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自主设计!国内首条千吨级碳纳米管生产线成功投运

 作者：本站编辑  2026-01-08 19:38:51  0

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这是中油工程第2031期、第2436篇文章

近日

由中油工程旗下

工程建设公司（CPECC）自主设计建造的

国内首条千吨级天然气制碳纳米管

绿色智能化生产线

在佳县天然气处理厂成功投运

对推动碳基新材料从小众高端领域

向平民化应用迈进具有重要意义

该生产线由CPECC、中国石油天然气销售分公司、中国石油冀东油田分公司3家单位联合开展科研攻关开发，具有规模化、智能化、低能耗、零排放、低成本五大优势，设计产能为年产1000吨碳纳米管、300余吨氢气。

碳纳米材料凭借高强度、高韧性及优异的电、热、光学性能，在材料科学、纳米技术等前沿领域应用前景广阔。但长期以来，工业化制备面临催化剂倍率低、产能规模小、能耗高、污染物排放量大等技术瓶颈，制约了碳纳米材料的大规模推广应用。

在集团公司“双碳三新”发展战略指引下，天然气制备碳纳米材料成为能源转型的重要方向。由CPECC西南分公司牵头的项目研发团队历时两年半时间，开展试验千余次，成功突破高活性催化剂工业化制备、大型化反应器设计、全流程资源回收等技术瓶颈，开发并构建了涵盖催化剂工业化制备、碳纳米管粗粉生产、碳纳米管粗粉纯化、尾气废酸废水回收利用的“天然气裂解制碳纳米管副产氢气”成套技术体系。截至目前，已形成2项工艺包、5项核心技术和1项企业标准，策划布局200余项专利，并建成首条千吨级碳纳米管绿色智能化生产线，为天然气高值化利用和碳基新材料产业发展提供了可复制的解决方案，并在五大关键技术领域实现了突破。

五大关键技术领域重大突破

高倍率催化剂和在线反冲洗技术：成功开发出倍率＞20的高活性催化剂，远高于普通催化剂6倍的生产倍率，极大降低了催化剂成本，达到国内领先水平。

大型移动床裂解反应技术：开发出最大可装载双层六列匣钵反应模块，极大提升裂解反应的通量；开发出辊道可变速传动、温段可调的大型移动床裂解反应技术，可根据催化剂活性变化精准调控反应温度和物料传输速度，使催化剂始终处于最佳反应条件。

自动装卸料循环控制技术：匣钵在线循环装卸料系统，实现了粉体催化剂自动拆包、上料、布料，以及碳纳米管产品自动卸料、收集、包装的全流程自动化控制，降低了操作人员劳动强度，提升了产品质量，并保证均一性。

超低炉压稳态控制及气隔离密封技术：多作用协调超低炉压稳态控制技术，实现百帕级超低炉压的稳定控制，保障了裂解反应的平稳高效进行。微正压惰性气双层隔离密封系统，提升了裂解炉的气密性。

尾气、废酸、废水回用技术：尾气回炼与天然气处理装置耦合回收技术，将反应后尾气中的未反应甲烷与副产氢气进行增压回收、循环利用，实现了尾气100%资源化利用，降低原料消耗，减少了尾气排放。废酸、废水高效回收技术，实现酸、水回收率＞95%，废水零排放。

经过近一个月的运行测试，此套生产装置在催化剂倍率、单线规模、能耗控制及资源循环利用等核心指标上均达到国际领先水平。该生产线的建成，突破了传统碳纳米管价格高、生产规模小等技术壁垒，实现了天然气生产碳纳米管和副产氢气“一气两用”双重升级，让天然气从单纯的燃料变身为“原料+能源”，开辟了天然气“高端化、低碳化、材料化”发展的全新路径，为保障国家能源安全、落实“双碳”目标注入强劲动力。

下一步，攻关团队将持续推进技术迭代升级，重点开发天然气制备多壁碳纳米管、寡壁碳纳米管、石墨烯、单壁碳纳米管等系列成套技术，全力打造“一平台两中心三基地”，进一步筑牢我国碳基新材料产业高质量发展的技术根基，以技术领跑助力产业升级，为中国石油科技自立自强贡献力量。

延伸阅读

化学气相沉积法（CVD）是目前制备碳纳米管最主流、最易实现规模化生产的方法，其核心原理是利用含碳气体作为碳源，在催化剂的作用下分解并沉积生长出碳纳米管。

碳源通常为甲烷、丙烯、甲醇等。催化剂为过渡金属纳米颗粒，是决定碳纳米管的管径、结构和生长效率关键核心。

碳纳米管制备全过程主要分为催化剂预处理与活化、碳源气体吸附与分解、碳原子溶解与扩散、碳纳米管的析出与生长四个主要步骤。

将负载有催化剂前驱体的基底放入反应炉，在一定温度条件下，通入还原性气体将催化剂前驱体（如金属氧化物）还原为纳米级金属颗粒。通入碳源气体和载气，碳源分子扩散到催化剂纳米颗粒的表面并被吸附，活性碳原子会溶解到金属纳米颗粒内部，直到达到过饱和状态。这个过程类似“溶解溶质”，金属颗粒相当于“溶剂”。当金属颗粒中的碳原子达到过饱和后，会在颗粒的特定晶面析出，形成石墨片层结构。石墨片层会沿着垂直于催化剂颗粒的方向卷曲、延伸，最终生长为碳纳米管。