RU96126U1 - CARBON NANOTUBE SYNTHESIS REACTOR - Google Patents
CARBON NANOTUBE SYNTHESIS REACTOR Download PDFInfo
- Publication number
- RU96126U1 RU96126U1 RU2010100599/22U RU2010100599U RU96126U1 RU 96126 U1 RU96126 U1 RU 96126U1 RU 2010100599/22 U RU2010100599/22 U RU 2010100599/22U RU 2010100599 U RU2010100599 U RU 2010100599U RU 96126 U1 RU96126 U1 RU 96126U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- reactor
- synthesis
- carbon nanotubes
- pipe
- housing
- Prior art date
Links
Abstract
1. Реактор синтеза углеродных нанотрубок, содержащий соединенный с виброприводом корпус в виде трубы, концы которой соединены с патрубком подачи углеродсодержащего газа, с патрубком вывода продукта, с патрубком подачи катализатора и патрубком вывода реакционных газов, отличающийся тем, что корпус выполнен в виде установленного на опоре змеевика, средняя часть которого снабжена контактными элементами, соединенным с источником электропитания, а концы - контактными элементами, соединенными с заземлением. ! 2. Реактор синтеза углеродных нанотрубок по п.1, отличающийся тем, что змеевик заключен между опорной и прижимной пластинами, соединенными между собой стяжными шпильками, на которых установлены изоляторы. ! 3. Реактор синтеза углеродных нанотрубок по пп.1 и 2, отличающийся тем, что изоляторы заключены в металлические обечайки. ! 4. Реактор синтеза углеродных нанотрубок по п.1, отличающийся тем, что корпус снабжен сильфонными компенсаторами. ! 5. Реактор синтеза углеродных нанотрубок по п.1, отличающийся тем, что опора выполнена в виде закрепленной в подшипнике оси. ! 6. Реактор синтеза углеродных нанотрубок по п.1, отличающийся тем, что вибропривод выполнен в виде вибратора круговых колебаний. ! 7. Реактор синтеза углеродных нанотрубок по п.1, отличающийся тем, что емкость вывода продукта выполнена в виде пылеуловителя циклонного типа с завихрителем потока. 1. The reactor for the synthesis of carbon nanotubes, containing a body connected to a vibrodrive in the form of a pipe, the ends of which are connected to a carbon-containing gas supply pipe, a product output pipe, with a catalyst supply pipe and a reaction gas output pipe, characterized in that the housing is designed as mounted on coil support, the middle part of which is equipped with contact elements connected to the power source, and the ends are contact elements connected to ground. ! 2. The reactor for the synthesis of carbon nanotubes according to claim 1, characterized in that the coil is enclosed between the support and pressure plates interconnected by tie rods on which the insulators are mounted. ! 3. The reactor for the synthesis of carbon nanotubes according to claims 1 and 2, characterized in that the insulators are enclosed in metal shells. ! 4. The reactor for the synthesis of carbon nanotubes according to claim 1, characterized in that the housing is equipped with bellows expansion joints. ! 5. The reactor for the synthesis of carbon nanotubes according to claim 1, characterized in that the support is made in the form of an axis fixed in the bearing. ! 6. The reactor for the synthesis of carbon nanotubes according to claim 1, characterized in that the vibrator is made in the form of a vibrator of circular vibrations. ! 7. The carbon nanotube synthesis reactor according to claim 1, characterized in that the product withdrawal capacity is made in the form of a cyclone type dust collector with a flow swirl.
Description
Полезная модель относится к оборудованию для получения волокнистых углеродных материалов методом пиролиза ароматических и неароматических углеводородов.The utility model relates to equipment for producing fibrous carbon materials by 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.
Наиболее известными 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.The most famous 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. In this reactor, a catalyst supply unit is also located in the upper part, and a finished product collector and a carbon-containing gas supply pipeline 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 the 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 chamber - precipitator is made in the form of an inverted glass with a section in the form 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. Другим недостатком является повышенная материалоемкость оборудования, приводящая к увеличению материальных и эксплуатационных затрат.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. Another disadvantage is the increased material consumption of the equipment, leading to an increase in material and operating costs.
Указанные недостатки обусловлены конструктивными признаками известного технического решения.These shortcomings are due to structural features of the known technical solutions.
Известен также непрерывно действующий лабораторный реактор горизонтального типа с виброожиженным или перемешиваемым слоем и противотоком газовой и твердой фаз, разработанный в РХТУ им. Д.И.Менделеева. При диаметре трубы 60 мм и ее длине 1000 мм производительность виброреактора в процессе каталитического пиролиза СН4 достигала 12-15 г/ч по углеродным нановолокнам и до 7 г/ч по многослойным углеродным нанотрубкам (МУНТ).Also known is a continuously operating laboratory reactor of a horizontal type with a vibro-fluidized or stirred bed and a countercurrent of gas and solid phases, developed at RKhTU im. D.I. Mendeleev. With a pipe diameter of 60 mm and a length of 1000 mm, the productivity of the vibroreactor during the catalytic pyrolysis of CH 4 reached 12-15 g / h for carbon nanofibres and up to 7 g / h for multilayer carbon nanotubes (MWCNTs).
Разработана и испытана близкая по устройству и принципу действия пилотная установка с перемешиваемым слоем в трубчатом вращающемся реакторе (Форро, 2003). При диаметре кварцевой трубы 80 мм и ее длине 750 мм производительность установки по пиролизу C2H2 составила 100 г МУНТ в сутки ((Книга Э.Г.Раков, Нанотрубки и фуллерены. ISBN:5-98699-009-9 Серия Новая университетская библиотека. Издательство: Логос-М. Год издания 2006. Стр.283, рис.118). Конструкция реактора синтеза углеродных нанотрубок, содержит соединенный с виброприводом и заключенный в электрическую печь корпус, выполненный в виде трубы, один из концов которой соединен с патрубком для подачи углеродсодержащего газа и патрубком для вывода продукта, а противоположный конец - с патрубком для подачи катализатора и патрубком для вывода реакционных газов.A pilot installation with a stirred bed in a tubular rotating reactor (Forro, 2003), which is close in design and operation principle, has been developed and tested. With a diameter of a quartz tube of 80 mm and a length of 750 mm, the productivity of the C 2 H 2 pyrolysis unit was 100 g MWCNTs per day ((Book by E.G. Rakov, Nanotubes and Fullerenes. ISBN: 5-98699-009-9 New University Series library Publisher: Logos-M. Year of publication 2006. Page 283, Fig. 118. The design of the reactor for the synthesis of carbon nanotubes contains a housing connected to a vibrodrive and enclosed in an electric furnace, made in the form of a pipe, one end of which is connected to the pipe for supplying carbon-containing gas and a pipe for outputting the product, and prot the opposite end - with a pipe for feeding catalyst and a pipe for removing reaction gases.
Недостатком такого устройства является низкий выход готового продукта и малая производительность.The disadvantage of this device is the low yield of the finished product and low productivity.
По совокупности общих признаков в качестве прототипа выбран реактор, разработанный в РХТУ им. Д.И.Менделеева.On the basis of a set of common features, the reactor developed at RKhTU im. D.I. Mendeleev.
Технический результат полезной модели заключается в повышении качества продукта и повышении эффективности за счет увеличения производительности, снижения материальных и эксплуатационных затрат.The technical result of the utility model is to improve the quality of the product and increase efficiency by increasing productivity, reducing material and operating costs.
Технический результат достигается тем, что в реакторе синтеза углеродных нанотрубок, содержащем соединенный с виброприводом корпус в виде трубы, концы которой соединены с патрубком подачи углеродсодержащего газа, с патрубком вывода продукта, с патрубком подачи катализатора и патрубком вывода реакционных газов, корпус выполнен в виде установленного на опоре змеевика, средняя часть которого снабжена контактными элементами, соединенным с источником электропитания, а концы - контактными элементами, соединенными с заземлением.The technical result is achieved by the fact that in the reactor for the synthesis of carbon nanotubes containing a body connected to a vibrator, in the form of a pipe, the ends of which are connected to a pipe for supplying carbon-containing gas, with a pipe for outputting the product, with a pipe for feeding the catalyst and a pipe for outputting reaction gases, the body is made in the form of an installed on the coil support, the middle part of which is equipped with contact elements connected to the power source, and the ends are contact elements connected to ground.
Змеевик заключен между опорной и прижимной пластинами, соединенными между собой стяжными шпильками, на которых установлены изоляторы.The coil is enclosed between the support and pressure plates, interconnected by tie rods on which the insulators are mounted.
Изоляторы заключены в металлические обечайки.Insulators are enclosed in metal shells.
Корпус снабжен сильфонными компенсаторами.The housing is equipped with bellows expansion joints.
Опора выполнена в виде закрепленной в подшипнике оси.The support is made in the form of an axis fixed in the bearing.
Вибропривод выполнен в виде вибратора круговых колебаний.The vibrodrive is made in the form of a vibrator of circular vibrations.
Емкость вывода продукта выполнена в виде пылеуловителя циклонного типа с завихрителем потока.The output capacity of the product is made in the form of a cyclone-type dust collector with a flow swirl.
Выполнение корпуса в виде установленного на опоре змеевика, средняя часть которого снабжена контактными элементами, соединенным с источником электропитания, а концы - контактными элементами, соединенными с заземлением, обеспечивает:The execution of the housing in the form of a coil mounted on a support, the middle part of which is equipped with contact elements connected to a power source, and the ends - contact elements connected to ground, provides:
- Более полную отработку катализатора и углеродсодержащего газа за счет увеличения поверхности катализатора, контактирующего с углеродсодержащим газом в процессе синтеза, повышение качества продукта и повышение эффективности за счет увеличения производительности, снижения материальных и эксплуатационных затрат- More complete development of the catalyst and carbon-containing gas by increasing the surface of the catalyst in contact with the carbon-containing gas in the synthesis process, improving the quality of the product and increasing efficiency by increasing productivity, reducing material and operating costs
- Повышение качества синтезируемого материала за счет непрерывности технологического процесса синтеза, сокращение продолжительности пребывания продукта в реакторе, обеспечения более равномерного температурного поля в реакторе. Все это обеспечивает повышение качества продукта и повышение эффективности за счет увеличения производительности, снижения материальных и эксплуатационных затрат.- Improving the quality of the synthesized material due to the continuity of the synthesis process, reducing the length of time the product stays in the reactor, ensuring a more uniform temperature field in the reactor. All this provides an increase in the quality of the product and increased efficiency by increasing productivity, reducing material and operating costs.
- Резкое сокращение энергозатрат за счет подвода тепла непосредственно к корпусу реактора и синтезируемому продукту. Разогрев электрическим током непосредственно продукта и корпуса реактора обеспечивает снижение удельной энергоемкости реактора обеспечивает повышение эффективности за счет снижения эксплуатационных затрат.- A sharp reduction in energy costs due to the supply of heat directly to the reactor vessel and the synthesized product. Warming up directly the product and the reactor vessel with electric current ensures a decrease in the specific energy consumption of the reactor and provides an increase in efficiency by reducing operating costs.
- Уменьшение потребности в инертных газах, необходимых для обеспечения безопасности процесса и обеспечения сохранности синтезируемого продукта. Это обеспечивает снижение эксплуатационных затрат.- Reducing the need for inert gases necessary to ensure process safety and ensure the safety of the synthesized product. This provides a reduction in operating costs.
Заключение змеевика между опорной и прижимной пластинами, соединенными между собой стяжными шпильками, на которых установлены изоляторы, обеспечивает упрощение изготовления корпуса реактора и обеспечивает необходимую безопасность работы, исключая поражение обслуживающего персонала электрическим током.The conclusion of the coil between the support and pressure plates, interconnected by tie rods on which the insulators are mounted, simplifies the manufacture of the reactor vessel and ensures the necessary safety of work, eliminating the risk of electric shock to the operating personnel.
Заключение изоляторов в металлические обечайки обеспечивает повышение надежности за счет исключения разрушения изоляции.The conclusion of insulators in metal shells provides increased reliability by eliminating the destruction of insulation.
Снабжение корпуса сильфонными компенсаторами обеспечивает соединение совершающего колебательные перемещения корпуса с неподвижными системами подвода углеродсодержащего газа, отвода реакционного газа, дозатором катализатора и приемной емкостью вывода продукта. Это обеспечивает снижение эксплуатационных затрат за счет исключения разрушений подводящих трубопроводов.The supply of the housing with bellows expansion joints ensures the connection of the oscillating housing with the stationary systems for supplying carbon-containing gas, removal of the reaction gas, a catalyst dispenser and a receiving capacity for the output of the product. This ensures a reduction in operating costs by eliminating the destruction of supply pipelines.
Выполнение опоры в виде закрепленной в подшипнике оси и вибропривода в виде вибратора круговых колебаний, обеспечивает возвратно-поступательное перемещение катализатора и продукта в корпусе, за счет чего достигается увеличение продолжительности его пребывания в корпусе и более полная его отработка. Это обеспечивает.The implementation of the support in the form of an axis fixed in the bearing and a vibrodriver in the form of a circular vibrator provides reciprocating movement of the catalyst and product in the housing, thereby achieving an increase in the length of its stay in the housing and its more complete development. It provides.
повышение качества продукта и повышение эффективности за счет увеличение производительности.improving product quality and increasing efficiency by increasing productivity.
Выполнение емкости вывода продукта в виде пылеуловителя циклонного типа с завихрителем потока обеспечивает предотвращение выноса вместе с реакционными газами продукта, а также охлаждение продукта до безопасной температуры. Это обеспечивает повышение качества продукта и снижение эксплуатационных затрат.The implementation of the capacity of the output of the product in the form of a cyclone type dust collector with a swirl flow prevents the product from being taken out with the reaction gases, as well as cooling the product to a safe temperature. This provides improved product quality and lower operating costs.
По имеющимся у заявителя сведениям, совокупность существенных признаков заявляемой полезной модели не известна из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого объекта критерию "новизна".According to the information available to the applicant, the set of essential features of the claimed utility model is not known from the prior art, which allows us to conclude that the claimed object meets the criterion of "novelty."
Совокупность существенных признаков, характеризующих сущность полезной модели, может быть многократно использована в производстве различных модификаций реакторов синтеза углеродных нанотрубок с получением технического результата, заключающегося в повышении качества продукта и повышении эффективности за счет увеличения производительности, снижения материальных и эксплуатационных затрат, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого объекта критерию "промышленная применимость".The set of essential features characterizing the essence of the utility model can be repeatedly used in the production of various modifications of carbon nanotube synthesis reactors to obtain a technical result consisting in improving the quality of the product and increasing efficiency by increasing productivity, reducing material and operating costs, which allows us to conclude compliance of the proposed facility with the criterion of "industrial applicability".
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 - то же, сечение по А-А фиг.1;figure 2 is the same, a section along aa of figure 1;
на фиг.3 - емкость для вывода продукта, вид по стрелке Б фиг.1;figure 3 - capacity for output of the product, a view along arrow B of figure 1;
на фиг.4 - вид контактного устройства, выноска I, фиг.1;figure 4 is a view of the contact device, leader I, figure 1;
на фиг.5 - то же, что на фиг.4, вид сверху;figure 5 is the same as in figure 4, a top view;
на фиг.6 - конструкция контактного устройства, сечение по В-В, фиг.5;Fig.6 is a design of the contact device, a cross-section along BB, Fig.5;
на фиг.7 показана конструкция стяжной шпильки, вид по стрелке Г, фиг.4.Fig.7 shows the design of the tie rods, view along arrow G, Fig.4.
Перечень позиций, указанных на чертежах.The list of items indicated in the drawings.
1. корпус;1. housing;
2. вибратор круговых колебаний;2. circular vibrator;
3. патрубок подачи углеродсодержащего газа;3. a pipe for supplying carbon-containing gas;
4. патрубок подачи катализатора;4. catalyst feed pipe;
5. патрубок вывода продукта и реакционных газов;5. a branch pipe of a conclusion of a product and reaction gases;
6. контактные элементы подвода электропитания;6. contact elements for power supply;
7. контактные элементы заземления;7. grounding contact elements;
8. узел упорного подшипника;8. thrust bearing assembly;
9. ось;9. axis;
10. опорная пластина;10. support plate;
11. прижимная пластина;11. pressure plate;
12. стяжная шпилька;12. coupling pin;
13. изолятор;13. insulator;
14. металлическая обечайка;14. metal shell;
15. сильфонный компенсатор;15. bellows expansion joint;
16. емкость вывода продукта;16. product output capacity;
17. завихритель потока;17. flow swirl;
18. патрубок отвода реакционного газа18. reaction gas outlet pipe
19. вал;19. shaft;
20. стойка;20. stand;
21. опора;21. support;
22. теплоизоляционный кожух.22. thermal insulation casing.
Реактор синтеза углеродных нанотрубок содержит корпус 1 в виде изготовленного из трубы с высоким омическим сопротивлением змеевика в виде спирали, соединенный с виброприводом 2 в виде вибратора круговых колебаний. Верхняя часть корпуса 1 соединена с патрубком 3 подачи углеродсодержащего газа и патрубком 4 подачи катализатора. Нижняя часть корпуса 1 соединена с патрубком 5 вывода продукта и реакционных газов. Средняя часть корпуса 1 снабжена контактными элементами 6 соединенным с источником электропитания (не показан), а концы корпуса 1 - контактными элементами 7, соединенными с заземлением. Корпус 1 установлен на опоре, которая выполнена в виде закрепленной в узле упорного подшипника 8 оси 9. Корпус 1 в виде змеевика заключен между опорной 10 и прижимной 11 пластинами, соединенными между собой стяжными шпильками 12, на которых установлены изоляторы 13, заключенные в металлические обечайки 14. Между корпусом 1 и присоединительными патрубками установлены сильфонные компенсаторы 15. Патрубок вывода продукта и реакционных газов 5 соединен с емкостью вывода продукта 16, выполненной в виде пылеуловителя циклонного типа с завихрителем потока 17. Емкость вывода продукта 16 снабжена патрубком отвода реакционного газа 18. Вибратор круговых колебаний 2 кинематически связан с опорной пластиной 10 через вал 19. В свою очередь опорная пластина 10 соединена с осью 9 через стойки 20 и опору 21. Корпус 1 заключен в теплоизоляционный кожух 22.The synthesis reactor for carbon nanotubes contains a housing 1 in the form of a coil made of a pipe with high ohmic resistance in the form of a spiral, connected to a vibrator 2 in the form of a circular vibrator. The upper part of the housing 1 is connected to a pipe 3 for supplying carbon-containing gas and pipe 4 for supplying a catalyst. The lower part of the housing 1 is connected to the pipe 5 of the output of the product and the reaction gases. The middle part of the housing 1 is equipped with contact elements 6 connected to a power source (not shown), and the ends of the housing 1 - contact elements 7, connected to ground. The housing 1 is mounted on a support, which is made in the form of an axis 9 mounted in a thrust bearing assembly 8. The housing 1 in the form of a coil is enclosed between the support 10 and the pressure plate 11, interconnected by tie rods 12, on which insulators 13 enclosed in metal shells are mounted 14. Between the housing 1 and the connecting nozzles are installed bellows expansion joints 15. The outlet pipe of the product and the reaction gases 5 is connected to the output tank of the product 16, made in the form of a cyclone-type dust collector with a flow swirl a 17. The output tank of the product 16 is equipped with a pipe for discharging the reaction gas 18. The circular vibrator 2 is kinematically connected to the support plate 10 through the shaft 19. In turn, the support plate 10 is connected to the axis 9 through the posts 20 and the support 21. The housing 1 is enclosed in a heat-insulating casing 22.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.The proposed device operates as follows.
Перед началом работы 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 патрубок подачи углеродсодержащего, сильфонный компенсатор 15 корпус 1, патрубок вывода продукта и реакционных газов 5, сильфонный компенсатор 15, емкость вывода продукта 16 и патрубок отвода реакционных газов 18 (см. фиг.1) подается инертный газ (аргон), который, имея большую плотность, вытесняет атмосферный воздух из полости реактора. После удаления воздуха из реактора включаются нагрев корпуса 1, для чего на один из контактных элементов 6 подается напряжение. Проходя по корпусу 1 от контактного элемента 6 до контактного элемента заземления 7, электрический ток разогревает корпус 1 до заданной температуры, которую можно регулировать путем периодического включения нагрева, либо плавно, путем изменения питающего напряжения. Через патрубок подачи углеводородного газа 3 в корпус 1, подается углеродсодержащий газ (метан). Одновременно через патрубок подачи катализатора 4 в корпус 1 подается пылевидный катализатор. и включается вибратор круговых колебаний 2, который через вал 19 передает колебания пакету, включающему корпус 1, заключенный между опорной пластиной 10 и прижимной пластиной 11 посредством стяжных шпилек 12. При этом осевая нагрузка передается через стойки 20 и опору 21 на ось 9 и узел упорного подшипника 8. Для предотвращения короткого замыкания шпильки 12 взаимодействуют с корпусом 1 через изоляторы 13, заключенные в металлические обечайки 14. Под действием вибратора круговых колебаний 2 корпус 1 совершает угловые колебания, которые заставляют частицы катализатора совершать возвратно поступательное перемещение сверху вниз. Частота колебаний зависит от конструктивных параметров корпуса 1, угла наклона винтовой линии спирали и диаметра трубы. Температура пиролиза зависит от вида углеродсодержащего газа и марки катализатора. В процессе каталитического пиролиза на поверхности частиц катализатора образуется продукт в виде углеродных нанотрубок, которые электропроводны. За счет электропроводности синтезируемого углеродного материала может увеличиться электропроводность нижней ветви спирали на участке между подключенным контактным элементом 6 и нижним контактным элементом заземления 7. Для выравнивания температуры в верхней и нижней части корпуса 1 производится переключение с одного контактного элемента 6 на соседний до тех пор, пока в корпусе 1 не будет создано равномерное температурное поле. Отводу тепла в окружающее пространство препятствует теплоизоляционный кожух 22. В качестве коммутирующего элемента могут использоваться широко применяемые для этой цели приборы, например, сильноточные переключатели либо командоаппараты (не показано). Не прореагировавший с катализатором газ вместе с газообразными продуктами пиролиза выходит из корпуса 1 через патрубок 5 вывода продукта и реакционных газов в емкость вывода продукта 16, в которой происходит за счет взаимодействия с завихрителем потока 17 отделение реакционных газов от продукта. Реакционные газы, содержащие непрореагировавший углеродсодержащий газ и водород выводятся через патрубок 18, а готовый продукт остается в емкости вывода продукта 16, в которой охлаждается до безопасной температуры.Before starting work, the reactor cavity is purged with argon or other inert gas to remove atmospheric air from it, since an explosive mixture may form in the mixture of atmospheric oxygen with methane or other hydrocarbon gas, which is unacceptable based on safety regulations. To do this, through the carbon-containing supply pipe, bellows compensator 15, housing 1, product and reaction gas outlet pipe 5, bellows compensator 15, product output tank 16 and reaction gas outlet pipe 18 (see Fig. 1), an inert gas (argon) is supplied, which having a high density, displaces atmospheric air from the reactor cavity. After removing air from the reactor, heating of the housing 1 is switched on, for which voltage is applied to one of the contact elements 6. Passing through the housing 1 from the contact element 6 to the contact ground element 7, an electric current heats the housing 1 to a predetermined temperature, which can be adjusted by periodically turning on the heating, or smoothly, by changing the supply voltage. Through the pipe supply of hydrocarbon gas 3 into the housing 1, a carbon-containing gas (methane) is supplied. At the same time, a pulverized catalyst is fed through the catalyst supply pipe 4 to the housing 1. and the vibrator 2 is turned on, which through the shaft 19 transmits the vibrations to the package including the housing 1, enclosed between the support plate 10 and the pressure plate 11 by means of the tie rods 12. In this case, the axial load is transmitted through the posts 20 and the support 21 to the axis 9 and the thrust assembly bearing 8. To prevent a short circuit, the studs 12 interact with the housing 1 through insulators 13 enclosed in metal shells 14. Under the action of the circular vibrator 2, the housing 1 makes angular oscillations that cause an hour catalyst particles to perform reciprocating movement from top to bottom. The oscillation frequency depends on the design parameters of the housing 1, the angle of inclination of the helix of the spiral and the diameter of the pipe. The pyrolysis temperature depends on the type of carbon-containing gas and the type of catalyst. In the process of catalytic pyrolysis, a product is formed on the surface of the catalyst particles in the form of carbon nanotubes that are electrically conductive. Due to the electrical conductivity of the synthesized carbon material, the electrical conductivity of the lower branch of the spiral can increase in the area between the connected contact element 6 and the lower contact element of the ground 7. To equalize the temperature in the upper and lower parts of the housing 1 is switched from one contact element 6 to the next, until a uniform temperature field will not be created in the housing 1. Heat dissipation into the surrounding space is prevented by the heat-insulating casing 22. As a switching element, devices widely used for this purpose, for example, high-current switches or command devices (not shown), can be used. The gas that did not react with the catalyst together with the gaseous products of pyrolysis exits the housing 1 through the outlet pipe 5 of the product and reaction gases to the outlet vessel 16, in which the reaction gases are separated from the product due to the interaction with the swirl flow 17. The reaction gases containing unreacted carbon-containing gas and hydrogen are discharged through the pipe 18, and the finished product remains in the output tank of the product 16, in which it is cooled to a safe temperature.
Устройство просто в аппаратурном исполнении и эксплуатации и обеспечивает повышение производительности при получении углеродных многослойных нанотрубок.The device is simple in hardware design and operation and provides increased productivity in the production of carbon multilayer nanotubes.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010100599/22U RU96126U1 (en) | 2010-01-11 | 2010-01-11 | CARBON NANOTUBE SYNTHESIS REACTOR |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010100599/22U RU96126U1 (en) | 2010-01-11 | 2010-01-11 | CARBON NANOTUBE SYNTHESIS REACTOR |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU96126U1 true RU96126U1 (en) | 2010-07-20 |
Family
ID=42686299
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010100599/22U RU96126U1 (en) | 2010-01-11 | 2010-01-11 | CARBON NANOTUBE SYNTHESIS REACTOR |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU96126U1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2462293C1 (en) * | 2011-01-12 | 2012-09-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" | Method of making nanofibrous carbon material and hydrogen |
-
2010
- 2010-01-11 RU RU2010100599/22U patent/RU96126U1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2462293C1 (en) * | 2011-01-12 | 2012-09-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" | Method of making nanofibrous carbon material and hydrogen |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111656858B (en) | Apparatus for filling solid material for endothermic reactions by direct electrical heating | |
| RU2425795C2 (en) | Apparatus for producing hydrogen and carbon nanomaterials and structures produced from hydrocarbon gas, including associated pertroleum gas | |
| Lahijani et al. | Microwave-enhanced CO2 gasification of oil palm shell char | |
| US11691119B2 (en) | Low temperature plasma reaction device and hydrogen sulfide decomposition method | |
| CN103191683A (en) | Device of preparing nano powder material through electrical explosion | |
| Moshrefi et al. | Methane conversion to hydrogen and carbon black by DC-spark discharge | |
| Meloni et al. | Microwave assisted steam reforming in a high efficiency catalytic reactor | |
| EA019737B1 (en) | Method and device for producing synthesis gas from gaseous hydrocarbons | |
| WO2016049762A1 (en) | A non-equilibrium plasma system and method of refining syngas | |
| JP2002226873A (en) | Method and plant for producing liquid fuel oil | |
| Fidalgo Fernández et al. | Syngas production by CO2 reforming of CH4 under microwave heating–challenges and opportunities | |
| AU2022361203A1 (en) | Systems and methods for electric processing | |
| RU96126U1 (en) | CARBON NANOTUBE SYNTHESIS REACTOR | |
| JP2024514408A (en) | Device and method for pyrolyzing carbon materials | |
| CN113939359A (en) | Reactor with direct electrical heating | |
| US20190085250A1 (en) | Cracking of a process gas | |
| Wang et al. | Plasma technology for syngas production | |
| CN111377409A (en) | Plasma apparatus and method for decomposing hydrogen sulfide | |
| RU95673U1 (en) | CARBON NANOTUBE SYNTHESIS REACTOR | |
| RU2443807C1 (en) | Method of producing carbon fibre materials via catalytic pyrolysis | |
| JPH09309714A (en) | Active modification of carbonaceous material and apparatus using the same | |
| CN111377401A (en) | Multi-reaction-tube low-temperature plasma equipment and method for decomposing hydrogen sulfide | |
| WO2011022761A1 (en) | Method and apparatus for plasma decomposition of methane and other hydrocarbons | |
| CN111377399A (en) | Plasma discharge device and method for decomposing hydrogen sulfide | |
| CN111377410A (en) | Low-temperature plasma equipment and method for decomposing hydrogen sulfide |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20120112 |