[实用新型]煤矿乏风预热催化氧化器

说明书

技术领域

本实用新型提供一种煤矿乏风预热催化氧化器，属于超低浓度甲烷氧化技术领域。

背景技术

煤矿瓦斯的主要成分为甲烷，是一种可以利用的气体能源。但为了提高煤矿生产的安全性，通常采用大量通风将瓦斯稀释后直接将其排放到大气之中。这种煤矿乏风瓦斯的直接排放一方面造成了有限的不可再生资源的巨大浪费，另一方面也加剧了大气污染和温室效应：以100年计的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。目前，我国煤矿每年向大气排放的甲烷量高达200亿Nm³，其中，乏风瓦斯占150多亿Nm³。煤矿乏风排放量巨大，乏风瓦斯浓度很低(一般在0.1～0.75％之间波动)，这两个因素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(Thermal Flow Reversal Reactor，简称TFRR)和催化逆流氧化技术(Catalytic Flow Reversal，简称CFRR)。这两种逆流氧化技术的基本工作原理和构造大体相同，主要区别是CFRR使用了氧化催化剂，降低了瓦斯氧化所需要的温度。瑞典的MEGTEC公司、我国的山东理工大学、胜利油田胜利动力机械集团有限公司、淄博淄柴新能源有限公司采用TFRR技术处理煤矿乏风中的甲烷，回收其能量。TFRR采用气体和热交换介质固体床之间的再生热交换原理，首先用加热器将热交换介质固体床(蜂窝陶瓷)加热到1000℃左右，煤矿乏风以一个方向流入和通过氧化床，气体被蓄热陶瓷加热，温度不断提高，直至甲烷氧化。然后，氧化的热气体继续向氧化床的另一边移动，把热量传递给蓄热陶瓷而逐渐降热。随着气体的不断进入，氧化床入口一侧温度逐渐降低，出口侧温度逐渐升高。在入口侧没有足够的热量将气体加热到氧化温度以前，开始换向，气体流动发生反转。该技术的关键是要将送入氧化床中的气体不断变换运动方向，使进气在氧化床中吸热升温，以保证氧化过程的自维持。目前，采用TFRR技术处理煤矿乏风瓦斯已经在国内外成功的进行了商业应用，而CFRR技术尚未有在煤矿现场处理乏风瓦斯示范运行的报道。但是从实际应用的角度考虑，采用TFRR技术处理煤矿乏风瓦斯存在着以下问题：(1)TFRR占地相对较大，例如用MEGTEC公司的TFRR单元要处理150m³/s的气体，其装置占地面积约为(63×14.62×4.49)m；(2)TFRR的氧化床由大量的蜂窝陶瓷构成，蜂窝陶瓷在长期使用后会发生开裂、破碎和堵塞等问题，一般来说每年要更换一次蜂窝陶瓷，维护成本太高；(3)TFRR的阻力损失很大，一般在8000KPa以上，风机的能耗很高；(4)TFRR的氧化床内的气流需要不断变换方向，以保证高温区域维持在氧化床的中部，自动控制程度要求较高，操作技术要求很高。这些主要问题加大了TFRR技术推广应用的难度。

实用新型内容

本实用新型目的就是要提供一种能克服上述技术存在的缺陷、结构紧凑、功耗低、运行简单、可靠性高的煤矿乏风预热催化氧化器。其技术方案为：

一种煤矿乏风预热催化氧化器，包括乏风送风系统、预热器、反应室、热风连接管、扩口管、取热系统和测量与控制系统，其特征在于：

乏风送风系统包括第一乏风输送管路、第二乏风输送管路、第一风机、第一调节阀、空气管路和第二风机，其中第二乏风输送管路的一端与矿井乏风出口连通，另一端经第一风机连通第一乏风输送管路，第二风机的出口通过空气管路、第一调节阀与第一乏风输送管路相连通；

预热器采用间壁式气-气换热器，预热器与预热器壳体之间有第一保温隔热层，其中预热器乏风出口依次通过热风连接管、扩口管与反应室的入口联通，预热器废气入口通过过渡管与反应室的出口联通，预热器废气出口通过废气出口管与外界大气相连通，热风连接管、扩口管均设有第四保温隔热层，过渡管内壁设有第二保温隔热层；

反应室由设有第三保温隔热层的氧化床壳体围成，反应室内沿着气体流动方向依次布置着电加热启动装置、均温均流床层和催化氧化床层，其中均温均流床层由大孔隙率的蜂窝陶瓷蓄热体堆积构成，蜂窝陶瓷蓄热体上有若干圆形、方形或多边形的孔隙，催化氧化床层内充填催化剂，催化剂是以小孔隙率的堇青石蜂窝陶瓷为载体，三氧化二铝为第二载体，Pt、Pd为主要活性成分，用高分散率均匀分布的方法制备而成，催化氧化床层靠近反应室出口端设有固定网；

取热系统包括设有第二保温隔热层的抽气管和第二调节阀，第二调节阀设置在抽气管上，抽气管的进气端与反应室连通；