CN111905682B - 一种氧化塔及利用其生产高锰酸钾的熔盐法连续氧化工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氧化塔，属于化工设备领域，氧化塔，包括：塔体，塔体上设置有原料进料口、进气口和产物出料口，所述塔体包括进料段、氧化段以及沉降段，所述原料进料口设置于所述进料段，所述产物出料口设置于所述沉降段，所述进气口位于所述氧化段的底部；第一熔盐循环管，其包括第一熔盐进口、第一熔盐出口以及第一管体，所述第一管体位于所述氧化段内部；降膜管，其上设置有回收碱液进口和浓缩液出口，所述浓缩液出口能够与所述氧化段连通。本发明还公开了利用氧化塔生产高锰酸钾的熔盐法连续氧化工艺，使其达到了真正意义上的连续生产的要求，无需预热过程，即时进料和即时出料的连续生产。

Description

一种氧化塔及利用其生产高锰酸钾的熔盐法连续氧化工艺

技术领域

本发明涉及化工技术领域，具体涉及一种氧化塔及利用其生产高锰酸钾的熔盐法连续氧化工艺。

背景技术

高锰酸钾是由锰酸钾电解而得，锰酸钾是由二氧化锰、氢氧化钾、氧气为原料，通过氧化而制得，因此制备锰酸钾是生产高锰酸钾过程中核心的一个环节，决定了高锰酸钾生产厂家在生产领域中是否具备产能、成本、安全、环保的优势，从而是否能引领整个行业的发展。

锰酸钾的氧化工艺分为固相法、液相法、气动流化法。固相法因为产量难以形成规模化、环保完全不能达标，已全面淘汰；液相法的技术拥有者是美国Carus化学公司，较固相法，效率有较显著的提高，环保问题也得到了较好的解决，但投资相对较大，设备也庞大，特别是工艺控制点较为狭窄，从反应熔化物中分离锰酸钾的得率不稳定,在国内外行业内未能普遍推广；气动流化法是国内现有的生产厂家普遍使用的工艺，该工艺已基本成熟，产品收率较高，粗晶率比例适当，质量平稳，基本不存在安全、环保风险。

气动流化法在国内的普遍推广，使得中国的高锰酸钾生产过程中氧化工艺已领先于全球，国外相对较大的生产厂家包括美国Carus化学公司都在寻求与国内厂家的技术合作。国内各厂家氧化工艺基本相似，除了氧化设备的结构有所不同，分为内循环式氧化塔、外循环式氧化塔、加压氧化釜等。该工艺的基本流程如图5所示；

由图5可以看出，参与氧化反应的三种物料分别为氢氧化钾、压缩空气和主要成份为二氧化锰的锰粉，该反应需在相对较高的温度下才能完成，一般反应温度要≥250℃甚至更高。

氢氧化钾(主要是氧化设备排放出来的锰酸钾粗料经沉降分离出来的氢氧化钾碱液，新鲜的片状固体氢氧化钾一般投入到氧化设备)投入到预热的熬煮锅，通过燃烧各种燃料(主要是煤及天然气)对熬煮锅内的回收氢氧化钾进行加热，以便高温的氢氧化钾进入反应塔提供热量促进反应。

煤或天然气燃烧后产生的高温尾气对压缩空气及混配的锰粉进行预热，预热后再投入到氧化设备。被利用过一次热量的尾气进入氧化设备的夹套层，继续将热量传递到设备内部。

由于回收碱在熬煮锅内需要较长的时间(一般超过2个小时)才能达到进入氧化设备的温度，达到温度的碱液抽到氧化设备内后，熬煮锅内再次投入回收碱逐步加温，以此往复循环。氧化设备内的热量在高温碱投入的阶段达到峰值，随着反应的进行，热量也逐步消减，因此并不是所有的时间段，内部的反应都处于完全状态，反应也是阶段性的。为此就必须把已经反应完好已形成的锰酸钾排出系统，在锰酸钾伴随相当量的碱液排出系统时，又带走部分热量，此时设备内部的热量处于最低值，等待重新注入高温热碱促进反应生成。

由此可见，该工艺号称的连续生产并不是真正意义上的连续生产，并不能做到连续进料、连续排料；氧化设备内部的热量并不时恒定值，各阶段反应程度也不尽相同。

发明内容

本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种氧化塔及利用其生产高锰酸钾的熔盐法连续氧化工艺。

本发明的技术解决方案如下：

一种氧化塔，包括：

塔体，塔体上设置有原料进料口、进气口和产物出料口，所述塔体包括进料段、氧化段以及沉降段，所述原料进料口设置于所述进料段，所述产物出料口设置于所述沉降段，所述进气口位于所述氧化段的底部；

第一熔盐循环管，其包括第一熔盐进口、第一熔盐出口以及第一管体，所述第一管体位于所述氧化段内部；

降膜管，其上设置有回收碱液进口和浓缩液出口，所述浓缩液出口能够与所述氧化段连通。

优选地，所述降膜管位于所述第一管体内部。

优选地，所述塔体上还设置有浓缩液外循环管，其上的进口位于所述沉降段的上端，其上的出口与所述进料段连通。

优选地，还包括设置位置高于所述塔体设置位置的第二熔盐循环管，其包括第二熔盐进口、第二熔盐出口以及第二管体，所述降膜管位于所述第二管体内部，所述浓缩液出口与氧化段连通。

优选地，还包括桨叶式分布器以及用于驱动所述浆液分布器上的桨叶转动的驱动装置，所述桨叶分布器位于所述降膜管内部。

优选地，所述塔体内设置有引流板，其设置于浓缩液出口下方。

优选地，所述进料段还设置有补充碱液进口和/或人孔和/或放空管。

优选地，所述第一熔盐进口位于所述塔体的下端，所述第一熔盐出口位于所述塔体的上端。

优选地，所述第一熔盐循环管和第二熔盐循环管通过管道连接有熔盐罐，管道上设置有熔盐泵，所述熔盐罐还连接有熔盐炉，熔盐炉内设置有加热装置；

还包括检测装置和控制装置，所述控制装置能够依据所述检测装置的检测信号控制驱动装置和/或熔盐泵和/或加热装置的动作。

本发明还提供了一种利用氧化塔生产高锰酸钾的熔盐法连续氧化工艺，包括以下步骤：将氢氧化钾、锰粉从原料进料口处加入塔体的氧化段内，同时从进气口通入压缩空气进入氧化段，熔盐炉加热，对熔盐罐持续加热，熔盐泵将熔盐传输至第一熔盐循环管和第二熔盐循环管内，以向氧化段的物质提供热量，从而使得原料进行反应；将回收碱液从回收碱液进口进入降膜管内进行浓缩，浓缩液从浓缩液出口排出，进入氧化段继续参与反应。

本发明至少具有以下有益效果之一：

(1)本发明的一种氧化塔，将降膜管与塔体一体式设计，结构紧凑，熔盐循环管既是为塔内反应提供热量的通道，又是回收碱液在塔内浓缩的核心部件，熔盐的热能利用率高，降膜管底部排出的高温浓缩液通过温差和密度差的原理自外循环管进入塔上部位置参与氧化反应；降膜管与塔体分离式设计，保证熔盐热能的利用，更利于检修。

(2)本发明的利用氧化塔生产高锰酸钾的熔盐法连续氧化工艺，使其达到了真正意义上的连续生产的要求，无需预热过程，即时进料和即时出料的连续生产。

(3)本发明的利用氧化塔生产高锰酸钾的熔盐法连续氧化工艺，能量传递的载体为熔盐，熔盐基本无消耗，始终处于循环状态，停工时，全部返回熔盐罐，停止加热，变为固体状态，受热后熔化，持续循环，传递热量；熔盐罐同时有储藏热能的作用，反应过剩的热量不会损失，因此，热效率较高。

(4)本发明的利用氧化塔生产高锰酸钾的熔盐法连续氧化工艺，通过控制装置能够实现自动连续生产，适于工业化生产。

附图说明

图1是本发明第一实施例的结构示意图一；

图2是本发明第一实施例的结构示意图二；

图3是本发明第一实施例中料液分布器的结构示意图；

图4是本发明第二实施例的工艺流程图；

图5是本发明背景技术中提到的工艺流程图；

图中，1-地脚板，2-支腿管，3-产物出料口，4-下锥体，5-主支承座，6-进气口，7-中心循环管，8-浓缩液出口，9-锥度花板，10-内循环管，11-塔体，12-浓缩液外循环管，13-第一熔盐进口，14-第一熔盐循环管，15-降膜管，16-桨叶式碱液分布器，17-第一熔盐出口，18-减速机，19-引流版，20-回收碱液进口，21-外循环管上接口，22-人孔，23-塔顶筒体，24-封头，25-原料进料口，26-放空管，27-补充碱液进口，28-第二熔盐循环管，29-第二熔盐进口，30-第二熔盐出口，31-搅拌轴，32-第一分布板，33-桨叶，34-第二分布板，35-引流管。

具体实施方式

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参照图1至图3，本发明的第一实施例：

一种氧化塔，包括：

塔体11，塔体11上设置有原料进料口25、进气口6和产物出料口3，进气口处设置有气体分布器，所述塔体11包括进料段、氧化段以及沉降段，所述原料进料口25设置于所述进料段，所述产物出料口3设置于所述沉降段，所述进气口6位于所述氧化段的底部；具体地，所述进料段为塔体11上端设置的塔顶筒体23，塔顶筒体23的顶部采用圆弧形的封头24固定，氧化段为塔体11中间断，氧化段内设置有内循环管10，沉降段为塔体11下部设置的下锥体4，所述产物出料口设置在所述下锥体4上，所述塔体11通过主支承座5固定在支腿管2上，支腿管3固定在地脚板1上，进气口6与中心循环管7连通。

第一熔盐循环管14，其包括第一熔盐进口13、第一熔盐出口17以及第一管体，所述第一管体位于所述氧化段内部；

降膜管15，其上设置有回收碱液进口20和浓缩液出口8，所述浓缩液出口8能够与所述氧化段连通。

本发明通过第一熔盐循环管向塔体的氧化段提供热量，使得其生产高锰酸钾实现连续性生产的要求。

作为本发明的第一实施例，其还可具有以下附加技术特征：

所述降膜管15位于所述第一管体内部，将降膜管15与塔体11一体式设计，结构紧凑，第一熔盐循环管14既是为塔内反应提供热量的通道，又是回收碱液在塔内浓缩的核心部件，熔盐的热能利用率高。

所述塔体11上还设置有浓缩液外循环管12，其上的进口位于所述沉降段的上端，其上的出口与所述进料段连通，降膜管15底部排出的高温浓缩液通过温差和密度差的原理自外循环管进入塔上部位置参与氧化反应，即通过浓缩液的温度高和密度低的原理在没有外部驱动力的作用下返回到氧化段参与反应，主要是由于浓缩液能够在无动力作用下循环是由于在加热情况下各部分溶液的比重不一致，以及结合蒸汽在运动过程中带动液体运动的结果，回收碱液是不饱和溶液，其中含有大量的水份，溶液在浓缩的过程中同时产生大量的蒸汽，蒸汽逸出的过程会带动温度高比重低的液体向上运动。从而实现了在无动力作用下进行循环。

还包括设置位置高于所述塔体11设置位置的第二熔盐循环管28，其包括第二熔盐进口29、第二熔盐出口30以及第二管体，所述降膜管15位于所述第二管体内部，所述浓缩液出口8与氧化段连通，降膜管15的出口通过外循环管上接口21与塔体11连接，还设置为分离式设置，便于后期对设备的检修。

还有一些应用中，第一熔盐循环管14和第二熔盐循环管28为螺旋状设置，换热面积更大，受热更加均匀。

还包括桨叶式分布器16以及用于驱动所述浆液分布器16上的桨叶转动的驱动装置，所述桨叶分布器16位于所述降膜管15内部。具体地，本实施例驱动装置采用减速机18，减速机贯穿18所述降膜管15的顶部伸入降膜管15内部连接有桨叶33，桨叶33上设置有第一分布板31，降膜管15内还固定有第二分布板34，第二分布板34下设置有若干引流管35，第一分布板31和第二分布板34上设置有圆形孔，所述圆形孔与所述引流管35连通，所述浆液通过螺栓可拆卸式地固定于所述搅拌轴33上，便于拆卸更换。

所述塔体11内设置有引流板19，其设置于浓缩液出口8下方，其用于将原料导入氧化段内。

所述进料段还设置有补充碱液进口27和/或人孔22和/或放空管26。

所述第一熔盐进口13位于所述塔体11的下端，所述第一熔盐出口17位于所述塔体11的上端。本实施例中的碱液上进下出，熔盐下进上出，是工艺工程中所谓的逆向热交换，交换效果更优异。

所述第一熔盐循环管14和第二熔盐循环管28通过管道连接有熔盐罐，管道上设置有熔盐泵，所述熔盐罐还连接有熔盐炉，熔盐炉内设置有加热装置加热装置采用天然气加热，也可以是其他加热方式，并不局限于此，；

还包括检测装置和控制装置，所述控制装置能够依据所述检测装置的检测信号控制驱动装置和/或熔盐泵和/或加热装置的动作。这些是本领域常用的控制结构和检测结构，其结构和原理已为本领域技术人员熟知，(本领域技术人员可以根据需要灵活选用)，在此不另作详述。控制装置、检测装置以及相应的控制方法在本领域内应用广泛，如PLC、PC、控制电路板等常用的控制结构，如温度传感器等常用的检测装置。

作为本发明的第二实施例，应用于第一实施例中的氧化塔：如图4所示，一种利用氧化塔生产高锰酸钾的熔盐法连续氧化工艺，包括以下步骤：将新鲜片状固体氢氧化钾、锰粉从原料进料口25处加入塔体11的氧化段内，同时回收氢氧化钾从回收碱液进口加入，同时从进气口6通入压缩空气进入氧化段，熔盐炉加热，对熔盐罐持续加热，熔盐泵将熔盐传输至第一熔盐循环管14，以向氧化段的物质提供热量，从而使得原料进行反应；将回收碱液从回收碱液进口20进入降膜管15内进行浓缩，浓缩液从浓缩液出口8排出，排出的浓缩液由于高温和密度差的原理从浓缩液外循环管12循环进入氧化段继续参与反应。还有一种情况在分离式设计中，回收碱液从第二熔盐循环管28中的降膜管15，排出至塔体11内的氧化段参与反应。

上述的锰粉还可以是低品位的锰粉，品味越低的锰矿，能使它参与氧化反应的温度越高由于本发明采用的熔盐能够到达较高的温度，因此，低品位的锰粉也能进行反应。由于熔盐有极强的吸收热量和储藏热量的能力，它能为塔内反应段提供的热量反映到温度值上达到420℃以上，远远高于反应需要的250℃。塔内反应段所需要的热量可通过反应段设定的温度和实测得的温度反馈信号给熔盐泵、熔盐炉天然气调节阀、氧化塔各物料输送机构和塔底排料调节阀，各调节机构受到信号不断调整输入和输出，始终使氧化塔内反应段的温度处于恒定值，确保反应为最完全状况，最终塔底排出的物料的含量和质量也处于稳定状态。

这种工艺的优点是：真正意义上达到了连续生产的要求，并能实现全自动智能控制；熔盐有极强的储藏热量的能力，不会造成生产过程中的热能浪费；由于能提供远远超过反应温度的热能，所以低品味的锰矿也能使用；排放的锰酸钾含量完全按电解工序最佳电解效率的要求设定，确保了电解的稳定和效率；使用了天然气清洁能源，减少了环保投入和运行成本，确保了达标排放；自动化控制也减少了劳动强度，改善了劳动环境

在不出现冲突的前提下，本领域技术人员可以将上述附加技术特征自由组合以及叠加使用。

在本发明的实施例的描述中，需要理解的是，“-”和“～”表示的是两个数值之同的范围，并且该范围包括端点。例如：“A-B”表示大于或等于A，且小于或等于B的范围。“A～B″表示大于或等于A，且小于或等于B的范围。

在本发明的实施例的描述中，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

以上所述仅为本发明的优先实施方式，只要以基本相同手段实现本发明目的的技术方案都属于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种氧化塔，其特征在于，包括：

塔体（11），塔体（11）上设置有原料进料口（25）、进气口（6）和产物出料口（3），所述塔体（11）包括进料段、氧化段以及沉降段，所述原料进料口（25）设置于所述进料段，所述产物出料口（3）设置于所述沉降段，所述进气口（6）位于所述氧化段的底部；

第一熔盐循环管（14），其包括第一熔盐进口（13）、第一熔盐出口（17）以及第一管体，所述第一管体位于所述氧化段内部；

降膜管（15），其上设置有回收碱液进口（20）和浓缩液出口（8），所述浓缩液出口（8）能够与所述氧化段连通；所述降膜管（15）位于所述第一管体内部；所述塔体（11）上还设置有浓缩液外循环管（12），其上的进口位于所述沉降段的上端，其上的出口与所述进料段连通。

2.根据权利要求1所述的一种氧化塔，其特征在于，还包括设置位置高于所述塔体（11）设置位置的第二熔盐循环管（28），其包括第二熔盐进口（29）、第二熔盐出口（30）以及第二管体，所述降膜管（15）位于所述第二管体内部，所述浓缩液出口（8）与氧化段连通。

3.根据权利要求1所述的一种氧化塔，其特征在于，还包括桨叶式分布器（16）以及用于驱动所述浆液分布器（16）上的桨叶转动的驱动装置，所述桨叶分布器（16）位于所述降膜管（15）内部。

4.根据权利要求1所述的一种氧化塔，其特征在于，所述塔体（11）内设置有引流板（19），其设置于浓缩液出口（8）下方。

5.根据权利要求1所述的一种氧化塔，其特征在于，所述进料段还设置有补充碱液进口（27）和/或人孔（22）和/或放空管（26）。

6.根据权利要求1所述的一种氧化塔，其特征在于，所述第一熔盐进口（13）位于所述塔体（11）的下端，所述第一熔盐出口（17）位于所述塔体（11）的上端。

7.根据权利要求1或2所述的一种氧化塔，其特征在于，

所述第一熔盐循环管（14）和第二熔盐循环管（28）通过管道连接有熔盐罐，管道上设置有熔盐泵，所述熔盐罐还连接有熔盐炉，熔盐炉内设置有加热装置；

还包括检测装置和控制装置，所述控制装置能够依据所述检测装置的检测信号控制驱动装置和/或熔盐泵和/或加热装置的动作。

8.一种利用氧化塔生产高锰酸钾的熔盐法连续氧化工艺，其特征在于，采用如权利要求1所述的氧化塔，包括以下步骤：将氢氧化钾、锰粉从原料进料口（25）处加入塔体（11）的氧化段内，同时从进气口（6）通入压缩空气进入氧化段，熔盐炉加热，对熔盐罐持续加热，熔盐泵将熔盐传输至第一熔盐循环管（14）和/或第二熔盐循环管（28）内，以向氧化段的物质提供热量，从而使得原料进行反应；将回收碱液从回收碱液进口（20）进入降膜管（15）内进行浓缩，浓缩液从浓缩液出口（8）排出，进入氧化段继续参与反应。

Images