CN1035478A - 二氧化碳生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种用石灰石做原料、煤做燃料的竖窑式二氧化碳发生炉生产二氧化碳的生产工艺，此炉是一个带有炉胆的竖窑式二氧化碳发生炉，石灰石在炉胆内清烧分解，获得大量的高纯度二氧化碳，把传统的从窑气中提取二氧化碳的复杂工艺彻底的改变成从二氧化碳混合气中把其它气体和杂质用物理方法提出的工艺。本二氧化碳生产工艺CaCO3分解充分，CaO和CO2产量高，纯度高，全部用物理法提纯成本低，工艺简单，设备投资少，不污染环境，充分利用能源。

Description

本发明涉及的是一种提取用石灰石做原料，煤做燃料的竖窑式二氧化碳发生炉炉气中二氧化碳的生产工艺。
目前，国内外二氧化碳的生产采用的提取机械化竖窑生产石灰产生的窑气中的二氧化碳气体的生产工艺，窑气中的二氧化碳含量在35-42%，含量较低。由于竖窑是煤料混烧，上下通风，因而产生的二氧化碳气中杂质和有害物质含量很高。机械化竖窑在操作中给风十分不好控制，给风多了窑气中二氧化碳比缩小;温度过高，造成提纯量大或结瘤。在窑气中提取二氧化碳，需要庞大的提纯设备，大量的碱，各种药剂、热气等，成本相当高，工艺相当复杂。用这种方法提取的二氧化碳气纯度不高，质量很难保证。用带有炉胆的电热式二氧化碳发生器生产二氧化碳，经过净化器吸附提纯纯度就可达到99.5-99.9%。但此炉温度只能达到950℃，只能用成本较高的低温分解原料，而不能用石灰石做原料。耗电量大，产量小，只适合于小批量生产，经济效益不理想。
本发明的目的是用一种新型的二氧化碳发生炉替代机械化竖窑和电热式二氧化碳发生器生产二氧化碳，此炉吸收了机械化竖窑用石灰石做原料，煤做燃料的大工业生产特点，又吸收了电热式二氧化碳发生器在胆外加热，加热源和加热的矿石分开，可获得高纯度二氧化碳的特点，把传统的从窑气中提取二氧化碳的正吸法提纯工艺彻底改变成从二氧化碳混合气中把其它气体和杂质提出的反提纯法工艺。
本发明所述的二氧化碳生产工艺是由原料反应工艺流程、二氧化碳提纯工艺流程、热源利用工艺流程三个部分组成。而本工艺又是通过一个炉膛内装有炉胆的竖窑式二氧化碳发生炉来实现的。
把原料投入二氧化碳发生炉内，石灰石首先进入位于炉顶的进料罐，石灰石在进入进料罐之前，先要关闭下料钟，然后把石灰石加进料罐，关闭上门，打开料钟，石灰石就自己流入到预热炉胆内，这道工序为的是不让炉胆内的二氧化碳气跑出来，炉外的空气进入炉胆内。进料罐的料位由电气仪表来控制，可根据指示情况上料。
石灰石进入预热炉胆的上端，可受到400℃的高温预热物料，到预热炉胆的下端可被加热到800℃，流程为3小时，这时有25%的石灰石被分解，在这一段炉气杂质较多，有空气和水份，因把不足5%的二氧化碳气从预热炉胆上方设置的放气管放掉。
原料到了预热炉胆的末端，煅烧炉胆的首端温度达到800℃，石灰石将进入反应高潮区，到达炉胆的中部时，石灰石的温度将升到1100℃，到炉胆的下端温度又降到800℃，反应高潮结束，整个流程为3小时。在煅烧炉胆中反应是很复杂的，但是由于本炉煅烧工艺为清烧，温度始终控制在1100℃，在这个温度下烧出的石灰不过烧，而有害物质又形不成。又由于碳和氧在煅烧过程中不和原料接触，减少了下列反应：碳的不完全燃烧，二氧化碳的还原，一氧化碳燃烧，氢的燃烧，硫的燃烧。这些物质必须在1100℃以上才能反应，而这些反应又是造成石灰石结瘤的主要原因。物料的炉胆内曲线下滑，中间的低温物料有到炉胆边上的机会，炉胆内表面涂有红外线材料，辐射穿透性很强，再加上二氧化碳气体在炉胆内的流动，起到高低气流的交换作用，所以石灰石在炉胆内受热很均匀，分解很完全。
从煅烧炉胆分解成的石灰进入闷灰室，由于从煅烧炉胆下来的石灰温度可达800℃，再加上温度为900℃左右的二氧化碳气通过此处到冷却器去，又补了些热量，所以没有分解好的石灰在这段可以继续分解，一般在这段再可分解出25%的二氧化碳气体。在这段流程为12小时。
从闷灰室下来的石灰进入冷却室，温度可达400℃，冷却器是由多根细管组成，管内走冷空气，管外与石灰接触，可把石灰冷却到60℃以下。石灰在冷却器里停留12小时，二氧化碳从出气管进入下一道工序。
冷却到60℃的石灰送进出料罐，罐的上、下端设有门，它的作用是使炉内的二氧化碳跑不到空气里，空气进不到炉胆里，石灰在此罐中停留12小时，微量的二氧化碳气会充满全罐空间，放料时有冲力和二氧化碳比重大，在很短时间里罐内只能外流料和二氧化碳，而空气无法进入罐内。
在二氧化碳出气管的通道上置有一个旋风除尘器，它的作用是把从炉里出来的二氧化碳气体中带来的灰尘和杂质除掉，并降低二氧化碳从炉内带出的较高温度，使之散发掉。旋风除尘器的旋转和二氧化碳的吸出是由罗茨风机来完成的，罗茨风机的作用是把炉胆内高温分解的二氧化碳气体用200-300mmHg的抽力随时吸出，同时使二氧化碳发生炉产生一个负100-0mmHg的工作压力，因为碳酸钙在分解时有分解压，如果分解环境压力越低，分解压就越低，分解就越快。
罗茨风机把从二氧化碳发生炉吸出的含量为90%的二氧化碳气体送入处理塔，除去二氧化碳气体中含有的微量硫、磷、砷。
被处理塔处理过的纯度达到95%的二氧化碳气被送入贮气罐进行水洗净化，再由压缩机在50-70个大气压下把二氧化碳气压缩成液态。把压缩成液态的二氧化碳送入压力物理提纯器，因为二氧化碳比一般气体比重大，所以在受一定压力液化的情况下很容易分层，因此只需在提纯器里分层放出即可得到99.99%的高纯度二氧化碳。
压力提纯器放出的油、水、杂质排出，放出的低浓度二氧化碳再次加以回收。低于10%的二氧化碳被送入吸附器，被吸附器内的氟石吸附剂吸收，当氟石不再吸收二氧化碳时，停止供应低浓度二氧化碳，通入从炉中出来的高温二氧化碳，使氟石吸热再生，当再生器温度达到70-90℃时，停止供应高温二氧化碳，往再生器管内注入冷水降温，把吸附剂降到水温，然后用真空泵以负100-0mmHg压力从吸附器中把吸附的二氧化碳吸出。
煤在发生炉的燃烧室里燃烧后，被送入发生炉煅烧炉胆外炉膛里，对炉胆内的矿石进行高温加热。此时炉膛内温度保持在800-1200℃，燃烧室温度控制在1000℃，火道口温度控制在1100℃。
进入燃烧室的空气是由离心通风机通过两条路送入燃烧室内燃烧的。第一路是通过发生炉的预热段，因为从煅烧炉膛升入余热炉膛的余热除了预热胆内的矿石外，还有很高的温度，这些热量通过预热段的喷流式三梯冷却器，把大量的能源转给风带走，此时空气温度可升到300-400℃，送入燃烧室助燃。第二路是通过发生炉下部的冷却室里的冷却器管走风，把管外400℃的石灰温度降到60℃，由此管路出来的风温度可达200℃，被送到燃烧室做鼓风用。两条管路的风通过燃烧室进入发生炉炉膛，由于炉膛的温度很高，只要配好风，石灰石就可完全燃烧分解。
本二氧化碳生产工艺CaCO3分解充分，因而CaO和二氧化碳产量高，纯度高，全部用物理法提纯，成本低，工艺简单，设备投资少，不污染环境，充分利用能源，是较为理想的二氧化碳生产新工艺。
附图：二氧化碳工艺流程示意图。
实例1
取13.6吨粉碎成20-25mm的碳酸钙矿石，装入竖窑式带有炉胆的二氧化碳发生炉在1000-1100℃分解成CaO和CO2。罗茨风机用200-300mmHg的抽力随时把炉胆内的二氧化碳吸出，同时使炉内产生一个负100-0mmHg的工作压力。被罗茨风机从塔里吸出的二氧化碳气体经过出气管里的旋风除尘器除去灰尘和杂质，降低温度进入处理塔，除去二氧化碳气体中含有的微量硫、磷、砷。被处理过的纯度达95%的二氧化碳气被送入贮气罐进行水洗，再由压缩机在50-70个大气压下压缩成液态。把压缩成液态的二氧化碳送入压力物理提纯器进行物理的分层放出分离，得到纯度为98%的液态二氧化碳5吨。
实例2
取10吨粉碎成20-25mm的碳酸钙矿石，装入竖窑式带有炉胆的二氧化碳发生炉在900°-1000℃温度下分解成CaO和CO2，用与实例1相同的提纯方法把CO2提纯，获得纯度99.9%的液态二氧化碳3.7吨。
实例3
取8吨粉碎成20-25mm的碳酸钙矿石，装入竖窑式带有炉胆的二氧化碳发生炉在800-900℃温度下分解成CaO和CO2，用与实例1相同的提纯方法，把CO2提纯，获得纯度为99.99%的液态二氧化碳2.8吨。

Claims (12)

1、一种用石灰石做原料，煤做燃料的二氧化碳生产工艺，其特征在于：
(1)石灰石在带有炉胆的竖窑式二氧化碳发生炉内分解生成CaO和CO2，
(2)CO2由罗茨风机从发生炉内吸出通过旋风除尘器除去灰尘和杂质，
(3)纯度达到90%的CO2气体被送入处理塔除去微量硫、磷、砷，
(4)CO2气体送入贮气罐，水洗净化，
(5)纯度达到95%的CO2气体送入压缩机，由压缩机压缩液化，
(6)液态CO2被送入压力物理提纯器分层分离，
(7)得到的纯度为99.9%的液态CO2充瓶出厂，
(8)含量低于10%的CO2被送入吸附器，吸附回收，
(9)油、水、杂质排出；
2、根据权利要求1所述的二氧化碳生产工艺，其特征在于CaCO3在二氧化碳发生炉内的分解反应是在炉胆内进行的，煤在燃烧室燃烧后被风送入在炉胆外的炉膛里加热;
3、根据权利要求1、2所述的二氧化碳生产工艺，其特征在于二氧化碳发生炉内工作压力控制在负100-0mmHg;
4、根据权利要求1、2、3所述的二氧化碳生产工艺，其特征在于二氧化碳发生炉内负压是由罗茨风机用200-300mmHg抽力把二氧化碳从发生炉内吸出来控制;
5、根据权利要求1、2所述的二氧化碳生产工艺，其特征在于二氧化碳发生炉炉膛温度控制在800-1200℃;
6、根据权利要求1、2所述的二氧化碳生产工艺，其特征在于二氧化碳发生炉炉顶设有一个带有两道门的进料罐，下部设有一个带有两道门的出料罐，保持炉内密封;
7、根据权利要求1所述的二氧化碳生产工艺，其特征在于吸附器里的吸附剂为氟石;
8、根据权利要求1、7所述的二氧化碳生产工艺的吸附器，其特征在于吸附剂氟石的再生温度为70-90℃;
9、根据权利要求1、7所述的二氧化碳生产工艺的吸附器，其特征在于吸附剂氟石的再生温度来源于发生炉吸出的二氧化碳气;
10、根据权利要求1所述的二氧化碳生产工艺，其特征在于来自贮气罐的二氧化碳气体在50-70个大气压下变成液态;
11、根据权利要求1、2所述的二氧化碳生产工艺，其特征在于进入炉膛的热风是通过两路送入燃烧室内燃烧，一路经过炉子预热段的喷流式三梯冷却器，被加热到300-400℃进入燃烧室，一路经过炉子冷却器走风管被加热到200℃进入到燃烧室，两路风从燃烧室进入发生炉炉膛控制炉膛温度;
12、根据权利要求1、2所述的二氧化碳生产工艺其特征在于二氧化碳发生炉是由位于炉体顶部和底部的进料、出料罐，上部的有预热炉胆，余热炉膛和喷流式三梯冷却器的预热段;中部的有煅烧炉胆，煅烧炉膛的煅烧段;下部的闷灰室;冷却室;炉体外部的燃烧室组成。
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