CN104024157A - 一种碳化设备和使用该碳化设备进行碳化的方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种碳化设备，其包括：储存罐，其储存碳化对象溶液；液滴喷雾装置，其将储存罐中的碳化对象溶液喷雾成液滴；碳化反应罐，其安装有液滴喷雾装置并填充有预定压力下的碳化气体，通过液滴喷雾的碳化对象溶液与填充的碳化气体之间的碳化反应来提供浆料；碳化气体供应装置，其向碳化反应罐中供应碳化气体以使碳化气体在碳化反应罐中维持在预定的压力下；以及浆料排出装置，其从碳化反应罐排出浆料以使碳化反应罐中形成的浆料维持在预定的水平内，还公开了使用该碳化设备进行碳化的方法。

Description

一种碳化设备和使用该碳化设备进行碳化的方法

技术领域

公开了一种碳化设备和使用该碳化设备进行碳化的方法。

背景技术

通常，碳化技术用于从石灰石原矿中沉淀出碳酸钙功能粉末，沉淀碳酸钙通过以下方式制得：煅烧石灰石以提供生石灰，将生石灰水合以制得氢氧化钙浆料，向该浆料中充入二氧化碳制得溶液形式的碳酸钙，并使其再沉淀。常规的碳化如下进行：将二氧化碳充气器插入碳化对象溶液(carbonation subject solution)中，以小气泡形式充入二氧化碳以使充入的气泡在穿过溶液时溶解并转化为碳酸根离子。但充气器的喷嘴经常被沉积在其入口处的碳酸根离子堵塞，二氧化碳被过度消耗，在高容量工业过程中难以实现连续方法，且由于该反应在二氧化碳气泡穿过溶液的短时间内发生，因而反应效率下降。

发明内容

技术问题

本发明的一个方面可以避免碳化反应期间碳化气体(如二氧化碳)喷嘴的堵塞，并且可以通过消耗碳化反应所需量的碳化气体来抑制碳化气体的过度消耗。

另外，可以提供一种碳化设备以实现连续的高容量方法，并且加快了碳化气体溶解速度从而提高碳化效率。

例如，当对盐水中含有的锂(Li)进行回收时，在盐水中作为杂质存在的钙、镁等可被碳化和提取。

另外，当作为氢氧化锂而回收的锂被转化为碳酸锂时，可以采用一个实施方案的碳化设备。

技术方案

本发明的一个方面提供了一种碳化设备，其包括：储存罐，其储存碳化对象溶液；液滴喷雾装置，其对储存罐中的碳化对象溶液进行液滴喷雾；碳化反应罐，其包括液滴喷雾装置并填充有碳化气体，该碳化气体具有预定的压力，用所述填充的碳化气体对液滴喷雾的碳化对象溶液进行碳化以制得浆料；碳化气体供应装置，其向碳化反应罐中供应碳化气体以使碳化气体在碳化反应罐中维持在预定的压力下；以及浆料排出装置，其从碳化反应罐排出在碳化反应罐中形成的浆料以使浆料量维持在预定的水平内。

从碳化反应罐排出在碳化反应罐中形成的浆料以使浆料量维持在预定的水平内的浆料排出装置包括：液位测量装置，其产生信号以确定浆料量是否超出碳化反应罐中预定的水平；以及浆料出口，其通过接收该信号而排出碳化反应罐中的浆料。

所述装置还可包括碱溶液输入装置，其安装于碳化反应罐中并控制在碳化反应罐中形成的浆料的pH值。

液滴喷雾装置通过压力推动碳化对象溶液，并使碳化对象溶液经过喷嘴形成液滴。

所述液滴可具有约80μm至约200μm的颗粒直径。

碳化气体供应装置可包括：压力测量装置，其测量碳化反应罐内部的压力；碳化气体供应阀门，当测得的压力低于设定的压力时，其向碳化反应罐供应碳化气体，直至碳化反应罐内的压力达到设定的压力；以及压力控制阀门，当测得的压力高于设定的压力时，其释放碳化气体。

还可包括安全阀门以保障安全，当碳化反应罐内的压力过度增加时，安全阀门快速降低内部压力。

碳化反应罐内的压力可在室压至约10巴的范围内。

碳化反应罐内的液滴自由下落，且自由下落距离可被设计为大于或等于约3米。

碳化反应罐可由PVC、PE或高强度混凝土制成。

碳化反应罐可由涂覆了TEFLON(四氟乙烯)或氨基甲酸乙酯(urethane)的不锈钢材料制成。

还可包括真空泵，其通过在向碳化反应罐内注入碳化气体前移出碳化反应罐内的空气而形成真空。

碱溶液输入装置可包括：pH测量装置，其测量碳化反应罐内的pH；碱溶液输入泵，其根据测得的pH将碱溶液输入至碳化反应罐内；以及碱溶液输入喷嘴，其连接至碱溶液输入泵并将碱溶液输入至碳化反应罐内。

通过接收液位测量装置产生的信号来排出碳化反应罐中的浆料的排出装置可以是安装于碳化反应罐内的旋转卸料阀门(rotary dumpvalve)。

根据本发明的另一个实施方案，提供一种碳化方法，其使用盐水作为碳化设备的碳化对象溶液来碳化盐水中的阳离子。

盐水中的阳离子可以是钙离子。

盐水中的阳离子可以是镁离子。

盐水中的阳离子可以是锂离子。

根据本发明的另一个实施方案，提供一种碳化方法，其包括：提供多个碳化设备，并提供其中的第一碳化设备和第二碳化设备；采用第一碳化设备碳化盐水中的钙；在用第一碳化设备碳化盐水中的钙之后，采用第二碳化设备碳化该盐水中残留的镁。

有益效果

一个实施方案的碳化设备可以避免碳化反应期间碳化气体喷嘴的堵塞，并且可以通过消耗碳化反应所需量的碳化气体来抑制碳化气体的过度消耗。

另外，碳化效率可通过实现连续的大容量方法和加快碳化气体的溶解速度而提高。

例如，当对盐水中含有的锂(Li)进行回收时，在盐水中作为杂质存在的钙、镁等可被碳化和提取。甚至当作为氢氧化锂而回收的锂被转化为碳酸锂时，也可以采用一个实施方案的碳化设备。

附图说明

图1为示出了根据一个实施方案的碳化设备的整体结构的示意图。

<符号说明>

1：储存罐

2：碳化反应罐

3：液滴喷雾装置

4：高压泵

5：液滴喷雾嘴

6：碳化气体储存罐

7：碳化气体供应装置

8：压力测量装置

9：碳化气体供应阀门

10：压力控制阀门

11：安全阀门

12：pH测量装置

13：碱溶液输入泵

14：碱溶液输入喷嘴

15：浆料搅拌装置

16：液位测量装置

17：旋转卸料阀门

18：真空阀门

发明的实施方式

相关申请的相互参引

本申请要求2012年1月6日向韩国知识产权局提交的第10-2012-0002181号韩国专利申请的优先权，该申请全文以引用的方式纳入本说明书。

下文将详细描述本发明的示例性实施方案。然而，这些实施方案仅仅是示例性的，本发明不限于此。

本发明的一个实施方案可以提供一种碳化设备，其包括：储存罐，其储存碳化对象溶液；液滴喷雾装置，其对储存罐中的碳化对象溶液进行液滴喷雾；碳化反应罐，其安装有液滴喷雾装置并填充碳化气体，该碳化气体具有预定的压力，通过经液滴喷雾的碳化对象溶液与填充的碳化气体的碳化反应而提供浆料；碳化气体供应装置，其向碳化反应罐中供应碳化气体以使碳化气体在碳化反应罐中维持在恒定的压力下；以及浆料排出装置，其从碳化反应罐排出在碳化反应罐中形成的浆料以使浆料量维持在预定的水平内。

碳化气体的实例可以是二氧化碳源或二氧化碳本身。

图1为示出了一个实施方案的碳化设备的整体结构的示意图。

在下文中，将参照图1进行描述。

一个实施方案的碳化设备可以包括储存罐1，其储存并供应碳化对象溶液，且该储存罐1可通过一个溶液输送管与液滴喷雾装置3连接，所述液滴喷雾装置3安装在碳化反应罐2中。

液滴喷雾装置3可包括高压泵4和液滴喷雾嘴5，例如，液滴喷雾嘴5的下部可伸进碳化反应罐2的上部并安装于其上。

在这种情况下，可以根据容量提供多个液滴喷雾嘴5。当提供多个液滴喷雾嘴5时，可调节液滴喷雾角度以避免不同的液滴喷雾嘴5喷出的液滴之间的干扰，且液滴与罐壁表面的接触可被最小化以提高碳化反应效率。

另外，液滴喷雾装置3可通过调节高压泵4的压力和液滴喷雾嘴5的口径而使液滴直径在约80μm至约200μm的范围内变化。通过改变颗粒直径，碳化反应可以得到控制。

在碳化反应罐2中可提供碳化气体供应装置7。作为一个实例，碳化气体供应装置7可安装于碳化反应罐2上。

碳化气体供应装置7可包括压力测量装置8，用于测量碳化反应罐2中的碳化气体压力；碳化气体供应阀门9；以及压力控制阀门10，用于释放过多的压力以控制罐中的压力。

压力测量装置8是用于测量罐中的碳化气体压力并控制碳化气体供应阀门9和压力控制阀门10的装置，且可通过在碳化反应罐2的远离液滴喷雾嘴5的中间部位安装压力测量传感器，使由喷雾液滴压力引起的干扰最小化。

碳化气体供应阀门9是用于以预定压力将碳化气体由碳化气体储存罐6向碳化反应罐2自动供应的装置。当由于碳化反应消耗碳化反应罐2中的碳化气体而使压力下降时，通过接收来自压力测量装置8的信号，将自动供应与消耗的碳化气体同样多的碳化气体。

碳化气体供应阀门9可设置为使碳化反应罐2中的碳化气体压力在室压至约10巴，室压至约8巴，室压至约5巴，或室压至约3巴的范围内变化。

压力控制阀门10通过接收来自压力测量装置8的信号而自动驱动，当该压力高于预定的碳化气体压力时通过释放多余的压力来控制碳化反应罐2中的压力。

另外，还可包括安全阀门11以在紧急情况下快速释放罐中的多余压力。

当由于碳化设备操作错误而向碳化反应罐2中施加了异常的高压时，为保障安全，安全阀门11被自动驱动以快速释放碳化反应罐2中的压力，并且操作压力可任意设置。

碳化反应罐2可被设计为在大于或等于约10巴的压力下安全驱动。

另外，液滴可在碳化反应罐2中自由下落。在这种情况下，碳化设备可被设计为使液滴自由下落大于或等于约3米。

另外，为了使自由下落期间液滴与碳化反应罐2壁表面的接触最小化，碳化反应罐的直径可被设定为大于或等于约1米。

另外，碳化反应罐2可由PVC、PE或高强度混凝土制成以防止盐水等引起的腐蚀。

当使用金属时，接触盐水的表面可由耐腐蚀性材料，如涂覆了TEFLON(四氟乙烯)、氨基甲酸乙酯等的不锈钢制成。

碱溶液输入装置可包括pH值测量装置12，其测量碳化反应罐内的pH；碱溶液输入泵13，其根据pH测量装置测得的pH将碱溶液供应到碳化反应罐内；以及碱溶液输入喷嘴14，其连接于碱溶液输入泵并将碱溶液输入到碳化反应罐内。

例如，该碱溶液可以是NaOH溶液。

pH测量装置12可自动测量反应浆料的pH并可根据测量的信号操控碱溶液输入泵13。

借此，碱溶液可通过碱溶液输入喷嘴14被输入到反应浆料中以调节目标pH。

然后可采用浆料搅拌装置15搅拌浆料以使输入的碱溶液快速进行反应。

另外，碳化反应罐2可包括液位测量装置16，用于喷出反应浆料；和排出装置，用于排出碳化反应罐内部的浆料。

排出碳化反应罐内部的浆料的排出装置可包括旋转卸料阀门17。

当碳化反应结束时，液位测量装置16可自动测量碳化反应罐2中的浆料液位，并且旋转卸料阀门17可通过信号被自动驱动。

旋转卸料阀门17是用于根据从液位测量装置16接收到的浆料液位信息来连续自动地排出碳化反应罐2中的浆料以维持预定浆料液位的装置。

旋转卸料阀门17可被设计为在操作时保持气密性，以使碳化反应罐2中的压力变化最小化。

浆料搅拌装置15具有防止因沉积的碳化物沉淀并堆积在碳化反应罐2中而导致的干扰旋转卸料阀门17操作的作用。

真空阀门18可安装于碳化反应罐2上并且可连接至真空泵。

在下文中，用一个实施例对含有该结构的碳化装置的操作关系进行说明。

首先，开启真空阀门18，且驱动真空泵以移出碳化反应罐2中所有的空气。

当空气从碳化反应罐2中充分移出时，关闭真空阀门，并且开启碳化气体供应阀门9以向碳化反应罐中供应碳化气体。

当碳化气体压力达到碳化反应罐2中的预定水平时，关闭碳化气体供应阀门9，运行液滴喷雾装置3以通过液滴喷雾嘴5向罐中喷射具有预定的颗粒直径的液滴。

例如，喷出的液滴由于重力而在碳化反应罐2中自由下落，且在此期间，罐中过度填充的碳化气体溶解在液滴中，转化为碳酸根离子(CO₃ ^2-)，该碳酸根离子(CO₃ ^2-)与液滴中的碳化对象阳离子反应，沉淀出碳化物。

在这种情况下，为了优化和提高碳化反应效率，可通过调节液滴颗粒直径来控制与碳化气体的接触比表面积，可通过调节液滴下落速度来控制反应时间，并且可以通过调节碳化气体压力来控制碳化气体溶解速度。

在碳化反应发生时，填充于碳化反应罐2中的碳化气体被消耗以降低罐中的压力。

当碳化气体压力降低时，压力测量装置8对此产生感应以操控碳化气体供应阀门9和压力控制阀门10，从而使碳化反应罐2中的碳化气体压力自动控制在预定的水平。

另一方面，当溶解有多种碳化对象阳离子的溶液被碳化时，待溶解于该溶液中的碳化气体量增加，但是当溶解了过量的碳化气体时，该溶液的pH可能降低到低于或等于约4。

在这种情况下，溶解的碳化气体可能以碳酸氢根离子(HCO₃ ^1-)的形式存在，且由于阳离子与碳酸氢根离子键合的化合物的溶解度通常较高，因而其几乎不沉淀。

当溶液以其本身被喷到处于室压的外部时，被所述压力过饱和的碳化气体被快速释放，从而显著降低碳化效率。

相应地，增加碳化反应罐中的溶解有碳化气体的溶液的pH，以将碳酸氢根离子(HCO₃ ^1-)转化为碳酸根离子(CO₃ ^2-)，并且完成碳化反应，从而可沉淀出碳化物。

为此，采用pH测量装置12测量碳化反应罐2中溶液的pH，以通过信号操控碱溶液输入泵13。

碱溶液输入泵13可通过碱溶液输入喷嘴14将碱溶液输入至碳化反应罐2中溶液的下部，直至该溶液被调节至预定的pH。

浆料搅拌装置15可随后搅拌以快速混合碱溶液和浆料。

另一方面，完成碳化反应时，碳化反应罐2中的浆料液位升高，且当该液位达到预定的水平时，液位测量装置16对此产生感应以自动操控旋转卸料阀门17，从而浆料被连续排出至碳化反应罐2外部。

在这种情况下，浆料搅拌装置15还可防止浆料中的碳化物沉淀物发生沉降并沉积在罐底部。

根据另一个实施方案，提供一种碳化方法，其中使用盐水作为碳化设备的碳化对象溶液来碳化盐水中的阳离子。

碳化对象溶液可以是盐水。也就是说，可用碳化设备来碳化盐水中的阳离子。

盐水中的阳离子的实例可包括镁离子、钙离子、锂离子等。

采用碱溶液输入装置可选择性地碳化盐水中的某些阳离子。

通过调节浆料的pH可选择性地控制浆料中沉降的碳化物的种类。借此，盐水中的某些阳离子可被选择性地分离。

也就是说，为了采用碳化设备来回收盐水中包含的锂(Li)，可将盐水中存在的镁离子、钙离子等杂质提取出来。

另外，甚至当作为氢氧化锂而回收的锂被转化为碳酸锂时，也可以采用该碳化设备。

根据另一个实施方案，提供一种碳化方法，其包括提供一个实施方案的第一碳化设备和第二碳化设备；采用第一碳化设备碳化盐水中的钙；在用第一碳化设备碳化盐水中的钙之后，采用第二碳化设备碳化该盐水中残留的镁。

也就是说，可提供多个碳化设备，并且可提供该多个碳化设备以使由一个碳化设备排出的浆料滤液被供应至另一个碳化设备的液滴喷雾装置。

例如，当碳化对象溶液为盐水时，钙离子在第一碳化设备中碳化和沉淀，随后其滤液可被输入至第二碳化设备以沉淀出碳化的镁离子。

借此，盐水中的多种阳离子可被分离待用。

虽然已结合上述实际的示例性实施方案对本发明进行了阐述，但是应理解，本发明不局限于所公开的实施方案，相反地，本发明意在涵盖所附权利要求的精神和范围内所包括的各种修改和等同的配置。因此，上述实施方案应被理解为示例性的，而不以任何方式限制本发明。

Claims (19)

1.一种碳化设备，其包括：

储存罐，其储存碳化对象溶液；

液滴喷雾装置，其对储存罐中的碳化对象溶液进行液滴喷雾；

碳化反应罐，其安装有液滴喷雾装置并填充有预定压力下的碳化气体，通过经液滴喷雾的碳化对象溶液与填充的碳化气体的碳化反应来提供浆料；

碳化气体供应装置，其向碳化反应罐中供应碳化气体以使碳化反应罐中的碳化气体维持在预定的压力下；以及

浆料排出装置，其从碳化反应罐排出浆料以使碳化反应罐中形成的浆料维持在预定的水平内。

2.权利要求1的碳化设备，其中

从碳化反应罐排出在碳化反应罐中形成的浆料以使浆料量维持在预定的水平内的浆料排出装置包括：

液位测量装置，其产生信号以确定碳化反应罐中形成的浆料量是否超出预定的水平；以及

出口装置，其通过接收所产生的信号而排出碳化反应罐内部的浆料。

3.权利要求1的碳化设备，还包括碱溶液输入装置，其安装于碳化反应罐中并调节在碳化反应罐中形成的浆料的pH。

4.权利要求1的碳化设备，其中液滴喷雾装置通过压力推动碳化对象溶液，并使碳化对象溶液经过喷嘴形成液滴。

5.权利要求1的碳化设备，其中液滴具有约80μm至约200μm的颗粒直径。

6.权利要求1的碳化设备，其中碳化气体供应装置包括：

压力测量装置，其测量碳化反应罐中的压力；

碳化气体供应阀门，当测得的压力低于预定的压力时，其向碳化反应罐供应碳化气体，直至碳化反应罐内的压力达到预定的压力；以及

压力控制阀门，当测得的压力高于预定的压力时，其释放碳化气体。

7.权利要求1的碳化设备，还包括安全阀门，当碳化反应罐内压力过高时，该安全阀门快速降低内部压力以保障安全。

8.权利要求1的碳化设备，其中碳化反应罐内的压力在室压至约10巴的范围内。

9.权利要求1的碳化设备，其中液滴在碳化反应罐内自由下落，且自由下落距离设计为大于或等于约3米。

10.权利要求1的碳化设备，其中碳化反应罐由PVC、PE或高强度混凝土制成。

11.权利要求1的碳化设备，其中碳化反应罐由涂覆了TEFLON(四氟乙烯)或氨基甲酸乙酯的不锈钢材料制成。

12.权利要求1的碳化设备，还包括真空泵，其在向碳化反应罐内输入碳化气体前移出碳化反应罐内的空气而提供真空。

13.权利要求3的碳化设备，其中碱溶液输入装置包含：

pH测量装置，其测量碳化反应罐内的pH；

碱溶液输入泵，其根据由pH测量装置测得的pH将碱溶液供应至碳化反应罐内；以及

碱溶液输入喷嘴，其连接至碱溶液输入泵并将碱溶液输入至碳化反应罐内。

14.权利要求1的碳化设备，其中通过接收液位测量装置产生的信号来排出碳化反应罐内部的浆料的出口装置是安装于碳化反应罐中的旋转卸料阀门。

15.一种碳化盐水中的阳离子的方法，其使用盐水作为权利要求1至权利要求14中任一项的碳化设备的碳化对象溶液。

16.权利要求15的方法，其中盐水中的阳离子为钙离子。

17.权利要求15的方法，其中盐水中的阳离子为镁离子。

18.权利要求15的方法，其中盐水中的阳离子为锂离子。

19.一种碳化方法,其包括：

提供权利要求1至权利要求14中任一项的第一碳化设备和第二碳化设备；

采用第一碳化设备碳化盐水中的钙；以及

在用第一碳化设备碳化盐水中的钙之后，采用第二碳化设备碳化该盐水中残留的镁。