[发明专利]一种甲烷二氧化碳重整还原铁并生成碳纳米管的装置

说明书

一种甲烷二氧化碳重整还原铁并生成碳纳米管的装置，属于碳纳米管合成装置技术领域，目的是提供一种利用甲烷二氧化碳重整还原铁矿石并生成碳纳米管的装置，利用获得成本低的还原铁颗粒作催化剂进行重整反应，重整反应的产物一氧化碳和氢气进一步去还原铁矿石颗粒，还原后的还原铁颗粒又进一步回流进行甲烷二氧化碳重整反应，因为铁基表面积碳堆积在适当条件下可以生成有经济价值的碳纳米管，整个过程实现了工艺的优化，使资源更加合理利用。

技术领域

本发明属于碳纳米管合成装置技术领域，具体涉及一种甲烷二氧化碳重整还原铁并生成碳纳米管的装置。

背景技术

碳纳米管因其独特的一维结构在力学、电学、热学及吸附等方面具有优异的特性而被广泛使用，但是昂贵的碳纳米管价格严重限制着其大规模应用市场。铁是生成碳纳米管和甲烷二氧化碳重整的良好催化剂，甲烷二氧化碳重整后生成的一氧化碳和氢气又是合成气，反过来可以还原铁矿石。

CN103898265A公开了一种焦炉煤气改质直接还原铁矿石的系统装置及方法，该发明提出一条新工艺，利用炼焦过程产生的焦炉煤气中的相对于铁矿石还原惰性的甲烷组元变换成具有还原活性的氢和一氧化碳，然后将其引入竖炉直接还原铁矿石。该改质的技术原理是通过供应氧化剂的方法催化甲烷的重整反应，使甲烷中的碳转换成一氧化碳，氢变化为氢气，氧化剂包括还原铁矿石尾气中的二氧化碳和水蒸气。该专利虽然写了甲烷二氧化碳重整过程，但是却并没用来制备碳纳米管。且该专利中装置为竖炉、重整反应器、换热器以及废热回收器所组成的，较为复杂，不够紧密且占用空间。

发明内容

本发明目的是提供一种利用甲烷二氧化碳重整还原铁矿石并生成碳纳米管的装置，利用获得成本低的还原铁颗粒作催化剂进行重整反应，重整反应的产物一氧化碳和氢气进一步去还原铁矿石颗粒，还原后的还原铁颗粒又进一步回流进行甲烷二氧化碳重整反应，因为铁基表面积碳堆积在适当条件下可以生成有经济价值的碳纳米管，整个过程实现了工艺的优化，使资源更加合理利用。

本发明采用如下技术方案：

一种甲烷二氧化碳重整还原铁并生成碳纳米管的装置，包括物料传输系统、反应系统、气路系统、加热系统和转动系统，物料传输系统与反应系统连接，气路系统与反应系统连接，加热系统与反应系统连接，转动系统与反应系统连接。

所述物料传输系统包括用于放置还原铁的物料仓Ⅰ、用于放置铁矿石的物料仓Ⅱ和两个螺旋给料机，螺旋给料机的一端分别与物料仓Ⅰ和物料仓Ⅱ的底部连接，螺旋给料机的另一端分别与反应系统连接。

所述反应系统包括回转炉，所述回转炉包括进行甲烷二氧化碳重整还原铁并生成碳纳米管反应的腔体Ⅰ、进行铁矿石还原反应的腔体Ⅱ和螺旋送料装置，腔体Ⅰ的侧壁设有安全阀，腔体Ⅱ位于腔体Ⅰ内，腔体Ⅱ的底部设有落料口，腔体Ⅰ的底部设有出料口，螺旋送料装置位于腔体Ⅱ的下方。

所述气路系统包括存储甲烷、二氧化碳和氮气的气体存储装置以及装有干燥的CaCl₂的尾气处理装置，气体存储装置通过预混阀和管路Ⅰ与腔体Ⅰ连通，腔体Ⅰ和腔体Ⅱ通过管路Ⅱ连通，腔体Ⅱ的一侧通过管路Ⅲ与尾气处理装置的一端连通，尾气处理装置的另一端设有管路Ⅳ，预混阀通过管路Ⅴ与尾气处理装置连通，所述管路Ⅱ上设有气体流向从腔体Ⅰ流向腔体Ⅱ的单向阀Ⅰ，所述管路Ⅴ上设有气体流向从尾气处理装置流向预混阀的单向阀Ⅱ。

所述加热系统包括用于加热腔体Ⅰ的加热硅碳棒、用于加热腔体Ⅱ的微波加热器以及嵌在腔体Ⅰ和腔体Ⅱ内壁的用于测温的测温热电偶。

所述转动系统包括低速齿轮系统、高速齿轮系统和用于控制高速齿轮系统转速的转动调速装置，所述低速齿轮系统与回转炉连接，高速齿轮系统和低速齿轮系统相配合。