一种连续高效的碳纳米管流化床制备方法技术

本发明专利技术提供了一种连续高效的碳纳米管流化床制备方法，所述连续高效的碳纳米管流化床制备方法由催化剂还原活化及碳化反应两部分构成，其中碳纳米管生长反应器是分为上下两段的流化床反应器，碳纳米管生长反应过程在内径较大的带环流的上段流化床内进行，操作线速控制在高于催化剂和碳纳米管小颗粒的最小流化速度，而低于碳纳米管聚集体大颗粒的最小流化速度，从而使这部分碳纳米管聚集体大颗粒从碳纳米管反应器的多尺度颗粒流中筛分出来，连续地进入下段流化床，作为碳纳米管聚集体大颗粒的收集器，采用惰性气体为流化介质，使其处于松动状态，便于从反应器移出，真正实现连续化制备。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于碳材料制备
，涉及一种连续的碳纳米管流化床制备方法。
技术介绍
碳纳米管被认为是一种性能优异的新型功能材料和结构材料，成为近二十年来研究的热点。到目前为止，制备碳纳米管已有多种方法，但最主要的方法只有三种，即电弧法、激光烧蚀法和催化裂解法。催化裂解法是以纳米级铁、钻或银为催化剂，低碳短、碳氧化合物或一氧化碳为原料气，在高温下发生催化裂解反应生长碳纳米管的方法。该方法所生产碳纳米管纯度高、规格可控制，且易于工业放大，被认为是最有开发前景的制备碳纳米管的方法。目前在碳纳米管生产方面多采用的催化裂解法中，已有技术是采用流化床反应器，但在碳纳米管制备前，需要对其催化剂进行还原活化，因每批次碳管制备所需要的催化剂量少，还原活化条件特殊，需要在另外一个单独的反应器中进行，且与碳化反应过程串联进行，过程繁琐、复杂，并不能实现真正意义上的连续化制备。同时，流化床反应器因温度分布特性和烃类气体高温裂解反应的吸热特性，不能高产量的生产碳纳米管。因此，有必要提供一种新的高效连续化制备方法，来克服上述缺陷。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种连续高效的碳纳米管流化床制备方法，该方法中催化剂的还原活化和碳化反应在同一反应器中进行，过程简单，实现了碳纳米管的高效连续化制备。为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种连续高效的碳纳米管流化床制备方法，包括以下步骤：(1)由催化剂还原活化；(2)碳化反应：将完成还原活化的催化剂采用螺杆传送方式传送到带环流的流化床碳化反应器中，维持温度为550～750℃，分别在环流流化床的内筒分布器和环隙分布器通入碳源气体与惰性气体的混合气体，气体配比为碳源气体：惰性气体＝0.5～2.0：1，混合气体的线速控制在0.5～1.5m/s，高于催化剂和碳纳米管小颗粒的最小流化速度，而低于碳纳米管聚集体大颗粒的最小流化速度，环流流化床反应器内筒或者环隙空速控制0.6～1.5hr-1，碳纳米管生长反应过程在内径较大的带环流的上段流化床内进行；(3)碳纳米管收生长和收集：在内径较大的上段流化床内进行碳纳米管生长反应，随着碳化反应的进行，碳纳米管聚集体大颗粒不断地从碳纳米管反应器的多尺度颗粒流中筛分出来，连续地进入下段流化床，通过下段流化床为收集碳纳米管聚集体大颗粒，并连续均匀地从反应器移出。优选的，所述催化剂还原活化工艺为：将催化剂通过螺杆传送的方式连续均匀地送至还原活化流化床反应器中，温度控制为350～650℃，通入氢气与氮气或氩气的混合气体到反应器内，气体配比为氢气：氮气或氩气＝0.5～2.0，还原活化过程的空速为100～5000小时-1，气体线速控制为0.05～2.0m/s。优选的，所述碳纳米管的收集工艺为：采用惰性气体为流化介质，控制线速为0.1～0.5m/s，使收集器处于松动状态，通过螺杆传送方式或脉冲气流喷射从反应器移出。优选的，碳化反应器的环流流化床的内外筒半径比控制r/R＝0.3～0.8；内筒高径比控制l/r＝4～9；内外筒气体线速比控制2～4；优选的，所述的碳源是五碳以下碳氢化合物、甲醇、乙醇或丙醇；6、根据权利要求1所述的一种连续高效的碳纳米管流化床制备方法，其特征在于，所述的催化剂是单相过渡金属或其合金，或含有上述金属或合金的有机化合物。本专利技术的有益效果：本专利技术提供一种连续的碳纳米管流化床制备方法，该方法中催化剂的还原活化和碳化反应在同一反应器中进行，过程简单，实现了碳纳米管的高效连续化制备。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例1的示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1：本实施例提供了一种连续的碳纳米管流化床制备方法，包括以下步骤：流程如图1：(1)由催化剂还原活化：将催化剂1通过螺杆传送的方式连续均匀地送至还原活化流化床反应器101中，温度控制为350～650℃，通入氢气与氮气或氩气的混合气体2到反应器内，气体配比为氢气：氮气或氩气＝0.5～2.0，还原活化过程的空速为100～5000小时-1，气体线速控制为0.05～2.0m/s。(2)碳化反应：以同样的质量流率将完成还原活化的催化剂3采用螺杆传送方式102传送到流化床碳化反应器103中。维持环流流化床103的温度为550～750℃。然后，分别在环流流化床的内筒分布器1031、环隙分布器1032通入五碳以下低碳烃与氮气或氩气的混合气体4，气体配比为碳源气体：氮气或氩气＝0.5～2.0，在环流流化床反应器内筒或者环隙，混合气体4的线速控制在0.5～1.5m/s，高于催化剂和碳纳米管小颗粒的最小流化速度，而低于碳纳米管聚集体大颗粒的最小流化速度，环流流化床反应器内筒或者环隙空速控制0.6～1.5hr-1。环流流化床反应器103的内外筒半径比控制r/R＝0.3～0.8；内筒高径比控制l/r＝4～9；内外筒气体线速比控制2～4。(3)碳纳米管收生长和收集：随着碳化反应的进行，碳纳米管聚集体大颗粒不断地从碳纳米管反应器103的多尺度颗粒流中筛分出来，连续地进入下段流化床104，作为碳纳米管聚集体大颗粒的收集器，采用惰性气体5如氮气或氩气为流化介质，通过分布器1041进入104底部，控制线速为0.1～0.5m/s，使其处于松动状态，通过螺杆传送方式或脉冲气流喷射方式将产品6从下段流化床收集器104移出，真正实现连续化制备。碳化反应裂解气7从碳化反应器103顶部排出。需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。以上实施例仅用以说明本专利技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本专利技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本专利技术各实施例技术方案的精神和范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种连续高效的碳纳米管流化床制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)由催化剂还原活化；(2)碳化反应：将完成还原活化的催化剂采用螺杆传送方式传送到带环流的流化床碳化反应器中，维持温度为550～750℃，分别在环流流化床的内筒分布器和环隙分布器通入碳源气体与惰性气体的混合气体，气体配比为碳源气体：惰性气体＝0.5～2.0：1，混合气体的线速控制在0.5～1.5m/s，高于催化剂和碳纳米管小颗粒的最小流化速度，而低于碳纳米管聚集体大颗粒的最小流化速度，环流流化床反应器内筒或者环隙空速控制0.6～1.5hr‑1，碳纳米管生长反应过程在内径较大的带环流的上段流化床内进行；(3)碳纳米管收生长和收集：在内径较大的上段流化床内进行碳纳米管生长反应，随着碳化反应的进行，碳纳米管聚集体大颗粒不断地从碳纳米管反应器的多尺度颗粒流中筛分出来，连续地进入下段流化床，通过下段流化床为收集碳纳米管聚集体大颗粒，并连续均匀地从反应器移出。

【技术特征摘要】
1.一种连续高效的碳纳米管流化床制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)由催化剂还原活化；(2)碳化反应：将完成还原活化的催化剂采用螺杆传送方式传送到带环流的流化床碳化反应器中，维持温度为550～750℃，分别在环流流化床的内筒分布器和环隙分布器通入碳源气体与惰性气体的混合气体，气体配比为碳源气体：惰性气体＝0.5～2.0：1，混合气体的线速控制在0.5～1.5m/s，高于催化剂和碳纳米管小颗粒的最小流化速度，而低于碳纳米管聚集体大颗粒的最小流化速度，环流流化床反应器内筒或者环隙空速控制0.6～1.5hr-1，碳纳米管生长反应过程在内径较大的带环流的上段流化床内进行；(3)碳纳米管收生长和收集：在内径较大的上段流化床内进行碳纳米管生长反应，随着碳化反应的进行，碳纳米管聚集体大颗粒不断地从碳纳米管反应器的多尺度颗粒流中筛分出来，连续地进入下段流化床，通过下段流化床为收集碳纳米管聚集体大颗粒，并连续均匀地从反应器移出。2.根据权利要求1所述的一种连续高效的碳纳米管流化床制备方法，其特征在于，所述催化剂还原活化工艺为：将催化剂通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：高岩，徐新生，
申请(专利权)人：潍坊昊晟碳材料有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37