[发明专利]将含氰有机废液转化为氮掺杂碳纳米材料的装置及方法

说明书

本发明公开了属于含氰有机废液转化技术领域的一种将含氰有机废液转化为氮掺杂碳纳米材料的装置及方法。装置包括一个两段反应装置；第一段为流化床，其功能是利用催化剂将含氰有机废液转化为掺氮碳纳米材料；第二段为固定床，其功能是利用催化剂将所有含氰化合物全部转化为NH₃或N₂，且气体中的有机物只有甲烷。本发明实现了含氰有机废液的高值化利用，并使最终尾气中的有机物直接达到排放标准。本发明的技术适用于有机物氨氧化过程的废液处理以及多种含氮或含氰有机材料热解生成的有机废液的处理，与原来的焚烧法相比，大大降低了成本，提高了产品附加值。

技术领域

本发明属于含氰有机废液转化技术领域，尤其涉及一种将含氰有机废液转化为氮掺杂碳纳米材料的装置及方法。

背景技术

含氰有机废液(包括废液，废气)是在氨氧化反应过程，以及含氮、含氰有机化合物(包括气体，液体，固体)热分解过程的产物，具有成分复杂，含量低，环境冲击效应大的特点。目前处理含氰有机废液的方法包括预冷却后用吸收或吸附的方法进行富集。部分含氰有机废液在富集之后，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。

含氰有机废液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与尾气的环境冲击效应。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，即使将富集的含氰有机废液，变成了碳产物，但其尾气仍然属于含氰有机废液，不满足环保排放标准。

通常来说，经过富集的含氰有机废液，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含氰有机废液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，含氰有机废液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

为了解决上述问题，本发明提出了一种将含氰有机废液转化为氮掺杂碳纳米材料的装置，其特征在于，所述装置的密封段为密闭上下筒状结构，下段为一个流化床段，上段为一个固定床段；固定床段中组合装配有机废液的汽化器；

固定床段的高度是流化床段的高度的1:5～1:2；

流化床段上部设置流化床催化剂进口，下部分别设置流化床辅助气体进口和碳产物出口；优选的，流化床辅助气体进口设置在流动床段的底部；

密封段设置有固定床催化剂进口和气体产物出口；优选的，气体产物出口设置在密封段的顶部；

汽化器设置有含氰有机废液入口以及含氰有机废液出口。

固定床段与汽化器进行组合装配，汽化器占据固定床段的一部分空间。固定床段的催化剂，直接堆放在汽化器的外侧。