专利名称：一种制备乙炔和碳纳米管的装置的制作方法
技术领域：
本发明一种制备乙炔和碳纳米管的装置属于化学反应工程和等离子体物理以及材料学科相交叉的领域。具体地讲是以电弧等离子体技术为核心，结合下行反应器技术连续地制备乙炔和碳纳米管的一种装置。
本发明一种制备乙炔和碳纳米管的装置，其特征在于是一种将电弧等离子体技术和下行反应器有机结合，实现乙炔和碳纳米管的连续化合成的制备碳纳米管装置，主要由等离子体发生器1、进料混合器2、下行反应器3、分离收集器4、供粉器5组成，它们的连接顺序至上而下为等离子体发生器1、进料混合器2、下行反应器3、分离收集器4，另外，供粉器5通过供粉管线和进料混合器2连接。
上所述的一种制备乙炔和碳纳米管的装置，其特征在于等离子体发生器1置于下行反应器3之上，等离子体发生器1产生的电弧射流穿过进料混合器2的中央通道并延伸至下行反应器3中。
上述的一种制备乙炔和碳纳米管的装置，其特征在于进料混合器2由喷嘴201和环形冷却水道202组成，环形冷却水道202内部中央通道的直径为15～35毫米，喷嘴201穿过冷却水道202的外壁，通过冷却水道区，再穿过冷却水道202的内壁，与中央通道相通，喷嘴201倾斜角度为-45～+45度。
上述的一种制备乙炔和碳纳米管的装置，其特征在于下行反应器3的内部直径为15～35毫米，高度为350～800毫米，其反映器壁由三层组成，最内层为石墨衬套301，向外一层为保温衬套302，最外层为水冷夹套303。石墨衬套301保证了下行反应器3不会被等离子体射流的高温烧损，而保温衬套302提高了下行反应器3的热效率，水冷夹套303则保证了下行反应器3的外表不会产生高温。
按照上述的一种制备乙炔和碳纳米管的装置，其特征在于供粉器5由电动机501、平衡气孔502、料仓503、搅拌桨504、压力指示仪505、加料孔506、供料螺杆507、下料管508、气固混合室509、湍流挡板510，输料管511组成，下料管508位于料仓503的下部，气固混合室509位于下料管508的下部，输料管511斜穿气固混合室509，并与下料管508相通，其直径为5～10毫米，供料螺杆507垂直通过料仓503并延伸至下料管508底部，搅拌桨504固定于供料螺杆507上并位于料仓503内，平衡气孔502和压力指示仪505位于料仓503的顶部，湍流挡板510位于气固混合室509中部，垂直于输料管511。
采用该装置连续合成乙炔和碳纳米管具体步骤为I、 点燃等离子体发生器1，使产生的电弧射流穿过进料混合器位2并延伸至下行反应器3中。II、启动供粉器5，其步骤如下启动电动机501，带动搅拌桨504和供料螺杆506，在供料螺杆506的推动下物料以一定的速度从料仓503经由下料管508推出，在搅拌桨504的作用下，物料床层保持均匀并不发生“供桥”现象；驱动马达501的转速控制了供料螺杆506的转速，从而控制了供料的速度；载气从输料管511的一端进入，在湍流挡板510的作用下发生湍流，并与物料混合从输料管511的另一端一起出来，通过管路进入进料混合器2；湍流挡板510的作用保证了物料不在混合室中聚集；载气的连接分两路，一路接混合室509进气段，另一路则接平衡气孔502，目的是用来平衡料仓503中物料床层的压力，保证物料输出畅通；压力指示仪505用来指示料仓503的工作压力；加料孔506用来添加物料。III、 原料进入进料混合器2内，通过喷嘴201被喷入下行反应器3中，并与等离子体射流混合。IV、混合体系在下行反应器中3发生反应生成乙炔和碳纳米管，乙炔从分离收集器上部排出，含碳纳米管固相产物收集于分离收集器4底部。
本发明方法的优点本发明装置可以实现同时合成乙炔和碳纳米管。而且可以实现以等离子体射流作为热源，这种内热的方式不仅提高了能量的利用效率，而且提供了极高的反应温度，使得反应在很短时间内完成。采用气流输送的方式保证了体系混合均匀，采用下行床技术实现了碳纳米管的连续化生产过程。装置中供粉器结构简单科学，可以实现均匀的连续供料，下行反应器的结构不仅保证了反应体系的热效率而且也保证系统不被烧损。总之，本发明所述的装置结构合理，操作简便，可连续化操作。
权利要求
1.一种制备乙炔和碳纳米管的装置，其特征在于是一种将电弧等离子体技术和下行反应器有机结合，实现乙炔和碳纳米管的连续化合成的制备装置，主要由等离子体发生器(1)、进料混合器(2)、下行反应器(3)、分离收集器(4)、供粉器(5)组成，它们的连接顺序至上而下为等离子体发生器(1)、进料混合器(2)、下行反应器(3)、分离收集器(4)，另外，供粉器(5)通过供粉管线和进料混合器(2)连接。
2.按照权利要求1所述的一种制备乙炔和碳纳米管的装置，其特征在于等离子体发生器(1)置于下行反应器(3)之上，等离子体发生器(1)产生的电弧射流穿过进料混合器(2)的中央通道并延伸至下行反应器(3)中。
3.按照权利要求1所述的一种制备乙炔和碳纳米管的装置，其特征在于进料混合器(2)由喷嘴(201)和环形冷却水道(202)组成，环形冷却水道(202)内部中央通道的直径为15～35毫米，喷嘴(201)穿过冷却水道(202)的外壁，通过冷却水道区，再穿过冷却水道(202)的内壁，与中央通道相通，喷嘴(201)倾斜角度为-45～+45度。
4.按照权利要求1所述的一种制备乙炔和碳纳米管的装置，其特征在于下行反应器(3)的内部直径为15～35毫米，高度为350～800毫米，其反应器壁由三层组成，最内层为石墨衬套(301)，向外一层为保温衬套(302)，最外层为水冷夹套(303)。
5.按照权利要求1所述的一种制备乙炔和碳纳米管的装置，其特征在于供粉器(5)由电动机(501)、平衡气孔(502)、料仓(503)、搅拌桨(504)、压力指示仪(505)、加料孔(506)、供料螺杆(507)、下料管(508)、气固混合室(509)、湍流挡板(510)，输料管(511)组成，下料管(508)位于料仓(503)的下部，气固混合室(509)位于下料管(508)的下部，输料管(511)斜穿气固混合室(509)，并与下料管(508)相通，其直径为5～10毫米，供料螺杆(507)垂直通过料仓(503)并延伸至下料管(508)底部，搅拌桨(504)固定于供料螺杆(507)上并位于料仓(503)内，平衡气孔(502)和压力指示仪(505)位于料仓(503)的顶部，湍流挡板(510)位于气固混合室(509)中部，垂直于输料管(511)。
全文摘要
本发明公开了一种制备乙炔和碳纳米管的装置。其特征在于该装置是一种主要由等离子体发生器、进料混合器、下行反应器、以及供粉器组成的，将电弧等离子体技术和下行反应器有机结合起来，实现连续化制备乙炔和碳纳米管装置。反应过程中所需的能量均来自于电弧等离子体，属内热方式，传热好、体系温度高，反应速度快，整个过程，流程短，操作简便。
文档编号C01B31/02GK1398781SQ0213544
公开日2003年2月26日 申请日期2002年8月30日 优先权日2002年8月30日
发明者谢克昌, 田亚峻, 吕永康, 鲍卫仁, 王宝俊, 朱素渝 申请人:太原理工大学