具有分段结晶和余热高效利用的镁还原反应器的制作方法

本实用新型属于镁冶炼技术领域，特别是涉及一种具有分段结晶和余热高效利用的镁还原反应器。

背景技术：

传统的硅热法镁冶炼工艺过程中，一般在结晶筒的结晶段设置水套，镁蒸汽在结晶段的内壁凝成结晶镁。在镁还原原料内，同时存在着除镁以外的铁、镍、铜、钾、纳等各种金属杂质，这些影响镁纯度的金属杂质在还原反应过程中与镁一并被还原出来凝在结晶段的内壁上；传统的处理方法是对含有金属杂质的结晶镁进行重熔、精炼，去除结晶镁中的金属杂质，并再次结晶，使镁达到商品镁的质量标准，该二次提纯及结晶会添加一些精炼熔剂，会增加生产成本，同时也造成资环境污染。

另一方面，硅热法镁冶炼工艺的还原工序中，热还原产出的镁蒸气温度很高，一般在600~1200℃的范围内，而镁蒸气在10Pa压力时的结晶温度为500℃左右，因此，镁蒸气结晶会产生大量的显热和潜热。现有常用的冷却技术手段主要是在结晶筒的镁结晶筒设置水套，将40~50℃的冷却水注入水套吸收镁蒸气结晶余热，冷却水升温到60~70℃后再通过冷却塔蒸发散热降温到40~50℃后，冷却水循环利用。目前这种方式须配置冷却塔等设施对循环水进行降温，占地面积较大、运行成本高，而且镁结晶余热利用效率低造成热量的浪费和水资源的浪费。

技术实现要素：

本实用新型目的在于提供一种具有分段结晶和余热高效利用的镁还原反应器；

本实用新型为达到上述目的所采取的技术方案是：

具有分段结晶和余热高效利用的镁还原反应器，包括竖罐，在竖罐顶部同轴安装有结晶筒，沿周向环绕结晶筒同轴设有密闭承压水套，所述密闭承压水套的内径大于结晶筒的外径，所述密闭承压水套自上而下由蒸汽段和容水段组成，所述蒸汽段和容水段相连通，在蒸汽段的上端设有第一出汽管，在第一出汽管上安装有电磁气阀，在容水段的上端设有第一进水管，在第一进水管上安装有电磁水阀；所述结晶筒自上而下由上结晶筒和下结晶筒组成，所述上结晶筒和下结晶筒相连通，所述上结晶筒的高度大于下结晶筒的高度，上结晶筒与密闭承压水套之间的热辐射面积大于下结晶筒与密闭承压水套之间的热辐射面积。

优选的，所述上结晶筒和下结晶筒为可拆卸固定连接。

优选的，在上结晶筒和下结晶筒连接处设有隔热垫圈。

优选的，所述密闭承压水套的位置与上结晶筒的位置相对应，密闭承压水套的高度与上结晶筒的高度相对应；沿周向环绕下结晶筒同轴设有副密闭承压水套，所述副密闭承压水套的位置与下结晶筒的位置相对应，副密闭承压水套的高度与下结晶筒的高度相对应，在副密闭承压水套的底端设有第二进水管，在副密闭承压水套的顶端设有出水管。

本实用新型所具有的有益效果为：通过上结晶筒和下结晶筒的设置，以及上结晶筒和下结晶筒与密闭承压水套之间不同热辐射面积的设置，实现了上结晶筒和下结晶筒内不同的结晶温度从而将铁、镍、铜、钾、纳等各种金属杂质与镁分别结晶出来，大大提高了镁的纯度，解决了原来二次提纯会增加生产成本，同时也造成资环境污染的问题。

进一步，在密闭承压水套增设副密闭承压水套，从而可以单独通过控制上冷却水套和下冷却水套内冷却水的温度和流量分别更有针对性地控制上结晶筒和下结晶筒内的温度，进一步提高了结晶镁的纯度。

通过密闭承压水套的设置并通过电磁气阀、电磁水阀的配合作用，达到了冷却水-水蒸气的冷却效果，实现了镁结晶余热的有效利用，提高了能源的利用效率；同时省去了原来冷却塔等设施，降低了建造、运行成本，节约了水资源。

附图说明

图1为实施例1中本实用新型的结构示意图；

图2为实施例2中本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进一步描述。

实施例1：如图1所示，本实用新型包括竖罐1，在竖罐1顶部同轴安装有结晶筒，沿周向环绕结晶筒同轴设有密闭承压水套，所述密闭承压水套的内径大于结晶筒的外径，所述密闭承压水套自上而下由蒸汽段6和容水段5组成，所述蒸汽段6和容水段5相连通，在蒸汽段6的上端设有第一出汽管8，在第一出汽管8上安装有电磁气阀（图中未示出），在容水段5的上端设有第一进水管9，在第一进水管9上安装有电磁水阀（图中未示出）；所述结晶筒自上而下由上结晶筒4和下结晶筒3组成，所述上结晶筒4和下结晶筒3相连通，上结晶筒4和下结晶筒3为可拆卸固定连接，同时还可以在上结晶筒4和下结晶筒3连接处设有隔热垫圈以较少两者之间温度的传递，所述上结晶筒4的高度大于下结晶筒3的高度，上结晶筒4与密闭承压水套之间的热辐射面积大于下结晶筒3与密闭承压水套之间的热辐射面积。

本实用新型在使用时，竖罐1内球状原料2还原产出的镁蒸汽上升首先进入下结晶筒3内，由于下结晶筒3与密闭承压水套之间的热辐射面积较小，下结晶筒3内温度较高从而在下结晶筒3内首先结晶出结晶温度比镁高的铁、镍、铜、钾、纳等各种金属杂质10；由于上结晶筒4与密闭承压水套之间的热辐射面积较大，在上结晶筒4内的温度较低，从而在上结晶筒4内壁凝成结晶镁7。结晶结束后，分别取下上结晶筒4和下结晶筒3，并对对结晶出的镁7和其它金属杂质10分别处理，从而大大提高了镁的纯度。通过调整上结晶筒4与密闭承压水套之间的热辐射面积、下结晶筒3与密闭承压水套之间的热辐射面积、冷却水的温度和流量，控制上结晶筒4内的温度在300℃~600℃范围内，下结晶筒3内的温度在600℃~1000℃范围内，以达到在上结晶筒4内壁结晶出镁7，在下结晶筒3内壁结晶出铁、镍、铜、钾、纳等各种金属杂质10的目的。

与此同时，竖罐1内球状原料2还原产出的镁蒸汽上升到上结晶筒4遇冷后在上结晶筒4内壁凝成结晶镁7，并放出大量的余热，余热主要以热辐射的形式被容水段5内的冷却水吸收，冷却水吸收大量余热后汽化成水蒸汽，最后由第一出汽管8排出而充分利用。通过电磁水阀的开度来控制容水段5内的水位，以保证足够的冷却水吸收余热，同时通过合理设置出汽管8的直径和电磁气阀的开度来控制出汽管8输出蒸汽的压力在0.1MPa以上，温度在100℃以上，是一种冷却水-水蒸气的利用方式。

实施例2: 如图2所示，与实施例1对比区别在于，所述密闭承压水套的位置与上结晶筒4的位置相对应，密闭承压水套的高度与上结晶筒4的高度相对应；沿周向环绕下结晶筒3同轴设有副密闭承压水套13，所述副密闭承压水套13的位置与下结晶筒3的位置相对应，副密闭承压水套13的高度与下结晶筒3的高度相对应，在副密闭承压水套13的底端设有第二进水管12，在副密闭承压水套13的顶端设有出水管11。

这样就可以单独通过控制密闭承压水套和副密闭承压水套13内冷却水的温度和流量分别更有针对性地控制上结晶筒4和下结晶筒3内的温度，进一步提高了结晶镁7的纯度。

对本实施例中的结晶筒自上而下由上结晶筒4和下结晶筒3还是由上结晶筒、中下结晶筒和下结晶筒更多段的结晶筒组成均属于本实用新型的保护范围；同时，在上结晶筒、中下结晶筒和下结晶筒圆周分别设置对应的多个密闭承压水套也属于本实用新型的保护范围。

如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，如没有另外声明，上述词语并没有特殊的含义。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。