CN111811277A - 一种蓄热球蓄热自循环分解金属盐的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种蓄热球蓄热自循环分解金属盐的系统及方法。本发明包括蓄热球加热炉、第一分离装置和分解装置；所述蓄热球加热炉上设有蓄热球入口和蓄热球出口，所述蓄热球出口与所述第一分离装置的进料口通过管道连通，所述第一分离装置的出料口与所述分解装置连通，所述第一分离装置的排气口通过管道与热风机连接，所述分解装置设有物料排出口，所述物料排出口与所述蓄热球入口相连通。本系统中蓄热球加热炉、第一分离装置和分解装置三者依次连通形成一个循环，通过此循环实现了蓄热球的换热和循环，克服了加热气体循环量大，设备投资成本高，金属盐分解产率低的技术缺陷。

Description

一种蓄热球蓄热自循环分解金属盐的系统及方法
技术领域
本发明涉及冶金化工技术领域，特别涉及一种蓄热球蓄热自循环分解金属盐的系统及方法。
背景技术
无机酸与金属离子组成的金属盐类众多，例如酸根离子有盐酸根(Cl-)、硝酸根(NO3 -)、磷酸根(PO4 3-)、碳酸根(CO3 2-)等，金属离子有钙离子(Ca2+)、镁离子(Mg2+)、镍离子(Ni2+)、钴离子(Co2+)、铜离子(Cu2+)、铁离子(Fe3+)、锰离子(Mn2+)、铝离子(Al3+)等，以上阴离子和阳离子组合组成金属盐类及带结晶水的盐。其中，分解温度较低的无机酸盐主要为硝酸盐、氯化盐类、碳酸盐类等，这些无机酸对应的酸性气体是氧化氮气体(NOX)、氯化氢气体(HCl)及二氧碳气体(CO2)等，这些酸性气体在一定条件下，通过冷凝及一些特殊的吸收装置都能转化成新的无机酸。
传统工艺是采用大量燃烧气体、油等热源与待分解的无机盐直接接触，使无机盐受热分解，生成固体氧化物及酸性气体，其中燃烧尾气与气体产物混合进入酸吸收装置，由于燃烧尾气的气体量是气体产物的10-20倍，这就使得待吸收的酸性气体的体积放大10-20倍，造成吸收装置的体积增加几十倍，而且有时由于吸收气体中酸性气体的浓度降低，导致无法合理回收，造成环境污染，同时也造成吸收装置投资增加了很多倍，增加了生产成本。
申请号为CN2019101244631的中国专利公开了一种硝酸盐热解回收硝酸的方法及装置，该专利利用分解出的酸性气体再循环与蓄热炉结合方式，通过天然气、煤气的燃烧先加热蓄热炉内的储热体，再利用热的气体产物闭路循环与储热体换热，使气体产物变成高温气体循环去分解无机金属盐类，这样使金属盐类受热分解，本方案没有降低气体产物的浓度同时提高了酸性气体的吸收。但是该方法利用气体产物作为热源循环利用会导致气体的循环量较大，气体循环量是气体产物的10-20倍，这要求蓄热球炉与分解炉配置要大，造成投资成本增加。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中所存在的气体产物回收率低、回收成本高以及设备投资成本高等不足，提供一种利用蓄热球蓄热自循环分解金属盐的装置及方法。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
一种蓄热球蓄热自循环分解金属盐的系统，包括蓄热球加热炉、第一分离装置和分解装置；所述蓄热球加热炉上设有蓄热球入口和蓄热球出口，所述蓄热球出口与所述第一分离装置的进料口通过管道连通，所述第一分离装置的出料口与所述分解装置连通；所述第一分离装置的排气口通过管道与热风机连接；所述分解装置设有物料排出口，所述物料排出口与所述蓄热球入口相连通。
本系统中蓄热球加热炉、第一分离装置和分解装置三者通过连通形成一个循环，蓄热球在蓄热球加热炉内蓄热经过第一分离装置进入分解装置作为热源使金属盐高温分解成金属氧化物和气体产物，反应完成后蓄热球重新循环至蓄热球加热炉内，进行新一轮的蓄热循环，通过此循环能够实现蓄热球的换热和循环，克服传统技术直接以燃烧气体等为热源与金属盐反应导致的燃烧气体循环量大，所需设备的体积大，进而造成投资成本高，金属盐分解产率低，气体产物回收率底等技术缺陷。
作为本发明优选的技术方案，所述分解装置包括相互连通的分解炉和振动分离筛；所述分解炉用于接收第一分离装置的出料口排出的蓄热球，使蓄热球和金属盐相互作用，实现金属盐分解；所述振动分离筛用于将金属盐的固体产物与所述蓄热球分离，所述振动分离筛的筛网上部与蓄热球入口相连通，所述振动分离筛的固体产物出口与产物收集装置相连通。
金属盐通过蓄热球提供的高温环境在分解装置中进行分解反应产生固体产物粉末和气体产物，固体产物粉末随蓄热球进入振动分离筛实现分离后进入产物收集装置，而蓄热球重新进入蓄热球加热炉进行新一轮循环。
作为本发明优选的技术方案，所述蓄热球蓄热自循环分解金属盐的系统包括第二分离装置，所述第二分离装置为布袋收尘装置，所述第二分离装置通过排气管与所述分解炉相连，所述第二分离装置用于收集所述分解炉排出的气体产物。
分解炉内的气体产物通过排气管进入至布袋收尘装置中，再通过吸收装置再生形成新的无机酸。
作为本发明优选的技术方案，所述蓄热球蓄热自循环分解金属盐的系统还包括燃烧器和换热器，所述燃烧器连接至所述蓄热球加热炉的底部；所述燃烧器的空气进口连接至所述换热器，所述换热器还和所述热风机的排气口相连通。燃气通过燃烧气进口进入燃烧器对蓄热球加热炉进行加热，换热器为板式换热，其上设有助燃风进口，通过管道一起进入蓄热球加热炉的燃烧室对蓄热球进行加热，提供正压的风力对蓄热球加热炉内的蓄热球进行向上的热气加热。
作为本发明优选的技术方案，所述蓄热球蓄热自循环分解金属盐的系统还包括排烟管，所述排烟管与所述换热器的废气口相连通。
所述排烟管用于将热风机抽出的高温燃烧尾气先经过板式换热器换热成低温尾气，再通过排烟管排出。
作为本发明优选的技术方案，所述第一分离装置为旋风收尘器。
作为本发明优选的技术方案，所述分解炉设有金属盐入口用于投放金属盐原料，所述分解炉为喷雾式煅烧炉、沸腾炉、回转炉、带式炉或隧道式推舟炉的任意一种。
本发明还提供了一种蓄热球蓄热自循环分解金属盐的方法，包括以下步骤：
S1：蓄热球的加热，所述蓄热球在蓄热球加热炉内升温蓄热，800-1000℃后通过管道进入第一分离装置，所述第一分离装置将所述蓄热球分离并从所述第一分离装置的出料口输送进入分解装置内；
S2：金属盐的分解，将金属盐的输送进入分解装置中，进行分解反应；
S3：固体产物的收集，S2中的气体产物通过排气管进入布袋收尘器中，分解固体随所述蓄热球进入振动分离筛，所述分解固体通过振动与所述蓄热球分离进入固料收集装置中，所述蓄热球返回至蓄热球加热炉内；
S4：蓄热球返回至蓄热球加热炉重复所述步骤S1进行新一轮的蓄热循环或停止蓄热完成反应。
作为本发明优选的技术方案，述S1中蓄热球加热炉内的热风风压范围为5-10kPa，所述蓄热球直径为5-20mm。
风压大小的选择和蓄热球的大小有关，蓄热球在蓄热球加热炉内悬浮加热，风压过大造成蓄热球大量向上部、出口聚集，造成蓄热球受热不均匀，风压过小，蓄热球不能在加热炉内悬浮也会造成蓄热球受热不均匀。
作为本发明优选的技术方案，所述蓄热球与所述金属盐的质量比为1：
(0.2-1)。
其中，所述金属盐与所述蓄热球的质量比、待分解的物料的物化性能，蓄热球的温度等等都会对固体产物的产率有一定的影响，根据待分解的物料的物化性，进一步调试并确定蓄热球的温度以及蓄热球和待分解的金属盐的质量比值对于实现高产率以及低原料消耗具有重要意义。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、通过蓄热球蓄热循环的方式进行金属盐分解降低了热源消耗，从而生产成本降低。
2、通过间接热源对金属盐的加热分解降低了设备的气体循环量，从而设备的投资成本降低。
3、通过本发明装置分解金属盐的方法提高了气体产物的浓度，进而有效提高了气体产物的回收率，降低环境污染，减少资源浪费。
附图说明：
图1为本发明的装置结构示意图
图中标记：1-蓄热球加热炉，2-第一分离装置，3-蓄热球，4-分解炉，5-振动分离筛，6-排烟管，7-物料排出口，8-排气管，9-产物收集装置，10-第二分离装置，11-蓄热球入口12-换热器，13-燃烧器，14-热风机，15-金属盐入口，17-蓄热球出口。
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
为了克服现有技术在金属盐分解工艺过程中存在的燃气循环体积大，相应的吸收装置体积大，导致的吸收气体再生酸的效率低，整体工艺投资成本高的缺陷，本发明提供一种蓄热球蓄热自循环分解金属盐的装置。
一种蓄热球蓄热自循环分解金属盐的系统，如图1所示，包括蓄热球加热炉1、第一分离装置2和分解装置；其中，所述第一分离装置2为旋风收尘器；所述分解装置包括相互连通的分解炉4和振动分离筛5；所述分解炉4用于接收第一分离装置2的出料口排出的蓄热球3，蓄热球3和金属盐相互作用，实现金属盐分解；所述振动分离筛5用于将金属盐的固体产物与所述蓄热球3分离，振动分离筛5的筛网上部与所述蓄热球加热炉1的蓄热球入口11相连通，所述振动分离筛5的固体产物出口与产物收集装置9相连通。
所述蓄热球加热炉1上设有蓄热球入口11和蓄热球出口17，其中，蓄热球入口11位于所述蓄热球加热炉1的下侧部，蓄热球出口17位于所述蓄热球加热炉1的上侧部，蓄热球出口17与所述旋风收尘器的进料口通过管道连通，所述旋风收尘器的出料口与所述分解炉4连通，所述旋风收尘器的排气口通过管道与热风机14连接，所述分解炉4设有物料排出口7，所述物料排出口7与所述蓄热球入口11通过振动分离筛5相连通，所述振动分离筛5用于将金属盐的固体产物与所述蓄热球3分离。
具体的，所述蓄热球蓄热自循环分解金属盐的系统包括第二分离装置10，所述第二分离装置10为布袋收尘装置，所述布袋收尘装置通过排气管8与所述分解炉4相连，分解炉4内的气体产物通过排气管8进入至布袋收尘装置中，再通过吸收装置再生形成新的无机酸，所述分解炉设有金属盐入口用于投放金属盐原料，本实施例所述分解炉4为回转炉。
所述蓄热球蓄热自循环分解金属盐的系统还包括燃烧器13和换热器12，换热器12为板式换热器，所述燃烧器13一端与所述蓄热球加热炉1的燃烧室相连通，另一端与所述换热器12相连通，所述换热器12通过管道与所述热风机14的排气口相连通。换热器12上设有助燃风进口，通过管道一起进入蓄热球加热炉1的燃烧室对蓄热球3进行加热，提供正压的热风对蓄热球加热炉1内的蓄热球3进行向上的热风加热。具体的，所述蓄热球蓄热自循环分解金属盐的系统还包括排烟管6，所述排烟管6与所述换热器12的废气口相连通。所述排烟管6用于将热风机14抽出的高温燃烧尾气先经过板式换热器12换热成低温尾气，再通过排烟管6排出。
工作原理：燃气通过燃烧气进口进入燃烧器对蓄热球加热炉进行加热，达到蓄热温度的蓄热球从蓄热球加热炉进入旋风收尘器中，与燃气在旋风收尘器中分离的蓄热球进入分解炉，金属盐在高温下发生分解反应生成得固体粉末随蓄热球一起进入振动分离筛，振动分离后蓄热球重新进入蓄热球加热炉回用，固体粉末收集在产物收集装置中，气体产物通过排气管被进一步回收利用。
实施例2
一种蓄热球蓄热自循环分解金属盐的方法，包括以下步骤：
S1：蓄热球的加热，所述蓄热球在蓄热球加热炉内升温蓄热，800-1000℃后通过管道进入第一分离装置，所述第一分离装置将所述蓄热球分离并从所述第一分离装置的出料口输送进入分解装置内；
S2：金属盐的分解，将金属盐的输送进入分解装置中，进行分解反应；
S3：固体产物的收集，S2中的气体产物通过排气管进入布袋收尘器中，分解固体随所述蓄热球进入振动分离筛，所述分解固体通过振动与所述蓄热球分离进入产物收集装置中，所述蓄热球返回至蓄热球加热炉内重复S1的步骤。
在实施本方法的过程中发现，风压大小的选择和蓄热球的大小有关，蓄热球在蓄热球加热炉内悬浮加热，当风压过大，会造成蓄热球大量向上部的出口聚集，造成蓄热球受热不均匀，风压过小，蓄热球不能在加热炉内悬浮也会造成蓄热球受热不均匀。
为了使所述蓄热球蓄热自循环分解金属盐的装置各部分配合完美，需要控制燃烧气的风压与蓄热球量的一个动态平衡，基于此，设计如下实验组，控制蓄热球的总量不变，调节不同的风压大小，进行实验。
实施例3
蓄热球的堆积密度为1600kg/m3，蓄热球加热炉燃烧室1m3。蓄热球的体积占燃烧室的2/3，以分解硝酸镁为例，对蓄热球加热炉进行加热，控制不同的热风风压值，当温度达到800℃时，蓄热球循环进入分解炉内，一定时间内总计喷入500kg硝酸镁的质量为500kg，硝酸镁与高温蓄热球球接触受热分解，在密闭的装置中使无水或带结晶水的液态金属硝酸盐通过自循环热解，产生O2、NO2及金属氧化物粉末(MgO)，将得到的O2、NO2导入到吸收塔中，通过吸收塔中设有的吸收液循环吸收后，得到需要浓度的硝酸，其中，蓄热球的规格为
Figure BDA0002612469250000081
通过实施例A1-A6的实验，得出各原料及能耗汇总表如下所示：
表1是在通过改变热风风压值，对各项能耗进行对比，其中，反应过程如上述实施例2所述，并从表中分析出最合适的风量控制范围。
表1：实施例3不同风压下的数据汇总表
Figure BDA0002612469250000091
实验结果的分析：通过上述实施例的对比分析，可以看出当风压在7-9kPa时，一定的反应时间内，分解得到的氧化镁的量最多，能耗相对较小。
实施例4
在上述风压的最优控制范围的基础上，进一步的调节通过蓄热球分解温度来分析，温度范围是800-1000℃时，反应能够顺利进行。还是以分解硝酸盐为例，结果如表2所示：
表2：实施例4为不同温度下的数据汇总表
Figure BDA0002612469250000092
Figure BDA0002612469250000101
通过不同的温度梯度实验，发现，当反应温度在900-1000℃时，硝酸镁的分解效果最好，产率较高，当温度继续升高，氧化镁的产率增加指数变缓，相应的能耗增加较多。
实施例5
在上述实施例4的系列实验的基础上，为了提高金属盐固体产物的产率，进一步优化硝酸镁和蓄热球的质量比，基于此，设计如下实施例：
表3：实施例5为不同质量比下的数据汇总表
Figure BDA0002612469250000102
通过设置上述不同参数的实验发现，当蓄热球和硝酸镁的比值在1：(0.6-0.8)时，各方面性能均最好，氧化镁产率高，且能耗较低。当大于这个比值时，容易使产生的氧化镁产量降低，氧化酶粘附于蓄热球上，振动分离筛分离困难，使部分蓄热球带走氧化酶镁重新进入蓄热球加热炉循环；当小于这个比值时，硝酸镁反应不充分，导致固体产物降低，所以当蓄热球和硝酸镁的比值控制在1：(0.6-0.8)时，各方面均达到一个最优值。通过本装置以及应用本装置分解硝酸镁得到的氧化镁以及气体循环吸收得到的硝酸回收率也最高。
实施例6
应用本发明提供的蓄热球蓄热自循环分解金属盐的系统和方法对500kg的硝酸镁进行热分解，具体反应过程参照实施例2。分解500kg的硝酸镁，消耗的燃烧气体的量为60M3，设备成本1500000元，其中，氧化镁产量为134.2kg，产率为99.4％，硝酸回收率大于99％。
对比例1
对比例1采用传统的直燃式煅烧分解装置，同样500kg的硝酸镁进行热分解；消耗的燃烧气体的量为300M3，设备成本3000000元，其中，氧化镁产量为130.2kg，产率为96.4％，硝酸回位95.1％。
通过对比例1与实施例6的对比，可以看出，应用本发明的蓄热球蓄热自循环分解金属盐的系统能够使设备投资降低30％左右，整体能耗与传统的装置相比降低了30％以上，更适合工业推广应用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种蓄热球蓄热自循环分解金属盐的系统，其特征在于，包括蓄热球加热炉(1)、第一分离装置(2)和分解装置；
所述蓄热球加热炉(1)上设有蓄热球入口(11)和蓄热球出口(17)，所述蓄热球出口(17)与所述第一分离装置(2)的进料口通过管道连通，所述第一分离装置(2)的出料口与所述分解装置连通；
所述第一分离装置(2)的排气口通过管道与热风机(14)连接；
所述分解装置设有物料排出口(7)，所述物料排出口(7)与所述蓄热球入口(11)相连通。
2.根据权利要求1所述的一种蓄热球蓄热自循环分解金属盐的系统，其特征在于，所述分解装置包括相互连通的分解炉(4)和振动分离筛(5)；
所述分解炉(4)用于接收第一分离装置(2)的出料口排出的蓄热球(3)，使蓄热球(3)和金属盐相互作用，实现金属盐分解；
所述振动分离筛(5)用于将金属盐的固体产物与所述蓄热球(3)分离，所述振动分离筛(5)的筛网上部与蓄热球入口(11)相连通，所述振动分离筛(5)的固体产物出口与产物收集装置(9)相连通。
3.根据权利要求1所述的一种蓄热球蓄热自循环分解金属盐的系统，其特征在于，所述蓄热球蓄热自循环分解金属盐的系统包括第二分离装置(10)，所述第二分离装置(10)为布袋收尘装置，所述第二分离装置(10)通过排气管(8)与所述分解炉(4)相连，所述第二分离装置(10)用于收集所述分解炉(4)排出的气体产物。
4.根据权利要求1所述的一种蓄热球蓄热自循环分解金属盐的系统，其特征在于，所述蓄热球蓄热自循环分解金属盐的系统还包括燃烧器(13)和换热器(12)，所述燃烧器(13)连接至所述蓄热球加热炉(1)的底部；所述燃烧器(13)的空气进口连接至所述换热器(12)，所述换热器(12)还和所述热风机(14)的排气口相连通。
5.根据权利要求4所述的一种蓄热球蓄热自循环分解金属盐的系统，其特征在于，所述蓄热球蓄热自循环分解金属盐的系统还包括排烟管(6)，所述排烟管(6)与所述换热器(13)的废气口相连通。
6.根据权利要求1所述的一种蓄热球蓄热自循环分解金属盐的系统，其特征在于，所述第一分离装置(2)为旋风收尘器。
7.根据权利要求2-6任一项所述的一种蓄热球蓄热自循环分解金属盐的系统，其特征在于，所述分解炉(4)设有金属盐入口(15)，所述金属盐入口(15)用于投放金属盐原料，所述分解炉(4)为喷雾式煅烧炉、沸腾炉、回转炉、带式炉或隧道式推舟炉的任意一种。
8.一种蓄热球蓄热自循环分解金属盐的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：蓄热球(3)的加热，所述蓄热球(3)在蓄热球加热炉(1)内升温蓄热，800-1000℃后通过管道进入第一分离装置(2)，所述第一分离装置(2)将所述蓄热球(3)与燃气分离并从所述第一分离装置(2)的出料口输送进入分解装置内；
S2：金属盐的分解，将金属盐的输送进入分解装置中，进行分解反应；
S3：固体产物的收集，所述步骤S2中的气体产物通过排气管(8)进入所述第二分离装置(10)中，固体产物随所述蓄热球(3)进入振动分离筛(5)，所述固体产物通过振动与所述蓄热球(3)分离进入产物收集装置(9)中，所述蓄热球(3)返回至蓄热球加热炉(1)；
S4：蓄热球(3)返回至蓄热球加热炉(1)重复所述步骤S1进行新一轮的蓄热循环或停止蓄热完成反应。
9.根据权利要求8所述的一种蓄热球蓄热自循环分解金属盐的方法，其特征在于，所述步骤S1中蓄热球加热炉(1)内的热风风压范围为5-10kPa，所述蓄热球(3)直径为5-20mm。
10.根据权利要求8所述的一种蓄热球蓄热自循环分解金属盐的方法，其特征在于，所述蓄热球(3)与所述金属盐的质量比为1：(0.2-1)。
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CN113479926A (zh) * 2021-08-06 2021-10-08 四川顺应动力电池材料有限公司 一种利用沸腾炉加热分解硝酸盐制备金属氧化物粉体的方法

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