[发明专利]具有组合式氧化床的煤矿乏风回热催化氧化装置

说明书

技术领域

本发明提供一种具有组合式氧化床的煤矿乏风回热催化氧化装置，属于超低浓度甲烷氧化技术领域。

背景技术

煤矿瓦斯的主要成分为甲烷，是一种可以利用的气体能源。但为了提高煤矿生产的安全性，通常采用大量通风将瓦斯稀释后直接将其排放到大气之中。这种煤矿乏风瓦斯的直接排放一方面造成了有限的不可再生资源的巨大浪费，另一方面也加剧了大气污染和温室效应：以100年计的甲烷温室效应是二氧化碳的21倍，甲烷占全球气候变暖份额的17%，仅次于二氧化碳。目前，我国煤矿每年向大气排放的甲烷量高达200亿Nm³，其中，乏风瓦斯占150多亿Nm³。煤矿乏风排放量巨大，乏风瓦斯浓度很低，这两个因素是制约其利用的主要难题，目前有效的利用方法是采用热逆流氧化技术(Thermal Flow Reversal Reactor，简称TFRR)和催化逆流氧化技术（Catalytic Flow Reversal，简称CFRR），采用TFRR技术处理煤矿乏风瓦斯已经在国内外成功的进行了商业应用，而CFRR技术尚未有在煤矿现场处理乏风瓦斯示范运行的报道。但是从实际应用的角度考虑，采用TFRR技术处理煤矿乏风瓦斯存在着占地相对较大、氧化床内蜂窝陶瓷在长期使用后会发生破碎堵塞、阻力损失很大、自动控制程度要求较高、操作技术要求很高等主要问题。山东理工大学在申报的专利（201210282289.1）中公开了一种“煤矿乏风回热催化氧化装置”，利用氧化后的乏风热气直接加热乏风进气，加热后的乏风在催化剂陶瓷层内氧化成二氧化碳和水，氧化后的乏风热气一部分用于加热乏风进气，另一部分排入大气，该氧化装置有效的克服了逆流氧化技术的问题。但是，该氧化装置的催化剂陶瓷层仅由单一的催化剂填充而成，其存在起燃温度高、氧化效率低、运行稳定性差等问题，有待进一步完善。

发明内容

本发明目的是提供一种能克服或避免上述缺陷、起燃温度低、氧化效率高、运行稳定性好的具有组合式氧化床的煤矿乏风回热催化氧化装置。其技术方案为：

一种具有组合式氧化床的煤矿乏风回热催化氧化装置，包括乏风进气系统、乏风排气系统、回热系统和反应室，乏风进气系统包括乏风输送管、送风机、乏风入口管和扩张管，其中乏风输送管的输出端依次经送风机、乏风入口管、扩张管与反应室入口相连通；乏风排气系统包括收缩管和乏风出口管，其中收缩管的一端与反应室出口连通，另一端经乏风出口管与大气相连通；回热系统包括回热入口管、回热风机和设有回热阀门的回热连接管，其中回热入口管的一端与乏风出口管相连通，另一端依次经回热风机、回热连接管与乏风入口管相连通；反应室由设有保温层的反应室壳体围成，反应室内沿着气体流动方向依次布置着电加热丝和组合式氧化床，其特征在于：组合式氧化床沿气体流动方向由多个催化氧化层组成，每个催化氧化层均由蜂窝型催化剂填充而成，且靠近电加热丝的催化氧化层采用活性组分负载量高、比表面积大、孔密度高的催化剂填充而成，其它催化氧化层采用的催化剂沿气流方向其活性组分负载量、比表面积和孔密度均台阶式降低。

所述的具有组合式氧化床的煤矿乏风回热催化氧化装置，催化氧化层包括3～5个。

所述的具有组合式氧化床的煤矿乏风回热催化氧化装置，相邻催化氧化层填充的催化剂的活性组分负载量相差50～150g/m³，比表面积相差300～800m²/m³，孔密度相差100～200目。

本发明的主要优点和有益效果是：

1、靠近电加热丝的催化氧化层采用了活性组分负载量高、比表面积大、孔密度高的蜂窝型催化剂，由于活性组分负载量高，使其反应活化中心数量增加，提高了甲烷氧化率，降低了煤矿乏风的起燃温度，既减少了装置的起动时间和所需能量，又实现了装置的低温度稳定运行，提高了装置运行安全稳定性。

2、因乏风中的甲烷氧化放热，催化氧化层内的气体流速逐渐升高，沿气流方向各催化氧化层的孔密度台阶式降低，流通能力增强，有效的降低了气体流动阻力。

3、因乏风中的甲烷氧化放热，煤矿乏风流过靠近电加热丝的催化氧化层后温度上升，后续流过的催化氧化层其催化剂仅需较低的活性组分负载量即可保证甲烷的完全氧化，从而有效降低了催化氧化层的成本。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图。