[發(fā)明專利]一種氣固反應(yīng)連續(xù)制備碳材料的設(shè)備及方法

在審

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• 申請日: 2019-12-24
• 公開（公告）號: CN111072008A
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張娟利;張書勤;閆鵬;董昭;張新莊;賈鐸;張鐸;劉志玲;張妮娜
• 申請（專利權(quán)）人: 陜西延長石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司研究院
• 主分類號: C01B32/05
• 分類號: C01B32/05;C01B3/26
• 代理公司: 西安億諾專利代理有限公司 61220
• 代理人: 賀珊

本發(fā)明涉及一種連續(xù)制備碳材料的設(shè)備及方法。一種氣固反應(yīng)連續(xù)制備碳材料的設(shè)備及方法，包括：水平設(shè)置的反應(yīng)器筒體，反應(yīng)器筒體一端設(shè)置有進(jìn)料口，另一端設(shè)置有出料口，從進(jìn)料口到出料口，將反應(yīng)器筒體依次分為催化劑活化段、第一反應(yīng)段、第二反應(yīng)段及排料段，在反應(yīng)器筒體內(nèi)壁設(shè)置有導(dǎo)料板，導(dǎo)料板與反應(yīng)器筒體存在夾角，連續(xù)進(jìn)入反應(yīng)器的催化劑和碳源氣體，在外部加熱裝置的作用下，溫度迅速達(dá)到反應(yīng)溫度，反應(yīng)器筒體繞反應(yīng)器中心軸定向運動，催化劑在導(dǎo)料板的作用下緩慢向前移動，并與反應(yīng)器內(nèi)的碳源氣體充分接觸發(fā)生反應(yīng)，最終得到連續(xù)制備的碳材料和氫氣。本發(fā)明提出一種生長可控、可連續(xù)生產(chǎn)碳材料的新手段。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于化工技術(shù)制備碳材料領(lǐng)域，具體涉及一種氣固反應(yīng)連續(xù)制備碳材料的設(shè)備及方法。

背景技術(shù)

碳材料因其特殊的結(jié)構(gòu)與形態(tài)，優(yōu)良的力學(xué)、電學(xué)、傳熱及獨特的雷達(dá)波吸收性能等多樣獨特優(yōu)異的特征，使得它在高強度復(fù)合材料、高效導(dǎo)熱復(fù)合材料、催化材料、電子干擾屏蔽材料、隱形材料及氫氣存儲、電子器件、電池、超級電容器、場發(fā)射顯示器、量子導(dǎo)線模板、電子槍及傳感器和顯微鏡探頭等領(lǐng)域有著廣泛地應(yīng)用，并推動著其合成技術(shù)的快速發(fā)展。碳材料的大規(guī)模應(yīng)用需要加快大規(guī)模制備的步伐。在1990′s，受制于技術(shù)發(fā)展水平，大規(guī)模碳材料的制備似乎無法實現(xiàn)。到了2000年，間歇性的反應(yīng)只能每天生產(chǎn)幾克的量。到2005年左右，使用流化床反應(yīng)器進(jìn)行碳材料的大規(guī)模生產(chǎn)得到了商業(yè)應(yīng)用，流化床反應(yīng)器的傳質(zhì)傳熱效率高，原料處理量大，易于放大和連續(xù)化操作，但由于原料在流化床反應(yīng)器中通過的線速度較快，導(dǎo)致了生成的產(chǎn)品局限性較強，影響了產(chǎn)品的生產(chǎn)能力。與其相比，使用固定床反應(yīng)器可以控制碳材料的一些性質(zhì)，但其缺點是，不能進(jìn)行連續(xù)化制備。因此，提出一種近似于固定床反應(yīng)器生長條件，又可以實現(xiàn)連續(xù)化制備碳材料的方法勢在必行。

碳材料具有優(yōu)良的耐熱性能、高導(dǎo)熱系數(shù)、良好的化學(xué)惰性、高電導(dǎo)率等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于冶金、化工、機械、電子、航空等技術(shù)領(lǐng)域。近年來，化石資源的大量開采和應(yīng)用，導(dǎo)致化石資源日益短缺，碳材料的發(fā)展和應(yīng)用受到極大的限制，碳材料是重要的結(jié)構(gòu)材料和功能性材料，目前在化工技術(shù)制備中，還未能實現(xiàn)對碳材料的可連續(xù)制備的手段，因此，提出一種利用化工技術(shù)手段連續(xù)制備碳材料的方法勢在必行，利用化學(xué)質(zhì)原料制備各種碳材料，可以降低碳材料的生產(chǎn)成本，實現(xiàn)碳材料的可持續(xù)發(fā)展，因此，本發(fā)明提出了一種新型的可連續(xù)制備碳材料的新型技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在解決上述化工技術(shù)手段制備碳材料的問題，提出一種生長可控、可連續(xù)大批量生產(chǎn)碳材料的新手段，具體涉及一種氣固反應(yīng)連續(xù)制備碳材料的設(shè)備及方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案在于：

一種氣固反應(yīng)連續(xù)制備碳材料的設(shè)備，包括：水平設(shè)置的反應(yīng)器筒體，反應(yīng)器筒體一端設(shè)置有進(jìn)料口，另一端設(shè)置有出料口，從進(jìn)料口到出料口，將反應(yīng)器筒體依次分為催化劑活化段、第一反應(yīng)段、第二反應(yīng)段及排料段，在反應(yīng)器筒體內(nèi)壁設(shè)置有導(dǎo)料板，導(dǎo)料板與反應(yīng)器筒體存在夾角。

優(yōu)選地，所述催化劑活化段、第一反應(yīng)段、第二反應(yīng)段及排料段在反應(yīng)器筒體內(nèi)所占用的長度比例為：4-6：6-12：6-12：1-2。

其效果在于：反應(yīng)器筒體中的催化劑活化段、第一反應(yīng)段、第二反應(yīng)段、排料段分為不同長短的反應(yīng)空間，可以提供不同階段所需要的反應(yīng)時間和反應(yīng)空間，使得不同階段的反應(yīng)更加充分完全。

優(yōu)選地，所述導(dǎo)料板以近螺旋狀分布在反應(yīng)器筒體內(nèi)壁，導(dǎo)料板在反應(yīng)器筒體內(nèi)的催化劑活化段、第一反應(yīng)段、第二反應(yīng)段及排料段的數(shù)量分布比例為8:4:2:1。

優(yōu)選地，所述催化劑活化段設(shè)置有16-32塊導(dǎo)料板；第一反應(yīng)段設(shè)置有8-24塊導(dǎo)料板；第二反應(yīng)段設(shè)置有4-12塊導(dǎo)料板；排料段設(shè)置有2-6塊導(dǎo)料板。