一种co进行流向变换催化燃烧的装置的制造方法
【专利摘要】一种CO进行流向变换催化燃烧的装置，属于一氧化碳处理处理技术领域。包括主体反应管、管外保温层、装填在主体反应管两端的蓄热体、装填在主体反应管中部的催化剂、加热系统组成、电磁阀。本装置可以在较低温度段处理包含低浓度CO(2％以下)的气体，去除率可达90％。
【专利说明】
一种CO进行流向变换催化燃烧的装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种可用于低浓度一氧化碳处理的催化氧化装置，属于一氧化碳处理处理技术领域。
【背景技术】
[0002]凡是含碳的物质在不完全燃烧的时候都可产生一定浓度的⑶气体，目前，在工业上有可能产生大量CO以致对人体产生危害的作业不下70余种，如冶金工业中的炼焦、炼铁、锻冶、铸造和热处理的生产;化学工业中合成氨、丙酮、光气、甲醇的生产;矿井放炮、煤矿瓦斯爆炸事故等。如果能够将这些较低浓度的CO收集起来并加以利用，不仅能够减少其在作业现场对人体的危害，也能够作为一种可供利用的清洁能源。因此，如何将这种低品位的资源转化成一种可利用的能源，具有很高的研究意义和应用价值。
[0003]一氧化碳燃烧热为280.04kJ/mol，其高热值的特点说明其具有较大的利用价值。但在工业生产中产生的一氧化碳大多数具有浓度低、流量大、体积分数范围广等特点，决定了其绝热温升小，反应放出的热量不足以维持反应持续进行，因此需要一种集成度高的反应器来将这些浓度较低的CO气体收集再加以处理。流向变化催化燃烧反应器是一种集气体预热、催化燃烧及热量回收三位一体的装置，与传统的定态操作反应器不同，它能够高效实现催化燃烧和热量回收过程，并且由于此反应器中气固两相体积热容量的巨大差异，使得这一过程的抗干扰能力极强，因此该反应器比起定态操作有更大的操作弹性。作为一种新型的固定床非定态操作反应器，流向变换技术的概念最早于1938年由Cottrel提出。近年来，流向变换技术在国外已经得到实际工业化应用。1989年，Kemerovo公司对在树脂生产过程中产生的甲醇、苯酚以及甲醛等VOC气体处理时，在进气量为650M3/h时利用流向变换技术可达到99%的效率。通过利用流向变换技术，本反应装置将可将催化反应和蓄热热交换结合起来，因此便极大程度的提高了热能利用率，基于其集成度高的特点，在处理较低浓度的气体过程中也能够实现自热催化燃烧反应。同时，通过减小其反应器床层尺寸节省其投资费用，降低其反应中的热损失。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型旨在设计一种可用于CO(尤其低浓度)进行流向变换催化燃烧处理的装置。在保证热量散失较少的情况下维持其反应器的自热性能，保证能够高效利用反应放热以使得反应器的出口气体温度降至50°C以下，且保证设备的操作简单可靠。
[0005]为实现上述目的，本实用新型采取以下技术手段。
[0006]—种CO进行流向变换催化燃烧的装置，包括催化氧化系统、保温系统、自控系统，其特征是，包括主体反应管、管外保温层、装填在主体反应管两端的蓄热体、装填在主体反应管中部的催化剂以及加热系统;加热系统主要由催化段的加热电阻丝、热电偶组成，加热电阻丝分布在催化剂部位，进一步分布在蓄热体和催化剂之间，多个热电偶分布在蓄热体和催化剂中；含CO的气体和空气混合后的进气管路分为两个分进气管路，两个分进气管路上分别安装一个电磁阀，一个分进气管与主体反应管的一端连通，另一个分进气管与主体反应管的另一端连通;主体反应管的每一端分别与一个分出气管连接，主体反应管两端的两个分出气管上分别安装有一个电磁阀，两个分出气管汇聚成一总出气管;主体反应管同一端的分进气管和分出气管上的两个电磁阀之间采用时间继电器连接控制。
[0007]出气总管路上还设有CO检测器。
[0008]反应器两端不断变换作为进气口和出气口，并分别与两个电磁阀(自动控制阀)相连，通过时间继电器控制和调节电磁阀的开闭状态以达到改变气体流向的目的。
[0009]主体反应管为单层不锈钢材质，全封闭状态，外层包裹保温棉(如厚度为5cm)以保证反应器的隔热性能。
[0010]蓄热体为高热容蜂窝状整体式陶瓷蓄热体。高热容蜂窝状整体式陶瓷蓄热体所用材质为堇青石或莫来石材质。所用催化剂为贵金属整体式催化剂。
[0011]自动控制系统的四个电磁阀，分别设置在反应器两端的进气管和出气管。
[0012]CO进行流向变换催化燃烧的装置的使用方法，是主体反应管一端的分进气管上的电磁阀开和分出气管上电磁阀关，另一端的分进气管上的电磁阀关和分出气管上电磁阀开，两端不断变化，从而实现气体流向变换。
[0013]本实用新型具有下列优点:
[0014]1、蜂窝状陶瓷蓄热体和整体式催化剂所用陶瓷形状、尺寸、孔径均相同，因此整个流向变化系统的压力损失较小。
[0015]2、加热方式属于内部加热，加热系统位于反应管内蓄热体和催化剂之间，直接接触催化剂，因此加热启动快，能够迅速的将热量传递到催化剂上将其加热至预想温度。
[0016]3、测温方式为沿反应器轴方向布置温度测点，如其中催化段8个点，蓄热段4个点，此分布特点决定了该装置能够直观地研究流向变化系统温度床层特别是催化段高温区的分布现象。
[0017]4、反应器为单层不锈钢材质，主体为全封闭状态，管外包裹厚层保温棉做保温方式，此方式保证了反应器的隔热性能，有利于维持反应器的自热进行。
[0018]5、通过整个反应器的优化使得出口气体温度低至50°C以下，能够满足实际工程应用。
[0019]6、本装置可以在较低温度段处理包含低浓度⑶(2%以下)的气体，去除率可达90%。
【附图说明】
[0020]图1为此装置的示意流程图
[0021]附图1中:I为空气栗，2为CO钢瓶，3为减压阀，4为质量流量计，5和5’为电磁阀，6为时间继电器，7?11为热电偶，12为蜂窝状陶瓷蓄热体，13为整体式催化剂，14为加热电阻丝，15为⑶检测器；
[0022]图2为反应管主体连同管外保温层剖面图
[0023]图3为流向变换工艺工作流程图
[0024]图4为系统内热电偶分布位置图
[0025]图5为系统运行稳定后CO转化效率图
[0026]图6为反应器出口温度变化图
[0027]图7为系统横轴向温度分布示意图
[0028]图8为不同预热温度下CO转化效率图
[0029]图9为不同预热温度下系统横轴向温度分布图
[0030]其中(a)、(b)、(c)、(d)分别对应140°C、160。。、180。。、200。。。
【具体实施方式】
[0031]下面结合实施例对本实用新型做进一步说明，但本实用新型并不限于以下实施例。
[0032]参见附图1，此流向变换催化燃烧装置主体是主体反应管、管外保温层、装填在反应管两端的蓄热体12、中部催化剂13以及分布在蓄热体和催化剂中间的加热系统14组成；加热系统由催化段的加热电阻丝14、热电偶7?11和外部温度控制系统组成，通过热电偶所测温度反馈至外部温度控制仪，来调节控制系统的加热状态;反应器两端分别连接进气口和出气口，并分别与两个电磁阀5相连，通过时间继电器6控制和调节自动控制阀5的开闭状态以达到改变气体流向的目的。
[0033]低浓度CO气体按照设定换向周期从一端进入反应器主体。当电磁阀5打开，5’关闭时，CO气体从上端进入反应器，首先经蓄热体，被储存于其中的热量预热，其次经催化剂催化燃烧，其中释放热量被气体传给下半段蓄热体存储，之后气体排出系统;半个周期后电磁阀5关闭，5’打开，CO进气经下端口进入反应器，途经蓄热体被加热，在催化剂中催化燃烧，将热量传给上半段的蓄热体存储后排出系统。通过整个流程，催化反应所释放热量大部分都被蓄积在床层之中，用来保证流向变换系统的自热进行。沿反应器横轴向在蓄热体和催化段上均布置一定数量的热电偶以检测床层温度。
[0034]实施例1
[0035]应用本实用新型所述设计并搭建了一套小型流向变换催化燃烧装置。该装置实物图如附图1所示，自上半周期始，打开电磁阀5’，关闭电磁阀5，气体自反应器下端入口进入管内，首先经过高热容蜂窝状陶瓷蓄热体进入床层，由于电阻丝加热效应，此时催化剂已经被加热到所预想的起活温度200°C，因此经流催化剂床层的CO气流在此被催化燃烧，发生反应并释放大量的热量。气体温度得以升高，继续流经上半段蓄热体时将热量存储在该段，气体温度得以降低，之后经过上端出口并经打开的电磁阀5 ’排出系统。
[0036]当上半周期结束，电磁阀5’闭合的同时电磁阀5打开，气体流向发生改变，由反应器上端入口进入管内，流经蓄热体时，被上半个周期所蓄热量加热，在接近中部催化剂段时温度被预热至所需起活温度200°C，在催化段，CO得以催化燃烧并释放出大量的热量，此处气体温度升高，在流经下半段蓄热体时将热量存储在该段，气体温度降低，之后流经下端电磁阀5排出系统。
[0037]到达设定换向周期，流向又再次发生改变，经此过程循环往复，反应器两端蜂窝状陶瓷蓄热体便维持一端起预热进气、另一端蓄积热量的作用，并在流向发生改变后，两端蓄热体功能发生转换，如此循环往复使得系统能够自持进行。
[0038]本装置中所采用蜂窝状陶瓷蓄热体材质为莫来石，孔密度为200/in2，热容为840J/kg.°C ;催化剂以堇青石蜂窝状陶瓷蓄热体为支撑体，改性γ -Al2O3为载体，主要活性组分为贵金属Pd，并掺杂Ce、La等过渡金属元素进行修饰。气体流量为3.6m3/h，其中CO浓度为0.1 %，换向周期为1min，催化剂预热温度为200 V，经试验，系统稳定后，CO转化率能够稳定在90% (附图5)。反应器床层温度分布(附图7)、出口温度(附图6)随流向变换成周期性变化规律，并将催化剂预热至140 °C、160 °C、180 °C、200 °C，测试其效率变化(附图8 )，观察床层温度分布变化(附图9)。
【主权项】
1.一种CO进行流向变换催化燃烧的装置，其特征在于，主要包括主体反应管、管外保温层、装填在主体反应管两端的蓄热体、装填在主体反应管中部的催化剂以及加热系统;加热系统主要由催化段的加热电阻丝、热电偶组成，加热电阻丝分布在催化剂部位，多个热电偶分布在蓄热体和催化剂中；含(30的气体和空气混合后的进气管路分为两个分进气管路，两个分进气管路上分别安装一个电磁阀，一个分进气管与主体反应管的一端连通，另一个分进气管与主体反应管的另一端连通;主体反应管的每一端分别与一个分出气管连接，主体反应管两端的两个分出气管上分别安装有一个电磁阀，两个分出气管汇聚成一总出气管；主体反应管同一端的分进气管和分出气管上的两个电磁阀之间采用时间继电器连接控制。2.按照权利要求1所述的一种CO进行流向变换催化燃烧的装置，其特征在于，出气总管路上还设有CO检测器。3.按照权利要求1所述的一种CO进行流向变换催化燃烧的装置，其特征在于，主体反应管为单层不锈钢材质，全封闭状态，外层包裹保温棉以保证反应器的隔热性能。4.按照权利要求1所述的一种CO进行流向变换催化燃烧的装置，其特征在于，蓄热体为高热容蜂窝状整体式陶瓷蓄热体。5.按照权利要求4所述的一种CO进行流向变换催化燃烧的装置，其特征在于，高热容蜂窝状整体式陶瓷蓄热体所用材质为堇青石或莫来石材质。6.按照权利要求1所述的一种CO进行流向变换催化燃烧的装置，其特征在于，所用催化剂为贵金属整体式催化剂。7.按照权利要求1所述的一种CO进行流向变换催化燃烧的装置，其特征在于，主体反应管一端的分进气管上的电磁阀开和分出气管上电磁阀关，另一端的分进气管上的电磁阀关和分出气管上电磁阀开，两端不断变化，从而实现气体流向变换，通过时间继电器控制和调节电磁阀的开闭状态以达到改变气体流向的目的。
【文档编号】F23G7/07GK205606599SQ201620208178
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年3月18日
【发明人】梁文俊, 李玉泽, 李坚, 石秀娟, 何洪
【申请人】北京工业大学