專利名稱：中間相炭微球制備中的洗滌過濾一體化裝置的制作方法
技術領域：
[0001]本實用新型涉及中間相炭微球制備中的洗滌過濾一體化裝置。
背景技術：
中間相炭微球是ー種具有石墨結構的新型儲能材料，具有外部呈球形、內部呈石墨層狀的獨特結構，且具有優(yōu)異的嵌鋰ー鋰脫嵌性能、良好的結構穩(wěn)定性、與電解液的良好兼容性、高倍率放電性能、高安全性等突出優(yōu)點和優(yōu)異性能，而成為鋰離子電池負極材料尤其是鋰離子動カ電池材料的首選。已有的中間相炭微球的制備方法包括熱縮聚法、乳液法、懸浮法等。其中，乳化法對熱穩(wěn)定介質的要求較高，且存在エ藝流程復雜、設備繁多，難以實現(xiàn)規(guī)?；a等缺陷；懸浮法要求使用可溶性中間相浙青，其エ藝條件控制較為苛刻且控制難度較大；熱縮聚法需要加入合適的催化劑，與制備原料(如浙青等)在一定溫度和壓カ下進行熱縮聚反應后，再將制得的中間相微球進行洗滌、分離、炭化、石墨化等過程，制得中間相炭微球，該方法通過加入催化劑，以加快反應速度,提高反應收率，降低生產成本,而成為中間相炭微球的主要制備方法。目前，中間相炭微球的制備原料包括浙青、重質油、渣油、煤焦油、二次石油重質油、蒽油、多環(huán)芳烴、稠環(huán)芳烴等高粘度液體，這些高粘度液體原料在催化劑作用下進行熱縮聚反應制得中間相微球，未參與熱縮聚反應的制備原料或熱縮聚反應殘液(又稱“母液”)粘附在中間相微球表面，后續(xù)需要采用洗滌和分離兩單元的循環(huán)往復操作以提純和分離中間相微球，該過程不僅需要反復多次進行洗滌和分離操作，并采用洗滌溶劑(如吡啶、喹啉、苯及同系物、煤浙青中油、烷烴、輕油等)進行交替洗滌和分離，存在生產步驟繁多，溶劑用量和損耗均較大，生產時間延長等缺陷，且采用的有機萃取劑為易燃、易爆、高毒性的溶剤，對生產和環(huán)境均可造成較大危害。同吋，多次洗滌不但増加了物料的損耗，也對中間相微球表面產生侵蝕，尤其是強溶劑(如喹啉等)會部分溶解中間相微球球體，形成表面溝槽或裂解，并在電池首次充放電過程中影響表面SEI膜的形成。已有的中間相炭微球的洗滌和分離方法包括沉降分離法、高溫離心法、溶劑萃取法(溶劑分離法)等，其中，沉降分離法存在分離速度慢，難以控制離心沉降時微球之間的融并現(xiàn)象；高溫離心分離法需要的離心設備費用昂貴；溶劑萃取法一般需用強極性溶劑(如吡啶、喹啉等)反復抽提洗滌分離中間相炭微球，不僅有機溶劑的消耗量大，且由于溶劑的梯度效應，萃取溶劑(如吡啶等)會對微球產生較為嚴重的刻蝕，使其球形度變差，從而影響中間相炭微球的質量。已有的中間相炭微球洗滌和分離操作過程分別采用功能単一的洗滌裝置、過濾裝置分兩步完成。首先，需將粘附有母液的中間相微球導入洗滌裝置(如化漿池)，加入洗滌劑(如吡啶、喹啉、苯及同系物、煤浙青中油、烷烴、輕油等)，攪拌，清洗后，再將洗滌攪拌液導入過濾裝置(如壓濾機)中進行過濾，根據(jù)洗滌需要，反復進行洗滌與分離操作多次，以實現(xiàn)中間相炭微球與母液的有效分離?？梢姡摲椒ú粌H需獨立的洗滌裝置、過濾裝置完成中間相微球的洗滌和分離，呈現(xiàn)操作步驟繁多，洗滌劑需周轉而增加其揮發(fā)而致?lián)p耗，不僅延長生產時間，造成經(jīng)濟損失，而且污染環(huán)境，甚至可能發(fā)生爆炸、中毒等安全事故。此外，已有的中間相炭微球制備中的攪拌裝置設計多為單ー攪拌槳葉，如ZL00260502. 3公開的洗滌和分離一體的裝置，該設計存在攪拌不均勻、攪拌混合效果不夠理想等缺陷，進而影響中間相微球的洗滌、分離效果，進而影響中間相炭微球的制備效率和收率，以及中間相炭微球的球形度等。因此，需要設計ー種安全、高效的中間相炭微球洗滌過濾裝置尤為迫切。

實用新型內容本實用新型的目的在于提供中間相炭微球制備中的洗滌過濾一體化裝置，該裝置包括筒體(I)、筒體(I)上設有的上端蓋(2)和下端蓋(12)、攪拌裝置和過濾裝置，其中，上
端蓋(2)位于筒體(I)的上部，并在上端蓋(2)上設有加料ロ(3)、循環(huán)消煙裝置(5)、壓カ表(6)，所述過濾裝置位于筒體(I)內，包括設置在筒體(I)內底部的篩孔板(11)及篩孔板(11)上鋪設的過濾介質(10)，下端蓋(12)位于筒體(I)的下部，并與出液管ロ(18)連接，出液管ロ(18)上連接有出液閥(15)的出液支管、連接有抽氣閥(13)的抽氣支管(14)和連接有反向加液閥(17)的反向加液支管(16)，其特征在于，所述攪拌裝置由攪拌軸(4)和攪拌槳(7)組成，其中，攪拌槳(7)平行設置2-3層。本實用新型的優(yōu)選技術方案中，攪拌槳(7)葉平面與攪拌軸(4)之間呈45°。本實用新型的優(yōu)選技術方案中，下端蓋(12)上連接的出液管ロ(18)兼有出液、抽氣、反向加液為一體的功能。本實用新型的優(yōu)選技術方案中，筒體(I)下部壁上設有與筒體(I)周向相切的進氣孔(9)，優(yōu)選進氣孔(9)設置為2 6個，更優(yōu)選進氣孔(9)設置為3-4個。本實用新型的優(yōu)選技術方案中，按照下述方式實現(xiàn)中間相微球與洗滌液體(即母液與洗滌劑組成的溶解液)之間的有效分離，關閉出液閥(15)和抽氣閥(13)，打開反向加液閥(17)，通過下端蓋(12)上的反向加液支管(16)向筒體(I)內加入洗滌劑，進行攪拌和/或自切向進氣ロ(9)吹入氣體進行攪動洗滌，使洗滌劑與粘附在中間相微球表面的母液充分接觸，促進母液與洗滌劑之間的充分溶解；關閉反向加液閥(17)，打開抽氣閥(13)進行抽濾，同時打開出液閥(15)放出抽濾液，實現(xiàn)中間相微球與洗滌液體之間的有效分離。本實用新型的優(yōu)選技術方案中，需要再洗滌筒體(I)內的濾餅時，按照下述方式實現(xiàn)中間相微球與洗滌液體(即母液與洗滌劑組成的溶解液)之間的有效分離，關閉出液閥(15)和抽氣閥(13)，再打開反向加液閥(17)，通過下端蓋(12)上的反向加液支管(16)向筒體(I)內加入洗滌劑，將濾餅再進行攪拌和/或自切向進氣ロ(9)吹入氣體進行攪動化漿洗滌，再次使洗滌劑與粘附在中間相微球表面的母液充分接觸，促進母液與洗滌劑之間的充分溶解；關閉反向加液閥(17)，打開抽氣閥(13)進行抽濾，同時打開出液閥(15)放出抽濾液，實現(xiàn)中間相微球與洗滌液體之間的有效分離。根據(jù)需要，重復前述操作，直至實現(xiàn)中間相微球與洗滌液體(即母液與洗滌劑組成的溶解液)之間的完全分離，制得干凈的中間相微球。本發(fā)明的優(yōu)選技術方案中，制備中間相炭微球的原料選重質油、浙青、渣油、煤焦油、二次石油重質油、蒽油、多環(huán)芳烴、石油渣油、溶劑精制煤、中溫煤焦油的任ー種或其組合，優(yōu)選所述浙青選自中溫煤浙青、二次煤浙青、石油浙青、煤焦油浙青、聚氯こ烯浙青的任ー種或其組合，優(yōu)選所述重質油選自煤焦油、石油エ業(yè)重油、蒽油、萘或多環(huán)芳烴的任ー種或其組合。本發(fā)明的優(yōu)選技術方案中，所述洗滌劑選自吡啶、喹啉、苯及同系物、煤浙青中油、烷烴、輕油、甲苯的任ー種或其組合。本實用新型的洗滌過濾一體化裝置是在改進加壓過濾裝置或減壓過濾裝置基礎上取得的技術成果，技術改進點包括I)將中間相炭微球的洗滌裝置、過濾裝置改進為洗滌過濾一體化裝置，不僅優(yōu)化了エ藝，而且將中間相炭微球的洗滌、分離過程均置于密閉的洗滌過濾一體化裝置中完成，不僅減少生產場地的占用，縮短操作エ序，且減少洗滌劑周轉所造成的溶劑揮發(fā)，降低溶劑揮發(fā)帶來的損耗和經(jīng)濟損失，減少甚至避免環(huán)境污染，提高操作安全性；2)將攪拌裝置的攪拌槳改進為平行設置的多層攪拌槳(如2-3層)，優(yōu)選將攪拌槳葉平面與攪拌軸設計呈45°，不僅降低流體的攪拌阻力，加大攪拌力度，加速傳質速率，提高攪拌效率，并可實現(xiàn)立體式攪拌，促進洗滌劑與粘附在中間相微球表面的母液之間的均勻混合和充分溶解，提高洗滌效果，進而提高中間相炭微球的收率和制備效率；3)筒體下部壁上設計氣體切向進ロ(9)，使通入氣體按攪拌方向吹入，由攪拌槳葉旋轉產生的渦輪カ將吹入氣體帶入洗滌液體中進行吹氣攪動，以提高攪拌效率，并促進洗滌劑與與粘附在中間相微球表面的母液之間的均勻混合和充分溶解，提高洗滌效果；4)采用視鏡(8)實時觀測筒體(I)內洗滌液體的攪拌、洗滌情況，并監(jiān)測洗滌液體的渾濁度來判定洗滌效果，選擇性地終止洗滌攪拌操作；5)下端蓋(12)上連接的出液管ロ(18)，出液管ロ(18)上連接有出液閥(15)的出液支管、連接有抽氣閥(13)的抽氣支管(14)和連接有反向加液閥(17)的反向加液支管
(16)，使其具有集出液、抽氣、反向加液為一體的功能，并可根據(jù)生產需要，開啟不同功能的切換開關閥實現(xiàn)相應的功能。本實用新型通過改進已有的加壓過濾裝置或減壓過濾裝置的結構，將其改進為洗滌過濾一體化裝置，特別是改進其攪拌裝置，將其攪拌槳(7)平行設置2-3層，優(yōu)選將攪拌槳(7)葉平面與攪拌軸(4)之間呈45°，以實現(xiàn)立體式攪拌，并降低流體的攪拌阻力，加大攪拌カ度，加速傳質速率，提高攪拌效率，促進洗滌劑與粘附在中間相微球表面的母液之間的均勻混合和充分溶解，提高洗滌效果，進而提高中間相炭微球的收率和制備效率，且有效降低甚至避免洗滌溶劑的揮發(fā)，防止環(huán)境污染，顯著提高中間相炭微球制備過程中的操作安全性。為了清楚表述本實用新型的保護范圍，對下述術語進行如下解釋本實用新型所述的制備原料選自重質油、浙青、渣油、煤焦油、二次石油重質油、蒽油、多環(huán)芳烴、石油渣油、溶劑精制煤、中溫煤焦油的任ー種或其組合，優(yōu)選所述浙青選自中溫煤浙青、二次煤浙青、石油浙青、煤焦油浙青、聚氯こ烯浙青的任ー種或其組合，優(yōu)選所述重質油選自煤焦油、石油エ業(yè)重油、蒽油、萘或多環(huán)芳烴的任ー種或其組合。本實用新型所述的“母液”為中間相炭微球前軀體(又稱“中間相微球”)制備過程中未參與熱縮聚反應的制備原料液體或熱縮聚反應殘液。本實用新型所述的“洗滌劑”是指用于清洗中間相微球表面母液的有機溶劑，通常選自吡啶、喹啉、苯及同系物、煤浙青中油、烷烴、輕油、甲苯等高粘度液體。本實用新型所述的“洗滌液體”是指洗滌劑洗滌溶解中間相微球表面的母液后，所得的洗滌劑與母液組成的溶解液。本實用新型所述的“氣體切向進ロ”又稱“進氣孔”，是指筒體下部壁上設有與筒體周向相切的進氣孔( 9)，使通入氣體按攪拌方向吹入，由攪拌槳葉旋轉產生的渦輪カ將吹入氣體帶入洗滌液體中進行吹氣攪動，以提高攪拌效率，并促進洗滌劑與中間相微球、母液之間的均勻混合，促進洗滌劑與粘附在中間相微球表面的母液之間的充分接觸和充分溶解，從而提高洗滌分離效果。本實用新型的循環(huán)消煙裝置(5)可以及時排出煙氣，利于保持洗滌過濾一體化裝置內外壓カ平衡。

圖I本實用新型中間相炭微球制備中的洗滌過濾一體化裝置的結構示意圖；其中，I為筒體，2為上端蓋，3為加料ロ(又稱“進料ロ”)，4為攪拌軸，5為循環(huán)消煙裝置，6為壓カ表，7為攪拌槳，8為視鏡，9為氣體切向進ロ，10為過濾介質，11為篩孔板，12為下端蓋,13為抽氣閥，14為抽氣支管，15為出液閥，16為反向加液支管，17為反向加液閥，18為出液管ロ。圖2由對比例I制備得到中間相微球的掃描電鏡圖；圖3由對比例2制備得到中間相微球的掃描電鏡圖；圖4由實施例I制備得到中間相微球的掃描電鏡圖。
具體實施方式
以下結合附圖，說明本實用新型的洗滌過濾一體化裝置的工作過程I、從加料ロ(3)向筒體⑴內注入熱縮聚反應后的中間相微球反應液體，開啟攪拌裝置和循環(huán)消煙裝置(5)，關閉出液閥(15)和抽氣閥(13)，打開反向加液閥(17)，通過下端蓋(12)上的反向加液支管(16)向筒體(I)內加入洗滌劑煤浙青中油，進行攪拌洗滌，使洗滌劑與粘附在中間相微球表面的母液充分接觸，促進母液與洗滌劑之間的充分溶解，從而實現(xiàn)中間相微球與母液的有效分離；關閉反向加液閥(17)，打開抽氣閥(13)進行抽濾，同時打開出液閥(15)放出抽濾液，實現(xiàn)中間相微球與母液、洗滌液之間的有效分離；或者2、從加料ロ(3)向筒體⑴內注入熱縮聚反應后的中間相微球反應液體，開啟攪拌裝置和循環(huán)消煙裝置(5)，關閉出液閥(15)和抽氣閥(13)，打開反向加液閥(17)，通過下端蓋(12)上的反向加液支管(16)向筒體(I)內加入洗滌劑煤浙青中油，進行攪拌，并自切向進氣ロ(9)吹入氣體進行攪動洗滌，監(jiān)測壓カ表(6)的壓カ在合適范圍內，使洗滌劑與粘附在中間相微球表面的母液充分接觸，促進母液與洗滌劑之間的充分溶解，從而實現(xiàn)中間相微球與母液的有效分離；關閉反向加液閥(17)，打開抽氣閥(13)進行抽濾，同時打開出液閥(15)放出抽濾液，實現(xiàn)中間相微球與母液、洗滌液之間的有效分離；或者3、根據(jù)視鏡(8)觀測到的化漿、攪拌洗滌情況，結合洗滌液體的渾濁度判定需要再洗滌筒體⑴內的濾餅時，關閉出液閥(15)和抽氣閥(13)，再打開反向加液閥(17)，通過下端蓋(12)上的反向加液支管(16)向筒體(I)內加入洗滌劑，將濾餅再進行攪拌和/或自切向進氣ロ(9)吹入氣體進行攪動化漿洗滌，再次使洗滌劑與粘附在中間相微球表面的母液充分接觸，促進母液與洗滌劑之間的充分溶解，從而實現(xiàn)中間相微球與母液的有效分離；關閉反向加液閥(17)，打開抽氣閥(13)進行抽濾，同時打開出液閥(15)放出抽濾液，實現(xiàn)中間相微球與洗滌液體(即母液與洗滌劑組成的溶解液)之間的有效分離；或者4、根據(jù)需要，重復前述操作，直至實現(xiàn)中間相微球與洗滌液體(即母液與洗滌劑組成的溶解液)之間的完全分離，制得干凈的中間相微球。以下將結合實施例和對比例對本實用新型作進ー步的詳細說明。對比例I采用洗滌裝置、過濾裝置制備中間相炭微球取浙青400克，加入到反應釜中，加入催化劑三氯化鋁4克，在450°C和IMpa條件下，反應2h，將熱縮聚后的反應液體導入化漿池，加入洗滌劑煤浙青中油攪拌洗滌后導入過濾機，進行過濾，實現(xiàn)中間相炭微球與洗滌液體之間的分離。檢測濾液的混濁程度，重復前述操作3-4次，直至實現(xiàn)中間相微球與洗滌液體(即母液與洗滌劑組成的溶解液)之間的完全分離，制得干凈的中間相微球，將所得中間相微球經(jīng)干燥、炭化、石墨化等過程，制得中間相炭微球?？梢?，該方法的步驟繁多，洗滌劑易在洗滌、過濾過程中揮發(fā)而致?lián)p耗，且造成環(huán)境污染，并增加制造成本。對比例2采用洗滌和分離一體的裝置制備中間相炭微球取浙青400克，加入到反應釜中，加入催化劑三氯化鋁4克，在450°C和IMpa條件下，反應2h，將熱縮聚后的反應液體導入洗滌過濾一體化裝置(其結構和連接參見ZL00260502. 3)，加入洗滌劑攪拌洗滌后、過濾，實現(xiàn)中間相炭微球與洗滌液體之間的分離。由于該裝置中的攪拌裝置設計為単一攪拌槳葉，存在攪拌不均勻、攪拌混合效果不夠理想等缺陷，進而影響中間相微球的洗滌、分離效果，以及中間相炭微球的制備效率和收率，并影響中間相炭微球的球形度等。實施例I采用洗滌過濾一體化裝置制備中間相炭微球取浙青400克，加入到反應釜中，加入催化劑三氯化鋁4克，在450°C和IMpa條件下,反應2h,將熱縮聚后的反應液體導入洗漆過濾一體化裝置,在密閉的洗漆過濾一體化裝置(其工作過程同前述結合附圖的說明)中完成中間相微球的洗滌、過濾，使洗滌劑煤浙青中油與粘附在中間相微球表面的母液充分接觸，促進母液與洗滌劑之間的充分溶解，從而實現(xiàn)中間相微球與母液的有效、完全分離，將所得中間相微球經(jīng)干燥、炭化、石墨化等過程，制得中間相炭微球。對比研究對比例I、對比例2和實施例I三種設備在中間相炭微球的形貌、制備收率、制造成本等方面，結果見圖2、圖3、圖4和表I。 表I中間相炭微球的制備效果
權利要求1、中間相炭微球制備中的洗滌過濾一體化裝置，該裝置包括筒體(I)、筒體(I)上設有的上端蓋(2)和下端蓋(12)、攪拌裝置和過濾裝置，其中，上端蓋(2)位于筒體(I)的上部，并在上端蓋(2)上設有加料ロ(3)、循環(huán)消煙裝置(5)、壓カ表(6);所述過濾裝置位于筒體(I)內，包括設置在筒體(I)內底部的篩孔板(11)及篩孔板(11)上鋪設的過濾介質(10);下端蓋(12 )位于筒體(I)的下部，并與出液管ロ( 18 )連接；出液管ロ( 18 )上連接有出液閥(15)的出液支管、連接有抽氣閥(13)的抽氣支管(14)和連接有反向加液閥(17)的反向加液支管(16)，其特征在于，所述攪拌裝置由攪拌軸(4)和攪拌槳(7)組成，其中，攪拌槳(7)平行設置2-3層。
2、根據(jù)權利要求I所述的洗滌過濾一體化裝置，攪拌槳(7)葉平面與攪拌軸(4)之間呈45°。
3、根據(jù)權利要求I所述的洗滌過濾一體化裝置，筒體(I)下部壁上設有與筒體(I)周向相切的進氣孔(9)。
4、根據(jù)權利要求3所述的洗滌過濾一體化裝置，所述進氣孔(9)設置為2飛個。
5、根據(jù)權利要求4所述的洗滌過濾一體化裝置，所述進氣孔(9)設置為3-4個。
6、根據(jù)權利要求1-5任一項所述的洗滌過濾一體化裝置，按照下述方式實現(xiàn)中間相微球與洗滌液體之間的有效分離，關閉出液閥(15)和抽氣閥(13)，打開反向加液閥(17)，通過下端蓋(12)上的反向加液支管(16)向筒體(I)內加入洗滌劑，進行攪拌和/或自切向進氣ロ(9)吹入氣體進行攪動洗滌，使洗滌劑與粘附在中間相微球表面的母液充分接觸，促進母液與洗滌劑之間的充分溶解；關閉反向加液閥(17)，打開抽氣閥(13)進行抽濾，同時打開出液閥(15)放出抽濾液，實現(xiàn)中間相微球與洗滌液體之間的有效分離。
7、根據(jù)權利要求1-5任一項所述的洗滌過濾一體化裝置，需要再洗滌筒體(I)內的濾餅時，按照下述方式實現(xiàn)中間相微球與洗滌液體之間的有效分離，關閉出液閥(15)和抽氣閥(13)，打開反向加液閥(17)，通過下端蓋(12)上的反向加液支管(16)向筒體(I)內加入洗滌劑，將濾餅進行攪拌和/或自切向進氣ロ(9)吹入氣體進行攪動化漿洗滌，使洗滌劑與粘附在中間相微球表面的母液充分接觸，促進母液與洗滌劑之間的充分溶解；關閉反向加液閥(17)，打開抽氣閥(13)進行抽濾，同時打開出液閥(15)放出抽濾液，實現(xiàn)中間相微球與洗漆液體之間的有效分尚。
專利摘要本實用新型涉及一種中間相炭微球制備中的洗滌過濾一體化裝置，該裝置包括筒體(1)、筒體(1)上設有的上端蓋(2)和下端蓋(12)、攪拌裝置和過濾裝置，其中，上端蓋(2)位于筒體(1)的上部，并在上端蓋(2)上設有加料口(3)、循環(huán)消煙裝置(5)、壓力表(6)；所述過濾裝置位于筒體(1)內，包括設置在筒體(1)內底部的篩孔板(11)及篩孔板(11)上鋪設的過濾介質(10)；下端蓋(12)位于筒體(1)的下部，并與出液管口(18)連接；出液管口(18)上連接有出液閥(15)的出液支管、連接有抽氣閥(13)的抽氣支管(14)和連接有反向加液閥(17)的反向加液支管(16)，其特征在于，所述攪拌裝置由攪拌軸(4)和攪拌槳(7)組成，其中，攪拌槳(7)平行設置2-3層。本實用新型的洗滌過濾一體化裝置可以顯著提高洗滌分離效果和中間相炭微球的制備收率，降低生產成本。
文檔編號B01D24/22GK202410273SQ20112032546
公開日2012年9月5日 申請日期2011年8月27日 優(yōu)先權日2011年8月27日
發(fā)明者李花, 楊紅強, 苗艷麗 申請人:天津市貝特瑞新能源材料有限責任公司