一种联产制取石墨烯轮胎的装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及轮胎领域，尤其涉及一种联产制取石墨烯轮胎的装置，通过煤基石墨烯轮胎联产电油铝合金硅铁，将石墨烯轮胎制取与尾气污染排放治理、IGCC发电、制油整合在一起产业化应用。本实用新型的有益效果在于：一是低成本制取石墨烯汽车、摩托车、拖拉机、自行车、工业、飞机安全轮胎，尤其是增加轮胎防扎破、防爆裂和增加阻力、延长寿命；二是利用生产碳黑、粉煤灰制铝合金和硅铁产生的尾气低成本制氢，与IGCC发电捕集二氧化碳低成本制油；三是全程密闭循环，从源头上控制煤电二氧化碳排放和粉煤灰污染环境的问题，并将二氧化碳和粉煤灰100％资源利用。
【专利说明】
一种联产制取石墨烯轮胎的装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及轮胎领域，尤其涉及一种联产制取石墨烯轮胎的装置。
【背景技术】
[0002]石墨烯是一种由碳原子紧密堆积构成的二维晶体，它是人类已知物质中透明度强、有韧性、极其坚硬、防水防热，电阻率低，资源丰富的一种完美材料，并成为国际各个行业克争的焦点。
[0003]石墨稀是一种新型二维碳纳米材料，因其超薄、超强度、高电导率等特性，在电池、传感器、涂料、超级电容器等领域有着广泛的应用前景。
[0004]碳黑是一种无定形碳。轻、松而极细的黑色粉末，表面积非常大，范围从10?3000m2/g，可作黑色染料，主要用于制造油墨和橡胶轮胎。现行技术生产碳黑的原料主要为半焦油或蒽油，主要缺陷是生产成本较高和橡胶轮胎增强的阻力较低。报道称，2010年全球因交通事故死亡的人共计124万人，其中行人就多达27万人，此外，每天因交通事故死亡的中小学生超过2000人。而引起交通事故的重要原因之一，是现有技术的轮胎质量较差，如易爆胎和易被扎破。
[0005]将石墨烯用于轮胎制备，可以有效解决现有轮胎质量差易爆胎等现象，但是石墨烯昂贵的制取成本对于其的推广应用以及产业化生产不利，如何降低制取成本，推广产业化应用是需要解决的难题之一。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型为克服上述的不足之处，目的在于提供一种联产制取石墨烯轮胎的装置，通过工艺与装置制取石墨烯轮胎，该轮胎质量好强度大，增加轮胎防扎破、防爆裂和增加阻力、延长寿命，减少爆胎事故，同时通过联产捕集二氧化碳与粉煤灰用于制油，减少环境污染。
[0007]本实用新型是通过以下技术方案达到上述目的:
[0008]—种联产制取石墨烯轮胎的装置，包括:煤基岛、硅铝钛碳黑岛、石墨烯岛、石墨烯轮胎岛、IGCC碳氧循环发电岛、粉煤灰制铝合金硅铁岛、二氧化碳捕集岛、尾气余热蒸汽岛、尾气制氢岛、空分岛、二氧化碳制油岛、远程防爆监控岛;所述煤基岛与硅铝钛碳黑岛、石墨烯岛、IGCC碳氧循环发电岛连接，硅铝钛碳黑岛、石墨烯岛与石墨烯轮胎岛连接，IGCC碳氧循环发电岛与粉煤灰制铝合金硅铁岛、二氧化碳捕集岛、尾气余热蒸汽岛连接，硅铝钛碳黑岛与尾气余热蒸汽岛、尾气制氢岛连接，粉煤灰制铝合金硅铁岛与尾气余热蒸汽岛、尾气制氢岛连接，尾气余热蒸汽岛与尾气制氢岛连接，尾气余热蒸汽岛通过电解蒸汽岛分别与氢气岛、氧气岛连接，尾气制氢岛与氢气岛、二氧化碳捕集岛连接，氢气岛、二氧化碳捕集岛与二氧化碳制油岛连接，氧气岛与空分岛、IGCC碳氧循环发电岛连接，空分岛与硅铝钛碳黑岛连接，远程防爆监控岛实时在线监控。
[0009]作为优选，硅铝钛碳黑岛为等离子炬硅铝钛碳黑装置，包括:氮气一次风口、氮气二次风口、高铝煤矸石粉第一送料口、高铝煤矸石粉第二送料口、空心阴极、四个多阳极、阴极循环冷却水、阳极循环冷却水、催化芯、绝缘体、催化室保温壁、催化室、直流电源、高压脉冲电源、高压脉冲器、气固分离器、硅铝钛碳黑包装置系统、尾气回收处理装置系统、远程防爆监控器;所述空心阴极与四个多阳极依次排列并且左右对称，所述直流电源的负极与一侧的空心阴极、一个多阳极连通，直流电源的阳极与同侧的其余多阳极连通;所述对称空心阴极间设有氮气一次风口，空心阴极与多阳极之间依次设有氮气一次风口、氮气二次风口、高铝煤矸石粉第一送料口、高铝煤矸石粉第二送料口 ；所述高压脉冲电源的负极与另一侧的空心阴极、一个多阳极连通，直流电源的阳极与同侧的其余多阳极连通;蜂窝状的催化芯插在等离子炬硅铝钛碳黑装置中央，一端通过绝缘体与高压脉冲器连通；阴极冷却循环水流经左右两侧的空心阴极，阳极冷却循环水流经左右两侧的多阳极;氮气与高铝煤矸石粉送催化室，催化室由密闭催化室保温壁构成;催化室与气固分离器连接，气固分离器与硅铝钛碳黑包装置系统、尾气回收处理装置系统，远程防爆监控器实时在线监控。
[0010]本实用新型的有益效果在于:一是低成本制取石墨烯汽车、摩托车、拖拉机、自行车、工业、飞机安全轮胎，尤其是增加轮胎防扎破、防爆裂和增加阻力、延长寿命;二是利用生产碳黑、粉煤灰制铝合金和硅铁产生的尾气低成本制氢，与IGCC发电捕集二氧化碳低成本制油;三是全程密闭循环，从源头上控制煤电二氧化碳排放和粉煤灰污染环境的问题，并将二氧化碳和粉煤灰100%资源利用。
【附图说明】
[0011 ]图1是本实用新型装置的结构示意图；
[0012]图2是煤基石墨烯工艺流程示意图；
[0013]图3是联产尾气余热蒸汽、制氢、捕碳、制油的工艺流程示意图；
[0014]图4是本实用新型等离子炬硅铝钛碳黑装置的结构示意图；
[0015]图5是石墨烯轮胎的结构示意图；
[0016]图6是本发明实施例2装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合具体实施例对本实用新型进行进一步描述，但本实用新型的保护范围并不仅限于此:
[0018]实施例1:如图1所示，一种联产制取石墨烯轮胎的装置，包括:煤基岛、硅铝钛碳黑岛、石墨烯岛、石墨烯轮胎岛、IGCC碳氧循环发电岛、粉煤灰制铝合金硅铁岛、二氧化碳捕集岛、尾气余热蒸汽岛、尾气制氢岛、空分岛、二氧化碳制油岛、远程防爆监控岛；所述煤基岛与硅铝钛碳黑岛、石墨烯岛、IGCC碳氧循环发电岛连接，硅铝钛碳黑岛、石墨烯岛与石墨烯轮胎岛连接，IGCC碳氧循环发电岛与粉煤灰制铝合金硅铁岛、二氧化碳捕集岛、尾气余热蒸汽岛连接，硅铝钛碳黑岛与尾气余热蒸汽岛、尾气制氢岛连接，粉煤灰制铝合金硅铁岛与尾气余热蒸汽岛、尾气制氢岛连接，尾气余热蒸汽岛与尾气制氢岛连接，尾气余热蒸汽岛通过电解蒸汽岛分别与氢气岛、氧气岛连接，尾气制氢岛与氢气岛、二氧化碳捕集岛连接，氢气岛、二氧化碳捕集岛与二氧化碳制油岛连接，氧气岛与空分岛、IGCC碳氧循环发电岛连接，空分岛与硅铝钛碳黑岛连接，远程防爆监控岛实时在线监控。
[0019]煤基岛，主要包括煤炭粉碎、洗煤、智能计量输送系统。优选煤基为高铝煤或高铝煤矸石。优选煤基岛的煤基为高铝煤，或高铝煤矸石、无烟煤、焦煤。煤基岛分别将煤基送石墨稀岛、娃招钛碳黑岛、IGCC碳氧循环发电岛。
[0020]硅铝钛碳黑岛，包括等离子炬制硅铝钛碳黑，脱除煤中的水和挥发分，将煤大分子在氮气等离子体作用下快速裂变成单质碳。优选硅铝钛碳黑岛的温度为800—3600°C。
[0021]石墨烯岛，包括以煤基为原料，优选用物理方法通过取向附生法、或液相或气相直接剥离法、机械剥离法来制备单层或多层石墨烯。这些方法原料易得，操作相对简单，合成的石墨烯的纯度高、缺陷较少。
[0022]石墨烯轮胎岛，包括将以石墨烯与硅铝钛碳黑为原料，制取石墨烯轮胎。如:石墨烯汽车、摩托车、拖拉机、自行车、工业、飞机安全轮胎。
[0023]IGCC碳氧循环发电岛，包括捕集二氧化碳循环与煤产生一氧化碳，进行纯氧燃烧发电，提高热能转化率。产生的粉煤灰送粉煤灰制铝合金硅铁岛。
[0024]粉煤灰制铝合金硅铁岛，包括将IGCC碳氧循环发电岛产生的粉煤灰，直接提取铝合金和硅铁产品。
[0025]二氧化碳捕集岛，包括对IGCC碳氧循环发电岛、尾气制氢岛产生的二氧化碳，进行捕集和循环利用。
[0026]尾气蒸汽岛，包括对IGCC碳氧循环发电岛、硅铝钛碳黑岛、粉煤灰制铝合金硅铁岛产生的高温尾气余热利用制水蒸汽。一部分蒸汽送尾气制氢岛，一部分蒸汽送电解蒸汽岛。
[0027]尾气制氢岛，包括将蒸汽与硅铝钛碳黑岛、粉煤灰制铝合金硅铁岛尾气的一氧化碳反应，产生氢气和二氧化碳。氢气送氢气岛，二氧化碳送二氧化碳捕集岛。
[0028]电解蒸汽岛，包括将蒸汽进行电解，产生氢气和氧气。氢气送氢气岛，氧气送氧气岛，供IGCC碳氧循环发电岛，进行纯氧燃烧发电。优选电解蒸汽岛的温度为200—1000°C。
[0029]二氧化碳制油岛，包括将二氧化碳与氢气重整生产油(汽油、柴油)产品。
[0030]空分岛，包括将空气分离，氮气送硅铝钛碳黑岛，氧气送氧气岛。
[0031]远程防爆监控岛，包括对各系统和厂区实行在线远程防爆监控，确保安全生产。
[0032]基于上述装置的一种联产制取石墨烯轮胎的工艺，包括以下步骤:
[0033](I)煤基岛将煤基送石墨烯岛、硅铝钛碳黑岛，分别制取石墨烯和硅铝钛碳黑，石墨稀和娃招钦碳黑送石墨稀轮胎岛制取石墨稀轮胎；
[0034](2)煤基岛将煤基送IGCC碳氧循环发电岛用于发电，产生粉煤灰和二氧化碳分别送粉煤灰制铝合金硅铁岛、二氧化碳捕集岛，粉煤灰制铝合金硅铁岛制取铝合金和硅铁产品;
[0035](3)硅铝钛碳黑岛、粉煤灰制铝合金硅铁岛、IGCC碳氧循环发电岛产生的高温尾气送尾气余热蒸汽岛制取水蒸气;一部分水蒸气尾气制氢岛，水蒸气与粉煤灰反应产生氢气和二氧化碳，氢气送氢气岛，二氧化碳送二氧化碳捕集岛；一部分水蒸气送电解蒸汽岛电解产生氢气和氧气，分别送氢气岛、氧气岛；
[0036](4) 二氧化碳捕集岛将捕集的氢气、氢气岛将氢气送二氧化碳制油岛制取油产品；氧气岛将氧气送IGCC碳氧循环发电岛用于发电；空分岛将空气分离，氧气送氧气岛，氮气送硅铝钛碳黑岛；
[0037](5)远程防爆监控岛，包括对各系统和厂区实行在线远程防爆监控，确保安全生产。
[0038]IGCC碳氧循环发电岛、硅铝钛碳黑岛、粉煤灰制铝合金硅铁岛、尾气余热蒸汽岛、尾气制氢岛、氢气岛、氧气岛、二氧化碳捕集岛、二氧化碳制油岛形成的联产装置，用于联产尾气余热蒸汽、制氢、捕碳、制油。
[0039]在生产过程中，图2是石墨烯岛利用煤基制备煤基石墨烯的工艺流程示意图，生产的煤基石墨稀，可进一步生广下游广品，如:煤基石墨稀轮胎、煤基石墨稀电池、煤基石墨稀纤维(内衣、家居用品)、煤基石墨烯电缆、煤基石墨烯合金(汽车、飞机、潜艇)和煤基石墨烯电子产品等。具体包括以下步骤:
[0040]第一步、高温煅烧石墨化:将高铝煤(高铝煤矸石或无烟煤)经2000°C以上的热处理，因物理变化使六角碳原子平面网状层堆叠结构完善发展，转变成具有石墨二维、三维有序结构的石墨质炭；
[0041](I)重复煅烧阶段，温度至1250°C，为石墨化初期的预热过渡阶段，此时的煤炭坯具有一定的热电性能和耐热冲击性能；
[0042](2)严控升温阶段，温度至1250—1800°C，此阶段是石墨化关键温度区间，炭坯的物理结构和化学组成发生了很大的变化，无定形碳的乱层结构逐渐向石墨晶体转变，同时在无定形碳微晶结构边缘结合的不稳定低分子烃类和杂质元素基团不断地分解逸出；
[0043](3)自由升温阶段，温度至1800°C-石墨化最高温度，此时炭材料的石墨晶体结构雏形已基本形成，继续升温，促使其石墨化程度进一步提高；
[0044]煤在煅烧过程中随着温度升高，在1300—1700°C时脱除硫，其余的金属杂质也在2000—2200°C左右开始从煤中气化排出，煤经过约2300—2500°C的高温处理后，可达到煤高温热融解降灰的目的。另外经过高温处理后，煤的晶格向定向排列转变，石墨化度提高，真密度提高，电阻率降低；
[0045]煤基石墨化的制备工艺采用高温直流电煅技术，主体设备选用高温电气煅烧炉，炉芯温度约2300—2500°C，可满足高档炭素产品对石墨炭结构及纯度的要求；
[0046]第二步:等离子石墨化:将高铝煤(高铝煤矸石或无烟煤)送等离子体炬石墨化；
[0047]第三步、机械剥离:
[0048]煤石墨化后，通过热退火处理进行还原，还原机理为在对煤快速加热时会在石墨炭片层之间产生大量的CO或CO2气体并发生突然的膨胀。温度的快速上升使碳平面上的含氧官能团分解成气体并在堆叠的片层之间产生巨大的压力(1000°c时达到130MPa)，使堆叠的石墨炭片层分离。快速的加热过程不仅能够剥离石墨炭而且能够在高温下分解其表面的含氧官能团从而制备功能化的石墨稀;
[0049]第四步、可燃气体IGCC发电:
[0050]将煤基石墨化过程中产生的可燃气体CO，送IGCC发电系统发电。
[0051]上述提到了高温煅烧石墨化及等离子石墨化两种石墨化方法，实际应用过程中还可采用超声波炉石墨化及微波炉石墨化的方法。
[0052]如图3所示，尾气余热蒸汽岛为余热蒸汽发生器，IGCC碳氧循环发电岛、硅铝钛碳黑岛、粉煤灰制铝合金硅铁岛将高温尾气通过管道送到余热蒸汽发生器，蒸汽送入尾气制氢岛制氢反应室内与硅铝钛碳黑岛、粉煤灰制铝合金硅铁岛高温尾气管道送进来的一氧化碳反应，产生氢氢气和二氧化碳，再送入气体分离器分离，氢气送入氢气岛，二氧化碳送入二氧化碳捕集岛，供二氧化碳制油岛制油；制氢反应室远程防爆监控器和气体分离器远程防爆监控器在线监控尾气制氢岛制氢反应室和气体分离器内的温度、压力。
[0053]如图4所示，硅铝钛碳黑岛为等离子炬硅铝钛碳黑装置，包括:氮气一次风口、氮气二次风口、高铝煤矸石粉第一送料口、高铝煤矸石粉第二送料口、空心阴极、四个多阳极、阴极循环冷却水、阳极循环冷却水、催化芯、绝缘体、催化室保温壁、催化室、直流电源、高压脉冲电源、高压脉冲器、气固分离器、硅铝钛碳黑包装置系统、尾气回收处理装置系统、远程防爆监控器;所述空心阴极与四个多阳极依次排列并且左右对称，所述直流电源的负极与一侧的空心阴极、一个多阳极连通，直流电源的阳极与同侧的其余多阳极连通;所述对称空心阴极间设有氮气一次风口，空心阴极与多阳极之间依次设有氮气一次风口、氮气二次风口、高铝煤矸石粉第一送料口、高铝煤矸石粉第二送料口 ；所述高压脉冲电源的负极与另一侧的空心阴极、一个多阳极连通，直流电源的阳极与同侧的其余多阳极连通;蜂窝状的催化芯插在等离子炬硅铝钛碳黑装置中央，一端通过绝缘体与高压脉冲器连通；阴极冷却循环水流经左右两侧的空心阴极，阳极冷却循环水流经左右两侧的多阳极;氮气与高铝煤矸石粉送催化室，催化室由密闭催化室保温壁构成;催化室与气固分离器连接，气固分离器与硅铝钛碳黑包装置系统、尾气回收处理装置系统，远程防爆监控器实时在线监控。
[0054]实施步骤:
[0055]第一步、打开各系统电源开关。并依次打开阴极循环冷却水和阳极循环冷却水阀门，送入循环冷却水；
[0056]第二步、将氮气从氮气一次风口和氮气二次风口送入等离子炬内，与从高铝煤矸石粉第一送料口和高铝煤矸石粉第二送料口送入的高铝煤矸石粉，在800—3600 0C的高温等离子体与催化芯的协同用下，在催化室内，一是瞬间快速脱除煤中的水和挥发分，二是将高铝煤矸石中煤炭大分子裂变成单质碳黑；在气固分离器内，气体送入尾气回收处理装置系统，固体送入硅铝钛碳黑包装置系统；
[0057]第三步、打开远程防爆监控器分别在线监控等离子炬催化室和气固分离器内的温度、压力。
[0058]通过上述工艺与装置制成的石墨烯轮胎，可以用于各种交通工具上，如作为汽车、摩托车、拖拉机、自行车、工业、飞机安全轮胎。如图4所示，利用石墨烯材料制取包括:石墨烯补强带、石墨烯内衬层、石墨烯钢带、石墨烯胎圈钢丝，与天然橡胶、石油橡胶、硅铝钛碳黑和硫氧化锌和硫助剂，制成石墨烯轮胎，替代传统轮胎，具有增加轮胎防扎破、防爆裂和增加阻力、寿命长、不易爆胎的优点。
[0059]实施例2:如图6所示，本实施例与实施例1的区别在于，还包括石墨烯新能源汽车岛、石墨烯锂钛稀土电池岛、石墨烯防弹防粘贴膜岛、石墨烯空气净化滤膜岛、石墨烯刹车片岛、石墨烯阻燃纤维材料岛、石墨烯发动机岛、石墨烯智控电子元件岛。煤基岛将煤基送石墨化岛脱除挥发分后送石墨烯岛、硅铝钛碳黑岛，分别制取石墨烯和硅铝钛碳黑，石墨烯和硅铝钛碳黑送石墨烯轮胎岛制取石墨烯轮胎，石墨烯送石墨烯刹车片岛制取石墨烯刹车片、送石墨烯锂钛稀土电池岛制取石墨烯电池、送石墨烯发动机岛制取石墨烯发动机、送石墨烯防弹防粘贴膜岛制取石墨烯防弹防击贴膜、送石墨烯空气净化滤膜岛制取石墨烯净化滤膜、送石墨烯阻燃纤维材料岛制取石墨烯纤维阻燃材料、送石墨烯智控电子元件岛制取石墨烯智控电子元件，石墨烯锂钛稀土电池岛、石墨烯防弹防粘贴膜岛、石墨烯空气净化滤膜岛、石墨烯刹车片岛、石墨烯阻燃纤维材料岛、石墨烯发动机岛、石墨烯智控电子元件岛与石墨烯新能源汽车岛连接，石墨烯刹车片、石墨烯电池、石墨烯发动机、石墨烯防弹防击贴膜、石墨烯净化滤膜、石墨烯纤维阻燃材料、石墨烯智控电子元件送石墨烯新能源汽车岛用于新能源汽车制造。
[0060]本实施例在实施例1的基础上进行了拓展，石墨烯的应用并不仅仅用于轮胎，也可以用于其他汽车元器件上。
[0061]以上的所述乃是本实用新型的具体实施例及所运用的技术原理，若依本实用新型的构想所作的改变，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，仍应属本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.一种联产制取石墨烯轮胎的装置，其特征在于包括:煤基岛、硅铝钛碳黑岛、石墨烯岛、石墨烯轮胎岛、IGCC碳氧循环发电岛、粉煤灰制铝合金硅铁岛、二氧化碳捕集岛、尾气余热蒸汽岛、尾气制氢岛、空分岛、二氧化碳制油岛、远程防爆监控岛;所述煤基岛与硅铝钛碳黑岛、石墨烯岛、IGCC碳氧循环发电岛连接，硅铝钛碳黑岛、石墨烯岛与石墨烯轮胎岛连接，IGCC碳氧循环发电岛与粉煤灰制铝合金硅铁岛、二氧化碳捕集岛、尾气余热蒸汽岛连接，硅铝钛碳黑岛与尾气余热蒸汽岛、尾气制氢岛连接，粉煤灰制铝合金硅铁岛与尾气余热蒸汽岛、尾气制氢岛连接，尾气余热蒸汽岛与尾气制氢岛连接，尾气余热蒸汽岛通过电解蒸汽岛分别与氢气岛、氧气岛连接，尾气制氢岛与氢气岛、二氧化碳捕集岛连接，氢气岛、二氧化碳捕集岛与二氧化碳制油岛连接，氧气岛与空分岛、IGCC碳氧循环发电岛连接，空分岛与硅铝钛碳黑岛连接，远程防爆监控岛实时在线监控。2.根据权利要求1所述的一种联产制取石墨烯轮胎的装置，其特征在于，硅铝钛碳黑岛为等离子炬硅铝钛碳黑装置，包括:氮气一次风口、氮气二次风口、高铝煤矸石粉第一送料口、高铝煤矸石粉第二送料口、空心阴极、四个多阳极、阴极循环冷却水、阳极循环冷却水、催化芯、绝缘体、催化室保温壁、催化室、直流电源、高压脉冲电源、高压脉冲器、气固分离器、硅铝钛碳黑包装置系统、尾气回收处理装置系统、远程防爆监控器;所述空心阴极与四个多阳极依次排列并且左右对称，所述直流电源的负极与一侧的空心阴极、一个多阳极连通，直流电源的阳极与同侧的其余多阳极连通;所述对称空心阴极间设有氮气一次风口，空心阴极与多阳极之间依次设有氮气一次风口、氮气二次风口、高铝煤矸石粉第一送料口、高铝煤矸石粉第二送料口；所述高压脉冲电源的负极与另一侧的空心阴极、一个多阳极连通，直流电源的阳极与同侧的其余多阳极连通;蜂窝状的催化芯插在等离子炬硅铝钛碳黑装置中央，一端通过绝缘体与高压脉冲器连通；阴极冷却循环水流经左右两侧的空心阴极，阳极冷却循环水流经左右两侧的多阳极;氮气与高铝煤矸石粉送催化室，催化室由密闭催化室保温壁构成;催化室与气固分离器连接，气固分离器与硅铝钛碳黑包装置系统、尾气回收处理装置系统，远程防爆监控器实时在线监控。
【文档编号】C08L7/00GK205601199SQ201620281812
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年4月7日
【发明人】程礼华, 程皓, 徐渭渭
【申请人】程礼华