本實(shí)用新型涉及甲烷消除技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種乏風(fēng)瓦斯逆流催化氧化裝置的氧化床。

背景技術(shù)：

“乏風(fēng)”又稱“煤礦風(fēng)排瓦斯”，指甲烷濃度低于0.75％的煤礦瓦斯。據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計，中國每年由乏風(fēng)排入大氣的甲烷相當(dāng)于西氣東輸1年的輸氣量，產(chǎn)生的溫室氣體效應(yīng)約為2億噸二氧化碳當(dāng)量。煤礦乏風(fēng)瓦斯的大量直接排放不僅造成了有限的不可再生資源的巨大浪費(fèi)，也加劇了大氣污染和溫室效應(yīng)，甲烷溫室效應(yīng)是二氧化碳的21倍，甲烷占全球氣候變暖份額的17％，僅次于二氧化碳。煤礦乏風(fēng)排放量巨大，乏風(fēng)瓦斯?jié)舛群艿?，是制約其利用的主要難題，目前有效的利用方法是采用熱逆流氧化技術(shù)和催化逆流氧化技術(shù)，熱逆流氧化技術(shù)存在裝置運(yùn)行溫度高、阻力損失大、自控程度要求高、操作技術(shù)要求高問題，催化逆流氧化技術(shù)由于采用催化劑氧化甲烷，其具有裝置運(yùn)行溫度低、占地相對較小等優(yōu)點(diǎn)，具有良好發(fā)展前景。現(xiàn)有的乏風(fēng)瓦斯逆流催化氧化裝置的氧化床，存在起燃溫度高、氧化效率低、流動阻力大、運(yùn)行穩(wěn)定性差等問題，有待進(jìn)一步完善。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種可防止催化劑床層過熱，抗甲烷濃度波動性強(qiáng)、起燃溫度低、取熱效率和穩(wěn)定運(yùn)行好的乏風(fēng)瓦斯逆流催化氧化裝置的氧化床，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供了如下方案：

本實(shí)用新型提供一種乏風(fēng)瓦斯逆流催化氧化裝置的氧化床，包括兩層蓄熱體床層和設(shè)置在所述蓄熱體床層之間的催化氧化床和高溫相變?nèi)岽?，所述高溫相變?nèi)岽舶ǜ邷叵嘧內(nèi)岽矊?，所述催化氧化床包括位于所述高溫相變?nèi)岽矊觾蓚?cè)的催化氧化床層，所述高溫相變?nèi)岽矊影ǘ鄠€換熱器，所述換熱器呈矩形陣列排列，各所述換熱器包括套管、芯管、高溫相變材料和換熱介質(zhì)，所述芯管設(shè)置在所述套管內(nèi)，所述換熱介質(zhì)填充在所述芯管內(nèi)，所述高溫相變材料填充在所述套管和所述芯管之間，所述高溫相變材料的相變溫度為450～600℃。

優(yōu)選的，所述蓄熱體床層為蜂窩陶瓷蓄熱體床層。

優(yōu)選的，所述蜂窩陶瓷蓄熱體床層的陶瓷材料的孔密度為200目，比表面積為500-600m²/m³。

優(yōu)選的，所述催化氧化床層設(shè)置有4個，所述高溫相變?nèi)岽矊釉O(shè)置有3個，相鄰的兩個所述催化氧化床層之間均設(shè)置有一個所述高溫相變?nèi)岽矊印?/p>

優(yōu)選的，所述蓄熱體床層與所述催化氧化床層之間留有間隙。

優(yōu)選的，所述套管和所述芯管均為316L不銹鋼管，所述套管和所述芯管的管壁厚度為3～5mm，所述套管的直徑為30～50mm，所述芯管的直徑為10mm～30mm。

優(yōu)選的，所述換熱介質(zhì)為水或高溫水蒸氣。

本實(shí)用新型相對于現(xiàn)有技術(shù)取得了以下技術(shù)效果：

本實(shí)用新型的乏風(fēng)瓦斯逆流催化氧化裝置的氧化床設(shè)置有高溫相變?nèi)岽玻捎锰坠軐⒏邷叵嘧儾牧戏庋b于套管中，芯管通入取熱介質(zhì)來換取套管的熱量。當(dāng)氧化床內(nèi)溫度較高時，高溫固體相變材料發(fā)生相變，吸收催化氧化床層的熱量，取熱效率高，可有效調(diào)節(jié)催化氧化床層的溫度，防止催化氧化床層由于甲烷濃度造成的飛溫，防止活性組分過熱失活，保證催化氧化床層活性組分的活性及其正常使用。

附圖說明

為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本實(shí)用新型乏風(fēng)瓦斯逆流催化氧化裝置的氧化床的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型換熱器的軸向剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中：1-蓄熱體床層、2-催化氧化床層、3-高溫相變?nèi)岽矊印?-套管、5-芯管、6-高溫相變材料。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本實(shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。

本實(shí)用新型的目的是提供一種可防止催化劑床層過熱，抗甲烷濃度波動性強(qiáng)、起燃溫度低、取熱效率和穩(wěn)定運(yùn)行好的乏風(fēng)瓦斯逆流催化氧化裝置的氧化床，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題。

為使本實(shí)用新型的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

實(shí)施例一

本實(shí)施例提供一種乏風(fēng)瓦斯逆流催化氧化裝置的氧化床，如圖1所示，包括兩層蓄熱體床層1和設(shè)置在蓄熱體床層1之間的催化氧化床和高溫相變?nèi)岽?，高溫相變?nèi)岽舶ǜ邷叵嘧內(nèi)岽矊?，催化氧化床包括位于高溫相變?nèi)岽矊觾蓚?cè)的催化氧化床層2，高溫相變?nèi)岽矊?包括多個換熱器，換熱器呈矩形陣列排列，如圖2所示，各換熱器包括套管4、芯管5、高溫相變材料6和換熱介質(zhì)，芯管5設(shè)置在套管4內(nèi)，換熱介質(zhì)填充在芯管5內(nèi)，高溫相變材料6填充在套管4和芯管5之間，高溫相變材料的相變溫度為450～600℃。

本實(shí)施例的乏風(fēng)瓦斯逆流催化氧化裝置的氧化床，將氣體加熱至催化劑的活性溫度，氣體從上端的蓄熱體床層1進(jìn)入催化氧化床層2，氣體中的甲烷被催化燃燒，在催化氧化床層2發(fā)生反應(yīng)而釋放出大量的熱，氣體溫度升高，加熱蓄熱體床層1，蓄熱體床層1將存儲熱量并使氣體溫度降低，當(dāng)氣體流出下端蓄熱體床層1后，即完成上半周期氣體氧化；然后變換氣體流向，氣體從下端的蓄熱體床層1進(jìn)入催化氧化床層2，經(jīng)過上半周期氣體氧化，蓄熱體床層1已存儲了熱量，不用再次加熱氣體，即可達(dá)到催化劑的活性溫度，使氣體中的甲烷被催化燃燒，在催化氧化床層2發(fā)生反應(yīng)而釋放出大量的熱。氣體溫度升高，加熱蓄熱體床層1，蓄熱體床層1存儲熱量并使氣體溫度降低，當(dāng)氣體流出上端蓄熱體床層1后，此時即完成一個周期氣體氧化。如此往復(fù)循環(huán)，在完成半個周期的氣體氧化后，即改變氣體流向，蓄熱體床層1的熱量被取走后，經(jīng)過換向又得以蓄熱，蓄熱后氣體通過時又釋放熱量，如此往復(fù)使得系統(tǒng)能夠自持進(jìn)行。本實(shí)用新型的乏風(fēng)瓦斯逆流催化氧化裝置的氧化床設(shè)置有高溫相變?nèi)岽玻蓪⒏邷叵嘧儾牧?封裝于套管4與芯管5之間，芯管5通入取熱介質(zhì)來換取套管4的熱量。當(dāng)氧化床內(nèi)溫度較高時，高溫固體相變材料6發(fā)生相變，吸收催化氧化床層2的熱量，取熱效率高，在氧化反應(yīng)過程中儲存熱量，并在氧化床內(nèi)溫度較高時將熱能導(dǎo)出，能夠在使催化氧化床層2的溫度保持在催化劑活性溫度范圍內(nèi)，避免催化氧化床層發(fā)生劇烈變化，可有效調(diào)節(jié)催化氧化床層2的溫度，防止催化氧化床層2由于甲烷濃度造成的飛溫，防止活性組分過熱失活，保證催化氧化床層2活性組分的活性及其正常使用。

實(shí)施例二

本實(shí)施例提供一種乏風(fēng)瓦斯逆流催化氧化裝置的氧化床，在實(shí)施例一的基礎(chǔ)上，本實(shí)施例的蓄熱體床層1為蜂窩陶瓷蓄熱體床層，具有壓降低，放大效應(yīng)小和容易填裝的優(yōu)點(diǎn)。

催化氧化床層2內(nèi)填充的催化劑包括蜂窩形堇青石載體和活性組分，活性組分為Pd或Pt。甲烷完全催化氧化的轉(zhuǎn)化溫度低于500℃，反應(yīng)所需空速介于10000～20000h^-1之間。

蜂窩陶瓷蓄熱體床層的陶瓷材料的孔密度為200目，比表面積為500-600m²/m³。

蜂窩形堇青石載體的孔密度為300目，壁厚小于0.2mm，抗熱沖擊溫度大于500℃。

催化氧化床層2設(shè)置有4個，高溫相變?nèi)岽矊?設(shè)置有3個，相鄰的兩個催化氧化床層2之間均設(shè)置有一個高溫相變?nèi)岽矊?。

按照重量計，高溫相變材料6包括32.5-62.8份的氟化鈉、35.8-67.5份的氟化鉀、15.2-39.7份的氟化鋰和18.9-68.7份的氟化鎂中的兩種以上。

蓄熱體床層1與催化氧化床層2之間留有間隙，氣體從蓄熱體床層1通入后可在間隙內(nèi)再次混合，使其內(nèi)部氣體均勻分布，實(shí)現(xiàn)完全氧化反應(yīng)，進(jìn)一步降低排出氣體的甲烷含量。

套管4和芯管5均為316L不銹鋼管，套管4和芯管5的管壁厚度為3～5mm，套管4的直徑為30～50mm，芯管5的直徑為10mm～30mm。

換熱介質(zhì)為水或高溫水蒸氣，芯管5內(nèi)通入水或水蒸氣來換取套管4的熱量。

本實(shí)用新型中應(yīng)用了具體個例對本實(shí)用新型的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本實(shí)用新型的方法及其核心思想；同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本實(shí)用新型的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會有改變之處。綜上，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本實(shí)用新型的限制。