專利名稱：一種由煤連續(xù)制備泡沫炭材料的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于煤化工、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。涉及一種以直流電弧等離子體技術(shù)為核心，由煤和水蒸汽為原料連續(xù)制備泡沫炭材料的方法及裝置。
背景技術(shù)：
泡沫炭材料具有低的密度、高的比強(qiáng)度、良好的耐高溫和優(yōu)異的耐酸堿腐蝕性能及表面無(wú)氧化物雜質(zhì)等特點(diǎn)，是一種輕質(zhì)多孔性材料。值得注意的是，泡沫炭導(dǎo)熱能力分布較廣；普通的泡沫炭和其它泡沫材料一樣，導(dǎo)熱能力較低，可作為保溫隔熱材料；而石墨化程度較高的泡沫炭，具有比金屬銅高4～6倍的導(dǎo)熱能力，泡沫炭獨(dú)特的熱性能使其作為結(jié)構(gòu)材料在航空航天等高技術(shù)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。泡沫炭表面呈蜂窩狀結(jié)構(gòu)，孔泡有開(kāi)口和閉口兩種，開(kāi)口氣孔率較高的泡沫炭可以作為吸附劑或催化劑載體使用，亦可作為良好的導(dǎo)熱材料而用于需要快速耗散大量熱量的場(chǎng)合，如高度集成的計(jì)算機(jī)芯片等；多孔的泡沫炭材料既可加工成許多現(xiàn)代高科技產(chǎn)品中關(guān)鍵的單元-電子發(fā)射裝置，如，用多孔的泡沫炭材料制備的場(chǎng)發(fā)射陰極(United States Patent6054801)和燃料電池電極；又可以加工成用炭黑填充的泡沫，作為絕緣材料使用(United States Patent4795763)，因此，泡沫炭材料的應(yīng)用前景極其廣泛。
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，煤炭的綜合利用得到迅速的發(fā)展，特別是由煤制取高附加值的化學(xué)、化工原料和高性能炭材料倍受關(guān)注。利用煤及其衍生物經(jīng)熱加工已成功制得多種炭素材料，如煤瀝青基炭纖維、中間相炭微珠、煤基活性炭、煤制炭分子篩等。我國(guó)煤炭資源豐富，以煤為原料制備炭素材料不但擴(kuò)展了煤在能源領(lǐng)域以外的應(yīng)用范圍，而且也會(huì)大大降低炭素材料的合成成本，其發(fā)展前景廣闊。
在國(guó)外，以煤為原料來(lái)制備優(yōu)質(zhì)的泡沫炭受到了廣泛的重視，其方法和原理是高揮發(fā)性煙煤加熱到350～550℃將產(chǎn)生大量的揮發(fā)性氣體，原料本身呈粘性流體狀，氣體在粘性流體中釋放產(chǎn)生泡沫，控制反應(yīng)體系的壓力釋放將使原料膨脹成為發(fā)泡體，當(dāng)溫度高于500℃以后，粘性的發(fā)泡體固化后定型可以生成泡沫材料。1997年美國(guó)西弗吉尼亞大學(xué)的Stiller等以煙煤為原料(United StatesPatent5888469)，采用間歇式反應(yīng)裝置，經(jīng)過(guò)脫灰、加氫、結(jié)焦發(fā)泡和石墨化等工序制得密度為0.2～0.4g/cm3，孔徑較為均勻的泡沫炭材料。1998年美國(guó)西弗吉尼亞大學(xué)的Stiller等也以煙煤為原料(United States Patent6241957)，利用相關(guān)的工藝制得了輕質(zhì)的、具有獨(dú)特的抗壓和導(dǎo)電性能的泡沫炭材料，并對(duì)其在航空航天領(lǐng)域、環(huán)保領(lǐng)域、集成電路等方面的用途進(jìn)行了描述。
泡沫炭材料通常是用間接的非連續(xù)式技術(shù)方法來(lái)制備的。泡沫材料大都以聚合物為主要成分(United States Patent4795763和5397809)，制備過(guò)程中需要相關(guān)的發(fā)泡劑、催化劑和表面活性劑等原料，因此，泡沫材料的制備成本較高，過(guò)程較復(fù)雜。1997年美國(guó)橡樹(shù)嶺實(shí)驗(yàn)室Klett等發(fā)明了用中間相瀝青作為原料制備泡沫炭的方法(United Stated Patent6033506)，制得的泡沫炭材料的孔徑平均為100μm，具有較高的比強(qiáng)度和導(dǎo)熱性能，基于聚合物的泡沫炭的抗壓強(qiáng)度較低，且難于石墨化，因此，限制了其使用范圍，仍需對(duì)其性能進(jìn)行改進(jìn)。
關(guān)于泡沫炭制備的研究均散見(jiàn)于國(guó)外的文獻(xiàn)，迄今為止，未見(jiàn)國(guó)內(nèi)有文獻(xiàn)報(bào)道。目前國(guó)外對(duì)關(guān)于泡沫炭制備的研究多以煙煤或?yàn)r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(shí)，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(wú)機(jī)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?dú)?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?dú)?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。此種方法制備泡沫炭要求裝置在高溫下具有較好的封密性能，以便在真空和高壓條件下都能使用，因此對(duì)反應(yīng)裝置性能要求較高。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(shí)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(kāi)口氣孔率較高的泡沫炭。
可以看出，現(xiàn)有的制備泡沫炭的方法工藝流程長(zhǎng)，控制的參數(shù)多且操作復(fù)雜，制備過(guò)程中條件變化較大，而且由于金屬反應(yīng)裝置耐高溫性能的局限，炭化和石墨化的過(guò)程需要在不同的裝置及加熱設(shè)備上才能完成，因此無(wú)法實(shí)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(zhǎng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服了現(xiàn)有技術(shù)中原料昂貴和工藝過(guò)程復(fù)雜的缺點(diǎn)，提出了一種直接以粉煤和高溫的水蒸汽為原料，利用直流電弧等離子體技術(shù)實(shí)現(xiàn)泡沫炭材料一步連續(xù)化制備的方法及裝置，可降低生產(chǎn)成本，而且，通過(guò)旋轉(zhuǎn)的高溫電弧等離子體既可以使得煤粉和水蒸汽產(chǎn)生的活性粒子間的反應(yīng)變得充分和快速，又可以一步完成包括泡沫炭的炭化和石墨化等工藝在內(nèi)的制備過(guò)程，工藝簡(jiǎn)單；另外，通過(guò)外加電磁場(chǎng)，既可以約束電弧等離子體，提高電極和活性粒子的壽命，又可以通過(guò)改變線圈中的電流來(lái)調(diào)節(jié)煤等反應(yīng)物和激發(fā)的高活性的電弧等離子體的作用時(shí)間，提高原料的利用率，使得整個(gè)工藝變得可控。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種由煤連續(xù)制備泡沫炭材料的方法，直接以煤和水蒸汽為原料，利用直流電弧等離子體技術(shù)連續(xù)制備泡沫炭材料，具體步驟和工藝為(1)將水蒸汽發(fā)生器中氣體的壓力設(shè)定為1.4～1.8個(gè)大氣壓，加熱水蒸汽發(fā)生器中的水，水蒸汽達(dá)到設(shè)定的壓力后，打開(kāi)引風(fēng)機(jī)，調(diào)節(jié)壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)，使系統(tǒng)壓力為負(fù)20個(gè)毫米水柱，接通循環(huán)冷卻水。
(2)接通等離子體工作氣體，該工作氣體為壓縮空氣，壓縮空氣的流量為1.2～3.5立方米/小時(shí)；接通電磁線圈的電流，電流為180～310安培；接通電源并引發(fā)等離子體發(fā)生器中的電弧，電弧的電流為200～300安培，此時(shí)電弧的電壓為320～240伏特；接通蒸汽輸送系統(tǒng)中的高溫水蒸汽，水蒸汽的流量為1.5～3.0千克/小時(shí)；啟動(dòng)煤粉輸送系統(tǒng)，煤粉的輸送量為1.5～3.6千克/小時(shí)；這樣，壓縮空氣直接將粉煤噴射入旋轉(zhuǎn)的空氣電弧等離子體中。
(3)在等離子體發(fā)生器中，煤粉和水蒸氣等混合物在旋轉(zhuǎn)的高活性電弧等離子體的激發(fā)下發(fā)生反應(yīng)生成泡沫炭，生成的泡沫炭材料落在固體收集器中，少量固體產(chǎn)物富集在等離子體發(fā)生器的壁上，氣體沿著固體收集器上方的橫向氣體通道進(jìn)入氣體冷卻和凈化系統(tǒng)并通過(guò)引風(fēng)機(jī)排出。等離子體工作氣為壓縮空氣，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(gè)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。煤粉的輸送量是通過(guò)控制煤粉輸送系統(tǒng)中直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)改變的，具體來(lái)說(shuō)是通過(guò)改變電路中滑線變阻器的接入電阻來(lái)改變加在電動(dòng)機(jī)上的電壓，從而改變煤粉輸送桿的轉(zhuǎn)速，最后改變煤粉的輸送量。整個(gè)系統(tǒng)中的氣體通過(guò)引風(fēng)機(jī)的抽引，保證等離子體發(fā)生器中的壓力為微負(fù)壓，且產(chǎn)生的氣體沿著反應(yīng)的下行通道，分別經(jīng)過(guò)固體收集器上方的橫向氣體通道與氣體凈化和冷卻系統(tǒng)并經(jīng)過(guò)引風(fēng)機(jī)排出，系統(tǒng)內(nèi)的壓力可以根據(jù)需要通過(guò)引風(fēng)機(jī)前面的壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)而滿足不同的實(shí)驗(yàn)要求。
實(shí)施一種由煤連續(xù)制備泡沫炭材料的方法的裝置，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(jī)組成。它們的連接按自上而下和從左到右順序?yàn)樗羝l(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(jī)，水蒸汽發(fā)生系統(tǒng)和煤粉輸送系統(tǒng)分別通過(guò)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)生器置于固體收集器和氣體凈化和冷卻系統(tǒng)的前面，輸入的水蒸汽和壓縮空氣夾帶的煤粉進(jìn)入等離子體發(fā)生器后，經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)的電弧區(qū)時(shí)受到高活性等離子體的激發(fā)而發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)后的固體和氣體沿著等離子體發(fā)生器下方的下行通道向下運(yùn)動(dòng)，隨后，固體落在固體收集器中，氣體沿著固體收集器上方的橫向氣體通道進(jìn)入氣體冷卻和凈化系統(tǒng)并通過(guò)引風(fēng)機(jī)排出。
本發(fā)明利用了等離子體技術(shù)，直接以高揮發(fā)性煙煤和高溫的水蒸汽為原料，降低了生產(chǎn)成本，通過(guò)旋轉(zhuǎn)的高溫電弧等離子體既可以促使煤粉和水蒸汽產(chǎn)生的活性粒子間的反應(yīng)變得充分和快速，又可以一步完成包括泡沫炭的炭化、石墨化等工藝在內(nèi)的制備過(guò)程，工藝簡(jiǎn)單；另外，通過(guò)外加電磁場(chǎng)，既可以約束電弧等離子體，提高電極和活性粒子的壽命，又可以通過(guò)改變線圈中的電流來(lái)調(diào)節(jié)煤等反應(yīng)物和激發(fā)的高活性的電弧等離子體的作用時(shí)間，提高原料的利用率，使得整個(gè)工藝變得可控。所得閉口泡沫炭的泡沫孔徑分布較窄，平均為10μm左右；開(kāi)口泡沫炭的微孔含量豐富，孔徑分布窄，主要是0.5～1.0nm的微孔，大孔分布較廣，介于0.05～20μm之間。所得泡沫炭的晶體尺寸介于28～34nm之間，平均層片間的距離介于0.3361～0.3363nm之間，說(shuō)明用此種方法制得的泡沫炭石墨化程度較高，具有獨(dú)特的導(dǎo)熱性能，作為結(jié)構(gòu)材料在航空航天等高技術(shù)領(lǐng)域?qū)⒂袕V泛的應(yīng)用前景。
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(yáng)極7，一個(gè)與該陽(yáng)極電隔離的蓋子，在蓋子中心處裝有一個(gè)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(yáng)極之間形成，在陽(yáng)極筒壁的底部，也就是電弧的下方放置一個(gè)中央帶有圓孔的石墨隔膜塊4，這樣，可以使得經(jīng)過(guò)電弧區(qū)的部分反應(yīng)后的煤顆粒因?yàn)槭艿礁裟K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(shí)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(guò)無(wú)級(jí)調(diào)速步進(jìn)電機(jī)推動(dòng)，補(bǔ)充消耗的陰極，以維持電弧的穩(wěn)定；在空心圓筒形陽(yáng)極7的外部裝有一個(gè)磁場(chǎng)可調(diào)的直流電磁線圈5，在磁場(chǎng)力的作用下既可以使形成的電弧旋轉(zhuǎn)起來(lái)，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(yáng)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(yáng)極7筒壁的中心，其直徑為30毫米。在空心圓筒形陽(yáng)極7的外部裝有一個(gè)磁場(chǎng)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(gè)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(shí)，向上膨脹的膠皮就會(huì)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(guò)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(guò)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(gè)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。
本發(fā)明的有益效果是實(shí)現(xiàn)了由煤和水蒸汽連續(xù)的直接制備泡沫炭材料。直接以粉煤和水蒸汽為原料，降低了原料的成本。以旋轉(zhuǎn)的高活性的電弧等離子體作為手段不僅提供了極高的反應(yīng)溫度，而且，等離子體中高活性粒子對(duì)反應(yīng)起了關(guān)鍵的激活作用，一步完成包括炭化在內(nèi)的各種制備過(guò)程。煤粉采用氣流吹送的方式保證了反應(yīng)物體系混合均勻，提高了原料的利用率。外加的可調(diào)電磁場(chǎng)不僅將電弧限制在電磁線圈的中部并均勻分布在反應(yīng)器的截面上，提高了反應(yīng)的效率，延長(zhǎng)了電極和等離子體中高活性粒子的壽命，而且，通過(guò)改變電磁線圈中的電流可以對(duì)反應(yīng)的強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)節(jié)。本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)合理，操作簡(jiǎn)便、可控，可連續(xù)化和低成本的運(yùn)行。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(shí)現(xiàn)泡沫炭的連續(xù)化制備。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說(shuō)明。
圖1是本發(fā)明利用電弧等離子體技術(shù)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示意圖。
圖2是等離子體發(fā)生器結(jié)構(gòu)示意中，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(yáng)極。
圖3是用掃描電子顯微鏡拍攝的利用本發(fā)明所合成的閉合泡沫炭材料的照片。
圖4是掃描電子顯微鏡拍攝的利用本發(fā)明所合成的部分閉合泡沫炭材料的照片。
圖5是用掃描電子顯微鏡拍攝的利用本發(fā)明所合成的閉合泡沫炭材料的照片。
圖6是用掃描電子顯微鏡拍攝的利用本發(fā)明所合成的蜂窩狀泡沫炭材料的照片。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施方式1采用臺(tái)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(gè)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(kāi)引風(fēng)機(jī)，調(diào)節(jié)壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)，使系統(tǒng)壓力為負(fù)20個(gè)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(shí)；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(shí)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(shí)；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(shí)；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，利用本發(fā)明制備出的泡沫炭材料典型狀況如圖3～4。
實(shí)施方式2其他同實(shí)施方式1，當(dāng)電弧的電流為290安培，電弧的電壓約為250伏特，煤粉的輸送量為2.1千克/小時(shí)，所得泡沫炭材料的典型電子掃描電鏡的照片見(jiàn)圖5。
實(shí)施方式3其他同實(shí)施方式1，當(dāng)煤粉的輸送量為1.6千克/小時(shí)，所得泡沫炭材料的典型電子掃描電鏡的照片見(jiàn)圖6。
權(quán)利要求
1.一種由煤連續(xù)制備泡沫炭材料的方法，其特征在于，直接以煤和水蒸汽為原料，利用直流電弧等離子體技術(shù)連續(xù)制備泡沫炭材料，具體步驟和工藝為(1)將水蒸汽發(fā)生器中氣體的壓力設(shè)定為1.4～1.8個(gè)大氣壓，加熱水蒸汽發(fā)生器中的水，水蒸汽達(dá)到設(shè)定的壓力后，打開(kāi)引風(fēng)機(jī)，調(diào)節(jié)壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)，使系統(tǒng)壓力為負(fù)20個(gè)毫米水柱，接通循環(huán)冷卻水；(2)接通等離子體工作氣體，該工作氣體為壓縮空氣，壓縮空氣的流量為1.2～3.5立方米/小時(shí)；接通電磁線圈的電流，電流為180～310安培；接通電源并引發(fā)等離子體發(fā)生器中的電弧，電弧的電流為200～300安培，此時(shí)電弧的電壓為320～240伏特；接通蒸汽輸送系統(tǒng)中的高溫水蒸汽，水蒸汽的流量為1.5～3.0千克/小時(shí)；啟動(dòng)煤粉輸送系統(tǒng)，煤粉的輸送量為1.5～3.6千克/小時(shí)；隨后，壓縮空氣直接將粉煤噴射入旋轉(zhuǎn)的空氣電弧等離子體中；(3)在等離子體發(fā)生器中，煤粉和水蒸氣等混合物在旋轉(zhuǎn)的高活性電弧等離子體的激發(fā)下發(fā)生反應(yīng)生成泡沫炭，生成的泡沫炭材料落在固體收集器中，少量固體產(chǎn)物富集在等離子體發(fā)生器的壁上，氣體沿著固體收集器上方設(shè)置的橫向氣體通道進(jìn)入氣體冷卻和凈化系統(tǒng)并通過(guò)引風(fēng)機(jī)排出。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種由煤連續(xù)制備泡沫炭材料的方法，其特征在于，所述的等離子體發(fā)生器的上方，壓縮空氣沿著煤粉輸送管線末端的一個(gè)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。
3.、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，其特征在于，所述的煤粉的輸送量是通過(guò)控制煤粉輸送系統(tǒng)中直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)改變的，具體來(lái)說(shuō)是通過(guò)改變電路中滑線變阻器的接入電阻來(lái)改變加在電動(dòng)機(jī)上的電壓，從而改變煤粉輸送桿的轉(zhuǎn)速，達(dá)到改變煤粉的輸送量的目的。
4.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，其特征在于，所述的氣體通過(guò)引風(fēng)機(jī)的抽引，保證等離子體發(fā)生器中的壓力為微負(fù)壓，且產(chǎn)生的氣體沿著裝置的下行通道，分別經(jīng)過(guò)固體收集器上方的橫向氣體通道與氣體凈化和冷卻系統(tǒng)并經(jīng)過(guò)引風(fēng)機(jī)排出，系統(tǒng)內(nèi)的壓力可以根據(jù)需要通過(guò)引風(fēng)機(jī)前面的壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)而滿足不同的實(shí)驗(yàn)要求。
5.實(shí)施權(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，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(jī)組成，它們的連接按自上而下和從左到右順序?yàn)樗羝l(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(jī)，水蒸汽發(fā)生系統(tǒng)和煤粉輸送系統(tǒng)分別通過(guò)供水蒸汽管線和煤粉輸送管線與等離子體發(fā)生器連接。
6.按照權(quán)利要求5所述的實(shí)施權(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(yáng)極(7)，一個(gè)與該陽(yáng)極電隔離的蓋子，在蓋子中心處裝有一個(gè)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(yáng)極之間形成，空心圓筒形陽(yáng)極(7)筒壁的底部，也就是電弧的下方放置一個(gè)中央帶有圓孔的石墨隔膜塊(4)。
7.按照權(quán)利要求6所述的實(shí)施權(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，所述的在空心圓筒形陽(yáng)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(yáng)極(7)圓筒的中心，其直徑為30毫米。
8.按照權(quán)利要求6和7所述的實(shí)施權(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，所述的在空心圓筒形陽(yáng)極(7)的外部裝有一個(gè)磁場(chǎng)可調(diào)的直流電磁線圈(5)。
9.按照權(quán)利要求5所述的實(shí)施權(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。
10.按照權(quán)利要求5所述的實(shí)施權(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(gè)刀片。
11.按照權(quán)利要求5所述的實(shí)施權(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(guò)反應(yīng)器的蓋子進(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(guò)蓋子上的水冷夾套并與蓋子成50度角進(jìn)入發(fā)生器。
全文摘要
本發(fā)明屬于煤化工、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。涉及一種以煤和水蒸汽為原料連續(xù)制備泡沫炭材料的方法及裝置。該方法是將粉煤和高溫的水蒸汽直接噴入直流電弧等離子體中來(lái)連續(xù)制備泡沫炭材料，一步完成原料的混合、發(fā)泡、泡沫炭材料的合成、炭化以及石墨化。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(jī)組成。本發(fā)明操作簡(jiǎn)便、可控，可連續(xù)化和低成本的運(yùn)行。
文檔編號(hào)C10B47/00GK1528861SQ0313500
公開(kāi)日2004年9月15日 申請(qǐng)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(qǐng)人:大連理工大學(xué)