[發明專利]一種將揮發性有機物轉化為納米碳產物的裝置及方法

有效

• 申請號: 202010095648.7
• 申請日: 2020-02-17
• 公開（公告）號: CN111232953B
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 騫偉中;崔超婕
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: C01B32/15
• 分類號: C01B32/15
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 段俊濤

本發明公開了一種將揮發性有機物轉化為納米碳產物的裝置與方法，該裝置包括下段的一個流化床段，上段的一個固定床段，以及在固定床段上部的旋風分離器，及揮發性有機物、水蒸汽與催化劑的入口，及碳產物與氣體產物的出口；該方法包括將不同粒徑的納米金屬負載型催化劑分別裝填在流化床段與固定床段。通過外加熱，提供轉化能量。流化床段的固體(催化劑與碳產物)與氣體一起穿過固定床段的固體通道，給固定床段供熱；固體通過固定床段上部的旋風分離器，返回流化床段中；在固定床段下面通入水蒸汽，控制固定床段不積碳。利用該方法，使揮發性有機物高效轉化，直接排放，制備碳納米材料的附加值高。具有設備結構緊湊，投資小，易放大的優點。

技術領域

本發明涉及揮發性有機物轉化技術領域，具體涉及一種將揮發性有機物轉化為納米碳產物的裝置及方法。

背景技術

揮發性有機物是廢氣中一個特別大的類型，具有成分復雜，含量低，環境沖擊效應大的特點。目前處理揮發性有機物的方法包括預冷卻后用吸收或吸附的方法進行富集。部分揮發性有機物在富集之后，能夠變成液體。少量組分簡單的液體，可以當作產品循環使用。然而大部液體成分復雜，非常難以繼續分離，只能通過焚燒或催化氧化的方法進行再處理。另外，也有沸點極低的揮發性組分，常以氣體形式存在，仍有繼續排放到大氣的可能。所以只能采用焚燒或催化氧化的方法，將其變為二氧化碳與水。焚燒過程中需要使用大量的燃料，催化氧化需要使用昂貴的試劑或催化劑，而產品卻毫無附加值，經濟方面不利。

揮發性有機物可以作為碳納米材料(碳納米管或石墨烯，納米碳纖維)的制備原料。這些產品比表面積大，導電性，導熱性，機械強度等好，在復合材料，催化劑，吸附材料，能源存儲方面具有良好的用途，附加值高。然而，在眾多的公開文獻報道中，只關注碳產物的質量、結構與純度控制，很少關注碳源的轉化效率。比如，在用于鋰離子電池導電劑的碳納米管生產過程中，其碳源的轉化率很少超過80％。利用該方法，即使將富集的揮發性有機物，變成了碳產物，但其尾氣仍然屬于揮發性有機物，不滿足排放標準。

通常來說，經過富集的揮發性有機物，濃度在0.1％-100％，要求轉化后排放的氣體中，非甲烷總烴不得超過50-100mg/Nm³。這相當于反應裝置中揮發性有機物的轉化效率需要大于99.99％，甚至99.999％。顯然，目前的技術不能夠滿足要求。

另外，揮發性有機物是一個處理量很大的行業，比目前的碳納米材料制備行業的規模大得多。因此產生出復雜的工程性問題，即反應裝置需要時刻滿足連續轉化與達標轉化的要求。該技術尚無報道。

發明內容

針對目前揮發性有機物處理方法的不足，以及碳納米材料制備技術的不足，本發明提出一種將揮發性有機物轉化為納米碳產物的裝置及方法。

為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種將揮發性有機物轉化為納米碳產物的裝置，該裝置下段為一個流化床段1，上段為一個固定床段2，在固定床段內上部設置有旋風分離器3，旋風分離器3出口連通流化床段1；固定床段2下方設置有水蒸汽噴射管4；流化床段1底部設置有揮發性有機物入口5，固定床段2頂部設置有氣體產物出口6，流化床段1設置有流化床段催化劑進口7和碳產物出口8，固定床段2設置有固定床段催化劑進口9。

所述的固定床段2設有多個固體通道，使固體能夠到達固定床段上部，固體通道占床層橫截面的5-20％，其余床層裝填催化劑；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。

所述的水蒸汽噴射管4的數量為一個或多個，其開口向下。

所述的流化床段1的高度是固定床段2的高度的1-3倍。