一種回收碳纖維裝置及碳纖維回收方法
2023-08-13 04:56:16 3
一種回收碳纖維裝置及碳纖維回收方法
【專利摘要】本發明涉及一種碳纖維回收裝置，包括流化床；與流化床的進氣口連接的第一鼓風機；設置於流化床和第一鼓風機之間的空氣加熱器；與流化床連接的送料裝置；與流化床的出料口連接的篩分機，篩分機的出砂口與流化床的進砂口連接；位於篩分機的和流化床的連接管路上設置有第二鼓風機；與篩分機的出碳纖維口連接的氧化爐；與氧化爐連接的儲料罐。本發明的有益效果為：通過採用篩分機和流化床的出料口連接，跟隨碳纖維從流化床的出料口溢出的石英砂進入到篩分機進行分離，分離出的石英砂在第二鼓風機的作用下再次進入到流化床內對廢舊複合材料進行處理，從而實現了石英砂的循環應用，進而實現在碳纖維處理的連續性。提高了碳纖維的回收效率。
【專利說明】一種回收碳纖維裝置及碳纖維回收方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及碳纖維的回收和再利用的【技術領域】，尤其涉及到一種回收碳纖維裝置和碳纖維回收方法。
【背景技術】
[0002]碳纖維複合材料具有輕質高強、耐腐蝕性好等優異性能，在航空航天、新能源、汽車工業、體育用品等高新【技術領域】都有著廣泛的應用。隨著碳纖維複合材料的廣泛應用，所產生的碳纖維複合材料廢舊物與日俱增，一方面產生的廢棄物的大量堆積不僅佔據了工業用地，汙染環境，且由於制碳纖維的原料石油越來越少，成為了阻礙複合材料進一步應用和發展的瓶頸；另一方面碳纖維複合材料中的碳纖維材料，在生產中能耗大、導致其綜合成本比較高，因此，越來越多的科研人員開始研究複合材料的回收再利用。
[0003]目前，國內對碳纖維複合材料的回收研究還處於起步階段。現有技術公開的回收方法主要包括以下幾種:物理回收、能量回收和化學回收。其中，物理回收是將廢舊複合材料粉碎後用作填料等的方法，該法只適用於未被汙染的複合材料，且再生產品的使用價值較低；能量回收是直接將廢舊複合材料燃燒獲得熱能的方法，該法適用於有機物含量較高的複合材料，但造成了環境汙染和資源浪費；化學方法是指通過加熱或溶劑，主要有熱裂解法、溶劑回收法和流化床法。加熱裂解法是將複合材料中的樹脂分解，進而實現碳纖維或其他無機材料回收的方法。回收的碳纖維性能下降較多，溶劑分解則造成環境汙染。超臨界溶劑法雖能使碳纖維保持較好的機械性能，但是由於其操作條件難以控制，很難實現工業化，目前還處於實驗研究階段。流化床法是指用空氣作流化氣體，在一定的溫度下將碳纖維與基體分離的方法，因其對回收碳纖維的破壞和損傷小，而被廣為接受和認可。傳統的流化床技術回收的碳纖維長度保留較小，並且回收過程中需要手動補充石英砂，導致不能連續性回收，影響回收效率。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種回收碳纖維裝置及碳纖維回收方法，以解決現有技術的上述不足。
[0005]本發明的目的是通過以下技術方案來實現:
[0006]本發明提供了一種回收碳纖維裝置，該回收碳纖維裝置包括；
[0007]流化床；
[0008]與所述流化床的進氣口連接的第一鼓風機；
[0009]設置於所述流化床和第一鼓風機之間的空氣加熱器；
[0010]與所述流化床的進料口連接的送料裝置；
[0011]與所述流化床的出料口連接的篩分機，所述篩分機的出砂口與所述流化床的進砂口連接；
[0012]位於所述篩分機的出砂口和所述流化床進砂口的連接管路上設置有第二鼓風機；
[0013]與所述篩分機的出碳纖維口連接的氧化爐；以及，
[0014]與所述氧化爐連接的儲料罐。
[0015]優選的，所述流化床還具有出氣口 ；所述流化床的出氣口連接有旋風分離器，所述旋風分離器的出碳纖維口與所述儲料罐連接，所述旋風分離器的出氣口與燃燒室連接。
[0016]優選的，所述旋風分離器和所述燃燒室的連接管路上設置有引風機。
[0017]優選的，所述篩分機的出氣口與所述旋風分離器的進氣口連接。
[0018]優選的，所述送料裝置為螺旋輸送機。
[0019]優選的，所述流化床上設置有溫度變送器和壓力變送器。
[0020]優選的，還包括控制裝置，所述控制裝置與所述空氣加熱器、第一鼓風機、溫度變送器和壓力變送器信號連接，在接收到的溫度值或壓力值超出設定閥值時，控制空氣加熱器降低加熱溫度，並控制第一鼓風機降低送入的空氣量。
[0021]本發明還提供了一種碳纖維回收方法，包括以下步驟:
[0022]從流化床出料口跟隨碳纖維出來的石英砂進入到篩分機內進行分離；
[0023]分離後的石英砂通過第二鼓風機送入到流化床內。
[0024]優選的，所述碳纖維回收方法還包括以下步驟:
[0025]從流化床出氣口排出的碳纖維通過旋風分離器內進行分離，並送入到儲料罐內。
[0026]優選的，所述碳纖維回收方法還包括以下步驟:從篩分機的出氣口帶出的碳纖維進入到旋風分離器內進行分離，並送入到儲料罐內。
[0027]本發明的有益效果為:通過採用篩分機和流化床的出料口連接，跟隨碳纖維從流化床的出料口溢出的石英砂進入到篩分機內，並通過篩分機將石英砂和碳纖維進行分離，分離出的石英砂在第二鼓風機的作用下再次進入到流化床內對廢舊複合材料進行處理，從而實現了石英砂的循環應用，進而實現在碳纖維處理的連續性。提高了碳纖維的回收效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0028]下面根據附圖對本發明作進一步詳細說明。
[0029]圖1是本發明實施例所述回收碳纖維裝置的結構示意圖。
[0030]圖中:
[0031]1、第一鼓風機；2、空氣加熱器；3、送料裝置；4、流化床；5、閘板閥；6、篩分機；7、旋風分離器；8、引風機；9、氧化爐；10、燃燒室；11、儲料罐；12、第二鼓風機。
【具體實施方式】
[0032]如圖1所示，本發明實施例提供了一種回收碳纖維裝置，該回收碳纖維裝置包括:流化床；
[0033]與所述流化床4的進氣口連接的第一鼓風機I ;
[0034]設置於所述流化床4和第一鼓風機I之間的空氣加熱器2 ；
[0035]與所述流化床4的進料口連接的送料裝置3 ；
[0036]與所述流化床4的出料口連接的篩分機6，所述篩分機6的出砂口與所述流化床4的進砂口連接；
[0037]位於所述篩分機6的出砂口和所述流化床4進砂口的連接管路上設置有第二鼓風機12 ；
[0038]與所述篩分機6的出碳纖維口連接的氧化爐9 ;以及，
[0039]與所述氧化爐9出料口連接的儲料罐11。
[0040]上述實施例中，通過採用篩分機6和流化床4的出料口連接，跟隨碳纖維從流化床4的出料口溢出的石英砂進入到篩分機6內，並通過篩分機6將石英砂和碳纖維進行分離，分離出的石英砂在第二鼓風機12的作用下再次進入到流化床4內對廢舊複合材料進行處理，從而實現了石英砂的循環應用，進而實現在碳纖維處理的連續性。提高了碳纖維的回收效率。
[0041]作為一種優選方案，流化床4還具有出氣口 ；流化床4的出氣口連接有旋風分離器7，旋風分離器7的出碳纖維口與儲料罐11連接，旋風分離器7的出氣口與燃燒室10連接。旋風分尚器7和燃燒室10的連接管路上設置有引風機8。篩分機6的出氣口與旋風分尚器7的進氣口連接。流化床4上設置有溫度變送器和壓力變送器。其中的，送料裝置3為螺旋送料機。
[0042]通過旋風分離器7將從流化床4的出氣口和篩分機6出氣口中隨氣體飄出的碳纖維分離出來，並送入到儲料罐11內進行存儲，提高了碳纖維的回收效率，避免了碳纖維的浪費，同時，為了增加氣體的流動性，加快旋風分離器7的分離效果，在旋風分離器7連接的管道上設置了一引風機8，便於氣體的流動，經旋風分離器7分離出的氣體進入到燃燒室10內進行處理，降低對環境的汙染。同事，通過溫度變送器和壓力變送器對流化床4內的溫度和壓力進行監測，提高了整個設備運行的安全性。
[0043]更佳的，回收碳纖維裝置還包括一個控制裝置，控制裝置與空氣加熱器2、第一鼓風機1、溫度變送器和壓力變送器信號連接，在接收到的溫度值或壓力值超出設定閥值時，控制空氣加熱器2降低加熱溫度，並控制第一鼓風機I降低送入的空氣量。通過控制裝置實現對回收碳纖維裝置的自動化控制，提高了回收碳纖維裝置的工作效率。
[0044]下面以具體的實施例對本發明進一步進行說明。
[0045]流化床4為臥式流化床，由流化床箱體和流化床頂蓋構成；其出料口裝有一呈30?60°的下傾斜角設置的出料口管道；該流化床頂蓋的中部設有出氣口，該出氣口通過管道與旋風分離器7的進風口連接，並經一引風機8與燃燒室10連接；在臥式流化床4的底板上側與該底板平行設置有一傾斜角度為5°?20°的氣體分布板,該氣體分布板距其底板的間距為60?200mm ;氣體分布板位於出料口一側設有溢流堰；在臥式流化床4底板靠近進料口一側開設有一進氣口，該進氣口通過管道與空氣加熱器2的出氣口相接，在空氣加熱器2的進氣口設置有第一鼓風機1，第一鼓風機I將空氣吹入到空氣加熱器2中。該頂蓋中部設置有出氣口，經旋風分離器7由引風機8的抽力將臥式流化床4中的複合材料因裂解釋放出的氣體和空氣及攜帶出的短碳纖維該出氣口引出，其中，短碳纖維由旋風分離器7下方出料口經管道落入下方連接的儲料罐11內，廢氣則由管道排出送入燃燒室10內，進行充分燃燒，然後經排空管排入至大氣中。
[0046]上述的流化床4頂蓋與該臥式流化床頂端周邊相接處裝有石墨墊片，其厚度為3?1mm ;氣體分布板為表面帶有微孔的燒結金屬板,其厚度為5?1mm ;溢流堰為一個高度可調節矩形不鏽鋼板，其豎直放置在氣體分布板上部接近出料口處，其高度為30?100mm;厚度為5mm;溢流堰與該氣體分布板連接處距出料口處留有通道，其通道的寬度為50?200mm ;在臥式流化床4的進料口和出氣口處分別裝有溫度變送器和壓力變送器，溫度變送器和壓力變送器通過導線與計算機接口相接，用計算機採集相應數據的進氣量。具體的，壓力變送器和溫度變送器均通過導線與一 485信號輸出端相接，再通過RS232轉接卡用數據線與外設的計算機接口連接。
[0047]由於臥式流化床下部安裝的帶微孔的燒結金屬的氣體分布板，可以使由空氣加熱器2加熱的氣流在該臥式流化床內腔中分布均勻，近而使投入到臥式流化床內腔的石英砂受熱均勻；石英砂作為傳熱介質會將熱量傳遞給後加入的塊狀廢棄複合材料，塊狀廢棄複合材料中的樹脂受熱發生裂解形成氣態物質，從而除去複合材料中的聚合物；由於壓縮氣體使傳熱介質石英砂和廢棄複合材料湍動，當裂解後的回收碳纖維超過溢流堰高度時，固體碳纖維被送到出料口，進入到篩分機6內。
[0048]臥式流化床中的塊狀複合材料裂解後的產物主要是氣體和固體物質；其中，固體產物為碳纖維和石英砂；氣體產物為二氧化碳、氧氣、水蒸汽、烷烴苯、苯酚及其衍生物等物質，該氣體進入到旋風分離器7內進一步進行處理。
[0049]第一鼓風機I的進氣端裝有過濾器、安裝調頻風扇以及變頻器，用於調節第一鼓風機I的風量，以便控制流化床4流化所需風量，在採用控制裝置時，控制裝置與該變頻器信號連接用於對第一鼓風機I的控制。
[0050]其中的空氣加熱器2內設有U型管，加熱功率為8kW ;其外壁包覆有矽酸鋁棉保溫層；有自帶溫度控制系統；空氣加熱器2出氣口端裝的溫度變送器為空氣溫度變送器、在管道上裝的壓力變送器為空氣壓力變送器，在採用控制裝置時，控制裝置與溫度控制系統信號連接，以實現對空氣加熱器2的控制。
[0051]其中的送料裝置3為螺旋輸送器，具體為臥式進料器；其殼體為長方體，其進料口為漏鬥形，在長方殼體的內部裝有螺杆軸，螺杆軸上焊接有若干葉片，若干葉片與螺杆軸呈60?90°角度連接；葉片深為20?50臟，葉片厚度為I?2mm ;相鄰2個葉片的間距為20?50mm ;螺杆軸的外端與一裝有無極變速器的驅動裝置連接。
[0052]其中的篩分機6為雙層錐形箱體，雙層錐形箱體的下部為石英砂出砂口，其左右兩側分設物料進口和碳纖維出料口，外層為封閉體，以保證氣密性。內層桶體裝有為滾輪式篩分機6，滾輪間距調整為0.8?1.5_之間，其物料進口與流化床4出口連接，碳纖維出料口與氧化爐9進料口通過管道相連，所述篩分機6的出砂口相接的管道上裝有一可調速的星型閥，星型閥所在管道的另一端與第二鼓風機12管道上的流量計的出氣口用法蘭連接，通過調節星型閥轉速來控制石英砂流量。該篩分機6還兼有儲存過量的石英砂。同時，在篩分機6和流化床4的連接管道上設置有閘板閥5，可以實現對流化床4出料口的控制。
[0053]其中的氧化爐9的外側裝有保溫層，內設傳動輪，傳動輪與傳動輪之間留有一定的空隙並用齒輪連接，氧化爐9外部裝有鏈條帶動齒輪轉動；
[0054]其中的儲料罐11為長方體，側面設有碳纖維進料口，上部設有旋風分離器7進料口，在儲料罐11的一個面上設有可開關的門。
[0055]從上述實施例中可以看出，本實施例提供的回收碳纖維裝置具有以下優點，該回收碳纖維裝置採用的是臥式流化床，充分臥式流化床的傳熱介質與氣體分布板的接觸面積大，相同用量的傳熱介質堆積厚度減小，傳熱介質單位面積上流化所用的動力減小等特點，可使能耗降低。在臥式流化床的出口端通過管道與篩分機6及臥式流化床連接，實現了石英砂的循環應用，使廢棄複合材料的回收能夠達到連續處理。用石英砂做反應介質與廢棄複合材料在熱氣流作用下呈流化態，使塊狀廢棄複合材料能夠均勻受熱，複合材料中的聚合物熱分解反應快並穩定，易於控制。回收的碳纖維材料，其性能下降小。由於廢棄複合材料在臥式流化床4中停留時間短，石英砂對廢棄複合材料的碰撞小，且在臥式流化床4中以塊狀形式保持其複合材料原有狀態；因此，對待處理的廢棄複合材料的性能破壞性小，回收的碳纖維仍可基本保留其原有性能。回收碳纖維裝置為管道封閉式連接，不會產生任何可使周邊環境受到汙染的氣體或液體流出物；利用該裝置回收碳纖維的整個過程是在密封的臥式流化床4內通過塊狀的廢棄複合材料與石英砂被均勻加熱呈流化態後，再裂解處理，其裂解過程中生成的烴副產物被後燃燒室處理，副產物較少。
[0056]本發明實施例還提供了一種碳纖維回收方法，包括以下步驟:
[0057]從流化床出料口跟隨碳纖維出來的石英砂進入到篩分機內進行分離；
[0058]分離後的石英砂通過第二鼓風機送入到流化床內。
[0059]優選的，所述碳纖維回收方法還包括以下步驟:
[0060]從流化床出氣口排出的碳纖維通過旋風分離器內進行分離，並送入到儲料罐內。
[0061]優選的，所述碳纖維回收方法還包括以下步驟:從篩分機的出氣口帶出的碳纖維進入到旋風分離器內進行分離，並送入到儲料罐內。
[0062]具體的，包括:
[0063]通過石英砂將熱量傳遞給廢舊的複合材料；
[0064]廢舊的複合材料在高溫下發生裂解；
[0065]裂解後得到的固體產物進入到篩分機內，其固體產物為石英砂和碳纖維；
[0066]篩分機將碳纖維和石英砂分離，並通過管道將石英砂再次送入到流化床內；
[0067]分理出得碳纖維進入到氧化爐內進行處理，進一步將碳纖維中的雜質氧化掉；
[0068]處理後的碳纖維送入到儲料罐內；
[0069]裂解後的氣體進入到旋風分離器內進行分離，該氣體為二氧化碳、氧氣、水蒸汽、烷烴苯、苯酚及其衍生物等物質，其中的短纖維被旋風分離器分離後進入到儲料罐內。
[0070]篩分機內產生的氣體進入到旋風分離器內進行分離，分離得到的短纖維進入到儲料罐內。
[0071]經旋風分離機處理後的氣體進入到燃燒室內進行充分燃燒。
[0072]通過上述方法可以看出，採用上述碳纖維回收方法可以實現碳纖維回收的連續性，同時，通過旋風分離器提高了碳纖維的回收效率。
[0073]本發明不局限於上述最佳實施方式，任何人在本發明的啟示下都可得出其他各種形式的產品，但不論在其形狀或結構上作任何變化，凡是具有與本申請相同或相近似的技術方案，均落在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種碳纖維回收裝置，其特徵在於，包括； 流化床； 與所述流化床的進氣口連接的第一鼓風機； 設置於所述流化床和第一鼓風機之間的空氣加熱器； 與所述流化床的進料口連接的送料裝置； 與所述流化床的出料口連接的篩分機，所述篩分機的出砂口與所述流化床的進砂口連接; 位於所述篩分機的出砂口和所述流化床進砂口的連接管路上設置有第二鼓風機； 與所述篩分機的出碳纖維口連接的氧化爐；以及， 與所述氧化爐連接的儲料罐。
2.根據權利要求2所述的碳纖維回收裝置，其特徵在於，所述流化床還具有出氣口； 所述流化床的出氣口連接有旋風分離器，所述旋風分離器的出碳纖維口與所述儲料罐連接，所述旋風分離器的出氣口與燃燒室連接。
3.根據權利要求2所述的碳纖維回收裝置，其特徵在於，所述旋風分離器和所述燃燒室的連接管路上設有引風機。
4.根據權利要求2所述的碳纖維回收裝置，其特徵在於，所述篩分機的出氣口與所述旋風分離器的進氣口連接。
5.根據權利要求1所述的碳纖維回收裝置，其特徵在於，所述送料裝置為螺旋輸送機。
6.根據權利要求1?5所述的碳纖維回收裝置，其特徵在於，所述流化床上設置有溫度變送器和壓力變送器。
7.根據權利要求6所述的碳纖維回收裝置，其特徵在於，還包括控制裝置，所述控制裝置與所述空氣加熱器、第一鼓風機、溫度變送器和壓力變送器信號連接，在接收到的溫度值或壓力值超出設定閥值時，控制空氣加熱器降低加熱溫度，並控制第一鼓風機降低送入的空氣量。
8.一種碳纖維回收方法，其特徵在於，包括以下步驟: 從流化床出料口跟隨碳纖維出來的石英砂進入到篩分機內進行分離； 分離後的石英砂通過第二鼓風機送入到流化床內。
9.根據權利要求8所述的碳纖維回收方法，其特徵在於，還包括以下步驟: 從流化床出氣口帶出的碳纖維通過旋風分離器內進行分離，並送入到儲料罐內。
10.根據權利要求9所述的碳纖維回收方法，其特徵在於，還包括以下步驟:從篩分機的出氣口帶出的碳纖維進入到旋風分離器內進行分離，並送入到儲料罐內。
【文檔編號】C08J11/16GK104513406SQ201310451779
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2013年9月29日 優先權日:2013年9月29日
【發明者】胡照會, 宋金梅, 劉建葉, 彭玉剛 申請人:北京玻鋼院複合材料有限公司