RU2488984C2 - Method for obtaining carbon nanomaterials by means of energy of low-temperature plasma, and plant for its implementation - Google Patents

Method for obtaining carbon nanomaterials by means of energy of low-temperature plasma, and plant for its implementation Download PDF

Info

Publication number
RU2488984C2
RU2488984C2 RU2011106679/07A RU2011106679A RU2488984C2 RU 2488984 C2 RU2488984 C2 RU 2488984C2 RU 2011106679/07 A RU2011106679/07 A RU 2011106679/07A RU 2011106679 A RU2011106679 A RU 2011106679A RU 2488984 C2 RU2488984 C2 RU 2488984C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
carbon nanomaterials
chamber
coal
plasma
reactor
Prior art date
Application number
RU2011106679/07A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2011106679A (en
Inventor
Сергей Лубсанович Буянтуев
Анатолий Сергеевич Кондратенко
Баир Батуевич Дамдинов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Бурятский государственный университет"
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 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Бурятский государственный университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Бурятский государственный университет"
Priority to RU2011106679/07A priority Critical patent/RU2488984C2/en
Publication of RU2011106679A publication Critical patent/RU2011106679A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2488984C2 publication Critical patent/RU2488984C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

FIELD: power industry.
SUBSTANCE: solid raw material - pulverised coal is supplied to bunker (1), and from it to batcher (2). Dosed raw material is supplied by pneumatic transport (3) to plasma reactor (4), in the cross section of which there obtained is full profile of temperatures of 2800-4500°C. Then, flow of gas and solid particles is supplied to muffle zone (5); after that, it is supplied to separation chamber (6). Large-size particles of activated carbon fall to collector (7), and small-disperse solid particles of carbon nanomaterials together with gas are supplied for further cleaning through gas outlet chamber (8) to scrubber (9), where they are collected and fall to bunker (10). Then, gas is supplied for cleaning to cyclone (11), where the rest ultradisperse particles of carbon nanomaterials are deposited in bunker (12), and gas can be further used for chemical synthesis or burnt in firing devices.
EFFECT: reducing the time for obtaining carbon nanomaterials; simplifying the technology; reducing power consumption.
2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к энергетике (источники тока, добавки к топливу, сверхпроводники), материаловедению (композиты, оптические, акустические, магнитные, фотоэлектрические и изоляционные материалы), биологии и медицине, а также сенсорике. Может быть использовано для получения углеродных наноматериалов (нанотрубки, фуллерены) с применением плазменной технологии.The invention relates to energy (power sources, fuel additives, superconductors), materials science (composites, optical, acoustic, magnetic, photoelectric and insulating materials), biology and medicine, as well as sensors. It can be used to produce carbon nanomaterials (nanotubes, fullerenes) using plasma technology.

Технический результат предлагаемого изобретения - комплексный подход к получению углеродных наноматериалов, активированного угля и синтез-газа сочетающийся в едином процессе плазменной обработки угля.The technical result of the invention is an integrated approach to the production of carbon nanomaterials, activated carbon and synthesis gas combined in a single process of plasma processing of coal.

На сегодняшний день не существует промышленных способов получения углеродных наноматериалов, а используются лишь укрупненные лабораторные установки. Данное изобретение даст возможность, используя комплексный процесс плазменной обработки твердого топлива, получать углеродные наноматериалы на промышленном уровне, в качестве побочного продукта.To date, there are no industrial methods for producing carbon nanomaterials, and only enlarged laboratory facilities are used. This invention will make it possible, using the integrated plasma processing of solid fuels, to obtain carbon nanomaterials at an industrial level, as a by-product.

Наиболее эффективный способ получения сажи, содержащей углеродные наноматериалы, основан на термическом разложении графита (угля), (см. Лозовик Ю.В., Попов A.M. Образование и рост углеродных наноструктур - фуллеренов, наночастиц, нанотрубок и конусов // УФН, т.167 (7), с.151, 1997) [1], его испарении и быстром охлаждении (конденсации) газообразной фазы. Поэтому для решения данной задачи используются следующие методы: электродуговой и лазерный нагрев в токе инертных газов с последующим испарением и конденсацией на стенках аппаратов сажи, содержащей углеродные наноматериалы; резистивный нагрев Джоулевым теплом; использование ТВЧ для испарения; испарение углеродсодержащих веществ с помощью ускорителей элементарных частиц или же гелиоустановок; использование плазмы для получения углеродных наноматериалов, с последующей их химической обработкой для выделения индивидуальных веществ (нанотрубок и фуллеренов) (см. Наноматериалы: учебное пособие / Д.И.Рыжонков, В.В.Левина, Э.Л.Дзидзигури. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2008, с.18-87) [2].The most effective method for producing carbon black containing carbon nanomaterials is based on the thermal decomposition of graphite (coal), (see Lozovik Yu.V., Popov AM Formation and growth of carbon nanostructures - fullerenes, nanoparticles, nanotubes and cones // UFN, vol. 167 (7), p.151, 1997) [1], its evaporation and rapid cooling (condensation) of the gaseous phase. Therefore, to solve this problem, the following methods are used: electric arc and laser heating in a stream of inert gases, followed by evaporation and condensation on the walls of the soot apparatus containing carbon nanomaterials; resistive heating by Joule heat; the use of HDTV for evaporation; the evaporation of carbon-containing substances with the help of particle accelerators or solar systems; the use of plasma to produce carbon nanomaterials, followed by their chemical treatment to separate individual substances (nanotubes and fullerenes) (see Nanomaterials: a training manual / D.I. Ryzhonkov, V.V. Levina, E.L.Dzidziguri. - M. : BINOM. Laboratory of knowledge, 2008, p. 18-87) [2].

Каждый из перечисленных методов имеет свои плюсы и минусы при использовании. Однако существенный минус большинства представленных методов заключается в невозможности синтеза углеродных наноматериалов в значительных количествах, в течение ограниченного времени, с небольшой затратой энергии в процессе синтеза. Также следует отметить, что большинство из существующих технологий не обходится без инертных газов, что еще более удорожает и без того недешевый процесс (см. Раков Э.Г. Нанотрубки и фуллерены // М.2006, г., с 69-80) [3].Each of these methods has its pros and cons when using. However, a significant minus of most of the methods presented is the impossibility of synthesizing carbon nanomaterials in significant quantities, for a limited time, with a small expenditure of energy in the synthesis process. It should also be noted that most of the existing technologies cannot do without inert gases, which makes the already expensive process even more expensive (see Rakov E.G. Nanotubes and fullerenes // M.2006, city, 69-80) [ 3].

Для устранения перечисленных минусов и противоречий в существующих технологиях синтеза углеродных наноматериалов целесообразно применить плазмохимический метод, как один из перспективных методов синтеза.To eliminate the above disadvantages and contradictions in the existing technologies for the synthesis of carbon nanomaterials, it is advisable to apply the plasma chemical method as one of the promising methods of synthesis.

Задача, решаемая предполагаемым изобретением, заключается в создании комплексной малогабаритной установки для получения углеродных наноматериалов, активированного угля и синтез-газа.The problem solved by the proposed invention is to create a comprehensive small-sized installation for producing carbon nanomaterials, activated carbon and synthesis gas.

Технический результат предлагаемого изобретения - получение в виде компактного образования наноуглерода (с размером частиц не превосходящим 100 нм), а также сокращение времени получения активированного угля и синтез-газа, упрощение технологии, снижение энергозатрат.The technical result of the invention is to obtain in the form of a compact formation of nanocarbon (with a particle size not exceeding 100 nm), as well as reducing the time of production of activated carbon and synthesis gas, simplifying the technology, reducing energy costs.

Для достижения обеспечиваемого изобретением технического результата в группе изобретений, а именно в способе получения углеродных наноматериалов с помощью энергии низкотемпературной плазмы, предусматривающем нагрев угля в камере совмещенного плазменного реактора в потоке высококонцентрированной низкотемпературной плазмы с формированием вращающейся электрической дуги в поперечном сечении реактора, согласно изобретению для нагрева в поперечном сечении камеры реактора получают полный профиль температур от 2800 до 4500°С с помощью вращающейся электрической дуги, проводят совмещенный процесс газификации и активирования угля в камере совмещенного плазменного реактора, где образуется мелкодисперсная сажа содержащая углеродные наноматериалы.In order to achieve the technical result provided by the invention in a group of inventions, namely, in a method for producing carbon nanomaterials using low-temperature plasma energy, which involves heating coal in a chamber of a combined plasma reactor in a stream of high-concentration low-temperature plasma with the formation of a rotating electric arc in the cross section of the reactor, according to the invention for heating in the cross section of the reactor chamber, a complete temperature profile is obtained from 2800 to 4500 ° C using ayuscheysya electric arc, the process is carried out combined coal gasification and activation combined in the chamber of the plasma reactor, wherein the fine carbon black is formed containing carbon nanomaterials.

Технический результат изобретения достигается так же тем, что установка для получения углеродных наноматериалов, содержащая совмещенный плазменный реактор с выполненными из графита цилиндрическим анодом и стержневым катодом, в средней части плазменного реактора снаружи установлена электромагнитная катушка для формирования вращающейся электрической дуги в поперечном сечении камеры реактора, узел подачи угля, камеру разделения, согласно из обретению за плазменным реактором последовательно установлены камера муфеля, камера разделения, скруббер предварительной очистки, к которому подключен компрессор для вытяжки образовавшегося при плазменной обработке угля синтез-газа, с возможностью отделения крупных частиц угля от углеродных наноматериалов - сажи, так как сажа, обладая малой массой, засасывается с газом в скруббер при небольшом отрицательном давлении.The technical result of the invention is also achieved by the fact that the installation for producing carbon nanomaterials containing a combined plasma reactor with a cylindrical anode and a rod cathode made of graphite, an electromagnetic coil is installed outside the middle part of the plasma reactor to form a rotating electric arc in the cross section of the reactor chamber, assembly coal supply, separation chamber, according to acquiring a muffle chamber in series behind the plasma reactor, the chamber is divided a pre-treatment scrubber, to which a compressor is connected to extract the synthesis gas formed during plasma processing of coal, with the possibility of separating large particles of carbon from carbon nanomaterials - soot, since soot, having a low mass, is sucked into the scrubber with gas at a small negative pressure .

Применение модульного принципа позволяет упростить конструкцию, облегчить ремонт и эксплуатацию оборудования, уменьшить энерго- и металлозатраты.Application of the modular principle allows to simplify the design, facilitate repair and maintenance of equipment, reduce energy and metal costs.

Именно заявляемая совокупность конструктивных признаков позволяет согласно способу получения углеродных наноматериалов из угля природных месторождений, применяемого на тепловых электрических станциях и котельных, использовать любые по химическому составу угли для переработки их в совмещенном плазменном реакторе, в котором достаточно получить равномерный профиль температур 2800-4500°С в поперечном сечении камеры реактора для возгонки-десублимации микрокомпонент угля, а также процесса газификации, и температуры 400-800°С в камере активации, совмещенной с камерой пиролиза.It is the claimed combination of structural features that allows, according to the method for producing carbon nanomaterials from coal from natural deposits, used at thermal power plants and boiler houses, to use any coal in chemical composition for processing them in a combined plasma reactor in which it is sufficient to obtain a uniform temperature profile of 2800-4500 ° C in a cross section of the reactor chamber for sublimation-desublimation of the microcomponents of coal, as well as the gasification process, and a temperature of 400-800 ° C in the activation chamber and, combined with the pyrolysis chamber.

Равномерный профиль температур от 2800 до 4500°С в поперечном сечении камеры реактора обеспечивает высокую степень термической переработки вводимых в камеру любых по химическому составу углей за период времени 0,5-1 сек.A uniform temperature profile from 2800 to 4500 ° C in the cross section of the reactor chamber provides a high degree of thermal processing of any coal introduced into the chamber for a chemical composition over a period of 0.5-1 sec.

Оптимальные значения температуры 2800-4500°С экспериментально проверены и рассчитаны с использованием универсальной модифицированной программы расчета многокомпонентных гетерогенных систем «АСТРА-4» (см. Б.Трусов, Астра. 4/рс, МГТУ им. Н.Э.Баумана, март 1997 г.).The optimal temperature values of 2800-4500 ° С were experimentally verified and calculated using the ASTRA-4 universal modified program for calculating multicomponent heterogeneous systems (see B. Trusov, Astra. 4 / rs, MSTU named after NE Bauman, March 1997 g.).

В ходе работы предварительно приготавливают уголь до фракции 1-3 мм, которую подают непрерывным потоком в зазор между электродами, где дуга постоянного тока вращается с помощью внешней электромагнитной катушки, где и происходит основная обработка угля. Крупнозернистая фракция, проходя через плазменный участок реактора, в дальнейшем подвергается пиролизу в шлакосборнике, и по окончанию технологии получения проходит ситовый и химический анализ, (см. сборник трудов научной конференции ВСГТУ, МОиПОРФ, МТиЭРФ, ОЦПЭТ РАО «ЕЭС России», г.Улан-Удэ, 1997, с.160-164: Е.И.Карпенко, С.Л.Буянтуев, Д.Б.Цыдыпов «Плазменная технология получения полукокса-сорбента») [4].In the course of work, coal is preliminarily prepared to a fraction of 1-3 mm, which is fed by a continuous stream into the gap between the electrodes, where the DC arc is rotated using an external electromagnetic coil, where the main processing of coal takes place. The coarse-grained fraction, passing through the plasma section of the reactor, is subsequently subjected to pyrolysis in a slag collector, and at the end of the production technology, a sieve and chemical analysis is performed (see the proceedings of the scientific conference of VSTU, MOiPORF, MTiERF, OCPET RAO UES of Russia, Ulan -Ude, 1997, p.160-164: E.I. Karpenko, S. L. Buyantuev, D. B. Tsydypov “Plasma technology for the production of semicoke sorbent”) [4].

При температуре 2800-4500°С за период времени 0,5-1 с происходит возгонка-десублимация микрокомпонент угля, а также процессы газификации и максимального открытия микропор, сочетаемые с оптимальными энергозатратами.At a temperature of 2800-4500 ° C for a period of 0.5-1 s, sublimation and desublimation of the microcomponents of coal, as well as gasification and maximum opening of micropores, combined with optimal energy consumption occur.

Отличительными конструктивными признаками установки для получения углеродных наноматериалов из угля природных месторождений являются:Distinctive design features of the installation for producing carbon nanomaterials from coal from natural deposits are:

- получение равномерного профиля температуры 2800-4500°С в поперечном сечении камеры совмещенного плазменного реактора с помощью формирования вращающейся электрической дуги позволяет сократить время обработки угля с часов до минут, и придать конечному продукту особые свойства, которые сложно получить в существующих технологиях получения углеродных наноматериалов;- obtaining a uniform temperature profile of 2800-4500 ° C in the cross section of the chamber of a combined plasma reactor using the formation of a rotating electric arc can reduce the processing time of coal from hours to minutes, and give the final product special properties that are difficult to obtain in existing technologies for producing carbon nanomaterials;

- в одном процессе плазменной газификации угля можно получить: синтез-газ, активированный уголь и углеродные наноматериалы;- in one process of plasma coal gasification, you can get: synthesis gas, activated carbon and carbon nanomaterials;

- последовательная установка за плазменным реактором камеры муфеля, камеры разделения, камеры активации, совмещенной с камерой пиролиза, обеспечивает более гибкое управление процессом получения активированного угля;- the sequential installation of a muffle chamber, a separation chamber, an activation chamber, combined with a pyrolysis chamber behind the plasma reactor, provides more flexible control of the process for producing activated carbon;

- процесс поддерживается благодаря не только стабильному горению вращающейся плазменной дуги, но и тому обстоятельству, что мелкие частицы угля вовлекаются в это вращение, что в конечном счете приводит к возгонке-десублимации микрокомпонент угля и изменению его аллотропной структуры из-за достаточного времени пребывания в плазме;- the process is supported not only by the stable combustion of the rotating plasma arc, but also by the fact that small particles of coal are involved in this rotation, which ultimately leads to sublimation-sublimation of the microcomponents of coal and a change in its allotropic structure due to the sufficient residence time in the plasma ;

- в процессе плазменной обработки углеродные наноматериалы могут образовываться не только из материала электродов (по известным методам), но и что очень важно, из угля, проходящего обработку плазмой. Этот факт дает особые преимущества для получения углеродных наноматериалов;- in the process of plasma treatment, carbon nanomaterials can be formed not only from the material of the electrodes (by known methods), but also very importantly, from coal undergoing plasma treatment. This fact provides particular advantages for the production of carbon nanomaterials;

- в плазменной установке углеродные наноматериалы, которые образуются под действием электродуговой плазмы из материала электродов и угля, подаваемого для газификации, оседают на водоохлаждаемой верхней крышке камеры, имеющей более низкую температуру, а также уносятся в скруббер предварительной очистки, в связи с тем, что к установке подключено вытяжное устройство для удаления образовавшегося при плазменной обработке угля синтез-газа. При создании небольшого отрицательного давления появляется возможность отделить крупные частицы угля от углеродных наноматериалов - сажи, так как сажа, обладая малой массой, засасывается с газом в скруббер.- in a plasma installation, carbon nanomaterials, which are formed under the action of an electric arc plasma from the material of the electrodes and coal supplied for gasification, are deposited on the water-cooled upper lid of the chamber, which has a lower temperature, and also are carried away into the preliminary scrubber, due to the fact that The unit is connected to an exhaust device to remove the synthesis gas formed during the plasma treatment of coal. When creating a small negative pressure, it becomes possible to separate large particles of coal from carbon nanomaterials - soot, since soot, having a low mass, is sucked into the scrubber with gas.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод о том, что заявляемые изобретения связаны между собой настолько, что образуют единый изобретательский замысел.Based on the foregoing, we can conclude that the claimed invention are so interconnected that they form a single inventive concept.

Использование предлагаемого изобретения позволит снизить затраты производства, значительно улучшить экологические показатели. Кроме того, плазменная система надежна, проста в эксплуатации, обладает малой инерционностью.Using the proposed invention will reduce production costs, significantly improve environmental performance. In addition, the plasma system is reliable, easy to operate, and has low inertia.

Таким образом, можно отметить большие потенциальные возможности данного плазменного метода получения углеродных наноматериалов. Его отличительной особенностью будет интегрированный, комплексный подход, позволяющий получать несколько веществ с помощью одной установки.Thus, one can note the great potential possibilities of this plasma method for producing carbon nanomaterials. Its distinctive feature will be an integrated, integrated approach, which allows to obtain several substances with a single installation.

Предлагаемый способ получения углеродных наноматериалов с помощью энергии низкотемпературной плазмы и установка для его осуществления поясняются изображениями, где на фиг.1 изображена структурная схема установки комплексной плазменной обработки углей для получения углеродных наноматериалов. Кроме того, изображение поясняется фотографиями: на фото 2 - изображена микрофотография «луковичных структур» наночастиц угля, обработанного низкотемпературной плазмой, с постановкой размера частиц (X 70000), на фото 3 изображена микрофотография «нитевидных структур» наночастиц угля обработанного низкотемпературной плазмой, с постановкой размера частиц (X 70000).The proposed method for producing carbon nanomaterials using the energy of low-temperature plasma and the installation for its implementation are illustrated by images, where Fig. 1 shows a block diagram of a complex plasma processing unit for coal production of carbon nanomaterials. In addition, the image is illustrated by photographs: photo 2 shows a photomicrograph of the “onion structures” of coal nanoparticles treated with a low-temperature plasma with a particle size setting (X 70000), photo 3 shows a microphotograph of “filamentous structures” of carbon nanoparticles treated with a low-temperature plasma, with the setting particle size (X 70,000).

Следующим этапом выделения углеродных наноматериалов из компактного сажистого образования является обработка его неполярным растворителем (толуол, бензол и др.) с целью экстракции и разделения веществ (см. RU №2107536 С1, МПК B01D 11/02, С01В 31/00, опубл. 27.03.1998) [5]. Растворимые углеродные наноматериалы (фуллерены, нанотрубки) экстрагируются в растворитель, а нерастворимая часть сажи оседает на дно сосуда. С целью повышения экстракции можно применять механическое перемешивание, встряхивание или нагрев в аппарате Сакслета, можно также применить ультразвуковую экстракцию для ускорения процесса и увеличения концентрации.The next step in the separation of carbon nanomaterials from a compact soot formation is its treatment with a non-polar solvent (toluene, benzene, etc.) for the extraction and separation of substances (see RU No. 2107536 C1, IPC B01D 11/02, 0101 31/00, publ. 27.03 .1998) [5]. Soluble carbon nanomaterials (fullerenes, nanotubes) are extracted into a solvent, and the insoluble part of the soot settles to the bottom of the vessel. In order to increase extraction, mechanical stirring, shaking or heating can be used in the Saxlet apparatus, and ultrasonic extraction can also be used to speed up the process and increase the concentration.

Дальнейший этап заключается в выделении углеродных наноматериалов из растворителя. Для этого производится нагрев сосуда с раствором и выпаривание растворителя. После выпаривания на дне сосуда остается слой углеродных наноматериалов. Для разделения различных по составу и строению модификаций, их снова растворяют в одном из неполярных растворителей (например, в толуоле), затем раствор этой смеси помещают в хроматографическую колонку и подвергают элюированию со скоростью 1 см3/мин, т.е. 1 л растворителя прокачивают более 15 ч.The next step is the separation of carbon nanomaterials from the solvent. For this, the vessel with the solution is heated and the solvent is evaporated. After evaporation, a layer of carbon nanomaterials remains at the bottom of the vessel. To separate the modifications of different composition and structure, they are again dissolved in one of non-polar solvents (for example, toluene), then the solution of this mixture is placed in a chromatographic column and subjected to elution at a rate of 1 cm 3 / min, i.e. 1 liter of solvent is pumped over 15 hours

Получающийся продукт (углеродные наноматериалы), имеет как компактную, так и волокнистую ультрадисперсную структуру, что указывает на наличие в нем таких основных форм наночастиц как «луковичные углеродные структуры» (многослойные, гиперфуллерены) и «нитевидные углеродные структуры» (нанотрубки, нановолокна). Микрофотографии углеродных наноматериалов прошедших обработку низкотемпературной плазмой представлены (см. фото 2 и фото 3).The resulting product (carbon nanomaterials) has both a compact and fibrous ultrafine structure, which indicates the presence of such basic forms of nanoparticles as “onion carbon structures” (multilayer, hyperfullerenes) and “filiform carbon structures” (nanotubes, nanofibers). Micrographs of carbon nanomaterials processed by low-temperature plasma are presented (see photo 2 and photo 3).

Способ и установка комплексной плазменной обработки углей для получения углеродных наноматериалов, активированного угля и синтез-газа может быть представлена в виде структурной схемы фиг.1. Таким образом, твердое сырье поступает в бункер сырья 1, а из него в дозатор 2. Дозируемое сырье подается на стадию пневмотранспорта (эжектор) 3, и подается в плазменный реактор 4. Далее поток газа и твердых частиц поступает в муфельную зону 5, после чего поток газа и твердых частиц поступает в камеру разделения 6. Крупные частицы попадают в углесборник 7, а более мелкие вместе с газом поступают на дальнейшую очистку через камеру вывода газа 8 в скруббер 9, где твердые частицы улавливаются в бункере 10. Далее газ поступает на очистку в циклон 11, где оставшиеся частицы оседают в бункере 12, а газ можно в дальнейшем использовать для химического синтеза или сжигать в топочных устройствах.The method and installation of integrated plasma processing of coal to obtain carbon nanomaterials, activated carbon and synthesis gas can be represented in the form of a structural diagram of figure 1. Thus, the solid feed enters the feed hopper 1, and from it into the dispenser 2. The feed batch is fed to the pneumatic conveying stage (ejector) 3, and fed to the plasma reactor 4. Next, the flow of gas and solid particles enters the muffle zone 5, after which the flow of gas and solid particles enters the separation chamber 6. Large particles enter the charcoal collector 7, and smaller ones together with the gas enter the further cleaning through the gas outlet chamber 8 into the scrubber 9, where the solid particles are collected in the hopper 10. Next, the gas enters for cleaning to cyclone 11, where remaining particles settle in the hopper 12, and the gas can be further used for chemical synthesis or burned in combustion devices.

Claims (2)

1. Способ получения углеродных наноматериалов с помощью энергии низкотемпературной плазмы, предусматривающий нагрев угля в камере совмещенного плазменного реактора в потоке высококонцентрированной низкотемпературной плазмы с формированием вращающейся электрической дуги в поперечном сечении реактора, отличающийся тем, что для нагрева в поперечном сечении камеры реактора получают полный профиль температур от 2800 до 4500°С с помощью вращающейся электрической дуги, проводят совмещенный процесс газификации и активирования угля в камере совмещенного плазменного реактора, где образуется мелкодисперсная сажа, содержащая углеродные наноматериалы.1. A method of producing carbon nanomaterials using low-temperature plasma energy, comprising heating coal in the chamber of a combined plasma reactor in a stream of high-concentration low-temperature plasma with the formation of a rotating electric arc in the cross section of the reactor, characterized in that a full temperature profile is obtained for heating in the cross section of the reactor chamber from 2800 to 4500 ° C using a rotating electric arc, conduct a combined process of gasification and activation of coal in the chamber with An enclosed plasma reactor, where fine soot containing carbon nanomaterials is formed. 2. Установка для получения углеродных наноматериалов, содержащая совмещенный плазменный реактор с выполненными из графита цилиндрическим анодом и стержневым катодом, в средней части плазменного реактора снаружи установлена электромагнитная катушка для формирования вращающейся электрической дуги в поперечном сечении камеры реактора, узел подачи угля, камеру разделения, отличающаяся тем, что за плазменным реактором последовательно установлены камера муфеля, камера разделения, скруббер предварительной очистки, к которому подключен компрессор для вытяжки образовавшегося при плазменной обработке угля синтез-газа, с возможностью отделения крупных частиц угля от углеродных наноматериалов - сажи, так как сажа, обладая малой массой, засасывается с газом в скруббер при небольшом отрицательном давлении. 2. Installation for producing carbon nanomaterials, containing a combined plasma reactor with a cylindrical anode and a rod cathode made of graphite, an electromagnetic coil is installed outside the middle part of the plasma reactor to form a rotating electric arc in the cross section of the reactor chamber, a coal supply unit, a separation chamber, different in that a muffle chamber, a separation chamber, a pre-treatment scrubber connected to an compressor for extracting the synthesis gas formed during plasma processing of coal, with the possibility of separating large particles of coal from carbon nanomaterials — soot, since soot, having a low mass, is sucked into the scrubber with gas at a small negative pressure.
RU2011106679/07A 2011-02-22 2011-02-22 Method for obtaining carbon nanomaterials by means of energy of low-temperature plasma, and plant for its implementation RU2488984C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011106679/07A RU2488984C2 (en) 2011-02-22 2011-02-22 Method for obtaining carbon nanomaterials by means of energy of low-temperature plasma, and plant for its implementation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011106679/07A RU2488984C2 (en) 2011-02-22 2011-02-22 Method for obtaining carbon nanomaterials by means of energy of low-temperature plasma, and plant for its implementation

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2011106679A RU2011106679A (en) 2012-08-27
RU2488984C2 true RU2488984C2 (en) 2013-07-27

Family

ID=46937394

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011106679/07A RU2488984C2 (en) 2011-02-22 2011-02-22 Method for obtaining carbon nanomaterials by means of energy of low-temperature plasma, and plant for its implementation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2488984C2 (en)

Cited By (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2561435C1 (en) * 2014-11-05 2015-08-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления" Composition of mixture for asphalt concrete
RU2636740C1 (en) * 2016-12-29 2017-11-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления" Method of producing coal-water slurry and installation for its implementation
US10100200B2 (en) 2014-01-30 2018-10-16 Monolith Materials, Inc. Use of feedstock in carbon black plasma process
US10138378B2 (en) 2014-01-30 2018-11-27 Monolith Materials, Inc. Plasma gas throat assembly and method
US10370539B2 (en) 2014-01-30 2019-08-06 Monolith Materials, Inc. System for high temperature chemical processing
US10618026B2 (en) 2015-02-03 2020-04-14 Monolith Materials, Inc. Regenerative cooling method and apparatus
US10808097B2 (en) 2015-09-14 2020-10-20 Monolith Materials, Inc. Carbon black from natural gas
US11149148B2 (en) 2016-04-29 2021-10-19 Monolith Materials, Inc. Secondary heat addition to particle production process and apparatus
US11304288B2 (en) 2014-01-31 2022-04-12 Monolith Materials, Inc. Plasma torch design
US11453784B2 (en) 2017-10-24 2022-09-27 Monolith Materials, Inc. Carbon particles having specific contents of polycylic aromatic hydrocarbon and benzo[a]pyrene
US11492496B2 (en) 2016-04-29 2022-11-08 Monolith Materials, Inc. Torch stinger method and apparatus
US11665808B2 (en) 2015-07-29 2023-05-30 Monolith Materials, Inc. DC plasma torch electrical power design method and apparatus
US11760884B2 (en) 2017-04-20 2023-09-19 Monolith Materials, Inc. Carbon particles having high purities and methods for making same
US11926743B2 (en) 2017-03-08 2024-03-12 Monolith Materials, Inc. Systems and methods of making carbon particles with thermal transfer gas
US11939477B2 (en) 2014-01-30 2024-03-26 Monolith Materials, Inc. High temperature heat integration method of making carbon black
RU2816576C2 (en) * 2014-01-31 2024-04-02 Монолит Матириалз, Инк. Plasma torch design
US11987712B2 (en) 2015-02-03 2024-05-21 Monolith Materials, Inc. Carbon black generating system
US12030776B2 (en) 2017-08-28 2024-07-09 Monolith Materials, Inc. Systems and methods for particle generation
US12119133B2 (en) 2015-09-09 2024-10-15 Monolith Materials, Inc. Circular few layer graphene

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6871604B2 (en) * 2002-09-27 2005-03-29 Pyrogenesis, Inc. Conversion of waste into highly efficient fuel
RU2288408C1 (en) * 2005-06-20 2006-11-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Восточно-Сибирский государственный технологический университет Method and device for two-stage thermal treatment of pulverized fuel
KR20090019533A (en) * 2007-08-21 2009-02-25 세메스 주식회사 Apparatus for synthesizing carbon nano-tube using plasma enhanced chemical vapor deposition
RU2366861C1 (en) * 2008-07-17 2009-09-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Восточно-Сибирский государственный технологический университет Two-stage method of thermal plasmic preparation of lump fuel for burning, and device for method implementation

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6871604B2 (en) * 2002-09-27 2005-03-29 Pyrogenesis, Inc. Conversion of waste into highly efficient fuel
RU2288408C1 (en) * 2005-06-20 2006-11-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Восточно-Сибирский государственный технологический университет Method and device for two-stage thermal treatment of pulverized fuel
KR20090019533A (en) * 2007-08-21 2009-02-25 세메스 주식회사 Apparatus for synthesizing carbon nano-tube using plasma enhanced chemical vapor deposition
RU2366861C1 (en) * 2008-07-17 2009-09-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Восточно-Сибирский государственный технологический университет Two-stage method of thermal plasmic preparation of lump fuel for burning, and device for method implementation

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
РЫЖОНКОВ Д.И. Наноматериалы. - М.: Бином, Лаборатория знаний, 2008, с.18-87. *

Cited By (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11203692B2 (en) 2014-01-30 2021-12-21 Monolith Materials, Inc. Plasma gas throat assembly and method
US11939477B2 (en) 2014-01-30 2024-03-26 Monolith Materials, Inc. High temperature heat integration method of making carbon black
US10100200B2 (en) 2014-01-30 2018-10-16 Monolith Materials, Inc. Use of feedstock in carbon black plasma process
US10138378B2 (en) 2014-01-30 2018-11-27 Monolith Materials, Inc. Plasma gas throat assembly and method
US10370539B2 (en) 2014-01-30 2019-08-06 Monolith Materials, Inc. System for high temperature chemical processing
US11866589B2 (en) 2014-01-30 2024-01-09 Monolith Materials, Inc. System for high temperature chemical processing
US11591477B2 (en) 2014-01-30 2023-02-28 Monolith Materials, Inc. System for high temperature chemical processing
RU2816576C2 (en) * 2014-01-31 2024-04-02 Монолит Матириалз, Инк. Plasma torch design
US11304288B2 (en) 2014-01-31 2022-04-12 Monolith Materials, Inc. Plasma torch design
RU2561435C1 (en) * 2014-11-05 2015-08-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления" Composition of mixture for asphalt concrete
US10618026B2 (en) 2015-02-03 2020-04-14 Monolith Materials, Inc. Regenerative cooling method and apparatus
US11998886B2 (en) 2015-02-03 2024-06-04 Monolith Materials, Inc. Regenerative cooling method and apparatus
US11987712B2 (en) 2015-02-03 2024-05-21 Monolith Materials, Inc. Carbon black generating system
US11665808B2 (en) 2015-07-29 2023-05-30 Monolith Materials, Inc. DC plasma torch electrical power design method and apparatus
US12119133B2 (en) 2015-09-09 2024-10-15 Monolith Materials, Inc. Circular few layer graphene
US10808097B2 (en) 2015-09-14 2020-10-20 Monolith Materials, Inc. Carbon black from natural gas
US11149148B2 (en) 2016-04-29 2021-10-19 Monolith Materials, Inc. Secondary heat addition to particle production process and apparatus
US11492496B2 (en) 2016-04-29 2022-11-08 Monolith Materials, Inc. Torch stinger method and apparatus
US12012515B2 (en) 2016-04-29 2024-06-18 Monolith Materials, Inc. Torch stinger method and apparatus
RU2636740C1 (en) * 2016-12-29 2017-11-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления" Method of producing coal-water slurry and installation for its implementation
US11926743B2 (en) 2017-03-08 2024-03-12 Monolith Materials, Inc. Systems and methods of making carbon particles with thermal transfer gas
US11760884B2 (en) 2017-04-20 2023-09-19 Monolith Materials, Inc. Carbon particles having high purities and methods for making same
US12030776B2 (en) 2017-08-28 2024-07-09 Monolith Materials, Inc. Systems and methods for particle generation
US11453784B2 (en) 2017-10-24 2022-09-27 Monolith Materials, Inc. Carbon particles having specific contents of polycylic aromatic hydrocarbon and benzo[a]pyrene

Also Published As

Publication number Publication date
RU2011106679A (en) 2012-08-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2488984C2 (en) Method for obtaining carbon nanomaterials by means of energy of low-temperature plasma, and plant for its implementation
JP6303244B2 (en) Removal of carbon nanotubes from aqueous systems
KR101343979B1 (en) Method for steam reforming carbonaceous material
Liu et al. Characterization and analysis of sludge char prepared from bench-scale fluidized bed pyrolysis of sewage sludge
CN101462721B (en) Technological process for cleaning preparing active carbon and active coke from lignite
CN103695015B (en) A kind ofly accelerate biomass pyrolytic aerogenesis speed and obtain the device and method of nanometer grade silica material
WO2012041019A1 (en) Two-stage plasma gasification melting and cracking method of rejected material containing organic matters and equipment thereof
JP5169824B2 (en) Carbon nanohorn manufacturing apparatus and manufacturing method
WO2013032365A1 (en) Method for producing amorphous silicon dioxide from rice husk
Pa et al. Removal of iron in rice husk via oxalic acid leaching process
Kouadri et al. Extraction of silica from different sources of agricultural waste
JP4357517B2 (en) Nanocarbon generator
CN113353920A (en) Continuous preparation device and preparation method of carbon nano tube
Azizovna et al. Development of a method of obtaining graphene layers from rice husk
CN203668313U (en) Biomass pyrolysis device for generating silicon dioxide through waste gas mixed cycle
CN203845985U (en) Device of accelerating gas-yield speed by biomass pyrolysis and obtaining nanoscale silicon dioxide material
CN1294077C (en) Ppolynuclear aromatic hydrocarbons for fullerene synthesis in flames
CN115889397A (en) Water washing dechlorination treatment process for household garbage incineration fly ash
JP7021234B2 (en) Dihydrogen production equipment, dihydrogen production method using such equipment and usage of such equipment
Liu et al. Experimental study on adsorption of PbCl2 and CdCl2 on kaolin modified by leachates from municipal solid waste incineration power plant
TWI537222B (en) A co-treatment process of sludge
RU2779260C1 (en) Unit of thermochemical processing of carbon-containing raw materials (options)
RU2446095C2 (en) Plant for production of carbon nanotubes
RU88008U1 (en) FULLERENA MIXTURE INSTALLATION
RU2769520C1 (en) Method for producing activated carbon powder

Legal Events

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

Effective date: 20150223