赢纳材料成功开车单台反应器年产千吨级碳纳米管生产装置

导读

碳纳米管因其卓越的理化特性，在新材料领域初步绽放风采，逐步实现工业化，也在锂电池产业得到广泛的应用，吸引了工业界越来越多的关注。

国内碳纳米管用在动力电池上作为导电剂，其市场随着动力电池产业的快速增长，规模已达到几十亿元每年，有多家国内外公司和上市公司已介入碳纳米管导电剂领域，例如天奈科技、道氏技术、美国卡博特等公司。随着锂电池高镍正极、硅基负极和固态电池等新技术应用规模扩大，碳纳米管的应用还会爆发式增长，单是在锂电池领域就会成为每年百亿级的市场。

碳纳米管除了优异的导电性，还具有超高的力学、热学性质等庞大潜在市场可开发。1996年诺贝尔化学奖得主尊敬的Richard E. Smalley先生（富勒烯的发现者）曾说，“碳纳米管是人们所能制造出来的最强、最刚、最硬的分子，同时是最好的热和电的分子导体”。听起来这似乎又是科学家的美好预测和愿望，但这正是赢纳材料科技（镇江）有限公司创始人——赵社涛先生介入碳纳米管行业的初衷，也是产业化的目标所在。锂电池导电剂的利用，只是碳纳米管产业化的“冰山一角”，是资本和传统化工新材料企业认识碳纳米管的第一步。碳纳米管在触摸屏、晶体管、生物医疗、太阳能光伏电池、轮胎、燃料电池、药物输送、储氢、高分子材料、电容器、复合材料等会有更广阔市场，会持续突破多个百亿、千亿级的市场，有机会成为一个万亿级市场的产业。

巨大的碳纳米管要用市场，就需要大的碳纳米管生产能力来支撑，低成本高质量的碳纳米管的可持续供应，才能打开巨大的潜在下游要用市场。早期碳纳米管的吨级生产是靠固定床/移动床设备来实现的，在水平放置的管式炉内，通过精巧的装置，来实现催化剂和烃类原料的连续加入，碳纳米管产品的连续移出，可实现单台设备每年吨级到几十吨级的第一代碳纳米管工厂的生产。截止到目前，对一些特殊种类的碳纳米管，或者一些特殊原料作为碳源的碳纳米管生产，使用固定床/移动床的第一代碳纳米管工厂仍有部分市场空间。

为解决更大规模的碳纳米管生产，以流化床为反应器的第二代碳纳米管工厂，解决了单台反应器实际年产一百吨到三百吨级生产问题。目前国内的碳纳米管大规模生产，基本以为流化床反应器为主。随着更大规模的生产要求的出现，流化床反应器具有的：1、不能按比例放大；2、容易积碳、结焦堵塞反应器；3、停炉清理反应器困难、耗时周期长等顽疾，严重制约了流化床反应器的单台产能扩大。目前行业内流化床反应器的内径以500mm\600mm\800mm为主，进一步的扩大难度很大。

有鉴于此，响应国家的号召，以材料报国，以科技创新为己任，丹阳高新技术创新园的入园企业——赢纳材料科技（镇江）有限公司，在碳纳米管大型化生产领域，持续攻关。丹阳高新技术创新园位于江苏省丹阳市，作为孵化科技创新的“摇篮”，是发展、壮大创新型产业集群的辐射基地，肩负着培育新质生产力的重要使命，也为创新、创业主体提供一站式优质高效的服务。

赢纳材料公司克服重重困难，顽强进取，奋力拼搏，弹指间两年的科技攻关，轻舟已过万重山，终于攻克碳纳米管第三代工厂的大型化生产，并以产学研合作的形式，输出给贵州省遵义市聚源新材料科技公司，建立起了碳纳米管生产的第三代大型工厂。该工厂占地105.8亩，项目总投资6.8亿元，成为中国化工新材料行业的一匹黑马，悄然绽放在贵州省的大地上。赢纳材料公司也通过此次产研合作，与遵义市聚源新材料科技有限公司实现了双赢，把技术实实在在的变成了生产线和先进生产力，把技术成果写在了祖国的大地上。

碳纳米管第三代工厂，单台反应器可以实际年产1000吨碳纳米管粉体，单台反应器的产能是第二代工厂单台流化床反应器产能的3-10倍。例如，新建一个年产6000吨碳纳米管粉体的工厂，原来需要30台反应器，使用赢纳材料公司的新技术，只需要6台反应器就可以，从而大大节约了投资。单台反应器的大型化，有很强的规模生产效应，大大降低了碳纳米管的生产成本，提升了工厂的生产利润率。单台反应器的大型化，还降低生产线的管理难度和管理人员的数量，节约了工厂的人力资源成本。单台反应器的大型化，也非常有利于碳纳米管成品的稳定，行业术语是产品一致性比较好。此外，赢纳材料公司单台年产千吨级碳纳米管的反应器，具有广泛的原料适应性，生产原料可以是各种常见的乙烷、乙烯、丙烯、丙烷、丁烷、丁烯等大宗常见的原料。对各种原料都有针对性的，配套的高产率催化剂。

通过查询国内外的资料和报道，赢纳材料公司的单台实际年产千吨级碳纳米管的反应器，是国内外首次开车成功这么大的反应器。这不是停留在方案上或者图纸上的反应器，而是实际建成生产装置，且在工厂经过了几个月的连续运行测试考核，在全世界也是最大的单台碳纳米管反应器。单台年产千吨级碳纳米管的反应器，突破了现有第二代工厂流化床反应器的理论和技术瓶颈，开创了碳纳米管大规模生产的新时代。

第三代碳纳米管工厂，结合了固定床和流化床设备的各自优势，克服了各自原有的固有缺陷，从而实现长周期的连续运转和设备可大型化。此外，第三代大型化的碳纳米管工厂生产线，优化催化剂和工艺，在此大型设备上实现多种规格碳纳米管的生产。产物堆密度0.05-0.15g/ml，易分散，催化剂倍率20-50倍之间可以调节，根据不同用途可以生产通用碳纳米管、陈列碳纳米管、薄壁碳纳米管等。生产过程简易、高效，绿色环保，解决了高质量碳纳米管大批量生产的瓶颈和成本问题，从而率先突破了碳纳米管的超大批量生产难题。

（平均管径10-20nm通用碳纳米管）

（陈列碳纳米管）

(薄壁碳纳米管)

众所周知，新材料的性能是很好，但是通常新材料大范围普及的最大难题，就是价格太贵。碳纳米管单台反应器的年产千吨级的稳定运行，进一步充分降低了碳纳米管的生产成本，还有大型碳纳米管工厂的建设成本。碳纳米管生产成本的充分降低，又反过来会打开新应用的大门。

随着国内碳纳米管行业持续发展和沉淀20多年，靠市场拼搏走出产业幼稚期，后续持续发力，突破众多应用市场，以及碳纳米管价格的持续降低。碳纳米管产业必将在下一个十年迎来万亿级市场规模。

作者简介：赵社涛，赢纳材料科技（镇江）有限公司总经理，长期从事化工新材料研究与技术开发，组织开发碳纳米管的大型工业化生产和应用，完成了全球首创单台反应器实际年产千吨级碳纳米管技术工业性试验及工业化连续生产，提升了中国在碳纳米管大型化生产领域国际领先地位。