含塵含硫低濃度甲烷的高效催化燃燒裝置及燃燒方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種含塵含硫低濃度甲烷的高效催化燃燒裝置，包括燃燒筒和煙氣循環(huán)預(yù)熱單元，燃燒筒的外壁上設(shè)置保溫層，燃燒筒內(nèi)由下向上依次設(shè)置除塵板、預(yù)熱腔、脫硫吸附層和催化燃燒層，燃燒筒的下方設(shè)置進(jìn)氣腔，燃燒筒的上方設(shè)置反向氣體吹掃單元，進(jìn)氣腔的側(cè)壁上設(shè)置低濃度甲烷進(jìn)氣管和吹掃氣體排出管，燃燒筒與預(yù)熱腔對(duì)應(yīng)的側(cè)壁上設(shè)置預(yù)熱腔進(jìn)氣管和預(yù)熱腔排氣管；煙氣循環(huán)預(yù)熱單元包括煙氣排氣管、電磁閥Ⅳ和換熱器。本發(fā)明還公開(kāi)了一種高效催化燃燒方法。該燃燒裝置和方法采用正向催化燃燒、反向吹掃還原的立式布局，操作簡(jiǎn)單；正向催化燃燒經(jīng)除塵，預(yù)熱，脫硫等工序可保持低濃度甲烷高效催化燃燒。
【專(zhuān)利說(shuō)明】含塵含硫低濃度甲烷的高效催化燃燒裝置及燃燒方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及含塵含硫低熱值氣體的凈化與催化燃燒領(lǐng)域，具體涉及一種脫除粉塵、硫化物、高效燃燒和反向吹掃恢復(fù)催化活性的燃燒裝置及燃燒方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在礦井煤層氣和化工廢氣中存在著大量的低熱值氣體，這些氣體中均含有低濃度甲烷氣，且儲(chǔ)量豐富，但由于甲烷含量低，直接利用較為困難，而催化燃燒以其高效轉(zhuǎn)化率和低污染排放受到學(xué)術(shù)和工程上的廣泛關(guān)注。在實(shí)際過(guò)程中，從礦井抽采出來(lái)的煤層氣等低熱值氣體，通常含有不同形態(tài)的粉塵顆粒、硫化物、水汽等，這些雜質(zhì)氣體雖然含量較低，但卻對(duì)甲烷的催化燃燒有重要的影響。
[0003]在實(shí)際工業(yè)運(yùn)行中，原料氣所含的大量粉塵顆粒會(huì)對(duì)設(shè)備的管道、線路產(chǎn)生阻塞作用，影響氣流的流動(dòng)特性；同時(shí)，粉塵微粒在催化腔內(nèi)吸附在催化劑顆粒表面，阻塞催化顆粒表面孔隙，影響反應(yīng)氣的吸附與擴(kuò)散，可導(dǎo)致催化活性下降。除粉塵外，我國(guó)的煤層中硫含量較高，煤層氣中的硫化物有多種形態(tài)，在催化過(guò)程中硫化物對(duì)催化劑活性位有很強(qiáng)的吸附作用并生成多種形態(tài)的硫化物，這些硫化物的外層電子極易占據(jù)催化活性金屬的d軌道而難以脫附，導(dǎo)致催化活性位被占據(jù)，阻礙甲烷、氧氣與活性位的吸附。
[0004]另外，現(xiàn)有的研究表明在甲烷燃燒過(guò)程中，原料或燃燒產(chǎn)物中的水蒸氣對(duì)催化劑的活性能夠產(chǎn)生一定的抑制作用，特別是對(duì)于貴金屬催化劑的抑制作用尤為強(qiáng)烈。水蒸氣吸附在催化劑表面，并且在高溫和催化劑的作用下生成表面羥基，表面羥基和大量的水分子吸附在催化劑表面，占據(jù)催化活性位，阻礙甲烷、氧氣與催化活性位的接觸。另一方面，由于催化劑長(zhǎng)時(shí)間暴露在富氧環(huán)境中，金屬表面一直覆蓋有吸附性氧，這對(duì)催化燃燒是不利的。
[0005]在低熱值氣體的催化燃燒領(lǐng)域中，通過(guò)在反應(yīng)室內(nèi)添加多孔介質(zhì)、催化劑顆粒或進(jìn)行流化態(tài)以提高反應(yīng)器性能，至今已有多數(shù)文獻(xiàn)和專(zhuān)利進(jìn)行了報(bào)道。專(zhuān)利201010246096.1提出了一種催化多孔介質(zhì)燃燒器，通過(guò)填充多孔介質(zhì)(耐高溫的金屬纖維氈和陶瓷泡沫)以提高催化燃燒效率，降低污染物排放。專(zhuān)利200510047518.1提出了一種輕質(zhì)烴類(lèi)氧化脫硫醇尾氣的處理方法，通過(guò)適度壓縮、冷凝回收烴類(lèi)，不凝氣體催化燃燒的方法凈化氣體。專(zhuān)利201180042760.3報(bào)道了一種沼氣中除去水、硅氧烷、硫、氯和揮發(fā)性有機(jī)化合物的清潔系統(tǒng)，通過(guò)加氫和吸附來(lái)除去原料氣中的雜質(zhì)。但上述研究報(bào)道了吸附脫硫或甲烷的高效催化燃燒方式，且對(duì)甲烷中雜質(zhì)氣體的脫除工序較復(fù)雜，不能實(shí)現(xiàn)在同一裝置中對(duì)雜質(zhì)性氣體的脫除和催化燃燒，更沒(méi)有考慮在燃燒裝置中實(shí)現(xiàn)對(duì)催化劑的活性再生、粉塵的吹掃等功能，因此，在同一燃燒裝置內(nèi)實(shí)現(xiàn)原料氣粉塵、硫化物等雜質(zhì)氣體的脫除、高效催化燃燒、催化劑的活性再生以及粉塵吹掃等功能有待進(jìn)一步研發(fā)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明提供了一種保持高活性運(yùn)行，削弱原料氣中的干擾物或產(chǎn)物對(duì)催化活性抑制的含塵含硫低濃度甲烷的高效催化燃燒裝置。
[0007]同時(shí)，本發(fā)明還提供了 一種含塵含硫低濃度甲烷的高效催化燃燒方法。
[0008]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案:
含塵含硫低濃度甲烷的高效催化燃燒裝置，包括燃燒筒和煙氣循環(huán)預(yù)熱單元，所述燃燒筒的外壁上設(shè)置保溫層，所述燃燒筒內(nèi)由下向上依次設(shè)置除塵板、預(yù)熱腔、脫硫吸附層和催化燃燒層，所述燃燒筒的下方設(shè)置進(jìn)氣腔，所述燃燒筒的上方設(shè)置反向氣體吹掃單元；所述進(jìn)氣腔的側(cè)壁上設(shè)置低濃度甲烷進(jìn)氣管和吹掃氣體排出管，所述低濃度甲烷進(jìn)氣管上安裝電磁閥I，所述吹掃氣體排出管上安裝電磁閥II，所述進(jìn)氣腔的頂部敞口并與除塵板對(duì)應(yīng)；
所述預(yù)熱腔包括橫向設(shè)置在燃燒筒內(nèi)的上隔板和下隔板以及豎向設(shè)置在燃燒筒內(nèi)的導(dǎo)氣管，所述導(dǎo)氣管的底端伸出下隔板并與除塵板對(duì)應(yīng)，所述導(dǎo)氣管的頂端伸出上隔板并與脫硫吸附層對(duì)應(yīng)；所述燃燒筒與預(yù)熱腔對(duì)應(yīng)的側(cè)壁上設(shè)置預(yù)熱腔進(jìn)氣管和預(yù)熱腔排氣管；
所述反向氣體吹掃單元包括吹掃氣體進(jìn)氣管以及安裝在吹掃氣體進(jìn)氣管上的電磁閥III和換向閥，所述換向閥的一進(jìn)氣口與還原性氣體進(jìn)氣管連接，所述換向閥的另一進(jìn)氣口與氮?dú)膺M(jìn)氣管連接，所述吹掃氣體進(jìn)氣管的一端與燃燒筒內(nèi)的頂部連通，吹掃氣體進(jìn)氣管的另一端與換向閥的出氣口連接，所述電磁閥III靠近燃燒筒的頂部；
所述煙氣循環(huán)預(yù)熱單元包括煙氣排氣管、電磁閥IV和換熱器，所述煙氣排氣管的一端與燃燒筒內(nèi)的頂部連通，煙氣排氣管的另一端與預(yù)熱腔進(jìn)氣管連通，所述電磁閥IV和換熱器安裝在煙氣排氣管上，電磁閥IV靠近燃燒筒的頂部。
[0009]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述除塵板為水平布置；所述進(jìn)氣腔由一擋板和三個(gè)豎直設(shè)置的側(cè)板組成，所述擋板傾斜設(shè)置在除塵板的下方，擋板的頂端通過(guò)軸承與除塵板轉(zhuǎn)動(dòng)相連，擋板的底端通過(guò)密封銷(xiāo)與對(duì)應(yīng)的側(cè)板相連，擋板與除塵板之間形成的夾角為45度。
[0010]作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選方案，所述脫硫吸附層可拆卸的安裝在燃燒筒內(nèi)，脫硫吸附層內(nèi)為石灰石顆粒。
[0011]作為本發(fā)明的又一種優(yōu)選方案，所述催化燃燒層可拆卸的安裝在燃燒筒內(nèi)，催化燃燒層內(nèi)為負(fù)載型Pd或者Pt催化顆粒。
[0012]相應(yīng)地，含塵含硫低濃度甲烷的高效催化燃燒方法，在該方法中采用了上述的含塵含硫低濃度甲烷的高效催化燃燒裝置；該方法包括如下步驟:
O正向催化燃燒:關(guān)閉吹掃氣體進(jìn)氣管上的電磁閥III和吹掃氣體排出管上的電磁閥II，同時(shí)開(kāi)啟低濃度甲烷進(jìn)氣管上的電磁閥I和煙氣排氣管上的電磁閥IV，低濃度甲烷依次經(jīng)過(guò)低濃度甲烷進(jìn)氣管、進(jìn)氣腔、除塵板、預(yù)熱腔、脫硫吸附層進(jìn)行除塵、預(yù)熱和脫硫，并經(jīng)過(guò)催化燃燒層進(jìn)行高效催化燃燒，產(chǎn)生的煙氣經(jīng)煙氣循環(huán)預(yù)熱單元和預(yù)熱腔進(jìn)行熱量交換后從預(yù)熱腔排氣管排出；
2)反向氣體吹掃:正向催化燃燒運(yùn)行一段時(shí)間后，催化燃燒層上的催化劑反應(yīng)活性下降，此時(shí)，運(yùn)行反向氣體吹掃單元，開(kāi)啟吹掃氣體進(jìn)氣管上的電磁閥III和吹掃氣體排出管上的電磁閥II，同時(shí)關(guān)閉低濃度甲烷進(jìn)氣管上的電磁閥I和煙氣排氣管上的電磁閥IV，反向吹掃氣體依次經(jīng)過(guò)催化燃燒層、脫硫吸附層、預(yù)熱腔、除塵板和進(jìn)氣腔并從吹掃氣體排出管排出。
[0013]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，低濃度甲烷的正向催化燃燒與反向氣體吹掃為交替運(yùn)行，當(dāng)催化燃燒所用催化劑的反應(yīng)活性降低至60%時(shí)，停止含塵含硫低濃度甲烷進(jìn)氣，開(kāi)啟反向氣體吹掃單元，吹掃15分鐘后，關(guān)閉反向氣體吹掃單元，開(kāi)啟低濃度甲烷進(jìn)氣管上的電磁閥I，進(jìn)行低濃度甲烷的催化燃燒，反復(fù)交替運(yùn)行。
[0014]作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選方案，反向氣體吹掃單元開(kāi)啟運(yùn)行時(shí)，首先通入氮?dú)?，吹掃掉覆蓋在催化燃燒層內(nèi)的水蒸氣或表面羥基，同時(shí)，反向氮?dú)獯祾叱舫龎m板下方附著的表面粉塵顆粒并落于擋板上；氮?dú)獯祾呓Y(jié)束后通入還原性氣體，還原催化燃燒層內(nèi)的吸附性氧以提高催化活性，并還原脫硫吸附層內(nèi)的部分含硫物質(zhì)，還原性吹掃尾氣經(jīng)吹掃氣體排出管排出；最后再次通入氮?dú)?，排出燃燒筒?nèi)殘留的還原性氣體。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
1、該燃燒裝置采用正向催化燃燒、反向吹掃還原的立式布局，使燃燒反應(yīng)保持高活性運(yùn)行，削弱原料氣中的干擾物或產(chǎn)物對(duì)催化活性的抑制，操作簡(jiǎn)單；正向催化燃燒經(jīng)除塵，預(yù)熱，脫硫等工序可保持低濃度甲烷高效催化燃燒。
[0016]2、反向氣體吹掃單元通過(guò)換向閥控制氮?dú)夂瓦€原性氣體通入，分別對(duì)催化劑表面的水汽，部分硫化物，吸附性氧進(jìn)行吹掃，使催化劑顆粒表面潔凈，催化活性位充分暴露，還原性吹掃氣體可回收。
[0017]3、燃燒尾氣經(jīng)煙氣循環(huán)預(yù)熱單元回收熱量，預(yù)熱原料氣，實(shí)現(xiàn)能量充分利用。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為含塵含硫低濃度甲烷的高效催化燃燒裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]附圖中:I一燃燒筒；2—煙氣循環(huán)預(yù)熱單元；3—保溫層；4一除塵板；5—預(yù)熱腔；6—脫硫吸附層；7—催化燃燒層；8—進(jìn)氣腔；9一反向氣體吹掃單兀；10—低濃度甲烷進(jìn)氣管；11 一吹掃氣體排出管；12 —電磁閥I; 13 —電磁閥II; 14 一導(dǎo)氣管；15—預(yù)熱腔進(jìn)氣管；16—預(yù)熱腔排氣管；17—吹掃氣體進(jìn)氣管；18 —電磁閥III;19 一換向閥；20—還原性氣體進(jìn)氣管；21—氮?dú)膺M(jìn)氣管；22—煙氣排氣管；23—電磁閥IV ； 24一換熱器；25—擋板；26—軸承；27—密封銷(xiāo)；28—橫向隔板。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)地描述。
[0021]如圖1所示，含塵含硫低濃度甲烷的高效催化燃燒裝置，包括燃燒筒I和煙氣循環(huán)預(yù)熱單元2。燃燒筒I的外壁上設(shè)置保溫層3，燃燒筒I內(nèi)由下向上依次設(shè)置除塵板4、預(yù)熱腔5、脫硫吸附層6和催化燃燒層7。燃燒筒I的下方設(shè)置進(jìn)氣腔8，燃燒筒I的上方設(shè)置反向氣體吹掃單元9。
[0022]其中，進(jìn)氣腔8的側(cè)壁上設(shè)置低濃度甲烷進(jìn)氣管10和吹掃氣體排出管11，低濃度甲烷進(jìn)氣管10上安裝電磁閥I 12，吹掃氣體排出管11上安裝電磁閥II 13，進(jìn)氣腔8的頂部敞口并與除塵板4對(duì)應(yīng)，除塵板4為水平布置，除塵板4主要是過(guò)濾粉塵的。
[0023]預(yù)熱腔5包括橫向設(shè)置在燃燒筒I內(nèi)的上隔板和下隔板以及豎向設(shè)置在燃燒筒I內(nèi)的導(dǎo)氣管14。導(dǎo)氣管14的底端伸出下隔板并與除塵板4對(duì)應(yīng)，導(dǎo)氣管14的頂端伸出上隔板并與脫硫吸附層6對(duì)應(yīng)。燃燒筒I與預(yù)熱腔5對(duì)應(yīng)的側(cè)壁上設(shè)置預(yù)熱腔進(jìn)氣管15和預(yù)熱腔排氣管16。在燃燒筒I內(nèi)且在上隔板和下隔板之間設(shè)置相互交錯(cuò)布置的橫向隔板28，產(chǎn)生的煙氣經(jīng)煙氣循環(huán)預(yù)熱單元2和預(yù)熱腔進(jìn)氣管15進(jìn)入預(yù)熱腔5內(nèi)，在預(yù)熱腔5內(nèi)沿著S型通道繞流，最后從預(yù)熱腔排氣管16排出，如需要可增加預(yù)熱氣體流動(dòng)回路(即增加橫向隔板28)和導(dǎo)氣管14的數(shù)量，以增加預(yù)熱。
[0024]反向氣體吹掃單元9包括吹掃氣體進(jìn)氣管17以及安裝在吹掃氣體進(jìn)氣管17上的電磁閥III 18和換向閥19。換向閥19的一進(jìn)氣口與還原性氣體進(jìn)氣管20連接，換向閥19的另一進(jìn)氣口與氮?dú)膺M(jìn)氣管21連接，吹掃氣體進(jìn)氣管17的一端與燃燒筒I內(nèi)的頂部連通，吹掃氣體進(jìn)氣管17的另一端與換向閥19的出氣口連接，電磁閥III18靠近燃燒筒I的頂部，換向閥19保證吹掃氣體的及時(shí)切換。
[0025]煙氣循環(huán)預(yù)熱單元2包括煙氣排氣管22、電磁閥IV 23和換熱器24，煙氣排氣管22的一端與燃燒筒I內(nèi)的頂部連通，煙氣排氣管22的另一端與預(yù)熱腔進(jìn)氣管15連通，電磁閥IV 23和換熱器24安裝在煙氣排氣管22上，電磁閥IV 23靠近燃燒筒I的頂部。催化燃燒產(chǎn)生的煙氣經(jīng)煙氣排出管22進(jìn)入換熱器24并與外界工質(zhì)進(jìn)行熱量交換，然后經(jīng)預(yù)熱腔進(jìn)氣管15進(jìn)入預(yù)熱腔5與低濃度甲烷進(jìn)行熱量交換，最后經(jīng)預(yù)熱腔排氣管16排出裝置。在預(yù)熱腔5內(nèi)，低濃度甲烷在導(dǎo)氣管14內(nèi)向上流動(dòng)，高溫?zé)煔庠跈M向隔板28的作用下，多次橫掠過(guò)導(dǎo)氣管14，可實(shí)現(xiàn)良好的換熱效果。
[0026]進(jìn)氣腔8由一擋板25和三個(gè)豎直設(shè)置的側(cè)板組成，擋板25傾斜設(shè)置在除塵板4的下方，擋板25的頂端通過(guò)軸承26與除塵板4轉(zhuǎn)動(dòng)相連，擋板25的底端通過(guò)密封銷(xiāo)27與對(duì)應(yīng)的側(cè)板相連，擋板25與除塵板4之間形成的夾角為45度，該擋板25可為低濃度甲烷的進(jìn)氣和吹掃氣體的排氣起到導(dǎo)流作用?？扇?xì)怏w內(nèi)的粉塵顆粒在重力和除塵板4的作用下分離并下落至擋板25，擋板25可拆卸以便回收粉塵顆粒，打開(kāi)密封銷(xiāo)27可實(shí)現(xiàn)擋板25向下開(kāi)啟，便可除去掉落在擋板25上的粉塵。
[0027]脫硫吸附層6可拆卸的安裝在燃燒筒I內(nèi)，脫硫吸附層6內(nèi)可以含石灰石或其他顆粒狀脫硫吸附劑，脫硫吸附層6內(nèi)含有脫硫劑顆粒，捕獲進(jìn)氣中的硫化物。催化燃燒層7可拆卸的安裝在燃燒筒I內(nèi)，催化燃燒層7內(nèi)為負(fù)載型Pd或者Pt等催化顆粒。催化吸附層7內(nèi)含負(fù)載型催化劑，可以高孔隙高表面積的惰性顆粒作載體，稀有金屬鈀、鉬為催化齊IJ，進(jìn)行催化燃燒，燃燒尾氣經(jīng)煙氣循環(huán)預(yù)熱單元2導(dǎo)入預(yù)熱腔5。催化燃燒層7和脫硫吸附層6采用“單元式”布局，脫硫吸附層6內(nèi)捕獲有穩(wěn)定結(jié)合的硫化物，難以吹掃，可拆卸以更換，當(dāng)裝置運(yùn)行一定時(shí)間后，催化劑或脫硫吸附劑活性不能滿(mǎn)足運(yùn)行要求時(shí)，可分別對(duì)催化燃燒層7或脫硫吸附層6進(jìn)行更換。
[0028]含塵含硫低濃度甲烷的高效催化燃燒方法，在該方法中采用了含塵含硫低濃度甲烷的高效催化燃燒裝置；該方法包括如下步驟:
O正向催化燃燒:關(guān)閉吹掃氣體進(jìn)氣管17上的電磁閥III 18和吹掃氣體排出管11上的電磁閥II 13，同時(shí)開(kāi)啟低濃度甲烷進(jìn)氣管10上的電磁閥I 12和煙氣排氣管22上的電磁閥IV 23，含塵含硫的低濃度甲烷原料氣通過(guò)低濃度甲烷進(jìn)氣管10進(jìn)入進(jìn)氣腔8，然后經(jīng)過(guò)除塵板4脫除原料氣中含有的粉塵，接下來(lái)進(jìn)入預(yù)熱腔5與煙氣換熱，提高進(jìn)氣溫度，預(yù)熱后進(jìn)入脫硫吸附層6，脫除S02、H2S等氣體，最后進(jìn)入催化燃燒層7，進(jìn)行低濃度甲烷的高效催化燃燒，產(chǎn)生的煙氣經(jīng)煙氣循環(huán)預(yù)熱單元2和預(yù)熱腔5進(jìn)行熱量交換后從預(yù)熱腔排氣管16排出。
[0029]2)反向氣體吹掃:正向催化燃燒運(yùn)行一段時(shí)間后，催化燃燒層7上的催化劑反應(yīng)活性下降，此時(shí)，運(yùn)行反向氣體吹掃單元9，開(kāi)啟吹掃氣體進(jìn)氣管17上的電磁閥III18和吹掃氣體排出管11上的電磁閥II 13，同時(shí)關(guān)閉低濃度甲烷進(jìn)氣管10上的電磁閥I 12和煙氣排氣管22上的電磁閥IV 23，反向吹掃氣體依次經(jīng)過(guò)催化燃燒層7、脫硫吸附層6、預(yù)熱腔5、除塵板4和進(jìn)氣腔8并從吹掃氣體排出管11排出。
[0030]低濃度甲烷的正向催化燃燒與反向氣體吹掃為交替運(yùn)行，當(dāng)催化燃燒所用催化劑的反應(yīng)活性降低至60%時(shí)，停止含塵含硫低濃度甲烷進(jìn)氣，開(kāi)啟反向氣體吹掃單元9，吹掃15分鐘后，關(guān)閉反向氣體吹掃單元9，開(kāi)啟低濃度甲烷進(jìn)氣管10上的電磁閥I 12，進(jìn)行低濃度甲烷的催化燃燒，反復(fù)交替運(yùn)行。
[0031]反向氣體吹掃單元9開(kāi)啟運(yùn)行時(shí)，首先通入氮?dú)?，吹掃掉覆蓋在催化燃燒層7內(nèi)的水蒸氣或表面羥基，使表面催化活性位暴露出來(lái)以提高催化劑的活性，同時(shí)，反向氮?dú)獯祾呖沙舫龎m板4下方附著的表面粉塵顆粒并落于擋板25上以便收集；氮?dú)獯祾呓Y(jié)束后通入還原性氣體，如H2等，還原催化燃燒層7內(nèi)的吸附性氧以提高催化活性，并還原脫硫吸附層6內(nèi)的部分含硫物質(zhì)，還原性吹掃尾氣經(jīng)吹掃氣體排出管11排出后可收集；最后再次通入氮?dú)?，排出燃燒筒I內(nèi)殘留的還原性氣體，以保證安全。
[0032]該高效催化燃燒裝置和燃燒方法不僅可以脫除低濃度甲烷中含有的粉塵和硫化物，使低濃度甲烷高效催化燃燒，同時(shí)，通過(guò)反向吹掃實(shí)現(xiàn)了催化劑和脫硫劑的重復(fù)、高效利用，可用于礦井煤層氣、化工廢氣或沼氣的催化利用與燃燒。
[0033]最后說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.含塵含硫低濃度甲烷的高效催化燃燒裝置，其特征在于:包括燃燒筒(1)和煙氣循環(huán)預(yù)熱單元(2 )，所述燃燒筒(1)的外壁上設(shè)置保溫層(3 )，所述燃燒筒(1)內(nèi)由下向上依次設(shè)置除塵板(4)、預(yù)熱腔(5)、脫硫吸附層(6)和催化燃燒層(7)，所述燃燒筒(1)的下方設(shè)置進(jìn)氣腔(8)，所述燃燒筒(1)的上方設(shè)置反向氣體吹掃單元(9)； 所述進(jìn)氣腔(8)的側(cè)壁上設(shè)置低濃度甲烷進(jìn)氣管(10)和吹掃氣體排出管(11)，所述低濃度甲烷進(jìn)氣管(10)上安裝電磁閥I (12)，所述吹掃氣體排出管(11)上安裝電磁閥II(13)，所述進(jìn)氣腔(8)的頂部敞口并與除塵板(4)對(duì)應(yīng)； 所述預(yù)熱腔(5)包括橫向設(shè)置在燃燒筒(I)內(nèi)的上隔板和下隔板以及豎向設(shè)置在燃燒筒(1)內(nèi)的導(dǎo)氣管(14)，所述導(dǎo)氣管(14)的底端伸出下隔板并與除塵板(4)對(duì)應(yīng)，所述導(dǎo)氣管(14)的頂端伸出上隔板并與脫硫吸附層(6)對(duì)應(yīng)；所述燃燒筒(1)與預(yù)熱腔(5)對(duì)應(yīng)的側(cè)壁上設(shè)置預(yù)熱腔進(jìn)氣管(15)和預(yù)熱腔排氣管(16); 所述反向氣體吹掃單元(9)包括吹掃氣體進(jìn)氣管(17)以及安裝在吹掃氣體進(jìn)氣管(17)上的電磁閥111(18)和換向閥(19)，所述換向閥(19)的一進(jìn)氣口與還原性氣體進(jìn)氣管(20)連接，所述換向閥(19)的另一進(jìn)氣口與氮?dú)膺M(jìn)氣管(21)連接，所述吹掃氣體進(jìn)氣管(17)的一端與燃燒筒(1)內(nèi)的頂部連通，吹掃氣體進(jìn)氣管(17)的另一端與換向閥(19)的出氣口連接，所述電磁閥III (18 )靠近燃燒筒(I)的頂部； 所述煙氣循環(huán)預(yù)熱單元(2)包括煙氣排氣管(22)、電磁閥IV(23)和換熱器(24)，所述煙氣排氣管(22)的一端與燃燒筒(1)內(nèi)的頂部連通，煙氣排氣管(22)的另一端與預(yù)熱腔進(jìn)氣管(15)連通，所述電磁閥IV(23)和換熱器(24)安裝在煙氣排氣管(22)上，電磁閥IV(23)靠近燃燒筒(I)的頂部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含塵含硫低濃度甲烷的高效催化燃燒裝置，其特征在于:所述除塵板(4)為水平布置；所述進(jìn)氣腔(8)由一擋板(25)和三個(gè)豎直設(shè)置的側(cè)板組成，所述擋板(25)傾斜設(shè)置在除塵板(4)的下方，擋板(25)的頂端通過(guò)軸承(26)與除塵板(4)轉(zhuǎn)動(dòng)相連，擋板(25)的底端通過(guò)密封銷(xiāo)(27)與對(duì)應(yīng)的側(cè)板相連，擋板(25)與除塵板(4)之間形成的夾角為45度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的含塵含硫低濃度甲烷的高效催化燃燒裝置，其特征在于:所述脫硫吸附層(6)可拆卸的安裝在燃燒筒(1)內(nèi)，脫硫吸附層(6)內(nèi)為石灰石顆粒。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的含塵含硫低濃度甲烷的高效催化燃燒裝置，其特征在于:所述催化燃燒層(7 )可拆卸的安裝在燃燒筒(1)內(nèi)，催化燃燒層(7 )內(nèi)為負(fù)載型Pd或者Pt催化顆粒。
5.含塵含硫低濃度甲烷的高效催化燃燒方法，其特征在于，在該方法中采用了權(quán)利要求i至4中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的含塵含硫低濃度甲烷的高效催化燃燒裝置；該方法包括如下步驟:I)正向催化燃燒:關(guān)閉吹掃氣體進(jìn)氣管(17 )上的電磁閥III (18 )和吹掃氣體排出管(11)上的電磁閥II (13)，同時(shí)開(kāi)啟低濃度甲烷進(jìn)氣管(10)上的電磁閥I (12)和煙氣排氣管(22)上的電磁閥IV (23)，低濃度甲烷依次經(jīng)過(guò)低濃度甲烷進(jìn)氣管(10)、進(jìn)氣腔(8)、除塵板(4 )、預(yù)熱腔(5 )、脫硫吸附層(6 )進(jìn)行除塵、預(yù)熱和脫硫，并經(jīng)過(guò)催化燃燒層(7 )進(jìn)行高效催化燃燒，產(chǎn)生的煙氣經(jīng)煙氣循環(huán)預(yù)熱單元(2)和預(yù)熱腔(5)進(jìn)行熱量交換后從預(yù)熱腔排氣管(16)排出；2)反向氣體吹掃:正向催化燃燒運(yùn)行一段時(shí)間后，催化燃燒層(7)上的催化劑反應(yīng)活性下降，此時(shí)，運(yùn)行反向氣體吹掃單元(9)，開(kāi)啟吹掃氣體進(jìn)氣管(17)上的電磁閥III (18)和吹掃氣體排出管(11)上的電磁閥II (13)，同時(shí)關(guān)閉低濃度甲烷進(jìn)氣管(10)上的電磁閥I(12)和煙氣排氣管(22)上的電磁閥IV(23)，反向吹掃氣體依次經(jīng)過(guò)催化燃燒層(7)、脫硫吸附層(6)、預(yù)熱腔(5)、除塵板(4)和進(jìn)氣腔(8)并從吹掃氣體排出管(11)排出。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的含塵含硫低濃度甲烷的高效催化燃燒方法，其特征在于，低濃度甲烷的正向催化燃燒與反向氣體吹掃為交替運(yùn)行，當(dāng)催化燃燒所用催化劑的反應(yīng)活性降低至60%時(shí)，停止含塵含硫低濃度甲烷進(jìn)氣，開(kāi)啟反向氣體吹掃單元(9)，吹掃15分鐘后，關(guān)閉反向氣體吹掃單元(9)，開(kāi)啟低濃度甲烷進(jìn)氣管(10)上的電磁閥I (12)，進(jìn)行低濃度甲烷的催化燃燒，反復(fù)交替運(yùn)行。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的含塵含硫低濃度甲烷的高效催化燃燒方法，其特征在于，反向氣體吹掃單元(9)開(kāi)啟運(yùn)行時(shí)，首先通入氮?dú)?，吹掃掉覆蓋在催化燃燒層(7)內(nèi)的水蒸氣或表面羥基，同時(shí)，反向氮?dú)獯祾叱舫龎m板(4)下方附著的表面粉塵顆粒并落于擋板(25)上；氮?dú)獯祾呓Y(jié)束后通入還原性氣體，還原催化燃燒層(7)內(nèi)的吸附性氧以提高催化活性，并還原脫硫吸附層(6)內(nèi)的部分含硫物質(zhì)，還原性吹掃尾氣經(jīng)吹掃氣體排出管(11)排出；最后再次通入氮?dú)?，?出燃燒筒(1)內(nèi)殘留的還原性氣體。
【文檔編號(hào)】F23G7/07GK103884016SQ201410147596
【公開(kāi)日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2014年4月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月14日
【發(fā)明者】楊仲卿, 耿豪杰, 張力, 丁林, 陳艷容, 閆云飛, 冉景煜 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)