制备碳纳米管的系统和方法与流程

本公开涉及一种制备碳纳米管的系统和方法。

背景技术：

1、碳纳米管因其优异的导电性、化学稳定性、高机械强度以及大比表面积，被广泛应用于催化剂载体、吸附材料以及能源存储等领域。现有技术中通常以高纯度的烃类（如丙烯）或醇类作为碳源，在流动性良好的反应器中制备碳纳米管。然而，高纯碳源的成本较高，限制了碳纳米管的大规模低成本制备；同时，催化剂易受碳源中的杂质（如硫、氮）影响，导致催化剂失活，降低了反应的稳定性和碳纳米管的成品率。

技术实现思路

1、本公开的目的是提供一种以催化柴油为碳源制备碳纳米管的系统和方法，实现碳纳米管成品率的提升。

2、为了实现上述目的，本公开第一方面提供一种制备碳纳米管的系统，该系统包括：

3、流化床反应器，用于供催化柴油与催化剂接触进行裂解反应，得到催化剂和碳纳米管的团聚体，所述团聚体的颗粒尺寸为30μm至30mm；

4、研磨装置，用于将所述团聚体进行破碎，得到碳纳米管。

5、可选地，所述流化床反应器具有催化剂入口、第一载气入口和团聚体出口，所述催化柴油经第一载气携带进入所述流化床反应器进行所述裂解反应；

6、所述研磨装置具有团聚体入口、碳纳米管出口和催化剂出口，所述团聚体出口和所述团聚体入口之间通过团聚体输送管线连接，所述团聚体输送管线上具有第二载气入口，所述团聚体经第二载气携带进入所述研磨装置进行所述破碎，所述碳纳米管经所述第二载气携带并由所述碳纳米管出口离开所述研磨装置；

7、优选地，所述第二载气的流速被配置为与所述第一载气的流速不同。

8、可选地，所述第一载气、所述第二载气各自独立地包括氮气、氩气、氢气和甲烷中的至少一种。

9、可选地，所述团聚体通过冷却介质和/或所述第二载气进行换热；

10、优选地，所述研磨装置还具有冷却介质入口和冷却介质出口；和/或，所述第二载气的温度为0~50℃。

11、可选地，所述流化床反应器还具有催化剂循环口，所述催化剂出口与所述催化剂循环口连接。

12、可选地，所述催化柴油的馏分范围为200~300℃，含硫量为0~10000 mg/kg，含氮量为200~2000 mg/kg。

13、可选地，所述催化剂包括载体以及负载在所述载体上的活性金属和助剂，其中，所述载体包括氧化铝、氧化硅和氧化镁中的至少一种，所述活性金属包括铁、钴和镍中的至少一种，所述助剂包括钼和/或钨；

14、优选地，所述活性金属的初始晶粒尺寸为1~3 nm。

15、本公开第二方面，提供一种采用本公开第一方面所述的系统制备碳纳米管的方法，该方法包括：

16、使催化柴油与催化剂在流化床反应器中接触进行裂解反应，得到催化剂和碳纳米管的团聚体，所述团聚体的颗粒尺寸为30μm至30mm；

17、使所述团聚体在研磨装置中进行破碎，得到碳纳米管。

18、可选地，所述催化柴油与所述催化剂的重量比为（0.2~3）：1；所述裂解反应的条件包括：温度为600~900℃，时间为2~14h；

19、所述破碎的条件包括：温度为20~300℃，时间为0.1~3h。

20、可选地，该方法还包括：使所述催化柴油经第一载气携带进入所述流化床反应器进行所述裂解反应，使所述团聚体经第二载气携带进入所述研磨装置进行所述破碎，以及使所述碳纳米管经所述第二载气携带离开所述研磨装置；

21、优选地，所述第一载气的流速为0.02~0.1m/s，所述第二载气的流速为0.08~0.15m/s。

22、通过上述技术方案，本公开利用催化柴油作为碳源在流化床反应器中进行裂解反应得到催化剂和碳纳米管的团聚体，再通过研磨装置对该团聚体进行物理破碎得到碳纳米管，有效提高催化剂对于催化柴油的耐受度，实现高效、低成本、连续化的碳纳米管制备，具有良好的工业化应用前景。

23、本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

1.一种制备碳纳米管的系统，其特征在于，该系统包括：

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述流化床反应器具有催化剂入口、第一载气入口和团聚体出口，所述催化柴油经第一载气携带进入所述流化床反应器进行所述裂解反应；

3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述第一载气、所述第二载气各自独立地包括氮气、氩气、氢气和甲烷中的至少一种。

4.根据权利要求2所述的系统，其中，所述团聚体通过冷却介质和/或所述第二载气进行换热；

5.根据权利要求2所述的系统，其中，所述流化床反应器还具有催化剂循环口，所述催化剂出口与所述催化剂循环口连接。

6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述催化柴油的馏分范围为200~300℃，含硫量为0~10000 mg/kg，含氮量为200~2000 mg/kg。

7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述催化剂包括载体以及负载在所述载体上的活性金属和助剂，其中，所述载体包括氧化铝、氧化硅和氧化镁中的至少一种，所述活性金属包括铁、钴和镍中的至少一种，所述助剂包括钼和/或钨；

8.一种采用权利要求1~7中任意一项所述的系统制备碳纳米管的方法，其特征在于，该方法包括：

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述催化柴油与所述催化剂的重量比为（0.2~3）：1；所述裂解反应的条件包括：温度为600~900℃，时间为2~14h；

10.根据权利要求8所述的方法，其中，该方法还包括：使所述催化柴油经第一载气携带进入所述流化床反应器进行所述裂解反应，使所述团聚体经第二载气携带进入所述研磨装置进行所述破碎，以及使所述碳纳米管经所述第二载气携带离开所述研磨装置；