[發明專利]一種帶有尾氣余熱回收再利用裝置的碳納米管批量制備系統

在審

• 申請號: 202010889761.2
• 申請日: 2020-08-28
• 公開（公告）號: CN112142038A
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發明（設計）人: 劉銀河;馮藝偉;王博;楊歡;張彥迪
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C01B32/162
• 分類號: C01B32/162;C01B32/159
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 閔岳峰

1.一種帶有尾氣余熱回收再利用裝置的碳納米管批量制備系統，其特征在于，包括低溫爐、高溫生長爐(4)、兩級旋風分離器和尾氣導熱油換熱器(7)；其中，高溫生長爐(4)的底部設置有第一載氣及保護氣體入口(9)，低溫爐的底部設置有第二載氣及保護氣體入口(11)，低溫爐的側壁上設置有伸入至低溫爐內的固體催化劑料斗(2)，底部設置有伸入至低溫爐內的測溫熱電偶(1)和碳源注射裝置(3)，低溫爐的側壁周向上設置有若干導熱油加熱管(12)，低溫爐的出口連通至高溫生長爐(4)的入口，高溫生長爐(4)的出口連通至兩級旋風分離器的入口，尾氣導熱油換熱器(7)上設置有煙氣入口、煙氣出口、導熱油入口和導熱油出口，兩級旋風分離器的出口連通至尾氣導熱油換熱器(7)的煙氣入口，尾氣導熱油換熱器(7)的導熱油出口通過導熱油循環泵(8)和循環導熱油流量調節裝置(10)連通至導熱油加熱管(12)的入口，導熱油加熱管(12)的出口連通至尾氣導熱油換熱器(7)的導熱油入口。

2.根據權利要求1所述的一種帶有尾氣余熱回收再利用裝置的碳納米管批量制備系統，其特征在于，低溫爐用于將生成碳納米管所需的催化劑前驅體、氣相或液相碳源、生長促進劑通入爐內加熱至設定溫度，使其中固體及液體全部氣化但并未達到碳源和催化劑高溫分解反應開始發生的溫度，低溫爐加熱溫度為150-250℃，低溫爐外壁繞有流動著導熱油的加熱管，為低溫爐的加熱提供熱源，氣化后的催化劑氣體與碳源混合后在爐膛底部通入的載氣作用下進入下一級高溫生長爐(4)。

3.根據權利要求1所述的一種帶有尾氣余熱回收再利用裝置的碳納米管批量制備系統，其特征在于，隨著溫度的上升，在載氣作用下由低溫爐通入高溫生長爐的碳源及催化劑氣體開始發生碳納米管生成反應，碳納米管成品逐漸充滿整個高溫生長爐(4)，通過底部吹入的載氣將成型的碳納米管由爐膛上部吹掃出爐內，進入兩級旋風分離器，所述高溫生長爐(4)加熱溫度為800-1200℃，加熱方式為電加熱或燃氣加熱。

4.根據權利要求1所述的一種帶有尾氣余熱回收再利用裝置的碳納米管批量制備系統，其特征在于，兩級旋風分離器包括依次連通的一級旋風分離器(5)和二級旋風分離器(6)，將高溫生長爐(4)內吹出的碳納米管粗產品進行兩級連續氣固分離，分離出的高溫碳納米管成品進行冷卻及后續提純加工即可包裝運輸，分離出的高溫尾氣通入尾氣導熱油換熱器(7)，其余熱進行后續利用。

5.根據權利要求4所述的一種帶有尾氣余熱回收再利用裝置的碳納米管批量制備系統，其特征在于，碳納米管產品生成后經過兩級旋風分離器，經過第一級旋風分離器(5)后實現95％的成品過濾分離，經過第二級旋風分離器(6)后實現99％以上的成品氣固分離。

6.根據權利要求1所述的一種帶有尾氣余熱回收再利用裝置的碳納米管批量制備系統，其特征在于，尾氣導熱油換熱器(7)將兩級旋風分離器分離出的高溫尾氣的熱量傳遞給換熱系數大、換熱損失小的有機熱載體，回收其余熱，選用的有機熱載體為導熱油；其內部分為高溫尾氣通道及導熱油通道，導熱油在管內流動，高溫尾氣在管外流動，流動形式為逆流，由旋風分離器分離出的高溫尾氣進入尾氣導熱油換熱器(7)后，將熱量傳遞給管內的導熱油，導熱油吸熱升溫后流出換熱器，在導熱油循環泵(8)的作用下流入低溫爐側壁周向導熱油加熱管(12)，將熱量傳遞到低溫爐內，將回收的余熱進行利用，為固體催化劑氣化提供熱量，換熱后流出的導熱油再重新回到尾氣導熱油換熱器(7)進行加熱，導熱油即可循環加熱使用。

7.根據權利要求6所述的一種帶有尾氣余熱回收再利用裝置的碳納米管批量制備系統，其特征在于，高溫尾氣經過尾氣導熱油換熱器(7)后溫度降低至環境溫度，且碳納米管生成反應結束后的尾氣中絕大部分由H₂組成，只含有少量的CO和CO₂，將換熱器后排出的低溫尾氣進行壓縮后收集起來，在工業燃燒中使用或用作化學工業的原料。