专利名称：一种由煤连续制备泡沫炭材料的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于煤化工、化学反应工程、等离子体科学以及炭素材料科学相交叉的技术领域，涉及一种由煤和水蒸汽为原料连续制备泡沫炭材料装置。
背景技术：
泡沫炭材料具有低的密度、高的比强度、良好的耐高温和优异的耐酸碱腐蚀性能及表面无氧化物杂质等特点，是一种轻质多孔性材料。应用前景极其广泛。泡沫炭材料通常是用间接的非连续式技术方法及其装置来制备的。
关于泡沫炭制备的研究均散见于国外的文献，迄今为止，未见国内有文献报道。目前国外对关于泡沫炭制备的研究多以烟煤或沥青为原料，采用间歇式高压釜反应装置。以烟煤为原料制备泡沫炭时，要求选用的烟煤要有较高的挥发分含量，并且首先要进行抽提预处理，去除甲苯或喹啉不溶物及无机物杂质，分离出煤沥青。是利用高压反应装置在抽真空(0.001MPa)或高压氮气(1～5MPa)的条件下，以50～100℃/min的升温速率加热至300～350℃，并保温10～30min；然后在高压氮气(1～10MPa)的条件下，再以2℃/min的升温速率加热至500℃以上，在此温度下保温1～5h使泡沫固化，并分别在1000℃和2600～3200℃的惰性气氛下进行炭化和石墨化，以制备高性能的泡沫炭材料。在制备工艺上，需严格地控制温度制度(包括升温速率和温度)和压力制度，以使原料的挥发分在原料达到适宜的粘度时挥发产生泡沫结构，以生成孔径分布均匀(一般为200～1000μm)、开口气孔率较高的泡沫炭。现有的设备制备泡沫炭的方法工艺流程长，控制的参数多且操作复杂，制备过程中条件变化较大，由于金属反应装置耐高温性能的局限，炭化和石墨化的过程需要在不同的装置及加热设备上才能完成，因此无法实现连续化生产，产品的大小也受到反应装置的局限，产品的成本高，生产周期长。
发明内容
本实用新型的目的在于克服了现有制备泡沫炭的材料金属反应装置存在的缺陷，提出了泡沫炭材料连续化制备的装置，可降低生产成本，工艺简单，提高原料的利用率，整个工艺变得可控。
本实用新型的技术解决方案是一种由煤连续制备泡沫炭材料的装置，由水蒸汽发生和供给系统、煤粉输送系统、等离子体发生器、固体收集器、气体的冷却和净化系统、防爆装置、系统压力调节系统和引风机组成。它们的连接按自上而下和从左到右顺序为水蒸汽发生和供给系统、煤粉输送系统、等离子体发生器、固体收集器、气体的冷却和净化系统、防爆装置、压力调节系统和引风机，水蒸汽发生系统和煤粉输送系统分别通过供水蒸汽管线和煤粉输送管线与等离子体发生器连接。等离子体发生器包括水蒸气入口1、煤粉入口2、压缩空气入口3、空心圆筒形阳极7，一个与该阳极电隔离的盖子，在盖子中心处装有一个阴极构件，阴极构件中的石墨棒作为阴极6，阴极棒具有轴向可调性，电弧在阴极棒和圆筒形阳极之间形成，在阳极筒壁的底部，也就是电弧的下方放置一个中央带有圆孔的石墨隔膜块4，这样，可以使得经过电弧区的部分反应后的煤颗粒因为受到隔模块阻挡而反弹回反应器，从而提高煤粉和激发的高活性等离子体的作用时间，达到提高原料利用率的目的；等离子体发生系统的阴极棒通过无级调速步进电机推动，补充消耗的阴极，以维持电弧的稳定；在空心圆筒形阳极7的外部装有一个磁场可调的直流电磁线圈5，在磁场力的作用下既可以使形成的电弧旋转起来，提高电极和等离子体的寿命，又可以将电弧限制在电磁线圈的中部，使等离子体均匀分布在反应器的截面上并提高反应效率。
空心圆筒形阳极7的筒壁以及下行的每一节反应通道都是由三层组成，最内层为石墨衬套，其内径都为150毫米，高度都为300毫米；向外一层为隔热衬套；最外层为水冷夹套。阴极6石墨棒置于阳极7筒壁的中心，其直径为30毫米。在空心圆筒形阳极7的外部装有一个磁场可调的直流电磁线圈5。气体净化和冷却系统的上方，也就是在管路的末端由弹性胶皮密封。在管路的末端弹性胶皮密封的胶皮的垂直正上方装有一个刀片，构成防爆装置，当系统的压力增大到一定的程度时，向上膨胀的胶皮就会被刀片划破而释放出系统内的高压，从而起到防爆的目的。装置的盖子是水冷夹套，水蒸汽的输入管线垂直穿过装置的盖子进入等离子体发生器；煤粉输送管线沿着圆形盖子的径向穿过盖子上的水冷夹套并与盖子成50度角进入发生器。在等离子体发生器盖子的上方，压缩空气是从煤粉输送管线末端的一个支管进入煤粉输送管线，然后，压缩空气夹带煤粉进入等离子体发生器。
本实用新型的有益效果是不需要特殊的真空或高温反应装置，可以在接近大气压的条件下实现泡沫炭的连续化制备。装置结构合理，操作简便、可控，可连续化和低成本的运行。
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是直接由粉煤和水蒸汽为原料连续制备泡沫炭材料装置的结构示意图。
图2是等离子体发生器结构示意图图中，1.水蒸气入口，2.煤粉入口，3.压缩空气入口，4.石墨隔膜块，5.电磁线圈，6.电弧的阴极，7.电弧的阳极。
具体实施方式
采用台吉煤为原料，粉碎后煤粉粒径小于2毫米。将蒸汽发生器中气体的压力设定为1.4～1.8个大气压，加热水蒸汽发生器中的水，达到设定的压力后，打开引风机，调节压力调节系统，使系统压力为负20个毫米水柱，接通循环冷却水。接通等离子体工作气体(压缩空气)，压缩空气的流量为1.2立方米/小时；接通电磁线圈的电流，电流为245安培；接通电源并引发等离子体发生器的电弧，电弧的电流为260安培，此时电弧的电压为270伏特；通入蒸汽输送系统中的高温水蒸汽，水蒸汽的流量为2.4千克/小时；接通煤粉输送系统中的煤粉，煤粉的输送量为3.0千克/小时；这样，压缩空气就将粉煤直接喷射入旋转的电弧等离子体射流中；最后，在等离子体发生器中的煤粉和水蒸气以及他们的中间产物在旋转的高活性粒子的激发下发生反应生成泡沫炭，生成的大量泡沫炭材料落在固体收集器中，少量泡沫炭材料富集在等离子体发生器的壁上，
权利要求1.一种由煤连续制备泡沫炭材料的装置，其特征在于，它由水蒸汽发生和供给系统、煤粉输送系统、等离子体发生器、固体收集器、气体的冷却和净化系统、防爆装置、系统压力调节系统和引风机组成，它们的连接按自上而下和从左到右顺序为水蒸汽发生和供给系统、煤粉输送系统、等离子体发生器、固体收集器、气体的冷却和净化系统、防爆装置、压力调节系统和引风机，水蒸汽发生系统和煤粉输送系统分别通过供水蒸汽管线和煤粉输送管线与等离子体发生器连接。
2.按照权利要求1所述的一种由煤连续制备泡沫炭材料的装置，其特征在于所述的等离子体发生器包括水蒸气入口(1)、煤粉入口(2)、压缩空气入口(3)、空心圆筒形阳极(7)，一个与该阳极电隔离的盖子，在盖子中心处装有一个阴极构件，阴极构件中的石墨棒作为阴极(6)，阴极棒具有轴向可调性，电弧在阴极棒和圆筒形阳极之间形成，空心圆筒形阳极(7)筒壁的底部，也就是电弧的下方放置一个中央带有圆孔的石墨隔膜块(4)。
3.按照权利要求2所述的一种由煤连续制备泡沫炭材料的装置，其特征在于，所述的在空心圆筒形阳极(7)的筒壁以及下行的每一节反应通道都是由三层组成，最内层为石墨衬套，其内径都为150毫米，高度都为300毫米；向外一层为保温衬套；最外层为水冷夹套；阴极(6)石墨棒置于阳极(7)筒壁的中心，其直径为30毫米。
4.按照权利要求2和3所述的一种由煤连续制备泡沫炭材料的装置，其特征在于，所述的在空心圆筒形阳极(7)的外部装有一个磁场可调的直流电磁线圈(5)。
5.按照权利要求1所述的一种由煤连续制备泡沫炭材料的方法的装置，其特征在于，所述的气体净化和冷却系统的上方，也就是在管路的末端由弹性胶皮密封。
6.按照权利要求1所述的一种由煤连续制备泡沫炭材料的方法的装置，其特征在于，所述的防爆装置是在管路的末端，弹性胶皮密封的胶皮的垂直正上方装有一个刀片。
7.按照权利要求1所述的一种由煤连续制备泡沫炭材料的装置，其特征在于，所述的装置的盖子是水冷夹套，水蒸汽的输入管线垂直穿过装置的盖子进入等离子体发生器；煤粉输送管线沿着圆形盖子的径向穿过盖子上的水冷夹套并与盖子成50度角进入发生器。
专利摘要本实用新型涉及一种由煤和水蒸汽为原料连续制备泡沫炭材料的装置，由水蒸汽发生和供给系统、煤粉输送系统、等离子体发生器、固体收集器、气体的冷却和净化系统、防爆装置、系统压力调节系统和引风机组成，它们的连接按自上而下和从左到右顺序为水蒸汽发生和供给系统、煤粉输送系统、等离子体发生器、固体收集器、气体的冷却和净化系统、防爆装置、压力调节系统和引风机，水蒸汽发生系统和煤粉输送系统分别通过供水蒸汽管线和煤粉输送管线与等离子体发生器连接。该装置具有生产连续、操作简便可控、工作稳定。
文档编号B01J19/08GK2679134SQ03263238
公开日2005年2月16日 申请日期2003年9月29日 优先权日2003年9月29日
发明者邱介山, 何孝军, 赵宗彬, 孙天军, 周颖, 马腾才 申请人:大连理工大学