本發明屬(shu)于化(hua)工設備技術領(ling)域，涉及一種碳(tan)納(na)米管的噴霧(wu)式(shi)窯爐(lu)及其生(sheng)(sheng)(sheng)產方(fang)法(fa)，特(te)別是一種可實(shi)現大規模生(sheng)(sheng)(sheng)產碳(tan)納(na)米管的噴霧(wu)式(shi)窯爐(lu)及其生(sheng)(sheng)(sheng)產方(fang)法(fa)。

背景技術：

碳(tan)納米(mi)管作(zuo)為(wei)一種由(you)石墨薄層同軸卷曲而構成(cheng)的一維納米(mi)材(cai)料，具(ju)有(you)(you)許多異(yi)常的力學、電學和化(hua)學性(xing)能，在(zai)(zai)工(gong)業生(sheng)產中(zhong)有(you)(you)著越來越重要的應用。碳(tan)納米(mi)管的工(gong)業化(hua)生(sheng)產是(shi)碳(tan)納米(mi)管在(zai)(zai)工(gong)業中(zhong)應用的前(qian)提。在(zai)(zai)碳(tan)納米(mi)管的生(sheng)產方法中(zhong)，氣(qi)相(xiang)沉積法具(ju)有(you)(you)反應條(tiao)件溫和、產量大、成(cheng)本低(di)等(deng)優點，是(shi)最有(you)(you)可能實現(xian)工(gong)業化(hua)生(sheng)產的方法。

碳納米管(guan)的(de)生(sheng)(sheng)長(chang)(chang)模式受(shou)多個生(sheng)(sheng)長(chang)(chang)條件的(de)影響和(he)制約(yue)，與(yu)催(cui)化(hua)劑在(zai)載體上(shang)的(de)分(fen)布、碳源的(de)種類、生(sheng)(sheng)長(chang)(chang)溫度、氫(qing)氣(qi)含(han)量(liang)等(deng)因素密切相關。碳納米管(guan)工(gong)業化(hua)生(sheng)(sheng)產反應器的(de)設(she)計要對以(yi)上(shang)影響碳納米管(guan)生(sheng)(sheng)長(chang)(chang)的(de)特性(xing)進(jin)行有(you)針對性(xing)的(de)設(she)計和(he)優化(hua)，才(cai)能取得較好的(de)效(xiao)果。

現(xian)有技術中(zhong)(zhong)(zhong)，翟美臻等人(ren)公開了(le)(le)一(yi)種(zhong)塔(ta)式反(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)器(qi)(qi)(qi)(qi)(申(shen)請(qing)號(hao)為(wei)(wei)CN1454838)，該(gai)反(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)器(qi)(qi)(qi)(qi)由催(cui)(cui)(cui)化劑(ji)容器(qi)(qi)(qi)(qi)、催(cui)(cui)(cui)化劑(ji)定量(liang)槽、反(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)塔(ta)、粗產品(pin)出(chu)(chu)口(kou)(kou)、尾氣出(chu)(chu)口(kou)(kou)、原(yuan)料(liao)(liao)(liao)(liao)氣出(chu)(chu)口(kou)(kou)等部分組成(cheng)，在(zai)(zai)反(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)器(qi)(qi)(qi)(qi)間設多塊(kuai)塔(ta)板，控制(zhi)(zhi)催(cui)(cui)(cui)化劑(ji)在(zai)(zai)反(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)器(qi)(qi)(qi)(qi)中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)速度(du)(du)(du)。進(jin)一(yi)步的(de)(de)(de)(de)，翟美臻等人(ren)還設計(ji)(ji)了(le)(le)一(yi)種(zhong)移動(dong)床反(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)器(qi)(qi)(qi)(qi)(申(shen)請(qing)號(hao)為(wei)(wei)CN1317446)，在(zai)(zai)此反(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)器(qi)(qi)(qi)(qi)中(zhong)(zhong)(zhong)，催(cui)(cui)(cui)化劑(ji)連(lian)續(xu)不斷(duan)地布撒至傳送帶(dai)上，催(cui)(cui)(cui)化劑(ji)反(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)生(sheng)成(cheng)碳(tan)納米(mi)管(guan)后從傳送帶(dai)上脫出(chu)(chu)，從而(er)實(shi)現(xian)了(le)(le)碳(tan)納米(mi)管(guan)的(de)(de)(de)(de)連(lian)續(xu)生(sheng)產。魏飛等人(ren)公開了(le)(le)一(yi)種(zhong)流(liu)化床的(de)(de)(de)(de)反(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)器(qi)(qi)(qi)(qi)設計(ji)(ji)(申(shen)請(qing)號(hao)為(wei)(wei)CN1327943)，在(zai)(zai)該(gai)專利中(zhong)(zhong)(zhong)，氣體(ti)(ti)從底部分布器(qi)(qi)(qi)(qi)進(jin)入，通(tong)過氣體(ti)(ti)流(liu)化反(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)器(qi)(qi)(qi)(qi)內催(cui)(cui)(cui)化劑(ji)及碳(tan)納米(mi)管(guan)，可獲(huo)得碳(tan)納米(mi)管(guan)的(de)(de)(de)(de)工業化生(sheng)產。進(jin)一(yi)步的(de)(de)(de)(de)，為(wei)(wei)了(le)(le)提(ti)(ti)(ti)高原(yuan)料(liao)(liao)(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)轉化率(lv)，魏飛等人(ren)還設計(ji)(ji)了(le)(le)一(yi)種(zhong)多級(ji)逆(ni)流(liu)反(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)器(qi)(qi)(qi)(qi)(申(shen)請(qing)號(hao)為(wei)(wei)CN101049927)，碳(tan)納米(mi)管(guan)聚團體(ti)(ti)積膨脹(zhang)到一(yi)定程度(du)(du)(du)后從上一(yi)級(ji)反(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)器(qi)(qi)(qi)(qi)中(zhong)(zhong)(zhong)溢流(liu)口(kou)(kou)進(jin)入下一(yi)級(ji)反(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)器(qi)(qi)(qi)(qi)繼續(xu)反(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)，各級(ji)反(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)器(qi)(qi)(qi)(qi)之間氣體(ti)(ti)與固體(ti)(ti)物料(liao)(liao)(liao)(liao)逆(ni)流(liu)接觸，從而(er)提(ti)(ti)(ti)高原(yuan)料(liao)(liao)(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)轉化率(lv)。而(er)在(zai)(zai)申(shen)請(qing)號(hao)為(wei)(wei)CN102502589的(de)(de)(de)(de)專利申(shen)請(qing)中(zhong)(zhong)(zhong)，騫偉中(zhong)(zhong)(zhong)等人(ren)公開了(le)(le)一(yi)種(zhong)連(lian)續(xu)制(zhi)(zhi)備高純(chun)度(du)(du)(du)單/雙壁(bi)碳(tan)納米(mi)管(guan)的(de)(de)(de)(de)裝置，該(gai)裝置反(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)器(qi)(qi)(qi)(qi)由下行床和提(ti)(ti)(ti)升(sheng)(sheng)管(guan)構成(cheng)，下行床套入提(ti)(ti)(ti)升(sheng)(sheng)管(guan)中(zhong)(zhong)(zhong),下行床的(de)(de)(de)(de)氣固出(chu)(chu)口(kou)(kou)與提(ti)(ti)(ti)升(sheng)(sheng)管(guan)中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)錐形結構或隔板的(de)(de)(de)(de)下端相鄰。

在(zai)現有(you)技術(shu)中(zhong)，可以(yi)看出，上述(shu)發明對(dui)碳納(na)米管(guan)的(de)工業化生(sheng)(sheng)(sheng)產做出了有(you)益的(de)探索，但(dan)隨(sui)著對(dui)碳納(na)米管(guan)反應機理的(de)深入(ru)研究，對(dui)碳納(na)米管(guan)的(de)生(sheng)(sheng)(sheng)長過程的(de)控(kong)制因素(su)也(ye)有(you)了更(geng)深的(de)理解。現在(zai)普(pu)遍認為碳納(na)米管(guan)的(de)氣相沉積法(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)長遵(zun)循氣-液-固模式(shi)，在(zai)這種模式(shi)中(zhong)，過渡(du)金(jin)屬(shu)催化劑顆(ke)粒呈熔融(rong)(rong)狀(zhuang)態，而碳源氣體分(fen)子在(zai)高溫下分(fen)解后產生(sheng)(sheng)(sheng)單個的(de)碳原(yuan)子，碳原(yuan)子在(zai)熔融(rong)(rong)金(jin)屬(shu)顆(ke)粒表面溶解，進入(ru)金(jin)屬(shu)顆(ke)粒內部(bu)，然后再(zai)飽(bao)和析出，生(sheng)(sheng)(sheng)成碳納(na)米管(guan)。

碳(tan)(tan)納(na)米(mi)(mi)(mi)(mi)(mi)管(guan)(guan)的(de)(de)直徑和載體(ti)(ti)上的(de)(de)催(cui)(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)劑(ji)(ji)(ji)顆(ke)粒(li)大(da)小密(mi)切相關，而(er)對(dui)于小直徑碳(tan)(tan)納(na)米(mi)(mi)(mi)(mi)(mi)管(guan)(guan)，其催(cui)(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)劑(ji)(ji)(ji)顆(ke)粒(li)受溫(wen)度(du)(du)影(ying)響(xiang)很大(da)，當催(cui)(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)劑(ji)(ji)(ji)進入反(fan)(fan)應區時，通常要(yao)經歷一(yi)段(duan)升溫(wen)過程(cheng)，如果這段(duan)升溫(wen)時間過長(chang)(chang)，會造(zao)成(cheng)催(cui)(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)劑(ji)(ji)(ji)顆(ke)粒(li)的(de)(de)長(chang)(chang)大(da)。在(zai)工業生(sheng)(sheng)產中(zhong)(zhong)(zhong)，通常使用甲烷、乙烯(xi)、乙炔、丙烯(xi)、天然氣(qi)等(deng)含有氫(qing)原(yuan)子的(de)(de)有機小分子作(zuo)為碳(tan)(tan)源，隨著(zhu)碳(tan)(tan)納(na)米(mi)(mi)(mi)(mi)(mi)管(guan)(guan)生(sheng)(sheng)長(chang)(chang)的(de)(de)進行(xing)，碳(tan)(tan)源中(zhong)(zhong)(zhong)碳(tan)(tan)原(yuan)子裂解沉積生(sheng)(sheng)成(cheng)碳(tan)(tan)納(na)米(mi)(mi)(mi)(mi)(mi)管(guan)(guan)，碳(tan)(tan)源中(zhong)(zhong)(zhong)氫(qing)原(yuan)子析(xi)出(chu)變成(cheng)氫(qing)氣(qi)存(cun)留(liu)在(zai)反(fan)(fan)應器中(zhong)(zhong)(zhong)，造(zao)成(cheng)反(fan)(fan)應器中(zhong)(zhong)(zhong)氫(qing)氣(qi)濃度(du)(du)升高(gao)和碳(tan)(tan)納(na)米(mi)(mi)(mi)(mi)(mi)管(guan)(guan)生(sheng)(sheng)長(chang)(chang)速(su)度(du)(du)的(de)(de)減慢。另外，當使用催(cui)(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)劑(ji)(ji)(ji)載體(ti)(ti)時，由于碳(tan)(tan)納(na)米(mi)(mi)(mi)(mi)(mi)管(guan)(guan)異常高(gao)的(de)(de)長(chang)(chang)徑比，從(cong)載體(ti)(ti)表面(mian)生(sheng)(sheng)成(cheng)束狀(zhuang)碳(tan)(tan)納(na)米(mi)(mi)(mi)(mi)(mi)管(guan)(guan)相互(hu)纏(chan)繞，生(sheng)(sheng)成(cheng)聚(ju)團狀(zhuang)碳(tan)(tan)納(na)米(mi)(mi)(mi)(mi)(mi)管(guan)(guan)，在(zai)生(sheng)(sheng)長(chang)(chang)的(de)(de)初期，催(cui)(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)劑(ji)(ji)(ji)和碳(tan)(tan)納(na)米(mi)(mi)(mi)(mi)(mi)管(guan)(guan)體(ti)(ti)積開始膨脹、密(mi)度(du)(du)迅速(su)降低，但(dan)在(zai)生(sheng)(sheng)長(chang)(chang)的(de)(de)末(mo)期，當碳(tan)(tan)納(na)米(mi)(mi)(mi)(mi)(mi)管(guan)(guan)長(chang)(chang)度(du)(du)到(dao)達(da)一(yi)定程(cheng)度(du)(du)之后(hou)，聚(ju)團狀(zhuang)碳(tan)(tan)納(na)米(mi)(mi)(mi)(mi)(mi)管(guan)(guan)由于內部相互(hu)糾纏(chan)作(zuo)用變強，體(ti)(ti)積無(wu)法膨脹，碳(tan)(tan)納(na)米(mi)(mi)(mi)(mi)(mi)管(guan)(guan)只能在(zai)團聚(ju)內部生(sheng)(sheng)長(chang)(chang)，造(zao)成(cheng)密(mi)度(du)(du)再次增大(da)，軟團聚(ju)變為硬質(zhi)結塊；最后(hou)，載體(ti)(ti)上的(de)(de)催(cui)(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)劑(ji)(ji)(ji)工作(zuo)一(yi)段(duan)時間后(hou)會失(shi)去活(huo)(huo)性，喪失(shi)催(cui)(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)功能，這時需要(yao)將失(shi)活(huo)(huo)后(hou)的(de)(de)碳(tan)(tan)納(na)米(mi)(mi)(mi)(mi)(mi)管(guan)(guan)移出(chu)反(fan)(fan)應器，才能獲得碳(tan)(tan)納(na)米(mi)(mi)(mi)(mi)(mi)管(guan)(guan)的(de)(de)連(lian)續生(sheng)(sheng)產。

隨(sui)著研(yan)究的深入，碳(tan)(tan)納米(mi)管(guan)催化劑的性能、碳(tan)(tan)納米(mi)管(guan)的生(sheng)長速度(du)及長度(du)均得(de)到巨大的提升，對小直徑(jing)、超高長度(du)碳(tan)(tan)納米(mi)管(guan)的需(xu)(xu)求越(yue)來越(yue)強烈(lie)。通(tong)過對以(yi)上碳(tan)(tan)納米(mi)管(guan)生(sheng)長過程的控制因素的分(fen)析，需(xu)(xu)要(yao)設(she)計新型碳(tan)(tan)納米(mi)管(guan)工業化生(sheng)產的反應設(she)備，以(yi)匹配碳(tan)(tan)納米(mi)管(guan)生(sheng)產的特性。

綜上(shang)所述，為解決現有碳(tan)納(na)(na)米(mi)管生產設備結構(gou)上(shang)的(de)不足，需要設計一種(zhong)工作可靠、效(xiao)率高的(de)碳(tan)納(na)(na)米(mi)管的(de)噴霧式窯(yao)爐。

技術實現要素：

本發明的(de)目的(de)是(shi)針對現有(you)的(de)技術存(cun)在上述問題，提出了一種工作可靠、生產效率高的(de)碳納米(mi)管(guan)的(de)噴霧式窯爐。

本(ben)發明(ming)的目的可通(tong)過下列技術方案來(lai)實(shi)現：一(yi)種碳(tan)納米管的噴霧式窯爐，包(bao)括：

送料(liao)系統(tong)，用于輸(shu)送催化劑和(he)碳源(yuan)氣體；

反應器，用于(yu)接(jie)收送(song)(song)料系統送(song)(song)來的催化劑和碳(tan)(tan)源氣(qi)體并使二(er)者反應生成(cheng)碳(tan)(tan)納米管；

料(liao)倉(cang)，用于接收反應器生成的碳納米管。

作為(wei)本發明的(de)(de)進一步改(gai)進，所述(shu)送(song)料系統包括用于輸送(song)催(cui)化劑的(de)(de)至(zhi)少一個送(song)粉機(ji)構(gou)、用于輸送(song)碳源氣體(ti)的(de)(de)送(song)氣機(ji)構(gou)。

作為本發明的更(geng)進(jin)(jin)一步改進(jin)(jin)，在送(song)氣機構出口處設(she)有換熱(re)器，所述碳源(yuan)氣體經換熱(re)器預熱(re)后進(jin)(jin)入反應器。

作為本發明的更(geng)進一步改進，所述反(fan)應(ying)器生成的碳納(na)米管經氣固分(fen)離后收納(na)于料倉(cang)。

作(zuo)為本發(fa)明的進一(yi)步改進，所述送料(liao)系統還包括與(yu)送粉機構相(xiang)配合(he)的霧化(hua)器，所述催化(hua)劑經對應(ying)霧化(hua)器霧化(hua)后噴(pen)入反應(ying)器內。

作為本(ben)發(fa)明的進一步改進，所(suo)(suo)述(shu)反(fan)應器包括豎直(zhi)設置的反(fan)應腔(qiang)體(ti)，所(suo)(suo)述(shu)霧(wu)化器置于反(fan)應腔(qiang)體(ti)內部上方，在反(fan)應腔(qiang)體(ti)內還(huan)設有與換熱器相(xiang)連且位于霧(wu)化器下(xia)方的氣(qi)(qi)體(ti)分布(bu)器，所(suo)(suo)述(shu)霧(wu)化器的開口(kou)朝下(xia)，所(suo)(suo)述(shu)碳源氣(qi)(qi)體(ti)通過該氣(qi)(qi)體(ti)分布(bu)器在反(fan)應腔(qiang)體(ti)內布(bu)氣(qi)(qi)。

作為本(ben)發明的(de)進一步改進，所(suo)述氣體(ti)分布(bu)器為沿(yan)反應腔體(ti)軸向分布(bu)的(de)單列或者多列導氣管。

作為(wei)本(ben)發明的(de)進(jin)一步(bu)改(gai)進(jin)，所(suo)(suo)述反應器(qi)(qi)(qi)(qi)包括豎直(zhi)設置的(de)反應腔體(ti)，所(suo)(suo)述霧(wu)化(hua)器(qi)(qi)(qi)(qi)置于反應腔體(ti)內(nei)部中部位置，在(zai)反應腔體(ti)內(nei)設有(you)與(yu)換(huan)熱器(qi)(qi)(qi)(qi)相連的(de)氣(qi)體(ti)分布(bu)器(qi)(qi)(qi)(qi)，所(suo)(suo)述碳源(yuan)氣(qi)體(ti)通過該氣(qi)體(ti)分布(bu)器(qi)(qi)(qi)(qi)在(zai)反應腔體(ti)內(nei)布(bu)氣(qi)，在(zai)反應腔體(ti)內(nei)還設有(you)與(yu)霧(wu)化(hua)器(qi)(qi)(qi)(qi)相連且置于氣(qi)體(ti)分布(bu)器(qi)(qi)(qi)(qi)內(nei)的(de)導流管(guan)，所(suo)(suo)述霧(wu)化(hua)器(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)開口(kou)朝上(shang)。

作為本發明的(de)進(jin)(jin)一(yi)步(bu)改(gai)進(jin)(jin)，所(suo)述反應(ying)器(qi)(qi)包括水平設置的(de)反應(ying)腔體，所(suo)述反應(ying)腔體設有用于將碳(tan)(tan)(tan)納米管卸入料倉的(de)出(chu)(chu)料口，所(suo)述霧(wu)化器(qi)(qi)與送(song)粉(fen)(fen)機構一(yi)一(yi)對應(ying)設置，所(suo)述霧(wu)化器(qi)(qi)通(tong)過進(jin)(jin)粉(fen)(fen)通(tong)道與對應(ying)送(song)粉(fen)(fen)機構相連，所(suo)述霧(wu)化器(qi)(qi)置于反應(ying)腔體內(nei)(nei)部遠離出(chu)(chu)料口的(de)一(yi)端，所(suo)述霧(wu)化器(qi)(qi)的(de)開(kai)口朝向出(chu)(chu)料口，所(suo)述換熱器(qi)(qi)通(tong)過進(jin)(jin)氣通(tong)道分別(bie)接入各進(jin)(jin)粉(fen)(fen)通(tong)道并將碳(tan)(tan)(tan)源氣體導入各進(jin)(jin)粉(fen)(fen)通(tong)道，使得各進(jin)(jin)粉(fen)(fen)通(tong)道內(nei)(nei)的(de)催(cui)化劑(ji)與碳(tan)(tan)(tan)源氣體混(hun)合(he)后再(zai)進(jin)(jin)入對應(ying)霧(wu)化器(qi)(qi)。

作為本發明的(de)又一種(zhong)改進，該碳納米管的(de)噴霧式窯爐的(de)生產方(fang)法包(bao)括以下步驟：

催(cui)化劑(ji)由送粉機構送入(ru)反(fan)應器的反(fan)應區；

碳源氣體由送氣機構經換(huan)熱(re)器(qi)預熱(re)后進入反(fan)應器(qi)的(de)反(fan)應區，碳源氣體與催化(hua)劑(ji)反(fan)應生成碳納米管；

生成的碳(tan)納米管(guan)經氣固分離后收納于(yu)料倉。

基于(yu)上(shang)述技術方(fang)案，本發(fa)明(ming)實施例至少可(ke)以(yi)產(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)如下技術效(xiao)(xiao)果：噴霧(wu)式窯爐整體結構設計合理，布局緊湊且(qie)工(gong)作可(ke)靠，送(song)料(liao)(liao)系(xi)統將催(cui)化(hua)(hua)劑和碳(tan)(tan)源氣體導(dao)入(ru)(ru)反(fan)應器的反(fan)應區域(yu)，碳(tan)(tan)納(na)米(mi)管(guan)的生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)是在催(cui)化(hua)(hua)劑分布在氣相中即(ji)開(kai)始生(sheng)(sheng)(sheng)長(chang)，催(cui)化(hua)(hua)劑分散均勻，減弱了生(sheng)(sheng)(sheng)長(chang)過(guo)程(cheng)中碳(tan)(tan)納(na)米(mi)管(guan)之間(jian)的糾(jiu)纏(chan)程(cheng)度，可(ke)獲(huo)得較(jiao)高的生(sheng)(sheng)(sheng)長(chang)速(su)度和較(jiao)高的碳(tan)(tan)納(na)米(mi)管(guan)長(chang)度，生(sheng)(sheng)(sheng)成的碳(tan)(tan)納(na)米(mi)管(guan)及時送(song)入(ru)(ru)料(liao)(liao)倉，生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)效(xiao)(xiao)率高，可(ke)以(yi)滿足(zu)高速(su)、大規模生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)需求。

附圖說明

下面結合附圖對本發明的具體實施方式作進一步詳細的說明，其(qi)中(zhong)：

圖1是本發明一(yi)較佳實施例(li)的結構示意圖。

圖2是(shi)本發明第(di)二實施例的結構(gou)示意圖。

圖3是本(ben)發明(ming)第三實施例的結構示意圖。

圖中，10、送粉(fen)(fen)機(ji)構(gou)；11、粉(fen)(fen)桶；12、流化(hua)板(ban)；13、吸粉(fen)(fen)管；14、泵芯(xin)；20、反應器(qi)；21、反應腔體(ti)；22、物料(liao)探測(ce)儀；23、加熱(re)(re)元器(qi)件；24、隔熱(re)(re)材料(liao)；25、溫度(du)探測(ce)器(qi)；26、溫度(du)控(kong)制器(qi)；30、料(liao)倉；40、換熱(re)(re)器(qi)；50、霧化(hua)器(qi)；60、排料(liao)系(xi)統；61、出料(liao)螺桿；62、電機(ji)；63、機(ji)械密封(feng)件；70、氣體(ti)分布器(qi)；80、除塵器(qi)；90、導(dao)流管；100、進(jin)粉(fen)(fen)通道(dao)；110、進(jin)氣通道(dao)。

具體實施方式

以下是本發(fa)(fa)明的具(ju)體(ti)實(shi)施(shi)例并結合(he)附圖，對本發(fa)(fa)明的技術方案(an)作進一步的描述(shu)，但本發(fa)(fa)明并不限于這些實(shi)施(shi)例。

在現有(you)技(ji)術中，隨著研究的(de)(de)(de)(de)深入，碳納(na)(na)米(mi)管催(cui)化劑的(de)(de)(de)(de)性(xing)能(neng)、碳納(na)(na)米(mi)管的(de)(de)(de)(de)生長速度及長度均得到巨(ju)大的(de)(de)(de)(de)提升，對小直徑、超(chao)高(gao)長度碳納(na)(na)米(mi)管的(de)(de)(de)(de)需(xu)求(qiu)越(yue)來越(yue)強烈，需(xu)要設(she)計一種新(xin)型碳納(na)(na)米(mi)管工業化生產(chan)的(de)(de)(de)(de)反(fan)應設(she)備，以(yi)匹配碳納(na)(na)米(mi)管生產(chan)的(de)(de)(de)(de)特性(xing)。

本發(fa)明保護一種碳納(na)米(mi)管的噴霧式窯爐及其(qi)生(sheng)產方法，可實(shi)現(xian)大規模生(sheng)產碳納(na)米(mi)管。

下面結合圖1至圖3對本發(fa)明(ming)提供的技術方案進行更為詳細的闡述。

如圖(tu)1至(zhi)圖(tu)3所示，本(ben)碳納米管(guan)的噴霧式(shi)窯(yao)爐(lu)包括(kuo)：

送料系統，用于輸(shu)送催化劑和碳源氣體；

反應器20，用于接收送料系統(tong)送來的(de)催(cui)化劑和(he)碳(tan)源氣體并使二者反應生成碳(tan)納米管(guan)；

料(liao)倉30，用于接收反(fan)應(ying)器20生成(cheng)的碳納米(mi)管。

根據金屬顆(ke)粒(li)在(zai)碳(tan)管(guan)的(de)位(wei)置(zhi)，碳(tan)納(na)米管(guan)的(de)生(sheng)長模(mo)式可以分為頂(ding)(ding)端(duan)生(sheng)長模(mo)式和底端(duan)生(sheng)長模(mo)式兩種。頂(ding)(ding)端(duan)生(sheng)長模(mo)式是(shi)指在(zai)碳(tan)納(na)米管(guan)的(de)生(sheng)長過(guo)程中(zhong)催(cui)化劑(ji)顆(ke)粒(li)位(wei)于(yu)碳(tan)納(na)米管(guan)頂(ding)(ding)端(duan)，在(zai)氣流(liu)的(de)引導下帶動碳(tan)納(na)米管(guan)不斷生(sheng)長；底端(duan)生(sheng)長模(mo)式是(shi)指在(zai)碳(tan)納(na)米管(guan)的(de)生(sheng)長過(guo)程中(zhong)催(cui)化劑(ji)顆(ke)粒(li)保(bao)持在(zai)基底上不動，新生(sheng)成的(de)碳(tan)納(na)米管(guan)位(wei)于(yu)催(cui)化劑(ji)的(de)上方。

由于碳(tan)納(na)米(mi)(mi)管(guan)在(zai)(zai)生(sheng)長中(zhong)維持(chi)較高(gao)(gao)的(de)(de)(de)生(sheng)長速(su)度(du)(du)需要(yao)氣(qi)相(xiang)中(zhong)大量碳(tan)源分子在(zai)(zai)催(cui)(cui)化(hua)劑(ji)(ji)表(biao)面裂(lie)解，在(zai)(zai)這(zhe)個過程(cheng)中(zhong)，催(cui)(cui)化(hua)劑(ji)(ji)顆粒會圍繞(rao)碳(tan)納(na)米(mi)(mi)管(guan)進行(xing)高(gao)(gao)速(su)旋轉。在(zai)(zai)這(zhe)樣的(de)(de)(de)生(sheng)長過程(cheng)中(zhong)，催(cui)(cui)化(hua)劑(ji)(ji)表(biao)面存在(zai)(zai)著劇烈的(de)(de)(de)質量、熱量傳遞和(he)需要(yao)巨大的(de)(de)(de)轉動慣(guan)量，因此頂端生(sheng)長模(mo)式更利于制備出高(gao)(gao)生(sheng)長速(su)度(du)(du)，高(gao)(gao)長度(du)(du)及結(jie)構完(wan)美的(de)(de)(de)碳(tan)納(na)米(mi)(mi)管(guan)。本發明的(de)(de)(de)噴霧式窯爐適(shi)用于加工(gong)生(sheng)長速(su)度(du)(du)較快的(de)(de)(de)催(cui)(cui)化(hua)劑(ji)(ji)，特別適(shi)用于頂端生(sheng)長模(mo)式來生(sheng)產碳(tan)納(na)米(mi)(mi)管(guan)，這(zhe)一模(mo)式碳(tan)納(na)米(mi)(mi)管(guan)生(sheng)長速(su)率較高(gao)(gao)，保證了高(gao)(gao)效生(sheng)產和(he)工(gong)作的(de)(de)(de)可(ke)靠性。

本碳(tan)(tan)納(na)(na)米(mi)(mi)管的噴霧式窯爐整體結構設計合(he)理，布局(ju)緊湊且工作可(ke)靠(kao)，送料(liao)系統將(jiang)催(cui)化劑(ji)和碳(tan)(tan)源(yuan)氣體導(dao)入反應(ying)器20的反應(ying)區域，碳(tan)(tan)納(na)(na)米(mi)(mi)管的生(sheng)(sheng)產是在(zai)催(cui)化劑(ji)分布在(zai)氣相中(zhong)(zhong)即(ji)開始生(sheng)(sheng)長，催(cui)化劑(ji)分散均勻(yun)，減弱了生(sheng)(sheng)長過(guo)程中(zhong)(zhong)碳(tan)(tan)納(na)(na)米(mi)(mi)管之(zhi)間(jian)的糾纏程度，可(ke)獲得較高(gao)的生(sheng)(sheng)長速度和較高(gao)的碳(tan)(tan)納(na)(na)米(mi)(mi)管長度，生(sheng)(sheng)成的碳(tan)(tan)納(na)(na)米(mi)(mi)管及時送入料(liao)倉30，生(sheng)(sheng)產效率高(gao)，可(ke)以滿足高(gao)速、大規模生(sheng)(sheng)產需(xu)求(qiu)。

在(zai)本(ben)案中，催(cui)化劑與碳源氣(qi)體的接觸可(ke)以發生在(zai)進(jin)入反應器20之前也(ye)可(ke)以發生在(zai)進(jin)入反應器20之后，應用(yong)靈活(huo)，通用(yong)性廣。

進一(yi)步的(de)，送料系統包括用于輸(shu)(shu)送催(cui)化(hua)(hua)劑(ji)(ji)(ji)的(de)至少一(yi)個(ge)送粉機構(gou)(gou)10、用于輸(shu)(shu)送碳(tan)源氣體(ti)的(de)送氣機構(gou)(gou)(圖中未示出)。送粉機構(gou)(gou)10的(de)設置可以為催(cui)化(hua)(hua)劑(ji)(ji)(ji)進入反(fan)應(ying)區之前提(ti)供適宜時間的(de)升溫過程，以保證催(cui)化(hua)(hua)劑(ji)(ji)(ji)顆粒反(fan)應(ying)更充分；送氣機構(gou)(gou)則(ze)方(fang)便了碳(tan)源氣體(ti)的(de)導(dao)入，減少與(yu)催(cui)化(hua)(hua)劑(ji)(ji)(ji)輸(shu)(shu)送通道的(de)干涉(she)。

作(zuo)為更進(jin)(jin)一步(bu)改(gai)進(jin)(jin)，在送(song)氣機構出口處設有換(huan)熱器40，碳(tan)源氣體經(jing)(jing)換(huan)熱器40預熱后(hou)(hou)進(jin)(jin)入反(fan)應(ying)器20。再進(jin)(jin)一步(bu)的，反(fan)應(ying)器20生(sheng)成的碳(tan)納米(mi)管經(jing)(jing)氣固分離后(hou)(hou)收納于(yu)料(liao)倉30，氣固分離后(hou)(hou)尾氣卸出，固態物質收納于(yu)料(liao)倉30中。

本(ben)發(fa)明(ming)還提供(gong)了上述碳納米管的(de)噴霧式(shi)窯爐的(de)生(sheng)產方法，其包括以下步驟(zou)：

催化劑由送粉(fen)機構10送入反(fan)應(ying)器20的(de)反(fan)應(ying)區；

碳(tan)源氣體(ti)由送氣機(ji)構(gou)經換熱(re)器40預熱(re)后進(jin)入反(fan)應(ying)器20的反(fan)應(ying)區，碳(tan)源氣體(ti)與(yu)催化劑反(fan)應(ying)生成碳(tan)納米(mi)管(guan)；

生成的碳納米(mi)管經氣固分(fen)離后收納于料倉30。

這樣的(de)結(jie)構布局，設備工作(zuo)可(ke)靠(kao)且能實現碳納米(mi)管的(de)高(gao)效生產作(zuo)業。

優(you)選地，送(song)(song)料系統還包括與送(song)(song)粉(fen)機構10相配(pei)合的(de)霧化(hua)(hua)(hua)器(qi)(qi)50，優(you)選霧化(hua)(hua)(hua)器(qi)(qi)50與送(song)(song)粉(fen)機構10一(yi)(yi)一(yi)(yi)對(dui)應設置，保證(zheng)連(lian)接的(de)緊密(mi)性和催(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)劑(ji)傳送(song)(song)的(de)可靠性、平穩性；催(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)劑(ji)經對(dui)應霧化(hua)(hua)(hua)器(qi)(qi)50霧化(hua)(hua)(hua)后噴入反應器(qi)(qi)20內，這樣催(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)劑(ji)進入反應器(qi)(qi)20的(de)反應區時霧化(hua)(hua)(hua)成均勻(yun)的(de)氣粉(fen)混(hun)合物。

工作時，催(cui)(cui)化(hua)(hua)劑經氣(qi)動送(song)(song)粉(fen)系統(即送(song)(song)粉(fen)機構10)載氣(qi)輸送(song)(song)至反(fan)應器20一端，經霧(wu)化(hua)(hua)器50霧(wu)化(hua)(hua)后噴(pen)射進入反(fan)應器20，霧(wu)化(hua)(hua)后的(de)催(cui)(cui)化(hua)(hua)劑直接進入反(fan)應區，減小(xiao)了催(cui)(cui)化(hua)(hua)劑的(de)加熱時間(jian)，減小(xiao)了催(cui)(cui)化(hua)(hua)劑中金屬納(na)米(mi)顆粒的(de)聚并，尤其適(shi)用于小(xiao)直徑碳(tan)納(na)米(mi)管，如單壁、雙壁碳(tan)納(na)米(mi)管的(de)生長(chang)。在本發明中，碳(tan)納(na)米(mi)管的(de)生產是催(cui)(cui)化(hua)(hua)劑分布在氣(qi)相中即開始(shi)生長(chang)，催(cui)(cui)化(hua)(hua)劑分散(san)均勻(yun)，減弱了生長(chang)過程(cheng)中碳(tan)納(na)米(mi)管之間(jian)的(de)糾纏程(cheng)度(du)，可獲得較高的(de)生長(chang)速(su)度(du)和較高的(de)碳(tan)納(na)米(mi)管長(chang)度(du)。

在(zai)本(ben)發明中，作為一種優(you)選或(huo)可選的(de)實(shi)施方(fang)式，如圖1所示，優(you)選反(fan)應(ying)器20包(bao)括(kuo)豎(shu)直設(she)置的(de)反(fan)應(ying)腔體(ti)(ti)21，霧化(hua)器50置于反(fan)應(ying)腔體(ti)(ti)21內(nei)部上方(fang)，在(zai)反(fan)應(ying)腔體(ti)(ti)21內(nei)還設(she)有與換熱器40相連且位于霧化(hua)器50下方(fang)的(de)氣(qi)(qi)體(ti)(ti)分(fen)布器70，霧化(hua)器50的(de)開口朝(chao)下(優(you)選為豎(shu)直向(xiang)下)，碳源氣(qi)(qi)體(ti)(ti)通過該氣(qi)(qi)體(ti)(ti)分(fen)布器70在(zai)反(fan)應(ying)腔體(ti)(ti)21內(nei)布氣(qi)(qi)。

進(jin)一步的，為提升布氣(qi)效果和原料(liao)轉化率，優選氣(qi)體分(fen)布器70為沿反應腔體21軸向分(fen)布的單列(lie)或者多列(lie)導氣(qi)管。

本發明的(de)圖1公開(kai)的(de)是一種立(li)式順流噴(pen)霧式窯爐(lu)，適用于碳(tan)(tan)納米(mi)(mi)管生長速度(du)較(jiao)高(gao)的(de)情況，所(suo)得碳(tan)(tan)納米(mi)(mi)管相(xiang)互之間糾纏程(cheng)度(du)低，碳(tan)(tan)納米(mi)(mi)管具(ju)有(you)較(jiao)高(gao)的(de)長度(du)。特別地，碳(tan)(tan)源(yuan)氣(qi)體(ti)通(tong)過氣(qi)體(ti)分布器(qi)70在反應器(qi)20內布氣(qi)，補償了碳(tan)(tan)納米(mi)(mi)管在生長過程(cheng)中造成的(de)氫氣(qi)濃度(du)增加，有(you)利于提高(gao)原料(liao)轉化率。

優選(xuan)上述噴霧式窯爐的(de)送粉(fen)(fen)機構10包括粉(fen)(fen)桶11、設(she)置(zhi)(zhi)(zhi)在粉(fen)(fen)桶11內的(de)流(liu)化板(ban)12、插設(she)在粉(fen)(fen)桶11上的(de)吸粉(fen)(fen)管13、用于(yu)連接吸粉(fen)(fen)管13與對應霧化器(qi)50的(de)泵芯(xin)14，優選(xuan)流(liu)化板(ban)12呈多孔狀設(she)置(zhi)(zhi)(zhi)且置(zhi)(zhi)(zhi)于(yu)粉(fen)(fen)桶11靠近底部位(wei)置(zhi)(zhi)(zhi)，泵芯(xin)14后方還可接另一路載氣，以調節送粉(fen)(fen)量。

進(jin)一(yi)步優(you)(you)選(xuan)送粉機構10為單個，霧化器50也設置為對應的(de)單個，且霧化器50的(de)出(chu)口形狀呈開(kai)口向下(xia)的(de)喇叭狀。還優(you)(you)選(xuan)生成的(de)碳(tan)納(na)米管通過排料(liao)(liao)(liao)系統60經換(huan)熱器40換(huan)熱后排入料(liao)(liao)(liao)倉(cang)30中(即(ji)物料(liao)(liao)(liao)收集倉(cang))，上述(shu)噴霧式(shi)窯(yao)爐還包(bao)括除(chu)塵器80(優(you)(you)選(xuan)為脈沖袋式(shi))，除(chu)塵器80與料(liao)(liao)(liao)倉(cang)30相連(lian)，料(liao)(liao)(liao)倉(cang)30內的(de)尾(wei)氣進(jin)入該除(chu)塵器80，進(jin)而實現氣固(gu)分離(li)，過濾后的(de)尾(wei)氣可以直接排放或者再(zai)回收處(chu)理。

在本(ben)案中，反(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)腔(qiang)(qiang)體(ti)(ti)21的(de)內(nei)腔(qiang)(qiang)即為(wei)反(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)器(qi)(qi)20的(de)反(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)區，且反(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)腔(qiang)(qiang)體(ti)(ti)21的(de)內(nei)腔(qiang)(qiang)設有用于(yu)卸出碳納(na)米管(guan)的(de)出料(liao)口，而(er)上(shang)述反(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)器(qi)(qi)20優選還包括(kuo)插(cha)設于(yu)反(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)腔(qiang)(qiang)體(ti)(ti)21上(shang)的(de)物料(liao)探(tan)測(ce)儀22、內(nei)置于(yu)反(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)腔(qiang)(qiang)體(ti)(ti)21側(ce)壁上(shang)的(de)加(jia)熱(re)元器(qi)(qi)件23、填充于(yu)反(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)腔(qiang)(qiang)體(ti)(ti)21側(ce)壁上(shang)并與加(jia)熱(re)元器(qi)(qi)件23緊密(mi)配(pei)合(he)的(de)隔熱(re)材料(liao)24、與反(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)腔(qiang)(qiang)體(ti)(ti)21內(nei)腔(qiang)(qiang)相接的(de)溫度(du)探(tan)測(ce)器(qi)(qi)25、置于(yu)反(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)腔(qiang)(qiang)體(ti)(ti)21外并與溫度(du)探(tan)測(ce)器(qi)(qi)25電氣連接的(de)溫度(du)控制器(qi)(qi)26。

對應的(de)，優選上述排料(liao)(liao)系(xi)(xi)統60包括與反(fan)應腔體21的(de)出(chu)(chu)料(liao)(liao)口相接的(de)出(chu)(chu)料(liao)(liao)螺(luo)(luo)(luo)桿61、與出(chu)(chu)料(liao)(liao)螺(luo)(luo)(luo)桿61首端相連的(de)電機(ji)62，出(chu)(chu)料(liao)(liao)螺(luo)(luo)(luo)桿61的(de)首端還(huan)通(tong)過機(ji)械(xie)密(mi)封(feng)件63密(mi)封(feng)，出(chu)(chu)料(liao)(liao)螺(luo)(luo)(luo)桿61的(de)末端與料(liao)(liao)倉30相連，上述換(huan)熱器40與出(chu)(chu)料(liao)(liao)螺(luo)(luo)(luo)桿61的(de)中部接觸，以實現排料(liao)(liao)系(xi)(xi)統60出(chu)(chu)料(liao)(liao)時(shi)碳納米管的(de)換(huan)熱。

具體(ti)的，圖1所示立式(shi)順流噴(pen)(pen)霧(wu)式(shi)窯(yao)爐的生(sheng)產過(guo)程如(ru)下：一(yi)方面(mian)，催(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)(ji)經(jing)活化(hua)(hua)(hua)(hua)處(chu)理(li)后(hou)放(fang)入密(mi)封粉(fen)(fen)桶11內(nei)；桶底部(bu)(bu)設(she)一(yi)多(duo)(duo)孔狀流化(hua)(hua)(hua)(hua)板(ban)12，載(zai)氣(qi)經(jing)流化(hua)(hua)(hua)(hua)板(ban)12后(hou)進(jin)(jin)入粉(fen)(fen)桶11上部(bu)(bu)并對頂部(bu)(bu)物料進(jin)(jin)行流化(hua)(hua)(hua)(hua)；流化(hua)(hua)(hua)(hua)后(hou)的催(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)(ji)經(jing)吸粉(fen)(fen)管(guan)13進(jin)(jin)入泵(beng)芯14，泵(beng)芯14后(hou)端(duan)接另一(yi)路載(zai)氣(qi)以調節送粉(fen)(fen)量(liang)；催(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)(ji)經(jing)輸粉(fen)(fen)管(guan)進(jin)(jin)入霧(wu)化(hua)(hua)(hua)(hua)器50，霧(wu)化(hua)(hua)(hua)(hua)器50表面(mian)設(she)有(you)多(duo)(duo)個微(wei)孔，在(zai)氣(qi)體(ti)的高(gao)速帶動(dong)下，催(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)(ji)從反(fan)應(ying)(ying)腔體(ti)21頂端(duan)均勻噴(pen)(pen)灑至整個反(fan)應(ying)(ying)腔體(ti)21內(nei)。

另一方面(mian)，碳源氣(qi)(qi)體(ti)經(jing)(jing)配(pei)比后(hou)進入換熱(re)器(qi)40預熱(re)，預熱(re)后(hou)經(jing)(jing)管(guan)道進入氣(qi)(qi)體(ti)分(fen)布器(qi)70，氣(qi)(qi)體(ti)分(fen)布器(qi)70為(wei)沿反(fan)應(ying)腔(qiang)體(ti)21軸向(xiang)設(she)置(優選(xuan)為(wei)軸向(xiang)平(ping)行設(she)置)的(de)多列導氣(qi)(qi)管(guan)(優選(xuan)為(wei)圓(yuan)管(guan))，在(zai)導氣(qi)(qi)管(guan)表面(mian)開有多個排(pai)氣(qi)(qi)孔，預熱(re)后(hou)的(de)氣(qi)(qi)體(ti)經(jing)(jing)排(pai)氣(qi)(qi)孔排(pai)入反(fan)應(ying)腔(qiang)體(ti)21內。

在反(fan)應(ying)腔體21內，催化劑與碳(tan)源氣體進(jin)行反(fan)應(ying)，新生成的(de)(de)碳(tan)納米(mi)管沉降(jiang)至反(fan)應(ying)腔體21內已(yi)反(fan)應(ying)的(de)(de)碳(tan)納米(mi)管料段頂端，在此階段碳(tan)納米(mi)管繼續反(fan)應(ying)；上述物料探測(ce)儀22、反(fan)應(ying)腔體21、加熱元器(qi)件23、隔熱材料24、溫度探測(ce)器(qi)25、溫度控(kong)制(zhi)器(qi)26構成了(le)該實(shi)施例中的(de)(de)反(fan)應(ying)器(qi)20；碳(tan)納米(mi)管在反(fan)應(ying)器(qi)20內的(de)(de)高度由(you)物料探測(ce)儀22測(ce)定。

上(shang)述(shu)電(dian)機(ji)62、機(ji)械密封件(jian)63及出料(liao)螺(luo)桿(gan)(gan)61構成了(le)排料(liao)系統60，反應所得碳納(na)米(mi)管由螺(luo)桿(gan)(gan)排出，所排物料(liao)經(jing)換熱器(qi)40換熱后，落(luo)入料(liao)倉(cang)30，尾(wei)氣經(jing)袋式(shi)除塵(chen)器(qi)80凈化后排出。

在圖1公開的(de)實施例中(zhong)，由(you)于催(cui)(cui)化(hua)劑由(you)氣流直接帶入(ru)反應(ying)區，減(jian)小了(le)催(cui)(cui)化(hua)劑的(de)加(jia)熱(re)時間，減(jian)小了(le)催(cui)(cui)化(hua)劑中(zhong)金屬納米顆粒的(de)聚并，尤其適(shi)用于小直徑碳(tan)納米管，如單(dan)壁、雙壁碳(tan)納米管的(de)生(sheng)長(chang)。

在本發明中(zhong)，還(huan)公開(kai)了(le)噴霧式窯爐的第二種實(shi)施例(li)，如圖2所示，優選(xuan)反(fan)應(ying)(ying)器(qi)(qi)20包括豎(shu)直設置的反(fan)應(ying)(ying)腔體(ti)(ti)(ti)21，霧化(hua)器(qi)(qi)50置于反(fan)應(ying)(ying)腔體(ti)(ti)(ti)21內部(bu)中(zhong)部(bu)位(wei)置，在反(fan)應(ying)(ying)腔體(ti)(ti)(ti)21內設有與換熱(re)器(qi)(qi)40相連的氣(qi)(qi)體(ti)(ti)(ti)分(fen)布(bu)器(qi)(qi)70，碳(tan)源氣(qi)(qi)體(ti)(ti)(ti)通過(guo)該(gai)氣(qi)(qi)體(ti)(ti)(ti)分(fen)布(bu)器(qi)(qi)70在反(fan)應(ying)(ying)腔體(ti)(ti)(ti)21內布(bu)氣(qi)(qi)，在反(fan)應(ying)(ying)腔體(ti)(ti)(ti)21內還(huan)設有與霧化(hua)器(qi)(qi)50相連且置于氣(qi)(qi)體(ti)(ti)(ti)分(fen)布(bu)器(qi)(qi)70內的導流管90，霧化(hua)器(qi)(qi)50的開(kai)口(kou)朝上(shang)(優選(xuan)為豎(shu)直向上(shang))。

進一步的，為提升布(bu)氣效果和原料轉化(hua)率，優選該實施(shi)例的氣體分布(bu)器70也為沿反應腔體21軸(zhou)向分布(bu)的單(dan)列(lie)或者多列(lie)導氣管。

本發明的(de)(de)圖2公(gong)開(kai)的(de)(de)也是(shi)一種(zhong)立(li)式(shi)順流(liu)噴霧式(shi)窯爐，本第二實(shi)施(shi)例在(zai)圖1公(gong)開(kai)的(de)(de)實(shi)施(shi)例基(ji)礎上增加了一個導流(liu)管(guan)90，增加了催(cui)化劑在(zai)氣(qi)流(liu)中的(de)(de)停留(liu)時間(jian)，并調(diao)整(zheng)了霧化器50和氣(qi)體分(fen)布(bu)器70的(de)(de)結構布(bu)局(ju)，進一步減(jian)弱了碳管(guan)之間(jian)的(de)(de)糾纏(chan)程度，尤其適(shi)用于超長(chang)(chang)碳納(na)(na)米管(guan)的(de)(de)生產。同樣的(de)(de)，碳源氣(qi)體通過氣(qi)體分(fen)布(bu)器70在(zai)反應器20內布(bu)氣(qi)，補(bu)償了碳納(na)(na)米管(guan)在(zai)生長(chang)(chang)過程中造成的(de)(de)氫氣(qi)濃度增加，有利于提高原料(liao)轉(zhuan)化率。

優選本(ben)發明第(di)(di)二實施例公開的(de)(de)上述噴(pen)霧式(shi)窯爐還(huan)包括排(pai)料(liao)系統60和除塵(chen)器(qi)80，且該(gai)(gai)噴(pen)霧式(shi)窯爐的(de)(de)送粉機(ji)構10結構、排(pai)料(liao)系統60、除塵(chen)器(qi)80以及反應(ying)器(qi)20的(de)(de)結構均與第(di)(di)一(yi)實施例相同，此處(chu)不再過多贅(zhui)述。對應(ying)的(de)(de)，該(gai)(gai)實施例的(de)(de)霧化器(qi)50的(de)(de)開口朝上。

具體(ti)的(de)(de)，圖2所示立式(shi)順(shun)流(liu)(liu)噴霧式(shi)窯爐的(de)(de)生產過程如下：一(yi)(yi)方面，催(cui)化(hua)劑(ji)(ji)(ji)經(jing)活化(hua)處理(li)后(hou)(hou)放入(ru)密封粉(fen)桶(tong)11內(nei)，桶(tong)底部(bu)設一(yi)(yi)多孔狀(zhuang)流(liu)(liu)化(hua)板(ban)12，載(zai)氣經(jing)流(liu)(liu)化(hua)板(ban)12后(hou)(hou)進(jin)入(ru)粉(fen)桶(tong)11上部(bu)對頂部(bu)物(wu)料(liao)(liao)進(jin)行流(liu)(liu)化(hua)；流(liu)(liu)化(hua)后(hou)(hou)的(de)(de)催(cui)化(hua)劑(ji)(ji)(ji)經(jing)吸粉(fen)管(guan)(guan)13進(jin)入(ru)泵(beng)芯14，泵(beng)芯14后(hou)(hou)端接另一(yi)(yi)路載(zai)氣以調(diao)節送粉(fen)量(liang)；催(cui)化(hua)劑(ji)(ji)(ji)經(jing)輸粉(fen)管(guan)(guan)進(jin)入(ru)霧化(hua)器50，霧化(hua)器50表面有(you)多個微(wei)孔，在(zai)(zai)(zai)氣體(ti)的(de)(de)高速帶(dai)(dai)動下，催(cui)化(hua)劑(ji)(ji)(ji)進(jin)入(ru)反應(ying)腔(qiang)(qiang)體(ti)21，在(zai)(zai)(zai)氣體(ti)的(de)(de)高速帶(dai)(dai)動下，催(cui)化(hua)劑(ji)(ji)(ji)從霧化(hua)噴口噴出，進(jin)入(ru)導(dao)流(liu)(liu)管(guan)(guan)90；在(zai)(zai)(zai)導(dao)流(liu)(liu)管(guan)(guan)90內(nei)氣體(ti)攜帶(dai)(dai)催(cui)化(hua)劑(ji)(ji)(ji)向上行進(jin)，在(zai)(zai)(zai)導(dao)流(liu)(liu)管(guan)(guan)90末(mo)端，催(cui)化(hua)劑(ji)(ji)(ji)進(jin)入(ru)反應(ying)腔(qiang)(qiang)體(ti)21內(nei)腔(qiang)(qiang)上空(kong)并在(zai)(zai)(zai)重力作用下緩慢沉(chen)降，落入(ru)碳納(na)(na)米(mi)(mi)管(guan)(guan)料(liao)(liao)段頂端。此處，值得一(yi)(yi)提的(de)(de)是：通過控制(zhi)導(dao)流(liu)(liu)管(guan)(guan)90的(de)(de)直徑及載(zai)氣流(liu)(liu)量(liang)，可調(diao)節碳納(na)(na)米(mi)(mi)管(guan)(guan)在(zai)(zai)(zai)導(dao)流(liu)(liu)管(guan)(guan)90內(nei)停(ting)留時(shi)間。

另一方(fang)面，反應(ying)氣(qi)體(ti)(ti)(即碳(tan)源氣(qi)體(ti)(ti))經(jing)配比后(hou)(hou)(hou)進入換(huan)熱(re)(re)器(qi)(qi)(qi)(qi)40預熱(re)(re)，預熱(re)(re)后(hou)(hou)(hou)經(jing)管(guan)(guan)道進入氣(qi)體(ti)(ti)分布(bu)器(qi)(qi)(qi)(qi)70，氣(qi)體(ti)(ti)分布(bu)器(qi)(qi)(qi)(qi)70為沿反應(ying)腔體(ti)(ti)21軸向(xiang)平行的多列(lie)導氣(qi)管(guan)(guan)(優(you)選為圓(yuan)管(guan)(guan))，在導氣(qi)管(guan)(guan)表面開有多個排(pai)氣(qi)孔，預熱(re)(re)后(hou)(hou)(hou)的氣(qi)體(ti)(ti)經(jing)排(pai)氣(qi)孔排(pai)入反應(ying)器(qi)(qi)(qi)(qi)20內與催化(hua)劑(ji)反應(ying)，反應(ying)后(hou)(hou)(hou)的碳(tan)納(na)(na)米管(guan)(guan)沉降在反應(ying)腔體(ti)(ti)21底部；碳(tan)納(na)(na)米管(guan)(guan)在反應(ying)器(qi)(qi)(qi)(qi)20內的高度(du)由物料探(tan)測(ce)儀22測(ce)定；反應(ying)所得碳(tan)納(na)(na)米管(guan)(guan)由出料螺桿(gan)61排(pai)出，所排(pai)物料經(jing)換(huan)熱(re)(re)器(qi)(qi)(qi)(qi)40(即熱(re)(re)交換(huan)器(qi)(qi)(qi)(qi))換(huan)熱(re)(re)后(hou)(hou)(hou)，落入料倉30，尾氣(qi)經(jing)袋(dai)式(shi)除塵器(qi)(qi)(qi)(qi)80凈化(hua)后(hou)(hou)(hou)排(pai)出。

在本(ben)發明中(zhong)，還公開了噴霧式(shi)窯爐的(de)(de)第三種實(shi)施例，如圖3所示，優(you)選反應(ying)器(qi)(qi)20包(bao)括水平(ping)設置(zhi)的(de)(de)反應(ying)腔(qiang)體(ti)(ti)21，反應(ying)腔(qiang)體(ti)(ti)21設有用于(yu)將碳納米(mi)管(guan)卸入(ru)料倉30的(de)(de)出料口(kou)，霧化(hua)器(qi)(qi)50與送粉(fen)(fen)機(ji)構10一(yi)一(yi)對(dui)應(ying)設置(zhi)，霧化(hua)器(qi)(qi)50通(tong)(tong)(tong)(tong)過進粉(fen)(fen)通(tong)(tong)(tong)(tong)道(dao)(dao)100與對(dui)應(ying)送粉(fen)(fen)機(ji)構10相(xiang)連，霧化(hua)器(qi)(qi)50置(zhi)于(yu)反應(ying)腔(qiang)體(ti)(ti)21內(nei)部遠離出料口(kou)的(de)(de)一(yi)端，霧化(hua)器(qi)(qi)50的(de)(de)開口(kou)朝(chao)向出料口(kou)(即設置(zhi)為水平(ping)朝(chao)向預設方向)，換熱器(qi)(qi)40通(tong)(tong)(tong)(tong)過進氣(qi)通(tong)(tong)(tong)(tong)道(dao)(dao)110分別接入(ru)各進粉(fen)(fen)通(tong)(tong)(tong)(tong)道(dao)(dao)100并將碳源(yuan)氣(qi)體(ti)(ti)導入(ru)各進粉(fen)(fen)通(tong)(tong)(tong)(tong)道(dao)(dao)100，使得各進粉(fen)(fen)通(tong)(tong)(tong)(tong)道(dao)(dao)100內(nei)的(de)(de)催化(hua)劑與碳源(yuan)氣(qi)體(ti)(ti)混合后(hou)再進入(ru)對(dui)應(ying)霧化(hua)器(qi)(qi)50。

進一步(bu)的，為(wei)(wei)(wei)提高生產效(xiao)率(lv)，保證內(nei)部(bu)反(fan)應的可(ke)靠工作(zuo)；優(you)選(xuan)該(gai)實施例(li)中送(song)粉(fen)機構10設(she)置為(wei)(wei)(wei)多個，即霧化器(qi)50也(ye)設(she)置為(wei)(wei)(wei)多個(可(ke)進一步(bu)優(you)選(xuan)為(wei)(wei)(wei)三個，這樣結構布局不僅(jin)可(ke)以滿足實際需要，也(ye)使得空間布局更加合理、緊湊(cou))，且(qie)優(you)選(xuan)為(wei)(wei)(wei)豎直平行排(pai)列的多個且(qie)開口朝(chao)向一致。

本(ben)發(fa)明的圖3公開的是一種臥式(shi)順流噴(pen)(pen)(pen)霧(wu)式(shi)窯爐，本(ben)第三實施例中反(fan)應(ying)腔體21為(wei)臥式(shi)，在頂部采用多(duo)個霧(wu)化器50(噴(pen)(pen)(pen)霧(wu)噴(pen)(pen)(pen)頭)，利用反(fan)應(ying)氣體自身氣流將(jiang)反(fan)應(ying)產物帶出反(fan)應(ying)區，適用于超大(da)規模碳納米管的生產。

優(you)選本發明第(di)三實施例公開(kai)的上述噴霧(wu)式窯爐還包括除塵器(qi)(qi)(qi)(qi)80但去除了類似的排料系統60結構，而(er)且在(zai)本實施例中(zhong)，反(fan)應器(qi)(qi)(qi)(qi)20送(song)出的碳(tan)納米管直接經(jing)過(guo)換熱器(qi)(qi)(qi)(qi)40換熱后(hou)進(jin)入除塵器(qi)(qi)(qi)(qi)80，再(zai)除塵器(qi)(qi)(qi)(qi)80氣固(gu)分離后(hou)，固(gu)態物質(固(gu)相物料)落入料倉30中(zhong)。此外，該噴霧(wu)式窯爐的送(song)粉(fen)機(ji)構10結構、除塵器(qi)(qi)(qi)(qi)80以及反(fan)應器(qi)(qi)(qi)(qi)20的結構與第(di)一實施例基(ji)本相同，此處不再(zai)過(guo)多贅述。

具體(ti)(ti)的，圖3所示臥式(shi)順流(liu)噴霧式(shi)窯爐的生產過程如下：催化(hua)(hua)劑(ji)經(jing)活化(hua)(hua)處理后(hou)(hou)放入(ru)密封粉桶11內，桶底(di)部設一多孔(kong)狀流(liu)化(hua)(hua)板12，載氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)經(jing)流(liu)化(hua)(hua)板12后(hou)(hou)進(jin)入(ru)粉桶11上(shang)部對頂部物料(liao)進(jin)行(xing)流(liu)化(hua)(hua)，流(liu)化(hua)(hua)后(hou)(hou)的催化(hua)(hua)劑(ji)經(jing)吸粉管(guan)(guan)13進(jin)入(ru)泵(beng)芯(xin)14；泵(beng)芯(xin)14后(hou)(hou)端(duan)接另一路載氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)以調節送粉量，催化(hua)(hua)劑(ji)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)流(liu)與(yu)碳(tan)源氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)混(hun)合后(hou)(hou)進(jin)入(ru)霧化(hua)(hua)器50，霧化(hua)(hua)器50表面(mian)有多個微孔(kong)，在氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)的高(gao)速帶(dai)動下，催化(hua)(hua)劑(ji)進(jin)入(ru)反應(ying)腔體(ti)(ti)21；反應(ying)器20由反應(ying)腔體(ti)(ti)21、加(jia)熱(re)(re)元(yuan)器件(jian)23、隔熱(re)(re)材料(liao)24、溫(wen)度(du)探測器25、溫(wen)度(du)控制器26構(gou)成；反應(ying)后(hou)(hou)的碳(tan)納米管(guan)(guan)在氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)流(liu)作(zuo)用下從尾部的出料(liao)口帶(dai)出，再進(jin)入(ru)換熱(re)(re)器40(熱(re)(re)交(jiao)換器)，經(jing)換熱(re)(re)器40換熱(re)(re)后(hou)(hou)進(jin)入(ru)布袋除(chu)塵(chen)(chen)器80，在除(chu)塵(chen)(chen)器80進(jin)行(xing)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)固(gu)分離后(hou)(hou)，固(gu)相物料(liao)落入(ru)料(liao)倉(cang)30，尾氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)凈化(hua)(hua)后(hou)(hou)排(pai)出。

本(ben)文中(zhong)所(suo)描述(shu)的(de)(de)(de)具體實施(shi)例僅僅是對本(ben)發(fa)明(ming)(ming)精(jing)神作(zuo)舉例說(shuo)明(ming)(ming)。本(ben)發(fa)明(ming)(ming)所(suo)屬技(ji)術領(ling)域的(de)(de)(de)技(ji)術人員可以(yi)對所(suo)描述(shu)的(de)(de)(de)具體實施(shi)例做各(ge)種各(ge)樣的(de)(de)(de)修改或補充或采(cai)用類似的(de)(de)(de)方式替(ti)代，但并不會偏(pian)離本(ben)發(fa)明(ming)(ming)的(de)(de)(de)精(jing)神或者超(chao)越所(suo)附(fu)權利要求書所(suo)定(ding)義的(de)(de)(de)范圍。