利用废旧轮胎热裂解产生的可燃气制备碳纳米管的工艺的制作方法

本发明涉及一种碳纳米管的制备工艺，具体涉及一种利用废旧轮胎橡胶热裂解产生的可燃气制备碳纳米管的工艺。

背景技术：

碳纳米管具有良好的力学性能，CNTs抗拉强度达到50～200GPa,是钢的100倍,密度却只有钢的1/6，至少比常规石墨纤维高一个数量级；它的弹性模量可达1TPa，与金刚石的弹性模量相当，约为钢的5倍。导热性是铜的5倍，其导电性根据结构的不同而异，可以是导体、绝缘体、半导体，甚至可以仅次于超导体。碳纳米管的结构虽然与高分子材料的结构相似，但其结构却比高分子材料稳定得多。是目前可制备出的具有最高比强度的材料。若将以其他工程材料为基体与碳纳米管制成复合材料,可使复合材料表现出良好的强度、弹性、抗疲劳性及各向同性，给复合材料的性能带来极大的改善。碳纳米管以其特殊的结构显示出了极强的量子效应和奇特的物理化学性能，在催化、复合材料、储能材料和微电子器件等诸多领域表现出了很大的潜在应用前景。曾经在世界范围内兴起了碳纳米管的研究热潮，国内也曾经“863立项”来推动碳纳米管技术在国内的发展。

但到目前为止，碳纳米管产业的发展远没有当初人们期望的那么快。目前制备碳纳米管的方法有石墨电弧法、激光法、催化裂解法(CVD)等，但这几种方法存在产量少，不易实现工业化生产。多层碳纳米管的生产，还处于很初级的阶段，均为百吨级的试验装置。世界范围内现在公开报道的主要有6家百吨级规模的工业试验生产装置在运转，都是采用化学气相沉积法的路线，但生产成本较高。以往绿人生态经济环境保护研究所研发废旧轮胎热裂解时产生的多余裂解可燃气是经过室外天灯燃烧排放至大气中，既污染环境又浪费资源。

因此，对于碳纳米管的制备工艺存在进一步的优化需求，这也是该技术领域内的研究热点和重点之一，更是本发明得以完成的动力和出发点所在。

技术实现要素：

为了克服现有技术存在的上述技术问题，本发明人在进行了大量的深入研究之后，从而提供了一种利用废旧轮胎热裂解产生的可燃气制备碳纳米管的工艺，本发明能够解决废旧轮胎裂解产生可燃气体不能充分利用和降低碳纳米管生产成本的问题。

上述技术问题的解决通过以下技术方案实现：一种利用废旧轮胎热裂解产生的可燃气制备碳纳米管的工艺，包括以下步骤：将破碎后的废旧轮胎颗粒送入裂解炉进行裂解，获得油气混合气体和固体，将所述油气混合气体进行油气分离，将所述固体进行钢丝段和炭黑的分离；油气分离后获得的燃油进行冷却过滤储存，油气分离后获得的可燃气通入密封的移动床催化反应装置，在催化剂LaCoO₃的催化作用下获得碳纳米管。

优选的，在所述移动床催化反应装置中，所述LaCoO₃通过固体进料斗连续均匀地布洒到移动床石英管内的紫铜传送带上，然后随紫铜传输带进入反应区，所述反应区以管式炉为热源，所述管式炉的恒温区温度控制在700±5℃，废旧轮胎热裂解产生的可燃气与紫铜传送带上的所述LaCoO₃发生作用生成碳纳米管，通过移动床转轴的转向作用，所述LaCoO₃在所述紫铜传送带上停留预定的时间后，所述LaCoO₃和生成的碳纳米管从所述紫铜传送带上脱出，进入收集器。进一步优选的，所述LaCoO₃通过所述固体进料斗以0.25g/min的布洒量连续均匀布洒到所述紫铜传送带上。进一步优选的,所述紫铜传送带以20mm/min的速度移动进入所述反应区。进一步优选的，所述移动床石英管的外径为90mm，长为2000mm，所述管式炉的外径为100mm，长度为1000mm，所述管式炉的恒温区的长度为600mm。

优选的，所述裂解的温度为390℃～420℃，时间为25～35分钟。进一步优选的，所述裂解的温度为400℃，时间为30分钟。

优选的，在进行所述裂解之前，废旧轮胎先进行了预处理，所述预处理的过程如下：将回收的废旧轮胎进行洗涤以清除杂质，然后将废旧轮胎送破碎机破碎成径粒为20～30毫米大小的颗粒。

优选的，所述油气混合气体进行油气分离的过程如下：油气混合气体送入冷却分离塔进行油气分离，用冷却水对进入冷却分离塔中的油气混合气体进行冷却，可燃气从冷却分离塔上方逸出，在冷却分离塔的下部集聚冷凝形成燃料油，将所述燃料油进行压滤后储存。

优选的，所述固体进行分离钢丝段和炭黑的过程如下：所述固体出炉后，首先由冷却绞龙进行冷却，并同时利用分离筛选绞龙将钢丝段与炭黑分离，分离后的钢丝段清洗后回收利用，炭黑送入磨粉机磨粉后包装。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：本发明在移动床催化反应工艺的基础上，巧妙地结合废旧轮胎热裂解技术，利用废旧轮胎热裂解时产生的可燃气进行碳纳米管的生产，转换率在25-30％，为连续生产碳纳米管提供碳源，而且设备结构简单，成本低，反应过程容易控制，产量高，具有能耗低、安全、环保、无污染物排放等优点，兼顾了环境和资源问题，成为制备碳纳米管的有效途径。

附图说明

图1是本发明利用废旧轮胎热裂解可燃气生产炭纳米管的工艺流程图；

图2是本发明采用的移动床催化反应装置的结构示意图。

图中：1、第一调速器；2、第一电机；3、转动棒；4、固体进料斗；5、催化剂LaCoO₃；6、第一热电偶；7、第一温控仪；8、气体入口；9、第二调速器；10、第二电机；11、第二温控仪；12、第二热电偶；13、管式炉；14、转轴；15、紫铜传送带；16、石英管；17、气体出口；18、收集器。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

一种利用废旧轮胎热裂解产生的可燃气制备碳纳米管的工艺，包括以下步骤：

废旧轮胎热裂解：首先将回收的废旧轮胎橡胶进行洗涤，以清除一些混杂在其中的杂质，然后送破碎机破碎，一般需要将废旧轮胎橡胶破碎成粒径为20-30毫米大小的颗粒，将粉碎后的废旧轮胎橡胶颗粒(含钢丝)送入裂解炉进行裂解，裂解炉由燃烧可燃气体进行加热，在390℃-420℃(比如400℃)的温度条件下裂解，在裂解炉中约25-35分钟(比如30分钟)，裂解后从裂解炉中产生的油气混合气体送油气分离设备进行油气分离，油气分离在冷却分离塔中进行，用冷却水对进入冷却分离塔中的油气混合气体进行冷却，在冷却分离塔下部集聚冷凝后的燃料油进行压滤后储存，占总橡胶颗粒重量10％的可燃气从冷却分离塔上方逸出后进入密封的移动床催化反应装置中，含有钢丝段的炭黑出炉后，首先由冷却绞龙进行冷却，并同时利用分离筛选绞龙将钢丝段与炭黑分离，分离后的钢丝段清洗后回收再利用，而炭黑送入磨粉机磨粉后包装；

碳纳米管的生成：在密封的移动床催化反应装置中，催化剂LaCoO₃通过固体进料斗以0.25g/min的布洒量被连续均匀地布洒到移动床石英管(90mm*2000mm)内的紫铜传送带上，然后随传输带以20mm/min的速度移动进入反应区，以100mm*1000mm管式炉为热源，恒温区温度控制在700±5℃，长度600mm，废旧轮胎热裂解时产生的可燃气与移动床紫铜传送带上的催化剂LaCoO₃发生作用生成碳纳米管，由于移动床转轴的转向作用，催化剂LaCoO₃在紫铜传送带上停留设定的时间后，催化剂LaCoO₃和其上生成的碳纳米管从紫铜传送带上脱出，进入收集器，整个过程连续不间断，从而保证了低成本大批量碳纳米管的制备。

上述实施例采用的移动床催化反应装置如图2所示，由第一调速器1、第一电机2、转动棒3、固体进料斗4、催化剂LaCoO₃5、第一热电偶6、第一温控仪7、气体入口8、第二调速器9、第二电机10、第二温控仪11、第二热电偶12、管式炉13、转轴14、紫铜传送带15、石英管16、气体出口17、收集器18组成。

上述实施例的整个处理工艺中，无任何的气体外泄，在负压条件下进行裂解，安全系数高，经上述工艺可以将废旧轮胎橡胶转化为约重量比10％的可燃气、重量比35％的燃料油、重量比35％的炭黑和重量比5％的钢丝，实现废旧轮胎橡胶的完全回收利用，裂解获得的可燃气也得到了充分的利用，既解决了多余裂解可燃气燃烧排放污染环境的问题，同时也为碳纳米管的生产制备提供了碳源。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。