專利名稱：一種由煤連續(xù)制備泡沫炭材料的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于煤化工、化學(xué)反應(yīng)工程、等離子體科學(xué)以及炭素材料科學(xué)相交叉的技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種由煤和水蒸汽為原料連續(xù)制備泡沫炭材料裝置。
背景技術(shù)：
泡沫炭材料具有低的密度、高的比強度、良好的耐高溫和優(yōu)異的耐酸堿腐蝕性能及表面無氧化物雜質(zhì)等特點，是一種輕質(zhì)多孔性材料。應(yīng)用前景極其廣泛。泡沫炭材料通常是用間接的非連續(xù)式技術(shù)方法及其裝置來制備的。
關(guān)于泡沫炭制備的研究均散見于國外的文獻(xiàn)，迄今為止，未見國內(nèi)有文獻(xiàn)報道。目前國外對關(guān)于泡沫炭制備的研究多以煙煤或瀝青為原料，采用間歇式高壓釜反應(yīng)裝置。以煙煤為原料制備泡沫炭時，要求選用的煙煤要有較高的揮發(fā)分含量，并且首先要進(jìn)行抽提預(yù)處理，去除甲苯或喹啉不溶物及無機物雜質(zhì)，分離出煤瀝青。是利用高壓反應(yīng)裝置在抽真空(0.001MPa)或高壓氮氣(1～5MPa)的條件下，以50～100℃/min的升溫速率加熱至300～350℃，并保溫10～30min；然后在高壓氮氣(1～10MPa)的條件下，再以2℃/min的升溫速率加熱至500℃以上，在此溫度下保溫1～5h使泡沫固化，并分別在1000℃和2600～3200℃的惰性氣氛下進(jìn)行炭化和石墨化，以制備高性能的泡沫炭材料。在制備工藝上，需嚴(yán)格地控制溫度制度(包括升溫速率和溫度)和壓力制度，以使原料的揮發(fā)分在原料達(dá)到適宜的粘度時揮發(fā)產(chǎn)生泡沫結(jié)構(gòu)，以生成孔徑分布均勻(一般為200～1000μm)、開口氣孔率較高的泡沫炭?，F(xiàn)有的設(shè)備制備泡沫炭的方法工藝流程長，控制的參數(shù)多且操作復(fù)雜，制備過程中條件變化較大，由于金屬反應(yīng)裝置耐高溫性能的局限，炭化和石墨化的過程需要在不同的裝置及加熱設(shè)備上才能完成，因此無法實現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)，產(chǎn)品的大小也受到反應(yīng)裝置的局限，產(chǎn)品的成本高，生產(chǎn)周期長。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于克服了現(xiàn)有制備泡沫炭的材料金屬反應(yīng)裝置存在的缺陷，提出了泡沫炭材料連續(xù)化制備的裝置，可降低生產(chǎn)成本，工藝簡單，提高原料的利用率，整個工藝變得可控。
本實用新型的技術(shù)解決方案是一種由煤連續(xù)制備泡沫炭材料的裝置，由水蒸汽發(fā)生和供給系統(tǒng)、煤粉輸送系統(tǒng)、等離子體發(fā)生器、固體收集器、氣體的冷卻和凈化系統(tǒng)、防爆裝置、系統(tǒng)壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)和引風(fēng)機組成。它們的連接按自上而下和從左到右順序為水蒸汽發(fā)生和供給系統(tǒng)、煤粉輸送系統(tǒng)、等離子體發(fā)生器、固體收集器、氣體的冷卻和凈化系統(tǒng)、防爆裝置、壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)和引風(fēng)機，水蒸汽發(fā)生系統(tǒng)和煤粉輸送系統(tǒng)分別通過供水蒸汽管線和煤粉輸送管線與等離子體發(fā)生器連接。等離子體發(fā)生器包括水蒸氣入口1、煤粉入口2、壓縮空氣入口3、空心圓筒形陽極7，一個與該陽極電隔離的蓋子，在蓋子中心處裝有一個陰極構(gòu)件，陰極構(gòu)件中的石墨棒作為陰極6，陰極棒具有軸向可調(diào)性，電弧在陰極棒和圓筒形陽極之間形成，在陽極筒壁的底部，也就是電弧的下方放置一個中央帶有圓孔的石墨隔膜塊4，這樣，可以使得經(jīng)過電弧區(qū)的部分反應(yīng)后的煤顆粒因為受到隔模塊阻擋而反彈回反應(yīng)器，從而提高煤粉和激發(fā)的高活性等離子體的作用時間，達(dá)到提高原料利用率的目的；等離子體發(fā)生系統(tǒng)的陰極棒通過無級調(diào)速步進(jìn)電機推動，補充消耗的陰極，以維持電弧的穩(wěn)定；在空心圓筒形陽極7的外部裝有一個磁場可調(diào)的直流電磁線圈5，在磁場力的作用下既可以使形成的電弧旋轉(zhuǎn)起來，提高電極和等離子體的壽命，又可以將電弧限制在電磁線圈的中部，使等離子體均勻分布在反應(yīng)器的截面上并提高反應(yīng)效率。
空心圓筒形陽極7的筒壁以及下行的每一節(jié)反應(yīng)通道都是由三層組成，最內(nèi)層為石墨襯套，其內(nèi)徑都為150毫米，高度都為300毫米；向外一層為隔熱襯套；最外層為水冷夾套。陰極6石墨棒置于陽極7筒壁的中心，其直徑為30毫米。在空心圓筒形陽極7的外部裝有一個磁場可調(diào)的直流電磁線圈5。氣體凈化和冷卻系統(tǒng)的上方，也就是在管路的末端由彈性膠皮密封。在管路的末端彈性膠皮密封的膠皮的垂直正上方裝有一個刀片，構(gòu)成防爆裝置，當(dāng)系統(tǒng)的壓力增大到一定的程度時，向上膨脹的膠皮就會被刀片劃破而釋放出系統(tǒng)內(nèi)的高壓，從而起到防爆的目的。裝置的蓋子是水冷夾套，水蒸汽的輸入管線垂直穿過裝置的蓋子進(jìn)入等離子體發(fā)生器；煤粉輸送管線沿著圓形蓋子的徑向穿過蓋子上的水冷夾套并與蓋子成50度角進(jìn)入發(fā)生器。在等離子體發(fā)生器蓋子的上方，壓縮空氣是從煤粉輸送管線末端的一個支管進(jìn)入煤粉輸送管線，然后，壓縮空氣夾帶煤粉進(jìn)入等離子體發(fā)生器。
本實用新型的有益效果是不需要特殊的真空或高溫反應(yīng)裝置，可以在接近大氣壓的條件下實現(xiàn)泡沫炭的連續(xù)化制備。裝置結(jié)構(gòu)合理，操作簡便、可控，可連續(xù)化和低成本的運行。
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進(jìn)一步說明。


圖1是直接由粉煤和水蒸汽為原料連續(xù)制備泡沫炭材料裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是等離子體發(fā)生器結(jié)構(gòu)示意圖圖中，1.水蒸氣入口，2.煤粉入口，3.壓縮空氣入口，4.石墨隔膜塊，5.電磁線圈，6.電弧的陰極，7.電弧的陽極。
具體實施方式
采用臺吉煤為原料，粉碎后煤粉粒徑小于2毫米。將蒸汽發(fā)生器中氣體的壓力設(shè)定為1.4～1.8個大氣壓，加熱水蒸汽發(fā)生器中的水，達(dá)到設(shè)定的壓力后，打開引風(fēng)機，調(diào)節(jié)壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)，使系統(tǒng)壓力為負(fù)20個毫米水柱，接通循環(huán)冷卻水。接通等離子體工作氣體(壓縮空氣)，壓縮空氣的流量為1.2立方米/小時；接通電磁線圈的電流，電流為245安培；接通電源并引發(fā)等離子體發(fā)生器的電弧，電弧的電流為260安培，此時電弧的電壓為270伏特；通入蒸汽輸送系統(tǒng)中的高溫水蒸汽，水蒸汽的流量為2.4千克/小時；接通煤粉輸送系統(tǒng)中的煤粉，煤粉的輸送量為3.0千克/小時；這樣，壓縮空氣就將粉煤直接噴射入旋轉(zhuǎn)的電弧等離子體射流中；最后，在等離子體發(fā)生器中的煤粉和水蒸氣以及他們的中間產(chǎn)物在旋轉(zhuǎn)的高活性粒子的激發(fā)下發(fā)生反應(yīng)生成泡沫炭，生成的大量泡沫炭材料落在固體收集器中，少量泡沫炭材料富集在等離子體發(fā)生器的壁上，
權(quán)利要求1.一種由煤連續(xù)制備泡沫炭材料的裝置，其特征在于，它由水蒸汽發(fā)生和供給系統(tǒng)、煤粉輸送系統(tǒng)、等離子體發(fā)生器、固體收集器、氣體的冷卻和凈化系統(tǒng)、防爆裝置、系統(tǒng)壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)和引風(fēng)機組成，它們的連接按自上而下和從左到右順序為水蒸汽發(fā)生和供給系統(tǒng)、煤粉輸送系統(tǒng)、等離子體發(fā)生器、固體收集器、氣體的冷卻和凈化系統(tǒng)、防爆裝置、壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)和引風(fēng)機，水蒸汽發(fā)生系統(tǒng)和煤粉輸送系統(tǒng)分別通過供水蒸汽管線和煤粉輸送管線與等離子體發(fā)生器連接。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種由煤連續(xù)制備泡沫炭材料的裝置，其特征在于所述的等離子體發(fā)生器包括水蒸氣入口(1)、煤粉入口(2)、壓縮空氣入口(3)、空心圓筒形陽極(7)，一個與該陽極電隔離的蓋子，在蓋子中心處裝有一個陰極構(gòu)件，陰極構(gòu)件中的石墨棒作為陰極(6)，陰極棒具有軸向可調(diào)性，電弧在陰極棒和圓筒形陽極之間形成，空心圓筒形陽極(7)筒壁的底部，也就是電弧的下方放置一個中央帶有圓孔的石墨隔膜塊(4)。
3.按照權(quán)利要求2所述的一種由煤連續(xù)制備泡沫炭材料的裝置，其特征在于，所述的在空心圓筒形陽極(7)的筒壁以及下行的每一節(jié)反應(yīng)通道都是由三層組成，最內(nèi)層為石墨襯套，其內(nèi)徑都為150毫米，高度都為300毫米；向外一層為保溫襯套；最外層為水冷夾套；陰極(6)石墨棒置于陽極(7)筒壁的中心，其直徑為30毫米。
4.按照權(quán)利要求2和3所述的一種由煤連續(xù)制備泡沫炭材料的裝置，其特征在于，所述的在空心圓筒形陽極(7)的外部裝有一個磁場可調(diào)的直流電磁線圈(5)。
5.按照權(quán)利要求1所述的一種由煤連續(xù)制備泡沫炭材料的方法的裝置，其特征在于，所述的氣體凈化和冷卻系統(tǒng)的上方，也就是在管路的末端由彈性膠皮密封。
6.按照權(quán)利要求1所述的一種由煤連續(xù)制備泡沫炭材料的方法的裝置，其特征在于，所述的防爆裝置是在管路的末端，彈性膠皮密封的膠皮的垂直正上方裝有一個刀片。
7.按照權(quán)利要求1所述的一種由煤連續(xù)制備泡沫炭材料的裝置，其特征在于，所述的裝置的蓋子是水冷夾套，水蒸汽的輸入管線垂直穿過裝置的蓋子進(jìn)入等離子體發(fā)生器；煤粉輸送管線沿著圓形蓋子的徑向穿過蓋子上的水冷夾套并與蓋子成50度角進(jìn)入發(fā)生器。
專利摘要本實用新型涉及一種由煤和水蒸汽為原料連續(xù)制備泡沫炭材料的裝置，由水蒸汽發(fā)生和供給系統(tǒng)、煤粉輸送系統(tǒng)、等離子體發(fā)生器、固體收集器、氣體的冷卻和凈化系統(tǒng)、防爆裝置、系統(tǒng)壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)和引風(fēng)機組成，它們的連接按自上而下和從左到右順序為水蒸汽發(fā)生和供給系統(tǒng)、煤粉輸送系統(tǒng)、等離子體發(fā)生器、固體收集器、氣體的冷卻和凈化系統(tǒng)、防爆裝置、壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)和引風(fēng)機，水蒸汽發(fā)生系統(tǒng)和煤粉輸送系統(tǒng)分別通過供水蒸汽管線和煤粉輸送管線與等離子體發(fā)生器連接。該裝置具有生產(chǎn)連續(xù)、操作簡便可控、工作穩(wěn)定。
文檔編號B01J19/08GK2679134SQ03263238
公開日2005年2月16日 申請日期2003年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月29日
發(fā)明者邱介山, 何孝軍, 趙宗彬, 孫天軍, 周穎, 馬騰才 申請人:大連理工大學(xué)