[發明專利]將含氰有機廢液轉化為氮摻雜碳納米材料的裝置及方法

有效

• 申請號: 202110602990.6
• 申請日: 2021-05-31
• 公開（公告）號: CN113336283B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 崔超婕;騫偉中
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: C02F1/00
• 分類號: C02F1/00;B01J8/24;B01J8/02;B01J8/04;C01B32/162;C01B32/184;C02F101/38
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 張文寶

1.一種將含氰有機廢液轉化為氮摻雜碳納米材料的裝置，其特征在于，所述裝置的密封段(1)內包括一個下段的流化床段(2)、一個上段的固定床段(3)和一個與固定床段(3)進行組合裝配的有機廢液的汽化器(4)；固定床段(3)的高度是流化床段(2)的高度的1:5～1:2；流化床段(2)底部設有流化床輔助氣體進口(5)；流化床段(2)的下方設置碳產物出口(6)，流化床段(2)上部設置有流化床催化劑進口(7)，固定床段(3)的側壁上部設有固定床催化劑進口(8)，固定床段(3)的頂部設置有氣體產物出口(11)；汽化器(4)上方的含氰有機廢液入口(9)設置在固定床段(3)的側壁上部，汽化器(4)下方的含氰有機廢液出口(10)通入流化床段(2)中。

2.根據權利要求1所述的一種將含氰有機廢液轉化為氮摻雜碳納米材料的裝置，其特征在于，固定床段(3)與汽化器(4)進行組合裝配，汽化器(4)的換熱管均勻穿過固定床段(3)中；固定床段(3)的催化劑，直接設置在汽化器(4)的外側。

3.根據權利要求2所述的一種將含氰有機廢液轉化為氮摻雜碳納米材料的裝置，其特征在于，所述的固定床段(3)中催化劑重量是流化床段(2)中催化劑重量的1：5～2：1；流化床段(2)中裝填金屬負載型催化劑，金屬組份為Fe、Co、Ni、Mo、W、Cu的雙元或三元合金，載體為氧化鋁、氧化鎂、氧化鋯或氧化硅中的一種或多種；金屬組份的質量分數為1％-50％，載體的質量分數為50％-99％；固定床段(3)中的催化劑為裝填雙金屬負載型催化劑，第一金屬組份是Fe、Co、Ni,第二金屬組份是Mo、W、Mn、K、Na、載體為氧化鋁、氧化鎂、氧化鋯或氧化硅中的一種或多種；第一金屬的質量分數為1％-10％；第二金屬的質量分數為1％-10％，載體的質量分數為80％-98％。

4.采用權利要求1-3任一項所述的裝置將含氰有機廢液轉化為氮摻雜碳納米材料的方法，其特征在于，步驟如下：

步驟1：通過流化床催化劑進口(7)和固定床催化劑進口(8)將催化劑分別裝填于流化床段(2)和固定床段(3)中；從流化床輔助氣體進口(5)向流化床段(2)通入輔助流化床氣體,并將流化床段(2)加熱到500-1000℃；所述輔助流化床氣體為N₂ 或Ar；

步驟2：從汽化器(4)的含氰有機廢液入口(9)通入含氰有機廢液，向下行進的含氰有機廢液在固定床段(3)中進行間接換熱；固定床段(3)的溫度為300-600℃；有機廢液被氣化，通過含氰有機廢液出口(10)進入到流化床的底部；被氣化的含氰有機物在流化床段(2)的催化劑上裂解，生成摻氮碳產物與甲烷、氫氣，氮氣，以及少量未分解完成的含氰化合物；

步驟3：流化床段生成的氣體向上運動，與固定床段(3)中的催化劑接觸，繼續反應，只生成氣體產物；氣體產物經氣體產物出口(11)離開密封段(1)，氣體產物出口(11)的絕對壓力為0.1MPa-0.5MPa；

步驟4：當流化床段(2)的碳產物過多時，經碳產物出口(6)排出裝置；并通過流化床催化劑進口(7)添加新鮮催化劑；返回步驟1。

5.根據權利要求4所述的裝置將含氰有機廢液轉化為氮摻雜碳納米材料的方法，其特征在于，所述的含氰有機廢液的分子量為26-350，質量百分數為80％-100％，其余為水；轉化過程中，含氰有機廢液的空速為0.1-20g/gcat/h；輔助流化的氣體的質量流量是含氰有機廢液的1％-10％。

6.根據權利要求4所述的裝置將含氰有機廢液轉化為氮摻雜碳納米材料的方法，其特征在于，所述氣體產物出口(11)中物質中分子量小于50，不含氰基化合物，有機物的碳原子數＜2。

7.根據權利要求6所述的裝置將含氰有機廢液轉化為氮摻雜碳納米材料的方法，其特征在于，氣體產物出口的物質包括CH₄、H₂、CO、CO₂、N₂、NH₃中的一種或多種。