[发明专利]一种煤热解生成碳纳米管的一体化装置和方法

权利要求书

1.一种煤热解生成碳纳米管的一体化装置，其特征在于：所述一体化装置主体为圆柱结构，上、下分别为圆台形结构，圆柱内部从内到外依次设有煤热解单元、加热单元、合成单元，所述煤热解单元为圆柱结构，顶部连接供煤管道，底部设有焦炭排放管道，煤热解单元上部的圆柱形管壁上设有均匀的排气孔，煤热解单元产生的原料气体通过上部的排气孔进入合成单元；

所述加热单元为双层圆筒状，内、外层圆筒底部分别连接燃料气管道，内层圆筒为加热内层，外层圆筒为加热外层，加热单元套在煤热解单元外侧，加热内层与煤热解单元接触并供热，加热外层与碳纳米管的合成单元接触并供热；一体化装置的顶部分别设有催化剂入口和惰性气体入口，合成单元顶部设有原料分布板，分布板为一圆环板，供煤管道从分布板的中心穿过，分布板上均匀设有孔，分布板下方设有混合器；合成单元底部设有阀门控制排放口的开闭；

合成单元中垂直设有金属杆，所述金属杆上设有能上下移动的装置，该装置为一金属圆盘套在金属杆上。

2.根据权利要求1所述的煤热解生成碳纳米管的一体化装置，其特征在于：所述混合器为一搅拌装置，该搅拌装置是以一圆柱轴为中心和多个设于圆柱轴周围的叶片，通过叶片的旋转将原料均匀的分散在合成单元的内部；混合器的个数根据具体的装置大小来设定，确保能将原料气和催化剂均匀地分布在合成单元中。

3.根据权利要求1所述的煤热解生成碳纳米管的一体化装置，其特征在于：所述金属杆上面涂有合成碳纳米管所需的金属催化剂。

4.根据权利要求1所述的煤热解生成碳纳米管的一体化装置，其特征在于：所述金属圆盘的外侧为锯齿形，金属圆盘连有钢丝绳并和电机连接，通过设定时间，每隔一小时圆盘上下移动一次。

5.根据权利要求1所述的煤热解生成碳纳米管的一体化装置，其特征在于：所述合成单元在连接排出口设有旋风分离器。

6.一种煤热解生成碳纳米管的方法，采用权利要求1~5任一项所述的一体化装置，其特征在于：包括以下步骤：

（1）供煤管道提供粒度直径为0-3cm的煤粉，然后给加热单元提供燃料气体对煤热解单元进行加热，使温度达到600℃到1200℃；煤热解单元产生的原料气体通过供煤单元上部进入合成单元；

（2）对加热单元进行加热，当温度达到650℃到1000℃时，将催化剂和惰性气体通过分布板进入合成单元的上部，然后再和煤热解产生的原料气体经混合器混合后一起进入合成单元；反应气体和气体中浮动的催化剂以及和设置于合成单元内部的金属杆上的催化剂进行反应而生成碳纳米管；供气单元连续化供气；

（3）当金属杆上积累了厚度为5cm的碳纳米管时，设置于金属杆上的上下移动装置将会上下移动，将积累的碳纳米管清理下来，合成的碳纳米管就一起掉落在合成单元下部的锥形底部；当锥形底部积累了厚度为20-30cm的碳纳米管时，其下部的阀门会在碳纳米管重力作用下打开，通过排放口将积累的碳纳米管排出装置外，保证装置的连续化生产；

（4）碳纳米管中混有的金属催化剂通过催化剂分离装置将催化剂分离出来循环到催化剂入口再次利用。

7.根据权利要求6所述的煤热解生成碳纳米管的方法，其特征在于：所述催化剂为金属粉末、蒸发的金属蒸汽或含有磁性物质的有机金属化合物。

8.根据权利要求7所述的煤热解生成碳纳米管的方法，其特征在于：所述金属元素为铁、钴、镍、钼中的任一种。