TW201343891A - 一種連續瀝青製作方法及其設備 - Google Patents

Abstract

本發明是一種連續瀝青製作方法及其設備，係將固態瀝青加熱轉化成液態瀝青，再透過供料單元將液態瀝青，連續傳送至反應單元中，於反應單元一側設置不同間格距離之取樣口，以進行量測瀝青性質是否達到產品規格需求，並提供一回饋訊號至供料單元，調整供料單元之螺桿轉速與流量控制元件，調節供料單元液態瀝青進入反應單元的流量，達成連續製程製作瀝青。

Description

一種連續瀝青製作方法及其設備

本發明是一種連續瀝青製作方法及其設備，特別是指一種以固態瀝青連續送料產出產品的瀝青製作方法。

瀝青具有資源豐富、價格低廉、含碳量高、易石墨化等優點，而且瀝青液體是一種非極性的有機混合物，與碳質物質有較強的黏結力，所以常用來作為碳材料用基體前驅體，成為各種碳材料生產中最重要、最基本的原料之一。

為提高瀝青的利用性，許多研究者對石油與煤焦瀝青的改質進行了深入的研究，其目的主要有二：一是調整瀝青的軟化點與液態時的黏度，以提高熔融瀝青的流動性；二是提高碳化後的碳產率。改質的方法分為物理法改質和化學法改質兩大類。

瀝青改質方法中最常使用氧化法、熱縮聚法與回配法，氧化法為瀝青在一定的條件下，通入空氣使瀝青氧化，可以獲得不僅具有最大碳產率，並具有較好流變性能的改質瀝青。

熱縮聚法的原理是使瀝青在聚合反應釜中，在一定的溫度和壓力下進行一定時間的聚合反應，以獲得不同性能指標的改質瀝青。這種方法對瀝青改質幅度大，操作簡單，但處理時間很長，並且獲得的改質瀝青碳產率較低(約50%)。常用的熱聚合方法有常壓熱縮聚和加壓熱縮聚。加壓熱縮聚使反應體系中的低分子量組分保留下來，可維持反應體系較低的黏度和良好的流動性，使改質瀝青的性能優於常壓熱縮聚。

回配法是通過減壓蒸餾、溶劑分離和超臨界抽提等方法將石油或煤焦瀝青的成分進行分離，根據需要對石油或煤焦瀝青的結構性能進行調整，優化其組成，以獲取最大的碳產率和合適的軟化點及流動性能。

瀝青在熱處理過程特徵可分為三個階段，第一階段(溫度低於200℃)，瀝青首先熔融脫水，本身含有的低分子量成分少量逸出，並伴隨少量的熱分解反應，使熱重損失緩慢。第二階段(溫度260~500℃)熱裂解與熱縮聚反應兩者同時急遽發生，造成揮發物大量排出，在340~400℃會產生最大熱重損失，在260~360℃之間，熱裂解反應速率隨著溫度的升高而增大，而在360~500℃之間，熱裂解反應隨著溫度的升高而下降，使瀝青環芳香烴分子直徑逐漸增大。第三階段(溫度高於500℃)，瀝青碳化逐漸形成半焦碳結構，熱裂解與熱縮聚反應兩者才逐漸趨於停止，只有少量殘留的物質會緩慢地揮發。

在不同升溫速率下，快速升溫使得許多瀝青低分子成分來不及熱聚縮而分解揮發逸出，然而來不及逸出揮發的低分子成分，則是延遲到高溫區分解揮發逸出，而導致瀝青軟化點溫度朝向高溫區域移動。且升溫速率加快導致瀝青熱熱裂解逸出成分增加，總失重率隨著升溫速率的加快而增大，不利瀝青碳產率提高，而快速升溫也使瀝青軟化點溫度朝向高溫區域移動。

然而瀝青熱處理過程本身也是一種脫氫反應，通常熱處理後的瀝青軟化點高達350℃以上，相對地造成瀝青後端加工成型溫度勢必更高。因此調整瀝青軟化點與其適當的黏度，儘可能呈現非觸變流動的瀝青原料，如何有效地抑制或降低熱處理後中高分子量成分，使得瀝青軟化點達到適當的範圍，將是成為高品質的瀝青關鍵條件之一。如何在製程中提高瀝青產率，將影響到整體成本費用，若能提高整體製程產率，勢必可以降低運轉成本費用，最終增加改質瀝青的附加價值。

一般習知瀝青原料可分為固態或液態，固態瀝青原料要進行熱縮聚反應處理時，必須先將固態瀝青進行預熱處理，將固態瀝青轉變為液態瀝青，再以幫浦進行輸送至反應槽內，例如美國發明專利US2796388、US4177132、US7318891與US4242196皆提出設置預熱處理區，將原料先預熱至一定溫度，再傳送至反應區，將固態原料先轉化成液態或將原本黏度高之液態瀝青使其黏度降低，易於使用幫浦傳送。美國發明專利US4242196更提及將瀝青先於150~180℃進行預熱處理，使瀝青液態化，有利於傳輸及儲存。上述美國發明專利皆提出先將固體瀝青進行預熱處理轉變成液態化，再傳輸進行後續製程處理，製程為批次式處理方式。

有鑑於此，本發明是將固態瀝青轉化成液態並穩定定量連續地傳送，以達到固態瀝青連續進料之製程，並於反應槽監控瀝青性質，將合格之產品輸送至儲槽，並回饋調節進料量，達成監控瀝青規格並連續產出製程之製作瀝青方法。

鑒於上述習知技術之缺點，本發明之主要目的在於提供一種連續瀝青製作方法，將固態瀝青轉化成液態並穩定定量連續地傳送，以達到固態瀝青連續進料之製程。

本發明另一目的在於提供一種連續瀝青製作方法，以即時監控瀝青性質方式，將合格之瀝青產品輸送至儲槽，並回饋調節進料量，達成監控瀝青規格並連續產出製程之製作瀝青方法。

為了達到本發明上述目的，本發明提供一種連續瀝青製作方法及其設備，使用連續方式，將瀝青粉末製作成瀝青產品，並配合及時監測系統控制該瀝青產品，利用供料單元預先對該瀝青粉末進行加熱之動作，使該瀝青粉末形成瀝青溶液，在透過反應單元使該瀝青溶液進行反應，其中，該反應單元之一側設置有不同間格距離之取樣口，量測經熱縮聚反應之瀝青是否達到產品規格需求，經量測瀝青性質若達到產品規格需求，即將達到規格之液態瀝青輸送到儲存單元，並傳遞一訊號至供料單元形成一連續式瀝青製作。

以上之概述與接下來的詳細說明及附圖，皆是為了能進一步說明本發明達到預定目的所採取的方式、手段及功效。而有關本發明的其他目的及優點，將在後續的說明及圖示中加以闡述。

以下係藉由特定的具體實例說明本發明之實施方式，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之其他優點與功效。

請參閱第1圖所示，為本發明一種連續瀝青製作方法示意圖，其中，該連續瀝青製作方式之特點在於使用連續方式，進行瀝青產品的製作，並配合及時監測系統控制該瀝青產品，其步驟包括：步驟(A)提供一瀝青粉末s11；步驟(B)將該瀝青粉末進行加熱，使該瀝青粉末成為一瀝青溶液，並以連續定量方式擠出該瀝青溶液s12；步驟(C)對該瀝青溶液進行熱處理s13；步驟(D)判斷步驟(C)之瀝青是否符合產品規格與需求，若是，則進入步驟(E)，若不是，則停留步驟(C)s14；步驟(E)產生最終瀝青產品，並回饋訊號至步驟(B)s15。

請參閱第2圖所示，為本發明一種連續瀝青製作裝置示意圖，如圖所示，將固態瀝青置入供料單元20，其中，該供料單元20係包括一擠出機201、一流量控制元件202及一阻流板203，透過該擠出機201欲先加熱，將該固態瀝青轉化成液態瀝青，利用該擠出機201之螺桿不斷連續地傳送該液態瀝青，於擠出機201尾端設置有該阻流板203與流量控制元件202，其中，該阻流板203依擠出機201內部的壓力、流量控制元件202及變更設計開孔型式、尺寸大小與數量，該阻流板203的開孔型式可為圓形、橢圓形、方形、長方形、菱形或三角形，以控制液態瀝青流量穩定連續地進入反應單元21，其中，該反應單元21係為反應槽、蒸餾塔、鍋爐或坩鍋，該反應單元21一側設置有複數取樣口211，將該反應單元21之溫度控制在100~500℃，最佳的溫度控制在150~450℃，俾使瀝青溶液進行熱縮聚反應，熱縮聚反應溫度控制在250~500℃，最佳的溫度控制在300~450℃，熱處理時間控制在0.5~10小時，最佳熱處理時間控制在1~8小時後，藉由該取樣口211量測判斷經熱縮聚反應之瀝青是否達到產品規格需求，改質瀝青性質符合軟化點範圍在70~180℃與最佳軟化點在90~160℃，將達到規格之瀝青輸送到儲存單元22儲存，透過監控單元23產生一進料訊號A至擠出機201，調整擠出機201螺桿轉速，並產生一流量訊號B，調整流量控制元件202，調節擠出瀝青之流量，藉以達到固態瀝青連續進料之製程，並可即時監控瀝青性質，將合格之產品輸送至儲存單元22，達成監控瀝青規格並連續產出製程之製作瀝青方法。

上述之實施例僅為例示性說明本發明之特點及其功效，而非用於限制本發明之實質技術內容的範圍。任何熟習此技藝之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施例進行修飾與變化。因此，本發明之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。

s11、s12、s13、s14、s15．．．一種連續瀝青製作方法流程

20．．．供料單元

21．．．反應單元

22．．．儲存單元

23．．．監控單元

201．．．擠出機

202．．．流量控制元件

203．．．阻流板

211．．．取樣口

A．．．進料訊號

B．．．流量訊號

第1圖係為本發明一種連續瀝青製作方法示意圖；以及

第2圖係為本發明一種連續瀝青製作裝置示意圖。

s11、s12、s13、s14、s15．．．一種連續瀝青製作方法流程

Claims (18)

1. 一種連續瀝青製作方法，其特點在於使用連續方式，進行瀝青產品的製作，並配合及時監測系統控制該瀝青產品，其步驟包括：(A)　提供一瀝青粉末；(B)　將該瀝青粉末進行加熱，使該瀝青粉末成為一瀝青溶液，並以連續定量方式擠出該瀝青溶液；(C)　對該瀝青溶液進行熱處理；(D)　判斷步驟(C)之瀝青是否符合產品規格與需求，若是，則進入步驟(E)，若不是，則停留步驟(C)；(E)　產生最終瀝青產品，並回饋訊號至步驟(B)。
2. 如申請專利範圍第1項所述之一種連續瀝青製作方法，其中步驟(A)的瀝青粉末係為煤焦油、煤焦瀝青、石油瀝青、石油分餾之重質油、軟瀝青、柏油其中之一或其混合物。
3. 如申請專利範圍第1項所述之一種連續瀝青製作方法，其中步驟(B)係為一具有溫度控制之擠出機，該加熱溫度控制在100~400℃，最佳的溫度控制在150~350℃。
4. 如申請專利範圍第1項所述之一種連續瀝青製作方法，其中步驟(C)之熱處理溫度控制在250~500℃，最佳的溫度控制在300~450℃。
5. 如申請專利範圍第1項所述之一種連續瀝青製作方法，其中步驟(C)之熱處理時間控制在0.5~10小時，最佳攪拌時間控制在1~8小時。
6. 如申請專利範圍第1項所述之一種連續瀝青製作方法，其中步驟(D)係於反應槽地步垂直方向，設置不同間隔距離之取樣口，該取樣口之數量至少一孔。
7. 如申請專利範圍第6項所述之一種連續瀝青製作方法，其中步驟(D)係透過取樣口進行該瀝青檢測，若該瀝青不符合規格則停留步驟(C)，再持續進行熱處理。
8. 如申請專利範圍第1項所述之一種連續瀝青製作方法，其中步驟(D)係於反應槽底端設置有一閥門設置，及一流量控制裝置，藉以控制傳輸瀝青重量。
9. 如申請專利範圍第1項所述之一種連續瀝青製作方法，其中步驟(E)之最終瀝青產品重量回饋訊號傳遞至步驟(B)之擠出機，調整螺桿轉速與定量幫浦，以調節擠出瀝青之流量。
10. 如申請專利範圍第1項所述之一種連續瀝青製作方法，其中步驟(E)之最終瀝青產品軟化點範圍在70~180℃，最佳軟化點範圍在90~130℃。
11. 一種連續瀝青製作裝置，係使用連續方式，將瀝青粉末製作成瀝青產品，並配合及時監測系統控制該瀝青產品，該裝置係包括：一供料單元，係用以接收及傳送瀝青粉末，並預先對該瀝青粉末進行加熱之動作，使該瀝青粉末形成瀝青溶液；一反應單元，接收該供料單元傳遞之瀝青溶液，並使該瀝青溶液進行反應；一儲存單元，係用以儲存該反應單元所產生之瀝青溶液。一監控單元，係用以監控該瀝青溶液的特性，判定該瀝青溶液是否符合產品規格與需求，若該瀝青溶液不符合規格，則使該瀝青溶液於該反應單元繼續進行反應，若該瀝青溶液符合規格則使該瀝青溶液進入該儲存單元，並傳遞一訊號至供料單元形成一連續式瀝青製作。
12. 如申請專利範圍第11項所述之一種連續瀝青製作裝置，其中，該供料單元係包括一擠出機、一流量控制元件及一阻流板。
13. 如申請專利範圍第12項所述之一種連續瀝青製作裝置，其中，該流量控制元件係為定量幫浦。
14. 如申請專利範圍第11項所述之一種連續瀝青製作裝置，其中，該阻流板係為一具有複數開孔之板件。
15. 如申請專利範圍第14項所述之一種連續瀝青製作裝置，其中，該阻流板之複數開孔係為圓形、橢圓形、方形、長方形、菱形或三角形。
16. 如申請專利範圍第11項所述之一種連續瀝青製作裝置，其中，該反應單元係為反應槽、鍋爐或坩鍋。
17. 如申請專利範圍第16項所述之一種連續瀝青製作裝置，其中，該反應單元之一側設置有複數取樣口。
18. 如申請專利範圍第11項所述之一種連續瀝青製作裝置，其中，該監控單元係包括進料控制及流量控制。