[发明专利]一种催化氧化换热器及其工作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种催化氧化换热器及用其实现低品位燃气热量回收及低能耗处理的工作方法。

背景技术

低品位燃气是指工业生产中产生的难以利用的含有低浓度可燃气(CH4、CO、H2)的气体。比如超低浓度煤层气，矿井乏风等劣质化石气体燃料，或其他低浓度燃料型废气。通常条件下，这部分气体，不能被点燃或者维持燃烧。

目前，世界上大部分的低品位可燃气都未进行回收处理直接排向大气。这类气体的排放，一方面造成了有限的不可再生资源的严重浪费，另一方面也加剧了环境污染和温室效应。因此，合理回收利用低浓度煤层气具有节能和环保双重意义。

我国以及世界上很多国家在低品位燃气的利用技术研究主要集中在：低品位燃气发电技术、低品位燃气压缩技术、低品位燃气燃烧技术和矿井乏风低品位燃气利用技术等方面，但这些技术并未获得大的突破，而且存在发电效率较低、有安全隐患等问题，开发利用仍存在很大空缺。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种催化氧化换热器及其工作方法，采用低温催化氧化技术，对普通换热器进行简单改造，解决低品位燃气利用难的问题，具有节能和环保双重意义。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种催化氧化换热器，

包括外壳，外壳两端设有封头Ⅰ和封头Ⅱ，内部形成换热腔；

所述外壳内与封头Ⅰ和封头Ⅱ之间均密封设置径向管板，径向管板上开有供换热通道穿过的管孔，换热通道将封头Ⅰ和封头Ⅱ连通，封头Ⅰ由水平隔板分隔成两个部分，封头Ⅰ的顶部具有管内流体进口，底部具有管内流体出口，换热通道与封头Ⅰ和封头Ⅱ形成管内流体通道；所述外壳内还设置有与径向管板平行的多个折流板，以将换热腔分隔形成管外流体通道，管外流体通道的一端与外壳顶部的管外流体进口连通，管外流体通道的另一端与外壳底部的管外流体出口连通；

所述换热通道包括换热管，所述换热管外部包有泡沫金属，泡沫金属内置有具有催化活性的活性颗粒。

优选的，所述管外流体进口位于外壳设有封头Ⅱ的一端的顶部；所述管外流体出口位于外壳设有封头Ⅰ的一端的底部；保证对管外流体的热量充分吸收。

一种催化氧化换热器，

包括外壳，外壳两端具有封头Ⅰ和封头Ⅱ，内部形成换热腔；

所述外壳内与封头Ⅰ和封头Ⅱ之间均密封设置径向管板，径向管板上开有供换热通道穿过的管孔，换热通道将封头Ⅰ和封头Ⅱ连通，封头Ⅰ的顶部具有管内流体进口，封头Ⅱ底部具有管内流体出口，换热通道与封头Ⅰ和封头Ⅱ形成管内流体通道；所述外壳内还设置有与径向管板平行的多个折流板，以将换热腔分隔形成管外流体通道，管外流体通道的一端与外壳顶部的管外流体进口连通，管外流体通道的另一端与外壳底部的管外流体出口连通；

所述换热通道包括换热管，所述换热管外部包有泡沫金属，泡沫金属内置有具有催化活性的活性颗粒。

所述泡沫金属由高导热性质的金属制成，泡沫金属的金属物质可以采用镍、铜、铁、铝等高导热性质的金属，优选为紫铜。

所述泡沫金属的孔径范围为0.1-2mm，优选0.5mm。

优选的，所述管外流体进口位于外壳设有封头Ⅰ的一端的顶部；所述管外流体出口位于外壳设有封头Ⅱ的一端的底部；保证对管外流体的热量充分吸收。

所述管内流体进口处设有测温元件，所述测温元件与控制器通信；可以通过测定管内流体进口处的温度，由控制器控制管内流体的温度。

所述泡沫金属内设有多个孔隙，活性颗粒附着于孔隙中。

所述活性颗粒为低温氧化催化剂，作用在于在低温下(100-500℃)催化低品位燃气的氧化，所述低温氧化催化剂包括载体和活性金属，活性金属负载到载体上；所述载体采用分子筛物质或二氧化钛或活性氧化铝，活性金属由铁、铜、镍、钴、铬、钒、锰、钡、镁、钙、银金属中的一种或几种组成。将活性金属负载到载体上的方法可采用浸渍法、水热法等催化剂制备方法。

所述活性颗粒在泡沫金属的中附着方法可采用喷涂法，即将催化剂混合液体制成均匀溶液，采用高压喷枪将溶液喷涂于泡沫金属表面；或采用粘结法，即将泡沫金属表面均匀涂抹粘性胶体，将催化剂颗粒喷涂于泡沫金属表面并形成稳定粘结；或采用浸渍法，即将催化剂颗粒制成乳状溶液，将泡沫金属浸渍其中，使催化剂颗粒在泡沫金属表面形成稳定附着。其他可以使催化剂颗粒在泡沫金属表面形成稳定粘附的方法亦可使用。

所述孔隙在泡沫金属内均匀分布；对管外流体的热量均匀吸收，提升活性颗粒对管外流体的催化氧化率。