碳纳米管生产系统

544 编辑：中冶有色技术网来源：无锡东恒新能源科技有限公司

2023-12-27 11:18:05

权利要求书： 1.一种碳纳米管生产系统，其特征在于，包括还原器，所述还原器连接有加剂罐、还原预热器、主反应器和还原尾气换热器，所述主反应器连接有第一预热器、第二预热器和碳粉冷却罐，主反应器上方设有排气口，所述排气口通过反应尾气换热器和反应尾气冷凝器连接有分液罐，所述分液罐连接有布袋除尘器，所述布袋除尘器连接有尾气焚烧炉；所述碳粉冷却罐连接有成品储罐。

2.根据权利要求1所述的碳纳米管生产系统，其特征在于，所述加剂罐内设有催化剂，催化剂通过加剂罐进入到还原器。

3.根据权利要求2所述的碳纳米管生产系统，其特征在于，所述还原器预热器通有氮气和氢气，经过还原器预热器加热后的氮气和氢气进入到还原器内，对还原器内的催化剂进行催活，催活后的催化剂进入到主反应器内。

4.根据权利要求3所述的碳纳米管生产系统，其特征在于，所述第一预热器通有氮气和丙烯，氮气和丙烯经过第一预热器的加热后进入到主反应器内；所述第二预热器通有氮气和丙烯，氮气和丙烯经过第二预热器的加热后进入到主反应器内。

5.根据权利要求4所述的碳纳米管生产系统，其特征在于，所述主反应器内设有至少两个喷头，第一预热器通过第一管道与主反应器，第二预热器通过第二管道与主反应器连接，所述第一管道和第二管道伸进主反应器内，分别与主反应器内的两个喷头连接。

6.根据权利要求5所述的碳纳米管生产系统，其特征在于，所述还原尾气换热器还与分液罐连接。

7.根据权利要求6所述的碳纳米管生产系统，其特征在于，所述碳粉冷却罐还与布袋除尘器连接。

8.根据权利要求7所述的碳纳米管生产系统，其特征在于，所述主反应器的上方还设有防爆膜，所述防爆膜与分液罐连接。

9.根据权利要求8所述的碳纳米管生产系统，其特征在于，所述加剂罐与还原器之间、还原器与还原尾气换热器之间、碳粉冷却罐和成品储罐之间、反应尾气冷凝器和分液罐之间均设有阀门。

10.根据权利要求9所述的碳纳米管生产系统，其特征在于，所述阀门为电磁阀。

说明书：一种碳纳米管生产系统技术领域[0001] 本发明涉及一种碳纳米管生产系统，属于化工设备技术领域。背景技术[0002] 近年来，碳纳米管作为优良的导电剂，已在新能源汽车锂电池等行业得到广泛应用。这是由于其具有优异的导热、导电性及较好的机械强度等优点。此外碳纳米管的一维结

构可以增强活性材料的粘结同时可以改善极片的性能，因此被用于新能源电池方面有很大

的应用前景。

[0003] 当前生产碳纳米管的设备主要有固定床反应器、移动床反应器、流化床反应器，由于固定床反应器和移动床反应器的传热和传质系数低、单位产能低，并且对应的能耗高，开

发效率更高的生产设备对于碳纳米管的市场开发非常重要。

发明内容[0004] 本发明的目的在于提供一种碳纳米管生产系统，该系统反应温度均匀，对于强热效反应热扩散和热补充都有着明显的优势，反应时充分接触充分，反应质量高；反应质点均

处于流动态，易于物料的加注和卸出，降低了能耗，提高了生产效率；采用自动化控制，自动

化程度高，并明显提高产品性能稳定性。

[0005] 本发明提供了一种碳纳米管生产系统，包括还原器，所述还原器连接有加剂罐、还原预热器、主反应器和还原尾气换热器，所述主反应器连接有第一预热器、第二预热器和碳

粉冷却罐，主反应器上方设有排气口，所述排气口通过反应尾气换热器和反应尾气冷凝器

连接有分液罐，所述分液罐连接有布袋除尘器，所述布袋除尘器连接有尾气焚烧炉；所述碳

粉冷却罐连接有成品储罐。

[0006] 本发明的一种实施方式中，所述加剂罐内设有催化剂，催化剂通过加剂罐进入到还原器。

[0007] 本发明的一种实施方式中，所述还原器预热器通有氮气和氢气，经过还原器预热器加热后的氮气和氢气进入到还原器内，对还原器内的催化剂进行催活，催活后的催化剂

进入到主反应器内。

[0008] 本发明的一种实施方式中，所述第一预热器通有氮气和丙烯，氮气和丙烯经过第一预热器的加热后进入到主反应器内；所述第二预热器通有氮气和丙烯，氮气和丙烯经过

第二预热器的加热后进入到主反应器内。

[0009] 本发明的一种实施方式中，所述主反应器内设有至少两个喷头，第一预热器通过第一管道与主反应器，第二预热器通过第二管道与主反应器连接，所述第一管道和第二管

道伸进主反应器内，分别与主反应器内的两个喷头连接。

[0010] 本发明的一种实施方式中，所述还原尾气换热器还与分液罐连接。[0011] 本发明的一种实施方式中，所述碳粉冷却罐还与布袋除尘器连接。[0012] 本发明的一种实施方式中，所述主反应器的上方还设有防爆膜，所述防爆膜与分液罐连接。

[0013] 本发明的一种实施方式中，所述加剂罐与还原器之间、还原器与还原尾气换热器之间、碳粉冷却罐和成品储罐之间、反应尾气冷凝器和分液罐之间均设有阀门。

[0014] 本发明的一种实施方式中，所述阀门为电磁阀。[0015] 有益效果[0016] 1、本发明设置的还原预热器、第一预热器和第二预热器使得反应温度均匀，对于强热效反应热扩散和热补充都有着明显的优势；

[0017] 2、本发明在主反应器设置喷头，喷头将氮气和丙烯吹扫在还原后的催化剂上，使催化剂浮动起来，实现了催化剂与氮气和丙烯的充分接触反应，提高了反应效率和质量；

[0018] 3、本发明通过各个设备之间相互连接实现了反应质点均处于流动态，易于物料的加注和卸出，对于能耗和生产效率都有明显的提升。

[0019] 4、本发明在加剂罐与还原器之间、还原器与还原尾气换热器之间、碳粉冷却罐和成品储罐之间、反应尾气冷凝器和分液罐之间均设有阀门，阀门为电磁阀，通过PLC控制系

统对各阀门的开启或关闭进行控制，进一步控制催化剂和气体的流量，自动化程度高，并明

显提高产品性能稳定性。

[0020] 5、本发明在主反应器的上方设有防爆膜，所述防爆膜与分液罐连接；当主反应器内的气体压力过高时，防爆膜破裂，尾气直接进入到分液罐内，确保了主反应器内反应的安

全可靠。

[0021] 6、本发明主反应器内的反应尾气依次经过反应尾气换热器进行降温、反应尾气冷凝器进行冷凝、分液罐脱液、布袋除尘器除尘、尾气焚烧炉进行处理达标后排放，大大降低

了对环境的污染，节能环保。

附图说明[0022] 图1为本发明碳纳米管生产系统的结构示意图。[0023] 其中：1、加剂罐；2、还原预热器；3、还原器；4、主反应器；5、还原尾气换热器；6、第一预热器；7、第二预热器；8、碳粉冷却罐；9、成品储罐；10、反应尾气换热器；11、反应尾气冷

凝器；12、分液罐；13、布袋除尘器；14、尾气焚烧炉。

具体实施方式[0024] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的

是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向。使用

的词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

[0025] 实施例1[0026] 一种碳纳米管生产系统，如图1所示，包括还原器3，所述还原器3连接有加剂罐1、还原预热器2、主反应器4和还原尾气换热器5，所述主反应器4连接有第一预热器6、第二预

热器7和碳粉冷却罐8，主反应器4上方设有排气口，所述排气口通过反应尾气换热器10和反

应尾气冷凝器11连接有分液罐12，所述分液罐12连接有布袋除尘器13，所述布袋除尘器13

连接有尾气焚烧炉14；所述碳粉冷却罐8连接有成品储罐9。

[0027] 进一步地，所述加剂罐1内设有催化剂，催化剂通过加剂罐1进入到还原器3；所述催化剂包括铁钴镁铝共沉淀催化剂，颗粒为20～120目。

[0028] 进一步地，所述还原器预热器2通有氮气和氢气，经过还原器预热器2加热后的氮气和氢气进入到还原器3内，对还原器3内的催化剂进行催活，催活后的催化剂进入到主反

应器4内。

[0029] 进一步地，所述第一预热器6通有氮气和丙烯/乙烯，氮气和丙烯/乙烯经过第一预热器6的加热后进入到主反应器4内；所述第二预热器7通有氮气和丙烯/乙烯，氮气和丙烯/

乙烯经过第二预热器7的加热后进入到主反应器4内。

[0030] 进一步地，所述主反应器4内设有至少两个喷头，第一预热器6通过第一管道与主反应器4，第二预热器7通过第二管道与主反应器4连接，所述第一管道和第二管道伸进主反

应器4内，分别与主反应器4内的两个喷头连接；所述喷头用于将氮气和丙烯/乙烯吹扫在还

原后的催化剂上，使催化剂浮动起来，实现了催化剂与氮气和丙烯/乙烯的充分接触反应，

提高了反应效率和质量。催化剂与氮气和丙烯/乙烯反应后生成碳纳米管粉末，生成的碳纳

米管粉末进入到碳粉冷却罐8充分冷却后，然后输送至成品储罐9收集；主反应器4内的反应

尾气依次经过反应尾气换热器10进行降温、反应尾气冷凝器11进行冷凝、分液罐12脱液、布

袋除尘器13除尘、尾气焚烧炉14进行处理达标后排放。

[0031] 进一步地，所述还原尾气换热器5还与分液罐12连接，在还原器3内催活催化剂产生的尾气通过尾气换热器5的换热降温后进入到分液罐12内，依次经过分液罐12脱液、布袋

除尘器13除尘、尾气焚烧炉14进行处理达标后排放。

[0032] 进一步地，所述碳粉冷却罐8还与布袋除尘器13连接，进入到碳粉冷却罐8内的碳纳米管粉会伴有尾气，在碳粉冷却罐8冷却碳纳米管粉末时，尾气进入到布袋除尘器13进行

除尘、尾气焚烧炉14进行处理达标后排放。

[0033] 进一步地，所述主反应器4的上方还设有防爆膜，所述防爆膜与分液罐12连接；当主反应器4内的气体压力过高时，防爆膜破裂，尾气直接进入到分液罐12内，确保了主反应

器4内反应的安全可靠。

[0034] 进一步地，所述加剂罐1与还原器3之间、还原器3与还原尾气换热器5之间、碳粉冷却罐8和成品储罐9之间、反应尾气冷凝器11和分液罐12之间均设有阀门。

[0035] 进一步地，所述阀门为电磁阀，通过PLC控制系统对各阀门的开启或关闭进行控制，自动化程度高。

[0036] 本发明的工作原理：所述碳纳米管生产系统通氮气保护升温，氧含量控制在1％以内，还原器预热器2和还原器3升温至500℃、第一预热器6和第二预热器7升温至600℃、主反

应器4升温至660℃。

[0037] 待以上设备的温度稳定后，通过加剂罐1投入800g催化剂至还原器3内，通入氮气30slm、氢气10slm，还原10分钟。

[0038] 将还原后的催化剂输送至主反应器4。分阶段进气反应：第一阶段经过第一预热器6通入氮气60slm、丙烯20slm，同时经过第二预热器7通入氮气220slm、丙烯200slm，反应3分

钟。第二阶段经过第一预热器6通入氮气150slm、丙烯150slm，同时经过第二预热器7通入氮

气240slm、丙烯380slm，反应7分钟。第三阶段经过第一预热器6通入氮气200slm、丙烯

350slm，同时经过第二预热器7通入氮气200slm、丙烯380slm，反应10分钟。第四阶段经过第

一预热器6通入氮气140slm、丙烯400slm，同时经过第二预热器7通入氮气200slm、丙烯

400slm，反应30分钟。

[0039] 反应结束将碳纳米管粉末输送至碳粉冷却罐8充分冷却后，然后输送至成品储罐9收集。反应尾气依次经过反应尾气换热器10进行降温、反应尾气冷凝器11进行冷凝、分液罐

12脱液、布袋除尘器13除尘、尾气焚烧炉14进行处理达标后排放。

[0040] 尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等

同更换，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改，等同替换，改进等，均应包含在本

发明的保护范围之内。