利用廢舊輪胎熱裂解產生的可燃氣制備碳納米管的工藝的制作方法

本發明涉及一種碳納米管的制備工藝，具體涉及一種利用廢舊輪胎橡膠熱裂解產生的可燃氣制備碳納米管的工藝。

背景技術：

碳納米管具有良好的力學性能，CNTs抗拉強度達到50～200GPa,是鋼的100倍,密度卻只有鋼的1/6，至少比常規石墨纖維高一個數量級；它的彈性模量可達1TPa，與金剛石的彈性模量相當，約為鋼的5倍。導熱性是銅的5倍，其導電性根據結構的不同而異，可以是導體、絕緣體、半導體，甚至可以僅次于超導體。碳納米管的結構雖然與高分子材料的結構相似，但其結構卻比高分子材料穩定得多。是目前可制備出的具有最高比強度的材料。若將以其他工程材料為基體與碳納米管制成復合材料,可使復合材料表現出良好的強度、彈性、抗疲勞性及各向同性，給復合材料的性能帶來極大的改善。碳納米管以其特殊的結構顯示出了極強的量子效應和奇特的物理化學性能，在催化、復合材料、儲能材料和微電子器件等諸多領域表現出了很大的潛在應用前景。曾經在世界范圍內興起了碳納米管的研究熱潮，國內也曾經“863立項”來推動碳納米管技術在國內的發展。

但到目前為止，碳納米管產業的發展遠沒有當初人們期望的那么快。目前制備碳納米管的方法有石墨電弧法、激光法、催化裂解法(CVD)等，但這幾種方法存在產量少，不易實現工業化生產。多層碳納米管的生產，還處于很初級的階段，均為百噸級的試驗裝置。世界范圍內現在公開報道的主要有6家百噸級規模的工業試驗生產裝置在運轉，都是采用化學氣相沉積法的路線，但生產成本較高。以往綠人生態經濟環境保護研究所研發廢舊輪胎熱裂解時產生的多余裂解可燃氣是經過室外天燈燃燒排放至大氣中，既污染環境又浪費資源。

因此，對于碳納米管的制備工藝存在進一步的優化需求，這也是該技術領域內的研究熱點和重點之一，更是本發明得以完成的動力和出發點所在。

技術實現要素：

為了克服現有技術存在的上述技術問題，本發明人在進行了大量的深入研究之后，從而提供了一種利用廢舊輪胎熱裂解產生的可燃氣制備碳納米管的工藝，本發明能夠解決廢舊輪胎裂解產生可燃氣體不能充分利用和降低碳納米管生產成本的問題。

上述技術問題的解決通過以下技術方案實現：一種利用廢舊輪胎熱裂解產生的可燃氣制備碳納米管的工藝，包括以下步驟：將破碎后的廢舊輪胎顆粒送入裂解爐進行裂解，獲得油氣混合氣體和固體，將所述油氣混合氣體進行油氣分離，將所述固體進行鋼絲段和炭黑的分離；油氣分離后獲得的燃油進行冷卻過濾儲存，油氣分離后獲得的可燃氣通入密封的移動床催化反應裝置，在催化劑LaCoO₃的催化作用下獲得碳納米管。

優選的，在所述移動床催化反應裝置中，所述LaCoO₃通過固體進料斗連續均勻地布灑到移動床石英管內的紫銅傳送帶上，然后隨紫銅傳輸帶進入反應區，所述反應區以管式爐為熱源，所述管式爐的恒溫區溫度控制在700±5℃，廢舊輪胎熱裂解產生的可燃氣與紫銅傳送帶上的所述LaCoO₃發生作用生成碳納米管，通過移動床轉軸的轉向作用，所述LaCoO₃在所述紫銅傳送帶上停留預定的時間后，所述LaCoO₃和生成的碳納米管從所述紫銅傳送帶上脫出，進入收集器。進一步優選的，所述LaCoO₃通過所述固體進料斗以0.25g/min的布灑量連續均勻布灑到所述紫銅傳送帶上。進一步優選的,所述紫銅傳送帶以20mm/min的速度移動進入所述反應區。進一步優選的，所述移動床石英管的外徑為90mm，長為2000mm，所述管式爐的外徑為100mm，長度為1000mm，所述管式爐的恒溫區的長度為600mm。

優選的，所述裂解的溫度為390℃～420℃，時間為25～35分鐘。進一步優選的，所述裂解的溫度為400℃，時間為30分鐘。

優選的，在進行所述裂解之前，廢舊輪胎先進行了預處理，所述預處理的過程如下：將回收的廢舊輪胎進行洗滌以清除雜質，然后將廢舊輪胎送破碎機破碎成徑粒為20～30毫米大小的顆粒。

優選的，所述油氣混合氣體進行油氣分離的過程如下：油氣混合氣體送入冷卻分離塔進行油氣分離，用冷卻水對進入冷卻分離塔中的油氣混合氣體進行冷卻，可燃氣從冷卻分離塔上方逸出，在冷卻分離塔的下部集聚冷凝形成燃料油，將所述燃料油進行壓濾后儲存。

優選的，所述固體進行分離鋼絲段和炭黑的過程如下：所述固體出爐后，首先由冷卻絞龍進行冷卻，并同時利用分離篩選絞龍將鋼絲段與炭黑分離，分離后的鋼絲段清洗后回收利用，炭黑送入磨粉機磨粉后包裝。

與現有技術相比，本發明的有益效果如下：本發明在移動床催化反應工藝的基礎上，巧妙地結合廢舊輪胎熱裂解技術，利用廢舊輪胎熱裂解時產生的可燃氣進行碳納米管的生產，轉換率在25-30％，為連續生產碳納米管提供碳源，而且設備結構簡單，成本低，反應過程容易控制，產量高，具有能耗低、安全、環保、無污染物排放等優點，兼顧了環境和資源問題，成為制備碳納米管的有效途徑。

附圖說明

圖1是本發明利用廢舊輪胎熱裂解可燃氣生產炭納米管的工藝流程圖；

圖2是本發明采用的移動床催化反應裝置的結構示意圖。

圖中：1、第一調速器；2、第一電機；3、轉動棒；4、固體進料斗；5、催化劑LaCoO₃；6、第一熱電偶；7、第一溫控儀；8、氣體入口；9、第二調速器；10、第二電機；11、第二溫控儀；12、第二熱電偶；13、管式爐；14、轉軸；15、紫銅傳送帶；16、石英管；17、氣體出口；18、收集器。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本發明，但不以任何形式限制本發明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發明的保護范圍。

一種利用廢舊輪胎熱裂解產生的可燃氣制備碳納米管的工藝，包括以下步驟：

廢舊輪胎熱裂解：首先將回收的廢舊輪胎橡膠進行洗滌，以清除一些混雜在其中的雜質，然后送破碎機破碎，一般需要將廢舊輪胎橡膠破碎成粒徑為20-30毫米大小的顆粒，將粉碎后的廢舊輪胎橡膠顆粒(含鋼絲)送入裂解爐進行裂解，裂解爐由燃燒可燃氣體進行加熱，在390℃-420℃(比如400℃)的溫度條件下裂解，在裂解爐中約25-35分鐘(比如30分鐘)，裂解后從裂解爐中產生的油氣混合氣體送油氣分離設備進行油氣分離，油氣分離在冷卻分離塔中進行，用冷卻水對進入冷卻分離塔中的油氣混合氣體進行冷卻，在冷卻分離塔下部集聚冷凝后的燃料油進行壓濾后儲存，占總橡膠顆粒重量10％的可燃氣從冷卻分離塔上方逸出后進入密封的移動床催化反應裝置中，含有鋼絲段的炭黑出爐后，首先由冷卻絞龍進行冷卻，并同時利用分離篩選絞龍將鋼絲段與炭黑分離，分離后的鋼絲段清洗后回收再利用，而炭黑送入磨粉機磨粉后包裝；

碳納米管的生成：在密封的移動床催化反應裝置中，催化劑LaCoO₃通過固體進料斗以0.25g/min的布灑量被連續均勻地布灑到移動床石英管(90mm*2000mm)內的紫銅傳送帶上，然后隨傳輸帶以20mm/min的速度移動進入反應區，以100mm*1000mm管式爐為熱源，恒溫區溫度控制在700±5℃，長度600mm，廢舊輪胎熱裂解時產生的可燃氣與移動床紫銅傳送帶上的催化劑LaCoO₃發生作用生成碳納米管，由于移動床轉軸的轉向作用，催化劑LaCoO₃在紫銅傳送帶上停留設定的時間后，催化劑LaCoO₃和其上生成的碳納米管從紫銅傳送帶上脫出，進入收集器，整個過程連續不間斷，從而保證了低成本大批量碳納米管的制備。

上述實施例采用的移動床催化反應裝置如圖2所示，由第一調速器1、第一電機2、轉動棒3、固體進料斗4、催化劑LaCoO₃5、第一熱電偶6、第一溫控儀7、氣體入口8、第二調速器9、第二電機10、第二溫控儀11、第二熱電偶12、管式爐13、轉軸14、紫銅傳送帶15、石英管16、氣體出口17、收集器18組成。

上述實施例的整個處理工藝中，無任何的氣體外泄，在負壓條件下進行裂解，安全系數高，經上述工藝可以將廢舊輪胎橡膠轉化為約重量比10％的可燃氣、重量比35％的燃料油、重量比35％的炭黑和重量比5％的鋼絲，實現廢舊輪胎橡膠的完全回收利用，裂解獲得的可燃氣也得到了充分的利用，既解決了多余裂解可燃氣燃燒排放污染環境的問題，同時也為碳納米管的生產制備提供了碳源。

以上對本發明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發明并不局限于上述特定實施方式，本領域技術人員可以在權利要求的范圍內做出各種變形或修改，這并不影響本發明的實質內容。