CN109467086A - 一种制备碳材料用竖管炉 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制备碳材料用竖管炉，包括上料装置、料仓、阀门、料仓氮气置换管路、熔融腔废气收集及处理管路、熔融腔、熔融腔搅拌***、熔融腔加热***、熔融腔氮气置换管路、炉支承框架、工作平台、第一高温插板阀、斜管、第一阀门段加热***、烧结腔、烧结腔搅拌破碎***、烧结腔加热***、烧结腔废气收集及处理管路、烧结腔氮气置换管路、第二高温插板阀、第二阀门段加热***、冷却腔、卸料管、卸料阀、粉料收集器、冷却腔废气收集及处理管路、冷却腔氮气置换管路、水套冷却循环***、冷却搅拌***、扶手及护栏。
Description
技术领域
本发明涉及碳材料制备技术领域，具体为一种制备碳材料用竖管炉。
背景技术
中间相碳微球、多孔碳材料具有高比表面积、良好的导电性和导热性优异的化学稳定性及热稳定性等特点，尤其多孔碳材料更具有可调控的孔径分布、高比表面积、大孔体积等特点，广泛应用于工业废气处理的吸附剂、水净化有机物吸附剂、催化剂载体、超级电容器、锂离子电池负极材料等领域。多孔碳材料的合成方法有卤素侵蚀法、高温热分解法、超临界流体侵蚀法、模板法等，这些方法存在工艺复杂，对设备要求高，反应温度高，制备的产品纯度偏低等问题，严重阻碍了多孔碳材料的广泛应用，要实现制备工艺简单、获得高纯度、更高比表面积的多孔炭，采用强碱及盐类(如NaOH、KOH、NaCO3、K2CO3、ZnCl2等)作为活化剂进行化学活化法制备多孔炭材料，尤其采用碱金属化合物(NaOH、KOH)化学活化法制备的多孔炭具有更高比表面积。目前国内还没有专门用于碱金属化合物或盐熔融、化学活化法制备多孔炭的设备，囯内企业目前还是利用现场已有的辊道窑炉、推板窑炉、箱式炉、真空炉烧结制成，烧结过程中碱性腐蚀气体对炉体腐蚀严重，腐蚀性气体一部分释放在车间内，操作人员工作环境恶劣；腐蚀气体冷凝结晶，易造成掉渣、排气管路阻塞；产品一致性差，整个高温活化过程中是静态反应，由于碳粉与碱或盐溶液的比重不同，造成上下分层，使得一钵内的多孔碳比表面积差异较大；为获得较好一致性，需要减少装钵量，这也是产能较低的主要原因；同时原料装钵加盖、冷却出炉后卸盖、破碎或水洗，空匣钵转运都增加了操作的复杂性，劳动强度大，工作效率低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制备碳材料用竖管炉，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种制备碳材料用竖管炉，包括上料装置、料仓、阀门、料仓氮气置换管路、熔融腔废气收集及处理管路、熔融腔、熔融腔搅拌***、熔融腔加热***、熔融腔氮气置换管路、炉支承框架、工作平台、第一高温插板阀、斜管、第一阀门段加热***、烧结腔、烧结腔搅拌破碎***、烧结腔加热***、烧结腔废气收集及处理管路、烧结腔氮气置换管路、第二高温插板阀、第二阀门段加热***、冷却腔、卸料管、卸料阀、粉料收集器、冷却腔废气收集及处理管路、冷却腔氮气置换管路、水套冷却循环***、冷却搅拌***、扶手及护栏，所述上料装置通过PLC触摸屏控制上料装置中料仓上阀门开启及关闭，所述料仓内用于制备多孔碳的碱或盐及碳粉混合料待料仓氮气置换后进入熔融腔内，待碱或盐及碳粉混合料熔融后进入烧结腔中进行烧结，此时烧结腔搅拌破碎***作为搅拌、破碎作用，待混合料活化破碎后进入冷却腔进行搅拌、破碎、冷却至出料温度后出料，所述熔融腔外设有第一高温插板阀、与烧结腔连接的斜管以及第一阀门段加热***，所述烧结腔外设有第二高温插板阀、第二阀门段加热***，所述熔融腔加热***、第一阀门段加热***、烧结腔加热***、第二阀门段加热***、冷却腔处均设有温控探头，所述熔融腔、烧结腔、冷却腔分别设有熔融腔氮气置换管路、烧结腔氮气置换管路、冷却腔氮气置换管路，工作时，通过PLC自动实现熔融腔、烧结腔、冷却腔各自氮气置换，所述料仓氮气置换管路、熔融腔氮气置换管路、烧结腔氮气置换管路、冷却腔氮气置换管路上均设有压力保护并采用数字流量开关控制载气流量，熔融腔、烧结腔底部设有炉支承框架、工作平台，炉支承框架上设有扶手及护栏，所述熔融腔、烧结腔、冷却腔之间的连接分别采用第一高温插板阀、第二高温插板阀连接，分别通过PLC控制第一高温插板阀、第二高温插板阀开启和关闭。
所述熔融腔、熔融腔搅拌***均采用耐800℃高温且耐高碱性腐蚀的纯镍及其它耐蚀、耐高温的材质制作，熔融腔搅拌***使碱或盐及碳粉充分混合均匀成熔融状态。
所述烧结腔、烧结腔搅拌破碎***均采用耐1000℃高温且耐高碱性的纯镍及其它耐蚀、耐高温的材质制作，烧结腔搅拌破碎***使碱或盐及碳粉充分混合均匀活化后生成物破碎成粉体或粉体与液体混合物，便于从第二高温插板阀流出进入冷却腔。
所述冷却腔、冷却搅拌***均采用耐1000℃高温且耐高碱性的纯镍及其它耐蚀、耐高温的材质制作，冷却腔体外水套冷却循环***上均设有冷却循环水循环管路，通过循环水循环冷却，以保障活化后的生成物进入冷却腔内能快速冷却，通过冷却搅拌***将冷凝成固体的活化生成物破碎成粉末，打开卸料阀通过卸料管将粉料收集至粉料收集器内。
所述熔融腔、烧结腔、冷却腔内工作时所产生的废气分别通过熔融腔废气收集及处理管路、烧结腔废气收集及处理管路、冷却腔废气收集及处理管路进行收集并处理，其中烧结腔产生的废气点火燃烧处理，再间接收集高温碱性废气并处理。
所述熔融腔、烧结腔、冷却腔的位置是根据碱或盐与碳粉混合物根据熔融、活化、冷却过程中物料输送方式即利用碱或盐与碳粉混合物间歇式重力自上向下自动输送方式，采用上中下竖向排列，形成三腔或三腔以上竖管炉。
所述料仓氮气置换管路、熔融腔氮气置换管路、烧结腔氮气置换管路、冷却腔氮气置换管路处置换用的气体采用惰性气体如氮气、氩气，优选氮气气氛。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明用于制备材料碳化、或制备中间相碳微球的竖管炉中上料仓、烧结腔、冷却腔之间或用于制备多孔碳的上料仓、熔融腔、烧结腔、冷却腔之间物料均为间歇式重力自上向下自动输送，无转接，避免物料在输送过程中转运造成物料流失、污染；避免废气腐蚀、高温碱液对设备及人体伤害，甚至造成***、燃烧的危险，避免碱或盐与碳粉混合溶液遇冷结块；氮气置换管路、冷却循环管路上均设有气压/水压保护、流量检测，采用数字流量开关控制载气流量；熔融腔、烧结腔、冷却腔均设有温度自动控制，温控精度高；熔融、烧结、冷却时间自动控制，竖管炉采用PLC触摸屏设定、程序控制，自动化程度高，操作简单，操作人员劳动强度低；炉支承框架安全有效接地，电加热控制设有漏电保护，竖管炉安全、可靠；熔融腔、烧结腔、冷却腔内工作时所产生的废气分别通过熔融腔废气收集及处理管路、烧结腔废气收集及处理管路、冷却腔废气收集及处理管路进行收集并处理，其中烧结腔产生的氢气点火燃烧处理，再间接收集高温碱性废气并处理，安全、环保；熔融腔、烧结腔、冷却腔以及各腔内与碱或盐及碳粉混合溶液相接触的零部件均采用纯镍或其它耐腐蚀、耐高温材质制作，耐1000℃高温及高碱性腐蚀，使用寿命长，耐蚀、可靠；熔融腔、烧结腔处设有工作平台，设有梯子、扶手及护栏，操作、维修方便、安全；竖管炉内物料在加热状态下混合非常均匀，活化一致性好；各腔轮流清空，可实现连续生产；竖管炉结构紧凑，占地面积小；工作时生产效率高，产量大；竖管炉具有安全、可靠、生产稳定的特点，更易实现规模化大批量自动生产；竖管炉适用于多种不同材料制备材料碳化、或制备中间相碳微球或碱、盐等化学活化法制备多孔碳材料，更适用于碱或盐等与碳不同混合比以及不同的化学活化温度、时间的化学活化制备多孔碳材料工艺生产的需要，适应性、兼容性强。
附图说明
图1为一种制备碳材料用竖管炉纵剖面装置示意图；
图2为一种制备碳材料用竖管炉纵剖面氮气置换管路、水套冷却循环***图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1～2，本发明提供一种技术方案：一种制备碳材料用竖管炉，包括上料装置(1)、料仓(2)、阀门(3)、料仓氮气置换管路(4)、熔融腔废气收集及处理管路(5)、熔融腔(6)、熔融腔搅拌***(7)、熔融腔加热***(8)、熔融腔氮气置换管路(9)、炉支承框架(10)、工作平台(11)、第一高温插板阀(12)、斜管(13)、第一阀门段加热***(14)、烧结腔(15)、烧结腔搅拌破碎***(16)、烧结腔加热***(17)、烧结腔废气收集及处理管路(18)、烧结腔氮气置换管路(19)、第二高温插板阀(20)、第二阀门段加热***(21)、冷却腔(22)、卸料管(23)、卸料阀(24)、粉料收集器(25)、冷却腔废气收集及处理管路(26)、冷却腔氮气置换管路(27)、水套冷却循环***(28)、冷却搅拌***(29)、扶手及护栏(30)，其特征在于：所述上料装置(1)通过PLC触摸屏控制上料装置(1)中料仓(2)上阀门(3)开启及关闭，所述料仓(2)内用于制备多孔碳的碱或盐及碳粉混合料待料仓(2)氮气置换后进入熔融腔(6)内，待碱或盐及碳粉混合料熔融后进入烧结腔(15)中进行烧结，此时烧结腔搅拌破碎***(16)作为搅拌、破碎作用，待混合料活化破碎后进入冷却腔(22)进行搅拌、破碎、冷却至出料温度后出料，所述熔融腔(6)外设有第一高温插板阀(12)、与烧结腔连接的斜管(13)以及第一阀门段加热***(14)，所述烧结腔(15)外设有第二高温插板阀(20)、第二阀门段加热***(21)，所述熔融腔加热***(8)、第一阀门段加热***(14)、烧结腔加热***(17)、第二阀门段加热***(21)、冷却腔(22)处均设有温控探头，所述熔融腔(6)、烧结腔(15)、冷却腔(22)分别设有熔融腔氮气置换管路(9)、烧结腔氮气置换管路(19)、冷却腔氮气置换管路(27)，工作时，通过PLC自动实现熔融腔(6)、烧结腔(15)、冷却腔(22)各自氮气置换，所述料仓氮气置换管路(4)、熔融腔氮气置换管路(9)、烧结腔氮气置换管路(19)、冷却腔氮气置换管路(27)上均设有压力保护并采用数字流量开关控制载气流量，熔融腔(6)、烧结腔(15)底部设有炉支承框架(10)、工作平台(11)，炉支承框架(10)上设有扶手及护栏(30)，所述熔融腔(6)、烧结腔(15)、冷却腔(22)之间的连接分别采用第一高温插板阀(12)、第二高温插板阀(20)连接，分别通过PLC控制第一高温插板阀(12)、第二高温插板阀(20)开启和关闭。
所述熔融腔(6)、熔融腔搅拌***(7)均采用耐800℃高温且耐高碱性腐蚀的纯镍及其它耐蚀、耐高温的材质制作，熔融腔搅拌***(7)使碱或盐及碳粉充分混合均匀成熔融状态。
所述烧结腔(15)、烧结腔搅拌破碎***(16)均采用耐1000℃高温且耐高碱性的纯镍及其它耐蚀、耐高温的材质制作，烧结腔搅拌破碎***(16)使碱或盐及碳粉充分混合均匀活化后生成物破碎成粉体或粉体与液体混合物，便于从第二高温插板阀(20)流出进入冷却腔(22)。
所述冷却腔(22)、冷却搅拌***(29)均采用耐1000℃高温且耐高碱性的纯镍及其它耐蚀、耐高温的材质制作，冷却腔(22)体外水套冷却循环***(28)上均设有冷却循环水循环管路，通过循环水循环冷却，以保障活化后的生成物进入冷却腔(22)内能快速冷却，通过冷却搅拌***(29)将冷凝成固体的活化生成物破碎成粉末，打开卸料阀(24)通过卸料管(23)将粉料收集至粉料收集器(25)内。
所述熔融腔(6)、烧结腔(15)、冷却腔(22)内工作时所产生的废气分别通过熔融腔废气收集及处理管路(5)、烧结腔废气收集及处理管路(18)、冷却腔废气收集及处理管路(26)进行收集并处理，其中烧结腔产生的废气点火燃烧处理，再间接收集高温碱性废气并处理。
所述熔融腔(6)、烧结腔(15)、冷却腔(22)的位置是根据碱或盐与碳粉混合物根据熔融、活化、冷却过程中物料输送方式即利用碱或盐与碳粉混合物间歇式重力自上向下自动输送方式，采用上中下竖向排列，形成三腔或三腔以上竖管炉。
所述料仓氮气置换管路(4)、熔融腔氮气置换管路(9)、烧结腔氮气置换管路(19)、冷却腔氮气置换管路(27)处置换用的气体采用惰性气体如氮气、氩气，优选氮气气氛。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (7)
1.一种制备碳材料用竖管炉，包括上料装置(1)、料仓(2)、阀门(3)、料仓氮气置换管路(4)、熔融腔废气收集及处理管路(5)、熔融腔(6)、熔融腔搅拌***(7)、熔融腔加热***(8)、熔融腔氮气置换管路(9)、炉支承框架(10)、工作平台(11)、第一高温插板阀(12)、斜管(13)、第一阀门段加热***(14)、烧结腔(15)、烧结腔搅拌破碎***(16)、烧结腔加热***(17)、烧结腔废气收集及处理管路(18)、烧结腔氮气置换管路(19)、第二高温插板阀(20)、第二阀门段加热***(21)、冷却腔(22)、卸料管(23)、卸料阀(24)、粉料收集器(25)、冷却腔废气收集及处理管路(26)、冷却腔氮气置换管路(27)、水套冷却循环***(28)、冷却搅拌***(29)、扶手及护栏(30)，其特征在于：所述上料装置(1)通过PLC触摸屏控制上料装置(1)中料仓(2)上阀门(3)开启及关闭，所述料仓(2)内用于制备多孔碳的碱或盐及碳粉混合料待料仓(2)氮气置换后进入熔融腔(6)内，待碱或盐及碳粉混合料熔融后进入烧结腔(15)中进行烧结，此时烧结腔搅拌破碎***(16)作为搅拌、破碎作用，待混合料活化破碎后进入冷却腔(22)进行搅拌、破碎、冷却至出料温度后出料，所述熔融腔(6)外设有第一高温插板阀(12)、与烧结腔连接的斜管(13)以及第一阀门段加热***(14)，所述烧结腔(15)外设有第二高温插板阀(20)、第二阀门段加热***(21)，所述熔融腔加热***(8)、第一阀门段加热***(14)、烧结腔加热***(17)、第二阀门段加热***(21)、冷却腔(22)处均设有温控探头，所述熔融腔(6)、烧结腔(15)、冷却腔(22)分别设有熔融腔氮气置换管路(9)、烧结腔氮气置换管路(19)、冷却腔氮气置换管路(27)，工作时，通过PLC自动实现熔融腔(6)、烧结腔(15)、冷却腔(22)各自氮气置换，所述料仓氮气置换管路(4)、熔融腔氮气置换管路(9)、烧结腔氮气置换管路(19)、冷却腔氮气置换管路(27)上均设有压力保护并采用数字流量开关控制载气流量，熔融腔(6)、烧结腔(15)底部设有炉支承框架(10)、工作平台(11)，炉支承框架(10)上设有扶手及护栏(30)，所述熔融腔(6)、烧结腔(15)、冷却腔(22)之间的连接分别采用第一高温插板阀(12)、第二高温插板阀(20)连接，分别通过PLC控制第一高温插板阀(12)、第二高温插板阀(20)开启和关闭。
2.根据权利要求1所述的一种制备碳材料用竖管炉，其特征在于：所述熔融腔(6)、熔融腔搅拌***(7)均采用耐800℃高温且耐高碱性腐蚀的纯镍及其它耐蚀、耐高温的材质制作，熔融腔搅拌***(7)使碱或盐及碳粉充分混合均匀成熔融状态。
3.根据权利要求1所述的一种制备碳材料用竖管炉，其特征在于：所述烧结腔(15)、烧结腔搅拌破碎***(16)均采用耐1000℃高温且耐高碱性的纯镍及其它耐蚀、耐高温的材质制作，烧结腔搅拌破碎***(16)使碱或盐及碳粉充分混合均匀活化后生成物破碎成粉体或粉体与液体混合物，便于从第二高温插板阀(20)流出进入冷却腔(22)。
4.根据权利要求3所述的一种制备碳材料用竖管炉，其特征在于：所述冷却腔(22)、冷却搅拌***(29)均采用耐1000℃高温且耐高碱性的纯镍及其它耐蚀、耐高温的材质制作，冷却腔(22)体外水套冷却循环***(28)上均设有冷却循环水循环管路，通过循环水循环冷却，以保障活化后的生成物进入冷却腔(22)内能快速冷却，通过冷却搅拌***(29)将冷凝成固体的活化生成物破碎成粉末，打开卸料阀(24)通过卸料管(23)将粉料收集至粉料收集器(25)内。
5.根据权利要求1所述的一种制备碳材料用竖管炉，其特征在于：所述熔融腔(6)、烧结腔(15)、冷却腔(22)内工作时所产生的废气分别通过熔融腔废气收集及处理管路(5)、烧结腔废气收集及处理管路(18)、冷却腔废气收集及处理管路(26)进行收集并处理，其中烧结腔产生的废气点火燃烧处理，再间接收集高温碱性废气并处理。
6.根据权利要求1所述的一种制备碳材料用竖管炉，其特征在于：所述熔融腔(6)、烧结腔(15)、冷却腔(22)的位置是根据碱或盐与碳粉混合物根据熔融、活化、冷却过程中物料输送方式即利用碱或盐与碳粉混合物间歇式重力自上向下自动输送方式，采用上中下竖向排列，形成三腔或三腔以上竖管炉。
7.根据权利要求1所述的一种制备碳材料用竖管炉，其特征在于：所述料仓氮气置换管路(4)、熔融腔氮气置换管路(9)、烧结腔氮气置换管路(19)、冷却腔氮气置换管路(27)处置换用的气体采用惰性气体如氮气、氩气，优选氮气气氛。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20190315 |