[发明专利]一种综合利用煤矿通风瓦斯的装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种煤矿通风瓦斯气综合利用技术，解决了甲烷浓度较低(＜1.0％)、气体流量大而且浓度和流量存在较大波动的通风瓦斯气的转化利用问题，可应用于瓦斯气的处理，实现温室气体减排和能量回收。

背景技术

煤层气的巨大储量以及其中的甲烷高的燃烧焓，使其具有潜在的能量回收利用价值。另外，随着《京都议定书》的正式生效，CO₂减排额已成为投资界的热门商品。而甲烷的温室效应是CO₂的21倍，因此，煤层气综合利用会产生直接的经济效益，同时还会产生间接的环境效益。目前，煤层气综合利用已引起国内外广泛关注。

现已开发出多种高浓瓦斯气转化利用技术，如煤层气发电、管道输送转化等。在我国煤层气发电总装机容量达9万kW。而占煤层甲烷总量70％以上的通风瓦斯气，由于甲烷浓度低(＜1.0％)、难收集、气量大(40-500m³/s)，而且气体的流速和流量不稳定，因此，通风瓦斯气的综合利用具有很大的挑战性。

通风瓦斯气的利用主要通过两种方式来实现，即作为基本燃料和作为辅助燃料转化。作为辅助燃料，用于替代燃烧空气供入粉煤燃烧炉、回转窑炉中，该方式是通风瓦斯气利用的较好途径之一，但必须在煤矿通风口附近有大型锅炉，同时还受地域限制。而作为基本燃料的通风瓦斯转化方式，目前主要包括提浓和低浓度直接转化。前者存在较大的技术经济问题，而且处理量有限。因此，主要应用途径为低浓甲烷直接转化。低浓直接转化根据甲烷转化的动力学机理又可以分为直接燃烧(＞1000℃)和催化燃烧(400-600℃)，这两种转化方式都是基于蓄热燃烧原理。

瑞典Megtec公司(US005997277和US6302188)开发出了用于脱除挥发性有机物的蓄热式燃烧转化器，对蓄热材料的材质、截面结构进行了改进。但是，采用热氧化的方式不可避免地对反应器的材质有比较苛刻的要求，另外系统的启动较慢。因为对于热力学性质稳定的甲烷，当其浓度在3000～5000ppm时，非催化直接燃烧的启燃温度为1300～1400℃左右。另外，基于蓄热催化燃烧原理，US2003/0070549在蓄热燃烧反应器前增加了吸脱附装置，首先将可燃气体浓缩，然后发生催化燃烧反应，系统工艺比较复杂。另外，专利报道的蓄热催化燃烧过程应用的燃烧催化剂为颗粒催化剂，对于气体流量较大的通风瓦斯处理体系势必会增加阻力降。同时采用的在反应器外壁缠绕电加热带的启动方式(中国专利ZL20040120402)难以满足工业应用；另外，没有考虑热量的回收利用，因此，对系统内的温度难以控制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种综合利用通风瓦斯气的装置，以实现温室气体减排和能量回收利用。

为实现上述目的，本发明提供的综合利用煤矿通风瓦斯的装置，为两个结构相同的反应器出口端通过一取热装置连接成U型反应器；

该反应器入口端部分填充有蜂窝蓄热体；

该反应器出口端部分为催化剂床层；

在蓄热体出与催化剂床层之间布置有电加热器；

原料气入口处设有阀组控制气体在反应器内部流向的变换；

原料气进入反应器，在催化剂床层上与催化剂发生催化燃烧，通过阀组进行周期性切换反应气体的流向实现反应器内“马鞍型”床层温度分布，燃烧尾气由取热装置引出。

所述的装置，其中，反应器截面为方形或圆形结构，反应器入口端和出口端为锥形。

所述的装置，其中，采用的催化剂为颗粒或整体催化剂。

所述的装置，其中，催化剂为贵金属或金属氧化物催化剂。

所述的装置，其中，蓄热体为高热容的颗粒或整体蜂窝陶瓷蓄热体。

所述的装置，其中，电加热器是由若干组翅片管组成。

所述的装置，其中，取热装置为蛇管换热器或板翅电加热器。

所述的装置，其中，控制气体流向的阀组为气动阀或电磁阀。

所述的装置，其中，反应器入口端和出口端设有长方体或圆柱体形栅板或筛板作为气体分布板。

所述的装置，其中，由若干组U型反应器组合。

本发明具有的优点：

一、采用的整体蜂窝蓄热体和催化剂具有较高的抗阻塞性能，高的强度和低的阻力降，特别适用于气体流量大、甲烷浓度低，同时流量和浓度存在波动的通风瓦斯综合治理体系；该体系具有较强的自维持能力。