一种硝酸锌溶液的制备方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种由金属锌直接制备硝酸锌溶液的方法，该方法是将金属锌和水加入反应釜中，密闭后通入高纯度氧气，置换出空气；先向所述反应釜内加去离子水，再向反应釜内一次或逐步分批次将硝酸溶液加入；加入硝酸的同时通过加入氧气维持反应釜压力，反应结束后，反应釜内气体经水洗后排放。在金属锌存在下，亚硝酸和一氧化氮边产生边转化。当锌消耗尽后，体系残留一定量亚硝酸。需要提温促使亚硝酸分解，继而产生一氧化氮，一氧化氮继续和氧气反应最终生成硝酸。本发明专利技术于反应结束后，尾气通过水洗排放，水洗水用于下一批次制备过程稀释硝酸，或与锌一起加入，该方法可实现硝酸锌制备过程中氮氧化物低排放。

【技术实现步骤摘要】
一种硝酸锌溶液的制备方法及装置
本专利技术涉及无机材料制备领域，尤其是一种工业用硝酸锌溶液的制备方法。
技术介绍
硝酸盐水溶性好，高温焙烧后没有阴离子残留，常用作无机化工及催化剂制备的原料。比如，氧化脱氢催化剂制备过程中需要用到硝酸锌。硝酸锌制备可以用金属锌或氧化锌与硝酸反应制得。氧化锌与硝酸反应无气体污染，但纯度较高的氧化锌均采用由金属锌出发点间接法生产，价格较高。金属锌与氧化锌市场价格相当，使用金属锌与硝酸反应制备硝酸锌溶液更为经济。金属锌纯度较高，制备出的硝酸锌溶液其他阴阳离子杂质较低。但金属锌与硝酸反应会产生大量氮氧化物。众所周知，氮氧化物对环境和人体造成很大危害，因此，氮氧化物环境排放标准要求控制在240mg/m3以下。工业上曾用尿素吸收法来治理硝酸与金属反应生成的氮氧化物，但该方法需要较复杂的设备及工艺过程，处理过程消耗尿素，且排放指标无法满足目前的环保要求。氮氧化物治理与循环利用已有报道，其中专利号为CN101029357A中公开了“黄金冶炼过程中氮氧化物治理与循环利用的方法”，该方法仅涉及黄金冶炼杂质的处理，且处理尾气经过20％氢氧化钠洗涤液处理才能达到排放标准。
技术实现思路
本专利技术提供一种硝酸锌溶液的制备方法及装置，以解决现有技术金属锌与硝酸反应产生的氮氧化物无法有效回收而大量排放的问题。为实现上述目的，本专利技术提出一种硝酸锌溶液的制备方法，将金属锌与去离子水加入反应釜中，密闭后通入氧气，置换出空气；先向所述反应釜内加去离子水，再向所述反应釜内加入硝酸溶液；加入硝酸同时通过加入氧气维持所述反应釜压力，反应结束后，所述反应釜内气体经水洗后排放。所述的硝酸锌溶液的制备方法包括：步骤1：将金属锌片或金属锌粒或金属锌与去离子水加入到所述反应釜中，封闭釜盖，打开所述反应釜的供氧阀，向釜内通入氧气，用氧气置换所述反应釜内空气，直到排气口流出的氧气的纯度达到99％时，关闭供氧阀及排气口处排气阀；或抽真空，去除所述反应釜内空气；步骤2：将去离子水及硝酸溶液加入到所述反应釜中；加入硝酸后打开所述反应釜供氧阀向所述反应釜内通入氧气，氧气持续通入或间歇通入，确保釜内有充足的氧气与一氧化氮反应；步骤3：反应后期，利用加热装置将釜内温度提高至70-100℃，促使亚硝酸分解成一氧化氮；步骤4：打开所述反应釜排气阀，将釜内尾气排放至水洗瓶，尾气经水洗后外排或排气至吸收管监测二氧化氮含量。所述的硝酸锌溶液的制备方法中，所述氧气纯度大于99％，最好大于99.9％。所述的硝酸锌溶液的制备方法的步骤1中，采用抽真空的方法抽出所述反应釜内空气。所述的硝酸锌溶液的制备方法中，所述硝酸总量与所述金属锌的摩尔比为1：2.01-4。所述的硝酸锌溶液的制备方法中，所述硝酸总量与所述金属锌的摩尔比:1：2.1-2.2。所述的硝酸锌溶液的制备方法中，溶锌反应温度控制在30-120℃.所述的硝酸锌溶液的制备方法中，溶锌反应温度控制在40-100℃。所述的硝酸锌溶液的制备方法的步骤2中，硝酸溶液一次或分多次加入。所述的硝酸锌溶液的制备方法中，尾气排放前维持温度大于70℃，时间大于20分钟。所述的硝酸锌溶液的制备方法中，所述反应釜中工作压力为0.1-1.0Mpa。所述的硝酸锌溶液的制备方法中，所述反应釜中工作压力为0.2-0.5Mpa。所述的硝酸锌溶液的制备方法中，所述硝酸溶液质量浓度为5-65％。所述的硝酸锌溶液的制备方法中，所述硝酸溶液质量浓度为10-30％。所述的硝酸锌溶液的制备方法的步骤4中，尾气经水洗排放，水洗水用于稀释硝酸，用于下一次制备硝酸锌溶液，或者水洗水于步骤1中与金属锌一起加入所述反应釜以稀释硝酸。而且，为实现上述目的，本专利技术提供一种制备硝酸锌溶液的装置，包括：一供氧装置，用于提供一氧化氮转化所需的氧气。一反应釜，用于承装金属锌、硝酸及硝酸锌溶液，所述反应釜具有硝酸加料管线，用以一次或分批加入硝酸；所述反应釜与所述供氧装置连接，提供一氧化氮转化所需的氧气；所述反应釜具有散热装置，用以控制反应温度；所述反应釜具有排料管线，用于排放液体硝酸盐溶液产品及气体排放；以及一加热装置，用于对所述反应釜加热。采用本专利技术的方法可以由金属锌直接制备硝酸锌溶液，可以显著减少或避免氮氧化物排放。反应过程仅需提供氧气，无其它条件，设备简单，投资小，容易实现工业化生产，尤其适合对杂质含量要求极高的催化剂制备领域。由溶液制备结晶盐的工艺比较成熟，应用本专利技术也可制备高纯度硝酸锌固体，具有很好的应用前景。并且，本专利技术涉及硝酸盐的制备，整个工艺过程仅包含一个主要设备即反应釜，反应过程仅在反应釜内完成。反应结束后的尾气经简单水洗即能达到排放要求，水洗后洗涤水用于下一批硝酸锌溶液制备，无需排放。附图说明图1为本专利技术的制备硝酸锌溶液的装置的结构示意图。其中，附图标记：1、釜盖2、釜体3、冷却水盘管4、加热套5、排料口6、氧气进气管7、硝酸加料管8、水洗瓶9、尾气排放管10、放空管具体实施方式本专利技术提出一种硝酸锌溶液的制备方法，将金属锌与去离子水加入反应釜中，密闭后通入氧气，置换出空气；先向所述反应釜内加去离子水，再向所述反应釜内加入硝酸溶液；加入硝酸同时通过加入氧气维持所述反应釜压力，反应结束后，所述反应釜内气体经水洗后排放。所述的硝酸锌溶液的制备方法包括：步骤1：将金属锌片或金属锌粒或金属锌与去离子水加入到所述反应釜中，封闭釜盖，打开所述反应釜的供氧阀，向釜内通入氧气，用氧气置换所述反应釜内空气，直到排气口流出的氧气的纯度达到99％时，关闭供氧阀及排气口处排气阀；或抽真空，去除所述反应釜内空气；步骤2：将去离子水及硝酸溶液加入到所述反应釜中；加入硝酸后打开所述反应釜供氧阀向所述反应釜内通入氧气，氧气持续通入或间歇通入，确保釜内有充足的氧气与一氧化氮反应；步骤3：反应后期，利用加热装置将釜内温度提高至70-100℃，促使亚硝酸分解成一氧化氮；步骤4：打开所述反应釜排气阀，将釜内尾气排放至水洗瓶，尾气经水洗后外排或排气至吸收管监测二氧化氮含量。所述的硝酸锌溶液的制备方法中，所述氧气纯度大于99％，最好大于99.9％。所述的硝酸锌溶液的制备方法的步骤1中，采用抽真空的方法抽出所述反应釜内空气。所述的硝酸锌溶液的制备方法中，溶锌反应温度控制在30-120℃，较佳为40-100℃所述的硝酸锌溶液的制备方法的步骤2中，硝酸溶液一次或分多次加入。所述的硝酸锌溶液的制备方法中，尾气排放前维持温度大于70℃，时间大于20分钟。所述的硝酸锌溶液的制备方法的步骤4中，尾气经水洗排放，水洗水用于稀释硝酸，用于下一次制备硝酸锌溶液，或者水洗水于步骤1中与金属锌一起加入所述反应釜以稀释硝酸。具体而言，本专利技术所述的由金属锌直接制备硝酸锌溶液方法，包括以下步骤：将金属锌片或锌粒加入到反应釜中，封闭釜盖，打开反应釜供氧阀，向釜内通入氧气，用氧气置换釜内空气，直到排气口流出气体氧的纯度达99.9％时，关闭供氧阀及排气阀；将一定量的去离子水及硝酸溶液加入到反应釜中；加入硝酸后向打开反应釜供氧阀向釜内通入氧气，氧气持续通入或间歇通入，确保釜内有充足的氧气与一氧化氮反应；反应后期，利用加热装置将釜内温度提高至70-100℃，促使亚硝酸分解成一氧化氮；打开反应釜排气阀，将釜内尾气排放至水洗瓶，尾气本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硝酸锌溶液的制备方法，其特征在于，将金属锌与去离子水加入反应釜中，密闭后通入氧气，置换出空气；先向所述反应釜内加去离子水，再向所述反应釜内加入硝酸溶液；加入硝酸同时通过加入氧气维持所述反应釜压力，反应结束后，所述反应釜内气体经水洗后排放。

【技术特征摘要】
1.一种硝酸锌溶液的制备方法，其特征在于，将金属锌与去离子水加入反应釜中，密闭后通入氧气，置换出空气；先向所述反应釜内加去离子水，再向所述反应釜内加入硝酸溶液；加入硝酸同时通过加入氧气维持所述反应釜压力，反应结束后，所述反应釜内气体经水洗后排放，该方法包括：步骤1：将金属锌片或金属锌粒与去离子水加入到所述反应釜中，封闭釜盖，打开所述反应釜的供氧阀，向釜内通入氧气，用氧气置换所述反应釜内空气，直到排气口流出的氧气的纯度达到99％时，关闭供氧阀及排气口处排气阀；或抽真空，去除所述反应釜内空气；步骤2：将去离子水及硝酸溶液加入到所述反应釜中；加入硝酸后打开所述反应釜供氧阀向所述反应釜内通入氧气，氧气持续通入或间歇通入，确保釜内有充足的氧气与一氧化氮反应；步骤3：反应后期，利用加热装置将釜内温度提高至70-100℃，促使亚硝酸分解成一氧化氮；步骤4：打开所述反应釜排气阀，将釜内尾气排放至水洗瓶，尾气经水洗后外排或排气至吸收管监测二氧化氮含量；其中，所述硝酸总量与所述金属锌的摩尔比为1：2.01-4。2.根据权利要求1所述的硝酸锌溶液的制备方法，其特征在于，所述氧气纯度大于99％。3.根据权利要求1所述的硝酸锌溶液的制备方法，其特征在于，步骤1中，采用抽真空的方法抽出所述反应釜内空气。4.根据权利要求1所述的硝酸锌溶液的制备方法，其特征在于，所述硝酸总量与所述金属锌的摩尔比为1：2.1-2.2。5.根据权利要求1所述的硝酸锌溶液的制备方法，其特征在于，溶锌反应温度控制在3...

【专利技术属性】
技术研发人员：张玉东，刘杨，宋立红，齐晓梅，王英伟，李波，王家杰，苗勇，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11