一种特种沥青的生产系统和方法与流程

本发明涉及沥青生产领域，具体涉及一种特种沥青的生产方法，同时涉及其生产系统。
背景技术：
：高软化点沥青主要分煤系和油系，目前国内研究高软化点沥青的厂家较少。现有技术中，采用闪蒸法产生的高温沥青含有较高的喹啉不溶物，高温沥青和软沥青混合后得到改质沥青，其组分合理，经空气氧化后得到高软化点沥青，高软化点沥青通过低压自发泡技术可制备低导热泡沫炭。另外，现有技术中以煤焦油精制软沥青为原料，使用减压蒸馏、空气氧化两种方法制取软化点高于240℃的高软化点沥青，将几种沥青纺丝后的氧化产物和炭化产物进行对比。减压蒸馏产物制得的炭纤维表面凸凹不平，强度较低；减压蒸馏 空气氧化制得的炭纤维表面光滑，强度较高。国外煤系进口的高软化点煤系沥青，目前少部分用于负极材料的包覆，大部分用于镁碳砖的混合粘结剂。国内文献中所指的高温沥青大部分是软化点在110℃左右的改质沥青。国内耐火材料公司采用国外煤系进口的高软化点煤系沥青(软化点200℃～235℃)部分替代酚醛树脂作为配料使用，并成功的应用于转炉等一些炉型中，由于提高了镁碳砖的强度和减少了制品的气孔率，这样提高了现场使用寿命，减少检修次数，降低了钢厂的成本和提高了镁碳砖厂家的利润，形成了很好的良性循环。国内生产的高软化点沥青应用于镁碳砖，现在还是一个盲区，随着环保要求的提高和未来技术的发展，高软化点沥青应用于镁碳砖配料中将是一个趋势。锂离子电池负极材料包覆一般采用高软化点沥青。由于石墨本身存在一些结构缺陷，根据用途不同，有的需要对其进行包覆处理，减少其首次不可逆容量，提高循环性能。一般地，天然石墨类负极材料都需要进行包覆，包覆用沥青的用量约占负极材料的7～10％，2015年我国天然石墨累负极材料产量约为2万吨；有部分人造石墨类负极材料需要进行包覆。据估算，2015年我国包覆用沥青用量超过4000吨，据厂家介绍，目前包覆沥青的市场价格在1.6-1.8万元/吨，一般包覆沥青的软化点为230-280℃，包括油系和煤系。各向同性纺丝沥青主要应用于制备通用级沥青基碳纤维。由于原料品质问题，现有技术只能生产较低性能的通用级碳纤维产品，而不能生产针刺毡等高端碳纤维产品。这些产品都是沥青深加工领域里的高端产品。技术实现要素：因此，本发明要解决的技术问题是，提供一种可以同时生产几种高品质沥青的生产系统。本发明要解决的另一个技术问题是，提供可以同时生产几种高品质沥青的生产方法。本发明的技术方案是，一种特种沥青生产系统，主要包括中间槽区单元，沥青调整单元和氧化成型单元；所述中间槽区单元包括两个原料槽和两个中间槽，第一原料槽和第二原料槽与第一中间槽并联连接；第一中间槽与第二中间槽之间设有第一过滤装置；所述沥青调整单元包括依次连接的1号沥青调整槽、2号沥青调整槽和3号反应器；所述3号反应器与第二过滤装置连接；所述氧化成型单元包括成型机，与所述成型机连接的提升机，以及提升机下方的料仓；所述第二中间槽与所述1号沥青调整槽连接；所述第二过滤装置与所述成型机连接；所述3号反应器包括反应器支架，及设于反应器支架上的传动机构和反应器主体，传动机构和反应器主体相连；所述传动机构，包括电机和减速器，电机的输出轴上依次连有传动轮传动轴和传动轮，减速器的输入轴上也连有传动轮，两个传动轮之间通过传动带连接形成传动连接；所述反应器主体，包括筒体组合，其内设有搅拌轴，搅拌轴的输入端与减速器的输出轴相连，搅拌轴上固定有若干叶片和若干轴承。优选的是，所述传动轮为皮带传动轮，传动带为传动皮带。传动轮传动轴为皮带轮传动轴。根据本发明的一种特种沥青生产系统，优选的是，所述第一过滤装置为并联设置，数量2-4个；所述第二过滤装置为并联设置，数量为1-3个。根据本发明的一种特种沥青生产系统，优选的是，所述筒体组合，包括上筒体，及与其相适配的下筒体，上、下筒体均为整体浇铸件，均配有带热油伴热夹套，上、下筒体内侧均为半椭圆腔体结构，端部外侧均为半圆形；上筒体上带有若干接口；下筒体底部带有若干接口。进一步地，上、下筒体均为不锈钢整体浇铸件。所述3号反应器为工卧式二轴式搅拌槽结构。进一步地，所述上筒体的接口包括物料进口、空气进口、尾气出口、导热油进出口、测温孔；所述下筒体的接口包括物料出口、导热油进出口、测温孔；进一步地，所述筒体组合，还包括连于上、下筒体两端部的端盖，端盖内设有若干用以安装轴承的轴承座，轴承之间通过轴承套、轴承定位圈实现在搅拌轴上的定位，轴承座通过轴承座支架实现固定。进一步地，所述轴承座上设有轴承座封头、冷却水进出口和排净口，轴承上设有轴承及密封结构。或者，进一步地，所述端盖上设有氮气接口、导热油进出接口及放净口。根据本发明的一种特种沥青生产系统，优选的是，所述搅拌轴为空心不锈钢轴；所述搅拌轴的输入端与减速器的输出轴通过联轴器相连；所述减速器上罩设有防护罩。更进一步地，所述叶片之间的间距为1～10mm，叶片最大边缘与筒体组合内壁之间的间隙为1～10mm。根据本发明的一种特种沥青生产系统，优选的是，所述沥青调整单元连接有废气处理单元；所述沥青调整单元连接有重质洗油槽。本发明还提供了一种特种沥青的生产方法，采用上述的装置，第一原料槽和第二原料槽中的精制沥青或中温沥青进入第一中间槽加热到160～280℃后，再经第二中间槽加热到160～280℃后，顺次进入1号沥青调整槽，2号沥青调整槽和3号反应器；在温度逐级升高和不同负压的反应器内，与空气接触发生氧化、裂解、聚合的化学反应，通过控制反应温度、真空度及反应时间，经过冷却成型，得到软化点、喹啉不溶物含量、丙酮不溶物含量、残碳含量及异方性不同的各种不品质及用途的特种沥青；所述1号沥青调整槽的反应温度为250～350℃，所述2号沥青调整槽的反应温度为250～350℃；所述3号反应器的反应温度为250～350℃。根据本发明的一种特种沥青的生产方法，优选的是，所述1号沥青调整槽的绝压为1-55kpa；所述2号沥青调整槽的绝压为1-55kpa；所述3号反应器的绝压为1-55kpa；所述1号沥青调整槽的搅拌速度为40～300rpm；所述2号沥青调整槽的搅拌速度为40～300rpm；所述3号反应器的搅拌速度为5～100rpm；所述1号沥青调整槽的搅拌时间为1-15小时；所述2号沥青调整槽的搅拌时间为1-15小时；所述3号反应器的搅拌时间为1-15小时。根据本发明的一种特种沥青的生产方法，优选的是，所述特种沥青为纺丝沥青，锂电池包覆沥青，耐材增碳剂沥青中的一种。根据本发明的一种特种沥青的生产方法，进一步地，所述纺丝沥青生产时，在进入第二中间槽前，经过第一过滤装置过滤；在冷却成型前经过第二过滤装置过滤；纺丝沥青生产时，所述1号沥青调整槽的真空度为-100～-60kpa，空气流量为20-30nm3/h；所述2号沥青调整槽的真空度为-100～-60kpa，空气流量为20-30nm3/h；所述3号反应器的真空度为-105～-70kpa，空气流量为40-50nm3/h；锂电池包覆沥青生产时，所述1号沥青调整槽的真空度为-100～-60kpa，空气流量为20-30nm3/h；所述2号沥青调整槽的真空度为-100～-60kpa，空气流量为15-25nm3/h；所述3号反应器的真空度为-105～-70kpa，空气流量为40-50nm3/h；耐材增碳剂沥青生产时，所述1号沥青调整槽的真空度为-80～-50kpa，空气流量为15-25nm3/h；所述2号沥青调整槽的真空度为-80～-50kpa，空气流量为10-20nm3/h；所述3号反应器的真空度为-100～-65kpa，空气流量为30-45nm3/h。本工艺为连续生产过程，主要是沥青调制、氧化、成型等工序，将精制沥青或中温沥青加工成各种品质的特种沥青产品本工艺采用了减压氧化，对保证产品的质量及收率有明显的效果。在沥青处理过程中，由于液体的软化点高，极易在管道及某些部位堵塞，因此对设备及阀门等部位进行了专门的设计，根据物料特性分别采用蒸汽伴热、导热油伴热等措施，有效地解决堵塞问题。另外整个工艺设备注重环境保护，对加工过程中释放的含油废气，经收集后进行洗涤处理，然后送焦油加热炉作为助燃空气焚烧。在设备选型上充分考虑减少污染源污染物的产生量，立足源头抓起，解决环保问题。本发明的有益效果是：本装置采用了三级氧化处理，把中温沥青软化点提高到285℃，作为第三级氧化反应器采用特殊的工卧式二轴式搅拌槽，确保反应过程中即无两次喹啉不溶物的产生，又能避免反应器自身结焦的可能，同时又能精确控制反应器出口沥青的软化点。在设计上为达到纺丝沥青的要求，对该设备的液面控制十分严格，采用特殊的控制法，用设在设备各点上的传感器来测定槽内的液面。为使该设备能适应工艺要求，制造上采用一些防结焦措施，经过三级氧化后沥青的软化点可以精确控制在要求的温度范围，从而达到纺丝沥青的目的。同时工艺管线上阀门也进行了专门设计，避免了阀门的死角，避免了物料在管道中结焦堵塞管道。本工艺为连续生产过程，将中温沥青加工成各向同性沥青。在这一均质过程中采用了多种手段，有效地将低分子物质及高分子、固态杂质去除，使沥青软化点达纺丝要求且具有很好的纺丝性能。通过三级氧化更加容易控制组份组成，通过空气氧化可以得到不同要求的高软化点沥青。附图说明图1是本发明的整体系统示意图。图2是3号反应器主视图。图3是图1中反应器的俯视图。图4图1反应器的右视图。图5是反应器主体的剖视图。图中，1’-第一原料槽，2’-第二原料槽，3’-第一中间槽，4’-第一过滤装置，5’-第二中间槽，6’-1号沥青调整槽，7’-2号沥青调整槽，8’-3号反应器，9’-第二过滤装置，10’-成型机，11’-提升机，12’-料仓。1-反应器支架，2-反应器主体，3-变频电机，4-减速器，5-皮带轮传动轴，6-第一皮带轮，7-第二皮带轮，8-筒体组合，9-搅拌轴，10-联轴器，11-叶片，12-轴承，13-轴承定位圈，14-端盖，15-轴承座，16-轴承套，17-轴承座支架，18-轴承座封头具体实施方式本发明主要分为沥青调整单元和氧化成型单元。如图1所示，由中间槽来的精制沥青或中温沥青进入沥青中间槽加热到160～280℃后顺次进入1号、2号沥青调整槽及3号氧化反应器，在温度逐级升高和不同负压的反应器内，与空气接触发生氧化、裂解、聚合等复杂的化学反应，通过控制反应温度、真空度及反应时间，得到软化点、喹啉不溶物含量、丙酮不溶物含量、残碳含量及异方性不同的各种不品质及用途的特种沥青。然后经过过滤(纺丝沥青生产时)冷却成型，得到产品纺丝沥青、锂电极包覆材料沥青及耐材增碳剂沥青。一级、二级调整及三级氧化过程产生的油气经冷凝、洗涤，得到的凝缩油与洗油的混合油，以及2号、3号真空机组淘汰后的废洗油一起进入重质洗油槽，作为副产品重质洗油送焦油车间。生产过程中产生的各种含油废气进入废气处理单元，经净化处理后送焦油加热炉焚烧处理后与加热炉烟气一起排放。一级、二级调整及三级氧化过程参数如表1：反应器名称温度/℃绝压(kpa)搅拌速度(rpm)时间(h)1号沥青调整槽250～3501～5540～3001～152号沥青调整槽250～3501～5540～3001～153号反应器250～3501～555～1001～15如图2-图5，3号反应器包括反应器支架1，及安装于反应器支架1上的传动机构和反应器主体2，传动机构和反应器主体2相连，反应器主体2用于沥青在高温、真空状态下的氧化调制。在一个优选的实施方案中，所述传动机构，包括8p变频电机3和减速器4，8p变频电机3的输出轴上依次连有皮带轮传动轴5和第一皮带轮6，减速器4的输入轴上也连有第二皮带轮7，两个皮带轮6、7之间通过传动皮带连接后形成传动连接。在一个优选的实施方案中，所述反应器主体2，包括筒体组合8，其内设有搅拌轴9，搅拌轴9的输入端与减速器4的输出轴通过联轴器10相连，搅拌轴9为空心不锈钢轴，轴上固定有若干叶片11、若干轴承12及轴承定位圈13，工作时，在减速机4带动下做同向转动，实现物料搅拌、物流挂膜氧化、以及用物料润滑填料的作用，并带有自清洁功能，从而实现调整沥青的组份分布以及软化点、结焦值等参数。在一个优选的实施方案中，所述筒体组合8，包括上筒体，及与其相适配的下筒体，上、下筒体均为不锈钢整体浇铸件，均配有带热油伴热夹套，上、下筒体内侧均为半椭圆腔体结构，端部外侧均为半圆形。在一个优选的实施方案中，所述上筒体上配有物料进口、空气进口、尾气出口、导热油进出口、测温孔等各种接口，下筒体上配有物流出口、导热油进出口、测温孔等各种接口。在一个优选的实施方案中，所述筒体组合8，还包括连于上、下筒体两端部的端盖14，端盖14内安装有若干用以放置安装轴承12的轴承座15，轴承12之间通过轴承套16、轴承定位圈13实现在搅拌轴9上的间隔定位，轴承座15通过轴承座支架17实现固定。在一个优选的实施方案中，所述轴承座15上安装有轴承座封头18、冷却水进出口和排净口，轴承12上设有轴承及密封结构。在一个优选的实施方案中，所述端盖14上设有氮气接口、导热油进出接口及放净口。在一个优选的实施方案中，所述减速器4上罩设有防护罩。在一个优选的实施方案中，所述上、下筒体与端盖14均为浇铸不锈钢材质，采用分别整体浇铸加部分焊接，无气孔、裂纹，铸造毛坯要留有足够的切削加工余量，加工后外形符合设计要求，单体进行冷态耐压、气密性试验和热态导热油泄漏试验检查，热固溶处理。保证高温下筒体组合8无泄漏、不漏气、高温状态下反应器主体2运转灵活等。上、下筒体内壁需要进行抛光处理。在一个优选的实施方案中，所述反应器主体2经盘车，运转自如，进行冷态真空试验，冷态真空试验要求：当真空度达到2.6kpa(a)时，检测泄漏量，15分钟后真空度不低于30kpa(a)。实施例1采用软化点为75℃的中温沥青，从第一原料槽和第二原料槽中，中温沥青进入第一中间槽，加热到220℃，再进入第二中间槽，加热到220℃，再进入1号沥青调整槽。控制1号沥青调整槽温度310℃(底部物料温度)，真空度-65kpa，搅拌转速为90rpm，空气流量为20nm3/h去掉10％左右的重组份；控制2号沥青调整槽温度330℃(底部物料温度)，真空度-65kpa，搅拌转速为90rpm，空气流量为15nm3/h，去掉10％左右的重组份；控制3号反应器，真空度控制-80kpa，通过空气氧化，空气流速控制35nm3/h，釜内物料温度控制330℃，得到苯并芘510ppm，软化点为245℃的沥青，可用于耐材黏结剂沥青。实施例2采用软化点为84℃的中温沥青，从第一原料槽和第二原料槽中，中温沥青进入第一中间槽，加热到230℃，再进入第二中间槽，加热到230℃，再进入1号沥青调整槽，控制1#沥青调整槽温度310℃(底部物料温度)，真空度-81kpa，搅拌转速为80rpm，空气流量为25nm3/h去掉10％左右的重组份；控制2#沥青调整槽温度330℃(底部物料温度)，真空度-86kpa，搅拌转速为90rpm，空气流量为20nm3/h，去掉12％左右的重组份；控制3号反应器，真空度控制-90kpa，通过空气氧化，空气流速控制42nm3/h，釜内物料温度控制330℃，得到苯并芘为490ppm,软化点为268℃的沥青，可用于包覆沥青。实施例3采用软化点为78℃的精制中温沥青，从第一原料槽和第二原料槽中，中温沥青进入第一中间槽，加热到220℃，再进入第二中间槽，加热到220℃，再进入1号沥青调整槽，控制1#沥青调整槽温度310℃(底部物料温度)，真空度-89kpa，搅拌转速为100rpm，空气流量为25nm3/h去掉15％左右的重组份；控制2#沥青调整槽温度330℃(底部物料温度)，真空度-86kpa，搅拌转速为100rpm，空气流量为25nm3/h，去掉15％左右的重组份；控制3号反应器，真空度控制-98kpa，通过空气氧化，空气流速控制45nm3/h，釜内物料温度控制330℃，得到苯并芘为350ppm,软化点为285℃的沥青，可用于纺丝沥青。实施例4采用软化点为75℃的中温沥青，从第一原料槽和第二原料槽中，中温沥青进入第一中间槽，加热到240℃，再进入第二中间槽，加热到220℃，再进入1号沥青调整槽，控制1号沥青调整槽温度300℃(底部物料温度)，真空度-60kpa，搅拌转速为120rpm，空气流量为22nm3/h去掉10％左右的重组份；控制2号沥青调整槽温度320℃(底部物料温度)，真空度-60kpa，搅拌转速为120rpm，空气流量为18nm3/h，去掉10％左右的重组份；控制3号反应器，真空度控制-85kpa，通过空气氧化，空气流速控制40nm3/h，釜内物料温度控制330℃，得到苯并芘512ppm，软化点为245℃的沥青，可用于耐材黏结剂沥青。实施例5采用软化点为84℃的中温沥青，从第一原料槽和第二原料槽中，中温沥青进入第一中间槽，加热到230℃，再进入第二中间槽，加热到225℃，再进入1号沥青调整槽，控制1#沥青调整槽温度310℃(底部物料温度)，真空度-85kpa，搅拌转速为90rpm，空气流量为20nm3/h去掉10％左右的重组份；控制2#沥青调整槽温度320℃(底部物料温度)，真空度-90kpa，搅拌转速为100rpm，空气流量为25nm3/h，去掉12％左右的重组份；控制3号反应器，真空度控制-95kpa，通过空气氧化，空气流速控制45nm3/h，釜内物料温度控制330℃，得到苯并芘为495ppm,软化点为265℃的沥青，可用于包覆沥青。实施例6采用软化点为78℃的精制中温沥青，从第一原料槽和第二原料槽中，中温沥青进入第一中间槽，加热到250℃，再进入第二中间槽，加热到235℃，再进入1号沥青调整槽，控制1#沥青调整槽温度310℃(底部物料温度)，真空度-92kpa，搅拌转速为110rpm，空气流量为28nm3/h去掉15％左右的重组份；控制2#沥青调整槽温度320℃(底部物料温度)，真空度-92kpa，搅拌转速为110rpm，空气流量为28nm3/h，去掉15％左右的重组份；控制3号反应器，真空度控制-102kpa，通过空气氧化，空气流速控制48nm3/h，釜内物料温度控制330℃，得到苯并芘为355ppm,软化点为285℃的沥青，可用于纺丝沥青。当前第1页12