CN1072907A

CN1072907A - 碳酸锰热解装置及其工艺

Info

Publication number: CN1072907A
Application number: CN 91111468
Authority: CN
Inventors: 张振逵
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-12-03
Filing date: 1991-12-03
Publication date: 1993-06-09

Abstract

本发明公开了一种碳酸锰热解装置及其工艺。装置包括壳体、空心旋转轴、螺旋叶片和通气管。将碳酸锰由进料口送入、预热到反应温度的含O₂混合气从空心旋转轴孔送入装置中进行反应，可使 MnCO₃与O₂充分接触、温度均均可控、反应条件稳定、热解进行彻底，产出具有优良放电性能的γ或β 晶型结构的二氧化锰，而且设备结构简单，投资少，O₂ 和热的利用率高，规模可大可小，容易操作，产品质量好，生产成本低。

Description

本发明涉及一种碳酸锰热解反应的装置及其生产工艺。

人们利用碳酸锰在一定温度下和氧气（或空气）与适量水蒸汽进行热解反应，来制取具有放电性能的化学二氧化锰粉（CMD）或化学活性二氧化锰粉（AMD），其基本化学反应方程式为：

公知的热解反应装置和所采用的工艺，是把氧气（或空气）和水蒸汽的混合气通入不锈钢电热回转窑中，使窑内的碳酸锰进行上述热解反应，获得所需的二氧化锰粉。但是，由于氧气（或空气）与水蒸汽的冷气流是在回转窑的炉膛内被加热到碳酸锰热解所需的温度的，而且该气流仅在料层的表面飘过，这样势必带来了两个缺点：一是冷气流加热升温需要时间，O₂和水蒸汽与MnCO₃不能充分地接触，热解反应难于进行到底;二是随回转窑的转动，料层表里温度不均且波动较大。这种变化不稳的热解环境，造成碳酸锰的热解不匀，热解后生成的二氧化锰的晶型生长也随之变化，难于获得放电性能优良的γ型或β型的晶型结构，从而导致产品质量低下，波动较大。用电加热，还增加了能耗和成本。此外，回转窑的有效容积利用率和热交换利用率都较低，工业型设备的结构复杂，造价高，投资大，难于操作，因而使得二氧化锰粉的生产成本较高。

本发明的任务就是要设计一种新颖的碳酸锰热解反应装置，并利用该装置实现碳酸锰热解生产高放电性能的二氧化锰粉的新工艺。

经过本发明人多年反复探索，上述发明任务获得基本解决。本发明的装置有一个一端有进料口，另一端有出料口的圆筒形的壳体，壳体两端有轴承，轴承上支承有旋转轴，旋转轴的一端伸出壳体，旋转轴上固定有螺旋叶片，旋转轴由壳体外的驱动机构驱动旋转，旋转轴是空心的，旋转轴上有通孔，最好在旋转轴上螺旋叶片的每个螺距的纵截面之间，至少固定一条通气管，通气管上有气孔，旋转轴上的通孔使通气管与旋转轴的中心空腔连通。螺旋叶片的螺旋角可在5°～65°之间选择，小螺旋角的螺旋叶片可用于圆筒壳体立式安装的装置中，大螺旋角的螺旋叶片则常用于卧式安装的装置中。在立式安装的该装置的壳体上端还可以设置排气孔，用以排放反应中产生的CO₂气体及废气。对于反应过程较长、要求圆筒壳体较长的装置，壳体、旋转轴和/或螺旋叶片可分别由数段连接而成。

利用上述的新型碳酸锰热解装置，可按下述新工艺生产放电二氧化锰粉：

1、将氧气（或空气）和水蒸汽的混合气送人公知的换热设备（如列管换热器等）中预热;

2、将原料碳酸锰从上述的碳酸锰热解装置一端的进料口送入装置中，同时启动该装置的驱动机构，使旋转轴及其上的螺旋叶片和通气管一起旋转;

3、将已预热到300°～400℃的上述混合气，由伸出该装置壳体外的旋转轴孔送入，并经通气管的气孔进入装置的壳体内;

4、物料在装置的壳体内一边进行热解反应，一边被螺旋叶片逐渐从进料口端输送到出料口端;

5、热解生成的二氧化锰产品由出料口排出，热解生成的二氧化碳气体及废气由装置上部的进料口或出料口或排气孔排出。

获得γ或β型MnO₂晶型结构的先决条件，是给MnCO₃提供一个持续、稳定、可靠的热解环境：一是热解温度要准确稳定;二是温度准确稳定的O₂和H₂O热气流包围着MnCO₃颗粒/分子。本发明利用公知的换热设备，在热解装置外将（O₂+H₂O）气流，持续稳定地预热到工艺要求的温度后，再经旋转轴的中心空腔及通气管上的气孔送入热解装置内。温度持续稳定的（O₂+H₂O）热气流，使炉料处于半沸流动状态，从而使（O₂+H₂O）与MnCO₃颗粒/分子得以充分接触，进行热解反应。未反应的O₂沿着螺旋通道上升，继续与后续的MnCO₃反应。生成的CO₂与水汽一道由上口排放。采用公知的热交换设备调控预热气流的温度与流量，是成熟可靠的技术，它可使本发明的热解装置中形成MnO₂晶型生长所必需的良好环境，从而获得高质量的产品。

为了获得γ或β型晶型结构的高性能放电二氧化锰粉，并提高O₂的利用率，可以采用两段热解的方法，即把从第一台上述热解装置出料口排出的炉料，再送人第二台上述热解装置中进行二段热解，以便让在第一台热解装置中未完全热解的炉料继续进行热解。由于在第二台热解装置的二段热解过程中，装置中的二氧化碳气体的浓度较低，Pco₂分压小，而Po₂分压大，比较有利于热解反应进行彻底。

在上述一段热解工艺的基础上，两段热解的工艺可以表述为：

1、将氧气（或空气）和水蒸汽的混合气送人一台公知的换热设备中预热;

2、将原料碳酸锰从第一台热解装置上部的进料口送入;

3、把已预热到反应温度的混合气从第一台热解装置壳体上端伸出的旋转轴孔送入，让O₂与MnCO₃在装置中进行热解反应;

4、把第一台热解装置的下部出料口排出的炉料输入第二台热解装置的进料口中，同时将已预热到反应温度的混合气由第二台热解装置壳体上端的旋转轴孔送入该装置中，炉料在第二台装置中继续充分地进行热解反应;

5、具有高放电性能的γ或β型晶型结构的二氧化锰粉由第二台装置的出料口排出，在第二台装置中反应生成的二氧化碳气体和剩余的O₂及水蒸汽由该装置上端的排气孔输出，然后送入换热设备（可以是原来的那台，也可以是另一台）中重新加热到反应温度后，再送入上述的第一台或第二台热解装置中。这是由于在第二台热解装置中，气体中的O₂的浓度较高，可以回收利用重新参加热解反应，但是其温度已经降低，为了将其重新预热到反应温度，因而可将其从第二台热解装置上端的排气孔引出后，送入换热设备加热后再送入第一台热解装置中。在第一台热解装置中的反应进行得比较激烈，混合气中的O₂消耗多，而反应生成的CO₂气体也较多，因而第一台热解装置中气体的O₂浓度小，Po₂分压低，CO₂的浓度大，Pco₂分压高，该气体重新用于热解反应的价值不高，因而将第一台热解装置中产生的CO₂气体及废气放空，或分离回收其中的CO₂用于生产干冰等付产品。

由于碳酸锰在本发明的装置中，可以在可控、稳定的反应条件下，使O₂与MnCO₃进行充分的热解反应，特别是采用本发明的两段热解工艺之后，热解反应更趋彻底，因而可获得γ型或β型的高放电性能二氧化锰粉，其生产成本降低，生产效率提高，产品质量稳定，显示了本发明的优越性。本发明的碳酸锰热解装置结构简单，生产规模可大可小，适应性强，操作安全方便，制造成本低。不仅适于碳酸锰的热解，也适于其它物料（如碳酸铝、碳酸锌等碳酸盐类）的烘干与热解。

下面结合实施例及附图进行说明。

图1是根据本发明设计的一种碳酸锰热解装置的结构示意图，图2是其沿H-H面的剖视图，图3是本发明的一段法碳酸锰热解新工艺的流程图，图4是本发明的一种两段法碳酸锰热解新工艺的流程图，图5是本发明的另一种两段法碳酸锰热解新工艺的流程图。

参见图1和图2，本发明的热解反应装置包括一个圆筒形的壳体1。壳体1的一端（可以是上端，也可以是下端）有进料口11，另一端有出料口12。壳体1的两端部还有轴承2，用以支承旋转轴3，让其转动灵活。旋转轴3的一端伸出壳体1外，以便在其上安装驱动机构4，带动其旋转。旋转轴3是空心的，中心有空腔31，在壳体1内的旋转轴3上有通孔32，旋转轴3上固定有螺旋叶片33，该螺旋叶片33可以选用实体面型的，也可以选用带式面型的或叶片面型的，其螺旋角可在5°～65°之间选择。在旋转轴3上螺旋叶片33的每个螺距的纵截面之间，至少装有一条通气管34，可根据反应的需要装两条、三条或四条，……旋转轴3上的通孔32使通气管34与旋转轴3的中心空腔31连通，通气管34上有气孔35，气孔35的数量也根据反应的情况而定。在本装置壳体的上端还可以设置排气孔13，便于排放或回收反应中产生的二氧化碳气体、剩余的O₂、水蒸汽及废气，利用其中所含的CO₂或O₂生产副产品或重复使用。

利用本发明的装置进行生产时，可参照图3所示的流程图，采用下述工艺进行：

1、将氧气（或空气）和水蒸汽的混合气送入公知的换热设备A中预热，

2、将原料碳酸锰从本热解装置壳体1左端上部的进料口11送入，启动驱动机构4带动旋转轴3旋转，

3、将换热设备A中已加热到反应温度（300～400℃）的氧气（或空气）和水蒸汽的混合气从旋转轴3管端的空腔31送入装置中，与碳酸锰进行反应，

4、反应生成的二氧化锰和未反应完全的炉料由壳体右端下部的出料口12排出，废气由进料口11排出。

也可参照图4按下述两段热解工艺进行生产：

1、将氧气（或空气）和水蒸气的混合气送入公知的换热设备A₁中预热，

2、将原料碳酸锰从第一台热解的装置1的上部进料口11送入装置中，

3、把已预热到反应温度的混合气从装置1上端的旋转轴孔31送入装置中，混合气中的O₂与碳酸锰在装置1中进行热解反应，

4、把装置1下部出料口12排出的炉料送入装置1′上端的进料口11′中，同时将已经被换热设备A₁，预热到反应温度的混合气由装置1′上端的旋转轴孔31′送入装置1′中，装置1′中的炉料进行充分的热解反应。废气由进料口11放空，

5、具有高放电性能的γ或β晶型结构的二氧化锰粉由装置1′的出料口12′排出;装置1′中反应剩余的气体（二氧化碳气体、水蒸汽、O₂），由装置1′上端的排气孔13′排出，然后入换热设备A₂中加热，达到反应温度后，再由装置1的旋转轴孔31送入装置1中重复利用。

图5所示的工艺流程与图4所示的工艺流程基本相同，其间的区别仅在于：从第一台解热装置1下部的出料口12排出的炉料，不是从第二台装置1′上部、而是从其下部的进料口11′送入装置1′中的;从位于装置1′上部的出料口12′排出的气体不是送入另一台换热设备中重新加热，而是直接送回原来的那台换热设备A₁中加热，这样可以节省一台换热设备。由于第二台热解装置1′的出料口12′设置在壳体的上部，因而该装置中的剩余气体可以从出料口12′排出，而不必通过排气管排出。

Claims

1、一种碳酸锰热解装置，它包括壳体1、轴承2、旋转轴3、固定在旋转轴上的螺旋叶片33和驱动机构4，壳体1的一端有进料口11，另一端有出料口12，其特征在于：旋转轴3是空心的，其中有空腔31，其一端伸出壳体1外，在壳体1内的旋转轴3上有通孔32。

2、按权利要求1所述的碳酸锰热解装置，其特征在于：

在旋转轴3上的螺旋叶片33的每个螺距的纵截面之间，至少固定一条通气管34，旋转轴3上的通孔32使通气管34与空腔31相通，通气管34上有气孔35。

3、按权利要求1或2所述的碳酸锰热解装置，其特征在于：螺旋叶片32的螺旋角为5°～65°之间的某一角度。

4、按权利要求1或2所述的碳酸锰热解装置，其特征在于：壳体1上端有排气孔13。

5、按权利要求1或2所述的碳酸锰热解装置，其特征在于：壳体1、旋转轴3和/或螺旋叶片3分别由数段连接而成。

6、一种利用权利要求1或2所述的热解装置完成的碳酸锰热解工艺，其特征在于：

（1）、将氧气（或空气）和水蒸汽的混合气送入公知的换热设备A中预热，

（2）、将原料碳酸锰从热解装置壳体1-端的进料口11送入装置中，同时启动驱动机构4，使旋转轴3及其上的螺旋叶片33和通气管34一起旋转，

（3）、将已预热到反应温度（300～400℃）的混合气从伸出壳体1外的旋转轴3的轴孔空腔31并经通气管34和气孔35送入装置中，

（4）、物料在装置的壳体1内一边进行热解反应，一边被螺旋叶片3逐渐从进料口11端输送到出料口12端，

（5）、热解生成的MnO₂产品由出料口12排出，热解生成的CO₂气体及废气由装置的上部的进料口11或排气孔13排出。

7、按权利要求6所述的碳酸锰热解工艺，其特征在于：

（1）、原料碳酸锰由装置1上部的进料口11送入，已预热到反应温度的混合气由装置1上端伸出的旋转轴孔31送入，已部份热解的炉料由装置下部的出料口12输出，反应生成的CO₂和废气由装置上端的进料口11排出放空，

（2）、将由出料口12获得的部份热解炉料送入第二台正在运转的权利要求1所述的装置1′的进料口11′中，同时将已预热到反应温度的氧气（或空气）和水蒸汽的混合气由该装置1′上端伸出的旋转轴孔31′中送入装置1′中，

（3）、炉料在第二台装置1′中进行二段热解并由进料口11′端向出料口12′端移动，

（4）、具有高放电性能的γ或β型MnO₂粉由第二台装置1′的出料口12′排出。反应生成的CO₂气体和剩余的O₂及水蒸汽由第二装置1′的排气孔13′引出，然后输入另一台换热设备A₂加热反温度后，再重新送入上述的第一台装置1中。

8、按权利要求7所述的碳酸锰热解工艺，其特征在于：第二台装置1′中反应生成的CO₂气体和剩余的O₂及水蒸汽由第二台装置1′的出料口12′引出，然后送入原来的那台换热设备A₁中加热到反应温度后，再重新送入第一台装置1中。

9、本权利要求1或2所示的碳酸锰热解装置的用途，其特征在于可用于其它物料的烘干或碳酸盐的热解。