CN101583693A - 在制浆车间中基于密度的焦炭分离方法 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了一种由具有第一平均密度和第一平均粒度分布的第一颗粒焦炭部分来生产致密焦炭部分的方法和装置，在密度分离器中将焦炭部分分层为至少两个部分，该至少两个部分包括轻质焦炭部分和致密焦炭部分。致密部分具有大于第一平均密度的平均密度以及基本上等于第一平均粒度分布的粒度分布。该装置包括倾斜的振动台和气体原动机，该倾斜振动台包括气体可穿过板。

Description

在制浆车间中基于密度的焦炭分离方法
技术领域
本发明涉及一种基于密度来分离石油焦炭的方法和装置，并且具体地涉及致密焦炭部分(致密焦炭馏分，dense coke fraction)的生产，该致密焦炭部分用在碳素阳极(carbon anode)的生产中用于铝生产。
背景技术
在制浆车间(粘结车间，paste plant)中生产碳素阳极以用于铝的电解还原。一般说来，每生产两吨铝要消耗一吨碳。制浆车间的碳的典型来源是煅烧石油焦炭。焦炭密度对阳极性能具有重要影响。焦炭原料在到达车间时具有宽范围的粒度和密度。在阳极车间(anode plant)中，焦炭被分离成各种尺寸的部分(fraction)。每个尺寸部分的特定量参与到阳极的生产中以便在成品阳极(finishedanode)中产生满足性能规格所需的预定粒度测定值(granulometry)。
Forsberg等人的WO 82/02503公开了一种利用不同的性能将诸如石子的较重部分从较轻颗粒的混合物中分离出来的气流分离器。该分离器包括振动输送机以及位于输送机排出端处通常朝向输送方向的一系列空气喷嘴(air nozzle)。较轻和较重部分都被集中(收集)在具有水平部和倾斜部的摇摆槽(rocking chute)中。来自空气喷嘴的气流将由输送机排出的较轻部分带到摇摆槽的水平部上，在该水平部处，较轻部分被集中在侧出口。WO 82/02503教导，落在摇摆槽的倾斜部上的较重石子部分无法向上移动并且较重石子部分在分离器的下部倾斜端处被排出。
Adams的美国专利3,485,361公开了一种用于使工件与机加工碎屑(machining chip)和切屑(车屑，turnings)分离的装置。该装置包括有孔栅格(穿孔栅格，perforated grid)，工件/碎屑/切屑的混合物放置在该有孔栅格上，混合物被供应到摇动器槽(shakerchute)上，在该摇动器槽的排出口处，混合物被暴露于高速气流，该高速气流向上穿过栅格通向工件/碎屑/切屑的混合物。较轻碎屑和切屑被气流带走，同时工件被适当地排出而不被带走。
Thomas的美国专利4,793,918公开了一种用于沉积在有孔分离板(separator deck)上的颗粒物质的重力分离器。通过改变分离器的端部凸起(end raise)和侧部倾斜来控制分离速度，并且其包括指向板的分离区域的气源(air supply)。该板包括由横肋隔开的至少两个有孔盖，这些特征改善了固体分离。美国专利4,793,918的分离器公开了较重部分在倾斜分离板的下端排出。
Barker的GB427,499公开了一种用于将矿渣(废削，残渣，dirt)与煤相分离的装置，其中，材料进入进料槽并沿着一系列具有气体可穿过的底部的倾斜往复板下降。矿渣/煤混合物经受向上的气流，这有助于使材料分层。使矿渣/煤分层同时沿板的倾斜部滚落下。密度较大且较细的矿渣在第一槽出口处排出，其中在所排出矿渣上面的层中较轻的煤则继续沿着倾斜的板下落。该较轻的煤经受第二个气体可穿过板(类似于第一板)，其中煤/矿渣流被排到第二槽出口中并返回至引入的进料槽。使最轻且粒度最大的清洁煤部分经过一挡流板(堰板，weir plate)以便沉积。
美国专利6,838,024B1涉及一种用于获得用于铝生产的炭块的生产方法。美国专利6,838,024的方法包括：将初始碳输入分离成至少两种尺寸的部分，以及将这些尺寸部分中的大部分取出并粉碎且将它们混合在一起以获得具有可控比例的超细颗粒的产品。该专利教导，超细颗粒晶粒(particle grains)的存在增加了所生产的炭块的密度。
S.Wilkening在“Potentialities in the Paste Plant”，Light Metals，1997，第569-576页中教导可基于密度来分离焦炭。Wilkening指出，假定相同粒度的配方(recipe)，较高的表观密度将对所生产的碳的强度渗透性和电阻率具有有利影响。Wilkening建议用气刀来进行焦炭密度分离。
发明内容
本发明的目的是生产用于碳素阳极生产的致密的焦炭产品，该焦炭产品具有增加的密度。
本发明的另一目的是以可控方式来连续生产该致密的焦炭(致密化的焦炭)。
根据本发明的一个方面，提供了一种生产用于碳素阳极生产的致密焦炭部分的方法，所述方法包括以下步骤：提供具有第一平均密度和第一平均粒度分布的第一颗粒焦炭流；将第一颗粒焦炭流以一进料(incoming，引入)流速供应至密度分离器；以及利用该密度分离器使第一颗粒焦炭流分层并分离成不同平均密度的至少两个分离(单独)的颗粒部分，所述至少两个部分包括轻焦炭部分和致密焦炭部分，所述致密焦炭部分具有大于所述第一平均密度的平均密度以及基本上等于所述第一平均粒度分布的平均粒度分布。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于生产用于碳素阳极生产的致密焦炭部分的方法，所述方法包括以下步骤：提供进料(incoming)颗粒焦炭流；使所述进料颗粒焦炭流与再循环流结合(合并)以产生合并的进料焦炭流(feed coke stream)；将所述合并的进料焦炭流供应至粒度分离器(particle size separator)；将所述合并的进料焦炭流分离成一个大尺寸(超尺寸，oversize)焦炭部分、至少一个中间尺寸(中等尺寸，mid-size)的焦炭部分以及尺寸过小(小尺寸，尺寸不足，undersize)的尺寸部分，其中，所述中间尺寸的焦炭部分具有第一平均密度和第一平均粒度分布；将所述中间尺寸的焦炭流以一进料流速供应至密度分离器；以及利用所述密度分离器将中间尺寸的焦炭流分层并分离成不同平均密度的至少两个分离颗粒部分，所述至少两个部分包括轻焦炭部分和致密焦炭部分，所述致密焦炭部分具有大于所述第一平均密度的平均密度以及基本上等于所述第一平均粒度分布的平均粒度分布。
根据本发明的又一方面，提供了一种用于生产用于碳素阳极生产的致密焦炭部分的装置，所述装置包括倾斜振动台和气体原动机(gas mover)，所述倾斜振动台包括：上端(上端部)，排放致密焦炭部分；下端(下端部)；以及颗粒焦炭保持板，该颗粒焦炭保持板在所述上端与所述下端之间延伸，所述板为气体可穿过的并且适于接收待致密化成致密焦炭部分的第一焦炭流，所述气体原动机产生穿过所述气体可穿过板的气流。
根据本发明的再一方面，提供了一种用于生产用于碳素阳极生产的致密焦炭部分的装置，所述装置包括：粒度分离器，具有产生大尺寸焦炭部分、至少一个中间尺寸的焦炭部分和尺寸过小部分的至少两个板；以及焦炭传输装置(焦炭转移装置)，将所述至少一个中间尺寸的焦炭部分传输至密度分离器，所述密度分离器具有倾斜振动台和气体原动机，所述倾斜振动台包括：上端，排放致密焦炭部分；下端；以及颗粒焦炭保持板，该颗粒焦炭保持板在所述上端与所述下端之间延伸，所述板为气体可穿过的并且适于接收待致密化为致密焦炭部分的第一焦炭流，所述气体原动机产生穿过气体可穿过板的气流。
附图说明
通过下面结合附图的详细描述，本发明的进一步的特征和优点将变得显而易见，附图中：
图1是根据现有技术的用于分离各种焦炭部分的工艺流程图；
图2是根据本发明一个实施方式的用于致密化石油焦炭的工艺流程图；
图3是根据本发明第二实施方式的用于致密化石油焦炭的工艺流程图；
图4是用于制造测试电极的实验程序的工艺流程图；
图5a是由样品(焦炭A)生产的以及根据本发明一个实施方式生产的致密焦炭A的样品生产的阳极的焙烧阳极密度与沥青％之间的关系曲线图；
图5b是与图5a类似的曲线图，其中使用低密度焦炭(焦炭B)的样品以及来自根据本发明一个实施方式生产的致密焦炭B的样品；以及
图6是进料石油焦炭和根据本发明生产的致密石油焦炭的密度与在本发明的装置内焦炭样品处理时间(以分钟为单位)之间的关系曲线图。
具体实施方式
在碳素阳极制造中，原料、石油焦炭被认为是包含由原油中获得的物质的颗粒碳，其已被处理以去除任何挥发组分。已知石油焦炭包含各种密度的颗粒。较低密度的颗粒由各种原因而产生，但主要是因为低密度焦炭包括较大百分比的孔。因此，当阳极中存在的低密度焦炭的百分比增加时，阳极的密度，以及机械性能和电性能降低。
本发明提供了一种用于增加在阳极生产中使用的颗粒石油焦炭部分的密度的方法和装置。本发明的方法包括的优点在于，在操作期间，该方法和装置倾向于自动调节的。专业技术人员将会理解，措辞“自动调节”意味着，不管被供应至该方法和装置的进料石油焦炭原料的变化，该方法和装置都继续生产一致致密的颗粒焦炭部分。
图1表示根据现有技术的石油焦炭的分离方法，该方法专门基于石油焦炭的粒度分级。图1的系统生产具有一致粒度分布的焦炭部分，并且不考虑增加石油焦炭部分的密度。
焙烧石油焦炭流3被供应至尺寸分级系统(粒度分级系统，sizeclassification system)并且可以具有宽范围的粒度。图1的阳极车间典型使用进料石油焦炭材料流3并将材料分离成几个尺寸特定部分。这些尺寸部分以适当的比例合并用于阳极生产。
进料石油焦炭流3与再循环流9相合并以产生合并的石油焦炭流5。通过适当动力的输送机或系统将合并流5朝向颗粒尺寸分离器运送。颗粒尺寸分离器通常为具有各种筛孔尺寸的多板振动筛20，其将合并的石油焦炭流5分离或切割成不同尺寸的部分。
筛20的第一最上部板22去除最大粒度部分或“大尺寸”部分。一个或多个“中间尺寸”部分(在该实例中示出了2个)11、13由一个或多个中间板24、26移走。通过所有筛的“尺寸过小”部分在筛20的底部28处被收集。输送机系统、振动筛20(或多个筛)和破碎机60都是专业技术人员所熟知的装置类型。
“大尺寸”流7通过适当的输送机或输送机系统运送至破碎机60。破碎机60将石油焦炭的“大尺寸(尺寸过大)”部分7的尺寸减小至更适于阳极生产。如所看到的，已破碎的材料流9被再循环并与进料流3相合并以形成合并流5。多板筛20进一步将进料尺寸部分分离成两个“中间尺寸”部分流11和13。“尺寸过小”部分流15在筛20的底部28处被收集并被适当运送以进一步研磨(未示出)以便获得阳极生产所需的甚至更细的粒度。应该理解，该装置可包括用于暂时储存产品的多个料斗(贮料斗，hopper)以及进料控制器。
相反，本发明的方法(图2示出了本发明的一个实施方式)利用尺寸和可控密度分离两者以连续、半连续或分批法模式来生产具有更高且更一致密度的石油焦炭产品。此外，本发明的方法生产具有如通过现有技术的方法而生产的基本上相等的粒度分布的致密焦炭部分。
在图2中，使进料颗粒石油焦炭流103与再循环焦炭流109相合并以形成合并流105。将合并的焦炭流105通过适当的碳输送机或系统运送至颗粒尺寸分离器。在优选的实施方式中，颗粒尺寸分离器是多板振动筛120。
最上部的筛板122将“大尺寸”焦炭部分107分离出，其被运送至破碎机160。使离开破碎机的已破碎颗粒流109与进料石油焦炭流103合并。
分别由板124、126收集的“中间尺寸”部分流111、113各自被运送至密度分离器182和190。图中仅示出了通过相同处理的两个部分，该相同处理可应用于任何数量的“中间尺寸”部分。
进料焦炭流111、113各自被运送至或通过重力落至密度分离器中。在优选的实施方式中，该密度分离器是振动台密度分离器182、190。密度分离器182、190将进料石油焦炭部分以下述方式分离成至少两个颗粒部分。
密度分离器182和190具有振动倾斜台。该倾斜台包括设计成保持供应到密度分离器中的进料石油焦炭的气体可穿过板。分离器182、190的该倾斜台设定于可调节的振动频率，并且该倾斜台当与穿过该气体可穿过板的向上气流合并时起作用，将进料焦炭分层，使得最大密度的颗粒保持靠近倾斜台表面，而较小密度的颗粒更远离台表面分布。因此，不同平均密度的焦炭部分于是可由分层材料分离出来。
这种类型的分离器可称为“除粒器(destoner)”，其中，台的倾斜从第一上侧至相对的下侧。该相对的下侧包括基本上平行于第一上侧的挡板(坝，dam)或壁。位于该下侧处的挡板或壁控制待分离材料层(床，bed)的厚度。其他密度分离器包括“重力分离器”，其中，台的倾斜(倾斜度)从一个上部较低角(或端)至相对的下部角(或端)。除粒器装置例如包括由美国科罗拉多州RockyFord的Oliver制造的装置(model 1205)以及由美国明尼苏达州的Thief River Falls的Forsberg制造的装置(model P10)。重力分离器例如包括Oliver Model 4800或Forsberg Model 300V。
在本发明的优选实施方式中使用了“除粒器”。这样的装置已知对于分离基本上不同密度的颗粒，例如，分离种子(低密度)与石子(高密度)杂质(contaminants)很有用，但迄今为止，该“除粒器”尚未用于如本发明中的分离具有窄粒度和密度的焦炭流。已经发现，具有相似密度且相似平均粒度的多个部分的石油焦炭可在这样的装置中有效地分离，通常仅考虑用于明显不同材料的非常粗略的密度分离。
在该优选的“除粒器”实施方式中，密度分离器182和190包括与它们相关的气体原动机(未示出)，气体原动机可采取许多形式中的任意一种。在优选的实施方式中，气体原动机选自鼓风机、风扇或压缩气体贮存器。在特别优选的实施方式中，气体原动机为离心式风扇。该离心式风扇还可包括位于风扇入口处的空气干燥器和过滤器。鼓风机具有足以使保留在气体可穿过板上的中间尺寸焦炭流流动的压力和流速，并且该鼓风机在与板相邻的层(bed)的底部处产生具有更密集颗粒层的分级的密度层。倾斜台的振动是这样的，使得致密焦炭部分125和133将沿着该气体可穿过板的倾斜表面上升，从而密度较大的层分别在分离器182和190的倾斜板的上端处被排出。在优选的实施方式中，振动可以是离心的。流动的较轻焦炭层沿着倾斜板落向下侧，在该下侧，轻质焦炭部分作为流123和131分别从分离器182和190中排出。
密度分离器的操作参数可手动改变或通过控制器自动改变。密度分离器的影响致密焦炭部分的密度的操作参数包括但不限于：进料焦炭流(进入密度分离器中)的进料速度；振动速度(速度、频率和离心率)；振幅(振动幅度)；板下侧处的出口挡板或壁的高度；气体可穿过板的倾斜度，以及来自气体原动机或鼓风机的气流。可调节这些参数以控制致密和轻质焦炭部分的相对流速。对于进料焦炭流111、113的特定实施方式，通过致密焦炭部分的相对流速来控制致密部分125、133的平均密度。在本发明中，优选致密部分(125、133)的流速P1是固定的或设置为预设流速。在优选的实施方式中，预设流速应该是进料焦炭流(111，113)的进料焦炭流速的至少50％，并且更优选是进料焦炭流速的至少70％。该流速通常根据“重量(质量)/时间”来给出。分离器182和190可根据进料焦炭流111和113的密度中的任意密度波动来自动调节。也就是说，在许多情况下，正当进料流111和113的平均密度发生变化时，流125和133的平均密度也保持相对恒定，而不需要补偿(修正)控制以维持流125和133中的目标平均密度。然而，应该理解的是，例如，如果进料流111和113的平均密度下降，则流125和133中的相对流速将下降，而平均密度保持相对恒定。
必须强调的是，密度分离器中的分层使得进料流111和113的平均粒度分布与流出的流125和133的平均粒度分布基本上相等。为了更加清楚，这里限定了关于流125和133的粒度分布的措辞“基本上相等”，在相对于彼此的分布中的各个尺寸部分的最终值和最终比率方面，上述流出的流125和133的粒度分布类似于进料流111和113的粒度分布，且该粒度分布使得可以与流111和113用于炭素阳极生产相同的方式(和相同的比例)来使用流125和133。
在图2所示的优选实施方式中，使用一控制系统，该控制系统利用分别收集致密焦炭部分125和133的两个贮存容器或产品料斗(hopper)184和192。通过收集并保持致密焦炭部分，然后将该致密焦炭部分以预定恒定速率(流127和135)定量给料(dose)或供应至随后的工艺，以便维持尺寸部分的恰当比例。通过调节密度分离器182和190的操作参数，该操作将料斗184和192中致密焦炭部分的量保持在预定水平的范围内。已经发现，利用位于料斗184和192出口处的计重进料器(加料器，feeder)或定容(定体积)进料器能产生满意的结果。在优选的实施方式中，料斗184和192均可装备有水平测量装置和集成控制器以避免空转以及其内容物溢出。
在优选的实施方式中，系统的水平控制以下述方式操作。如上所述，密度分离器182和190被设置成以使得致密焦炭流125和133处于确定的焦炭流量设定值(优选地，上述总流111和113的至少50％)而操作，从而确定了流125和133中的平均焦炭密度。改变密度分离器的操作参数以获得预设密度值。如已经指出的，一旦上述操作参数已被适当调节，即使进料流111和113的密度波动，致密部分的平均密度也趋于保持恒定。
为了清楚起见，下面将仅讨论一个流125，但是相同控制可应用于致密流(125，133)中的任意一个。将流125的流速确定为P1，并且将如上所述利用对分离器182的控制来预设该流速，并且流127的输出流速将确定为P2。流速P2通过后面(下游)阳极生产工艺的要求来控制并且来自料斗184的流速例如通过重量(质量)或体积进料器(feeder)来控制。在其中流向料斗184的流速P1小于流出该料斗的受控流速P2的一些条件下，料斗184中的材料水平将逐渐下降并且一旦料斗中的材料放空(或达到一个低水平的切断开关)时就会使得该工艺停止。提出了下面的控制方法以避免由于低水平或在料斗装满时停止工艺的相反情况而造成的工艺停止。
本发明的最简单实施方式包括位于料斗184和192中的每一个上的低水平测量和控制器，其控制密度分离器182和190的调节器(regulator)，该布置使得所生产的致密焦炭部分的密度增加最大化，同时维持从料斗流出的致密焦炭部分的恒定流速。分离器182和190可适于接收来自一个或多个控制器的一个或多个信号，以便通过调节先前讨论的操作参数来调节颗粒分离。再次考虑仅以一个分离器182作为示例性实施例，当料斗184中的致密化焦炭产品落到低水平测量值以下时，可将预设流速值P1改变或调整为较高值，从而稍微降低流125的平均密度。这通过调节密度分离器的一个或多个操作参数来实现，且将致密化焦炭的量维持在预定的水平内。由于操作参数对流速值P1的影响通常是已知的，因而实际上不必测量P1的改变来实现所必需的控制。在优选的实施方式中，调节气体流量(气流)以使得将更大量的材料从密度分离器182传递至致密化焦炭流125。料斗184中的致密化焦炭的量缓慢再填充至较高的水平(虽然处于稍慢更低的密度水平)，但仍高于在没有密度分离器182的情况下进行分离的情形。如所说明的，相同控制方法可适用于这里所讨论的任何密度分离器。在一些实施方式中，料斗184和192均可由并行的多个料斗来代替，在这种情况下，将多个料斗中的平均水平与低水平限值相比。
可设想更复杂的控制方法，其包括具有用于P1的两个或更多个预定调节策略(adjustment strategy)的两级或更多级低水平检测。在优选的实施方式中，该控制方法可包括两个水平测量和调节测量。
清楚地，料斗184和192还可具有对于低水平的补充系统(complimentary system)，其具有一个或多个高水平测量和控制系统，其将以与低水平测量类似但仍相反的方式工作。该高水平测量将增加预设流量值并因此降低离开分离器182和190的致密化焦炭产品的流量。
因此，分离器182、190分别在流127、135中产生致密焦炭部分以及在流123、131中产生轻质焦炭部分。
再次考虑图2，轻质或低密度焦炭部分流123、131与来自多板筛120的底部128的“尺寸过小”的焦炭流115合并。该合并的尺寸过小部分流141进一步被研磨以减小其平均粒度。与图1中类似，图2中的该经研磨的“尺寸过小”流141可以以适当的比例与致密化颗粒焦炭产品流127和135(未示出)合并以生产用于铝生产的碳素阳极。
图3表示本发明的方法和装置的另一实施方式。以300开始的装置和流编号与图2中所描述的方法类似。系统300(参考标号以基数300开始)可被设想为添加到现有石油焦炭分类系统400(该现有系统用以400开始的参考标号表示)的改进装置(retrofit)。可构想图3的整个系统(组合系统300和400)，其中，由于各种物理限制，诸如在现有建筑中缺乏用于新型致密化装置的空间，因而对现有系统300的改造是困难或不可能的。
该系统接收进料石油焦炭流303，该石油焦炭流与再循环流309相合并以产生合并流305，该合并流随后被供应至多板筛320。在优选的实施方式中，筛320包括三个板322、324、326以及底部328，从这些板和该底部分别流出下列尺寸的焦炭流：“大尺寸”流307；第一“中间尺寸”流311；第二“中间尺寸”流313；以及“尺寸过小”流315。
“中间尺寸”流311和313的颗粒然后在密度分离器382和390中分离，这些分离器分别将进料流311、313分成低密度部分323和331以及高密度部分325和333。
尺寸过小部分315与两个较低密度部分323和331合并(组合)成流341并被运送用于进一步研磨(未示出)。
高密度部分325、333与“大尺寸”流307合并成流405，该流被传输至现有的石油焦炭分类系统400。该现有系统类似于图1所描述的系统，主要不同之处在于，由于“中间尺寸”流已经被致密化，因而它们以较高密度离开现有分类系统。
流405位于多板筛420上，该筛包括三个板422、424、426和底部428，在这些板和底部上分别收集到以下尺寸的焦炭流：“大尺寸”流407；第一“中间尺寸”流411；第二“中间尺寸”流413；以及“尺寸过小”流415。“大尺寸”流407被运送至破碎机460，在该破碎机中，其尺寸被减小。使经破碎的流309与进料流303合并。“中间尺寸”流411和413随后被供应至料斗484和492。这些料斗装备有与图2所示的水平控制系统(位于料斗184和192上)相同的水平控制系统，这些系统为分离器(382和390)提供反馈，该分离器用于加工与供应至料斗的流中的尺寸部分基本相同的尺寸部分。料斗484和492的输出，具体地，流427和435随后分别与碳素阳极生产中的细颗粒一起使用，用于铝生产。在筛420和320中使用不同数量的分离的情况下，如果筛320的分离数量大于或等于筛420的分离数量，则料斗中与来自筛420的特定尺寸部分有关的水平与来自筛320的一个或多个最接近尺寸部分流相关。在来自筛320的分离流的数量小于筛420的分离流的数量的情况下，可将多于一个料斗中的水平平均，然后应用于来自筛320的最接近的尺寸流部分。
实施例1
该实施例将说明使用本发明的方法和装置在增加所处理的石油焦炭的密度以及与本发明的密度分离器中接收到的第一或供入焦炭部分的初始平均粒度分布相比基本上不改变所生产的致密焦炭产品的平均粒度分布方面的优点。因此，该密度分离器将生产致密焦炭部分，其具有比现有技术焦炭更大的密度，但其具有与进入密度分离器的焦炭部分基本上相等的粒度分布。
在本发明的密度分离器装置中，通过使用如在现有技术中提出的气刀对不同初始平均粒度分布的三种焦炭样品进行处理(加工)。
对于每个样品确定初始或第一平均粒度分布(筛目大小)和“粗粒”(coarse)部分的百分比，并确定已分离的“低密度”的百分比，介于轻质层(低密度部分)和致密层(较高密度部分)之间的平均密度增量的百分比。
表1中示出了实施例1的结果且该表显示，尽管以两种方法分离的较低密度部分和较高密度部分大约相同(％低密度)，但本发明的分离器使得较高密度流中的密度增量更大。重要的是，从本发明分离器中流出的逸出流中的粗料量基本与来自进料流的相同，这表明，在没有粒度分布变化的情况下，存在密度增加，即，输入流和输出流的粒度分布基本上相等。通过对密度分离和气刀分离进行比较，表明，低密度流中基本没有粗粒部分，从而表明在发生密度分离的同时，气刀也进行了粒度分级。关于气刀的该发现与基于重量而非密度的气刀分离一致。
Figure A20088000190600241
实施例2
在实施例2中将示出通过本发明的方法和装置致密化石油焦炭的益处，尤其是，增大的焦炭密度对焙烧碳素阳极(电极)性质的积极影响。
图4示意性地示出了根据实施例2的利用本发明方法的电极的生产。
在S处，进料石油焦炭(C)被筛分成两个尺寸部分F1和F2。形成了具有0.371英寸至+4目的平均粒度分布的粗粒部分F1。还形成了具有-4至+14目的平均粒度分布的中间尺寸部分F2。F1和F2各自分别在本发明的密度分离器D1和D2中被处理。D1和D2都形成较密和较轻部分H1/L1以及H2/L2，其中，H1/L1和H2/L2的比率按重量计大约为80％/20％。该分离重量比可从76％/24％变化到84％/16％。密度分离器为Forsberg公司的Destoner Model G2型，其被调节成提供这些高密度/低密度分离。这例如需要D1在具有9mm高的挡板、8.7度的仰角以及下(轻质)端处振动度(间距，pitch)(振动程度)为1.0mm且上(重质)端处振动度为1.5mm的条件下操作。需要约470cfm的气流。较低密度部分L1和L2被研磨或破碎成G1和G2以使这些部分更细并使得其被合并。通过改变沥青(P)粘结剂的量，该合并的研磨部分进一步与H1和H2合并，并被制造(M)成适于制造铝的碳素阳极(电极)。
在图4所示的方法中单独测试了两个样品(C)：具有0.882g/cm3的平均初始密度ρA的焦炭A和具有0.777g/cm3的平均初始密度ρB的焦炭B。
图5a和图5b表示样品焦炭A和样品焦炭B的焙烧密度与百分比沥青(P％)粘结剂之间的关系曲线图，其中，焙烧密度(∝ρ％)分别相对增加。此外，在图5a和图5b中，由DA和DB表示的曲线分别表示由通过本发明的方法生产的致密样品所制成的阳极，而OA和OB分别表示由未通过本发明处理的原始焦炭制成的阳极。当与未处理的石油焦炭OA和OB比较时，DA和DB示出了相对较高的焙烧阳极密度，且致密化石油焦炭的最大焙烧密度出现在较低粘结剂沥青(P％)处。
实施例3
实施例3示出了本发明的密度分离器在无需控制回路(诸如反馈控制回路)的情况下对进料焦炭流中的不同密度进行补偿和自动调节的能力。
本发明的密度分离器对具有不同平均密度的两种石油焦炭样品(密度ρ＝0.80g/cm3的焦炭1，以及密度ρ＝0.76g/cm3的焦炭2)进行连续处理。在操作期间，在不对任何分离参数进行调节的情况下，这两种石油焦炭被交替地供应至本发明的密度分离器。对于每种焦炭的处理周期为10分钟。每分钟对输入焦炭和致密化的焦炭产品部分进行采样并测量其密度。分离的总百分比(％低密度部分)为19.6％。
表2和图6中示出的结果表明，利用本发明的密度分离器进行的石油焦炭分离是自动进行的或自动调节或调整的。图6示出了进料焦炭(IC)和致密化的焦炭产品(DCP)的密度变化与给定时间T(分钟)时的样品处理之间的关系曲线图。从表2和图6中可以看出，不管进料焦炭流(IC)的较大且连续的变化，通过本发明的方法和装置所生产的致密化的焦炭产品(DCP)都被致密化成0.82g/cm3的平均且恒定的值。这使得产生至少0.04g/cm3的增加。产品致密化的一致性还通过表2中所示的致密化产品的较小标准偏差清楚地示出，该较小标准偏差的变化基本上小于进料石油焦炭流。
Figure A20088000190600271
表2来自实施例3的结果总结
本发明的上述实施方式仅用于示例性的目的。因此，本发明的范围旨在仅由所附的权利要求的范围限定。

Claims (39)

1.一种用于生产用于碳素阳极生产的致密焦炭部分的方法，所述方法包括以下步骤：
提供具有第一平均密度和第一平均粒度分布的第一颗粒焦炭流；
将所述第一颗粒焦炭流以一进料流速供应至密度分离器；以及
利用所述密度分离器将所述第一颗粒焦炭流分层并分离成不同平均密度的至少两个分离的颗粒部分，所述至少两个部分包括轻质焦炭部分和所述致密焦炭部分，所述致密焦炭部分具有大于所述第一平均密度的平均密度以及基本上等于所述第一平均粒度分布的平均粒度分布。
2.根据权利要求1所述的方法，包括：
为所述致密焦炭部分建立预设流速，所述预设流速与所述致密焦炭部分的期望密度相对应；以及
调节所述密度分离器，使得所述致密焦炭部分达到所述预设流速。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述预设流速为所述进料流速的至少50％。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述预设流速为所述进料流速的至少70％。
5.根据权利要求4所述的方法，包括：
将所述致密焦炭部分以所述预设流速从所述密度分离器供应到贮存容器中；
将所述致密焦炭部分以恒定流速从所述贮存容器定量给料；
通过调节所述密度分离器，将所述贮存容器中的所述致密焦炭部分的量维持在预定水平的范围内。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，调节所述密度分离器是通过对选自由振动速度、振动频率、振动离心率、振幅、出口挡板的高度、板倾斜度以及穿过可穿过板的气流组成的组中的至少一个操作参数进行调节而进行的。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，通过所述贮存容器中的水平测量控制来获得所述预设流速与所述恒定流速之间的百分比改变。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述水平测量控制对所述至少一个操作参数起作用，以控制所述预设流速。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，将所述致密焦炭部分从所述贮存容器中定量给料是以测定体积方式进行的。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，将所述致密焦炭部分从所述贮存容器中定量给料是以比重测量方式进行的。
11.一种用于生产用于碳素阳极生产的致密焦炭部分的方法，所述方法包括以下步骤：
提供进料颗粒焦炭流；
将所述进料颗粒焦炭流与再循环流合并以形成合并的进料焦炭流，
将所述合并的进料焦炭流供应至粒度分离器，将所述合并的进料焦炭流分离成一个大尺寸焦炭部分、至少一个中间尺寸的焦炭部分以及尺寸过小的尺寸部分，其中，所述中间尺寸的焦炭部分具有第一平均密度和第一平均粒度分布；
将所述中间尺寸的焦炭流以一进料流速供应至密度分离器；以及
利用所述密度分离器将所述中间尺寸的焦炭流分层并分离成不同平均密度的至少两个分离的颗粒部分，所述至少两个部分包括轻质焦炭部分和所述致密焦炭部分，所述致密焦炭部分具有大于所述第一平均密度的平均密度以及基本上等于所述第一平均粒度分布的平均粒度分布。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，研磨所述大尺寸焦炭部分以产生所述再循环流。
13.根据权利要求12所述的方法，包括：
为所述致密焦炭部分建立预设流速，所述预设流速与所述致密焦炭部分的期望密度相对应；以及
调节所述密度分离器，使得所述致密焦炭部分达到所述预设流速。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述预设流速为所述第一速度的至少50％。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述预设流速为所述第一速度的至少70％。
16.根据权利要求15所述的方法，包括：
将所述致密焦炭部分以所述预设速度从所述密度分离器供应到贮存容器中；
将所述致密焦炭部分以恒定流速从所述贮存容器定量给料；
通过调节所述密度分离器，将所述贮存容器中的所述致密焦炭部分的量维持在预定水平的范围内。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，调节所述密度分离器是通过对选自由振动速度、振动频率、振动离心率、振幅、出口挡板的高度、板倾斜度和穿过可穿过板的气流组成的组中的至少一个操作参数进行调节而进行的。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，通过所述贮存容器中的水平测量控制来获得所述预设流速与所述恒定流速之间的百分比改变。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述水平测量控制对所述至少一个操作参数起作用，以控制所述预设流速。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，将所述致密焦炭部分从所述贮存容器中定量给料是以测定体积方式进行的。
21.根据权利要求19所述的方法，其中，将所述致密焦炭部分从所述贮存容器中定量给料是以比重测量方式进行的。
22.一种用于生产用于碳素阳极生产的致密焦炭部分的装置，所述装置包括：
倾斜振动台，其包括：
上端，排放所述致密焦炭部分，
下端，以及
颗粒焦炭保持板，在所述上端与所述下端之间延伸，所述板为气体可穿过的并适于接收待被致密化成所述致密焦炭部分的第一焦炭流；以及
气体原动机，产生穿过所述气体可穿过板的气体流速。
23.根据权利要求22所述的装置，包括将所述致密部分的流速调节至预设流速P1的控制器。
24.根据权利要求22所述的装置，包括改变所述振动台的至少一个操作参数的控制器。
25.根据权利要求22所述的装置，包括贮存容器，所述致密焦炭部分排放到所述贮存容器中。
26.根据权利要求24所述的装置，其中，经改变的所述至少一个操作参数包括所述致密部分的流速、所述台的振动度、所述台的倾斜度、以及气体流速。
27.根据权利要求26所述的装置，其中，所述控制器改变所述台的振动度。
28.根据权利要求26所述的装置，其中，所述控制器改变所述台的倾斜度。
29.根据权利要求26所述的装置，其中，所述控制器改变所述气体流速。
30.根据权利要求25所述的装置，其中，所述贮存容器包括用于调节所述操作参数的水平测量控制器。
31.一种用于生产用于碳素阳极生产的致密焦炭部分的装置，所述装置包括：
粒度分离器，具有形成大尺寸焦炭部分、至少一个中间尺寸的焦炭部分以及尺寸过小部分的至少两个板，
焦炭传输装置，将所述至少一个中间尺寸的焦炭部分传输至密度分离器，所述密度分离器具有倾斜振动台，所述倾斜振动台包括：
上端，排放所述致密焦炭部分，
下端，以及
颗粒焦炭保持板，在所述上端与所述下端之间延伸，所述板为气体可穿过的并且适于接收待被致密化成所述致密焦炭部分的第一焦炭流；以及
气体原动机，产生穿过所述气体可穿过板的气体流速。
32.根据权利要求31所述的装置，包括将所述致密部分的流速调节至预设流速P1的控制器。
33.根据权利要求31所述的装置，包括改变所述振动台的至少一个操作参数的控制器。
34.根据权利要求31所述的装置，包括贮存容器，所述致密焦炭部分排放到所述贮存容器中。
35.根据权利要求33所述的装置，其中，经改变的所述至少一个操作参数包括所述致密部分的流速、所述台的振动度、所述台的倾斜度、以及气体流速。
36.根据权利要求35所述的装置，其中，所述控制器改变所述台的振动度。
37.根据权利要求35所述的装置，其中，所述控制器改变所述台的倾斜度。
38.根据权利要求35的装置，其中，所述控制器改变所述气体流速。
39.根据权利要求34所述的装置，其中，所述贮存容器包括用于调节所述操作参数的水平测量控制器。
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