用於對熱解的焦炭中的顆粒進行選分的裝置的製作方法

2023-05-02 06:43:41

專利名稱：用於對熱解的焦炭中的顆粒進行選分的裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於將碳黑或其他碳質材料的混合物識別和分離成不同品質的裝置。
背景技術：
為了通過使用稱作熱解的方法再循環輪胎和其他橡膠產品以再生可用烴已經有 過很多嘗試。通過熱解，將輪胎進行處理以提供燃料和其他烴化合物。由該熱解方法得到 的一種特別的副產物是在該方法完成之後仍留下來的灰或焦炭材料。已經嘗試以使用該焦 炭作為用作一種填料的低級碳黑。但是，這已經遇到一些缺點，最明顯的是所述焦炭中由於 焦炭本身粒度隨機分布造成的雜質缺點。已經發現原始焦炭的組成具有大顆粒或大聚集體 和小的顆粒或小聚集體。然而，使用碳黑作為填料配混物的一些應用需要該碳黑混合物主 要由小聚集體構成，該小聚集體產生適用作塑料中橡膠的填料的「鬆散」碳黑混合物。已經進行了嘗試以通過使用將再生碳質材料混合物粉碎成小顆粒或聚集體的研 磨機來形成「鬆散的」碳黑。但是，這些嘗試還沒有一直製備具有一致性的聚集體尺寸的混 合物，所述混合物通常具有不利的聚集體顆粒的氮表面積。因此，需要基於顆粒尺寸和其他 因素將樣品包含聚集體的碳黑分級成具有一致性的顆粒尺寸和不同的級別或分類的混合 物。因此，需要對將含聚集體的碳黑識別並分離成具有更小更一致聚集體尺寸和更好 物理性質比如高氮表面積值的混合物進行改善。

發明內容
本發明涉及用於由熱解的聚合材料形成各種品質的聚集體混合物的識別和分離 裝置。熱解的再生碳質材料源自廢輪胎、汽車破碎機殘渣以及實際上任何類型的用過的聚 合物。在解熱步驟之後，使用該識別和分離裝置。識別和分離裝置使用乾燥空氣源和含有 小聚集體和大聚集體的再生碳質材料源。再生碳質材料和乾燥空氣源混合、加壓並然後引 入到粉碎研磨機中。所述粉碎研磨機通過將再生碳質材料分成小聚集體和大聚集體而進行 第一輪識別和分離。粉碎研磨機進一步將所述大聚集體分級成更多小聚集體(more small agglomerate)。小聚集體然後移到執行第二輪識別和分離的選分機。所述選分機將所述小 聚集體分成粗聚集體和細聚集體。
下述再生碳質材料是元素的混合物，包括已經團簇在一起形成不同尺寸聚集體的 碳黑和無機功能填料。本發明致力於將再生碳質材料分成具有不同顆粒尺寸和表面化學的 不同類的填充材料。本發明還實現了將大聚集體分級成作為更有用的填充材料的更小聚集 體(smalleragglomerate)的目標。下述大聚集體包括尺寸為大約1微米_大約100微米的聚集體簇，而離開粉碎研 磨機的小聚集體是通常尺寸為大約1微米-大約45微米的聚集體。由選分機獲得的粗聚 集體混合物具有尺寸通常為大約10微米-大約20微米的聚集體，更大的密度，並且適於在 能夠使用更低等級碳黑的情況下用作填充材料。細聚集體混合物是具有低密度聚集體的填 充材料，通常尺寸為大約IOnm-大約35nm。在需要等同於原始碳黑填料的高級碳黑顆粒的 情況下，這些細聚集體是合適的填料。


通過詳述和附圖將更充分理解本發明，其中圖1是根據本發明的識別裝置的示意圖；圖2是根據本發明的粉碎研磨機和流過其的碳黑的剖面平面圖；和圖3是根據本發明的選分機剖面平面圖。
具體實施例方式以下優選實施方案的描述本身僅是示例性的，絕不意於限制本發明、其應用或用 途。圖1顯示了依照本發明的識別和分離裝置10的示意圖。現在參照所有附圖特別 是圖1，該裝置10包括粉碎研磨機12和選分機14。料鬥16用作供給該裝置10的該再生 碳質材料的來源。該料鬥16用於收集由循環聚合材料(比如但不局限於廢輪胎、汽車的聚 合物部件、廢橡膠材料或塑料容器等)的熱解製備的再生碳質材料。該再生碳質材料由碳 黑和其他材料的大聚集體和小聚集體組成。當使用收集料鬥16來保持該再生碳質材料時， 該再生碳質材料可以直接由熱解反應器(未示出)供給到該裝置10中，而不首先收集在該 料鬥16中。閥18控制該再生碳質材料從該料鬥16到磁力分離機20的流動。該再生碳質材 料有時具有在熱解之前就存在於該循環聚合材料中的金屬顆粒。這些金屬顆粒能夠損害該 粉碎研磨機12，該磁力分離機20除去這些不希望的金屬顆粒。該磁力分離機20的使用是 不必需的，能夠使用更多或更少數量的磁力分離機。在通過該磁力分離機20之後，將該再生碳質材料送往螺杆22，其轉動並控制該材 料流向該粉碎研磨機12的流動。使用閥24開關該再生碳質材料到混合節點26的流動。 在該混合節點26處，該再生碳質材料與由空氣源28產生的經過濾的乾燥高壓空氣混合。 該乾燥加壓空氣和再生碳質材料的混合物一起是被引導通過該粉碎研磨機12的原料入口 30 (參見圖2)的原料。圖2顯示了該粉碎研磨機12的示意圖，其具有渦流塔28，在其中將加壓原料引導 通過該原料入口 30並在該渦流塔28周圍形成渦旋，使該原料中存在的小聚集體移動到該 渦流塔28的頂部而較大的聚集體下降。儘管描述了單一的原料入口 30，但可以具有更多數量的原料入口以調節或提高該渦流塔28內的渦旋。在該渦流塔28中存在選分盤32，其有 助於該原料的渦旋並防止大聚集體運動通過該選分盤22。該選分盤32使該聚集體和空氣 在該渦流塔28中形成渦旋，並利用比重將重的緻密聚集體和顆粒與較輕的較不緻密的聚 集體和顆粒分離開。因此該重的緻密聚集體沉降到該渦流塔28的底部，而該較不緻密的聚 集體移動到該渦流塔28的頂部。隨著該較大的聚集體移動到該渦流的底部，其進入該粉碎研磨機12的分級腔34。 在該分級腔34中存在至少兩個對置的空氣入口 36，用於在該腔室的相對兩側彼此相對地 對該大聚集體顆粒吹風。儘管討論了兩個對置空氣入口 36，但也可以具有更多或更少數量 的對置空氣入口 36。該大聚集體顆粒朝向彼此加速、碰撞並分級成較小的聚集體。將該較 小的聚集體再次引入該渦流塔28中，在其中如果聚集體密度足夠小就會通過該選分盤32， 然後離開小聚集體埠 38。沒有分級的較大的聚集體離開腔出口 38並收集。非必要地，通 過該腔出口 38離開的該大聚集體能夠再次引入該閥24處的再生碳質材料中。通過該小聚集體埠 38的該小聚集體流到兩個過濾器料鬥40、40』中的一個。該 過濾器料鬥包含聚合物表面積過濾器，其收集在離開該渦流塔28之後具有變成空氣傳播 的趨勢的小聚集體。本發明描述了使用兩個過濾器料鬥來收集該小聚集體，然而，根據該粉 碎研磨機12的生產速率使用更多或更少數量的過濾器料鬥也在本發明的範圍內。閥42、 42』控制小聚集體從該過濾器料鬥40、40』到用於向該選分機14供給小聚集體的小聚集體 供給料鬥44的流動。儘管圖1描述了多個閥42、42』與過濾器料鬥40、40』相結合，但也可 以具有更多或更少數量的閥。在離開該小聚集體供給料鬥44之後，該小聚集體非必要地通 過第二磁力過濾器46以進一步除去任何存在的金屬雜質。進料螺杆48接收該小聚集體並 控制小聚集體供給到傳送機50的流動，該傳送機50將該小聚集體移動到另一進料螺杆52 和控制該小聚集體到該選分機14的流動的閥54。具有直接流向該選分機14的進料螺杆 48在本發明的範圍內，然而，優選使用多個進料螺杆和傳送機，因為該識別和分級裝置10 中部件的物理尺寸需要將該小聚集體在部件之間移動一段距離。現在參照圖1和3，小聚集體通過兩個高壓入口 66之一進入該選分機14。將小聚 集體與通過該兩個入口 66之一供給的乾燥加壓空氣混合，並在該選分機14的渦流塔56中 產生渦旋，在此處將該小聚集體分離成粗聚集體混合物和細聚集體混合物。小聚集體中的 一些是由粗聚集體與粘附到該粗聚集體上的細聚集體製成的。該小聚集體的渦旋使具有低 密度且尺寸在納米範圍內的細聚集體與更緻密得多且微米尺寸的粗聚集體顆粒分離。由通 過該高壓入口 66和旋轉選分輪58流動的氣壓造成在該渦流塔56中的渦旋運動，使該較不 緻密且具有較小粒度的細聚集體移動到該渦流塔56的頂部。比該小聚集體更緻密且通常 尺寸更大的粗聚集體移動到該渦流塔的底部。具有更多或更少數量的空氣入口 66以及該 小聚集體通過多於一個該高壓入口 66進入該渦流塔56也在本發明的範圍內。該旋轉選分輪58以與該粉碎研磨機12的選分盤32相同的方式作用，僅允許特定 尺寸和密度的聚集體通過細聚集體出口 64離開該渦流塔58。粗聚集體沉降到該渦流塔56 的底部，並收集在容器62中以在其中粗聚集體可接受的工藝中用作填料。通過該細聚集體 出口 64的該細聚集體流到包含收集該細聚集體的聚合表面積過濾器的過濾器料鬥68。這 一步驟是必須的，因為該細聚集體的尺寸小以使得其容易變成空氣傳播的。在通過該過濾 器料鬥68之後，然後將該細聚集體非必要地通過磁力分離機70以除去可能存在的任何金屬雜質，然後該細聚集體移動到保存區域72，在此處其形成存儲在容器、造粒機、袋子中或 混合有彈性體的細聚集體混合物，以防止該細聚集體變成空氣傳播的。該細聚集體混合物 和粗聚集體混合物都包含高含量的碳黑，且都是可與原始碳黑相當的可用的填充材料。在以下申請中能夠發現依照本發明使用的材料的其他信息和實例2007年10月9 日提交的名稱為「Elastomer Composition with ReclaimedFiller Material」的美國專利 申請號60/998，197 ;2007年 11 月 8 日提交的名稱為「Process For Classifying Particles In A Pyrolysed Char」 的申請號 60/986，318 ;2007 年 11 月 8 日提交的名稱為"Asphalt Composition UsingPyrolysed Carbonaceous Materials，，的申請號 60/986，369 ；禾口 2007 年 11 月 7 日提交的名稱為「Enhanced Fine Agglomerate Mixture」的申請號 60/986，126， 其中通過引用將各申請的全部內容由此引入。本發明的說明書本身僅是示例性的，因此不脫離本發明的要旨的變型意於在本發 明的範圍之內。這種變型不應視作脫離了本發明的精神和範圍。
權利要求
用於形成由再生碳質材料形成的聚集體的混合物的識別和分離裝置，包括乾燥空氣源和含有小聚集體和大聚集體的再生碳質材料源，其中所述再生碳質材料和所述乾燥空氣源混合併加壓；用於接收所述加壓的乾燥空氣和所述再生碳質材料的粉碎研磨機，其中所述粉碎研磨機將所述小聚集體和所述大聚集體分開並對所述大聚集體進行分級以形成更多小聚集體；和選分機，其可操作地經構造以從所述粉碎研磨機接收所述小聚集體並將所述小聚集體分成細聚集體和粗聚集體。
2.權利要求1的識別和分離裝置，進一步包括連接在所述粉碎研磨機和所述選分機之 間的一個或多個過濾器料鬥，用於在所述小聚集體進入所述選分機之前收集和過濾所述小聚集體。
3.權利要求1的識別和分離裝置，進一步包括在所述粉碎研磨機和所述選分機之間連 接的磁力分離器，其中所述磁力分離器在所述小聚集體進入所述選分機之前從所述小聚集 體中去除金屬。
4.權利要求3的識別和分離裝置，進一步包括連接到所述再生碳質材料源的磁力分離 器，用於在所述再生碳質材料進入所述粉碎研磨機之前從所述再生碳質材料中去除金屬。
5.權利要求1的識別和分離裝置，其中所述選分機包括渦流塔，所述渦流塔具有至少 兩個空氣入口用於接收乾燥空氣和所述小聚集體的混合物，從而使得所述小聚集體形成渦 旋並分離成粗聚集體和細聚集體。
6.權利要求5的識別和分離裝置，其中所述選分機的所述渦流塔進一步包括旋轉選分 輪，用於使得所述大聚集體和所述小聚集體形成渦旋並分離。
7.權利要求1的識別和分離裝置，其中所述粉碎研磨機進一步包括渦流塔，用於接收所述加壓的空氣和所述再生碳質材料並使其形成渦旋以分離成大聚 集體和小聚集體；分級腔，用於接收所述大聚集體並將其分級成更多的小聚集體，所述小聚集體隨後再 次引入到所述粉碎研磨機的所述渦旋中。
8.權利要求1的識別和分離裝置，其中所述選分機進一步包括粗聚集體出口和細聚集 體出口，所述粗聚集體出口用於從所述選分機中去除所述粗聚集體，所述細聚集體出口用 於從所述選分機中去除所述細聚集體並將其送到過濾器料鬥，其中所述細聚集體從所述高 壓空氣混合物中收集並形成細聚集體混合物。
9.用於形成由再生碳質材料形成的聚集體的混合物的識別和分離裝置，包括粉碎研磨機；所述粉碎研磨機的渦旋部分，其具有至少一個進料入口 ；乾燥空氣源和含有小聚集體和大聚集體的再生碳質材料源，其中所述再生碳質材料和 所述乾燥空氣源混合併加壓以流過所述至少一個進料入口，從而使得所述再生碳質材料形 成渦旋並分離所述大聚集體和所述小聚集體；所述粉碎研磨機的分級腔，其可操作地連接至所述渦旋部分用於接收所述再生碳質材 料的所述較大的聚集體；至少兩個連接到所述分級腔的對置的空氣入口，使得所述較大聚集體在所述粉碎研磨機腔中碰撞和分級，以形成更多更小的聚集體，所述更小的聚集體引入到所述粉碎研磨機 的所述渦旋部分；連接到所述粉碎研磨機的所述渦流塔的粉碎研磨機出口，用於去除小聚集體；和選分機，用於接收所述小聚集體並進一步將所述小聚集體分成細聚集體和粗聚集體。
10.權利要求9的識別和分離裝置，進一步包括連接在所述粉碎研磨機和所述選分機 之間的一個或多個過濾器料鬥，用於在所述小聚集體進入所述選分機之前收集和過濾所述 小聚集體。
11.權利要求9的識別和分離裝置，進一步包括在所述粉碎研磨機和所述選分機之間 連接的磁力分離器，其中所述磁力分離器在所述小聚集體進入所述選分機之前從所述小聚 集體中去除金屬。
12.權利要求11的識別和分離裝置，進一步包括連接到所述再生碳質材料源的磁力 分離器，用於在所述再生碳質材料進入所述粉碎研磨機之前從所述再生碳質材料中去除金jM ο
13.權利要求9的識別和分離裝置，其中所述選分機包括渦流塔，所述渦流塔具有至少 兩個空氣入口用於接收乾燥空氣和所述小聚集體的混合物，從而使得所述小聚集體形成渦 旋並分離成粗聚集體和細聚集體。
14.權利要求13的識別和分離裝置，其中所述粉碎研磨機的所述渦流塔進一步包括旋 轉選分輪，其輔助所述粗聚集體和細聚集體形成渦旋並分離。
15.權利要求13的識別和分離裝置，其中所述選分機的所述渦流塔進一步包括旋轉選 分輪，用於使得所述大聚集體和所述小聚集體形成渦旋並分離。
16.權利要求9的識別和分離裝置，其中所述選分機進一步包括粗聚集體出口和細聚 集體出口，所述粗聚集體出口用於從所述選分機中去除所述粗聚集體，所述細聚集體出口 用於從所述選分機中去除所述細聚集體並將其送到過濾器料鬥，其中所述細聚集體從高壓 空氣混合物中收集並形成細聚集體混合物。
17.用於形成由再生碳質材料形成的聚集體的混合物的識別和分離裝置，包括乾燥空氣源和含有小聚集體和大聚集體的再生碳質材料源，其中所述再生碳質材料和 所述乾燥空氣源混合併加壓；粉碎研磨機，用於接收所述加壓的乾燥空氣和所述再生碳質材料，其中所述粉碎研磨 機將所述小聚集體和所述大聚集體分離並將所述大聚集體分級以形成更多的小聚集體；具有渦流塔的選分機，所述選分機可操作地經構造以從所述粉碎研磨機接收所述小聚 集體並將所述小聚集體分離成細聚集體和粗聚集體；和一個或多個連接到所述渦流塔的空氣入口，用於將高壓空氣供給所述渦流塔並使得所 述小聚集體形成渦旋並分離成細聚集體和粗聚集體。
18.權利要求17的識別和分離裝置，進一步包括連接在所述粉碎研磨機和所述選分機 之間的一個或多個過濾器料鬥，用於在所述小聚集體進入所述選分機之前收集和過濾所述 小聚集體。
19.權利要求17的識別和分離裝置，進一步包括在所述粉碎研磨機和所述選分機之間 連接的磁力分離器，其中所述磁力分離器在所述小聚集體進入所述選分機之前從所述小聚 集體中去除金屬。3
20.權利要求17的識別和分離裝置，其中所述粉碎研磨機的所述渦流塔進一步包括旋 轉選分輪，其輔助所述粗聚集體和細聚集體形成渦旋和分離。
21.權利要求17的識別和分離裝置，進一步包括連接在所述再生碳質材料源和所述粉 碎研磨機之間的磁力分離器，其中所述磁力分離器從所述再生碳質材料中除去能夠危害所 述粉碎研磨機的金屬組分。
22.權利要求17的識別和分離裝置，其中所述選分機的所述渦流塔進一步包括旋轉選 分輪，用於使得所述大聚集體和所述小聚集體形成渦旋並分離。
23.權利要求22的識別和分離裝置，其中所述選分機進一步包括粗聚集體出口和細聚 集體出口，所述粗聚集體出口用於從所述選分機中去除所述粗聚集體，所述細聚集體出口 用於從所述選分機中去除所述細聚集體並將其送到過濾器料鬥，其中所述細聚集體從高壓 空氣混合物中收集並形成細聚集體混合物。
全文摘要
用於由熱解的再生碳質材料形成聚集體的各種混合物的識別和分離裝置。所述識別和分離裝置採用乾燥空氣源(28)和包含小聚集體和大聚集體的再生碳質材料源(16)。再生碳質材料和所述乾燥空氣源混合、加壓隨後引入到粉碎研磨機(12)中。所述粉碎研磨機(12)通過將再生碳質材料分成小聚集體和大聚集體而進行第一輪識別和分離。粉碎研磨機(12)進一步將所述大聚集體分級以形成更多小聚集體。小聚集體隨後移到選分機(14)進行第二輪識別和分離。所述選分機(14)將所述小聚集體分成粗聚集體和細聚集體。
文檔編號B02C19/00GK101896278SQ200880119984
公開日2010年11月24日 申請日期2008年10月9日 優先權日2007年10月9日
發明者J·H·費德 申請人:三氯聯苯碳工業公司