一种生产低价钒氧化物的装置和方法转让专利
申请号 : CN202010534542.2
文献号 : CN111634945B
文献日 : 2021-08-31
发明人 : 刘克忠 , 刘剑亭 , 贾怡晗 , 岳庆丰 , 张伯鹏 , 张伟 , 刘亚亮 , 翁玉娟 , 常福增 , 刘健 , 池浩巍 , 白福厚 , 李畏 , 王为革 , 王旭 , 高功达 , 卢大为 , 曹长山 , 张宏 , 李前胜 , 王博 , 安常林 , 王清晨 , 李阳
申请人 : 承德锦科科技股份有限公司 , 承德锦滦新材料科技有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.采用生产低价钒氧化物的装置生产低价钒氧化物的方法,包括以下步骤:将天然气和空气混合,通入燃烧装置(1)中进行燃烧反应,得到高温气流;
所述高温气流带动偏钒酸铵粉料进入反应管道(2‑1)内进行第一次分解还原反应;所得反应物料经再循环管道(2‑2)被除尘装置(2‑3)收集后,再次回到反应管道(2‑1)内,继续进行第二次分解还原反应,如此循环往复,直至偏钒酸铵粉料完全转变为低价钒氧化物粉料;
将所得低价钒氧化物粉料输送至降温收集装置(3)进行降温和成品收集,得到低价钒氧化物;
所述生产低价钒氧化物的装置包括燃烧装置(1)、循环分解反应装置(2)和降温收集装置(3);
所述循环分解反应装置(2)包括反应管道(2‑1)、再循环管道(2‑2)和除尘装置(2‑3);
所述反应管道(2‑1)的进口与所述燃烧装置(1)的出气口相连通;所述再循环管道(2‑2)的一端与所述反应管道(2‑1)的尾部相连通,所述再循环管道(2‑2)的另一端与所述除尘装置(2‑3)的进料口相连通;所述除尘装置(2‑3)的出料口与所述反应管道(2‑1)的头部相连通;
所述反应管道(2‑1)的出口与所述降温收集装置(3)的进料口相连通;
所述反应管道(2‑1)为U型盘管或螺旋管道,所述U型盘管由3 5个U型管首尾相连得到;
~
所述螺旋管道的圈数为4 6;
~
所述反应管道(2‑1)的长度为10 18m,所述反应管道(2‑1)的内径为0.2 0.8m,所述反~ ~
应管道(2‑1)的外部包裹有保温层。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述天然气和空气的体积比为1:8 15;所~
述高温气流的温度为400 600℃。
~
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述反应管道(2‑1)进口的负压为‑1 ‑~
8kPa。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述偏钒酸铵粉料完全转变为低价钒氧化物粉料的时间为1 10min。
~
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述低价钒氧化物的组成为四氧化二钒和三氧化二钒,所述四氧化二钒和三氧化二钒的质量比为10:0 1:9;所述低价钒氧化物的全~
钒质量含量为60 67%。
~
说明书 :
一种生产低价钒氧化物的装置和方法
技术领域
背景技术
化物粉剂在钒氮合金、钒铝合金等产品的制备中,相比五氧化二钒片剂可大量节省还原剂,
并可提高生产效率,节约成本。
量在54%≤V含量(全钒)≤56%范围。
加热内筒,从原料到成品一般需要40~50分钟左右,这种生产方法设备造价高,生产效率
低,能耗大。
发明内容
化规模生长。
反应管道2‑1的尾部相连通,所述再循环管道2‑2的另一端与所述除尘装置2‑3的进料口相
连通;所述除尘装置2‑3的出料口与所述反应管道2‑1的头部相连通;
第二次分解还原反应,如此循环往复,直至偏钒酸铵粉料完全转变为低价钒氧化物粉料;
2和除尘装置2‑3,物料通过再循环管道2‑2进行多次分解还原,使得物料充分还原,得到低
价钒氧化物;本发明以偏钒酸铵粉料为原料,利用燃烧装置1产生的高温气流带动偏钒酸铵
粉料进入循环分解反应装置2中进行分解还原,通过原料自身产生的氨气为还原剂完成还
原反应过程,无需外加还原剂,具有快速、低能耗的优势,实现了低价钒氧化物的低成本制
备。采用本发明提供的装置生产的低价钒氧化物能够满足生产钒氮合金和钒铝合金等产品
的需要,且与传统低价钒氧化物粉剂制备工艺相比,不需要在长时间外加热条件下通入还
原性气体来还原偏钒酸铵,提高了生产效率,大幅降低了生产成本,经济和社会效益显著。
附图说明
具体实施方式
2‑3;所述反应管道2‑1的进口与所述燃烧装置1的出气口相连通;所述再循环管道2‑2的一
端与所述反应管道2‑1的尾部相连通,所述再循环管道2‑2的另一端与所述除尘装置2‑3的
进料口相连通;所述除尘装置2‑3的出料口与所述反应管道2‑1的头部相连通;所述反应管
道2‑1的出口与所述降温收集装置3的进料口相连通。
三氧化二钒的质量比优选为9:1~1:9;所述低价钒氧化物的V含量(全钒)优选为60~67%,
更优选为61~65%。
气燃烧装置或炉式天然气燃烧装置。在本发明中,所述燃烧装置1中设置有一个或多个烧
嘴;当所述燃烧装置中设置有多个烧嘴时,优选在燃烧装置中间设置一个主烧嘴,燃烧装置
的周边设置副烧嘴,在运行时,根据所需温度开启一个或多个烧嘴。在本发明的具体实施例
中,所述燃烧装置1的示意图如图1所示,包括燃烧室和设置于所述燃烧室内的若干个烧嘴,
天然气和空气的混合气体通入各个烧嘴内,将烧嘴点燃后,产生大量高温气流。
置2‑3;所述反应管道2‑1的进口与所述燃烧装置1的出气口相连通;所述再循环管道2‑2的
一端与所述反应管道2‑1的尾部相连通,所述再循环管道2‑2的另一端与所述除尘装置2‑3
的进料口相连通;所述除尘装置2‑3的出料口与所述反应管道2‑1的头部相连通。
发明限定采用U型盘管或螺旋管道能够使反应界面最大化,延长物料在反应管道2‑1内的停
留时间,加速偏钒酸铵粉料的分解、脱氨和还原反应,使分解还原反应更加充分。
材质优选为304不锈钢,所述反应管道2‑1的管壁厚度优选为2~8mm;所述反应管道2‑1的外
部优选包裹有保温层,所述保温层优选包括硅酸铝保温棉,所述保温层的厚度优选为50~
200mm。本发明在反应管道2‑1的外部覆盖保温层能够减少热量损失,使反应管道2‑1内的物
料持续处于高温流动状态,提高分解还原反应效率。
控制物料和气流由反应管道2‑1通入再循环管道2‑2中。
和第一排气筒2‑5,所述第一风机2‑4的进风口与所述除尘装置2‑3的排气口相连通,所述第
一风机2‑4的排风口与所述第一排气筒2‑5相连通。在本发明中,未充分反应的物料通过除
尘装置2‑3收集并重新进入反应管道2‑1中进行分解还原反应,通过除尘装置2‑3的气流经
第一风机2‑4和第一排气筒2‑5排到大气中。
一个实施例,所述加料口2‑8设置于所述反应管道2‑1的头部,更优选设置于所述除尘装置
2‑3的出料口与所述反应管道2‑1的进口之间。作为本发明的一个实施例,所述给料器2‑7的
出口与所述加料口2‑8相连通,向反应管道2‑1内输送偏钒酸铵粉料。在本发明中,所述给料
器2‑7优选为喷射式给料器2‑7、行星式给料器2‑7或螺旋式给料器2‑7。
所述反应管道2‑1为U型盘管(如图2所示)或螺旋管道(如图3所示);所述再循环管道2‑2的
一端与所述反应管道2‑1的尾部相连通,另一端与所述除尘装置2‑3的进料口相连通;所述
除尘装置2‑3的出料口与所述反应管道2‑1的头部相连通,所述加料口2‑8设置于所述除尘
装置2‑3的出料口与所述反应管道2‑1的进口之间;所述给料器2‑7的出口与所述加料口2‑8
相连通;所述除尘装置2‑3的排气口与所述第一风机2‑4的进风口相连通;所述第一风机2‑4
的排风口与所述第一排气筒2‑5相连通。
每间隔一段距离均设置有一个温度传感器,所述间隔的距离优选为3m;所述温度传感器的
总个数优选为4~6个;所述反应管道2‑1和再循环管道2‑2的头部均设置有风速传感器和风
量传感器;所述反应管道2‑1和再循环管道2‑2的尾部均设置有风速传感器和风量传感器。
在本发明中,所述温度传感器、风速传感器和风量传感器获得的参数通过电信号线控柜连
接到操作人员的电脑显示端。本发明利用温度传感器、风速传感器和风量传感器监控反应
管道2‑1各段的温度和气流流量,根据获得的温度和气流流量情况来调整燃烧装置1中天然
气流量、高温气流的温度参数和分解还原反应的时间。
中,所述循环分解反应装置的出口处设置有第二阀门3‑5,用于控制反应完全后的物料进入
降温收集装置3。
体结构没有特殊限定,采用本领域技术人员所熟知的换热器3‑1、除尘器3‑2和风机即可。作
为本发明的一个实施例,所述换热器3‑1优选为套管式风冷设备;所述除尘器3‑2优选为布
袋式除尘器3‑2或旋风式除尘器3‑2。
低价钒氧化物粉料进入换热器3‑1中进行降温,然后经除尘器3‑2收集得到低价钒氧化物成
品;通过换热器3‑1和除尘装置2‑3的气流经第二风机3‑3和第二排气筒3‑4排到大气中。
5,利用第二风机3‑3使反应管道2‑1内形成负压,在负压条件下,燃烧装置1产生的高温气流
快速通过反应管道2‑1,并经过降温收集装置3排到大气中;当通入偏钒酸铵粉料后,关闭第
二阀门3‑5,打开第一阀门2‑6,第二风机3‑3关闭,利用第一风机2‑4使反应管道2‑1和再循
环管道2‑2内形成负压,物料通过反应管道2‑1后经再循环管道2‑2再次进入反应管道2‑1内
循环反应。
反应装置2由反应管道2‑1、再循环管道2‑2、除尘装置2‑3、第一风机2‑4和第一排气筒2‑5组
成;所述降温收集装置3由依次连通的换热器3‑1、除尘器3‑2、第二风机3‑3和第二排气筒3‑
4组成;所述反应管道2‑1的进口与所述燃烧装置1的出气口相连通;所述再循环管道2‑2的
一端与所述反应管道2‑1的尾部相连通,所述再循环管道2‑2的另一端与所述除尘装置2‑3
的进料口相连通;所述除尘装置2‑3的出料口与所述反应管道2‑1的头部相连通;所述除尘
装置2‑3的排气口与所述第一风机2‑4的进风口相连通,所述第一风机2‑4的出风口与所述
第一排气筒2‑5相连通;所述反应管道2‑1的出口与所述换热器3‑1的进料口相连通;所述除
尘器3‑2的排气口与所述第二风机3‑3的进风口相连通,所述第二风机3‑3的出风口与所述
第二排气筒3‑4相连通。
次分解还原反应,如此循环往复,直至偏钒酸铵粉料完全转变为低价钒氧化物粉料;
述高温气流的温度优选为200~900℃,更优选为400~600℃。本发明先将天然气和空气混
合后再通入燃烧装置1中燃烧,能够在保证天然气充分燃烧产生最大热值的同时,保证产生
的高温气流里没有自由氧存在,能够避免钒酸铵还原的逆反应发生。
内,继续进行第二次分解还原反应,如此循环往复,直至偏钒酸铵粉料完全转变为低价钒氧
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化物粉料。在本发明中,所述高温气流的流量优选为400~500m/h,更优选为430~460m /h。
本发明利用高温气流带动偏钒酸铵粉料能够使反应界面最大化,加速偏钒酸铵的分解、脱
铵和还原,使偏钒酸铵粉料在流动中完成分解还原反应。
明的具体实施例中,在进行第一次分解还原反应时加入偏钒酸铵粉料,在第二次分解还原
反应到第N次分解还原反应过程中不再加入偏钒酸铵粉料,保证偏钒酸铵粉料完全转变为
低价钒氧化物粉料。在本发明的具体实施例中,所述偏钒酸铵粉料的添加速度优选为60~
90kg/h。在本发明中,所述偏钒酸铵粉料的含水量优选小于0.5%。
进行分解还原反应的过程中,所述反应管道2‑1内始终处于负压状态,以使高温气流和物料
能够在反应管道2‑1内顺利流动。
提高生产效率。
选为300~400℃,降温后所得物料的温度优选为≤180℃。本发明优选采用换热器3‑1对所
述低价钒氧化物粉料进行降温,同时对反应管道2‑1排出的气流进行降温。在本发明中,所
述成品收集优选采用除尘器3‑2进行收集,气流经过除尘器3‑2后经第二风机3‑3和第二排
气筒3‑4排到大气中,在本发明中,所述气流中的主要成分为氮气、二氧化碳和水蒸气。
不再需要加入还原剂;同时高温气流带着偏钒酸铵粉料在本发明提供的装置中快速通过,
在几分钟内即可完成偏钒酸铵分解、脱铵和还原等一系列化学反应,生产效率高,产出的低
价钒氧化物成品成分稳定,相比传统工艺,生产时间大幅缩短,成本大幅降低;大批量生产
后供应市场能大大降低钒氮合金和钒铝合金等生产厂家的生产成本并提高生产效率,经济
和社会效益显著。
施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属
于本发明保护的范围。
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量为11m /h,空气流量为111.1m/h,点燃后产生的高温气流流量调节为432m /h,高温气流
在U型盘管(长度为15.6m,内径为0.75m)进口的温度为420℃;采用第二风机3‑3调节U型盘
管的负压,使U型盘管进口的负压为‑5500Pa;预先装载到给料器2‑7中的偏钒酸铵粉料按照
80kg/h的速度由给料器2‑7给入到U型盘管的加料口2‑8,关闭第二阀门3‑5,打开第一阀门
2‑6,同时关闭第二风机3‑3,打开第一风机2‑4,偏钒酸铵粉料被高温气流带动着通过U型盘
管后,经再循环管道2‑2被旋风除尘器3‑2收集,再次回到U型盘管中,持续发生分解、脱铵和
还原反应,进行两个循环后,偏钒酸铵粉料转变为低价钒氧化物粉料,通过循环分解反应装
置2时长为2分45秒;关闭第一阀门2‑6和第一风机2‑4,开启第二阀门3‑5和第二风机3‑3,低
价钒氧化物粉料从U型盘管的出口进入换热器3‑1中进行降温,然后利用除尘器3‑2收集成
品,U型盘管的出口排出的气流依次通过换热器3‑1、除尘器3‑2和风机排出;
量相加为100%。
3 3 3
量为13m/h,空气流量为128.05m/h,点燃后产生的高温气流流量调节为468m/h,高温气流
在螺旋管道(长度为14m,内径为0.8m)进口的温度为530℃;采用第二风机3‑3调节螺旋管道
的负压,使螺旋管道进口的负压为‑6200Pa;预先装载到给料器2‑7中的偏钒酸铵粉料按照
60kg/h的速度由给料器2‑7给入到螺旋管道的加料口2‑8,关闭第二阀门3‑5,打开第一阀门
2‑6,同时关闭第二风机3‑3,打开第一风机2‑4,偏钒酸铵粉料被高温气流带动着通过螺旋
管道后,经再循环管道2‑2被旋风除尘器3‑2收集,再次回到螺旋管道中,持续发生分解、脱
铵和还原反应,进行4个循环后,偏钒酸铵粉料转变为低价钒氧化物粉料,通过循环分解反
应装置2时长为4分16秒;关闭第一阀门2‑6和第一风机2‑4,开启第二阀门3‑5和第二风机3‑
3,低价钒氧化物粉料从螺旋管道的出口进入换热器3‑1中进行降温,然后利用除尘器3‑2收
集成品,螺旋管道的出口排出的气流依次通过换热器3‑1、除尘器3‑2和风机排出;
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量为18m /h,空气流量为180m/h,点燃后产生的高温气流流量调节为573m/h,高温气流在
螺旋管道(长度为14m,内径为0.8m)进口的温度为600℃;采用第二风机3‑3调节螺旋管道的
负压,使螺旋管道进口的负压为‑6800Pa;预先装载到给料器2‑7中的偏钒酸铵粉料按照
90kg/h的速度由给料器2‑7给入到螺旋管道的加料口2‑8,关闭第二阀门3‑5,打开第一阀门
2‑6,同时关闭第二风机3‑3,打开第一风机2‑4,偏钒酸铵粉料被高温气流带动着通过螺旋
管道后,经再循环管道2‑2被旋风除尘器3‑2收集,再次回到螺旋管道中,持续发生分解、脱
铵和还原反应,进行4个循环后,偏钒酸铵粉料转变为低价钒氧化物粉料,通过循环分解反
应装置2时长为3分48秒;关闭第一阀门2‑6和第一风机2‑4,开启第二阀门3‑5和第二风机3‑
3,低价钒氧化物粉料从螺旋管道的出口进入换热器3‑1中进行降温,然后利用除尘器3‑2收
集成品,螺旋管道的出口排出的气流依次通过换热器3‑1、除尘器3‑2和风机排出;
3 3 3
量为16m/h,空气流量为160m/h,点燃后产生的高温气流流量调节为491m/h,高温气流在U
型盘管(长度为15.6m,内径为0.75m)进口的温度为580℃;采用第二风机3‑3调节U型盘管的
负压,使U型盘管进口的负压为‑5800Pa;预先装载到给料器2‑7中的偏钒酸铵粉料按照
70kg/h的速度由给料器2‑7给入到螺旋管道的加料口2‑8,关闭第二阀门3‑5,打开第一阀门
2‑6,同时关闭第二风机3‑3,打开第一风机2‑4,偏钒酸铵粉料被高温气流带动着通过U型盘
管后,经再循环管道2‑2被旋风除尘器3‑2收集,再次回到U型盘管中,持续发生分解、脱铵和
还原反应,进行3个循环后,偏钒酸铵粉料转变为低价钒氧化物粉料,通过循环分解反应装
置2时长为3分06秒;关闭第一阀门2‑6和第一风机2‑4,开启第二阀门3‑5和第二风机3‑3,低
价钒氧化物粉料从U型盘管的出口进入换热器3‑1中进行降温,然后利用除尘器3‑2收集成
品,U型盘管的出口排出的气流依次通过换热器3‑1、除尘器3‑2和风机排出;
本,具有快速高效、低能耗的优点,适宜推广应用。
视为本发明的保护范围。