[发明专利]捕集含挥发性有机物的气体并制备碳纳米材料的系统及方法

说明书

捕集含挥发性有机物的气体并制备碳纳米材料的系统及方法，该系统包括一个吸收/解吸子系统、一个吸附/脱附子系统、一个碳化子系统，包括或不包括气液分离子系统；使用该系统捕集含挥发性有机物的气体并制备碳纳米材料的方法，将含挥发性有机物的气体先通过吸收/解吸子系统，去除大部分挥发性有机物；再经过吸附/脱附子系统，实现达标排放；当吸收或吸附接近饱和时，执行解吸或脱附操作；解吸或脱附所得有机物在气液分离子系统中冷凝，收集液体(回用或再处理)；分离后的气体，进入碳化子系统，高温下生成碳纳米材料，其尾气与吸附/脱附子系统的尾气合并后，达标排放。本发明延长了吸附剂使用周期，降低了能耗；将挥发性有机物变成了碳纳米材料，降低了吸附剂成本。

技术领域

本发明属于化工与环保技术领域，具体涉及一种捕集含挥发性有机物的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。近来，碳纳米管，石墨烯等介孔材料发展迅速，可以实现吸附与脱附的长周期循环使用。。然而，目前碳纳米材料成本还比较高，是阻碍其吸附应用的障碍之一。

另外，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。同时，对于流量波动或浓度波动较大的含挥发性有机物的气体的处理来说，会造成吸附/脱附装置频繁切换，能耗增加。

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收法与吸附法搭配使用，捕集含挥发性有机物的气体并制备碳纳米材料的系统及方法，以解决脱附后的气态有机物难处理的问题，且增加对流量波动或浓度波动较大的挥发性有机物的，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：

捕集含挥发性有机物的气体并制备碳纳米材料的系统，包括一个吸收/解吸子系统1、一个吸附/脱附子系统2和一个碳化子系统4，包括或不包括气液分离子系统3；所述吸收/解吸子系统1的底部设置含挥发性有机物的气体通入口5，顶部设置气体出口6；吸附/脱附子系统2底部设置含挥发性有机物的气体入口7，顶部设置吸附后气体出口8和脱附后气体出口9；气液分离子系统3底部设置冷凝有机液体出口11)，顶部设置有机物气体出口12，中部设置中部入口10；碳化子系统4的底部设置底部入口13，顶部设置碳化后尾气出口14，碳化子系统4还设置有催化剂入口15与碳材料出口16；所述吸收/解吸子系统1顶部的气体出口6分两路，一路连通吸附/脱附子系统2底部的气体入口7，当包括气液分离子系统3时，另一路连通气液分离子系统3的中部入口10，当不包括气液分离子系统3时，另一路连通碳化子系统4的底部入口13；当包括气液分离子系统3时，吸附/脱附子系统2顶部的脱附后气体出口9连通气液分离子系统3的中部入口10，气液分离子系统3顶部的有机物气体出口12连通碳化子系统4的底部入口13；当不包括气液分离子系统3时，吸附/脱附子系统2顶部的脱附后气体出口9连通碳化子系统4的底部入口13；碳化子系统4顶部的碳化后尾气出口14连通吸附/脱附子系统2顶部的吸附后气体出口8。

所述吸收/解吸子系统1中装填液态烃类吸收剂，其沸点为200～300℃,凝固点为-50～-10℃。

所述吸附/脱附子系统2中装填有易再生的吸附剂，材质为碳吸附剂、分子筛或氧化铝中的一种或多种。

所述碳吸附剂为活性炭，碳纤维，碳纳米管，石墨烯中的一种或多种。