一种甲烷催化氧化反应器及其应用制造技术

本发明专利技术提供了一种甲烷催化氧化反应器及其应用，所述甲烷催化氧化反应器包括壳体和设置在壳体内部的至少一个多孔催化剂层；所述多孔催化剂层的孔隙率沿甲烷流向不断增大。本发明专利技术的甲烷催化氧化反应器中包括多孔催化剂层，其孔隙率沿甲烷流向不断增大，能增强甲烷在多孔催化剂层中的传热，从而缩短甲烷催化氧化的预热时间，提高催化效率。提高催化效率。提高催化效率。

【技术实现步骤摘要】
一种甲烷催化氧化反应器及其应用


[0001]本专利技术属于催化
，涉及一种甲烷催化氧化反应器及其应用。

技术介绍

[0002]近年来，船舶双燃料/天然气发动机所占的市场比例逐渐提高，带来了大量的逃逸甲烷排放。甲烷对全球大气温室效应有很大的贡献，其暖化潜势为二氧化碳的25倍，是第二大温室效应气体，对港口大气和全球海洋环境产生了较大的危害。但是甲烷分子十分稳定，氧化的最低温度要求在600～700℃以上，可通过甲烷催化氧化剂适当降低甲烷氧化温度，然而使气体达到设定温度需要较长的预热时间，催化效率较低。

技术实现思路

[0003]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种甲烷催化氧化反应器及其应用。本专利技术的甲烷催化氧化反应器中包括多孔催化剂层，其孔隙率沿甲烷流向不断增大，能增强甲烷在多孔催化剂层中的传热，从而缩短甲烷催化氧化的预热时间，提高催化效率。
[0004]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0005]第一方面，本专利技术提供了一种甲烷催化氧化反应器，所述甲烷催化氧化反应器包括壳体和设置在壳体内部的至少一个多孔催化剂层；
[0006]所述多孔催化剂层的孔隙率沿甲烷流向不断增大。
[0007]本专利技术提供了一种甲烷催化氧化反应器，其中的多孔催化剂层采用了变孔隙率的孔隙排列方式，使得多孔催化剂层的孔隙率沿甲烷流向不断增大，能够增强甲烷在多孔催化剂层的传热，提高甲烷的传热效率，从而能够缩短甲烷催化氧化的预热时间，进一步提高甲烷的催化氧化效率。/>[0008]需要说明的是，所述“至少一个多孔催化剂层”中的“至少一个”，例如可以是1个、2个、3个、5个、7个、9个、10个、15个或20个，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0009]优选地，所述多孔催化剂为第一多孔催化剂层或第二多孔催化剂层。
[0010]优选地，所述第一多孔催化剂层的孔隙率沿甲烷流向渐变增大。
[0011]本专利技术中，所述第一多孔催化剂层内有多层孔道，第一多孔催化剂层的孔隙率沿甲烷流向渐变增大是指孔隙率沿多层孔道逐层变化，孔隙率沿甲烷流向线性增大。
[0012]优选地，所述第一多孔催化剂层的孔隙率的渐变变化区间为0.49
‑
0.89，例如可以是0.49、0.5、0.52、0.54、0.56、0.58、0.6、0.62、0.64、0.66、0.68、0.7、0.72、0.74、0.76、0.78、0.8、0.82、0.84、0.86、0.88或0.89等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0013]优选地，所述第二多孔催化剂层的孔隙率沿甲烷流向梯度增大。
[0014]本专利技术中，所述第二多孔催化剂层厚度为H，第二多孔催化剂层的孔隙率梯度增大是指每隔(1/4
‑
1/2)
×
H的厚度，孔隙率增大；梯度增大为等厚度增大。
[0015]优选地，所述第二多孔催化剂层的孔隙率的梯度变化区间为0.49
‑
0.89，例如可以是0.49、0.5、0.52、0.54、0.56、0.58、0.6、0.62、0.64、0.66、0.68、0.7、0.72、0.74、0.76、0.78、0.8、0.82、0.84、0.86、0.88或0.89等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0016]本专利技术对孔隙率的梯度增量不作限定，示例性地，可以是0.2或0.4等。
[0017]本专利技术中，甲烷催化氧化反应器中还设置有导流板，利于甲烷在甲烷催化氧化反应器中的流通。
[0018]优选地，所述壳体内部设置有至少两个多孔催化剂层，所述至少两个多孔催化剂层串联和/或并联设置。
[0019]需要说明的是，当设置至少两个多孔催化剂层时，多孔催化剂层之间存在空隙，通过垫片填补空隙，使得催化剂层间孔隙减少，保证密闭性，防止热量散失。
[0020]本专利技术中，“串联和并联设置”是指，至少三个多孔催化剂层中的部分催化剂层串联设置，获得至少一组催化剂层，每组催化剂层并联设置。
[0021]优选地，所述至少两个多孔催化剂层串联设置，所述至少两个多孔催化剂层的孔隙率沿甲烷流向不断增大。
[0022]需要说明的是，所述至少两个多孔催化剂层可以是同种多孔催化剂层，例如均为第一多孔催化剂层或均为第二多孔催化剂层；也可以是不同多孔催化剂层的组合，同时包括第一多孔催化剂层和第二多孔催化剂层。
[0023]优选地，所述至少两个多孔催化剂层为同种多孔催化剂层。
[0024]优选地，所述多孔催化剂层包括多孔介质和附着在多孔介质表面的催化剂。
[0025]优选地，所述多孔介质的单孔截面为多边形。
[0026]优选地，所述多孔介质的单孔截面为六边形。
[0027]第二方面，本专利技术提供了一种双燃料发动机逃逸甲烷后处理系统装置，所述双燃料发动机逃逸甲烷后处理系统装置包括双燃料发动机和第一方面所述的甲烷催化氧化反应器。
[0028]优选地，所述双燃料发动机内设置有发动机气缸，所述发动机气缸的排气口连接所述甲烷催化氧化反应器的进气口。
[0029]优选地，所述发动机气缸的排气口与所述甲烷催化氧化反应器的进气口之间的连接管路上设置有排气集管。
[0030]优选地，所述排气集管与所述甲烷催化氧化反应器之间的连接管路上设置有入口阀。
[0031]优选地，所述甲烷催化氧化反应器的出气口连接有外排管路。
[0032]优选地，所述外排管路上设置有出口阀。
[0033]本专利技术中，双燃料发动机的发动机气缸排出的烟气(含甲烷)汇入排气集管中，此时入口阀开启，出口阀和旁通阀关闭，确保烟气进入甲烷催化氧化反应器，甲烷开始被处理。
[0034]优选地，所述排气集管还设置有外排口，所述排气集管的外排口连接所述外排管路。
[0035]优选地，所述排气集管的外排口通过外排支路接入外排管路，所述外排支路的出
口端位于所述出口阀与所述外排管路的出口端之间。
[0036]优选地，所述外排支路上设置有旁通阀。
[0037]优选地，所述甲烷催化氧化反应器的进气口设置有第一传感器组件。
[0038]优选地，所述第一传感器组件包括第一温度传感器和第一压力传感器。
[0039]优选地，所述甲烷催化氧化反应器的出气口设置有第二传感器组件。
[0040]优选地，所述第二传感器组件包括第二温度传感器、第二压力传感器和甲烷浓度传感器。
[0041]优选地，所述双燃料发动机逃逸甲烷后处理系统装置还包括甲烷检测系统，所述第一传感器组件和第二传感器组件分别连接甲烷检测系统。
[0042]本专利技术中，当甲烷状态监测系统通过压力传感器检测到甲烷催化氧化反应压降过高时，提示报警，其压降进一步升高时，则开启旁通阀，保护发动机在过高烟气背压下的安全运行。甲烷状态监测系统通过浓本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种甲烷催化氧化反应器，其特征在于，所述甲烷催化氧化反应器包括壳体和设置在壳体内部的至少一个多孔催化剂层；所述多孔催化剂层的孔隙率沿甲烷流向不断增大。2.根据权利要求1所述的甲烷催化氧化反应器，其特征在于，所述多孔催化剂为第一多孔催化剂层或第二多孔催化剂层；优选地，所述第一多孔催化剂层的孔隙率沿甲烷流向渐变增大；优选地，所述第一多孔催化剂层的孔隙率的渐变变化区间为0.49
‑
0.89。3.根据权利要求2所述的甲烷催化氧化反应器，其特征在于，所述第二多孔催化剂层的孔隙率沿甲烷流向梯度增大；优选地，所述第二多孔催化剂层的孔隙率的梯度变化区间为0.49
‑
0.89。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的甲烷催化氧化反应器，其特征在于，所述壳体内部设置有至少两个多孔催化剂层，所述至少两个多孔催化剂层串联和/或并联设置；优选地，所述至少两个多孔催化剂层串联设置，所述至少两个多孔催化剂层的孔隙率沿甲烷流向不断增大；优选地，所述至少两个多孔催化剂层为同种多孔催化剂层。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的甲烷催化氧化反应器，其特征在于，所述多孔催化剂层包括多孔介质和附着在多孔介质表面的催化剂；优选地，所述多孔介质的单孔截面为多边形；优选地，所述多孔介质的单孔截面为六边形。6.一种双燃料发动机逃逸甲烷后处理系统装置，其特征在于，所述双燃料发动机逃逸甲烷后处理系统装置包括双燃料发动机和权利要求1
‑
5任一项所述的甲烷催化氧化反应器。7.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：李泽宇，田新娜，韩连任，刘腾，
申请(专利权)人：中船动力研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：