煤矿乏风预热催化氧化装置的组合式氧化床

摘要

本发明涉及一种煤矿乏风预热催化氧化装置的组合式氧化床，属于超低浓度甲烷氧化技术领域，包括沿气流方向布置的均温均流床和催化氧化床，其中均温均流床由蜂窝陶瓷蓄热体堆积构成，沿气流方向，催化氧化床由多个催化氧化层组成，每个催化氧化层均由蜂窝型催化剂填充而成，且多个催化氧化层填充的催化剂沿气流方向其活性组分负载量、比表面积和孔密度均台阶式降低。本发明具有起燃温度低、氧化效率高、运行稳定性好等优点。

说明书

技术领域

本发明提供一种煤矿乏风预热催化氧化装置的组合式氧化床，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，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），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占地相对 较大、氧化床内蜂窝陶瓷在长期使用后会发生破碎堵塞、阻力损失很大、自动控制程度要求 较高、操作技术要求很高等主要问题。山东理工大学在申报的专利（201110089144.5）中公 开了一种“煤矿乏风预热催化氧化器”，乏风进入预热器被加热升温，在催化氧化床层内氧化 成二氧化碳和水，氧化后的热气体经预热器降温后排入大气，该氧化器有效的克服了逆流氧 化技术的问题。但是，该氧化器的催化氧化床由单一的催化剂填充而成，其存在起燃温度高、 氧化效率低、运行稳定性差等问题，有待进一步完善。

发明内容

本发明目的是提供一种能克服或避免上述现有技术中存在的缺点或不足、起燃温度低、 氧化效率高、运行稳定性好的煤矿乏风预热催化氧化装置的组合式氧化床。其技术方案为：

一种煤矿乏风预热催化氧化装置的组合式氧化床，包括沿气流方向布置的均温均流床和 催化氧化床，其中均温均流床由蜂窝陶瓷蓄热体堆积构成，其特征在于：沿气流方向，催化 氧化床由多个催化氧化层组成，每个催化氧化层均由蜂窝型催化剂填充而成，且多个催化氧 化层填充的催化剂沿气流方向其活性组分负载量、比表面积和孔密度均台阶式降低。

所述的煤矿乏风预热催化氧化装置的组合式氧化床，催化氧化层包括3～5个。

所述的煤矿乏风预热催化氧化装置的组合式氧化床，相邻催化氧化层之间留有2～5mm的 间隙。

所述的煤矿乏风预热催化氧化装置的组合式氧化床，相邻催化氧化层填充的催化剂的活 性组分负载量相差50～150g/m³，比表面积相差300～800m²/m³，孔密度相差100～200目。

本发明的主要优点和有益效果是：

1、临近均温均流床的催化氧化层采用了活性组分负载量高、比表面积大、孔密度高的蜂 窝型催化剂，由于活性组分负载量高，使反应活化中心数量增加，提高了甲烷氧化率，降低 了煤矿乏风的起燃温度，既减少了装置的起动时间和所需能量，又实现了装置的低温度稳定 运行，提高了装置运行安全稳定性。

2、因乏风中甲烷氧化放热，催化氧化层内的气体流速逐渐升高，沿气流方向各催化氧化 层的孔密度台阶式降低，流通能力增强，有效的降低了气体流动阻力。

3、因乏风中甲烷氧化放热，煤矿乏风流过临近均温均流床的催化氧化层后温度上升，后 续流过的催化氧化层其催化剂仅需较低的活性组分负载量即可保证甲烷的完全氧化，从而有 效降低了催化氧化层的成本。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图。

图中：1、均温均流床2、催化氧化层3、间隙

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。在图1所示的实施例中：包括沿气流方向布置的 均温均流床1和催化氧化床，其中均温均流床1由蜂窝陶瓷蓄热体堆积构成，沿气流方向， 催化氧化床由3个催化氧化层2组成，每个催化氧化层2均由蜂窝型催化剂填充而成，相邻 催化氧化层2之间留有3mm的间隙3，且3个催化氧化层2填充的催化剂沿气流方向其活性 组分负载量、比表面积和孔密度均台阶式降低，相邻催化氧化层2填充的催化剂的活性组分 负载量相差100g/m³，比表面积相差500m²/m³，孔密度相差150目。