СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ВЛАЖНЫХ ГИДРАТОВ Российский патент 1997 года по МПК C04B11/02 

Изобретение относится к способам термической обработки влажных гидратов, в частности, к способам низкотемпературной термообработки влажных гидратов, преимущественно гипса.

К числу таких способов относится, например, так называемый способ кальцинирования влажного гипса. Влажный гипс, т.е. кальцийсульфат-дигидрат, куда можно отнести также увлажненный гипс, образующийся на установке по обессериванию дымовых газов, может подвергаться поверхностному высушиванию при температурах до 90^oC без удаления кристаллической воды. При температурах до 145^oC происходит удаление кристаллической воды, т.е. обезвоживание с образованием полугидрата. При этом в зависимости от парциального давления водяного пара возникнет альфа- или бета-модификация полугидрата. Выше этого диапазона температур вследствие полного удаления воды образуется ангидритная модификация, начиная с так называемого A III гипса, очень реакционноспособного компонента с коротким периодом связывания, за которым следует менее реакционноспособный, труднорастворимый гипс A II_s и, наконец, инертный A II_k. Такие различия в реакционных характеристиках объясняются поверхностными свойствами вещества, изменяющимися в результате термической обработки.

Для получения кальцинированного гипса с постоянным и/или однородным составом, особую важность, таким образом, приобретает фактор точного и правильного регулирования профиля температур в процессе получения соединений. В ходе термической обработки следует избегать перегрева и неоднородностей температурного режима, что могло бы привести к нежелательному изменению фаз в отдельных частицах вещества. Это относится ко всем стадиям термообработки. Известные способы характеризуются раздельными стадиями сушки и кальцинирования. На стадии сушки используют проточные трубы или комбинации проточных труб и обогреваемых смесителей, через которые пропускаются дымовые газы или газы с непрямым нагреванием свыше 200^oC. Для нагревания контактных поверхностей используют, кроме того, обычные теплоносители, например, масла или пары с температурой от 150^oC. При увеличении продолжительности контакта с потоком нагретого газа или площадью нагретой поверхности в процессе сушки могут образовываться нежелательные фазы, например, А III, А II.

Для кальцинирования используют так называемые котлы, барабаны, вращающиеся трубы с обогреваемой поверхностью (паровые трубы), а также различные типы печей. Барабаны с прямым увлажнением и аналогичного типа печи пригодны только для штучного материала.

Котлы и паровые трубы загружаются псевдоожиженным гипсовым порошком (гранулятом), в соответствии с REA.

Для упомянутых выше систем характерный является то обстоятельство, что нагретые газы (дымовые газы или воздух) с температурой, как правило, свыше 400^oC подвергаются прямому (непосредственному) увлажнению или же осуществляется неполное псевдоожижение в пределах обогреваемых поверхностей. Таким образом, возникает локальный перегрев и имеет место неконтролируемое образование многофазного гипса. Кроме того, поскольку дымовые газы не являются инертными, появляются сложности при установлении контролируемой атмосферы (например, парциальное давление H₂O. Эти недостатки кальцинаторов достаточно известны и являются предметом различного рода предложений по их усовершенствованию. В известной степени можно устранить упомянутые выше недостатки за счет различного рода добавок или присадок, а также за счет введения дополнительных операций (перемалывание, охлаждение), что, однако, не может не отражаться на качестве продукта.

Известен способ термообработки влажного гидрата с использованием аппарата с псевдоожиженным слоем [1] Повышение качества продукта в известном способе обеспечивают за счет варьирования времени пребывания продукта в аппарате.

Недостатком известного способа является высокий диапазон рабочих температур, что обусловливает опасность перегрева.

Наиболее близким к заявленному изобретению является способ низкотемпературной термообработки влажных гидратов, преимущественно гипса, включающий удаление свободной воды из влажного гидрата в аппарате с псевдоожижаемым слоем при подводе тепла с сжижающим газом и осуществление либо прямого тепло- и массообмена с газовым потоком, либо косвенного с теплоносителем, и последующее удаление кристаллизационной воды [2]
В изобретении решается задача повышения качества продукта, получаемого в результате термообработки влажного гидрата, в частности, обожженного гипса с постоянным и/или однородным составом фаз за счет удаления кристаллизационной воды в строго контролируемом режиме, без перегрева.

Сформулированная техническая задача решается за счет того, что в способе низкотемпературной термообработки влажных гидратов, преимущественно гипса, включающем удаление свободной воды в первом аппарате с псевдоожиженным слоем при подводе тепла с сжижающим газом и осуществлении либо прямого тепло- и массообмена, либо косвенного с теплоносителем, и последующее удаление кристаллизационной воды при непрерывном ведении процесса, кристаллизационную воду удаляют во втором аппарате с псевдоожиженным слоем, причем подвод тепла осуществляют с ожижающим газом и через встроенные теплообменники.

Перед введением в первый аппарат возможно осуществление предварительного механического обезвоживания влажного гидрата с последующим смешиванием его с частью гидрата, прошедшего обработку в первом аппарате.

Подачу влажного гидрата в первый аппарат с псевдоожиженным слоем осуществляют сверху через несколько впускных устройств.

Повышение эффективности способа низкотемпературной обработки обеспечивают за счет использования аппарата с псевдоожиженным слоем, выполненного прямоугольным в плане.

Для улучшения поверхностных свойств получаемых кристаллов термообработанный гидрат охлаждают во втором аппарате с псевдоожиженным слоем, выполненном на выходе с дополнительными встроенными теплообменниками, расположенными в зоне псевдоожижения, образующими зону охлаждения.

При реализации данного способа термообработки, при кальцинировании влажного гипса, как сушка (удаление свободной воды), так и извлечение кристаллической воды протекают в щадящих условиях системы с псевдоожиженным слоем, без какой-либо опасности даже частичного перегрева. Это достигается за счет полного, однородного псевдоожижения при использовании газа, нагретого непрямым методом при низких температурах. Значительное количество энергии через поверхность теплообменника переносится в псевдоожиженный слой, нагреваемый с помощью различных сред, таких как, например, насыщенный пар, масло-теплоноситель и др. до невысоких температур, например, 200^oC.

Псевдоожиженный слой состоит из материала, подлежащего обработке, например, из собственно гранулята гипса. При этом не требуется использовать какой-либо вспомогательный материал или механические средства (например, мешалки). Надежный метод работы обеспечивается за счет глубокого псевдоожиженного слоя, например, 0,5-1,5 м. Для высушивания гидратов с высокой степенью влажности необходимо, чтобы такой материал перед загрузкой в сушильную камеру смешивался с материалом, прошедшим поверхностную сушку до появления некритической влажности и распределялся при этом таким образом, чтобы удельная нагрузка на площадь не мешала процессу псевдоожижения. Удобнее всего этого достигать за счет многократной загрузки и/или оптимальных введений в циклон.

Регулирование температуры псевдоожиженного слоя может производиться либо за счет пропускной способности аппарата, либо за счет температуры теплоносителя. В случае влажного гипса просушенный с поверхности гидрат с полным содержанием кристаллической воды имеет температуру 90^oC, Используя такой материал, в аппарате (кальцинаторе) второй стадии псевдоожижения, за счет варьирования температуры на входе, которую можно поддерживать постоянной в очень узких пределах, можно получить гипс любого желаемого качества, а именно: чистый β -полугидрат, двухфазный гипс с b -полугидратом и, в зависимости от температуры различным содержанием А III, а также многофазный гипс с b -полугидратом, А III и А II компонентами до чистого гипса А II. На выгрузке второго аппарата с псевдоожиженным слоем кальцинатора создают зону пониженных температур, где производят охлаждение продукта, а кроме того, обеспечивается возможность за счет направленного выделения влаги фиксировать состав получаемого продукта.

Реализация заявленного способа может быть подтверждена примером обжига влажного гипса с использованием установки, представленной на фиг. 1.

Обезвоженный механическим путем гипс из REA смешивают с поступающим из 1 поверхностно-просушенным дигидратом в смесителе 2 до состояния некритической влажности, так что гранулят подвергается интенсивному псевдоожижению. Последний через транспортирующее устройство 3 поступает на первую стадию псевдоожижения A, т.е. в сушилку через два впускных устройства. Псевдоожиженный воздух нагревают в 5 до 150^oC. Значительное количество тепла поступает на псевдоожиженный слой в сушилке через систему теплообменников 4. Отработанный воздух из сушилки А очищается от пыли с помощью фильтра или системы "циклон". Пыль вместе с просушенным с поверхности дигидратом из сушилки A с помощью пневматической системы через трубопровод поступает в сборник 8. Часть через шнековое транспортирующее устройство 9 поступает в смеситель 2. Остатки продукта из бункера через дозировочное устройство 10 поступают на вторую стадию системы псевдоожижения, в кальцинатор B. Псевдоожиженный воздух для обогреваемой части системы с режимом псевдоожижения B нагревают с помощью нагревателя 11 соответственно желаемой степени обжига, в то время как воздух в интегрированной в систему зоне охлаждения остается ненагретым. Значительная часть энергии подается в обогреваемую часть кальцинатора В через систему теплообменников 12. Из зоны охлаждения значительное количество энергии отводится также через систему теплообменников 13. Отработанный воздух из кальцинатора B проходит очистку от пыли в циклоне 14, а пыль в зависимости от степени кальцинирования материала подается в псевдоожиженный слой обрабатываемого материала. Готовый обожженный гипс после охлаждения поступает через системы пневматических трубопроводов 15 на конечную стадию получения готового продукта (сборник) и оттуда подают на дальнейшую переработку.

Тот факт, что этот способ был разработан применительно к REA-дигидрату и оказался для него особенно пригодным, не исключает применения данного процесса для обжига других родственных гипс-дигидрату форм. В этих случаях указанный метод сохраняет все свои преимущества. С применением представляемого в изобретении способа можно аналогичным образом с сохранением тех же преимуществ обрабатывать и другие влажные гидраты.

Использование: термическая обработка влажных гидратов, в частности низкотемпературная термообработка влажных гидратов, преимущественно гипса. Сущность: способ низкотемпературной обработки влажных гидратов, преимущественно гипса, включает удаление свободной воды в первом аппарате с псевдоожиженным слоем при подводе тепла с ожижающим газом и осуществлении либо прямого тепло- и массообмена с газовым потоком, либо косвенного - с теплоносителем, и последующее удаление кристаллизационной воды во втором аппарате с псевдоожиженным слоем при подводе тепла с ожижающим газом и через встроенные теплообменники. Процесс обработки ведут в непрерывном режиме. Перед введением в первый аппарат влажный гидрат может быть подвергнут механическому обезвоживанию с последующим смешиванием с частью гидрата, прошедшего обработку в первом аппарате. Подачу влажного гидрата в первый аппарат с псевдоожиженным слоем осуществляют сверху через несколько впускных отверстий. Аппараты с псевдоожиженным слоем выполняют прямоугольной формы в плане. Термообработанный гидрат может быть охлажден во втором аппарате, выполненном на выходе с теплообменниками, расположенными в зоне псевдоожижения, образующими зону охлаждения. 4 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Способ низкотемпературной термообработки влажных гидратов, преимущественно гипса, включающий удаление свободной воды в первом аппарате с псевдоожиженным слоем при подводе тепла с ожижающим газом и осуществляют либо прямого тепло- и массообмена с газовым потоком, либо косвенного с теплоносителем, и последующее удаление кристаллизационной воды при непрерывном ведении процесса, отличающийся тем, что кристаллизационную воду удаляют во втором аппарате с псевдоожиженным слоем, причем подвод тепла осуществляют с ожижающим газом и через встроенные теплообменники. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед введением в первый аппарат влажный гидрат подвергают механическому обезвоживанию, затем смешивают с частью гидрата, прошедшего обработку в первом аппарате. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в первый аппарат с псевдоожиженным слоем влажный гидрат подают сверху через несколько впускных устройств. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что аппараты с псевдоожиженным слоем выполняют прямоугольной формы в плане. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что термообработанный гидрат охлаждают во втором аппарате с псевдоожиженным слоем, выполненном на выходе с дополнительными встроенными теплообменными, расположенными в зоне псеводоожижения, образующими зону охлаждения.