CN103534203A - 用于制造纳米碳的方法和制造装置 - Google Patents

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Abstract

低级烃和氧气被供应至流化催化剂（1）以形成流化床，并且使用纳米碳制造装置通过伴随低级烃和氧气自燃的低级烃分解反应来生产纳米碳和氢气，该纳米碳制造装置具有：流化床反应器（2），其容纳有流化催化剂（1）并且被供应有低级烃和氧气，使得低级烃和氧气能够自燃；气体供给部（5），其连接至流化床反应器（2）并且将低级烃和氧气供应至流化床反应器（2）中；排放气体通道（8），其连接至流化床反应器（2），并且将流化床反应器（2）中的排放气体排放到外部；以及供应部（2a），其连接至流化床反应器（2），并且将流化催化剂（1）供应至流化床反应器（2）中。

Description

用于制造纳米碳的方法和制造装置
技术领域
本发明涉及纳米碳的生产方法和生产装置，其中，通过使用流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂来分解低级烃而生产纳米碳和氢气。
背景技术
诸如碳纳米纤维、碳纳米管或洋葱状碳的纳米碳具有诸如高导电性质和优良电磁波吸收性质的功能，并且被预期应用在多个领域中。
作为使用低级烃作为原料来生产纳米碳的方法，例如，已经知道通过弧放电方法、通过CVD（化学气相沉积）方法、通过使用流化床反应器的方法等的生产方法。例如，在专利文献1中公开了通过弧放电方法的生产方法。例如，在专利文献2和专利文献3中公开了通过CVD方法的生产方法。例如，在专利文献4中公开了使用流化床反应器的生产方法。
图7是示出了通过在专利文献1中公开的弧放电方法生产碳纳米管的装置的示意图。如该图中所示，上法兰101、下法兰102、前法兰103和后法兰104连接至反应器（真空室）100。在反应器100中，作为碳电极的棒状阴极105和用于生产碳纳米管的棒状电极（阳极）106被放置成朝向彼此，其包含碳和非磁性过渡金属。阳极106通过进退结构107被放置成距离阴极105恒定的距离。阴极105连接至阴极端子108，并且阳极106连接至阳极端子109。这些阴极端子108和阳极端子109连接至直流电源（在图中未绘出）。
在图7所示通过弧放电方法的生产装置中，在用氦气置换的反应器100中在阳极106与阴极105之间产生弧放电。由此，阳极106的尖端蒸发，并且生成碳蒸汽和非磁性过渡金属的喷雾状细粒子。由此所产生的喷雾状细粒子凝聚并且沉淀/积聚，并且因此在例如阴极105根部周围的外表面上积聚单层碳纳米管。
此外，图8是示出专利文献2中公开的通过CVD方法来合成碳纳米管的装置（水平电炉）的示意图。如该图所示，用于加热反应管200的电热器201被放置在反应管200的周围。在反应管200中，放置包含铁盐202作为主催化剂的基板，并且放置包含钼酸盐203作为助催化剂的基板。
在图8所示的通过CVD方法的生产装置中，反应管200的内部被加热到特定温度。然后，诸如甲烷气体的碳源在反应管200中被供给诸如氩气的惰性气体，并且在特定温度下反应，并且由此气相沉积碳纳米管。
此外，图9是示出使用专利文献4中公开的流化床反应器来生产纤维纳米碳的装置的示意图。如该图所示，用于生产纤维纳米碳的装置具有：流化床反应器301，其具有用于加热内部的加热单元300；第一气体供应单元303，其用于将还原性气体302供应至流化床反应器301；碳材料供应单元305，其用于以气态供应流化床反应器301中的碳材料304；第二气体供应单元307，其用于将不包括碳的惰性气体306供应至流化床反应器301；以及排出线309，其用于从流化床反应器301排出包括气体G和所获得的纤维纳米碳的分散粒子308。流化床反应器301由用于形成流化床的流化床部301A和在流化床部301A上的自由板部301B构成，自由板部301B处于连接至流化床部301A的状态。此外，流化床反应器301用催化剂流体材料310填充，负载催化剂的载体借助粘结剂结合到催化剂流体材料310。此外，用于收集粒子的粒子收集单元311连接至排出线309。
在图9所示的生产装置中，还原性气体302通过第一气体供应单元303被供应至流化床反应器301，并且催化剂被制成金属的形式。接着，碳材料304在气态下由碳材料供应单元305供应至流化床反应器301，并且纤维纳米碳在特定反应温度下被沉积在催化剂上。然后，通过由加热单元300将流化床反应器301内部的温度升高到高于反应温度，形成催化剂流体材料310的粘结剂通过热分解等而成细粉，并且失去作为流体材料的功能。已经失去流动性功能的材料变成载体的聚集体或其结合主体，并且成细粉。然后，它随来自流化床反应器301的自由板部301B的外部的气体G借助排出线309作为分散粒子308被排出。所排出的分散粒子308由粒子收集单元311收集。纤维纳米碳与由此收集的分散粒子308分离。
引用列表
专利文献
专利文献1：JP-A-2000-95509
专利文献2：JP-A-2005-343726
专利文献3：JP-A-2010-18498
专利文献4：JP-A-2003-342840
发明内容
技术问题
然而，用于生产纳米碳的上述相关技术方法具有如下的问题：为了生产纳米碳，诸如电力或热量的大量能量是必需的。也就是，在通过弧放电方法的生产方法中，大量的电力对于促使电极之间的弧放电是必需的。此外，在通过CVD方法的生产方法和使用流化床反应器的生产方法中，必须从外部提供大量的能量，以将其中生产纳米碳的反应管或流化床反应器中的温度升高至特定反应温度。考虑到燃烧，不优选使用燃料提供热量，因为燃料的燃烧产生大量的二氧化碳。
此外，在用于生产纳米碳的相关方法中，生产的纳米碳是昂贵的，因为需要大量的能量，并且还难以大量生产纳米碳。因此，存在的问题是，通过相关生产方法生产的纳米碳难以商业化。
在此处，当借助低级烃的接触热分解生产纳米碳时，不仅获得作为目标物质的纳米碳，而且无定形碳有时沉淀在催化剂上。当无定形碳沉淀在催化剂上时，催化剂的活性下降，并且导致纳米碳的生产效率下降。认为是通过以气相的低级烃的非接触热分解或自由基反应，或通过在低级烃和催化剂的接触面上的副反应，而沉淀这样的无定形碳。
在通过接触热分解生产纳米碳的相关技术方法中，难以充分地防止上述无定形碳的沉淀。因此，存在如下的问题：纳米碳的生产效率下降，并且生产装置的可靠性和持久性下降。
本发明是在上述情况作为背景的情况下完成的；并且旨在提供纳米碳的生产方法和生产装置，其保持低的生产所需能量，能够实现纳米碳的大量生产，并且能够减小所产生的二氧化碳的量。
此外，本发明旨在提供纳米碳的生产方法和生产装置，其：防止无定形碳的沉淀，该沉淀在低级烃接触热分解期间使催化剂的活性下降；能够实现纳米碳的有效的大量生产；并且能够减小所产生的二氧化碳的量。
技术方案
即根据本发明的第一方面，用于生产纳米碳的方法包括：通过将低级烃和氧气供应至流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂来形成流化床；以及通过伴随低级烃和氧气自燃的低级烃分解反应而生产纳米碳和氢气。
根据本发明的第二方面，在根据第一方面的用于生产纳米碳的方法中，其中，在低级烃和氧气中的氧气以25体积%或更小的比率供应。
根据本发明的第三方面，在根据第一或第二方面的用于生产纳米碳的方法中，其中，在来自所述分解反应的排放气体中包括的二氧化碳的量是10体积%或更小，并且在来自所述分解反应的排放气体中包括的水的量是20体积%或更小。
根据本发明的第四方面，在根据第一至第三方面中的任一方面所述的用于生产纳米碳的方法中，其中所述流化催化剂包含：包括1μm至200μm的二氧化硅载体和相对于该载体以50质量%或更小的量的镍细粒子的流化催化剂；或包括1μm至200μm的氧化铝载体和相对于该载体以50质量%或更小的量的铁细粒子的流化催化剂。
根据本发明的第五方面，在根据第一至第四方面中的任一方面所述的用于生产纳米碳的方法中，其中将如下的流体介质添加至所述流化催化剂，该流体介质包含从200μm或更小的沙粒子、二氧化硅粒子和氧化铝粒子选择的一种或二种或更多种，并且所述流化床由该流化催化剂形成。
根据本发明的第六方面，在根据第一至第五方面中的任一方面所述的用于生产纳米碳的方法中，其中所述分解反应的温度是500℃至1000℃。
根据本发明的第七方面，在根据第一至第六方面中的任一方面所述的用于生产纳米碳的方法中，其中所述分解反应的压力是10个大气压或更小。
根据本发明的第八方面，在根据第一至第七方面中的任一方面所述的用于生产纳米碳的方法中，其中，在SV值在甲烷转化中是80000NL/kg-catal./h或更小的条件下，将所述低级烃供应至所述流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂。
根据本发明的第九方面，在根据第一至第八方面中的任一方面所述的用于生产纳米碳的方法中，其中，在来自所述分解反应的排放气体中包括的未反应低级烃被回流并且供应至该分解反应。
根据本发明的第十方面，在根据第一至第九方面中的任一方面所述的用于生产纳米碳的方法中，其中所述分解反应被设置为第一段，其中，来自该分解反应的排放气体和浓度低于第一段中所供应氧气的氧气被供应至第二段的流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂，以形成流化床，以及其中，在所述排放气体中包括的未反应低级烃伴随排放气体和氧气自燃而被分解，以便进一步生产纳米碳和氢气。
根据本发明的第十一方面，在根据第一至第十方面中的任一方面所述的用于生产纳米碳的方法中，其中，由所述分解反应生产的纳米碳具有1μm至500nm的直径以及100μm或更小的长度。
根据本发明的第十二方面，提供了一种用于生产纳米碳的装置，该装置包括：流化床反应器，其被配置成在其中包含流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂，并且被配置成在供应有低级烃和氧气的同时在其中促使低级烃和氧气自燃；气体供应单元，其连接至流化床反应器，并且被配置成将低级烃和氧气供应至流化床反应器；排放气体通道，其连接至流化床反应器，并且被配置成将在流化床反应器中的排放气体排出到外部；以及供应单元，其连接至流化床反应器，并且被配置成将流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂供应至流化床反应器。
根据本发明的第十三方面，根据第十二方面的用于生产纳米碳的装置进一步包括：气体回流通道，其被配置成使在从流化床反应器排出的排放气体中包括的未反应低级烃回流以将其供应至分解反应。
根据本发明的第十四方面，根据第十三方面的用于生产纳米碳的装置进一步包括：被配置成将氢气与排放气体分离的氢气分离单元，其中，气体回流通道在用于排出与氢气分离的排放气体的一侧处连接至氢气分离单元。
根据本发明的第十五方面，根据第十四方面的用于生产纳米碳的装置进一步包括：二氧化碳分离单元，其被配置成在用于排出氢气分离单元的与氢气分离的排放气体的一侧的下游处分离二氧化碳，其中，气体回流通道在用于排出与二氧化碳分离的排放气体的一侧处连接至二氧化碳分离单元。
根据本发明的第十六方面，根据第十五方面的用于生产纳米碳的装置进一步包括：水分离单元，其被配置成在用于排出二氧化碳分离单元的与二氧化碳分离的排放气体的一侧的下游处分离水，其中，气体回流通道在用于排出与水分离的排放气体的一侧处连接至水分离单元。
根据本发明的第十七方面，根据第十二至第十六方面中的任一方面所述的用于生产纳米碳的装置进一步包括：在流化床反应器的第二段处的第二流化床反应器，其中，第二流化床反应器被配置成在其中包含流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂，并且被配置成通过供应有氧气和来自流化床反应器的排放气体而促使在其中的自燃；第二气体供应单元，其连接至第二流化床反应器，并且被配置成将排放气体和氧气供应至第二流化床反应器；第二排放气体通道，其连接至第二流化床反应器，并且被配置成将在第二流化床反应器中的排放气体排出到外部；以及第二供应单元，其连接至第二流化床反应器，并且被配置成将流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂供应至第二流化床反应器。
根据本发明的第十八方面，根据第十二至第十七方面中的任一方面所述的用于生产纳米碳的装置进一步包括螺旋进料机，所述螺旋进料机被配置成传送下列物质的混合物：在流化床反应器中所包含的流化催化剂或流体介质中的一种或二种或更多种；用于分解反应并且包括纳米碳的催化剂；以及通过对用于该分解反应并且包括纳米碳的催化剂进行预处理以至少除去纳米碳而获得的催化剂。
根据本发明的第十九方面，根据第十二至第十八方面中的任一方面所述的用于生产纳米碳的装置包括：所述流化床反应器；以及用于在供给所述流化催化剂的同时进行所述分解反应的螺旋进料机移动反应床。
技术效果
即，根据本发明，由于通过将低级烃和氧气供应至流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂而形成流化床，因此伴随低级烃和氧气的自燃发生低级烃的分解反应，并且生产纳米碳和氢气。通过低级烃和氧气的自燃，供应低级烃分解反应所必需的一部分或所有的能量。因此，纳米碳生产所需的能量被保持为低的。
此外，借助伴随低级烃和氧气自燃的低级烃分解反应而产生了二氧化碳和水，其作为氧化的气体被供给到流化床中，并且氢气和一氧化碳作为还原气体被供给到流化床中。因此，防止无定形碳沉淀在流化床中的流化催化剂上。于是，防止了流化催化剂活性的下降，并且纳米碳被有效地大量生产。
附图说明
图1是示出本发明实施方式的用于生产纳米碳的装置的示意图；
图2是示出本发明另一实施方式的用于生产纳米碳的装置的示意图，该装置具有如下的结构，其中与不同于低级烃的气体分离的排放气体回流到流化床反应器中；
图3是示出本发明又一实施方式的用于生产纳米碳的装置的示意图，该装置具有两段流化床反应器；
图4是示出本发明又一实施方式的用于生产纳米碳的装置的示意图，该装置具有如下的螺旋进料机，其用于将流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂供应至流化床反应器；
图5是示出本发明又一实施方式的用于生产纳米碳的装置的示意图，该装置使用螺旋进料机作为移动反应床；
图6是如下的图，其示出在用于生产纳米碳的装置中模拟物料平衡的实施例；
图7是示出通过弧放电方法来生产碳纳米管的相关技术装置的示意图；
图8是示出通过CVD方法（水平电炉）来合成碳纳米管的相关技术装置的示意图；以及
图9是示出使用流化床反应器来生产纤维纳米碳的相关技术装置的示意图。
具体实施方式
顺便提及，在本发明中使用的低级烃的典型实例是甲烷，并且其其它实例是乙烷、丙烷和丁烷。所述低级烃可以是单一种类或数个种类的混合物。能够使用在天然气、城市燃气13A、蒸发气、生物气等中包括的低级烃。
此外，在本发明中使用的流化催化剂并不限于特定催化剂类型，只要它能够用于分解低级烃即可。典型地，提及诸如镍和铁的金属作为流化催化剂，并且提及其中这些金属细粒子被负载在载体例如二氧化硅载体或氧化铝载体的表面上的那些流化催化剂。特定实例是如下的流化催化剂，其中50质量%或更小的1nm至500nm的镍细粒子被负载在1μm至200μm的二氧化硅载体上，和如下的流化催化剂，其中50质量%或更小的1nm至500nm的铁细粒子被负载在1μm至200μm的氧化铝载体上。催化剂金属细粒子相对于载体的量优选地是50质量%或更小的原因是，当催化剂金属细粒子的量太高时，金属烧结，导致大的晶体直径，并且因此不产生纳米碳。此外，使催化剂金属细粒子相对于载体的量大于50质量%在工业上是困难的并且成本很高。顺便提及，考虑到使低级烃的分解反应有效地推进，催化剂金属细粒子相对于载体的量优选地是1质量%至50质量%。此外，当催化剂金属细粒子的大小是1nm至500nm时，能够实现适合于形成流化床的流动性。
此外，在未被负载在上述载体上的情况下，可以以与纳米碳结合的晶种状态提供所述流化催化剂。
与流化催化剂形成流化床的流体介质可以被添加到上述流化催化剂并且与上述流化催化剂结合使用。通过添加流体介质，流动性提高，并且可形成其中有效地进行低级烃分解反应的流化床。所述流体介质的实例是沙粒子、二氧化硅粒子和氧化铝粒子，并且该流体介质可以是这些粒子中的一种或者两种或更多种的混合物。顺便提及，所述流体介质的平均粒子直径优选地是200μm或更小，更优选地是100μm至200μm，并且进一步优选地是100μm至150μm。当该流化催化剂的平均粒子直径是在上述范围内时，形成在其中有效地进行低级烃分解反应的流化床。
此外，在被供应至流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂的低级烃和氧气中，在将低轻转换成甲烷的情况下，氧气比率优选地是25体积%或更小，并且更优选地是5体积%至25体积%。当氧气比率小于5体积%时，反应温度由于不充分的热供应而变得低于确定值，并且存在如下的可能性：伴随低级烃和氧气自燃的低级烃分解反应无法充分地进行。此外，当氧气比率超过25体积%时，过度地产生与低级烃燃烧相关联的二氧化碳，并且纳米碳的生产效率下降。因此，在被供应至流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂的气体中所包括氧气的浓度更优选地是在上述范围内。
此外，对于流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂，优选的是，以SV值在甲烷转化中是80000NL/kg-catal./h或更小的条件下的特定流速供应低级烃，并且更优选的是，在SV值是40000NL/kg-catal./h至80000NL/kg-catal./h的条件下供应低级烃。当SV值小于40000NL/kg-catal./h时，不能实现充分的流态化状态。此外，当SV值超过80000NL/kg-catal./h时，转化率下降，并且反应效率下降。因此，用于将低级烃供应至流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂的SV值更优选地是在上述范围内。
顺便提及，用于将低级烃和氧气供应至流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂的实施方式并不特别受限，只要它是能够形成流化床的实施方式即可。例如，该实施方式可以是如下的实施方式，其用于将低级烃和氧气的混合气体供应至流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂，或者是如下的实施方式，其用于将低级烃和氧气独立地和单独地供应至流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂并且在流化床中混合它们。为了实现有效的燃烧，优选用于将混合气体供应至流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂的前述实施方式。
此外，包括待被供应至流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂的低级烃和氧气的气体的温度，优选地是如下的温度，在该温度下低级烃和氧气自燃容易地发生，并且特别地，该温度优选地是400℃至500℃。通过将待被供应至流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂的气体的温度控制到400℃至500℃，已经被供应至流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂的低级烃和氧气立即自燃。因此，不必从外部供应大量的热量，并且纳米碳生产所必需的能量能够被保持为低的。此外，可以将流化床中的反应温度容易地设置到适当的温度。
关于伴随低级烃和氧气自燃的低级烃分解反应，通过适当地设置反应条件，将该分解反应的温度优选控制到500℃至1000℃，更优选地控制到500℃至900℃。由此，低级烃的分解以及由于低级烃和氧气之间反应而产生的自燃变得有效。通过调节待被供应至流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂的各气体的比率、温度和流速，或通过调节流化床的压力等，能够设置所述分解反应的温度。此外，虽然并不总是需要通过加热单元例如加热器从外部对流化床供应热量，但是通过加热单元从外部对流体床供应热量也是容许的。
此外，所述分解反应的压力优选地被设置成10个大气压或更小。这是因为，当流化床的压力超过10个大气压时，成本增加，并且考虑到化学平衡，纳米碳和氢气的生产效率因低级烃在高压下的分解而下降，导致不利于反应。顺便提及，考虑到在反应器出口处设置氢气渗透膜的情况下提高分离效率并且将氢气与排出气分离，分解反应的压力优选地是3个大气压或更高。
未反应的低级烃、氢气、二氧化碳、一氧化碳和水被包括在伴随低级烃和氧气自燃的低级烃分解反应中的排放气体中。在排放气体中包括的二氧化碳的浓度优选地是10体积%或更小，并且更优选地1体积%至10体积%。这是因为，排放气体中二氧化碳浓度小于1体积%意味着通过自燃产生的二氧化碳的量太低，并且不可能实现如下的充分效果：防止无定形碳沉淀，该沉淀导致流化催化剂活性下降。此外，当该浓度超过10体积%时，纳米碳的生产量受限，并且纳米碳的生产量减小。此外，在排放气体中包括的水的浓度优选地是20体积%或更小，并且更优选地是1体积%至20体积%。这是因为，当在排放气体中包括的水的浓度小于1体积%时，不可能实现如下的充分效果：防止无定形碳的沉淀，该沉淀导致流化催化剂活性下降。此外，当水的浓度超过20体积%时，所产生二氧化碳的量因为甲烷蒸汽重整反应的进行而增加，纳米碳的生产量减小，并且纳米碳的生产变得困难。此外，当水量高时，由于蒸发潜热而产生的热吸收和水的反应热变大，并且因此能量消耗增加。因此，水浓度优选地是20体积%或更小。
此外，在排放气体中包括的未反应低级烃在回流之后优选地被供应至所述分解反应。由此，使充当纳米碳的原料的低级烃的损耗减小，并且能够以高产率生产纳米碳。
顺便提及，包括未反应低级烃并且其中已经通过下述分离过程使温度下降的回流气体，可以通过借助热交换器与由于分解反应而具有高温的排放气体的热交换而加热到特定温度。例如，通过与在500℃至800℃的排放气体的热交换，回流气体能够被加热到400℃至500℃。通过回流气体与排放气体之间的热交换，能够以优良的热效率生产纳米碳和氢气。
此外，当使未反应低级烃回流时，优选将氢气与排放气体分离，然后将该气体作为回流气体供应至所述分解反应。更优选的是，将二氧化碳与已经与氢气分离的排放气体分离，然后将该气体供应至所述分解反应。另外优选的是，将水与已经与二氧化碳分离的排放气体分离，然后将该气体供应至所述分解反应。通过从待被回流并且供应至所述分解反应的排放气体除去二氧化碳和水，这防止低级烃的分解以及低级烃和氧气的自燃，能够提高反应效率。
此外，可以将使用所述流化催化剂的低级烃分解反应划分成两段（第一段和第二段），并且可以将来自伴随低级烃和氧气自燃的第一段分解反应的排放气体供应至第二段分解反应。也就是，将来自第一段分解反应的排放气体和氧气供应至第二段的流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂以形成所述流化床，并且使在来自第一段的排放气体中包括的未反应低级烃伴随第一段的排放气体和低浓度氧气的自燃而分解。顺便提及，待被供应至第二段的流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂的氧气的比率，优选地低于待被供应至第一段的流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂的氧气的比率。特别地，该比率优选地是10体积%或更小，并且更优选地是2体积%至10体积%。这是因为，待被供应至第二段的流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂的未反应低级烃的浓度，低于待被供应至第一段的流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂的低级烃的浓度，并且因此优选的是，使得待被供应至第二段的氧气的比率较低。在来自第一段的排放气体中包括的未反应低级烃借助第二段分解反应被分解，并且进一步生产碳和氢气。
通过将低级烃的分解反应划分成第一段和第二段两段，存在的优点是，能够独立地控制在各段中催化剂的种类和量以及反应温度。因此，能够增加低级烃的产量。
上述分解反应并不限于第一段和第二段的两段，并且该分解反应可以由三段或更多段组成。此外，从各段排出的未反应低级烃的一部分，或在最终段中的未反应低级烃的一部分或全部，可以被提供给相同段或其它段的分解反应。
作为用于生产纳米碳的反应器，能够使用如下的流化床反应器，其能够包含流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂，并且低级烃和氧气能够被供应至其中并能够自燃。用于将低级烃和氧气供应至流化床反应器的气体供应单元连接至流化床反应器以提供能够供应两种气体的结构，并且用于将流化床反应器中的排放气体排出至外部的排放气体通道连接至流化床反应器以提供能够排出该排放气体的结构。
所述气体供应单元能够将来自流化床反应器下部、中部和上部中的一个或多个部分的低级烃和氧气供应至流化床反应器。此外，该气体供应单元可以将低级烃和氧气间歇地供应至流化床反应器，或可以连续地供应低级烃和氧气至流化床反应器。
顺便提及，当低级烃和氧气从流化床反应器的下部供应时，流化床反应器中所包含的流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂能够由被放置在流化床反应器下部处的分散板负载。所述气体供应单元将低级烃和氧气借助分散板从分散板下方供应至流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂。通过借助分散板将低级烃和氧气供应至流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂，所述流化床能够稳定地形成在流化床反应器中。
此外，当使在排放气体中包括的未反应低级烃回流时，优选设置气体回流通道，该气体回流通道使借助排放气体通道排出的未反应低级烃回流并且将它供应至分解反应。通过设置气体回流通道，能够将未反应的低级烃有效地供应至分解反应。
此外，优选为气体回流通道设置用于将氢气与排放气体分离的氢气分离单元，并形成如下结构：在该结构中，气体回流通道在用于排出与氢气分离的排放气体的一侧处连接至氢气分离单元。氢气分离单元能够由氢气渗透膜构成，该氢气渗透膜能够由氢气选择性地渗透。通过设置氢气分离单元，能够从排放气体收集氢气。可以将收集的氢气收集在收集容器中，或传送至下一个过程。
此外，优选为氢气分离单元设置用于将二氧化碳与排放气体分离的二氧化碳分离单元，并形成如下结构：在该结构中，在用于排出与氢气分离的排放气体的一侧的下游处为氢气分离单元设置用于分离二氧化碳的二氧化碳分离单元；并且，气体回流通道在用于排出与二氧化碳分离的排放气体的一侧处连接至二氧化碳分离单元。能够使用吸收、吸附和膜分离方法来构成该二氧化碳分离单元。通过设置二氧化碳分离单元，可以从待被回流并且供应至分解反应的排放气体除去二氧化碳，并且防止过多的二氧化碳干扰低级烃的分解反应以及低级烃和氧气的燃烧。
此外，优选为二氧化碳分离单元设置用于将水与排放气体分离的水分离单元，并形成如下结构：在该结构中，在用于排出与二氧化碳分离的排放气体的一侧的下游处为二氧化碳分离单元设置用于分离水的水分离单元；并且气体回流通道在用于排出与水分离的排放气体的一侧处连接至水分离单元。水分离单元能够由热交换器等构成，其通过冷却介质的流动使气体冷却。通过设置水分离单元，可以从待被回流并且供应至分解反应的排放气体除去水，并且防止水干扰低级烃的分解反应以及低级烃和氧气的燃烧。
在此处，二氧化碳分离单元和水分离单元可以作为具有所述两个分离单元的分离功能的单个分离单元而设置，而不是独立且单独地设置该分离单元。就单个分离单元本身而论，可以构成用于将不同于低级烃的气体通过使用低级烃分离膜例如甲烷分离膜与低级烃分离的分离单元，所述不同于低级烃的气体除二氧化碳和水之外，还包括一氧化碳、氮气等。
此外，当将使用流化催化剂的低级烃分解反应划分成第一段和第二段两段并且将来自第一段分解反应的排放气体供应至第二段分解反应时，可以将如下的结构提供给第二段，其用于进行在第一段排放气体中包括的未反应低级烃的分解反应。在第二段中，可以使用具有如下部分的结构：第二流化床反应器，其可包含流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂，并且来自第一段流化床反应器的排放气体和氧气在第一段流化床反应器之后的段能够被供应至该第二流化床反应器并且能够自燃；第二气体供应单元，其连接至第二流化床反应器，并且其将来自第一段的排放气体和氧气供应至第二流化床反应器；第二排放气体通道，其连接至第二流化床反应器，并且其将第二流化床反应器中的排放气体排出到外部；以及第二供应单元，其连接至第二流化床反应器，并且其将流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂供应至第二流化床反应器中。
此外，优选为流化床反应器设置螺旋进料机，并且借助该螺旋进料机供给如下物质中的一种或两种或更多种的混合物：待被包含在流化床反应器中的流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂、被提供给分解反应并且包括纳米碳的催化剂、以及对被提供给分解反应并且包括纳米碳的催化剂预处理以至少除去纳米碳而获得的催化剂。在流化床反应器中的分解反应期间，形成流化床的流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂被分散并且随排放气体从流化床反应器中排出。因此，优选将流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂供应至流化床反应器，以连续地进行分解反应。关于此点，通过借助螺旋进料机供给流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂，流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂能够被稳定且定量地供应至压力高于外部压力的流化床反应器。
此外，可以为流化床反应器设置螺旋进料机移动反应床，该螺旋进料机移动反应床在供给流化催化剂的同时进行低级烃的分解反应，并且其具有外部或内部加热机构。在这种情况下，其中纳米碳和催化剂金属细粒子彼此结合的粒子在螺旋进料机移动反应床中被制成纳米碳的晶种；该晶种被供给到流化床反应器中；并且该晶种能够在流化床反应器中的大空间内在足够的时间内生长至接近最大限度。其效果中的一个是，能够显著地增加纳米碳的生产量。另一个效果是，通过控制在螺旋进料机移动反应床中其中纳米碳和催化剂金属细粒子彼此结合的粒子的生产条件，能够生产具有小体积密度的晶种，并且能够使晶种在流化床反应器中生长到具有小体积密度的纳米碳。结果，可以获得如下的纳米碳，其体积密度小于在不设置螺旋进料机移动反应床的情况下直接在流化床反应器中生产的纳米碳的体积密度。具有小体积密度的纳米碳总是具有高分散性，并且变得易于除去纳米碳中残留的催化剂；这导致如下的特征，即在很大程度上降低分散处理和净化处理的成本，分散处理和净化处理是纳米碳成本高的原因。
例如，由用于生产本发明纳米碳的方法生产的纳米碳具有1nm至500nm的直径和100μm或更小的长度。由于在体积比重和直径方面与流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂的差异，或由于体积膨胀，具有这种尺寸的纳米碳移动至流化床的上层并且到达自由板部，该自由板部是其中形成流化床的流化床部上方的空间。通过为流化床反应器的壁设置纳米碳排出通道，已经到达自由板部的纳米碳能够从纳米碳排出通道溢出，并且被收集或传送至下一过程。
如上所述，根据本发明，通过将低级烃和氧气供应至流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂来形成流化床，并且纳米碳和氢气通过伴随低级烃和氧气自燃的低级烃分解反应来生产。因此，可以保持生产所需的能量为低的、实现大量生产纳米碳并且避免一部分或所有的燃料消耗，由此防止二氧化碳生成。
此外，根据本发明，由分解反应产生的二氧化碳的一部分被供应至流化床，并且因此防止在分解反应期间无定形碳在流化催化剂上的沉淀。因此，根据本发明，防止流化催化剂活性的下降，能够有效地大量生产纳米碳，并且防止二氧化碳的生成。
（实施方式1）
下面基于图1解释本发明的实施方式。
图1是示出用于生产纳米碳的装置的示意图。
所述的用于生产纳米碳的装置具有流化床反应器2和气体供应通道5，该流化床反应器2中包含流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂1，该气体供应通道5将低级烃3和氧气4作为反应气体供应至流化床反应器2。
气体供应通道5包括用于供应低级烃3的低级烃供应通道5a和用于供应氧气4的氧气供应通道5b。用于将低级烃供应至低级烃供应通道5a的低级烃源（在图中未绘出）连接至低级烃供应通道5a的上游边缘。用于将氧气供应至氧气供应通道5b的氧气源（在图中未绘出）连接至氧气供应通道5b的上游边缘。低级烃供应通道5a和低级烃源构成低级烃供应单元，而氧气供应通道5b和氧气源构成氧气供应单元。这些低级烃供应单元和氧气供应单元相当于本发明的气体供应单元。
分散板6被放置在流化床反应器2的下部处。流化床反应器2中所包含的流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂1由分散板6负载。分散板6具有：例如，具有从上往下相互连接的小孔隙的多孔结构、具有从上表面穿过到下表面的通孔的结构等；以及，从底部向上并且分散在上部处的气体通道。
低级烃供应通道5a的下游边缘和氧气供应通道5b的下游边缘连接至流化床反应器2在分散板6下方位置处的下部。此外，用于点燃朝分散板6流动的混合气体的点火装置7连接在分散板6的下方。
用于排出流化床反应器2中排放气体的排放气体通道8连接至流化床反应器2的上部。用于将排放气体9中包括的纳米碳和流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂与排放气体9分离的粒子分离单元10连接至排放气体通道8。粒子分离单元10由旋流器等构成。纳米碳收集容器11借助纳米碳收集通道10a连接至粒子分离单元10的纳米碳分离侧。用于排出与纳米碳和流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂分离的排放气体9的排放气体通道10b在用于排出排放气体的一侧处连接至粒子分离单元10。
用于将流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂1供应至流化床反应器2的供应单元2a连接至流化床反应器2的壁。顺便提及，供应单元2a可以是用于供应流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂1的单个单元，或用于供应流化催化剂的供应单元和用于供应流体介质的供应单元可以被独立且分别地设置。在图中，通过总结这些情况示出该单元。为流化床反应器2的壁设置用于排出在流化床反应器2中生产的纳米碳的纳米碳排出通道19。纳米碳收集容器11连接至纳米碳排出通道19。
接着，解释使用图1中所示生产纳米碳的装置来生产纳米碳的过程。
当生产纳米碳时，流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂1被包含在流化床反应器2中。作为流化催化剂，使用如下的流化催化剂，其中1nm至500nm的镍细粒子的1质量%至50质量%被负载在1μm至200μm的二氧化硅载体上，或使用如下的流化催化剂，其中1nm至500nm的铁细粒子的1质量%至50质量%被负载在1μm至200μm的氧化铝载体上。此外，流体介质被添加到流化催化剂。作为流体介质，可使用100μm至200μm的沙粒子、二氧化硅粒子或氧化铝粒子或其混合物。
顺便提及，取决于流化床反应器2中的流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂1的损耗，流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂1从供应单元2a供应至流化床反应器2。流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂1可以以恒定速率从供应单元2a连续地供应，或者定期或不定期地供应。
诸如甲烷的低级烃3借助低级烃供应通道5a供应至包含流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂1的流化床反应器2的下部中，并且氧气4借助氧气供应通道5b供应至流化床反应器2的下部。被供应至流化床反应器2下部的低级烃3和氧气4被混合以形成混合气体，向上穿过分散板6，被分散并且供应至流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂1。当将低级烃转换成甲烷时，在混合气体中包括的氧气4的浓度优选地是5体积%至25体积%。此外，优选地在SV值在甲烷转化中是40000NL/kg-catal./h至80000NL/kg-catal./h的条件下供应低级烃3。此外，优选将混合气体预先加热到400℃至500℃并且供应至流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂1。
由在分散板6下方的点火装置7点燃朝分散板6流动的混合气体。由此，混合气体的一部分燃烧，并且已经被加热到低级烃分解反应所进行温度的混合气体被供应至流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂1。顺便提及，由点火装置7进行的混合气体的点火不必连续地进行。当在在流化床反应器2中形成的流化床的温度已经到达混合气体的燃烧温度时，不必由点火装置7点燃混合气体。
通过将混合气体供应至流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂1而在流化床反应器2中形成流化床。就其本身而言，流化床反应器2的内部由其中形成流化床的流化床部和是流化床部上方空间的自由板部构成。
在流化床部处，流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂1和混合气体彼此接触，并且伴随低级烃和氧气自燃进行低级烃的分解反应。关于此点，优选的是，通过适当地设置反应条件，将分解反应的温度设置到500℃至1000℃，并且将压力设置到10个大气压或更小。借助低级烃的分解反应，生产纳米碳，并且生成包括氢气、二氧化碳、一氧化碳、水（水蒸汽）等的排放气体。在排放气体内也包括未反应的低级烃。生产的纳米碳具有1nm至500nm的直径以及100μm或更小的长度。此外，在排放气体中包括的二氧化碳的浓度优选地是1体积%至10体积%，并且在排放气体中包括的水的浓度优选地是1体积%至20体积%。
由于在体积比重和直径方面与流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂1的差异，或由于体积膨胀，在流化床反应器2中生产的纳米碳移动至流化床的上层并且到达自由板部。已经到达自由板部的纳米碳借助纳米碳排出通道19被排出。所排出的纳米碳20被收集在纳米碳收集容器11中。顺便提及，所排出的纳米碳20可以被传送至下一过程。
此外，在流化床反应器2中产生的排放气体借助排放气体通道8被排出。借助排放气体通道8排出的排放气体9借助排放气体通道8被引入到粒子分离单元10。在排放气体9中包括分散的纳米碳和流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂。在粒子分离单元10中，纳米碳和流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂与排放气体9分离。分离的纳米碳12借助纳米碳收集通道10a被收集在纳米碳收集容器11中。与纳米碳和流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂分离的排放气体9借助排放气体通道10b排出，并且如果必要，则进行将氢气与排放气体9分离的处理等。
顺便提及，可以为流化床反应器2设置如下的螺旋进料机移动反应床，该螺旋进料机移动反应床进行低级烃的分解反应，同时它传送流化催化剂并且具有外部或内部加热机构。在这种情况下，在螺旋进料机移动反应床中，其中纳米碳和催化剂金属细粒子彼此结合的粒子被制成纳米碳的晶种；该晶种被传送至流化床反应器中；并且晶种能够在流化床反应器中的大空间内在足够时间内生长至接近最大限度。其效果中的一个是，能够显著地增加纳米碳的生产量。另一个效果是，通过控制在螺旋进料机移动反应床中其中纳米碳和催化剂金属细粒子彼此结合的粒子的生产条件，能够生产具有小体积密度的晶种，并且晶种能够在流化床反应器中生长成具有小体积密度的纳米碳。结果，可以获得如下的纳米碳，其体积密度小于在不设置螺旋进料机移动反应床的情况下直接在流化床反应器中生产的纳米碳的体积密度。具有小体积密度的纳米碳总是具有高分散性，并且变得易于除去纳米碳中残留的催化剂；这导致如下的特征，即在很大程度上降低色散处理和净化处理的成本，色散处理和净化处理是纳米碳的成本高的原因。
（实施方式2）
接着，基于图2解释另一实施方式。
在从流化床反应器2排出的排放气体9中包括未反应的低级烃。当未反应的低级烃能够再次被提供给分解反应时，能够减少充当原料的低级烃的损耗，并且能够以高产率生产纳米碳。因此，图1所示用于生产纳米碳的装置可以包括如下的结构，该结构将诸如氢气、二氧化碳和水的不同于低级烃的气体与从粒子分离单元10排出的排放气体9分离，并且使从不同于低级烃的气体分离的排放气体9回流到流化床反应器2。
除图1所示的结构之外，该实施方式的用于生产纳米碳的装置还具有如下的结构，其将从不同于低级烃的气体分离的排放气体9回流到流化床反应器2。
图2是示出该实施方式生产纳米碳的装置的示意图。如该图中所示，不是将排放气体通道10b，而是将下述氢气分离单元13、二氧化碳/水分离单元15和气体回流通道17a、17b和17c设置至图1所示纳米碳生产装置中用于排出粒子分离单元10的排放气体的一侧。顺便提及，相同的符号用于与上述实施方式的那些结构相同的结构，并且省略或简化这些符号的解释。
用于将氢气与从纳米碳和流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂分离的排放气体9分离的氢气分离单元13，在用于排出与纳米碳和流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂分离的排放气体的一侧处借助气体回流通道17a连接至粒子分离单元10。氢气收集容器（在图中未绘出）借助用于排出氢气14的氢气排出通道13a连接至氢气分离单元13的氢气分离侧。
用于将二氧化碳和水（水蒸汽）与从氢气分离的排放气体9分离的二氧化碳/水分离单元15，在用于排出与氢气分离的排放气体的一侧处借助气体回流通道17b连接至氢气分离单元13。用于排出二氧化碳和水16的二氧化碳/水排出通道15a连接至二氧化碳/水分离单元15的二氧化碳/水分离侧。用于排出与二氧化碳/水分离单元15的二氧化碳和水分离的排放气体的一侧，借助气体回流通道17c连接至在分散板6下方位置处的流化床反应器2的下部。
接着，解释使用图2所示纳米碳生产装置来生产纳米碳的过程。
首先，和图1中所示的情况一样，将诸如甲烷的低级烃3借助低级烃供应通道5a供应至包含流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂1的流化床反应器2的下部中，并且将氧气4借助氧气供应通道5b供应至所述流化床反应器2的下部中。
作为所述流化催化剂，优选地使用如下的流化催化剂，其中1nm至500nm的镍细粒子的1质量%至50质量%被负载在1μm至200μm的二氧化硅载体上，或如下的流化催化剂，其中1nm至500nm的铁细粒子的1质量%至50质量%被负载在1μm至200μm的氧化铝载体上。此外，流体介质被添加到所述流化催化剂。作为流体介质，可使用100μm至200μm的沙粒子、二氧化硅粒子或氧化铝粒子或其混合物。
被供应至流化床反应器2下部的低级烃3和氧气4被混合以形成混合气体，由分散板6分散，并且被供应至流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂1。优选地在SV值在甲烷转化中是40000NL/kg-catal./h至80000NL/kg-catal./h的条件下供应低级烃3。此外，优选将混合气体预先加热到400℃至500℃，并且将它供应至流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂1。当将低级烃转换成甲烷时，在混合气体中包括的氧气4的浓度优选地是5体积%至25体积%。
此外，如下所述，将与不同于低级烃的气体分离并且回流的排放气体9混合至低级烃3和氧气4。由在分散板6下方的点火装置7点燃朝分散板6流动的混合气体。由此，混合气体的一部分燃烧，并且已经被加热到低级烃分解反应所进行温度的混合气体被供应至流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂1。
关于此点，优选的是，通过适当地设置反应条件，将分解反应的温度设置到500℃至1000℃，并且将压力设置到10个大气压或更小。
顺便提及，和图1中所示的情况一样，取决于在流化床反应器2中流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂1的损耗，流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂1从供应单元2a供应至流化床反应器2。
和图1中所示的情况一样，通过将混合气体供应至流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂1以在流化床反应器2中形成流化床，并且伴随低级烃和氧气的自燃进行低级烃的分解反应。借助低级烃的分解反应，生产纳米碳，并且生成包括氢气、二氧化碳、一氧化碳、水（水蒸汽）等的排放气体。在排放气体内也包括未反应的低级烃。
借助低级烃的分解反应，生产纳米碳，并且生成包括氢气、二氧化碳、一氧化碳、水（水蒸汽）等的排放气体。在排放气体内也包括未反应的低级烃。生产的纳米碳具有1nm至500nm的直径以及100μm或更小的长度。此外，在排放气体中包括的二氧化碳的浓度是1体积%至10体积%，并且在排放气体中包括的水的浓度是1体积%至20体积%。
和图1中所示的情况一样，借助纳米碳排出通道19排出在流化床反应器2中产生的纳米碳。所排出的纳米碳20被收集在纳米碳收集容器11中。
此外，和图1中所示的情况一样，借助排放气体通道8排出在流化床反应器2中产生的排放气体。借助排放气体通道8将排出的排放气体9引入到粒子分离单元10。纳米碳和流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂与粒子分离单元10中的排放气体9分离。所分离的纳米碳12被收集在纳米碳收集容器11中。
此外，由粒子分离单元10从纳米碳和流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂分离的排放气体9借助气体回流通道17a被引入到氢气分离单元13中。氢气14与氢气分离单元13中的从纳米碳和流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂分离的排放气体9分离。分离的氢气14借助氢气排出通道13a被收集在氢气收集容器中（在图中未绘出）。顺便提及，所分离的氢气14可以被传送至下一过程。
通过氢气分离单元13从氢气14分离的排放气体9借助气体回流通道17b被引入到二氧化碳/水分离单元15。二氧化碳和水16与二氧化碳/水分离单元15中的与氢气14分离的排放气体9分离。借助二氧化碳/水排出通道15a排出所分离的二氧化碳和水16。
通过二氧化碳/水分离单元15从二氧化碳和水16分离的排放气体9作为回流气体18借助气体回流通道17c被引入到流化床反应器2的下部。被引入到流化床反应器2下部的回流气体18与借助低级烃供应通道5a所供应的低级烃3和借助于氧气供应通道5b所供应的氧气4混合，并且借助分散板6被供应至流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂1。
同样地，从流化床反应器2排出的排放气体9借助排放气体通道8和气体回流通道17a、17b和17c连续地经历由粒子分离单元10、氢气分离单元13和二氧化碳/水分离单元15进行的分离处理，然后被回流到流化床反应器2。通过使排放气体9回流，在排放气体9中包括的未反应低级烃再次被提供给分解反应。
借助于氢气等的上述分离处理而冷却的回流气体18在分离处理之前可以通过与排放气体9的热交换而被加热。例如，通过与在500℃至800℃的排放气体9的热交换，回流气体18能够被加热到400℃至500℃。热交换能够借助热交换器（在图中未绘出）而进行。
顺便提及，在上述实施方式中，二氧化碳/水分离单元15作为单个分离单元而设置。然而，用于从排放气体9分离二氧化碳的二氧化碳分离单元和用于从排放气体9分离水（水蒸汽）的水分离单元可以独立和单独地设置。在这种情况下，例如，在用于排出与氢气分离的排放气体的一侧处为氢气分离单元13设置二氧化碳分离单元，并且在用于排出与二氧化碳分离的排放气体的一侧处为二氧化碳分离单元设置水分离单元。
（实施方式3）
接着，基于图3解释另一实施方式。
低级烃的分解反应可以由数段构成，或可以通过设置数段的流化床反应器并且将上游流化床反应器排出的排放气体连续地引入到下游流化床反应器而构成。由此，在排放气体中包括的低级烃的分解反应可以在各流化床反应器中进行，能够减少充当原料的低级烃的损耗，并且能够以高产率生产纳米碳。在该实施方式中，解释其中设置两段流化床反应器（第一段和第二段）的情况。
图3是示出该实施方式纳米碳生产装置的示意图。如该图中所示，在第一段中设置如下的结构，该结构具有流化床反应器2、供应单元2a、低级烃供应通道5a、氧气供应通道5b、分散板6、点火装置7、排放气体通道8、粒子分离单元10、纳米碳收集通道10a、纳米碳收集容器11和纳米碳排出通道19，其与图1所示结构中的那些类似。顺便提及，相同的符号用于类似于上述实施方式的那些结构的结构，并且省略或简化这些符号的解释。
第二段的结构在用于排出所述排放气体的一侧处借助排放气体供应通道40连接至第一段粒子分离单元10，以该顺序为其设置氢气分离单元13和二氧化碳/水分离单元15。第二段的结构基本上与第一段的结构相同，并且包括流化床反应器42、供应单元42a、氧气供应通道45b、分散板46、点火装置47、排放气体通道48、粒子分离单元50、纳米碳收集通道50a、纳米碳收集容器51和纳米碳排出通道59，与在第一段结构中的相同。
排放气体供应通道40连接至在分散板46下方位置处的第二段流化床反应器42的下部，并且借助排放气体供应通道40供应在第一段流化床反应器2中产生的未反应低级烃。即，将如下的排放气体9供应至流化床反应器42的下部，该排放气体9通过氢气分离单元13与氢气14分离，并且通过二氧化碳/水分离单元15与二氧化碳和水16分离，并且包括未反应的低级烃作为主要组分。
此外，借助氧气供应通道45b将氧气44供应至第二段流化床反应器42的下部。被供应至流化床反应器42下部的排放气体9和氧气44被混合以形成混合气体，由分散板46分散，并且被供应至流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂41。由在分散板46下方的点火装置47点燃朝分散板46流动的混合气体。由此，混合气体的一部分燃烧，并且已经被加热到低级烃分解反应所进行温度的混合气体被供应至流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂41。顺便提及，待被供应至所述流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂41的氧气44的比率，被设置成低于待被供应至第一段中流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂1的氧气4的比率。在此处，取决于流化床反应器42中的流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂41的损耗，流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂41从供应单元42a供应至流化床反应器42。
和在第一段流化床反应器2中的一样，在第二段流化床反应器42中，通过将混合气体供应至流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂41来形成流化床，并且伴随低级烃和氧气的自燃进行低级烃的分解反应。因此，在从第一段流化床反应器2排出的排放气体9中包括的未反应低级烃在第二段流化床反应器42中分解，生产纳米碳，并且产生包括氢气、二氧化碳、一氧化碳、水（水蒸汽）等的排放气体。
和在第一段结构中的一样，在第二段流化床反应器42中生产的纳米碳借助纳米碳排出通道59排出。所排出的纳米碳60收集在纳米碳收集容器51中。
此外，和在第一段结构中的一样，在流化床反应器42中产生的排出气体借助排放气体通道48排出。借助排放气体通道48将排出的排放气体49引入粒子分离单元50。纳米碳和流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂与粒子分离单元50中的排放气体49分离。所分离的纳米碳52被收集在纳米碳收集容器51中。与纳米碳和流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂分离的排放气体49借助排放气体排出通道50b被引入氢气分离单元53中。在氢气分离单元53中，氢气54与从纳米碳和流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂分离的排放气体49分离。所分离的氢气54借助氢气排出通道53a被收集在氢气收集容器中（在图中未绘出）。顺便提及，所分离的氢气54可以被传送至下一过程。如果必要，则用将二氧化碳和水分离的操作来处理从氢气分离单元53中的氢气分离的排放气体49，并且收集该排放气体49。
顺便提及，上述实施方式已经描述了其中设置流化床反应器2和42两段的情况。然而，可以同样地构成具有三段或更多段的流化床反应器的结构。
（实施方式4）
接着，基于图4解释另一实施方式。
如上文所解释的，在流化床反应器2或42中的低级烃的分解反应期间，形成流化床的流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂1或41被分散并且随排放气体9或49从流化床反应器2或42逐渐排出。因此，可以为用于生产纳米碳的装置设置如下的螺旋进料机，其用于将流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂1或41供应至流化床反应器2或42。
除图2所示的结构之外，该实施方式的用于生产纳米碳的装置还包括如下的螺旋进料机，其用于将流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂供应至流化床反应器2。
图4是示出该实施方式生产纳米碳的装置的示意图。如该图中所示，为图2所示用于生产纳米碳的装置设置如下的螺旋进料机21，其用于将流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂从流化床反应器2的上部供应至流化床反应器2。也就是，螺旋进料机21相当于本发明的供应单元。顺便提及，相同的符号用于类似于上述实施方式的那些结构的结构，并且省略或简化这些符号的解释。
螺旋进料机21具有螺旋进料机主体21a和嵌入螺旋进料机主体21a的螺杆21b。螺杆21b由外马达22旋转驱动。
此外，旋转进料机24连接至螺旋进料机主体21a的上游。其中含有流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂1的料斗25连接至旋转进料机24。在上述实施方式中所解释的那些流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂可用作所述流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂1。
接着，解释图4所示用于生产纳米碳的装置的操作。
在该实施方式中，如上文使用图2所描述的，取决于流化床反应器2中流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂1的损耗，在生产纳米碳时，流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂1由螺旋进料机21供应至流化床反应器2。顺便提及，由螺旋进料机21供应的流化催化剂可以是未反应的流化催化剂、被提供给分解反应并且包括纳米碳的流化催化剂、或通过对被提供给分解反应并且包括纳米碳的流化催化剂进行预处理而获得的流化催化剂中的任一种或其混合物。
从包含流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂1的料斗25借助旋转进料机24，将流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂1供应至螺旋进料机主体21a的上游。通过旋转进料机24，能够将流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂1稳定且定量地供应至螺旋进料机主体21a的上游。通过螺杆21b的旋转将供应至上游的流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂1传送至螺旋进料机主体21a的下游。从下游边缘将传送至下游的流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂1供应至流化床反应器2。取决于流化床反应器2中的流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂1的损耗，可以通过螺旋进料机21以恒定速率连续地将流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂1供应至流化床反应器2，或者定期或不定期地进行供应。
顺便提及，不采用含有流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂1的料斗25，而是可采用如下的结构，其中将含有流化催化剂的料斗（在图中未绘出）和含有流体介质的料斗（在图中未绘出）借助旋转供给器（在图中未绘出）分别地连接至螺旋进料机主体21a的上游。在该结构中，将流化催化剂和流体介质分别供应至螺旋进料机主体21a的上游。被供应至上游的流化催化剂和流体介质在它们通过螺杆21b旋转被混合的同时被传送至螺旋进料机主体21a的下游，并且将它们从下游边缘供应至流化床反应器2。
顺便提及，虽然上文解释了其中为图2所示纳米碳生产装置设置螺旋进料机21的情况，但是还可以同样为图1所示纳米碳生产装置设置螺旋进料机21并且供应流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂1。
虽然在上述实施方式中解释了其中螺旋进料机用作所述供应单元供应流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂的装置，但是也可以在进行分解反应时使用螺旋进料机21作为移动反应床用于供给流化催化剂。这样的实施方式具有在螺旋进料机21中的外部或内部加热机构。此外，用于供应螺旋进料机中的低级烃的气体供应单元连接至该螺旋进料机。
下面基于图5解释使用螺旋进料机作为移动反应床的实施方式。
加热器23放置在螺旋进料机21的螺旋进料机主体21a的外表面上，以使得该加热器围绕螺旋进料机主体21a的外表面。
用于将低级烃供应至进料机主体21a的气体供应单元36连接至螺旋进料机主体21a的下游。
此外，旋转进料机24连接至螺旋进料机主体21a的上游。含有流化催化剂的料斗25连接至旋转进料机24。在该实施方式中，催化剂金属细粒子实际上用作所述流化催化剂。例如，使用1nm至500nm的镍细粒子和1nm至500nm的铁细粒子。
用于将流体介质供应至流化床反应器2的供应单元2b连接至流化床反应器2。作为流体介质，例如，可以使用100μm至200μm的沙粒子、二氧化硅粒子或氧化铝粒子或其混合物。顺便提及，可以通过螺旋进料机21随流化催化剂输送流体介质。
从料斗25借助旋转进料机24将流化催化剂供应至螺旋进料机主体21a的上游。通过螺杆21b的旋转将流化催化剂传送至螺旋进料机主体21a的下游。在流化催化剂被传送时，从气体供应单元36将低级烃供应至螺旋进料机主体21a。在此期间，螺旋进料机主体21a的内部由加热器23加热到特定温度。
在螺旋进料机主体21a中进行低级烃的分解反应，生产出纳米碳并且其与流化催化剂结合，并且产生晶种。
在螺旋进料机21中，通过调节螺杆的传送速度、加热器23的加热温度、向螺旋进料机主体21a的低级烃引入量等，晶种的生产能够受到控制。
从供应单元2b将流体介质（在图中未绘出）供应至流化床反应器2，而晶种38也从螺旋进料机21供应。低级烃的分解反应在已经供应晶种38和流体介质的流化床反应器2中进行。随着低级烃分解反应的进行，纳米碳在流化床反应器2中在晶种38处生长。在流化床反应器2中，晶种能够在足够时间内在大空间内成长至接近最大限度。
如上所述，通过将作为移动反应床的螺旋进料机21与流化床反应器2结合，能够显著地增加纳米碳的生产量。此外，在利用螺旋进料机21作为移动反应床的情况下，通过控制其中纳米碳和催化剂金属细粒子彼此结合的粒子的生产条件，能够生产具有小体积密度的晶种38。具有小体积密度的晶种38在流化床反应器2中能够生长成具有小体积密度的纳米碳。结果，可以获得如下的纳米碳，其体积密度小于在不使用螺旋进料机21作为移动反应床情况下直接在流化床反应器2中生产的纳米碳的体积密度。具有小体积密度的纳米碳总是具有高分散性，并且易于除去纳米碳中残留的催化剂金属微粒。因此，可以在很大程度上降低分散处理和净化处理的成本，分散处理和净化处理是纳米碳成本高的原因。
接着，基于图6解释在图4所示纳米碳生产装置中在纳米碳生产期间的物料平衡。
图6是如下的示意图，其示出在经过纳米碳生产装置中的各单元之前和之后的模拟物料平衡的实施例。顺便提及，椭圆中的数字指示在用椭圆标记的位置处物质的温度（℃），矩形中的数字指示在用矩形标记的位置处物质的压力（大气压），并且平行四边形中的数字指示在用平行四边形标记的位置处物质的流速（Nm3/h或kg/h）。
将流速为20.5Nm3/h的低级烃3例如甲烷和流速为4.45Nm3/h的氧气4的混合气体26供应至流化床反应器2的下部。顺便提及，低级烃3在与氧气4混合之前已经由加热器27加热到20℃至450℃。此外，如下所述，与氢气、二氧化碳等分离的排放气体9作为回流气体18被混合至低级烃3和氧气4。回流气体18是其中在分离氢气之后二氧化碳等与65.4Nm3/h流速的排放气体分离的气体。
在流化床反应器2的下部，由在分散板6下方的点火装置7点燃混合气体26，并且混合气体26的一部分燃烧。由此，混合气体26的温度达到600℃或更高的反应温度。被加热至600℃或更高的反应温度的混合气体26由分散板6分散并且被供应至流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂1。通过将混合气体26供应至流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂1，在流化床反应器2的流化床部中形成流化床。
以0.7kg/h的流速供应的流化催化剂28和以0.7kg/h的流速供应的流体介质29的混合物30被连续地引入到其中形成流化床的流化床反应器2中。
伴随低级烃和氧气的自燃，在流化床反应器2中形成的流化床部中进行低级烃的分解反应。由此，产生纳米碳和包括氢气、未反应低级烃、二氧化碳、一氧化碳、水（水蒸汽）、氮气等的排放气体。其中进行分解反应的流化床部的温度是600℃，并且其压力是5.6个大气压。
在流化床反应器2中生产的纳米碳到达流化床反应器2中的自由板部，并且借助纳米碳排出通道19排出。借助纳米碳排出通道19排出的纳米碳20由冷凝器31冷却至100℃，并且以约11.5kg/h的流速被收集。
此外，借助排放气体通道8排出在流化床反应器2中产生的排放气体。所排出的排放气体9的温度是600℃，并且其压力是5.2个大气压。所排出的排放气体9由冷凝器32冷却至550℃，然后被供应至氢气分离单元13。在由冷凝器32冷却之后并且在被供应至氢气分离单元13之前，排放气体9的压力是5.0个大气压。
在氢气分离单元13中，氢气14通过氢气渗透膜与排放气体9分离。用于减小氢气渗透侧处的压力以加快氢气渗透的真空泵34经由冷凝器33连接至在氢气渗透侧处的氢气分离膜。已经借助氢气渗透膜渗透并且已经与排放气体9分离的氢气14的温度是550℃，并且其压力是0.56个大气压。
所分离的氢气14由冷凝器33冷却到50℃，然后从真空泵34的排放侧排出。所排出的氢气14的温度是48℃，并且其流速为约40Nm3/h。
此外，从用于排出氢气分离单元13的排放气体的一侧排出的排放气体9以65.4Nm3/h的流速被供应至二氧化碳/水分离单元15。在二氧化碳/水分离单元15中，二氧化碳和水（水蒸汽）16通过低级烃分离膜（甲烷分离膜）与排放气体9分离。顺便提及，除二氧化碳和水（水蒸汽）16之外，不同于低级烃的气体例如一氧化碳、氮气等通过低级烃分离膜与排放气体9分离。
关于从用于排出二氧化碳/水分离单元15的排放气体的一侧排出的排放气体9，压力通过压缩机35上升至5.6个大气压，并且温度上升至577℃。如上所述，在温度上升和压力上升之后的排出气体9作为回流气体18混合至待被供应至流化床反应器2下部的低级烃3和氧气4。
因此，在纳米碳生产期间，低级烃3、氧气4和回流气体18的混合气体26被供应至流化床反应器2中的流化床。流化床的温度已经到达混合气体26的燃烧温度，并且因此，混合气体26在无需点火装置7点火的情况下自燃。由此，在不从外部供应能量的情况下通过低级烃的分解反应生产纳米碳。
已经基于上述实施方式解释了本发明。然而，本发明并不受到以上解释内容的限制，并且可进行适当的变化，只要它不背离本发明的范围即可。
虽已经结合特定实施方式详细地描述了本发明，但是对本领域普通技术人员来说显而易见的是，在不背离本发明的主旨和范围的情况下，能够增加各种改变或修改。本申请基于2011年5月10日提交的日本专利申请（JP2011-105267），并且该日本专利申请的内容通过参照并入本文中。
附图数字和标记
1：流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂
2：流化床反应器
2a：供应单元
2b：供应单元
3：低级烃
4：氧气
5：气体供应通道
5a：低级烃供应通道
5b：氧气供应通道
6：分散板
7：点火装置
8：排放气体通道
9：排放气体
10：粒子分离单元
11：纳米碳收集容器
12：纳米碳
13：氢气分离单元
14：氢气
15：二氧化碳/水分离单元16：二氧化碳和水
17a：气体回流通道
17b：气体回流通道
17c：气体回流通道
18：回流气体
19：纳米碳排出通道
20：纳米碳
21：螺旋进料机
36：气体供应单元
38：晶种
41：流化催化剂
42：流化床反应器
42a：供应单元
44：氧气
45b：氧气供应通道
46：分散板
48：排放气体通道
49：排放气体
52：纳米碳
60：纳米碳

Claims (19)

1.一种用于生产纳米碳的方法，包括：
通过将低级烃和氧气供应至流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂来形成流化床；以及
通过伴随所述低级烃和所述氧气自燃的所述低级烃的分解反应来生产纳米碳和氢气。
2.根据权利要求1所述的用于生产纳米碳的方法，
其中，在所述低级烃和所述氧气中的氧气以25体积%或更小的比率供应。
3.根据权利要求1或2所述的用于生产纳米碳的方法，
其中，在来自所述分解反应的排放气体中包括的二氧化碳的量是10体积%或更小，并且在来自所述分解反应的排放气体中包括的水的量是20体积%或更小。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的用于生产纳米碳的方法，
其中，所述流化催化剂包含：
包括1μm至200μm的二氧化硅载体和相对于所述载体以50质量%或更小的量的镍细粒子的流化催化剂；或
包括1μm至200μm的氧化铝载体和相对于所述载体以50质量%或更小的量的铁细粒子的流化催化剂。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的用于生产纳米碳的方法，
其中，将如下的流体介质添加至所述流化催化剂，所述流体介质包含从200μm或更小的沙粒子、二氧化硅粒子和氧化铝粒子中选择的一种或二种或更多种，并且所述流化床由所述流化催化剂形成。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的用于生产纳米碳的方法，
其中，所述分解反应的温度是500℃至1000℃。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的用于生产纳米碳的方法，
其中，所述分解反应的压力是10个大气压或更小。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的生产纳米碳的方法，
其中，在SV值在甲烷转化中是80000NL/kg-catal./h或更小的条件下，所述低级烃被供应至所述流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的用于生产纳米碳的方法，
其中，在来自所述分解反应的排放气体中包括的未反应低级烃被回流并且供应至所述分解反应。
10.根据权利要求1至9中的任一项所述的用于生产纳米碳的方法，
其中，所述分解反应被设置为第一段，
其中，来自所述分解反应的排放气体和浓度低于所述第一段中所供应氧气的的氧气被供应至第二段的流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂，以便形成所述流化床，以及
其中，在所述排放气体中包括的未反应低级烃伴随所述排放气体和所述氧气的自燃而被分解，以便进一步生产所述纳米碳和氢气。
11.根据权利要求1至10中的任一项所述的用于生产纳米碳的方法，
其中，由所述分解反应生产的纳米碳具有1μm至500nm的直径和100μm或更小的长度。
12.一种用于生产纳米碳的装置，包括：
流化床反应器，所述流化床反应器被配置成在其中含有流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂，并且被配置成在被供应有低级烃和氧气的同时在其中促使所述低级烃和氧气自燃；
气体供应单元，所述气体供应单元连接至所述流化床反应器，并且被配置成将所述低级烃和氧气供应至所述流化床反应器；
排放气体通道，所述排放气体通道连接至所述流化床反应器，并且被配置成将所述流化床反应器中的排放气体排出至外部，和
供应单元，所述供应单元连接至所述流化床反应器，并且被配置成将所述流化催化剂或所述结合流体介质使用的流化催化剂供应至所述流化床反应器。
13.根据权利要求12所述的用于生产纳米碳的装置，还包括：
气体回流通道，所述气体回流通道被配置成使从所述流化床反应器排出的排放气体中包括的未反应低级烃回流，以便被供应至所述分解反应。
14.根据权利要求13所述的用于生产纳米碳的装置，还包括：
氢气分离单元，所述氢气分离单元被配置成将所述氢气与所述排放气体分离，
其中，所述气体回流通道在用于排出与氢气分离的所述排放气体的一侧处连接至所述氢气分离单元。
15.根据权利要求14所述的用于生产纳米碳的装置，还包括：
二氧化碳分离单元，所述二氧化碳分离单元被配置成在用于排出所述氢气分离单元的与氢气分离的排放气体的一侧的下游处分离二氧化碳，
其中，所述气体回流通道在用于排出与二氧化碳分离的排放气体的一侧处连接至所述二氧化碳分离单元。
16.根据权利要求15所述的用于生产纳米碳的装置，还包括：
水分离单元，所述水分离单元被配置成在用于排出所述二氧化碳分离单元的与二氧化碳分离的排放气体的一侧的下游处分离水，
其中，所述气体回流通道在用于排出与水分离的所述排放气体的一侧处连接至所述水分离单元。
17.根据权利要求12至16中的任一项所述的用于生产纳米碳的装置，还包括：
在所述流化床反应器的第二段处的第二流化床反应器，其中，所述第二流化床反应器被配置成在其中含有流化催化剂或结合流体介质使用的流化催化剂，并且被配置成通过供应有氧气和来自所述流化床反应器的排放气体而促使在其中发生自燃；
第二气体供应单元，所述第二气体供应单元连接至所述第二流化床反应器，并且被配置成将所述排放气体和所述氧气供应至所述第二流化床反应器；
第二排放气体通道，所述第二排放气体通道连接至所述第二流化床反应器，并且被配置成将所述第二流化床反应器中的排放气体排出到外部；和
第二供应单元，所述第二供应单元连接至所述第二流化床反应器，并且被配置成将所述流化催化剂或所述结合流体介质使用的流化催化剂供应至所述第二流化床反应器。
18.根据权利要求12至17中的任一项所述的用于生产纳米碳的装置，还包括：
螺旋进料机，其被配置成传送下列物质的混合物：
在所述流化床反应器中所包含的所述流化催化剂或所述流体介质中的一种或二种或更多种；
用于所述分解反应并且包括所述纳米碳的催化剂；和
通过对用于所述分解反应并且包括所述纳米碳的催化剂进行预处理以至少除去所述纳米碳而获得的催化剂。
19.根据权利要求12至18中的任一项所述的用于生产纳米碳的装置，包括：
所述流化床反应器；和
用于在供给所述流化催化剂的同时进行所述分解反应的螺旋进料机移动反应床。
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WO (1) WO2012153810A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111632558A (zh) * 2020-05-25 2020-09-08 南京行创新材料有限公司 一种连续制备纳米材料或制备改性纳米材料的装置和方法

Families Citing this family (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5897851B2 (ja) * 2011-09-12 2016-04-06 東洋炭素株式会社 粉体処理装置および粉体処理方法
KR101587684B1 (ko) * 2013-03-07 2016-01-21 주식회사 엘지화학 유동층 반응기용 분산판 및 이를 구비한 유동층 반응기
WO2014151898A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-25 Seerstone Llc Systems for producing solid carbon by reducing carbon oxides
US10115844B2 (en) 2013-03-15 2018-10-30 Seerstone Llc Electrodes comprising nanostructured carbon
WO2014151138A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-25 Seerstone Llc Reactors, systems, and methods for forming solid products
EP3114077A4 (en) 2013-03-15 2017-12-27 Seerstone LLC Methods of producing hydrogen and solid carbon
KR101587685B1 (ko) * 2013-03-29 2016-01-21 주식회사 엘지화학 유동층 반응기 및 이를 이용한 카본나노구조물 제조방법
KR101651315B1 (ko) * 2013-04-17 2016-08-25 주식회사 엘지화학 유동층 반응기 및 이를 이용한 카본나노구조물 제조방법
KR101596091B1 (ko) * 2013-06-18 2016-02-19 주식회사 엘지화학 유동층 반응기 및 이를 이용한 탄소나노구조물의 제조방법
KR101773653B1 (ko) * 2014-06-13 2017-08-31 주식회사 엘지화학 유동층 반응기 및 이를 이용한 탄소 나노구조물의 제조방법
KR101783512B1 (ko) * 2014-06-13 2017-09-29 주식회사 엘지화학 유동층 반응기 및 이를 이용한 탄소 나노구조물의 제조방법
KR101771290B1 (ko) * 2014-06-13 2017-08-24 주식회사 엘지화학 탄소 나노구조물의 제조장치 및 제조방법
KR101800309B1 (ko) * 2014-06-16 2017-11-23 주식회사 엘지화학 유동층 반응기 및 이를 이용한 탄소 나노구조물의 제조방법
JP6061970B2 (ja) * 2015-03-26 2017-01-18 東京瓦斯株式会社 燃料電池システム
WO2017111122A1 (ja) * 2015-12-25 2017-06-29 日本ゼオン株式会社 電磁波吸収材料及び電磁波吸収体、並びにこれらの製造方法
JP6455988B2 (ja) * 2016-02-25 2019-01-23 学校法人早稲田大学 カーボンナノチューブの製造装置および製造方法
US11752459B2 (en) 2016-07-28 2023-09-12 Seerstone Llc Solid carbon products comprising compressed carbon nanotubes in a container and methods of forming same
KR102579608B1 (ko) * 2016-08-04 2023-09-18 에스케이이노베이션 주식회사 탄소나노튜브의 제조방법
KR101899714B1 (ko) * 2017-03-27 2018-09-18 한국에너지기술연구원 고체에 의한 막힘을 최소화할 수 있는 스파저를 갖는 유동층 반응시스템 및 제어방법
JP2019182733A (ja) 2018-04-01 2019-10-24 株式会社伊原工業 水素生成装置、固体生成物の分離方法、固体生成物の排出回収システムおよびニッケル系金属構造体の製造方法
JP7315578B2 (ja) 2018-04-09 2023-07-26 シエル・インターナシヨネイル・リサーチ・マーチヤツピイ・ベー・ウイ 水素および炭素生成物を生成するプロセス
JP7078111B2 (ja) * 2018-06-05 2022-05-31 株式会社Ihi 水素製造装置および水素製造方法
KR102422089B1 (ko) * 2019-02-28 2022-07-18 주식회사 엘지화학 유동층 반응기
JP6954564B2 (ja) * 2019-03-29 2021-10-27 東京ガスケミカル株式会社 ナノカーボンの製造方法およびナノカーボン製造システム
KR102633576B1 (ko) * 2019-12-06 2024-02-06 주식회사 엘지화학 탄소나노튜브 제조 시스템 및 제조방법
EP3868708A1 (en) * 2020-02-21 2021-08-25 L 2 Consultancy B.V. Method and system for direct thermal decomposition of a hydrocarbon compound into carbon and hydrogen
JP2023502555A (ja) * 2020-09-04 2023-01-25 ヒンドゥスタン ペトロリアム コーポレーション リミテッド 水素富化圧縮天然ガスおよびカーボンナノチューブの同時製造
JP2024500876A (ja) * 2020-12-22 2024-01-10 ナノコンプ テクノロジーズ，インク． カーボンナノチューブを生成させるための二段システム及び方法
JPWO2023276677A1 (zh) * 2021-06-29 2023-01-05
JP2023132527A (ja) * 2022-03-11 2023-09-22 三菱重工業株式会社 炭化水素の直接分解方法
WO2023197070A1 (en) * 2022-04-14 2023-10-19 Acceleware Ltd. Systems and methods for generating hydrogen by pyrolysis in a dielectrophoresis (dep) supported fluidized bed reactor

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101421447A (zh) * 2006-04-15 2009-04-29 拜尔材料科学股份公司 流化床制备碳纳米管的方法
WO2010002025A1 (en) * 2008-06-30 2010-01-07 Showa Denko K. K. Process for producing carbon nanomaterial and system for producing carbon nanomaterial

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2564736A (en) * 1947-03-08 1951-08-21 Cabot Godfrey L Inc Process of producing carbon black
US2623811A (en) * 1949-11-16 1952-12-30 Huber Corp J M Process for producing carbon black and valuable by-product gases
US2662813A (en) * 1951-06-23 1953-12-15 Standard Oil Dev Co Regenerator apparatus for fluidizable solid materials
US2699836A (en) * 1951-10-15 1955-01-18 Phillips Petroleum Co Separation of gases by diffusion
US3361539A (en) * 1965-07-15 1968-01-02 Pyzel Robert Fluidized solids reactor
US3615213A (en) * 1969-05-01 1971-10-26 Air Reduction Method and apparatus for the production of carbon black
US3861885A (en) * 1971-09-22 1975-01-21 Inst Gas Technology Carbon black fuel production
JP3986711B2 (ja) 1998-07-21 2007-10-03 昭和電工株式会社 単層カーボンナノチューブの製造方法
US6919064B2 (en) * 2000-06-02 2005-07-19 The Board Of Regents Of The University Of Oklahoma Process and apparatus for producing single-walled carbon nanotubes
JP4160781B2 (ja) 2002-05-27 2008-10-08 三菱重工業株式会社 繊維状ナノ炭素の製造方法及び装置
JP3771881B2 (ja) * 2002-08-19 2006-04-26 三菱重工業株式会社 カーボンナノファイバーの製造方法及び装置
JP4064758B2 (ja) * 2002-08-19 2008-03-19 三菱重工業株式会社 カーボンナノファイバーの製造方法及び装置
JP3962773B2 (ja) * 2002-12-05 2007-08-22 独立行政法人科学技術振興機構 原料吹き付け式カーボンナノ構造物の製造方法及び装置
US7335344B2 (en) * 2003-03-14 2008-02-26 Massachusetts Institute Of Technology Method and apparatus for synthesizing filamentary structures
JP4045343B2 (ja) 2004-06-02 2008-02-13 国立大学法人信州大学 カーボンナノチューブの製造方法および変形カーボンナノチューブ
JP4697941B2 (ja) * 2005-05-11 2011-06-08 株式会社日本製鋼所 低級炭化水素の直接分解による機能性ナノ炭素及び水素の製造方法
JP2010018498A (ja) 2008-07-11 2010-01-28 Shinshu Univ カーボンナノチューブの製造方法及びカーボンナノチューブ
WO2010111624A1 (en) * 2009-03-26 2010-09-30 Northeastern University Carbon nanostructures from pyrolysis of organic materials
US8500868B2 (en) * 2009-05-01 2013-08-06 Massachusetts Institute Of Technology Systems and methods for the separation of carbon dioxide and water

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101421447A (zh) * 2006-04-15 2009-04-29 拜尔材料科学股份公司 流化床制备碳纳米管的方法
WO2010002025A1 (en) * 2008-06-30 2010-01-07 Showa Denko K. K. Process for producing carbon nanomaterial and system for producing carbon nanomaterial

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
YAYING JI，ET AL.: "A STUDY OF CARBON DEPOSITION ON CATALYSTS DURING THE CATALYTIC PARTIAL OXIDATION OF METHANE TO SYNGAS IN A FLUIDIZED BED", 《REACT. KINET. CATAL. LETT.》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111632558A (zh) * 2020-05-25 2020-09-08 南京行创新材料有限公司 一种连续制备纳米材料或制备改性纳米材料的装置和方法

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