一种促进甲烷催化氧化的装置制造方法
【专利摘要】本实用新型为一种促进甲烷催化氧化的装置，包括在密闭管道上依次串联设置的气体探测器、活化催化装置及尾气分析仪；所述气体探测器包括在密闭管路上先后设置的温度感应器和浓度感应器，温度感应器和浓度感应器分别与信息处理器相连，信息处理器与第一LED显示器相连；所述的活化催化装置包括在密闭管路上先后设置数字质量流量计和催化反应单元，以及第二LED显示器；所述的尾气分析仪包括依次串联的浓度感应器、信息处理器和第三LED显示器。本实用新型相比较于之前技术，将活化和催化装置合二为一，装置的体积减小50%，携带方便，制作成本降低30%，且适用范围广。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种促进甲烷催化氧化的装置，针对不同来源的含低浓度甲烷的 污染气体如CNG汽车尾气、煤矿乏气、工业有机废气、天然气窑废气等进行活化催化处理。 一种促进甲烷催化氧化的装置
【背景技术】
[0002] 甲烧属于最为稳定的HC化合物，表现在甲烧的自身氧化反应比一般HC化合物的 氧化反应难度大，它对大气的加热潜力比二氧化碳高25倍之多，是一种温室气体。生活中 很多甲烷因浓度极低难以利用而排放到大气中，对大气环境造成了严重的污染，其中低浓 度甲烷气体的主要来源为CNG汽车尾气、煤矿乏风、工业有机废气、天然气窑废气等。CNG汽 车因其经济节能性和环境亲和性而迅速发展，尾气中的甲烷具有高稳定性，活化和转化困 难，所以压缩天然气汽车尾气净化比汽油车尾气净化困难得多。我国每年由煤矿乏风排入 大气的甲烷约占我国煤矿瓦斯甲烷总量的81%，1年的排放量在150亿立方米以上，产生的 温室气体效应约为2亿吨二氧化碳的量，对环境造成了巨大的危害。此外，工业有机废气和 天然气窑废气中含有大量的甲烷等有害气体，造成巨大的温室效应，因此降低甲烷气体对 大气环境的危害迫在眉睫。
[0003] 目前存在的甲烷催化装置多是针对单一天然气排放污染源的，不能广泛适用于其 他领域的含低浓度甲烷废气处理，因此需要制备一种新型高效甲烷活化催化装置，使各种 含低浓度甲烷的污染气体都能得到有效的净化。
[0004] 专利200810237636. 2公布了一种煤矿乏风甲烷氧化装置的瓦斯添加系统及安全 保护机构，抽采瓦斯与煤矿乏风混合后再由风机吸入氧化装置，而且采用机械控制和电气 控制双重并行的方式，并且设置了水封阻火器和金属波纹带阻火器两种阻火方式，使加入 的抽采瓦斯数量及甲烷浓度保持在氧化装置规定的标准范围内，既保证了系统和煤矿的安 全，又方便节能。但该装置的作用只是控制甲烷浓度，并不能提高甲烷的催化效率。专利 03262648. 7介绍了用于处理煤矿通风乏气的燃烧反应装置，采用热的燃烧烟气预热新进的 通风乏气及用催化剂降低燃烧反应的活化能，变反向间歇流动为单向连续稳定流动，提高 了系统的稳定性、安全性和可操作性。但是该装置只是适用于甲烷浓度在〇. 15-1.0%之间 的煤矿通风乏气，不能广泛适用于含低浓度甲烷的气体。专利US2009206276提供的是一种 使燃烧前的甲烷气体实现大幅度活化，提高燃烧时的热效率的远红外发生体，该装置只是 应用于甲烷的燃烧放热方面，没有应用在低浓度甲烷气体的处理方面，并且所用的活性物 质为电气石粉，碳粉和铁粉的混合物。
[0005] 本实用新型采用增大吸附面积-活化-催化联合处理，将复合催化材料负载在堇 青石载体上置于活化催化装置中，利用堇青石的多孔性能增大低浓度甲烷气体的吸附面 积，然后利用电气石的红外辐射作用将甲烷气体分子进行活化，降低甲烷的活化能，再将解 吸气催化氧化，从而降低起燃温度，促进甲烷气体的催化氧化，缩短转化时间，更有利于节 能。本装置适用于CNG汽车尾气、煤矿乏气、工业有机废气、天然气窑废气中的低浓度甲烷 的净化，减少甲烷气体对大气环境的污染。 实用新型内容
[0006] 本实用新型对传统催化氧化装置进行改进，其创新性在于活化与催化功能的整 合，克服了以往催化装置催化效率低的缺点；同时，该活化催化装置采用程序控制升温，通 过调节升温速率和气体流量，来处理不同污染源的含低浓度甲烷气体，以达到最佳催化效 果，操作方便快捷，适用范围广，克服了以往催化装置只能处理单一污染源气体的缺陷。活 化催化装置中的催化氧化单元集增大吸附面积、活化、催化三种功能于一体，既含有大比表 面的堇青石载体，增大气体的吸附面积，促进气体与催化剂充分反应；又含有电气石/钙钛 矿复合活化催化材料，对甲烷气体同时进行活化和催化，进而降低甲烷的起燃温度并且提 高转化率。前端是气体探测仪，后接尾气分析仪。
[0007] 本实用新型的技术方案为：
[0008] -种促进甲烷催化氧化的装置，包括在密闭管道上依次串联设置的气体探测器、 活化催化装置及尾气分析仪；
[0009] 所述气体探测器包括在密闭管路上先后设置的温度感应器和浓度感应器，温度感 应器和浓度感应器分别与信息处理器相连，信息处理器与第一 LED显示器相连；
[0010] 所述的活化催化装置包括在密闭管路上先后设置数字质量流量计和催化反应单 元，以及第二LED显示器，数字质量流量计和催化反应单元分别与第二LED显示器相连；催 化反应单元内载有活化催化剂；催化反应单元采用程序控制升温，通过加热电偶对通过活 化催化剂的气体进行加热，设置温度、实际温度以及气体流速均显示在第二LED显示器上， 经活化催化后的气体通入尾气分析仪；
[0011] 所述的尾气分析仪包括依次串联的浓度感应器、信息处理器和第三LED显示器， 其中，浓度感应器设置在密闭管道上。
[0012] 所述的尾气分析仪采用型号为HCX-9-CH4的甲烷分析仪；进气管道与出气管道均 选用不锈钢管。
[0013] 所述的活化催化剂为负载在堇青石载体上的复合催化材料，该复合催化材料为采 用溶胶凝胶法制备的电气石/LaC〇03复合催化剂，其中电气石的质量百分比为2% -10%， 堇青石载体上复合催化材料的负载量10%。
[0014] 本实用新型的优点：
[0015] (1)本实用新型将催化和活化的功能进行整合，组成新的集活化-催化-增大吸附 面积于一体的活化催化装置，利用电气石的红外辐射作用来降低甲烷的活化能，同时电气 石的自发电场能影响催化剂的形貌，减少团聚，增大比表面积，使得活化和催化的协同作用 大于单一的活化与催化的叠加作用，再加上堇青石的多孔结构来增大吸附面积，实现了甲 烷在更低温度下的催化转化，甲烷起燃温度降低，催化效率提高；
[0016] (2)本实用新型相比较于之前本课题组实用新型的一种含电气石的甲烷活化催化 氧化装置（专利CN201310278633. 4)，将活化和催化装置合二为一，装置的体积减小50%， 携带方便，制作成本降低30% ;
[0017] (3)本实用新型操作简便，适用范围广，可以普遍适用于CNG汽车尾气、煤矿乏风、 工业有机废气、天然气窑废气等气体中的低浓度甲烷的活化催化，克服了以往装置只能应 用于单一移动污染源的问题。
【专利附图】
【附图说明】：
[0018] 图1为本实用新型装置的结构示意图
[0019] 图2为按图1所示的气体探测器结构示意图
[0020] 图3为按图1所示的活化催化装置结构示意图
[0021] 图4为按图1所示的尾气分析仪结构示意图
[0022] 图5为本实用新型中实施例一中甲烷活性曲线对比图
[0023] 图6为本实用新型中实施例二中甲烷活性曲线对比图
[0024] 图7为本实用新型中实施例三中甲烷活性曲线对比图
[0025] 图8为本实用新型中实施例四中甲烷活性曲线对比图
[0026] 图9为本实用新型中实施例五中不同装置的甲烷活性曲线对比图
[0027] 其中，1-密闭管道，2-温度感应器，3-浓度感应器，4-信息处理器，5-LED显示器， 6_数字质量流量计,7-流量控制钮,8-催化反应单元,9-加热电阻，10-堇青石载体的活化 催化剂，11-温度控制钮，12-LED显示器，13-浓度感应器，14-信息处理器，15-LED显示器。
【具体实施方式】：
[0028] 如图1-图4所示，一种促进甲烷催化氧化的装置，包括在密闭管道1上依次串联 设置的气体探测器，活化催化装置及尾气分析仪；
[0029] 所述气体探测器包括在密闭管路1上先后设置的温度感应器2和浓度感应器3,温 度感应器2和浓度感应器3分别与信息处理器4相连，信息处理器4与LED显示器5相连。 温度感应器2和浓度感应器3将感应到的信号传输到信息处理器4,经分析处理后结果显示 在LED显示器5上；
[0030] 气体探测器采用加拿大优胜公司生产的TDL-500便携式激光甲烷分析仪；
[0031] 所述的活化催化装置包括在密闭管路1上先后设置数字质量流量计6和圆柱形不 锈钢材质的催化反应单元8,该数字质量流量计6选用上海矽翔微机电系统有限公司生产 的MF4003型数字质量流量计；催化反应单元8内载有活化催化剂10 ;所述的活化催化剂10 公知材料，具体为装有负载在堇青石载体上的复合催化材料，该复合催化材料为采用溶胶 凝胶法制备的电气石/LaC 〇03复合催化剂，其中电气石的质量百分比为2% -10%，复合催 化材料的具体实验步骤及制备方法见专利CN201210225535. X，复合催化材料负载在堇青石 载体上的方法见专利CN102407136A。堇青石蜂窝陶瓷载体的孔密度为200cpsi，催化剂用 量因通入气体的种类而定，催化剂用量见表1。催化反应单元8采用程序控制升温，通过温 度控制钮11设置升温参数，通过加热电偶9对通过活化催化剂10的气体进行加热，数字质 量流量计6与加热电偶9均与LED显示器12连接，设置温度、实际温度以及气体流速均显 示在LED显示器12上，经活化催化后的气体通入尾气分析仪；
[0032] 尾气分析仪包括依次串联的浓度感应器13、信息处理器14和LED显示器15,其 中，浓度感应器13设置在密闭管道1上。尾气分析仪量程为0-100% V0L，气体通过浓度感 应器13,信号经信息处理器14处理并将结果显示在LED显示屏15上，处理后的气体排放到 空气中。
[0033] 尾气分析仪采用型号为HCX-9-CH4的甲烷分析仪，使用EASY3000型分析软件；进 气管道与出气管道均选用不同规格的不锈钢管。
[0034] 表1为装置处理不同气体对应的流量与催化剂用量：
[0035] 表1不同气体对应的流量与催化剂用量参数
[0036]
【权利要求】
1. 一种促进甲烷催化氧化的装置，其特征为包括在密闭管道上依次串联设置的气体探 测器、活化催化装置及尾气分析仪； 所述气体探测器包括在密闭管路上先后设置的温度感应器和浓度感应器，温度感应器 和浓度感应器分别与信息处理器相连，信息处理器与第一 LED显示器相连； 所述的活化催化装置包括在密闭管路上先后设置数字质量流量计和催化反应单元，以 及第二LED显示器，数字质量流量计和催化反应单元分别与第二LED显示器相连；催化反应 单元内载有活化催化剂；催化反应单元采用程序控制升温，通过加热电偶对通过活化催化 剂的气体进行加热，设置温度、实际温度以及气体流速均显示在第二LED显示器上，经活化 催化后的气体通入尾气分析仪； 所述的尾气分析仪包括依次串联的浓度感应器、信息处理器和第三LED显示器，其中， 浓度感应器设置在密闭管道上。
2. 如权利要求1所述的促进甲烷催化氧化的装置，其特征为所述的尾气分析仪采用型 号为HCX-9-CH4的甲烷分析仪；进气管道与出气管道均选用不锈钢管。
【文档编号】B01D53/72GK203874668SQ201420265748
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年5月23日 优先权日:2014年5月23日
【发明者】薛刚, 王赛飞, 梁金生, 苑砚坤, 孟军平 申请人:河北工业大学