一种催化燃烧供热系统及加热工艺技术方案

本发明专利技术公开了一种催化燃烧供热系统，属于催化燃烧供热及环保技术领域。本发明专利技术利用催化燃烧反应放出的热量对热载体进行加热，所述系统包括催化燃烧反应供热区、流量控制单元及与催化燃烧反应供热区和流量控制单元连接相通的烟气循环装置，所述催化燃烧反应供热区与所述流量控制单元连接相通。本发明专利技术还涉及利用所述系统进行加热的工艺。本发明专利技术利用工业废气作为热源，为需要预热的原料气及热载体提供热量，可以提高热能利用率，降低能耗，实现了工业废气的再次利用，降低生产成本，减少对环境污染。本发明专利技术催化燃烧温度低，反应完全，其能耗少、操作简单、安全、净化效率高；本发明专利技术系统可以有效降低装置占地、减低成本、减小资源浪费。

Catalytic combustion heating system and heating process

The invention discloses a catalytic combustion heating system, which belongs to the field of catalytic combustion, heat supply and environmental protection technology. The invention uses the catalytic combustion reaction heat of heating of the heat carrier, the system includes unit and catalytic combustion reaction heating zone and flow control unit is communicated with the flue gas circulating flow control device for heating area, catalytic combustion reaction, reaction heating zone and the flow control unit is connected with the catalytic combustion. The invention also relates to the process of heating by using the system. The invention uses industrial waste gas as a heat source to provide heat for raw gas and heat carrier need preheating, can improve energy efficiency and reduce energy consumption, realizes the reutilization of industrial waste, reduce production costs, reduce environmental pollution. The invention has the advantages of low catalytic combustion temperature, complete reaction, less energy consumption, simple operation, safety and high purification efficiency, and the system can effectively reduce the occupation of the equipment, reduce the cost and reduce the waste of resources.

【技术实现步骤摘要】
一种催化燃烧供热系统及加热工艺
本专利技术属于催化燃烧供热及环保
，特别涉及催化燃烧供热系统及加热工艺。
技术介绍
目前，工业企业的工业废气外排量逐年增加，这些工业废气大多含有氢气、甲烷、乙烷、乙烯、C3以上轻烃和CO等可燃组分，具有较大的回收及利用价值，但回收这些组分存在技术难度大、吸附剂需要定期更换、运行成本高等问题。此外，尾气中可燃组分没有得到有效的利用，造成资源浪费。同时，化工企业多需要一定温度及压力的蒸汽或导热油等热载体，用于特定的化工工艺单元(如甲醇水蒸气重整制取H2/CO装置用导热油，工业园区供热用蒸汽等)，为使这些热载体达到特定的温度，需要消耗大量的燃料作为能源供应，目前通用的方法就是燃烧石化原料来加热热载体以提供整个装置的热量，热量利用率无法大幅度提高，环境污染问题突出。此外，一般用来加热热载体的装置多为明火装置，如甲醇水蒸气制取H2/CO装置用导热油加热工段即为独立明火工段。因明火装置的特殊性，根据国家有关规定，明火装置与氢气装置的安全距离不得小于15m，而导热油系统本身占地面积较大，这就使整个化工装置占地面积因热载体加热单元而增大。
技术实现思路
本专利技术提供一种催化燃烧供热系统及加热工艺，利用催化燃烧产生的高温烟气为热源，对各类热载体进行预热及加热使其温度升高，最终使热载体的温度达到使用的需求。本专利技术利用特定装置产生的尾气，如天然气制氢、甲醇水蒸气重整制氢、以甲醇为原料制取一氧化碳、化工厂及矿区排放低热值尾气等作为原料燃料气，参与催化燃烧反应，为需要加热的热载体提供热量，满足生产及生活的需要，实现降低装置占地、减低成本、减小资源浪费的目的。本专利技术目的通过以下技术方案来实现：本领域通常知识者的一般认知，高热值的工业尾气直接在催化燃烧催化剂作用下有两个难点：a、反应产生热量不及时移除，会造成催化剂局部过热，烧坏催化剂；b、通过催化剂前的气体属于爆炸性气体范畴，控制不当会出现爆炸危险。为了解决高温问题，必须强化传热技术，在反应的同时立刻将热量传热在被加热介质，同时还得保证气流的分布均匀，不会在催化剂在出现局部的热点。而降低气体中可燃组分爆炸性气体范畴，必须在原料入口之前加热大量的惰性气体以降低可燃气体组分以此来实现可燃性气体在爆炸浓度之下。本专利技术采用催化燃烧换热后的尾气作为惰性气体与原料燃料气混合，该种方法可以解决上述的两个难点：1、惰性气体作为一种热载体，催化燃烧放出的热量可以通过惰性气体带出，降低了催化剂床层的温度，不会造成催化剂局部过热，同时反应器的设计不用采用复杂的强化传热技术；2、烟气作为惰性气体，可以直接将可燃组分降低在保证范畴以下，使得装置安全可靠，同时循环烟气是有一定的温度的，便于装置的热量回收。一种催化燃烧供热系统，利用催化燃烧反应放出的热量对热载体进行加热，所述系统包括催化燃烧反应供热区、流量控制单元及与催化燃烧反应供热区和流量控制单元连接相通的烟气循环装置，所述催化燃烧反应供热区与所述流量控制单元连接相通。作为本专利技术一种催化燃烧供热系统的一个具体实施例，所述催化燃烧反应供热区包括催化剂床层及加热介质换热盘管，所述加热介质换热盘管采用翅片强化传热。催化剂床层是燃料气与循环烟气或空气与循环烟气发生催化燃烧反应并放出热量作用，加热介质换热盘管是将催化燃烧反应放出的热量通过热传递的方式传递给需要加热的热载体。烟气循环装置是将反应后的部分烟气增压至催化燃烧反应供热区入口以实现烟气循环；所述的流量控制单元是对烟气的循环流量进行控制，一般采用调节阀门的方式来实现，但本专利技术流量控制单元的实现方式并不局限于此，只要能实现本专利技术对烟气流量进行调节目的均应包含在本专利技术的保护范围之类。进一步，为了提高换热效果，本专利技术加热介质换热盘管采用带翅片的换热盘管以提高传热系数，其中，换热盘管的数量可以根据热载体的使用温度及加热负荷来确定。作为本专利技术一种催化燃烧供热系统的一个具体实施例，所述热载体为导热油、蒸汽、工艺介质中一种或多种组合,本专利技术热载体的种类并不局限于此，具体可以根据热载体的使用温度及加热负荷来确定加热载体的种类。所述热载体的工作温度为100-500℃，进一步优选为150～400℃，更进一步优选为200～300℃。作为本专利技术一种催化燃烧供热系统的一个具体实施例，所述系统还包括烟气热量回收区。本专利技术烟气热量回收区可根据实际情况设置成对一种或多种介质预热，本专利技术烟气热量回收区的目的是充分利用催化燃烧反应烟气剩余的热量对原料燃料气及空气进行预热，进一步节约能耗。进一步，烟气热量回收区内设置有空气进口和空气出口及燃料气进口和燃料气出口，空气出口与催化燃烧反应供热区或烟气循环装置相连通，燃料气出口与催化燃烧反应供热区或烟气循环装置相连通，且空气出口温度为70-270℃，进一步优选为100～220℃，更进一步优选为120～180℃。更进一步，本专利技术烟气热量回收区采用的换热器为板式换热器、盘管式换热器或热管式换热器中的一种或几种；若燃料是液体时应考虑燃料预热汽化体积膨胀的影响。作为本专利技术一种催化燃烧供热系统的一个具体实施例，所述催化剂床层采用铂系催化剂、钯系催化剂、铂-钴催化剂，铂钯组合催化剂或钙钛矿系非贵金属催化剂；催化剂载体采用蜂窝载体，载体材质为金属不锈钢或陶瓷。本专利技术催化剂床层采用的催化剂及催化剂载体并不仅限于此，只要能实现本专利技术原料燃料气与空气或烟气发生催化燃烧目的的催化剂及其载体都应包含在本专利技术保护范围之类。作为本专利技术一种催化燃烧供热系统的一个具体实施例，所述铂系催化剂、钯系催化剂、铂-钴催化剂的载体的主要组分AL2O3。作为本专利技术一种催化燃烧供热系统的一个具体实施例，在催化剂起活温度超过室温的情况下，所述催化燃烧反应供热区还包括预热单元，预热单元采用电加热或温度高于催化剂起活温度的介质间接加热；进一步，本专利技术预热器的安装位置可以在催化燃烧反应供热区、烟气循环装置、流量控制单元循环系统的任意位置安装，优选在催化燃烧反应供热区的出口安装。本专利技术还提供利用所述的催化燃烧供热系统进行加热的工艺，催化燃烧加热的具体过程为：空气、燃料及经过烟气循环装置和流量控制单元的循环烟气混合后进入催化燃烧反应供热区内发生催化燃烧反应并为加热介质换热盘管内的热载体提供热量，反应后的气体经烟气循环装置及流量控制单元后一部分与空气及燃料混合进入催化燃烧反应供热区，另一部分通过烟气热量回收区对空气及燃料进行加热后排空。作为本专利技术催化燃烧供热工艺的一个具体实施例，催化燃烧加热的具体过程为：空气、燃料与经过流量控制单元的循环烟气混合后通过烟气循环装置后进入催化燃烧反应供热区，发生催化燃烧反应并为加热介质换热盘管内的热载体提供热量，反应后的气体经流量控制单元一部分与空气、燃料混合进入催化燃烧反应供热区，另一部分进入烟气热量回收区对空气及燃料进行加热后排空。作为本专利技术催化燃烧供热工艺的一个具体实施例，催化燃烧加热的具体过程为：空气与经过流量控制单元的循环烟气混合后通过烟气循环装置后再与烟气热量回收区过来的燃气混合后进入催化燃烧反应供热区，发生催化燃烧反应并为加热介质换热盘管内的热载体提供热量，反应后的气体经流量控制单元一部分与空气混合后通过烟气循环装置再与燃气混合后进入催化燃烧反应供热区，另一部分进入烟气热量回收本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种催化燃烧供热系统，其特征在于：包括催化燃烧反应供热区(1)1、流量控制单元(3)3以及与催化燃烧反应供热区(1)1和流量控制单元(3)3连接相通的烟气循环装置(2)2，所述催化燃烧反应供热区(1)1与所述流量控制单元(3)3连接相通。

【技术特征摘要】
1.一种催化燃烧供热系统，其特征在于：包括催化燃烧反应供热区(1)1、流量控制单元(3)3以及与催化燃烧反应供热区(1)1和流量控制单元(3)3连接相通的烟气循环装置(2)2，所述催化燃烧反应供热区(1)1与所述流量控制单元(3)3连接相通。2.根据权利要求1所述的一种催化燃烧供热系统，其特征在于：所述催化燃烧反应供热区(1)包括催化剂床层(1-1)及加热介质换热盘管(1-2)，所述加热介质换热盘管(1-2)设于催化剂床层(1-1)下方，所述加热介质换热盘管(1-2)采用带翅片的换热盘管，所述加热介质换热盘管(1-2)内填充热载体。3.根据权利要求2所述的一种催化燃烧供热系统，其特征在于：所述热载体为导热油、蒸汽、工艺介质中一种或多种组合，所述热载体的工作温度为100-500℃。4.根据权利要求1所述的一种催化燃烧供热系统，其特征在于：还包括烟气热量回收区(4)，所述烟气热量回收区(4)内设置有空气进口和空气出口及燃料气进口和燃料气出口，所述空气出口与催化燃烧反应供热区(1)或烟气循环装置(2)相连通，所述燃料气出口与催化燃烧反应供热区(1)或烟气循环装置(2)相连通，且空气出口温度为70-270℃。5.根据权利要求2所述的一种催化燃烧供热系统，其特征在于：所述催化剂床层(1-1)采用铂系催化剂、钯系催化剂、铂-钴催化剂，铂钯组合催化剂或钙钛矿系非贵金属催化剂；催化剂载体采用蜂窝载体，载体材质为金属不锈钢或陶瓷。6.根据权利要求5所述的一种催化燃烧供热系统，其特征在于：所述铂系催化剂、钯系催化剂、铂-钴催化剂的陶瓷催化剂载体的主要组分为AL2O3。7.根据权利要求1-6任一项所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王业勤，叶根银，
申请(专利权)人：四川亚联高科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51