本技術涉及碳納米管生產(chǎn)，特別是一種碳納米管生產(chǎn)設備。

背景技術：

1、碳納米管是一種具有特殊結構的一維量子材料，其徑向尺寸為納米量級，軸向尺寸為微米量級，管子兩端基本上都封口。目前常用的碳納米管制備方法主要有：電弧放電法、激光燒蝕法、化學氣相沉積法（碳氫氣體熱解法）、固相熱解法、輝光放電法、氣體燃燒法以及聚合合成法等。但是現(xiàn)有的生產(chǎn)設備在生產(chǎn)過程中因其碳源與催化劑接觸不夠充分，其生產(chǎn)效率低、成本高，同時對催化劑和碳源造成大量的浪費，并且因碳納米管的粒徑比較小，現(xiàn)有的收集裝置收集效果以及生產(chǎn)安全監(jiān)測不理想，因此是當前急需解決的技術問題。

技術實現(xiàn)思路

1、本實用新型的目的是：克服現(xiàn)有技術的上述不足，而提供一種碳納米管生產(chǎn)效率高、使用安全，并能夠進行安全監(jiān)測，提高原材料和催化劑混合效果和利用率，降低資源浪費的碳納米管生產(chǎn)設備。

2、本實用新型的技術方案是：一種碳納米管生產(chǎn)設備，包括催化劑前驅(qū)體汽化裝置、催化劑前驅(qū)體裂解細化裝置和碳納米管生成裝置，催化劑前驅(qū)體裂解細化裝置通過管道設置在催化劑前驅(qū)體汽化裝置與碳納米管生成裝置之間，所述催化劑前驅(qū)體汽化裝置將原材料汽化并通過載氣將其輸送至催化劑前驅(qū)體裂解細化裝置內(nèi)，在等離子體作用下裂解激發(fā)活化生成催化劑，碳納米管生成裝置通過碳源管通入碳源，碳源在碳納米管生成裝置內(nèi)受高溫裂解并通過激發(fā)活化后的催化劑作用碳納米管生成碳納米管并通過收集裝置收集。

3、本方案的優(yōu)點在于，在加工前將整個設備進行抽真空處理，并充入氬氣作為保護氣和載氣，使催化劑前驅(qū)體汽化裝置內(nèi)添加的原材料在加熱狀態(tài)下汽化，并通過載氣將汽化后的原材料輸送至催化劑前驅(qū)體裂解細化裝置內(nèi)，再經(jīng)催化劑前驅(qū)體裂解細化裝置內(nèi)的高溫等離子體將原材料激發(fā)活化，保證該催化劑與碳納米管生成裝置內(nèi)裂解的碳源充分接觸、作用，從而高效的制備碳納米管，降低催化劑和碳源的浪費，提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)率。

4、進一步，所述催化劑前驅(qū)體汽化裝置內(nèi)設有用于汽化原材料的第一電阻加熱器，原材料為固體或液體狀；第一電阻加熱器用于將原材料加熱汽化，使原材料能通過載氣進行輸送。優(yōu)選地，第一電阻加熱器的加熱溫度為180-300℃，保證加熱的效果和效率。

5、進一步，所述催化劑前驅(qū)體裂解細化裝置內(nèi)設有等離子體發(fā)生器炬，用于裂解、離化被汽化的原料生成納米級活性催化劑。采用的等離子體發(fā)生器炬將汽化后的催化劑經(jīng)過高溫形成等離子體，提高催化劑與后續(xù)碳源之間的作用效果和效率。

6、進一步，所述碳納米管生成裝置內(nèi)設有用于裂解碳源的第二電阻加熱器。第二電阻加熱器的加熱溫度為800-1300℃，保證碳源的充分裂解和催化劑活性。

7、進一步，所述碳納米管生成裝置上設有氫氣和氬氣接口。該氬氣的加入用于保護碳源的裂解，避免在高溫狀態(tài)下空氣進入而發(fā)送安全事故，另外，該氫氣的加入為保證碳納米管穩(wěn)定地連續(xù)生長，提高碳納米管收率、甲烷轉(zhuǎn)化率，改善碳納米管形貌。

8、進一步，所述催化劑前驅(qū)體裂解細化裝置將催化劑前驅(qū)體通過等離子體炬裂解激發(fā)活化形成納米級尺寸催化劑，保證催化劑與碳源能夠在充分接觸反應生成碳納米管，生成溫度、反應物壓力、流量、質(zhì)量比等條件可控。

9、進一步，所述收集裝置包括捕獲裝置和手套箱，捕獲裝置通過管道與手套箱連接，手套箱連接抽真空泵；收集裝置多套并聯(lián)，連續(xù)生產(chǎn)狀態(tài)下輪流工作清理收集碳納米管。

10、進一步，所述捕獲裝置內(nèi)設有多層抽插式不銹鋼金屬網(wǎng)，金屬網(wǎng)設置在氣固混合物流經(jīng)通道上實現(xiàn)氣固分離。

11、進一步，氣固分離后的熱廢氣通過波紋管熱交換器冷卻，冷卻后的廢氣通入液體過濾裝置去除其中殘留固體物后通過真空泵抽出。

12、進一步，還包括安全保護裝置和控制整個設備的控制器，安全保護裝置包括氣體泄漏檢測儀、聲光報警和自鎖保護裝置，氣體泄漏檢測儀檢測到泄漏氣體時將信號傳輸至控制器，控制器控制聲光報警工作并激活安全自鎖保護裝置，從而保證整個設備的安全運行。

13、本實用新型具有如下特點：

14、1、本實用新型通過催化劑前驅(qū)體裂解細化裝置將催化劑前驅(qū)體通過等離子體炬裂解激發(fā)活化形成納米級尺寸催化劑，保證催化劑與碳源能夠在設定溫度下充分接觸和生成碳納米管，生成溫度、反應物壓力、流量、質(zhì)量比等條件可控，生產(chǎn)效率高，成本低，并為進一步的碳納米管保證碳納米管的生成效率，在碳納米管生成裝置內(nèi)通入氫氣促進包覆速率的提升，降低了原材料的浪費。

15、2、通過捕獲裝置內(nèi)多層抽查式不銹鋼金屬網(wǎng)實現(xiàn)對碳納米管進行捕獲，提高了對碳納米管的收集效率，同時其廢氣通過凈化收集或循環(huán)利用，降低了對環(huán)境的污染。

16、3、通過安全保護裝置對整個設備運行過程中進行安全監(jiān)測，同控制器配合避免出現(xiàn)氣體泄漏，同時通過自鎖保護裝置實現(xiàn)自鎖保證生產(chǎn)安全。

17、以下結合附圖和具體實施方式對本實用新型的詳細結構作進一步描述。

技術特征：

1.一種碳納米管生產(chǎn)設備，包括催化劑前驅(qū)體汽化裝置、催化劑前驅(qū)體裂解細化裝置和碳納米管生成裝置，催化劑前驅(qū)體裂解細化裝置通過管道設置在催化劑前驅(qū)體汽化裝置與碳納米管生成裝置之間，其特征在于：所述催化劑前驅(qū)體汽化裝置通過載氣將汽化的原材料輸送至催化劑前驅(qū)體裂解細化裝置內(nèi)，碳納米管生成裝置通過碳源管通入碳源，碳納米管生成裝置內(nèi)生成的碳納米管通過收集裝置收集。

2.根據(jù)權利要求1所述的碳納米管生產(chǎn)設備，其特征在于：所述催化劑前驅(qū)體汽化裝置內(nèi)設有用于汽化原材料的第一電阻加熱器，原材料為固體或液體狀。

3.根據(jù)權利要求1所述的碳納米管生產(chǎn)設備，其特征在于：所述催化劑前驅(qū)體裂解細化裝置內(nèi)設有等離子體發(fā)生器炬，用于裂解、離化被汽化的原料生成納米級活性催化劑。

4.根據(jù)權利要求1所述的碳納米管生產(chǎn)設備，其特征在于：所述碳納米管生成裝置內(nèi)設有用于裂解碳源的第二電阻加熱器。

5.根據(jù)權利要求4所述的碳納米管生產(chǎn)設備，其特征在于：所述碳納米管生成裝置上設有氫氣和氬氣接口。

6.根據(jù)權利要求1所述的碳納米管生產(chǎn)設備，其特征在于：所述催化劑前驅(qū)體裂解細化裝置通過等離子體炬將催化劑前驅(qū)體裂解激發(fā)活化。

7.根據(jù)權利要求1-5任一項所述的碳納米管生產(chǎn)設備，其特征在于：所述收集裝置包括捕獲裝置和手套箱，捕獲裝置通過管道與手套箱連接，手套箱連接抽真空泵；收集裝置多套并聯(lián)。

8.根據(jù)權利要求7所述的碳納米管生產(chǎn)設備，其特征在于：所述捕獲裝置內(nèi)設有多層抽插式不銹鋼金屬網(wǎng)，金屬網(wǎng)設置在氣固混合物流經(jīng)通道上實現(xiàn)氣固分離。

9.根據(jù)權利要求8所述的碳納米管生產(chǎn)設備，其特征在于：氣固分離后的熱廢氣通過波紋管熱交換器冷卻，冷卻后的廢氣通過液體過濾裝置去除殘留固體物后通過真空泵抽出。

10.根據(jù)權利要求1所述的碳納米管生產(chǎn)設備，其特征在于：還包括安全保護裝置和控制整個設備的控制器，安全保護裝置包括氣體泄漏檢測儀、聲光報警和自鎖保護裝置，氣體泄漏檢測儀檢測到泄漏氣體時將信號傳輸至控制器，控制器控制聲光報警工作并激活安全自鎖保護裝置。

技術總結
本技術涉及碳納米管生產(chǎn)技術領域，提供一種碳納米管生產(chǎn)設備，包括催化劑前驅(qū)體汽化裝置、催化劑前驅(qū)體裂解細化裝置和碳納米管生成裝置，催化劑前驅(qū)體汽化裝置將原材料汽化并通過載氣將其輸送至催化劑前驅(qū)體裂解細化裝置內(nèi)激發(fā)活化生成催化劑，碳源在碳納米管生成裝置內(nèi)受高溫裂解與激發(fā)活化的催化劑作用生成碳納米管并通過收集裝置收集。本方案通過催化劑前驅(qū)體裂解細化裝置將催化劑前驅(qū)體通過等離子體炬裂解激發(fā)活化形成納米級催化劑，保證催化劑與碳源能夠充分接觸生成碳納米管，生成溫度、反應物壓力、流量、質(zhì)量比等條件可控，為進一步的保證碳納米管的生成效率，在碳納米管生成裝置內(nèi)通入氫氣促進反應速率的提升，生產(chǎn)效率高成本低。

技術研發(fā)人員：王利民,李盤,黃力軍,易海軍
受保護的技術使用者：湖南天際智慧材料科技有限公司
技術研發(fā)日：20231227
技術公布日：2024/12/19