[发明专利]一种高效转化挥发性有机物的装置及方法

说明书

本发明公开了一种高效转化挥发性有机物的装置及方法，该装置下段为一个流化床段，上段为一个固定床段，二者之间用多孔分布板相隔，同时设置阻挡流化床段固体向上运动的金属丝网层，及挥发性有机物、水蒸汽与催化剂的入口，及碳产物与气体产物的出口；该方法包括将不同粒径的纳米金属负载型催化剂分别装填在流化床段与固定床段。通过外加热，提供转化能量，并通过流化床段的气体，给固定床段的催化剂供热；在反应装置中部通入水蒸汽，控制流化床段生产大量碳产物，而在固定床段不积碳，维持长的催化剂寿命。利用该方法，使挥发性有机物高效转化，直接排放；同时制备碳纳米材料，提高附加值。具有设备结构紧凑，投资小，易放大的优点。

技术领域

本发明涉及挥发性有机物转化技术领域，具体涉及一种高效转化挥发性有机物的装置及方法。

背景技术

挥发性有机物是废气中一个特别大的类型，具有成分复杂，含量低，环境冲击效应大的特点。目前处理挥发性有机物的方法包括预冷却后用吸收或吸附的方法进行富集。部分挥发性有机物在富集之后，能够变成液体。少量组分简单的液体，可以当作产品循环使用。然而大部液体成分复杂，非常难以继续分离，只能通过焚烧或催化氧化的方法进行再处理。另外，也有沸点极低的挥发性组分，常以气体形式存在，仍有继续排放到大气的可能。所以只能采用焚烧或催化氧化的方法，将其变为二氧化碳与水。焚烧过程中需要使用大量的燃料，催化氧化需要使用昂贵的试剂或催化剂，而产品却毫无附加值，经济方面不利。

有机物可以作为碳纳米材料(碳纳米管或石墨烯，纳米碳纤维)的制备原料。这些产品比表面积大，导电性，导热性，机械强度等好，在复合材料，催化剂，吸附材料，能源存储方面具有良好的用途，附加值高。然而，在众多的公开文献报道中，只关注碳产物的质量、结构与纯度控制，很少关注碳源的转化效率。比如，在用于锂离子电池导电剂的碳纳米管生产过程中，其碳源的转化率很少超过80％。利用该方法，即使将富集的挥发性有机物，变成了碳产物，但其尾气仍然属于挥发性有机物，不满足排放标准。

通常来说，经过富集的挥发性有机物，浓度在0.1％-100％，要求转化后排放的气体中，非甲烷总烃不得超过50-100mg/Nm³。这相当于反应装置中挥发性有机物的转化效率需要大于99.99％，甚至99.999％。显然，目前的技术不能够满足要求。

另外，挥发性有机物是一个处理量很大的行业，比目前的碳纳米材料制备行业的规模大得多。因此产生出复杂的工程性问题，即反应装置需要时刻满足连续转化与达标转化的要求。该技术尚无报道。

发明内容

针对目前挥发性有机物处理方法的不足，以及碳纳米材料制备技术的不足，本发明提出一种高效转化挥发性有机物的装置及方法。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高效转化挥发性有机物的装置，该装置下段为一个流化床段1，上段为一个固定床段2，二者之间用多孔分布板3相隔；多孔分布板3下方依次设置有水蒸汽喷射管5与金属丝网层4；流化床段1底部设置有挥发性有机物入口6，固定床段2顶部设置有气体产物出口7，流化床段1设置有流化床段催化剂进口8和碳产物出口9，固定床段2设置有固定床段催化剂进口10。

所述的多孔分布板3的空隙率为30-70％，单孔的直径小于固定床段2中催化剂的最小尺寸。

在多孔分布板3下方0.5-1m的流化床段1横截面上设置厚度为1-3cm的金属丝网层4；金属丝网层4的空隙率为90-95％，金属丝网的单孔直径小于0.01mm；金属丝网的材质为不锈钢、镍或铂。

所述的水蒸汽喷射管5位于多孔分布板3与金属丝网层4的中心位置；水蒸汽喷射管5的数量为一个或多个，其开口向下，正对着金属丝网层4。

所述的流化床段1的高度是固定床段2的高度的2-5倍。