[發明專利]一種生產超級電容器用摻氮活性炭的反應爐及工藝

有效

• 申請號: 201910083055.6
• 申請日: 2019-01-29
• 公開（公告）號: CN109650389B
• 公開（公告）日: 2021-11-05
• 發明（設計）人: 徐英;秦曉偉;李晟;張國杰;張永發
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: C01B32/39
• 分類號: C01B32/39
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司 14101
• 代理人: 申艷玲

本發明公開了一種生產超級電容器用摻氮活性炭的反應爐及工藝。將燃料氣和空氣分別通入到進氣管，兩股氣流經過交叉噴射器交叉噴射到裂解室中，兩者混合燃燒為裂解室提供熱源；達到預定溫度后，一次氮源噴嘴噴出氮源溶液，原料油噴嘴噴出原料液油，兩者交叉混合，在高溫下充分裂解；在裂解的同時，生成的炭與氮源在高溫下反應，實現第一次摻氮；生成的炭隨著廢氣進入到收集室，與從二次氮源噴嘴噴出的氮源溶液進行二次摻氮；在收集室內，不同品質的活性炭被收集到不同的回收倉中。本發明設備可同時實現高性能活性炭的制備和氮摻雜，不僅工藝方法簡單，而且還可以收集到不同質量的活性炭，在高性能超級電容器用活性炭領域具有巨大的推廣應用潛力。

技術領域

本發明涉及一種生產超級電容器用摻氮活性炭的反應爐及工藝，屬于超級電容器用活性炭生產領域。

背景技術

雙電層電容器也稱超級電容器，是利用活性炭等碳素材料與電解質界面間形成的雙電層來儲存電荷的新型蓄能原件。它具備電誘導型電容器和二次電池的中間特性。

近幾年發展起來的超級電容器，既具有傳統物理電容的高比功率和循環性，又具有化學電源的高比能量特性，所以，它既能滿足高比功率的使用條件，又能滿足高比能量的使用條件。由于超級電容器具有優良的脈沖充放電性能以及傳統物理電容所不具有的大容量儲能性能，在高能脈沖激光器的應用中已經引起了人們的廣泛關注。同時，因其存儲能量大、質量輕、可無限次充放電而被人們用作計算機系統和無限電通訊設備的備用電源。

在超級電容器的各種電極材料中，價格低廉的活性炭材料是應用最廣泛也是技術最成熟的一類。活性炭材料具有優良的導熱性能和導電性能，其密度低，抗化學腐蝕性能好，熱膨脹系數小，彈性模量不高。可通過不同方法制得粉末、塊狀、纖維、布等多種形態，同時還擁有多種同素異形體（如石墨、金剛石、富勒烯），也可因石墨化程度的不同而具有不同的空間結構，故被廣泛用于電化學領域中作電極材料。

含氮炭材料具有獨特的光學、力學、電學特性，含氮碳納米管、納米纖維和各種孔結構的炭材料相繼被開發出來，此外氮摻雜炭材料儲氫、場發射性能方面得到明顯提高，氮摻雜多孔炭材料具有諸多優勢，引起人們廣泛關注。

如中國專利CN 102181178 A公開了一種4萬噸硬質炭黑反應爐及其炭黑生產工藝，通過改造燃燒室和喉管段，使得溫度分布更加均勻，提高了炭黑生產的質量，但這增加了燃燒室和喉管段的體積，容易造成熱量大量流失；如中國專利CN 108559314 A公開了一種高效炭黑爐，通過進風裝置輸入足夠多的空氣，并預先提升空氣的溫度，通過原料油輸送裝置的作用輸入霧化充分，并預先提升原料油的溫度，再加上反應爐中的燃燒溫度保證在1200℃～1900℃的范圍，但其設備設計的過于抽象復雜，難以在工業上實現。

發明內容

本發明旨在提供一種生產超級電容器用摻氮活性炭的反應爐及工藝，可同時實現高性能活性炭的制備和氮摻雜，不僅工藝方法簡單，而且還可以收集到不同質量的活性炭，在高性能超級電容器用活性炭領域具有巨大的推廣應用潛力。

本發明反應爐包括裂解室和收集室，在高溫下，裂解室的原料油和一次氮源同時噴出，原料油裂解為小顆粒炭，一次氮源分解為小顆粒氮源，在高溫、焙燒、混合的作用下，氮源會負載到小顆粒炭上，然后隨著廢氣擴散到收集室，在氨水的噴淋作用下，氨水分子與已附著氮源的小顆粒炭接觸混合，強化了氮源在小顆粒炭上的負載，最后把落入到不同回收板上的產物收集起來以供不同需求使用。

本發明提供了一種生產超級電容器用摻氮活性炭的反應爐，包括裂解室和收集室，裂解室入口段為圓柱體結構，出口段為漸縮狀，出口段外部為圓臺形結構；圓臺的末端通過圓管連接收集室，裂解室左端中心入口處設有燃料氣進管和空氣進管，在進氣管的末端連接有交叉噴射器，交叉噴射器位于裂解室入口段內部；在裂解室側壁上排列著若干個一次氮源噴嘴和原料油噴嘴；