催化炉制造技术

本申请涉及一种气‑固接触式处理有害气体的催化炉,催化炉包括密封且依次连通的进气段、反应段和出气段，所述反应段沿气流路径并排设置有多个反应通道，各个所述反应通道之间密封隔离，每一个所述反应通道均同时连通所述进气段和所述出气段，每一个所述反应通道内壁均设有催化颗粒层，每一个所述反应通道均分别具有靠近所述进气段一端的第一开口和靠近所述出气段一端的第二开口，且所述反应通道的内壁从所述第一开口逐渐收敛至所述第二开口。气体在从所述第一开口流至所述第二开口的过程中，在逐渐收敛的所述内壁中产生更多横向气流，进而增加了气体与背风处催化剂的接触几率，提高了催化效率。

【技术实现步骤摘要】
催化炉
本申请涉及环境科学与
，尤其涉及一种气-固接触式处理有害气体的催化炉。
技术介绍
在化工、能源或汽车领域中，对于有害气体的处理多采用气-固相催化反应的方式。有害气体以流体状流经固体的催化剂床层而实现反应。催化反应原理如图1所示。一般采用贵金属或过渡态元素作为催化剂。衡量气-固催化反应效率的一个重要参数为表面积比，即有害气体在经过催化剂时与催化剂的接触表面积。为此，催化剂通常被制作成颗粒状，以尽可能增大表面积。颗粒状的催化剂直径在几个至几十个纳米之间。颗粒状的催化剂在气体路径上会形成“沟壑”。气体流经“沟壑”时，位于“背风”处的催化剂难于与气体发生接触。特别是在催化剂使用过一段时间后，催化剂床层会因为结晶、积碳、烧结等原因，使得“沟壑”逐渐加深，进而影响气-固催化反应的效率。
技术实现思路
本申请提出一种结构优化的催化炉，利用流场引导的方式来提高背风处的催化剂与气体的接触面积，提高催化效率。本申请催化炉包括如下技术方案：一种催化炉，包括密封且依次连通的进气段、反应段和出气段，所述反应段沿气流路径并排设置有多个反应通道，各个所述反应通道之间密封隔离，每一个所述反应通道均同时连通所述进气段和所述出气段，每一个所述反应通道内壁均设有催化颗粒层，每一个所述反应通道均分别具有靠近所述进气段一端的第一开口和靠近所述出气段一端的第二开口，所述第一开口的面积大于所述第二开口的面积，且所述反应通道的内壁从所述第一开口逐渐收敛至所述第二开口。其中，所述反应段沿直线延伸，所述反应段内的所述气流路径也为直线路径，所述第二开口沿所述气流路径在所述第一开口上的投影收容于所述第一开口之内。其中，任意一个所述反应通道均为轴对称形状，且每一个所述反应通道的对称轴线均沿平行于所述气流路径的方向延伸。其中，在所述反应段垂直于所述气流路径的任意截面上，多个所述反应通道呈蜂窝状排列。其中，所述催化炉还包括温控系统，所述温控系统包括加热管，所述加热管包围所述反应段的外壁，所述加热管沿所述气流路径至少覆盖所述反应段。其中，所述温控系统还包括导热管，所述导热管位于所述反应段和所述加热管之间，所述导热管沿所述气流路径至少覆盖所述反应段。其中，所述温控系统还包括保温层，所述保温层包围所述加热管的外壁，所述保温层沿所述气流路径至少覆盖所述反应段。其中，所述温控系统还包括水冷组件，所述水冷组件包括密封且连通的进水口、水冷层和出水口，所述水冷层设置于所述保温层内，所述水冷层包围所述加热管，所述水冷层沿所述气流路径至少覆盖所述反应段。其中，所述温控系统还包括温度传感器和控制单元，所述温度传感器用于感应所述催化炉的内部温度，所述控制单元用于控制所述加热管的加热温度或所述水冷组件的水流速度。其中，所述催化炉还设有混合器，所述混合器位于所述进气段远离所述反应段一侧，所述混合器连通所述进气段，所述混合器用于对进入所述反应段发生反应的气体进行预混合。本申请所述催化炉，通过密封且依次连通的进气段、反应段和出气段，形成了气体流经的通路。通过所述反应段内沿所述气流路径并排隔离设置的多个反应通道，增大了气体从所述进气段流至所述出气段时与所述反应段的接触面积。通过每一个所述反应通道内壁上设至的催化颗粒层，实现了所述催化炉与气体的接触反应。在气体从所述第一开口流至所述第二开口的过程中，气体在逐渐收敛的所述内壁中产生更多横向气流，进而增加了气体与背风处催化剂的接触几率，避免了因为颗粒状的催化剂形成的“沟壑”而造成的背风处催化剂难于与气体充分接触的缺陷，进而提高了本申请所述催化炉的催化效率。附图说明图1是一种催化反应的原理示意图；图2是本申请所述催化炉的示意图；图3是本申请所述反应段的截面示意图；图4是本申请所述催化炉的细节示意图；图5是本申请所述催化炉另一实施例的示意图。具体实施方式下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。请参阅图2所示的催化炉100，包括依次连通的进气段10、反应段20和出气段30。所述进气段10、所述反应段20和所述出气段30之间均密封连接，以形成容许气体流通的气流路径001。参看图3，所述反应段20的截面上，沿所述气流路径001并排设置有多个反应通道21。每一个所述反应通道21之间均密封且隔离设置，每一个所述反应通道21均同时连通所述进气段10和所述出气段30。由此，气体在从所述进气段10向所述出气段30流动时，是通过所述反应段20内的多个所述反应通道21来实现的。这样的设置可以增大气体与所述反应段20的接触面积。进一步的，每一个所述反应通道21的内壁211内均设有催化颗粒层210。具体的，催化剂(如Pt/Al2O3、TiO2等)通过浸渍法、沉淀法、共凝胶法、喷涂法、溶蚀法等负载于载体上，形成催化颗粒层210。每一个所述反应通道21均分别具有靠近所述进气段10一端的第一开口212和靠近所述出气段30一端的第二开口213。所述第一开口212的面积大于所述第二开口213的面积，且所述反应通道21的内壁211从所述第一开口212逐渐收敛至所述第二开口213，即所述反应通道21从所述进气段10向所述出气段30延伸的过程中，其截面面积单向递减。催化剂对有害气体的净化原理大致为：当高温的有害气体经过本申请所述催化炉100时，所述催化炉中的催化剂将增强诸如CO、HC和NOx等有害气体的活性，促使其进行一定的氧化-还原化学反应。其中CO在高温下氧化成为无色、无毒的二氧化碳气体；HC化合物在高温下氧化成水(H20)和二氧化碳；NOx还原成氮气和氧气。在使得各种有害气体变成无害气体后，净化工作完成。经过净化后的气体通常直接排向外界，或至气体收集装置内。参看图4的细节图，本申请所述催化炉100在通过所述反应通道21增加了气体与所述催化颗粒层210的接触面积后，进一步通过所述内壁211的单向递减收敛结构，在有害气体沿所述气流路径001流动的过程中，增加了对气体的反射作用，使得部分气体产生横向流动，进而增大了气体与颗粒“沟壑”处的接触几率，使得处于背风处的颗粒表面也得以被利用，由此提高了本申请所述催化炉100的气-固接触效率，避免了因为颗粒状的催化剂形成的“沟壑”而造成的背风处催化剂难于与气体充分接触的缺陷，整体催化效率得以提高。一种实施例，所述反应段20沿直线延伸，也即所述反应段20内的所述气流路径001也为直线路径。进一步的，所述第二开口213沿所述气流路径001在所述第一开口212上的投影收容于所述第一开口212之内。请继续参看图4，在所述内壁211在平行于所述气流路径001的任意截面上，所述第一开口212沿所述气流路径001的延长线与所述内壁211的边缘形成夹角α，这样的设置可以保证任意夹角α均形成于所述第一开口212的延长线之内。由此所述催化颗粒层210在所述内壁211内形成的背风面积更小，在气流产生横向扰动时，气流与背风处的催化剂颗粒接触面积更大。进一步的，任意一个所述反应通道21均为轴对称形状，且每一个所述反应通道21的对称轴线均沿本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种催化炉，其特征在于，包括密封且依次连通的进气段、反应段和出气段，所述反应段沿气流路径并排设置有多个反应通道，各个所述反应通道之间密封隔离，每一个所述反应通道均同时连通所述进气段和所述出气段，每一个所述反应通道内壁均设有催化颗粒层，每一个所述反应通道均分别具有靠近所述进气段一端的第一开口和靠近所述出气段一端的第二开口，所述第一开口的面积大于所述第二开口的面积，且所述反应通道的内壁从所述第一开口逐渐收敛至所述第二开口。

【技术特征摘要】
1.一种催化炉，其特征在于，包括密封且依次连通的进气段、反应段和出气段，所述反应段沿气流路径并排设置有多个反应通道，各个所述反应通道之间密封隔离，每一个所述反应通道均同时连通所述进气段和所述出气段，每一个所述反应通道内壁均设有催化颗粒层，每一个所述反应通道均分别具有靠近所述进气段一端的第一开口和靠近所述出气段一端的第二开口，所述第一开口的面积大于所述第二开口的面积，且所述反应通道的内壁从所述第一开口逐渐收敛至所述第二开口。2.如权利要求1所述催化炉，其特征在于，所述反应段沿直线延伸，所述反应段内的所述气流路径也为直线路径，所述第二开口沿所述气流路径在所述第一开口上的投影收容于所述第一开口之内。3.如权利要求2所述催化炉，其特征在于，任意一个所述反应通道均为轴对称形状，且每一个所述反应通道的对称轴线均沿平行于所述气流路径的方向延伸。4.如权利要求1～3任一项所述催化炉，其特征在于，在所述反应段垂直于所述气流路径的任意截面上，多个所述反应通道呈蜂窝状排列。5.如权利要求1～3任一项所述催化炉，其特征在于，所述催化炉还包括温控系统，所述温控系统包括加热管，所述加热...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓帮林，陈阳阳，徐政欣，刘傲东，马正伟，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东,44