一种由金属制备硝酸盐溶液的装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种由金属制备硝酸盐溶液的装置，其特征在于，包括釜盖、釜体、折流挡板、冷却器、鼓风电机、鼓风叶片、风道、气体分配器、水洗罐；釜盖与釜体密闭连接，釜盖上安装排料管、氧气进气管、硝酸加料管、金属加料管、尾气排放管；釜盖上设有热偶管、压力表管，分别与热偶、压力表连接；折流挡板、冷却器安装在所述釜体内，处于液相界面下；所述鼓风电机安装在釜盖上，鼓风叶片伸入风道始端，处于液相界面上方，风道延伸至液相界面下方，风道末端连接气体分配器，气体分配器安装在釜体内下部，处于金属块正上方；所述金属加料管从所述釜盖一直延伸至所述釜体内下部。
【专利说明】一种由金属制备硝酸盐溶液的装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及材料制备领域，特别是涉及一种由金属制备硝酸盐溶液的装置。
【背景技术】
[0002]化学工程领域尤其是催化剂制备领域经常需要高纯度硝酸盐或硝酸盐溶液。硝酸盐可以以金属氧化物或碳酸盐为原料，与硝酸反应制备。但高纯度氧化物或碳酸盐的价格往往高于金属。高纯度金属往往比较易得，利用硝酸与金属反应可以方便制备高纯度硝酸盐溶液。但常规由金属制备硝酸盐溶液制备装置产生大量的氮氧化物，环境排放标准要求氮氧化物排放浓度控制在240！^加3以下，因此需额外附属装置进行治理，例如尿素吸收装置、碱吸收装置等，流程复杂或产生二次废料，费用较高。不产生废气污染，简单可行的硝酸盐溶液的装置具有应用市场。
[0003]因此，常规氮氧化物治理技术使用的吸收技术，已经无法满足目前环保标准，需要提出新的制备硝酸盐溶液的技术。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的在于提供一种由金属制备硝酸盐溶液的装置，用于使硝酸盐溶液制备过程中产生的氮氧化物转化为硝酸，尾气通过水洗除去含硝酸气体即可满足环保排放要求，洗水用于下一批次制备使用，无废水排放，无需氮氧化物再处理。
[0005]为了实现上述目的，本实用新型提供一种由金属制备硝酸盐溶液的装置，其特征在于，包括釜盖、釜体、折流挡板、冷却器、鼓风电机、鼓风叶片、风道、气体分配器、水洗罐；
[0006]所述釜盖与所述釜体密闭连接，所述釜盖上安装排料管、氧气进气管、硝酸加料管、金属加料管、尾气排放管；
[0007]所述釜盖上设有热偶管、压力表管，分别与热偶、压力表连接；
[0008]所述折流挡板、所述冷却器安装在所述釜体内，处于液相界面下；
[0009]所述鼓风电机安装在所述釜盖上，所述鼓风叶片伸入风道始端，处于液相界面上方，风道延伸至液相界面下方，风道末端连接所述气体分配器，所述气体分配器安装在所述釜体内下部，处于金属块正上方；
[0010]所述金属加料管从所述釜盖一直延伸至所述釜体内下部；
[0011]所述水洗罐通过所述尾气排放管与所述釜盖连接，所述水洗罐顶设有放空管。
[0012]所述的由金属制备硝酸盐溶液的装置，其中，所述气体分配器设置于距离金属块
100-200麵处。
[0013]所述的由金属制备硝酸盐溶液的装置，其中，所述气体分配器上开有小孔，孔眼朝向所述釜体的底部中心方向。
[0014]所述的由金属制备硝酸盐溶液的装置，其中，所述尾气排放管设有截止阀，在反应过程中该截止阀处于关闭状态。
[0015]所述的由金属制备硝酸盐溶液的装置，其中，所述鼓风叶片为增压式鼓风机叶片。
[0016]所述的由金属制备硝酸盐溶液的装置，其中，所述排料管的管径为1英寸。
[0017]所述的由金属制备硝酸盐溶液的装置，其中，所述氧气进料管的管径为1.5-2英寸。
[0018]所述的由金属制备硝酸盐溶液的装置，其中，所述金属加料管的管径大于200臟。
[0019]所述的由金属制备硝酸盐溶液的装置，其中，所述金属块集中堆于到所述釜体的下方的中心区。
[0020]所述的由金属制备硝酸盐溶液的装置，其中，所述金属块为铁、锌、铜或镍。
[0021]本实用新型提供了一种由金属制备硝酸盐溶液的装置，使硝酸盐溶液制备过程中产生的氮氧化物转化为硝酸，尾气通过水洗除去含硝酸气体即可满足环保排放要求，洗水用于下一批次制备使用，实现了硝酸金属绿色制备，无废水排放，无需氮氧化物再处理，节约氮氧化物治理费用。
[0022]本实用新型提供的由金属制备硝酸盐溶液的装置，不产生废气污染，简单可行的硝酸盐溶液的装置具有应用市场。
[0023]本实用新型提供的由金属制备硝酸盐溶液的装置，反应无需高温高压，设备简单，投资小，容易实现工业化生产，具有很好的应用前景，能够广泛应用于硝酸盐溶液制备【技术领域】。解决了溶铁过程氮氧化物排放问题，降低了氮氧化物治理费用。且适用金属包括铁、锌、铜、镍等。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1是本实用新型的由金属制备硝酸盐溶液的装置结构示意图。
[0025]其中，附图标记；
[0026]1、釜盖
[0027]2、釜体
[0028]3、折流挡板
[0029]4、冷却器
[0030]5、排料口
[0031]6、氧气进气管
[0032]7、硝酸加料管
[0033]8、金属加料管
[0034]9、鼓风电机
[0035]10、鼓风叶片
[0036]11、风道
[0037]12、气体分配器
[0038]13、尾气排放管
[0039]14、水洗罐
[0040]15、热偶管
[0041]16、压力表管
[0042]17、放空管。
【具体实施方式】
[0043]以下结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细描述，但不作为对本实用新型的限定。
[0044]本实用新型提供了一种由金属制备硝酸盐溶液的装置，使硝酸盐溶液制备过程中产生的氮氧化物转化为硝酸，尾气通过水洗除去含硝酸气体即可满足环保排放要求，洗水用于下一批次制备使用，无废水排放，无需氮氧化物再处理。
[0045]如图1所示，是本实用新型的由金属制备硝酸盐溶液的装置结构示意图。该图描述了由金属制备硝酸盐溶液的装置结构图。
[0046]在图1中，设置有如下部件:
[0047]藎盖1，藎体2，折流挡板3，冷却器4，排料管5，氧气进气管6，硝酸加料管7，金属加料管8，鼓风电机9，鼓风叶片10，风道11，气体分配器12，尾气排放管13，水洗罐14，热偶管15，压力表管16，放空管17。
[0048]由金属制备硝酸盐溶液的装置包括釜盖1、釜体2、折流挡板3、冷却器4、鼓风电机9、鼓风叶片10、风道11、气体分配器12、水洗罐14。
[0049]反应开始前，将釜盖1与釜体2密闭连接，釜盖1上安装排料管5、氧气进气管6、硝酸加料管7、金属加料管8、鼓风电机9、尾气排放管13，水洗罐14通过尾气排放管13与釜盖1连接，水洗罐14顶设有放空管17。
[0050]釜盖1上还设有热偶管15、压力表管16，分别与热偶、压力表连接。
[0051]折流挡板3、冷却器4安装在釜体2内，处于液相界面下。
[0052]鼓风电机9安装在釜盖1上，鼓风叶片10伸入风道11始端，处于液相界面上方，风道11延伸至液相界面下方，风道11的末端连接气体分配器12，气体分配器12安装在釜体2内下部，处于原料金属块或金属肩正上方。
[0053]金属加料管8从釜盖1 一直延伸至釜体2内下部。
[0054]下面结合图1对本发明的由金属制备硝酸盐溶液的装置制备过程进行描述如下:
[0055]在反应开始前，将釜盖1与釜体2密封好，将一定物料经由金属加料管8加入反应釜底部的气体分配器12下方，密封好金属加料管8的开口，再打开氧气进气管6的阀门，向釜内充入氧气直至压力表管16所连接的压力表显示达到0.51即左右，停止充入氧气，打开尾气排放管13的阀门，将釜内压力排至常压，如此循环三次完成釜内氧气置换，关闭尾气排放管13的阀门，打开硝酸进料管7的阀门，向釜内加入一定量硝酸溶液，加入完毕后关闭硝酸进料管7的阀门，打开鼓风电机9和氧气进气管6的阀门，以及冷却器4的冷却水阀门，鼓风电机9带动鼓风叶片10将釜上部的氧气经由风道11吹至气体分配器12，由气体分配器12将氧气与金属表面生成的氮氧化物混合，混合气体经折流挡板3限定流动方向，曲折上升，并逐步溶解于液相，经热偶管15的热偶检测，温度降至50摄氏度以下可视为反应结束，此时关闭所有阀门，将排料管5的阀门打开，依靠釜内压力将釜内溶液排至釜外，再打开尾气排放管13的阀门将釜内气体排至水洗罐14，经水吸收后的气体再经由放空管17排至大气。
[0056]鼓风电机9与鼓风叶片10将气相混合物经风道直接吹至金属物料上方，实现釜内气体循环，利于一氧化氮转化成二氧化氮。
[0057]冷却器4与折流挡板3可有效控制反应温度，增加反应气体在液相的停留时间。一氧化氮与氧气的反应是快速的强放热反应，单独在气相反应，取热困难，会造成反应体系迅速升温。本发明通过内循环方式，保证氧气量远多于硝酸与金属产生的一氧化氮量，控制反应气温；通过循环的方法，使反应釜上方的气相进入气液两相区，利用设置于气液两相区的冷却器4取走热量。冷却器4处理气液两相区，是因为此处传热效率高。气液混合区的平均温度小于液体的沸点，即使强烈反应造成局部温度过高，但液体的挥发会迅速吸收反应热，使系统温度得到控制。为了延长气体反应时间，避免气流短路，设置折流挡板3。
[0058]气体分配器12利于混合氧气与氮氧化物，加速了一氧化氮转化反应进行。金属块经加料管7加入并集中堆于到反应釜的下方的中心区域。按照最大处理量，气体分配器7应设置距离金属块100-200！^左右，气体分配器7上开有小孔，孔眼朝向釜底中心方向。金属块与硝酸反应，生成一氧化氮，气体自热上升，与气体分配器7的小孔喷出的氧气混合，将一氧化氮反应生成二氧化氮，进而溶于水转化为硝酸。通过内循环氧气量远大于生成的一氧化氮量，气体起到反应釜下部的混合作用。
[0059]热偶管15探到气液两相区，测量的是反应平均温度。压力表管16处于气相区，测量的是气相压力。一氧化氮消耗氧气，会造成系统压力降低。在体系温度平稳的情况下，压力降低反映提供的氧气量不够。工程实现中，通过压力控制实现氧气流量供应控制。
[0060]排料管5用于反应完成后从釜内排出液体硝酸盐物料。排料管5的粗细影响排料速率，间歇操作不会影响操作质量。管径为1英寸的管线可以满足大多情况的要求。
[0061]氧气进料管6用于补充反应过程所消耗的氧气，根据氧气源远近及氧气源压力计算而来，管径为1.5-2英寸的管线可以满足大多情况的要求。
[0062]硝酸加料管7用于反应初期及反应过程中加入硝酸。由于硝酸和金属一旦接触，反应自发进行，反应速率与硝酸根和氢离子浓度有关，制备高浓度硝酸盐溶液时，需要分批次加入硝酸。
[0063]金属加料管8用于在反应初期加入金属块。由于硝酸与金属反应与金属块的总表面积成比例，金属块最好为厚度3皿左右的金属板制备，尺寸为5*5左右。因此金属加料管的管径尺寸要大些，200！11111以上。
[0064]通过鼓风电机9循环的氧气起到以下主要作用:提供将一氧化氮氧化所需的氧气；确保循环氧气与产生一氧化氮的摩尔比例在20以上，最好在50以上，以控制气相快速反应的温升；气体起搅拌作用，有利于反应釜下部反应区的传质。
[0065]鼓风叶片10为增压式鼓风机叶片，选择定型的鼓风机，将电机移到反应釜外。
[0066]尾气排放管13设有截止阀，反应过程中阀门处于关闭状态。反应釜内一氧化氮通过氧化吸收再氧化再吸收过程控制气相顯X在一定水平以内。反应过程硝酸是过剩的，为消除反应釜内气体排放过程夹带硝酸对尾气顯X的影响，通过水洗吸收的方法。尾气排放管13和放空管17只有在反应结束后，尾气排空过程才使用。
[0067]本实用新型中，适用的金属:铁、锌、铜、镲等。
[0068]本实用新型不产生废气污染，简单可行的硝酸盐溶液的装置具有应用市场。
[0069]本实用新型提供了一种由金属制备硝酸盐溶液的装置，使硝酸盐溶液制备过程中产生的氮氧化物转化为硝酸，尾气通过水洗除去含硝酸气体即可满足环保排放要求，洗水用于下一批次制备使用，实现了硝酸金属绿色制备，无废水排放，无需氮氧化物再处理，节约氮氧化物治理费用。
[0070]本实用新型提供的由金属制备硝酸盐溶液的装置，不产生废气污染，简单可行的硝酸盐溶液的装置具有应用市场。
[0071]本实用新型提供的由金属制备硝酸盐溶液的装置，反应无需高温高压，设备简单，投资小，容易实现工业化生产，具有很好的应用前景，能够广泛应用于硝酸盐溶液制备【技术领域】。解决了溶铁过程氮氧化物排放问题，降低了氮氧化物治理费用。
[0072]当然，本实用新型还可有其它多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本实用新型做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。
【权利要求】
1.一种由金属制备硝酸盐溶液的装置，其特征在于，包括釜盖、釜体、折流挡板、冷却器、鼓风电机、鼓风叶片、风道、气体分配器、水洗罐； 所述釜盖与所述釜体密闭连接，所述釜盖上安装排料管、氧气进气管、硝酸加料管、金属加料管、尾气排放管； 所述釜盖上设有热偶管、压力表管，分别与热偶、压力表连接； 所述折流挡板、所述冷却器安装在所述釜体内，处于液相界面下； 所述鼓风电机安装在所述釜盖上，所述鼓风叶片伸入风道始端，处于液相界面上方，风道延伸至液相界面下方，风道末端连接所述气体分配器，所述气体分配器安装在所述釜体内下部，处于金属块正上方； 所述金属加料管从所述釜盖一直延伸至所述釜体内下部； 所述水洗罐通过所述尾气排放管与所述釜盖连接，所述水洗罐顶设有放空管。
2.根据权利要求1所述的由金属制备硝酸盐溶液的装置，其特征在于，所述气体分配器设置于距离金属块100-200mm处。
3.根据权利要求1所述的由金属制备硝酸盐溶液的装置，其特征在于，所述气体分配器上开有小孔，孔眼朝向所述釜体的底部中心方向。
4.根据权利要求1所述的由金属制备硝酸盐溶液的装置，其特征在于，所述尾气排放管设有截止阀，在反应过程中该截止阀处于关闭状态。
5.根据权利要求1所述的由金属制备硝酸盐溶液的装置，其特征在于，所述鼓风叶片为增压式鼓风机叶片。
6.根据权利要求1所述的由金属制备硝酸盐溶液的装置，其特征在于，所述排料管的管径为I英寸。
7.根据权利要求1所述的由金属制备硝酸盐溶液的装置，其特征在于，所述氧气进料管的管径为1.5-2英寸。
8.根据权利要求1所述的由金属制备硝酸盐溶液的装置，其特征在于，所述金属加料管的管径大于200mm。
9.根据权利要求1所述的由金属制备硝酸盐溶液的装置，其特征在于，所述金属块集中堆于到所述釜体的下方的中心区。
10.根据权利要求1所述的由金属制备硝酸盐溶液的装置，其特征在于，所述金属块为铁、锌、铜或镲。
【文档编号】B01D53/56GK204247179SQ201420617669
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年10月23日 优先权日:2014年10月23日
【发明者】刘杨, 宋立红, 张玉东, 齐晓梅, 齐宏军, 王中平, 张丽丽, 田存轩 申请人:中国石油天然气股份有限公司