CN216073686U - 一种调制高软化点沥青的空气氧化装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于沥青氧化技术领域，具体涉及一种调制高软化点沥青的空气氧化装置；采用的技术方案为：其呈弓卧式结构，氧化装置包括一个带有夹套的反应器和多孔金属板，多孔金属板设置于反应器内部的上方，多孔金属板的下端设置有若干上导流板，反应器内设置有多个下导流板，下导流板与上导流板交替平行排布；反应器的两端分别设置有沥青沥青进料口和沥青沥青出料口，反应器靠近沥青进料口的一端设置有导热油进口和空气入口，导热油进口设置于沥青进料口的上方，空气入口设置于沥青进料口的下方，反应器靠近沥青出料口一端的底部设置有导热油出口；反应器顶部设置有尾气出口；本实用新型能够制得软化点为240‑290^oC、QI低于18%的高软化点沥青，并且其分子量分布较窄。

Description

一种调制高软化点沥青的空气氧化装置

技术领域

本实用新型属于沥青氧化技术领域，具体涉及一种调制高软化点沥青的空气氧化装置。

背景技术

新材料是当今国家重大发展战略之一，其中沥青基炭纤维和沥青基球形活性炭又是碳材料领域发展的又一新兴产业。沥青基炭纤维，是以纺丝沥青（高软化点沥青的一种，软化点为240-290^oC）为原料，经纺丝、氧化、炭化而制得的一种军民两用新型碳材料，其在军工、汽车、风力、氢能、桥梁建筑等领域具有广阔的应用前景。沥青基球形活性炭，是高软化点沥青（软化点为240-290^oC）为原料，经成球、萃取、氧化不熔化、炭化、活化而制得，其独特的球形结构、高比表面积、高微孔孔容、高电导率及高强度等特点使其具有装填密度高、吸附选择性好、生物相容性好、可采用电解吸等优异特性，因而在军工、医药、电子、汽车、家居、污水处理、废气处理等领域具有广泛的应用。

高软化点沥青，是以乙烯渣油、煤焦油或中温煤沥青为原料，通过空气氧化而制得。由于乙烯渣油、煤焦油或中温煤沥青中存在大量的不饱和烃、不饱合芳香族化合物和少量容易燃烧的轻组分（如苯乙烯、甲烷、萘、丙烯等），其在空气氧化过程中反应速度极快，进而容易造成结焦反应，因此调制高软化点沥青的反应设备是制约该材料能否实现连续化生产的关键。其次，沥青基炭纤维和沥青基球形活性炭对高软化点沥青原料的要求也极为苛刻，不仅要求高软化点沥青原料的软化点较高（240-290^oC），而且要求其具有较低的喹啉不溶物（QI）含量（<18%）和较窄的分子量分布。

虽然以乙烯渣油、煤焦油或中温煤沥青为原料，采用搅拌釜式反应器也能在一定条件下制得软化点为240-290^oC的高软化点沥青，但所制高软化点沥青的QI一般都在25%以上，并不能用作生产沥青基炭纤维或沥青基球形活性炭的原料。具体原因在于：1）在空气氧化过程中，沥青在釜式反应器内部与搅拌轴垂直方向上存在较宽的热场分布，导致所制高软化点沥青的分子量分布较宽；2）为了减小热场分布对高软化点沥青性质的影响，只能将反应温度提高至320^oC以上，这又导致所制高软化点沥青的QI含量较高；3）乙烯渣油、煤焦油或中温煤沥青与空气的氧化反应属于放热反应，不仅存在局部过热（甚至暴聚）现象，而且会造成反应釜内部平行于搅拌轴的方向也存在温度场分布。

为了解决上述釜式反应器在调制高软化点沥青时所存在的难题，有研究者提出采用三级式加热方法进行氧化，即采用导热油加热，在反应釜的上、中、下三个部位的夹套中设计成三个独立的导热油加热和循环系统。该方法通过控制不同部位的温度可以适当减小因反应热而造成的不利影响，但加热系统及导热油辅助循环系统的增加，无疑会大幅提高生产过程中的能耗。华东理工大学发明了“一种制备高软化点煤沥青的空气氧化装置(ZL201921805602.9)”。所述工卧式反应器的核心在于将釜式反应器由立式结构改为卧式结构，然后采用多套搅拌器进行搅拌。虽然该装置在一定程度上能够提高沥青在反应器内的混合效果，但并不能从根本上解决高软化点沥青的窄分子量分布和低QI的难题。

实用新型内容

本实用新型克服了现有技术存在的不足，提供了一种调制高软化点沥青的空气氧化装置。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种调制高软化点沥青的空气氧化装置，以改善高软化点沥青在氧化过程中存在的高QI和分子量分布宽的难题。该空气氧化装置，不仅能有效降低高软化点沥青的QI含量、缩窄分子量分布，而且反应器的结构充分规避了反应热、温度场、气体分布等因素对产品品质的均一性及稳定性的影响；其呈弓卧式结构，所述氧化装置包括一个带有夹套的反应器和多孔金属板，所述多孔金属板设置于反应器内部的上方，所述多孔金属板的下端设置有若干上导流板，所述反应器内设置有多个下导流板，所述下导流板与上导流板交替平行排布；

所述反应器的两端分别设置有沥青沥青进料口和沥青沥青出料口，所述反应器靠近沥青进料口的一端设置有导热油进口和空气入口，所述导热油进口设置于沥青进料口的上方，所述空气入口设置于沥青进料口的下方，所述反应器靠近沥青出料口一端的底部设置有导热油出口；所述反应器顶部设置有尾气出口。

所述反应器内的底端设置有气体分布器，所述气体分布器上均匀排布有若干进气口，所述进气口的孔径相同。

相邻的上导流板和下导流板之间的间距为3-50mm。

所述尾气出口设置有多个，多个所述尾气出口等间距设置。

所述反应器的底部设置有液位传感器。

所述反应器包括内层和外层，所述内层和外层之间通过若干支撑件连接。

本实用新型与现有技术相比具有的有益效果是：

1、本实用新型采用交替平行排布的上导流板和下导流板，并限定相邻的上导流板和下导流板之间的间距，沥青在狭小空间内进行空气氧化反应，进而能够制得软化点为240-290^oC、QI低于18%的高软化点沥青，使高软化点沥青的分子量分布较窄，其中甲苯可溶物含量可降至5%以内。

2、本实用新型采用负压操作，尾气及时地从多个尾气口排出，同时设置导流板、气体分布器和液位传感器，目的是为，所制的高软化点煤沥青性质具有很好的均一性和稳定性。

附图说明

下面结合附图对本实用新型做进一步的说明。

图1为本实用新型空气氧化装置的结构示意图。

其中，A：反应器的内层；B：反应器的外层；a1：沥青沥青进料口，a2：沥青沥青出料口；b：空气入口；c1、c2、c3：尾气出口；d：液位传感器；e1-14: 反应器内外层之间的支撑件；f1：导热油进口，f2：导热油出口；g：多孔金属板；h：下部导流板；i：上部导流板；j：气体分布器。

图2为本实用新型多孔金属板和上导流板的结构示意图。其中，A：反应器的内层；g：多孔金属板；i：上部导流板。

图3为本实用新型下导流板的结构示意图。其中，A：反应器的内层；h：下部导流板。

图4为本实用新型进料系统和尾气进出口的结构示意图。其中，A：反应器的内层；B：反应器的外层；a1：沥青沥青进料口，a2：沥青沥青出料口；f1：导热油进口，f2：导热油出口；b：空气入口；c1、c2、c3：尾气出口。

图5为本实用新型气体分布器的结构示意图。其中，A：反应器的内层；j：气体分布器。

图6为本实用新型液位传感器的结构示意图。其中，A：反应器的内层；B：反应器的外层；d：液位传感器。

图7为本实用新型支撑件的结构示意图。其中，A：反应器的内层；B：反应器的外层；e1-14: 反应器内层与外层之间的支撑件。

具体实施方式

如图所示，一种调制高软化点沥青的空气氧化装置，呈弓卧式结构，所述氧化装置包括一个带有夹套的反应器和多孔金属板g，所述多孔金属板g设置于反应器内部的上方，所述多孔金属板g的下端设置有若干上导流板i，所述反应器内设置有多个下导流板h，所述下导流板h与上导流板i交替平行排布；采用交替平行排布的上导流板i和下导流板h，并限定相邻的上导流板i和下导流板h之间的间距，沥青在狭小空间内进行空气氧化反应，进而能够制得软化点为240-290^oC、QI低于18%的高软化点沥青，使高软化点沥青的分子量分布较窄，其中甲苯可溶物含量可降至5%以内；

所述反应器的两端分别设置有沥青沥青进料口a1和沥青沥青出料口a2，所述反应器靠近沥青进料口a1的一端设置有导热油进口a1和空气入口b，所述导热油进口f1设置于沥青进料口a1的上方，所述空气入口b设置于沥青进料口a1的下方，所述反应器靠近沥青出料口a2一端的底部设置有导热油出口f2；所述反应器顶部设置有尾气出口；采用负压操作，尾气及时地从多个尾气口排出，同时设置导流板、气体分布器和液位传感器，目的是为，所制的高软化点煤沥青性质具有很好的均一性和稳定性。

优选的，所述反应器内的底端设置有气体分布器j，所述气体分布器j上均匀排布有若干进气口，所述进气口的孔径相同。

优选的，相邻的上导流板i和下导流板h之间的间距为3-50mm。

优选的，所述尾气出口c1、c2、c3设置有多个，所述尾气出口距离多孔金属板g的距离为反应器内层A直径的1/10至1/6，多个所述尾气出口等间距设置。

优选的，所述反应器的底部设置有液位传感器d，所述液位传感器d用于保证反应器内部的沥青停留在一定的液位上，进而保证所制高软化点沥青品质的稳定性。

优选的，所述反应器包括内层A和外层B，所述内层A和外层B之间通过若干支撑件e1-e14连接。

本实用新型的操作过程如下：

1、将乙烯渣油（或煤焦油，或中温煤沥青）加热至200-250^oC进行液化处理；

2、通过外置导热油加热系统将导热油加热至300-340^oC，将加热后的导热油由f1注入到反应器的夹套内（反应器的内层），从f2流入到导热油加热循环系统，并通过f1、f2实现导热油在夹套内的循环；

3、通过齿轮泵将液化的原料从沥青沥青进料口a1加入，由沥青沥青出料口a2流出；

4、打开空气入口b的阀门，让空气从空气入口b进入反应器内；

5、开启真空系统，让尾气从尾气出口c1、c2和c3流出；

6、通过液位传感器d检测反应器内部沥青的液位；

7、从沥青沥青出料口a2流出的沥青即为高软化点沥青。

上述实施方式仅示例性说明本实用新型的原理及其效果，而非用于限制本实用新型。对于熟悉此技术的人皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改进。因此，凡举所述技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (6)

1.一种调制高软化点沥青的空气氧化装置，呈弓卧式结构，其特征在于，所述氧化装置包括一个带有夹套的反应器和多孔金属板，所述多孔金属板设置于反应器内部的上方，所述多孔金属板的下端设置有若干上导流板，所述反应器内设置有多个下导流板，所述下导流板与上导流板交替平行排布；

所述反应器的两端分别设置有沥青沥青进料口和沥青沥青出料口，所述反应器靠近沥青进料口的一端设置有导热油进口和空气入口，所述导热油进口设置于沥青进料口的上方，所述空气入口设置于沥青进料口的下方，所述反应器靠近沥青出料口一端的底部设置有导热油出口；所述反应器顶部设置有尾气出口。

2.根据权利要求1所述的一种调制高软化点沥青的空气氧化装置，其特征在于，所述反应器内的底端设置有气体分布器，所述气体分布器上均匀排布有若干进气口，所述进气口的孔径相同。

3.根据权利要求1或2所述的一种调制高软化点沥青的空气氧化装置，其特征在于，相邻的上导流板和下导流板之间的间距为3-50mm。

4.根据权利要求1所述的一种调制高软化点沥青的空气氧化装置，其特征在于，所述尾气出口设置有多个，多个所述尾气出口等间距设置。

5.根据权利要求1所述的一种调制高软化点沥青的空气氧化装置，其特征在于，所述反应器的底部设置有液位传感器。

6.根据权利要求1或3所述的一种调制高软化点沥青的空气氧化装置，其特征在于，所述反应器包括内层和外层，所述内层和外层之间通过若干支撑件连接。

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