[发明专利]一种旋风式煤矿乏风催化氧化反应器

说明书

一种旋风式煤矿乏风催化氧化反应器，属于超低浓度甲烷催化氧化技术领域。包括：进、排气系统、预热系统、反应系统、管路系统及测控系统。乏风在预热器中进行预热后，以蜗壳切向进入方式进入第一反应器中，气体沿反应器内壁由上向下作旋转运动时，与涂覆在反应器内壁上的催化剂进行反应，生成CO₂和H₂O，同时，乏风中的尘粒沿反应器内壁落入灰斗得到净化，反应后的高温气体又沿轴心向上旋转，最后经排气管排出并进入到第二反应器中，气体在第二反应器中发生同样的反应，并释放大量的热，往复交替，实现了装置的自维持。本发明可以处理浓度在0.1%‑5%的乏风，最大处理量可达1000m³/h，气体流速可达0.35m/s，该反应器的工作温度最高可达1000℃，其去除率达到80%以上。

本申请是申请日为2015年08月10日、申请号为201510488057.5、发明名称为一种旋风式煤矿乏风催化氧化反应器的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种旋风式煤矿乏风催化氧化反应装置，属于超低浓度甲烷氧化技术领域。

背景技术

煤矿乏风是主要的瓦斯工业排放源之一，目前，全世界因煤矿开采每年排入大气中的CH₄总量为2500万t，其中70% (中国为90% )来自煤矿乏风(VAM)。甲烷是仅次于二氧化碳的重要温室气体，单位质量的甲烷对大气温室效应的影响相当于同质量二氧化碳的21倍，将CH₄直接排放到大气中，不仅造成了有限的不可再生资源的严重浪费，而且加剧了温室效应，造成大气污染。由于国家大政策及节能降耗明确任务指标的下达，国家煤矿企业面临着节能降耗的巨大压力，煤矿乏风的利用变得尤为重要。煤矿乏风排量大、瓦斯浓度低以及浓度不稳定，这些特点决定了煤矿乏风瓦斯很难利用传统燃烧器在没有辅助燃料的情况下直接进行燃烧。目前，热逆流催化氧化技术（Catalytic Flow-Reversal Reactor，CFRR）是实现煤矿乏风低浓度甲烷有效回收利用的主要技术之一。

CFRR能够使甲烷在催化剂表面进行低温氧化，其工作原理是，首先对装置进行预热(电加热或是通过燃烧器输送高温烟气，预热完成后控制阀开启，常温下的煤矿乏风进入装置并在流动方向上不断升温，到达中部催化剂区域时温度达到自燃条件开始氧化，反应后的高温气体继续流动，不断放热给出口侧的蓄热区，出口侧的蓄热区温度会不断升高，同时入口处蓄热区被通入的常温VAM逐渐冷却，一段时间后切换控制阀，煤矿乏风的流动方向改变，不断重复以上过程，不再需要额外输入热量即可自发维持运行。反应产生的热量除了维持自运行之外，可以被抽取出来产生蒸汽或热水，用来发电或者供热。

目前，国内外对CFRR技术的应用仅限于实验室阶段，通过查阅文献，总结了目前CFRR装置仍需解决的问题：（1）如何实现装置的自维持；（2）CFRR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，需定时更换，维修成本高；（3）单一的反应器使得气体的停留时间过短，从而导致气体反应不充分；（4）煤矿乏风中含有大量的灰尘，如果不对气体进行除尘净化，不仅会对催化剂造成污染，降低催化剂活性，还会影响周围的大气环境。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的缺陷，提供一种旋风式煤矿乏风催化氧化装置，它解决了现有矿井乏风直接排放到大气中存在的能源浪费和环境污染等问题，并达到资源化利用的效果。其技术方案为：

一种旋风式煤矿乏风催化氧化装置，包括进，排气系统、预热系统、反应系统、管路系统及测控系统。其特征在于：

进气系统包括进气管和进气渐扩管，排气系统包括出气管、出气渐缩管及引风机。出气由引风机抽取出来。进气渐扩管穿过预热器保温层与预热器连接，出气渐扩管穿过预热器保温层与预热器连接。