一種加壓式煤制碳納米管裝置制造方法及圖紙

一種加壓式煤制碳納米管裝置是由爐體中設置的加熱單元及合成單元構成，所述爐體的頂部設有進氣口，底部設有出氣口；所述加熱單元設置于合成單元外周的爐體中，并與合成單元通過鋼板分隔；所述合成單元是由一個或多個鏤空的試樣板及其樣品池、頂部和底部設置的氣體分布器以及上擋板和下擋板構成；其中在上擋板和下擋板的中心位置固定有金屬桿，金屬桿穿過上下爐體在爐外通過擋板位移控制機構上下移動，實現碳納米管合成單元的過程控制。本發明專利技術通過在合成單元中加入可上下移動的擋板，使煤熱解產生的烴類氣體聚集在催化劑附近，從而提高煤的利用率。本裝置結構簡單，操作方便且對那些需要加壓熱解的反應尤為適用。

Pressurized coal carbon nanotube device

A pressurized coal carbon nanotube device is a heating unit and a synthesis unit is arranged by the furnace in which the top of the furnace body is provided with an air inlet, an air outlet is arranged at the bottom of the furnace body; the heating unit is arranged on the periphery of the synthesis unit, and synthesis unit through the plate separation; the synthesis the unit is composed of a gas or a plurality of hollow specimen and sample pool, the top and bottom of the distributor and set the upper and lower plates; in the upper and central position under the baffle is fixed with a metal rod, a metal rod through the upper and the lower furnace in the furnace through the baffle displacement control mechanism to move up and down the implementation process, carbon nanotube synthesis control unit. By adding baffles that can move up and down in the synthesis unit, hydrocarbon gas generated by coal pyrolysis is gathered near the catalyst, thereby improving the utilization rate of coal. The utility model has the advantages of simple structure and convenient operation, and is particularly suitable for reactions requiring pressurized pyrolysis.

【技術實現步驟摘要】
一種加壓式煤制碳納米管裝置
本專利技術涉及一種通過煤熱解生產碳納米管的裝置，具體來說是包括爐體、合成單元、加熱單元和保溫層在加壓條件下生成碳納米管的裝置。
技術介紹
1991年日本的Iijiam教授在高分辨透射電子顯微鏡下發現了碳納米管，并且由于碳納米管的高導電、高抗拉強度、耐強酸堿以及一維納米級管道結構等優良性質使碳納米管在復合材料、電子和能源等領域有重要的應用。碳納米管可以看做是石墨烯片層卷曲而成，根據層數可以分為單壁碳納米管、雙壁碳納米管和多壁碳納米管。目前碳納米管的制備方法最主要有石墨電弧法、催化裂解法、激光燒蝕法和模板法，其他還有熱解聚合物法、火焰法、離子（電子束）輻射法、水熱法、超臨界流體技術、氣相反應法和固相復分解反應制備法等。其中催化裂解法是在一定溫度下通過碳源氣體在納米級的催化劑表面裂解產生碳納米管的方法。其原料主要是一氧化碳、苯以及甲烷、乙烯、乙炔、丙烯等烴類氣體，而由于我國煤類資源豐富，且煤通過熱解能產生大量廉價易得的含烴氣體豐富的熱解氣，從而大大降低碳納米管的制備成本，所以通過煤制備碳納米管具有很大的應用前景。目前，通過煤熱解制備碳納米管的裝置比較少并且大多數裝置只是在常壓下制備碳納米管，并且在通過煤制備碳納米管時，對煤的熱解氣一般利用率比較低，會造成大量煤資源的浪費。公開號為CN105731423A的“一種煤熱解生成碳納米管的一體化裝置和方法”，屬于碳納米管的制備領域。該裝置包括煤熱解單元、加熱單元、合成單元。在反應時，通過煤熱解連續的提供原料氣以及對碳納米管的及時清理完成碳納米管的連續化生產，且存在于煤熱解單元和合成單元之間的加熱單元能夠同時給兩個反應單元供熱，避免了傳統為單一合成單元供熱而造成的熱量的浪費。但該裝置通過煤熱解完成連續的供氣過程，對煤的熱解氣利用率不高，會造成大量煤資源的浪費且僅限于在常壓下以煤作為熱解原料。公開號為CN103569998A的“碳納米管制備裝置及方法”，包括一個反應腔，反應腔由進氣管、基片承載盤、出氣管組成。反應時，基片垂直或傾斜的置于基片承載盤上，使基片與烴類氣體充分接觸，有利于碳納米管的均勻生長。但該裝置僅限于烴類氣體熱解生產碳納米管，生產成本高且該裝置只能進行常壓下氣體的熱解反應。
技術實現思路
本專利技術提供一種加壓式煤制碳納米管裝置，使得煤制碳納米管熱解反應在加壓下進行，并在反應器中增設有移動擋板，通過上下移動擋板使烴類氣體在反應過程以較高的濃度聚集于催化劑附近，從而提高熱解氣的利用率，進而提高煤的利用率。本專利技術通過以下技術方案得以實現。一種加壓式煤制碳納米管裝置，其含有爐體、合成單元及加熱單元；其特征在于：所述爐體中設置有所述加熱單元，所述合成單元位于所述加熱單元中，并在合成單元的相應爐體上開設有爐門，構成所述煤制碳納米管裝置；所述爐體是長方體或圓柱體立式結構，頂部設有進氣口依次通過質量流量計和換氣閥與裝有惰性氣體的鋼瓶連通；底部設有出氣口與凈化裝置連通，并通過背壓閥排空；所述加熱單元是由均勻設置于合成單元外周爐體中的硅碳棒構成，并與合成單元通過鋼板隔離，且硅碳棒及其熱電偶分別通過導線和補償導線與溫控系統連接，實現溫度過程的控制；所述合成單元是由一個或多個鏤空的試樣板及其樣品池、頂部和底部設置的氣體分布器、上擋板和下擋板構成；其中在上擋板下擋板的中心位置固定有金屬桿，金屬桿穿過上下爐體在爐外通過擋板位移控制機構上下移動，實現碳納米管合成單元的過程控制。在上述技術方案的基礎上，進一步的技術方案如下。所述合成單元的加熱溫度為500～1200℃。所述上擋板和下擋板與爐體的內壁面緊密貼合，其抗壓強度為0～5Mpa。所述上擋板和下擋板間的體積與合成單元的體積比為1:2～2:3。所述樣品池的底部設置有多個氣孔，氣孔上方由立柱支撐樣品板。所述氣體分布器是在樣品池的正上方和正下方開設有與樣品池大小相應、且通孔間隔相同的直徑為0.5～10mm的氣孔。所述擋板位移控制機構的轉速為0～200r/min。上述技術方案的實施，與現有技術相比，具有以下的優點與積極效果。本裝置采用立式爐體結構進行加壓式煤制碳納米管的合成反應，與傳統的臥式爐體結構相比，更加節省空間，且本裝置結構簡單，操作方便。本裝置通過在合成單元中安裝上下移動的合成擋板，使烴類氣體以較高濃度聚集于催化劑附近，進一步縮短了反應時間，降低了成本，提高了煤制碳納米管的效率。本裝置采用廉價易得的煤作為原料，在反應過程中進行帶壓操作合成反應，有效地提高了熱解氣的利用率，進而提高了煤的利用率。附圖說明圖1是本裝置的主視結構示意圖。圖2是本裝置的硅碳棒、擋板、樣品池及進出口位置結構示意圖。圖3是本裝置的氣體分布器結構示意圖。圖4是本裝置的氣體分布器結構示意圖。圖5是本裝置的樣品池結構示意圖。圖6是本裝置的鏤空試樣板結構示意圖。圖中：1：爐體；2：合成單元；3：加熱單元；4：保溫層；5：硅碳棒；6：試樣板；7：鋼筋；8：樣品池；9：樣品板；10：氣體分布器；11：氣孔；12：隔離板；13：金屬纏繞墊片；14：法蘭；15：金屬桿；16：上擋板；17：進氣口；18：質量流量計；19：換氣閥；20：鋼瓶；21：氮氣；22：擋板位移控制機構；23：爐門；24：熱電偶；25：下擋板；26：出氣口；27：氣體凈化裝置；28：背壓閥；具體實施例下面對本專利技術的具體實施方式作出進一步的說明。實施本專利技術上述所提供的一種加壓式煤制碳納米管裝置，其裝置主體是長方體或者是圓柱體結構，包括爐體結構和保溫層、加熱單元結構和合成單元結構，其中，爐體的頂部和底部分別設有設有進氣口和出氣口，進氣口與鋼瓶相連通，在鋼瓶與進氣口之間設有換氣閥和質量流量計；底部設有出氣口，出氣口外部依次連有氣體凈化裝置和背壓閥。合成單元頂部和底部分別設有長方體或圓柱體的上、下擋板，上擋板和下擋板的中心位置分別固定有金屬桿，金屬桿穿過上下爐體在爐外與擋板位移控制機構；上擋板下方和下擋板上方分別設有氣體分布器；合成單元中間設有一個或多個鏤空的試樣板，各試樣板的中心位置設有一樣品池，靠近樣品池的附近設有一熱電偶，合成單元相應于樣品池的位置上開設有爐門，爐門設有密封裝置；加熱單元設于合成單元外側，與合成單元通過鋼板隔離，且硅碳棒和熱電偶分別通過導線和補償導線與裝置外的溫控系統相連接；保溫層設于加熱單元四周及底部和頂部。在上述實施的技術方案中，上擋板和下擋板具有一定的抗壓性，上下呈平面或曲面，抗壓能力為0-5Mpa，且擋板與內部爐面呈緊密貼合狀態；擋板中心的金屬桿與爐體的頂部和底部機械密封；上、下擋板間的體積與合成單元的體積比為1:2-2:3；鏤空的試樣板的底部用鋼筋加固；樣品池的底部設有多個氣孔，且氣孔上方用立柱支撐樣品板；氣體分布器可拆卸，且僅在樣品池正上方或正下方設有與樣品池大小相應、且通孔間隔相同的直徑為0.5～10mm的氣孔，其余部分均封閉；加熱單元采用硅碳棒加熱，合成單元中加熱溫度設定為500-1200℃；本裝置承受壓力為0-5MPa；鋼瓶中的氣體為惰性氣體，煤與催化劑混合后放置于樣品池中。實施本專利技術的上述裝置的同時，還提供有利用上述裝置制備碳納米管的方法，具體方法包括以下步驟：（1）將煤經粉粹篩分等工序處理后，以Fe(NO3)3和Co(NO3)2的混合物為催化本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種加壓式煤制碳納米管裝置，其含有爐體（1）、合成單元（2）及加熱單元（3）；其特征在于：所述爐體（1）中設置有所述加熱單元（3），所述合成單元（2）位于所述加熱單元（3）中，并在合成單元（2）的相應爐體（1）上開設有爐門（23），構成所述煤制碳納米管裝置；所述爐體（1）是長方體或圓柱體立式結構，頂部設有進氣口（17）依次通過質量流量計（18）和換氣閥（19）與裝有惰性氣體的鋼瓶（20）連通；底部設有出氣口（26）與凈化裝置（21）連通，并通過背壓閥（28）排空；所述加熱單元（3）是由均勻設置于合成單元（2）外周爐體（1）中的硅碳棒（5）構成，并與合成單元（2）通過鋼板隔離，且硅碳棒（5）及其熱電偶（24）分別通過導線和補償導線與溫控系統連接，實現溫度過程的控制；所述合成單元（2）是由一個或多個鏤空的試樣板（6）及其樣品池（8）、頂部和底部設置的氣體分布器（10）、上擋板（16）和下擋板（25）構成；其中在上擋板（16）和下擋板（25）的中心位置固定有金屬桿（15），金屬桿（15）穿過上下爐體（1）在爐外通過擋板位移控制機構（22）上下移動，實現碳納米管合成單元（2）的過程控制。

【技術特征摘要】
1.一種加壓式煤制碳納米管裝置，其含有爐體（1）、合成單元（2）及加熱單元（3）；其特征在于：所述爐體（1）中設置有所述加熱單元（3），所述合成單元（2）位于所述加熱單元（3）中，并在合成單元（2）的相應爐體（1）上開設有爐門（23），構成所述煤制碳納米管裝置；所述爐體（1）是長方體或圓柱體立式結構，頂部設有進氣口（17）依次通過質量流量計（18）和換氣閥（19）與裝有惰性氣體的鋼瓶（20）連通；底部設有出氣口（26）與凈化裝置（21）連通，并通過背壓閥（28）排空；所述加熱單元（3）是由均勻設置于合成單元（2）外周爐體（1）中的硅碳棒（5）構成，并與合成單元（2）通過鋼板隔離，且硅碳棒（5）及其熱電偶（24）分別通過導線和補償導線與溫控系統連接，實現溫度過程的控制；所述合成單元（2）是由一個或多個鏤空的試樣板（6）及其樣品池（8）、頂部和底部設置的氣體分布器（10）、上擋板（16）和下擋板（25）構成；其中在上擋板（16）和下擋板（25）的中心位置固定有金屬桿（15），金屬桿（15）穿過上下爐體（1）在...

【專利技術屬性】
技術研發人員：呂學枚，張天開，李國強，張靜，王影，王琪，趙鈺瓊，張國杰，張永發，
申請(專利權)人：太原理工大學，
類型：發明
國別省市：山西,14