[发明专利]催化炉

说明书

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。

技术领域

本申请涉及环境科学与技术领域，尤其涉及一种气-固接触式处理有害气体的催化炉。

背景技术

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。

发明内容

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。