一種乏風瓦斯逆流催化氧化裝置的氧化床的制作方法

本發明涉及甲烷消除技術領域，特別是涉及一種乏風瓦斯逆流催化氧化裝置的氧化床。

背景技術：

“乏風”又稱“煤礦風排瓦斯”，指甲烷濃度低于0.75％的煤礦瓦斯。據有關部門統計，中國每年由乏風排入大氣的甲烷相當于西氣東輸1年的輸氣量，產生的溫室氣體效應約為2億噸二氧化碳當量。煤礦乏風瓦斯的大量直接排放不僅造成了有限的不可再生資源的巨大浪費，也加劇了大氣污染和溫室效應，甲烷溫室效應是二氧化碳的21倍，甲烷占全球氣候變暖份額的17％，僅次于二氧化碳。煤礦乏風排放量巨大，乏風瓦斯濃度很低，是制約其利用的主要難題，目前有效的利用方法是采用熱逆流氧化技術和催化逆流氧化技術，熱逆流氧化技術存在裝置運行溫度高、阻力損失大、自控程度要求高、操作技術要求高問題，催化逆流氧化技術由于采用催化劑氧化甲烷，其具有裝置運行溫度低、占地相對較小等優點，具有良好發展前景。現有的乏風瓦斯逆流催化氧化裝置的氧化床，存在起燃溫度高、氧化效率低、流動阻力大、運行穩定性差等問題，有待進一步完善。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種可防止催化劑床層過熱，抗甲烷濃度波動性強、起燃溫度低、取熱效率和穩定運行好的乏風瓦斯逆流催化氧化裝置的氧化床，以解決上述現有技術存在的問題。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

本發明提供一種乏風瓦斯逆流催化氧化裝置的氧化床，包括兩層蓄熱體床層和設置在所述蓄熱體床層之間的催化氧化床和高溫相變取熱床，所述高溫相變取熱床包括高溫相變取熱床層，所述催化氧化床包括位于所述高溫相變取熱床層兩側的催化氧化床層，所述高溫相變取熱床層包括多個換熱器，所述換熱器呈矩形陣列排列，各所述換熱器包括套管、芯管、高溫相變材料和換熱介質，所述芯管設置在所述套管內，所述換熱介質填充在所述芯管內，所述高溫相變材料填充在所述套管和所述芯管之間，所述高溫相變材料的相變溫度為450～600℃。

優選的，所述蓄熱體床層為蜂窩陶瓷蓄熱體床層。

優選的，所述催化氧化床層內填充的催化劑包括蜂窩形堇青石載體和活性組分，所述活性組分為Pd或Pt。

優選的，所述蜂窩陶瓷蓄熱體床層的陶瓷材料的孔密度為200目，比表面積為500-600m²/m³。

優選的，所述蜂窩形堇青石載體的孔密度為300目，壁厚小于0.2mm，抗熱沖擊溫度大于500℃。

優選的，所述催化氧化床層設置有4個，所述高溫相變取熱床層設置有3個，相鄰的兩個所述催化氧化床層之間均設置有一個所述高溫相變取熱床層。

優選的，按照重量計，所述高溫相變材料包括32.5-62.8份的氟化鈉、35.8-67.5份的氟化鉀、15.2-39.7份的氟化鋰和18.9-68.7份的氟化鎂中的兩種以上。

優選的，所述蓄熱體床層與所述催化氧化床層之間留有間隙。

優選的，所述套管和所述芯管均為316L不銹鋼管，所述套管和所述芯管的管壁厚度為3～5mm，所述套管的直徑為30～50mm，所述芯管的直徑為10mm～30mm。

優選的，所述換熱介質為水或高溫水蒸氣。

本發明相對于現有技術取得了以下技術效果：

本發明的乏風瓦斯逆流催化氧化裝置的氧化床設置有高溫相變取熱床，采用套管將高溫相變材料封裝于套管中，芯管通入取熱介質來換取套管的熱量。當氧化床內溫度較高時，高溫固體相變材料發生相變，吸收催化氧化床層的熱量，取熱效率高，可有效調節催化氧化床層的溫度，防止催化氧化床層由于甲烷濃度造成的飛溫，防止活性組分過熱失活，保證催化氧化床層活性組分的活性及其正常使用。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明乏風瓦斯逆流催化氧化裝置的氧化床的結構示意圖；

圖2為本發明換熱器的軸向剖面結構示意圖；

圖中：1-蓄熱體床層、2-催化氧化床層、3-高溫相變取熱床層、4-套管、5-芯管、6-高溫相變材料。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

本發明的目的是提供一種可防止催化劑床層過熱，抗甲烷濃度波動性強、起燃溫度低、取熱效率和穩定運行好的乏風瓦斯逆流催化氧化裝置的氧化床，以解決上述現有技術存在的問題。

為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明。

實施例一

本實施例提供一種乏風瓦斯逆流催化氧化裝置的氧化床，如圖1所示，包括兩層蓄熱體床層1和設置在蓄熱體床層1之間的催化氧化床和高溫相變取熱床，高溫相變取熱床包括高溫相變取熱床層3，催化氧化床包括位于高溫相變取熱床層兩側的催化氧化床層2，高溫相變取熱床層3包括多個換熱器，換熱器呈矩形陣列排列，如圖2所示，各換熱器包括套管4、芯管5、高溫相變材料6和換熱介質，芯管5設置在套管4內，換熱介質填充在芯管5內，高溫相變材料6填充在套管4和芯管5之間，高溫相變材料的相變溫度為450～600℃。

本實施例的乏風瓦斯逆流催化氧化裝置的氧化床，將氣體加熱至催化劑的活性溫度，氣體從上端的蓄熱體床層1進入催化氧化床層2，氣體中的甲烷被催化燃燒，在催化氧化床層2發生反應而釋放出大量的熱，氣體溫度升高，加熱蓄熱體床層1，蓄熱體床層1將存儲熱量并使氣體溫度降低，當氣體流出下端蓄熱體床層1后，即完成上半周期氣體氧化；然后變換氣體流向，氣體從下端的蓄熱體床層1進入催化氧化床層2，經過上半周期氣體氧化，蓄熱體床層1已存儲了熱量，不用再次加熱氣體，即可達到催化劑的活性溫度，使氣體中的甲烷被催化燃燒，在催化氧化床層2發生反應而釋放出大量的熱。氣體溫度升高，加熱蓄熱體床層1，蓄熱體床層1存儲熱量并使氣體溫度降低，當氣體流出上端蓄熱體床層1后，此時即完成一個周期氣體氧化。如此往復循環，在完成半個周期的氣體氧化后，即改變氣體流向，蓄熱體床層1的熱量被取走后，經過換向又得以蓄熱，蓄熱后氣體通過時又釋放熱量，如此往復使得系統能夠自持進行。本實施例的乏風瓦斯逆流催化氧化裝置的氧化床設置有高溫相變取熱床，采將高溫相變材料6封裝于套管4與芯管5之間，芯管5通入取熱介質來換取套管4的熱量。當氧化床內溫度較高時，高溫固體相變材料6發生相變，吸收催化氧化床層2的熱量，取熱效率高，在氧化反應過程中儲存熱量，并在氧化床內溫度較高時將熱能導出，能夠在使催化氧化床層2的溫度保持在催化劑活性溫度范圍內，避免催化氧化床層發生劇烈變化，可有效調節催化氧化床層2的溫度，防止催化氧化床層2由于甲烷濃度造成的飛溫，防止活性組分過熱失活，保證催化氧化床層2活性組分的活性及其正常使用。

實施例二

本實施例提供一種乏風瓦斯逆流催化氧化裝置的氧化床，在實施例一的基礎上，本實施例的蓄熱體床層1為蜂窩陶瓷蓄熱體床層，具有壓降低，放大效應小和容易填裝的優點。

催化氧化床層2內填充的催化劑包括蜂窩形堇青石載體和活性組分，活性組分為Pd或Pt。甲烷完全催化氧化的轉化溫度低于500℃，反應所需空速介于10000～20000/h^-1之間。

蜂窩陶瓷蓄熱體床層的陶瓷材料的孔密度為200目，比表面積為500-600m²/m³。

蜂窩形堇青石載體的孔密度為300目，壁厚小于0.2mm，抗熱沖擊溫度大于500℃。

催化氧化床層2設置有4個，高溫相變取熱床層3設置有3個，相鄰的兩個催化氧化床層2之間均設置有一個高溫相變取熱床層3。

按照重量計，高溫相變材料6包括32.5-62.8份的氟化鈉、35.8-67.5份的氟化鉀、15.2-39.7份的氟化鋰和18.9-68.7份的氟化鎂中的兩種以上。

蓄熱體床層1與催化氧化床層2之間留有間隙，氣體從蓄熱體床層1通入后可在間隙內再次混合，使其內部氣體均勻分布，實現完全氧化反應，進一步降低排出氣體的甲烷含量。

套管4和芯管5均為316L不銹鋼管，套管4和芯管5的管壁厚度為3～5mm，套管4的直徑為30～50mm，芯管5的直徑為10mm～30mm。

換熱介質為水或高溫水蒸氣，芯管5內通入水或水蒸氣來換取套管4的熱量。

本發明中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發明的方法及其核心思想；同時，對于本領域的一般技術人員，依據本發明的思想，在具體實施方式及應用范圍上均會有改變之處。綜上，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。