专利名称：热解重镁水制取碱式碳酸镁的方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明属于碳酸镁生产技术领域，尤其涉及一种热解重镁水制取碱式碳酸镁的方法。
背景技术：
重镁水即碳酸氢镁的水溶液，碳酸氢镁在水中的溶解度分别为20°C时120g/(IOOg 水)、40°C 时 80g/ (IOOg 水)、80°C 时 20g/ (IOOg 水)，该数据是以 MgO 在饱和了 CO2 的水中的溶解度计。碳酸氢镁是不稳定的弱酸盐，碳酸氢镁在水中受热时发生分解反应即热解，反应过程吸收热量，主要反应式如下
5Mg (HCO3) 2 + nH20 = 4MgC03 · Mg (OH) 2 · 4H20 I + 6C02 i + nH20 — Q由反应式可知温度上升、降低液体内部及表面ニ氧化碳分压有利于反应向右进行。根据反应动力学可知ニ氧化碳分压是制约反应的主要因素，ニ氧化碳分压高则反应所需温度高，ニ氧化碳分压低则反应所需温度低。常规热解重镁水制取碳酸镁的生产方法分为ニ类，第一类方法是升高重镁水温度I)、蒸汽间壁加热重镁水，2)、蒸汽直接加热重镁水，3)、锅炉直接加热重镁水。第二类方法是降低液体表面ニ氧化碳分压1)、真空泵形成负压，2)、文丘里喷射器形成负压，3)、鼓风机提供正压空气吹入重镁水。第一类方法存在的弊端1)、热能利用率低，需要为热解专门设置锅炉，使用锅炉产生的蒸汽加热重镁水，或者使用锅炉直接加热重镁水，此方式中燃料燃烧时600°C以上的高温区及热辐射区的热能未有效利用，且蒸汽与重镁水的热交换过程热量损失较多，燃料消耗多。2)、重镁水在热解过程中生成的碱式碳酸镁沉淀以结晶方式从水中析出，在结晶析出、成长的同时因分解反应产生的碱式碳酸镁结晶过饱和度增加过快，容易在热解器或锅炉的表面形成结疤，堵塞热解器或锅炉，引起热解器或锅炉换热效率低、作业周期短(10 20天)，不能连续生产，系统不能长周期平稳运行。第二类方法存在的弊端是产生负压或正压的动力(电)消耗量大。常规方法普遍存在燃料消耗多、电耗高、热解器或锅炉易结疤、作业周期短(10 20天)，不能连续生产，系统不能长周期平稳运行的弊端。
发明内容
本发明的目的在于提供ー种低能耗、使用效果好的热解重镁水制取碱式碳酸镁的方法及其装置。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案
一种热解重镁水制取碱式碳酸镁的方法，其包括如下步骤
温度为20 — 60°C、质量浓度为3. 5 一 100g/L的碳酸氢镁水溶液与温度为40 — 90°C的饱和碱式碳酸镁溶液或含少量固体结晶的饱和碱式碳酸镁溶液按体积比1:0. 05 一 29(体积比优选1:1 一 2)混合后，进入温度为40 — 90°C的热解器中换热，停留时间为10 —240min，换热后的反应液经固液分离得到固体碱式碳酸镁结晶和滤液，固体碱式碳酸镁结晶经干燥后即得。碳酸氢镁水溶液与饱和碱式碳酸镁溶液或含少量固体结晶的饱和碱式碳酸镁溶液在混合器中混合，其中，两者采用下述方式混合吋，效果较好所述饱和碱式碳酸镁溶液或含少量固体结晶的饱和碱式碳酸镁溶液自混合器上部进入，经喷淋下降与自混合器下部进入的碳酸氢镁水溶液混合。具体的，所述温度为40 — 900C的饱和碱式碳酸镁溶液可以是来自固液分离产生的部分滤液。进入热解器内换热后的反应液可先经离心沉降得重相系和轻相系，再对重相系进行固液分离；所述温度为40 — 90°C的饱和碱式碳酸镁溶液可以是来自离心沉降产生的轻相系。所述温度为40 — 90°C含少量固体结晶的饱和碱式碳酸镁溶液可以是来自换热后 的部分反应液，其固体结晶含量为I. 8 一 50g/L，固体结晶为碱式碳酸镁。一种实现所述热解重镁水制取碱式碳酸镁的装置，该装置包括顺次连接的混合器、泵、热解器、固液分离器和干燥器。具体的，所述热解器为盘管式换热器、列管式换热器、板式换热器或釜式换热器或其组合；所述固液分离器为带式真空过滤机、转鼓真空过滤机、盘式过滤机、板框压滤机、离心机或沉降槽；所述干燥器为箱式干燥器、隧道式干燥器、气流干燥器、滚筒干燥器、流化床干燥器或回转干燥器。所述固液分离器可以与混合器相连通，用以使固液分离器分离所得的滤液可回流至混合器内。所述热解器经旋流器与固液分离器连接，该旋流器与混合器相连通，用以使旋流器离心沉降所得的轻相系能回流至混合器内。所述热解器与混合器相连通，用以使热解器内的部分反应液能回流至混合器内。此外，所述热解器与低位热能热媒发生装置相连接，所述低位热能热媒发生装置可以为碳酸镁干燥器、碳酸镁煅烧炉、锅炉、热水炉、热水器、熔盐炉、有机热载体炉、垃圾焚烧炉或三废混燃炉等；进出热解器内的低位热能热媒为热空气、蒸汽、热水、熔盐或导热油等热媒。低位热能热媒优选为固体碱式碳酸镁结晶干燥炉、碳酸镁煅烧炉排出的热空气。本发明中用到的混合器作用主要在于使饱和碱式碳酸镁溶液或含少量固体结晶的饱和碱式碳酸镁溶液自混合器上部进入，经喷淋下降与自混合器下部进入的碳酸氢镁水溶液混合，在喷淋下降过程中与空气接触，以便于降低饱和碱式碳酸镁溶液内部及表面的ニ氧化碳分压，其原因主要为喷淋时产生大量的球状小液滴，加大了与空气的接触面积，饱和碱式碳酸镁溶液中ニ氧化碳的浓度高于空气中ニ氧化碳的浓度，在浓度差压的推动下饱和碱式碳酸镁溶液中的ニ氧化碳向空气逸散，此项措施降低了热解液内部及表面的ニ氧化碳分压，同时减少了负压装置或正压鼓入空气装置带来的动カ消耗。混合器结构可采用本领域常规技术，能实现其作用即可，如可以分为上段体和下段储槽，两段之间设有空气入ロ ；上段体从上到下设有空气出口、风机、收水器、液体入口及喷淋组件，下段储槽设有排污口和出口等。本发明中，重镁水(即碳酸氢镁水溶液)与饱和碱式碳酸镁溶液混合，混合后可称为热解液，混合后的热解液经泵进入热解器内换热(热解液被加热)，加大了进入热解器的单位产品的体积当量。对热解液而言，两种溶液的混合加大体积当量，増大了碳酸氢镁分解产物ニ氧化碳的“容积”，降低了ニ氧化碳的“浓度”，进ー步降低了热解液内部的分解产物ニ氧化碳的分压，能够促进碳酸氢镁分解反应向右进行。生成等量固体碱式碳酸镁结晶的热解液的体积与常规生成等量固体碱式碳酸镁结晶的热解液的体积比为I. 05 30 :1。优选的生成等量固体碱式碳酸镁结晶的热解液的体积与常规生成等量固体碱式碳酸镁结晶的热解液的体积比为2 3: I。此外，对热解液而言，混合加大体积当量，増大了热解器内热解液的流速，提高了液体的雷诺数，促进了热量交換，进ー步提高了热解器的换热效率。混合加大体积当量，増大了分解产物碱式碳酸镁的“容积”，降低了分解产物碱式碳酸镁的“浓度”，降低了热解液中碱式碳酸镁的过饱和度，从而降低了热解器的结疤速率，使热解器不易结疤，延长了热解 器的作业周期，能够长周期平稳运行。此外，因分解产物碱式碳酸镁过饱和度的减小，降低了热解器的结疤速率，使热解器不易结疤，同时降低了传热的热阻，提高了热解器的换热效率。本发明中，通过降低热解液内部及表面的ニ氧化碳分压，使得碳酸氢镁的分解反应在较低温度下顺利向右进行，減少了高温热量的需求，低位热能热媒提供的热量能够满足需要，故利用低位热能热媒(废热)成为可能，与其它低位热能热媒(废热)产生装置联合生产，实现节能降耗的目的，減少燃料消耗。与现有技术相比较，本发明具有以下优点
本发明通过加大生成等量固体碱式碳酸镁结晶的热解液的体积及优选饱和碱式碳酸镁溶液喷淋与空气接触降低饱和碱式碳酸镁溶液内部及表面的ニ氧化碳分压，使得热解器在使用低位热能热媒(废热)、不使用能耗较高的负压或正压装置、降低热解器的结疤速率的情况下能够正常进行碳酸氢镁的分解反应，热解所需的反应温度由传统的95 105°C降低到40 90°C，有效利用了废热，燃料消耗少，热能利用率高，电耗低，热解器不结疤、不堵塞，热解器能够长周期平稳运行，作业周期长达90天以上，エ艺简単，投资少，运行费用低，节能效果明显。据测算，本发明较传统热解方法或装置节能38%以上。
图I为本发明所述热解重镁水制取碱式碳酸镁的エ艺流程示意 图2为本发明实施例I所述热解重镁水制取碱式碳酸镁的流程装置示意图；图中，I为混合器，2为泵，3为热解器，4为固液分离器，5为干燥器，6为低位热能热媒发生装置，7为旋流器，下同；
图3为本发明实施例2所述热解重镁水制取碱式碳酸镁的流程装置示意 图4为本发明实施例3所述热解重镁水制取碱式碳酸镁的流程装置示意图。
具体实施例方式以下以具体实施例来说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围不限于此。实施例I
一种热解重镁水制取碱式碳酸镁的方法(如图I所示)，其包括如下步骤温度为20°C、质量浓度为100g/L碳酸氢镁水溶液与温度为40°C的饱和碱式碳酸镁溶液按体积比I :29 (碳酸氢镁水溶液流量2m3/h，饱和碱式碳酸镁溶液流量58m3/h)混合后，进入温度为40°C的热解器中换热，停留时间为240min，换热后的反应液先经离心沉降得重相系和轻相系，再对重相系进行固液分离，固液分离得到固体碱式碳酸镁結晶，固体碱式碳酸镁结晶于180°C干燥3h即得(110. 6kg/h);所述温度为40°C的饱和碱式碳酸镁溶液来自离心沉降产生的轻相系。实现所述热解重镁水制取碱式碳酸镁的装置(如图2所示)，该装置包括顺次连接的混合器I、泵2、热解器3、旋流器 7、固液分离器4和干燥器5，其中，所述旋流器7还与混合器I相连通，所述热解器3与低位热能热媒发生装置6相连接。所述热解器3为列管式换热器；所述固液分离器4为带式真空过滤机；所述干燥器5为箱式干燥器。所述低位热能热媒发生装置6为碳酸镁箱式干燥器，进出热解器内的低位热能热媒为碳酸镁箱式干燥器排出的热空气。本实施例中生成等量固体碱式碳酸镁结晶的热解液的流量为60m3/h，常规生成等量固体碱式碳酸镁结晶的热解液的流量为2m3/h。本实施例中生成等量固体碱式碳酸镁结晶的热解液的体积与常规生成等量固体碱式碳酸镁结晶的热解液的体积比为30 :1。作业周期96天时打开检查，换热管内壁光滑，无结疤现象。实施例2
一种热解重镁水制取碱式碳酸镁的方法，其包括如下步骤
温度为30°C、质量浓度为12g/L碳酸氢镁水溶液与温度为90°C的饱和碱式碳酸镁溶液按体积比I :2(碳酸氢镁水溶液流量20m3/h，饱和碱式碳酸镁溶液流量40m3/h)混合后，进入温度为90°C的热解器中换热，停留时间为lOmin，换热后的反应液经固液分离得到固体碱式碳酸镁结晶和滤液，滤液一部分回流与碳酸氢镁水溶液混合，另一部分送后处理工序，所得固体碱式碳酸镁结晶于200°C干燥2. 5h即得(132. 7kg/h)。也就是说，所述温度为90°C的饱和碱式碳酸镁溶液来自固液分离产生的部分滤液。实现所述热解重镁水制取碱式碳酸镁的装置(如图3所示)，该装置包括顺次连接的混合器I、泵2、热解器3、固液分离器4和干燥器5，其中，所述固液分离器4还与混合器I相连通，所述热解器3与低位热能热媒发生装置6相连接。所述热解器3为盘管式换热器；所述固液分离器4为离心机；所述干燥器5为滚筒干燥器。所述低位热能热媒发生装置6为碳酸镁煅烧炉，进出热解器内的低位热能热媒为碳酸镁煅烧炉排出的热空气。本实施例中生成等量固体碱式碳酸镁结晶的热解液的流量为60m3/h，常规生成等量固体碱式碳酸镁结晶的热解液的流量为20m3/h。本实施例中生成等量固体碱式碳酸镁结晶的热解液的体积与常规生成等量固体碱式碳酸镁结晶的热解液的体积比为3 :1。作业周期126天时打开检查，热解器上部换热管内壁光滑，无结疤现象，下部换热管局部有松软白色结晶，分析认为是液体未排净的蒸发残留，热解器运行正常。实施例3
一种热解重镁水制取碱式碳酸镁的方法，其包括如下步骤
温度为60°C、质量浓度为20g/L碳酸氢镁水溶液与温度为70°C含少量固体结晶的饱和碱式碳酸镁溶液按体积比I :0.05 (碳酸氢镁水溶液流量10m3/h，饱和碱式碳酸镁溶液流量
O.5m3/h)混合后，进入温度为70°C的热解器中换热，停留时间为40min，换热后的反应液ー部分回流与碳酸氢镁水溶液混合，另一部分经固液分离得到固体碱式碳酸镁结晶，固体碱式碳酸镁结晶于220°C干燥2h即得(110. 6kg/h)。也就是说，所述温度为70°C含少量固体结晶的饱和碱式碳酸镁溶液来自换热后的部分反应液，其固体结晶含量为10. 5g/L。实现所述热解重镁水制取碱式碳酸镁的装置(如图4所示)，该装置包括顺次连接的混合器I、泵2、热解器3、固液分离器4和干燥器5，其中，所述热解器3与混合器I相连通，所述热解器3与低位热能热媒发生装置6相连接。所述热解器3为板式换热器；所述固液分离器4为转鼓真空过滤机；所述干燥器5为回转干燥器。所述低位热能热媒发生装置6为热水炉，进出热解器内的低位热能热媒为热水炉排出的热水。本实施例中生成等量固体碱式碳酸镁结晶的热解液的流量为10. 5m3/h，常规生成等量固体碱式碳酸镁结晶的热解液的流量为10m3/h。本实施例中生成等量固体碱式碳酸镁结晶的热解液的体积与常规生成等量固体碱式碳酸镁结晶的热解液的体积比为1.05 :1。 作业周期100天时打开检查，换热管内壁光滑，无结疤现象。实施例4
一种热解重镁水制取碱式碳酸镁的方法，其包括如下步骤
温度为44°C、质量浓度为66g/L碳酸氢镁水溶液与温度为60°C的饱和碱式碳酸镁溶液按体积比I :8 (碳酸氢镁水溶液流量3m3/h，饱和碱式碳酸镁溶液流量24m3/h)混合后，进入温度为60°C的热解器中换热，停留时间为180min，换热后的反应液先经离心沉降得重相系和轻相系，再对重相系进行固液分离，固液分离得到固体碱式碳酸镁结晶，固体碱式碳酸镁结晶于210°C干燥2. 3h即得(109. 5kg/h);所述温度为60°C的饱和碱式碳酸镁溶液来自离心沉降产生的轻相系。装置同实施例I。本实施例中生成等量固体碱式碳酸镁结晶的热解液的流量为27m3/h，常规生成等量固体碱式碳酸镁结晶的热解液的流量为3m3/h。本实施例中生成等量固体碱式碳酸镁结晶的热解液的体积与常规生成等量固体碱式碳酸镁结晶的热解液的体积比为9 :1。作业周期92天时打开检查，换热管内壁光滑，无结疤现象。实施例5
一种热解重镁水制取碱式碳酸镁的方法，其包括如下步骤
温度为55°C、质量浓度为3. 5g/L碳酸氢镁水溶液与温度为65°C的饱和碱式碳酸镁溶液按体积比I :1(碳酸氢镁水溶液流量30m3/h，饱和碱式碳酸镁溶液流量30m3/h)混合后，进入温度为65°C的热解器中换热，停留时间为80min，换热后的反应液经固液分离得到固体碱式碳酸镁结晶和滤液，滤液一部分回流与碳酸氢镁水溶液混合，另一部分送后处理工序，所得固体碱式碳酸镁结晶于160°C干燥3. 5h即得(58. lkg/h)。也就是说，所述温度为65°C的饱和碱式碳酸镁溶液来自固液分离产生的部分滤液。装置同实施例2。本实施例中生成等量固体碱式碳酸镁结晶的热解液的流量为60m3/h，常规生成等量固体碱式碳酸镁结晶的热解液的流量为30m3/h。本实施例中生成等量固体碱式碳酸镁结晶的热解液的体积与常规生成等量固体碱式碳酸镁结晶的热解液的体积比为2 :1。作业周期106天时打开检查，换热管内壁光滑，无结疤现象。实施例6一种热解重镁水制取碱式碳酸镁的方法，其包括如下步骤
温度为25°C、质量浓度为95g/L碳酸氢镁水溶液与温度为85°C含少量固体结晶的饱和碱式碳酸镁溶液按体积比I :15 (碳酸氢镁水溶液流量2. 5m3/h，饱和碱式碳酸镁溶液流量37. 5m3/h)混合后，进入温度为85°C的热解器中换热，停留时间为20min，换热后的反应液ー部分回流与碳酸氢镁水溶液混合，另一部分经固液分离得到固体碱式碳酸镁结晶，固体碱式碳酸镁结晶于190°C干燥2. 8h即得(131. 4kg/h)。也就是说，所述温度为85°C含少量固体结晶的饱和碱式碳酸镁溶液来自换热后的部分反应液，其固体结晶含量为50g/L。装置同实施例3。本实施例中生成等量固体碱式碳酸镁结晶的热解液的流量为40m3/h，常规生成等 量固体碱式碳酸镁结晶的热解液的流量为2. 5m3/h。本实施例中生成等量固体碱式碳酸镁结晶的热解液的体积与常规生成等量固体碱式碳酸镁结晶的热解液的体积比为16:1。作业周期110天时打开检查，换热管内壁光滑，无结疤现象。实施例7
一种热解重镁水制取碱式碳酸镁的方法，其包括如下步骤
温度为35°C、质量浓度为40g/L碳酸氢镁水溶液与温度为50°C含少量固体结晶的饱和碱式碳酸镁溶液按体积比I :20 (碳酸氢镁水溶液流量2. 5m3/h，饱和碱式碳酸镁溶液流量50m3/h)混合后，进入温度为50°C的热解器中换热，停留时间为150min，换热后的反应液ー部分回流与碳酸氢镁水溶液混合，另一部分经固液分离得到固体碱式碳酸镁结晶，固体碱式碳酸镁结晶于170°C干燥3. 2h即得(55. 3kg/h)。也就是说，所述温度为50°C含少量固体结晶的饱和碱式碳酸镁溶液来自换热后的部分反应液，其固体结晶含量为21. 6g/L。装置同实施例3。本实施例中生成等量固体碱式碳酸镁结晶的热解液的流量为52. 5m3/h，常规生成等量固体碱式碳酸镁结晶的热解液的流量为2. 5m3/h。本实施例中生成等量固体碱式碳酸镁结晶的热解液的体积与常规生成等量固体碱式碳酸镁结晶的热解液的体积比为21 :1。作业周期118天时打开检查，换热管内壁光滑，无结疤现象。上述各实施例是对本发明的进ー步解释说明，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明所作的改变均应为等效的置換方式，都包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种热解重镁水制取碱式碳酸镁的方法，其特征在于，包括如下步骤 温度为20 - 60°C、质量浓度为3. 5 - 100g/L的碳酸氢镁水溶液与温度为40 — 90°C的饱和碱式碳酸镁溶液或含少量固体结晶的饱和碱式碳酸镁溶液按体积比1:0. 05 — 29混合后，进入温度为40 — 90°C的热解器中换热,停留时间为10 — 240min,换热后的反应液经固液分离得到固体碱式碳酸镁结晶。
2.如权利要求I所述热解重镁水制取碱式碳酸镁的方法，其特征在于，碳酸氢镁水溶液与饱和碱式碳酸镁溶液或含少量固体结晶的饱和碱式碳酸镁溶液在混合器中混合，所述饱和碱式碳酸镁溶液或含少量固体结晶的饱和碱式碳酸镁溶液自混合器上部进入，经喷淋下降与自混合器下部进入的碳酸氢镁水溶液混合。
3.如权利要求I所述热解重镁水制取碱式碳酸镁的方法，其特征在于，所述温度为40 - 90°C的饱和碱式碳酸镁溶液来自固液分离产生的部分滤液。
4.如权利要求I所述热解重镁水制取碱式碳酸镁的方法，其特征在于，换热后的反应液先经离心沉降得重相系和轻相系，对重相系进行固液分离；所述温度为40 - 90°C的饱和碱式碳酸镁溶液来自离心沉降产生的轻相系。
5.如权利要求I所述热解重镁水制取碱式碳酸镁的方法，其特征在于，所述温度为40 - 90°C含少量固体结晶的饱和碱式碳酸镁溶液来自换热后的部分反应液，其固体结晶含量为 I. 8 — 50g/L。
6.一种实现权利要求I所述热解重镁水制取碱式碳酸镁的装置，其特征在于，该装置包括顺次连接的混合器、泵、热解器、固液分离器和干燥器。
7.如权利要求6所述热解重镁水制取碱式碳酸镁的装置，其特征在于，所述热解器为盘管式换热器、列管式换热器、板式换热器或釜式换热器或其组合；所述固液分离器为带式真空过滤机、转鼓真空过滤机、盘式过滤机、板框压滤机、离心机或沉降槽；所述干燥器为箱式干燥器、隧道式干燥器、气流干燥器、滚筒干燥器、流化床干燥器或回转干燥器。
8.如权利要求7所述热解重镁水制取碱式碳酸镁的装置，其特征在于，所述固液分离器与混合器相连通。
9.如权利要求7所述热解重镁水制取碱式碳酸镁的装置，其特征在于，所述热解器经旋流器与固液分离器连接，该旋流器与混合器相连通。
10.如权利要求7所述热解重镁水制取碱式碳酸镁的装置，其特征在于，所述热解器与混合器相连通。
全文摘要
本发明涉及一种热解重镁水制取碱式碳酸镁的方法，其包括如下步骤温度为20－60℃、质量浓度为3.5－100g/L的碳酸氢镁水溶液与温度为40－90℃的饱和碱式碳酸镁溶液或含少量固体结晶的饱和碱式碳酸镁溶液按体积比10.05－29混合后，进入温度为40－90℃的热解器中换热，停留时间为10－240min，换热后的反应液经固液分离得到固体碱式碳酸镁结晶和滤液，固体碱式碳酸镁结晶经干燥后即得。该方法可以避免现有方法中存在的燃料消耗多、电耗高、热解器或锅炉易结疤、作业周期短、不能长周期平稳运行等弊端。
文档编号C01F5/24GK102659147SQ20121014788
公开日2012年9月12日 申请日期2012年5月14日 优先权日2012年5月14日
发明者丁丽芳 申请人:丁丽芳