碳纳米管千吨级反应器和工艺设计的初探
2013-11-26 11:17阅读：
目前国内外生产碳纳米管的反应器都是百吨级的，采用流化床反应器。碳纳米管流化床反应器的设计复杂，尤其是生产规模越大涉及到的反应、传质、传热更复杂，流化床反应器的放大不能根据小试的结果按比例放大。经过内径0.3米热态反应器和内径0.6米冷模反应器的中试实验，设计了内径1.3米的1000吨/年碳纳米管反应器。在千吨级反应器内需要采取特殊措施，强化传热，消除反应、流动的瓶颈。
（内径0.3米热态反应器装置）
同时做了1000吨
/年生产装置工艺流程的初设、热量和物料平衡的计算、主要设备的尺寸初估。笔者估算，新建一个1000吨/年生产规模的碳纳米管独立工厂，附带导电塑料母粒、锂电池导电剂领域应用加工设备，投资在5000万左右。在这样的生产规模下，采取循环利用的措施，预计碳纳米管的生产成本可以控制在3万/吨左右。非常关键的一点是，对于即使附加值很高的化学品，一年几百吨的规模很难商业化运作，不便由化工企业作为一个独立项目来运营。千吨级的反应器是真正商业化生产的开端，是进入万吨级工业化生产的必要门槛，会改变碳纳米管产业化竞争格局。
经过10多年的研究，笔者的技术特点如下：
1、高导电性碳纳米管的工艺优化。虽然碳纳米管结构都差不多，但是其实导电性有很大差别，有的碳纳米管导电性还没超导电炭黑好。这就和炭黑也分不怎么导电的、普通导电的、超导电的一个道理，表面看都是炭黑，其实导电性差别很大。碳纳米管导电性的优化以实践为准，需要长期的经验积累和仔细的优化、调整。目前笔者优化出来的碳纳米管的导电性非常好。
2、工业原料生产碳纳米管经验的积累。碳纳米管的生产过程使用到催化剂，凡是使用催化剂的工业生产过程，都对各种杂质、毒化因素、工艺条件的波动比较敏感。在工业化生产碳纳米管的时候，肯定是使用工业原料，工业原料里的组分都比实验室时候用的原料复杂的多，各种微量组分对最终产品的品质都可能造成微妙的影响。经过多年的经验积累，对可能影响到生产过程的各种规律有了充分的积累，可以使用工业原料把品质控制和稳定下来。
3、碳纳米管分散和预处理经验积累。针对碳纳米管在塑料里、涂料里、复合材料、电池导电液的应用加工和预处理，积累了大量的预处理、预分散经验。
4、千吨级反应器和工艺的设计。反应器的规模越大，越有利于降低产品的单位消耗，保持产品生产过程中品质的稳定性。
当然，碳纳米管产业和炭黑行业相比还是个初生的“小孩”，
国内单条炭黑生产线的生产能力从最初的一万五千吨发展到两万吨，两万五千吨，三万吨，四万吨。碳纳米管行业的长远发展，需要在开发碳纳米管各种高性能应用的同时，继续大大降低碳纳米管的生产成本，从而提高和炭黑的性价比竞争力。这一方面依赖反应器和生产装置的大型化，另一方面依赖继续探索各种低成本的生产原料、循环综合利用所有原料和能量。
