[发明专利]处理含挥发性有机物气体并制备碳纳米材料的系统及方法

说明书

处理含挥发性有机物气体并制备碳纳米材料的系统及方法，该系统包括一个气体吸附/脱附子系统、一个气液分离子系统和一个尾气碳化子系统；使用该系统处理含挥发性有机物的气体并制备碳纳米材料的方法，将含挥发性有机物气体通过气体吸附/脱附子系统实现吸附，出气体吸附/脱附子系统的气体达标排放；将气体吸附/脱附子系统脱附的有机物经气液分离子系统进行冷凝，得到液体进行收集，回用或再处理；出气液分离子系统的尾气，进入尾气碳化子系统，在高温下生成碳纳米材料，其尾气与气体吸附/脱附子系统的尾气合并后，达标排放。本发明实现了挥发性有机物成分的梯级利用，通过碳化工艺，安全性高；且将最难处理的轻质挥发性有机物变成了碳纳米材料，降低了吸附剂的成本。

技术领域

本发明属于化工与环保技术领域，具体涉及一种吸附法处理含挥发性有机物气体并制备碳纳米材料的系统及方法。

背景技术

化工生产过程、材料加工业与餐饮行业，以及油品储存，装卸过程，常产生大量含挥发性有机物的气体(VOCs),具有分散性强，成分多，分子量差异大，物性差异大等实际现状。处理含挥发性有机物的气体的方法，通常包括冷凝，吸附，吸收，氧化等。其中吸附法常用各类多孔材料(如活性炭，硅胶)，具有过程简单安全等特点。吸附法中如果使用活性碳材料，由于以微孔居多，循环使用性能不佳。但如果使用碳纳米管，石墨烯等介孔材料，则可以多次吸附，脱附，进行循环使用。脱附时常用的介质为高温蒸汽或高温气体，脱附时的能耗是吸附法的最重要的制约环节。

然而，经过吸附浓缩，再脱附后的有机物，一部分可以变为液相，便于分离回用或其他处理。但仍有一大部分在常温常压下仍为气体，既不方便储存，又不能随意排放。必须继续处理。另一方面，碳纳米材料成本高，也是阻碍其吸附应用的主要障碍。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供吸附法处理含挥发性有机物气体并将有机物转化为碳纳米材料的系统及方法，解决了浓缩、脱附后的气态有机物难处理的问题，同时实现了尾气的热量回收利用，降低了能耗，提高了产品附加值。并且由于碳纳米材料可以制成吸附剂，可以极大地降低吸附剂的成本。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

处理含挥发性有机物气体并制备碳纳米材料的系统，包括一个气体吸附/脱附子系统1、一个气液分离子系统2和一个尾气碳化子系统3，所述气体吸附/脱附子系统1的顶部设置含挥发性有机物的气体通入口4，底部设置吸附后气体出口5和脱附后气体出口6，气体吸附/脱附子系统1的脱附后气体出口6连通气液分离子系统2的中部入口7；气液分离子系统2底部设置冷凝有机液体出口8)，所述气液分离子系统2顶部的有机物气体出口9连通尾气碳化子系统3的底部入口10；尾气碳化子系统3顶部的碳化后尾气出口13与气体吸附/脱附子系统1底部的吸附后气体出口5相接；当不需要气液分离子系统2时，将气体吸附/脱附子系统1底部的脱附后气体出口6与尾气碳化子系统3的底部入口10相连；尾气碳化子系统3还设置有催化剂入口11与碳材料出口12。

所述气体吸附/脱附子系统1装填有易再生的吸附剂，材质为碳、分子筛或氧化铝中的一种或多种。

所述碳为活性炭，碳纤维，碳纳米管，石墨烯中的一种或多种。

所述气液分离子系统2中有机液体与有机物气体经过冷凝分离后，分别从底部与顶部排出。

所述尾气碳化子系统3内部装填的催化剂为金属和/或氧化物，金属包括铁、钴、镍、铜、锰、锌、钼、钨中的一种或多种，氧化物包括氧化铝、氧化硅、氧化镁、氧化锆中的一种或多种；金属的质量分数为0-100％；催化剂在500-1000℃下裂解有机物，有机物的质量空速为0.001-20h^-1,生成碳纳米材料，生成的尾气的成分为氢气与甲烷。

所述的系统处理含挥发性有机物气体并制备碳纳米材料的方法，包括如下步骤：

a)将气体吸附/脱附子系统1、气液分离子系统2、尾气碳化子系统3依次相连；