一种风排瓦斯催化氧化的设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及风排瓦斯处理技术领域，尤其涉及一种风排瓦斯催化氧化的设备。
【背景技术】
[0002]煤炭开采过程中，需要通过通风系统不间断地向井下注入大量的新鲜空气以降低矿井中的瓦斯浓度；混有瓦斯的空气经由通风系统排到地面上，形成风排瓦斯。尽管风排瓦斯中的甲烷浓度低于0.75%，通常在0.3%左右，但风量通常在15000m3/min，同时风排瓦斯的甲烷浓度低，无法用常规方法点燃，长期以来风排瓦斯一直没有得到利用，而直接排放到大气。数据表明，每年全国煤矿风排瓦斯排放的甲烷约200亿立方米。
[0003]近二十年来国外应用蓄热式氧化方法，通过将甲烷氧化后释放的热量蓄积在流向变换反应器中来维持氧化所需的温度，使甲烷能持续氧化以减少甲烷的排放，同时氧化后热量也可以供热或进行蒸汽发电。
[0004]热氧化方法的反应器温度需要维持在1000°C以上，才能氧化瓦斯，但是与热氧化方法不同，在催化氧化的流向变换反应器中设置催化剂床层，可使瓦斯可在较低温度下(如400°C)持续氧化。由于反应器温度低，催化氧化方法维持瓦斯持续氧化所要消耗的瓦斯少，氧化过程散失的热量少，故热效率更高。上世纪70年代，国外将该反应器用于乙醇脱氢、S02氧化、乙烯氧化等化工工艺中。该反应器最显著的特点是，可以周期性切换进口和出口。切换进出口的目的是可以将氧化过程产生的热量尽可能地蓄积在反应器中。
[0005]因此，优良的反应器是消耗较少的物料(燃料)就能使反应器达到氧化温度，同时氧化后的热量能最大程度被利用，而不是经反应器的出口和壁面散失掉。这既与反应器结构有关，又与反应器的控制有关。反应器内处理的物料不同，其结构和控制方案也不同。
[0006]图1是加拿大Hayes教授开发的用于氧化风排瓦斯的反应器结构示意图。由于反应器直径较小，管道直径较小，管线上采用三通阀切换反应器的流动方向。其结构特点是，催化剂床层分开布置在两个独立的反应器中，从连接两反应器的管线中抽取氧化后的高温烟气，以控制反应器的温度。缺点是从两催化剂床层中间抽出的高温烟气，仅利用了一个催化剂床层，风排瓦斯中的部分甲烷没来得及氧化而直接排出反应器，使甲烷摧毁效率降低，同时，这部分甲烷没有得到氧化，释放的热量减少。
[0007]申请号为200910082886的中国专利在两个催化剂床层间设置一个换热器，将两床层间的高温烟气冷却，从而撤出多余的热量。该专利申请基于一套处理量为1000m3/h的中试装置。该专利的反应器的缺点是在风排瓦斯浓度较低时，烟气的温度较低，经换热器冷却后，温度进一步降低，可能会由于温度过低，影响催化剂活性，降低甲烷摧毁效率。该设备和方法中，能维持反应器自热的甲烷最低浓度为0.3%，表明该设备和方法需要自身消耗更多的瓦斯，才能维持氧化方法的持续进行。
[0008]上述两种技术方案中，存在着甲烷摧毁效率不高与维持反应器自热所消耗的瓦斯多两个问题。甲烷摧毁效率不高则会向大气排放甲烷，污染环境，同时甲烷氧化的热量变少，即可用于发电、供热等的热量减少，可用热量减少将影响到风排瓦斯利用的经济效益；反应器维持自热所消耗的甲烷多，则用于发电、供热等的热量减少，经济效益变差；同时催化氧化技术的应用范围缩小，即仅能氧化浓度较高的风排瓦斯，而不能处理(利用)浓度更低的风排瓦斯。
【实用新型内容】
[0009]本实用新型解决的技术问题在于提供一种风排瓦斯高效催化氧化的设备，本申请提供的设备能够减少瓦斯的消耗，提高甲烷的摧毁效率，最大限度的利用瓦斯氧化的热量。
[0010]有鉴于此，本申请提供了一种风排瓦斯催化氧化的设备，由主风机、流向切换装置、流向变换反应器、催化剂预热装置与高温烟气抽出装置组成；
[0011]所述流向切换装置包括:第一通风蝶阀、第二通风蝶阀、第三通风蝶阀和第四通风蝶阀；
[0012]所述催化剂预热装置包括:预热风机、电加热器和第五通风蝶阀；
[0013]所述流向变换反应器由依次设置的第一封头、第一气体分布器、第一蓄热陶瓷床层、催化剂床层、第二蓄热陶瓷床层、第二气体分布器和第二封头组成；
[0014]所述高温烟气抽出装置包括:第一调节阀、第二调节阀、第一抽气装置和第二抽气装置；
[0015]所述预热风机的出口与所述电加热器的入口相连，所述电加热器的出口与所述第五通风蝶阀的入口相连，所述第五通风蝶阀的出口与所述流向变换反应器的入口相连；
[0016]所述主风机的出口与所述第二通风蝶阀的入口相连，所述第二通风蝶阀的出口与所述第一封头的入口相连，所述第二封头的出口与所述第三通风蝶阀的入口相连，所述第三通风蝶阀的出口与排空管道的入口相连；
[0017]所述主风机的出口与所述第一通风蝶阀的入口相连，所述第一通风蝶阀的出口与所述第二封头的入口相连，所述第一封头的出口与所述第四通风蝶阀的入口相连，所述第四通风蝶阀的出口与排空管道的入口相连；
[0018]所述第一蓄热陶瓷床层与所述催化剂床层之间还依次设置有预热分布器与第一抽气装置，所述第一抽气装置的出口与所述第一调节阀的入口相连，所述第一调节阀的出口与烟气管道的入口相连；
[0019]所述第二蓄热陶瓷床层与所述催化剂床层之间还设置有第二抽气装置，所述第二抽气装置的出口与所述第二调节阀的入口相连，所述第二调节阀的出口与所述烟气管道的入口相连。
[0020]优选的，所述第五通风蝶阀的入口与所述流向变换反应器中设置的预热分布器与第一蓄热陶瓷床层之间的入口相连。
[0021]优选的，所述流向变换反应器的内衬设置有隔热纤维。
[0022]优选的，所述预热分布器为总管-开孔的支管结构或总管-支管-筛孔的结构。
[0023]优选的，所述第一抽气装置为总管-开孔的支管结构、总管-支管-筛孔的结构或导流板结构；所述第二抽气装置为总管-开孔的支管结构、总管-支管-筛孔的结构或导流板结构。
[0024]优选的，所述第一封头与第二封头的形状为球形、蝶形、椭圆或锥形；所述第一气体分布器与第二气体分布器为管状、筛板或上述两种结构的组合。
[0025]本申请提供了一种风排瓦斯催化氧化的设备，其由于设置有合理的预热结构，催化剂床层可以快速、均匀地预热到设定的温度，既缩短了预热的时间，又节省大量能量；通过合理布置反应器的催化剂床层，设置气体分布器，使风排瓦斯中的甲烷能够在反应器内充分氧化，甲烷摧毁效率提高，同时使反应器能充分氧化风排瓦斯中的甲烷，通过有效蓄积氧化释放的热量，可以在甲烷浓度低至0.15v%时维持自热运行；同时，设置合适的蓄热陶瓷床层和反应器壁面隔热材料厚度，使反应器消耗较少的甲烷，提供更多的可用热量。
【附图说明】
[0026]图1为加拿大Hayes教授开发的用于氧化风排瓦斯的反应器的结构示意图；
[0027]图2为本实用新型风排瓦斯催化氧化的设备示意图。
【具体实施方式】
[0028]为了进一步理解本实用新型，下面结合实施例对本实用新型优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本实用新型的特征和优点，而不是对本实用新型权利要求的限制。
[0029]本实用新型实施例公开了一种风排瓦斯