一种处理低浓度甲烷流向变换催化燃烧装置制造方法及图纸

技术编号:10573895 阅读:216 留言:0更新日期:2014-10-29 09:19
一种处理低浓度甲烷流向变换催化燃烧装置,属于环保领域。该装置处于系统气体出口处,利用流向变换催化燃烧的方式对其进行处理。该装置包括绝热催化反应器、自动控制阀、时间继电器以及加热系统。催化反应器两端装填蜂窝状堇青石或莫来石蓄热体,中央装填催化剂。本实用新型专利技术可以处理甲烷浓度低至0.2%的气体,其去除效率达到90%。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种处理低浓度甲烷流向变换催化燃烧装置,属于环保领域。该装置处于系统气体出口处,利用流向变换催化燃烧的方式对其进行处理。该装置包括绝热催化反应器、自动控制阀、时间继电器以及加热系统。催化反应器两端装填蜂窝状堇青石或莫来石蓄热体,中央装填催化剂。本技术可以处理甲烷浓度低至0.2%的气体,其去除效率达到90%。【专利说明】一种处理低浓度甲烷流向变换催化燃烧装置
本专利技术涉及一种处理极低浓度甲烷的装置,属于环保领域。
技术介绍
甲烷在煤矿工业中被称作为瓦斯,在富含甲烷的矿井中甲烷的体积分数为 0. 1 %?1. 0 %,在煤矿开采过程中甲烷的体积分数达到5 %?15 %就会造成瓦斯爆炸。如 果能够将煤矿中的甲烷抽取出来利用,不但可以减少矿难事故的发生,而且能够提供更多 可利用的清洁能源。因此,如何将此低品位的资源转化为可利用的能源,具有重要的研究和 应用价值。 由于甲烷浓度极低,常规方式无法对其进行有效处理,甲烷浓度低于4. 5%就不能 被点燃,除非环境温度达到l〇〇〇°C。因此需要设计一种高度集成的反应器来高效处理利用 低浓度甲烷。流向变换催化燃烧技术将预热、反应和热量回收三个部分集成在一个设备里, 与传统的固定床催化燃烧相比,实现催化燃烧和热回收的高效集成,而且由于气固两相的 体积热容量相差很大,使这一过程的抗干扰能力较强,使反应器比定态操作拥有更大的弹 性。作为一种新型的固定床反应器非定态操作技术,流向变换催化燃烧的概念早在1938年 就由Cottrel提出。近年来国外已有一些工业化装置,利用该技术对V0C进行处理。1984 年,Novosibirsk公司首先利用流向变换技术对在增塑剂生产过程中产生的C 4?C8醇进行 净化,进气流量为800m3/h下净化率达到99. 6%。1989年Kemerovo公司对在树脂生产中 产生的甲醇、苯酚、甲醛等V0C气体处理,进气流量为650m3/h时净化率高达99%。通过利 用该技术,本反应装置可以将化学反应和蓄热热交换结合起来,大大提高热能的利用率, 并且,即使在处理极低浓度有机可燃气体时也能实现自热催化燃烧。同时,床层尺寸的变小 除使投资费用减少外还使热损失降低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种极低浓度甲烷流向变换催化燃烧装置,在保证热量损 失较少情况下维持反应器自持运行,并高效利用反应放热使出口气体温度降低至60°C以 下,且设备简单可靠。 为实现上述目的,本专利技术采用如下技术手段: -种处理低浓度甲烷流向变换催化燃烧装置,包括反应器主体、自动控制阀以及 控制系统,其特征是:反应器主体由双层外壳筒体、装填在筒体内部两端的高热容蓄热体、 中部的催化剂以及在催化剂与蓄热体之间的加热系统组成;双层外壳筒体的两端均设置有 进气口和出气口,在中部的催化剂装填段安装有热电偶,并且设有控制加热系统电源启、闭 的控制系统;自动控制阀分别与进气管和出气管相连,阀门的启动和反应物的流向变换通 过时间继电器控制和调节。 反应器主体双层外壳为全封闭状态,其双层壳体之间为真空状态以保证反应器绝 热性能。 蓄热体为整体式蜂窝状陶瓷蓄热体。 所述的催化剂为整体式催化剂。 催化剂为贵金属催化剂或者是金属氧化物催化剂。 自动控制阀是四个电动阀,分别设在进气口和出气口。 高热容蓄热体材料为堇青石或莫来石陶瓷材料。 本专利技术具如下有益效果: 1、蜂窝陶瓷蓄热体和催化剂载体的外形尺寸、孔径相同,使系统压力损失很小。 2、采用加热系统在蓄热体和催化剂之间,系统加热启动快,热量能较快速的传递 到催化剂上。 3、反应器主体双层外壳为全封闭状态,且双层壳体之间是真空状态,降低了反应 系统的热损失,有利于实现反应器自维持。 4、通过整个反应器的优化使得出口气体温度降低至60°C,满足实际工程需要。 【专利附图】【附图说明】 附图1为装置的流程示意图; 附图2为反应器主体双层外壳剖视图; 附图3为气流从右向左流向工艺图; 附图4为气流从左向右流向工艺图; 附图5为系统内热电偶布置位置; 附图6为甲烷转化率; 附图7出口温度变化; 附图8催化段温度变化; 附图9蓄热段温度分布。 图中:1为甲烷气体、2为空压机、3为稳压阀、4为质量流量计、5、6、7、8为自动控 制阀、9为时间继电器、10为高热容蓄热体、11为双层外壳筒体、12为加热系统。 【具体实施方式】 参见附图1,低浓度甲烷流向变换催化燃烧装置主体是由双层外壳筒体11、装填 在筒体内部两端的高热容蓄热体10、中部的催化剂13以及在催化剂与蓄热体之间的加热 系统12组成;在催化剂及蓄热体部分都装有热电偶,根据热电偶测得的温度反馈控制加热 系统;自动控制阀15,自动控制阀116,自动控制阀1117,自动控制阀IV8分别与进气管和 出气管相连,阀门的启动和反应物的流向变换通过时间继电器9控制和调节。 低浓度甲烷气体按照设定的换向周期交替进入反应器。当自动控制阀15、自动控 制阀IV8开启,自动控制阀116,自动控制阀III7关闭,甲烷气体自上而下通过蓄热体,逐渐 被加热,经过催化床层燃烧放热后,将热量传给下半段的蓄热体后排出系统;半个周期后, 自动控制阀116,自动控制阀III7开启,自动控制阀15、自动控制阀IV8关闭,通风瓦斯反 向自下而上通过蓄热体,逐渐被加热,在催化床层燃烧放热后,将热量传给上半段的蓄热体 后排出系统。这样放热反应产生的热量大部分蓄积在反应床层内,保证反应器自维持运行。 在催化剂和蓄热体上都布置了热电偶来检测温度。 实施例1 应用本专利技术所述建立了一套处理能力为4m3/h低浓度甲烷流向变换催化燃烧装 置。如图1所示,气体从开启的自动控制阀15从上端进入反应器,首先经绝热催化反应器 底端的蜂窝状陶瓷蓄热体进入催化床层,此时催化床层已被经由电加热的电阻丝预热达到 400°C,气体中的甲烷被催化燃烧,在催化床层发生反应而释放出大量的热。气体温度升高, 加热下方的蓄热体,通过蓄热体将热量存储下来使气体温度降低,当气体流出蓄热体后经 自动控制阀IV8进入排气管,排出系统。 当达到设定的半周期后,流向变换,气体由反应器下端的自动控制阀III7进入反 应器,经过上半周期已存储过热量的下端蓄热体时开始预热,在接近顶部催化剂时达到催 化剂的活性温度400°C,气体中的甲烷被催化燃烧,在催化床层发生反应而释放出大量的 热。气体温度升高,加热上方的蓄热体,即蓄热体将热量存储下来使气体温度降低,当气体 流出蓄热体后经自动控制阀116进入排气管,排出系统。 到了设定的换向周期时间,流向又开始改变,经过往复式的循环,蜂窝陶瓷蓄热体 的热量被取走后,经过换向又得以蓄热,蓄热后经过预热气体又释放热量,如此往复使得系 统能够自持进行。 本装置中的蜂窝状蓄热体材料为堇青石材质,孔密度为400/in2 ;催化剂是以堇青 石蓄热体为载体,以掺杂过CeO的γ -A1203为第二载体,Pd为主要活性成分。气体流量为 4m3/h,甲烷浓度0. 2 %,换向周期lOmin,催化剂预热温度至400°本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种处理低浓度甲烷流向变换催化燃烧装置,包括反应器主体、自动控制阀以及控制系统,其特征是:反应器主体由双层外壳筒体、装填在筒体内部两端的高热容蓄热体、中部的催化剂以及在催化剂与蓄热体之间的加热系统组成;双层外壳筒体的两端均设置有进气口和出气口,在中部的催化剂装填段安装有热电偶,并且设有控制加热系统电源启、闭的控制系统;自动控制阀分别与进气管和出气管相连,阀门的启动和反应物的流向变换通过时间继电器控制和调节。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员:梁文俊刘欢李坚李玉泽何洪
申请(专利权)人:北京工业大学
类型:新型
国别省市:北京;11

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