部催化劑區域時溫度達到自燃條件開始氧化，反應后的高溫氣體繼續流動，不斷放熱給出口側的蓄熱區，出口側的蓄熱區溫度會不斷升高，同時入口處蓄熱區被通入的常溫VAM逐漸冷卻，一段時間后切換控制閥，煤礦乏風的流動方向改變，不斷重復以上過程，不再需要額外輸入熱量即可自發維持運行。反應產生的熱量除了維持自運行之外，可以被抽取出來產生蒸汽或熱水，用來發電或者供熱。

目前，國內外對CFRR技術的應用僅限于實驗室階段，通過查閱文獻，總結了目前CFRR裝置仍需解決的問題：（1）如何實現裝置的自維持；（2）CFRR的氧化床由大量的蜂窩陶瓷構成，蜂窩陶瓷在長期使用后會發生開裂、破碎和堵塞等問題，需定時更換，維修成本高；（3）單一的反應器使得氣體的停留時間過短，從而導致氣體反應不充分；（4）煤礦乏風中含有大量的灰塵，如果不對氣體進行除塵凈化，不僅會對催化劑造成污染，降低催化劑活性，還會影響周圍的大氣環境。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術存在的缺陷，提供一種旋風式煤礦乏風催化氧化裝置，它解決了現有礦井乏風直接排放到大氣中存在的能源浪費和環境污染等問題，并達到資源化利用的效果。其技術方案為：

一種旋風式煤礦乏風催化氧化裝置，包括進，排氣系統、預熱系統、反應系統、管路系統及測控系統。其特征在于：

進氣系統包括進氣管和進氣漸擴管，排氣系統包括出氣管、出氣漸縮管及引風機。出氣由引風機抽取出來。進氣漸擴管穿過預熱器保溫層與預熱器連接，出氣漸擴管穿過預熱器保溫層與預熱器連接。