Установка для получения углеродных наноматериалов (варианты)

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕРОДНЫХ НАНОМАТЕРИАЛОВ (ВАРИАНТЫ)(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт тепло- и массообмена имени А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Кияшко Михаил Викторович Гринчук Павел Семенович Шабуня Станислав Иванович Калинин Владимир Иванович Столович Николай Николаевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт теплои массообмена имени А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси(57) 1. Установка для получения углеродных наноматериалов, содержащая камерную электропечь сопротивления, включающую металлический кожух прямоугольной формы, выполненный разъемным, внутренняя поверхность которого футерована слоем из огнеупорного материала, и рабочую камеру с электронагревателями, соединенными последовательно, с одинаковым их количеством в каждой группе реактор, размещенный в рабочей камере по продольной оси симметрии электропечи и содержащий трубку для ввода газовой смеси в реактор, трубку для вывода отработанной газовой смеси из реактора, соединенную трубопроводом с магистралью отвода отработанной газовой смеси, расположенную внутри реактора каталитическую пластину и температурный датчик, размещенный на входе в реактор устройство для предварительного нагрева газовой смеси, содержащее оребренный электронагреватель и температурный датчик, размещенные в герметичном металлическом корпусе с входным и выходным штуцерами, при этом выходной штуцер корпуса соединен трубопроводом с трубкой для ввода газовой смеси в реактор газораспределительную систему, Фиг. 1 97402013.12.30 включающую ресивер-смеситель с автоматическими регуляторами расхода газа-носителя и смеси углеводородных газов, выходы которых подключены к входу ресивера-смесителя,а их входы соединены трубопроводами с магистралями подачи газа-носителя и смеси углеводородных газов соответственно, при этом выход ресивера-смесителя соединен трубопроводом с входным штуцером корпуса устройства для предварительного нагрева газовой смеси программируемое автоматизированное устройство электропитания и управления установкой,подключенное к электросети переменного тока и соединенное с электрическими выводами электронагревателей каждой группы в рабочей камере камерной электропечи сопротивления и оребренного электронагревателя устройства для предварительного нагрева газовой смеси,с выходами температурных датчиков реактора и устройства для предварительного нагрева газовой смеси и с электронными входами управления автоматических регуляторов расхода газа-носителя и смеси углеводородных газов, отличающаяся тем, что реактор снабжен дополнительно введенной каталитической пластиной и образован верхней и нижней каталитическими пластинами, каждая из которых закреплена на металлической дистанцирующей прямоугольной вставке через уложенные по периметру каталитических пластин соответственно верхнюю и нижнюю высокотемпературные уплотнительные прокладки, при этом передняя и задняя стенки вставки выполнены с отверстиями для размещения в них трубок для ввода газовой смеси в реактор и для вывода отработанной газовой смеси из реактора соответственно, расстояние между каталитическими пластинами определено из зависимости 1,где- расстояние между каталитическими пластинами, м- эмпирический коэффициент- коэффициент диффузии молекул углеводорода в газовой смеси, находящейся в реакторе, м 2/с- давление газовой смеси, находящейся в реакторе, Па- средняя молярная масса газовой смеси, кг/моль- площадь участка каталитической пластины, на котором происходит рост углеродных наноматериалов, м 2- массовый расход газовой смеси, кг/с- универсальная газовая постоянная, Дж/(мольК)- температура газовой смеси, находящейся в реакторе, К а площадьучастка каждой из каталитических пластин, на которой происходит рост углеродных наноматериалов, определена по следующей формуле(пз)(лсп),где- длина каждой из каталитических пластин, м п - толщина передней стенки металлической дистанцирующей вставки, м з - толщина задней стенки металлической дистанцирующей вставки, м- ширина каждой из каталитических пластин, м лс - толщина левой продольной стенки металлической дистанцирующей вставки, м- толщина правой продольной стенки металлической дистанцирующей вставки, м причем электронагреватели каждой из групп установлены на внешних сторонах каталитических пластин реактора вдоль продольной оси симметрии каждой из них, а размещенный на входе в реактор температурный датчик расположен у поверхности внутренней стороны верхней каталитической пластины. 2. Установка для получения углеродных наноматериалов по п. 1, отличающаяся тем,что слой из огнеупорного материала футеровки кожуха камерной электропечи сопротивления выполнен, например, из огнеупорных волокнистых плит. 3. Установка для получения углеродных наноматериалов по п. 1, отличающаяся тем,что каждая из каталитических пластин реактора выполнена металлической, например из меди, и снабжена с внутренней стороны пластины слоем катализатора, например, из никеля. 2 97402013.12.30 4. Установка для получения углеродных наноматериалов по п. 1, отличающаяся тем,что металлическая дистанцирующая прямоугольная вставка в реакторе выполнена, например, из меди. 5. Установка для получения углеродных наноматериалов по п. 1, отличающаяся тем,что в качестве газа-носителя в установке используют, например, азот. 6. Установка для получения углеродных наноматериалов по п. 1, отличающаяся тем,что в качестве смеси углеводородных газов в установке используют, например, пропан-бутан. 7. Установка для получения углеродных наноматериалов по п. 1, отличающаяся тем,что функции программируемого автоматизированного устройства электропитания и управления установкой осуществляют контроллером на базе, например, микропроцессора. 8. Установка для получения углеродных наноматериалов, содержащая камерную электропечь сопротивления, включающую металлический кожух прямоугольной формы, выполненный разъемным, внутренняя поверхность которого футерована слоем из огнеупорного материала, и рабочую камеру с электронагревателями, соединенными последовательно, с одинаковым их количеством в каждой группе реактор, размещенный в рабочей камере по продольной оси симметрии электропечи и содержащий трубку для ввода газовой смеси в реактор, трубку для вывода отработанной газовой смеси из реактора, соединенную трубопроводом с магистралью отвода отработанной газовой смеси, расположенную внутри реактора каталитическую пластину и температурный датчик, размещенный на входе в реактор устройство для предварительного нагрева газовой смеси, содержащее оребренный электронагреватель и температурный датчик, размещенные в герметичном металлическом корпусе с входным и выходным штуцерами, при этом выходной штуцер корпуса соединен трубопроводом с трубкой для ввода газовой смеси в реактор газораспределительную систему,включающую ресивер-смеситель с автоматическими регуляторами расхода газа-носителя и смеси углеводородных газов, выходы которых подключены к входу ресивера-смесителя,а их входы соединены трубопроводами с магистралями подачи газа-носителя и смеси углеводородных газов соответственно, при этом выход ресивера-смесителя соединен трубопроводом с входным штуцером корпуса устройства для предварительного нагрева газовой смеси программируемое автоматизированное устройство электропитания и управления установкой, подключенное к электросети переменного тока и соединенное с электрическими выводами электронагревателей каждой группы в рабочей камере камерной электропечи сопротивления и оребренного электронагревателя устройства для предварительного нагрева газовой смеси, с выходами температурных датчиков реактора и устройства для предварительного нагрева газовой смеси и с электронными входами управления автоматических регуляторов расхода газа-носителя и смеси углеводородных газов, отличающаяся тем, что реактор снабжен дополнительно введенной каталитической пластиной и образован верхней и нижней каталитическими пластинами, каждая из которых закреплена на металлической дистанцирующей прямоугольной вставке через уложенные по периметру каталитических пластин соответственно верхнюю и нижнюю высокотемпературные уплотнительные прокладки, при этом передняя стенка вставки выполнена в виде переходника с круглого отверстия для размещения в нем трубки для ввода газовой смеси в реактор на прямоугольное отверстие, а задняя стенка вставки выполнена с отверстием для размещения в нем трубки для вывода отработанной газовой смеси из реактора, расстояние между каталитическими пластинами определено из зависимости 1,где- расстояние между каталитическими пластинами, м- эмпирический коэффициент- коэффициент диффузии молекул углеводорода в газовой смеси, находящейся в реакторе, м 2/с- давление газовой смеси, находящейся в реакторе, Па- средняя молярная масса газовой смеси, кг/моль 3 97402013.12.30- площадь участка каталитической пластины, на котором происходит рост углеродных наноматериалов, м 2- массовый расход газовой смеси, кг/с- универсальная газовая постоянная, Дж/(мольК)- температура газовой смеси, находящейся в реакторе, К а площадьучастка каждой из каталитических пластин, на которой происходит рост углеродных наноматериалов, определена по следующей формуле(пз)(лсп),где- длина каждой из каталитических пластин, м п - толщина передней стенки металлической дистанцирующей вставки, м з - толщина задней стенки металлической дистанцирующей вставки, м- ширина каждой из каталитических пластин, м лс - толщина левой продольной стенки металлической дистанцирующей вставки, м п - толщина правой продольной стенки металлической дистанцирующей вставки, м причем электронагреватели каждой из групп установлены на внешних сторонах каталитических пластин реактора вдоль продольной оси симметрии каждой из них, а размещенный на входе в реактор температурный датчик расположен у поверхности внутренней стороны верхней каталитической пластины. 9. Установка для получения углеродных наноматериалов по п. 8, отличающаяся тем,что слой из огнеупорного материала футеровки кожуха камерной электропечи сопротивления выполнен, например, из огнеупорных волокнистых плит. 10. Установка для получения углеродных наноматериалов по п. 8, отличающаяся тем, что каждая из каталитических пластин реактора выполнена металлической, например из меди, и снабжена с внутренней стороны пластины слоем катализатора, например, из никеля. 11. Установка для получения углеродных наноматериалов по п. 8, отличающаяся тем, что металлическая дистанцирующая прямоугольная вставка в реакторе выполнена,например, из меди. 12. Установка для получения углеродных наноматериалов по п. 8, отличающаяся тем, что в качестве газа-носителя в установке используют, например, азот. 13. Установка для получения углеродных наноматериалов по п. 8, отличающаяся тем, что в качестве смеси углеводородных газов в установке используют, например, пропан-бутан. 14. Установка для получения углеродных наноматериалов по п. 8, отличающаяся тем, что функции программируемого автоматизированного устройства электропитания и управления установкой осуществляют контроллером на базе, например, микропроцессора.(56) 1.. ,.-. - , 2006. - . 44. - . 267-275. 2., - ,,.,.,//. 2002. - . 234. - . 584-588. 3. Патент США 008246927 2, МПК 01 9/12,01 9/127, 2012. 4. Кияшко М.В., Гринчук П.С. Получение наноструктурированных углеродных материалов на каталитических поверхностях -методом. Экспериментальные результаты для реактора цилиндрической геометрии. Препринт 3. Институт тепло- и массообмена имени А.В.Лыкова НАН Беларуси. - Минск, 2012. - 53 с. (прототип). Предлагаемое техническое решение относится к области изготовления и обработки наноструктур, в частности к оборудованию для получения углеродных наноматериалов, и 4 97402013.12.30 может быть использовано в химической промышленности, физике, энергетике, электронике, биологии, медицине. Среди наиболее распространенных и перспективных методов получения углеродных наноматериалов является газофазное химическое осаждение. Одна из разновидностей газофазного химического осаждения основана на пиролизе газообразного углеводородного сырья на поверхности катализатора (, ,и других). При этом процесс может стимулироваться плазмой или другими способами. Однако с точки зрения снижения себестоимости получаемого материала наиболее простым и выгодным является синтез углеродных наноструктур в условиях терморезистивного нагрева. В известном техническом решении 1 реактор для синтеза углеродных наноматериалов методом термического газофазного химического осаждения состоит из кварцевой трубы, коаксиально размещенной в трубчатой печи в горизонтальном положении. Внутри трубы расположена подложка. В один из концов трубы подается инертный газ, а в его поток с помощью шприца, игла которого проходит через стенку внутрь трубы, впрыскивается катализатор, например ферроцен, растворенный в органическом растворителе. Поток инертного газа транспортирует раствор в виде аэрозоля в горячую область реактора, где происходит пиролиз компонентов раствора, осаждение на подложке, нуклеация и рост углеродных нановолокон. Через другой конец трубы отработавшие газы выходят из реактора. Недостатком этого решения является значительная неравномерность распределения температуры вдоль оси реактора в трубчатой печи, что обусловливает разные условия образования углеродных наноматериалов в зависимости от координаты вдоль оси реактора и приводит к высокой неоднородности структуры слоя наноматериалов на подложке, не позволяет достичь высокой производительности и снижает эффективность использования катализатора и сырья. Кроме того, для эффективного переноса жидкой фазы аэрозоля в горячую область реактора требуется высокий расход инертного газа-носителя, что увеличивает затраты на получение углеродных наноматериалов. Известно техническое решение 2, в котором реактор синтеза углеродных наноматериалов методом газофазного химического осаждения состоит из кварцевой трубы, коаксиально размещенной в трубчатой печи в горизонтальном положении, в один из концов которой подается метан, служащий источником углерода, а второй конец присоединен к механическому насосу. Внутри трубы на стержнях из нержавеющей стали друг напротив друга закреплены две кремниевые подложки, покрытые титаном, а затем железом, причем слой железа является катализатором роста углеродных наноматериалов. Недостатком данного технического решения является значительная неравномерность распределения температуры вдоль оси реактора в трубчатой печи, что обусловливает разные условия образования углеродных наноматериалов в зависимости от координаты вдоль оси реактора и приводит к высокой неоднородности структуры слоя наноматериалов на подложке. Кроме того,стержни, на которых закреплены подложки, вносят возмущения в газовый поток и изменяют тем самым условия пиролиза и образования углеродных наноматериалов на подложках. К тому же стержни выполнены из нержавеющей стали, являющейся катализатором роста углеродных наноматериалов, и образование на них углерода может существенно изменять ход процесса осаждения. В известном техническом решении 3 реактор для синтеза углеродных наноматериалов методом газофазного химического осаждения состоит из кварцевой трубы, коаксиально размещенной в трубчатой электропечи в горизонтальном положении, в один из концов которой подается ацетилен, а второй конец присоединен через регулирующий клапан к насосу, создающему в реакторе давление ниже атмосферного. С помощью контроллера в реакторе поддерживается заданный режим по температуре и давлению. Внутри кварцевой трубы размещаются полая емкость цилиндрической или иной формы или несколько таких емкостей, покрытых изнутри оксидом кремния, в которых содержится катализатор - хлорид железа в виде насыпки или покрытия. Газофазный пиролиз ацетилена и сублимация 5 97402013.12.30 хлорида железа внутри емкости при пониженном давлении позволяют не использовать дополнительно инертный газ и не создавать металлическую пленку катализатора на подложке. Недостатком данного технического решения является проведение процесса осаждения при пониженном давлении, так как появляются более высокие требования к герметизации данного реактора, что усложняет подготовку и проведение процесса осаждения и создает дополнительные трудности для реализации непрерывного процесса. Кроме того, наличие емкости внутри реактора приводит к снижению эффективности использования сырья, так как ацетилен, находящийся между наружными стенками емкости и внутренними стенками кварцевой трубы, не участвует в процессе образования углеродных наноматериалов. Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому техническому решению является установка для получения углеродных наноматериалов, описанная в препринте 4 и принятая в качестве прототипа. Установка для получения углеродных наноматериалов содержит камерную электропечь сопротивления, включающую металлический кожух прямоугольной формы, выполненный разъемным, внутренняя поверхность которого футерована слоем из огнеупорного материала, и рабочую камеру с электронагревателями,соединенными последовательно, с одинаковым их количеством в каждой группе реактор,размещенный в рабочей камере по продольной оси симметрии электропечи, содержащий кварцевую трубу, фиксируемую с помощью высокотемпературного уплотнительного материала в закрепленных на передней и задней стенках кожуха камерной электропечи сопротивления фланцах с навинчивающимися на них передней крышкой с отверстием по ее центру и ввинчивающейся в него зажимной гайкой и сбоку крышки трубки для ввода газовой смеси в реактор, задней крышкой с отверстием по ее центру и размещенной в нем и зафиксированной зажимной гайкой трубкой для вывода отработанной газовой смеси из реактора, соединенной трубопроводом с магистралью отвода отработанной газовой смеси,расположенную внутри реактора каталитическую пластину и температурный датчик, размещенный на входе в реактор устройство для предварительного нагрева газовой смеси,содержащее оребренный электронагреватель и температурный датчик, размещенные в герметичном металлическом корпусе с входным и выходным штуцерами, при этом выходной штуцер корпуса соединен трубопроводом с трубкой для ввода газовой смеси в реактор газораспределительную систему, включающую ресивер-смеситель с автоматическими регуляторами расхода газа-носителя и смеси углеводородных газов, выходы которых подключены к входу ресивера-смесителя, а их входы соединены трубопроводами с магистралями подачи газа-носителя и смеси углеводородных газов соответственно, при этом выход ресивера-смесителя соединен трубопроводом с входным штуцером корпуса устройства для предварительного нагрева газовой смеси программируемое автоматизированное устройство электропитания и управления установкой, подключенное к электросети переменного тока и соединенное с электрическими выводами электронагревателей каждой группы в рабочей камере камерной электропечи сопротивления и оребренного электронагревателя устройства для предварительного нагрева газовой смеси, с выходами температурных датчиков реактора и устройства для предварительного нагрева газовой смеси и с электронными входами управления автоматических регуляторов расхода газа-носителя и смеси углеводородных газов. Для исследования процесса получения углеродных наноматериалов установка снабжена дополнительным измерительным оборудованием тремя температурными датчиками,с помощью которых контролируют температуру воздуха в рабочей камере электропечи,температуру кварцевой трубы реактора и температуру газовой смеси на выходе из реактора, датчик давления, измеряющий избыточное по отношению к атмосферному давление внутри реактора, а также имеется возможность подключения к установке газоанализатора,регистрирующего концентрации нескольких компонентов газовой смеси на выходе из реактора (Н 2, СО, СО 2, СН 4). Показания всех средств измерений в течение эксперимента обрабатываются и сохраняются на жестком диске персонального компьютера. 6 97402013.12.30 Недостатком данного известного технического решения является большое отношение реакционного объема кварцевой трубы реактора к площади поверхности каталитической пластины, размещенной в реакторе, что делает использование углеводородного сырья в такой установке малоэффективным основная часть углеродсодержащих молекул проходит по реактору, так и не достигнув поверхности каталитической пластины. С другой стороны, возрастает доля нежелательных реакций пиролиза, происходящих не на поверхности каталитической пластины, а в объеме реактора. Продукты таких реакций могут конденсироваться на внутренней поверхности кварцевой трубы, экранируя излучение от электронагревателей камерной электропечи сопротивления, что приводит к снижению температуры внутри реактора. Кроме того, для заполнения реактора рабочей газовой смесью требуется большой объем смеси углеводородных газов, а для очистки реактора от углеводородного сырья - большой объем газа-носителя, с одной стороны, а с другой, это увеличивает время перехода с одного режима работы установки на другой. В случае фиксированных размеров каталитической пластины и кварцевой трубы реактора и их взаимного расположения отношение площади участкакаталитической пластины,на котором происходит рост углеродных наноматериалов, к объему реактораобратно пропорционально радиусу реактора. Это отношение / для данного известного технического решения - прототипа - составляет 8 м-1, что приводит к большому вкладу объемных реакций гомогенного пиролиза в общий процесс, который еще сильно осложняется синтезом и конденсацией побочных продуктов в объеме реактора при температурах не менее 750 С, и, как следствие, к низкой эффективности процесса получения углеродных наноматериалов путем газофазного осаждения в таком ректоре. Задачей предлагаемого технического решения является повышение производительности установки для получения углеродных наноматериалов, а также эффективности использования углеводородного сырья. Поставленная техническая задача решается следующим образом. Известная установка для получения углеродных наноматериалов содержит камерную электропечь сопротивления, включающую металлический кожух прямоугольной формы, выполненный разъемным, внутренняя поверхность которого футерована слоем из огнеупорного материала, и рабочую камеру с электронагревателями, соединенными последовательно, с одинаковым их количеством в каждой группе реактор, размещенный в рабочей камере по продольной оси симметрии электропечи и содержащий трубку для ввода газовой смеси в реактор,трубку для вывода отработанной газовой смеси из реактора, соединенную трубопроводом с магистралью отвода отработанной газовой смеси, расположенную внутри реактора каталитическую пластину и температурный датчик, размещенный на входе в реактор устройство для предварительного нагрева газовой смеси, содержащее оребренный электронагреватель и температурный датчик, размещенные в герметичном металлическом корпусе с входным и выходным штуцерами, при этом выходной штуцер корпуса соединен трубопроводом с трубкой для ввода газовой смеси в реактор газораспределительную систему, включающую ресивер-смеситель с автоматическими регуляторами расхода газа-носителя и смеси углеводородных газов, выходы которых подключены к входу ресивера-смесителя, а их входы соединены трубопроводами с магистралями подачи газа-носителя и смеси углеводородных газов соответственно, при этом выход ресивера-смесителя соединен трубопроводом с входным штуцером корпуса устройства для предварительного нагрева газовой смеси программируемое автоматизированное устройство электропитания и управления установкой, подключенное к электросети переменного тока и соединенное с электрическими выводами электронагревателей каждой группы в рабочей камере камерной электропечи сопротивления и оребренного электронагревателя устройства для предварительного нагрева газовой смеси, с выходами температурных датчиков реактора и устройства для предварительного нагрева газовой смеси и с электронными входами управления автоматических регуляторов расхода газа-носителя и смеси углеводородных газов. 7 97402013.12.30 Согласно предлагаемому техническому решению по варианту 1, реактор снабжен дополнительно введенной каталитической пластиной и образован верхней и нижней каталитическими пластинами, каждая из которых закреплена на металлической дистанцирующей прямоугольной вставке через уложенные по периметру каталитических пластин соответственно верхнюю и нижнюю высокотемпературные уплотнительные прокладки, при этом передняя и задняя стенки вставки выполнены с отверстиями для размещения в них трубок для ввода газовой смеси в реактор и для вывода отработанной газовой смеси из реактора соответственно, расстояние между каталитическими пластинами определено из зависимости 1,где- расстояние между каталитическими пластинами, м- эмпирический коэффициент- коэффициент диффузии молекул углеводорода в газовой смеси, находящейся в реакторе, м 2/с- давление газовой смеси, находящейся в реакторе, Па- средняя молярная масса газовой смеси, кг/моль- площадь участка каталитической пластины, на котором происходит рост углеродных наноматериалов, м 2- массовый расход газовой смеси, кг/с- универсальная газовая постоянная, Дж/(мольК)- температура газовой смеси, находящейся в реакторе, К а площадьучастка каждой из каталитических пластин, на которой происходит рост углеродных наноматериалов, определена по следующей формуле(пз)(лсп),где- длина каждой из каталитических пластин, м п - толщина передней стенки металлической дистанцирующей вставки, м з - толщина задней стенки металлической дистанцирующей вставки, м- ширина каждой из каталитических пластин, м лс - толщина левой продольной стенки металлической дистанцирующей вставки, м п - толщина правой продольной стенки металлической дистанцирующей вставки, м причем электронагреватели каждой из групп установлены на внешних сторонах каталитических пластин реактора вдоль продольной оси симметрии каждой из них, а размещенный на входе в реактор температурный датчик расположен у поверхности внутренней стороны верхней каталитической пластины. Кроме того, в установке для получения углеродных наноматериалов слой из огнеупорного материала футеровки кожуха камерной электропечи сопротивления выполнен, например, из огнеупорных волокнистых плит. Каждая из каталитических пластин реактора выполнена металлической, например из меди, и снабжена с внутренней стороны пластины слоем катализатора, например, из никеля. Металлическая дистанцирующая прямоугольная вставка в реакторе выполнена, например, из меди. В качестве газа-носителя используют,например, азот, а в качестве смеси углеводородных газов используют, например, пропанбутан. Функции программируемого автоматизированного устройства электропитания и управления установкой осуществляют контроллером на базе, например, микропроцессора. Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет в установке для получения углеродных наноматериалов увеличить отношение площадиучастков каталитических пластин, на которых происходит рост углеродных наноматериалов, к объему реактора . При расстоянии между каталитическими пластинами в реакторе, определенном по приведенной выше зависимости, полученной из результатов математического моделирования работы реактора, обеспечивается эффективное подавление объемных реакций, увеличение производительности установки и эффективности использования в ней углеводородного сырья. 8 97402013.12.30 Согласно предлагаемому техническому решению по варианту 2, реактор снабжен дополнительно введенной каталитической пластиной и образован верхней и нижней каталитическими пластинами, каждая из которых закреплена на металлической дистанцирующей прямоугольной вставке через уложенные по периметру каталитических пластин соответственно верхнюю и нижнюю высокотемпературные уплотнительные прокладки, при этом передняя стенка вставки выполнена в виде переходника с круглого отверстия для размещения в нем трубки для ввода газовой смеси в реактор на прямоугольное отверстие, а задняя стенка вставки выполнена с отверстием для размещения в нем трубки для вывода отработанной газовой смеси из реактора, расстояние между каталитическими пластинами определено из зависимости 1,где- расстояние между каталитическими пластинами, м- эмпирический коэффициент- коэффициент диффузии молекул углеводорода в газовой смеси, находящейся в реакторе, м 2/с- давление газовой смеси, находящейся в реакторе, Па- средняя молярная масса газовой смеси, кг/моль- площадь участка каталитической пластины, на котором происходит рост углеродных наноматериалов, м- массовый расход газовой смеси, кг/с- универсальная газовая постоянная, Дж/(мольК)- температура газовой смеси, находящейся в реакторе, К а площадьучастка каждой из каталитических пластин, на которой происходит рост углеродных наноматериалов, определена по следующей формуле(пз)(лсп),где- длина каждой из каталитических пластин, м п - толщина передней стенки металлической дистанцирующей вставки, м з - толщина задней стенки металлической дистанцирующей вставки, м- ширина каждой из каталитических пластин, м лс - толщина левой продольной стенки металлической дистанцирующей вставки, м пс - толщина правой продольной стенки металлической дистанцирующей вставки, м причем электронагреватели каждой из групп установлены на внешних сторонах каталитических пластин реактора вдоль продольной оси симметрии каждой из них, а размещенный на входе в реактор температурный датчик расположен у поверхности внутренней стороны верхней каталитической пластины. Кроме того, в установке для получения углеродных наноматериалов слой из огнеупорного материала футеровки кожуха камерной электропечи сопротивления выполнен, например, из огнеупорных волокнистых плит. Каждая из каталитических пластин реактора выполнена металлической, например из меди, и снабжена с внутренней стороны пластины слоем катализатора, например, из никеля. Металлическая дистанцирующая прямоугольная вставка в реакторе выполнена, например, из меди. В качестве газа-носителя используют,например, азот, а в качестве смеси углеводородных газов используют, например, пропанбутан. Функции программируемого автоматизированного устройства электропитания и управления установкой осуществляют контроллером на базе, например, микропроцессора. Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет в установке для получения углеродных наноматериалов увеличить отношение площадиучастков каталитических пластин, на которых происходит рост углеродных наноматериалов, к объему реактора . При расстоянии между каталитическими пластинами в реакторе, определенном по приведенной выше зависимости, полученной из результатов математического моделирования работы реактора, обеспечивается эффективное подавление объемных реакций, увеличение 9 97402013.12.30 производительности установки и эффективности использования в ней углеводородного сырья. Выполнение передней стенки дистанцирующей вставки в виде переходника с круглого отверстия для размещения в нем трубки для ввода газовой смеси в реактор на прямоугольное отверстие позволяет повысить равномерность распределения газового потока внутри реактора и тем самым улучшить однородность получаемого на пластинах углеродного наноматериала. Предлагаемая полезная модель поясняется графическим материалом. На фиг. 1 схематично показана установка для получения углеродных наноматериалов по варианту 1. На фиг. 2 схематично показано сечение камерной электропечи сопротивления с реактором установки для получения углеродных наноматериалов (сечение - на фиг. 1). На фиг. 3 схематично показана установка для получения углеродных наноматериалов по варианту 2. На фиг. 4 схематично показано трехмерное изображение камерной электропечи сопротивления с реактором экспериментальной установки для получения углеродных наноматериалов. На фиг. 5 схематически показан вид справа камерной электропечи сопротивления с реактором экспериментальной установки для получения углеродных наноматериалов, изображенной на фиг. 4. На фиг. 6 приведены графики изменения температуры газовой смеси в реакторе (кривая 1), перепада давления в реакторе (кривая 2) и концентрации водорода (кривая 3) на выходе реактора во времени от момента подачи газовой смеси в реактор экспериментальной установки для получения углеродных наноматериалов. На фиг. 7 приведены диаграммы составляющих экспериментально измеренного газового состава исходной (диаграмма справа) и отработанной газовой смеси в реакторе в процессе получения углеродных наноматериалов. На фиг. 8 представлена фотография углеродного слоя на пластинах реактора. На фиг. 9 приведена диаграмма изменения средней толщины слоя по длине пластин реактора. Все размеры указаны в мм. На фиг. 10 показано трехмерное изображение распределения толщины слоя углеродного наноматериала по поверхности верхней пластины реактора. Все размеры указаны в мм. На фиг. 11 показано трехмерное изображение распределения толщины слоя углеродного наноматериала по поверхности нижней пластины реактора. Все размеры указаны в мм. На фиг. 12 показаны выполненные на сканирующем электронном микроскопе изображения характерных микроструктур углеродного материала, полученного на экспериментальной установке. Установка для получения углеродных наноматериалов по варианту 1 (фиг. 1) содержит камерную электропечь 1 сопротивления с размещенным в ней реактором 6, устройство 17 для предварительного нагрева газовой смеси, газораспределительную систему 23, программируемое автоматизированное устройство 29 электропитания и управления установкой,магистраль подачи газа-носителя 27, магистраль подачи смеси углеводородных газов 28,магистраль отвода отработанной газовой смеси 14. Камерная электропечь 1 сопротивления содержит металлический кожух 2 прямоугольной формы, выполненный разъемным, внутренняя поверхность которого футерована слоем 3 из огнеупорного материала, например из огнеупорных волокнистых плит, рабочую камеру 4 электропечи 1 с соединенными последовательно с одинаковым их количеством в каждой группе электронагревателями 5 (фиг. 1 и 2), установленными на внешних сторонах верхней каталитической пластины 7 и нижней каталитической пластины 8 реактора 6 и соединенными своими выводами с программируемым автоматизированным устройством 29 электропитания и управления установкой (фиг. 1). Реактор 6 образован верхней 7 и нижней 8 каталитическими пластинами (фиг. 1 и 2),каждая из каталитических пластин 7 и 8 реактора 6 выполнена, например, металлической,10 97402013.12.30 например из меди, и снабжена с внутренней стороны пластины слоем катализатора, например, из никеля. Каждая из каталитических пластин 7 и 8 закреплена на металлической дистанцирующей прямоугольной вставке 11, выполненной, например, из меди, через уложенные по периметру каталитических пластин 7 и 8 соответственно верхнюю 9 и нижнюю 10 высокотемпературные уплотнительные прокладки. Передняя стенка дистанцирующей вставки 11 снабжена отверстием, в котором размещена трубка 12 для ввода газовой смеси в реактор 6, соединенная трубопроводом 15 с выходным штуцером 19 герметичного металлического корпуса 18 устройства 17 для предварительного нагрева газовой смеси (фиг. 1), а задняя стенка дистанцирующей вставки 11 - отверстием, в котором размещена трубка 13 для вывода отработанной газовой смеси из реактора 6 (фиг. 1 и 2), соединенная трубопроводом 15 с магистралью отвода отработанной газовой смеси 14. Размещенный на входе в реактор 6 температурный датчик 16 расположен у поверхности внутренней стороны верхней каталитической пластины 7, и его выход соединен с программируемым автоматизированным устройством 29 электропитания и управления установкой (фиг. 1). Устройство 17 для предварительного нагрева газовой смеси (фиг. 1) содержит оребренный электронагреватель 21 и температурный датчик 22, размещенные в герметичном металлическом корпусе 18 с входным 20 и выходным 19 штуцерами. Газораспределительная система 23 включает ресивер-смеситель 24 с автоматическими регуляторами 25, 26 расхода газа-носителя и смеси углеводородных газов (фиг. 1), выходы которых подключены к входу ресивера-смесителя 24, а их входы соединены трубопроводами 15 с магистралями подачи газа-носителя 27, например азота, и смеси углеводородных газов 28, например пропан-бутана, соответственно, при этом выход ресивера-смесителя 24 соединен трубопроводом 15 с входным штуцером 20 корпуса 18 устройства 17 для предварительного нагрева газовой смеси. Программируемое автоматизированное устройство 29 электропитания и управления установкой (фиг. 1), подключенное к электросети переменного тока 30, соединено с электрическими выводами оребренного электронагревателя 21 и выходом температурного датчика 22 устройства 17 для предварительного нагрева газовой смеси и с электронными входами управления автоматических регуляторов расхода газа-носителя 27 и смеси углеводородных газов 28. Функции программируемого автоматизированного устройства 29 электропитания и управления установкой осуществляют контроллером (на фигурах не показан) на базе, например, микропроцессора. Установка для получения углеродных наноматериалов по варианту 2 (фиг. 3) содержит камерную электропечь 1 сопротивления с размещенным в ней реактором 6, устройство 17 для предварительного нагрева газовой смеси, газораспределительную систему 23, программируемое автоматизированное устройство 29 электропитания и управления установкой, магистраль подачи газа-носителя 27, магистраль подачи смеси углеводородных газов 28,магистраль отвода отработанной газовой смеси 14. Камерная электропечь 1 сопротивления содержит металлический кожух 2 прямоугольной формы, выполненный разъемным, внутренняя поверхность которого футерована слоем из огнеупорного материала 3, например из огнеупорных волокнистых плит, рабочую камеру электропечи 4 с соединенными последовательно с одинаковым их количеством в каждой группе электронагревателями 5 (фиг. 3), установленными на внешних сторонах верхней каталитической пластины 7 и нижней каталитической пластины 8 реактора 6 и соединенными своими выводами с программируемым автоматизированным устройством электропитания и управления установкой 29 (фиг. 3). Реактор 6 образован верхней 7 и нижней 8 каталитическими пластинами (фиг. 3), каждая из каталитических пластин реактора выполнена, например, металлической, например из меди, и снабжена с внутренней стороны пластины слоем катализатора, например, из никеля. Каждая из каталитических пластин 7 и 8 закреплена на металлической дистанци 11 97402013.12.30 рующей прямоугольной вставке 11, выполненной, например, из меди, через уложенные по периметру каталитических пластин 7 и 8 соответственно верхнюю 9 и нижнюю 10 высокотемпературные уплотнительные прокладки. Передняя стенка дистанцирующей вставки 11 выполнена в виде переходника с круглого отверстия для размещения в нем трубки для ввода газовой смеси 12 в реактор 6 на прямоугольное отверстие. Трубка для ввода газовой смеси 12 соединена трубопроводом 15 с выходным штуцером 19 герметичного металлического корпуса 18 устройства для предварительного нагрева газовой смеси 17 (фиг. 3). Задняя стенка дистанцирующей вставки 11 снабжена отверстием, в котором размещена трубка для вывода отработанной газовой смеси 13 (фиг. 3), соединенная трубопроводом 15 с магистралью отвода отработанной газовой смеси 14. Размещенный на входе в реактор 6 температурный датчик 16 расположен у поверхности внутренней стороны верхней каталитической пластины 7, и его выход соединен с программируемым автоматизированным устройством электропитания и управления установкой 29 (фиг. 3). Устройство для предварительного нагрева газовой смеси 17 (фиг. 3) содержит оребренный электронагреватель 21 и температурный датчик 22, размещенные в герметичном металлическом корпусе 18 с входным 20 и выходным 19 штуцерами. Газораспределительная система 23 включает ресивер-смеситель 24 с автоматическими регуляторами расхода газа-носителя 25 и смеси углеводородных газов 26 (фиг. 3), выходы которых подключены к входу ресивера-смесителя 24, а их входы соединены трубопроводами 15 с магистралями подачи газа-носителя 27, например азота, и смеси углеводородных газов 28, например пропан-бутана, соответственно, при этом выход ресивера-смесителя 24 соединен трубопроводом 15 с входным штуцером 20 корпуса 18 устройства для предварительного нагрева газовой смеси 17. Программируемое автоматизированное устройство электропитания и управления установкой 29 (фиг. 3), подключенное к электросети переменного тока 30, соединено с электрическими выводами оребренного электронагревателя 21, выходом температурного датчика 22 устройства для предварительного нагрева газовой смеси 17 и с электронными входами управления автоматических регуляторов расхода газа-носителя 27 и смеси углеводородных газов 28. Функции программируемого автоматизированного устройства 29 электропитания и управления установкой осуществляют контроллером (на фигурах не показан) на базе, например, микропроцессора. Заявляемая установка для получения углеродных наноматериалов по варианту 1 работает следующим образом. Программируемое автоматизированное устройство 29 (фиг. 1) электропитания и управления установкой подключают к электросети переменного тока 30, задают в программе управления установкой все параметры автоматической работы установки в процессе получения углеродных наноматериалов (последовательность и длительность временных интервалов включения-выключения различного оборудования установки, значения требуемых расходов газа-носителя и газовой смеси углеводородных газов на различных временных интервалах работы установки, требуемые значения температуры газовой смеси в реакторе 6 и температуры оребренного электронагревателя 21 в устройстве 17 для предварительного нагрева газовой смеси). Первоначально в газораспределительной системе 23 (фиг. 1) с помощью автоматического регулятора 26 расхода смеси углеводородных газов (фиг. 1), подключенного трубопроводом 15 к магистрали подачи смеси углеводородных газов 28, устанавливают расход газовой смеси 1 л/мин и в течение 5 мин продувают установку с целью удаления из нее атмосферного воздуха по следующей цепи ресивер-смеситель 24 (фиг. 1), соединительный трубопровод 15, герметичный металлический корпус 18 с входным 19 и выходным 20 штуцерами устройства 17 для предварительного нагрева газовой смеси, соединительный трубопровод 15, трубка 12 для ввода газовой смеси в реактор 6, расположенный в рабочей камере 4 электропечи 1 (фиг. 1 и 2), металлический кожух 2 которой выполнен разъемным, а 12 97402013.12.30 его внутренняя поверхность футерована слоем из огнеупорного материала 3, реактор 6,образованный верхней 7 и нижней 8 каталитическими пластинами, каждая из которых закреплена на металлической дистанцирующей прямоугольной вставке 11 через уложенные по периметру каталитических пластин 7 и 8 соответственно верхнюю 9 и нижнюю 10 высокотемпературные уплотнительные прокладки, трубка 13 для вывода отработанной газовой смеси из реактора, соединенная трубопроводом 15 с магистралью отвода отработанной газовой смеси 14 из реактора 6. Затем в газораспределительной системе 23 (фиг. 1) подачу смеси углеводородных газов с помощью автоматического регулятора 26 расхода газовой смеси прекращают и с помощью автоматического регулятора 25 расхода газа-носителя,подключенного трубопроводом 15 к магистрали подачи газа-носителя 27, устанавливают расход газа-носителя 1-2 л/мин и газом-носителем с таким расходом продувают установку. Затем в условиях постоянной продувки установки газом-носителем программируемое автоматизированное устройство 29 электропитания и управления установкой подает напряжение на последовательно соединенные и объединенные в группы электронагреватели 5 камерной электропечи 1 сопротивления (фиг. 1), а также на оребренный электронагреватель 21 устройства 17 для предварительного нагрева газовой смеси (фиг. 1). Подача напряжения на указанные электронагреватели 5, 21 прекращается автоматически, когда значения выходных сигналов с температурных датчиков 16 и 22, расположенных соответственно в реакторе 6 и герметичном металлическом корпусе 18 устройства 17 для предварительного нагрева газовой смеси, сравняются с заданными программой значениями температуры газовой смеси в реакторе 6 и температуры нагрева оребренного электронагревателя 21 соответственно. Подача напряжения на электронагреватели 5, 21 вновь возобновляется автоматически, если соответствующие разницы температур становятся отличными от нуля, то есть программируемое автоматизированное устройство 29 электропитания и управления установкой автоматически поддерживает заданную температуру газовой смеси в реакторе 6 и заданную температуру оребренного электронагревателя 21. В таком режиме установку выдерживают заданное время (обычно 10-20 мин), чтобы в реакторе 6 успел установиться стационарный температурный режим. Затем программируемое автоматизированное устройство 29 электропитания и управления установкой автоматически устанавливает и поддерживает заданные значения расходов газа-носителя и смеси углеводородных газов и подает эти газы совместно в заданном соотношении в нагретый реактор 6 в течение заданного изначально программой интервала времени. Процесс выработки углеводородного сырья по мере продвижения газовой смеси по реактору 6 определяется диффузией молекул углеводородов из центральной части реактора 6 (фиг. 1) к поверхности каталитических пластин 7 и 8 (фиг. 1). Оптимальное расстояние между каталитическими пластинами 7 и 8 (фиг. 1) в реакторе 6 определено по зависимости, полученной из результатов математического моделирования работы реактора 6. При таком расстоянии между каталитическими пластинами 7, 8 в реакторе 6 эффективно подавляются объемные реакции, обеспечивается увеличение производительности установки и эффективности использования в ней углеводородного сырья. После истечения изначально заданного программой интервала времени, в течение которого осуществлялся рост углеродных наноматериалов на каталитических пластинах 7 и 8 реактора 6, программируемое автоматизированное устройство 29 электропитания и управления установкой (фиг. 1) автоматически прекращает подачу в реактор 6 смеси углеводородных газов, отключает подачу напряжения на электронагреватели 5 камерной электропечи 1 сопротивления и на оребренный электронагреватель 21 в устройстве 17 для предварительного нагрева газовой смеси, кратковременно (5 мин) увеличивает расход газа-носителя и продувает установку при повышенном расходе для более быстрого вытеснения углеводородов и продуктов пиролиза из реактора 6. Затем программируемое автоматизированное устройство 29 электропитания и управления установкой автоматически снижает расход газа-носителя до 1 л/мин и продувает установку до тех пор, пока температура в реакторе 6,13 97402013.12.30 контролируемая температурным датчиком 16, не снизится до 300 С. После этого подачу газа-носителя прекращают, перекрывают канал подачи газа в реактор 6 и канал отвода газа из него, и установка остывает до комнатной температуры. Кожух 2 камерной электропечи 1 сопротивления (фиг. 1) разъединяют, каталитические пластины 7 и 8 извлекают из реактора 6 и механическим или иным способом снимают с них полученные углеродные наноматериалы. Заявляемая установка для получения углеродных наноматериалов по варианту 2 работает следующим образом. Программируемое автоматизированное устройство 29 электропитания и управления установкой (фиг. 3) подключают к электросети переменного тока 30, задают в программе управления установкой все параметры автоматической работы установки в процессе получения углеродных наноматериалов (последовательность и длительность временных интервалов включения-выключения различного оборудования установки, значения требуемых расходов газа-носителя и газовой смеси углеводородных газов на различных временных интервалах работы установки, требуемые значения температуры газовой смеси в реакторе 6 и температуры оребренного электронагревателя 21 в устройстве 17 для предварительного нагрева газовой смеси). Первоначально в газораспределительной системе 23 (фиг. 3) с помощью автоматического регулятора 26 расхода смеси углеводородных газов (фиг. 3), подключенного трубопроводом 15 к магистрали подачи смеси углеводородных газов 28, устанавливают расход газовой смеси 1 л/мин и в течение 5 мин продувают установку с целью удаления из нее атмосферного воздуха по следующей цепи ресивер-смеситель 24 (фиг. 3), соединительный трубопровод 15, герметичный металлический корпус 18 с входным 19 и выходным 20 штуцерами устройства 17 для предварительного нагрева газовой смеси, соединительный трубопровод 15, трубка 12 для ввода газовой смеси в реактор 6, расположенный в рабочей камере 4 электропечи 1 (фиг. 3), металлический кожух 2 которой выполнен разъемным, а его внутренняя поверхность футерована слоем из огнеупорного материала 3, реактор 6,образованный верхней 7 и нижней 8 каталитическими пластинами, каждая из которых закреплена на металлической дистанцирующей прямоугольной вставке 11 через уложенные по периметру каталитических пластин 7 и 8 соответственно верхнюю 9 и нижнюю 10 высокотемпературные уплотнительные прокладки, трубка 13 для вывода отработанной газовой смеси из реактора, соединенная трубопроводом 15 с магистралью отвода отработанной газовой смеси 14 из реактора 6. Затем в газораспределительной системе 23 (фиг. 3) подачу смеси углеводородных газов с помощью автоматического регулятора 26 расхода газовой смеси прекращают и с помощью автоматического регулятора 25 расхода газа-носителя,подключенного трубопроводом 15 к магистрали подачи газа-носителя 27, устанавливают расход газа-носителя 1-2 л/мин и газом-носителем с таким расходом продувают установку. Затем в условиях постоянной продувки установки газом-носителем программируемое автоматизированное устройство 29 электропитания и управления установкой подает напряжение на последовательно соединенные и объединенные в группы электронагреватели 5 камерной электропечи 1 сопротивления (фиг. 3), а также на оребренный электронагреватель 21 устройства 17 для предварительного нагрева газовой смеси (фиг. 3). Подача напряжения на указанные электронагреватели 5, 21 прекращается автоматически, когда значения выходных сигналов с температурных датчиков 16 и 22, расположенных соответственно в реакторе 6 и герметичном металлическом корпусе 18 устройства 17 для предварительного нагрева газовой смеси, сравняются с заданными программой значениями температуры газовой смеси в реакторе 6 и температуры нагрева оребренного электронагревателя 21 соответственно. Подача напряжения на электронагреватели 5, 21 вновь возобновляется автоматически,если соответствующие разницы температур становятся отличными от нуля, то есть программируемое автоматизированное устройство 29 электропитания и управления установкой автоматически поддерживает заданную температуру газовой смеси в реакторе 6 и заданную температуру оребренного электронагревателя 21. В таком режиме установку 14 97402013.12.30 выдерживают заданное время (обычно 10-20 мин), чтобы в реакторе 6 успел установиться стационарный температурный режим. Затем программируемое автоматизированное устройство 29 электропитания и управления установкой автоматически устанавливает и поддерживает заданные значения расходов газа-носителя и смеси углеводородных газов и подает эти газы совместно в заданном соотношении в нагретый реактор 6 в течение заданного изначально программой интервала времени. Передняя стенка дистанцирующей вставки 11 (фиг. 3) выполнена в виде переходника с круглого отверстия для размещения в нем трубки 12 для ввода газовой смеси в реактор 6 на прямоугольное отверстие. Ввод газовой смеси через трубку 12 для ввода газовой смеси,размещенную в круглом отверстии такого переходника, в зазор между каталитическими пластинами 7 и 8 реактора 6 (фиг. 3) повышает равномерность распределения газового потока внутри реактора 6 и тем самым улучшает однородность получаемого на пластинах углеродного наноматериала. После истечения изначально заданного программой интервала времени, в течение которого осуществлялся рост углеродных наноматериалов на каталитических пластинах 7 и 8 реактора 6, программируемое автоматизированное устройство 29 электропитания и управления установкой (фиг. 3) автоматически прекращает подачу в реактор 6 смеси углеводородных газов, отключает подачу напряжения на электронагреватели 5 камерной электропечи 1 сопротивления и на оребренный электронагреватель 21 в устройстве 17 для предварительного нагрева газовой смеси, кратковременно (5 мин) увеличивает расход газа-носителя и продувает установку при повышенном расходе для более быстрого вытеснения углеводородов и продуктов пиролиза из реактора 6. Затем программируемое автоматизированное устройство 29 электропитания и управления установкой автоматически снижает расход газа-носителя до 1 л/мин и продувает установку до тех пор, пока температура в реакторе 6,контролируемая температурным датчиком 16, не снизится до 300 С. После этого подачу газа-носителя прекращают, перекрывают канал подачи газа в реактор 6 и канал отвода газа из него, и установка остывает до комнатной температуры. Кожух 2 камерной электропечи 1 сопротивления (фиг. 3) разъединяют, каталитические пластины 7 и 8 извлекают из реактора 6 и механическим или иным способом снимают с них полученные углеродные наноматериалы. Высокая эффективность предлагаемого технического решения проверена экспериментально. Это иллюстрируется приводимым ниже примером. Разработана и изготовлена экспериментальная установка для получения углеродных наноматериалов, в которой реализовано предлагаемое техническое решение. На фиг. 4 и 5 приведено схематическое изображение реактора экспериментальной установки, встроенного в камерную электропечь сопротивления. Реактор содержит две одинаковые (верхнюю 31 и нижнюю 32) медные пластины (фиг. 5) размерами 878504 мм, никелированные гальваническим способом. Толщина никелевого покрытия (на фиг. 4 и 5 никелевое покрытие не показано) на пластинах 31, 32 сразу после никелирования составляла 8-10 мкм. Пластины зафиксированы параллельно друг другу на расстоянии 6 мм с помощью уложенной между ними по периметру медной дистанцирующей вставки 11 (фиг. 4), сквозь которую проходят трубки 12 и 13 для подачи и отвода газовой смеси. Герметичность обеспечивается высокотемпературными уплотнительными прокладками между дистанцирующей вставкой 11 и каждой из пластин 31, 32. Для повышения равномерности распределения потока газовой смеси внутри реактора ввод газовой смеси в зазор между пластинами 31, 32 производится через переходник с круглого отверстия на прямоугольное. Нагрев реактора осуществляется двумя группами соединенных в каждой группе последовательно электронагревателей 5. Электропечь теплоизолирована огнеупорными волокнистыми плитами 3 и помещена в кожух 2 камерной электропечи сопротивления, к которому каждая из пластин 31, 32 крепится винтами 34. В начале и в конце реактора установлены температурные датчики 16 и 33 соответственно, измеряющие температуру вблизи поверхности верхней пластины 31. 15 97402013.12.30 Дифференциальный датчик давления 35 измеряет перепад давления на входе в реактор и на выходе из него. Газоанализатор 36 непрерывно определяет концентрацию водорода в отработанной газовой смеси. Программируемая система автоматического управления поддерживает заданный температурный режим и обеспечивает запись измеряемых значений на жесткий диск компьютера. Отношение / площадиучастков никелевого покрытия медных пластин, на которых происходит рост углеродных наноматериалов, к объему реакторадля данной экспериментальной установки составляет 330 м-1. Простота и компактность конструкции реактора позволяет располагать его как вертикально, так и горизонтально. Процесс получения углеродных наноматериалов проводился в случаях с вертикальным расположением реактора, когда рабочая смесь поступает в зазор снизу, и с горизонтальным расположением, когда одна пластина находится над другой, как показано на фиг. 4 и 5. В обоих случаях все остальные условия проведения эксперимента одинаковы. Нагрев регулируется таким образом, чтобы температура вблизи выхода из реактора была 7103 С. Установка разогревается в течение 80-100 мин при постоянной продувке азотом с расходом 1,5 л/мин, после чего в реактор в течение 40 мин подается смесь углеводородных газов пропан-бутан, предварительно смешанная с азотом в молярном соотношении 13. Суммарный расход газовой смеси составляет 2,0 л/мин для стандартных условий. Ход и результаты экспериментов в обоих случаях расположения реактора также были практически одинаковы. Для краткости далее приводятся результаты экспериментов с горизонтальным расположением реактора. На фиг. 6 показаны графики изменения температуры (кривая 1) вблизи входа в реактор, перепада давления (кривая 2) на канале между пластинами и концентрации (кривая 3) водорода в газовой смеси на выходе из реактора во времени. Анализ графиков (фиг. 6) показывает, что разница между температурой на выходе из реактора и температурой на входе в него в среднем не превышала 40 С, что свидетельствует о достаточно высокой изотермичности процесса. Регулярные колебания температуры обусловлены алгоритмом управления электрическим нагревом камерной электропечи сопротивления с встроенным в нее реактором. Концентрация водорода в отработанной газовой смеси, характеризующая интенсивность реакций пиролиза, монотонно возрастала, пока не достигала стационарного значения 30 об. . Разность давлений до и после реактора сначала практически не изменялась, но затем стала стремительно расти и в течение следующих 10 мин увеличилась до 0,13 МПа. Такая ситуация соответствовала почти полному отсутствию потока газовой смеси через зазор между пластинами. Реактор остывал в закрытом состоянии без дополнительного охлаждения. Начиная с момента времени, когда концентрация водорода достигала стационарного значения, брались пробы газа на входе в реактор и на выходе из него. Результаты анализа состава газовой смеси, проведенного с помощью хроматографа-7890, представлены на фиг. 7. На основе этих данных рассчитан процент выхода по углероду, и он составляет 69 ат. . После остывания установки пластины рассоединяли. На поверхности обеих пластин сформировался примерно одинаковым образом углеродный слой, толщина которого заметно убывала в направлении от входа газового потока в реактор к выходу из него. Характерно отсутствие углерода на оцинкованных шляпках крепежных винтов (фиг. 5). Вблизи входа в реактор слой углерода практически полностью заполнял зазор между пластинами. В трубках подачи и отвода газа углерод отсутствовал, поэтому можно утверждать, что рост давления в реакторе обусловлен зарастанием его объема углеродным материалом. Слой хорошо держался на поверхности пластин и не осыпался при их наклоне. Это позволяет сделать вывод, что весь углерод, образовавшийся на верхней пластине, остался на ней. В пользу такого заключения свидетельствует и почти одинаковая масса углеродного осадка на пластинах на верхней - 9,0 г, на нижней - 8,7 г. Средняя производительность реактора с учетом обеих пластин составила 0,12 г/(м 2 с). С помощью микрометрического механического 16 97402013.12.30 устройства была измерена толщина слоя в различных точках на пластинах на расстояниях от краев, кратных 10 мм. Основная погрешность данных измерений была обусловлена сжатием слоя под воздействием постоянной нагрузки на индикатор и составляла 0,2 мм. На фиг. 8 показана фотография пластин с углеродным слоем. Верхняя пластина изображена сверху, расположение пластин соответствует направлению газового потока слева направо. Аналогично на фиг. 9 отображены совместно диаграммы средней по ширине каждой из пластин толщины слоя, причем на этом рисунке диаграммы для верхней и нижней пластин отображают реальное расположение пластин и углеродного слоя на их поверхностях во время эксперимента. На фиг. 10 и 11 показано трехмерное изображение распределения толщины слоя углеродного наноматериала по поверхности верхней и нижней пластин реактора соответственно. На фиг. 12 представлены характерные изображения микроструктуры углеродного слоя, полученные с помощью сканирующей электронной микроскопии. Образцы материала были взяты с нижней пластины в трех участках в начале пластины (вблизи входа в реактор), в середине и в конце. Принципиальной разницы в структуре материала этих образцов не выявлено. Углеродные образования, составляющие основную часть материала, можно условно разделить на два типа нити диаметром 100-500 нм (фиг. 12, ) со сложной неупорядоченной морфологией поверхности стенок, не имеющие, по-видимому, внутренней полости, и нановолокна диаметром от 20 нм (фиг. 12, б, в). Таким образом, приведенные результаты опытов на экспериментальной установке для получения углеродных наноматериалов на никелевой поверхности путем пиролиза смеси углеводородных газов пропан-бутан, в которой было реализовано предлагаемое техническое решение, показывают, что в таком реакторе рост слоя углеродных наноструктур на поверхности катализатора происходит в несколько раз эффективнее по сравнению с цилиндрическим реактором большого диаметра. В исследованном случае наблюдалась практически полная конверсия углеводородного сырья. В условиях проведенных экспериментов при расстоянии между никелированными поверхностями пластин 6 мм, при средней молярной массе смеси 0,03 кг/моль, массовом расходе смеси 4,810-5 кг/с, температуре 1000 К, коэффициенте диффузии 10-4 м 2/с атомарный выход твердого углерода составил 69-70 , производительность - 0,12 г/(м 2 с). В проведенных экспериментах канал реактора полностью зарастал углеродным материалом за время 25-30 мин. Результаты измерений толщины углеродного слоя позволяют заключить, что сырье вырабатывалось раньше, чем газовая смесь проходила по каналу реактора. Предлагаемая установка обеспечивает эффективное подавление объемных реакций синтеза побочных продуктов и их конденсации в реакторе, эффективное и равномерное осаждение углеродных наноматериалов на каталитических пластинах, что повышает производительность установки и эффективность использования углеводородного сырья. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 19