一種催化氧化換熱器及其工作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種催化氧化換熱器及用其實現(xiàn)低品位燃氣熱量回收及低能耗處理的工作方法。
【背景技術】
[0002]低品位燃氣是指工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的難以利用的含有低濃度可燃氣(CH4、⑶、H2)的氣體。比如超低濃度煤層氣，礦井乏風等劣質(zhì)化石氣體燃料，或其他低濃度燃料型廢氣。通常條件下，這部分氣體，不能被點燃或者維持燃燒。
[0003]目前，世界上大部分的低品位可燃氣都未進行回收處理直接排向大氣。這類氣體的排放，一方面造成了有限的不可再生資源的嚴重浪費，另一方面也加劇了環(huán)境污染和溫室效應。因此，合理回收利用低濃度煤層氣具有節(jié)能和環(huán)保雙重意義。
[0004]我國以及世界上很多國家在低品位燃氣的利用技術研究主要集中在:低品位燃氣發(fā)電技術、低品位燃氣壓縮技術、低品位燃氣燃燒技術和礦井乏風低品位燃氣利用技術等方面，但這些技術并未獲得大的突破，而且存在發(fā)電效率較低、有安全隱患等問題，開發(fā)利用仍存在很大空缺。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種催化氧化換熱器及其工作方法，采用低溫催化氧化技術，對普通換熱器進行簡單改造，解決低品位燃氣利用難的問題，具有節(jié)能和環(huán)保雙重意義。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術方案:
[0007]一種催化氧化換熱器，
[0008]包括外殼，外殼兩端設有封頭I和封頭Π，內(nèi)部形成換熱腔；
[0009]所述外殼內(nèi)與封頭I和封頭Π之間均密封設置徑向管板，徑向管板上開有供換熱通道穿過的管孔，換熱通道將封頭I和封頭Π連通，封頭I由水平隔板分隔成兩個部分，封頭I的頂部具有管內(nèi)流體進口，底部具有管內(nèi)流體出口，換熱通道與封頭I和封頭Π形成管內(nèi)流體通道;所述外殼內(nèi)還設置有與徑向管板平行的多個折流板，以將換熱腔分隔形成管外流體通道，管外流體通道的一端與外殼頂部的管外流體進口連通，管外流體通道的另一端與外殼底部的管外流體出口連通；
[0010]所述換熱通道包括換熱管，所述換熱管外部包有泡沫金屬，泡沫金屬內(nèi)置有具有催化活性的活性顆粒。
[0011]優(yōu)選的，所述管外流體進口位于外殼設有封頭Π的一端的頂部;所述管外流體出口位于外殼設有封頭I的一端的底部;保證對管外流體的熱量充分吸收。
[0012]一種催化氧化換熱器，
[0013]包括外殼，外殼兩端具有封頭I和封頭Π，內(nèi)部形成換熱腔；
[0014]所述外殼內(nèi)與封頭I和封頭Π之間均密封設置徑向管板，徑向管板上開有供換熱通道穿過的管孔，換熱通道將封頭I和封頭Π連通，封頭I的頂部具有管內(nèi)流體進口，封頭π底部具有管內(nèi)流體出口，換熱通道與封頭I和封頭Π形成管內(nèi)流體通道;所述外殼內(nèi)還設置有與徑向管板平行的多個折流板，以將換熱腔分隔形成管外流體通道，管外流體通道的一端與外殼頂部的管外流體進口連通，管外流體通道的另一端與外殼底部的管外流體出口連通；
[0015]所述換熱通道包括換熱管，所述換熱管外部包有泡沫金屬，泡沫金屬內(nèi)置有具有催化活性的活性顆粒。
[0016]所述泡沫金屬由高導熱性質(zhì)的金屬制成，泡沫金屬的金屬物質(zhì)可以采用鎳、銅、鐵、鋁等高導熱性質(zhì)的金屬，優(yōu)選為紫銅。
[0017]所述泡沫金屬的孔徑范圍為0.l-2mm，優(yōu)選0.5mm。
[0018]優(yōu)選的，所述管外流體進口位于外殼設有封頭I的一端的頂部;所述管外流體出口位于外殼設有封頭Π的一端的底部;保證對管外流體的熱量充分吸收。
[0019]所述管內(nèi)流體進口處設有測溫元件，所述測溫元件與控制器通信；可以通過測定管內(nèi)流體進口處的溫度，由控制器控制管內(nèi)流體的溫度。
[0020]所述泡沫金屬內(nèi)設有多個孔隙，活性顆粒附著于孔隙中。
[0021]所述活性顆粒為低溫氧化催化劑，作用在于在低溫下(100-500°C)催化低品位燃氣的氧化，所述低溫氧化催化劑包括載體和活性金屬，活性金屬負載到載體上;所述載體采用分子篩物質(zhì)或二氧化鈦或活性氧化鋁，活性金屬由鐵、銅、鎳、鈷、鉻、釩、錳、鋇、鎂、鈣、銀金屬中的一種或幾種組成。將活性金屬負載到載體上的方法可采用浸漬法、水熱法等催化劑制備方法。
[0022]所述活性顆粒在泡沫金屬的中附著方法可采用噴涂法，即將催化劑混合液體制成均勻溶液，采用高壓噴槍將溶液噴涂于泡沫金屬表面;或采用粘結法，即將泡沫金屬表面均勻涂抹粘性膠體，將催化劑顆粒噴涂于泡沫金屬表面并形成穩(wěn)定粘結;或采用浸漬法，即將催化劑顆粒制成乳狀溶液，將泡沫金屬浸漬其中，使催化劑顆粒在泡沫金屬表面形成穩(wěn)定附著。其他可以使催化劑顆粒在泡沫金屬表面形成穩(wěn)定粘附的方法亦可使用。
[0023]所述孔隙在泡沫金屬內(nèi)均勻分布;對管外流體的熱量均勻吸收，提升活性顆粒對管外流體的催化氧化率。
[0024]所述泡沫金屬的孔隙度大于90%;大大增加內(nèi)填充催化劑與氣體接觸面積。
[0025]所述管外流體通道的流通面積是管內(nèi)流體通道的流通面積的4?9倍;避免泡沫金屬膨脹阻塞管外流體流動。
[0026]所述外殼與封頭I和封頭Π之間均設有密封元件，所述換熱通道與徑向管板之間設有密封元件;保證換熱腔的密封性，提升換熱效率。
[0027]—種催化氧化換熱器的工作方法，包括以下步驟:
[0028]步驟I:吸熱流體由管內(nèi)流體進口進入，吸熱流體在管內(nèi)流體通道內(nèi)流通;低品位可燃氣由管外流體進口進入，低品位可燃氣在管外流體通道內(nèi)流通；
[0029]步驟2:低品位可燃氣由換熱通道泡沫金屬內(nèi)的活性顆粒進行催化氧化，放出的熱量由換熱管道內(nèi)的吸熱流體吸收；
[0030]步驟3:經(jīng)處理的低品位可燃氣由管外流體出口流出，吸熱流體由管內(nèi)流體出口流出，實現(xiàn)低品位燃氣熱量回收和無污染排放。
[0031]本發(fā)明的工作原理為:
[0032]利用本發(fā)明催化氧化換熱器，高溫低品位燃氣流通時，在催化劑作用下催化氧化，放出的熱量通過泡沫金屬及時的傳遞到換熱管中，被換熱管內(nèi)流體帶走并及時利用，實現(xiàn)低品位燃氣熱量回收;也可通過控制換熱管內(nèi)流體的流量及溫度來控制泡沫金屬中填充催化劑的溫度，將低品位燃氣催化氧化，實現(xiàn)低能耗處理。
[0033]本發(fā)明的有益效果為:
[0034]本發(fā)明的催化氧化換熱器通過換熱管的活性顆粒對低品位可燃氣進行催化氧化，低品位可燃氣的熱量被換熱管回收利用，實現(xiàn)低品位可燃氣的低能耗處理和熱量回收利用。
[0035]催化氧化反應僅發(fā)生在換熱管表面，熱量的釋放過程也就僅局限于換熱管表面，可以及時有效的將熱量帶走并得到利用，而不是用來加熱大區(qū)域的其他氣體，熱量利用率尚O
[0036]本發(fā)明的催化氧化換熱器有效解決低品位燃氣利用難的問題，具有節(jié)能和環(huán)保雙重意義;同時換熱管管內(nèi)流體可循環(huán)使用，節(jié)約資源。
[0037]本發(fā)明的催化氧化換熱器可通過對常規(guī)換熱器進行簡單改造實現(xiàn)，成本低廉。
【附圖說明】
[0038]圖1為本發(fā)明催化氧化換熱器的結構示意圖；
[0039]圖2為圖1中金屬管的結構示意圖；
[0040]圖中，I為管內(nèi)流體進口；2為熱電偶；3為隔板;4為管內(nèi)流體出口 ；5為管外流體出口 ； 6為外殼;7為金屬管;8為管外流體進口，9為擋板;10為管板;11為控制系統(tǒng)；12為泡沫金屬;13為孔隙；14為活性顆粒;15為封頭。
【具體實施方式】
[0041 ]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0042]實施例1:
[0043]如圖1所示，催化氧化換熱器，用以實現(xiàn)低品位燃氣熱量回收及低能耗處理，換熱器可通過對常規(guī)換熱器進行簡單改造實現(xiàn)，成本低廉，可采用套管式、殼管式板式、螺旋板式等型式。
[0044]催化氧化換熱器，包括外殼6，外殼6兩端具有封頭15，內(nèi)部形成換熱腔;外殼6兩端部設置徑向管板10，并進行密封處理;管板10上