本實用新型是涉及一種化工設備技術領域中用于生產碳納米管或石墨烯的生產工藝的反應器。

背景技術：

碳納米管因其具有良好的導電性、物理化學穩(wěn)定性和較高的機械強度，使其在導電、催化和納米復合材料等方面有著良好的應用前景，成為近十年來研究的熱點。目前大批量生產碳納米管主要采用化學氣相沉積法，現(xiàn)有的技術提出的流化床生產反應器因溫度分布特性和烴類氣體高溫裂解反應的吸熱特性，不能高產量的生產碳納米管或石墨烯。

技術實現(xiàn)要素：

為解決上述技術問題，本實用新型的目的是提供一種強化傳熱的反應器，該強化傳熱的反應器能夠使反應器內部傳熱效率得到顯著提高，并且改善反應段溫度分布均一性。

為了達到上述目的，本實用新型提供了一種強化傳熱的反應器，該反應器包括反應器本體、外加熱器、中心加熱器、氣體輸送管、氣體分布器、催化劑入口、尾氣出口和出料口；其中：

所述外加熱器設置于所述反應器本體的外部；

所述中心加熱器設置于所述反應器本體的內部；

所述氣體輸送管貫穿所述中心加熱器的中心，其上端作為所述反應器的氣體入口，其下端一直延伸至所述反應器本體的底部，所述氣體輸送管的下端設置有氣體分布器，所述氣體輸送管、氣體分布器和反應器本體的內部相互連通，氣體輸送管既是反應氣體的通道，也起到預熱反應氣體的作用，同時也作為中心軸支撐中心加熱器；

所述反應器的頂端設置有催化劑入口和尾氣出口；

所述反應器的下端設置有出料口。

在上述強化傳熱的反應器中，優(yōu)選地，所述反應器本體分為加料段、反應段和出料段，所述加料段的內徑大于所述反應段的內徑，所述反應段的內徑大于所述出料段的內徑。

在上述強化傳熱的反應器中，優(yōu)選地，所述外加熱器設置于所述反應器本體的反應段和出料段的外部。

在上述強化傳熱的反應器中，優(yōu)選地，所述中心加熱器設置于所述反應器本體的反應段的內部。

在上述強化傳熱的反應器中，優(yōu)選地，所述反應器本體的形狀包括圓柱形。

在上述強化傳熱的反應器中，優(yōu)選地，所述中心加熱器的形狀包括圓柱形。

在上述強化傳熱的反應器中，優(yōu)選地，所述外加熱器的形狀包括圓柱形。

在上述強化傳熱的反應器中，優(yōu)選地，所述氣體分布器設置有多個氣體通道，所述氣體通道相互連通。

在上述強化傳熱的反應器中，優(yōu)選地，所述氣體分布器設置有多個氣體通道，所述氣體通道相互連通。

采用上述強化傳熱的反應器可以制備碳納米管或石墨烯，其生產工藝包括以下步驟：

(1)從氣體入口處通入氬氣或氮氣；

(2)打開外加熱器和中心加熱器進行加熱；

(3)待溫度升到反應溫度后，自催化劑入口加入催化劑，自氣體入口增加通入碳源氣體；

(4)反應完成后，減少氬氣或氮氣流量，停止加熱；

(5)待溫度降至室溫后，自出料口取出固相產品。

在上述生產工藝中，優(yōu)選地，在步驟(3)中，所述反應溫度為900℃。

在上述生產工藝中，優(yōu)選地，在步驟(3)中，所述催化劑包括FeMo/MgO催化劑，所述FeMo/MgO催化劑中Fe/Mo＝1:(1-0.01)，F(xiàn)e/Mg＝(1-10):100。

在上述生產工藝中，優(yōu)選地，在步驟(3)中，所述碳源氣體包括甲烷。

本實用新型的反應器有兩套加熱裝置，進入反應段的氣體經過中心加熱器和外加熱器的同時加熱，能夠使氣體預熱升溫至反應要求溫度，有效提高反應器內部傳熱效率；此外，還可以改善反應段溫度分布均一性。另外，碳管生長是一個吸熱較大的反應過程，因此，該反應器能夠有效避免碳管快速生長導致的反應段溫度快速降低的問題。本實用新型的反應器能夠有效提高烴類碳源氣體的轉化率，可用于單壁碳納米管、多壁碳納米管、多孔石墨烯、碳納米管-石墨烯復合物的生產，也可用于其它具有強吸熱特征的氣固反應過程。

附圖說明

圖1為實施例1中反應器的主視圖。

圖2為實施例1中反應器的氣體分布器的示意圖。

圖3為實施例1中反應器的氣體分布器的示意圖。

圖4為實施例2中制備得到的單壁和雙壁碳納米管的SEM圖。

附圖符號說明：

1反應器本體，2外加熱器，3中心加熱器，4氣體輸送管，5氣體分布器，6氣體入口，7催化劑入口，8尾氣出口，9出料口。

具體實施方式

為了對本實用新型的技術特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對本實用新型的技術方案進行以下詳細說明，但不能理解為對本實用新型的可實施范圍的限定。

實施例1

本實施例提供了一種強化傳熱的反應器，其主視圖如圖1所示。

該反應器包括反應器本體1、外加熱器2、中心加熱器3、氣體輸送管4、氣體分布器5、催化劑入口7、尾氣出口8和出料口9。

其中，外加熱器2設置于反應器本體1的外部；中心加熱器3設置于反應器本體1的內部；氣體輸送管4貫穿中心加熱器3的中心，上端作為反應器的氣體入口6，下端一直延伸至反應器本體1的底部，氣體輸送管4的下端設置有氣體分布器5，氣體輸送管4、氣體分布器5和反應器本體1的內部相互連通；反應器的頂端設置有催化劑入口7和尾氣出口8；反應器的下端設置有出料口9。

其中，反應器本體1分為加料段、反應段和出料段，加料段的內徑大于反應段的內徑，反應段的內徑大于出料段的內徑。

其中，所述外加熱器2設置于所述反應器本體1的反應段和出料段的外部；所述中心加熱器3設置于所述反應器本體1的反應段的內部。

其中，反應器本體1的形狀包括圓柱形。中心加熱器3和外加熱器2的形狀包括圓柱形。

其中，氣體分布器5設置有多個氣體通道，氣體通道相互連通。氣體分布器5可以如圖2和圖3所示。

采用實施例1提供的強化傳熱的反應器制備單壁和雙壁碳納米管的生產工藝包括以下步驟：

(1)自氣體入口6通入氬氣，通過氣體輸送管4流經中心加熱器3后，經氣體分布器5從出料段上升至反應段內；

(2)打開外加熱器2和中心加熱器3進行加熱；

(3)待溫度升到900℃后，自催化劑入口7加入FeMo/MgO催化劑，自氣體入口6增加通入甲烷；

(4)反應完成后，停止通入甲烷，減少氬氣流量，停止加熱；

(5)待溫度降至室溫后，自出料口9取出固相產品。

(6)將得到的固相產品進行純化處理，即用過量的鹽酸與固相產品混合、攪拌、抽濾、烘干，得到單壁和雙壁碳納米管。如圖4的SEM圖片所示，碳管管徑小于5nm，并且非常順直，屬于典型的單壁和雙壁碳納米管的形貌特征。