一种用于制备硫磺改性沥青混合料的装置及其使用方法

技术领域：

本发明涉及改性沥青混合料制备领域，具体涉及一种用于制备硫磺改性沥青混合料的装置及其使用方法。

背景技术：

进年来，我国高等级道路发展较快，对高性能沥青需求增大，但普通沥青具有温度敏感性、水稳定性、耐久度均不够理想等缺点，其性能不能满足某些地区高等级道路对沥青路面的要求。为克服普通沥青的缺点，改性沥青路面的研究与生产受到广泛重视。其中，在沥青中掺入一定的硫磺进行改性后再制备混合料可以极大的提高沥青路面的高温抗车辙性能，同时提高路面的水稳定性、抗压、抗裂性，在高温地区使用硫磺改性沥青修筑道路，可以提高道路服役期，降低道路维护成本，同时良好的路面条件也能降低交通事故的发生概率。

然而，在传统的硫磺改性沥青混合料生产过程中，存在一些问题：

(1)未考虑定量添加H

(2)未采取硫磺改性剂制备、沥青改性、混合料拌合的一体化生产措施。在现有的硫磺沥青混合料生产过程中，没有控制硫磺改性剂制备、沥青改性、混合料拌合等过程在同一处进行，导致拌和时间不能有效调和，相互影响，并且在多次换炉过程中材料冷却，需要重复加热，不仅浪费能源，而且已冷却的材料反复加热易发生老化，严重影响沥青混合料的改性效果。

(3)尾气处理不净。在现有的硫磺沥青混合料生产过程中，在进行尾气处理时，往往只对尾气当中占主要成分的H

因此需要提出一种新的硫磺改性沥青生产，以期在获得良好改性效果的同时，使得生产过程高效、节能、安全。

发明内容：

为克服现有技术的不足，本发明提供了一种用于制备硫磺改性沥青混合料的装置及方法，提供一种一体化的硫磺改性沥青混合料拌合装置，避免多次换炉而产生的能量损失，并通过“欠量-补足”法分两次定量添加H

为实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于制备硫磺改性沥青混合料的装置，所述装置包括架设在地面上的复合拌料仓、沥青存储仓和集料存储仓；

所述复合拌料仓从上到下依次设有集料预热腔与混合料拌合腔，混合料拌合腔中设有含电磁加热线圈Ⅰ的夹层Ⅰ，混合料拌合腔的底壁上开设有出料口，且出料口上设有出料阀，所述复合拌料仓仓体的内底壁中部竖向安装有纵贯仓体顶壁的中空轴Ⅰ，所述中空轴顶部探出仓体的部分设置有抑制剂投放口Ⅰ，中空轴Ⅰ且位于集料预热腔的部分装有水平搅拌杆Ⅰ，位于混合料拌合腔的部分装有多重搅拌杆Ⅰ；

所述多重搅拌杆Ⅰ上部为多组推进式搅拌杆，多重搅拌杆Ⅰ下部为含有夹层的下垂式搅拌叶Ⅰ，水平搅拌杆Ⅰ、推进式搅拌杆和下垂式搅拌叶Ⅰ均通过法兰轴套设于中空轴Ⅰ上，并通过齿轮传动机构连接着各腔中用于驱动搅拌杆转动的电机，所述电机均安置于各加热隔层下部，所述下垂式搅拌叶中设置有与中空轴相连的夹层，在夹层的上表面开设有用于外渗抑制剂的渗孔，且中空轴Ⅰ中还设置有电机驱动的钢绳升降机构，所述下垂式搅拌叶可以通过钢绳升降机构下降至与混合料拌合腔底部贴合；

所述沥青存储仓通过沥青输送管与设置在下方的沥青改性腔相连，沥青输送管上装有控制沥青输入量的电磁阀，沥青改性腔上部设置有熔硫腔，熔硫腔的顶壁上设有硫磺投放口，仓体的内底壁中部竖向安装有纵贯仓体顶壁的中空轴Ⅱ，所述中空轴Ⅱ顶部探出仓体的部分设置有抑制剂投放口Ⅱ，且中空轴Ⅱ位于熔硫腔的部分装有水平搅拌杆Ⅱ，位于沥青改性腔的部分装有多重搅拌杆Ⅱ，所述多重搅拌杆Ⅱ上部为下垂式搅拌叶Ⅱ，多重搅拌杆Ⅱ的下部为水平搅拌杆Ⅲ，所述下垂式搅拌叶Ⅱ中设置有与中空轴Ⅱ相连的夹层，在夹层的上表面开设有用于外渗抑制剂的渗孔，所述水平搅拌杆Ⅱ和水平搅拌杆Ⅲ和下垂式搅拌叶Ⅱ均通过法兰轴套设于中空轴Ⅱ；

所述混合料拌合腔与沥青改性腔中设有H

所述集料预热腔、熔硫腔与沥青改性腔下部均设置有加热隔层结构，所述加热隔层包括金属隔层与隔层中设置的叶轮片加热板，所述叶轮片加热板内置有电磁加热线圈Ⅱ，且在一瓣叶轮片的尖端设有通电触点，在其对向的叶轮片尖端设有可与通电触点匹配的通电触点，叶轮片加热板下端设有用于驱动自身转动开合的电机Ⅰ、电机Ⅱ、电机Ⅲ，同时，可以理解的是，熔硫腔、沥青改性腔、集料预热腔与混合料拌合腔之间的各加热隔层机构可以分别驱动，以满足不同的加热时间和加热转速要求；

所述集料存储仓通过集料输送履带与集料预热腔相连。

优选的，所述加热隔层结构中，叶轮片加热板开合的最大面积为金属隔层开口面积的1.2-1.3倍。

优选的，所述沥青存储仓含有不连通的油-气双夹层结构，从内向外材质分别为铁-夹层Ⅱ-铝合金-夹层Ⅲ-铝合金，所述夹层Ⅱ内填充有导热油，并通过导热油管连通于导热油罐，导热油管在导热油罐的出口处装有驱动导热油循环流动的压力阀，导热油罐(6)设置有内置电磁加热线圈Ⅲ(6-2)的夹层Ⅵ，所述夹层Ⅲ的入口通过废气输送管连接于熔硫腔、沥青改性腔，且废气输送管上装有防止高温废气逆行的止逆阀，在废气充盈夹层Ⅲ加热导热油后，通入废气净化装置。通过油-气双夹层结构，比热容较大的导热油能够最大效率的吸收利用热废气与后续加氢反应中产生的热量预热沥青存储仓当中的沥青，使之保持流动状态。

优选的，所述废气净化装置包括通过废气输送管道相连通的氢化罐、吸收罐与核验罐，废气当中的有害部分主要成分为H

SO

COS+H

CS

所述氢化罐设有用于供氢的风机，且在出口处管道设有特氏阀结构，不利于气体向罐外方向移动，以保证废气加氢反应的程度完全，同时，加氢反应中所释放的能量用于加热导热油罐中的导热油；

从氢化罐中通出的废气先经由急冷塔冷却后，通入吸收罐统一净化H

CuSO

经过吸收罐净化处理的尾气可直接排往大气。

所述氢化罐在出口处管道还设有特氏阀结构，不利于气体向罐外方向移动，以保证废气加氢反应的程度完全。

优选的，吸收罐当中的净化液可以是NaOH、Ca(OH)

优选的，所述吸收罐与核验罐中的反应溶剂容积占有率为60％-75％。

一种用于制备硫磺改性沥青混合料装置的使用方法，包括以下步骤：

S1：打开于熔硫腔下方加热隔层的电机Ⅰ与导热油罐两侧夹层内的电磁加热线圈Ⅲ，当熔硫腔内温度上升至140-150℃时，从投放口投入硫磺与质量分数为硫磺3％-7％的自由基抑制剂溶液，在140℃下静置，使硫磺自然熔融15min后，位于熔硫腔的水平搅拌杆(2-4)，以200-300r/min的速度下搅拌10-15min，完成硫磺改性剂的制备；

S2：打开集料运输履带的驱动和集料预热腔下方的加热隔层的电机Ⅲ，开始预热集料，打开沥青改性腔下方加热隔层的电机Ⅱ，将沥青改性腔预热至130-150℃，将熔硫腔与沥青改性腔连通，投放制备好的硫磺改性剂，打开沥青电磁阀，使预热至130-150℃的沥青与硫磺改性剂混合，在140-150℃下，以500-800r/min的速度搅拌60-80min，完成硫磺改性沥青的制备；

S3：连通集料预热腔与混合料拌合腔，将S3中制备的改性沥青与预热至130-150℃的集料投放入混合料拌合腔，打开混合料拌合腔中的多重搅拌杆Ⅱ与夹层Ⅰ中的电磁加热线圈Ⅰ，在140-150℃的条件下，开始以500-600r/min的速度搅拌300s，完成硫磺改性沥青混合料的制备，出料运输；

S4：在S2中沥青改性与S3中混合料拌合的过程中，作为监测，每隔2-5s记录一次H

①在沥青改性过程中抑制剂失效，则从中空轴Ⅱ顶端的抑制剂投放口Ⅱ投入新的H

②在混合料拌合过程中抑制剂失效，则从中空轴Ⅰ顶端的抑制剂投放口Ⅰ补足新的H

S5：通往氢化罐中的尾气开始稳定反应后，关闭导热油罐两侧夹层内的电磁加热线圈Ⅲ，经余热利用后的废气从氢化罐排出，依次经过急冷塔与吸收罐完成净化，再经核验罐核验后排往大气；

S6：在生产结束后，通过抑制剂投放口Ⅰ与抑制剂投放口Ⅱ加入沥青清除剂，开启多重搅拌杆Ⅰ、多重搅拌杆Ⅱ与喷洒装置，使沥青清除剂从喷洒装置与渗孔溢出，以洗除装置中残留的沥青，运行3-5min后，再通过抑制剂投放口与加入清水，保持多重搅拌杆Ⅰ、多重搅拌杆Ⅱ与喷洒装置运行，洗除残留的H

优选的，所述步骤S4中，投入新的H

其中：t

优选的，铺摊系数μ的取值范围为0.4-0.6。

优选的，所述各生产步骤中，在热料拌合时，保持各阶段的工作温度一致，并保证各仓的仓位为50-65％，由此减少搅拌动作引发的温度波动，提升产料的品质，减少废气的释放量。

有益效果：

(1)本发明的方法充分考虑到H

(2)本发明提供一种一体式制备装置，实现硫磺改性剂制备、硫磺改性沥青制备、硫磺改性沥青混合料制备均通过一个设备完成，避免多次换炉，减少热料冷却导致的能源浪费。并通过油-气双夹层结构有效利用拌料与废气处理时产生的余热，提升能量利用率。

(3)本发明的装置中，在下垂式搅拌叶设置与中空轴相连通的夹层，夹层上表面开有渗孔，用以在搅拌动作中使得补足H

(4)本发明的装置中，加热隔层结构通过叶轮片加热板的开合控制通电触头的接触与分离，实现腔室之间阻隔-供热、连通-断热相对应的功能，且整体通过电磁加热的方式提供拌合温度条件，相比于传统的燃烧供热，生热效率高、减少CO

(5)本发明的方法在尾气处理中，对尾气采取氢化+吸收的方法进行处理，通过氢化将多种含硫废气转化为低浓度的H

附图说明：

图1是本发明对应的用于制备硫磺改性沥青混合料的装置示意图；

图2为本发明中油-气双夹层结构与管道组合的结构剖视图；

图3为本发明中加热隔仓机构的结构拆分图；

图4为本发明中加热隔仓叶轮片加热板的状态切换示意图；

图5为本发明中下垂式搅拌叶的渗孔与夹层结构示意图；

图6为本发明中多重搅拌杆状态切换示意图；

图7为本发明中氢化罐与特氏阀管道结构示意图；

图8为本发明中吸收罐的结构示意图；

图9-1、9-2为本发明实施例中H

具体实施方式：

下面结合具体实施例与附图对本发明进行进一步的解释与说明：

实施例1

本实施例提供一种用于制备硫磺改性沥青混合料的装置及方法，所述装置包括架设在地面上的复合拌料仓1、沥青存储仓2和集料存储仓3；

所述复合拌料仓1从上到下依次设有集料预热腔1-1与混合料拌合腔1-2，混合料拌合腔1-2中设有含电磁加热线圈Ⅰ1-2-1的夹层Ⅰ，混合料拌合腔1-2的底壁上开设有出料口，且出料口上设有出料阀，，所述复合拌料仓1仓体的内底壁中部竖向安装有纵贯仓体顶壁的中空轴Ⅰ1-4，所述中空轴1-4顶部探出仓体的部分设置有抑制剂投放口Ⅰ1-4-1，且中空轴Ⅰ1-4位于集料预热腔1-1的部分装有水平搅拌杆1-5，中空轴Ⅰ1-4位于混合料拌合腔1-2的部分装有多重搅拌杆Ⅰ1-6；

所述多重搅拌杆Ⅰ1-6上部为多组推进式搅拌杆1-6-1，多重搅拌杆Ⅰ1-6下部为含有夹层的多组下垂式搅拌叶Ⅰ1-6-2，水平搅拌杆Ⅰ1-5、推进式搅拌杆1-6-1和下垂式搅拌叶1-6-2均通过法兰轴套设于中空轴1-5上，并通过齿轮传动机构连接着各腔中用于驱动搅拌杆转动的电机，所述电机均安置于各可动热板层4下部，所述下垂式搅拌叶1-6-2中设置有与中空轴相连的夹层，在夹层的上表面开设有用于外渗抑制剂的渗孔，且中空轴Ⅰ1-4中还设置有电机驱动的钢绳升降机构，所述下垂式搅拌叶1-6-2可以通过钢绳升降机构下降至与混合料拌合腔1-2底部贴合；

所述沥青存储仓2通过沥青输送管与设置在下方的沥青改性腔2-2相连，沥青输送管上装有控制沥青输入量的电磁阀2-1，沥青改性腔2-2上部设置有熔硫腔2-1，熔硫腔2-1的顶壁上设有硫磺投放口，仓体的内底壁中部竖向安装有纵贯仓体顶壁的中空轴Ⅱ2-3，所述中空轴Ⅱ2-3顶部探出仓体的部分设置有抑制剂投放口Ⅱ2-3-1，且中空轴Ⅱ2-3位于熔硫腔2-1的部分装有水平搅拌杆Ⅱ，中空轴Ⅱ2-3位于沥青改性腔2-2的部分装有多重搅拌杆Ⅱ，所述多重搅拌杆Ⅱ上部为下垂式搅拌叶Ⅱ，下部为水平搅拌杆Ⅲ，所述水平搅拌杆Ⅱ和水平搅拌杆Ⅲ和下垂式搅拌叶Ⅱ均通过法兰轴套设于中空轴2-3上，并通过齿轮传动机构连接着各腔中用于驱动搅拌杆转动的电机，所述下垂式搅拌叶Ⅱ中设置有与中空轴2-3相连的夹层，在夹层的上表面开设有用于外渗抑制剂的渗孔；

所述集料预热腔1-1、熔硫腔2-1与沥青改性腔2-2下部均设置有加热隔层4结构，所述加热隔层4包括金属隔层4-1与隔层中设置的叶轮片加热板4-2，所述叶轮片加热板4-2内置有电磁加热线圈Ⅱ，且在一瓣叶轮片的尖端设有通电触点4-2-1，在其对向的叶轮片尖端设有可与通电触点4-2-1匹配的通电触点4-2-2，叶轮片加热板4-2下端设有用于驱动自身转动开合的电机Ⅰ、电机Ⅱ、电机Ⅲ；

所述集料存储仓3通过集料输送履带与集料预热腔1-1相连。

在本实施例中，所述混合料拌合腔1-2与沥青改性腔2-2中设有H

在本实施例中，所述加热隔层4结构中，叶轮片加热板4-2开合的最大面积为金属隔层4-1开口面积的1.2-1.3倍。

在本实施例中，沥青存储仓2还设置有不连通的油-气双夹层结构5，从内向外材质分别为铁-夹层Ⅱ-铝合金-夹层Ⅲ-铝合金，所述夹层Ⅱ内填充有导热油，并通过导热油管连通于导热油罐6，导热油管在导热油罐的出口处装有驱动导热油循环流动的压力阀6-1，导热油罐6设置有内置电磁加热线圈Ⅲ6-2的夹层Ⅵ，所述夹层Ⅲ的入口通过废气输送管8连接于熔硫腔2-1、沥青改性腔2-2，且废气输送管上装有防止高温废气逆行的止逆阀8-1。

在本实施例中，首先打开导热油罐6夹层Ⅵ中的电磁加热线圈Ⅲ6-2，预热沥青至可流动的状态，并打开熔硫腔2-1下方加热隔仓4中的齿轮电机Ⅰ，驱动叶轮片加热板转动至闭合，使熔硫腔2-1与沥青改性腔2-2互不联通，此时通电触点4-2-1与4-2-2相互接触，电流通过通电触点到达电磁加热线圈Ⅱ内，叶轮片加热板开始产热。当腔内温度上升至145℃时，从投放口投入4份硫磺与质量分数为硫磺5％的自由基抑制剂溶液，在145℃下静置，此时自由基抑制剂溶液当中的自由基阳离子部分开始生效，捕获硫磺受高温产生的S

打开集料运输履带的驱动和集料预热腔1-1下方的加热隔层4的电机Ⅲ，开始预热集料，打开沥青改性腔1-2下方加热隔层4的电机Ⅱ，将沥青改性腔1-2预热至145℃，将熔硫腔1-1与沥青改性腔1-2连通，投放制备好的硫磺改性剂，打开沥青电磁阀2-1，使预热至140℃的6份沥青与硫磺改性剂混合，在145℃下，以600r/min的速度搅拌，此时自由基抑制剂当中的阴、阳离子自由基同时生效，捕获沥青产生的H

连通集料预热腔1-1、沥青改性腔2-2与混合料拌合腔1-2，将S3中制备的改性沥青与预热至140℃的集料投放入混合料拌合腔1-2，打开混合料拌合腔1-2中的多重搅拌杆Ⅱ与夹层Ⅰ中的电磁加热线圈Ⅰ，在145℃的条件下，开始以500r/min的速度搅拌，作为监测，每隔3s记录一次H

在本实施例中，首次添加的H

则打开中空轴1-4顶端的抑制剂投放口1-4-1，投入质量为81.44kg的H

在本实施例中，在废气充盈夹层Ⅲ加热导热油后，通入废气净化装置，所述废气净化装置包括通过废气输送管道相连通的氢化罐9、急冷塔10、吸收罐11与核验罐12；所述氢化罐9装有用于供氢的风机，所述吸收罐11中装有用于加快吸收速度的搅拌桨11-1；

拌合过程中所释放废气的主要有害成分为H

SO

COS+H

CS

所述氢化罐9在出口处管道还设有特氏阀结构9-1，不利于气体向罐外方向移动，以保证废气加氢反应的程度完全；

经过氢化反应后从氢化罐9中通出的废气先经由急冷塔10冷却后，通入含容积为60％的MDEA溶液的吸收罐11中净化H

在本实施例中，在废气处理过程中发现核验罐12内生成黑色沉淀，则打开吸收罐11中的搅拌桨11-1，加快废气吸收速率，保持黑色沉淀不再生成，直至生产结束，所涉及的反应方程式为：

CuSO

在本实施例中，待氢化反应开始稳定进行，氢化罐9内温度升高后，关闭导热油罐6夹层Ⅵ中的电磁加热线圈Ⅲ6-2，利用氢化反应释放的能量加热导热油。

在本实施例中，一轮生产结束后，在生产结束后，通过抑制剂投放口Ⅱ2-3-1与Ⅰ1-4-1加入三氯乙烯稀释液，开启多重搅拌杆Ⅰ、多重搅拌杆Ⅱ与喷洒装置，使三氯乙烯稀释液从喷洒装置与两组下垂式搅拌叶Ⅱ的渗孔溢出，洗除装置中残留的沥青，运行3min后，再通过抑制剂投放口2-3-1与1-4-1加入清水，保持多重搅拌杆多重搅拌杆Ⅰ、多重搅拌杆Ⅱ与喷洒装置运行，洗除残留的抑制剂与三氯乙烯稀释液。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。