一种燃气催化增能集成装置的制作方法

本实用新型属于燃气催化裂解与增能领域，具体涉及一种燃气催化增能集成装置。

背景技术：

随着社会的进步和科技的发展，能源被大量开发和利用的同时也带来了大量的有害污染物，严重威胁到生态环境和人类的健康。因此高效、节能、环保的新燃烧技术的研究与开发对资源的优化利用以及社会、经济的可持续发展显得非常重要。

近年来，催化燃烧作为一项节能环保的燃烧技术已在很多领域里得到应用，比如在燃气轮机和汽车尾气净化以及工业窑炉、工业金属焊割用气体等方面。传统的燃烧方式的燃烧温度大多超过1500℃，在这个温度下燃烧很容易产生氮氧化物，增加全球温室效应。另外，燃烧效率低，噪音高，且一些廉价燃料不能广泛应用。利用催化燃烧技术可改变燃烧方式，提高燃烧效率，降低燃烧温度，减少nox的形成，且燃烧过程中噪音低，廉价燃料也可大量应用，具有高效节能、环境友好等优点，是燃烧技术未来的发展方向。据有关资料介绍，利用催化燃烧技术可提高热效率64%，燃烧效率可达99.5%，节能效果达15%以上。

天然气的燃烧是以连锁反应进行的，燃烧过程是靠氧作为激发物，产生分子间的碰撞，在一定温度下裂解、燃烧。催化增能天然气在燃烧过程中能够加快天然气的裂解速度，碳氢化合物分解形成微小的碳粒子，一般在1130~1180℃温度下发生裂解，这些碳粒子不断的燃烧和不断的裂解形成高强度的火焰辐射热能。在这些反应中，燃料在一些自由基例如o、oh、h碰撞下发生反应，产生更多的h或者是分解成更小的碎片。甲烷的燃烧是ch4被连续地转化成ch3，ch2，ch，最初形成的各种氧化的中间产物与燃料中的碳结合，首先变为co，并且燃料中的氢基变为h2，所有的中间产物将接着进一步氧化，再一次通过自由基的作用，变为co2和h2o。由于催化剂对甲烷气体有良好的催化性能，含能催化剂本身具有较高的燃烧速度，因此对天然气的燃烧具有促进作用。

在催化燃烧的基础上，选择性的改善燃气的燃烧频率、燃烧速度可大幅度提高燃气的利用率，对于低碳燃料甲烷、一氧化碳可通过增加燃气能量、外部增碳等手段，提升天然气的发热量，通过实验测定，在天然气中添加含能催化剂，可替代乙炔进行火焰焊割，其在氧气中燃烧的温度可达到3100℃，使用功效优于乙炔气，节能率达到60%左右。常用的燃烧催化剂一般有贵金属催化剂、金属氧化物催化剂和贵金属-过渡金属氧化物催化剂。贵金属材料虽然有好的低温催化活性，但由于其受到活性组分分散度、催化剂的脱附和耐热性等因素的影响，以及昂贵的价格和我国资源的有限性，决定其难以实现产业化。目前，用于催化燃烧的主要是稀土催化材料，具有价格便宜、原料易得、耐高温性能好等优势。特别是利用分子组装技术制备稀土催化材料，使稀土及其活性组分在高温下具有较好的稳定性，是促进催化燃烧的发展方向。其中稀土基钙钛矿、六铝酸盐等稀土复合氧化物在天然气高温催化燃烧应用方面更具有良好的发展前景。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供了一种燃气催化增能集成装置。本实用新型的燃气催化增能集成装置可安装在天然气管道上，供工业窑炉或居民使用，也可供应钢结构制造厂及造船等工业用户替代乙炔进行金属火焰焊割，将稀土催化材料用于工业窑炉及工业金属火焰焊割，在国内属于首创，其节能效果明显，解决了传统的添加剂混合装置功能单一，设备构造复杂，对于不同的燃气催化/增能切换麻烦的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种燃气催化增能集成装置，其特征在于，该集成装置具有以下特征：

一种燃气催化增能集成装置，包括混气罐进口管路、混气罐、复合氧化催化反应器、稀土催化反应器和催化反应器出口管路，所述混气罐内装有液态含能催化剂，催化反应器出口管路的下端插入液态含能催化剂液面以下10~15厘米。

所述混气罐内安装有指示液态含能催化剂存量的第一液位计。

所述混气罐壁上设有加液口，加液口与自动加液系统通过管路连接。

所述自动加液系统包括储液罐和加液泵，储液罐内装有液态含能催化剂。

所述液态含能催化剂依次经过加液泵进口管路，加液泵和加液泵出口管路，进入混气罐。

所述储液罐上安装有指示液态含能催化剂存量的第二液位计和加液阀。

所述加液泵出口管路的位置高于第一液位计顶端。

所述加液阀的位置高于第二液位计顶端。

一种燃气催化增能集成装置的应用，燃气依次经过混气罐进口管路，复合氧化催化反应器，稀土催化反应器和催化反应器出口管路后，燃气与液态含能催化剂进行混合吸附，吸附后的燃气流经混气罐出口管路送至用户端。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、本实用新型采用稀土催化剂替代贵金属催化剂，降低了使用成本，稀土催化材料与液态含能催化剂配合使用，既能提高燃烧效率、节约能源，又减少氮氧化物排放，保护环境，必将成为稀土催化的一个新兴领域。

2、燃料气被复合氧化物催化剂、稀土催化剂进行裂解催化，裂解后的气体进入混气罐与液态含能催化剂发生吸附，然后输出，通往用气点，与原料燃烧气相比，其燃烧速度大幅度提升，添加有液态含能催化剂的天然气氧气浓度从21%增加到26%时，火焰燃烧速度提高一倍，同时燃烧温度得到了提高，从而实现节约燃料的目的。

3、本实用新型可安装在天然气管道上，供工业窑炉或居民使用，也可供应钢结构制造厂及造船等工业用户替代乙炔进行金属火焰焊割，将稀土催化材料用于工业窑炉及工业金属火焰焊割，在国内属于首创，其节能效果明显，提升了稀土催化材料的应用领域，解决了传统的添加剂混合装置存在的功能单一，设备构造复杂，对于不同的燃气催化/增能切换麻烦的问题。

附图说明

图1为本实用新型燃气催化增能集成装置的结构示意图。

附图标记说明：1-混气罐进口管路；2-混气罐；3-复合氧化催化反应器；4-稀土催化反应器；5-催化反应器出口管路；61-第一液位计；62-第二液位计；71-液态含能催化剂；8-混气罐出口管路；9-加液泵出口管路；10-加液泵；11-加液泵进口管路；12-储液罐；13-加液阀。

下面结合具体实施方式及附图对本实用新型做进一步描述。

具体实施方式

一种燃气催化增能集成装置，包括混气罐进口管路1、混气罐2、复合氧化催化反应器3、稀土催化反应器4和催化反应器出口管路5，所述混气罐2内装有液态含能催化剂71，催化反应器出口管路5的下端插入液态含能催化剂71液面以下10厘米。

所述混气罐2内安装有指示液态含能催化剂71存量的第一液位计61。

所述混气罐2壁上设有加液口，该加液口与自动加液系统通过管路连接。

所述自动加液系统包括储液罐12和加液泵10，储液罐12内装有液态含能催化剂71。

所述液态含能催化剂71依次经过加液泵进口管路11，加液泵10和加液泵出口管路9，进入混气罐2。

所述储液罐12上安装有指示液态含能催化剂71存量的第二液位计62和加液阀13。

所述加液泵出口管路9的位置高于第一液位计61顶端。

所述加液阀13的位置高于第二液位计62顶端。

一种燃气催化增能集成装置的应用，燃气依次经过混气罐进口管路1，复合氧化催化反应器3，稀土催化反应器4和催化反应器出口管路5后，燃气与液态含能催化剂71进行混合吸附，吸附后的燃气流经混气罐出口管路8送至用户端。

所述复合氧化催化反应器3由掺杂微量贵金属的稀土钙钛矿型催化剂组成。

所述稀土催化反应器4采用铈锆固溶体催化材料组成。

所述混气罐2中的管路设置，首先选择一段直径为20厘米，长度为30厘米的铁管，将复合氧化催化反应器3和稀土催化反应器4安装在其中；然后将该铁管的上下接口焊接变径，由20厘米的接口变为5厘米，分别焊接连接两根直径为5厘米的细铁管，上面细铁管的上端与混气罐进口管路1焊接连接，下面细铁管的下端插入液态含能催化剂71的液面之下。

储液罐12选择直径为40厘米，高度为50厘米的钢管，其上下端分别焊接上封头和下封头，加液阀13安装在上封头上，储液罐12设计压力为0.5mpa。

本实用新型集成装置的工作过程和工作原理如下：

燃气首先从混气罐进口管路1先后进入复合氧化催化反应器3和稀土催化反应器4内，与内含的复合氧化物催化剂、稀土催化剂接触后，进行裂解催化，燃气中的大团簇体分子团分解成小团簇体分子团，碳链部分被切断，亲合力降低，游离性提高，起燃点降低，采用配套的气-固异相催化反应器，可有效保证燃气的催化裂解充分进行；裂解后的气体进入混气罐2与液态含能催化剂71接触，混气罐2中的液态含能催化剂71与催化后的燃气分子发生吸附作用，使小分子团绑定含能材料，增强小分子团的燃烧热效能，然后通过混气罐出口管路8输出通往用户。

当混气罐2的液态含能催化剂71不足时，开启加液泵10，通过自动加液系统进行补充，储液罐12的液态含能催化剂71不足时，通过加液阀13补足液态含能催化剂71。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制。凡是根据本实用新型实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。