【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于气体催化处理，具体的为一种用于火灾烟气一氧化碳催化净化的填充式反应器。
技术介绍
1、建筑火灾中有害气体致死占比超过60％，在部分通风受限建筑(如隧道等)中，烟气致死占比更是高达80％，烟气致死大部分是因为co。针对火灾过程产生的有害烟气，目前大多采用通风方式将其快速排到室外。现有排烟设计大多以温度为准，火灾过程co生成量影响因素较多，真实火灾co释放量难以预测，且co分布与温度分布很可能展示出较大差异，仅仅凭借排烟，无法保障人员活动区的低co浓度。这就说明在火灾期间，除了排烟手段外，对于相对密闭且有人员停留空间(如隧道、逃生通道、避难室等)，采用烟气净化方法降低烟气毒性，保持其局部环境低co浓度非常必要。
2、填充式反应器由于具有结构简单、催化剂机械损耗小等优点，是非均相催化中常用的一种反应器。为稳定发挥催化剂性能，采用填充床式反应器催化烟气一氧化碳。为达到良好的催化效率，市面上常见催化剂都需要一定的反应温度，这就需要对填充床进行加热处理。在填充床的应用中，主要关注传热性能与反应器压降。传热性能不佳容易导致反应器内温度分布不均匀，一是导致部分催化剂无法达到最佳催化温度，二是部分催化剂温度过高导致催化剂烧结永久失活，三是在一些非火灾领域场景，如化工生产中会用到选择性反应，反应路线对温度高度敏感，不均匀温度会导致产生过多副产物，反应器传热性能对整体效率有重要影响。而反应器压降直接影响使用能耗。压降与传热二者之间多为拮抗关系，为获得更好传热性能，需要较小颗粒粒径及管径，但为减小压降，需要大的颗粒直径和管径。
3、现阶段固定填充床反应器主要通过优化能量供给，颗粒形式改造，催化材料研发等方面提升反应器整体效率。针对需要外部提供能量的催化反应，在能量供给方面，微波加热被认为是一种有潜力的方式，具有能够实现快速体加热、选择加热并且温度分布相对壁面加热更为均匀的优点。与壁面加热温度曲线壁面高中心低不同，微波加热温度曲线呈轴心高壁面低的分布，导致在床层内部部分颗粒的背风面气流死区可能形成局部热点，且存在穿透深度影响，加热区域厚度不宜过高。在颗粒形式改造方面，由于生产技术的提高，泡沫型材料得到越来越多使用，在填充床载体使用上，结构床泡沫生产需要定制，颗粒更利于填充床使用，泡沫填充床由于孔隙率更大，能够极大减小反应器压降，且能同时增加反应面积，但研究发现由于更大孔隙率，气流平均流速更低，气固对流传热系数更低，使用泡沫载体的催化床温度分布更加不均匀。
4、为保证反应器内温度均匀，目前大多壁面加热填充床控制管径与催化剂颗粒粒径之比在15以内，为保证气相反应物在颗粒内部的扩散性能并保证反应面积，颗粒粒径往往控制在毫米量级，这就限制了管径大小，目前填充式反应器单根管径大多在5cm以下，造成大流量工况下管内流速过高，压降过大，同时为保证催化效率，需要保证气体停留时间，容易造成填充长度过长。大型工业应用往往采用列管式或多段绝热式等，而其操作复杂，不适用于中小型场所，如小型燃烧炉的烟气催化净化、室内污染物的催化净化、避难室空气净化、实验室规模研究等，现有技术无法满足中小型反应器高效率催化反应。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种用于火灾烟气一氧化碳催化净化的填充式反应器，在满足温度分布均匀性的条件下，可以增大管径，进而增加气体处理量并减小压降。
2、更加均匀并满足催化氧化所需的温度条件。
3、为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
4、本专利技术首先提出了一种用于火灾烟气一氧化碳催化净化的填充式反应器，包括：
5、谐振腔，用于反射微波以构造微波场；
6、分层填充床，安装在所述谐振腔内并位于微波场中交变电磁场最强位置处；
7、所述谐振腔上设有导波管，所述导波管连接微波发生器；
8、所述分层填充床包括外罩，所述外罩内设有反应通道，所述反应通道外套设有壁面加热套筒；所述外罩的一端封闭，所述反应通道的出气端与所述外罩的封闭端之间设有间隙通道，所述外罩与所述壁面加热套筒之间的间隙形成与所述间隙通道相连通的气体回流通道；所述壁面加热套筒与所述反应通道之间形成壁面加热腔，所述壁面加热腔内设有热介质；所述反应通道内设有两层泡沫载体层，两层所述泡沫载体分别为位于外层的透波泡沫载体层和位于内层的吸波泡沫载体层，所述透波泡沫载体层内填充有能够穿透微波的透波泡沫颗粒载体，所述吸波泡沫载体层内填充有能够吸收微波能量并转换为热能的吸波泡沫颗粒载体；
9、所述分层填充床还包括用于对所述热介质加热的壁面加热装置。
10、进一步，所述壁面加热装置设置在所述谐振腔的下方；所述壁面加热装置采用电加热装置。
11、进一步，所述热介质采用导热油或硅油；所述外罩、反应通道和壁面加热套筒均采用石英玻璃制成。
12、进一步，所述透波泡沫颗粒载体采用氧化铝陶瓷制成；所述吸波泡沫颗粒载体采用碳化硅陶瓷、铁氧体或泡沫碳制成。
13、进一步，所述透波泡沫颗粒载体和吸波泡沫颗粒载体的孔隙率均为55％-65％；所述透波泡沫颗粒载体和吸波泡沫颗粒载体的粒径均为1厘米。
14、进一步，所述透波泡沫载体层和吸波泡沫载体层之间设有具有柔性的分隔网布，所述分隔网布采用耐热塑料或石英纤维制成。
15、进一步，所述微波发生器产生的微波频率为0.3-300ghz。
16、进一步，所述微波发生器产生的微波频率为2.45ghz或915mhz。
17、本专利技术还提出了一种如上所述分层填充式反应器的设计方法，包括吸波泡沫载体层直径设计、透波泡沫载体层的直径设计和壁面加热腔设计；
18、吸波泡沫载体层直径的设计方法为：
19、d1＝min(dp,dh)
20、
21、dh＝λ0/3
22、其中：d1为吸波泡沫载体层的直径；dh为微波最大加热长度；dp为微波穿透深度；λ0为微波波长；ε′为介电常数；ε″为电能损耗因数；θ为泡沫颗粒孔隙率；
23、透波泡沫载体层直径的设计方法为：
24、采用平面简化壁面加热套筒与透波泡沫载体层之间的圆柱接触面，忽略径向对流且只考虑导热，得到：
25、
26、其中：λ为等效传热系数；t为温度；l为透波泡沫载体层内的填充高度；q为单位填充体积消耗热量；
27、壁面为等温壁面，热介质与微波加热设定温度一致，边界条件x＝0x＝d时，t＝t0，得到径向温度分布：
28、
29、则径向温度最低点位于x＝d/2位置处；d为壁面加热套筒的直径；
30、径向温度最低点的温度与壁面温度之间的温差不超过10％，则：
31、
32、单位体积耗热量包括反应吸热qf和加热空气热量qair，气体温度沿轴向线性上升至壁面温度：
33、
34、其中：c为空气比热，u为空气流速，ρ为空本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于火灾烟气一氧化碳催化净化的填充式反应器，其特征在于：包括：
2.根据权利要求1所述用于火灾烟气一氧化碳催化净化的填充式反应器，其特征在于：所述壁面加热装置设置在所述谐振腔的下方；所述壁面加热装置采用电加热装置。
3.根据权利要求1所述用于火灾烟气一氧化碳催化净化的填充式反应器，其特征在于：所述热介质采用导热油或硅油；所述外罩、反应通道和壁面加热套筒均采用石英玻璃制成。
4.根据权利要求1所述用于火灾烟气一氧化碳催化净化的填充式反应器，其特征在于：所述透波泡沫颗粒载体采用氧化铝陶瓷制成；所述吸波泡沫颗粒载体采用碳化硅陶瓷、铁氧体或泡沫碳制成。
5.根据权利要求1所述用于火灾烟气一氧化碳催化净化的填充式反应器，其特征在于：所述透波泡沫颗粒载体和吸波泡沫颗粒载体的孔隙率均为55％-65％；所述透波泡沫颗粒载体和吸波泡沫颗粒载体的粒径均为1厘米。
6.根据权利要求1所述用于火灾烟气一氧化碳催化净化的填充式反应器，其特征在于：所述透波泡沫载体层和吸波泡沫载体层之间设有具有柔性的分隔网布，所述分隔网布采用耐热塑料或石英纤
7.根据权利要求1所述用于火灾烟气一氧化碳催化净化的填充式反应器，其特征在于：所述微波发生器产生的微波频率为0.3-300GHz。
8.根据权利要求7所述用于火灾烟气一氧化碳催化净化的填充式反应器，其特征在于：所述微波发生器产生的微波频率为2.45GHz或915MHz。
9.一种如权利要求1-8任一项所述分层填充式反应器的设计方法，其特征在于：包括吸波泡沫载体层直径设计、透波泡沫载体层的直径设计和壁面加热腔设计；
10.一种如权利要求1-8任一项所述分层填充式反应器的使用方法，其特征在于：包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种用于火灾烟气一氧化碳催化净化的填充式反应器，其特征在于：包括：
2.根据权利要求1所述用于火灾烟气一氧化碳催化净化的填充式反应器，其特征在于：所述壁面加热装置设置在所述谐振腔的下方；所述壁面加热装置采用电加热装置。
3.根据权利要求1所述用于火灾烟气一氧化碳催化净化的填充式反应器，其特征在于：所述热介质采用导热油或硅油；所述外罩、反应通道和壁面加热套筒均采用石英玻璃制成。
4.根据权利要求1所述用于火灾烟气一氧化碳催化净化的填充式反应器，其特征在于：所述透波泡沫颗粒载体采用氧化铝陶瓷制成；所述吸波泡沫颗粒载体采用碳化硅陶瓷、铁氧体或泡沫碳制成。
5.根据权利要求1所述用于火灾烟气一氧化碳催化净化的填充式反应器，其特征在于：所述透波泡沫颗粒载体和吸波泡沫颗粒载体的孔隙率均为55％-65％；所述透波泡沫颗粒载体和吸波泡...
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