本發明屬于單壁碳納米管生產領域，具體為一種單壁碳納米管多溫區連續生產反應爐。

背景技術：

1、單壁碳納米管可以視為由二維石墨烯翻卷而成的一維圓柱體納米材料，單壁碳納米管憑借獨特的一維拓撲結構、優異的電學、光學、熱學以及機械行為特性，被大量應用于高端電池、傳感器、散熱膜、分子齒輪、生物探測器以及納米集成邏輯電路等領域，成為開發功能化納米器件的熱門材料之一。

2、目前，單壁碳納米管的制備方法主要有三種，即電弧放電法、激光蒸發法和化學氣相沉積法，而采用化學氣相沉積法制備單壁碳納米管是目前普遍采用的方法，其工藝操作簡單，過程可控，且生長溫度相對較低、成本低，其基本原理是利用高溫燒結管式爐將碳源通入其反應腔內，在特定的溫度和催化劑的作用下發生催化裂解，使生成的碳原子能夠溶解到催化劑的表面，待其到飽和后，又會從其表面析出，經自組裝形成碳納米管。

3、但目前生產碳納米管電極隔膜時，采用化學氣相沉積法生產的單壁碳納米管由于對溫度及壓力控制不佳導致無法實現連續式量產，且現有的采用化學氣相沉積法的單壁碳納米管生產設備，為保證反應環境的密閉性，其通常采用一體式反應管，一體式反應管雖然具有質地均勻，反應環境一致性好，結構強度高等優點，但其本身加工難度大，且在加工過程以及投產使用過程中一旦出現破損、裂痕等瑕疵，則整個反應管即報廢，進而導致一體式反應管的生產成本與維護成本高，則不利于控制成本進行市場化競爭。

4、公開號為cn117339541a的中國專利公開了一種單壁碳納米管連續生產設備及其控制方法，包括外殼，所述外殼內腔頂部與底部分別固定安裝有外隔熱層、內隔熱層，所述內隔熱層中沿所述外殼中心長度方向固定安裝有多個拼接加熱內管，所述拼接加熱內管之間密封連接，所述外殼左端固定插接有延伸至所述拼接加熱內管中的進料封頭。利用進料管將反應物料和氫氣氣氛均勻打入拼接加熱內管，利用升溫加熱區與恒溫加熱區促進反應成型，配合利用熱電偶實時監測不同溫區的溫度，實時調節加熱棒的加熱功率，實現自動化連續量產，同時利用對保護氣氛打入量的控制，減少爐管內的氫氣泄漏至加熱室內。

5、上述專利雖采用多節拼接式的反應管，但其僅通過控制升溫加熱區和恒溫加熱區的氣壓來減少反應管節拼接處的氣體泄漏，無法有效保證反應管內部密閉反應環境。

6、且上述專利僅設置升溫加熱區和恒溫加熱區，則氣體原料未經預熱即進行加熱，導致氣體原料受熱不均勻，含碳氣體與催化劑難以充分接觸并反應，進而影響最終單壁碳納米管的產量和良品率。

7、并且上述專利對單壁碳納米管進行恒溫加熱后，直接排出裝置進行收集，使得單壁碳納米管溫度變化過大導致單壁碳納米管性質不穩定，影響良品率，且單壁碳納米管在高溫狀態直接連續不斷排出，收集裝置需要承受極高的溫度進行收集，易影響收集裝置的使用安全和使用壽命。

8、而公開號為cn116692834a的中國專利公開了一種單壁碳納米管反應裝置及制備方法，包括高溫爐管，高溫爐管的外側依次設有低溫區和高溫區中頻加熱裝置，在高溫爐管內位于高溫區中頻加熱裝置所在位置設有石墨單元，通過在低溫區引入中頻加熱裝置，提高催化劑的活性及溶碳能力。在高溫區設置中頻加熱多孔石墨單元結構，使裂解后催化劑顆粒與碳源在多孔結構中充分接觸，以解決了碳源與催化劑接觸不充分的問題。

9、但此專利雖通過設置石墨單元，以提高反應環境中含碳氣體與催化劑之間的接觸，但實際使用中，由于石墨單元的細孔設置，減少了反應管整體的等效截面積，則根據伯努利原理，原料氣體在流經石墨單元的細孔時流速增大，則減少了原料氣體受熱反應的時間，進而降低了單壁碳納米管的產量，且氣流流速過大不利于產生大長度的單壁碳納米管，則會影響產品的良品率。

技術實現思路

1、本發明為了克服現有技術的不足，解決的技術問題是，通過采用由多節拼接設置的反應管部件，相較于傳統的整體式反應管，極大降低加工生產難度，進而有利于控制降低本裝置的生產成本，并且在本裝置長時間使用后，即便某個反應管節出現損壞，可便捷地替換損壞的反應管節即可使本裝置再次投入生產，無需對反應管整體進行更換，進而降低裝置維護成本并有效提高本裝置的使用壽命，采用多個溫區進行分區控溫，使得氣體原料得到充分預熱后再受熱反應，并施加穩定恒溫使單壁碳納米管長度得以延長，提高產量和良品率，而通過連續平緩的降溫使單壁碳納米管性質趨于穩定并降低排料時的溫度，方便收集，通過每個溫區與一個反應管節對應，使得溫度的調控更加準確和靈活，使得每節反應管節受熱相對獨立保證每節反應管節溫度均勻，通過設置凸脊，使得氣體原料在第二溫區流動時受到凸脊的引導，使得氣流翻滾攪動，從而增大含碳氣體分子與催化劑的碰撞和接觸，進一步提高單壁碳納米管的產量，且由于反應管部件分節拼接，則有效降低生產帶有凸脊的反應管節的加工難度，有利于控制成本。

2、本發明為了實現上述目的，提供如下技術方案：一種單壁碳納米管多溫區連續生產反應爐，包括：

3、爐體外殼，所述爐體外殼兩端分別固定連接有側板，兩個所述側板分別固定連接有連接法蘭，兩個所述連接法蘭之間固定連接有反應管部件，兩個所述連接法蘭相互遠離的兩側分別固定連接有端蓋以及出料連接管，所述端蓋軸心處固定連接有伸入反應管部件內的進料噴管，所述出料連接管與反應管部件內部連通；

4、其中，所述反應管部件采用多節拼接式設置，所述爐體外殼內位于反應管部件外側每一節對應位置處設置有一組加熱控溫部件，所述加熱控溫部件共有五組，五組所述加熱控溫部件沿原料流動方向依次對應第一溫區至第五溫區。

5、進一步的，所述第一溫區工作溫度為800-1000℃，所述第二溫區工作溫度為1200-1300℃，所述第三溫區工作溫度為1000-900℃，所述第四溫區工作溫度為800-700℃，所述第五溫區工作溫度為600-500℃。

6、進一步的，所述反應管部件包括反應管節，所述反應管部件由五個反應管節首尾相連拼合而成，五個所述反應管節分別與五個溫區位置對應，與第二溫區對應的所述反應管節內壁上均勻分布設置有多條螺旋狀的凸脊。

7、進一步的，每個所述反應管節的一端設置有外套環，每個所述反應管節遠離外套環的一端設置有內套環，每兩個相鄰的所述反應管節通過對應的外套環以及內套環插接拼合。

8、進一步的，所述反應管部件采用耐高溫陶瓷材料制成，每個所述外套環與對應的內套環之間墊設有盤根密封墊。

9、進一步的，所述加熱控溫部件包括加熱管，所述爐體外殼內位于每個溫區對應位置處設置有一組環繞于反應管部件外側的加熱管，所述爐體外殼內位于每組所述加熱管外側處固定連接有包覆反應管部件的隔熱保溫層。

10、進一步的，所述爐體外殼頂部位于每組所述加熱管對應位置處固定連接有溫度傳感器，所述爐體外殼外側位于每組加熱管對應位置處固定連接有封蓋，每個所述封蓋與對應的一組加熱管電性連接。

11、進一步的，第四溫區以及第五溫區對應的兩組所述加熱管的排布間隔距離沿原料流動方向逐漸增大。

12、進一步的，所述隔熱保溫層內側與反應管部件外側之間形成有保護氣腔，所述端蓋一側設置有與保護氣腔內部連通的進氣管，所述爐體外殼頂部固定連接有伸入保護氣腔內的氣壓傳感器。

13、進一步的，所述進料噴管伸入反應管部件內的一端設置有錐面，所述錐面上均勻分布開設有多個傾斜的噴孔，每個所述噴孔與進料噴管內部連通。

14、綜上所述，與現有技術相比，本發明的有益效果在于：

15、(1)通過采用由多節拼接設置的反應管部件，相較于傳統的整體式反應管，極大降低加工生產難度，進而有利于控制降低本裝置的生產成本，并且在本裝置長時間使用后，即便某個反應管節出現損壞，可便捷地替換損壞的反應管節即可使本裝置再次投入生產，無需對反應管整體進行更換，進而降低裝置維護成本并有效提高本裝置的使用壽命。

16、(2)采用多個溫區進行分區控溫，使得氣體原料得到充分預熱后再受熱反應，并施加穩定恒溫使單壁碳納米管長度得以延長，提高產量和良品率，而通過連續平緩的降溫使單壁碳納米管性質趨于穩定并降低排料時的溫度，方便收集。

17、(3)通過每個溫區與一個反應管節對應，使得溫度的調控更加準確和靈活，使得每節反應管節受熱相對獨立保證每節反應管節溫度均勻。

18、(4)通過設置凸脊，使得氣體原料在第二溫區流動時受到凸脊的引導，使得氣流翻滾攪動，從而增大含碳氣體分子與催化劑的碰撞和接觸，進一步提高單壁碳納米管的產量，且由于反應管部件分節拼接，則有效降低生產帶有凸脊的反應管節的加工難度，有利于控制成本。