[发明专利]一种加压式煤制碳纳米管装置

说明书

一种加压式煤制碳纳米管装置是由炉体中设置的加热单元及合成单元构成，所述炉体的顶部设有进气口，底部设有出气口；所述加热单元设置于合成单元外周的炉体中，并与合成单元通过钢板分隔；所述合成单元是由一个或多个镂空的试样板及其样品池、顶部和底部设置的气体分布器以及上挡板和下挡板构成；其中在上挡板和下挡板的中心位置固定有金属杆，金属杆穿过上下炉体在炉外通过挡板位移控制机构上下移动，实现碳纳米管合成单元的过程控制。本发明通过在合成单元中加入可上下移动的挡板，使煤热解产生的烃类气体聚集在催化剂附近，从而提高煤的利用率。本装置结构简单，操作方便且对那些需要加压热解的反应尤为适用。

技术领域

本发明涉及一种通过煤热解生产碳纳米管的装置，具体来说是包括炉体、合成单元、加热单元和保温层在加压条件下生成碳纳米管的装置。

背景技术

1991年日本的Iijiam教授在高分辨透射电子显微镜下发现了碳纳米管，并且由于碳纳米管的高导电、高抗拉强度、耐强酸碱以及一维纳米级管道结构等优良性质使碳纳米管在复合材料、电子和能源等领域有重要的应用。

碳纳米管可以看做是石墨烯片层卷曲而成，根据层数可以分为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管和多壁碳纳米管。目前碳纳米管的制备方法最主要有石墨电弧法、催化裂解法、激光烧蚀法和模板法，其他还有热解聚合物法、火焰法、离子（电子束）辐射法、水热法、超临界流体技术、气相反应法和固相复分解反应制备法等。其中催化裂解法是在一定温度下通过碳源气体在纳米级的催化剂表面裂解产生碳纳米管的方法。其原料主要是一氧化碳、苯以及甲烷、乙烯、乙炔、丙烯等烃类气体，而由于我国煤类资源丰富，且煤通过热解能产生大量廉价易得的含烃气体丰富的热解气，从而大大降低碳纳米管的制备成本，所以通过煤制备碳纳米管具有很大的应用前景。

目前，通过煤热解制备碳纳米管的装置比较少并且大多数装置只是在常压下制备碳纳米管，并且在通过煤制备碳纳米管时，对煤的热解气一般利用率比较低，会造成大量煤资源的浪费。

公开号为CN105731423A的“一种煤热解生成碳纳米管的一体化装置和方法”，属于碳纳米管的制备领域。该装置包括煤热解单元、加热单元、合成单元。在反应时，通过煤热解连续的提供原料气以及对碳纳米管的及时清理完成碳纳米管的连续化生产，且存在于煤热解单元和合成单元之间的加热单元能够同时给两个反应单元供热，避免了传统为单一合成单元供热而造成的热量的浪费。但该装置通过煤热解完成连续的供气过程，对煤的热解气利用率不高，会造成大量煤资源的浪费且仅限于在常压下以煤作为热解原料。

公开号为CN103569998A的“碳纳米管制备装置及方法”，包括一个反应腔，反应腔由进气管、基片承载盘、出气管组成。反应时，基片垂直或倾斜的置于基片承载盘上，使基片与烃类气体充分接触，有利于碳纳米管的均匀生长。但该装置仅限于烃类气体热解生产碳纳米管，生产成本高且该装置只能进行常压下气体的热解反应。

发明内容

本发明提供一种加压式煤制碳纳米管装置，使得煤制碳纳米管热解反应在加压下进行，并在反应器中增设有移动挡板，通过上下移动挡板使烃类气体在反应过程以较高的浓度聚集于催化剂附近，从而提高热解气的利用率，进而提高煤的利用率。

本发明通过以下技术方案得以实现。

一种加压式煤制碳纳米管装置，其含有炉体、合成单元及加热单元；其特征在于：所述炉体中设置有所述加热单元，所述合成单元位于所述加热单元中，并在合成单元的相应炉体上开设有炉门，构成所述煤制碳纳米管装置；

所述炉体是长方体或圆柱体立式结构，顶部设有进气口依次通过质量流量计和换气阀与装有惰性气体的钢瓶连通；底部设有出气口与净化装置连通，并通过背压阀排空；

所述加热单元是由均匀设置于合成单元外周炉体中的硅碳棒构成，并与合成单元通过钢板隔离，且硅碳棒及其热电偶分别通过导线和补偿导线与温控系统连接，实现温度过程的控制；