[發(fā)明專(zhuān)利]將含氰有機(jī)廢液轉(zhuǎn)化為氮摻雜碳納米材料的裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110602990.6
• 申請(qǐng)日: 2021-05-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113336283B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-07-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 崔超婕;騫偉中
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C02F1/00
• 分類(lèi)號(hào): C02F1/00;B01J8/24;B01J8/02;B01J8/04;C01B32/162;C01B32/184;C02F101/38
• 代理公司: 北京眾合誠(chéng)成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 張文寶

本發(fā)明公開(kāi)了屬于含氰有機(jī)廢液轉(zhuǎn)化技術(shù)領(lǐng)域的一種將含氰有機(jī)廢液轉(zhuǎn)化為氮摻雜碳納米材料的裝置及方法。裝置包括一個(gè)兩段反應(yīng)裝置；第一段為流化床，其功能是利用催化劑將含氰有機(jī)廢液轉(zhuǎn)化為摻氮碳納米材料；第二段為固定床，其功能是利用催化劑將所有含氰化合物全部轉(zhuǎn)化為NH₃或N₂，且氣體中的有機(jī)物只有甲烷。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了含氰有機(jī)廢液的高值化利用，并使最終尾氣中的有機(jī)物直接達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。本發(fā)明的技術(shù)適用于有機(jī)物氨氧化過(guò)程的廢液處理以及多種含氮或含氰有機(jī)材料熱解生成的有機(jī)廢液的處理，與原來(lái)的焚燒法相比，大大降低了成本，提高了產(chǎn)品附加值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于含氰有機(jī)廢液轉(zhuǎn)化技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種將含氰有機(jī)廢液轉(zhuǎn)化為氮摻雜碳納米材料的裝置及方法。

背景技術(shù)

含氰有機(jī)廢液(包括廢液，廢氣)是在氨氧化反應(yīng)過(guò)程，以及含氮、含氰有機(jī)化合物(包括氣體，液體，固體)熱分解過(guò)程的產(chǎn)物，具有成分復(fù)雜，含量低，環(huán)境沖擊效應(yīng)大的特點(diǎn)。目前處理含氰有機(jī)廢液的方法包括預(yù)冷卻后用吸收或吸附的方法進(jìn)行富集。部分含氰有機(jī)廢液在富集之后，能夠變成液體。少量組分簡(jiǎn)單的液體，可以當(dāng)作產(chǎn)品循環(huán)使用。然而大部液體成分復(fù)雜，非常難以繼續(xù)分離，只能通過(guò)焚燒或催化氧化的方法進(jìn)行再處理。另外，也有沸點(diǎn)極低的揮發(fā)性組分，常以氣體形式存在，仍有繼續(xù)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?yōu)槎趸寂c水。焚燒過(guò)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(chǎn)品卻毫無(wú)附加值，經(jīng)濟(jì)方面不利。

含氰有機(jī)廢液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(chǎn)品比表面積大，導(dǎo)電性，導(dǎo)熱性，機(jī)械強(qiáng)度等好，在復(fù)合材料，催化劑，吸附材料，能源存儲(chǔ)方面具有良好的用途，附加值高。然而，在眾多的公開(kāi)文獻(xiàn)報(bào)道中，只關(guān)注碳產(chǎn)物的質(zhì)量、結(jié)構(gòu)與純度控制，很少關(guān)注碳源的轉(zhuǎn)化效率與尾氣的環(huán)境沖擊效應(yīng)。比如，在用于鋰離子電池導(dǎo)電劑的碳納米管生產(chǎn)過(guò)程中，其碳源的轉(zhuǎn)化率很少超過(guò)80％。利用該方法，即使將富集的含氰有機(jī)廢液，變成了碳產(chǎn)物，但其尾氣仍然屬于含氰有機(jī)廢液，不滿足環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)。

通常來(lái)說(shuō)，經(jīng)過(guò)富集的含氰有機(jī)廢液，濃度在0.1％-100％，要求轉(zhuǎn)化后排放的氣體中，非甲烷總烴不得超過(guò)50-100mg/Nm³。這相當(dāng)于反應(yīng)裝置中含氰有機(jī)廢液的轉(zhuǎn)化效率需要大于99.99％，甚至99.999％。顯然，目前的技術(shù)不能夠滿足要求。

另外，含氰有機(jī)廢液是一個(gè)處理量很大的行業(yè)，比目前的碳納米材料制備行業(yè)的規(guī)模大得多。因此產(chǎn)生出復(fù)雜的工程性問(wèn)題，即反應(yīng)裝置需要時(shí)刻滿足連續(xù)轉(zhuǎn)化與達(dá)標(biāo)轉(zhuǎn)化的要求。該技術(shù)尚無(wú)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種將含氰有機(jī)廢液轉(zhuǎn)化為氮摻雜碳納米材料的裝置，其特征在于，所述裝置的密封段為密閉上下筒狀結(jié)構(gòu)，下段為一個(gè)流化床段，上段為一個(gè)固定床段；固定床段中組合裝配有機(jī)廢液的汽化器；

固定床段的高度是流化床段的高度的1:5～1:2；

流化床段上部設(shè)置流化床催化劑進(jìn)口，下部分別設(shè)置流化床輔助氣體進(jìn)口和碳產(chǎn)物出口；優(yōu)選的，流化床輔助氣體進(jìn)口設(shè)置在流動(dòng)床段的底部；

密封段設(shè)置有固定床催化劑進(jìn)口和氣體產(chǎn)物出口；優(yōu)選的，氣體產(chǎn)物出口設(shè)置在密封段的頂部；

汽化器設(shè)置有含氰有機(jī)廢液入口以及含氰有機(jī)廢液出口。

固定床段與汽化器進(jìn)行組合裝配，汽化器占據(jù)固定床段的一部分空間。固定床段的催化劑，直接堆放在汽化器的外側(cè)。