烟气自循环热解制备轻烧氧化镁并富集二氧化碳方法
技术领域
本发明涉及轻烧氧化镁生产工艺领域，特别提供一种利用轻烧氧化镁生产过程中产生的CO2进行自循环热解菱镁矿，并对CO2进行回收利用的方法。
背景技术
轻烧氧化镁在各行各业中都有广泛的应用。例如在农业中可用作镁肥的生产原料；在建材工业中可用于制作绝热和隔音材料；在医药行业中可用于制备抗酸剂和轻泻剂；在食品加工业中可用作脱色剂等。
通过煅烧生产氧化镁的方法有菱镁矿煅烧法和水镁石煅烧法，我国目前主要采用菱镁矿煅烧法来生产氧化镁。轻烧氧化镁是菱镁矿在700～1000℃下煅烧形成的氧化镁，采用的菱镁矿煅烧设备主要有竖窑、回转窑和旋流动态煅烧炉等。但无论采用何种设备煅烧菱镁矿，多数都是采用燃料燃烧产生的高温烟气来煅烧菱镁矿，生产过程中产生大量的燃烧烟气，以及菱镁矿煅烧分解产生的CO2气体。最终排出的烟气为燃料燃烧烟气、CO2气体以及空气的混合物，CO2只占烟气成分的15％，很难将煅烧菱镁矿生成的CO2气体资源化利用。一个年产量为5万吨的轻烧氧化镁生产企业，在一年的生产过程中将产生5.5～10万吨的CO2气体。若将CO2直接排放将造成的最主要的问题是温室效应，导致全球气候的变暖，地球南北极的冰川融化导致海平面上升。如果不对CO2的排放加以控制，必定会对人类造成严重的灾难。
2019年12月3日公开的专利CN110526597A公开了一种菱镁矿裂解法制备轻烧氧化镁的方法，该方法菱镁矿粉在高温二氧化碳气流中悬浮，且裂解生成氧化镁粉和二氧化碳气体，通过流化床内的电加热装置来加热通入流化床中的二氧化碳气体从而使菱镁矿裂解。该方法可以实现无碳排放，清洁环保，但是通过电加热的方式来加热二氧化碳气体来裂解菱镁矿，使整个生产工艺的运行成本高，生产不经济，难以形成大规模的生产。
目前现有技术中对于产生的二氧化碳一般是通过化学方法直接吸收，或者采用过滤装置、耦合剂的作用下富集二氧化碳，而上述两种方法都存在浪费资源，无法充分利用二氧化碳的问题，并且回收成本高。因此，针对现有技术的问题，希望研发一种减少回收成本，直接利用的工艺。
发明内容
发明目的：
本发明的目的在于针对目前煅烧菱镁矿生产轻烧氧化镁工艺中，燃料消耗大，CO2的排放过多这一问题，提供烟气自循环热解制备轻烧氧化镁并富集二氧化碳方法。
技术方案：
烟气自循环热解制备轻烧氧化镁并富集二氧化碳方法，该方法利用煅烧过程中产生的CO2自循环热解菱镁矿来生产轻烧氧化镁，并将剩余部分的CO2收集起来进行再利用。
进一步的，该方法具体包括：
步骤一、细磨与浮选：对菱镁矿原矿进行细磨，得到菱镁矿矿粉，通过浮选得到满足煅烧需求的矿粉。
步骤二、干燥与预热：将菱镁矿矿粉进行干燥处理，烘干浮选过程中带入的水分；之后将矿粉通入预热装置预热。
步骤三、煅烧：将经过预热的矿粉送入煅烧炉中煅烧，得到轻烧氧化镁和CO2的气固混合物。
步骤四、分离：将煅烧得到的气固混合物通入分离装置进行气固分离，得到的轻烧氧化镁产品经降温处理后进入料仓；CO2流回至之前的预热装置和干燥装置，为预热装置和干燥装置提供热量。
步骤五、CO2自热循环：为预热装置和干燥装置提供热量后，CO2温度降低，经加热装置加热后，升温至菱镁矿煅烧生产轻烧氧化镁的温度后，再将此温度下的CO2气体通入煅烧炉中，为煅烧提供热量。
进一步的，步骤一中满足煅烧需求的矿粉，其中煅烧需求是温度达到700～1000℃，浮选粒径范围为10～75μm。
进一步的，干燥与预热过程所需的热量，由菱镁矿煅烧分解生成的CO2提供。
进一步的，步骤四中高温的轻烧氧化镁经换热器与为预热装置和干燥装置提供热量后的CO2进行换热。
进一步的，步骤五中为干燥装置提供热量的CO2，需经过除湿装置除湿。
进一步的，步骤五中除用于自热循环外，剩余的CO2气体富集起来，进行二氧化碳资源化利用。
优点及效果：
本发明具有以下优点和有益效果：
(1)本发明与传统煅烧过程相比，在煅烧炉窑中不设置燃烧器，通过高温的CO，气体煅烧菱镁矿，在炉窑内的煅烧过程中没有燃烧产物的排放，并且充分利用煅烧产物的余热，使生产过程更加绿色环保。
(2)本发明合理地利用了煅烧菱镁矿过程中生成的CO2，通过CO2自循环热解制备轻烧氧化镁，既使生产流程合理运行，又减少了CO2的排放。
(3)本发明可将除用于热分解的CO2气体外，将剩余的CO2气体收集起来可用于其它的工业用途，实现了CO2的资源化利用。
附图说明
图1为本发明提供的烟气自循环热解制备轻烧氧化镁并富集二氧化碳方法的流程示意图。
图2为射流脉冲式气流床煅烧炉示意图的具体结构。
图3为图2射流脉冲式气流床煅烧炉主炉的左视图。
附图标记说明：
1-入料口、2-入气口、3-混合出口、4-主炉、5-副炉、6-主炉射流段、7-主炉脉冲段。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，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，都属于本发明的保护范围。
本发明针对当前菱镁矿煅烧过程中CO2排放以及CO2资源化利用的问题，通过燃料直接燃烧煅烧菱镁矿生产轻烧氧化镁的生产方式在生产过程中将向外部环境排放大量的CO2，给环境带来极其严重的危害。其中，菱镁矿热解时生成的CO2气体占系统排放CO2气体的75％左右，如何减少这部分的CO2气体排放问题是使生产过程绿色环保的关键所在。传统的轻烧氧化镁生产过程向外部排放的烟气中，CO2气体仅占15％，若将其中的CO2气体收集利用成本较高，难以实现。本发明提出烟气自循环热解制备轻烧氧化镁并富集二氧化碳方法，利用煅烧过程中产生的CO2自循环热解菱镁矿来生产轻烧氧化镁，并可将剩余部分的CO2收集起来以供其它工业用途的使用。这样不用通过燃料燃烧来煅烧菱镁矿，既减少了菱镁矿煅烧过程中CO2排放的问题，又实现了CO2的资源化利用。
烟气自循环热解制备轻烧氧化镁并富集二氧化碳方法，该方法利用煅烧过程中产生的CO2自循环热解菱镁矿来生产轻烧氧化镁，并将剩余部分的CO2收集起来进行再利用。
如图1所示，该方法具体包括：
步骤一、细磨与浮选：对菱镁矿原矿进行细磨，得到菱镁矿矿粉；通过浮选得到满足煅烧需求的矿粉；
步骤二、干燥与预热：将菱镁矿矿粉进行干燥处理，烘干浮选过程中带入的水分；之后将矿粉通入预热装置预热；
步骤三、煅烧：将经过预热的矿粉送入煅烧炉中煅烧，得到轻烧氧化镁和CO2的气固混合物；
步骤四、分离：将煅烧得到的气固混合物通入分离装置进行气固分离，得到的轻烧氧化镁产品经降温处理后进入料仓；CO2流回至之前的预热装置和干燥装置，为预热装置和干燥装置提供热量；
步骤五、CO2自热循环：为预热装置和干燥装置提供热量后，CO2温度降低，经加热装置加热后，升温至菱镁矿煅烧生产轻烧氧化镁的温度，通入煅烧炉中，为煅烧提供热量。
步骤一中满足煅烧需求的矿粉，其中煅烧需求是温度达到700～1000℃，浮选粒径范围为10～75μm。
干燥与预热过程所需的热量，由菱镁矿煅烧分解生成的CO2提供。本发明充分利用了二氧化碳的余热，将其二次利用，用于供给干燥和预热过程。将热能充分利用，大大减少了热损失，也将煅烧之后二氧化碳携带的余热进行了充分利用。
通过干燥过程，可干燥菱镁矿在浮选过程中带入的水分。通过预热过程对矿粉进行预热，可使菱镁矿进入煅烧炉前的温度升至500℃左右，大大减少了能耗，缩短反应时间。通过气-固换热器，使反应生成的轻烧氧化镁与为预热过程和干燥过程提供热量后温度降低的CO2进行换热，使CO2气体的温度有一定的升高，减少了加热装置的燃料消耗，并且实现的煅烧产品的余热利用。
本发明与传统煅烧过程相比，在煅烧炉窑中不设置燃烧器。通过高温的CO2气体煅烧菱镁矿，在炉窑的煅烧过程中，没有燃烧产物的排放，更加节能环保。
步骤四中高温的轻烧氧化镁经换热器与为预热装置和干燥装置提供热量后的CO2进行换热，从而达到降低温度的目的，并且使CO2温度有一定的升高。
步骤五中为干燥装置提供热量后，CO2气体需经过除湿装置除湿。
步骤五中除用于自热循环外，可将剩余的CO2气体富集起来，进行二氧化碳资源化利用。剩余的CO2气体可用于其它的工业用途，实现CO2的资源化利用。
为了更加清晰地展现出本发明所提供的技术方案及所产生的技术效果，下面以具体实施例对本发明所提供的烟气自循环热解制备轻烧氧化镁并富集二氧化碳方法的效果进行详细描述。
实施例1
如图1所示，烟气自循环热解制备轻烧氧化镁并富集二氧化碳方法，包括：将菱镁矿原矿进行细磨，通过浮选装置浮选出粒径75μm的菱镁矿矿粉，其中含水约11～12％，氧化镁含量47.50％。整个工艺流程中，浮选后的菱镁矿矿粉的投入量为1.12t/h，经干燥装置后可使矿粉快速分散干燥脱水至≤1％，经干燥处理后的矿粉量约为1t/h，温度可达到200℃左右。将干燥后的矿粉通入预热装置，与从煅烧炉中出来的CO2气体换热以实现预热的效果，矿粉经预热装置预热后进入煅烧炉时的温度为550℃。为预热及干燥装置提供热量并且经过除湿装置除湿后，CO2气体温度降至90℃。由菱镁矿矿粉的投入量可以计算出，理论上轻烧氧化镁的产量为476kg/h，同时生成的CO2的量为265Nm3/h，得到的煅烧产物温度为730℃。由气-固换热器将轻烧氧化镁与经过除湿装置除湿后的低温CO2气体进行换热，换热后可将轻烧氧化镁温度降至200℃，CO2气体升温至350℃，再把此时的CO2气体通入加热装置中加热至满足菱镁矿煅烧生成轻烧氧化镁所需要的温度后，通入煅烧炉中用于热解菱镁矿。经计算，若将投入的菱镁矿矿粉全部煅烧分解生成轻烧氧化镁，则物料投料量和热解所需的CO2的质量流量之比应为1∶2.5，整个工艺流程从开始运行到可以富集CO2所需的时间为4.9h。
实施例1中不另外设置燃烧器，通过高温的CO2气体煅烧菱镁矿，绿色环保。在本发明的轻烧氧化镁生产过程中，CO2气体排放量减少了75％左右。而且在干燥和预热过程中直接利用二氧化碳的余热，对菱镁矿加热，大大节约了能源。除用于热分解的CO2气体外，可将剩余的CO2气体收集起来。收集的CO2气体可用于制干冰、与氢气反应制取甲醇、作为制冷剂制冷等其它的工业用途。
如图2和图3所示，射流脉冲式气流床煅烧炉所采用的炉型为倒U型，炉体设有入料口1、入气口2、混合出口3，入料口1和入气口2的一侧为煅烧炉的主炉4，混合出口3的一侧为射流脉冲式气流床煅烧炉的副炉5，主炉4和副炉5在上方形成连通，主炉4的射流脉冲部分采用仿哑铃形的结构，即中间细两端粗的结构；主炉射流段6为主炉4的射流部分，主炉射流段6的喉口处与主炉4正常炉径的比例范围为0.4～0.5，主炉脉冲段7上收缩处与主炉4的正常炉径的比例范围为0.8～0.85，收缩处为主炉脉冲段7直径最细部分，主炉脉冲段7为主炉4的脉冲部分，主炉射流段6和主炉脉冲段7相连通，为防止炉内菱镁矿粉料颗粒浓度分布不均匀，在主炉4上的主炉射流段6的喉管处设置两个位置相对应的入料口1，为保证炉内的气固充分混合以及气力输送，入料口1相对于主炉4垂直方向的倾斜角度为30～35°。入气口2设置在主炉4的最底部，混合出口3设置在副炉5的下半部分。采用射流脉冲式气流床煅烧炉煅烧菱镁矿矿粉，以提高煅烧质量和降低能耗。在进料部分采用射流脉冲送料方式，CO2气体在主炉射流部分喉管处气速急剧升高，形成高速流体，此时动能增大，炉内压强减小，可将入料口1的粉料吸入主炉4内，与传统煅烧炉的入料方式相比，能耗降低40％；主炉4采用仿哑铃形的结构，增强气流扰动，促进炉内气固之间“三传一反”的效果，加大反应速率，提高煅烧质量。
利用本发明方法生产的轻烧氧化镁无过烧、无欠烧现象，产品中氧化镁含量不小于96％；二氧化硅含量不大于0.5％；氧化钙含量不大于1.0％；灼减量为1～2％；通过柠檬酸法测得轻烧氧化镁活性为30～80s；由以上数据可以证明生产的轻烧氧化镁产品满足国家标准的要求。通过多级回收装置使整个系统的产品回收率≥99.9％；收集的CO2气体纯度可达到99％以上，满足于工业用途；CO2气体排放量相较于传统的直接燃烧的轻烧氧化镁生产系统相比减少了75％左右。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
