CN102439117A - 包括沥青条流动线引导装置的将沥青条切割为沥青颗粒或类似物的设备 - Google Patents

包括沥青条流动线引导装置的将沥青条切割为沥青颗粒或类似物的设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于将沥青条(20)切割成沥青颗粒或类似物(80)的设备，设备用于浸入冷却液槽(30)，设备包括可旋转切割装置(60、70)，切割装置包括具有多个刀片的可旋转切割柱以及可旋转反切割柱，切割柱及反切割柱相互布置为将经过它们之间的沥青条(20)切割成沥青颗粒(80)，所述设备的特征在于，包括用于朝向所述切割装置(60、70)引导沥青条流动线的第一装置(40)，可旋转引导装置(40)与切割装置(60、70)被布置为使得沥青条(20)在切割柱与反切割柱之间垂直流动。

Description

包括沥青条流动线引导装置的将沥青条切割为沥青颗粒或类似物的设备
技术领域
本发明涉及用于浸入式的切割沥青的切割设备。
更具体地，本发明涉及浸入冷却液槽中将沥青条切割为沥青颗粒或类似物的设备。
根据本发明的设备适用于生产形状受控的固态沥青颗粒。
背景技术
沥青是对来自煤焦油处理、重组倾析油、原油蒸馏、生物质热解油残留物或其它来源的各种重烃化合物进行处理后得到的含碳产物。沥青根据最终用户规格和需求以不同形式存在。常见的形式为固态颗粒或丸状。
为了将不同的材料颗粒化，设计了不同的设备。根据它们的操作方式以及所产出的材料的形状，可被描述为制粒机、造粒机、刨片机、粉碎机等。制粒机的核心围绕切割装置设计。根据多种可能的配置，切割装置由下列各项组成：切割器、反切割器、切割装置外壳。切割器可以是可动的或静止的；其可有多种形状和不同数量的切割刀片。反切割器可为可选的，并且可以是可动的或静止的。切割装置外壳用于保护操作者；根据制粒设备的设计，切割装置外壳是可选的。根据情况，外壳还可作为进料斗或颗粒状产物输出管，尽管这并不是外壳的主要作用。
沥青颗粒或沥青的相关产物例如炭黑或固态含碳燃料可利用不同类型的制粒机来得到。
第一类型由形成沥青条的垂直沥青挤压机组成(US3.334.167)。挤压是在水中进行的。沥青条流入填充有水的池中直到其到达冷却池的池底。在冷却池的池底，沥青条通过螺旋输送机断裂成不同长度的沥青棒。
第二类型的制粒机由多孔板设计而成(US4.107.382)。沥青因重力而流过穿孔并形成滴状落入水筒中，最后形成刺状沥青。
第三类型的制粒机具有传送带，沥青作以不规则层铺撒在传送带上(US3.836.354)。通过一系列固定的切割器形成丝条，然后用裁切机将切割成不规则的固态沥青块。
第四类型的制粒机是在两个有浮凸、旋转式模具之间连续挤压沥青而形成沥青片(US5.236.468)。沥青片还可用旋转成型机形成(US7.344.368)：液态沥青被送入装配有穿孔的旋转式筒中，使沥青以小量的方式沉积在传送带上。这些小量沥青必须被冷却来形成所需的固态沥青片。
最后一种制粒机具有旋转式切割器和旋转式反切割器(US4.482.517)。切割器和反切割器为柱形并位于水中。浸入深度是可变的。切割器具有纵向的切割刀片。切割器和反切割器以相反的方向转动。反切割器的速度可与切割器的速度稍有不同。切割器可具有内部水循环，其主要作用是冷却切割器。位于切割柱本体上的一些孔洞可用于使冷却水在规定的位置排出。由此产生的固态沥青形成具有压碎端部的长型柱状颗粒。
由于待处理的沥青的性质，制粒系统一般包括通过冷浸使液态沥青快速冷却。一些先前的系统设计为包括这种冷浸。冷浸后的固态沥青形成一些类玻璃材料，其可在切割过程中破裂并形成一些细微的玻璃状粉末。一般地，建议收集这些细小粉末，避免其扩散。先前的系统设计为满足冷浸并限制细小粉末或没有细小粉末扩散的一些要求，这是由于在填充有冷却液(例如水)的槽中恢复了沥青固态。对固态沥青颗粒的受控形状因素的要求促进了达到上述规格的制粒系统的使用受到欢迎。旋转成型机、浮凸旋转模具和旋转式切割器以及反切割器因此成为上述目的的优选设备。旋转成型机产出小型的标准化的沥青片存在一些缺点，例如重要是易碎性。旋转式模具可能被厚且黏的沥青堵塞住；此外，它们不能对处理后的沥青进行令人满意的冷浸。因此，设备的选择为浸入式的切割器与反切割器的组合。
然而，浸入的切割器与反切割器的组合并不是完全没有缺点的：两个切割柱的正向与反向旋转会在水中形成速度涡旋和速度场。所得到的速度梯度会在浸入的柱的上方和下方形成压力梯度。这就是流体动力学中的“马格努斯(Magnus)”效应。如果马格努斯效应的宽度可根据切割器和反切割器的旋转速度变化，则会导致切割装置上方沥青流的扰乱。该扰乱可能是无关紧要的沥青流方向扰乱，也可能是重大的流向改变。这可能导致冲浪现象，其中沥青从切割装置偏离并牵拉至的周围。因此，处理的沥青不能进行切割。在一些极端情况下，由于水中处理的同时进行冷浸，牵拉的沥青在切割器与反切割器周围形成壳体。切割柱没有被阻挡但由于进入制粒机的沥青不能到达切割柱，设备必须停止以进行维修和清洁。
发明内容
本发明提供了用于将沥青挤压成条状的设备，沥青条进入水中并通过一组适当的切割器和反切割器切割成所需及可调整长度的段。切割装置的位置可根据所需颗粒形状而改变，或为了处理与待制粒的熔化沥青的固有性质相关的具体冷却约束而改变。
现有技术的上述缺点通过本发明解决。
根据本发明的一方面，提供了用于将沥青条切割成沥青颗粒或类似物的设备，该设备用于浸入冷却液槽，所述设备包括可旋转切割装置，切割装置包括具有多个刀片的可旋转切割柱以及可旋转反切割柱，切割柱及反切割柱相互布置为将经过它们之间的沥青条切割成沥青颗粒，该设备的特征在于，其包括用于朝向切割装置引导沥青条流动线的第一装置，可旋转引导装置与切割装置被布置为使得沥青条垂直流过切割柱与反切割柱之间。
根据有利的实施方式，设备还包括第二沥青条流动线引导装置，第二沥青条流动线引导装置布置在切割装置下方以将在冷却液槽中切割为颗粒形状的沥青条引导出切割装置。
有利地，第一和/或第二沥青条流动线引导装置包括至少一组两个金属薄片，两个金属薄片相互布置为限定沥青引导通道，该沥青引导通道朝向切割装置逐渐变窄。
有利地，金属薄片具有流体动力剖面。当设备浸入冷却液槽中时，流体动力剖面允许改进第一和/或第二沥青条流动线引导装置周围的冷却液的循环。
在特别有利的实施方式中，具有流体动力剖面的金属薄片包括管状体。这允许冷却液循环进入金属薄片，以改进金属薄片的冷却。这还允许在沥青条流动线引导装置附近的冷却液进行自循环。
根据具体配置，第一沥青条流动线引导装置的金属薄片被布置为形成输入供料斗。
有利地，金属薄片设有至少一个孔，用于在设备浸入在冷却液槽时使冷却液通过。
切割柱和反切割柱组配备有切割装置外壳。外壳的存在允许对切割装置周围流动线的控制，从而引导切割装置之间的沥青条并消除了与马格努斯效应相关的不良结果。切割装置外壳还被设计为允许对在切割装置附近的沥青热冷浸进行优化的热管理。有利地，外壳被布置在切割装置周围，以允许由切割装置的旋转引起的在切割装置周围的冷却液循环。
在外壳与第一和/或第二沥青条流动线引导装置之间也可设置间隔，从而允许在切割装置附近的冷却液的更新。
根据具体的实施方式，外壳以及第一和/或第二沥青条流动线引导装置一体形成于外壳上。
附图说明
通过下面仅作为非限制性实施例给出的以及附图中所示的本发明的具体实施方式的说明，本发明的其它优点和特征将变得显而易见，在附图中：
图1示意性示出包括根据本发明的切割设备的制粒机系统；
图2示意性示出根据本发明第一实施方式的切割设备的详细视图；
图3示意性示出根据本发明第二实施方式的图1所示切割设备的详细视图；
图4示意性示出根据本发明第三实施方式的图1所示切割设备的详细视图；
图5示意性示出根据本发明第四实施方式的图1所示切割设备的详细视图；
图6示意性示出根据本发明第五实施方式的图1所示切割设备的详细视图；
图7示意性示出根据本发明第六实施方式的图1所示切割设备的详细视图；
图8示意性示出上引导金属薄片中用于优化水循环的孔；以及
图9示意性示出建立在上引导金属薄片中的用于通过冷却剂循环增强冷却的半管。
具体实施方式
参照图1，制粒机由具有挤压喷嘴11的沥青进料筒10、冷却液槽30以及用于切割沥青的设备组成。
在所述实施方式中，用于切割沥青的设备包括可旋转切割装置60和70、切割装置外壳50、第一装置40以及第二装置90，第一装置40用于朝向切割装置60、70引导沥青条流动线，第二装置90用于在冷却液槽30中将沥青条20以颗粒80形状引导出切割装置60、70。
可旋转切割装置60、70包括具有多个刀片的可旋转切割柱(下文中称为旋转式切割器60)以及可旋转的反切割柱(下文中称为旋转式反切割器70)，旋转式切割器60和旋转式反切割器70相互布置为将经过它们之间的沥青条20切割成沥青颗粒80。可旋转切割装置将在下文中详细描述。
第一流动线引导装置位于切割装置60、70上方，位于沥青进料筒10与切割装置60、70之间。第一流动线引导装置将在下文中被称为“输入流动线引导装置40”。
第二流动线引导装置位于切割装置60、70下方。第二流动线引导装置将在下文中被称为“输出流动线引导装置90”。
在操作时，沥青从进料筒10通过位于沥青进料装置底部的喷嘴11被挤出。沥青以条状20流入冷却槽30。
运动中的沥青条20由输入流动线引导装置40引导。这种引导是在沥青与输入流动线引导装置40之间没有任何接触的情况下进行的。
在输入流动线引导装置40的出口处，沥青条20通过旋转式切割器60与旋转式反切割器70之间的夹挤(pinching)被切割成沥青颗粒80。旋转式切割器60与旋转式反切割器70为柱形并位于水中。浸入深度是可变的。旋转式切割器60配备有纵向的切割刀片。旋转式反切割器70在纵向上呈锯齿状。在引导装置的交互倾斜中，旋转式反切割器70可为平滑的柱。旋转式切割器60和旋转式反切割器70以相反的方向旋转。根据引导装置的倾斜，旋转式反切割器70的速度可与切割器的速度稍有不同。在优选的实施方式中，旋转式反切割器70在纵向上具有锯齿，旋转式切割器60和旋转式反切割器70以相同的速度沿相反的方向旋转。旋转式切割器60和旋转式反切割器70的旋转速度可进行调整。旋转式切割器60与旋转式反切割器70之间的间距(pitch)可改变。
所产生的沥青颗粒80形成具有或多或少变形端部的长型柱状颗粒。所产生的沥青颗粒80在重力作用下向下流动并由输出流动线引导装置90引导。
参照图1、图4和图5，输入流动线引导装置40由一组两个的金属薄片401组成，金属薄片401由板状元件组成，被定向在给定方向以限定出用于沥青条80的引导通道400。金属薄片401的位置、长度和定向角由以下条件限定：(i)旋转式切割器60和旋转式反切割器70柱的直径；(ii)旋转式切割器60的旋转速度；(iii)旋转式切割器60与旋转式反切割器70柱之间的间距；(iv)沥青条20的流速；以及(v)制粒机的浸入深度，其被定义为冷却槽30的表面与旋转式切割器60的轴线位置之间的高度差。这5个参数对由旋转式切割器60和旋转式反切割器70柱旋转造成的超压场和速度梯度(已知为“马格努斯效应”)的大小进行控制。流动线引导装置40的一组两个金属薄片401的位置和形状对超压场形成物理障碍以及根据流动线方向形成速度梯度的引导，这允许对沥青条80从喷嘴11至切割装置的移动进行控制。
输入流动线引导装置40的两个金属薄片可选地被设定在固定角度，从而布置为抵消在金属薄片末端处产生的可能的不良边缘效应。这通过使用由通过端板相连以形成浸入式引导进料斗411的一组两个金属薄片组成的输入流动线引导装置40来实现。浸入式引导进料斗411的整体形状被限定以使得由旋转式切割器60和旋转式反切割器70柱旋转导致的超压场和速度梯度被有效地抵消。
输入流动线引导装置40的一组金属薄片的形状可被调整以使金属薄片具有流体动力剖面421，流体动力剖面从在输入流动线引导装置40附近的自循环冷却液的流体动力行为(图7)推断出。除了上述针对不良“马格努斯效应”的抵消措施作用之外，具有流体动力剖面421的金属薄片的使用对在输入流动线引导装置40附近的自循环冷却液加强引导。这显著消除了在输入流动线引导装置40底部以及在切割装置入口右侧的死水和关闭的再循环回路。
有利地，具有流体动力剖面421的金属薄片可具有中空体422，其允许冷却液流的内部循环，以增强具有流体动力剖面421的金属薄片的冷却以及在输入流动线引导装置40附近自循环冷却液的冷却。
一组两个金属薄片401或浸入式引导进料斗411可被加工为具有一些孔431、432、433，以允许冷却液从冷却槽30至两个金属薄片401之间间隔或浸入式引导进料斗411内部部分进行额外的自循环，如图8所示的那样。这些孔可为以下任意一种：(i)沿金属薄片规则或不规则隔开的正方形或矩形孔431；(ii)沿金属薄片规则或不规则隔开的圆形或椭圆形孔432；或者(iii)位于金属薄片顶端以及具有不同间距、宽度和长度的锯齿状孔433。这些孔允许自循环冷却液的更新并允许达到沥青条的有效冷浸以及在两个金属薄片401或浸入式引导进料斗411区域内增强的热管理。
一组两个金属薄片401或浸入式引导进料斗411可被加工为在金属薄片背面具有半管或中空体441。半管或中空体441与中空体422所起的作用相同：允许冷却液流的内部循环以增强金属薄片401或浸入式引导进料斗411的冷却，以及允许在输入流动线引导装置40附近的自循环冷却液的冷却。在两个金属薄片401或浸入式引导进料斗411背面半管或中空体441的使用可与加工的孔431、432或433结合。
输出流动线引导装置90由一组两个的金属薄片901组成。这两个金属薄片901相对于两个金属薄片401位于翻转的位置。建议用于两个金属薄片401的改进之处包括由浸入式引导进料斗411、具有流体动力剖面421的金属薄片、具有流体动力剖面421和中空体422的金属薄片、所加工的孔431和432或半管或中空体441的使用，这些可选地用于限定输出流动线引导装置90以及改变两个金属薄片901。
如下所述，设备可包括切割装置外壳50以保护由旋转式切割器60和旋转式反切割器70组成的切割装置。切割装置外壳50(如图5所示)包括由包围两个切割柱的薄板制成的分段外壳501。分段外壳501被设计为允许旋转式切割器60和旋转式反切割器70周围由两个柱的旋转引起的水循环。分段外壳501的上部和下部具有定向弯曲的薄板以在输入流动线引导装置40和输出流动线引导装置90之间保持有间隔(gap)450、950。输入流动线引导装置40与输出流动线引导装置90背面被分段外壳501的薄板弯曲部分覆盖的长度根据自循环冷却液的局部流体动力条件进行选择。这些间隔允许切割装置附近的冷却液的更新。此外，所产生的冷却液的定向泄露通过由切割装置的柱旋转引起的速度梯度和分段外壳501施加的通道来控制。
可替换地，切割装置外壳50可设计为单个部件，其形状组合输入流动线引导装置40和输出流动线引导装置90(图6)的作用。该完整的切割装置外壳511由包围组成切割装置的两个柱的薄板制成。完整切割装置外壳511的上部和下部以与输入流动线引导装置和输出流动线引导装置90类似的方式被定向。完整切割装置外壳511的设计明显包括建议用于两个金属薄片401的所有改进，包括类似于具有流体动力剖面421的金属薄片、具有流体动力剖面421和中空体422的金属薄片、加工的孔431和432的改动或半管或中空体441的使用。
下面描述具有或没有根据本文中上文所述的流控制装置的沥青制粒机使用的实施例。可以理解，这是装置的不同配置使用的许多其它可能方式中的实施例。
在第一实施例中，进料筒10中的沥青在高于沥青软化点的40℃至80℃之间的温度设定下被送至沥青挤压喷嘴11。本实施例将使用160℃的沥青。
平行设置的多个喷嘴11可同时使用。在本实施例中使用了6个喷嘴。由此获得6条平行的沥青条20。喷嘴11被校准以允许给定的沥青条直径。本实施例使用直径15mm的喷嘴。
沥青条20垂直向下流至冷却槽30。在该实施例中，冷却槽使用水来作为冷却液。冷却槽30中的冷却水大约为30℃。由旋转式切割器60和旋转式反切割器70组成的切割装置已经在运行。沥青条20的热冷浸立即开始。
没有使用输入流动线引导装置40。然后，沥青条20在由旋转式切割器60和旋转式反切割器70组成的切割装置之间流过。在旋转式切割器60与旋转式反切割器70之间的间距是可调的。在本实施例中使用0.3mm的间距。旋转式切割器60和旋转式反切割器70的旋转速度可在每分钟30转与200转之间变化。在本实施例中，使用的最大旋转速度为每分钟110转。由输入流动线引导装置40和切割装置组成的整个设备的浸入深度可在100mm与250mm之间变化。浸入深度由旋转式切割器60的旋转轴线与冷却槽表面之间的距离来限定。在本实施例中使用的浸入深度为170mm。
在保持运行几分钟后，就会观察到不期望的沥青牵拉和流向改变(被称为沥青“冲浪”现象)。
在第二实施例中，进料筒10中的沥青在温度150℃下被送至沥青挤压喷嘴11。
平行设置的多个喷嘴11可同时使用。在本实施例中使用了6个喷嘴。由此获得6条平行的沥青条20。喷嘴11被校准以允许给定的沥青条直径。本实施例使用直径15mm的喷嘴。
沥青条20垂直向下流至冷却槽30。在该实施例中，冷却槽使用水来作为冷却液。冷却槽30中的冷却水大约为40℃。由旋转式切割器60和旋转式反切割器70组成的切割装置已经在运行。沥青条20的热冷浸立刻开始。
然后，沥青条20进入输入流动线引导装置40。输入流动线引导装置40由两个金属薄片401组成，金属薄片401由金属板制造。在本实施例中，板的位置，即其间隔、角度和浸入深度都是可变的。间隔可在旋转式切割器60的直径的0.25与1.5折(fold)之间变化。间隔由两个金属薄片401底部左侧的尺寸限定。角度可在10°与45°之间变化。角度由在金属薄片401中的任意一个金属薄片底部，板与垂直轴线之间的角度来限定。由输入流动线引导装置40和切割装置组成的整个设备的浸入深度可在100mm与250mm之间变化。浸入深度由旋转式切割器60的旋转轴线与冷却槽表面之间的距离来限定。在本实施例中使用的浸入深度为170mm。
沥青条20被引导并垂直地在两个金属薄片401之间流过。然后，沥青条20在由旋转式切割器60和旋转式反切割器70组成的切割装置之间流过。旋转式切割器60与旋转式反切割器70之间的间距是可调的。在本实施例中使用0.5mm的间距。旋转式切割器60和旋转式反切割器70的旋转速度在每分钟30转与200转之间变化。在本实施例中使用了最大旋转速度，因为它限定了较差的运行情况。在维持运行超过12小时之后没有观察到不期望的沥青牵拉和流向改变。
在第三实施例中，使用了实施例2中所使用的先前的设备和由两个金属薄片901组成的输出流动线引导装置90。两个金属薄片901由金属板制造。在本实施例中，板的位置，即其间隔、角度和浸入深度都是可变的。间隔可在旋转式切割器60的直径的0.25与1.5折之间变化。间隔由两个金属薄片901底部左侧的尺寸限定。在该实施例中使用1直径的间隔。角度可在0°与45°之间变化。角度由在金属薄片901中的任意一个金属薄片顶部，板与垂直轴线之间的角度来限定。在该实施例中使用10度的角度。
所有其它参数保持与实施例2相同。在维持运行超过12小时之后没有观察到不期望的沥青牵拉和流向改变。

Claims (10)

1.一种用于将沥青条(20)切割成沥青颗粒或类似物(80)的设备，所述设备用于浸入冷却液槽(30)中，所述设备包括可旋转切割装置(60、70)，所述切割装置包括具有多个刀片的可旋转切割柱以及可旋转反切割柱，所述切割柱及所述反切割柱相互布置为将经过它们之间的沥青条(20)切割成沥青颗粒(80)，所述设备的特征在于：
包括用于朝向所述切割装置(60、70)引导沥青条流动线的第一装置(40)，所述可旋转引导装置(40)与所述切割装置(60、70)被布置为使得所述沥青条(20)垂直流经所述切割柱与所述反切割柱之间。
2.根据权利要求1所述的用于将沥青条(20)切割成沥青颗粒或类似物(80)的设备，其特征在于，所述设备还包括第二沥青条流动线引导装置(90)，所述第二沥青条流动线引导装置(90)布置在所述切割装置(60、70)下方以在所述冷却液槽(30)中将被切割为颗粒(80)形状的沥青条(20)引导出切割装置(60、70)。
3.根据权利要求1或2所述的用于将沥青条(20)切割成沥青颗粒或类似物(80)的设备，其特征在于，所述第一沥青条流动线引导装置(40)和/或所述第二沥青条流动线引导装置(90)包括至少一组两个金属薄片(401、421、901)，所述两个金属薄片(401、421、901)相互布置为限定沥青引导通道(400、420、900)，所述沥青引导通道(400、420、900)朝向所述切割装置(60、70)逐渐变窄。
4.根据权利要求3所述的用于将沥青条(20)切割成沥青颗粒或类似物(80)的设备，其特征在于，所述金属薄片(421)具有流体动力剖面，以在所述设备浸入在所述冷却液槽(30)中时，改进所述第一沥青条流动线引导装置(40)和/或所述第二沥青条流动线引导装置(90)周围冷却液的循环。
5.根据权利要求4所述的用于将沥青条(20)切割成沥青颗粒或类似物(80)的设备，其特征在于，具有流体动力剖面的金属薄片(421)具有管状体，以在所述设备浸入在所述冷却液槽(30)中时允许所述冷却液循环进入所述金属薄片(421)中。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的用于将沥青条(20)切割成沥青颗粒或类似物(80)的设备，其特征在于，所述第一沥青条流动线引导装置(40)的金属薄片(401、421)布置为形成输入供料斗(411)。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的用于将沥青条(20)切割成沥青颗粒或类似物(80)的设备，其特征在于，所述金属薄片(401、421、901)设有至少一个孔(431、432、433)，用于在所述设备浸入在所述冷却液槽(30)时，使冷却液通过。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的用于将沥青条(20)切割成沥青颗粒或类似物(80)的设备，其特征在于，所述设备包括用于保护切割装置(60、70)的外壳(50)，所述外壳(50)布置在所述切割装置(60、70)周围，以允许由所述切割装置(60、70)的旋转引起的在所述切割装置(60、70)周围的冷却液循环。
9.根据权利要求8所述的用于将沥青条(20)切割成沥青颗粒或类似物(80)的设备，其特征在于，在所述外壳(50)与所述第一沥青条流动线引导装置(40)和/或所述第二沥青条流动线引导装置(90)之间设置有间隔(450、950)。
10.根据权利要求8所述的用于将沥青条(20)切割成沥青颗粒或类似物(80)的设备，其特征在于，所述外壳(50)以及所述第一沥青条流动线引导装置(40)和/或所述第二沥青条流动线引导装置(90)一体形成于所述外壳(50)上。
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