[发明专利]一种气固反应连续制备碳材料的设备及方法

说明书

本发明涉及一种连续制备碳材料的设备及方法。一种气固反应连续制备碳材料的设备及方法，包括：水平设置的反应器筒体，反应器筒体一端设置有进料口，另一端设置有出料口，从进料口到出料口，将反应器筒体依次分为催化剂活化段、第一反应段、第二反应段及排料段，在反应器筒体内壁设置有导料板，导料板与反应器筒体存在夹角，连续进入反应器的催化剂和碳源气体，在外部加热装置的作用下，温度迅速达到反应温度，反应器筒体绕反应器中心轴定向运动，催化剂在导料板的作用下缓慢向前移动，并与反应器内的碳源气体充分接触发生反应，最终得到连续制备的碳材料和氢气。本发明提出一种生长可控、可连续生产碳材料的新手段。

技术领域

本发明属于化工技术制备碳材料领域，具体涉及一种气固反应连续制备碳材料的设备及方法。

背景技术

碳材料因其特殊的结构与形态，优良的力学、电学、传热及独特的雷达波吸收性能等多样独特优异的特征，使得它在高强度复合材料、高效导热复合材料、催化材料、电子干扰屏蔽材料、隐形材料及氢气存储、电子器件、电池、超级电容器、场发射显示器、量子导线模板、电子枪及传感器和显微镜探头等领域有着广泛地应用，并推动着其合成技术的快速发展。碳材料的大规模应用需要加快大规模制备的步伐。在1990´s，受制于技术发展水平，大规模碳材料的制备似乎无法实现。到了2000年，间歇性的反应只能每天生产几克的量。到2005年左右，使用流化床反应器进行碳材料的大规模生产得到了商业应用，流化床反应器的传质传热效率高，原料处理量大，易于放大和连续化操作，但由于原料在流化床反应器中通过的线速度较快，导致了生成的产品局限性较强，影响了产品的生产能力。与其相比，使用固定床反应器可以控制碳材料的一些性质，但其缺点是，不能进行连续化制备。因此，提出一种近似于固定床反应器生长条件，又可以实现连续化制备碳材料的方法势在必行。

碳材料具有优良的耐热性能、高导热系数、良好的化学惰性、高电导率等优点，被广泛应用于冶金、化工、机械、电子、航空等技术领域。近年来，化石资源的大量开采和应用，导致化石资源日益短缺，碳材料的发展和应用受到极大的限制，碳材料是重要的结构材料和功能性材料，目前在化工技术制备中，还未能实现对碳材料的可连续制备的手段，因此，提出一种利用化工技术手段连续制备碳材料的方法势在必行，利用化学质原料制备各种碳材料，可以降低碳材料的生产成本，实现碳材料的可持续发展，因此，本发明提出了一种新型的可连续制备碳材料的新型技术。

发明内容

本发明旨在解决上述化工技术手段制备碳材料的问题，提出一种生长可控、可连续大批量生产碳材料的新手段，具体涉及一种气固反应连续制备碳材料的设备及方法。

本发明的技术方案在于：

一种气固反应连续制备碳材料的设备，包括：水平设置的反应器筒体，反应器筒体一端设置有进料口，另一端设置有出料口，从进料口到出料口，将反应器筒体依次分为催化剂活化段、第一反应段、第二反应段及排料段，在反应器筒体内壁设置有导料板，导料板与反应器筒体存在夹角。

优选地，所述催化剂活化段、第一反应段、第二反应段及排料段在反应器筒体内所占用的长度比例为：4-6：6-12：6-12：1-2。

其效果在于：反应器筒体中的催化剂活化段、第一反应段、第二反应段、排料段分为不同长短的反应空间，可以提供不同阶段所需要的反应时间和反应空间，使得不同阶段的反应更加充分完全。

优选地，所述导料板以近螺旋状分布在反应器筒体内壁，导料板在反应器筒体内的催化剂活化段、第一反应段、第二反应段及排料段的数量分布比例为8:4:2:1。

优选地，所述催化剂活化段设置有16-32块导料板；第一反应段设置有8-24块导料板；第二反应段设置有4-12块导料板；排料段设置有2-6块导料板。