一种乏风瓦斯逆流催化氧化装置的氧化床的制作方法

本发明涉及甲烷消除技术领域，特别是涉及一种乏风瓦斯逆流催化氧化装置的氧化床。

背景技术：

“乏风”又称“煤矿风排瓦斯”，指甲烷浓度低于0.75％的煤矿瓦斯。据有关部门统计，中国每年由乏风排入大气的甲烷相当于西气东输1年的输气量，产生的温室气体效应约为2亿吨二氧化碳当量。煤矿乏风瓦斯的大量直接排放不仅造成了有限的不可再生资源的巨大浪费，也加剧了大气污染和温室效应，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。煤矿乏风排放量巨大，乏风瓦斯浓度很低，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和催化逆流氧化技术，热逆流氧化技术存在装置运行温度高、阻力损失大、自控程度要求高、操作技术要求高问题，催化逆流氧化技术由于采用催化剂氧化甲烷，其具有装置运行温度低、占地相对较小等优点，具有良好发展前景。现有的乏风瓦斯逆流催化氧化装置的氧化床，存在起燃温度高、氧化效率低、流动阻力大、运行稳定性差等问题，有待进一步完善。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种可防止催化剂床层过热，抗甲烷浓度波动性强、起燃温度低、取热效率和稳定运行好的乏风瓦斯逆流催化氧化装置的氧化床，以解决上述现有技术存在的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种乏风瓦斯逆流催化氧化装置的氧化床，包括两层蓄热体床层和设置在所述蓄热体床层之间的催化氧化床和高温相变取热床，所述高温相变取热床包括高温相变取热床层，所述催化氧化床包括位于所述高温相变取热床层两侧的催化氧化床层，所述高温相变取热床层包括多个换热器，所述换热器呈矩形阵列排列，各所述换热器包括套管、芯管、高温相变材料和换热介质，所述芯管设置在所述套管内，所述换热介质填充在所述芯管内，所述高温相变材料填充在所述套管和所述芯管之间，所述高温相变材料的相变温度为450～600℃。

优选的，所述蓄热体床层为蜂窝陶瓷蓄热体床层。

优选的，所述催化氧化床层内填充的催化剂包括蜂窝形堇青石载体和活性组分，所述活性组分为Pd或Pt。

优选的，所述蜂窝陶瓷蓄热体床层的陶瓷材料的孔密度为200目，比表面积为500-600m²/m³。

优选的，所述蜂窝形堇青石载体的孔密度为300目，壁厚小于0.2mm，抗热冲击温度大于500℃。

优选的，所述催化氧化床层设置有4个，所述高温相变取热床层设置有3个，相邻的两个所述催化氧化床层之间均设置有一个所述高温相变取热床层。

优选的，按照重量计，所述高温相变材料包括32.5-62.8份的氟化钠、35.8-67.5份的氟化钾、15.2-39.7份的氟化锂和18.9-68.7份的氟化镁中的两种以上。

优选的，所述蓄热体床层与所述催化氧化床层之间留有间隙。

优选的，所述套管和所述芯管均为316L不锈钢管，所述套管和所述芯管的管壁厚度为3～5mm，所述套管的直径为30～50mm，所述芯管的直径为10mm～30mm。

优选的，所述换热介质为水或高温水蒸气。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明的乏风瓦斯逆流催化氧化装置的氧化床设置有高温相变取热床，采用套管将高温相变材料封装于套管中，芯管通入取热介质来换取套管的热量。当氧化床内温度较高时，高温固体相变材料发生相变，吸收催化氧化床层的热量，取热效率高，可有效调节催化氧化床层的温度，防止催化氧化床层由于甲烷浓度造成的飞温，防止活性组分过热失活，保证催化氧化床层活性组分的活性及其正常使用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明乏风瓦斯逆流催化氧化装置的氧化床的结构示意图；

图2为本发明换热器的轴向剖面结构示意图；

图中：1-蓄热体床层、2-催化氧化床层、3-高温相变取热床层、4-套管、5-芯管、6-高温相变材料。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种可防止催化剂床层过热，抗甲烷浓度波动性强、起燃温度低、取热效率和稳定运行好的乏风瓦斯逆流催化氧化装置的氧化床，以解决上述现有技术存在的问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

本实施例提供一种乏风瓦斯逆流催化氧化装置的氧化床，如图1所示，包括两层蓄热体床层1和设置在蓄热体床层1之间的催化氧化床和高温相变取热床，高温相变取热床包括高温相变取热床层3，催化氧化床包括位于高温相变取热床层两侧的催化氧化床层2，高温相变取热床层3包括多个换热器，换热器呈矩形阵列排列，如图2所示，各换热器包括套管4、芯管5、高温相变材料6和换热介质，芯管5设置在套管4内，换热介质填充在芯管5内，高温相变材料6填充在套管4和芯管5之间，高温相变材料的相变温度为450～600℃。

本实施例的乏风瓦斯逆流催化氧化装置的氧化床，将气体加热至催化剂的活性温度，气体从上端的蓄热体床层1进入催化氧化床层2，气体中的甲烷被催化燃烧，在催化氧化床层2发生反应而释放出大量的热，气体温度升高，加热蓄热体床层1，蓄热体床层1将存储热量并使气体温度降低，当气体流出下端蓄热体床层1后，即完成上半周期气体氧化；然后变换气体流向，气体从下端的蓄热体床层1进入催化氧化床层2，经过上半周期气体氧化，蓄热体床层1已存储了热量，不用再次加热气体，即可达到催化剂的活性温度，使气体中的甲烷被催化燃烧，在催化氧化床层2发生反应而释放出大量的热。气体温度升高，加热蓄热体床层1，蓄热体床层1存储热量并使气体温度降低，当气体流出上端蓄热体床层1后，此时即完成一个周期气体氧化。如此往复循环，在完成半个周期的气体氧化后，即改变气体流向，蓄热体床层1的热量被取走后，经过换向又得以蓄热，蓄热后气体通过时又释放热量，如此往复使得系统能够自持进行。本实施例的乏风瓦斯逆流催化氧化装置的氧化床设置有高温相变取热床，采将高温相变材料6封装于套管4与芯管5之间，芯管5通入取热介质来换取套管4的热量。当氧化床内温度较高时，高温固体相变材料6发生相变，吸收催化氧化床层2的热量，取热效率高，在氧化反应过程中储存热量，并在氧化床内温度较高时将热能导出，能够在使催化氧化床层2的温度保持在催化剂活性温度范围内，避免催化氧化床层发生剧烈变化，可有效调节催化氧化床层2的温度，防止催化氧化床层2由于甲烷浓度造成的飞温，防止活性组分过热失活，保证催化氧化床层2活性组分的活性及其正常使用。

实施例二

本实施例提供一种乏风瓦斯逆流催化氧化装置的氧化床，在实施例一的基础上，本实施例的蓄热体床层1为蜂窝陶瓷蓄热体床层，具有压降低，放大效应小和容易填装的优点。

催化氧化床层2内填充的催化剂包括蜂窝形堇青石载体和活性组分，活性组分为Pd或Pt。甲烷完全催化氧化的转化温度低于500℃，反应所需空速介于10000～20000/h^-1之间。

蜂窝陶瓷蓄热体床层的陶瓷材料的孔密度为200目，比表面积为500-600m²/m³。

蜂窝形堇青石载体的孔密度为300目，壁厚小于0.2mm，抗热冲击温度大于500℃。

催化氧化床层2设置有4个，高温相变取热床层3设置有3个，相邻的两个催化氧化床层2之间均设置有一个高温相变取热床层3。

按照重量计，高温相变材料6包括32.5-62.8份的氟化钠、35.8-67.5份的氟化钾、15.2-39.7份的氟化锂和18.9-68.7份的氟化镁中的两种以上。

蓄热体床层1与催化氧化床层2之间留有间隙，气体从蓄热体床层1通入后可在间隙内再次混合，使其内部气体均匀分布，实现完全氧化反应，进一步降低排出气体的甲烷含量。

套管4和芯管5均为316L不锈钢管，套管4和芯管5的管壁厚度为3～5mm，套管4的直径为30～50mm，芯管5的直径为10mm～30mm。

换热介质为水或高温水蒸气，芯管5内通入水或水蒸气来换取套管4的热量。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。