CN217887942U - 制备碳纳米管的流化床设备 - Google Patents

Abstract

本申请属于碳纳米管技术领域，尤其涉及一种制备碳纳米管的流化床设备，包括依次连通的活化单元、生长单元和纯化单元，其中，活化单元用于活化碳纳米管催化剂；生长单元用于催化碳纳米管的生长，包括设置在底部的第一进气口、设置在壁面的加热组件、设置在顶部的第一气固分离装置、以及环绕生长单元内壁设置的环形气体分布器；纯化单元用于纯化粗产物，包括设置在底部的第二进气口、设置在顶部的第二气固分离装置、以及设置在顶部的进液装置。本申请提供的制备碳纳米管的流化床设备，将三个单元结合到一起，简化了生产设备，提高了设备操作效率，降低了生产成本。物料在流化床设备中流化效果好，使制得的碳纳米管纯度高，结构完整度好。

Description

制备碳纳米管的流化床设备

技术领域

本申请属于碳纳米管技术领域，尤其涉及一种制备碳纳米管的流化床设备。

背景技术

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，最主要的方法包括三种：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、银等金属为催化剂，碳源气体为原料气，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化学气相沉积法，已有技术是采用流化床反应器，流化床反应器是批量化、连续化生产碳纳米管的常用设备。但是，流化床实际生产碳纳米管的过程中，常存在以下问题：1、反应室内的气体分配不够均匀，导致流化状态不佳；2、内部加热不均，导致温度差异难以控制，无法确保生长的碳纳米管形态一致，降低了碳纳米管的质量；3、产生的高温尾气没有得到有效的利用。

发明内容

本申请的目的在于提供一种制备碳纳米管的流化床设备，旨在一定程度上解决现有流化床设备生产碳纳米管的过程中存在流化状态不佳，影响碳纳米管质量的问题。

为实现上述申请目的，本申请采用的技术方案如下：

第一方面，本申请提供一种制备碳纳米管的流化床设备，包括依次连通的活化单元、生长单元和纯化单元，其中，

所述活化单元用于活化碳纳米管催化剂；

所述生长单元用于催化碳纳米管的生长，包括设置在底部的第一进气口、设置在壁面的加热组件、设置在顶部的第一气固分离装置、以及环绕所述生长单元内壁设置的环形气体分布器；

所述纯化单元用于纯化所述粗产物，包括设置在底部的第二进气口、设置在顶部的第二气固分离装置、以及设置在顶部的进液装置。

进一步地，沿所述生长单元的高度方向，所述加热组件包括设置在所述生长单元上部的第一加热组件和下部的第二加热组件。

进一步地，所述加热组件设置所述生长单元的外壁面。

进一步地，所述第一加热组件的加热温度低于所述第二加热组件的加热温度。

进一步地，所述环形气体分布器设置在所述第一加热组件的底部至所述第二加热组件的顶部区域。进一步地，所述环形气体分布器表面均匀分布气体喷嘴，向生长单元内部输送气体。

进一步地，所述第一气固分离装置的出料口设置有筛网。在本申请中，第一气固分离装置能够分离气体和粗产物，被分离的气体通过尾气输送管道导出，粗产物进入气固分离装置的出料口。进一步地在出料口处安装有筛网，用于进一步筛分物料。

进一步地，所述生长单元的容器壁下部为中空结构，所述中空结构包括相对设置的进气端和出气端；所述尾气通过所述第一气固分离装置的尾气输送管道输送至所述进气端，进入所述中空结构，从所述出气端排出。

进一步地，所述活化单元的底部与所述生长单元的顶部连通设置。在一些实施例中，在实际使用过程中，连通设置可根据需要设定为可打开闭合的推拉式门、电动门等。待活化单元内的催化剂活化完成后，打开所述门进入生长单元。

进一步地，所述生长单元还包括设置在所述第一进气口处的第一平板气体分布器。气体分布器是使进入流化床的气体在整个截面上均匀分布的设备。本申请优选采用平板式气体分布器。

进一步地，所述纯化单元还包括设置在所述第二进气口处的第二平板气体分布器。

进一步地，所述进液装置包括设置在所述纯化单元顶部的多个喷液口；

进一步地，所述纯化单元的壁面设置有加热单元。

进一步地，所述第二气固分离装置用于分离纯化的碳纳米管和尾气。在本申请中，第二气固分离装置采用本领域常规使用的气固分离装置。

进一步地，所述纯化单元还设置有卸料滑阀，用于收集纯化的碳纳米管。

本申请第一方面提供的制备碳纳米管的流化床设备，包括依次连通的活化单元、生长单元和纯化单元，其中，活化单元用于活化碳纳米管催化剂，活化的碳纳米管催化剂输送到所述生长单元进行碳纳米管的催化生长。生长单元的底部设置有进气口，用于为碳纳米管的流化生长提供碳源气体和载气。壁面设置有加热组件，用于为碳纳米管的催化生长提供合适的温度。环绕所述生长单元内壁设置有环形气体分布器，通过该环形气体分布器向生长单元内部输送气体，可改善生长单元中反应温度和物料浓度的均一性，并且能够有效防止生长单元的炉壁烧结积碳，进一步调节物料的流化状态。第一气固分离装置用于分离粗产物和尾气，所述粗产物输送至所述纯化单元，所述尾气通过所述第一气固分离装置的管道为所述生长单元重新供热。利用尾气的余热不但能为生长单元重新提供热能，促进生长单元内碳纳米管的催化生长，使能源得到了充分利用，而且降低尾气处理工序，节能环保。纯化单元用于纯化所述粗产物，包括设置在底部的第二进气口，用于为纯化处理提供气体，设置在顶部的第二气固分离装置用于分离纯化的产物和尾气，以及设置在顶部的进液装置用于为纯化处理添加物料。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，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申请的一些实施例，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是本申请实施例提供的制备碳纳米管的流化床设备的结构示意图；

图2是本申请实施例提供的制备碳纳米管的流化床设备的生长单元容器壁中空结构的示意图。

其中，图中各附图标记：

1—活化单元 2—生长单元 3—纯化单元 20—中空结构

21—第一进气口 22—第一平板气体分布器 23—第一加热组件

24—第二加热组件 25—环形气体分布器 26—第一气固分离装置

261—筛网 262—尾气输送管道 263—出气口 264—进料口

265—出料口 27—进气端 28—出气端 29—粗产物输送管道

31—第二进气口 32—第二平板气体分布器 33—进液装置

331—喷液口 34—第二气固分离装置 35—卸料滑阀

具体实施方式

为了使本申请要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本申请中，术语“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

本申请中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，“a，b或c中的至少一项(个)”，或，“a，b和c中的至少一项(个)”，均可以表示：a，b，c，a-b(即a和b)，a-c，b-c，或a-b-c，其中a，b，c分别可以是单个，也可以是多个。

应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，部分或全部步骤可以并行执行或先后执行，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

本申请说明书实施例中所提到的相关成分的重量不仅仅可以指代各组分的具体含量，也可以表示各组分间重量的比例关系，因此，只要是按照本申请说明书实施例相关组分的含量按比例放大或缩小均在本申请说明书实施例公开的范围之内。具体地，本申请说明书实施例中的质量可以是μg、mg、g、kg等化工领域公知的质量单位。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，用来将目的如物质彼此区分开，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。例如，在不脱离本申请实施例范围的情况下，第一XX也可以被称为第二XX，类似地，第二XX也可以被称为第一XX。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

如附图1所示，本申请实施例第一方面提供一种制备碳纳米管的流化床设备，包括依次连通的活化单元1、生长单元2和纯化单元3，其中，

活化单元1用于活化碳纳米管催化剂；

生长单元2用于催化碳纳米管的生长，包括设置在底部的第一进气口21、设置在壁面的加热组件、设置在顶部的第一气固分离装置26、以及环绕生长单元2内壁设置的环形气体分布器25；

纯化单元3用于纯化粗产物，包括设置在底部的第二进气口31、设置在顶部的第二气固分离装置34、以及设置在顶部的进液装置33。

本申请实施例第一方面提供的制备碳纳米管的流化床设备，包括依次连通的活化单元1、生长单元2和纯化单元3，其中，活化单元1用于活化碳纳米管催化剂，活化的碳纳米管催化剂输送到生长单元2进行碳纳米管的催化生长。生长单元2的底部设置有进气口，用于为碳纳米管的流化生长提供碳源气体和载气。壁面设置有加热组件，用于为碳纳米管的催化生长提供合适的温度。环绕生长单元2内壁设置有环形气体分布器25，通过该环形气体分布器25向生长单元内部输送气体，可改善生长单元2中反应温度和物料浓度的均一性，并且能够有效防止生长单元2的炉壁烧结积碳，进一步调节物料的流化状态。第一气固分离装置26用于分离粗产物和尾气，粗产物输送至纯化单元3，尾气通过第一气固分离装置26的管道为生长单元2重新供热。利用尾气的余热不但能为生长单元2重新提供热能，促进生长单元2内碳纳米管的催化生长，使能源得到了充分利用，而且降低尾气处理工序，节能环保。纯化单元3用于纯化粗产物，包括设置在底部的第二进气口31，用于为纯化处理提供气体，设置在顶部的第二气固分离装置34用于分离纯化的产物和尾气，以及设置在顶部的进液装置33用于为纯化处理添加物料。本申请实施例提供的制备碳纳米管的流化床设备，将三个单元结合到一起，简化了生产设备，提高了设备操作效率，降低了生产成本。物料在流化床设备中流化效果好，使制得的碳纳米管纯度高，结构完整度好。

在一些实施例中，活化单元1的底部与生长单元2的顶部连通设置，经过活化处理后的碳纳米管催化剂可直接从活化单元1的底部通过生长单元2的顶部进入生长单元2，简化生产工艺。在一些具体实施例中，在实际使用过程中，连通设置可根据需要设定为可打开闭合的推拉式门、电动门等。待活化单元1内的催化剂活化完成后，打开连通设置的门进入生长单元2。

在一些实施例中，活化单元1中活化反应的条件包括：在温度为300～400℃，还原气氛流速为80～120L/min的条件下反应10～30分钟。在这种情况下，能够使碳纳米管催化剂充分活化，还原碳纳米管催化剂中金属氧化物，提高催化剂的催化活性，确保反应效率。

在一些实施例中，还原气氛包括体积比为(1～2)：1的氢气和保护气体。在这种条件下，对碳纳米管催化剂有更好的还原效果。在一些具体实施例中，惰性气体包括氮气、氩气、氦气中的至少一种。

在一些实施例中，碳纳米管催化剂中包含铁、钼、钴、镍、钛、钒、铬、锰、钌、铅、银、铂、金中的至少一种金属元素。

在一些实施例中，沿生长单元2的高度方向，加热组件包括设置在生长单元2上部的第一加热组件23和下部的第二加热组件24。在这种情况下，在生长单元2中设置两个加热组件，可设定不同的加热温度，实现分区控温，节能效果好。

在一些实施例中，加热组件设置生长单元2的外壁面。在这种情况下，方便加热组件拆卸调整，更容易实现分区控温。

在一些实施例中，第一加热组件23的加热温度低于第二加热组件24的加热温度。在这种情况下，靠近下部的第二加热组件24有更高的加热温度，能够更好的催化底部的活化催化剂生长碳纳米管，反应活性高，催化效果好，设置在上部的第一加热组件23温度相对较低，催化剂物料随着气流在流化床内往上运动，第一加热组件23的加热温度足够使催化剂继续催化碳纳米管生长。这样设置节能效果好。在一些具体实施例中，沿生长单元2的高度方向包括设置在上部的第一加热组件23和下部的第二加热组件24，第一加热组件23的加热温度为550～600℃，第二加热组件24的加热温度为700～750℃。

在一些实施例中，环形气体分布器25设置在第一加热组件23的底部至第二加热组件24的顶部区域。本申请实施例考虑到第一加热组件23的底部到第二加热组件24的顶部区域，反应温度较高，碳纳米管生长催化活性较高，物料密度高，且在这个区域物料更容易团聚，因而在这个区域设置环形气体分布器25可有效改善物料的流化状态，降低物料团聚的风险，同时防止炉壁烧结积碳。在一些实施例中，环形气体分布器25的表面均匀分布气体喷嘴，通过气体喷嘴向生长单元内部均匀平稳地输送气体。

在一些实施例中，环形气体分布器25的气体流速为50～150L/min；在这种情况下，环形气体分布器25的气体流速既能够进一步改善生长单元2内区域温度分布和浓度分布的均一性，进一步调节物料的流化状态，使产物更好的进入分离器中出料；又能够避免气体流速过大干扰物料的流化状态，使物料能够稳定且充分的运动至气固分离装置进行分离。

在一些实施例中，第一气固分离装置26的出料口264设置有筛网261，筛网261用于对第一气固分离装置26分离的粗产物进行筛分，粒度合格的粗产物输送到纯化单元3，粒度不合格的粗产物重新回到生长单元2。碳纳米管粗产物随气流通过第一气固分离装置26的进料口265进入，通过第一气固分离装置26将碳纳米管粗产物和气体分离，被第一气固分离装置26分离得到的碳纳米管粗产物被出料口264的筛网261进行筛分，大颗的碳纳米管粗产物直接通过粗产物输送管道29输送至纯化单元3进行纯化，小颗粒的粗产物透过筛网261重新回到生长单元2，再次进行碳纳米管的催化生长。尾气通过第一气固分离装置26的尾气输送管道262为生长单元2重新供热。在这种情况下，利用尾气的余热不但能为生长单元2重新提供热能，促进生长单元2内催化反应进行，使能源得到了充分利用，而且降低尾气处理工序，节能环保。

在一些实施例中，如附图2所示，生长单元2的容器壁下部为中空结构20，中空结构20包括相对设置的进气端27和出气端28；尾气通过第一气固分离装置26的尾气输送管道262输送至进气端27，进入中空结构20，从出气端28处的出气口263排出。在这种情况下，尾气被第一气固分离装置26分离后，通过尾气输送管道262输送至进气端27进入中空结构20，利用尾气的余热为生长单元2提供热能后，再从中空结构20的出气端28处的出气口263排出。在一些实施例中，进气端27的入口处和出气端28的出口处还设置有多个气嘴，进一步地气嘴均匀分布，有利于提高气流的平稳。

在一些实施例中，生长单元2还包括设置在第一进气口21处的第一平板气体分布器22；通过该平板气体分布器使进入生长单元2的碳源气体和惰性气氛更平稳，分布更均匀，且有利于调节气体的流速。本申请实施例气体分布器是使进入流化床的气体在整个截面上均匀分布的设备。本申请实施例优选采用平板式气体分布器。

在一些实施例中，碳源气体和惰性气氛从生长单元2的底部进气口进入。在一些具体实施例中，碳源气体的流速为450～600L/min，惰性气氛的流速为600～700L/min。在一些实施例中，碳源气体包括但不限于丙烯、乙烯、己烷、乙炔、甲烷、丁烷、一氧化碳、苯、乙醇中的至少一种。在一些实施例中，惰性气氛包括氮气、氩气、氦气中的至少一种。

在一些实施例中，进液装置33包括设置在纯化单元3顶部的多个喷液口331；通过多个喷液口331同时向纯化单元3内的粗产物喷洒纯化液体，使纯化液体能够更均匀充分的与粗产物接触反应，提高纯化效率。

在一些实施例中，纯化单元3的壁面设置有加热单元，通过加热单元为纯化单元3的中碳纳米管粗产物的纯化提供合适的反应温度。在一些实施例中，加热单元设置在纯化单元3的内壁面或者外壁面，或者内壁面和外壁面同时设置有加热单元。

在一些实施例中，纯化单元3的反应步骤包括：将粗产物输送到纯化单元3后，向粗产物喷洒浓盐酸，并使粗产物处于沸腾状态，在温度为1000～1200℃的条件下反应30～90分钟，得到碳纳米管。

在一些实施例中，第二气固分离装置34用于分离纯化的碳纳米管和尾气，尾气通过第二气固分离装置34排出，纯化的碳纳米管保留在纯化单元3。

在一些实施例中，纯化单元3还设置有卸料滑阀35，用于收集纯化的碳纳米管，纯化完后的碳纳米管通过卸料滑阀35收集。

在一些实施例中，纯化单元3还包括设置在第二进气口31处的第二平板气体分布器32，通过该平板气体分布器使进入纯化单元3的气体更平稳，分布更均匀，且有利于调节气体的流速。在一些具体实施例中，从纯化单元3的底部通入流速为400～600L/min的惰性气氛。在一些具体实施例中，在纯化单元3中，浓盐酸溶液从上部喷淋到粗产物中，纯化单元3的下部连续通入氮气等惰性气氛，使粗产物物料在浓盐酸内部处于翻腾状态，提高浓盐酸对粗产物中金属杂质和碳杂质的接触及溶解去除效率。

在一些具体实施例中，制备碳纳米管的流化床设备包括依次连通的活化单元1、生长单元2和纯化单元3，其中，活化单元1用于活化碳纳米管催化剂，活化的碳纳米管催化剂输送到生长单元2；活化单元1的底部与生长单元2的顶部连通设置。生长单元2用于催化碳纳米管的生长，包括设置在底部的第一进气口21、设置在壁面的加热组件、设置在顶部的第一气固分离装置26、以及环绕生长单元2内壁设置的环形气体分布器25；其中，生长单元2还包括设置在第一进气口21处的第一平板气体分布器22。沿生长单元2的高度方向，加热组件包括设置在生长单元2上部的第一加热组件23和下部的第二加热组件24；且第一加热组件23的加热温度低于第二加热组件24的加热温度，加热组件设置生长单元2的外壁面。环形气体分布器25设置在第一加热组件23的底部至第二加热组件24的底部区域。第一气固分离装置26用于分离粗产物和尾气，包括进料口265和出料口264，碳纳米管粗产物随气流通过进料口265进入第一气固分离装置26进行气固分离，出料口264设置有筛网261，筛网261用于对第一气固分离装置26分离的粗产物进行筛分，粒度合格的粗产物输送到纯化单元3，粒度不合格的粗产物重新回到生长单元2。生长单元2的容器壁为中空结构20，中空结构20包括相对设置的进气端27和出气端28；尾气通过第一气固分离装置26的尾气输送管道262输送至进气端27，进入中空结构20，从出气端28处的出气口263排出。纯化单元3用于纯化粗产物，包括设置在底部的第二进气口31，第二进气口31处还设置有第二平板气体分布器32，通过该平板气体分布器使进入纯化单元3的气体更平稳，分布更均匀，且有利于调节气体的流速。设置在顶部的第二气固分离装置34，用于分离纯化的碳纳米管和尾气；以及设置在顶部的进液装置33，进液装置33还包括设置在纯化单元3顶部的多个喷液口331。纯化单元3还设置有卸料滑阀35，用于收集纯化的碳纳米管。纯化单元3的壁面还设置有加热单元，通过加热单元为纯化单元3的中碳纳米管粗产物的纯化提供合适的反应温度。

在一些实施例中，制备碳纳米管的流化床设备制备碳纳米管的工艺流程包括步骤：

S01.将碳纳米管催化剂添加到流化床设备的活化单元1中，在温度为300～400℃，还原气氛流速为80～120L/min的条件下进行活化反应10～30分钟；其中，还原气氛包括体积比为(1～2)：1的氢气和保护气体。

S02.活化单元1设置在生长单元2的顶部，在脉冲气体的协助下，活化催化剂从活化单元1的底部通过生长单元2的顶部进入生长单元2的底部；设置第一加热组件23的加热温度为550-600℃、第二加热组件24的加热温度为700-750℃，将生长单元2的温度升至设定温度后，从生长单元2的底部第一进气口21通过第一平板气体分布器22以450～600L/min流速通入碳源气体和以600～700L/min流速通入惰性气氛，同时设置在第一加热组件23的底部到第二加热组件24的底部区域的环形气体分布器25沿生长单元2的内部以50～150L/min流速输出惰性气氛；活性催化剂催化碳纳米管生长，并随着气流往生长单元2的顶部运动。当物料运动至生长单元2的顶部时，从进料口265进入第一气固分离装置26分离成粗产物和尾气。其中，第一气固分离装置26的出料口264设置的筛网261进一步对粗产物进行筛分，将粒度合格的粗产物通过粗产物输送管道29输送到纯化单元3，粒度不合格的粗产物重新回到生长单元2。另外，尾气通过第一气固分离装置26的尾气输送管道262输送至进气端27进入生长单元2容器壁的中空结构20，利用尾气的余热为生长单元2提供热能后，再从中空结构20的出气端28处的出气口263排出。

S03.将粗产物输送到纯化单元3后，从纯化单元3的顶部的进液装置33的多个喷液口331向粗产物喷洒浓盐酸，并从纯化单元3的底部的第二进气口31通过第二平板气体分布器32以400～600L/min流速通入惰性气氛，并使粗产物处于沸腾状态，在温度为1000～1200℃的条件下反应30～90分钟，尾气通过第二气固分离装置34分离排出，纯化后的碳纳米管产物通过卸料滑阀35收集，即得到纯化的碳纳米管。

为使本申请上述实施细节和操作能清楚地被本领域技术人员理解，以及本申请实施例制备碳纳米管的流化床设备的进步性能显著的体现，以下通过多个实施例来举例说明上述技术方案。

实施例1

一种制备碳纳米管的流化床设备，其结构示意图如附图1所示，其制备碳纳米管的工艺流程包括步骤：

1、将催化剂载体载付的Fe-Mo合金加入到活化单元1中，通入80L/min体积比为2:1的氢气和氮气，还原10min，还原温度300℃，得到活化催化剂；然后用氮气将活化催化剂脉冲输入输送至生长单元2的炉内。还活化单元1的底部安装在生长单元2的顶部，两者之间设置有开关通道。

2、在生长单元2中设置第一加热组件23的加热温度为550℃、第二加热组件24的加热温度为700℃。反应炉内达到设定温度后，通过第一进气口21通入碳源气体和氮气，并且设置第一平板气体分布器22的气体流速为450L/min的丙烯和600L/min的氮气，设置环形气体分布器25的气体流速为50L/min的氮气。环形气体分布器25围绕炉壁一圈，向内输送气体，防止炉壁烧结积碳，也可以进一步调节物料的流化状态。

3、物料从底部一直反应到顶部，通过进料口265进入第一气固分离装置26，其中第一气固分离装置26分离出来的尾气经过尾气输送管道262输送进入生长单元2下部的中空结构20中对下部的炉壁供热后排出。此外，分离出来的粗产物经过第一气固分离装置26出料口264设置的筛网261，大颗粒料从粗产物输送管道29输送至纯化单元3，小颗粒透过筛网261再次进入生长单元2内反应。从碳源进入到最终排出的时间大概是40-60min。

4、当反应完成后，粗产物入纯化单元3，产生的尾气从出气端28处的出气口263排出。从纯化单元3上部进液装置33的喷液口331不断喷洒浓盐酸，从纯化单元3下部的第二进气口31连续通入氮气，并通过第二平板气体分布器32调节速率为450L/min，使物料处于沸腾状态，反应温度设置为1200℃，纯化50分钟，在纯化单元3的顶部设置有第二气固分离装置34，分离纯化产物和尾气，将纯化后的碳纳米管经卸料滑阀35吹扫至小碳粉罐收集，即得纯化的碳纳米管。

实施例2

一种制备碳纳米管的流化床设备，其结构示意图如附图1所示，其制备碳纳米管的工艺流程包括步骤：

1、将催化剂载体载付的Fe-Ni合金加入到活化单元1中，通入120L/min体积比为2:1的氢气和氮气，还原10min，还原温度400℃，得到活化催化剂；然后用氮气将活化催化剂脉冲输入输送至生长单元2的炉内。活化单元1的底部安装在生长单元2的顶部，两者之间设置有开关通道。

2、在生长单元2中设置第一加热组件23的加热温度为600℃、第二加热组件24的加热温度为750℃。反应炉内达到设定温度后，通过第一进气口21通入碳源气体和氮气，并且设置第一平板气体分布器22的气体流速为600L/min的丙烯和700L/min的氮气，设置环形气体分布器25的气体流速为150L/min的氮气。环形气体分布器25围绕炉壁一圈，向内输送气体，防止炉壁烧结积碳，也可以进一步调节物料的流化状态。

3、物料从底部一直反应到顶部，通过进料口265进入第一气固分离装置26，其中第一气固分离装置26分离出来的尾气经过尾气输送管道262输送进入生长单元2下部的中空结构20中对下部的炉壁供热后排出。此外，分离出来的粗产物经过第一气固分离装置26出料口264设置的筛网261，大颗粒料从粗产物输送管道29输送至纯化单元3，小颗粒透过筛网261再次进入生长单元2内反应。从碳源进入到最终排出的时间大概是40-60min。

4、当反应完成后，粗产物入纯化单元3，产生的尾气从出气端28处的出气口263排出。从纯化单元3上部进液装置33的喷液口331不断喷洒浓盐酸，从纯化单元3下部的第二进气口31连续通入氮气，并通过第二平板气体分布器32调节速率为500L/min，使物料处于沸腾状态，反应温度设置为1150℃，纯化55分钟，在纯化单元3的顶部设置有第二气固分离装置34，分离纯化产物和尾气，将纯化后的碳纳米管经卸料滑阀35吹扫至小碳粉罐收集，即得纯化的碳纳米管。

实施例3

一种制备碳纳米管的流化床设备，其结构示意图如附图1所示，其制备碳纳米管的工艺流程包括步骤：

1、将催化剂载体载付的Fe-Co合金加入到活化单元1中，通入100L/min体积比为2:1的氢气和氮气，还原10min，还原温度350℃，得到活化催化剂；然后用氮气将活化催化剂脉冲输入输送至生长单元2的炉内。还活化单元1的底部安装在生长单元2的顶部，两者之间设置有开关通道。

2、在生长单元2中设置第一加热组件23的加热温度为580℃、第二加热组件24的加热温度为720℃。反应炉内达到设定温度后，通过第一进气口21通入碳源气体和氮气，并且设置第一平板气体分布器22的气体流速为500L/min的丙烯和650L/min的氮气，设置环形气体分布器25的气体流速为100L/min的氮气。环形气体分布器25围绕炉壁一圈，向内输送气体，防止炉壁烧结积碳，也可以进一步调节物料的流化状态。

3、物料从底部一直反应到顶部，通过进料口265进入第一气固分离装置26，其中第一气固分离装置26分离出来的尾气经过尾气输送管道262输送进入生长单元2下部的中空结构20中对下部的炉壁供热后排出。此外，分离出来的粗产物经过第一气固分离装置26出料口264设置的筛网261，大颗粒料从粗产物输送管道29输送至纯化单元3，小颗粒透过筛网261再次进入生长单元2内反应。从碳源进入到最终排出的时间大概是40-60min。

4、当反应完成后，粗产物入纯化单元3，产生的尾气从出气端28处的出气口263排出。从纯化单元3上部进液装置33的喷液口331不断喷洒浓盐酸，从纯化单元3下部的第二进气口31连续通入氮气，并通过第二平板气体分布器32调节速率为450L/min，使物料处于沸腾状态，反应温度设置为1100℃，纯化60分钟，在纯化单元3的顶部设置有第二气固分离装置34，分离纯化产物和尾气，将纯化后的碳纳米管经卸料滑阀35吹扫至小碳粉罐收集，即得纯化的碳纳米管。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种制备碳纳米管的流化床设备，其特征在于，包括依次连通的活化单元、生长单元和纯化单元，其中，

所述活化单元用于活化碳纳米管催化剂；

所述生长单元用于催化碳纳米管的生长，包括设置在底部的第一进气口、设置在壁面的加热组件、设置在顶部的第一气固分离装置、以及环绕所述生长单元内壁设置的环形气体分布器；

所述纯化单元用于纯化粗产物，包括设置在底部的第二进气口、设置在顶部的第二气固分离装置、以及设置在顶部的进液装置。

2.如权利要求1所述制备碳纳米管的流化床设备，其特征在于，沿所述生长单元的高度方向，所述加热组件包括设置在所述生长单元上部的第一加热组件和下部的第二加热组件；

和/或，所述加热组件设置在所述生长单元的外壁面。

3.如权利要求2所述制备碳纳米管的流化床设备，其特征在于，所述第一加热组件的加热温度低于所述第二加热组件的加热温度。

4.如权利要求3所述制备碳纳米管的流化床设备，其特征在于，所述环形气体分布器设置在所述第一加热组件的底部至所述第二加热组件的顶部区域。

5.如权利要求1～4任一项所述制备碳纳米管的流化床设备，其特征在于，所述第一气固分离装置的出料口设置有筛网。

6.如权利要求5所述制备碳纳米管的流化床设备，其特征在于，所述生长单元的容器壁下部为中空结构，所述中空结构包括相对设置的进气端和出气端；尾气通过所述第一气固分离装置的尾气输送管道输送至所述进气端，进入所述中空结构，从所述出气端排出。

7.如权利要求1或6所述制备碳纳米管的流化床设备，其特征在于，所述活化单元的底部与所述生长单元的顶部连通设置。

8.如权利要求7所述制备碳纳米管的流化床设备，其特征在于，所述生长单元还包括设置在所述第一进气口处的第一平板气体分布器；

和/或，所述纯化单元还包括设置在所述第二进气口处的第二平板气体分布器。

9.如权利要求1或8所述制备碳纳米管的流化床设备，其特征在于，所述进液装置包括设置在所述纯化单元顶部的多个喷液口；

和/或，所述纯化单元的壁面设置有加热单元。

10.如权利要求9所述制备碳纳米管的流化床设备，其特征在于，所述第二气固分离装置用于分离纯化的碳纳米管和尾气；

所述纯化单元还设置有卸料滑阀，用于收集纯化的碳纳米管。

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