一种水冷法沥青基球形活性炭的熔体造粒装置的制作方法

本实用新型属于化工化工产品造粒领域。

背景技术：

沥青基球形活性炭是一种物理性能和吸附性能都十分优异的新型炭材料。具有球形度好，机械强度高、固定床容通阻力小、广谱吸附性能强、吸脱附速度快以及可再生等系列优点，在国民经济建设中如环保、医疗、化工、军事等领域有着广泛的应用前景，是活性炭家族的高端品种，但由于其复杂的生产工艺以及高昂的技术成本，使得工业化生产以及推广使用困难重重。

沥青基球型活性炭具有非常良好的生物相容性和生物化学相容性，是一种理想的医用活性吸附材料，目前国内外对沥青基球型活性炭在生物医学领域的应用已有大量的研究报道，主要有血液净化、作为药物的活性组分、作为口服吸附材料等诸多方面。

沥青基球形活性炭由于其圆球的形状，在流体(液体或气体) 中的固定床容通阻力小，装填密度均匀，吸附快，处理流体的化学能力大大优于其他类型的活性炭；同时沥青基球形活性炭也是性能优良的化工催化剂载体，在高温高压的复杂环境中自身的理化稳定性和便捷的回收性也是其突出优点。再由于沥青基球形活性炭的机械强度高，使用过程不易破损掉渣，可以脱附再生反复特点，与普通活性炭相比，有明显的经济价值和社会效益。

我国第十一个五年计划中就曾将沥青基球形活性炭的研发列为了国家科技支撑计划重点项目，足见国家对其应用前景和市场需求的重视。

目前世界上真正形成沥青基球形活性炭工业化规模生产的只有日本吴羽化学工业株式会社一家企业，年产量为2千吨且完全垄断了国际高端市场，仅此一点就足以说明其工艺技术的复杂程度。

自上世纪90年代起，中国就陆续有多家科研机构以及知名院校先后进入了《沥青基球型活性炭》的研发领域，且均宣告完成了实验室阶段的理论及样品的研发工作，均拿出了合格甚至完美的实验室样品，其中山西煤化所、北京防化院以及山西新华厂、华东理工大等机构为此做了大量的工作，但是至今该技术仍然只停留在实验室阶段，国内外尚未见到除日本吴羽化学之外的能够形成工业化规模生产的报道。

现有的实验室沥青基球形活性炭的造粒方法是先将熔化的沥青制成薄片然后破碎成一定体积的不规则颗粒，再利用沥青加热后可形变的特性使其在一定温度的介质中依靠自身表面张力收缩成为圆球形颗粒，这种方法对于实验室科研是一种可选的方法，但远不能满足形成工业化规模生产的造粒要求，沥青基球形活性炭的生产工艺包括材料制备、造粒、颗粒不熔化处理、颗粒碳化、颗粒活化等诸多方面，其中的瓶颈之一就是造粒工艺的工业化一直没能突破。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种水冷法沥青基球形活性炭的熔体造粒装置，该装置可以使这种球形颗粒的直径以及圆球度均符合沥青基球形活性炭制造工艺对颗粒的要求，可以达到工业化连续生产。

本实用新型的技术方案是：一种水冷法沥青基球形活性炭的熔体造粒装置，其特征在于：在喷盘下部同心设置有一个3～4米直径的圆形敞口水冷容器，水冷容器上部的水位液面距喷盘端面的垂直距离为0.4～1.2米；水冷容器的上部为敞口的中空圆柱形，下部为中空圆锥形，圆锥底连接出料机构；在水冷容器连接列管式水冷换热器的主管路上设置有一个旁路，旁路的中间装有一台补水电加热器，旁路的上下部各装有一个补水旁管路阀门与主管路连接；在水冷容器的中部设有一个补水管路；在水冷容器的上部开有一个液位溢流口以保持水位液面距喷盘的距离恒定。

优选地，水冷容器内是与沥青互不相溶的普通淡水作为液下造的冷却介质，水的温度控制在30～60℃之间。

优选地，水冷容器用金属板材制作，水冷容器的直径为3～4 米。

优选地，出料机构是一台可变频控制的星型出料阀(15)。

本实用新型的特点：

1、由于水和沥青互不相溶互不亲和，故本专利选用最廉价的普通淡水作为液下造粒的冷却介质。

2、本专利可实现连续工业化规模生产，对降低成本提高商品竞争力有益。

3、与塔式空冷造粒工艺相比较，水冷却造粒装置的总高度不到塔式空冷造粒的一半，直径不到塔式空冷造粒的三分之一，参见图 3，在装置投资以及施工成本方面具有绝对优势，总投资低，占地面积小。

4、由于装置的高度降低致使原料提升等运行成本明显下降。

5、由于装置的高度降低使得设备维修检修更加方便安全。

6、以造粒塔内直径15米，水冷容器的直径3～4米计，水冷容器的截面积不到塔式空冷造粒的十四分之一乃至二十五分之一，参见图3，故环保方面有效捕捉沥青烟雾的成本以及效率优势十分明显。

7、高效一体化，可实现自动化远程控制，造粒岗位可实现无操作工人。

附图说明

图1是水冷法沥青基球形活性炭的熔体造粒装置示意图。

图2是塔式空气冷却沥青基球形活性炭的熔体造粒装置示意图。

图3是两种冷却方式的造粒装置同比例外形图对比示意图。

附图标号为：沥青烟雾捕捉管1、熔融沥青给料机构2、喷盘造粒机3、工作层平台4、水冷容器5、补水管路6、补水电加热器7、换热器8、补水主管路阀门9、补水旁管路阀门10、循环水水泵 11、皮带输送机12、蓄水槽13、振动筛14、星型出料阀15、蓄水槽溢流管16、蓄水槽补水管17、水冷容器溢流管18、熔体沥青液滴运动轨迹19、水位液面20、熔融沥青射入角21、造粒塔22。

具体实施方式

如图1、图2所示，喷盘造粒机3安置在工作层平台4的上面，在喷盘下部同心设置有一个3～4米直径的圆形敞口水冷容器5，水冷容器5上部的水位液面20距喷盘端面的垂直距离为0.4～1.2 米，符合工艺要求的熔体沥青经熔融沥青给料机构2定量落入喷盘造粒机3的喷盘端面上，在旋转喷盘离心力作用下，自喷盘外径端点切线方向以液滴的形式离开造粒喷盘，随即就呈一定的射入角21 进入到水中，液滴呈一定的射入角21进入水中有利于防止液滴变形，由于工艺对水的温度有严格的要求，故液滴在水中是一个相对缓慢的相变过程，这一过程十分有利于颗粒的正圆球收缩，因为急剧冷却不利于沥青颗粒正圆球的收缩。该液滴从水平运动至自由落体的最远抛物线(即熔体沥青液滴运动轨迹19)距离，这个抛物线距离也就决定了喷洒所需的直径，该直径必须满足液滴运动时不会碰撞到造粒塔22内壁，因此以年产5000吨规模的熔体沥青造粒装置为例，其造粒塔22的有效高度不宜低于15米，其造粒塔22的中空内直径不宜小于15米。

另外沥青熔体造粒时会产生很大的烟雾，故环保要求整体装置必须有沥青烟雾的处理装置，所以本实用新型设有沥青烟雾捕捉管1 与水冷容器5联通来有效捕捉沥青烟雾。

如图3所示，两种造粒装置的产能是一样的，均是年产5000吨的规模，左边的图是本实用新型水冷法沥青基球形活性炭的熔体造粒装置外形图；右边的图是背景技术提到的塔式空气冷却沥青基球形活性炭的熔体造粒装置外形图。

水冷容器5用金属板材制作，水冷容器5的上部为敞口的中空圆柱形，下部为中空圆锥形。

水冷容器5的上部开有一个液位溢流口以保持水位液面20距喷盘的距离恒定。自溢流口溢出的水经水冷容器溢流管18进入设在振动筛14下方的蓄水槽13中。

水冷容器5的中部设有一个补水管路6，从换热器8出来的符合工艺温度要求的水经补水管路6被循环水水泵11泵入水冷容器5 中，该措施有两个功能：一是补充经星型出料阀15流出的水，二是调节水冷容器5内水的温度，保证水冷容器5内的水温符合工艺要求。

水冷容器5圆锥形的底部连接出料机构，出料机构是一台可变频控制的星型出料阀15。星型出料阀15是一个成熟的工业产品。已固化成型的球形颗粒连带一部分水从该星型出料阀15的出口间歇性的排至振动筛14，大于筛孔直径的球形颗粒从振动筛14上完成粗脱水后经振动筛14的出口落入皮带输送机12至下一道颗粒精脱水工序，经振动筛14筛孔落下的水则进入振动筛14下部的蓄水槽13 中，流入蓄水槽13中的水被循环水水泵11泵入到一台列管式水冷换热器8中，泵入换热器8中的水经与冷媒换热至工艺要求的温度后再经补水管路6重新回到水冷容器5中，如此循环以保证水冷容器5内的水面液位20以及水的温度在工艺要求的范围内。蓄水槽的水位通过蓄水槽溢流管16以及蓄水槽补水管17来调节。

在水冷容器5连接换热器8的主管路上设置有一个旁路，旁路的中间装有一台补水电加热器7，旁路的上下部各装有一个补水旁管路阀门10与主管路连接。关闭补水主管路阀门9的同时打开旁管路上下部的补水旁管路阀门10以及接通补水电加热器7的电源就可以在初始造粒阶段给水冷容器5内的水升温，当水冷容器5内的水升温至工艺要求的温度后即可开始造粒，正常造粒时由于沥青液滴的温度会令水冷容器5内的水温度上升，故正常工作时该电加热装置7 停止加温且打开在主管路上的阀门9同时关闭旁路管的上下部的阀门10，换热器8的主要功能就是调节水冷容器5内水的温度。

在水冷容器5的上中下部各设有一个温度传感器，温控仪根据温度传感探头传来的数据自动控制列管式水冷换热器8的出水温度。

视沥青基球形活性炭的商业用途不同，对原料沥青的造粒工艺即对水的温度要求亦有所不同，本实用新型水冷容器5内水的温度控制在30～60摄氏度之间。

以上实施例仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。