RU2353718C1 - Method of receiving fibrous carbonic structures by catalystic pyrolysis - Google Patents

Method of receiving fibrous carbonic structures by catalystic pyrolysis Download PDF

Info

Publication number
RU2353718C1
RU2353718C1 RU2007128687/04A RU2007128687A RU2353718C1 RU 2353718 C1 RU2353718 C1 RU 2353718C1 RU 2007128687/04 A RU2007128687/04 A RU 2007128687/04A RU 2007128687 A RU2007128687 A RU 2007128687A RU 2353718 C1 RU2353718 C1 RU 2353718C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
catalyst
pyrolysis
reactor
temperature
gas
Prior art date
Application number
RU2007128687/04A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2007128687A (en
Inventor
Алексей Григорьевич Ткачев (RU)
Алексей Григорьевич Ткачев
Евгений Николаевич Туголуков (RU)
Евгений Николаевич Туголуков
Артем Викторович Рухов (RU)
Артем Викторович Рухов
Original Assignee
Тамбовский государственный университет (ТГТУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Тамбовский государственный университет (ТГТУ) filed Critical Тамбовский государственный университет (ТГТУ)
Priority to RU2007128687/04A priority Critical patent/RU2353718C1/en
Publication of RU2007128687A publication Critical patent/RU2007128687A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2353718C1 publication Critical patent/RU2353718C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: invention relates to technology of carbonic fibrous materials by catalystic pyrolysis. Receiving method is in reactor location into catalyst in the form of powdered alloy on the basis of aluminium and it is fed carbureted hydrogen gas. Gas feeding and withdrawal of pyrolysis light-end product is going on continuously. Carbureted hydrogen gas is preliminary heated in reactor till the temperature which is lower the pyrolysis beginning. Catalyst on nonmetallic bottom layer is heated higher the temperature of pyrolysis beginning by inductive method with alternating voltage with frequency 20 kHz. Finished product with catalyst is cooled.
EFFECT: receiving of nanoproduct without formation of freak carbon-base material on heated non-catalytic surfaces.
4 cl, 2 dwg, 2 ex

Description

Изобретение относится к технологии получения волокнистых углеродных материалов методом пиролиза ароматических и неароматических углеводородов.The invention relates to a technology for producing fibrous carbon materials by the pyrolysis of aromatic and non-aromatic hydrocarbons.

Технология получения волокнистых углеродных материалов заключается в проведении пиролиза углеводородных газов либо углеродосодержащих материалов в присутствии катализаторов, преимущественно на основе дисперсного никеля, либо сплавов на его основе, а также других активных металлов с последующим охлаждением продуктов пиролиза.The technology for producing fibrous carbon materials consists in the pyrolysis of hydrocarbon gases or carbon-containing materials in the presence of catalysts, mainly based on dispersed nickel, or alloys based on it, as well as other active metals, followed by cooling of the pyrolysis products.

Изобретение касается углеродистых волокон, характеризующихся в основном постоянным диаметром, длиной приблизительно в 5 раз больше диаметра, упорядоченной внешней областью каталитически выращенных кристаллов и их кратное число, в основном непрерывные слои упорядоченных углеродных атомов, имеющих наружный диаметр между приблизительно 3.5 и 70 нм.The invention relates to carbon fibers, characterized mainly by a constant diameter, approximately 5 times longer than the diameter, ordered by the outer region of the catalytically grown crystals and a multiple thereof, mostly continuous layers of ordered carbon atoms having an outer diameter between about 3.5 and 70 nm.

Известен способ карбонизации углеродосодержащих материалов, включающий подачу жгутов обрабатываемого углеродосодержащего материала в реактор, содержащий теплоизолированный корпус с муфелем, перемещение жгутов через полость реактора при одновременной подаче горячего и холодного инертного газа и отвода продуктов пиролиза с дополнительным температурным воздействием на газ при проведении пиролиза и отбор обработанных жгутов в промежуточный объем при их охлаждении (см., например, патент Великобритании GB 2184819, МПК D01F 9/22, D01F 9/32 от 1.07.1987 г.).A known method of carbonization of carbon-containing materials, including feeding the bundles of the processed carbon-containing material to a reactor containing a heat-insulated casing with a muffle, moving the bundles through the reactor cavity while simultaneously supplying hot and cold inert gas and removing pyrolysis products with additional temperature effect on the gas during pyrolysis and selection of processed harnesses in an intermediate volume when they are cooled (see, for example, GB patent GB 2184819, IPC D01F 9/22, D01F 9/32 from 01.07.1987).

Недостатком такого способа является низкая производительность процесса карбонизации, связанная невозможностью поддержания постоянства температуры при перемещении в полости печи жгутов с обрабатываемым материалом, а также ограничениями по температуре из-за опасности перегрева продукта, приводящего к термическому разложению готового продукта, что влечет за собой ухудшение его свойств. Другим недостатком является необходимость обработки исходного материала перед карбонизацией и непригодность этого способа получать продукты путем каталитического пиролиза.The disadvantage of this method is the low productivity of the carbonization process, due to the inability to maintain a constant temperature when moving harnesses with the processed material in the furnace cavity, as well as temperature restrictions due to the risk of overheating of the product, leading to thermal decomposition of the finished product, which entails a deterioration in its properties . Another disadvantage is the need to process the starting material before carbonization and the unsuitability of this method to obtain products by catalytic pyrolysis.

Наиболее перспективным является способ, позволяющий обрабатывать исходные газообразные углеводородные продукты. В этом случае предварительная обработка исходного материала сводится к минимуму. В патенте США №5 165909, МПК D01F 9/10 от 24 ноября 1992 г. описан способ непрерывного получения углеродных волокон, который включает контактирующее формирование волокон на катализаторе, содержащем металлические частицы, с газом, содержащим углерод. Процесс синтеза осуществляют непрерывно за счет непрерывной подачи в реакционную зону содержащего атомы углерода газа и содержащего металл катализатора и выведение из реакционной зоны продуктов пиролиза, причем газ после очистки вновь возвращают в реакционную зону. В качестве содержащего углерод газа может использоваться окись углерода, различные углеводороды, в том числе содержащие кислород, такие как формальдегид, уксусный альдегид, ацетон, метанол, этиловый спирт или их смесь, а также ароматические углеводороды: бензол, толуол, ксилол, кумол, этилбензол, нафталин, фенантрен, антрацен или их смеси. Кроме того, могут использоваться неароматические углеводороды, такие как метан, этан, пропан, этилен, пропилен или ацетилен или их смеси. При этом предпочтение отдается углеводороду - метану. В качестве катализатора используют сплавы и металлы: железо, кобальт или никель в виде частиц, имеющих диаметр между 3.5 и 70 нм, с жаропрочной добавкой оксида алюминия, силиката алюминия и химические соединения на основе углерода.The most promising is a method that allows you to process the source of gaseous hydrocarbon products. In this case, pre-processing of the starting material is minimized. US Pat. No. 5,165,909, IPC D01F 9/10 of November 24, 1992, describes a process for continuously producing carbon fibers, which involves contacting the formation of fibers on a catalyst containing metal particles with a gas containing carbon. The synthesis process is carried out continuously by continuously feeding into the reaction zone a gas containing carbon atoms and a metal containing catalyst and removing pyrolysis products from the reaction zone, the gas being again returned to the reaction zone after purification. Carbon monoxide can be used as carbon monoxide, various hydrocarbons, including those containing oxygen, such as formaldehyde, acetic aldehyde, acetone, methanol, ethyl alcohol or a mixture thereof, as well as aromatic hydrocarbons: benzene, toluene, xylene, cumene, ethyl benzene , naphthalene, phenanthrene, anthracene or mixtures thereof. In addition, non-aromatic hydrocarbons such as methane, ethane, propane, ethylene, propylene or acetylene or mixtures thereof can be used. In this case, preference is given to hydrocarbon - methane. As a catalyst, alloys and metals are used: iron, cobalt or nickel in the form of particles having a diameter between 3.5 and 70 nm, with a heat-resistant additive of aluminum oxide, aluminum silicate and carbon-based chemical compounds.

Согласно этому способу синтез ведут при контакте газа с катализатором в течение от 10 секунд до 30 минут при давлении от 0,1 до 10 атм и температуре от 900 до 1150°С. Способ получения волокнистых углеродных структур каталитическим пиролизом заключается в том, что в реактор подают исходный продукт - углеводородный газ и распыляют катализатор в виде сплава на основе никеля, который нагревают до температуры 600-1150°С, при этом непрерывно подают в реактор углеводородный газ и отводят газообразные продукты пиролиза и готовый продукт вместе с катализатором охлаждают на поверхности фильтра, установленного на входе циркуляционного компрессора. Пиролиз проводят в вертикальной печи, в верхней части которой располагают патрубок подачи углеводородного газа, ленточные нагреватели и бункер с катализатором. На нижней части бункера с катализатором располагают питательный клапан, который подает в реакционную зону печи катализатор в виде порошкообразного никеля с добавлением окиси алюминия. В нижней части располагают второй патрубок подачи углеводородного газа. Расстояние между питающим клапаном и вторым патрубком подачи углеводородного газа является реакционной зоной, ниже которой расположено основание печи, снабженное фильтром, являющимся сборником готового продукта перед его выгрузкой, полость между фильтром и нижней частью корпуса реактора соединена с входом циркуляционного компрессора.According to this method, the synthesis is carried out by contacting the gas with the catalyst for from 10 seconds to 30 minutes at a pressure of from 0.1 to 10 atm and a temperature of from 900 to 1150 ° C. A method of producing fibrous carbon structures by catalytic pyrolysis is that a hydrocarbon gas source product is fed into the reactor and the catalyst is sprayed in the form of a nickel-based alloy, which is heated to a temperature of 600-1150 ° C, while hydrocarbon gas is continuously fed into the reactor and withdrawn The gaseous pyrolysis products and the finished product together with the catalyst are cooled on the surface of the filter installed at the inlet of the circulation compressor. Pyrolysis is carried out in a vertical furnace, in the upper part of which there is a pipe for supplying hydrocarbon gas, belt heaters and a hopper with a catalyst. A feed valve is located on the bottom of the hopper with the catalyst, which supplies the catalyst in the form of powdered nickel with the addition of alumina to the reaction zone of the furnace. In the lower part, a second hydrocarbon gas supply pipe is arranged. The distance between the supply valve and the second hydrocarbon gas supply pipe is the reaction zone, below which is the base of the furnace, equipped with a filter, which is the collector of the finished product before unloading, the cavity between the filter and the lower part of the reactor vessel is connected to the inlet of the circulation compressor.

Однако полученные таким способом продукты пиролиза подвергаются длительному нагреву потоком циркулирующего горячего газа, содержащего смесь углеводородного газа, продуктов пиролиза и катализатора, что обуславливает разброс свойств готового продукта, т.е. в продукте кроме углеродных волокон могут образовываться вкрапления графита и сажи, которые снижают качество продукта. Другими недостатками известного способа является невозможность равномерного распределения порошкообразного катализатора по всему живому сечению печи и неравномерность температурного поля в реакционной зоне. Это приводит к снижению эффективности пиролиза.However, the pyrolysis products obtained in this way are subjected to prolonged heating by a stream of circulating hot gas containing a mixture of hydrocarbon gas, pyrolysis products and a catalyst, which causes a spread in the properties of the finished product, i.e. in addition to carbon fibers, inclusions of graphite and soot can form in the product, which reduce the quality of the product. Other disadvantages of this method is the impossibility of a uniform distribution of the powder catalyst over the entire living section of the furnace and the uneven temperature field in the reaction zone. This leads to a decrease in the efficiency of pyrolysis.

Перечисленные недостатки устраняет способ получения волокнистых углеродных структур каталитическим пиролизом, заключающийся в том, что в продутый аргоном реактор распыляют катализатор в виде пылевидного сплава на основе никеля, нагревают до температуры 600-1150°С, после чего производят непрерывную подачу углеводородного газа и отвод газообразных продуктов пиролиза и по окончании процесса пиролиза готовый продукт вместе с катализатором охлаждают, в реактор с нагревателями, размещенными над и под установленным диском, струйным распылителем подают инертный газ и катализатор, поступающий в распылитель через дозатор в камеру - осадитель, имеющую вид перевернутого стакана с сечением в виде сектора вращающегося диска, в котором производят осаждение пылевидного катализатора на верхнюю поверхность диска при включенном приводе вращения диска слоем 1-3 мм, затем подают углеводородный газ со стороны нижней поверхности диска, который нагревают, при этом отвод газообразных продуктов пиролиза осуществляется через патрубки, которые размещены в верхней части реактора и камеры - осадителя, и по окончании процесса пиролиза включают привод вращения диска и скребком удаляют твердые продукты пиролиза в охлаждаемую емкость отбора продуктов пиролиза, в которую также подают инертный газ. (Патент РФ №2296827, МПК D01F 9/127, D01F 9/133 от 3.08.2005 г.).The aforementioned disadvantages are eliminated by the method of producing fibrous carbon structures by catalytic pyrolysis, namely, the catalyst is sprayed into an argon-blown reactor in the form of a nickel-based pulverized alloy, heated to a temperature of 600-1150 ° C, after which a continuous supply of hydrocarbon gas and the removal of gaseous products pyrolysis and at the end of the pyrolysis process, the finished product together with the catalyst is cooled, sprayed into a reactor with heaters located above and below the installed disk the inert gas and the catalyst are fed into the atomizer through the dispenser and into the precipitating chamber, having the form of an inverted glass with a section in the form of a sector of a rotating disk, in which the dust-like catalyst is deposited on the upper surface of the disk with the drive rotating the disk with a 1-3 mm layer, then hydrocarbon gas is supplied from the side of the lower surface of the disk, which is heated, while the removal of gaseous pyrolysis products is carried out through nozzles that are located in the upper part of the reactor and the precipitation chamber of Tell, and the end of the pyrolysis process include the rotation of the disk drive and a scraper removed the solid pyrolysis products in a refrigerated container selection pyrolysis products, which also serves an inert gas. (RF patent No. 2296827, IPC D01F 9/127, D01F 9/133 dated August 3, 2005).

Однако этому способу присущ недостаток, заключающийся в образовании нетоварного углеродного материала на разогретых некаталитических поверхностях.However, this method has the disadvantage of forming non-marketable carbon material on heated non-catalytic surfaces.

Известен также способ получения наночастиц и нанотрубок, описанный в заявке на изобретение (№2004110 232, МПК7 С01В 31/02, B01J 19/08, опубл. 10.05.2005, Бюл. №13), согласно которому подвод энергии осуществляют электрическим током, резистивным нагревом, лазерным или электронным пучком.There is also a method of producing nanoparticles and nanotubes described in the application for the invention (No. 20041 232, IPC 7 СВВ 31/02, B01J 19/08, publ. 05/10/2005, Bull. No. 13), according to which the energy is supplied by electric current, resistive heating, laser or electron beam.

Такой способ также характеризуется недостаточной чистотой получаемого нанопродукта из-за образования нетоварного углеродного материала на разогретых некаталитических поверхностях.This method is also characterized by insufficient purity of the obtained nanoproduct due to the formation of non-marketable carbon material on heated non-catalytic surfaces.

По совокупности общих признаков в качестве прототипа выбран способ по патенту РФ №2296827.According to the totality of common features, the method according to the patent of the Russian Federation No. 2296827 is selected as a prototype.

Задачей изобретения является повышение качества продукта.The objective of the invention is to improve the quality of the product.

Задача решается тем, что согласно способу получения волокнистых углеродных структур каталитическим пиролизом, заключающемуся в том, что в реактор помещают катализатор в виде пылевидного сплава на основе никеля, после чего в реактор подают исходный продукт - углеводородный газ, который нагревают, при этом в реактор непрерывно подают углеводородный газ и отводят газообразные продукты пиролиза, готовый продукт вместе с катализатором охлаждают, причем углеводородный газ предварительно нагревают в реакторе до температуры ниже начала пиролиза, в реактор помещают неметаллическую подложку с катализатором, который нагревают выше температуры начала пиролиза. За счет этого достигается повышение качества продукта.The problem is solved in that according to the method for producing fibrous carbon structures by catalytic pyrolysis, which consists in placing a catalyst in the form of a nickel-based pulverized alloy in the reactor, after which the initial product is fed into the reactor — hydrocarbon gas, which is heated, while continuously hydrocarbon gas is supplied and gaseous pyrolysis products are removed, the finished product together with the catalyst is cooled, and the hydrocarbon gas is preheated in the reactor to a temperature below the beginning of the pyrolysis isa, a non-metallic substrate with a catalyst is placed in the reactor, which is heated above the temperature of the onset of pyrolysis. Due to this, improved product quality is achieved.

Нагрев катализатора осуществляют индуктивным методом.The heating of the catalyst is carried out by an inductive method.

На индуктор подают переменное напряжение с частотой 20 кГц.An alternating voltage with a frequency of 20 kHz is supplied to the inductor.

Подложку с катализатором помещают в индуктор.The substrate with the catalyst is placed in an inductor.

Подложку с катализатором помещают в реактор с неметаллической вставкой, на внешней поверхности которой устанавливают индуктор.The substrate with the catalyst is placed in a reactor with a non-metallic insert, on the outer surface of which an inductor is installed.

Газ пропускают через установленную в корпусе газораспределительную решетку.Gas is passed through a gas distribution grill installed in the housing.

Предварительный нагрев углеводородного газа в реакторе до температуры ниже начала пиролиза позволяет решить проблему в подводе энергии в зону каталитического пиролиза, так как существующие средства локального подвода тепла к катализатору недостаточно эффективны из-за малой массы пылевидного катализатора. При использовании холодного углеводородного газа каталитический пиролиз будет проходить недостаточно эффективно из-за интенсивного отвода тепла от катализатора, а при использовании традиционного метода одновременного нагрева углеводородного газа и катализатора - из-за разложения углеводородного газа на некаталитических поверхностях. Помещение в реактор неметаллической подложки с катализатором, который нагревают выше температуры начала пиролиза, позволяет подводить тепло только к катализатору и на подложке, имеющей меньшую температуру, чем катализатор, осаждение продуктов пиролиза не происходит.Preheating the hydrocarbon gas in the reactor to a temperature below the start of pyrolysis allows us to solve the problem of supplying energy to the catalytic pyrolysis zone, since the existing means of localizing heat supply to the catalyst are not effective enough due to the small mass of the dusty catalyst. When using cold hydrocarbon gas, catalytic pyrolysis will not be efficient enough due to intensive heat removal from the catalyst, and when using the traditional method of simultaneous heating of hydrocarbon gas and catalyst, it will decompose hydrocarbon gas on non-catalytic surfaces. The placement of a non-metallic support with a catalyst in the reactor, which is heated above the pyrolysis onset temperature, allows heat to be supplied only to the catalyst and on the support having a lower temperature than the catalyst, pyrolysis products are not precipitated.

Осуществление нагрева катализатора индуктивным методом обеспечивает разогрев катализатора без нагревания неметаллических поверхностей, что исключает отложение продуктов пиролиза углеводородного газа и обеспечивает повышение качества продукта.The implementation of the heating of the catalyst by the inductive method ensures the heating of the catalyst without heating non-metallic surfaces, which eliminates the deposition of the products of the pyrolysis of hydrocarbon gas and improves the quality of the product.

Подача на индуктор переменного напряжения с частотой 20 кГц обеспечивает одновременный разогрев пылевидного катализатора как самых мелких частиц, так и более крупных включений, что повышает эффективность процесса каталитического пиролиза углеводородного газа и обеспечивает повышение качества продукта.The supply to the inductor of an alternating voltage with a frequency of 20 kHz ensures the simultaneous heating of the pulverized catalyst of both the smallest particles and larger inclusions, which increases the efficiency of the process of catalytic pyrolysis of hydrocarbon gas and ensures an increase in the quality of the product.

Помещение подложки с катализатором в индуктор обеспечивает локальный нагрев катализатора, при этом подложка из диэлектрического материала остается разогретой для температуры ниже начала пиролиза и на ней не происходит осаждение продуктов пиролиза, что также способствует повышению качества продукта.The placement of the substrate with the catalyst in the inductor provides local heating of the catalyst, while the substrate of the dielectric material remains heated to a temperature below the beginning of the pyrolysis and does not precipitate pyrolysis products on it, which also improves the quality of the product.

Вариант, в котором подложку с катализатором помещают в реактор с неметаллической вставкой, на внешней поверхности которой устанавливают индуктор, позволяет визуализировать процесс каталитического пиролиза, что особенно важно при проведении экспериментов по отработке технологии получения продуктов каталитического пиролиза с различными свойствами. Одновременно упрощаются загрузка катализатора в корпус и установка индуктора в оптимальное положение. Это также способствует повышению качества продукта.The variant in which the substrate with the catalyst is placed in a reactor with a nonmetallic insert, on the external surface of which an inductor is mounted, allows visualizing the process of catalytic pyrolysis, which is especially important when conducting experiments on testing the technology for producing catalytic pyrolysis products with various properties. At the same time, the loading of the catalyst into the housing and the installation of the inductor in the optimal position are simplified. It also helps to improve product quality.

Пропускание газа через установленную в корпусе газораспределительную решетку обеспечивает выравнивание скоростей и температуры подаваемого в корпус реактора газа, за счет исключения перегретого газа исключается пиролитическое разложение углеводородного газа и достигается повышение качества продукта.The passage of gas through a gas distribution grill installed in the vessel ensures equalization of the velocities and temperatures of the gas supplied to the reactor vessel, by eliminating superheated gas, pyrolytic decomposition of hydrocarbon gas is eliminated and product quality is improved.

На представленных чертежах изображены: на фиг.1 - общий вид устройства для получения волокнистых углеродных материалов; на фиг.2 - вариант с внешним расположением индуктора.In the drawings presented: figure 1 - General view of a device for producing fibrous carbon materials; figure 2 is a variant with an external arrangement of the inductor.

Реализация предлагаемого способа осуществляется в реакторе для получения волокнистых углеродных структур каталитическим пиролизом. Реактор содержит (фиг.1) корпус 1, изготовленный в виде трубы из нержавеющей стали, соединенной трубопроводом 2 через ротаметры 3 и 4, запорные органы 5 и 6 с баллонами 7 и 8. Баллон 7 содержит аргон, баллон 8 - пропан-бутановую смесь по ГОСТ 20448-90. На внешней поверхности корпуса 1 установлен нагреватель 9, соединенный с микропроцессорным терморегулятором 10 с подключенным к нему термопреобразователем 11 типа ТХА. В нижней части корпуса 1 установлена газораспределительная решетка 12. Над решеткой 12 находится реакционная зона, в которой установлен выполненный в виде спирали индуктор 13, соединенный с среднечастотным генератором 14. Внутри индуктора 13 помещена подложка 15, изготовленная из слюды мусковита. На подложке помещен пылевидный катализатор 16. На фиг.2 показан вариант устройства, в котором часть корпуса 1 выполнена в виде вставки 17 из кварцевого стекла и с внешней ее стороны установлен индуктор 13.Implementation of the proposed method is carried out in a reactor to obtain fibrous carbon structures by catalytic pyrolysis. The reactor contains (Fig. 1) a housing 1 made in the form of a stainless steel pipe connected by a pipe 2 through flowmeters 3 and 4, shut-off bodies 5 and 6 with cylinders 7 and 8. Cylinder 7 contains argon, cylinder 8 contains propane-butane mixture according to GOST 20448-90. A heater 9 is installed on the outer surface of the housing 1, connected to a microprocessor temperature controller 10 with a thermal converter 11 of the TXA type connected to it. A gas distribution grill 12 is installed in the lower part of the housing 1. Above the grill 12 is a reaction zone in which a inductor 13 made in the form of a spiral is connected to a mid-frequency generator 14. A substrate 15 made of muscovite mica is placed inside the inductor 13. A dusty catalyst 16 is placed on the substrate. FIG. 2 shows a variant of the device in which part of the housing 1 is made in the form of an insert 17 of quartz glass and an inductor 13 is installed on its outer side.

Предлагаемый способ реализуют следующим образом.The proposed method is implemented as follows.

Перед пуском реактора в работу корпус 1 продувают аргоном для удаления из него кислорода воздуха. Для этого открывают запорный орган 5 баллона 7 и, контролируя расход аргона по ротаметру 3, заполняют полость корпуса 1 аргоном, после чего запорный орган 5 перекрывают. После этого включают нагрев корпуса 1, для чего на нагреватель 9 через терморегулятор 10 подают напряжение. Температуру в полости корпуса 1 измеряют с помощью термопреобразователя 11. После достижения заданной температуры, которая всегда ниже температуры пиролиза углеводородной газовой смеси и может колебаться в зависимости от ее состава в пределах от 400 до 500°С, в корпус подают пропан-бутановую смесь, для чего открывают запорный орган 6 баллона 8 и расход смеси контролируют по показаниям ротаметра 4. При этом газ пропускают через газораспределительную решетку 12, которая выравнивает температуру и скорость газового потока. После продувки полости корпуса 1 включают индукционный нагрев катализатора. Для этого включают среднечастотный генератор 14 и подают напряжение на индуктор 13, что обеспечивает разогрев катализатора 16 в индуктивном поле. С помощью известных средств (например, с помощью оптического пирометра) измеряют и регулируют температуру катализатора, поддерживая ее выше температуры начала каталитического пиролиза для данной углеводородной газовой смеси (обычно в диапазоне 600-1500°С). При контакте подогретого углеводородного газа с катализатором происходит процесс каталитического пиролиза с образованием углеродных волокнистых структур. После окончания процесса каталитического пиролиза запорный орган 6 закрывают и открывают запорный орган 5, подавая в корпус 1 аргон из баллона 7. После этого отключают нагрев и производят охлаждение и выгрузку продукта 16. При работе на устройстве, показанном на фиг.2, при выгрузке не требуется производить демонтаж индуктора 13.Before starting up the reactor, the vessel 1 is purged with argon to remove air oxygen from it. To do this, open the locking member 5 of the cylinder 7 and, controlling the flow of argon in the rotameter 3, fill the cavity of the housing 1 with argon, after which the locking member 5 is closed. After that, the heating of the housing 1 is switched on, for which voltage is supplied to the heater 9 through the thermostat 10. The temperature in the cavity of the housing 1 is measured using a thermocouple 11. After reaching a predetermined temperature, which is always lower than the pyrolysis temperature of the hydrocarbon gas mixture and can vary depending on its composition in the range from 400 to 500 ° C, a propane-butane mixture is fed into the housing, for then open the shut-off member 6 of the cylinder 8 and the flow rate of the mixture is controlled by the readings of the rotameter 4. In this case, the gas is passed through a gas distribution grid 12, which equalizes the temperature and speed of the gas stream. After purging the cavity of the housing 1 include induction heating of the catalyst. To do this, turn on the mid-frequency generator 14 and apply voltage to the inductor 13, which ensures heating of the catalyst 16 in the inductive field. Using known means (for example, using an optical pyrometer), the temperature of the catalyst is measured and adjusted to be higher than the start temperature of the catalytic pyrolysis for a given hydrocarbon gas mixture (usually in the range of 600-1500 ° C). Upon contact of the heated hydrocarbon gas with the catalyst, the process of catalytic pyrolysis occurs with the formation of carbon fibrous structures. After the end of the catalytic pyrolysis process, the shutoff member 6 is closed and the shutoff member 5 is opened, feeding argon from the cylinder 7 into the housing 1. After that, the heating is turned off and cooling and unloading of the product 16. When working on the device shown in Fig. 2, when unloading the dismantling of the inductor 13 is required.

Пример 1. Корпус разогревают до температуры 430°С и через него пропускают пропан-бутановую смесь. При достижении температуры газа за газораспределительной решеткой 425°С включают индукционный нагрев катализатора, который нагревают до температуры 620°С. На выходе из реактора производят анализ выходящего газа на наличие водорода. После прекращения его обнаружения подачу газа, нагрев реактора и катализатора прекращают и в полость реактора подают аргон. После охлаждения катализатора и полученного продукта до комнатной температуры подложку извлекают и производят проверку полученного продукта на наличие сажевых включений.Example 1. The housing is heated to a temperature of 430 ° C and a propane-butane mixture is passed through it. Upon reaching the gas temperature behind the 425 ° C gas distribution grid, induction heating of the catalyst is switched on, which is heated to a temperature of 620 ° C. At the outlet of the reactor, the exhaust gas is analyzed for hydrogen. After the termination of its detection, the gas supply, the heating of the reactor and the catalyst are stopped, and argon is fed into the reactor cavity. After cooling the catalyst and the resulting product to room temperature, the substrate is removed and the resulting product is checked for soot inclusions.

Результат: 31,7 г готового продукта без вредных примесей.Result: 31.7 g of the finished product without harmful impurities.

Пример 2. Корпус разогревают до температуры 460°С и через него пропускают газ - метан. При достижении температуры газа за газораспределительной решеткой 450°С включают индукционный нагрев катализатора, который нагревают до температуры 650°С. На выходе из реактора производят анализ выходящего газа на наличие водорода. После прекращения его обнаружения подачу газа, нагрев реактора и катализатора прекращают и в полость реактора подают аргон. После охлаждения катализатора и полученного продукта до комнатной температуры подложку извлекают и производят проверку полученного продукта на наличие сажевых включений.Example 2. The housing is heated to a temperature of 460 ° C and gas - methane is passed through it. When the temperature of the gas behind the gas distribution grid reaches 450 ° C, the induction heating of the catalyst is switched on, which is heated to a temperature of 650 ° C. At the outlet of the reactor, the exhaust gas is analyzed for hydrogen. After the termination of its detection, the gas supply, the heating of the reactor and the catalyst are stopped, and argon is fed into the reactor cavity. After cooling the catalyst and the resulting product to room temperature, the substrate is removed and the resulting product is checked for soot inclusions.

Результат: 28,3 г готового продукта без вредных примесей.Result: 28.3 g of the finished product without harmful impurities.

Предлагаемый способ обеспечивает получение волокнистых углеродных материалов с повышенным выходом продукта и высоким качеством.The proposed method provides the production of fibrous carbon materials with a high yield and high quality.

Claims (4)

1. Способ получения волокнистых углеродных структур каталитическим пиролизом, заключающийся в том, что в реактор помещают катализатор в виде пылевидного сплава на основе никеля, после чего в реактор подают исходный продукт - углеводородный газ, который нагревают, при этом в реактор непрерывно подают углеводородный газ и отводят газообразные продукты пиролиза, и готовый продукт вместе с катализатором охлаждают, отличающийся тем, что углеводородный газ предварительно нагревают в реакторе до температуры ниже начала пиролиза, в реактор помещают неметаллическую подложку с катализатором, который нагревают выше температуры начала пиролиза.1. A method of producing fibrous carbon structures by catalytic pyrolysis, which consists in placing a catalyst in the form of a nickel-based pulverized alloy in the reactor, after which the initial product is fed into the reactor — hydrocarbon gas, which is heated, while hydrocarbon gas is continuously fed into the reactor and gaseous pyrolysis products are removed, and the finished product together with the catalyst is cooled, characterized in that the hydrocarbon gas is preheated in the reactor to a temperature below the pyrolysis start, into the reactor schayut non-metallic substrate with a catalyst which is heated to above the onset temperature of pyrolysis. 2. Способ получения волокнистых углеродных структур каталитическим пиролизом по п.1, отличающийся тем, что нагрев катализатора осуществляют индуктивным методом.2. The method of producing fibrous carbon structures by catalytic pyrolysis according to claim 1, characterized in that the heating of the catalyst is carried out by the inductive method. 3. Способ получения волокнистых углеродных структур каталитическим пиролизом по п.2, отличающийся тем, что на индуктор подают переменное напряжение с частотой 20 кГц.3. The method of producing fibrous carbon structures by catalytic pyrolysis according to claim 2, characterized in that an alternating voltage with a frequency of 20 kHz is supplied to the inductor. 4. Способ получения волокнистых углеродных структур каталитическим пиролизом по п.1 или 2, отличающийся тем, что подложку с катализатором помещают в индуктор. 4. The method of producing fibrous carbon structures by catalytic pyrolysis according to claim 1 or 2, characterized in that the substrate with the catalyst is placed in an inductor.
RU2007128687/04A 2007-07-25 2007-07-25 Method of receiving fibrous carbonic structures by catalystic pyrolysis RU2353718C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007128687/04A RU2353718C1 (en) 2007-07-25 2007-07-25 Method of receiving fibrous carbonic structures by catalystic pyrolysis

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007128687/04A RU2353718C1 (en) 2007-07-25 2007-07-25 Method of receiving fibrous carbonic structures by catalystic pyrolysis

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2007128687A RU2007128687A (en) 2009-01-27
RU2353718C1 true RU2353718C1 (en) 2009-04-27

Family

ID=40543868

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007128687/04A RU2353718C1 (en) 2007-07-25 2007-07-25 Method of receiving fibrous carbonic structures by catalystic pyrolysis

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2353718C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2443807C1 (en) * 2010-07-20 2012-02-27 Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Тамбовский Государственный Технический Университет" Method of producing carbon fibre materials via catalytic pyrolysis
RU2516548C2 (en) * 2012-03-11 2014-05-20 Общество с ограниченной ответственностью "НаноТехЦентр" Method of obtaining carbon-metal material by catalytic pyrolysis of ethanol

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2443807C1 (en) * 2010-07-20 2012-02-27 Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Тамбовский Государственный Технический Университет" Method of producing carbon fibre materials via catalytic pyrolysis
RU2516548C2 (en) * 2012-03-11 2014-05-20 Общество с ограниченной ответственностью "НаноТехЦентр" Method of obtaining carbon-metal material by catalytic pyrolysis of ethanol

Also Published As

Publication number Publication date
RU2007128687A (en) 2009-01-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2296827C1 (en) Method of preparing fibrous carbon structures using catalytic pyrolysis
GB2527209B (en) Apparatus and method for plasma synthesis of graphitic products including graphene
EP1277858B1 (en) Carbon fibrous matter, production device of carbon fibrous matter, production method of carbon fibrous matter and deposit prevention device for carbon fibrous matter
US10930473B2 (en) Apparatus and method for plasma synthesis of carbon nanotubes
JP2009539742A (en) Production of carbon nanofiber
US20080124482A1 (en) Method and apparatus for producing single-wall carbon nanotubes
JPH07113164B2 (en) Carbon fiber forming equipment
EP1874685A1 (en) Method and apparatus for the continuous production and functionalization of single-waled carbon nanotubes using a high frequency plasma torch
RU2353718C1 (en) Method of receiving fibrous carbonic structures by catalystic pyrolysis
KR100360686B1 (en) Apparatus of vapor phase synthesis for synthesizing carbon nanotubes or carbon nanofibers and synthesizing method of using the same
RU2409711C1 (en) Method of producing nano-structured carbon fibres and apparatus for realising said method
US10465128B2 (en) Cracking of a process gas
RU2516548C2 (en) Method of obtaining carbon-metal material by catalytic pyrolysis of ethanol
RU2401798C1 (en) Carbon nanotube synthesis method
RU2443807C1 (en) Method of producing carbon fibre materials via catalytic pyrolysis
RU2389836C2 (en) Reactor for production of fibrous carbon structures by catalytic pyrolysis
Borisov et al. Carbon deposits on a resistive FeCrAl catalyst for the suboxidative pyrolysis of methane
RU2349690C1 (en) Method for production of fibrous carbonic structures by catalytic pyrolysis
RU2310023C2 (en) Reactor for producing of fibrous carbon structures using catalytic pyrolysis process
JP4394981B2 (en) Raw material gas supply nozzle, carbon nanofiber manufacturing apparatus, and carbon nanofiber manufacturing method
RU2481889C2 (en) Method of producing carbon nanomaterials
JPH09324325A (en) Apparatus for producing vapor-phase grown carbon fiber
CN114174220A (en) Apparatus and method for manufacturing carbon nanotubes
JPH0314623A (en) Production of carbon fiber
KR20050078456A (en) Continuous thermochemical vapour deposit system and mass production methods of carbon nanotubes thereof

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20090726