本技術(shù)屬于納米，尤其是涉及一種甲烷高溫催化裂解爐及其系統(tǒng)、裂解方法。

背景技術(shù)：

1、碳納米管是一種管狀材料，由碳原子形成的六角形蜂窩狀晶格卷曲而成。隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，碳納米管作為納米科技領(lǐng)域中的一種新興材料，已經(jīng)引起了全球范圍內(nèi)的廣泛關(guān)注。碳納米管的應(yīng)用領(lǐng)域主要涵蓋了電子學(xué)、能源存儲(chǔ)、生物醫(yī)學(xué)以及復(fù)合材料等多個(gè)方面。

2、目前，碳納米管主要以丙烯作為原料，流化床作為生產(chǎn)設(shè)備的技術(shù)路線。丙烯是特種低溫化學(xué)品，其供應(yīng)商較少，長(zhǎng)途運(yùn)輸成本很高。而且，丙烯的采購(gòu)和使用有嚴(yán)格的監(jiān)管要求。

3、碳納米管也發(fā)展了以天然氣為原料，間歇回轉(zhuǎn)床為生產(chǎn)設(shè)備的技術(shù)路線。天然氣的采購(gòu)和使用較為廣泛，沒(méi)有丙烯嚴(yán)格，但其存在著催化裂解效率低，生產(chǎn)效率低，設(shè)備復(fù)雜，能耗高，不能夠大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是：為解決現(xiàn)有技術(shù)中無(wú)法實(shí)現(xiàn)低成本、低能耗、高效率、規(guī)?；a(chǎn)的不足，從而提供一種甲烷高溫催化裂解爐及其系統(tǒng)、裂解方法。

2、本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

3、一種甲烷高溫催化裂解爐，包括上封頭組件、中間體、下封頭組件、溫度套管、溫度傳感器，上封頭組件、中間體、下封頭組件按順序組成爐體，中間體由內(nèi)之外依次設(shè)有殼體、電加熱板、保溫層，溫度套管安裝在中間殼體內(nèi)，溫度傳感器安裝在溫度套管內(nèi)來(lái)檢測(cè)爐體內(nèi)的溫度；上封頭組件包括上橢圓封頭、上過(guò)濾器、裂解尾氣排氣管、裝料管、置換氣排氣管，橢圓封頭上橢圓封頭安裝在中間體上面，上過(guò)濾器安裝在上橢圓封頭內(nèi)，裂解尾氣排氣管、裝料管、置換氣排氣管安裝在上橢圓封頭處，用來(lái)給爐體裝料和排氣；下封頭組件包括下橢圓封頭、卸料管、氮?dú)膺M(jìn)氣管、甲烷進(jìn)氣管、下過(guò)濾器，下橢圓封頭安裝在中間體下面，下過(guò)濾器安裝在下橢圓封頭內(nèi)，卸料管、氮?dú)膺M(jìn)氣管、甲烷進(jìn)氣管安裝在下橢圓封頭處，用來(lái)給爐體下料和進(jìn)氣。

4、溫度套管焊接在殼體外壁上，布置于殼體的底部、中部和頂部位置，通過(guò)溫度傳感器分別檢測(cè)殼體內(nèi)部的溫度。

5、上過(guò)濾器和下過(guò)濾器均由具有微米級(jí)氣孔的圓盤狀二氧化硅構(gòu)成。

6、電加熱板由多組瓦片式碳化硅電加熱器均勻地貼在殼體的外壁，通過(guò)加熱殼體將熱量傳導(dǎo)至殼體內(nèi)部，確保殼體內(nèi)部的裂解反應(yīng)穩(wěn)定。

7、保溫層由硅酸鋁棉氈組成，包覆在電加熱板、下封頭組件和上封頭組件的外表面，起到保溫絕熱作用。

8、一種甲烷高溫催化裂解系統(tǒng)，甲烷高溫催化裂解爐設(shè)有三組，還包括氮?dú)夤苈贰⒋呋瘎┕苈?、碳納米管管路、置換氮?dú)夤苈?、裂解尾氣管路、甲烷管路、催化劑送料罐、氮?dú)膺M(jìn)氣控制閥a、催化劑裝料控制閥、甲烷原料氣進(jìn)氣控制閥、回?zé)崞鱝、回?zé)崞鱞、加熱器、高溫甲烷進(jìn)氣控制閥、高溫裂解尾氣排氣控制閥、常溫裂解尾氣排氣控制閥、氫氣提純裝置、氮?dú)膺M(jìn)氣控制閥b、置換氮?dú)馀艢饪刂崎y、碳納米管卸料控制閥、旋風(fēng)分離器和氣體分析儀；氮?dú)夤苈吠ㄟ^(guò)管道與置換器排氣管連通，為甲烷高溫催化裂解爐輸送氮?dú)?，氮?dú)膺M(jìn)氣控制閥b安裝在氮?dú)夤苈飞?；催化劑管路上按輸送方向依次安裝氮?dú)膺M(jìn)氣控制閥a、催化劑送料罐、催化劑裝料控制閥，催化劑管路通氮?dú)?，通過(guò)與裝料管連通，催化劑送料罐采用氣體輸送原理，氮?dú)鈱⒋呋瘎┹斔偷搅呀鉅t內(nèi)部；碳納米管管路一端連接旋風(fēng)分離器，另一端與卸料管連通，風(fēng)分離器采用旋風(fēng)分離原理，將裂解爐內(nèi)經(jīng)過(guò)氮?dú)庵脫Q及冷卻后的碳納米管與氮?dú)獾臍夤袒旌衔镞M(jìn)行分離，旋風(fēng)分離器的底部獲得碳納米管，氮?dú)鈴捻敳颗懦觯惶技{米管卸料控制閥安裝在碳納米管管路上；置換氮?dú)夤苈放c裂解尾氣排氣管連通，用于排出氮?dú)?，置換氮?dú)馀艢饪刂崎y安裝在置換氮?dú)夤苈飞?；裂解尾氣管路一端與裂解尾氣排氣管連通，另一端與氫氣提純裝置連接，裂解尾氣管路按排氣方向依次安裝高溫裂解尾氣排氣控制閥、常溫裂解尾氣排氣控制閥和氣體分析儀，氫氣提純裝置與甲烷管路一端連通，甲烷管路另一端與甲烷進(jìn)氣管連通，甲烷原料氣進(jìn)氣控制閥、回?zé)崞鱝、回?zé)崞鱞、加熱器、高溫甲烷進(jìn)氣控制閥按進(jìn)氣方向依次安裝在甲烷管路上，氫氣提純裝置排氣端有氫氣管路。

9、氮?dú)夤苈贰⒋呋瘎┕苈愤M(jìn)氣端通過(guò)管道連接件連通。

10、一種甲烷高溫催化裂解系統(tǒng)的裂解方法，包括以下步驟：

11、s1、催化劑送料罐中采用微米級(jí)粉末狀催化劑，催化劑由以鐵、鈷、鎳等為活性組分，輔以銅、鋅、鎂、鑭、鉬等元素或其氧化物作為助催化劑，負(fù)載于al2o3上，制成微米級(jí)別的粉末狀催化劑；在輸送壓力0.6mpag的氮?dú)庾饔孟?，輸送到甲烷高溫催化裂解爐內(nèi)部，催化劑輸送完畢后，催化劑裝料控制閥關(guān)閉；

12、s2、氮?dú)膺M(jìn)入到甲烷高溫催化裂解爐內(nèi)，進(jìn)行氮?dú)夂涂諝獾闹脫Q，甲烷高溫催化裂解內(nèi)的氮?dú)庵脫Q合格后，氮?dú)膺M(jìn)氣控制閥b和置換氮?dú)馀艢饪刂崎y關(guān)閉；

13、s3、溫度40℃、輸送壓力4.0mpag的甲烷氣體通過(guò)甲烷管路依次經(jīng)過(guò)甲烷原料氣進(jìn)氣控制閥、回?zé)崞鱝、回?zé)崞鱞和加熱器，回?zé)崞鱝、回?zé)崞鱞用于甲烷氣體回收氮?dú)庵脫Q尾氣的余熱，加熱器采用燃?xì)鉅t或電加熱爐對(duì)甲烷氣體進(jìn)行加熱，加熱到600℃后，經(jīng)高溫甲烷進(jìn)氣控制閥進(jìn)入到甲烷高溫催化裂解爐，600℃的甲烷氣體通過(guò)甲烷高溫催化裂解爐底部的下過(guò)濾器的微孔進(jìn)入到甲烷高溫催化裂解爐內(nèi)，粉末狀的催化劑在氣體力的作用下形成一種氣固混合物，均勻分布在甲烷高溫催化裂解爐的內(nèi)部；

14、s4、甲烷分子和催化劑充分接觸，在600℃的高溫環(huán)境下發(fā)生催化裂解反應(yīng)，甲烷分子裂解為碳原子和氫氣分子，碳原子在催化劑02的表面堆積，生成納米級(jí)的碳納米管；

15、s5、甲烷高溫催化裂解爐的電加熱板通過(guò)殼體的熱傳導(dǎo)方式維持甲烷氣體裂解反應(yīng)所需的600℃的環(huán)境溫度，裂解反應(yīng)后的尾氣通過(guò)甲烷高溫催化裂解爐頂部的上過(guò)濾器的微孔排出，氣體中的催化劑和碳納米管被上過(guò)濾器攔截。

16、s6、甲烷高溫催化裂解爐頂部經(jīng)過(guò)高溫裂解尾氣排氣控制閥排出的裂解尾氣通過(guò)回?zé)崞鱞與經(jīng)過(guò)回?zé)崞鱝的甲烷氣體進(jìn)行換熱后，變?yōu)?0℃裂解尾氣進(jìn)入到氫氣提純裝置進(jìn)行甲烷和氫氣的分離，氫氣提純裝置采用變壓吸附原理，利用吸附劑將氫氣中的甲烷進(jìn)行吸附處理，分離后的甲烷重新回到裂解爐內(nèi)進(jìn)行裂解；

17、s7、高溫甲烷進(jìn)氣控制閥和高溫裂解尾氣排氣控制閥關(guān)閉，進(jìn)行氮?dú)庵脫Q、冷卻和碳納米管卸料。

18、當(dāng)裂解反應(yīng)進(jìn)行到一定程度后，催化劑在積碳的作用下活性會(huì)降低。氣體分析儀在線檢測(cè)裂解尾氣中甲烷和氫氣的組分比例，當(dāng)達(dá)到設(shè)定的組分比例時(shí)，高溫甲烷進(jìn)氣控制閥和高溫裂解尾氣排氣控制閥關(guān)閉，氮?dú)膺M(jìn)氣控制閥b和置換氮?dú)馀艢饪刂崎y開(kāi)啟，40℃氮?dú)膺M(jìn)入到甲烷高溫催化裂解爐內(nèi)部，將600℃裂解尾氣置換，同時(shí)，對(duì)催化劑和碳納米管進(jìn)行降溫處理，置換的高溫裂解尾氣進(jìn)入到回?zé)崞鱝與經(jīng)過(guò)甲烷原料氣進(jìn)氣控制閥的甲烷氣體進(jìn)行換熱后排出。

19、本發(fā)明的有益效果是：

20、本發(fā)明產(chǎn)品以甲烷氣體為原料，采用高溫裂解爐，在微米級(jí)粉末狀催化劑的催化作用下，裂解產(chǎn)生碳納米管和氫氣，實(shí)現(xiàn)了碳納米管的低成本和規(guī)模化生產(chǎn)，其具有生產(chǎn)成本低、生產(chǎn)效率高、能耗小等優(yōu)勢(shì)，可以有效解決碳納米管的低成本和規(guī)?；a(chǎn)問(wèn)題，因此，對(duì)于碳納米管的大規(guī)模低成本應(yīng)用具有巨大的促進(jìn)意義。