二氯氧化鋯生產(chǎn)過程中的節(jié)能濃縮蒸發(fā)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明是一種二氯氧化鋯生產(chǎn)過程中的節(jié)能濃縮蒸發(fā)方法。屬于鋯的化合物制備 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 二氯氧化鋯（ZrOCl2 ? 8H20)是重要的鋯化學(xué)品，是合成二氧化鋯和諸多鋯鹽的原 料。可用作涂料干燥劑、橡膠添加劑、耐火材料、陶瓷顏料、潤滑劑；在陶瓷、鞣革、電子、珠 寶、冶金工業(yè)、催化劑、醫(yī)療、汽車尾氣凈化等方面得到廣泛應(yīng)用。而且，二氯氧化鋯還是制 備原子能級金屬鋯鉿的重要原料。
[0003] 由于二氯氧化鋯（ZrOCl2 *8H20)用途廣泛，國內(nèi)外市場需求量不斷攀升，二氯氧化 鋯產(chǎn)品具有廣闊的市場前景。
[0004] 堿熔法生產(chǎn)二氯氧化鋯工藝具有產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、裝置生產(chǎn)能力高、生產(chǎn)成本較低 等特點。得到迅速發(fā)展。
[0005] 在由原料鋯英石制備二氯氧化鋯的生產(chǎn)工藝中采用多效蒸發(fā)裝置，至少包括兩次 結(jié)晶過程。第一次結(jié)晶過程是在高溫下用含有鈉離子（如氫氧化鈉或碳酸鈉）的堿性分解 劑分解鋯英石，制得鋯酸鈉（Na 2Zr03)，并經(jīng)水洗除去反應(yīng)中生成的副產(chǎn)物如硅酸鈉和氧化 鈉等；再將上述硅酸鈉溶于大量鹽酸中，并過濾除去不溶組分，如二氧化硅（Si0 2)和未反應(yīng) 的礦石（鋯英石）。濃縮結(jié)晶制得二氯氧化鋯晶體。但是，經(jīng)第一次結(jié)晶過程制得的二氯氧 化鋯晶體被二氧化硅或氧化鈉等雜質(zhì)污染，為了得到純凈的二氯氧化鋯晶體，就要進行第 二次結(jié)晶過程。
[0006]即將第一次結(jié)晶過程所得到的二氯氧化鋯晶體溶解于水中，向該溶液中加入鹽酸 及助劑；加熱濃縮；冷卻析出晶體。如果二次結(jié)晶仍然不能達到用戶需要的產(chǎn)品純度技術(shù) 指標，還要進行三次或多次結(jié)晶過程。
[0007] 多效蒸發(fā)工藝由于逐效利用了二次蒸汽的熱量，因而一定程度上提高了能量的利 用率，具有一定的節(jié)能效果。然而，多效蒸發(fā)需要外界不斷地提供大量加熱蒸汽，末效產(chǎn)生 的二次蒸汽也需要有冷凝系統(tǒng)冷凝，這樣就需要較大的能量產(chǎn)生加熱蒸汽并浪費了末效二 次蒸汽的熱能。由于需要設(shè)置蒸汽產(chǎn)生設(shè)備和冷凝設(shè)備使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)龐大、投資費用升高。
[0008] 多次濃縮、結(jié)晶工藝，導(dǎo)致二氯氧化鋯的產(chǎn)率低于70%。另外，伴之于大量鹽酸和 能量的消耗。每生產(chǎn)1噸二氯氧化鋯產(chǎn)品蒸出稀酸4噸左右，每蒸發(fā)1噸稀酸最少蒸汽消 耗如下：
[0009]單效蒸發(fā)裝置1. 1噸，雙效蒸發(fā)0. 57噸，三效蒸發(fā)0. 4噸，四效蒸發(fā)0. 3噸，五效 蒸發(fā)0.27噸。
[0010] 因此，現(xiàn)有技術(shù)中二氯氧化鋯生產(chǎn)工藝過程使用單效、雙效或三效之類的蒸發(fā)裝 置的居多，導(dǎo)致二氯氧化鋯生產(chǎn)中能耗居高不下，嚴重阻礙著二氯氧化鋯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
[0011] 機械蒸汽再壓縮蒸發(fā)（即mechanical vapor recompression,簡稱，MVR)系統(tǒng)。 從蒸發(fā)器蒸出的二次蒸汽再經(jīng)壓縮機壓縮后，其壓力、溫度升高，然后送到蒸發(fā)器的加熱室 替代加熱蒸汽使用，使料液維持沸騰蒸發(fā)狀態(tài)，而二次蒸汽本身被冷凝。這樣，原來要廢棄 的二次蒸汽就得到了充分的利用，回收了熱能，提高了熱效率，設(shè)備占地面積小，配套工程 少，是一種極佳的蒸發(fā)設(shè)備。
[0012] 但是MVR系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加熱單元、蒸發(fā)器單元和壓縮機單元結(jié)構(gòu)設(shè) 計及系統(tǒng)集成難度較大；導(dǎo)致MVR系統(tǒng)投資巨大，蒸發(fā)量為7噸/小時的裝置，需設(shè)備投資 超過千萬。而且二氯氧化鋯濃縮過程中的蒸發(fā)介質(zhì)為鹽酸，腐蝕性相當強，目前適合于制造 相應(yīng)的壓縮機的理想的材質(zhì)還不多見。
[0013] 綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中的二氯氧化鋯生產(chǎn)過程中的節(jié)能濃縮蒸發(fā)方法存在如下不 足：
[0014] 1.多效蒸發(fā)多次濃縮、結(jié)晶工藝，導(dǎo)致二氯氧化鋯的產(chǎn)率低.
[0015] 2?消耗大量鹽酸。
[0016] 3?熱能消耗量大。
[0017] 4?濃縮工序排放的HCL氣體，污染環(huán)境。
[0018] 5. MVR蒸發(fā)裝置投資巨大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0019] 本發(fā)明的目的在于避免上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，而提供一種二氯氧化鋯的產(chǎn) 率高，鹽酸消耗量少，熱能消耗等同于MVR蒸發(fā)裝置，設(shè)備投資較少的即節(jié)約資源和能源又 有利于環(huán)境保護的二氯氧化鋯生產(chǎn)過程中的節(jié)能濃縮蒸發(fā)方法。
[0020] 本發(fā)明的目的可以通過如下措施來達到：
[0021] 本發(fā)明的二氯氧化鋯生產(chǎn)過程中的節(jié)能濃縮蒸發(fā)方法，其特征在于采用如下裝 置：待濃縮料液進料、預(yù)熱系統(tǒng)，料液負壓循環(huán)濃縮蒸發(fā)系統(tǒng)，水蒸汽加熱、冷凝換熱系統(tǒng)和 二次蒸汽被加熱、冷凝換熱系統(tǒng)；由通過管道和管件順序連接的濃縮閃蒸罐(11)、二次蒸汽加 熱器(12)、主蒸發(fā)換熱器(13)、預(yù)熱、冷凝換熱器(14)、加熱、冷凝換熱器(15)、循環(huán)泵(16)、濃漿液收集 槽(17)、回收稀鹽酸收集槽(18)構(gòu)成；
[0022] ①.所述待濃縮料液進料、預(yù)熱系統(tǒng)的運行方法是：
[0023] 二氯氧化鋯生產(chǎn)工藝中的待濃縮蒸發(fā)料液經(jīng)真空進入料液循環(huán)濃縮蒸發(fā)系統(tǒng)，在 預(yù)熱、冷凝、換熱器(M)中，與來自主蒸發(fā)換熱器(13)的二次蒸汽換熱，自身被預(yù)熱后，進入加 熱、冷凝換熱器(15)，與來自二次蒸汽加熱器(12)的水蒸氣換熱、進一步提高溫度后，通過主蒸 發(fā)換熱器(13)料液入口管道進入料液負壓循環(huán)濃縮蒸發(fā)系統(tǒng)；
[0024] ②.所述料液負壓循環(huán)濃縮蒸發(fā)系統(tǒng)的運行方法是：
[0025] 來自濃縮閃蒸罐(11)底部的循環(huán)料液由循環(huán)泵(16)輸送，進入主蒸發(fā)換熱器(13)，與來 自二次蒸汽加熱器(12)，被加熱后的二次蒸汽換熱、提高溫度后，回流入濃縮閃蒸罐(11)，再次 被濃縮閃蒸，完成一個循環(huán)過程；經(jīng)多次循環(huán)濃縮蒸發(fā)，合格濃漿液通過放料閥門，排入濃 漿液收集槽(17)，備結(jié)晶用；
[0026] ③.所述水蒸汽加熱、冷凝換熱系統(tǒng)的運行方法是：
[0027] 外加壓力較高的水蒸氣進入二次蒸汽加熱器(12)，與來自濃縮閃蒸罐(11)的二次蒸汽 換熱，壓力、溫度降低后，經(jīng)疏水閥及管道進入加熱、冷凝器換熱器(15)，與經(jīng)預(yù)熱、冷凝換熱 器(M)預(yù)熱后的料液換熱，自身被冷凝后，排入蒸汽冷凝水收集設(shè)備，被再利用；
[0028] ④.所述二次蒸汽被加熱、冷凝換熱系統(tǒng)的運行方法是：
[0029] 來自濃縮閃蒸罐(11)的二次蒸汽，首先進入二次蒸汽加熱器(12)，與外加壓力較高的 水蒸氣換熱，自身提高溫度后，進入主蒸發(fā)換熱器(13)，與循環(huán)料液換熱后，自身溫度下降，再 進入預(yù)熱、冷凝換熱器(M)，與待濃縮料液換熱后，自身被冷凝，進入回收稀鹽酸收集槽側(cè)，備 再利用。
[0030] 本發(fā)明的技術(shù)方案，采用大面積換熱器替代MVR中的壓縮機給二次蒸汽提高溫 度，用循環(huán)泵給主加熱器提供冷卻物質(zhì)，物料經(jīng)泵提壓后吸熱，然后又再閃蒸。如此汽化熱 不停循環(huán)利用，等效于MVR。
[0031] 通過二次蒸汽加熱器(12)，利用外加蒸汽提供的熱能，提高來自濃縮蒸發(fā)罐(11)的二 次蒸汽的溫度，所述外加蒸汽提供的熱能通過主蒸發(fā)換熱器(13)、預(yù)熱、冷凝換熱器(14)、加熱、 冷凝器換熱器(15)三級換熱裝置回收，最終為濃縮閃蒸罐(11)提供熱源；實現(xiàn)了熱能的完全利 用。
[0032] 二氯氧化鋯生產(chǎn)工藝中的待濃縮結(jié)晶原料，通過在上述裝置中，連續(xù)循環(huán)處理，批 量一次濃縮結(jié)晶，待濃縮結(jié)晶的原料中的二氯氧化鋯結(jié)晶收率大幅度提高；
[0033] 副產(chǎn)的稀鹽酸回收稀鹽酸收集槽(18)收集，再應(yīng)用；
[0034] 熱源蒸汽攜帶的熱能，經(jīng)蒸汽經(jīng)二次蒸汽加熱器(12)、加熱、冷凝器換熱器(15)釋放 后，凝結(jié)的冷凝水收集，再應(yīng)用，實現(xiàn)了零排放。
[0035] 本發(fā)明的目的還可以通過如下措施來達到：
[0036] 本發(fā)明的二氯氧化鋯生產(chǎn)過程中的節(jié)能濃縮蒸發(fā)方法，其特征在于關(guān)鍵設(shè)備技術(shù) 指標如下：
[0037] ①.所述濃縮閃蒸罐(11)為石墨閃蒸罐，容積為2?10m3;
[0038] ②.所述二次蒸汽加熱器(12)為圓塊式石墨換熱器，換熱面積60?240 m2 ;
[0039] ③.所述主蒸發(fā)換熱器(13)為列管式石墨換熱器，換熱面積120?300 m2 ;
[0040] ④.所述預(yù)熱、冷凝換熱器(14)為列管式石墨換熱器，換熱面積10?100 m2 ;