CN109096040A - 一种气态碳源的制备系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种气态碳源的制备系统和方法，该气态碳源的制备系统包括：预热装置和反应器，其中，预热装置，用于将外部输送的反应原料预热到设定温度，并将预热后的反应原料输送给所述反应器；其中，反应原料包括：碳原子数为1到5的醇或者碳原子数为5到12的烷烃中的任意一种或多种混合物；反应器，用于接收预热后的所述反应原料，以使预热后的反应原料与分子筛催化剂接触，预热后的反应原料转化为包含有低碳烯烃的气态碳源，并输出包含有低碳烯烃的所述气态碳源。本发明提供的方案开工简单，无需分离，能够有效地降低了碳材料的制备成本，提高碳材料生产过程的本质安全性和可控性。
Description
技术领域
本发明涉及化工技术领域，特别涉及一种气态碳源的制备系统和方法。
背景技术
随着碳材料技术不断发展和成熟，碳材料的需求量越来越高。目前，在工业生产中，主要以气态烯烃作为碳源，通过化学气相沉积法(CVD法)制备碳材料。比如在碳纳米管、石墨烯等碳材料的生产中，需要使用乙烯、丙烯或者烯烃混合物作为碳源。
针对目前的烯烃生产环境、运输方式及存储方式来说，直接使用烯烃作为碳源存在较大的安全和成本问题。一方面，直接使用管道运输烯烃混合物对大部分碳材料生产厂商而言不现实，因其需要贴近石化基地、且规模不匹配；另一方面，贮存气态烯烃需要使用造价高昂的球罐，且高压气态烯烃存在较大的本质安全性问题。因此，企业需要付出较高的成本和投资，冒较大的安全和政策风险来获取、贮存和使用气态烯烃。
发明内容
本发明实施例提供了一种气态碳源的制备系统和方法，有效地降低了碳材料的制备成本，提高碳材料制备或生产的本质安全性和可控性。
一种气态碳源的制备系统，包括：预热装置和反应器，其中，
所述预热装置，用于将外部输送的反应原料预热到设定温度，并将预热后的所述反应原料输送给所述反应器；其中，所述反应原料包括：碳原子数为1到5的醇或者碳原子数为5到12的烷烃中的任意一种或多种混合物；
所述反应器，用于接收预热后的所述反应原料，以使预热后的所述反应原料与分子筛催化剂接触，预热后的所述反应原料转化为包含有低碳烯烃的气态碳源，并过滤所述分子筛催化剂后输出包含有低碳烯烃的所述气态碳源。
可选地，上述气态碳源的制备系统，进一步包括：第一换热器和第一冷水塔，其中，
所述第一换热器，用于接收所述反应器输出的包含有低碳烯烃的所述气态碳源，并通过流动的不高于40度的冷却水，降低包含有低碳烯烃的所述气态碳源的温度，输出降低温度后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源，并将升温后的水输出给所述第一冷水塔；
所述第一冷水塔，用于将升温后的水降温为不高于40度的冷却水，并将不高于40度的冷却水输出给所述第一换热器。
可选地，上述气态碳源的制备系统，进一步包括：第一闪蒸塔，用于接收所述第一换热器输出的降低温度后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源，去除包含有低碳烯烃的所述气态碳源中的水分，输出去除水分后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源。
可选地，上述气态碳源的制备系统，进一步包括：第一水洗塔，其中，
所述第一冷水塔，进一步用于将不高于40度的冷却水输出给所述第一水洗塔；
所述第一水洗塔，用于利用不高于40度的冷却水水洗降低温度后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源，以去除包含有低碳烯烃的所述气态碳源中的水分，输出去除水分后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源。
可选地，所述预热装置，包括：加热炉；
所述加热炉，用于通过电加热方式将外部输送的所述反应原料预热到设定温度。
可选地，
所述预热装置，包括：功率不大于6200kW的第一开工炉和第二换热器，其中，
所述反应器，进一步用于通过不高于40度的冷却水吸收热量，以使反应温度维持在200度～550度，并输出升温后的水或水蒸汽；
当所述反应器的温度未达到预设温度阈值，所述功率不大于6200kW的第一开工炉处于开启状态；
当所述反应器的温度达到预设温度阈值时，所述功率不大于6200kW的第一开工炉转换为关闭状态；
所述功率不大于6200kW的第一开工炉，用于当处于开启状态时，将外部输送的所述反应原料预热到设定温度，并将预热后的所述反应原料输送给所述反应器；
所述第二换热器，用于当所述功率不大于6200kW的第一开工炉转换为关闭状态时，接收外部输送的所述反应原料，利用所述反应器输出的升温后的水，预热所述反应原料，并输出升温后的水。
可选地，上述气态碳源的制备系统，进一步包括：第二闪蒸塔，其中，所述预热装置，包括：功率不大于6200kW的第二开工炉和第三换热器；
当所述反应器的温度未达到预设温度阈值，所述功率不大于6200kW的第二开工炉处于开启状态；
当所述反应器的温度达到预设温度阈值时，所述功率不大于6200kW的第二开工炉转换为关闭状态；
所述功率不大于6200kW的第二开工炉，用于当处于开启状态时，将外部输送的所述反应原料预热到设定温度，并将预热后的所述反应原料输送给所述反应器；
所述第三换热器，用于当所述功率不大于6200kW的第二开工炉转换为关闭状态时，接收外部输送的所述反应原料，利用所述反应器输出的包含有低碳烯烃的所述气态碳源，预热所述反应原料，并降低包含有低碳烯烃的所述气态碳源的温度，并将降低温度后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源输出给所述第二闪蒸塔；
所述第二闪蒸塔，用于接收所述第三换热器输出的降低温度后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源，去除包含有低碳烯烃的所述气态碳源中的水分，输出去除水分后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源。
可选地，上述气态碳源的制备系统，进一步包括：第二水洗塔和第二冷水塔，其中，
所述预热装置，包括：功率不大于6200kW的第三开工炉和第四换热器；
当所述反应器的温度未达到预设温度阈值，所述功率不大于6200kW的第三开工炉处于开启状态；
当所述反应器的温度达到预设温度阈值时，所述功率不大于6200kW的第三开工炉转换为关闭状态；
所述功率不大于6200kW的第三开工炉，用于当处于开启状态时，将外部输送的所述反应原料预热到设定温度，并将预热后的所述反应原料输送给所述反应器；
所述第四换热器，用于当所述功率不大于6200kW的第三开工炉转换为关闭状态时，接收外部输送的所述反应原料，利用所述反应器输出的包含有低碳烯烃的所述气态碳源，预热所述反应原料，并降低包含有低碳烯烃的所述气态碳源的温度，并将降低温度后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源输出给所述第二水洗塔；
所述第二水洗塔，用于利用不高于40度的冷却水水洗降低温度后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源，以去除包含有低碳烯烃的所述气态碳源中的水分，输出去除水分后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源，并将升温后的水输出给所述第二冷水塔；
所述第二冷水塔，进一步用于对升温后的水进行降温，并将不高于40度的冷却水输出给所述第二水洗塔。
可选地，所述反应器的体积为0.001m3-300m3。
可选地，所述反应原料流速为0.01kg/h-10000kg/h。
可选地，所述反应器中分子筛催化剂的量为0.01kg-10000kg。
一种气态碳源的制备方法，包括：
通过预热装置将外部输送的反应原料预热到设定温度；其中，所述反应原料包括：碳原子数为1到5的醇或者碳原子数为5到12的烷烃中的任意一种或多种混合物；
在所述反应器内，预热后的所述反应原料与分子筛催化剂接触，预热后的所述反应原料转化为包含有低碳烯烃的气态碳源，并过滤所述分子筛催化剂后输出包含有低碳烯烃的所述气态碳源。催化剂失活后通入空气进行烧炭再生。
可选地，上述方法进一步包括：
通过第一换热器接收所述反应器输出的包含有低碳烯烃的所述气态碳源，并通过流动的不高于40度的冷却水，降低包含有低碳烯烃的所述气态碳源的温度，输出降低温度后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源，并将升温后的水输出给第一冷水塔；
利用第一冷水塔将升温后的水降温为不高于40度的冷却水，并将不高于40度的冷却水输出给所述第一换热器；
其中，包含有低碳烯烃的所述气态碳源，包括：20％-80％水、10％-75％低碳烯烃、0.6％-24％烷烃以及0.4％-16％芳烃。
可选地，上述方法进一步包括：
通过第一闪蒸塔接收所述第一换热器输出的降低温度后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源，去除包含有低碳烯烃的所述气态碳源中的水分，输出去除水分后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源；其中，去除水分后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源，包括：50％-95％低碳烯烃、3％-30％烷烃以及2％-20％芳烃。
可选地，上述方法进一步包括：
通过第一冷水塔将不高于40度的冷却水输出给第一水洗塔；
通过第一水洗塔利用不高于40度的冷却水水洗降低温度后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源，以去除包含有低碳烯烃的所述气态碳源中的水分，输出去除水分后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源；其中，去除水分后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源，包括：50％-95％低碳烯烃、3％-30％烷烃以及2％-20％芳烃。
可选地，上述方法进一步包括：通过外部输送的不高于40度的冷却水吸收所述反应器的热量，以使反应温度维持在200度～550度；
所述通过预热装置预热外部输送的反应原料，包括：
当所述反应器的温度未达到预设温度阈值，使功率不大于6200kW的第一开工炉处于开启状态，通过所述功率不大于6200kW的第一开工炉将外部输送的所述反应原料预热到设定温度，并将预热后的所述反应原料输送给所述反应器；
当所述反应器的温度达到预设温度阈值时，使所述功率不大于6200kW的第一开工炉转换为关闭状态，通过第二换热器接收外部输送的所述反应原料，所述第二换热器利用所述升温后的水，预热所述反应原料。
可选地，所述通过预热装置预热外部输送的反应原料，包括：
当所述反应器的温度未达到预设温度阈值，使功率不大于6200kW的第二开工炉处于开启状态；所述第二开工炉将外部输送的所述反应原料预热到设定温度，并将预热后的所述反应原料输送给所述反应器；
当所述反应器的温度达到预设温度阈值时，使所述功率不大于6200kW的第二开工炉转换为关闭状态；通过第三换热器接收外部输送的所述反应原料；所述第三换热器利用所述反应器输出的包含有低碳烯烃的所述气态碳源，预热所述反应原料；
且进一步包括：
所述第三换热器输出的降低温度后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源进入第二闪蒸塔/第二水洗塔；所述第二闪蒸塔/所述第二水洗塔去除包含有低碳烯烃的所述气态碳源中的水分，输出去除水分后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源；其中，去除水分后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源，包括：50％-95％低碳烯烃、3％-30％烷烃以及2％-20％芳烃。
本发明实施例提供了一种气态碳源的制备系统和方法，该气态碳源的制备系统，包括：预热装置和反应器，其中，预热装置，用于将外部输送的反应原料预热到设定温度，并将预热后的反应原料输送给反应器；其中，反应原料包括：碳原子数为1到5的醇或者碳原子数为5到12的烷烃中的任意一种或多种混合物；反应器，用于接收预热后的反应原料，以使预热后的反应原料与分子筛催化剂接触，预热后的反应原料转化为包含有低碳烯烃的气态碳源，并过滤分子筛催化剂后输出包含有低碳烯烃的气态碳源，该包含有低碳烯烃的气态碳源无需分离纯化等工序，直接作为制备碳材料的碳源，输送给碳材料制备系统，该气态碳源的制备系统可直接与碳材料制备系统连接，而无需管道运输，也无需气瓶分装，极大地提升了碳材料制备的本质安全性。另外，通过核算本发明提供的气态碳源的制备系统制备气态碳源的成本、管道运输的成本以及气瓶分装运输成本表明，本发明提供的气态碳源的制备系统和方法，能够有效地降低了碳材料的制备成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一个实施例提供的一种气态碳源的制备系统的结构示意图；
图2是本发明另一实施例提供的一种气态碳源的制备系统的结构示意图；
图3是本发明又一实施例提供的一种气态碳源的制备系统的结构示意图；
图4是本发明另一实施例提供的一种气态碳源的制备系统的结构示意图；
图5是本发明另一实施例提供的一种气态碳源的制备系统的结构示意图；
图6是本发明另一实施例提供的一种气态碳源的制备系统的结构示意图；
图7是本发明另一实施例提供的一种气态碳源的制备系统的结构示意图；
图8是本发明另一实施例提供的一种气态碳源的制备系统的结构示意图；
图9是本发明另一实施例提供的一种气态碳源的制备系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例提供了一种气态碳源的制备系统，包括：预热装置101和反应器102，其中，
所述预热装置101，用于将外部输送的反应原料预热到设定温度，并将预热后的所述反应原料输送给所述反应器102；其中，所述反应原料包括：碳原子数为1到5的醇或者碳原子数为5到12的烷烃中的任意一种或多种混合物；
所述反应器102，用于接收预热后的所述反应原料，以使预热后的所述反应原料与分子筛催化剂接触，预热后的所述反应原料转化为包含有低碳烯烃的气态碳源，并过滤所述分子筛催化剂后输出包含有低碳烯烃的所述气态碳源。
值得说明的是，反应器为流动床、固定床及逆向流化床中的任意一种。该反应器输出的包含有低碳烯烃的所述气态碳源可直接进入碳材料制备系统中。另外，设定温度为200度～550度。
预热装置为加热炉或者换热器，其中，加热炉可以直接预热反应原料，换热器需要通过其他高温液体或者气体如水或者包含有低碳烯烃的所述气态碳源对反应原料进行预热。
另外，过滤所述分子筛催化剂的实现方式可以为，通过在反应器的产物出口设置的过滤网将分子筛催化剂拦截在反应器内，允许包含有低碳烯烃的所述气态碳源通过过滤网。
在图1所示的实施例中，预热装置，用于将外部输送的反应原料预热到设定温度，并将预热后的反应原料输送给反应器；其中，反应原料包括：碳原子数为1到5的醇或者碳原子数为5到12的烷烃中的任意一种或多种混合物；反应器，用于接收预热后的反应原料，以使预热后的反应原料与分子筛催化剂接触，预热后的反应原料转化为包含有低碳烯烃的气态碳源，并过滤所述分子筛催化剂后输出包含有低碳烯烃的气态碳源，该包含有低碳烯烃的气态碳源无需分离纯化等工序，直接作为制备碳材料的碳源，输送给碳材料制备系统，该气态碳源的制备系统可直接与碳材料制备系统连接，而无需管道运输，也无需气瓶分装，提高碳材料生产过程的本质安全性和可控性。另外，通过核算本发明提供的气态碳源的制备系统制备气态碳源的成本、管道运输的成本以及气瓶分装运输成本表明，本发明提供的气态碳源的制备系统和方法，能够有效地降低了碳材料的制备成本。
在本发明另一实施例中，上述气态碳源的制备系统，其特征在于，进一步包括：第一换热器和第一冷水塔，其中，
所述第一换热器，用于接收所述反应器输出的包含有低碳烯烃的所述气态碳源，并通过流动的不高于40度的冷却水，降低包含有低碳烯烃的所述气态碳源的温度，输出降低温度后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源，并将升温后的水输出给所述第一冷水塔；
所述第一冷水塔，用于将升温后的水降温为不高于40度的冷却水，并将不高于40度的冷却水输出给所述第一换热器。
值得说明的是，第一换热器输出的降低温度后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源可直接进入到碳材料制备系统。
升温后的水是指，不高于40度的冷却水因吸收反应热量或者包含有低碳烯烃的所述气态碳源放出的热量而升高温度而产生的。
通过该第一换热器和第一冷水塔实现了对包含有低碳烯烃的所述气态碳源降温，以满足不同碳材料制备工艺对不同温度的气态碳源的需求，同时通过第一冷水塔对降温所用的冷却水进行循环使用，实现了节能环保。
为了满足不同碳材料制备的需求，去除包含有低碳烯烃的气态碳源中的水分的方式可通过下述两种方式实现。
去除水分的方式一：
通过闪蒸塔，以闪蒸的方式将包含有低碳烯烃的气态碳源中的水分；
去除水分的方式二：
通过水洗塔，以不高于40度的冷却水淋洗包含有低碳烯烃的气态碳源，去除包含有低碳烯烃的气态碳源中的水分。
针对去除水分的方式一：
在本发明另一实施例中，上述气态碳源的制备系统，进一步包括：第一闪蒸塔，用于接收所述第一换热器输出的降低温度后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源，去除包含有低碳烯烃的所述气态碳源中的水分，输出去除水分后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源。
该第一闪蒸塔可以去除包含有低碳烯烃的所述气态碳源中的水分，以提高气态碳源低碳烯烃等有效成分的含量，另外，由于水分的存在会影响一些碳材料合成催化剂的催化性能，经过第一闪蒸塔去除水分后，也避免了水分对这些碳材料合成催化剂催化性能的影响，从而满足不同碳材料制备的需求。另外，经过实验测试发现，闪蒸塔产生的废水中包含的有机物的含量均符合废水排放标准要求，仅需要调节废水的pH即可直接排放。
针对去除水分的方式二：
在本发明又一实施例中，上述气态碳源的制备系统，进一步包括：第一水洗塔，其中，
所述第一冷水塔，进一步用于将不高于40度的冷却水输出给所述第一水洗塔；
所述第一水洗塔，用于利用不高于40度的冷却水水洗降低温度后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源，以去除包含有低碳烯烃的所述气态碳源中的水分，输出去除水分后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源。
该第一水洗塔可以去除包含有低碳烯烃的所述气态碳源中的水分，以提高气态碳源低碳烯烃等有效成分的含量，从而满足不同碳材料制备的需求。另外，经过实验测试发现，第一冷水塔中的循环用水中包含的有机物的含量均符合废水排放标准要求，而第一冷水塔蒸发一部分水分，一定程度上减少了废水的排放，当需要将第一冷水塔中多余的循环水排出时，仅需要调节废水的pH即可直接排放。
按照反映原料预热方式的不同，预热装置可以有以下三种预热方式：
预热方式一：
利用加热炉，通过电加热的方式预热反应原料；
预热方式二：
在气态碳源的制备系统启动初期，通过气态碳源的制备系统内的开工炉预热反应原料；气态碳源的制备系统正常运行之后，反应器输出的升温后的水流经换热器(该升温后的水是经过冷却水吸收反应器的反应热后得到的)，以对流经换热器的反应原料进行预热；
预热方式三：
在气态碳源的制备系统启动初期，通过气态碳源的制备系统内的开工炉预热反应原料；气态碳源的制备系统正常运行之后，反应器输出的包含有低碳烯烃的所述气态碳源流经换热器(由于反应器内制备包含有低碳烯烃的所述气态碳源的过程为放热过程，而且反应温度一般不低于200度，使得包含有低碳烯烃的所述气态碳源的温度一般不低于200度)，以对流经换热器的反应原料进行预热。
针对预热方式一：
在本发明另一实施例中，所述预热装置，包括：加热炉；所述加热炉，用于通过电加热方式将外部输送的所述反应原料预热到设定温度。
针对预热方式二：
在本发明另一实施例中，所述预热装置，包括：功率不大于6200kW的第一开工炉和第二换热器，其中，
所述反应器，进一步用于通过不高于40度的冷却水吸收热量，以使反应温度维持在200度～550度，并输出升温后的水或水蒸汽；
当所述反应器的温度未达到预设温度阈值，所述功率不大于6200kW的第一开工炉处于开启状态；
当所述反应器的温度达到预设温度阈值时，所述功率不大于6200kW的第一开工炉转换为关闭状态；
所述功率不大于6200kW的第一开工炉，用于当处于开启状态时，将外部输送的所述反应原料预热到设定温度，并将预热后的所述反应原料输送给所述反应器；
所述第二换热器，用于当所述功率不大于6200kW的第一开工炉转换为关闭状态时，接收外部输送的所述反应原料，利用所述反应器输出的升温后的水，预热所述反应原料，并输出升温后的水。
另外，上述反应器中不高于40度的冷却水可以来源于外部输送，也可以来源于上述实施例中的第一冷水塔。
另外，第二换热器输出的升温后的水，可以进入上述实施例给出的第一冷水塔进行降温循环使用。
针对预热方式三，按照降温后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源的处理方式不同，可以有下述两种实现方式：
预热方式三的第一种实现方式：
在本发明另一实施例中，上述气态碳源的制备系统进一步包括：第二闪蒸塔，其中，
所述预热装置，包括：功率不大于6200kW的第二开工炉和第三换热器；
当所述反应器的温度未达到预设温度阈值，所述功率不大于6200kW的第二开工炉处于开启状态；
当所述反应器的温度达到预设温度阈值时，所述功率不大于6200kW的第二开工炉转换为关闭状态；
所述功率不大于6200kW的第二开工炉，用于当处于开启状态时，将外部输送的所述反应原料预热到设定温度，并将预热后的所述反应原料输送给所述反应器；
所述第三换热器，用于当所述功率不大于6200kW的第二开工炉转换为关闭状态时，接收外部输送的所述反应原料，利用所述反应器输出的包含有低碳烯烃的所述气态碳源，预热所述反应原料，并降低包含有低碳烯烃的所述气态碳源的温度，并将降低温度后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源输出给所述第二闪蒸塔；
所述第二闪蒸塔，用于接收所述第三换热器输出的降低温度后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源，去除包含有低碳烯烃的所述气态碳源中的水分，输出去除水分后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源。
通过包含有低碳烯烃的所述气态碳源预热反应原料，降低包含有低碳烯烃的所述气态碳源的温度，一方面实现了对反应原料的预热，另一方面实现了节能环保，同时满足对低温气态碳源的需求。
预热方式三的第二种实现方式：
在本发明另一实施例中，上述气态碳源的制备系统进一步包括：第二水洗塔和第二冷水塔，其中，
所述预热装置，包括：功率不大于6200kW的第三开工炉和第四换热器；
当所述反应器的温度未达到预设温度阈值，所述功率不大于6200kW的第三开工炉处于开启状态；
当所述反应器的温度达到预设温度阈值时，所述功率不大于6200kW的第三开工炉转换为关闭状态；
所述功率不大于6200kW的第三开工炉，用于当处于开启状态时，将外部输送的所述反应原料预热到设定温度，并将预热后的所述反应原料输送给所述反应器；
所述第四换热器，用于当所述功率不大于6200kW的第三开工炉转换为关闭状态时，接收外部输送的所述反应原料，利用所述反应器输出的包含有低碳烯烃的所述气态碳源，预热所述反应原料，并降低包含有低碳烯烃的所述气态碳源的温度，并将降低温度后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源输出给所述第二水洗塔；
所述第二水洗塔，用于利用不高于40度的冷却水水洗降低温度后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源，以去除包含有低碳烯烃的所述气态碳源中的水分，输出去除水分后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源；
所述第二冷水塔，进一步用于接收所述第二水洗塔输出的升温后的水，对升温后的水进行降温，并将不高于40度的冷却水输出给所述第二水洗塔。
在系统启动初期通过开工炉进行加热，系统启动之后主要利用反应器的反应热(借助包含有低碳烯烃的所述气态碳源或者流经反应器的循环水)对反应原料进行加热，有效地降低了能耗，同时，由于开工炉的功率较低，使得开工简单。另外，本发明实施例提供的气态碳源的制备系统所制得的气态碳源无需分离，可直接供给碳材料制备系统使用，使碳材料生产更加便捷。
在本发明另一个实施例中，所述反应器的体积为0.001m3-300m3。
在本发明又一个实施例中，所述反应原料流速为0.01kg/h-10000kg/h。
在本发明另一个实施例中，所述反应器中分子筛催化剂的量为0.01kg-10000kg。
对于上述关于气态碳源的制备系统的实施例中，包含有低碳烯烃的所述气态碳源，包括：20％-80％水、10％-75％低碳烯烃、0.6％-24％烷烃以及0.4％-16％芳烃。去除水分后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源，包括：50％-95％低碳烯烃、3％-30％烷烃以及2％-20％芳烃；
上述低碳烯烃包括：乙烯、丙烯、丁烯、戊烯及己烯混合物，其中，低碳烯烃的主要成分为丙烯，在低碳烯烃中丙烯的含量为35％～70％。
对于上述关于气态碳源的制备系统的实施例中，反应器、第一换热器、第一水洗塔、第二闪蒸塔及第二水洗塔输出的包含有低碳烯烃的所述气态碳源均可直接进入碳材料制备系统中。可根据碳材料制备所需的气态碳源，选择不同的气态碳源的制备系统。
本发明实施例提供一种气态碳源的制备方法，该制备方法可包括如下步骤：
A1：通过预热装置将外部输送的反应原料预热到设定温度；其中，所述反应原料包括：碳原子数为1到5的醇或者碳原子数为5到12的烷烃中的任意一种或多种混合物；
A2：在所述反应器内，预热后的所述反应原料与分子筛催化剂接触，在设定反应温度下，预热后的所述反应原料转化为包含有低碳烯烃的气态碳源，并过滤所述分子筛催化剂后输出包含有低碳烯烃的所述气态碳源。
在本发明一个实施例中，上述方法可进一步包括：通过第一换热器接收所述反应器输出的包含有低碳烯烃的所述气态碳源，并通过流动的不高于40度的冷却水，降低包含有低碳烯烃的所述气态碳源的温度，输出降低温度后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源，并将升高温度后的水输出给第一冷水塔；
利用第一冷水塔将升高温度后的水降温为不高于40度的冷却水，并将不高于40度的冷却水输出给所述第一换热器；其中，包含有低碳烯烃的所述气态碳源，包括：20％-80％水、10％-75％低碳烯烃、0.6％-24％烷烃以及0.4％-16％芳烃。实现了为包含有低碳烯烃的所述气态碳源降温。
上述设定温度为200度～550度。
在本发明另一实施例中，上述方法可进一步包括：通过第一闪蒸塔接收所述第一换热器输出的降低温度后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源，去除包含有低碳烯烃的所述气态碳源中的水分，输出去除水分后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源；其中，去除水分后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源，包括：50％-95％低碳烯烃、3％-30％烷烃以及2％-20％芳烃；通过闪蒸塔去除气态碳源中的水分，提供不含水分的气态碳源，满足碳材料制备的不同需求。
在本发明另一实施例中，上述方法可进一步包括：通过第一冷水塔将不高于40度的冷却水输出给第一水洗塔；通过第一水洗塔利用不高于40度的冷却水水洗降低温度后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源，以去除包含有低碳烯烃的所述气态碳源中的水分，输出去除水分后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源；其中，去除水分后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源，包括：50％-95％低碳烯烃、3％-30％烷烃以及2％-20％芳烃。
在本发明又一实施例中，上述气态碳源的制备方法可进一步包括：通过不高于40度的冷却水吸收所述反应器的热量，以使反应温度维持在200度～550度；所述通过预热装置预热外部输送的反应原料，包括：当所述反应器不间断运行时长未达到预设时长阈值或者当所述反应器不间断输出的升温后的水的量未达到预设水量阈值，使第一开工炉处于开启状态，通过所述第一开工炉将外部输送的所述反应原料预热到设定温度，并将预热后的所述反应原料通过第二换热器输送给所述反应器；当所述反应器不间断运行时长达到预设时长阈值时或者当所述反应器不间断输出的升温后的水的量达到预设水量阈值时，使所述第一开工炉转换为关闭状态；所述第一开工炉直接将外部输送的所述反应原料输送给第二换热器，所述第二换热器利用所述升温后的水，预热所述反应原料。一方面实现了控制反应温度，以有效地提高气态碳源有效成分的含量；另一方面，上述反应器中不高于40度的冷却水可以来源于外部输送，也可以来源于第一冷水塔；另外，第二换热器输出的升温后的水，可以进入上述实施例给出的第一冷水塔进行降温循环使用。
在本发明另一实施例中，所述通过预热装置预热外部输送的反应原料，包括：当所述反应器不间断运行时长未达到预设时长阈值或者当所述反应器不间断输出的包含有低碳烯烃的所述气态碳源的量未达到预设气量阈值，使第二开工炉处于开启状态；所述第二开工炉将外部输送的所述反应原料预热到设定温度，并将预热后的所述反应原料通过第三换热器输送给所述反应器；当所述反应器不间断运行时长达到预设时长阈值时或者当所述反应器不间断输出的包含有低碳烯烃的所述气态碳源的量达到预设气量阈值时，使所述第二开工炉转换为关闭状态；所述第二开工炉直接将外部输送的所述反应原料输送给所述第三换热器；所述第三换热器利用所述反应器输出的包含有低碳烯烃的所述气态碳源，预热所述反应原料；且进一步包括：所述第三换热器输出的降低温度后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源进入第二闪蒸塔/第二水洗塔；所述第二闪蒸塔/所述第二水洗塔去除包含有低碳烯烃的所述气态碳源中的水分，输出去除水分后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源；其中，去除水分后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源，包括：50％-95％低碳烯烃、3％-30％烷烃以及2％-20％芳烃。
针对所述第三换热器输出的降低温度后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源进入第二水洗塔的步骤来说，第二水洗塔利用不高于40度的冷却水水洗降低温度后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源，以去除包含有低碳烯烃的所述气态碳源中的水分；第二水洗塔产生的水进入到冷水塔进行降温，形成温度不高于40度的冷却水，在系统内循环。另外，进入冷水塔中的水部分蒸发，从而减少了废水的排放；通过检测发现，冷水塔中的水中有机物的含量均符合排放标准，因此，对于冷水塔中多余的水可调节pH之后直接排放。
为了能够清楚地说明，基于气态碳源的制备系统制备气态碳源，以为碳材料制备或生产提供碳源，下面以具体实施例进行说明。
实施例1：
以图2所示的气态碳源的制备系统制备包含有低碳烯烃的所述气态碳源。选用体积为0.001m3的固定床202，并在固定床中放置/填充0.01kg一种或者几种混合的分子筛催化剂，通过加热炉201对流速为0.01kg/h的甲醇预热，预热后的气态甲醇进入固定床202，在分子筛催化剂催化下，生成包含有低碳烯烃的所述气态碳源，其中，包含有低碳烯烃的所述气态碳源组成：80％水，19％低碳烯烃，0.6％烷烃，0.4％芳烃。
实施例2：
以图3所示的气态碳源的制备系统制备包含有低碳烯烃的所述气态碳源。选用体积为0.01m3的固定床302，并在固定床中放置/填充1kg一种或者几种混合的分子筛催化剂，通过加热炉301对流速为0.8kg/h的甲醇和丙醇混合原料预热，预热后的气态甲醇和丙醇混合原料进入固定床302，在分子筛催化剂催化下，生成包含有低碳烯烃的所述气态碳源，包含有低碳烯烃的所述气态碳源进入换热器303，在换热器303中，通过不高于40度的冷却水，为包含有低碳烯烃的所述气态碳源降温，并将降温后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源输出给外部的碳材料制备系统，通过冷水塔304将升温后的水降温为不高于40度的冷却水，并将不高于40度的冷却水输出给换热器303。其中，该实施例制备出的包含有低碳烯烃的所述气态碳源组成：20％水，40％低碳烯烃，24％烷烃，16％芳烃。
实施例3：
以图4所示的气态碳源的制备系统制备包含有低碳烯烃的所述气态碳源。选用体积为5m3的流化床402，并在流化床402中放置/填充10kg一种或者几种混合的分子筛催化剂，通过加热炉401对流速为10kg/h的甲醇预热，预热后的气态甲醇进入流化床402，在分子筛催化剂催化下，生成包含有低碳烯烃的所述气态碳源，包含有低碳烯烃的所述气态碳源进入换热器403，在换热器403中，通过不高于40度的冷却水，为包含有低碳烯烃的所述气态碳源降温，并将降温后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源输出给闪蒸塔405，通过闪蒸塔405去除包含有低碳烯烃的所述气态碳源中的水分，输出去除水分后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源给外部的碳材料制备系统，通过冷水塔404将升高温度后的水降温为不高于40度的冷却水，并将不高于40度的冷却水输出给换热器403。其中，该实施例制备出的包含有低碳烯烃的所述气态碳源组成：95％低碳烯烃，3％烷烃，2％芳烃。另外，通过检测发现，闪蒸塔405产生的废水中有机物含量符合废水排放标准；对于闪蒸塔405产生的废水可在调节pH(将水的pH调至7左右)之后，进入到冷水塔404中参与水循环，也可调节pH后直接排放。冷水塔404中的大部分水在系统内循环，部分水会以蒸发的方式排出，满足生产过程节能环保的要求。
实施例4：
以图5所示的气态碳源的制备系统制备包含有低碳烯烃的所述气态碳源。选用体积为50m3的固定床502，并在固定床502中放置/填充100kg一种或者几种混合的分子筛催化剂，通过加热炉501对流速为100kg/h的正丁醇预热，预热后的气态正丁醇进入固定床502，在分子筛催化剂催化下，生成包含有低碳烯烃的所述气态碳源，包含有低碳烯烃的所述气态碳源进入换热器503，在换热器503中，通过不高于40度的冷却水，为包含有低碳烯烃的所述气态碳源降温，并将降温后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源输出给水洗塔505，水洗塔505利用不高于40度的冷却水水洗降低温度后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源，以去除包含有低碳烯烃的所述气态碳源中的水分，输出去除水分后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源给外部的碳材料制备系统，通过冷水塔504将冷却水分别输出给换热器503和水洗塔505。从换热器503流出的升温后的水进入冷水塔504冷却降温进行循环使用，水洗塔505流出的升温后的水/废水进入到冷水塔504冷却降温，调节冷水塔504输出的水的pH至7左右，并将调节pH后的水进行循环使用(水洗塔505流出的水通过调节pH后，进入冷水塔504的过程在附图中并未示出，在此以文字进行说明)其中，该实施例制备出的包含有低碳烯烃的所述气态碳源组成：50％低碳烯烃，30％烷烃，20％芳烃。通过检测发现，闪蒸塔405和冷水塔504产生的废水中有机物含量均符合废水排放标准。
实施例5：
以图6所示的气态碳源的制备系统制备包含有低碳烯烃的所述气态碳源。选用体积为100m3的固定床602，并在固定床602中放置/填充1000kg一种或者几种混合的分子筛催化剂，通过加热炉601以电加热方式对流速为1000kg/h的正戊醇预热，预热后的气态正戊醇进入固定床602，通过外部输送的不高于40度的冷却水或者冷水塔604输出的不高于40度的冷却水吸收固定床602的反应热量，以使反应温度维持在200度～550度，并输出升温后的水给冷水塔604；并在分子筛催化剂催化下，生成包含有低碳烯烃的所述气态碳源，包含有低碳烯烃的所述气态碳源进入换热器603，在换热器603中，通过不高于40度的冷却水，为包含有低碳烯烃的所述气态碳源降温，并将降温后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源输出给水洗塔605，水洗塔605利用不高于40度的冷却水水洗降低温度后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源，以去除包含有低碳烯烃的所述气态碳源中的水分，输出去除水分后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源给外部的碳材料制备系统，通过冷水塔604将升分别输出给换热器603、水洗塔605及固定床602。其中，该实施例制备出的包含有低碳烯烃的所述气态碳源组成：80％低碳烯烃，13％烷烃，7％芳烃。其中，不高于40度的冷却水吸收固定床602的反应热量过程中，大部分水被蒸发，大大降低了废水的产生量。
在该实施例5中，水洗塔还可用闪蒸塔替换。
实施例6：
以图7所示的气态碳源的制备系统制备包含有低碳烯烃的所述气态碳源。选用体积为300m3的流化床702，并在流化床702中放置/填充10000kg一种或者几种混合的分子筛催化剂，在系统开始启动时，功率不大于6200KW的开工炉700通过电加热方式将反应原料(乙醇、丙醇及正丁醇混合物)预热，并将预热后的气态乙醇、丙醇及正丁醇混合原料输送给流化床702；当流化床702的温度达到400度时；关闭功率不大于6200KW的开工炉700，外部直接输送反应原料(乙醇、丙醇及正丁醇混合物)给换热器701，换热器701利用流化床702输出的升温后的水对流速为10000kg/h的乙醇、丙醇及正丁醇混合原料预热，预热后的气态乙醇、丙醇及正丁醇混合原料进入流化床702，流经换热器701的循环水进入冷水塔704(由于附图结构的限定，该流经换热器701的循环水进入冷水塔704并为在附图7中标示出来，即换热器701与冷水塔704的连接关系在附图中未标示，在此仅以文字方式表述)，通过冷水塔704输出的不高于40度的冷却水吸收流化床702的反应热量，以使反应温度维持在200度～550度，输出升温后的水给换热器701；并在分子筛催化剂催化下，生成包含有低碳烯烃的所述气态碳源，包含有低碳烯烃的所述气态碳源进入换热器703，在换热器703中，通过不高于40度的冷却水，为包含有低碳烯烃的所述气态碳源降温，并将降温后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源输出给水洗塔705，水洗塔705利用不高于40度的冷却水水洗降低温度后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源，以去除包含有低碳烯烃的所述气态碳源中的水分，输出去除水分后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源给外部的碳材料制备系统，通过冷水塔704将水分别输出给换热器703、水洗塔705及流化床702。其中，该实施例制备出的包含有低碳烯烃的所述气态碳源组成：70％低碳烯烃，20％烷烃，10％芳烃。
值得说明的是，水洗塔705流出的升温后的水/废水进入到冷水塔704冷却降温进行循环使用(水洗塔705流出的水进入冷水塔704的过程在附图中并未示出，在此以文字进行说明)。
上述循环水是指从流化床702进入到换热器701中的升温后的水，并从换热器701进入到冷水塔704。其中，在循环水流经流化床702吸收反应热过程中，会大量的被蒸发，从而减少了后期废水处理量。
循环水的分配方式可按照实际工程进行设计，目前已经有成熟的技术来完成循环水的分配设计，在此不再论述。
实施例7：
以图8所示的气态碳源的制备系统制备包含有低碳烯烃的所述气态碳源。选用体积为200m3的流化床802，并在流化床802中放置/填充5000kg一种或者几种混合的分子筛催化剂，在系统开始启动时，功率不大于6200KW的开工炉800通过电加热方式将反应原料(正丁醇)预热，并将预热后的气态正丁醇输送给流化床802；当反应器温度达到220度时，关闭功率不大于6200KW的开工炉800；外部直接输送反应原料(正丁醇)给换热器801，换热器801利用流化床802输出的包含有低碳烯烃的所述气态碳源对流速为5000kg/h的正丁醇预热，预热后的气态正丁醇进入流化床802，流经换热器801的包含有低碳烯烃进入闪蒸塔803，通过闪蒸塔803去除包含有低碳烯烃的所述气态碳源中的水分，输出去除水分后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源给外部的碳材料制备系统。其中，该实施例制备出的包含有低碳烯烃的所述气态碳源组成：60％低碳烯烃，30％烷烃，10％芳烃。另外，通过检测发现，闪蒸塔803产生的废水中有机物含量符合废水排放标准；对于闪蒸塔803产生的废水可在调节pH(将水的pH调至7左右)之后，直接排放。
实施例8：
以图9所示的气态碳源的制备系统制备包含有低碳烯烃的所述气态碳源。选用体积为80m3的流化床902，并在流化床902中放置/填充2000kg一种或者几种混合的分子筛催化剂，在系统开始启动时，功率不大于6200KW的开工炉900通过电加热方式将反应原料(甲醇和乙醇混合原料)预热，并将预热后的气态甲醇和乙醇混合原料输送给流化床902；当流化床902的温度达到550度时，关闭功率不大于6200KW的开工炉900；外部直接将甲醇和乙醇混合原料输送给换热器901，换热器901利用流化床902输出的包含有低碳烯烃的所述气态碳源对流速为1000kg/h的甲醇和乙醇混合原料预热，预热后的气态甲醇和乙醇混合原料进入流化床902，流经换热器901的包含有低碳烯烃进入水洗塔903，水洗塔903利用不高于40度的冷却水水洗降低温度后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源，以去除包含有低碳烯烃的所述气态碳源中的水分，输出去除水分后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源给外部的碳材料制备系统，并将升温后的水输出给冷水塔904，冷水塔904接收水洗塔903输出的升温后的水，对升温后的水进行降温，并将不高于40度的冷却水输出给水洗塔903。其中，该实施例制备出的包含有低碳烯烃的所述气态碳源组成：90％低碳烯烃，5％烷烃，5％芳烃。
实施例9
以图2所示的气态碳源的制备系统，选用反应原料为正戊烷，控制正戊烷流速为1kg/h，制备包含有低碳烯烃的气态碳源，制得的包含有低碳烯烃的气态碳源组成：60％低碳烯烃，30％烷烃，10％芳烃。
实施例10
以图2所示的气态碳源的制备系统，选用反应原料为粗正丙醇，控制正丙醇流速为1kg/h，制备包含有低碳烯烃的气态碳源，制得的包含有低碳烯烃的气态碳源组成：75％水，10％低碳烯烃，9％烷烃，6％芳烃。
实施例11
以图2所示的气态碳源的制备系统，选用反应原料为正戊醇，控制正戊醇流速为1kg/h，制备包含有低碳烯烃的气态碳源，制得的包含有低碳烯烃的气态碳源组成：20％水，65％低碳烯烃，9％烷烃，6％芳烃。
实施例12
以图3所示的气态碳源的制备系统，选用反应原料为异庚烷，控制异庚烷流速为10kg/h，制备包含有低碳烯烃的气态碳源，制得的包含有低碳烯烃的气态碳源组成：60％低碳烯烃，30％烷烃，10％芳烃。
实施例13
以图3所示的气态碳源的制备系统，选用反应原料为正癸烷，控制正癸烷流速为5kg/h，制备包含有低碳烯烃的气态碳源，制得的包含有低碳烯烃的气态碳源组成：60％低碳烯烃，30％烷烃，10％芳烃。
实施例14
以图3所示的气态碳源的制备系统，选用反应原料为正己烷，控制正己烷流速为3kg/h，制备包含有低碳烯烃的气态碳源，制得的包含有低碳烯烃的气态碳源组成：60％低碳烯烃，30％烷烃，10％芳烃。
实施例15
以图3所示的气态碳源的制备系统，选用反应原料为异己烷和正己烷混合物，控制异己烷和正己烷混合物流速为3kg/h，制备包含有低碳烯烃的气态碳源，制得的包含有低碳烯烃的气态碳源组成：60％低碳烯烃，30％烷烃，10％芳烃。
实施例16
以图9所示的气态碳源的制备系统，选用反应原料为乙醇和正己烷混合物，控制乙醇和正己烷混合物流速为1000kg/h，制备包含有低碳烯烃的气态碳源，制得的包含有低碳烯烃的气态碳源组成：60％低碳烯烃，30％烷烃，10％芳烃。
实施例17
以图9所示的气态碳源的制备系统，选用反应原料为丙醇和正辛烷混合物，控制丙醇和正辛烷混合物流速为500kg/h，制备包含有低碳烯烃的气态碳源，制得的包含有低碳烯烃的气态碳源组成：60％低碳烯烃，30％烷烃，10％芳烃。
上述各个实施例中，低碳烯烃包括：乙烯、丙烯、丁烯、戊烯及己烯混合物，其中，低碳烯烃的主要成分为丙烯，在低碳烯烃中丙烯的含量为35％～70％。上述各个实施例中流化床与固定床可以互换。
上述实施例1至实施例17中，涉及到的换热器利用冷却水对包含有低碳烯烃的所述气态碳源进行降温，冷却水流速是包含有低碳烯烃的所述气态碳源的流速的0～4倍；升温后的水对反应原料进行预热的过程中，升温后的水流速是反应原料的流速的0～4倍。
上述各个实施例中的催化剂失活之后，可通过通入空气烧炭的方式进行再生。
对于上述涉及到开工炉的实施例，开工炉内反应原料流量为对应的转换器内反应原料流量的5％～50％。比如：转换器内反应原料流量为10000kg/h，则开工炉内反应原料流量可为500kg/h～5000kg/h，又比如，转换器内反应原料流量为100kg/h，则开工炉内反应原料流量可为5kg/h～50kg/h等。
上述实施例1至实施例17中，选用工业优级纯级反应原料。
另外，上述实施例1至实施例17所对应的附图2至附图9中，带箭头方向的实线标注为从反应原料到包含有低碳烯烃的气态碳源的走向，带箭头方向的虚线标注为冷却水的走向，该冷却水在整个系统中通过冷水塔降温再循环，使得整个系统的冷却水能够循环使用，从而达到了节约用水，节能环保的目的。
选用气体输送管道为碳材料制备系统运输气态碳源，则需要碳材料制备系统建在大型的炼化基地附近，与气体输送管道运输相比，本发明实施例提供的系统能够直接建在碳材料生产厂区，大大拓宽了碳材料制备系统的选址。而选址的限定无形中增加了碳材料制备系统建设成本。
另外，通过成本核算发现，气瓶分装的高纯度的气态烯烃费用一般在11000元/吨以上，而本发明实施例提供的包含有低碳烯烃的气态碳源生产成本大约为8500元/吨，与气瓶分装的高纯度的气态烯烃费用相比，本发明实施例提供的方案，大大降低了碳材料的制备成本。
综上所述，本发明以上各个实施例至少具有如下有益效果：
1、在本发明实施例中，气态碳源的制备系统，包括：预热装置和反应器，其中，预热装置，用于预热外部输送的反应原料，并将预热后的反应原料输送给反应器；其中，反应原料包括：碳原子数为1到5的醇或者碳原子数为5到12的烷烃中的任意一种或多种混合物；反应器，用于接收预热后的反应原料，以使预热后的反应原料与分子筛催化剂接触，在设定反应温度下，预热后的反应原料转化为包含有低碳烯烃的气态碳源，并过滤所述分子筛催化剂后输出包含有低碳烯烃的气态碳源，该包含有低碳烯烃的气态碳源无需分离纯化等工序，直接作为制备碳材料的碳源，输送给碳材料制备系统，该气态碳源的制备系统可直接与碳材料制备系统连接，而无需管道运输，也无需气瓶分装，极大地提升了碳材料制备或生产的本质安全性和可控性。另外，通过核算本发明提供的气态碳源的制备系统制备气态碳源的成本、管道运输的成本以及气瓶分装运输成本表明，本发明提供的气态碳源的制备系统和方法，能够有效地降低了碳材料的制备成本。
2、通过对包含有低碳烯烃的气态碳源降温，可以满足不同碳材料制备工艺对不同温度的气态碳源的需求，同时通过冷水塔对降温所用的冷却水进行循环使用，实现了节能环保。
3、通过闪蒸塔或者水洗塔去除包含有低碳烯烃的气态碳源中的水分，有效地提高了气态碳源低碳烯烃等有效成分的含量，另外，由于水分的存在会影响一些碳材料合成催化剂的催化性能，也避免了水分对这些碳材料合成催化剂催化性能的影响，从而满足不同碳材料制备的需求，另外，对于分离水分的流程大部分水被蒸发如流经反应器或者换热器等的冷却水大部分被蒸发，可以减少废水处理量。
4、通过包含有低碳烯烃的所述气态碳源预热反应原料，降低包含有低碳烯烃的所述气态碳源的温度，一方面实现了对反应原料的预热，另一方面实现了节能环保，同时满足对低温气态碳源的需求。
5、选用气体输送管道为碳材料制备系统运输气态碳源，则需要碳材料制备系统建在大型的炼化基地附近，与气体输送管道运输相比，本发明实施例提供的系统能够直接建在碳材料生产厂区，大大拓宽了碳材料制备系统的选址。
6、在系统启动初期通过开工炉进行加热，系统启动之后主要利用反应器的反应热(借助包含有低碳烯烃的所述气态碳源或者流经反应器的循环水)对反应原料进行加热，有效地降低了能耗，同时，由于开工炉的功率较低，使得开工简单。另外，本发明实施例提供的气态碳源的制备系统所制得的气态碳源无需分离，可直接供给碳材料制备系统使用，使碳材料生产更加便捷。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个······”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同因素。
最后需要说明的是：以上所述仅为本发明的较佳实施例，仅用于说明本发明的技术方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种气态碳源的制备系统，其特征在于，包括：预热装置和反应器，其中，
所述预热装置，用于将外部输送的反应原料预热到设定温度，并将预热后的所述反应原料输送给所述反应器；其中，所述反应原料包括：碳原子数为1到5的醇或者碳原子数为5到12的烷烃中的任意一种或多种混合物；
所述反应器，用于接收预热后的所述反应原料，以使预热后的所述反应原料与分子筛催化剂接触，预热后的所述反应原料转化为包含有低碳烯烃的气态碳源，并过滤所述分子筛催化剂后输出包含有低碳烯烃的所述气态碳源。
2.根据权利要求1所述的气态碳源的制备系统，其特征在于，进一步包括：第一换热器和第一冷水塔，其中，
所述第一换热器，用于接收所述反应器输出的包含有低碳烯烃的所述气态碳源，并通过流动的不高于40度的冷却水，降低包含有低碳烯烃的所述气态碳源的温度，输出降低温度后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源，并将升温后的水输出给所述第一冷水塔；
所述第一冷水塔，用于将所述升温后的水降温为不高于40度的冷却水，并将不高于40度的冷却水输出给所述第一换热器。
3.根据权利要求2所述的气态碳源的制备系统，其特征在于，
进一步包括：第一闪蒸塔，用于接收所述第一换热器输出的降低温度后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源，去除包含有低碳烯烃的所述气态碳源中的水分，输出去除水分后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源；
或者，
进一步包括：第一水洗塔，其中，
所述第一冷水塔，进一步用于将不高于40度的冷却水输出给所述第一水洗塔；
所述第一水洗塔，用于利用不高于40度的冷却水水洗降低温度后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源，以去除包含有低碳烯烃的所述气态碳源中的水分，输出去除水分后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源。
4.根据权利要求1至3任一所述的气态碳源的制备系统，其特征在于，
所述预热装置，包括：加热炉；
所述加热炉，用于通过电加热方式将外部输送的所述反应原料预热到设定温度；
或者，
所述预热装置，包括：功率不大于6200kW的第一开工炉和第二换热器，其中，
所述反应器，进一步用于通过不高于40度的冷却水吸收热量，以使反应温度维持在200度～550度，并输出升温后的水或水蒸汽；
当所述反应器的温度未达到预设温度阈值，所述功率不大于6200kW的第一开工炉处于开启状态；
当所述反应器的温度达到预设温度阈值时，所述功率不大于6200kW的第一开工炉转换为关闭状态；
所述功率不大于6200kW的第一开工炉，用于当处于开启状态时，将外部输送的所述反应原料预热到设定温度，并将预热后的所述反应原料输送给所述反应器；
所述第二换热器，用于当所述功率不大于6200kW的第一开工炉转换为关闭状态时，接收外部输送的所述反应原料，利用所述反应器输出的升温后的水，预热所述反应原料，并输出升温后的水。
5.根据权利要求1所述的气态碳源的制备系统，其特征在于，
进一步包括：第二闪蒸塔，其中，
所述预热装置，包括：功率不大于6200kW的第二开工炉和第三换热器；
当所述反应器的温度未达到预设温度阈值，所述功率不大于6200kW的第二开工炉处于开启状态；
当所述反应器的温度达到预设温度阈值时，所述功率不大于6200kW的第二开工炉转换为关闭状态；
所述功率不大于6200kW的第二开工炉，用于当处于开启状态时，将外部输送的所述反应原料预热到设定温度，并将预热后的所述反应原料输送给所述反应器；
所述第三换热器，用于当所述功率不大于6200kW的第二开工炉转换为关闭状态时，接收外部输送的所述反应原料，利用所述反应器输出的包含有低碳烯烃的所述气态碳源，预热所述反应原料，并降低包含有低碳烯烃的所述气态碳源的温度，并将降低温度后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源输出给所述第二闪蒸塔；
所述第二闪蒸塔，用于接收所述第三换热器输出的降低温度后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源，去除包含有低碳烯烃的所述气态碳源中的水分，输出去除水分后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源；
或者，
进一步包括：第二水洗塔和第二冷水塔，其中，
所述预热装置，包括：功率不大于6200kW的第三开工炉和第四换热器；
当所述反应器的温度未达到预设温度阈值，所述功率不大于6200kW的第三开工炉处于开启状态；
当所述反应器的温度达到预设温度阈值时，所述功率不大于6200kW的第三开工炉转换为关闭状态；
所述功率不大于6200kW的第三开工炉，用于当处于开启状态时，将外部输送的所述反应原料预热到设定温度，并将预热后的所述反应原料输送给所述反应器；
所述第四换热器，用于当所述功率不大于6200kW的第三开工炉转换为关闭状态时，接收外部输送的所述反应原料，利用所述反应器输出的包含有低碳烯烃的所述气态碳源，预热所述反应原料，并降低包含有低碳烯烃的所述气态碳源的温度，并将降低温度后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源输出给所述第二水洗塔；
所述第二水洗塔，用于利用不高于40度的冷却水水洗降低温度后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源，以去除包含有低碳烯烃的所述气态碳源中的水分，输出去除水分后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源，并将升温后的水输出给所述第二冷水塔；
所述第二冷水塔，进一步用于对升温后的水进行降温，并将不高于40度的冷却水输出给所述第二水洗塔。
6.根据权利要求1至5中任一所述的气态碳源的制备系统，其特征在于，
所述反应器的体积为0.001m3-300m3；
和/或，
所述反应原料流速为0.01kg/h-10000kg/h；
和/或，
所述反应器中分子筛催化剂的量为0.01kg-10000kg。
7.一种气态碳源的制备方法，其特征在于，包括：
通过预热装置将外部输送的反应原料预热到设定温度；其中，所述反应原料包括：碳原子数为1到5的醇或者碳原子数为5到12的烷烃中的任意一种或多种混合物；
在所述反应器内，预热后的所述反应原料与分子筛催化剂接触，在设定反应温度下，预热后的所述反应原料转化为包含有低碳烯烃的气态碳源，并过滤所述分子筛催化剂后输出包含有低碳烯烃的所述气态碳源。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，进一步包括：
通过第一换热器接收所述反应器输出的包含有低碳烯烃的所述气态碳源，并通过流动的不高于40度的冷却水，降低包含有低碳烯烃的所述气态碳源的温度，输出降低温度后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源，并将升温后的水输出给第一冷水塔；
利用第一冷水塔将升温后的水降温为不高于40度的冷却水，并将不高于40度的冷却水输出给所述第一换热器；
其中，包含有低碳烯烃的所述气态碳源，包括：20％-80％水、10％-75％低碳烯烃、0.6％-24％烷烃以及0.4％-16％芳烃。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，
进一步包括：通过第一闪蒸塔接收所述第一换热器输出的降低温度后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源，去除包含有低碳烯烃的所述气态碳源中的水分，输出去除水分后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源；其中，去除水分后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源，包括：50％-95％低碳烯烃、3％-30％烷烃以及2％-20％芳烃；
或者，
进一步包括：通过第一冷水塔将不高于40度的冷却水输出给第一水洗塔；通过第一水洗塔利用不高于40度的冷却水水洗降低温度后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源，以去除包含有低碳烯烃的所述气态碳源中的水分，输出去除水分后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源；其中，去除水分后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源，包括：50％-95％低碳烯烃、3％-30％烷烃以及2％-20％芳烃；
和/或，
进一步包括：通过不高于40度的冷却水吸收所述反应器的热量，以使反应温度维持在200度～550度；
所述通过预热装置预热外部输送的反应原料，包括：
当所述反应器的温度未达到预设温度阈值，使功率不大于6200kW的第一开工炉处于开启状态，通过所述功率不大于6200kW的第一开工炉将外部输送的所述反应原料预热到设定温度，并将预热后的所述反应原料输送给所述反应器；
当所述反应器的温度达到预设温度阈值时，使所述功率不大于6200kW的第一开工炉转换为关闭状态，通过第二换热器接收外部输送的所述反应原料，所述第二换热器利用所述升温后的水，预热所述反应原料。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，
所述通过预热装置预热外部输送的反应原料，包括：
当所述反应器的温度未达到预设温度阈值，使功率不大于6200kW的第二开工炉处于开启状态；所述第二开工炉将外部输送的所述反应原料预热到设定温度，并将预热后的所述反应原料输送给所述反应器；
当所述反应器的温度达到预设温度阈值时，使所述功率不大于6200kW的第二开工炉转换为关闭状态；通过第三换热器接收外部输送的所述反应原料；所述第三换热器利用所述反应器输出的包含有低碳烯烃的所述气态碳源，预热所述反应原料；
且进一步包括：
所述第三换热器输出的降低温度后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源进入第二闪蒸塔/第二水洗塔；所述第二闪蒸塔/所述第二水洗塔去除包含有低碳烯烃的所述气态碳源中的水分，输出去除水分后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源；其中，去除水分后的包含有低碳烯烃的所述气态碳源，包括：50％-95％低碳烯烃、3％-30％烷烃以及2％-20％芳烃。
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