EA029229B1 - Carbon nanomaterials producing plant - Google Patents
Carbon nanomaterials producing plant Download PDFInfo
- Publication number
- EA029229B1 EA029229B1 EA201300754A EA201300754A EA029229B1 EA 029229 B1 EA029229 B1 EA 029229B1 EA 201300754 A EA201300754 A EA 201300754A EA 201300754 A EA201300754 A EA 201300754A EA 029229 B1 EA029229 B1 EA 029229B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- reactor
- installation
- nanomaterials
- gas
- catalyst
- Prior art date
Links
Classifications
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
- D01F9/00—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments
- D01F9/08—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments of inorganic material
- D01F9/12—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof
- D01F9/127—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by thermal decomposition of hydrocarbon gases or vapours or other carbon-containing compounds in the form of gas or vapour, e.g. carbon monoxide, alcohols
- D01F9/133—Apparatus therefor
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/05—Preparation or purification of carbon not covered by groups C01B32/15, C01B32/20, C01B32/25, C01B32/30
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/15—Nano-sized carbon materials
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии получения углеродных наноматериалов пиролизом углеводородов. Установка выполнена в виде колонны, состоящей из трех элементов: в верхей части колонны размещен блок подготовки газовой смеси, в средней части - каталитический реактор, в нижней части - термохимический реактор, который оборудован устройством удаления наноматериалов и шлюзом транспортировки продуктов за пределы установки.The invention relates to the technology of carbon nanomaterials by the pyrolysis of hydrocarbons. The unit is designed as a column consisting of three elements: a gas mixture preparation unit is located in the upper part of the column, a catalytic reactor is located in the middle part, a thermochemical reactor is in the lower part, which is equipped with a device for removing nanomaterials and a gateway for transporting products outside the unit.
029229 Β1029229 Β1
029229 Β1029229 Β1
029229029229
Изобретение относится к технологии получения углеродных наноматериалов пиролизом углеводородов.The invention relates to the technology of carbon nanomaterials by the pyrolysis of hydrocarbons.
Технология получения углеродных наноматериалов заключается в проведении пиролиза углеводородных газов или углеродсодержащих материалов в присутствии катализатора, например, на основе никеля или других активных металлов с последующим охлаждением продуктов пиролиза.The technology for producing carbon nanomaterials consists in carrying out the pyrolysis of hydrocarbon gases or carbon-containing materials in the presence of a catalyst, for example, based on nickel or other active metals, followed by cooling of the pyrolysis products.
Известно устройство, позволяющее обрабатывать исходные газообразные углеводороды (патент США № 5165909, 1992 г.). Согласно патенту пиролиз проводится в вертикальной печи, в верхней части которой расположены патрубок подачи углеводородного газа, ленточные нагреватели и бункер с катализатором, установлен питающий клапан, который подает в реакционную зону печи катализатор в виде порошкообразного никеля с добавкой алюминия. В нижней части устройства расположен второй патрубок подачи углеводородного газа. Расстояние между питающим клапаном и вторым патрубком подачи углеводородного газа является реакционной зоной, ниже которой расположено основание печи, снабженное фильтром, который является сборником готового продукта перед выгрузкой.A device that allows you to handle the source of gaseous hydrocarbons (US patent No. 5165909, 1992). According to the patent, pyrolysis is carried out in a vertical furnace, in the upper part of which there is a hydrocarbon gas supply nozzle, strip heaters and a bunker with a catalyst, a supply valve is installed, which supplies the catalyst in the form of nickel powder with aluminum additive to the reaction zone of the furnace. In the lower part of the device is located the second pipe supply of hydrocarbon gas. The distance between the supply valve and the second hydrocarbon gas supply nozzle is the reaction zone, below which the furnace base is located, equipped with a filter, which is a collection of the finished product before unloading.
Полученные в такой печи продукты пиролиза подвергаются длительному нагреву циркулирующим горячим газом, содержащим смесь углеводородного газа, продуктов пиролиза и катализатор, что может привести к обратному термическому разложению готового продукта. Другим недостатком этого устройства является невозможность равномерного распределения порошкообразного катализатора по всему рабочему объему печи. Это приводит к снижению эффективности пиролиза.The pyrolysis products obtained in such a furnace undergo prolonged heating by circulating hot gas containing a mixture of hydrocarbon gas, pyrolysis products and a catalyst, which can lead to a reverse thermal decomposition of the finished product. Another disadvantage of this device is the inability to evenly distribute the powdered catalyst throughout the working volume of the furnace. This leads to a decrease in the efficiency of pyrolysis.
Известен реактор для получения углеродных наноматериалов, лишенный недостатков аналога, по своей технической сущности наиболее близкий к предлагаемой установке и принятый в качестве прототипа (патент КИ 2389836, 2007 г.).Known reactor for the production of carbon nanomaterials, devoid of the disadvantages of analogue, in its technical essence is closest to the proposed installation and adopted as a prototype (patent KI 2389836, 2007).
Реактор по указанному патенту содержит корпус с крышкой. На крышке смонтирован узел подачи катализатора, состоящий из дозатора и распылителя, сообщающегося одним трубопроводом с линией подачи нейтрального газа - аргона, а другим трубопроводом с камерой-осадителем. Камера установлена в крышке реактора под приводом вращения, взаимодействующим со скребком и диском, установленными на основание. Под диском расположен патрубок подачи углеродсодержащего газа. На крышке реактора имеется патрубок отвода газообразных продуктов пиролиза.The reactor at the indicated patent contains a housing with a lid. A catalytic supply unit is mounted on the lid, consisting of a dispenser and a sprayer, which is connected by one pipeline to the neutral gas supply line - argon, and the other pipeline to the settling chamber. The camera is installed in the lid of the reactor under the drive rotation, interacting with the scraper and the disk mounted on the base. Under the disk is located the supply pipe of carbon-containing gas. On the lid of the reactor has a pipe outlet of the gaseous pyrolysis products.
Реактор работает следующим образом.The reactor operates as follows.
Перед началом работы из соображений безопасности полость реактора продувают аргоном. В камеру-осадитель также подают аргон и при включенном дозаторе через распылитель в полость камерыосадителя подают катализатор в пылевой форме. При вращении диска на него ровным слоем осаждают катализатор. В полость реактора при включенных нагревателях через нижний патрубок подают углеродсодержащий газ, который греют нагревателями, установленными в корпусе реактора. Разогретый газ взаимодействует со слоем катализатора, нанесенным на диск, с образованием нановолокнистой структуры на верхней поверхности диска. При вращении диска скребок снимает слой наноматериала с поверхности диска, и продукт направляется в сборник.Before starting, for safety reasons, the reactor cavity is flushed with argon. Argon is also fed into the precipitating chamber and, with the dispenser switched on, the catalyst in dust form is fed through the nebulizer into the cavity of the precipitator. When the disk is rotated, a catalyst is deposited on it in an even layer. When the heaters are turned on, carbon-containing gas is fed into the cavity of the reactor through the lower nozzle, which is heated by heaters installed in the reactor vessel. The heated gas interacts with the catalyst layer deposited on the disk to form a nanofiber structure on the upper surface of the disk. As the disc rotates, the scraper removes the layer of nanomaterial from the surface of the disc, and the product is sent to the collection.
Перечислим основные недостатки реактора. Скребок вместе с образовавшимся наноматериалом сгребает катализатор, и эта смесь поступает в накопитель конечного продукта. В результате целевой продукт засоряется катализатором и, кроме того, расходуется катализатор, не принимавший участие в реакции. Реактор работает в повторно-периодическом режиме - после окончания одного цикла выращивания наноматериала необходимо нанести на диск новый слой катализатора. Не прореагировавший газ вместе с газообразными продуктами пиролиза, нагретыми до высокой температуры, удаляется из установки, т.е. тепло, затраченное на нагрев этого газа, не используется. Кроме того, установка не технологична, требует постоянной разборки и очистки внутренних поверхностей крышки и корпуса от осаждающегося пылевидного катализатора.We list the main drawbacks of the reactor. The scraper, together with the nanomaterial formed, scoops the catalyst, and this mixture enters the drive of the final product. As a result, the target product is clogged with a catalyst and, in addition, consumes a catalyst that did not participate in the reaction. The reactor operates in the intermittent mode - after the end of one nanomaterial growth cycle, a new catalyst layer must be applied to the disk. Unreacted gas together with gaseous pyrolysis products, heated to a high temperature, is removed from the installation, i.e. the heat spent on heating this gas is not used. In addition, the installation is not technological, requires constant disassembly and cleaning of the inner surfaces of the cover and the housing from the deposited powdered catalyst.
Цель настоящего изобретения - создание технологичной установки, упрощение конструкции и повышение надежности в работе.The purpose of the present invention is to create a technologically advanced installation, simplifying the design and improving reliability in operation.
Другая цель изобретения состоит в получении качественных углеродных материалов с меньшими удельными энергозатратами.Another objective of the invention is to obtain high-quality carbon materials with lower specific energy consumption.
Поставленная цель достигается тем, что в установке для получения углеродных наноматериалов, содержащей реактор синтеза с нагревателем, систему подачи газов в реактор, трубопровод отвода газообразных продуктов пиролиза, установка содержит по крайней мере один агрегат в виде колонны, состоящей из термохимического реактора, каталитического реактора, блока подготовки газовой смеси, к которому присоединены устройство очистки термохимического реактора от наноматериалов, а также дожигатель синтез-газа и фильтр выхлопа, объединенные в единый комплекс.This goal is achieved by the fact that in an installation for producing carbon nanomaterials containing a synthesis reactor with a heater, a system for supplying gases to the reactor, a pipeline for withdrawing gaseous pyrolysis products, the installation contains at least one unit in the form of a column consisting of a thermochemical reactor, a catalytic reactor, a gas mixture preparation unit to which a device for cleaning a thermochemical reactor from nanomaterials is attached, as well as a synthesis gas after-burner and an exhaust filter combined into one th complex.
На фиг. 1 приведена блок-схема установки для получения углеродных наноматериалов, на фиг. 2 вид установки сбоку, а на фиг. 3 - вид установки в плане. Установка содержит два параллельно установленных агрегата 1, каждый из которых выполнен в виде колонны, состоящей из термохимического реактора 2, каталитического реактора 3, блока подготовки газовой смеси 4. К нижней части термохимического реактора примыкает устройство 5 очистки реактора от наноматериалов. Установка снабжена дожигателем 6 синтез-газа, который образуется при работе. Установка также оснащена вспомогательным оборудованием, включающим компрессор сжатого воздуха 7, вентиляторы 8, трубопроводы 9, тельфер 10,FIG. 1 shows a block diagram of an installation for producing carbon nanomaterials; FIG. 2 shows an installation side view, and in FIG. 3 - installation view in plan. The installation contains two units installed in parallel 1, each of which is made in the form of a column consisting of a thermochemical reactor 2, a catalytic reactor 3, a gas mixture preparation unit 4. A device 5 for cleaning the reactor from nanomaterials adjoins the lower part of the thermochemical reactor. The installation is equipped with an afterburner 6 synthesis gas, which is formed during operation. The installation is also equipped with auxiliary equipment, including a compressed air compressor 7, fans 8, pipelines 9, hoist 10,
- 1 029229- 1 029229
шкаф электропитания 11, пульты управления 12, фильтр выхлопа 13, объединенные в единый комплекс.power cabinet 11, control panels 12, exhaust filter 13, combined into a single complex.
Установка работает следующим образом.The installation works as follows.
Вначале производится разогрев блока подготовки газовой смеси 4, а также термохимического реактора 2. По мере подъема температуры в блоке подготовки газовой смеси в него начинает подаваться смесь углеводородных газов. Эта смесь из блока подготовки через отверстия, связывающие блок с каталитическим реактором 3, начинает поступать в собственно реактор. Каталитический реактор заполнен катализатором, состоящим из гранул окиси алюминия, обогащенных солями родия. На выходе из каталитического реактора образуются водород и углекислый газ. Эта смесь газов далее поступает в термохимический реактор 2, на стенках которого начинается образование и рост наноматериала.Initially, the gas mixture preparation unit 4 and the thermochemical reactor 2 are heated up. As the temperature rises in the gas mixture preparation unit, a mixture of hydrocarbon gases begins to flow into it. This mixture from the preparation block through the holes connecting the block to the catalytic reactor 3 begins to flow into the reactor itself. The catalytic reactor is filled with a catalyst consisting of alumina granules enriched in rhodium salts. Hydrogen and carbon dioxide are formed at the exit of the catalytic reactor. This mixture of gases then enters the thermochemical reactor 2, on the walls of which begins the formation and growth of nanomaterial.
По мере образования наноматериала включается механизм очистки 5 термохимического реактора. При накоплении на дне реактора достаточного количества наноматериала открывается шлюзовый затвор, продукт удаляется из каталитического реактора. При этом рабочий процесс не прекращается. Непрореагировавший синтез-газ из термохимического реактора поступает в дожигатель 6, из которого газы поступают в фильтр 13 и затем удаляются в атмосферу.As nanomaterial is formed, the cleaning mechanism of the 5 thermochemical reactor is activated. When a sufficient amount of nanomaterial accumulates on the bottom of the reactor, a lock gate opens, the product is removed from the catalytic reactor. In this case, the workflow does not stop. Unreacted synthesis gas from the thermochemical reactor enters the afterburner 6, from which the gases enter the filter 13 and then are removed to the atmosphere.
Рассмотрим некоторые особенности установки.Consider some features of the installation.
Конструкция установки технологична, легко разбирается и собирается вновь. Технологическая схема расположения основных узлов: блока подготовки газовой смеси, каталитического реактора и термохимического реактора такова, что позволяет организовать непрерывную работу установки сколь угодно долгое время. Горячие газы пиролиза поступают в дожигатель и фильтр и не загрязняют атмосферу. Сплошная термоизоляция установки позволяет минимизировать потери тепла, снизить энергозатраты на производство единицы целевого продукта. Наноматериал не засоряется катализатором, поскольку не применяется пылевидный катализатор.The installation design is technological, easily disassembled and assembled again. The technological layout of the main units: the gas mixture preparation unit, the catalytic reactor and the thermochemical reactor is such that it allows you to organize a continuous operation of the installation for an arbitrarily long time. Hot pyrolysis gases enter the afterburner and filter and do not pollute the atmosphere. The continuous thermal insulation of the installation allows minimizing heat loss and reducing energy consumption for the production of a unit of the target product. Nanomaterial is not clogged by the catalyst, since no pulverized catalyst is used.
Технические характеристики установки.Technical specifications of the installation.
1. Габаритные размеры: высота 5 м; площадь основания 6x2,5 м.1. Overall dimensions: height is 5 m; base area 6x2.5 m
2. Потребляемая мощность 2x50 кВт.2. Power consumption 2x50 kW.
3. Производительность 2x0,5 кг/ч.3. Productivity is 2x0,5 kg / h.
4. Реагирующие газы: воздух до 1,6 м3/ч; пропан-бутан до 1,5 м3/ч.4. Reaction gases: air up to 1.6 m 3 / h; propane-butane up to 1.5 m 3 / h.
5. Вид получаемого продукта - многослойные нанотрубки, нановолокна и структурированный углерод.5. The type of product obtained is multilayer nanotubes, nanofibres and structured carbon.
Claims (1)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA201300754A EA029229B1 (en) | 2013-07-23 | 2013-07-23 | Carbon nanomaterials producing plant |
| DE102013114610.4A DE102013114610B4 (en) | 2013-07-23 | 2013-12-20 | Plant for the production of carbon nanomaterials |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA201300754A EA029229B1 (en) | 2013-07-23 | 2013-07-23 | Carbon nanomaterials producing plant |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA201300754A1 EA201300754A1 (en) | 2015-01-30 |
| EA029229B1 true EA029229B1 (en) | 2018-02-28 |
Family
ID=52273954
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA201300754A EA029229B1 (en) | 2013-07-23 | 2013-07-23 | Carbon nanomaterials producing plant |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE102013114610B4 (en) |
| EA (1) | EA029229B1 (en) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU787806A1 (en) * | 1979-01-15 | 1980-12-15 | Предприятие П/Я В-8796 | Apparatus for afterburning waste cupola gases and preheating blast air |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5165909A (en) | 1984-12-06 | 1992-11-24 | Hyperion Catalysis Int'l., Inc. | Carbon fibrils and method for producing same |
| CA1321863C (en) * | 1986-06-06 | 1993-09-07 | Howard G. Tennent | Carbon fibrils, method for producing the same, and compositions containing same |
| JP2944246B2 (en) * | 1990-09-29 | 1999-08-30 | セントラル硝子株式会社 | Method for producing coiled carbon fiber |
| EP1277858B1 (en) * | 1999-09-01 | 2006-11-15 | Nikkiso Company Limited | Carbon fibrous matter, production device of carbon fibrous matter, production method of carbon fibrous matter and deposit prevention device for carbon fibrous matter |
| JP4782504B2 (en) * | 2005-08-03 | 2011-09-28 | 保土谷化学工業株式会社 | Fine carbon fiber production apparatus and production method thereof |
| US7374731B2 (en) * | 2005-09-02 | 2008-05-20 | Yonyu Plastics Co., Ltd. | Reaction apparatus for producing vapor-grown carbon fibers and continuous production system thereof |
| RU2389836C2 (en) | 2007-01-09 | 2010-05-20 | Алексей Григорьевич Ткачев | Reactor for production of fibrous carbon structures by catalytic pyrolysis |
| WO2012015044A1 (en) * | 2010-07-30 | 2012-02-02 | 保土谷化学工業株式会社 | Vapor grown carbon fiber aggregate |
| US20120189530A1 (en) * | 2011-01-20 | 2012-07-26 | Eden Energy Ltd. | System And Process For Producing Hydrogen And A Carbon Nanotube Product |
-
2013
- 2013-07-23 EA EA201300754A patent/EA029229B1/en unknown
- 2013-12-20 DE DE102013114610.4A patent/DE102013114610B4/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU787806A1 (en) * | 1979-01-15 | 1980-12-15 | Предприятие П/Я В-8796 | Apparatus for afterburning waste cupola gases and preheating blast air |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ТКАЧЕВ А.Г. и др. Аппаратура и методы синтеза твердотельных наноструктур. Москва, "Издательство Машиностроение-1", 2007, с. 162-165, рис. 6.17, 6.18 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE102013114610B4 (en) | 2019-03-07 |
| DE102013114610A1 (en) | 2015-01-29 |
| EA201300754A1 (en) | 2015-01-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| AU2012362083B2 (en) | Microwave plasma biomass entrained flow gasifier and process | |
| CN102776007B (en) | Continuous biomass pyrolytic carbon gas-oil poly-generation system | |
| CN100366710C (en) | Multi-nozzle coal water mixture or fine coal gasifying furnace and its industrial application | |
| MX2008014166A (en) | A heat recycling system for use with a gasifier. | |
| JP2015507673A5 (en) | ||
| CN106675595A (en) | Biomass pyrolysis gasification method and biomass pyrolysis gasification system | |
| CN109678156A (en) | A kind of revolving activation furnace preparing high-quality active carbon from coal | |
| KR20130065711A (en) | External heating type coal material decomposition apparatus with multiple tubes | |
| CN201520739U (en) | Continuous vertical closed gasification furnace | |
| EA029229B1 (en) | Carbon nanomaterials producing plant | |
| CN103896210A (en) | CH4-CO2 catalytic reforming reaction device and process thereof | |
| CN105441137A (en) | Gasification reactor | |
| CN203037048U (en) | Direct-reduction controlled-atmosphere rotary hearth furnace | |
| CN204111673U (en) | A kind of novel bionass continuous pyrolysis oven | |
| CN105174242A (en) | Vertical reaction furnace for continuous production of carbon nanotubes with preset catalyst | |
| TWI522453B (en) | Facility and method for producing synthesis gas | |
| CN205258368U (en) | Pyrolysis reactor | |
| CN206721119U (en) | A kind of coal gasification prepares also Primordial Qi and the system of activated carbon | |
| RU84015U1 (en) | INSTALLATION FOR THERMOCHEMICAL PROCESSING OF BIOMASS, PREFERREDLY WOOD Sawdust | |
| RU2389836C2 (en) | Reactor for production of fibrous carbon structures by catalytic pyrolysis | |
| RU88669U1 (en) | INSTALLATION FOR THE PRODUCTION OF WOOD COAL | |
| CN104804752A (en) | Timber continuous carbonization and gasification method and device | |
| CN103599681A (en) | Tail gas continuous processing device utilizing alkaline activation to prepare activated carbon and tail gas continuous processing method thereof | |
| CN211367487U (en) | High-efficiency reaction furnace for coal gas | |
| RU85984U1 (en) | GAS GENERATOR |