CN114162805B - 一种碳纳米管生产系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种碳纳米管生产系统，属于化工设备技术领域。所述碳纳米管生产系统包括还原器，所述还原器连接有加剂罐、还原预热器、主反应器和还原尾气换热器，所述主反应器连接有第一预热器、第二预热器和碳粉冷却罐，主反应器上方设有排气口，所述排气口通过反应尾气换热器和反应尾气冷凝器连接有分液罐，所述分液罐连接有布袋除尘器，所述布袋除尘器连接有尾气焚烧炉；所述碳粉冷却罐连接有成品储罐。本发明反应温度均匀，对于强热效反应热扩散和热补充都有明显优势，反应时充分接触充分，反应质量高；反应质点均处于流动态，易于物料的加注和卸出，降低了能耗，提高了生产效率；自动化程度高，产品性能稳定。

Description

一种碳纳米管生产系统
技术领域
本发明涉及一种碳纳米管生产系统，属于化工设备技术领域。
背景技术
近年来，碳纳米管作为优良的导电剂，已在新能源汽车锂电池等行业得到广泛应用。这是由于其具有优异的导热、导电性及较好的机械强度等优点。此外碳纳米管的一维结构可以增强活性材料的粘结同时可以改善极片的性能，因此被用于新能源电池方面有很大的应用前景。
当前生产碳纳米管的设备主要有固定床反应器、移动床反应器、流化床反应器，由于固定床反应器和移动床反应器的传热和传质系数低、单位产能低，并且对应的能耗高，开发效率更高的生产设备对于碳纳米管的市场开发非常重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种碳纳米管生产系统，该系统反应温度均匀，对于强热效反应热扩散和热补充都有着明显的优势，反应时充分接触充分，反应质量高；反应质点均处于流动态，易于物料的加注和卸出，降低了能耗，提高了生产效率；采用自动化控制，自动化程度高，并明显提高产品性能稳定性。
本发明提供了一种碳纳米管生产系统，包括还原器，所述还原器连接有加剂罐、还原预热器、主反应器和还原尾气换热器，所述主反应器连接有第一预热器、第二预热器和碳粉冷却罐，主反应器上方设有排气口，所述排气口通过反应尾气换热器和反应尾气冷凝器连接有分液罐，所述分液罐连接有布袋除尘器，所述布袋除尘器连接有尾气焚烧炉；所述碳粉冷却罐连接有成品储罐。
本发明的一种实施方式中，所述加剂罐内设有催化剂，催化剂通过加剂罐进入到还原器。
本发明的一种实施方式中，所述还原器预热器通有氮气和氢气，经过还原器预热器加热后的氮气和氢气进入到还原器内，对还原器内的催化剂进行催活，催活后的催化剂进入到主反应器内。
本发明的一种实施方式中，所述第一预热器通有氮气和丙烯，氮气和丙烯经过第一预热器的加热后进入到主反应器内；所述第二预热器通有氮气和丙烯，氮气和丙烯经过第二预热器的加热后进入到主反应器内。
本发明的一种实施方式中，所述主反应器内设有至少两个喷头，第一预热器通过第一管道与主反应器，第二预热器通过第二管道与主反应器连接，所述第一管道和第二管道伸进主反应器内，分别与主反应器内的两个喷头连接。
本发明的一种实施方式中，所述还原尾气换热器还与分液罐连接。
本发明的一种实施方式中，所述碳粉冷却罐还与布袋除尘器连接。
本发明的一种实施方式中，所述主反应器的上方还设有防爆膜，所述防爆膜与分液罐连接。
本发明的一种实施方式中，所述加剂罐与还原器之间、还原器与还原尾气换热器之间、碳粉冷却罐和成品储罐之间、反应尾气冷凝器和分液罐之间均设有阀门。
本发明的一种实施方式中，所述阀门为电磁阀。
有益效果
1、本发明设置的还原预热器、第一预热器和第二预热器使得反应温度均匀，对于强热效反应热扩散和热补充都有着明显的优势；
2、本发明在主反应器设置喷头，喷头将氮气和丙烯吹扫在还原后的催化剂上，使催化剂浮动起来，实现了催化剂与氮气和丙烯的充分接触反应，提高了反应效率和质量；
3、本发明通过各个设备之间相互连接实现了反应质点均处于流动态，易于物料的加注和卸出，对于能耗和生产效率都有明显的提升。
4、本发明在加剂罐与还原器之间、还原器与还原尾气换热器之间、碳粉冷却罐和成品储罐之间、反应尾气冷凝器和分液罐之间均设有阀门，阀门为电磁阀，通过PLC控制系统对各阀门的开启或关闭进行控制，进一步控制催化剂和气体的流量，自动化程度高，并明显提高产品性能稳定性。
5、本发明在主反应器的上方设有防爆膜，所述防爆膜与分液罐连接；当主反应器内的气体压力过高时，防爆膜破裂，尾气直接进入到分液罐内，确保了主反应器内反应的安全可靠。
6、本发明主反应器内的反应尾气依次经过反应尾气换热器进行降温、反应尾气冷凝器进行冷凝、分液罐脱液、布袋除尘器除尘、尾气焚烧炉进行处理达标后排放，大大降低了对环境的污染，节能环保。
附图说明
图1为本发明碳纳米管生产系统的结构示意图。
其中：1、加剂罐；2、还原预热器；3、还原器；4、主反应器；5、还原尾气换热器；6、第一预热器；7、第二预热器；8、碳粉冷却罐；9、成品储罐；10、反应尾气换热器；11、反应尾气冷凝器；12、分液罐；13、布袋除尘器；14、尾气焚烧炉。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向。使用的词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
实施例1
一种碳纳米管生产系统，如图1所示，包括还原器3，所述还原器3连接有加剂罐1、还原预热器2、主反应器4和还原尾气换热器5，所述主反应器4连接有第一预热器6、第二预热器7和碳粉冷却罐8，主反应器4上方设有排气口，所述排气口通过反应尾气换热器10和反应尾气冷凝器11连接有分液罐12，所述分液罐12连接有布袋除尘器13，所述布袋除尘器13连接有尾气焚烧炉14；所述碳粉冷却罐8连接有成品储罐9。
进一步地，所述加剂罐1内设有催化剂，催化剂通过加剂罐1进入到还原器3；所述催化剂包括铁钴镁铝共沉淀催化剂，颗粒为20～120目。
进一步地，所述还原器预热器2通有氮气和氢气，经过还原器预热器2加热后的氮气和氢气进入到还原器3内，对还原器3内的催化剂进行催活，催活后的催化剂进入到主反应器4内。
进一步地，所述第一预热器6通有氮气和丙烯/乙烯，氮气和丙烯/乙烯经过第一预热器6的加热后进入到主反应器4内；所述第二预热器7通有氮气和丙烯/乙烯，氮气和丙烯/乙烯经过第二预热器7的加热后进入到主反应器4内。
进一步地，所述主反应器4内设有至少两个喷头，第一预热器6通过第一管道与主反应器4，第二预热器7通过第二管道与主反应器4连接，所述第一管道和第二管道伸进主反应器4内，分别与主反应器4内的两个喷头连接；所述喷头用于将氮气和丙烯/乙烯吹扫在还原后的催化剂上，使催化剂浮动起来，实现了催化剂与氮气和丙烯/乙烯的充分接触反应，提高了反应效率和质量。催化剂与氮气和丙烯/乙烯反应后生成碳纳米管粉末，生成的碳纳米管粉末进入到碳粉冷却罐8充分冷却后，然后输送至成品储罐9收集；主反应器4内的反应尾气依次经过反应尾气换热器10进行降温、反应尾气冷凝器11进行冷凝、分液罐12脱液、布袋除尘器13除尘、尾气焚烧炉14进行处理达标后排放。
进一步地，所述还原尾气换热器5还与分液罐12连接，在还原器3内催活催化剂产生的尾气通过尾气换热器5的换热降温后进入到分液罐12内，依次经过分液罐12脱液、布袋除尘器13除尘、尾气焚烧炉14进行处理达标后排放。
进一步地，所述碳粉冷却罐8还与布袋除尘器13连接，进入到碳粉冷却罐8内的碳纳米管粉会伴有尾气，在碳粉冷却罐8冷却碳纳米管粉末时，尾气进入到布袋除尘器13进行除尘、尾气焚烧炉14进行处理达标后排放。
进一步地，所述主反应器4的上方还设有防爆膜，所述防爆膜与分液罐12连接；当主反应器4内的气体压力过高时，防爆膜破裂，尾气直接进入到分液罐12内，确保了主反应器4内反应的安全可靠。
进一步地，所述加剂罐1与还原器3之间、还原器3与还原尾气换热器5之间、碳粉冷却罐8和成品储罐9之间、反应尾气冷凝器11和分液罐12之间均设有阀门。
进一步地，所述阀门为电磁阀，通过PLC控制系统对各阀门的开启或关闭进行控制，自动化程度高。
本发明的工作原理：所述碳纳米管生产系统通氮气保护升温，氧含量控制在1％以内，还原器预热器2和还原器3升温至500℃、第一预热器6和第二预热器7升温至600℃、主反应器4升温至660℃。
待以上设备的温度稳定后，通过加剂罐1投入800g催化剂至还原器3内，通入氮气30slm、氢气10slm，还原10分钟。
将还原后的催化剂输送至主反应器4。分阶段进气反应：第一阶段经过第一预热器6通入氮气60slm、丙烯20slm，同时经过第二预热器7通入氮气220slm、丙烯200slm，反应3分钟。第二阶段经过第一预热器6通入氮气150slm、丙烯150slm，同时经过第二预热器7通入氮气240slm、丙烯380slm，反应7分钟。第三阶段经过第一预热器6通入氮气200slm、丙烯350slm，同时经过第二预热器7通入氮气200slm、丙烯380slm，反应10分钟。第四阶段经过第一预热器6通入氮气140slm、丙烯400slm，同时经过第二预热器7通入氮气200slm、丙烯400slm，反应30分钟。
反应结束将碳纳米管粉末输送至碳粉冷却罐8充分冷却后，然后输送至成品储罐9收集。反应尾气依次经过反应尾气换热器10进行降温、反应尾气冷凝器11进行冷凝、分液罐12脱液、布袋除尘器13除尘、尾气焚烧炉14进行处理达标后排放。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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更换，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改，等同替换，改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种碳纳米管生产系统，其特征在于，包括还原器，所述还原器连接有加剂罐、还原预热器、主反应器和还原尾气换热器，所述主反应器连接有第一预热器、第二预热器和碳粉冷却罐，主反应器上方设有排气口，所述排气口通过反应尾气换热器和反应尾气冷凝器连接有分液罐，所述分液罐连接有布袋除尘器，所述布袋除尘器连接有尾气焚烧炉；所述碳粉冷却罐连接有成品储罐；
所述加剂罐内设有催化剂，催化剂通过加剂罐进入到还原器；
所述还原器预热器通有氮气和氢气，经过还原器预热器加热后的氮气和氢气进入到还原器内，对还原器内的催化剂进行催活，催活后的催化剂进入到主反应器内；
所述第一预热器通有氮气和丙烯，氮气和丙烯经过第一预热器的加热后进入到主反应器内；所述第二预热器通有氮气和丙烯，氮气和丙烯经过第二预热器的加热后进入到主反应器内；
所述主反应器内设有至少两个喷头，第一预热器通过第一管道与主反应器，第二预热器通过第二管道与主反应器连接，所述第一管道和第二管道伸进主反应器内，分别与主反应器内的两个喷头连接；
所述还原尾气换热器还与分液罐连接；
所述主反应器的上方还设有防爆膜，所述防爆膜与分液罐连接。
2.根据权利要求1所述的碳纳米管生产系统，其特征在于，所述碳粉冷却罐还与布袋除尘器连接。
3.根据权利要求2所述的碳纳米管生产系统，其特征在于，所述加剂罐与还原器之间、还原器与还原尾气换热器之间、碳粉冷却罐和成品储罐之间、反应尾气冷凝器和分液罐之间均设有阀门。
4.根据权利要求3所述的碳纳米管生产系统，其特征在于，所述阀门为电磁阀。
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Denomination of invention: A Carbon Nanotube Production System

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Pledgee: Bank of Jiangsu Wuxi branch Limited by Share Ltd. Huishan

Pledgor: WUXI DONGHENG NEW ENERGY TECHNOLOGY Co.,Ltd.

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