【技术实现步骤摘要】
一种基于循环节能的硼砂生产工艺及装置
本专利技术属于化学工程学科领域，涉及一种硼砂生产工艺及装置。具体地说涉及一种基于循环节能的硼砂生产工艺及装置。
技术介绍
焙烧法是一种常见的硼镁矿石加工利用的方法。尽管硼镁矿石的加工工艺有所不同，但第一步都是对硼镁矿石进行高温焙烧处理，目的就是提高硼镁矿石的活性。硼镁矿石及伴生矿物的晶体结构紧密，硬度高，化学活性低，在碳碱法中不能直接使用。硼镁矿石焙烧活化后，则结构疏松，硬度降低，活性提高。对硼镁矿石进行活化焙烧存在的主要问题是焙烧工艺条件难控制，熟硼镁矿石活性差。目前对于硼镁矿石的焙烧尚无先进的工业化装置，少数厂家仍采用竖窑、回转窑作为硼镁矿石的焙烧设备，用竖窑、回转窑焙烧得到的熟硼镁矿石，通常活化率和浸取率较低，并且能耗高，能源利用率低，焙烧周期长，含尘尾气排放温度高，CO2直接排放，环境污染严重，硼镁矿资源难以被很好地利用。国内众多专家和研究人员试图采用流态化焙烧方式，但由于硼镁矿石含有20％～30％(质量分数)的表面水，使其应用受到很大阻碍。碳碱法加工硼镁矿生产硼...
【技术保护点】
1.一种基于循环节能的硼砂生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)将原料硼镁矿石粉送入流化床预反应器进行预反应，所述硼镁矿石粉中粒径≤75μm的部分在90％以上，预反应温度为185℃～195℃，预反应后的硼镁矿石粉送入直燃式旋流动态焙烧炉，直燃式旋流动态焙烧炉底部有天然气燃烧器，能够以1200℃～1300℃对进入的硼镁矿石粉进行焙烧，焙烧后生成含CO
【技术特征摘要】
1.一种基于循环节能的硼砂生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将原料硼镁矿石粉送入流化床预反应器进行预反应，所述硼镁矿石粉中粒径≤75μm的部分在90％以上，预反应温度为185℃～195℃，预反应后的硼镁矿石粉送入直燃式旋流动态焙烧炉，直燃式旋流动态焙烧炉底部有天然气燃烧器，能够以1200℃～1300℃对进入的硼镁矿石粉进行焙烧，焙烧后生成含CO2的焙烧尾气和熟硼镁矿石粉，熟硼镁矿石粉进入陈化仓陈化后，送入熟硼镁矿石粉料仓；
(2)将步骤(1)中的焙烧尾气进行固气分离，之后进行冷却，得到的固气分离和冷却后的焙烧尾气作为反应气与碳解浆液进行碳解反应，反应后得到含CO2的碳解反应尾气和反应后的碳解浆液，反应后的碳解浆液进入压滤机压滤后得到滤渣和滤液，所述滤渣经洗涤、烘干后排放去渣场，进行固废处理，洗涤滤渣得到滤渣洗涤水；所述滤液进入结晶器内冷却结晶，析出硼砂晶体，形成晶浆，晶浆进入离心机分离成硼砂晶体和结晶母液，用水洗去硼砂晶体中的杂质后，得到湿硼砂、硼砂洗涤水，将湿硼砂烘干得到产品硼砂；
(3)将步骤(2)中的滤渣洗涤水和Na2CO3配成Na2CO3质量分数15％～20％的Na2CO3溶液，将步骤(2)中的碳解反应尾气冷却后通入所述Na2CO3溶液进行反应回收，得到含有NaHCO3、Na2CO3的混合碱溶液和排放尾气；
所述步骤(2)中的碳解浆液由所述步骤(1)中的熟硼镁矿石粉、步骤(2)中的结晶母液和硼砂洗涤水、步骤(3)中的混合碱溶液配制而成。
2.根据权利要求1所述的基于循环节能的硼砂生产工艺，其特征在于，所述碳解浆液的配碱量为碳解反应理论用量的95％～110％，所述碳解浆液的液固比按质量计，为(1.8～2.0)﹕1。
3.根据权利要求1或2所述的基于循环节能的硼砂生产工艺，其特征在于，所述步骤(1)中所有工艺和步骤(2)中的焙烧尾气固气分离工艺所使用的装置包括以下部件：硼镁矿石粉螺旋输料器、流化床预反应器、热源旋风分离器、进料预热旋风分离器、直燃式旋流动态焙烧炉、出料旋风分离器、陈化料仓、输料旋风分离器、输料袋式过滤器、熟硼镁矿石粉料仓、流化床预反应器排气袋式过滤器、流化床预反应器排气干式滤清器；
硼镁矿石粉螺旋输料器出料口连通流化床预反应器进料口，流化床预反应器下部的出料口、热源旋风分离器出料口、流化床预反应器排气袋式过滤器出料口连通进料预热器出气口，热源旋风分离器出气口连通流化床预反应器底部进气口，流化床预反应器顶部出气口连通流化床预反应器排气袋式过滤器进料口，流化床预反应器排气袋式过滤器出气口连通流化床预反应器干式滤清器进气口，进料预热旋风分离器出气口连通热源旋风分离器进气口，进料预热旋风分离器出料口连通直燃式旋流动态焙烧炉进料口，直燃式旋流动态焙烧炉出料口连通出料旋风分离器进气口，出料旋风分离器出料口连通陈化料仓进料口，出料旋风分离器出气口连通进料预热旋风分离器进气口，陈化料仓出料口连通输料旋风分离器进气口，输料旋风分离器出料口连通熟硼镁矿粉料仓，输料旋风分离器出气口连通输料袋式过滤器进料口，输料袋式过滤器出料口连通熟硼镁矿粉料仓，输料袋式过滤器出气口连通直燃式旋流动态焙烧炉进气口；
所述步骤(1)中原料硼镁矿石粉通过硼镁矿石粉螺旋输料器进入流化床预反应器，物料停留时间为20分钟～25分钟；经过预反应的硼镁矿石粉从流化床预反应器下部出料口出料，进入进料预热旋风分离器进行加热和固气分离后，进料预热旋风分离器分离出的所有粉料进入直燃式旋流动态焙烧炉进行焙烧；焙烧后产生的熟硼镁矿石粉粉料和含CO2的焙烧尾气进入出料旋风分离器进行固气分离，出料旋风分离器分离出的粉料进入陈化料仓陈化，通入新鲜冷空气将陈化料仓出来的粉料送入输料旋风分离器，输料旋风分离器分离出的粉料进入熟硼镁矿粉料仓，输料旋风分离器分离出的尾气进入输料袋式过滤器过滤，输料袋式过滤器过滤后的粉料进入熟硼镁矿粉料仓，过滤后得到的热空气作为助燃空气，助燃空气、天然气、冷空气一起通过直燃式旋流动态焙烧炉进气口进入直燃式旋流动态焙烧炉的天然气燃烧器进行燃烧；所述出料旋风分离器分离出的热尾气进入进料预热旋风分离器，对进入进料预热旋风分离器的所有粉料进行加热，从进料预热旋风分离器分离出的热尾气进入热源旋风分离器，热源旋风分离器分离出的热尾气从流化床预反应器的底部进气口进入，作为流化床预反应器内的热源，从流化床预反应器顶部排出的尾气经流化床预反应器排气袋式过滤器和流化床预反应器排气干式滤清器处理后，得到所述步骤(2)中的固气分离后的焙烧尾气；热源旋风分离器和流化床预反应器排气袋式过滤器分离出的粉料在重力作用下进入进料预热旋风分离器。
4.根据权利要求1或2所述的基于循环节能的硼砂生产工艺，其特征在于，所述步骤(2)中烘干湿硼砂采用闪蒸干燥器进行，所述步骤(2)中固气分离后的焙烧尾气从所述闪蒸干燥器底部进入，作为热气对进入闪蒸干燥器中的湿硼砂进行处理后，热气随干燥后的硼砂一起从闪蒸干燥器顶部排出，依次进入硼砂闪蒸干燥器旋风分离器和硼砂闪蒸干燥器排气袋式过滤器进行固气分离，分离出的尾气进行除湿和冷却后得到所述步骤(2)中的进行固气分离和冷却后的焙烧尾气，硼砂闪蒸干燥器旋风分离器和硼砂闪蒸干燥器排气袋式过滤器分离出的粉料即为步骤(2)中所述产品硼砂。
5.根据权利要求4所述的基于循环节能的硼砂生产工艺，其特征在于，采用管式换热器对权利要求4中所述经硼砂闪蒸干燥器旋风分离器和硼砂闪蒸干燥器排气袋式过滤器分离出的尾气进行除湿和冷却，采用的冷却介质为步骤(2)中所述的结晶母液和硼砂洗涤水。
6.根据权利要求1或2所述的基于循环节能的硼砂生产工艺，其特征在于：
所述步骤(2)中固气分离和冷却后的焙烧尾气作为反应气与碳解浆液进行碳解反应的工艺所采用的装置包括配料罐和两个射流搅拌碳解装置；所述配料罐和所述结晶器中设置机械密封搅拌器；
所述射流搅拌碳解装置包括碳解釜和动力流体浆料泵；所述碳解釜的内部设置有射流混合搅拌器，所述射流混合搅拌器由耦合分配器和多个射流器组成；所述碳解釜的顶端设置有二氧化碳进气口和二氧化碳出气口；所述碳解釜的侧壁设置有泵料口；所述射流混合搅拌器的下端设置有动力流体进入口，所述射流混合搅拌器的上端设置有二氧化碳进入口，二氧化碳进入口与二氧化碳进气口通过管道连通；所述碳解釜的外侧设置有夹套，所述夹套设置有蒸汽进口和蒸汽冷凝水出口；所述碳解釜的顶端中央设置有进料口，所述碳解釜的底端中央设置有出料口；所述射流器由动力流体入口、导流环、动力喷嘴、混合腔、气体入口、扩散腔、混合液出口组成；所述动力流体浆料泵的进料口通过管道连接碳解釜的泵料口，所述动力流体浆料泵的出料口通过管道连接射流混合搅拌器的动力流体进入口；所述耦合分配器由动力流体分配腔和二氧化碳分配腔组成，耦合分配器能够将进入动力流体进入口的碳解浆液分配进入各个射流器的动力流体入口，将进入二氧化碳进入口的气体分配进入各个射流器的气体入口；
两个射流搅拌碳解装置的碳解釜分别为碳解主釜和碳解副釜，两个射流搅拌碳解装置设置的动力流体浆料泵分别为第一动力流体浆料泵和第二动力流体浆料泵，所述配料罐出料口连接碳解主釜进料口，碳解主釜出料口连接碳解副釜进料口；
进行碳解反应的工艺包括以下步骤：
在配料罐配制碳解浆液，碳解浆液进入碳解主釜，所述步骤(2)中的反应气通过二氧化碳进气口进入碳解主釜射流混合搅拌器的二氧化碳进入口；开启第一动力流体浆料泵，第一动力流体浆料泵吸取碳解主釜内的碳解浆液，碳解浆液经第一动力流体浆料泵的叶轮升压后进入射流混合搅拌器的动力流体进入口，经耦合分配器分配后进入各个射流器的动力流体入口，经导流环通过动力喷嘴喷出，形成动力流体，并产生负压，使反应气经射流器气体入口吸入，被吸入的反应气在负压区迅速膨胀并被动力流体打成微小气泡，在混合腔中，反应气中的CO2与碳解浆液中的水、碱、熟硼镁矿石粉充分混合和搅拌形成混合液，进入射流器的扩散腔，通过射流器混合液出口沿与垂直向下呈60°角方向射向碳解主釜釜底；
混合液沿碳解主釜出料口和碳解副釜进料口进入碳解副釜，反应气通过碳解副釜的二氧化碳进气口进入碳解副釜，开启第二动力流体浆料泵，重复与碳解主釜中同样的过程，最终得到步骤(2)中所述的反应后的碳解浆液；碳解主釜和碳解副釜中产生的尾气为步骤(2)中所述的碳解反应尾气，通过碳解主釜和碳解副釜的二氧化碳出气口排出；
在碳解反应过程中，加热水蒸汽通过蒸汽进口进入对碳解主釜和碳解副釜进行加热，蒸汽冷凝水通过蒸汽冷凝水出口排出，碳解主釜内压力为0.65MPa，加热温度为135℃，混合液停留时间为4.5小时～5小时，碳解副釜内压力为0.60MPa，加热温度为130℃，停留时间为4.5小时～5小时。
7.根据权利要求6所述的基于循环节能的硼砂生产工艺，其特征在于，在所述碳解主釜和碳解副釜蒸汽冷凝水出口处设置热水罐收集蒸汽冷凝水，将收集到的蒸汽冷凝水用于所述步骤(2)中滤渣的洗涤。
8.根据权利要求6所述的基于循环节能的硼砂生产工艺，其特征在于，在所述碳解副釜出料口后设置碳解液中间罐，所述碳解副釜出料口连通碳解液中间罐进料口，碳解液中间罐出料口连通压滤机进料口，从碳解副釜出来的温度为130℃的反应后的碳解浆液，经碳解液中间罐降温至90℃～85℃进入压滤机压滤；在压滤机出液口后设置滤液中间罐，所述压滤机出液口与滤液中间罐进料口连通，滤液中间罐出料口与结晶器进料口连通，压滤后的滤液先进入滤液中间罐，再进入结晶器；在结晶器出料口后设置晶浆中间罐，所述晶浆中间罐进料口连通结晶器出料口，晶浆中间罐出料口连通离心机进料口，所述晶浆先从结晶器进入晶浆中间罐，再进入离心机；所述碳解液中间罐、滤液中间罐、晶浆中间罐内设置机械搅拌器。
...
【专利技术属性】
技术研发人员：王德喜，范丽华，关晓彤，樊小辉，邹明旭，王猛，刘文涛，王哲，田伟，赵航，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，辽宁博仕科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21
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