CN204973582U - 一种风排瓦斯催化氧化的设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种风排瓦斯催化氧化的设备，其包括：主风机、流向切换部分、催化剂预热装置、高温烟气抽出装置与流向变换反应器；所述流向切换装置包括第一通风蝶阀、第二通风蝶阀、第三通风蝶阀和第四通风蝶阀；所述催化剂预热装置包括预热风机、电加热器和第五通风蝶阀；所述流向变换反应器由依次平行设置的第一封头、第一气体分布器、第一蓄热陶瓷床层、催化剂床层、第二蓄热陶瓷床层、第二气体分布器和第二封头组成；所述高温烟气抽出装置包括第一调节阀、第二调节阀、第一抽气装置和第二抽气装置。实验结果表明，本申请能够处理甲烷浓度为0.15v％以上的风排瓦斯。

Description

一种风排瓦斯催化氧化的设备

技术领域

本实用新型涉及风排瓦斯处理技术领域，尤其涉及一种风排瓦斯催化氧化的设备。

背景技术

煤炭开采过程中，需要通过通风系统不间断地向井下注入大量的新鲜空气以降低矿井中的瓦斯浓度；混有瓦斯的空气经由通风系统排到地面上，形成风排瓦斯。尽管风排瓦斯中的甲烷浓度低于0.75％，通常在0.3％左右，但风量通常在15000m³/min，同时风排瓦斯的甲烷浓度低，无法用常规方法点燃，长期以来风排瓦斯一直没有得到利用，而直接排放到大气。数据表明，每年全国煤矿风排瓦斯排放的甲烷约200亿立方米。

近二十年来国外应用蓄热式氧化方法，通过将甲烷氧化后释放的热量蓄积在流向变换反应器中来维持氧化所需的温度，使甲烷能持续氧化以减少甲烷的排放，同时氧化后热量也可以供热或进行蒸汽发电。

热氧化方法的反应器温度需要维持在1000℃以上，才能氧化瓦斯，但是与热氧化方法不同，在催化氧化的流向变换反应器中设置催化剂床层，可使瓦斯可在较低温度下(如400℃)持续氧化。由于反应器温度低，催化氧化方法维持瓦斯持续氧化所要消耗的瓦斯少，氧化过程散失的热量少，故热效率更高。上世纪70年代，国外将该反应器用于乙醇脱氢、SO₂氧化、乙烯氧化等化工工艺中。该反应器最显著的特点是，可以周期性切换进口和出口。切换进出口的目的是可以将氧化过程产生的热量尽可能地蓄积在反应器中。

因此，优良的反应器是消耗较少的物料(燃料)就能使反应器达到氧化温度，同时氧化后的热量能最大程度被利用，而不是经反应器的出口和壁面散失掉。这既与反应器结构有关，又与反应器的控制有关。反应器内处理的物料不同，其结构和控制方案也不同。

图1是加拿大Hayes教授开发的用于氧化风排瓦斯的反应器结构示意图。由于反应器直径较小，管道直径较小，管线上采用三通阀切换反应器的流动方向。其结构特点是，催化剂床层分开布置在两个独立的反应器中，从连接两反应器的管线中抽取氧化后的高温烟气，以控制反应器的温度。缺点是从两催化剂床层中间抽出的高温烟气，仅利用了一个催化剂床层，风排瓦斯中的部分甲烷没来得及氧化而直接排出反应器，使甲烷摧毁效率降低，同时，这部分甲烷没有得到氧化，释放的热量减少。

申请号为200910082886的中国专利在两个催化剂床层间设置一个换热器，将两床层间的高温烟气冷却，从而撤出多余的热量。该专利申请基于一套处理量为1000m³/h的中试装置。该专利的反应器的缺点是在风排瓦斯浓度较低时，烟气的温度较低，经换热器冷却后，温度进一步降低，可能会由于温度过低，影响催化剂活性，降低甲烷摧毁效率。该设备和方法中，能维持反应器自热的甲烷最低浓度为0.3％，表明该设备和方法需要自身消耗更多的瓦斯，才能维持氧化方法的持续进行。

上述两种技术方案中，存在着甲烷摧毁效率不高与维持反应器自热所消耗的瓦斯多两个问题。甲烷摧毁效率不高则会向大气排放甲烷，污染环境，同时甲烷氧化的热量变少，即可用于发电、供热等的热量减少，可用热量减少将影响到风排瓦斯利用的经济效益；反应器维持自热所消耗的甲烷多，则用于发电、供热等的热量减少，经济效益变差；同时催化氧化技术的应用范围缩小，即仅能氧化浓度较高的风排瓦斯，而不能处理(利用)浓度更低的风排瓦斯。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题在于提供一种风排瓦斯高效催化氧化的设备，本申请提供的设备能够减少瓦斯的消耗，提高甲烷的摧毁效率，最大限度的利用瓦斯氧化的热量。

有鉴于此，本申请提供了一种风排瓦斯催化氧化的设备，由主风机、流向切换装置、流向变换反应器、催化剂预热装置与高温烟气抽出装置组成；

所述流向切换装置包括：第一通风蝶阀、第二通风蝶阀、第三通风蝶阀和第四通风蝶阀；

所述催化剂预热装置包括：预热风机、电加热器和第五通风蝶阀；

所述流向变换反应器由依次设置的第一封头、第一气体分布器、第一蓄热陶瓷床层、催化剂床层、第二蓄热陶瓷床层、第二气体分布器和第二封头组成；

所述高温烟气抽出装置包括：第一调节阀、第二调节阀、第一抽气装置和第二抽气装置；

所述预热风机的出口与所述电加热器的入口相连，所述电加热器的出口与所述第五通风蝶阀的入口相连，所述第五通风蝶阀的出口与所述流向变换反应器的入口相连；

所述主风机的出口与所述第二通风蝶阀的入口相连，所述第二通风蝶阀的出口与所述第一封头的入口相连，所述第二封头的出口与所述第三通风蝶阀的入口相连，所述第三通风蝶阀的出口与排空管道的入口相连；

所述主风机的出口与所述第一通风蝶阀的入口相连，所述第一通风蝶阀的出口与所述第二封头的入口相连，所述第一封头的出口与所述第四通风蝶阀的入口相连，所述第四通风蝶阀的出口与排空管道的入口相连；

所述第一蓄热陶瓷床层与所述催化剂床层之间还依次设置有预热分布器与第一抽气装置，所述第一抽气装置的出口与所述第一调节阀的入口相连，所述第一调节阀的出口与烟气管道的入口相连；

所述第二蓄热陶瓷床层与所述催化剂床层之间还设置有第二抽气装置，所述第二抽气装置的出口与所述第二调节阀的入口相连，所述第二调节阀的出口与所述烟气管道的入口相连。

优选的，所述第五通风蝶阀的入口与所述流向变换反应器中设置的预热分布器与第一蓄热陶瓷床层之间的入口相连。

优选的，所述流向变换反应器的内衬设置有隔热纤维。

优选的，所述预热分布器为总管-开孔的支管结构或总管-支管-筛孔的结构。

优选的，所述第一抽气装置为总管-开孔的支管结构、总管-支管-筛孔的结构或导流板结构；所述第二抽气装置为总管-开孔的支管结构、总管-支管-筛孔的结构或导流板结构。

优选的，所述第一封头与第二封头的形状为球形、蝶形、椭圆或锥形；所述第一气体分布器与第二气体分布器为管状、筛板或上述两种结构的组合。

本申请提供了一种风排瓦斯催化氧化的设备，其由于设置有合理的预热结构，催化剂床层可以快速、均匀地预热到设定的温度，既缩短了预热的时间，又节省大量能量；通过合理布置反应器的催化剂床层，设置气体分布器，使风排瓦斯中的甲烷能够在反应器内充分氧化，甲烷摧毁效率提高，同时使反应器能充分氧化风排瓦斯中的甲烷，通过有效蓄积氧化释放的热量，可以在甲烷浓度低至0.15v％时维持自热运行；同时，设置合适的蓄热陶瓷床层和反应器壁面隔热材料厚度，使反应器消耗较少的甲烷，提供更多的可用热量。

附图说明

图1为加拿大Hayes教授开发的用于氧化风排瓦斯的反应器的结构示意图；

图2为本实用新型风排瓦斯催化氧化的设备示意图。

具体实施方式

为了进一步理解本实用新型，下面结合实施例对本实用新型优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本实用新型的特征和优点，而不是对本实用新型权利要求的限制。

本实用新型实施例公开了一种风排瓦斯催化氧化的设备，由主风机、流向切换装置、流向变换反应器、催化剂预热装置与高温烟气抽出装置组成；

所述流向切换装置包括：第一通风蝶阀、第二通风蝶阀、第三通风蝶阀和第四通风蝶阀；

所述催化剂预热装置包括：预热风机、电加热器和第五通风蝶阀；

所述流向变换反应器由依次设置的第一封头、第一气体分布器、预热分布器、第一蓄热陶瓷床层、催化剂床层、第二蓄热陶瓷床层、第二气体分布器和第二封头组成；

所述高温烟气抽出装置包括：第一调节阀、第二调节阀、第一抽气装置和第二抽气装置；

所述预热风机的出口与所述电加热器的入口相连，所述电加热器的出口与所述第五通风蝶阀的入口相连，所述第五通风蝶阀的出口与所述流向变换反应器的入口相连；

所述主风机的出口与所述第二通风蝶阀的入口相连，所述第二通风蝶阀的出口与所述第一封头的入口相连，所述第二封头的出口与所述第三通风蝶阀的入口相连，所述第三通风蝶阀的出口与排空管道的入口相连；

所述主风机的出口与所述第一通风蝶阀的入口相连，所述第一通风蝶阀的出口与所述第二封头的入口相连，所述第一封头的出口与所述第四通风蝶阀的入口相连，所述第四通风蝶阀的出口与排空管道的入口相连；

所述第一蓄热陶瓷床层与所述催化剂床层之间还依次设置有预热分布器与第一抽气装置，所述第一抽气装置的出口与所述第一调节阀的入口相连，所述第一调节阀的出口与烟气管道的入口相连；

所述第二蓄热陶瓷床层与所述催化剂床层之间还设置有第二抽气装置，所述第二抽气装置的出口与所述第二调节阀的入口相连，所述第二调节阀的出口与所述烟气管道的入口相连。

如上所述，本申请所述风排瓦斯催化氧化的设备包括主风机、流向切换装置、流向变换反应器和高温烟气抽出装置。

其中，所述主风机是将风排瓦斯送入流向变换反应器。

所述流向切换装置由第一通风蝶阀、第二通风蝶阀、第三通风蝶阀与第四通风蝶阀构成，所述流向切换装置的通风蝶阀用于控制流向变换反应器内风排瓦斯流动的方向。

本申请所述催化剂床层预热装置是采用反应器外部热风加热催化剂床层的设备，其由预热风机、电加热器和第五通风蝶阀构成。其中所述预热风机可以为电加热器提供新鲜空气，而电加热器则把新鲜空气加热。预热分布器的作用则是把热风均匀地分布在蓄热陶瓷床层和催化剂床层的截面上，使催化剂均匀受热，避免由于受热不均导致部分催化剂没有足够的活性氧化甲烷，影响甲烷摧毁效率。

根据热风流量和反应器截面面积等参数，所述预热分布器可以采用总管-开孔的支管结构，也可以采用总管-支管-筛孔等结构；本申请所述预热分布器的结构形式均能够将热风均匀的分布在反应器的截面上，使催化剂床层均匀受热。

本申请采用外部电加热热风预热方法既能提高预热效率，又能保证整个催化剂床层预热均匀，提高甲烷摧毁效率，避免了埋入催化剂床层的电加热器使催化剂过热失活以及内置在反应器中的电加热器由于气流速度低，不能及时带走加热元件表面的热量，而使加热器过热的问题。

所述流向变化反应器由依次设置的第一封头、第一气体分布器、第一蓄热陶瓷床层、催化剂床层、第二蓄热陶瓷床层、第二气体分布器和第二封头组成；其中所述第一封头、第一气体分布器、第二气体分布器和第二封头构成了反应器内气体分布装置，其中第一封头和第二封头的形状可以为球形、蝶形、椭圆或锥形；所述第一封头与第二封头用于初步分散从风排瓦斯管线进入反应器的气体，有利于风排瓦斯在反应器内均匀分布。所述第一气体分布器与第二气体分布器的形状可以为管状、筛板或上述两种结构的组成，所述第一气体分布器与第二气体分布器使风排瓦斯沿反应器截面均匀分布。本申请所述反应器内气体分布装置使流向变换反应器内每个截面上气流速度均匀，保证甲烷在催化剂床层上均匀反应，使反应器内每个截面上温度均匀，提高甲烷的摧毁效率。

本申请所述流向变换反应器内衬设置有隔热纤维，以降低壁面的温度，减少热量散失。所述流向变换反应器内设置的催化剂床层在较低温度下(如400℃)将甲烷氧化成二氧化碳和水，第一蓄热陶瓷床层与所述第二蓄热陶瓷床层将氧化释放的热量蓄积起来，减少热量散失，同时，将蓄积的热量加热常温的风排瓦斯，使其在氧化剂床层中能够被氧化。本实用新型所述流向变换反应器内设置了一段催化剂床层，使全部风排瓦斯通过该床层，能更充分进行催化氧化反应，提高甲烷摧毁效率。

本申请所述高温烟气抽出装置包括：第一调节阀、第二调节阀、第一抽气装置与第二抽气装置。所述第一调节阀与所述第二调节阀由计算机控制执行机构设定阀门的开度，调节抽出高温烟气的流量。所述第一抽气装置与所述第二抽气装置可以是总管-开孔的支管结构，也可以是总管-支管-筛孔结构或其他导流板结构，以减小高温烟气流出反应器的阻力，同时，使剩余高温烟气沿反应器的截面均匀分布，从而通过流向变换，使反应器内每个截面上温度均匀，提高甲烷摧毁效率。

本申请在催化剂床层的两侧分别设置了第一抽气装置与第二抽气装置，采用从整段催化剂床层两端抽气的方法，能够充分利用催化剂氧化甲烷，避免从中间抽气导致部分甲烷没有氧化直接排出反应器，提高了甲烷的摧毁效率，同时，更多的甲烷在反应器内氧化，释放的热量更多，可利用的热量增加，提高了热量的利用率。

本申请所述催化氧化风排瓦斯的设备中，第一封头的入口与出口可以相同也可以不同，本申请不作特别的限制，所述第二封头的入口与出口可以相同也可以不同，本申请不作特别的限制。

综上所述可知，本申请所述风排瓦斯催化氧化设备的各部分对反应器内风排瓦斯能够均匀、持续的反应，维持合适的反应温度，保证甲烷的摧毁效率，提高甲烷氧化热量的利用率都是必要的。

本申请利用上述设备进行风排瓦斯催化氧化的方法，包括以下步骤：

开启第五通风蝶阀、预热风机和电加热器，使热风经预热分布器进入流向变换反应器预热催化剂床层、第一蓄热陶瓷床层与第二蓄热陶瓷床层，催化剂床层预热至设定的温度后，关闭预热风机、电加热器和第五通风蝶阀；

开启第二通风蝶阀与第三通风蝶阀，关闭第一通风蝶阀、第四通风蝶阀、第一调节阀与第二调节阀，启动主风机，使风排瓦斯经过第二通风蝶阀依次进入流向变换反应器的第一封头、第一气体分布器和第一蓄热陶瓷床层，到达催化剂床层后发生氧化反应，形成高温烟气；

根据催化剂床层温度，设定第二调节阀的开度，通过第二抽气装置将部分高温烟气排出流向变换反应器，剩余的高温烟气加热第二蓄热陶瓷床层后通过第三蝶阀排出；

根据催化剂床层的温度与第一蓄热陶瓷床层的温度，确定流向变换反应器流向切换的时间，流向变换反应器切换流向时，开启第一通风蝶阀和第四通风蝶阀，关闭第二通风蝶阀、第三通风蝶阀、第一调节阀和第二调节阀；风排瓦斯经过第一通风蝶阀依次进入流向变换反应器的第二封头、第二气体分布器和第二蓄热陶瓷床层，到达催化剂床层后发生氧化反应，形成高温烟气；

根据催化剂床层温度，设定第一调节阀的开度，通过第一抽气装置将部分高温烟气排出流向变换反应器，剩余的高温烟气加热第一蓄热陶瓷床层后通过第四通风蝶阀排出；

循环变换流向切换部分的阀门。

在利用上述设备催化氧化风排瓦斯的过程中，本申请首先将流向变换反应器预热至催化剂床层的指定温度。本申请首先打开第五通风蝶阀，启动预热风机与电加热器，将热风送至流向变换反应器内，热风经预热分布器后均匀地预热催化剂床层、第一蓄热陶瓷床和第二蓄热陶瓷床；催化剂床层预热至设定温度后，关闭预热风机、电加热器和第五通风蝶阀。上述过程中，催化剂床层的设定温度与催化剂的种类相关，即不同的催化加设定的温度是不同的。

在流向变换反应器的催化剂床层预热后，本申请则将风排瓦斯通入流向变换反应器，进行催化氧化反应。具体过程为：

开启第二通风蝶阀和第三通风蝶阀，关闭第一通风蝶阀和第四通风蝶阀，且关闭第一调节阀和第二调节阀；启动主风机，使风排瓦斯经过第二通风蝶阀，自右向左通入流向变换反应器，风排瓦斯经过第一封头和第一气体分布器后，均匀地进入第一蓄热陶瓷床层，在催化剂床层中持续加热，到达催化剂床层后，发生氧化反应，释放出热量，形成高温烟气。根据催化剂床层的温度，设定第二调节阀的开度，通过第二抽气装置将部分高温烟气排出反应器，剩余的高温烟气加热第二蓄热陶瓷床层。在此过程中，风排瓦斯进入流向变换反应器发生氧化反应，且实现部分高温烟气的排出，剩余部分烟气继续加热蓄热陶瓷床层，以维持反应所需的热量。流向变换反应器内的高温烟气加热蓄热陶瓷床层后则依次通过、第二气体分布器、第二封头和第三通风蝶阀排出。在设定第二调节阀开度的过程中，催化剂床层的温度也是与催化剂的种类相关的，即第二调节阀开启的时机与开度是与催化剂相对应的。

按照本实用新型，在上述反应进行之后，则根据催化剂床层的温度与第一蓄热陶瓷床层的温度，确定流向变换反应器流向切换的时间。需要切换流向时，开启第一通风蝶阀和第四通风蝶阀，关闭第二通风蝶阀和第三通风蝶阀，且关闭第一调节阀和第二调节阀；风排瓦斯经第一通风蝶阀，自左至右通入流向变换反应器；风排瓦斯经过第二封头和第二气体分布器，均匀地进入第二蓄热陶瓷床层，在床层中行持续加热；达到催化剂床层后，发生氧化反应，释放出热量，形成高温烟气。根据催化剂床层温度，设定第一调节阀的开度，通过第一抽气装置将部分高温排出反应器，剩余的高温烟气加热第一蓄热陶瓷床层，加热之后则依次通过第一气体分布器、第一封头和第四通风蝶阀将烟气排出。在设定第一调节阀开度的过程中，催化剂床层的温度是与催化剂的种类相关的，即第一调节阀开启的时机与开度是与催化剂相对应的。

此后则再经过一个切换周期，通过阀门改变反应器内气流的流动方向。由此，实现反应器的持续操作。

本申请所述催化剂床层采用的催化剂为整体式贵金属催化剂或非贵金属。

本申请设计了一种风排瓦斯高效催化氧化的设备，首先其采用外置电加热器预热催化剂床层，可以避免催化剂床层过热，影响催化剂的性能和寿命；预热分布器使热风均匀地预热催化剂床层，使其均匀预热，发挥最大效能；由于设置有合理的预热结构，催化剂床层可以快速、均匀地预热到设定的温度，既缩短了预热的时间，又节省大量能量。

反应器内合理设置气体分布器装置，反应器两端的封头和气体分布器使管线中的风排瓦斯在进入反应器后能沿反应器截面均匀分布，流速均匀，在催化剂床层均匀地发生氧化反应，避免床层风排瓦斯流速过高而出现局部过热，或甲烷没有完全摧毁的问题；设置气体分布器，使风排瓦斯中的甲烷能够在反应器内充分氧化，甲烷摧毁效率提高；且使反应器能充分氧化风排瓦斯中的甲烷，通过有效蓄积氧化释放的热量，可以在甲烷浓度低至0.15v％时维持自热运行。

流向变换反应器采用一段催化剂床层，使催化剂得到充分利用，提高甲烷摧毁效率；反应器采用从催化剂床层两端抽取高温烟气的方法获得甲烷氧化释放的热量，同时控制反应器内的温度；同时，设置合适的蓄热陶瓷床层和反应器壁面隔热材料厚度，使反应器消耗较少的甲烷，提供更多的可用热量。

为了进一步理解本实用新型，下面结合实施例对本实用新型提供的风排瓦斯催化氧化的设备和方法进行详细说明，本实用新型的保护范围不受以下实施例的限制。

实施例1

应用本实用新型所述的方法建立了一套处理量为1000m³/min的风排瓦斯催化氧化装置，如图2所示，图2为本实用新型高效催化氧化风排瓦斯的设备；图中1为主风机，2为通风蝶阀V1，3为通风蝶阀V2，4为通风蝶阀V3，5为通风蝶阀V4，6为预热风机，7为电加热器，8为通风蝶阀V5，9为第一封头，10为第一气体分布器，11为第一蓄热陶瓷床层，12为预热分布器，13为第一抽气装置，14为调节阀V6，15为催化剂床层，16为调节阀V7，17为第二抽气装置，18为第二蓄热陶瓷床层，19为第二气体分布器，20为第二封头。

该设备由主风机、流向切换部分、流向变换反应器、催化剂预热装置与高温烟气抽出装置组成；

所述流向切换装置包括：2第一通风蝶阀V1、3第二通风蝶阀V2、4第三通风蝶阀V3和5第四通风蝶阀V4；

所述催化剂预热装置包括：预热风机6、电加热器7和8第五通风蝶阀；

所述流向变换反应器由依次设置的第一封头9、第一气体分布器10、第一蓄热陶瓷床层11、催化剂床层15、第二蓄热陶瓷床层18、第二气体分布器19和第二封头组成20；

所述高温烟气抽出装置包括：第一调节阀V6、第二调节阀V7、第一抽气装置13和第二抽气装置17；

所述预热风机6的出口与所述电加热器7的入口相连，所述电加热器7的出口与所述第五通风蝶阀8的入口相连，所述第五通风蝶阀8与所述流向变换反应器的一个入口相连；

所述主风机1的出口与所述第二通风蝶阀3的入口相连，所述第二通风蝶阀3的出口与所述流向变换反应器的第一封头9的入口相连，所述第二风头20的出口与所述第三蝶阀4的入口相连，所述第三蝶阀4的出口与排空管道的入口相连；

所述主风机1的另一出口与所述第一通风蝶阀2的入口相连，所述第一通风蝶阀2的出口与所述第二封头20的入口相连，所述第一封头9的出口与第四通风蝶阀5的入口相连，所述第四通风蝶阀5的出口与排空管道的入口相连；

所述第一蓄热陶瓷床层11与所述催化剂床层15之间还依次设置有预热分布器12与第一抽气装置13，所述第一抽气装置13的出口与所述第一调节阀16的入口相连，所述第一调节阀16的出口与烟气管道的入口相连；

所述第二蓄热陶瓷床层18与所述催化剂床层15之间还设置有第二抽气装置17，所述第二抽气装置17的出口与所述第二调节阀16的入口相连，所述第二调节阀16的出口与所述烟气管道的入口相连。

以下实施例中催化剂为负载0.5％Pd的整体式贵金属催化剂，载体为200目的堇青石蜂窝陶瓷；蓄热陶瓷为刚玉-莫来石蜂窝陶瓷；预热分布器采用总管-直管结构，并根据流动阻力特性，管子上适当开孔；气体分布器采用三段组合式筛板结构，开孔的数量、间距和大小按等阻力原则设计；抽气装置为配有导流结构的总管-直管结构，并根据流动阻力特性，管子上适当开孔；风排瓦斯催化氧化装置数据采集和控制由西门子S7-300型PLC完成，上位机有完善的人机界面。

首先，预热反应器；打开通风蝶阀V5，启动预热风机6和电加热器7，将热风送入流向变换反应器，经预热分布器12后，热风均匀地预热催化剂床层15及蓄热陶瓷床层11、18，催化剂床层预热到400℃后，关闭预热风机6、电加热器7及通风蝶阀V5。

开启通风碟阀V2和V3，关闭通风碟阀V1和V4，关闭调节阀V6和V7；启动主风机1，风排瓦斯经通风蝶阀V2，自右向左通入流向变换反应器；风排瓦斯经过第一封头9和第一气体分布器10后，均匀地进入第一蓄热陶瓷床层11，在床层中持续加热；到达催化剂床层15后，发生氧化反应，释放出热量，形成高温烟气；

维持催化剂床层温度在450℃，设定调节阀V7的开度，通过第二抽气装置17将部分高温烟气排出反应器，剩余的高温烟气加热第二蓄热陶瓷床层18后通过第三通风蝶阀V3排出。

根据催化剂床层15的温度及第一蓄热陶瓷床层11的温度，及风排瓦斯浓度，确定反应器流向切换的时间为600s；需要切换流向时，开启通风碟阀V1和V4，关闭通风碟阀V2和V3，关闭调节阀V6和V7进行切换；风排瓦斯经通风蝶阀V1，自左向右通入流向变换反应器；风排瓦斯经过第二封头20和第二气体分布器19后，均匀地进入第二蓄热陶瓷床层18，在床层中持续加热；到达催化剂床层15后，发生氧化反应，释放出热量，形成高温烟气；根据催化剂床层温度，设定调节阀V6的开度，通过第二抽气装置13将部分高温排出反应器，剩余的高温烟气加热第一蓄热陶瓷床层11后通过第四通风蝶阀排出。

再经过一个切换周期，通过阀门改变反应器内气流的流动方向。由此，实现反应器的持续稳定操作。

实施例2

反应器结构与方法如实施例1相同，风排瓦斯流量为1000m³/min，甲烷浓度为0.17％，切换周期为600s，反应器可以自热，且有少量高温烟气输出。甲烷摧毁效率为95％。

实施例3

反应器结构与方法与实施例1相同，风排瓦斯流量为1000m³/min，甲烷浓度为0.35％，切换周期为600s，反应器可以持续稳定运行。以风排瓦斯进口温度为基准，高温烟气输出的热量为1.35MW，甲烷摧毁效率为97％。

实施例4

反应器结构与方法与实施例1相同，风排瓦斯流量为1000m³/min，甲烷浓度为0.53％，切换周期为600s，反应器可以持续稳定运行。以风排瓦斯进口温度为基准，高温烟气输出的热量为2.60MW。甲烷摧毁效率为98％。

从上述实施例可以看出，本实用新型可以实现工业规模处理甲烷浓度为0.15％以上的风排瓦斯。反应器自身消耗的甲烷较少，从反应器出口和壁面散失的热量少，有较多的甲烷氧化释放热量可供利用。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种风排瓦斯催化氧化的设备，由主风机、流向切换装置、流向变换反应器、催化剂预热装置与高温烟气抽出装置组成；

所述流向切换装置包括：第一通风蝶阀、第二通风蝶阀、第三通风蝶阀和第四通风蝶阀；

所述催化剂预热装置包括：预热风机、电加热器和第五通风蝶阀；

所述流向变换反应器由依次设置的第一封头、第一气体分布器、第一蓄热陶瓷床层、催化剂床层、第二蓄热陶瓷床层、第二气体分布器和第二封头组成；

所述高温烟气抽出装置包括：第一调节阀、第二调节阀、第一抽气装置和第二抽气装置；

所述预热风机的出口与所述电加热器的入口相连，所述电加热器的出口与所述第五通风蝶阀的入口相连，所述第五通风蝶阀的出口与所述流向变换反应器的入口相连；

所述主风机的出口与所述第二通风蝶阀的入口相连，所述第二通风蝶阀的出口与所述第一封头的入口相连，所述第二封头的出口与所述第三通风蝶阀的入口相连，所述第三通风蝶阀的出口与排空管道的入口相连；

所述主风机的出口与所述第一通风蝶阀的入口相连，所述第一通风蝶阀的出口与所述第二封头的入口相连，所述第一封头的出口与所述第四通风蝶阀的入口相连，所述第四通风蝶阀的出口与排空管道的入口相连；

所述第一蓄热陶瓷床层与所述催化剂床层之间还依次设置有预热分布器与第一抽气装置，所述第一抽气装置的出口与所述第一调节阀的入口相连，所述第一调节阀的出口与烟气管道的入口相连；

所述第二蓄热陶瓷床层与所述催化剂床层之间还设置有第二抽气装置，所述第二抽气装置的出口与所述第二调节阀的入口相连，所述第二调节阀的出口与所述烟气管道的入口相连。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第五通风蝶阀的入口与所述流向变换反应器中设置的预热分布器与第一蓄热陶瓷床层之间的入口相连。

3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述流向变换反应器的内衬设置有隔热纤维。

4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述预热分布器为总管-开孔的支管结构或总管-支管-筛孔的结构。

5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第一抽气装置为总管-开孔的支管结构、总管-支管-筛孔的结构或导流板结构；所述第二抽气装置为总管-开孔的支管结构、总管-支管-筛孔的结构或导流板结构。

6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第一封头与第二封头的形状为球形、蝶形、椭圆或锥形；所述第一气体分布器与第二气体分布器为管状、筛板或上述两种结构的组合。