RU2401159C1 - Carbon nanotube synthesis reactor - Google Patents

Carbon nanotube synthesis reactor Download PDF

Info

Publication number
RU2401159C1
RU2401159C1 RU2009105027/05A RU2009105027A RU2401159C1 RU 2401159 C1 RU2401159 C1 RU 2401159C1 RU 2009105027/05 A RU2009105027/05 A RU 2009105027/05A RU 2009105027 A RU2009105027 A RU 2009105027A RU 2401159 C1 RU2401159 C1 RU 2401159C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
housing
carbon
reactor
pyrolysis
synthesis
Prior art date
Application number
RU2009105027/05A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2009105027A (en
Inventor
Алексей Григорьевич Ткачев (RU)
Алексей Григорьевич Ткачев
Сергей Владимирович Мищенко (RU)
Сергей Владимирович Мищенко
Владимир Николаевич Артемов (RU)
Владимир Николаевич Артемов
Максим Алексеевич Ткачев (RU)
Максим Алексеевич Ткачев
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "НаноТехЦентр"
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 Общество с ограниченной ответственностью "НаноТехЦентр" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "НаноТехЦентр"
Priority to RU2009105027/05A priority Critical patent/RU2401159C1/en
Publication of RU2009105027A publication Critical patent/RU2009105027A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2401159C1 publication Critical patent/RU2401159C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: machine building.
SUBSTANCE: proposed reactor comprises housing consisting of two interlocked parts. Note here that top part is connected with carbon-containing gas feed pipeline and that of pyrolysis gaseous products bleed, while bottom part accommodates heaters and driven disk. Note also that there are channels made in top part to communicate with forced cooling system and gas distributor that represents cap communicated with carbon-containing gas feed pipeline, while space between said cap and housing top part inner surface communicates via branch pipes with pyrolysis bleed line. Besides container with catalyst is arranged on disk at the housing bottom.
EFFECT: higher quality of products, synthesis of nanotube with OD varying from 3 to 10 nm.
5 cl, 8 dwg, 1 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 carrying out 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.

Известно устройство для карбонизации углеродосодержащих материалов, включающее теплоизолированный корпус с муфелем, устройство для перемещения жгутов обрабатываемого углеродосодержащего материала, патрубки подачи горячего и холодного инертного газа и продуктов пиролиза, теплообменник для дополнительного температурного воздействия при проведении пиролиза и промежуточный объем для отбора обработанных жгутов при пониженной температуре, а также уплотнительные узлы ввода жгутов в печь и вывода из нее в виде газовых затворов (см., например, патент Великобритании 2184819, МПК D01F 9/22, D01F 9/32,, 01.07.1987 г.).A device for carbonizing carbon-containing materials is known, including a thermally insulated body with a muffle, a device for moving bundles of processed carbon-containing material, nozzles for supplying hot and cold inert gas and pyrolysis products, a heat exchanger for additional temperature effects during pyrolysis and an intermediate volume for selecting treated bundles at low temperature as well as sealing units for introducing the bundles into the furnace and out of it in the form of gas locks (see, e.g. measures, the UK patent 2184819, IPC D01F 9/22, D01F 9/32 ,, 01.07.1987 city).

Недостатком такого устройства является низкая производительность процесса карбонизации, связанная с 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.The disadvantage of this device is the low productivity of the carbonization process, associated with the inability to maintain a constant temperature when moving bundles with 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 leads to its deterioration properties. Another disadvantage is the need to process the starting material before carbonization.

Частично эти недостатки устранены в патенте РФ №2046846, 6 МПК D01F 9/14, В29В 13/02, 1995 г. Печь карбонизации для получения волокнистых углеродных материалов содержит корпус, муфель, теплообменник, нагревательные элементы, трубопроводы для холодного и горячего инертного газа и продуктов пиролиза, устройство для заправки жгутов обрабатываемого материала и газовые затворы, причем корпус печи образован соосно расположенным набором унифицированных цилиндрических модулей с муфелями, соединенных посредством подвижных соединений, на торцах крайних из которых выполнены перекрытые газовыми затворами прорези для входа и выхода жгутов обрабатываемого материала. Устройство для заправки жгутов выполнено в виде бесконечных струн, натянутых на направляющие ролики, верхняя ветвь которых расположена в корпуса, нижняя - под ним. Каждый муфель снабжен установленным с зазором графитовым вкладышем с графитовыми запорными кольцами, образующими полость, соединенную трубопроводами горячего инертного газа и газообразных продуктов пиролиза, при этом вкладыш выполнен со сквозными парными отверстиями, оси каждой пары которых с возможностью пересечения в середине горизонтальной плоскости, проходящей через прорези для входа и выхода жгутов.Partially these disadvantages are eliminated in RF patent No. 2046846, 6 IPC D01F 9/14, B29B 13/02, 1995. The carbonization furnace for producing fibrous carbon materials comprises a housing, a muffle, a heat exchanger, heating elements, pipelines for cold and hot inert gas, and pyrolysis products, a device for refueling bundles of processed material and gas locks, the furnace body being formed by a coaxially arranged set of unified cylindrical modules with muffles connected via movable joints at the ends of the outermost The slots for the entry and exit of the plaits of the processed material are made, which are overlapped by gas shutters. The device for refueling the harnesses is made in the form of endless strings stretched on guide rollers, the upper branch of which is located in the housing, the lower branch is underneath. Each muffle is equipped with a graphite insert installed with a gap with graphite locking rings forming a cavity connected by pipelines of hot inert gas and gaseous pyrolysis products, while the insert is made with through pair openings, the axes of each pair of which can intersect in the middle of a horizontal plane passing through the slots to enter and exit the harnesses.

Недостатком такого устройства является сложность конструкции и сложность поддержания оптимального термического режима из-за изменяющихся в процессе пиролиза теплофизических свойств исходного материала, что обуславливает низкую производительность процесса карбонизации. Усложнение конструкции вызвано опасностью перегрева продукта, приводящего к термическому разложению готового продукта и ухудшению его свойств. Другим недостатком является необходимость обработки исходного материала перед карбонизацией.The disadvantage of this device is the complexity of the design and the difficulty of maintaining the optimal thermal regime due to the thermophysical properties of the starting material changing during the pyrolysis process, which leads to a low productivity of the carbonization process. The complexity of the design is caused by the danger of overheating of the product, leading to thermal decomposition of the finished product and the deterioration of its properties. Another disadvantage is the need to process the starting material before carbonization.

Таким образом, наиболее перспективным являются устройства, позволяющие обрабатывать исходные газообразные углеводородные продукты. В патенте США №5165909, МПК D01F 9/10, 1992 г. предпочтение отдано таким газам, как ацетилен (температура карбонизации 500°С) и метан (температура карбонизации ниже 1000°С). Согласно патенту пиролиз проводится в вертикальной печи, в верхней части которой расположены патрубок подачи углеводородного газа, ленточные нагреватели и бункер с катализатором. В нижней части бункера с катализатором установлен питательный клапан, который подает в реакционную зону печи катализатор в виде порошкообразного никеля с добавлением алюминия. В нижней части расположен 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.Thus, the most promising are devices that allow you to process the source of gaseous hydrocarbon products. In US patent No. 5165909, IPC D01F 9/10, 1992, preference is given to gases such as acetylene (carbonization temperature 500 ° C) and methane (carbonization temperature below 1000 ° C). According to the patent, 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 installed at the bottom of the catalyst hopper, which feeds the catalyst into the reaction zone of the furnace in the form of powdered nickel with the addition of aluminum. At the bottom there is a second hydrocarbon gas supply pipe. The distance between the feed 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 collection of the finished product before unloading.

Однако в такой печи полученные продукты пиролиза подвергаются длительному нагреву циркулирующим горячим газом, содержащим смесь углеводородного газа, продуктов пиролиза и катализатора, что может привести к термическому разложению готового продукта. Другим недостатком известного устройства является невозможность равномерного распределения порошкообразного катализатора равномерно по всему живому сечению печи. Это приводит к снижению эффективности пиролиза из-за неравномерности распределения катализатора (смесь никеля с 10% алюминия).However, in such a furnace, the resulting pyrolysis products are subjected to prolonged heating by circulating hot gas containing a mixture of hydrocarbon gas, pyrolysis products and a catalyst, which can lead to thermal decomposition of the finished product. Another disadvantage of the known device is the inability to uniformly distribute the powder catalyst evenly over the entire living section of the furnace. This leads to a decrease in the pyrolysis efficiency due to the uneven distribution of the catalyst (a mixture of nickel with 10% aluminum).

Известен также реактор для получения волокнистых углеродных структур каталитическим пиролизом (Патент РФ №2310023, МПК D01F 9/10, 2007 г.), содержащий корпус, выполненный из двух соединенных замками частей, причем верхняя часть корпуса соединена с трубопроводами подачи углеводородного газа и отбора газообразных продуктов пиролиза, а в нижней части установлены нагреватели, и соединенный с приводом вращения диск. В этом реакторе в верхней части также расположен узел подачи катализатора, а в нижней - сборник готового продукта и трубопровод подачи углеродсодержащего газа, причем реактор снабжен соединенной с узлом подачи катализатора камерой-осадителем, установленной над соединенным с приводом вращения и взаимодействующим с неподвижным скребком диском, под которым установлена емкость готового продукта, и нагревателями, расположенными над и под вращающимся диском, а в верхней части корпуса и камеры-осадителя расположены патрубки отбора продуктов пиролиза. Узел подачи катализатора выполнен в виде дозатора, соединенного через распылитель с линией подачи газа, снабженной нагревателем. Сборник готового продукта соединен с линией подачи инертного газа. Вращающийся диск снабжен установленными на его нижней поверхности лопастями. Камера-осадитель выполнена в виде перевернутого стакана с сечением в форме сектора. Емкость готового продукта закреплена на соединенной с корпусом цилиндрической обечайке.Also known is a reactor for producing fibrous carbon structures by catalytic pyrolysis (RF Patent No. 2310023, IPC D01F 9/10, 2007), comprising a casing made of two parts connected by locks, the upper part of the casing being connected to hydrocarbon gas supply and gaseous extraction pipelines pyrolysis products, and heaters are installed in the lower part, and a disk connected to the rotation drive. The catalyst supply unit is also located in the upper part of the reactor, and the finished product collector and the carbon-containing gas supply pipe are located in the lower part, and the reactor is equipped with a precipitating chamber connected to the catalyst supply unit, mounted above the disk connected to the rotation drive and interacting with the stationary scraper, under which the capacity of the finished product is installed, and heaters located above and below the rotating disk, and in the upper part of the casing and precipitating chamber are the product sampling pipes pyrolysis. The catalyst feed assembly is made in the form of a dispenser connected through a spray gun to a gas supply line equipped with a heater. The finished product collector is connected to the inert gas supply line. The rotating disk is equipped with blades mounted on its lower surface. The precipitating chamber is made in the form of an inverted glass with a section in the shape of a sector. The capacity of the finished product is fixed on a cylindrical shell connected to the housing.

Недостатками такого реактора является сложность конструкции и невозможность нанесения на поверхность диска равномерного по толщине слоя катализатора, обеспечивающего получение нанотрубок с минимальным разбросом размеров нанотрубок по наружному диаметру, обладающих более высоким качеством и однообразием свойств. В процессе синтеза нанотрубок чрезмерно велик межцикловой период в режиме периодического процесса, что ведет к неконтролируемому росту числа слоев, приводящему к ухудшению свойств синтезируемых нанотрубок и уменьшению производительности.The disadvantages of this reactor are the design complexity and the impossibility of applying a uniform thickness layer of the catalyst layer to the surface of the disk, which provides nanotubes with a minimum variation in nanotube sizes along the outer diameter, which have higher quality and uniformity of properties. During the synthesis of nanotubes, the inter-cycle period in the periodic mode is excessively long, which leads to an uncontrolled increase in the number of layers, leading to a deterioration in the properties of the synthesized nanotubes and a decrease in productivity.

Указанные недостатки обусловлены конструктивными признаками известного технического решения.These shortcomings are due to structural features of the known technical solutions.

По совокупности общих признаков в качестве прототипа выбран реактор по патенту РФ №2310023.According to the set of common features, the reactor according to the patent of the Russian Federation No. 2310023 was selected as a prototype.

Задачей изобретения является повышение качества путем создания реактора для синтеза нанотрубок с наружным диаметром от 3 до 10 нм.The objective of the invention is to improve quality by creating a reactor for the synthesis of nanotubes with an outer diameter of from 3 to 10 nm.

Задача решается тем, что в реакторе синтеза углеродных нанотрубок, содержащем корпус, выполненный из двух соединенных замками частей, причем верхняя часть корпуса соединена с трубопроводами подачи углеродсодержащего газа и отбора газообразных продуктов пиролиза, а в нижней части установлены нагреватели, и соединенный с приводом вращения диск, причем в верхней части корпуса выполнены каналы, соединенные с системой принудительного охлаждения и установлено газораспределительное устройство в виде соединенного с трубопроводом подачи углеродсодержащего газа колпака, а полость, заключенная между колпаком и внутренней поверхностью верхней части корпуса соединена патрубками с линией отвода продуктов пиролиза, а в нижней части корпуса на диске установлен контейнер с катализатором.The problem is solved in that in a carbon nanotube synthesis reactor containing a casing made of two parts connected by locks, the upper part of the casing connected to the pipelines for supplying carbon-containing gas and the selection of gaseous pyrolysis products, and heaters are installed in the lower part, and a disk connected to the rotation drive moreover, in the upper part of the housing there are channels connected to the forced cooling system and a gas distribution device is installed in the form of a coal feed connected to the pipeline of a cap-containing gas, and the cavity enclosed between the cap and the inner surface of the upper part of the casing is connected by pipes to the discharge line of pyrolysis products, and a container with a catalyst is installed on the disk in the lower part of the casing.

В линии подачи углеродсодержащего газа дополнительно установлен подогреватель.An additional heater is installed in the carbon-containing gas supply line.

Подогреватель газа соединен с линией отвода газообразных продуктов пиролиза.The gas heater is connected to the exhaust gas line of the pyrolysis.

Каналы выполнены в виде герметично соединенной с корпусом профилированной ленты.The channels are made in the form of a profiled tape hermetically connected to the housing.

Контейнер выполнен в виде снабженного радиальными перегородками кольца с отбортованными краями.The container is made in the form of a ring with flanged edges equipped with radial partitions.

Выполнение в верхней части корпуса каналов, соединенных с системой принудительного охлаждения, и установка газораспределительного устройства в виде соединенного с трубопроводом подачи углеродсодержащего газа колпака, и соединение полости, заключенной между колпаком и внутренней поверхностью верхней части корпуса, патрубками с линией отвода продуктов пиролиза и установка в нижней части корпуса на диске контейнера с катализатором обеспечивает получение многослойных углеродных нанотрубок с диаметром от 3 до 10 нм за счет обеспечения:The implementation in the upper part of the housing of channels connected to the forced cooling system, and the installation of a gas distribution device in the form of a cap connected to the carbon-containing gas supply pipe, and the connection of the cavity enclosed between the cap and the inner surface of the upper part of the housing, pipes with a pyrolysis product discharge line and installation in the lower part of the housing on the disk of the container with the catalyst provides multilayer carbon nanotubes with a diameter of from 3 to 10 nm due to the provision of:

- контроля за нанесением катализатора (равномерное количество на единицу площади контейнера при одинаковой толщине слоя);- control over the application of the catalyst (a uniform amount per unit area of the container with the same layer thickness);

- создания равномерного температурного поля в слое катализатора за счет помещения контейнера на вращающемся диске;- creating a uniform temperature field in the catalyst bed by placing the container on a rotating disk;

- уменьшения внутреннего объема реактора, что резко сокращает время нагрева до температуры реакции;- reducing the internal volume of the reactor, which dramatically reduces the heating time to the reaction temperature;

- уменьшение энергоемкости за счет разогрева только зоны каталитического пиролиза;- reduction of energy intensity due to heating only the catalytic pyrolysis zone;

- уменьшения времени процесса синтеза, для проведения которого требуется 3-4 мин;- reducing the time of the synthesis process, which takes 3-4 minutes;

- уменьшение расхода катализатора за счет исключения его оседания на поверхностях реактора.- reduction of catalyst consumption due to the exclusion of its deposition on the surfaces of the reactor.

Дополнительная установка в линии подачи углеродсодержащего газа подогревателя обеспечивает не только более быстрый выход реактора на режим синтеза. При нагреве углеродсодержащего газа до температуры ниже температуры пиролиза (примерно до температуры 300°С) обеспечивается проведение процесса каталитического пиролиза только на поверхности разогретого катализатора. Это обеспечивает повышение качества синтезируемых нанотрубок.An additional installation of a heater in the carbon-containing gas supply line provides not only a faster output of the reactor to the synthesis mode. When a carbon-containing gas is heated to a temperature below the pyrolysis temperature (approximately to a temperature of 300 ° C), the catalytic pyrolysis process is carried out only on the surface of a heated catalyst. This provides an increase in the quality of synthesized nanotubes.

Соединение подогревателя газа с линией отвода газообразных продуктов пиролиза обеспечивает повышение производительности за счет ускорения выхода реактора на режим синтеза нанотрубок, как указывалось выше, одновременно снижается энергопотребление за счет рекуперации отводимого с отходящими газами тепла.The connection of the gas heater with the line of removal of gaseous pyrolysis products provides an increase in productivity by accelerating the reactor to the synthesis regime of nanotubes, as mentioned above, while reducing energy consumption due to the recovery of heat removed from the exhaust gases.

Выполнение каналов в виде герметично соединенной с корпусом профилированной ленты (штрипсов) обеспечивает снижение материалоемкости, т.е. делает систему отвода тепла менее инерционной, что позволяет не только сократить продолжительность охлаждения до безопасной температуры, но и уменьшить общее потребление энергии на проведение процесса синтеза.The implementation of the channels in the form of a sealed tape (strips) tightly connected to the housing ensures a reduction in material consumption, i.e. makes the heat removal system less inertial, which allows not only to reduce the duration of cooling to a safe temperature, but also to reduce the total energy consumption for the synthesis process.

Выполнение контейнера в виде снабженного радиальными перегородками кольца с отбортованными краями обеспечивает возможность контроля процесса каталитического пиролиза. При неудовлетворительных результатах процесса пиролиза в одной или нескольких расположенных рядом секций всегда есть возможность откорректировать процесс с помощью газораспределительного устройства. Другим дополнительным преимуществом такого контейнера является возможность проведения процесса синтеза с использованием различных катализаторов. В этом случае достигается сравнительная проверка эффективности катализаторов при совершенно одинаковых условиях проведения синтеза.The implementation of the container in the form of a ring equipped with radial partitions with flanged edges provides the ability to control the process of catalytic pyrolysis. In case of unsatisfactory results of the pyrolysis process in one or several adjacent sections, it is always possible to adjust the process using a gas distribution device. Another additional advantage of such a container is the possibility of carrying out the synthesis process using various catalysts. In this case, a comparative verification of the effectiveness of the catalysts is achieved under completely identical synthesis conditions.

На представленных чертежах изображены:The drawings show:

на фиг.1 - общий вид реактора синтеза углеродных нанотрубок в разрезе;figure 1 is a General view of the reactor for the synthesis of carbon nanotubes in section;

на фиг.2 - сечение по А-А, вид контейнера с катализатором;figure 2 is a section along aa, a view of the container with the catalyst;

на фиг.3 - выноска Б с изображением газораспределительного устройства;figure 3 - callout B with the image of the gas distribution device;

на фиг.4 - вариант, в котором каналы системы принудительного охлаждения выполнены в виде штрипсов;figure 4 is an option in which the channels of the forced cooling system are made in the form of strips;

на фиг.5 - вариант конструкции контейнера в виде диска;figure 5 is a variant of the design of the container in the form of a disk;

на фиг.6 - вариант конструкции контейнера в виде кольца с отбортовкой;figure 6 is a variant of the design of the container in the form of a ring with flanging;

на фиг.7 - то же, что на фиг.6, вариант с радиальными перегородками;in Fig.7 - the same as in Fig.6, a variant with radial partitions;

на фиг.8 - вариант подогрева исходного газа отходящими газами.in Fig.8 is a variant of the heating of the source gas with exhaust gases.

Перечень позиций, указанных на чертежах:The list of items indicated in the drawings:

1. рама;1. frame;

2. часть корпуса нижняя;2. lower part of the case;

3. часть корпуса верхняя;3. the upper part of the body;

4. замок;4. the castle;

5. нагревательный элемент;5. heating element;

6. диск;6. drive;

7. привод диска;7. drive disk;

8. контейнер;8. container;

9. слой катализатора:9. catalyst bed:

10. колпак;10. cap;

11. патрубок подвода углеродсодержащего газа и инертного газа;11. a pipe for supplying carbon-containing gas and inert gas;

12. газораспределительное устройство;12. gas distribution device;

13. линия подачи инертного газа13. inert gas supply line

14. вентиль подачи инертного газа;14. inert gas supply valve;

15. линия подачи углеродсодержащего газа;15. a line for supplying carbon-containing gas;

16. вентиль подачи углеродсодержащего газа;16. a valve for supplying carbon-containing gas;

17. подогреватель углеродсодержащего газа;17. carbon gas heater;

18. патрубок отбора реакционных газов;18. a nozzle for the selection of reaction gases;

19. термопара;19. thermocouple;

20. термопара;20. thermocouple;

21. каналы системы принудительного охлаждения;21. channels of the forced cooling system;

22. теплоизоляция;22. thermal insulation;

23. перегородка в контейнере;23. partition in the container;

24. линия отвода газообразных продуктов пиролиза;24. The line of removal of gaseous products of pyrolysis;

25. вентиль сброса.25. relief valve.

Реактор синтеза углеродных нанотрубок содержит смонтированную на раме 1 нижнюю часть корпуса 2, на которой установлена верхняя часть корпуса 3 и закреплена замками 4. На нижней части корпуса 2 установлены нагревательные элементы 5 и диск 6, соединенный с приводом диска 7. На диске 7 устанавливается контейнер 8, предназначенный для нанесения на его верхнюю поверхность слоя катализатора 9. На верхней части корпуса 3 смонтирован колпак 10, в виде перевернутой воронки из жаростойкой листовой стали, который соединен с патрубком подвода метана и инертного газа 11. Колпак 10 с патрубком 11 образуют газораспределительное устройство 12, помещенное над контейнером 8 после сборки реактора. К патрубку 11 с внешней стороны верхней части корпуса 3 подсоединены линия подачи инертного газа 13 и вентиль подачи инертного газа 14, а также линия подачи углеродсодержащего газа 15 через вентиль подачи углеродсодержащего газа 16, перед которым установлен подогреватель углеродсодержащего газа 17. Кроме того, на верхней части корпуса 3 установлены патрубки отбора реакционных газов 18, которые обеспечивают отбор газообразных продуктов пиролиза из пространства над колпаком 10. В верхней части корпуса 3 также установлены термопара 19 для измерения температуры в слое катализатора 9 и термопара 20 для измерения температуры отходящих газов. Верхняя часть корпуса 3 снабжена каналами системы принудительного охлаждения 21, которые могут быть выполнены в виде штрипсов - профилированной ленты, приваренной к обечайке верхней части корпуса 3, как это показано на фиг.4. На внешней поверхности нижней части корпуса 2 и верхней части корпуса 3 установлена теплоизоляция 22, исключающая потери тепла при включении нагревательных элементов 7. Контейнер 8 может изготавливаться не только в виде отбортованного листа, как показано на фиг.5, но и в виде кольца с отбортовкой, как показано на фиг.6, и с радиальными перегородками 23, как показано на фиг.7. Патрубки 18 объединены линией отвода газообразных продуктов пиролиза 24, которая соединена с подогревателем 17 для утилизации отходящего тепла и ускорения выхода реактора на режим. На выходе линии отвода газообразных продуктов пиролиза 24 установлен вентиль сброса 25.The carbon nanotube synthesis reactor comprises a lower part of the housing 2 mounted on the frame 1, on which the upper part of the housing 3 is mounted and secured by locks 4. On the lower part of the housing 2, heating elements 5 and a disk 6 connected to the disk 7 drive are installed. A container is installed on the disk 7 8, intended for applying a catalyst layer 9 to its upper surface. A cap 10 is mounted on the upper part of the housing 3, in the form of an inverted funnel made of heat-resistant sheet steel, which is connected to a methane supply pipe and inert gas 11. The cap 10 with the pipe 11 form a gas distribution device 12, placed above the container 8 after Assembly of the reactor. An inert gas supply line 13 and an inert gas supply valve 14, as well as a carbon-containing gas supply line 15 through a carbon-containing gas supply valve 16, in front of which a carbon-containing gas heater 17, are also connected to the pipe 11 on the outer side of the upper part of the housing 3. In addition, on the upper parts of the housing 3 are installed nozzles for the selection of reaction gases 18, which provide the selection of gaseous products of pyrolysis from the space above the cap 10. In the upper part of the housing 3 are also installed thermocouple 19 for measurement temperature in the catalyst bed 9 and a thermocouple 20 for measuring the temperature of the exhaust gases. The upper part of the housing 3 is equipped with channels of the forced cooling system 21, which can be made in the form of strips - profiled tape, welded to the casing of the upper part of the housing 3, as shown in Fig.4. Thermal insulation 22 is installed on the outer surface of the lower part of the housing 2 and the upper part of the housing 3, eliminating heat loss when the heating elements 7 are turned on. The container 8 can be made not only in the form of a flanged sheet, as shown in Fig. 5, but also in the form of a flanged ring as shown in Fig.6, and with radial partitions 23, as shown in Fig.7. Pipes 18 are connected by a line of removal of gaseous products of pyrolysis 24, which is connected to a heater 17 to utilize the waste heat and accelerate the exit of the reactor to the mode. At the outlet of the discharge line of gaseous pyrolysis products 24, a reset valve 25 is installed.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.The proposed device operates as follows.

Перед работой на верхнюю поверхность контейнера 8 наносится слой катализатора 9. В зависимости от марки и вида катализатора толщина слоя может изменяться от 0,5-1 мм до 4-5 мм. При использовании контейнера 8, снабженного радиальными перегородками 23 (показанного на фиг.7), при отработке процесса синтеза в отдельные секторы могут загружаться катализаторы различных марок слоями различной толщины. Контейнер 8 с катализатором 9 устанавливается на диск 6 нижней части корпуса 2, установленной на раме 1. На снабженной теплоизоляцией 22 нижней части корпуса 2 устанавливается верхняя часть корпуса 3 и производится их смыкание замками 4. Полость реактора продувается аргоном или другим инертным газом для удаления из нее атмосферного воздуха, так как в смеси кислорода воздуха с метаном или другим углеводородным газом в полости реактора может образоваться взрывоопасная смесь, что недопустимо исходя из правил техники безопасности. Для этого через линию подачи инертного газа 13, вентиль подачи инертного газа 14 и патрубок подачи инертного и углеродсодержащего газа 12 под колпак 10 подается инертный газ (аргон), который, имея большую плотность, вытесняет атмосферный воздух из полости реактора через патрубки отбора реакционных газов 18, линию отвода газообразных продуктов пиролиза 24 и вентиль сброса 25. После удаления воздуха из реактора включаются расположенные под диском 6 нагревательные элементы 5 и включается привод диска 7. Из линии подачи углеродсодержащего газа 15 через подогреватель углеродсодержащего газа 17, вентиль подачи углеродсодержащего газа 16 и патрубок 11 газораспределительного устройства 12 углеродсодержащий газ (метан) поступает под колпак 10 и перемещается над слоем катализатора 9. При взаимодействии метана с катализатором, разогретым до температуры пиролиза (зависит от вида углеродсодержащего газа и марки катализатора), на поверхности частиц катализатора образуется продукт в виде углеродных нанотрубок. Не прореагировавший с катализатором газ вместе с газообразными продуктами пиролиза выходит из пространства под колпаком 10 через кольцевой зазор между контейнером 8 и колпаком 10 в пространство между колпаком 10 и верхней частью корпуса 3. Из пространства над колпаком 10 не прореагировавший с катализатором газ вместе с газообразными продуктами пиролиза отводится через патрубки отбора реакционных газов 18 в линию отвода газообразных продуктов пиролиза 24 и удаляется через вентиль сброса 25. Часть газа поступает в подогреватель углеродсодержащего газа 17. Процесс синтеза в реакторе контролируется с помощью термопары 19, которая измеряет температуру катализатора 9, и термопары 20, которая измеряет температуру отводимых газообразных продуктов пиролиза.Before work, a catalyst layer 9 is applied to the upper surface of the container 8. Depending on the brand and type of catalyst, the layer thickness can vary from 0.5-1 mm to 4-5 mm. When using a container 8 equipped with radial baffles 23 (shown in Fig. 7), when working out the synthesis process, catalysts of various grades with layers of different thicknesses can be loaded into separate sectors. The container 8 with the catalyst 9 is mounted on the disk 6 of the lower part of the housing 2 mounted on the frame 1. On the bottom 22 of the housing 2 equipped with thermal insulation 22, the upper part of the housing 3 is installed and locked by locks 4. The reactor cavity is blown with argon or other inert gas to remove it from atmospheric air, since an explosive mixture may form in a mixture of atmospheric oxygen with methane or other hydrocarbon gas in the reactor cavity, which is unacceptable based on safety regulations. To do this, through the inert gas supply line 13, the inert gas supply valve 14 and the inert and carbon-containing gas supply pipe 12, inert gas (argon) is supplied under the cap 10, which, having a high density, displaces atmospheric air from the reactor cavity through the reaction gas sampling pipes 18 , a discharge line for gaseous pyrolysis products 24 and a discharge valve 25. After removing air from the reactor, the heating elements 5 located under the disk 6 are turned on and the disk 7 drive is turned on. From the carbon-containing gas supply line 15 h a carbon-containing gas heater 17, a carbon-containing gas supply valve 16 and a nozzle 11 of a gas distribution device 12, carbon-containing gas (methane) enters under the cap 10 and moves above the catalyst bed 9. When methane reacts with a catalyst heated to a pyrolysis temperature (depends on the type of carbon-containing gas and catalyst grade), on the surface of the catalyst particles a product is formed in the form of carbon nanotubes. The gas that did not react with the catalyst together with the gaseous pyrolysis products leaves the space under the hood 10 through the annular gap between the container 8 and the hood 10 into the space between the hood 10 and the upper part of the housing 3. The gas that did not react with the catalyst together with the gaseous products from the space above the hood 10 the pyrolysis is discharged through the nozzles for the selection of reaction gases 18 to the exhaust gas line of the pyrolysis 24 and is removed through the discharge valve 25. Part of the gas enters the carbon content heater its gas 17. The synthesis process in the reactor is controlled by a thermocouple 19 which measures the temperature of the catalyst 9, and the thermocouple 20 which senses the temperature of the gaseous pyrolysis products allocated.

После окончания процесса синтеза вентиль 16 перекрывается, отключаются нагревательные элементы 5, и в каналы системы принудительного охлаждения 21 подается хладагент (в начале воздух, затем вода), и открывается вентиль 14, через который полость реактора заполняется инертным газом. При снижении температуры в реакторе до безопасной (примерно ниже 300°С), исключающей разложение синтезированных нанотрубок, вентили 14 и 25 перекрываются, и отключается привод 7 вращения диска 6. После этого каналы 21 продуваются воздухом для эвакуации из них хладагента. После открытия замков 4 снимается верхняя часть корпуса 3 и контейнер 8 с синтезированными нанотрубками извлекается из реактора и заменяется на другой контейнер 8 с катализатором 9. После этого процесс синтеза повторяется согласно описанному выше, а готовый продукт выгружается из контейнера 8 после его охлаждения до комнатной температуры.After completion of the synthesis process, valve 16 is closed, heating elements 5 are turned off, and refrigerant (air, then water) is supplied to the channels of the forced cooling system 21, and valve 14 opens, through which the reactor cavity is filled with inert gas. When the temperature in the reactor decreases to safe (approximately below 300 ° C), which excludes decomposition of the synthesized nanotubes, the valves 14 and 25 are closed and the drive 7 of the disk 6 is turned off. After that, the channels 21 are blown with air to evacuate the refrigerant from them. After opening the locks 4, the upper part of the housing 3 is removed and the container 8 with the synthesized nanotubes is removed from the reactor and replaced with another container 8 with the catalyst 9. After this, the synthesis process is repeated as described above, and the finished product is unloaded from the container 8 after it is cooled to room temperature .

Предлагаемое устройство просто в аппаратурном исполнении и эксплуатации и обеспечивает получение углеродных многослойных нанотрубок.The proposed device is simple in hardware design and operation and provides carbon multilayer nanotubes.

Claims (5)

1. Реактор синтеза углеродных нанотрубок, содержащий корпус, выполненный из двух соединенных замками частей, причем верхняя часть корпуса соединена с трубопроводами подачи углеродсодержащего газа и отбора газообразных продуктов пиролиза, а в нижней части установлены нагреватели, и соединенный с приводом вращения диск, отличающийся тем, что в верхней части корпуса выполнены каналы, соединенные с системой принудительного охлаждения, и установлено газораспределительное устройство в виде соединенного с трубопроводом подачи углеродсодержащего газа колпака, а полость, заключенная между колпаком и внутренней поверхностью верхней части корпуса соединена патрубками с линией отвода продуктов пиролиза, а в нижней части корпуса на диске установлен контейнер с катализатором.1. The synthesis reactor of carbon nanotubes, comprising a housing made of two parts connected by locks, the upper part of the housing connected to the pipelines for the supply of carbon-containing gas and the selection of gaseous products of pyrolysis, and in the lower part there are heaters, and a disk connected to the rotation drive, characterized in that channels connected to the forced cooling system are made in the upper part of the housing, and a gas distribution device is installed in the form of a carbon-containing feed connected to the pipeline aschego gas cap and the cavity enclosed between the cover and the inner surface of the upper housing part is connected to a line tap nozzles pyrolysis products and in the lower part of the housing is mounted on the disc container with the catalyst. 2. Реактор синтеза углеродных нанотрубок по п.1, отличающийся тем, что в линии подачи углеродсодержащего газа дополнительно установлен подогреватель.2. The reactor for the synthesis of carbon nanotubes according to claim 1, characterized in that in the supply line of the carbon-containing gas an additional heater is installed. 3. Реактор синтеза углеродных нанотрубок по п.1, отличающийся тем, что подогреватель газа соединен с линией отвода газообразных продуктов пиролиза.3. The synthesis reactor of carbon nanotubes according to claim 1, characterized in that the gas heater is connected to the exhaust gas line of the pyrolysis products. 4. Реактор синтеза углеродных нанотрубок по п.1, отличающийся тем, что каналы выполнены в виде герметично соединенной с корпусом профилированной ленты.4. The reactor for the synthesis of carbon nanotubes according to claim 1, characterized in that the channels are made in the form of a sealed tape connected to the housing. 5. Реактор синтеза углеродных нанотрубок по п.1, отличающийся тем, что контейнер выполнен в виде снабженного радиальными перегородками кольца с отбортованными краями. 5. The reactor for the synthesis of carbon nanotubes according to claim 1, characterized in that the container is made in the form of a ring equipped with radial partitions with flanged edges.
RU2009105027/05A 2009-02-13 2009-02-13 Carbon nanotube synthesis reactor RU2401159C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009105027/05A RU2401159C1 (en) 2009-02-13 2009-02-13 Carbon nanotube synthesis reactor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009105027/05A RU2401159C1 (en) 2009-02-13 2009-02-13 Carbon nanotube synthesis reactor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2009105027A RU2009105027A (en) 2010-08-20
RU2401159C1 true RU2401159C1 (en) 2010-10-10

Family

ID=44024828

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009105027/05A RU2401159C1 (en) 2009-02-13 2009-02-13 Carbon nanotube synthesis reactor

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2401159C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EA028859B1 (en) * 2016-04-26 2018-01-31 Виталий Александрович Жданок Pyrolysis furnace with external heating for recycling solid carbon-containing materials (embodiments)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EA028859B1 (en) * 2016-04-26 2018-01-31 Виталий Александрович Жданок Pyrolysis furnace with external heating for recycling solid carbon-containing materials (embodiments)

Also Published As

Publication number Publication date
RU2009105027A (en) 2010-08-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8882966B2 (en) Pyrolytic reactor
JP4474409B2 (en) Carbon nanotube manufacturing method and manufacturing apparatus
RU2361731C1 (en) Method of reprocessing worn-out tires and/or industrial rubber products and device to this end
RU2296827C1 (en) Method of preparing fibrous carbon structures using catalytic pyrolysis
MY159570A (en) A process and an apparatus for converting solid organic materials into carbon or activated carbon
CA2089725C (en) Smoke generator for food smoking kilns
RU2401159C1 (en) Carbon nanotube synthesis reactor
US2558861A (en) Apparatus for production of acetylene and other hydrocarbons
RU2409711C1 (en) Method of producing nano-structured carbon fibres and apparatus for realising said method
RU2389836C2 (en) Reactor for production of fibrous carbon structures by catalytic pyrolysis
RU2401798C1 (en) Carbon nanotube synthesis method
CN106118695A (en) A kind of multitube rotary formula heats low temperature pyrogenation equipment indirectly
CN204111673U (en) A kind of novel bionass continuous pyrolysis oven
RU2443807C1 (en) Method of producing carbon fibre materials via catalytic pyrolysis
JPH08209148A (en) Production of coke
RU69869U1 (en) REACTOR FOR PRODUCING FIBROUS CARBON STRUCTURES BY CATALYTIC PYROLYSIS
CA2867183C (en) Apparatus and method for pyrolyzing coal with wide particle size distribution
RU2310023C2 (en) Reactor for producing of fibrous carbon structures using catalytic pyrolysis process
RU2353718C1 (en) Method of receiving fibrous carbonic structures by catalystic pyrolysis
RU2014101600A (en) DEVICE AND METHOD FOR CONTINUOUS CARBONIZATION OF WOOD CHIP OR WASTE AND OTHER CARBONED ORGANIC MATERIALS
RU78490U1 (en) REACTOR FOR PRODUCING FIBROUS CARBON STRUCTURES BY CATALYTIC PYROLYSIS
US2507538A (en) Method of and apparatus for catalytic treatment of gases
US4208307A (en) Purification of coke
RU2481889C2 (en) Method of producing carbon nanomaterials
RU2349690C1 (en) Method for production of fibrous carbonic structures by catalytic pyrolysis

Legal Events

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

Effective date: 20140214

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20160220

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180214