RU2424184C2 - Reactor for synthesis of carbon nanotubes - Google Patents

Reactor for synthesis of carbon nanotubes Download PDF

Info

Publication number
RU2424184C2
RU2424184C2 RU2009124830/05A RU2009124830A RU2424184C2 RU 2424184 C2 RU2424184 C2 RU 2424184C2 RU 2009124830/05 A RU2009124830/05 A RU 2009124830/05A RU 2009124830 A RU2009124830 A RU 2009124830A RU 2424184 C2 RU2424184 C2 RU 2424184C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
catalyst
container
reactor
disk
carbon
Prior art date
Application number
RU2009124830/05A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2009124830A (en
Inventor
Алексей Григорьевич Ткачев (RU)
Алексей Григорьевич Ткачев
Владимир Федорович Першин (RU)
Владимир Федорович Першин
Сергей Владимирович Мищенко (RU)
Сергей Владимирович Мищенко
Владимир Николаевич Артемов (RU)
Владимир Николаевич Артемов
Максим Алексеевич Ткачев (RU)
Максим Алексеевич Ткачев
Снежана Владимировна Першина (RU)
Снежана Владимировна Першина
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования "Тамбовский государственный технический университет" ГОУ ВПО "ТГТУ"
Учреждение Российской академии наук Институт проблем химической физики (ГОУ ИПХФ РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования "Тамбовский государственный технический университет" ГОУ ВПО "ТГТУ", Учреждение Российской академии наук Институт проблем химической физики (ГОУ ИПХФ РАН) filed Critical Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования "Тамбовский государственный технический университет" ГОУ ВПО "ТГТУ"
Priority to RU2009124830/05A priority Critical patent/RU2424184C2/en
Publication of RU2009124830A publication Critical patent/RU2009124830A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2424184C2 publication Critical patent/RU2424184C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

FIELD: process engineering.
SUBSTANCE: invention relates to production of fibrous carbon materials via pyrolysis of aromatic and not aromatic hydrocarbons. First, catalyst is sprayed in proportioning and precipitation apparatus. Container 6 with precipitated catalyst is transferred on disk by manipulator 3. Heaters arranged above said disk and its rotation drive are cut in. Carbon-containing gas is fed under gas distribution casing. Unreacted gas and pyrolysis gaseous products are discharged via reaction gas bleed branch pipes. After synthesis of carbon nanotubes carbon-containing gas feed is terminated and heaters are switched off. Cooling is switched on. Container 6 with synthesised nanotubes is withdrawn after depressurisation of reactor.
EFFECT: higher quality of synthesised carbon material and efficiency of reactor.
2 cl, 9 dwg

Description

Изобретение относится к технологии получения волокнистых углеродных материалов методом пиролиза ароматических и неароматических углеводородов.The invention relates to a technology for producing fibrous carbon materials by the pyrolysis of aromatic and non-aromatic hydrocarbons.

Известно устройство, позволяющее обрабатывать исходные газообразные углеводородные продукты. В патенте США №5165909, МПК D01F 9/10, 1992 г. предпочтение отдано таким газам, как ацетилен (температура карбонизации 500°С) и метан (температура карбонизации ниже 1000°С). Согласно патенту пиролиз проводится в вертикальной печи, в верхней части которой расположены патрубок подачи углеводородного газа, ленточные нагреватели и бункер с катализатором. В нижней части бункера с катализатором установлен питательный клапан, который подает в реакционную зону печи катализатор в виде порошкообразного никеля с добавлением алюминия. В нижней части 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, являющимся сборником готового продукта перед его выгрузкой.A device is known that allows you to process the source of gaseous hydrocarbon products. In US patent No. 5165909, IPC D01F 9/10, 1992, preference is given to gases such as acetylene (carbonization temperature 500 ° C) and methane (carbonization temperature below 1000 ° C). According to the patent, pyrolysis is carried out in a vertical furnace, in the upper part of which there is a pipe for supplying hydrocarbon gas, belt heaters and a hopper with a catalyst. A feed valve is installed at the bottom of the catalyst hopper, which feeds the catalyst into the reaction zone of the furnace in the form of powdered nickel with the addition of aluminum. At the bottom there is a second hydrocarbon gas supply pipe. The distance between the feed valve and the second hydrocarbon gas supply pipe is the reaction zone, below which is the base of the furnace, equipped with a filter, which is the collection of the finished product before unloading.

Однако в такой печи полученные продукты пиролиза подвергаются длительному нагреву циркулирующим горячим газом, содержащим смесь углеводородного газа, продуктов пиролиза и катализатора, что может привести к термическому разложению готового продукта. Другим недостатком известного устройства является невозможность равномерного распределения порошкообразного катализатора равномерно по всему живому сечению печи. Это приводит к снижению эффективности пиролиза из-за неравномерности распределения катализатора (смесь никеля с 10% алюминия).However, in such a furnace, the resulting pyrolysis products are subjected to prolonged heating by circulating hot gas containing a mixture of hydrocarbon gas, pyrolysis products and a catalyst, which can lead to thermal decomposition of the finished product. Another disadvantage of the known device is the inability to uniformly distribute the powder catalyst evenly over the entire living section of the furnace. This leads to a decrease in the pyrolysis efficiency due to the uneven distribution of the catalyst (a mixture of nickel with 10% aluminum).

Известен также реактор для получения волокнистых углеродных структур каталитическим пиролизом (Патент РФ №2310023, МПК D01F 9/10, 2007 г.), содержащий корпус, выполненный из двух соединенных замками частей, причем верхняя часть корпуса соединена с трубопроводами подачи углеводородного газа и отбора газообразных продуктов пиролиза, а в нижней части установлены нагреватели, и соединенный с приводом вращения диск. В этом реакторе в верхней части также расположен узел подачи катализатора, а в нижней - сборник готового продукта и трубопровод подачи углеродсодержащего газа, причем реактор снабжен соединенной с узлом подачи катализатора камерой-осадителем, установленной над соединенным с приводом вращения и взаимодействующим с неподвижным скребком диском, под которым установлена емкость готового продукта, и нагревателями, расположенными над и под вращающимся диском, а в верхней части корпуса и камеры-осадителя расположены патрубки отбора продуктов пиролиза. Узел подачи катализатора выполнен в виде дозатора, соединенного через распылитель с линией подачи газа, снабженной нагревателем. Сборник готового продукта соединен с линией подачи инертного газа. Вращающийся диск снабжен установленными на его нижней поверхности лопастями. Камера-осадитель выполнена в виде перевернутого стакана с сечением в форме сектора. Емкость готового продукта закреплена на соединенной с корпусом цилиндрической обечайке.Also known is a reactor for producing fibrous carbon structures by catalytic pyrolysis (RF Patent No. 2310023, IPC D01F 9/10, 2007), comprising a casing made of two parts connected by locks, the upper part of the casing being connected to hydrocarbon gas supply and gaseous extraction pipelines pyrolysis products, and heaters are installed in the lower part, and a disk connected to the rotation drive. The catalyst supply unit is also located in the upper part of the reactor, and the finished product collector and the carbon-containing gas supply pipe are located in the lower part, and the reactor is equipped with a precipitating chamber connected to the catalyst supply unit, mounted above the disk connected to the rotation drive and interacting with the stationary scraper, under which the capacity of the finished product is installed, and heaters located above and below the rotating disk, and in the upper part of the casing and precipitating chamber are the product sampling pipes pyrolysis. The catalyst supply unit is made in the form of a dispenser connected via a spray to a gas supply line equipped with a heater. The finished product collector is connected to the inert gas supply line. The rotating disk is equipped with blades mounted on its lower surface. The precipitating chamber is made in the form of an inverted glass with a section in the shape of a sector. The capacity of the finished product is fixed on a cylindrical shell connected to the housing.

Недостатками такого реактора является сложность конструкции и невозможность нанесения на поверхность диска равномерного по толщине слоя катализатора, обеспечивающего получение нанотрубок с минимальным разбросом размеров по наружному диаметру, обладающих более высоким качеством и однообразием свойств. В процессе синтеза нанотрубок чрезмерно велик межцикловой период в режиме периодического процесса, что ведет к неконтролируемому росту числа слоев, приводящему к ухудшению свойств синтезируемых нанотрубок и уменьшению производительности.The disadvantages of this reactor are the design complexity and the inability to deposit a catalyst layer uniform in thickness on the surface of the disk, which provides nanotubes with a minimum variation in size along the outer diameter, which have higher quality and uniformity of properties. During the synthesis of nanotubes, the inter-cycle period in the periodic mode is excessively long, which leads to an uncontrolled increase in the number of layers, leading to a deterioration in the properties of the synthesized nanotubes and a decrease in productivity.

Указанные недостатки обусловлены конструктивными признаками известного технического решения.These shortcomings are due to structural features of the known technical solutions.

По совокупности общих признаков в качестве прототипа выбран реактор по патенту РФ №2310023.According to the set of common features, the reactor according to the patent of the Russian Federation No. 2310023 was selected as a prototype.

Задачей изобретения является обеспечение синтеза нанотрубок с наружным диаметром от 3 до 10 нм.The objective of the invention is to provide synthesis of nanotubes with an outer diameter of from 3 to 10 nm.

Техническим результатом является повышение качества синтезируемого углеродного материала и повышение производительности реактора.The technical result is to improve the quality of the synthesized carbon material and increase the productivity of the reactor.

Технический результат достигается тем, что в реакторе синтеза углеродных нанотрубок, содержащем снабженный нагревателями и узлом дозирования и осаждения катализатора корпус, выполненный из двух соединенных замками частей, причем верхняя часть корпуса соединена с трубопроводами подачи углеродсодержащего газа и отбора газообразных продуктов пиролиза, а в нижней части установлен соединенный с приводом вращения диск, в котором узел дозирования и осаждения катализатора выполнен в виде отдельного аппарата осаждения, содержащего основание, снабженное соединенным с приводом вращения диском и съемную крышку с системой подачи и осаждения катализатора на поверхность установленного на диске контейнера, и между корпусом реактора и аппаратом осаждения установлен манипулятор для перемещения контейнера, причем корпус реактора и аппарат осаждения объединены в единый агрегат, связующим звеном между которыми служит манипулятор для перемещения контейнера.The technical result is achieved by the fact that in the reactor for the synthesis of carbon nanotubes containing a housing equipped with heaters and a metering and catalyst dosing unit made of two parts connected by locks, the upper part of the body connected to the pipelines for supplying carbon-containing gas and sampling gaseous pyrolysis products, and in the lower part a disk connected to the rotation drive is installed in which the dosing and deposition unit of the catalyst is made in the form of a separate deposition apparatus containing bases e, equipped with a disk connected to the rotation drive and a removable cover with a catalyst supply and deposition system on the surface of the container mounted on the disk, and a manipulator for moving the container is installed between the reactor vessel and the deposition apparatus, the reactor body and the deposition apparatus being combined into a single unit by a link between which a manipulator serves to move the container.

Аппарат осаждения соединен с системой вакуумирования и содержит дозатор катализатора и устройство для герметизации.The deposition apparatus is connected to a vacuum system and comprises a catalyst dispenser and a sealing device.

Дозатор катализатора выполнен в виде приемной чашки и распылительного устройства, соединенного линией подачи сжатого воздуха.The catalyst dispenser is made in the form of a receiving cup and a spray device connected by a compressed air supply line.

Приемная чашка выполнена в виде установленной на регулируемой по высоте стойке полусферы с профилированными краями.The receiving cup is made in the form of a hemisphere mounted on a height-adjustable stand with profiled edges.

Манипулятор для перемещения контейнера содержит захватное устройство и поворотную стойку с механизмом выдвижения.The manipulator for moving the container contains a gripping device and a swivel stand with an extension mechanism.

Контейнер выполнен в виде кольца с отбортованными краями.The container is made in the form of a ring with flanged edges.

Выполнение узла дозирования и осаждения катализатора в виде отдельного аппарата осаждения, содержащего основание, снабженное соединенным с приводом вращения диском и съемную крышку с системой подачи и осаждения катализатора на поверхность установленного на диске контейнера, и установка между корпусом реактора и аппаратом осаждения манипулятора для перемещения контейнера, и объединение корпуса реактора и аппарата осаждения в единый агрегат, связующим звеном между которыми служит манипулятор для перемещения контейнера, обеспечивает получение многослойных углеродных нанотрубок с диаметром от 3 до 10 нм за счет обеспечения:The implementation of the unit for dispensing and deposition of the catalyst in the form of a separate deposition apparatus containing a base equipped with a disk connected to the rotation drive and a removable cover with a catalyst supply and deposition system on the surface of the container mounted on the disk, and installation of a manipulator between the reactor vessel and the deposition apparatus for moving the container, and the combination of the reactor vessel and the deposition apparatus in a single unit, the connecting link between which is the manipulator for moving the container, provides obtaining multilayer carbon nanotubes with a diameter of from 3 to 10 nm due to the provision of:

- контроля за нанесением катализатора (равномерное количество на единицу площади контейнера при одинаковой толщине слоя);- control over the application of the catalyst (a uniform amount per unit area of the container with the same layer thickness);

- создания равномерного температурного поля в слое катализатора за счет установки контейнера в реакторе на вращающемся диске;- creating a uniform temperature field in the catalyst bed by installing the container in the reactor on a rotating disk;

- уменьшения энергоемкости за счет охлаждения реактора только до температуры безопасного извлечения катализатора (около 300°С) после выведения реактора на температуру каталитического пиролиза при проведении синтеза;- reducing energy intensity by cooling the reactor only to a temperature of safe catalyst extraction (about 300 ° C) after the reactor is brought to the temperature of catalytic pyrolysis during synthesis;

- уменьшения времени процесса синтеза, для проведения которого требуется 3-4 мин;- reducing the time of the synthesis process, which takes 3-4 minutes;

- уменьшения расхода катализатора, за счет исключения его оседания на поверхностях реактора.- reduction of catalyst consumption, due to the exclusion of its deposition on the surfaces of the reactor.

Дополнительное соединение аппарата осаждения с системой вакуумирования и снабжение его дозатором катализатора и устройством для герметизации обеспечивает более равномерное осаждение катализатора на поверхность вращающегося контейнера. Более равномерное осаждение катализатора достигается за счет уменьшения продолжительности осаждения самых мелких пылевидных частиц, оседающих в вакуумной среде с той же скоростью, что и более крупные частицы. Это также обеспечивает повышение качества синтезируемого наноматериала.An additional connection of the deposition apparatus with a vacuum system and supplying it with a catalyst dispenser and a sealing device provides a more uniform deposition of the catalyst on the surface of a rotating container. A more uniform catalyst deposition is achieved by reducing the duration of the deposition of the smallest pulverulent particles deposited in a vacuum environment at the same speed as larger particles. It also provides improved quality of the synthesized nanomaterial.

Выполнение дозатора катализатора в виде приемной чашки и распылительного устройства, соединенного линией подачи сжатого воздуха позволяет отказаться от использования малоэффективных шнековых дозаторов, которые не обеспечивают равномерность подачи малых количеств пылевидного катализатора общей массой порядка 50 г с высокой точностью. В предлагаемом дозаторе отмеряется взвешиванием необходимая доза катализатора и затем распыляется импульсом воздушного потока. При этом исключается износ аппарата дозирования и связанное с ним снижение точности дозирования.The implementation of the catalyst dispenser in the form of a receiving cup and a spray device connected by a compressed air supply line eliminates the use of inefficient screw feeders, which do not provide uniformity in the supply of small amounts of dusty catalyst with a total weight of about 50 g with high accuracy. In the proposed dispenser, the required dose of the catalyst is measured by weighing and then sprayed with an airflow pulse. This eliminates the wear of the dispensing apparatus and the associated decrease in the accuracy of dispensing.

Выполнение приемной чашки в виде установленной на регулируемой по высоте стойке полусферы с профилированными краями обеспечивает простоту конструкции и необходимую точность дозирования. Равномерность дозирования может достигаться:The execution of the receiving cup in the form of a hemisphere mounted on a height-adjustable rack with profiled edges ensures the simplicity of design and the necessary metering accuracy. Dosage uniformity can be achieved:

- за счет перемещения чашки по высоте;- due to the movement of the cup in height;

- за счет изменения величины импульса воздушной струи, которая, в свою очередь, может зависеть от времени открытия запорной арматуры, давления воздуха в воздушной магистрали и величины разрежения в полости устройства.- due to changes in the momentum of the air stream, which, in turn, may depend on the time of opening of the valves, air pressure in the air line and the amount of vacuum in the cavity of the device.

Выполнение манипулятора для перемещения контейнера содержащим захватное устройство и поворотную стойку с механизмом выдвижения обеспечивает перемещение контейнера на загрузку катализатора, перемещение контейнера на диск рабочего стола реактора и последующую выгрузку контейнера после окончания синтеза.The implementation of the manipulator for moving the container containing the gripping device and the swivel rack with the extension mechanism provides the container to move the catalyst, move the container to the disk of the reactor desktop and the subsequent unloading of the container after synthesis.

Выполнение контейнера в виде кольца с отбортованными краями обеспечивает более равномерное проведение синтеза наноматериалов за счет исключения из процесса синтеза центральной части контейнера. Так как центральная часть контейнера при вращении практически неподвижна, то не обеспечивается равномерный разогрев катализатора. При этом доля центральной части не превышает 7-8% от поверхности контейнера и эта потеря поверхности с лихвой компенсируется повышением качества нанотрубок.The implementation of the container in the form of a ring with flanged edges provides a more uniform synthesis of nanomaterials by eliminating the central part of the container from the synthesis process. Since the central part of the container is practically motionless during rotation, uniform heating of the catalyst is not ensured. At the same time, the proportion of the central part does not exceed 7-8% of the container surface, and this surface loss is more than compensated by an increase in the quality of nanotubes.

На представленных чертежах изображены:The drawings show:

на фиг.1 - общий вид реактора синтеза углеродных нанотрубок в открытом положении в разрезе;figure 1 is a General view of the reactor for the synthesis of carbon nanotubes in the open position in the context;

на фиг.2 - то же, что на фиг.1 без верхней части корпуса реактора и съемной крышки аппарата дозирования и осаждения, вид сверху;figure 2 is the same as in figure 1 without the upper part of the reactor vessel and the removable cover of the metering and deposition apparatus, top view;

на фиг.3 - сечение корпуса реактора;figure 3 is a cross section of the reactor vessel;

на фиг.4 - верхняя часть манипулятора;figure 4 - the upper part of the manipulator;

на фиг.5 - сечение аппарата дозирования и осаждения;figure 5 is a cross section of the metering and deposition apparatus;

на фиг.6 - вариант конструкции чашки приемной аппарата дозирования;Fig.6 is a variant of the design of the cup of the receiving dosing apparatus;

на фиг.7 - то же, что на фиг.6, вариант выполнения верхней кромки;in Fig.7 is the same as in Fig.6, an embodiment of the upper edge;

на фиг.8 - сечение контейнера;on Fig - section of the container;

на фиг.9 - то же, что на фиг.8, вид сверху.Fig.9 is the same as in Fig.8, a top view.

Перечень позиций, указанных на чертежахThe list of items indicated in the drawings

1 - часть корпуса верхняя;1 - the upper part of the body;

2 - часть корпуса нижняя;2 - lower part of the housing;

3 - манипулятор;3 - manipulator;

4 - крышка аппарата дозирования и осаждения;4 - the cover of the metering and deposition apparatus;

5 - основание аппарата дозирования и осаждения;5 - the base of the metering and precipitation apparatus;

6 - контейнер;6 - container;

7 - трубопровод подачи углеродсодержащего газа;7 - a pipeline for supplying carbon-containing gas;

8 - патрубок отбора реакционных газов;8 - pipe for the selection of reaction gases;

9 - измеритель температуры;9 - temperature meter;

10 - газораспределительный кожух;10 - gas distribution casing;

11 - привод вращения;11 - rotation drive;

12 - диск;12 - disk;

13 - нагреватели;13 - heaters;

14 - замок;14 - castle;

15 - вакуумный насос;15 - a vacuum pump;

16 - запорный орган;16 - a locking organ;

17 - уплотнение;17 - a seal;

18 - замок;18 - castle;

19 - воронка;19 - funnel;

20 - трубопровод;20 - pipeline;

21 - запорный орган;21 - a locking organ;

22 - приемная чашка;22 - receiving cup;

23 - линия подачи сжатого воздуха;23 - compressed air supply line;

24 - запорный орган;24 - a locking organ;

25 - стойка;25 - stand;

26 - фиксатор положения;26 - position lock;

27 - коническое кольцо;27 - a conical ring;

28 - упор;28 - emphasis;

29 - защелка;29 - latch;

30 - привод;30 - drive;

31 - гидроцилиндр горизонтального выдвижения;31 - a horizontal extension hydraulic cylinder;

32 - гидроцилиндр вертикального перемещения;32 - cylinder vertical movement;

33 - механизм поворота;33 - rotation mechanism;

34 - края контейнера;34 - the edges of the container;

35 - манометр.35 - pressure gauge.

Реактор синтеза углеродных нанотрубок содержит выполненный из верхней части 1 и нижней части 2 корпус реактора, объединенный в единый агрегат связующим звеном в виде манипулятора 3 с аппаратом дозирования и осаждения катализатора, состоящим из съемной крышки 4 и основания 5. Манипулятор 3 установлен в промежутке между нижней частью корпуса реактора 2 и основанием аппарата дозирования и осаждения катализатора 5 и предназначен для перемещения контейнера 6. Верхняя часть корпуса реактора 1 снабжена трубопроводом 7 подачи углеродсодержащего газа, патрубками отбора реакционных газов 8 и измерителем температуры 9. Трубопровод 7 в полости верхней части корпуса реактора 1 соединен с газораспределительным кожухом 10, выполненным в виде перевернутой воронки. В нижней части корпуса реактора 2 установлен соединенный с приводом вращения 11 диск 12 и нагреватели 13. Нижняя 2 и верхняя 1 части реактора соединяются между собой замками 14.The carbon nanotube synthesis reactor contains a reactor vessel made of upper part 1 and lower part 2, combined into a single unit by a link in the form of a manipulator 3 with a catalyst metering and deposition apparatus consisting of a removable cover 4 and a base 5. A manipulator 3 is installed in the gap between the lower part of the reactor vessel 2 and the base of the catalyst metering and precipitation apparatus 5 and is designed to move the container 6. The upper part of the reactor vessel 1 is provided with a carbon-containing ha supply pipe 7 behind, the nozzles for the selection of reaction gases 8 and a temperature meter 9. The pipe 7 in the cavity of the upper part of the reactor vessel 1 is connected to the gas distribution casing 10, made in the form of an inverted funnel. In the lower part of the reactor vessel 2, a disk 12 and heaters 13 are connected to the rotation drive 11. The lower 2 and upper 1 parts of the reactor are connected by locks 14.

Основание 5 аппарата дозирования и осаждения катализатора снабжено соединенным с приводом вращения 11 диском 12 и соединено с вакуумным насосом 15 через запорный орган 16. Съемная крышка 4 соединена с основанием 5 устройством для герметизации, включающим уплотнение 17 и замки 18. Съемная крышка 4 соединена с системой подачи и осаждения катализатора на поверхность установленного на диске 12 контейнера 6. Система подачи катализатора выполнена в виде воронки 19, соединенной трубопроводом 20 через запорный орган 21 с приемной чашкой 22 и линии подачи сжатого воздуха 23, соединенной через запорный орган 24 с трубопроводом 20. На основании 5 установлена стойка 25 с фиксатором положения 26. На стойке 25 установлена с возможностью вертикального перемещения приемная чашка 22 в виде полусферы с профилированными краями, как показано на фиг.6 и 7. В нижней части крышки 4 выполнено коническое кольцо 27, препятствующее оседанию частиц катализатора за пределами контейнера 6. Манипулятор 3 для перемещения контейнера 6 (фиг.4) содержит захватное устройство в виде нижнего упора 28 и защелки 29, соединенной с приводом 30, и выполнен в виде гидроцилиндра 31 горизонтального выдвижения и гидроцилиндра 32 вертикального перемещения, закрепленного на механизме поворота 33. Контейнер 6 выполнен в виде кольца с отбортованными краями 34. На крышке 4 аппарата дозирования установлен мановакууметр 35.The base 5 of the catalyst metering and deposition apparatus is equipped with a disk 12 connected to the rotation drive 11 and connected to the vacuum pump 15 through a locking member 16. The removable cover 4 is connected to the base 5 with a sealing device including a seal 17 and locks 18. The removable cover 4 is connected to the system supply and deposition of the catalyst on the surface of the container 6 mounted on the disk 12. The catalyst supply system is made in the form of a funnel 19 connected by a pipe 20 through a locking member 21 with a receiving cup 22 and a feed line of air 23, connected through a locking member 24 to the pipeline 20. On the base 5, a stand 25 with a position lock 26 is installed. On the stand 25, a receiving cup 22 in the form of a hemisphere with shaped edges is mounted as shown in Figs. 6 and 7 A conical ring 27 is made in the lower part of the lid 4, which prevents the settling of catalyst particles outside the container 6. The manipulator 3 for moving the container 6 (Fig. 4) contains a gripping device in the form of a lower stop 28 and a latch 29 connected to the actuator 3 0, and is made in the form of a horizontal extension cylinder 31 and a vertical movement cylinder 32, mounted on the rotation mechanism 33. The container 6 is made in the form of a ring with flanged edges 34. A pressure gauge 35 is installed on the lid 4 of the metering device.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.The proposed device operates as follows.

Вначале контейнер 6 манипулятором 3 устанавливается при поднятой крышке 4 на диск 12 основания аппарата дозирования и осаждения 5. Затем крышка 4 аппарата дозирования и осаждения устанавливается на основание 5 и производится герметизация уплотнения 17 затяжкой замков 18. В воронку 19 засыпается мерное количество пылевидного катализатора на основе оксидов металлов. При открытом запорном органе 21 катализатор поступает через трубопровод 20 в приемную чашку 22, установленную на стойке 25 и зафиксированную фиксатором положения 26. Затем при закрытых запорных органах 21 и 24 включается вакуумный насос 15 и открывается запорный орган 16. После создания необходимого разрежения в полости аппарата дозирования и осаждения, которое контролируется по показаниям мановакууметра 35, включается привод вращения 11 диска 12 и открывается на доли секунды запорный орган 24. При этом сжатый воздух из линии подачи сжатого воздуха 23 поступает через трубопровод 20 в приемную чашку 22 и распыляет катализатор в объеме аппарата. Кратковременное открытие запорного органа 24 незначительно снижает разрежение в полости аппарата осаждения, поэтому все пылевидные частицы катализатора практически одновременно оседают на верхней поверхности вращающегося контейнера 6. Попаданию частиц катализатора, осаждающихся вблизи стенок крышки 4 за пределы контейнера 6, препятствует коническое кольцо 27. Затем отключаются привод вращения 11 и вакуумный насос 15, перекрывается запорный орган 16 и с помощью запорного органа 21 давление в узле плавно выравнивается с атмосферным. После разгерметизации аппарата замки 18 открываются и крышка 4 аппарата дозирования и осаждения поднимается в верхнее положение, как показано на фиг.1.First, the container 6 with the manipulator 3 is installed with the cover 4 on the disk 12 of the base of the metering and deposition apparatus 5. The cover 4 of the metering and deposition apparatus is then mounted on the base 5 and the seal 17 is sealed by tightening the locks 18. A measured amount of a dust-based catalyst is poured into the funnel 19 metal oxides. When the shut-off element 21 is open, the catalyst enters through the pipe 20 into the receiving cup 22 mounted on the stand 25 and fixed by the position lock 26. Then, with the shut-off elements 21 and 24 closed, the vacuum pump 15 is turned on and the shut-off element 16 is opened. After creating the necessary vacuum in the cavity of the apparatus dosing and deposition, which is controlled by the readings of the manovacuum gauge 35, the rotation drive 11 of the disk 12 is turned on and the shut-off element 24 is opened for a split second. At the same time, compressed air from the compressed air supply line 2 3 enters through the pipe 20 into the receiving cup 22 and sprays the catalyst in the volume of the apparatus. Short-term opening of the locking member 24 slightly reduces the vacuum in the cavity of the deposition apparatus, therefore, all the dusty catalyst particles settle almost simultaneously on the upper surface of the rotating container 6. The conical ring 27 prevents the catalyst particles from settling near the walls of the lid 4 outside the container 6. The drive is then switched off. 27 rotation 11 and the vacuum pump 15, the shutoff member 16 is closed and with the help of the shutoff member 21, the pressure in the assembly smoothly equalizes with atmospheric. After depressurization of the apparatus, the locks 18 open and the cover 4 of the metering and precipitation apparatus rises to the upper position, as shown in FIG.

Затем манипулятором 3 контейнер 6 переносится с диска 12 аппарата 5 на диск 12 аппарата 3, для чего гидроцилиндром горизонтального выдвижения 31 упор 28 подводится к внешнему краю 34 контейнера 6 и приводом 30 защелка 29 переводится в нижнее положение. Затем совместными действиями гидроцилиндра вертикального перемещения 32 и механизма поворота 33 осуществляется перемещение контейнера 6 с осажденным катализатором.Then, with the manipulator 3, the container 6 is transferred from the disk 12 of the device 5 to the disk 12 of the device 3, for which the horizontal extension cylinder 31 emphasizes 28 to the outer edge 34 of the container 6 and the actuator 30 latch 29 is translated into the lower position. Then, by the combined actions of the vertical displacement hydraulic cylinder 32 and the rotation mechanism 33, the container 6 with the deposited catalyst is moved.

На нижней части 2 корпуса реактора устанавливается верхняя часть корпуса 1 и производится их смыкание замками 14. Полость корпуса реактора продувается аргоном или другим инертным газом для удаления из нее атмосферного воздуха. Для этого через трубопровод 7 под газораспределительный кожух 10 подается инертный газ (аргон), который, имея большую плотность, вытесняет атмосферный воздух из полости реактора через патрубки отбора реакционных газов 8. После удаления воздуха из полости корпуса реактора включаются расположенные под диском 12 нагревательные элементы 13 и включается привод 11 вращения диска 12. Вместе с диском 12 вращается установленный на нем контейнер 6, обеспечивая тем самым равномерность разогрева катализатора. Через трубопровод 7 подачи углеродсодержащего газа (метана) последний поступает под газораспределительный кожух 10 и перемещается над слоем катализатора, осажденного на поверхности контейнера 6. При взаимодействии метана с катализатором, разогретым до температуры пиролиза (зависит от вида углеродсодержащего газа и марки катализатора) на поверхности частиц катализатора образуется продукт в виде углеродных нанотрубок. Не прореагировавший с катализатором газ вместе с газообразными продуктами пиролиза выходит из пространства под газораспределительным кожухом 10 через кольцевой зазор между ним и контейнером 6 в пространство между газораспределительным кожухом 10 и верхней частью корпуса 1 и отводится через патрубки отбора реакционных газов 8. Процесс синтеза в реакторе контролируется с помощью измерителей температуры 9, которые измеряет температуру катализатора и температуру отводимых газообразных продуктов пиролиза.On the lower part 2 of the reactor vessel, the upper part of the vessel 1 is installed and locked by locks 14. The cavity of the reactor vessel is blown with argon or other inert gas to remove atmospheric air from it. For this, inert gas (argon) is supplied through the pipeline 7 under the gas distribution housing 10, which, having a high density, displaces atmospheric air from the reactor cavity through the nozzles for the selection of reaction gases 8. After removing air from the cavity of the reactor vessel, the heating elements 13 located under the disk 12 are turned on and the rotation drive 11 of the disk 12 is turned on. Together with the disk 12, the container 6 mounted on it rotates, thereby ensuring uniformity of heating of the catalyst. Through the pipeline 7 for the supply of carbon-containing gas (methane), the latter enters under the gas distribution cover 10 and moves over the catalyst bed deposited on the surface of the container 6. When methane interacts with the catalyst heated to the pyrolysis temperature (depends on the type of carbon-containing gas and the type of catalyst) on the particle surface The catalyst forms a product in the form of carbon nanotubes. Gas that has not reacted with the catalyst together with gaseous pyrolysis products leaves the space under the gas distribution hood 10 through the annular gap between it and the container 6 into the space between the gas distribution hood 10 and the upper part of the housing 1 and is discharged through the nozzles for the reaction gases 8. The synthesis process in the reactor is controlled using temperature meters 9, which measures the temperature of the catalyst and the temperature of the exhaust gaseous pyrolysis products.

После окончания процесса синтеза подача углеродсодержащего газа через трубопровод 7 прекращается, отключаются нагреватели 13 и включается охлаждение реактора (не показано) и вновь производится продувка полости реактора инертным газом. При снижении температуры в реакторе до безопасной (примерно ниже 300°С), исключающей разложение синтезированных нанотрубок, отключается охлаждение, прекращается подача инертного газа, и отключается привод 11 вращения диска 12. После открытия замков 14 поднимается вверх верхняя часть корпуса реактора 1 и контейнер 6 с синтезированными нанотрубками извлекается из реактора и заменяется на другой контейнер 6 с катализатором. После этого процесс синтеза повторяется согласно описанному выше, а готовый продукт выгружается из контейнера 6 после его охлаждения до комнатной температуры.After the synthesis process is completed, the supply of carbon-containing gas through the pipeline 7 is stopped, the heaters 13 are turned off and the reactor cooling (not shown) is turned on and the reactor cavity is purged with an inert gas. When the temperature in the reactor decreases to a safe temperature (approximately below 300 ° C), which excludes the decomposition of the synthesized nanotubes, the cooling is turned off, the inert gas is stopped, and the drive 12 rotates on the disk 12. After opening the locks 14, the upper part of the reactor vessel 1 and container 6 rise up with synthesized nanotubes is removed from the reactor and replaced with another container 6 with a catalyst. After this, the synthesis process is repeated as described above, and the finished product is unloaded from the container 6 after it is cooled to room temperature.

Предлагаемое изобретение обеспечивает промышленное получение углеродных многослойных нанотрубок.The present invention provides the industrial production of carbon multilayer nanotubes.

Claims (2)

1. Реактор синтеза углеродных нанотрубок, содержащий корпус, снабженный нагревателями и аппаратом дозирования и осаждения катализатора и выполненный из двух соединенных замками частей, причем верхняя часть корпуса соединена с трубопроводами подачи углеродсодержащего газа и отбора газообразных продуктов пиролиза, а в нижней части установлен соединенный с приводом вращения диск, отличающийся тем, что аппарат дозирования и осаждения катализатора содержит основание, снабженное соединенным с приводом вращения диском, и съемную крышку с системой подачи и осаждения катализатора на поверхность установленного на диске контейнера, причем в промежутке между нижней частью корпуса реактора и основанием аппарата дозирования и осаждения катализатора установлен манипулятор для перемещения контейнера.1. The reactor for the synthesis of carbon nanotubes, comprising a housing equipped with heaters and a metering and precipitation apparatus for catalysts and made of two parts connected by locks, the upper part of the housing connected to the pipelines for supplying carbon-containing gas and sampling gaseous pyrolysis products, and connected to the drive in the lower part rotation disk, characterized in that the apparatus for dispensing and deposition of the catalyst contains a base equipped with a disk connected to the rotation drive, and a removable cover with Stem feeding and deposition of the catalyst on the surface of the disk mounted on the container, wherein a gap between the bottom of the reactor vessel and the base unit dosing and deposition of the catalyst the manipulator to move the container. 2. Реактор синтеза углеродных нанотрубок по п.1, отличающийся тем, что аппарат осаждения соединен с системой вакуумирования и содержит дозатор катализатора и устройство для герметизации. 2. The reactor for the synthesis of carbon nanotubes according to claim 1, characterized in that the deposition apparatus is connected to a vacuum system and contains a catalyst dispenser and a sealing device.
RU2009124830/05A 2009-06-29 2009-06-29 Reactor for synthesis of carbon nanotubes RU2424184C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009124830/05A RU2424184C2 (en) 2009-06-29 2009-06-29 Reactor for synthesis of carbon nanotubes

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009124830/05A RU2424184C2 (en) 2009-06-29 2009-06-29 Reactor for synthesis of carbon nanotubes

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2009124830A RU2009124830A (en) 2011-01-10
RU2424184C2 true RU2424184C2 (en) 2011-07-20

Family

ID=44054191

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009124830/05A RU2424184C2 (en) 2009-06-29 2009-06-29 Reactor for synthesis of carbon nanotubes

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2424184C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2480398C1 (en) * 2011-09-29 2013-04-27 Учреждение Российской академии наук Институт прикладной механики (ИПРИМ РАН) Method of producing carbon nanotubes and apparatus for realising said method
RU2768879C1 (en) * 2021-04-09 2022-03-25 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Тамбовский государственный технический университет» (ФГБОУ ВО «ТГТУ») Reactor for activating a micro- and mesoporous carbon material

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2480398C1 (en) * 2011-09-29 2013-04-27 Учреждение Российской академии наук Институт прикладной механики (ИПРИМ РАН) Method of producing carbon nanotubes and apparatus for realising said method
RU2768879C1 (en) * 2021-04-09 2022-03-25 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Тамбовский государственный технический университет» (ФГБОУ ВО «ТГТУ») Reactor for activating a micro- and mesoporous carbon material

Also Published As

Publication number Publication date
RU2009124830A (en) 2011-01-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Xu et al. Performances of syngas production and deposited coke regulation during co-gasification of biomass and plastic wastes over Ni/γ-Al2O3 catalyst: Role of biomass to plastic ratio in feedstock
CN104603051B (en) Produce the reactor assembly of carbon allotrope
US11236421B2 (en) Atomic layer deposition device for massively coating micro-nano particles
RU2424184C2 (en) Reactor for synthesis of carbon nanotubes
JP6508602B2 (en) METHOD FOR PRODUCING CARBON NANOSTRUCTURE, CARBON NANOSTRUCTURE PRODUCED BY THE SAME, AND COMPOSITE MATERIAL COMPRISING THE SAME
JP2014513661A (en) Carbon nanotube production method and apparatus for carrying out the method
Abbas et al. Deactivation of palm shell-based activated carbon catalyst used for hydrogen production by thermocatalytic decomposition of methane
CN105731423B (en) The integrated apparatus and method of a kind of pyrolysis of coal generation CNT
Liu et al. Binder-free dip-coating of Mn2O3-Na2WO4-TiO2 catalyst onto monolithic SiC-foam towards efficient oxidative coupling of methane
Grillo et al. Oriented attachment and nanorod formation in atomic layer deposition of TiO2 on graphene nanoplatelets
RU2409711C1 (en) Method of producing nano-structured carbon fibres and apparatus for realising said method
Guo et al. Recent research advances on catalysts for selective hydrogenation of ethyne
RU2516548C2 (en) Method of obtaining carbon-metal material by catalytic pyrolysis of ethanol
JP5049912B2 (en) Nanocarbon generation furnace
RU2443807C1 (en) Method of producing carbon fibre materials via catalytic pyrolysis
CN107986260B (en) A kind of microwave-heating formula coal carbon nanotube device
RU2349690C1 (en) Method for production of fibrous carbonic structures by catalytic pyrolysis
KR100968257B1 (en) Apparatus and method for collection carbon nano tube
CN100571933C (en) A kind of method with preparing onion-shaped internal coating metal nickel carbon particle with deoiling asphalt
RU2401798C1 (en) Carbon nanotube synthesis method
RU2389836C2 (en) Reactor for production of fibrous carbon structures by catalytic pyrolysis
CN100463749C (en) Method for producing compounding powder by using thermal decomposition of carbonyl nickel in vibration fluidized layer
KR101834612B1 (en) process for Preparing carbon nanostructures and carbon nanostructures prepared by same
RU2353718C1 (en) Method of receiving fibrous carbonic structures by catalystic pyrolysis
RU2481889C2 (en) Method of producing carbon nanomaterials

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20120630

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20140810

PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20141014