CN111634945B - 一种生产低价钒氧化物的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及钒氧化物技术领域，具体涉及一种生产低价钒氧化物的装置和方法。本发明提供的生产低价钒氧化物的装置，包括燃烧装置、循环分解反应装置和降温收集装置。在本发明中，所述循环分解反应装置包括反应管道、再循环管道和除尘装置，物料通过再循环管道进行多次分解还原，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。
Description
技术领域
本发明涉及钒氧化物技术领域，具体涉及一种生产低价钒氧化物的装置和方法。
背景技术
工业级低价钒氧化物粉剂可作为钒氮合金、钒铁合金、钒铝合金和锂电池正极材料磷酸钒锂的优质原料，是传统钒原料五氧化二钒片剂的升级替代产品，工业级低价钒氧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。
行业内检测低价钒氧化物的标准是检测低价钒氧化物产品的全钒含量，一般认为全钒含量符合60％≤V含量(全钒)≤68％范围的是低价钒氧化物。而五氧化二钒的全钒含量在54％≤V含量(全钒)≤56％范围。
目前生产低价钒氧化物粉剂的传统工艺是使用套筒式回转窑加热多钒酸铵粉料，窑的内筒在缓慢旋转中一端加料一端通入焦炉煤气，内筒和外筒之间通入高炉煤气后燃烧加热内筒，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
本发明的目的在于提供一种生产低价钒氧化物的装置和方法，本发明提供的装置结构简单，能够大幅度缩短生产低价钒氧化物的时间，提高生产效率，降低成本，适宜工业化规模生长。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种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。
优选地，所述反应管道2-1为U型盘管或螺旋管道。
优选地，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。
优选地，所述燃烧装置1中设置有一个或多个烧嘴。
优选地，所述降温收集装置3包括依次连通的换热器3-1、除尘器3-2和第二风机3-3；所述换热器3-1的进料口与所述反应管道2-1的出口相连通。
本发明还提供了采用上述技术方案所述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。
优选地，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200～900℃。
优选地，所述反应管道2-1进口的负压为-1～-8kPa。
优选地，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。
优选地，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％。
本发明提供了一种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。在本发明中，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，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
图1为燃烧装置的示意图；
图2为反应管道为U型盘管的循环分解反应装置的示意图；
图3为反应管道为螺旋管道的循环分解反应装置的示意图；
图4为降温收集装置的示意图；
图5为实施例1生产低价钒氧化物的装置示意图；
图6为实施例2～3生产低价钒氧化物的装置示意图；
其中，1为燃烧装置，1-1为第一烧嘴，1-2为第二烧嘴，1-3为第三烧嘴；
2为循环分解反应装置，2-1为反应管道，2-2为再循环管道，2-3为除尘装置，2-4为第一风机，2-5为第一排气筒，2-6为第一阀门，2-7为给料器，2-8为加料口；
3为降温收集装置，3-1为换热器，3-2为除尘器，3-3为第二风机，3-4为第二排气筒，3-5为第二阀门。
具体实施方式
本发明提供了一种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。
在本发明中，所述低价钒氧化物优选为四氧化二钒或四氧化二钒和三氧化二钒的混合物，当所述低价钒氧化物为四氧化二钒和三氧化二钒的混合物时，所述四氧化二钒和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％。
本发明提供的装置包括燃烧装置1，使天然气和空气的混合气体进行充分燃烧，得到高温气流。作为本发明的一个实施例，所述燃烧装置1为箱式天然气燃烧装置、窑式天然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。
本发明提供的装置包括循环分解反应装置2，用于分解还原物料，得到低价钒氧化物粉料。在本发明中，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。
在本发明中，所述反应管道2-1优选为U型盘管或螺旋管道。在本发明的具体实施例中，所述U型盘管优选由3～5个U型管首尾相连得到；所述螺旋管道的圈数优选为4～6。本发明限定采用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。
在本发明中，所述反应管道2-1的长度优选为10～18m，更优选为12～16m；所述反应管道2-1的内径优选为0.2～0.8m，更优选为0.4～0.8m。在本发明中，所述反应管道2-1的材质优选为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。
在本发明中，所述再循环管道2-2的材质优选为304不锈钢。在本发明的具体实施例中，所述再循环管道2-2与所述反应管道2-1尾部相连通的一端设置有第一阀门2-6，用于控制物料和气流由反应管道2-1通入再循环管道2-2中。
在本发明中，所述除尘装置2-3优选为旋风式除尘器3-2或布袋式除尘器3-2，用于收集未充分反应的物料。在本发明的具体实施例中，本发明提供的装置还包括第一风机2-4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。
作为本发明的一个实施例，本发明提供的装置还包括给料器2-7和加料口2-8，用于在循环分解反应开始时或者循环分解反应过程中添加原料偏钒酸铵粉料。作为本发明的一个实施例，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。
在本发明的具体实施例中，所述循环分解反应装置2如图2～3所示，包括给料器2-7、加料口2-8、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，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。
作为本发明的一个实施例，所述反应管道2-1和再循环管道2-2上还设置有若干个温度传感器、风速传感器和风量传感器。在本发明中，所述反应管道2-1和再循环管道2-2上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。
本发明提供的装置包括降温收集装置3，用于对产物进行降温和成品收集。在本发明中，所述降温收集装置3的进料口与所述反应装置的出口相连通。在本发明的具体实施例中，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。
作为本发明的一个实施例，所述降温收集装置3如图4所示，包括依次连通的换热器3-1、除尘器3-2和第二风机3-3。本发明对所述换热器3-1、除尘器3-2和第二风机3-3的具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。
作为本发明的一个实施例，所述降温收集装置3还包括与所述第二风机3-3的排气口相连通的第二排气筒3-4。在本发明中，偏钒酸铵粉料经过循环分解反应装置2后得到的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。
在本发明的具体实施例中，所述第一风机2-4和第二风机3-3还用于提供反应管道2-1内的负压条件，具体为：在通入偏钒酸铵粉料之前，关闭第一阀门2-6，打开第二阀门3-5，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。
本发明提供的生产低价钒氧化物的装置如图5或6所示，由燃烧装置1、循环分解反应装置2和降温收集装置3组成，所述燃烧装置1由燃烧室和若干个烧嘴组成；所述循环分解反应装置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。
本发明还提供了采用上述技术方案所述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。
本发明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。在本发明中，所述天然气和空气的体积比优选为1：8～15，更优选为1:9～13。在本发明中，所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。
在本发明中，所述高温气流的成分优选包括二氧化碳和水蒸气。
得到高温气流后，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。在本发明中，所述高温气流的流量优选为400～500m3/h，更优选为430～460m3/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。
在本发明中，所述偏钒酸铵粉料的粒径优选为20～184μm，纯度优选为96～99.5％。在本发明中，所述偏钒酸铵粉料的添加方式优选为匀速加入或阶段式加入。在本发明的具体实施例中，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％。
本发明优选加入偏钒酸铵粉料前，先使反应管道2-1内处于负压，所述反应管道2-1进口的负压优选为-1～-8kPa，出口的负压优选为-3～-7.5kPa。在通入偏钒酸铵粉料后，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。
在本发明的具体实施例中，所述循环的次数优选为2～4次，也就是经过3～5次反应管道2-1内的分解还原反应。
在本发明中，所述第一次分解还原反应、第二次分解还原反应直到第N次分解还原反应的化学反应方程式如下：
2NH4VO3→V2O5+2NH3+H2O， 式I；
2NH3→N2+3H2， 式II；
V2O5+2H2→V2O3+2H2O， 式III；
V2O5+H2→2VO2+H2O， 式IV；
其中，式III和式IV单独进行或者同时进行。
由上述化学反应方程式可以看出，本发明制备的低价钒氧化物为四氧化二钒和三氧化二钒的混合物。
在本发明中，所述偏钒酸铵粉料完全转变为低价钒氧化物粉料的时间优选为1～10min，更优选为2～8min。采用本发明的方法制备低价钒氧化物能够大幅度缩短生产时间，提高生产效率。
得到低价钒氧化物粉料后，本发明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。在本发明中，所述低价钒氧化物粉料的温度优选为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。
本发明以市场上常见的偏钒酸铵粉料为原料，通过原料自身所带的铵分解得到的氨气、以及氨气进一步分解得到的氢气为还原剂，将偏钒酸铵粉料制备成为低价钒氧化物，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。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明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。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例中采用的偏钒酸铵粉料的成分构成如表1所示；
表1偏钒酸铵粉料的成分(质量百分含量)
实施例1
采用图5所示的装置生产低价钒氧化物，关闭第一阀门2-6，打开第二阀门3-5，将天然气和空气的混合气体通入第一烧嘴1-1、第二烧嘴1-2和第三烧嘴1-3内，其中天然气流量为11m3/h，空气流量为111.1m3/h，点燃后产生的高温气流流量调节为432m3/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；
除尘器3-2收集的成品即为低价钒氧化物，产品成分如表2所示；
表2实施例1低价钒氧化物的成分(质量百分含量)
注：四氧化二钒和三氧化二钒的百分比是质量百分比，全钒含量与其它检测项目不是同一个百分比的关系；即表2中四氧化二钒、三氧化二钒、含铵量和杂质的质量百分含量相加为100％。
实施例2
采用图6所示的装置生产低价钒氧化物，关闭第一阀门2-6，打开第二阀门3-5，将天然气和空气的混合气体通入第一烧嘴1-1、第二烧嘴1-2和第三烧嘴1-3内，其中天然气流量为13m3/h，空气流量为128.05m3/h，点燃后产生的高温气流流量调节为468m3/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；
除尘器3-2收集的成品即为低价钒氧化物，产品成分如表3所示；
表3实施例2低价钒氧化物的成分(质量百分含量)
实施例3
采用图6所示的装置生产低价钒氧化物，关闭第一阀门2-6，打开第二阀门3-5，将天然气和空气的混合气体通入第一烧嘴1-1、第二烧嘴1-2和第三烧嘴1-3内，其中天然气流量为18m3/h，空气流量为180m3/h，点燃后产生的高温气流流量调节为573m3/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；
除尘器3-2收集的成品即为低价钒氧化物，产品成分如表4所示；
表4实施例3低价钒氧化物的成分
实施例4
采用图5所示的装置生产低价钒氧化物，关闭第一阀门2-6，打开第二阀门3-5，将天然气和空气的混合气体通入第一烧嘴1-1、第二烧嘴1-2和第三烧嘴1-3内，其中天然气流量为16m3/h，空气流量为160m3/h，点燃后产生的高温气流流量调节为491m3/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；
除尘器3-2收集的成品即为低价钒氧化物，产品成分如表5所示；
表5实施例4低价钒氧化物的成分
由以上实施例可以看出，采用本申请提供的装置生产低价钒氧化物，能够在保证得到低价钒氧化物的同时，显著提高生产效率，且不需额外添加还原气体，降低了生产成本，具有快速高效、低能耗的优点，适宜推广应用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
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%。
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