一种喷雾热解的装置系统及合成金属氧化物的方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种喷雾热解的装置系统及合成金属氧化物的方法，所述装置系统包括沿物料流向依次连接的热解反应单元、收尘单元以及烟气回收单元；所述热解反应单元包括沿物料流向依次连接的自动进料装置、载体压缩装置、雾化装置以及热解装置，所述热解装置的侧壁底部连接有燃烧装置。本发明专利技术通过设置自动进料装置，同时采用合理的进料与热解工艺参数，可保证原料的实际分解温度和停留时间得到精准控制；采用收尘单元可高效分离金属氧化物与烟气，实现高纯度金属氧化物的制备，可用于工业规模化生产。产。产。

【技术实现步骤摘要】
一种喷雾热解的装置系统及合成金属氧化物的方法


[0001]本专利技术涉及功能材料
，具体涉及一种喷雾热解的装置系统及合成金属氧化物的方法。

技术介绍

[0002]微纳多级结构金属氧化物材料具有独特的物理化学性质，在能源、环境、催化、光学以及电磁等诸多领域具有广阔的应用前景。现有的多级结构金属氧化物的制备方法包括溶胶凝胶法、水热法以及模板法，但多采用复杂、繁琐的试剂和步骤，不利于大规模产业化发展。喷雾热解法因具有工序简单、生产效率高、所制备产品组分均一等诸多优点被广泛用于各种金属氧化物材料的制备。
[0003]金属盐溶液的喷雾热解发生在雾滴状微反应器中，因此容易形成具有微纳结构的球形金属氧化物。然而，温度较低的进料液随雾化气流喷入热解炉后，对炉内的温度分布产生较大扰动，从而导致不均匀的分解速率。局部温度过高的区域，液滴中溶剂蒸发速率快，往往致使材料呈现空心多孔结构且容易破碎，导致产品振实密度较低，应用受限；局部温度过低的区域，溶剂蒸发速率慢，有利于形成实心球形结构，但往往产物分解不完全，导致产品纯度偏低。
[0004]CN 105905935A公开了一种喷雾热解制备大比表面积稀土氧化物或复合氧化物的方法，将稀土氯化物或稀土氯化物和金属氯化物溶于水中制成溶液，加入羧酸搅拌均匀；以空气为载气将混合溶液喷入焙烧炉进行焙烧，生成碳负载稀土氧化物前驱体；将该前驱体在500～1000℃焙烧1～10h，得到比表面积在26～83m2·
g
‑1的稀土氧化物或稀土复合氧化物。但采用该专利技术制备的氧化物呈现空心壳层结构且破碎程度较为严重。
[0005]CN 112919552A公开了高振实密度多元氧化物前驱体及其制备方法与制备系统，将含结晶水的金属盐直接熔化获得亚熔盐液体，以其作为喷雾热解原料，增加雾化液滴内结晶核的数量，并减少溶剂的挥发量，减缓对一次颗粒的冲击，有助于形成大粒径实心颗粒，同时采用流化床热解炉，热解时间在10
‑
50min。该法制得的氧化物的振实密度得到提高，但材料粒径与比表面积过大且活性位点较少，因此在能源材料、光电催化等方面的应用具有一定局限性。
[0006]CN 112551601A公开了一种氧化镍粉的喷雾热解制备方法及装置，所述装置为将原料液从顶部喷嘴喷入热解炉，氧化物通过自然沉降从炉底的出料设备排出，副产物进入盐酸储罐回收利用。然而，由于雾化气流和重力的双重作用，雾滴在炉内停留时间较短，易导致热解反应不彻底，氧化物的纯度难以保证。
[0007]针对现有技术的不足，亟需提供一种使得金属氧化物兼具高振实密度、活性位点与纯度的装置系统。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种喷雾热解的装置系统及合成金属氧化物的方法，通过
引入自动进料装置以及合理设置雾化装置的位置，实现了对热解装置内温度和压力分布的实时精准调控，制得的金属氧化物为微纳多级结构，兼具高活性位点和高振实密度；同时，收尘单元有助于实现金属氧化物与烟气的彻底分离，保证金属氧化物的高纯度。
[0009]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0010]第一方面，本专利技术提供了一种喷雾热解的装置系统，所述装置系统包括沿物料流向依次连接的热解反应单元、收尘单元以及烟气回收单元；
[0011]所述热解反应单元包括沿物料流向依次连接的自动进料装置、载体压缩装置、雾化装置以及热解装置，所述热解装置的侧壁底部连接有燃烧装置。
[0012]本专利技术提供的装置系统，通过引入自动进料装置，依据热解装置内实时的温度和压力参数来匹配最优的进料压力和流量，从而保证原料在热解装置内的实际反应温度与时间得到连续稳定的精准控制，有效避免因热解装置内局部温度过高或过低致使分解产物显现空心化、破碎化结构；稳定可控的反应时间能够保证原料的充分热解，由此制得高活性位点与振实密度的微纳多级结构金属氧化物；同时，收尘单元有助于实现金属氧化物与烟气的彻底分离，保证金属氧化物产品的高纯度。
[0013]优选地，所述自动进料装置包括原料储存装置，所述原料储存装置通过管路与增压装置连接。
[0014]优选地，所述自动进料装置设置有流量计、调节阀以及电气仪表。
[0015]优选地，所述电气仪表包括气压表、液压表以及温度表。
[0016]优选地，所述原料储存装置包括原料储存罐。
[0017]优选地，所述增压装置包括增压泵。
[0018]所述自动进料装置通过与热解装置的温控系统、引风装置等设备连锁调控，依据热解装置内温度场和压力场的实时状况，来匹配最优的进料压力和流量，从而保证原料在热解装置内的实际分解温度和停留时间得到连续稳定的精准调控，使得制备的金属氧化物具有较高的振实密度，同时使得热解装置能连续稳定运行，实现远程操控无人值守。
[0019]优选地，所述原料储存装置的出口与载体压缩装置连接。
[0020]优选地，所述雾化装置的出口与热解装置的内腔底部连通。
[0021]所述雾化装置设置在热解装置的底部，原料雾化后克服重力由底部向顶部运动完成热解反应，配合自动进料装置的参数设置可以实现对物料停留时间的灵活有效调控。
[0022]优选地，所述雾化装置包括单流体雾化式、双流体雾化式、压力雾化式、超声雾化式或静电雾化式中的任意一种，优选为双流体雾化式。
[0023]优选地，所述雾化装置包括雾化器。
[0024]优选地，所述雾化装置的喷头直径为0.5
‑
2mm，例如可以是0.5mm、0.8mm、1mm、1.2mm、1.5mm、1.8mm或2mm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用，优选为0.8
‑
1mm。
[0025]优选地，所述雾化装置的喷头包括前端气液混合型双流体雾化喷头。
[0026]所述前端气液混合型双流体雾化喷头的结构简单且不易堵塞，并且雾化压力调节范围较宽，从而控制液滴粒径、尺寸分布、液滴数量以及液滴速度，有助于提高液滴的雾化效果。
[0027]优选地，所述雾化装置的喷射方向与热解装置的高度方向之间的夹角为20
‑
90
°
，
例如可以是20
°
、30
°
、40
°
、50
°
、60
°
、70
°
、80
°
或90
°
，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用，优选为30
‑
60
°
。
[0028]所述夹角既要保证物料均匀分散在整个热解装置的腔体内，又要防止喷射角度过大导致物料直接喷射至腔体内壁上造成有效反应物料的损失，因此本专利技术将夹角控制在合理范围内。
[0029]优选地，所述热解装置包括立式腔体，所述立式腔体的顶部设置有出料口。
[0030]优选地，所述立式腔体的内衬材本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种喷雾热解的装置系统，其特征在于，所述装置系统包括沿物料流向依次连接的热解反应单元、收尘单元以及烟气回收单元；所述热解反应单元包括沿物料流向依次连接的自动进料装置、载体压缩装置、雾化装置以及热解装置，所述热解装置的侧壁底部连接有燃烧装置。2.根据权利要求1所述的装置系统，其特征在于，所述自动进料装置包括原料储存装置，所述原料储存装置通过管路与增压装置连接；优选地，所述原料储存装置的出口与载体压缩装置连接；优选地，所述雾化装置的出口与热解装置的内腔底部连通；优选地，所述雾化装置包括单流体雾化式、双流体雾化式、压力雾化式、超声雾化式或静电雾化式中的任意一种，优选为双流体雾化式；优选地，所述雾化装置的喷头直径为0.5
‑
2mm，优选为0.8
‑
1mm；优选地，所述雾化装置的喷头包括前端气液混合型双流体雾化喷头；优选地，所述雾化装置的喷射方向与热解装置的高度方向之间的夹角为20
‑
90
°
，优选为30
‑
60
°
。3.根据权利要求1或2所述的装置系统，其特征在于，所述热解装置包括立式腔体，所述立式腔体的顶部设置有出料口；优选地，所述立式腔体的内衬材质包括耐热刚玉浇筑料；优选地，所述立式腔体的高度为2
‑
10m，优选为3
‑
6m；优选地，所述立式腔体的直径为0.1
‑
2m，优选为0.5
‑
1m；优选地，所述立式腔体的内部设置有温度与气压监测装置；优选地，所述温度与气压监测装置设置于所述立式腔体的底部、中部以及顶部；优选地，所述燃烧装置的出风口设置有温度与气压检测装置；优选地，沿立式腔体内部的物料流向，所述燃烧装置包括依次布置的第一燃烧炉与第二燃烧炉。4.根据权利要求3所述的装置系统，其特征在于，所述收尘单元包括沿物料流向依次连接的旋风收尘器与耐热布袋收尘器；优选地，所述旋风收尘器与立式腔体的出料口连接；优选地，所述旋风收尘器的种类包括长锥体式、圆筒体式、扩散式、旁通式中的任意一种，优选为扩散式；优选地，所述旋风收尘器的表面包覆有保温层；优选地，所述耐热布袋收尘器的内部设置有烧结金属网；优选地，所述烧结金属网的孔径为0.01
‑
1μm，优选为0.05
‑
0.5μm。5.根据权利要求4所述的装置系统，其特征在于，所述烟气回收单元包括吸收装置，所述吸收装置的顶部连接有引风装置，底部连接有换热装置；优选地，所述吸收装置与耐热布袋收尘器的出气口连接；优选地，所述吸收装置的内腔底部设置有螺旋雾化喷头；优选地，所述吸收装置的进气口材质包括耐热耐腐蚀砖体；优选地，所述吸收装置的内衬材质包括耐酸碱陶瓷填料。6.一种应用权利要求1
‑
5任一项所述装置系统合成金属氧化物的方法，其特征在于，所
述方法包括如下步骤：金属盐水溶液经进料、载气输送、雾化以及热解反应，得到金属氧化物与副产气体；所得金属氧化物与副产气体进行分离；其中，金属氧化物分级收集，副产气体回收处理。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述金属盐的浓度为10
‑
400g/L，优选为100

【专利技术属性】
技术研发人员：林晓，刘刚锋，王雪，
申请(专利权)人：苏州博萃循环科技有限公司，
类型：发明
国别省市：