[发明专利]一种天然气催化裂解制备碳纳米管的系统及方法

说明书

本发明公开的天然气催化裂解制备碳纳米管的系统及方法，属于纳米材料技术领域，系统包括盛装催化剂的反应料舟和依次连接的催化剂进料仓、电裂解炉和碳纳米管出料仓；碳纳米管出料仓与电裂解炉之间的裂解管连接天然气进气管，裂解管位于碳纳米管出料仓的一端安装有可开启的密封盖；催化剂进料仓与电裂解炉之间的裂解管连接尾气管。本发明将原来敞口间断出料改进为用密封盖间断出料，只在出料瞬间开启，确保管内原料气和裂解气单相流动，解决了原料气倒流、分流的难题，显著提高催化剂生产碳纳米管的倍率，降低催化剂单耗，能够降低碳纳米管的综合制造成本。

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种天然气催化裂解制备碳纳米管的系统及方法。

背景技术

碳纳米管最早于1991年被日本科学家Sumio Lijima发现，历经20多年的实用化开发，从实验室制备逐步过渡到小规模工业化生产。碳纳米管是迄今发现最强的材料，拉伸强度是钢的100倍。它们还具有非凡的导热和导电性能，导电性是铜的1000倍。碳纳米管技术可制备新型复合结构材料，它们既轻又具有很强的物理性能。

对比现有的锂电池导电剂产品，碳纳米管添加到锂电池里，可以显著改善锂电池的充放电性能和使用寿命。因此，在对价格接受能力强的锂电池应用领域，碳纳米管已经初步实现了工业化应用。目前中国每年进口约5000吨昂贵的电池级导电炭黑，依据国内锂电行业的估算，至2020年锂电池的正极材料每年会达到50万吨的市场，普通规格碳纳米管占锂电正极材料的5％计算，每年需要25000吨普通规格碳纳米管粉体。

作为涂料组分的碳纳米管是碳原子组成的管状结构，碳纳米管可提供多种优势，并能克服当前涂料中许多常见的缺陷，碳纳米管赋予的强度改善了涂层耐久性和耐磨性，增强了拉伸强度和弹性；更好导热性能，使涂层能够适应基材的收缩和膨胀，也促进了涂层和基材间更紧密的结合，延长涂层的使用寿命，碳纳米管的高效导电性可以大幅提高涂层的防腐性。

碳纳米管涂料已经在美国陆军工程兵团的多个基地进行了示范工程项目，这些作为防腐研究的专业军事中心，示范工程的效果高于预期。

另一个具有巨大应用前景的领域是油气行业，无论是地面还是井下设备。虽然目前新型涂料的示范工程项目多是外墙涂料，但是该产品也可用作钻头和传输管道用涂料。通常在高压下，钻杆中的二氧化碳和硫化氢都具有高度的腐蚀效果。如果用碳纳米管涂料涂覆管道内壁，这将保护管道免受腐蚀的侵蚀以及砂砾和其它污染物的磨损。碳纳米管涂料也被开发用做电磁屏蔽材料。

碳纳米管生产主要原料是天然气或聚乙烯等烃类物质，催化剂分别有铁系和镍系两大类，主要生产方法有固定床和流化床，以天然气为原料制造碳纳米管采用固定床生产，即气相层积法。

目前以天然气为原料生产的碳纳米管，主要用途是新能源汽车电池。生产方法为催化裂解，目前碳纳米管行业生产存在的主要问题是生产工艺很不稳定，设备产能低，天然气和催化剂等消耗高。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明的目的在于针对上述现有碳纳米管生产技术和设备缺陷，提供一种用于天然气制造碳纳米管的生产系统及工艺改进的方法，能有效稳定天然气的催化裂解生产工艺，提高碳纳米管的生产质量和产量；提高天然气的转化率，降低碳纳米管的天然气消耗；提高催化剂生产碳纳米管的倍率，降低催化剂单耗，降低碳纳米管的综合制造成本，增强碳纳米管生产企业的市场竞争力。

本发明的第一目的在于公开一种天然气催化裂解制备碳纳米管的系统，包括盛装催化剂的反应料舟和依次连接的催化剂进料仓、电裂解炉和碳纳米管出料仓；所述碳纳米管出料仓与电裂解炉之间的裂解管连接天然气进气管，裂解管位于碳纳米管出料仓的一端安装有可开启的密封盖；所述催化剂进料仓与电裂解炉之间的裂解管连接尾气管；制备碳纳米管时，所述反应料舟从催化剂进料仓通过裂解管进入电裂解炉，再从电裂解炉通过裂解管进入碳纳米管出料仓。