本发明涉及大气污染与温室气体减排控制领域，具体涉及一种乏风瓦斯催化氧化治理系统及方法。
背景技术：
1、瓦斯是煤矿安全生产的主要隐患，通常采用向矿井内大量通风的方法将瓦斯排出，形成大量的乏风瓦斯。乏风瓦斯的主要成分甲烷既是一种优质的清洁能源，又是一种温室气体，所产生的温室效应是二氧化碳的28倍，对臭氧层的破坏力是二氧化碳的7倍。治理和利用煤矿乏风瓦斯，是我国充分利用能源、保护大气环境的需要，具有重大意义。
2、矿井乏风中的瓦斯浓度非常低，一般控制在小于0.75％范围内，乏风量、瓦斯浓度波动范围大，超低浓度煤层气中的甲烷含量常受到矿井下煤层气含量、煤炭开采量、通风量等多种因素的影响，导致其中的甲烷浓度变化幅度较大，给超低浓度煤层气的利用带来了难度，这些特点决定了乏风瓦斯很难利用传统燃烧器直接进行燃烧。相关技术中采用了热(催化)逆流氧化的方式通过处理超低浓度抽采瓦斯协同处理矿井乏风，瓦斯氧化后产生的热量一部分用于自身氧化的维持，多余的热量可以取出并加以利用，不仅实现甲烷的零排放，而且实现资源化利用。目前的主要取热方法是将换热器布置在氧化床高温区附近，取热用于生产饱和蒸汽或过热蒸汽。但其换热效率较低，从反应器出口排出的反应尾气仍具有较高温度，直接排至大气中而不进行热量回收，造成能量的浪费，使得对超低浓度乏风处治的能力有限。相关技术或采用蓄热材料同时热储存和余热回收，造成蓄热体体积庞大；含有低浓度瓦斯的进气以常温进入反应器使得入口段温度下降较快，为使反应器能够维持自运行，需要气流换向周期短，电动阀动作频繁，这不仅会影响其使用寿命，而且会影响反应器内气流稳定性。
3、cn 109059010 b公开了一种低浓度瓦斯氧化热利用装置，通过熔盐换热器将系统内氧化放出的热量进行回收利用，但是当瓦斯浓度较低时氧化热量不足时，系统蓄热量不足难于维持自热运行，耗能较大。
技术实现思路
1、有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种乏风瓦斯催化氧化治理系统及方法，本发明降低了乏风中甲烷的排放，减少催化氧化过程中额外能量的消耗，尤其对超低浓度及浓度波动的乏风瓦斯治理有较好的适应性，解决了乏风瓦斯治理过程中甲烷浓度低(＜0.3％)且波动大的难题。
2、为实现上述发明目的，本发明第一方面提供一种乏风瓦斯催化氧化治理系统，包括：
3、换热器，用于回收乏风瓦斯催化氧化余热并预热乏风瓦斯；
4、催化氧化反应器，与所述换热器连通，来自换热器的乏风瓦斯依次经过所述催化氧化反应器内部设置的用于释放热量给乏风瓦斯的第一储热材料、用于低温氧化乏风瓦斯的低温耐硫催化氧化剂、用于高温氧化乏风瓦斯的耐高温催化氧化剂以及用于从乏风瓦斯吸收热量的第二储热材料；
5、加热器，用于当催化氧化反应器内部的乏风瓦斯温度低于设计温度下限时，加热催化氧化反应器使其内部升温至催化氧化所需温度。
6、进一步地，所述第一储热材料及第二储热材料在催化氧化反应器内部两侧对称设置。
7、进一步地，所述低温耐硫催化氧化剂包括在所述催化氧化反应器内部两侧对称设置的第一低温耐硫催化氧化剂及第二低温耐硫催化氧化剂。
8、进一步地，所述催化氧化反应器在所述第一储热材料或第二储热材料下方设置用于乏风瓦斯进入的第一烟气入口以及用于烟气排出的第一烟气出口。
9、进一步地，所述催化氧化反应器通过第一烟气出口排出的烟气进入所述换热器作为热源。
10、进一步地，所述系统还包括烟气混合器，所述烟气混合器与所述催化氧化反应器的第二烟气出口连通，用于将催化氧化反应器内部超过设计温度上限时排出的高温烟气降温。
11、进一步地，所述设计温度范围为400-800℃。
12、本发明第二方面提供了一种乏风瓦斯催化氧化治理方法，包括如下步骤：
13、1)开启加热器，均匀加热催化氧化反应器内部至催化氧化所需温度；
14、2)乏风瓦斯进入换热器进行预热升温；
15、3)预热后的乏风瓦斯进入催化氧化反应器内部经第一储热材料加热后在低温耐硫催化氧化剂及耐高温催化氧化剂的作用下发生催化氧化反应，反应得到的高温烟气进入第二蓄热材料对热量进行回收储存；
16、4)第一储热材料逐渐放热并降温，当催化氧化反应器内部乏风瓦斯温度低于设计温度下限时，将第二蓄热材料切换为第一蓄热材料，乏风瓦斯从其下方进入催化氧化反应器内部经其加热后在低温耐硫催化氧化剂及耐高温催化氧化剂的作用下发生催化氧化反应。
17、进一步地，所述方法还包括：所述催化氧化反应及储热后排出的烟气进入所述换热器作为热源。
18、进一步地，所述方法还包括：当催化氧化反应器内温度超过设计温度上限时，所述催化氧化反应后得到的高温烟气进入所述烟气混合器进行降温。
19、进一步地，所述步骤1)中，在系统启动开启加热器时，将空气通入催化氧化反应器内部作为加热介质。
20、本发明与现有技术相比，具有以下优点：
21、通过本发明，开启加热器，利用空气内循环均匀加热催化氧化反应器及系统至催化氧化所需温度，系统稳定后关闭加热器；引入乏风瓦斯，经换热器预热后进入催化氧化反应器内部，经过第一储热材料的进一步加热达到催化氧化温度，之后通过低温耐硫催化氧化剂在低温下对乏风瓦斯进行催化氧化剂氧化，抵抗低温下烟气中硫对催化氧化剂中毒性，并放出热量提升自身烟气温度，烟气再进入耐高温催化氧化剂进一步对剩余甲烷进行催化氧化生成二氧化碳和水并释放热量，此时烟气继续放热升温，充分反应后产生的高温烟气进入第二蓄热材料对甲烷氧化释放的热进行回收储存，同时第二储热材料升温，为反应器换向运行后作为放热体(即切换作为用于加热乏风瓦斯的第一储热材料)做准备，第一储热材料逐渐放热并降温，当被加热乏风瓦斯温度低于设计温度下限时，将第二蓄热材料切换为第一蓄热材料，乏风瓦斯从其下方进入催化氧化反应器内部经其加热后在低温耐硫催化氧化剂及耐高温催化氧化剂的作用下发生催化氧化反应，完成一个完整的催化氧化过程。为充分发挥储热材料的高温热储存作用，同时节省储热材料，催化氧化反应器排出氧化后的高温烟气仍具有一定温度，经换热器充分回收余热后排放。第二储热材料储存的高温热能可以补偿瓦斯浓度短时波动至更低时补偿烟气温度，维持系统自平衡运行。采用换热器回收排出催化氧化反应器出口的高温烟气余热并预热进入系统的乏风瓦斯，有效降低进出催化氧化反应器烟气温差，进一步提高系统热回收效率，同时可节省催化氧化反应器内储热材料使用量及换热量，充分发挥储热材料储热能力。
22、本发明的其它特征和优点将通过随后的具体实施方式予以详细说明。
1.一种乏风瓦斯催化氧化治理系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的催化氧化治理系统，其特征在于，所述第一储热材料及第二储热材料在催化氧化反应器内部两侧对称设置；和/或，
3.根据权利要求1或2所述的催化氧化治理系统，其特征在于，所述催化氧化反应器在所述第一储热材料或第二储热材料的下方设置用于乏风瓦斯进入的第一烟气入口以及用于烟气排出的第一烟气出口。
4.根据权利要求3所述的催化氧化治理系统，其特征在于，所述催化氧化反应器通过第一烟气出口排出的烟气进入所述换热器作为热源。
5.根据权利要求1-4任一项所述的催化氧化治理系统，其特征在于，所述系统还包括烟气混合器，所述烟气混合器与所述催化氧化反应器的第二烟气出口连通，用于将催化氧化反应器内部超过设计温度上限时排出的高温烟气降温。
6.根据权利要求1-5所述的催化氧化治理系统，其特征在于，所述设计温度范围为400-800℃。
7.一种乏风瓦斯催化氧化治理方法，其特征在于，包括如下步骤：
8.根据权利要求7所述的催化氧化治理方法，其特征在于，所述方法还包括：所述催化氧化反应及储热后得到的烟气进入所述换热器作为热源。
9.根据权利要求7或8所述的催化氧化治理方法，其特征在于，所述方法还包括：当催化氧化反应器内温度超过设计温度上限时，所述催化氧化反应后得到的高温烟气进入烟气混合器进行降温。
10.根据权利要求7-9任一项所述的催化氧化治理方法，其特征在于，所述步骤1)中，在系统启动开启加热器时，将空气通入催化氧化反应器内部作为加热介质。
