CN102444074A - 一种生产改性沥青的装置及利用该装置生产改性沥青的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生产改性沥青的装置及合成方法，包括设置有原料进口的混料装置，所述混料装置与保温塔连通，所述保温塔设置有混合料进口及出料口，所述混合料进口设置在保温塔的下部，所述出料口设置在保温塔的上部，基质沥青和改性剂充分混合以后再输入至保温塔内进行合成，并通过流体由下至上流经列管式换热器的间隙进行大面积进行换热，混合料随着液面的上升与列管式换热器间相对运动，保证了混合料的流动性，使混合料受热更加均匀、充分。

Description

一种生产改性沥青的装置及利用该装置生产改性沥青的方法

技术领域

本发明涉及一种混融加热装置，尤其是一种以基质沥青、改性剂为原料生产改性沥青的装置及利用该装置生产改性沥青其合成方法。

背景技术

在炼油过程中产生的沉淀物统称石油基质沥青或基质沥青，基质沥青是一种用于柔性路面施工的粘结剂，具有良好的粘结性、不透水性、绝缘性和化学稳定性，是常用的道路施工材料。由于基质沥青的温度敏感性，在高温下其刚性和强度降低，路面软化，低温则容易产生收缩裂缝等路面开裂现象，需要在基质沥青中加入改性剂，对其进行改性，以改善其在高、低温下的机械性能。在基质沥青掺加改性剂后的混合物统称改性沥青。对基质沥青进行改性的改性剂通常是热塑性弹体聚合物，如苯乙烯和共轭二烯的无规或嵌段共聚物、聚异戊二烯、丁基橡胶等。

在改性沥青生产过程中有两个关键参数：一是温度，二是拌合时间。生产温度过高、拌合时间过长，改性沥青容易老化；温度偏低、拌合时间过短，沥青不能充分浸润至改性剂中，无法充分发挥改性剂对沥青的改性作用。

现有技术中生产改性沥青的装置通常包括混料罐和融胀反应罐，混料罐用以按比投放改性剂和基质沥青，融胀反应罐内设置有搅拌器和加热器，用以对反应中的改性沥青不断搅拌和加温。在利用上述设备制备改性沥青时，首先将基质沥青、改性剂等按比例加入到混料罐中，然后直接或通过剪切装置将混合料送入融胀反应罐内进行融胀反应。该种生产改性沥青的装置存在以下不足之处：

1、由于罐内设置搅拌器的融胀反应罐只能保证混合料的局部流动性，改性剂由于比重较小，容易漂浮于融胀罐的上方，罐内大部分混合料的流动性较差，混合料在融胀反应罐中加热融胀时受热不均，并且在拌合过程中，橡胶粉等改性剂在沥青中产生融胀反应时会释放出大量的热量，难以控制，导致存在部分改性沥青发生老化、部分改性沥青仍未充分融胀、改性剂结块等现象；

随着橡胶粉等改性剂掺量的增加，改性沥青的粘度会因此而增加，上述改性沥青部分老化、部分未充分融胀的现象更加严重；同时改性沥青的粘度增加、流动性降低、混合料施工的和易性降低，因此，现有的改性沥青中橡胶粉等改性剂的质量严格控制在混合物总质量的20％以内，改性沥青混合料的路用性能因改性剂掺量的限制也相应的受到限制；另一方面，由于改性剂掺量的限制，沥青用量相对较大，导致橡胶沥青混合料的造价较高，十分不经济。

2、由于融胀反应罐中进入空气较少，在融胀反应罐中发生的橡胶粉等改性剂与沥青的融胀反应温和，需要2-4小时才能完成，并且反应只能一釜一釜地进行，不能实现连续生产。

3、由于融胀反应罐换热面积小，反应较温和，需要通过预先加热基质沥青的方法储备热量，以满足反应初期所需热量，但预先加热基质沥青容易导致基质沥青的老化；预热的基质沥青使得在混料过程中基质沥青与改性剂部分融胀，使物料粘度增加，存在混合不均匀的现象。

4、该装置中没有设置废气回收装置，混料过程产生的高温废水及有毒废气均排放至大气中，不利于环保，且危害设备周围人员的健康。

申请号为：200820109736.2、申请日为2008年8月7日的中国实用新型专利《橡胶改性沥青装置》公开了一种橡胶改性沥青装置，包括胶粉提升机、卧式搅拌罐、自动循环剪切泵、卧式沥青胶体磨、输送泵、控制部件、导热油输油泵，卧式搅拌罐上设置有胶粉提升机，自动循环剪切泵与卧式沥青胶体磨连接，在卧式搅拌罐的侧部分别设置有输送泵、导热油输油泵，在该装置的底部还装有控制部件。物料从卧式搅拌罐顶部注入至内部后，进行融胀反应，由于罐内设有浆料搅拌器和胶粉搅拌器，物料混合较均匀，融胀反应后的物料依次通过自动循环剪切泵及卧式沥青胶体磨进行细化，使产出的物料更加细密，成品质量较高，但其仍具有以下不足之处：

1、位于卧式搅拌罐边缘和内壁附近的物料，难以搅拌均匀；并且桨叶搅拌器和胶粉搅拌器等通常需要在高速转动下才能将物料充分混合，然而由于改性沥青粘度大、流动性较差，使得高速转动搅拌难以实现；且融胀反应过程中持续放热，随着罐内温度的增加，会进一步增大改性沥青的粘度，从而加深对搅拌器转速的影响，最终使物料难以混匀，仍不可避免部分橡胶沥青发生老化、部分橡胶沥青仍未充分融胀的现象。生产的改性沥青中，改性剂多以物理原态存在于改性沥青中，使这类改性沥青外观粗糙变硬流动性不好、易离析、拌和使用“油石比”高，使用户筑路成本增加，不经济。

尤其是随改性剂掺量的提高，改性沥青粘度也将随之提高，在利用该装置生产改性沥青过程中，改性剂的掺量将受到严格限制，使得该装置难以适用于生产目前发展前景看好的、以再生资源废轮胎粉，电子垃圾中回收的酚醛树酯粉等为改性剂的高掺量改性沥青的生产。

2、该装置仍没有从根本上解决换热面积小、反应时间长的问题。

3、该装置仍然没有设置废气回收装置，融胀反应产生的废气直排，污染大气，且其中的气态橡胶沥青未充分回收利用。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的是提供一种混料、受热均匀，换热面积大，成品沥青品质更好的生产改性沥青的装置及利用该装置生产改性沥青的方法。本发明的进一步目的是提供一种能连续化生产改性沥青的装置及利用该装置生产改性沥青的方法。本发明的第三目的是提供一种能够处理废气、降低污染的生产改性沥青的装置及利用该装置生产改性沥青的方法。

为了实现上述发明目的，本发明采用了以下技术方案：

一种生产改性沥青的装置，包括设置有原料进口的混料装置，所述混料装置包括混料泵，所述混料装置与设有换热装置的保温塔连通，所述保温塔设置有混合料进口及出料口，所述混合料进口设置在保温塔的下部，所述出料口设置在保温塔的上部。

其中，保温塔是塔型的、设置有换热装置的罐体，可容置混合料在其内部进行流动换热、保温。

上述生产改性沥青的装置中，设有混料泵的混料装置使得在其中充分搅拌混匀后的基质沥青和改性剂从保温塔底部输入至保温塔内进行融胀反应，可避免从保温塔顶部投料所导致的改性剂容易在保温塔内沥青的液面上方结块的现象。

设有换热装置的保温塔，使混合料由保温塔底部注入后在内部进行热交换及反应，即使混合料在融胀反应过程中粘度增高、流动性降低，也可推动混合料整体向保温塔上方移动，通过整体抬升的方式使大部分混合料流通并充分换热。

同时，由于保温塔的进料口设置于保温塔的下方、出料口设置于上方，避免了从上往下投料时投料过多发生溢出、或投料过少时位于底部的抽料泵将物料抽空的情况。

上述生产改性沥青的装置中，所述混料装置的混料泵为转轴上设置有动圈的混料泵，所述动圈随混料泵的转轴同轴转动，所述动圈的径向外侧设置有定圈，所述定圈将动圈包覆在内，所述动圈与定圈之间设置有间隙；混料装置的原料进口与混料泵的定圈连通，混料泵的定圈与保温塔的混合料进口连通。采用上述结构，混料泵可使基质沥青与改性剂混合并剪切，将混料、剪料工序合并，在剪切的同时即可混料，同时，由于动圈高速旋转，在混料装置的中心区域形成负压真空，可对物料进行自动抽吸，实现物料的自动补充，经混料剪切后的物料在动圈的离心力作用下甩出，在自动抽料的同时实现了自动泵出至保温塔。

同时，区别于现有技术中的混合装置，本装置通过负压抽吸将大量空气吸入混料泵，向混合料中拌入大量的反应所需的氧气，实现液体沥青、固体改性剂及空气三者充分混合，在大量氧气的参与下，使混料装置内的反应更加剧烈；物料在反应时放出的大量反应热可以作为改性沥青混融反应的热源之一，在进一步提高反应的效率的同时可大量节约热能。

进一步的，为了充分利用转轴及动圈的离心作用，使基质沥青与改性剂的混合更加充分、均匀，混料装置的原料进口最好设置在靠近转轴中心处；最优选的，原料进口设置在动圈内环。

进一步的，混料装置的动圈为叶轮，所述叶轮与定圈之间沿径向设置有间隙；采用叶轮作为动圈，可使混料装置具有更好的流动性。

进一步的，所述叶轮与定圈之间沿径向设置的间隙大小为0.5mm～10mm，该间隙在避免混合料颗粒过大、反应不充分的同时，保证混合料能有较好的流动性。

进一步的，所述混料装置的定圈的径向外侧还可设置走料槽，所述走料槽上包括有走料槽出料口和走料槽进料口，所述走料槽进料口与定圈连通，所述走料槽出料口与保温塔的混合料进口连通。定圈外设置走料槽可以使受到离心力甩出的混合料均匀、密实地进入到保温塔中；最优选的，走料槽进料口及走料槽出料口分设在走料槽的径向两端，可以使物料在走料槽内以最长路径绕走料槽半圈，使混料更加均匀。

进一步的，上述生产改性沥青的装置中，混料泵外还设置有泵头导热油夹套，通过泵头导热油夹套对走料槽中的混合料进行加热，提高反应效率，并可补充因改性剂吸热产生的料温损失。

优选的，所述混料泵上设置有料斗，所述料斗的下部与原料进口连通，所述料斗内设置有筛网。采用这样的结构，通过料斗可实现多种改性剂的配料，并且通过料斗供料一次性可装载大量物料，实现自动循环。通过在料斗上设置筛网，可以在物料进入混料泵之前进行筛选，过滤掉难以混料的块状改性剂及杂质。

最优选的，在料斗上部设置有与外部连通的紧急溢流孔，采用这样的结构，通过在料斗上设置紧急溢流孔，可避免因加料过度或物料回流发生事故。

进一步的，上述生产改性沥青的装置中，在混料装置的混料泵与保温塔之间还设置有沥青泵，在为装置提供更大的抽吸力的同时，沥青泵中的涡轮具有自然止逆的特性，可避免液流逆流，并可自然启闭，起到“以泵代阀”的作用；且在止逆、增压的同时，具有节约成本、安全性能好的有益效果。

上述生产改性沥青的装置中，所述保温塔的换热装置为列管式反应器，所述列管式反应器设置于保温塔内混合料进口和出料口之间的区域。在利用该装置生产改性沥青时，混合料在列管式反应器内发生氧化、烃化、重排反应，列管式反应器的换热面积大，混合料受热均匀；同时物料在列管式反应器之间流动时间隙较小、相互推动使得流动性更高，避免了位于换热面处的物料囤积后过度受热而老化。

优选的，所述保温塔包括筒体、设置于筒体顶部的上封头及设置于筒体底部的下封头，所述下封头的内腔呈上大下小的锥形或锥台形。采用上大下小的锥形或内腔的下封头，可使混合沥青中的杂质顺势沉积到下封头底部，同时，通过抽料沥青泵可将保温塔中的物料从下至上加压将泵入上方的列管式反应器中进行换热，同时，通过抽料沥青泵增加保温塔内部物料的流动性。

优选的，上述生产改性沥青的装置中，所述保温塔的下封头下部还连通有抽料沥青泵。增设抽料沥青泵后，可在保温塔停止工作时，通过抽料沥青泵抽尽保温塔内所余沥青，并释放余压；还可控制流量和预防突然停电事故时物料反冲。

优选的，所述保温塔外层设置有保温塔导热油夹套，所述保温塔导热油夹套包括保温塔导热油进口和保温塔导热油出口，保温塔导热油进口和保温塔导热油出口分别与列管式反应器下部和上部连通。采用这样的结构，可使混料装置中保持较高的混料温度，以提高混料效率和质量，同时通过调节导热油的流量带走放热合成反应多余热量，保证反应生成物质量。

优选的，混料泵外设置的泵头导热油夹套包括泵头导热油进口和泵头导热油出口，所述泵头导热油进口和泵头导热油出口分别与保温塔导热油出口、保温塔导热油进口连通。通过将混料泵的泵头导热油夹套与列管式反应器的导热油油路并联，降低了导热油路阻力，升温加热快；通过一个导热油锅炉即可实现生产过程的整体加热，结构简单、成本低、效率高。

最优选的，所述保温塔的保温塔导热油夹套外还设置有真空保温夹套，所述真空保温夹套连通有真空泵。采用这样的结构，真空保温夹套由独立的真空系统维持真空度，用以将保温塔与外部隔热，防止热量扩散时所造成的能量损失。

优选的，所述保温塔上部设置回流口，所述回流口通过回流管路与混料装置的原料进口相连通。采用这样的结构，可以使保温塔内一部分的高温改性沥青按需回流至混料装置中进行二次混料，同时，从温合成塔内回流的混合沥青具有较高的温度，可对混料装置中的物料进行预热，提高混料效率和质量。

进一步的，所述保温塔的出料口上方还设置有抽气口，所述抽气口连通有冷凝器，所述冷凝器的输出端分别与气液分离罐的进气口、混料装置连通，所述气液分离罐的出气口连接有电磁焚烧管。采用这样的结构，废气首先经冷凝器冷凝，未经冷凝的气体可在储存有液体的气液分离罐内通过冒泡法净化，并导出至电磁焚烧管对废气进行高温焚化处理；冷凝物定期由混料装置的原料进口排放至混料装置进一步利用；同时由于液体水封，可有效隔离反应可燃废气，可在实现净化气体、减压降温的同时，避免可燃气体回流进入保温塔内。

一种利用上述生产改性沥青的装置生产改性沥青的方法，包括以下步骤：

(1)、基质沥青和改性剂经原料进口进入到包括混料泵的混料装置中，搅拌，搅拌后的混合料泵入保温塔下部的混合料进口；

(2)、混合料从设置在保温塔的下部的混合料进口进入保温塔内进行融胀反应，并随混合料液面的上升进行流动换热，反应并换热后的混合料从设置在保温塔上部的出料口输出，得到改性沥青产品。

上述生产改性沥青的方法中，步骤(1)中搅拌后的混合料由混料装置的混料泵泵入保温塔下部的混合料进口；当上述生产改性沥青的装置中所述混料泵与保温塔之间还设置有沥青泵时，步骤(1)中搅拌后的混合料由混料装置的混料泵和沥青泵泵入保温塔下部的混合料进口。

采用这样的方法生产改性沥青，先由混料装置混料再泵入保温塔加热融胀，避免了因温度升高造成混合料流动性降低、难以混合均匀，通过将混合料在保温塔内由下至上推动并换热，改善了高粘度混合料难以均匀混合加热的问题，同时有利于增加改性沥青中改性剂的掺量，提高改性沥青的路面性能，节约成本。

优选的，上述生产改性沥青装置中混料装置的混料泵为转轴上设置有动圈的混料泵，所述动圈随混料泵的转轴同轴转动，所述动圈的径向外侧设置有定圈，所述定圈将动圈包覆在内，所述动圈与定圈之间设置有间隙；混料装置的原料进口与混料泵的定圈连通，混料泵的定圈与保温塔的混合料进口连通，上述利用生产改性沥青的方法的具体步骤：

(1)、基质沥青和改性剂经原料进口进入到包括混料泵的混料装置中：在与混料泵的转轴同轴转动的动圈旋转所形成的负压区域的抽吸作用下，基质沥青和改性剂经原料进口进入到设置于动圈的径向外侧、将动圈包覆在内的、与原料进口连通的定圈中，搅拌，并在混料泵动圈与定圈之间的间隙内剪切细化；搅拌、剪切细化后的混合料泵入保温塔下部的混合料进口；

(2)混合料从设置在保温塔的下部的混合料进口进入保温塔内进行融胀反应，并随混合料液面的上升进行流动换热，反应并换热后的混合料从设置在保温塔上部的出料口输出，得到改性沥青产品。

优选的，上述生产改性沥青装置中，所述定圈的径向外侧还设置有走料槽，上述生产改性沥青的方法中，步骤(1)中搅拌、剪切细化后的混合料泵入定圈径向外侧设置的走料槽后，再进入保温塔下部的混合料进口。可使受到离心力甩出的混合料均匀、密实地进入到保温塔中。

优选的，上述生产改性沥青装置中，所述走料槽外还设置有泵头导热油夹套，上述生产改性沥青的方法中，走料槽中的混合料可由该泵头导热油夹套加热，提高反应效率，并可补充因改性剂吸热产生的料温损失。

优选的，上述生产改性沥青装置的保温塔换热器为列管式换热器，所述列管式换热器设置于保温塔内混合料进口和出料口之间，上述利用生产改性沥青的装置生产改性沥青的合成方法中，步骤(2)的具体过程为：混合料在保温塔内的列管式换热器的间隙中进行融胀反应，受压推动在细小的间隙中从列管式换热器的底部流动至列管式换热器的顶部，并在流动过程中持续换热，反应并换热后的混合料从设置在保温塔上部的出料口输出，得到改性沥青产品。

优选的，上述生产改性沥青的装置的保温塔上部还设有回流口，上述生产改性沥青的方法中，可按需将经保温塔换热后的混合料导入至混料泵中进行二次混料；优选的，将经保温塔内完成合成反应的沥青大部份经回流管导入至混料泵中进口，目的是提高混料泵连续物理混料的初始温度，降低物理混料稠度，加快改性剂投入速率，提高设备产能。

优选的，上述生产改性沥青的装置中，所述保温塔的出料口上方还设置有抽气口，所述抽气口连通有冷凝器，所述冷凝器的输出端分别与气液分离罐的进气口、混料装置连通，所述气液分离罐的出气口连接有电磁焚烧管。上述生产改性沥青的方法还包括废气处理步骤：生产改性沥青产生的废气可经抽气口进入冷凝器冷凝，冷凝后的不凝气进入气液分离罐内进行气液分离，导出至电磁焚烧管进行高温焚化处理，冷凝物定期排放至混料装置进一步利用。同时由于液体水封，可有效隔离反应可燃废气，可在实现净化气体、减压降温的同时，避免可燃气体回流进入保温塔内。

优选的，在设置有物料进口的混料泵、设置有废气出口的保温塔、以及废气处理装置上，保温塔外围还设置有空心框架，空心框架内部设置有中空的内腔，空心框架的内腔与保温塔的废气出口连通，空心框架的底部与混料泵的物料进口连通，保温塔及混料泵均与空心框架的外表面固定连接。由于采用了空心框架对生产改性沥青的各必要设备进行固定后，各设备之间不易发生相对移动，从而保障了设备整体结构的稳定性，避免了设备间管路的损坏；由于空心框架内部设置有中空的内腔，内腔与保温塔的废气出口连通后，从保温塔排出的高温、高压废气首先经过空心框架进行冷却，使之体积缩小、压力降低，经冷却后的气体更便于进行尾气处理；空心框架对高温废气进行初步冷却时，其废气中的液态改性沥青粒子经冷却后呈液态，在自重作用下沉积在空心框架底部，并通过混料泵的物料进口回流至混料泵进行重复利用；由空心框架冷凝所产生的液态改性沥青具有一定的温度，回流至混料泵中，可一定程度上增加混料泵中的初始温度，提高混料效率。空心框架上设置有连通至外部的废气进口和回流口，回流口设置在空心框架的底部，空心框架的内腔通过废气进口与保温塔连通，空心框架的内腔底部通过回流口与混料泵连通。采用这样的结构，空心框架的内腔其余部分为密闭的空间，气体在空心框架内部可形成内循环。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：区别于现有技术中由上而下从釜口先投后混的工艺方法，将物料充分混合后再导入至保温塔内进行加热混融，可避免在改性剂逐渐增加时混合料的流动性逐渐降低导致的混料不充分；同时，通过设置有动圈及定圈的混料泵对物料进行混料，由于动圈与定圈之间设置有间隙，混料过程中，位于间隙内的物料在动圈和定圈的相对运动的剪切揉搓下细化，使物料混合更加充分、并提高混合料的流动性，生产的改性沥青质量好，改性沥青中改性剂掺量可大于20％，可充分利用废旧橡胶粉等改性剂，并且在此情况下，各项指标仍能达到相关标准；

混合料由保温塔下部随液面向上推高进行换热，使混合料在粘度大、流动性差的情况下，也能够充分混热，同时大量的合成塔列管间导热油能有效控制合成放热反应产生大量热量，保证反应物品质。

按需将经过保温塔换热后的混合料导回至混料泵内，当混合料品质不佳时导回至混料泵内，同时，回流至混料泵中的高温混合料也可提高混料泵中物料的温度，使物料混合更加充分。大量的合成塔列管间导热油能有效控制合成放热反应产生大量热量，保证反应物品质。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本发明生产改性沥青的装置的结构示意图。

图2是本发明生产改性沥青的装置中混料泵的局部放大示意图。

附图标记：混料泵-1；保温塔-2；排放气处理装置-3；电机-4；联轴器-5；动圈-6；料斗-7；定圈-8；走料槽-9；混合料出口-10；外壳-11；泵头导热油夹套-12；泵头导热油进口-13；泵头导热油出口-14；沥青泵-15；下封头-16；上封头-17；列管式反应器-18；抽料沥青泵-19；混合料进口-20；保温塔导热油进口-21；回流口-22；保温塔导热油出口-23；抽气口-24；出料口-25；回流管路-26；回流控制阀-27；抽料沥青泵-28；真空泵-29；冷凝器-30；气液分离罐-31；电磁焚烧管-32；紧急溢流孔-33；筛网-34。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

如图1和图2所示，本发明生产改性沥青的装置主要包括混料泵1、保温塔2、排放气处理装置3，其中，混料泵1为剪切泵，混料泵1的进料口与料斗7连通，混料泵1的转轴上设置有动圈6，动圈6通过联轴器5与电机4的转子相连，沿混料泵1转轴轴向设置在动圈6两侧的分别是液体沥青原料进口和粉状固体改性剂进口，动圈6径向外侧设置有定圈8，定圈8将动圈6包覆在内，动圈6与定圈8之间设置有间隙，用以容置物料并剪切、细化，定圈8外侧连通有走料槽9，走料槽9呈环形，并包覆在定圈8的外侧，在走料槽9上设置有与沥青泵15的输入端连通的混合料出口10。走料槽9外侧设置有外壳11，外壳11外侧设置有泵头导热油夹套12，泵头导热油夹套12的上、下两端分别设置有泵头导热油进口13和泵头导热油出口14，当动圈6在高速转动时，动圈6的中心形成真空负压，对两侧的物料产生抽吸作用，受到抽吸力进入动圈6的液、固态物料在高速搅动离心作用下被甩向外围的定圈8中，动圈6与定圈8在径向上设置有间隙，物料在动圈6与定圈8的间隙内挤压搓揉剪切混匀后，在离心力的带动下，由混合料出口10经沥青泵15加压后泵入保温塔2中，混合料从设置在保温塔2下部的混合料进口20进入保温塔2，并由下而上推高换热。

优选的，在料斗7上部开设有紧急溢流孔33，避免在加料时溢出。在料斗7的进料口上设置有筛网34，在物料进入料斗7前，将可能影响成品品质的粗渣过滤。

排放气处理装置3用以进行废气处理实现环保排放，排放气处理装置3包括与保温塔2的抽气口24连通的冷凝器30，冷凝器30内设有冷凝管，冷凝器30的输出端分别与料斗7、真空泵29连通，合成反应时产生的废气首先通过冷凝器30初冷，冷凝后一部分废气被冷凝成液态，液态的冷凝物通过管道回流至料斗7内循环利用；同时，未被冷凝的气体被真空泵29抽吸进入气液分离罐31的液面下，通过气液分离罐31中的液体洗去杂质后，从液体中鼓泡溢出，实现气液分离，经气液分离处理后的气体进入电磁焚烧管32进行无害化处理后排出。

保温塔2是改性沥青合成反应获取能量及热量交换控制反应温度的设备，保温塔2包括分别位于其底部和顶部的下封头16和上封头17，保温塔2内位于上封头17和下封头16之间的区域内设置有列管式反应器18，列管式反应器18为列管式换热器，列管式反应器18的底部设有保温塔导热油进口21，保温塔导热油进口21与泵头导热油出口14连通，泵头导热油出口14与混料泵1的泵头导热油夹套12连通，并通过泵头导热油夹套12与泵头导热油进口13连通。保温塔2外还设置有真空保温夹套，真空保温夹套为双层夹套，真空保温夹套与保温塔2相邻的一侧为夹套层，真空保温夹套远离保温塔2的一侧为真空隔热层，真空隔热层内部为真空。保温塔导热油进口21的一端与泵头导热油出口14连通，另一端将导热油导入至夹套层中，保温塔导热油出口23设置在夹套层远离保温塔导热油进口21一侧，导热油从底部进入列管式反应器18，经充分换热以后，再从顶部输出。

优选的，位于保温塔2底部的下封头16内腔呈锥形，当物料上行时，有利于未混融均匀的颗粒沉积，以使进入到列管式反应器18中的物料为混融均匀的液态物料，当锥形下封头16中沉积的废渣较多时，可停产检修，便于残渣清理。下封头16下部还连通有抽料沥青泵28，当装置关闭后，通过抽料沥青泵28可将保温塔2内剩余的混合料抽出排尽，起到排空的作用，避免下次使用时预热时间过长。

优选的，位于保温塔2顶部的上封头17内腔呈球型，球型的上封头17有利于消除应力集中，以提高保温塔2整体的结构强度。

在列管式反应器18上方设置有与混料泵1连通的回流口22，回流口22与混料泵1之间设置有由回流管路26和回流控制阀27组成改性效果与改性剂掺量成正比的控制装置，回流控制阀27安装在回流管路26邻近地面处，有助于地面操作方便；可根据从出料口25流出的混合料的品质观察混料情况，按需调节回流控制阀27的启闭程度使一定比例的混合料回流至混料泵1中进行二次换热。通过回流管路26高温回流的物料，可提高进入混料泵1中的基质沥青的初始温度，并可借助回流物料中的改性剂成份，提高基质沥青的老化点，使其在≥170℃的回流过程中保持不老化。

位于回流口22上方的保温塔2上设置有出料口25，出料口25与外部连通，将混融反应均匀后的成品合成沥青输出。在位于出料口25上方的保温塔2上设置有抽气口24，优选的，抽气口24底部与出料口25在竖直方向上设置有高度差，以防止抽气口24倒吸。

在保温塔2下部还连通有抽料沥青泵28，当保温塔2停止工作时，抽料沥青泵28需抽尽保温塔2内所余沥青，并释放余压。

本发明列举的实施例中生产改性沥青的原料包括基质沥青和改性剂，其中基质沥青为70#基质沥青，改性剂为橡胶粉改性剂。所述橡胶粉改性剂由废旧轮胎粉和己二醇组成，其中废旧轮胎粉与己二醇的质量比为95∶5。本发明的生产改性沥青的装置也可适用于其他基质沥青和改性沥青。

实施例1

本实施例列举的生产改性沥青的装置包括设置有原料进口的混料装置，混料装置包括混料泵，该混料装置与保温塔2连通，混料装置与保温塔2之间设置有沥青泵15，保温塔2设置有混合料进口20及出料口25，其中混合料进口20设置在保温塔2的下部，出料口25设置在保温塔2的上部，保温塔2内位于混合料进口20和出料口25之间的区域中设置有列管式反应器18，其中，列管式反应器18为列管式换热器。

利用本实施例生产改性沥青的装置生产改性沥青的方法包括以下步骤：

(1)、将基质沥青和改性剂按4∶1的质量比例经原料进口进入到包括混料泵的混料装置中，搅拌，搅拌后的混合料由混料泵和沥青泵15泵入保温塔下部的混合料进口20；

(2)、混合料从混合料进口20进入保温塔2内的列管式反应器18内，在190-210℃下进行氧化、烃化、重排反应，并随混合料液面的上升进行流动换热，维持反应器内温度，反应并换热后的混合料从设置在保温塔上部的出料口25输出，得到改性沥青产品。

利用本实施例列举的装置生产改性沥青，物料搅拌均匀度高，无改性剂结块现象；通过沥青泵提高混合料泵入保温塔内的压力，使混合料能更加顺利地由下至上推动并换热，改善了高粘度混合料难以均匀混合加热的问题，同时有利于增加改性沥青中改性剂的掺量，提高改性沥青的路面性能，节约成本。由于空气与基质沥青、改性剂充分接触，反应剧烈，可充分利用反应热，节约热能；可实现生产的连续化，生产效率高，从原料进入混合装置至由保温塔出料口得到改性沥青产品，大约需要2min左右；生产的改性沥青中，改性剂的掺量高，可有效利用废旧橡胶粉，生产的改性沥青性能好，5℃延伸度为13cm，25℃针入度为68，软化点为85℃，符合相关的国家标准。

实施例2

本实施例生产改性沥青的装置包括设置有原料进口的混料装置，混料装置包括转轴上设置有动圈6的混料泵1，混料泵1的转轴通过联轴器5与电机4转动头相连实现转动，动圈6通过与混料泵1的转轴采用键连接的方式实现同轴转动，动圈6的径向外侧设置有定圈8，当混料泵1的转轴转动时，定圈8不随之转动，并与同轴转动的动圈6实现相对转动，定圈8将动圈6包覆在内，动圈6为叶轮，动圈6与定圈8之间设置有间隙，间隙的大小为5mm，原料进口与定圈8内部连通，沥青和改性剂通过原料进口输入至定圈8内部后，由动圈6搅拌混料，物料在动圈6高速旋转产生的离心力的作用下沿动圈的径向向外甩出，并在动圈6与定圈8的间隙内实现揉搓、碾磨，将物料充分混合并进一步细密化；同时，原料进口设置在靠近转轴中心处的定圈8上，并连通至动圈6的内环，高速旋转的动圈6在动圈6的内环形成真空区域，可不断从原料进口抽取补充新的物料。

混料装置通过定圈8上的混合料出口10与保温塔2上的混合料进口20连通，混料装置与保温塔2之间设置有沥青泵15，通过沥青泵15将混料装置中混合后的物料加压输入至保温塔2中，保温塔2设置有混合料进口20及出料口25，其中混合料进口20设置在保温塔2的下部，出料口25设置在保温塔2的上部，保温塔2内位于混合料进口20和出料口25之间的区域中设置有列管式换热器18。

利用本实施例生产改性沥青的装置生产改性沥青的方法包括以下步骤：

(1)、基质沥青和改性剂按3∶2的质量比例经原料进口进入到包括混料泵的混料装置中：在与混料泵的转轴同轴转动的动圈旋转所形成的负压区域的抽吸作用下，基质沥青和改性剂经原料进口进入到设置于动圈的径向外侧、将动圈包覆在内的、与原料进口连通的定圈中，搅拌，并在混料泵动圈与定圈之间的间隙内剪切细化；搅拌、剪切细化1min后的混合料泵入保温塔下部的混合料进口；

(2)混合料从设置在保温塔的下部的混合料进口进入保温塔内，在180℃～200℃的条件下进行融胀反应，并随混合料液面的上升进行流动换热，反应并换热1min后的混合料从设置在保温塔上部的出料口输出，得到改性沥青产品。

利用本实施例列举的装置生产改性沥青，由于动圈与定圈之间采用离心、剪切的方式进行混料、细化，物料搅拌均匀度高，无改性剂结块现象，使得改性剂的掺量可达40％，；由于空气与基质沥青、改性剂充分接触，反应剧烈，可充分利用反应热，节约热能；可实现生产的连续化，生产效率高，从原料进入混合装置至由保温塔出料口得到改性沥青产品，大约需要2min左右；生产的改性沥青中，改性剂的掺量高，可有效利用废旧橡胶粉，生产的改性沥青性能好；生产的改性沥青性能好，5℃延伸度为15cm，25℃针入度为72，软化点为88℃，符合相关的国家标准。

实施例3

本实施例生产改性沥青的装置包括设置有原料进口的混料装置，混料装置与保温塔2连通，混料装置与保温塔2之间设置有沥青泵15，通过沥青泵15将混料装置中混合后的物料加压输入至保温塔2中，保温塔2包括双层真空壳体及分别连接于双层真空壳体上、下端的上封头17和下封头16，保温塔2设置有混合料进口20及出料口25，混合料进口20设置在保温塔2的下封头16上，出料口25设置在保温塔2的上封头17上，下封头16的内腔呈上大下小的锥形，保温塔2内位于混合料进口20和出料口25之间的区域中设置有列管式反应器18。

利用本实施例生产改性沥青的装置生产改性沥的方法同实施例1。本实施例生产的改性沥青性能好，生产的改性沥青中，改性剂的掺量高，可有效利用废旧橡胶粉，生产的改性沥青性能好，5℃延伸度为14cm，25℃针入度为67，软化点为84℃，符合相关的国家标准。当装置停止生产时，保温塔内的物料可顺势下沉至下封头16的底部，由下封头16下部连通的抽料沥青泵28将物料抽出，防止物料在保温塔2内沉积变质，不利于保温塔2内部的清洁和使用。

实施例4

本实施例生产改性沥青的装置中的混料装置包括转轴上设置有动圈6的混料泵1，混料泵1的转轴通过联轴器5与电机4转动头相连实现转动，动圈6通过与混料泵1的转轴采用键连接的方式实现同轴转动，动圈6的径向外侧设置有定圈8，当混料泵1的转轴转动时，定圈8不随之转动，并与同轴转动的动圈6实现相对转动，定圈8将动圈6包覆在内，动圈6与定圈8之间设置有间隙，原料进口与定圈8连通。

在混料泵1上设置有料斗7，料斗7的下部与原料进口连通，原料进口与定圈8连通，沥青及改性剂通过料斗7输送到原料进口中，在料斗7内设置有筛网34，筛网34用于过滤沥青或经过混融回流后的混合物，料斗7上部设置有与外部连通的紧急溢流孔33，避免料斗7因加料过多而溢出。

定圈8的径向外侧设置有走料槽9，走料槽9上设置有走料槽9出料口和走料槽9进料口，所述走料槽9进料口与定圈8连通，通过定圈8与动圈6搅拌揉搓后进的混合料通过走料槽9进料口进入走料槽9内，走料槽9上位于过走料槽9进料口的远端设置有走料槽9出料口，即走料槽9进料口及走料槽9出料口分设在走料槽9的径向两端。物料在进入走料槽9后，环绕走料槽9半圈使物料混合混合更加均匀后再排出，混料装置通过走料槽9上的混合料出口10与保温塔2上的混合料进口20连通。

本实施例生产改性沥青装置的其余结构参见实施例2。

利用本实施例的装置生产改性沥青的方法同实施例2，其中步骤(1)中搅拌、剪切细化后的混合料泵入定圈8径向外侧设置的走料槽9后，再进入保温塔2下部的混合料进口20。可使受到离心力甩出的混合料更均匀、密实地进入到保温塔2中。本实施例生产的改性沥青性能好，5℃延伸度为16cm，25℃针入度为73，软化点为86℃，符合相关的国家标准。

实施例5

本实施例生产改性沥青的装置中，保温塔2出料口25的上方还设置有抽气口24，抽气口24连通有冷凝器30，抽气口24与冷凝器30的进气口相连，冷凝器30的输出端分别与气液分离罐31的进气口、混料装置连通，气液分离罐31的出气口连接有电磁焚烧管32，气液分离罐31内装有用以净化废气的液体。

本实施例生产改性沥青装置的其余结构参见实施例2。

本实施例生产改性沥青的方法除了实施例2所包括的步骤外，还包括废气处理步骤：生产改性沥青产生的废气经抽气口进入冷凝器冷凝，冷凝后的不凝气进入气液分离罐内进行气液分离，导出至电磁焚烧管进行高温焚化处理，冷凝物定期排放至混料装置进一步利用。

实施例6

本实施例生产改性沥青的装置中设置有保温塔导热油夹套和泵头导热油夹套，列管式反应器18下部和上部分别连通有保温塔导热油进口21和保温塔导热油出口23，混料装置外层设置有泵头导热油夹套12，泵头导热油夹套12上设置有泵头导热油进口13和泵头导热油出口14，为了使导热油充分流经泵头导热油夹套12，泵头导热油出口14位于泵头导热油进口13远端，泵头导热油进口和泵头导热油出口14与保温塔导热油进出口并联，使列管式反应器18与泵头导热油夹套12同步换热。

本实施例生产改性沥青装置的其余结构参见实施例2。

本实施例生产改性沥青的方法同实施例2，其中，列管式反应器18中的物料未达到反应初始温度时，由保温塔导热油夹套提供热能，当温度过高时，即温度＞200℃时，导热油带走多余热量，恒定反应温度。由保温塔导热油夹套中的导热油提供，泵头导热油夹套12向混料装置内腔加热，使混料装置中的物料保持较高的混料温度，进一步提高混料质量。本实施例生产的改性沥青性能好，5℃延伸度为18cm，25℃针入度为77，软化点为86℃，符合相关的国家标准。

实施例7

本实施例生产改性沥青的装置中，保温塔2上部设置回流口22，回流口22与混料装置的物料进口之间设置有回流管路26，所述回流口22与混料装置通过回流管路26连通，在回流管路26上还设置有回流控制阀27。

本实施例生产改性沥青装置的其余结构参见实施例2。

本实施例生产改性沥青的方法同实施例2，其中，当出料口25输出的合成沥青未反应充分品质较差时，可通过调节回流控制阀27的启闭程度，开启回流口22，将合成沥青通过回流管路26回输至混料装置中，与新原料进行二次搅拌混料再经列管式反应器再反应，循环往复器再反应，循环往复直至合格，更有利于保障产品的质量。本实施例生产的改性沥青性能好，5℃延伸度为18cm，25℃针入度为78，软化点为86℃，符合相关的国家标准。

对比例

下面通过对比例进一步说明利用本实施例列举的装置和方法生产的改性沥青的性能指标与常规橡胶沥青的性能指标的参数对比，来进一步说明本发明生产的改性沥青的效果。

本对比例中所用原料包括原料包括基质沥青和改性剂，其中基质沥青为70#基质沥青，改性剂为橡胶粉改性剂。所述橡胶粉改性剂由废旧轮胎粉和己二醇组成，其中废旧轮胎粉与己二醇的质量比为95∶5。

本对比试验中，常规橡胶沥青中橡胶粉比例为17％、18％、19％，其制备方法为在实验室内生产，连续搅拌一个小时，搅拌温度为180～195℃，其平均性能指标参数如表1所示：

表1、常规橡胶沥青的平均性能指标参数

试验项目	测试结果	试验方法
			针入度(25℃、100g、5s)(0.1mm)	67	JTJ T0604-2000
延度(5cm/min，15℃)(cm)	＞100	JTJ T0605-1993
			软化点(环球法)(℃)	47	JTJ T0606-2000
闪点(℃)	240	JTJ T0611-1993
			蜡含量(蒸馏法)(％)	1.5	JTJ T0615-2000
60℃动力粘度Pa.s	236	JTJ T0620-2000

本对比例生产的改性沥青中，其改性剂掺量为40％，在混料泵中动圈与定圈间的间隙内剪切1min后，再输入到180℃～200℃的保温塔内换热1min，其性能参数指标如表2所示：

表2、试验例改性沥青的性能指标参数

为了更好比较本发明和常规橡胶沥青的各项性能指标，将制备好的本发明的改性沥青和常规橡胶沥青同时放进180℃的烘箱保温，分别测试5H、12H、24H、36H、48H、72H、144H、180H时间下的针入度、软化点、185℃布氏旋转粘度、弹性恢复等相关指标，实验结果见表3至表5所示：

表3：本发明改性沥青与常规橡胶沥青针入度(0.1mm)随时间的变化表

表4：本发明改性沥青与常规橡胶沥青185℃布氏旋转粘度(Pa.s)随时间的变化表

表5：本发明改性沥青与常规橡胶沥青弹性恢复(％)随时间的变化表

另对三种掺量的常规橡胶沥青(17％、18％、19％的30目常规橡胶粉)和本发明橡胶沥青(40％的30目活化橡胶粉)，共四种橡胶沥青，四种橡胶沥青加工后直接测试针入度、软化点、延度、闪点、蜡含量、弹性恢复和粘度指标，测试结果见表6：

表6：与三种常规橡胶沥青的性能对比表

由上述对比试验结果可以看出，本发明的改性沥青性能优于常规橡胶沥青。特别是在高温存储过程中，其软化点、粘度、弹性回复等指标不存在常规橡胶沥青的大幅度衰变现象，可以长期储存。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明的生产改性沥青的装置可与各种适用于沥青合成的改性剂配合，生产改性沥青。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (20)

1.一种生产改性沥青的装置，包括设置有原料进口的混料装置，所述混料装置包括混料泵，所述混料装置与设有换热装置的保温塔连通，所述保温塔设置有混合料进口及出料口，其特征在于：所述混合料进口设置在保温塔的下部，所述出料口设置在保温塔的上部。

2.根据权利要求1所述的生产改性沥青的装置，其特征在于：所述混料泵的转轴上设置有动圈，所述动圈随混料泵的转轴同轴转动，所述动圈的径向外侧设置有定圈，所述定圈将动圈包覆在内，所述原料进口与定圈连通，所述定圈与保温塔的混合料进口连通，所述动圈与定圈之间设置有间隙。

3.根据权利要求2所述的生产改性沥青的装置，其特征在于：所述原料进口设置在靠近转轴中心处的定圈上。

4.根据权利要求2所述的生产改性沥青的装置，其特征在于：所述原料进口连通至动圈内环。

5.根据权利要求4所述的生产改性沥青的装置，其特征在于：所述动圈为叶轮，所述叶轮与定圈之间沿径向的间隙大小为0.5mm～10mm。

6.根据权利要求2所述的生产改性沥青的装置，其特征在于：所述定圈的径向外侧还设置有走料槽，所述走料槽包括走料槽出料口和走料槽进料口，所述走料槽进料口与定圈连通，所述走料槽出料口与保温塔的混合料进口连通。

7.根据权利要求6所述的生产改性沥青的装置，其特征在于：走料槽进料口及走料槽出料口分设在走料槽的径向两端。

8.根据权利要求6所述的生产改性沥青的装置，其特征在于：所述走料槽外还设置有泵头导热油夹套。

9.根据权利要求8所述的生产改性沥青的装置，其特征在于：所述混料泵上设置有料斗，所述料斗的下部与原料进口连通，所述料斗内设置有筛网。

10.根据权利要求1至9中任一权利要求所述的生产改性沥青的装置，其特征在于：所述混料泵与保温塔之间还设置有沥青泵。

11.根据权利要求10所述的合成沥青的装置，其特征在于：所述保温塔的换热装置为列管式反应器，所述列管式反应器设置于保温塔内混合料进口和出料口之间的区域。

12.根据权利要求11所述的合成沥青的装置，其特征在于：所述保温塔包括筒体、设置于筒体顶部的上封头及设置于筒体底部的下封头，所述下封头的内腔呈上大下小的锥形或锥台形。

13.根据权利要求12所述的合成沥青的装置，其特征在于：所述保温塔的下封头下部还连通有抽料沥青泵。

14.根据权利要求11所述的合成沥青的装置，其特征在于：所述保温塔外层设置有保温塔导热油夹套，所述保温塔导热油夹套包括保温塔导热油进口和保温塔导热油出口，保温塔导热油进口和保温塔导热油出口分别与列管式反应器下部和上部连通。

15.根据权利要求14所述的合成沥青的装置，其特征在于：混料泵外设置的泵头导热油夹套包括泵头导热油进口和泵头导热油出口，所述泵头导热油进口和泵头导热油出口分别与保温塔导热油出口、保温塔导热油进口连通。

16.根据权利要求14所述的合成沥青的装置，其特征在于：所述保温塔的保温塔导热油夹套外还设置有真空保温夹套，所述真空保温夹套连通有真空泵。

17.根据权利要求11所述的合成沥青的装置，其特征在于：所述保温塔上部设置回流口，所述回流口通过回流管路与混料装置的原料进口相连通。

18.根据权利要求11所述的合成沥青的装置，其特征在于：所述保温塔的出料口上方还设置有抽气口，所述抽气口连通有冷凝器，所述冷凝器的输出端与气液分离罐的进气口连通，所述气液分离罐的出气口连接有电磁焚烧管。

19.一种利用权利要求1所述的生产改性沥青的装置生产改性沥青的方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)、基质沥青和改性剂经原料进口进入到包括混料泵的混料装置中，搅拌，搅拌后的混合料泵入保温塔下部的混合料进口；

(2)、混合料从设置在保温塔的下部的混合料进口进入保温塔内进行融胀反应，并随混合料液面的上升进行流动换热，反应并换热后的混合料从设置在保温塔上部的出料口输出，得到改性沥青产品。

20.一种利用权利要求2-9任意一项所述的生产改性沥青的装置生产改性沥青的方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)、基质沥青和改性剂经原料进口进入到包括混料泵的混料装置中：在与混料泵的转轴同轴转动的动圈旋转所形成的负压区域的抽吸作用下，基质沥青和改性剂经原料进口进入到设置于动圈的径向外侧、将动圈包覆在内的、与原料进口连通的定圈中，搅拌，并在混料泵动圈与定圈之间的间隙内剪切细化；搅拌、剪切细化后的混合料泵入保温塔下部的混合料进口；

(2)混合料从设置在保温塔的下部的混合料进口进入保温塔内进行融胀反应，并随混合料液面的上升进行流动换热，反应并换热后的混合料从设置在保温塔上部的出料口输出，得到改性沥青产品。

Images