[發(fā)明專利]一種將揮發(fā)性有機(jī)物轉(zhuǎn)化為納米碳產(chǎn)物的裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010095648.7
• 申請日: 2020-02-17
• 公開（公告）號(hào): CN111232953B
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 騫偉中;崔超婕
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): C01B32/15
• 分類號(hào): C01B32/15
• 代理公司: 西安智大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 段俊濤

1.一種將揮發(fā)性有機(jī)物轉(zhuǎn)化為納米碳產(chǎn)物的裝置，其特征在于，該裝置下段為一個(gè)流化床段(1)，上段為一個(gè)固定床段(2)，在固定床段內(nèi)上部設(shè)置有旋風(fēng)分離器(3)，旋風(fēng)分離器(3)出口連通流化床段(1)；固定床段(2)下方設(shè)置有水蒸汽噴射管(4)；流化床段(1)底部設(shè)置有揮發(fā)性有機(jī)物入口(5)，固定床段(2)頂部設(shè)置有氣體產(chǎn)物出口(6)，流化床段(1)設(shè)置有流化床段催化劑進(jìn)口(7)和碳產(chǎn)物出口(8)，固定床段(2)設(shè)置有固定床段催化劑進(jìn)口(9)；所述的固定床段(2)設(shè)有多個(gè)固體通道，使固體能夠到達(dá)固定床段上部，固體通道占床層橫截面的5-20％，其余床層裝填催化劑。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種將揮發(fā)性有機(jī)物轉(zhuǎn)化為納米碳產(chǎn)物的裝置，其特征在于，固定床段中的固體通道為曲折型通道，以保證氣體能夠與固定床段的催化劑有效接觸。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種將揮發(fā)性有機(jī)物轉(zhuǎn)化為納米碳產(chǎn)物的裝置，其特征在于，所述的水蒸汽噴射管(4)的數(shù)量為一個(gè)或多個(gè)，其開口向下。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種將揮發(fā)性有機(jī)物轉(zhuǎn)化為納米碳產(chǎn)物的裝置，其特征在于，所述的流化床段(1)的高度是固定床段(2)的高度的1-3倍。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種將揮發(fā)性有機(jī)物轉(zhuǎn)化為納米碳產(chǎn)物的裝置，其特征在于，所述的流化床段(1)和固定床段(2)中的催化劑為納米金屬負(fù)載型催化劑，其金屬組份為Fe、Co、Ni、W、Cu、Mo和Mn中的一種或多種，晶粒為1-20nm；載體為氧化鋁、氧化硅、氧化鋯和氧化鎂中的一種或多種，載體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10-90％，其余為金屬；在流化床段(1)中使用的納米金屬負(fù)載型催化劑，平均粒徑為0.05-0.5毫米，在固定床段(2)中使用的納米金屬負(fù)載型催化劑，平均直徑為2-10毫米。

6.利用權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的裝置將揮發(fā)性有機(jī)物轉(zhuǎn)化為納米碳產(chǎn)物方法，其特征在于，步驟如下：

步驟1：通過流化床段催化劑進(jìn)口(7)和固定床段催化劑進(jìn)口(9)將催化劑分別裝填于流化床段(1)和固定床段(2)中，將裝置加熱到500-1000℃，控制氣體產(chǎn)物出口(6)的絕對壓力為0.1-2MPa；

步驟2：從流化床段(1)底部的揮發(fā)性有機(jī)物入口(5)通入揮發(fā)性有機(jī)物氣體，揮發(fā)性有機(jī)物氣體在流化床段(1)中的催化劑上裂解生成碳產(chǎn)物與甲烷、氫氣；

步驟3：碳產(chǎn)物隨著揮發(fā)性有機(jī)物氣體、甲烷和氫氣向上運(yùn)動(dòng)，通過固定床段(2)，揮發(fā)性有機(jī)物氣體與固定床段(2)中的催化劑接觸，繼續(xù)反應(yīng)；

步驟4：打開水蒸汽噴射管(4)，通入占揮發(fā)性有機(jī)物氣體總質(zhì)量1-10％的水蒸汽；水蒸汽向下噴射后，會(huì)自動(dòng)折反，向上運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入固定床段(2)，并在催化劑上與揮發(fā)性有機(jī)物氣體及碳產(chǎn)物進(jìn)行反應(yīng)；最終的氣體產(chǎn)物中非甲烷總烴小于50mg/Nm³,氣體產(chǎn)物經(jīng)旋風(fēng)分離器(3)分離并通過氣體產(chǎn)物出口(6)達(dá)標(biāo)排放；水蒸汽的噴入使得固定床段(2)上的催化劑不積碳，能夠長時(shí)間使用；

步驟5：碳產(chǎn)物經(jīng)過固定床段(2)中的固體通道，進(jìn)入上部的旋風(fēng)分離器(3)，碳產(chǎn)物經(jīng)旋風(fēng)分離器(3)分離后返回到流化床段(1)中；

當(dāng)流化床段(1)的碳產(chǎn)物過多時(shí)，經(jīng)碳產(chǎn)物出口(8)排出裝置；并通過流化床段催化劑進(jìn)口(7)添加新鮮催化劑；重復(fù)上述過程。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述的揮發(fā)性有機(jī)物氣體為質(zhì)量百分含量在0.01％-90％的分子量為26-150的有機(jī)物氣體，其余為惰性氣體；轉(zhuǎn)化過程中，揮發(fā)性有機(jī)物氣體的空速為0.1-20g/gcat/h。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述的惰性氣體為氮?dú)?、氬氣和水蒸汽中的一種或多種。

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述的碳產(chǎn)物為碳納米管、石墨烯與納米碳纖維中的一種或多種。