CN108675282A - 等离子体加强火焰法制备碳纳米管工业量产装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种等离子体加强火焰法制备碳纳米管工业量产装置，包括热解气预混室，所述热解气预混室与热解气电离装置连接，所述热解气电离装置与热解反应内炉连接；所述热解反应内炉设有物料堆积层，并连接有用于供应催化剂颗粒的催化剂进口；所述热解反应内炉外设有外炉膛，所述外炉膛与所述热解反应内炉之间设有外炉膛加热区，所述外炉膛布置有多个燃烧器，所述燃烧器用于提供热解热量至所述外炉膛加热区；所述热解反应内炉的出口连接有旋风分离器，所述旋风分离器的上端通过袋式除尘器与所述热解反应内炉的进口及所述外炉膛加热区连接，所述旋风分离器的下端连接有碳纳米管收集口。通过本发明能够实现碳纳米管的工业级量产。
Description
技术领域
本发明属于碳纳米管生产技术领域，尤其涉及一种等离子体加强火焰法制备碳纳米管工业量产装置。
背景技术
碳纳米管作为碳材料中重要的一维纳米材料，拥有着独特的结构，在电、热、力学方面都展现出了优异的性能，如不同手性的碳纳米管可以表现出金属性和半导体性两种不同的电性能；其强度是钢的100倍，而密度只有钢的1/6；导热性是铜的5倍等等。优异的性能使其具有广泛的应用前景，如载体、传感器、电子元件等。而目前碳纳米管的产量受限，成本较高限制其进一步的应用。因此发展低成本批量生产碳纳米管的技术是推动碳纳米管实现实际应用的重要途径。
发明内容
本发明的目的是提供一种等离子体加强火焰法制备碳纳米管工业量产装置，以实现碳纳米管的工业级量产。
本发明提供了一种等离子体加强火焰法制备碳纳米管工业量产装置，包括热解气预混室，热解气预混室与热解气电离装置连接，热解气电离装置与热解反应内炉连接；热解反应内炉设有物料堆积层，并连接有用于供应催化剂颗粒的催化剂进口；
热解反应内炉外设有外炉膛，外炉膛与热解反应内炉之间设有外炉膛加热区，外炉膛布置有多个燃烧器，燃烧器用于提供热解热量至外炉膛加热区；
热解反应内炉的出口连接有旋风分离器，旋风分离器的上端通过袋式除尘器与热解反应内炉的进口及外炉膛加热区连接，旋风分离器的下端连接有碳纳米管收集口。
进一步地，热解反应内炉的外表面安装有龟甲板网。
进一步地，热解气预混室设有热解气进口及防爆安全阀，热解气预混室内设有用于均匀混合热解气的遮风板。
进一步地，热解气电离装置包括放电极板，放电极板连接有放电针，放电极板通过导线供电，导线套有绝缘瓷套。
进一步地，物料堆积层下方设有用于将热解流体均匀分开的均布板，均布板上方布置有用于使热解气体进入热解反应内炉中，并阻止热解反应内炉中的流化催化剂颗粒倒流至热解气电离装置的风帽。
进一步地，燃烧器的喷口与热解反应内炉的切线方向一致。
进一步地，热解反应内炉顶部连接有烟道，烟道连接有静电除尘器，热解反应内炉底部连接有灰渣清理链排。
进一步地，外炉膛的外部设有炉膛保温层。
进一步地，热解气预混室通过混合热解气进气管与热解气电离装置连接。
进一步地，热解气电离装置底部连接有溢出卸料口，溢出卸料口连接有锁气器。
借由上述方案，通过等离子体加强火焰法制备碳纳米管工业量产装置，实现了碳纳米管的工业级量产。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是本发明等离子体加强火焰法制备碳纳米管工业量产装置的结构示意图；
图2是本发明等离子体加强火焰法制备碳纳米管工业量产装置的局部视图一；
图3是图1的内部结构示意图；
图4是图2的内部结构示意图；
图5是本发明等离子体加强火焰法制备碳纳米管工业量产装置龟甲板网的结构示意图；
图6是本发明等离子体加强火焰法制备碳纳米管工业量产装置的局部视图二；
图7是本发明等离子体加强火焰法制备碳纳米管工业量产装置的局部视图三；
图8是本发明等离子体加强火焰法制备碳纳米管工业量产装置热解气预混室的结构示意图。
图中标号：
1-炉膛保温层；2-燃烧器；3-灰渣清理链排；4-热解气预混室；5-静电除尘器；6-催化剂进口；7-旋风分离器；8-袋式除尘器；9-热解反应内炉；10-烟道；11-碳纳米管收集口；12-混合热解气进气管；13-龟甲板网；14-溢出卸料口；15-放电针；16-绝缘瓷套；17-导线；18-均布板；19-风帽；20-放电极板；21-锁气器；22-遮风板；23-热解气进口；24-防爆安全阀。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
参图1至图8所示，本实施例提供了一种等离子体加强火焰法制备碳纳米管工业量产装置，包括热解气预混室4，热解气预混室4与热解气电离装置连接，热解气电离装置与热解反应内炉9连接；热解反应内炉9设有物料堆积层，并连接有用于供应催化剂颗粒的催化剂进口6；
热解反应内炉9外设有外炉膛，外炉膛与热解反应内炉9之间设有外炉膛加热区，外炉膛布置有多个燃烧器2，燃烧器2用于提供热解热量至外炉膛加热区；
热解反应内炉9的出口连接有旋风分离器7，旋风分离器7的上端通过袋式除尘器8与热解反应内炉9的进口及外炉膛加热区连接，旋风分离器7的下端连接有碳纳米管收集口11。
本实施例提供的等离子体加强火焰法制备碳纳米管工业量产装置，采用外层火焰燃烧，内层隔离热解的方式，增强热解反应效率，提高碳纳米管产量，实现了火焰法生产碳纳米管的工业级量产。
在本实施例中，热解反应内炉9的外表面安装有龟甲板网13，能够增强温度场均布效果，降低磨损。
在本实施例中，热解气预混室4设有热解气进口23及防爆安全阀24，热解气预混室4内设有用于均匀混合热解气的遮风板22。
在本实施例中，热解气电离装置包括放电极板20，放电极板20连接有放电针15，放电极板20通过导线17供电，导线17套有绝缘瓷套16。
在本实施例中，物料堆积层下方设有用于将热解流体均匀分开的均布板18，均布板18上方布置有用于使热解气体进入热解反应内炉中，并阻止热解反应内炉中的流化催化剂颗粒倒流至热解气电离装置的风帽19。
在本实施例中，燃烧器2的喷口与热解反应内炉的切线方向一致，保证充分燃烧。
在本实施例中，热解反应内炉9顶部连接有烟道10，烟道10连接有静电除尘器5，热解反应内炉底部连接有灰渣清理链排3。
在本实施例中，外炉膛的外部设有炉膛保温层1，保持热量不散失。
在本实施例中，热解气预混室通过混合热解气进气管12与热解气电离装置连接。
在本实施例中，热解气电离装置底部连接有溢出卸料口14，溢出卸料口14连接有锁气器21，锁住热解气体。
该装置主要分为外炉膛加热区、内炉热解区、热解气电离区、产物颗粒分离区以及废弃物处理区。热解气体先进入热解气预混室4，在遮风板22的作用下混合均匀，然后通过混合热解气进气管12进入电离区域，电离区域保护放电极板20和放电针15，在高压条件下形成电晕放电，使得热解气体发生电离反应，该过程起到两方面作用：第一，使得热解气体产生带电离子，带电离子与催化剂颗粒接触发生荷电，可以使荷电后分离出来的颗粒和气体在进入炉膛再燃时，与其他废弃颗粒接触荷电，增强电除尘对颗粒废弃物的脱除；第二，电晕放电可以使得放电空间产生局部高温，可以提供热解效率。
被电离后的热解气进入热解反应内炉9中物料堆积区域，促使催化颗粒进入流化态，催化剂通过催化剂进口6进入到热解反应内炉9中的物料堆积层，在物料堆积区域下方是均布板18，均布板18将热解流体均匀分开，均布板18上面布置有风帽19，风帽19的作用是使热解气进入热解反应内炉9中，而热解反应内炉9中流化催化剂颗粒不会倒流进入电离区域。
催化颗粒在热解的流化作用下不断上升，进入热解区域，热解区域的热量是由外炉膛提供，外炉膛四角布置四个燃烧器2，固体燃料或气体燃料通过燃烧器2进入外炉膛与热解反应内炉9之间的夹层(外炉膛加热区)，为了使得燃烧充分，燃烧器2喷口与热解反应内炉9切线方向一致，四个燃烧器2便形成四角切圆燃烧形态，增强燃烧效果，稳定热解区域温度。同时热解反应内炉9外表面装置有龟甲板网13，可以起到增加换热面积和消弱燃烧灰飞颗粒对热解反应内炉9炉壁磨损的作用。
热解反应内炉9中的催化剂颗粒与热解气反应形成碳纳米管，这些碳纳米管会附着在催化剂颗粒表面，从而增大了生成物的颗粒粒径，这些产物颗粒和反应气体进入旋风分离器7，未反应完全的催化颗粒和烟气(反应气体)进入袋式除尘器8，反应气体由于可以燃烧，便送回外炉膛进行燃烧，收集到的未反应完全的催化剂颗粒送入物料堆积层重新参与反应，而大粒径颗粒在旋风分离器7的作用下下落，通过碳纳米管收集口11排出，将收集到的碳纳米管和催化剂颗粒混合物输送到碳纳米管提纯环节，完成碳纳米管的工业级生产。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种等离子体加强火焰法制备碳纳米管工业量产装置，其特征在于，包括热解气预混室，所述热解气预混室与热解气电离装置连接，所述热解气电离装置与热解反应内炉连接；所述热解反应内炉设有物料堆积层，并连接有用于供应催化剂颗粒的催化剂进口；
所述热解反应内炉外设有外炉膛，所述外炉膛与所述热解反应内炉之间设有外炉膛加热区，所述外炉膛布置有多个燃烧器，所述燃烧器用于提供热解热量至所述外炉膛加热区；
所述热解反应内炉的出口连接有旋风分离器，所述旋风分离器的上端通过袋式除尘器与所述热解反应内炉的进口及所述外炉膛加热区连接，所述旋风分离器的下端连接有碳纳米管收集口。
2.根据权利要求1所述的等离子体加强火焰法制备碳纳米管工业量产装置，其特征在于，所述热解反应内炉的外表面安装有龟甲板网。
3.根据权利要求2所述的等离子体加强火焰法制备碳纳米管工业量产装置，其特征在于，所述热解气预混室设有热解气进口及防爆安全阀，所述热解气预混室内设有用于均匀混合热解气的遮风板。
4.根据权利要求3所述的等离子体加强火焰法制备碳纳米管工业量产装置，其特征在于，所述热解气电离装置包括放电极板，所述放电极板连接有放电针，所述放电极板通过导线供电，所述导线套有绝缘瓷套。
5.根据权利要求4所述的等离子体加强火焰法制备碳纳米管工业量产装置，其特征在于，所述物料堆积层下方设有用于将热解流体均匀分开的均布板，所述均布板上方布置有用于使热解气体进入所述热解反应内炉中，并阻止所述热解反应内炉中的流化催化剂颗粒倒流至所述热解气电离装置的风帽。
6.根据权利要求5所述的等离子体加强火焰法制备碳纳米管工业量产装置，其特征在于，所述燃烧器的喷口与所述热解反应内炉的切线方向一致。
7.根据权利要求6所述的等离子体加强火焰法制备碳纳米管工业量产装置，其特征在于，所述热解反应内炉顶部连接有烟道，所述烟道连接有静电除尘器，所述热解反应内炉底部连接有灰渣清理链排。
8.根据权利要求7所述的等离子体加强火焰法制备碳纳米管工业量产装置，其特征在于，所述外炉膛的外部设有炉膛保温层。
9.根据权利要求8所述的等离子体加强火焰法制备碳纳米管工业量产装置，其特征在于，所述热解气预混室通过混合热解气进气管与所述热解气电离装置连接。
10.根据权利要求9所述的等离子体加强火焰法制备碳纳米管工业量产装置，其特征在于，所述热解气电离装置底部连接有溢出卸料口，所述溢出卸料口连接有锁气器。
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