[发明专利]管道连续碳化钙镁装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种管道连续碳化钙镁装置和方法，具体为一种管道连续碳化氢氧化镁/氢氧化钙浆液的装置和方法，采用带折片或螺旋的管道连续碳化方式代替常用的碳化塔实现对镁/钙氧化物或氢氧化物浆液的碳化，得到碳酸氢镁/碳酸氢钙溶液，以提高碳化效率和二氧化碳的利用率，减少温室效应。

背景技术

目前，国内外以含钙镁的矿物为原料，采用碳化法生产钙镁碳酸盐产品时，碳化过程实际是含Mg(OH)₂或Ca(OH)₂、Mg(OH)₂和Ca(OH)₂混合的碱性浆液，同溶有CO₂的酸性溶液进行中和反应，生成相应的碳酸氢盐和碳酸盐的过程。因Ca(OH)₂和Mg(OH)₂等在水中溶解度很低，在反应过程中有大量固体存在，CO₂为气体，只有溶于水形成碳酸，才能与Ca(OH)₂和Mg(OH)₂反应，故碳化过程属气-液-固三相反应过程，必须保证气-液接触表面积要大，接触要均匀等。这些条件的实现，必须依赖于适宜的反应设备来保证，目前围绕不同设备形成了各自的碳化工艺。目前，国内外主要有间歇鼓泡法、连续喷雾法、间歇搅拌法、超重力法、新型组合法、菌帽鼓泡法以及高剪切碳化法、喷射器或喷射塔吸收法、超声空化法、管式碳化法及内循环碳化法等。

碳化设备分为：塔式、釜式、旋转式和其它式四种形式。鼓泡式、喷雾式、菌帽式、新型组合式等碳化设备，高径比一般≥2.0，统称塔式碳化工艺及设备；搅拌式等碳化设备，高径比≤2.0，统称釜式碳化工艺及设备；超重力式等旋转床形式，统称旋转式碳化工艺及设备；不属于上述三种形式，如带文丘里装置的管式、多管线式等，统称其它形式的碳化工艺及设备。

上述碳化设备应用于轻质碳酸钙的生产过程中，主要是通过如下反应实现Ca(OH)₂浆液的碳化，即主要反应1生成碳酸钙，副反应2生成碳酸氢钙溶液：

Ca(OH)₂+CO₂＝＝CaCO₃↓+H₂O    (反应1)

CaCO₃+CO₂+H₂O＝＝Ca(HCO₃)₂    (反应2)

而对于浆液Mg(OH)₂碳化过程，通过反应3，直接生产碳酸氢镁溶液：

Mg(OH)₂+2CO₂＝＝Mg(HCO₃)₂     (反应3)

为强化碳化过程，需要将CO₂气体打碎或分割呈微细气泡，于水中实现溶解，以提高反应速度，实现节能降耗，例如工业上采用新型泡罩或加强机械搅拌都是强化传质、有效提高产量和CO₂利用率的工艺及设备方法，同时收到节能降耗、增加生产能力的效果。

文献《超细碳酸钙制备新工艺》中提出一种管式碳化法新工艺，是将Ca(OH)₂悬浊液通过管式反应器，并在反应器中的文丘里喉部通入CO₂与快速流动的氢氧化钙悬浊液相接触，进行碳化反应。由于Ca(OH)₂悬浊液在喉部流速很快，增大了气液接触表面积，降低了液膜厚度，提高了Ca(OH)₂在液膜内的溶解速度及CO₂吸收速度，从而克服了传统的间歇鼓泡式碳化工艺中碳化时液膜阻力较大、产品粒径不均匀等缺点。同时反应析出的碳酸钙结晶不易在反应物表面沉淀，结晶不易生成重晶、孪晶及二次聚晶凝聚，而且也不会出现凝胶现象，有利于控制产品的晶形及粒径。这一种管式碳化反应器的本质是利用二氧化碳在通过文丘里喉部作用的快速流动作用提高气液接触面积，突破液膜阻力，实现产品粒径均匀化。研究还发现管式反应碳化中CO₂的转化率、碳化时间都优于相同碳化条件下鼓泡式碳化法。这种管式反应器利用了文丘里的形式实现强力搅拌，该方法对于产生超细碳酸钙粒子的碳化过程十分适用，但机械效率低，压降大，能耗高，效果有待提高有限。这主要是碳化过程中气液在进入管道瞬间混合效果好，但随着浆液在管道内的远距离流动，气液固呈现逐步分离，缺少进一步混合的驱动力，碳化效率提高有限。

发明内容