CN104891536B - 一种热解重镁水制取碱式碳酸镁系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种热解重镁水制取碱式碳酸镁系统，主要包括燃烧机、热风炉、热解罐、文丘里雾化器、旋风分离器、预热盘管，热风炉与文丘里一级雾发器相连接，所述文丘里一级雾发器与热解罐相连接，所述热解罐顶部与旋风分离器靠近顶部处相连接，所述预热盘管一端通过重镁水输送泵与重镁水贮槽相连接，所述预热盘管另一端与文丘里二级雾化器通过管道相连接，所述文丘里二级雾化器一端通过管道与旋风分离器顶部相连接，所述文丘里二级雾化器另一端与预热液缓冲罐相连接，所述预热液缓冲罐通过泵与文丘里一级雾化器相连接。本发明设备简单，固定投入低，运行费用低，热解温度低，能耗少，热能利用率高，不易结垢堵塞，产品品质好。
Description
技术领域
本发明属于用白云石或菱镁石碳化法生产高膨松度碳酸镁技术领域，具体涉及一种热解重镁水制取碱式碳酸镁系统。
背景技术
碳酸氢镁的水溶液俗称重镁水，碳酸氢镁是不稳定的弱酸盐，本发明所指的热解也就是重镁水受热分解成碱式碳酸镁沉淀(又叫轻质碳酸镁)并放出二氧化碳的过程。主要反应式如下：5Mg(HCO3)2+nH2O＝4MgCO3·Mg(OH)2·4H2O↓+6CO2↑+nH2O。
工业化生产中重镁水的镁浓度低，通常在8—15g/L(以MgO计)，将大量的水溶液加热热解，需要耗费大量的热能，而传统热解温度要达95～105℃，其能耗占整个镁盐生产的60％以上，现在的热解技术对传统的热解技术做了一些持续的改进：一是改进负压生产的连续化，实现低温连续生产；二是尽可能利用低位热能，做到热能的分级利用，但都是在原有的装置基础上稍加改造，从生产投入和整体运行效益都没能实现较大的改变。
如专利CN200910180206.6(低压热解连续制取轻质碳酸镁的专用装置)，仍然需要用到锅炉和真空泵，而锅炉的热效率低，作为一种热水锅炉，直接加热重镁水，长期用后易结垢，传热效果更差，热效率更低，而真空泵耗电能较大的设备，系统都是负压，整个装置投入也大，生产成本比传统装置虽有节省，综合成本仍高，工业化生产不能显现效益。
如专利CN201210147887.8(热解重镁水制取碱式碳酸镁的方法及装置)其实施例中涉及到20g/L，甚至达100g/L重镁水含氧化镁浓度，要生产出这样高浓度的重镁水本身就要很高的成本，不符合工业生产现实；或者涉及到90℃的高温液，这是低位热能难实现的，要么需要高成本才能实现。对于低位热能的利用还考虑到熔盐、导热油等热媒介，这样获取低位热能的单个设备就要大量的资金投入，高于同等功率的燃煤锅炉，那么整套热解装置固定投入很大，其节省的生产成本不足以抵消设备折旧，生产成本太高。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种设备简单，固定投入低，运行费用低，热解温度低，能耗少，热能利用率高，不易结垢堵塞的热解重镁水制取碱式碳酸镁系统。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种热解重镁水制取碱式碳酸镁系统，主要包括燃烧机、热风炉、热解罐，所述燃烧机与热风炉相连接，热风炉与文丘里一级雾发器通过管道相连接，所述文丘里一级雾发器与热解罐相连接，所述热解罐顶部与旋风分离器靠近顶部处通过管道相连接，所述热解罐底部与压滤泵通过管道相连接，所述压滤泵与压滤机通过管道相连接，所述热解罐内部设置有预热盘管，所述预热盘管一端与重镁水输送泵相连接，所述重镁水输送泵与重镁水贮槽通过管道相连接，所述预热盘管另一端与文丘里二级雾化器通过管道相连接，所述文丘里二级雾化器一端通过管道与旋风分离器顶部相连接，所述旋风分离器底部通过管道与热解罐相连接，所述文丘里二级雾化器另一端与预热液缓冲罐相连接，所述预热液缓冲罐底部通过管道与泵一端相连接，所述泵另一端通过管道与文丘里一级雾化器相连接，所述预热液缓冲罐顶部通过管道与旋风分离器靠近顶部相连接，所述旋风分离器顶部通过管道与风机相连接，所述旋风分离器底部通过管道与预热液缓冲罐相连接。
进一步，所述热解罐内部设置有液面分界线,所述液面分界线上方设置有气动毛刷转鼓，所述气动毛刷转鼓与液面相接触。
进一步，所述气动毛刷转鼓一侧设置有幕帘。
进一步，所述文丘里一级雾化器文氏管收缩段锥角设置为22°～24°，扩散段锥角设置为8°～10°，喉管直径为收缩直管段直径的1/4～1/5。
进一步，所述文丘里二级雾化器文氏管收缩段锥角设置为22°～24°，扩散段锥角设置为8°～10°，喉管直径为收缩直管段直径的1/4～1/5。
进一步，所述燃烧机采用液化气燃烧机。
进一步，所述热风炉采用直燃式燃气热风炉或间接式燃煤热风炉。
本发明所采用的技术方案具有以下有益效果：
(1)彻底解决了当前装置易结垢堵塞现象，可长时间连续运行；
(2)热解温度低，能耗少，热能利用率高，经中试装置测算，比传统装置节能40％以上，实现了节能减排提升效益；
(3)设备简单，工艺流程短，操作容易，安全性能好；
(4)产品品质好，热解产物呈絮状，烘干后，松装密度0.10；
(5)固定投入低，运行费用低，具有很好的工业化应用前景。
附图说明
图1为本发明系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
如图1所示，一种热解重镁水制取碱式碳酸镁系统，主要包括燃烧机1、热风炉2、热解罐6，所述燃烧机1与热风炉2相连接，热风炉2与文丘里一级雾发器3通过管道相连接，所述文丘里一级雾发器3与热解罐6相连接，所述热解罐6顶部与旋风分离器9靠近顶部处通过管道相连接，所述热解罐6底部与压滤泵17通过管道相连接，所述压滤泵17与压滤机18通过管道相连接，所述热解罐6内部设置有预热盘管7，所述预热盘管7一端与重镁水输送泵16相连接，所述重镁水输送泵16与重镁水贮槽15通过管道相连接，所述预热盘管7另一端与文丘里二级雾化器10通过管道相连接，所述文丘里二级雾化器10一端通过管道与旋风分离器9顶部相连接，所述旋风分离器9底部通过管道与热解罐6相连接，所述文丘里二级雾化器10另一端与预热液缓冲罐11相连接，所述预热液缓冲罐11底部通过管道与泵14一端相连接，所述泵14另一端通过管道与文丘里一级雾化器3相连接，所述预热液缓冲罐11顶部通过管道与旋风分离器12靠近顶部相连接，所述旋风分离器12顶部通过管道与风机13相连接，所述旋风分离器12底部通过管道与预热液缓冲罐11相连接。
作为优选技术方案，所述热解罐6内部设置有液面分界线5,所述液面分界线5上方设置有气动毛刷转鼓4，所述气动毛刷转鼓4与液面相接触，所述气动毛刷转鼓4一侧设置有幕帘8，所述气动毛刷转鼓4在气流的带动下快速转动，搅动液体并把毛刷浸入液面的液体夹带飞溅到幕帘8，大大提高了气相、液相换热接触面积，促进热解进行。
作为优选技术方案，文丘里雾化器为工业除尘、降温用文丘里管加以改造，其中，所述文丘里一级雾化器3和文丘里二级雾化器10的文氏管收缩段锥角设置为22°～24°，扩散段锥角设置为8°～10°，喉管直径为收缩直管段直径的1/4～1/5，并选用耐热材料制成，外围设置保温装置。本发明中的文丘里雾化器是一种高效的雾化设备，同时兼备气液传质传热的功能，热风在文丘里管缩放作用下，在喉管处呈强烈的紊流状态，从喉管处喷入的重镁水被撞击雾化成细小雾滴，使气液混合充分，并有局部的压力降低，有利于热解反应的进行。
作为优选技术方案，所述燃烧机1采用液化气燃烧机；所述热风炉2采用直燃式燃气热风炉或间接式燃煤热风炉，热风粉尘量低于20mg/NM3。
本发明系统在使用过程中的具体步骤如下：
1.启动风机13，使整个系统处于负压状态；
2.启动热风炉2，调整空气量，控制到适当的热风温度和风量；
3.将重镁水贮槽15内的重镁水(温度为20℃、质量浓度为8～12g/L(以MgO计))通过重镁水输送泵16打入预热盘管7与热解完成的60℃热解液通过预热盘管7间接换热，预热后重镁水温度从20℃升至30～35℃；
4.从预热盘管7出来的重镁水进入文丘里二级雾化器10在热潮气作用下雾化成细微，粒径在0.1～0.6毫米，与旋风分离器9分离出来的热潮气直接混合换热，重镁水温度从30～35℃升至40～45℃，经过换热的热潮气由旋风分离器12变为低温湿气体，温度在60℃以下，没有利用价值，经风机可直接排空；
5.经旋风分离器12分离的重镁水，温度40～45℃，通过泵14打入文丘里一级雾化器3中，雾化粒径控制0.1～0.6毫米，与400～500℃热风混合，气液体积比例为550～600:1，控制气液混合物温度为60～65℃，大量絮状固相物生成，热解完成；
6.热解罐7中设置有气动毛刷转鼓4，在气流的带动下快速转动，搅动上面热解液并将液体夹带飞溅，垂挂的大量幕帘8有很大面积使飞溅液体在流落过程与对流气体进一步质热交换促进热解反应，使热解更完全；
7.热解完成后气、液、固三相物先经旋风分离器9，热潮气温度有90～100℃，并夹带有大量水蒸汽，进入文丘里二级雾化器10，液固分离先沉降再过滤；
8.热解过滤后的碱式碳酸镁滤饼，先在220～280℃下用三层带式烘干机烘1～2h，将水份控制在30％～45％，然后在220～250℃用旋转闪蒸干燥机干燥，将水份控制到2％以下，得到纯白色高膨松的碱式碳酸镁。
本发明采用高温热风与雾化很细的重镁水直接充分混合，形成的气液混合物，使重镁水与热风的接触面积很大，瞬间完成热的传递，同时气液混合物充分扩散后，大大降低了重镁水的热解分压，重镁水微粒中的二氧化碳在压差的推动下，易从重镁水微粒的表面和内部扩散到热空气中，完成热解，系统处于微负压下更利于热解反应的进行。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.一种热解重镁水制取碱式碳酸镁系统，主要包括燃烧机(1)、热风炉(2)、热解罐(6)，其特征在于：所述燃烧机(1)与热风炉(2)相连接，热风炉(2)与文丘里一级雾发器(3)通过管道相连接，所述文丘里一级雾发器(3)与热解罐(6)相连接，所述热解罐(6)顶部与旋风分离器(9)靠近顶部处通过管道相连接，所述热解罐(6)底部与压滤泵(17)通过管道相连接，所述压滤泵(17)与压滤机(18)通过管道相连接，所述热解罐(6)内部设置有预热盘管(7)，所述预热盘管(7)一端与重镁水输送泵(16)相连接，所述重镁水输送泵(16)与重镁水贮槽(15)通过管道相连接，所述预热盘管(7)另一端与文丘里二级雾化器(10)通过管道相连接，所述文丘里二级雾化器(10)一端通过管道与旋风分离器(9)顶部相连接，所述旋风分离器(9)底部通过管道与热解罐(6)相连接，所述文丘里二级雾化器(10)另一端与预热液缓冲罐(11)相连接，所述预热液缓冲罐(11)底部通过管道与泵(14)一端相连接，所述泵(14)另一端通过管道与文丘里一级雾化器(3)相连接，所述预热液缓冲罐(11)顶部通过管道与旋风分离器(12)靠近顶部相连接，所述旋风分离器(12)顶部通过管道与风机(13)相连接，所述旋风分离器(12)底部通过管道与预热液缓冲罐(11)相连接。
2.根据权利要求1所述的热解重镁水制取碱式碳酸镁系统，其特征在于：所述热解罐(6)内部设置有液面分界线(5),所述液面分界线(5)上方设置有气动毛刷转鼓(4)，所述气动毛刷转鼓(4)与液面相接触。
3.根据权利要求2所述的热解重镁水制取碱式碳酸镁系统，其特征在于：所述气动毛刷转鼓(4)一侧设置有幕帘(8)。
4.根据权利要求1所述的热解重镁水制取碱式碳酸镁系统，其特征在于：所述文丘里一级雾化器(3)文氏管收缩段锥角设置为22°～24°，扩散段锥角设置为8°～10°，喉管直径为收缩直管段直径的1/4～1/5。
5.根据权利要求1所述的热解重镁水制取碱式碳酸镁系统，其特征在于：所述文丘里二级雾化器(10)文氏管收缩段锥角设置为22°～24°，扩散段锥角设置为8°～10°，喉管直径为收缩直管段直径的1/4～1/5。
6.根据权利要求1所述的热解重镁水制取碱式碳酸镁系统，其特征在于：所述燃烧机(1)采用液化气燃烧机。
7.根据权利要求1所述的热解重镁水制取碱式碳酸镁系统，其特征在于：所述热风炉(2)采用直燃式燃气热风炉或间接式燃煤热风炉。
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