本发明专利技术公开了一种制备乙炔和碳纳米管的装置。其特征在于该装置是一种主要由等离子体发生器、进料混合器、下行反应器、以及供粉器组成的，将电弧等离子体技术和下行反应器有机结合起来，实现连续化制备乙炔和碳纳米管装置。反应过程中所需的能量均来自于电弧等离子体，属内热方式，传热好、体系温度高，反应速度快，整个过程，流程短，操作简便。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
一种制备乙炔和碳纳米管的装置一、
本专利技术一种制备乙炔和碳纳米管的装置属于化学反应工程和等离子体物理以及材料学科相交叉的领域。具体地讲是以电弧等离子体技术为核心，结合下行反应器技术连续地制备乙炔和碳纳米管的一种装置。二、
技术介绍
乙炔制备的传统工艺有电石水解法和烃类气体半氧化法。电石水解法由于其流程长，所采用的装置多，操作烦琐复杂，而烃类气体半氧化所采用的装置庞大，无法应用于中小型生产，而且这种装置只适用于气态烃类做原料。采用电弧等离子体技术和下行床技术，不仅可以缩短流程，而且原料可以为固体和气体。采用这种装置，则克服了以上缺点。采用等离子体技术不仅可以制备乙炔，还可以合成碳纳米管。碳纳米管有特殊的分子结构，在力学、电学等方面具有独特的性质，应用前景及其广泛。但是，只有实现碳纳米管连续合成，才能使其真正大规模地应用于国民经济中。碳纳米管连续合成的方法目前主要有固定床技术、移动床技术(CN1317446A)、流化床技术(CN1327943A，美国专利5578543)。相应的设备有固定床、移动床以及流化床。在固定床中，由于气固接触有限，所以催化剂的利用效率比较低，移动床则是移动的固定床，也存在类似的问题，它可以实-->现连续化过程。而在对流化中，气固接触良好，催化剂利用率高，但是过程比较复杂，不易控制。以上的专利中有一个共同的特点就是反应体系的热量都是通过外部加热来供应，因而热效率较低。总之，采用本装置可以同时制备乙炔和碳纳米管。三、
技术实现思路
本专利技术一种制备乙炔和碳纳米管的装置目的在于公开一种将等离子体技术和下行反应器有机结合，实现连续化制备乙炔和碳纳米管的装置。本专利技术一种制备乙炔和碳纳米管的装置，其特征在于是一种将电弧等离子体技术和下行反应器有机结合，实现乙炔和碳纳米管的连续化合成的制备碳纳米管装置，主要由等离子体发生器1、进料混合器2、下行反应器3、分离收集器4、供粉器5组成，它们的连接顺序至上而下为：等离子体发生器1、进料混合器2、下行反应器3、分离收集器4，另外，供粉器5通过供粉管线和进料混合器2连接。上所述的一种制备乙炔和碳纳米管的装置，其特征在于：等离子体发生器1置于下行反应器3之上，等离子体发生器1产生的电弧射流穿过进料混合器2的中央通道并延伸至下行反应器3中。上述的一种制备乙炔和碳纳米管的装置，其特征在于：进料混合器2由喷嘴201和环形冷却水道202组成，环形冷却水道202内部中央通道的直径为15～35毫米，喷嘴201穿过冷却水道202的外壁，通过冷却水道区，再穿过冷却水道202的内壁，与中央通道相通，喷嘴201倾斜角度为-45～+45度。-->上述的一种制备乙炔和碳纳米管的装置，其特征在于：下行反应器3的内部直径为15～35毫米，高度为350～800毫米，其反映器壁由三层组成，最内层为石墨衬套301，向外一层为保温衬套302，最外层为水冷夹套303。石墨衬套301保证了下行反应器3不会被等离子体射流的高温烧损，而保温衬套302提高了下行反应器3的热效率，水冷夹套303则保证了下行反应器3的外表不会产生高温。按照上述的一种制备乙炔和碳纳米管的装置，其特征在于：供粉器5由电动机501、平衡气孔502、料仓503、搅拌桨504、压力指示仪505、加料孔506、供料螺杆507、下料管508、气固混合室509、湍流挡板510，输料管511组成，下料管508位于料仓503的下部，气固混合室509位于下料管508的下部，输料管511斜穿气固混合室509，并与下料管508相通，其直径为5～10毫米，供料螺杆507垂直通过料仓503并延伸至下料管508底部，搅拌桨504固定于供料螺杆507上并位于料仓503内，平衡气孔502和压力指示仪505位于料仓503的顶部，湍流挡板510位于气固混合室509中部，垂直于输料管511。采用该装置连续合成乙炔和碳纳米管具体步骤为：I、 点燃等离子体发生器1，使产生的电弧射流穿过进料混合器 位2并延伸至下行反应器3中。II、 启动供粉器5，其步骤如下：启动电动机501，带动搅拌桨 504和供料螺杆506，在供料螺杆506的推动下物料以一定--> 的速度从料仓503经由下料管508推出，在搅拌桨504的作 用下，物料床层保持均匀并不发生“供桥”现象；驱动马达 501的转速控制了供料螺杆506的转速，从而控制了供料的 速度；载气从输料管511的一端进入，在湍流挡板510的作 用下发生湍流，并与物料混合从输料管511的另一端一起出 来，通过管路进入进料混合器2；湍流挡板510的作用保证 了物料不在混合室中聚集；载气的连接分两路，一路接混合 室509进气段，另一路则接平衡气孔502，目的是用来平衡 料仓503中物料床层的压力，保证物料输出畅通；压力指示 仪505用来指示料仓503的工作压力；加料孔506用来添加 物料。III、 原料进入进料混合器2内，通过喷嘴201被喷入下行反应器 3中，并与等离子体射流混合。IV、 混合体系在下行反应器中3发生反应生成乙炔和碳纳米管， 乙炔从分离收集器上部排出，含碳纳米管固相产物收集于分 离收集器4底部。本专利技术方法的优点：本专利技术装置可以实现同时合成乙炔和碳纳米管。而且可以实现以等离子体射流作为热源，这种内热的方式不仅提高了能量的利用效率，而且提供了极高的反应温度，使得反应在很短时间内完成。采用气流输送的方式保证了体系混合均匀，采用下行床技术实现了碳纳米管的连续化生产过程。装置中供粉器结构简单科学，可以实现均匀的-->连续供料，下行反应器的结构不仅保证了反应体系的热效率而且也保证系统不被烧损。总之，本专利技术所述的装置结构合理，操作简便，可连续化操作。四、附图说明图1是本专利技术电弧等离子体下行反应器连续制备碳纳米管装置装配示意图。图中标号为：(1)等离子体发生器 (2)进料混合器 (3)下行反应器 (4)分离收集器4 (5)供粉器图2是三种不同结构进料混合器的结构示意图图2-A是水平喷嘴的结构示意图图2-B是斜向上喷嘴的结构示意图图2-C是斜向下喷嘴的结构示意图图中标号为：(201)喷嘴 (202)冷却水道图3是下行反应器的结构示意图图中标号为：(301)石墨衬套 (302)保温衬套 (303)水冷夹套图4是供粉器的结构示意图图中标号为：(501)驱动马达 (502)平衡气孔 (503)料仓 (504)搅拌桨(505)压力指示仪 (506)加料孔 (507)供料螺杆(508)下料管 (509)气固混合室 (510)湍流挡板(511)输料管-->五、具体实施万式实施方式1首先将等离子体发生器1、进料混合器2、下行反应器3、分离收集器4、供粉器5按照至上而下的顺序连接，供粉器5通过供粉管线和进料混合器2连接。等离子体发生器1置于下行反应器3之上，等离子体发生器1产生的电弧射流穿过进料混合器2的中央通道并延伸至下行反应器3中。进料混合器2的环形冷却水道202内部中央通道的直径为15毫米，喷嘴201穿过冷却水道202的外壁，通过冷却水道区，再本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种制备乙炔和碳纳米管的装置，其特征在于是一种将电弧等离子体技术和下行反应器有机结合，实现乙炔和碳纳米管的连续化合成的制备装置，主要由等离子体发生器（１）、进料混合器（２）、下行反应器（３）、分离收集器（４）、供粉器（５）组成，它们的连接顺序至上而下为：等离子体发生器（１）、进料混合器（２）、下行反应器（３）、分离收集器（４），另外，供粉器（５）通过供粉管线和进料混合器（２）连接。
【技术特征摘要】
1、一种制备乙炔和碳纳米管的装置，其特征在于是一种将电弧等离子体技术和下行反应器有机结合，实现乙炔和碳纳米管的连续化合成的制备装置，主要由等离子体发生器(1)、进料混合器(2)、下行反应器(3)、分离收集器(4)、供粉器(5)组成，它们的连接顺序至上而下为：等离子体发生器(1)、进料混合器(2)、下行反应器(3)、分离收集器(4)，另外，供粉器(5)通过供粉管线和进料混合器(2)连接。2、按照权利要求1所述的一种制备乙炔和碳纳米管的装置，其特征在于：等离子体发生器(1)置于下行反应器(3)之上，等离子体发生器(1)产生的电弧射流穿过进料混合器(2)的中央通道并延伸至下行反应器(3)中。3、按照权利要求1所述的一种制备乙炔和碳纳米管的装置，其特征在于：进料混合器(2)由喷嘴(201)和环形冷却水道(202)组成，环形冷却水道(202)内部中央通道的直径为15～35毫米，喷嘴(201)穿过冷却水道(202)的外壁，通过冷却水道区，再穿过冷却水道(202)的内壁，与中央通道相通，喷嘴(201)倾斜角度为-45～+45度。4、按照权利要求1所述的一种制备...
【专利技术属性】
技术研发人员：谢克昌，田亚峻，吕永康，鲍卫仁，王宝俊，朱素渝，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：14[中国|山西]
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