專利名稱：制備沉淀碳酸鈣的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明針對一些由常規(guī)的沉淀碳酸鈣的制造過程所引起的環(huán)境問題。在本申請中，實施了一種制備沉淀碳酸鈣的方法，其通過將二氧化碳氣流傳至氫氧化鈣的水懸浮液中以達到與氫氧化鈣反應(yīng)并且攪拌該懸浮液的目的。同時，通過該方法在高純度碳酸鈣的制備中獲得了高的二氧化碳碳酸鹽化效率。
背景技術(shù)：
碳酸鈣，CaCO3，是一種已經(jīng)在許多工業(yè)產(chǎn)品及日常必需品中被發(fā)現(xiàn)的碳酸鹽，例如作為添加劑或者改性劑存在于紙、染料、墨水、粘合劑和藥物中。在塑料中，碳酸鈣主要用作填料以取代相對昂貴的聚合物。制備沉淀碳酸鈣的一種典型的過程開始于一個煅燒過程，其中通過煅燒石灰石和焦炭/無煙煤的混合物來生產(chǎn)氧化鈣。在煅燒過程中低品質(zhì)的二氧化碳共生并且被存儲，該低品質(zhì)的二氧化碳通常在簡單的純化后用于隨后的碳酸鈣的沉淀。盡管能預(yù)期到更高的操作成本，為了確保即將被沉淀的碳酸鈣的高純度水平，天然氣取代了焦炭/無煙煤被燃燒以實施沉淀過程。獲得的氧化鈣(生石灰)隨后用水熟化來制備氫氧化鈣漿液。為了獲得高品質(zhì)的沉淀碳酸鈣，所得漿液中的一些雜質(zhì)如未燃燒或過燃燒的石灰主要通過將漿液通過金屬絲網(wǎng)的方式來除去。過濾后，懸浮在水中的氫氧化鈣與二氧化碳反應(yīng)。該碳化過程是通過將二氧化碳氣體加入到氫氧化鈣水懸浮液中實現(xiàn)的，在此過程中碳化溫度和二氧化碳濃度維持在合適的范圍內(nèi)以在水相中生成所需的碳酸鈣顆粒。在碳化過程完成后，獲得的碳酸鈣漿液再次通過金屬絲網(wǎng)以除去任何殘留的雜質(zhì)。隨后，通過一個離心設(shè)備從沉淀產(chǎn)物中分離水以形成一碳酸鈣塊體。最后，該碳酸鈣塊體隨后通過熱空氣干燥并且進行粉碎以獲得所需產(chǎn)品。雖然該過程由于相對簡單而典型，但它引起了一些環(huán)境問題，特別是當(dāng)使用無煙煤時。石灰石礦也會引起環(huán)境問題，當(dāng)本地?zé)o法獲得時由于將沉重的原料運輸?shù)缴a(chǎn)地也可能會產(chǎn)生巨大量的溫室氣體并且增加了生產(chǎn)成本。另外，沉淀碳酸鈣的質(zhì)量難以控制，因為從窯尾氣里回收的碳酸鈣可能包含難以有效除去的高含量污染物。

發(fā)明內(nèi)容
本申請所描述的一種新的沉淀碳酸鈣的生產(chǎn)方法避免了常規(guī)沉淀碳酸鈣制備過程所特有的許多缺陷。該新方法的流程圖示于圖I。制備沉淀碳酸鈣的系統(tǒng)包括一個盛有氫氧化鈣水懸浮液的容器以及提供二氧化碳到所述容器中的兩個氣體分布器。在這種新方法中，商業(yè)上可獲得的精煉石灰粉，CaO取代了石灰石作為原料，其和二氧化碳用于生產(chǎn)碳酸鈣。該二氧化碳從液態(tài)二氧化碳儲罐中供應(yīng)。對于同樣的碳酸鈣的生產(chǎn)，由于CaO比石灰石輕，因此降低了運輸成本。另一個優(yōu)點是由于該氣流并不含有存在于常規(guī)過程的窯尾氣(kiln off gas)中的其他干燥氣，隨著容器中負(fù)載了更高的氫氧化鈣漿液，重要的碳酸鹽化反應(yīng)的二氧化碳效率可高達90%。這使得新的方法相對于常規(guī)過程、更具有經(jīng)濟競爭力，因為增加的生產(chǎn)能力會抵消購買液態(tài)二氧化碳的成本。沉淀碳酸鈣的生產(chǎn)包含在氣相、液相和固相及它們界面上的多相反應(yīng)，例如二氧化碳氣體的吸收，Ca(OH)2固體的溶解、CaCO3粉體的成核和生長以及在碳酸鹽化過程的所有階段的CaCO3的沉淀。為了減少在氣固界面和液固界面之間的巨大運輸阻力，逆向混合作為主要方法在所述容器應(yīng)用。同樣地，鼓泡二氧化碳的比表面積增加，因為這對氣相和液相之間的反應(yīng)是至關(guān)重要的。更特別地，本發(fā)明中公開的制備沉淀碳酸鈣的方法包括為了不同的目的提供兩股二氧化碳氣流到氫氧化鈣水懸浮液中。氣態(tài)二氧化碳的第一流旨在與所述氫氧化鈣反應(yīng)，同時如圖2所示，二氧化碳的第二流被注入到容器中，其主要目的是攪拌氫氧化鈣的水懸浮液。該二氧化碳的第一氣流從一個微孔膠管或一組微孔膠管引入到懸浮液中，第二氣流來自一個氣體注射分布器。出于維護的方便該微孔膠管可以是自密封的。在碳酸鹽化過程完成后，所得的碳酸鈣漿液隨后被處理以獲得所需的碳酸鈉產(chǎn)品，包括從碳酸鈣中分離水，干燥、冷卻和粉碎碳酸鈣。在某些情況下，所得碳酸鈣漿液被直 接供應(yīng)到應(yīng)用領(lǐng)域而無需全部除去水，例如當(dāng)它直接與紙漿混合時。氫氧化鈣以氧化鈣計與水的重量比為I : I至I : 30，水懸浮液的初始碳酸鹽化溫度范圍為20°C至60°C。本發(fā)明的另一實施方式中，制備沉淀碳酸鈣的方法包括步驟a)提供生石灰到一個水罐中以形成一氫氧化鈣的水懸浮液；b)提供該水懸浮液到碳酸鹽化反應(yīng)器中；c)提供二氧化碳的第一流和第二流到碳酸鹽化反應(yīng)器中以產(chǎn)生碳酸鈣；d)提供該水懸浮液和碳酸鈣到一個分離設(shè)備中；e)干燥從分離設(shè)備中回收的碳酸鈣固體；f)冷卻該干燥的碳酸鈣固體；g)粉碎該冷卻且干燥的碳酸鈣固體；以及h)回收該碳酸鈣。在進一步的另一實施方式中，一種生產(chǎn)沉淀碳酸鈣的系統(tǒng)包括一個盛有氫氧化鈣水懸浮液的容器，提供二氧化碳到所述容器的第一分布器和提供二氧化碳到所述容器的第二分布器。該第一分布器是一個自密封的微孔膠管，以及第二分布器是一個注射分布器。該系統(tǒng)進一步包括一個用來將碳酸鈣與水分離的設(shè)備，一個用于除去碳酸鈣中的水的干燥單元，一個用于冷卻分離的碳酸鈣的冷卻單元，和一個制備沉淀碳酸鈣的粉碎單
J Li o


圖I為根據(jù)本發(fā)明的方法沉淀碳酸鈣的生產(chǎn)過程的示意圖。圖2是多相反應(yīng)體系的略圖。圖3是本發(fā)明中二氧化碳分布系統(tǒng)的示意圖，其中10，pH探針；20，溫度傳感器；30，CO2微孔分布器；40，CO2注射分布器；50，反應(yīng)器；60，反應(yīng)混合物的排出。圖4是水懸浮溶液的溫度相對于時間的曲線圖。
圖5是水懸浮溶液的pH相對于時間的曲線圖。
具體實施例方式示意圖I描述了一種新的沉淀碳酸鈣的制備過程。商業(yè)上任何合適等級的生石灰都可以通過線路I提供給水懸浮液罐A，在此它與水反應(yīng)形成氫氧化鈣漿液。該氫氧化鈣水漿隨后通過線路2提供給碳酸鹽化罐B。該碳酸鹽化罐B通過線路3從并未顯示在示意圖中的二氧化碳罐中接收二氧化碳。通過線路3提供給罐B的二氧化碳氣流被分作兩股具有不同功能的氣流。第一氣流的主要作用是與氫氧化鈣的水懸浮液反應(yīng)以生成碳酸鈣。第二氣流提供給碳酸鹽化罐B用來攪拌該懸浮液。所有參與的物質(zhì)和多相及界面反應(yīng)都列于圖2。
含有碳酸鈣的水懸浮液通過線路4被輸送到一個離心分離系統(tǒng)C，在此碳酸鈣與水進行分離。包含按重量計約30 %的水的所得組合物隨后通過線路5被輸送到一個干燥單元D、通過線路6到冷卻單元E、通過線路7到粉碎機F。接著粉碎的碳酸韓通過線路8被送達直接商業(yè)應(yīng)用或其它處理中。圖3是根據(jù)本發(fā)明的二氧化碳分布系統(tǒng)的示意圖。反應(yīng)器50包含一個pH探針10和一個溫度傳感器20。這些裝置的任一個或兩個都可被用于測定圖I所指的碳酸鹽化反應(yīng)罐B中的反應(yīng)進程。二氧化碳通過兩個不同的分布器被提供到罐B中。第一氣體分布器是一個自密封的或非自密封的二氧化碳微孔分布器30，它可用于注入必需量的二氧化碳到碳酸鹽化罐中以與溶液中存在的氫氧化鈣進行反應(yīng)。 一股二氧化碳氣流通過二氧化碳注射分布器40被提供給參照圖I的碳酸鹽化罐B，并且該二氧化碳提供了一個攪動以攪拌氫氧化鈣的水懸浮液。進行了實驗以支持這里所述的概念。一個具有3. 5米高、直徑為0. 6米的反應(yīng)器用于本實驗。反應(yīng)器中的液高為2. 5米。石灰(CaO)與水的重量比為I : 9。氫氧化鈣懸浮液的起始溫度為53°C。通過一個液體比重計測定的懸浮液的比重是10以及通過濁度計測定的池度為10。該反應(yīng)器中總重為687. 5kg,其中CaO占了 68. 7kg。二氧化碳來自一個配有蒸發(fā)器、調(diào)節(jié)閥門和流量計的、操作壓力可調(diào)節(jié)為I至8巴的IOm3液態(tài)二氧化碳罐。在第一實施例中，消耗了總共68. 7kg的CaO，計算的二氧化碳的理論用量值為49. Ikg或27. 5Nm3。該二氧化碳通過兩種類型的氣體分布器，即微米分布器和注射分布器，加入到反應(yīng)器中。隨著鼓泡二氧化碳的容量在6巴時為INmVhr/m，總長為15米的該二氧化碳微米分布器的二氧化碳分布容量在6巴時高達15Nm3/hr。分布器被放置為三/層，每層是一系列圓形的同心環(huán)。注射分布器具有13個孔。每個孔直徑為1_，注射分布器在6巴時總的分布二氧化碳的容量為30Nm3/hr。在第一實施例中，兩種分布器都用于分布二氧化碳和攪拌懸浮液。實驗結(jié)果示于圖4和圖5。圖4描述了溶液溫度隨著時間的變化，圖5描述了溶液pH隨著時間的變化。根據(jù)實驗，懸浮液的溫度在其降低前增加至約73°C以及在溫度的拐點時反應(yīng)已接近完成。如圖4所示，懸浮液的溫度在其降低前從開始的53°C逐漸地升高至約73°C。一種百里酚酞酸-堿pH計也被用于指示反應(yīng)是否完成。相對于溫度變化，在反應(yīng)完成前PH顯示出相反趨勢的變化。但是越過了約73°C的溫度峰值，pH的變化呈現(xiàn)出相似的趨勢，快速的從11降至9. 2。反應(yīng)完成需要90分鐘，在此期間，二氧化碳的壓力在反應(yīng)的不同時期從2巴變化到6巴，但記錄總的二氧化碳消耗量如預(yù)算的那樣。由于在反應(yīng)過程中從0至85分鐘內(nèi)Ca(OH)2在溶液中的溶解，如果排除溫度升高對在線測量PH的影響，水相的pH值是不變的。實驗結(jié)果表明二氧化碳的效率高達55%。據(jù)計算當(dāng)使用6米長的反應(yīng)器時該效率可增加至90%。在第二實施例中，只使用了上述的微孔分布器。當(dāng)pH指示反應(yīng)完成時，在反應(yīng)器底部發(fā)現(xiàn)了一層Ca(0H)2。這說明對Ca(OH)2溶液的逆向混合效果不好。在第三實施例中，只使用了上述的注射分布器。計算的二氧化碳效率為45 %，低于使用兩種分布器時的效率。由此可以看出，當(dāng)使用兩種二氧化碳供氣流時，可獲得更有效的反應(yīng)過程。 本發(fā)明描述了其中特定的實施方式，但明顯的，本發(fā)明的許多其他方式和變形對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說都是顯而易見的。本發(fā)明附加的權(quán)利要求應(yīng)當(dāng)理解為覆蓋本發(fā)明構(gòu)思和范圍之內(nèi)的所有明顯的方式和變形。
權(quán)利要求
1.一種制備沉淀碳酸鈣的方法，包含提供二氧化碳的第一流和第二流到氫氧化鈣的水懸浮液中。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述二氧化碳為氣態(tài)。
3.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述二氧化碳的第一流與所述氫氧化鈣反應(yīng)。
4.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述二氧化碳的第二流攪拌所述氫氧化鈣的水懸浮液。
5.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述水懸浮液經(jīng)歷一分離過程以從碳酸鈣中分離出水。
6.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述碳酸鈣進行干燥并隨后被冷卻。
7.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述干燥并冷卻的碳酸鈣被粉碎以回收沉淀的碳酸鈣。
8.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，碳酸鈣以氧化鈣計與水的重量比為I: I至I 30。
9.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述二氧化碳的第一流來自一個微孔膠管或者一組微孔膠管。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述微孔膠管是自密封的。
11.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述二氧化碳的第二流來自注射分布器。
12.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述水懸浮液的起始溫度為20°C至60°C。
13.一種制備沉淀碳酸鈣的方法，包括 a)提供生石灰至一水罐中以形成一水懸浮液； b)提供所述水懸浮液至碳酸鹽化反應(yīng)器中； c)提供二氧化碳的第一流和第二流到所述碳酸鹽化反應(yīng)器中以產(chǎn)生碳酸鈣； d)提供水懸浮液和碳酸鈣到一個分離裝置； e)干燥從所述分離裝置中回收的碳酸鈣固體； f)冷卻所述干燥的碳酸鈣固體； g)粉碎所述冷卻且干燥的碳酸鈣固體；以及 h)回收所述碳酸鈣。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述二氧化碳為氣態(tài)。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述二氧化碳的第一流與所述氫氧化鈣反應(yīng)。
16.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述二氧化碳的第二流攪拌所述氫氧化鈣的水懸浮液。
17.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，按重量計所述氧化鈣與水的比約為I: I至 I : 30。
18.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述二氧化碳的第一流來自一個微孔膠管或者一組微孔膠管。
19.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述二氧化碳的第二流來自注射分布器。
20.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述水懸浮液的起始溫度為20°C至60°C。
21.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述微孔膠管為自密封的。
22.—種制備沉淀碳酸鈣的系統(tǒng)，包括一個盛有氫氧化鈣水懸浮液的容器，提供二氧化碳到該容器的第一分布器，以及提供二氧化碳到該容器的第二分布器。
23.如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng),其特征在于，所述第一分布器是一個微孔膠管或者一組微孔膠管。
24.如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述微孔膠管是自密封的。
25.如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第二分布器是注射分布器。
26.如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，進一步包括一個分離單元。
27.如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，進一步包括一個干燥單元。
28.如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，進一步包括一個冷卻單元。
29.如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng),進一步包括一個粉碎單元。
全文摘要
一種制備沉淀碳酸鈣的方法和系統(tǒng)。二氧化碳的第一流和第二流被提供給氧化鈣的水懸浮液以形成碳酸鈣。二氧化碳的第一流來自一個微孔膠管，二氧化碳的第二流來自注射分布器。得到的碳酸鈣懸浮液進行分離、干燥、冷卻以及粉碎以回收沉淀的碳酸鈣。
文檔編號C01F11/18GK102757074SQ201110159429
公開日2012年10月31日 申請日期2011年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月25日
發(fā)明者修國華 申請人:琳德股份公司