CN202482294U

CN202482294U - 燃气催化增能集成系统

Info

Publication number: CN202482294U
Application number: CN2012200508848U
Authority: CN
Inventors: 栗伟鹤
Original assignee: WUXI RUNNENG INDUSTRIAL TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: WUXI RUNNENG INDUSTRIAL TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2012-02-17
Filing date: 2012-02-17
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2022-02-17

Abstract

本实用新型涉及一种燃气催化增能集成系统。它包括气剂混合罐，所述气剂混合罐内装有液态的含能催化剂，气剂混合罐上安装有指示含能催化剂存量的第一液位计，气剂混合罐的顶部安装有进气管和出气管，气剂混合罐内设置有催化管，所述催化管上端与进气管连通，催化管内按气体的流通方向顺次安装有复合氧化物催化剂和稀土催化剂，催化管下端插入含能催化剂的液面之下。本实用新型采用稀土催化剂替代贵金属催化剂，降低了使用成本；稀土催化材料与含能催化剂配合使用，既能提高燃烧效率、节约能源、又减少氮氧化物排放，保护环境；必将成为稀土催化的一个新兴领域。

Description

燃气催化增能集成系统

技术领域

本实用新型涉及一种燃气催化增能集成系统。

背景技术

随着社会的进步和科技的发展，能源的大量开发和利用，同时也带来大量的有害污染物，严重威胁到生态环境和人类的健康。因此高效、节能、环保的燃烧新技术的研究与开发对资源的优化利用以及社会、经济的可持续发展显得非常重要。近年来，催化燃烧作为一项节能环保的燃烧技术已在很多领域里得到应用，比如在燃气轮机和汽车尾气净化以及工业窑炉、工业金属焊割用气体等方面。

传统的燃烧方式燃烧温度高，超过1500℃，在这个温度下燃烧很容易产生氮氧化物，增加全球温室效应。另外，燃烧效率低，噪音高，且一些廉价燃料不能广泛应用。

利用催化燃烧技术可改变燃烧方式，提高燃烧效率，降低燃烧温度，减少NOx的形成，且燃烧过程中噪音低，廉价燃料也可大量应用，具有高效节能、环境友好等优点，是燃烧技术的未来发展方向。据有关资料介绍，利用催化燃烧技术可提高热效率64%，燃烧效率可达99.5%，节能效果达15%以上。

在催化燃烧的基础上，选择性的改善燃气的燃烧频率、燃烧速度可大幅度提高燃气的利用率，对于低碳燃料甲烷、一氧化碳可通过增加燃气能量、外部增碳等手段，可提升天然气的发热量，通过实验测定，在天然气中添加含能催化剂，可替代乙炔进行火焰焊割，其在氧气中燃烧的温度可达到3100℃，使用功效优于乙炔气，节能率达到60%左右。

天然气的燃烧是按连锁反应进行的，燃烧过程是靠氧作为激发物，产生分子间的碰撞，在一定温度下裂解、燃烧。催化增能天然气在燃烧过程中能够加快天然气的裂解速度，碳氢化合物分解形成微小的碳粒子，一般在1130~1180℃温度下发生裂解，这些碳粒子不断的燃烧和不断的裂解形成高强度的火焰辐射热能。在这些反应中，燃料在一些自由基例如O、OH、H碰撞下发生反应，产生更多的H或者是分解成更小的碎片。甲烷的燃烧是CH₄被连续地转化成CH₃，CH₂，CH。最初形成的各种氧化的中间产物与燃料中的碳结合而首先变为CO，并且燃料中的氢基变为H₂，所有的中间产物将接着进一步氧化，再一次通过自由基的作用，而变为CO₂和H₂O。由于催化剂对甲烷气体就有良好的催化性能，含能催化剂本身具有较高的燃烧速度，因此对天然气的燃烧具有促进作用。

常用的燃烧催化剂一般有贵金属催化剂、金属氧化物催化剂和贵金属- 过渡金属氧化物催化剂。贵金属材料虽然有好的低温催化活性，但由于其受到活性组分分散度、催化剂的脱附和耐热性等因素的影响，以及昂贵的价格和我国资源的有限性，决定其难以实现产业化。目前，用于催化燃烧的主要是稀土催化材料，具有价格便宜、原料易得、耐高温性能好等优势。特别是利用分子组装技术制备稀土催化材料，使稀土及其活性组分在高温下具有较好的稳定性，是促进催化燃烧的发展方向。其中稀土基钙钛矿、六铝酸盐等稀土复合氧化物在天然气高温催化燃烧应用方面更具有良好的发展前景。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种燃气催化增能集成系统。

按照本实用新型提供的技术方案，燃气催化增能集成系统，其特征在于：它包括气剂混合罐，所述气剂混合罐内装有液态的含能催化剂，气剂混合罐上安装有指示含能催化剂存量的第一液位计，气剂混合罐的顶部安装有进气管和出气管，气剂混合罐内设置有催化管，所述催化管上端与进气管连通，催化管内按气体的流通方向顺次安装有复合氧化物催化剂和稀土催化剂，催化管下端插入含能催化剂的液面之下。

作为本实用新型的进一步改进，所述的复合氧化物催化剂由掺杂微量贵金属的稀土钙钛矿型催化剂组成，所述稀土催化剂由铈锆固溶体催化材料组成。

作为本实用新型的进一步改进，所述第一液位计安装在距离气剂混合罐底部10厘米的位置处。

作为本实用新型的进一步改进，所述气剂混合罐壁上设有加液口，该加液口通过管路连接自动加液系统。

作为本实用新型的进一步改进，所述自动加液系统包括储液罐和加液泵，储液罐内储存有含能催化剂，储液罐上安装有指示含能催化剂存量的第二液位计，所述储液罐顶部安装有加液阀，加液泵进液口与储液罐底部的出液口连接，加液泵的出液口与气剂混合罐的加液口连接，所述加液口的位置高于第一液位计顶端。

作为本实用新型的进一步改进，所述第二液位计安装在距离储液罐底部10厘米的位置处。

本实用新型与现有技术相比，优点在于：

1、本实用新型采用稀土催化剂替代贵金属催化剂，降低了使用成本；稀土催化材料与含能催化剂配合使用，既能提高燃烧效率、节约能源、又减少氮氧化物排放，保护环境；必将成为稀土催化的一个新兴领域。

2、燃料气被复合氧化物催化剂、稀土催化剂进行裂解催化，裂解后的气体进入气剂混合罐与含能催化剂发生吸附，然后输出通往用气点，与原料燃烧气相比，其燃烧速度大幅度提升，添加有含能催化剂的天然气氧气浓度从21%增加到26%时，火焰燃烧速度提高一倍，同时燃烧温度得到了提高，从而实现节约燃料的目的。

3、本实用新型可安装在天然气管道上，供工业窑炉或居民使用，也可供应钢结构制造厂及造船等工业用户替代乙炔进行金属火焰焊割。将稀土催化材料用于工业窑炉及工业金属火焰焊割，在国内属于首创，其节能效果明显，提升了稀土催化材料的应用领域。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

实施例中的燃气催化增能集成系统主要由进气管1、气剂混合罐2、复合氧化物催化剂3、稀土催化剂4、催化管5、含能催化剂6、第一液位计7、出气管8、加液泵9、储液罐10、加液阀11和第二液位计12组成。

如图1所示，首先选择直径为50厘米，高度为150厘米的钢管，在该钢管的上下端分别焊接上封头和下封头，制成气剂混合罐2，其设计压力为1.0MPa，将进气管1与出气管8分别焊接到气剂混合罐2顶部的上封头上。所述气剂混合罐2内装有液态的含能催化剂6，气剂混合罐2上安装有指示含能催化剂6存量的第一液位计7，该第一液位计7安装在距离气剂混合罐2底部10厘米的位置处。

所述催化管5设置在气剂混合罐2内，所述催化管5上端与进气管1连通，催化管5内按气体的流通方向顺次安装有复合氧化物催化剂3和稀土催化剂4，催化管5下端插入含能催化剂6的液面之下。所述的复合氧化物催化剂3由掺杂微量贵金属的稀土钙钛矿型催化剂组成，所述稀土催化剂4由铈锆固溶体催化材料组成。

实施例中的催化管5结构如图1所示，首先选择一段直径为20厘米，长度为30厘米的铁管，将复合氧化物催化剂3和稀土催化剂4安装在其中，然后将该铁管的上下接口焊接变径，由20厘米的接口变为5厘米，分别焊接连接两根直径为5厘米的细铁管，上面细铁管的上端与进气管1焊接连接，下面细铁管的下端插入含能催化剂6的液面之下。

如图1所示，所述气剂混合罐2壁上设有加液口，该加液口通过管路连接自动加液系统。所述自动加液系统包括储液罐10和加液泵9，储液罐10内储存有含能催化剂6，储液罐10上安装有指示含能催化剂6存量的第二液位计12，该第二液位计12安装在距离储液罐10底部10厘米的位置处；所述储液罐10顶部安装有加液阀11，加液泵9进液口与储液罐10底部的出液口连接，加液泵9的出液口与气剂混合罐2的加液口连接，所述加液口的位置高于第一液位计7顶端。

图示实施例中的储液罐10择直径为40厘米，高度为50厘米的钢管，其上下端分别焊接上封头和下封头，加液阀11安装在上封头上，储液罐10设计压力0.5MPa。

本实用新型的工作过程和工作原理如下：

燃气首先从进气管1进入催化管5内，与复合氧化物催化剂3和稀土催化剂4接触后，进行裂解催化，燃气中的大团簇体分子团分解成小团簇体分子团，碳链部分被切断，亲合力降低，游离性提高，起燃点降低；，裂解后的气体进入气剂混合罐2与含能催化剂6接触，气剂混合罐2中的含能催化剂6与催化后的燃气分子发生吸附作用，使小分子团绑定含能材料，增强小分子团的燃烧热效能，然后通过出气管8输出通往用气点。

通过本实用新型处理后的气体与原燃气相比，其燃烧速度大幅度提升，添加有含能催化剂6的天然气氧气浓度从21%增加到26%时，火焰燃烧速度提高一倍，同时燃烧温度得到了提高，从而实现节约燃料的目的。

当气剂混合罐2的含能催化剂6不足时，开启加液泵9，通过自动加液系统进行补充。储液罐10的含能催化剂6不足时，通过加液阀11补足含能催化剂6。

Claims

1.燃气催化增能集成系统，其特征在于：它包括气剂混合罐（2），所述气剂混合罐（2）内装有液态的含能催化剂（6），气剂混合罐（2）上安装有指示含能催化剂（6）存量的第一液位计（7），气剂混合罐（2）的顶部安装有进气管（1）和出气管（8），气剂混合罐（2）内设置有催化管（5），所述催化管（5）上端与进气管（1）连通，催化管（5）内按气体的流通方向顺次安装有复合氧化物催化剂（3）和稀土催化剂（4），催化管（5）下端插入含能催化剂（6）的液面之下。

2.如权利要求1所述的燃气催化增能集成系统，其特征在于：所述第一液位计（7）安装在距离气剂混合罐（2）底部10厘米的位置处。

3.如权利要求1所述的燃气催化增能集成系统，其特征在于：所述气剂混合罐（2）壁上设有加液口，该加液口通过管路连接自动加液系统。

4.如权利要求3所述的燃气催化增能集成系统，其特征在于：所述自动加液系统包括储液罐（10）和加液泵（9），储液罐（10）内储存有含能催化剂（6），储液罐（10）上安装有指示含能催化剂（6）存量的第二液位计（12），所述储液罐（10）顶部安装有加液阀（11），加液泵（9）进液口与储液罐（10）底部的出液口连接，加液泵（9）的出液口与气剂混合罐（2）的加液口连接，所述加液口的位置高于第一液位计（7）顶端。

5.如权利要求4所述的燃气催化增能集成系统，其特征在于：所述第二液位计（12）安装在距离储液罐（10）底部10厘米的位置处。