СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ УГЛЕКАРБОНАТНОГО МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ Российский патент 2005 года по МПК C01B31/32 C04B2/02 C01F11/06 C07C11/24 

Изобретение относится к способам переработки углекарбонатного минерального сырья и может быть использовано при его глубокой переработке с получением карбида кальция и /или ацетилена.

Известен способ переработки углекарбонатного минерального сырья, включающий нагрев и обжиг известняка с последующим охлаждением получаемой кусковой извести, улавливанием пылевидных фракций извести и последующим брикетированием пылевидной и кусковой извести (см. а.с. СССР №1505902, кл. С 04 В 2/02, 1989).

Недостаток этого решения в повышенном расходе воздуха (обжиг идет в печи кипящего слоя), кроме того, невелик спектр получаемых товарных продуктов (только известь), значительное загрязнение окружающей среды оксидами углерода.

Известен также способ переработки углекарбонатного минерального сырья, включающий обжиг известняка в реакторе с подачей в него и сжиганием высокотемпературного энергоносителя (см. а.с. СССР №1449553, кл. С 04 В 2/02, 1989).

Однако в этом техническом решении также невелик спектр получаемых товарных продуктов (только известь), низка экологичность производственного процесса, кроме того, осложнен процесс обеспечения производства высокотемпературным энергоносителем.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является расширение спектра получаемых товарных продуктов и исключение загрязнения окружающей среды отходами производства.

Технический результат, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в расширении спектра получаемых товарных продуктов, исключении появления отходов производства и обеспечении независимости производства от внешних источников высокотемпературного энергоносителя.

Поставленная задача решается тем, что способ переработки углекарбонатного минерального сырья, включающий обжиг известняка в реакторе с подачей в него и сжиганием высокотемпературного энергоносителя, отличается тем, что, по крайней мере, часть окиси кальция, полученной при обжиге известняка, используют для производства карбида кальция, для чего ее перемещают во второй реактор, где в условиях подвода тепла вводят в реакцию с углеродом, например дробленым углем, при этом газообразные продукты работы первого и второго реакторов отбирают и используют для производства углекислоты, для чего диоксид углерода, отводимый из первого реактора, и окись углерода, отводимую из второго реактора, перемещают в третий реактор, где вводят в реакцию с водой, кроме того, по крайней мере, часть карбида кальция перемещают в четвертый реактор, где вводят в контакт с водой, при этом для обжига известняка и/или производства карбида кальция в качестве высокотемпературного энергоносителя используют, по крайней мере, часть получаемого ацетилена. Кроме того, в качестве основных продуктов переработки углекарбонатного минерального сырья получают карбид кальция и/или окись кальция, и/или ацетилен, а в качестве дополнительных продуктов получают углекислоту и гашеную известь.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию "новизна".

Признаки отличительной части формулы изобретения обеспечивают решение следующих функциональных задач:

Признак “по крайней мере, часть окиси кальция, полученной при обжиге известняка, используют для производства карбида кальция” обеспечивает возможность расширения спектра получаемых товарных продуктов и независимости производства от внешних источников высокотемпературного энергоносителя.

Признак “для чего ее (окись кальция) перемещают во второй реактор, где в условиях подвода тепла вводят в реакцию с углеродом, например дробленым углем” раскрывает технологическое содержание вышеназванного признака.

Признак “газообразные продукты работы первого и второго реакторов отбирают и используют для производства углекислоты, для чего диоксид углерода, отводимый из первого реактора, и окись углерода, отводимую из второго реактора, перемещают в третий реактор, где вводят в реакцию с водой” обеспечивает утилизацию газообразных отходов процессов обжига известняка и производства карбида кальция с превращением их в дополнительный продукт.

Признак “по крайней мере, часть карбида кальция перемещают в четвертый реактор, где вводят в контакт с водой” обеспечивает возможность расширения спектра получаемых товарных продуктов (за счет производства ацетилена) и независимости производства от внешних источников высокотемпературного энергоносителя, кроме того, обеспечивается получение извести “пушонки”.

Признак “для обжига известняка и/или производства карбида кальция в качестве высокотемпературного энергоносителя используют, по крайней мере, часть получаемого в четвертом реакторе ацетилена” обеспечивает возможность расширения спектра получаемых товарных продуктов и независимости производства от внешних источников высокотемпературного энергоносителя.

Признаки второго пункта формулы раскрывают возможную номенклатуру товарной продукции, получаемой при реализации способа.

Изобретение поясняется чертежом, на котором показана схема реализации способа.

Для реализации способа используется технологическая схема, включающая реакторы 1-4, первый газоотборный блок 5, дозаторы 6 и 7, второй газоотборный блок 8, газораспределительные узлы 9 и 10, водоподающий узел 11, загрузочный узел 12, углезагрузочный узел 13, продуктопроводы 14, газопроводы 15.

В качестве первого реактора 1 служит печь для обжига известняка известной конструкции, снабженная загрузочным узлом 12, обеспечивающим подачу известняка. Первый реактор 1 связан газопроводом 15 с первым газоотборным блоком 5 (в качестве которого используются известные комплекты газоочистного оборудования, обеспечивающие отбор СО₂) и продуктопроводом 14, например, выполненным в виде направляющего желоба с дозатором 6, обеспечивающим отбор из потока извести (СаО) получаемой при обжиге известняка части, предназначенной для передачи потребителю, понятно, что, если такое не предусмотрено, этот узел используется только в качестве питателя второго реактора 2.

В качестве второго реактора 2 служит печь для производства карбида кальция, снабженная углезагрузочным узлом 13 известной конструкции и газоотборным блоком 8 (в качестве которого используются известные комплекты газоочистного оборудования, обеспечивающие отбор СО). Если на этом этапе производства предусмотрено использование ацетилена, как высокотемпературного энергоносителя, то печь для производства карбида кальция должна иметь соответствующие теплообменные элементы (на чертежах не показаны), обеспечивающие утилизацию тепла, получаемого при сжигании ацетилена, и его передачу материалам-реагентам (С и СаО).

Газоотборные блоки 5 и 8 посредством газопроводов 15 связаны с третьим реактором 3, подключенным также к водоподающему узлу 11 (выполненному в виде емкости с водой, снабженной насосным и дозирующим и контрольно-измерительным оборудованием известной конструкции, обеспечивающим реализацию процесса синтеза Н₂СО₃). Выход третьего реактора 3 через продуктовод 14 связан с хранилищем углекислоты (на чертеже не показано), конструкция которого определяется формой поставки углекислоты потребителю, т.е. сжиженная или “сухой лед”, и не отличается от известных конструкций.

Выход реактора 2 посредством продуктопровода 14, например, выполненного в виде направляющего желоба, связан с дозатором 7, обеспечивающим отбор из потока карбида кальция получаемой в реакторе части продукции, предназначенной для передачи потребителю, понятно, что, если такое не предусмотрено, этот узел используется только в качестве питателя четвертого реактора 4.

В качестве четвертого реактора 4 используют газогенератор, предназначенный для выработки ацетилена из карбида кальция. Реактор 4 связан с водоподающим узлом 11, а его “газовый” выход через газораспределительный узел 9 связан либо с газгольдером (на чертеже не показан - предназначен для хранения ацетилена перед отправкой его потребителю), либо газораспределительным узлом 10, регулирующим подачу ацетилена в реакторы 1 и 2 (конструктивно эти узлы аналогичны известным газораспределительным устройствам и выбираются с учетом соответствия их рабочих параметров расходу ацетилена и сечению газопроводов 15). Второй выход реактора 4 посредством соответствующего продуктопровода 14 связан с хранилищем гашеной извести (на чертеже не показано).

Заявленный способ реализуется следующим образом.

Известняк вводят в реактор 1 и производят его обжиг, сжигая ацетилен. В процессе обжига известняк разлагается на известь и диоксид углерода по формуле

Готовая известь (СаО) удаляется продуктопроводом 14 к дозатору 6, обеспечивающему отбор из общего объема части извести, предназначенной для передачи потребителю, и части, предназначенной для дальнейшей переработки. Часть извести, предназначенная для дальнейшей переработки, подается во второй реактор 2, где в присутствии углерода (в виде кокса или каменного угля крупностью 20-25 мм и содержанием серы менее 1%) перерабатывается в карбид кальция. Процессе производства карбида кальция “идет” по формуле

Готовый карбид кальция (СаС₂) удаляется продуктопроводом 14 к дозатору 7, обеспечивающему отбор из общего объема продукции части карбида кальция, предназначенной для передачи потребителю, и части, предназначенной для дальнейшей переработки. Часть карбида кальция, предназначенная для дальнейшей переработки, подается в четвертый реактор 4, где в вводится в контакт с водой и перерабатывается в ацетилен. Процессе производства ацетилена “идет” по формуле

СаС₂+2Н₂О=С₂Н₂+Са(ОН)₂

Готовый ацетилен (C₂H₂) удаляется по газопроводу 15 и через газораспределительный узел 9 подается либо потребителю, либо только в первый реактор 1, либо и в первый и второй реактор 2. Гашеная известь (Ca(OH)₂) передается потребителю для использования по назначению.

Таким образом, в качестве основных продуктов переработки углекарбонатного минерального сырья получают карбид кальция и/или окись кальция, и/или ацетилен, а в качестве дополнительных продуктов получают углекислоту и гашеную известь. При этом при наличии потребителей и соответствующих дополнительных компонентов основные продукты переработки углекарбонатного минерального сырья могут использоваться для последующей переработки по известным схемам с получением, например, суперфосфата, карбамида, этилового спирта и т.п.

Режимные параметры реализации способа на всех его этапах не отличаются от известных.

Изобретение предназначено для химической промышленности и может быть использовано для получения карбида кальция, оксида кальция, ацетилена, углекислоты и гашеной извести. Углекарбонатное минеральное сырье - известняк обжигают в реакторе 1 с использованием ацетилена в качестве высокотемпературного энергоносителя. Известь, полученную в реакторе 1, передают потребителю и/или во второй реактор 2, куда также вводят кокс или каменный уголь крупностью 20-25 мм и содержанием серы менее 1%. В реактор 2 также подают часть ацетилена, получаемого далее. Готовый карбид кальция удаляют из реактора 2 и направляют потребителю и/или в четвертый реактор 4, в котором в результате контакта с водой образуется ацетилен и гашеная известь. Ацетилен по газопроводам 15 подают потребителю и/или в реакторы 1 и 2. Готовую гашеную известь направляют потребителю. Газообразные продукты: диоксид углерода из реактора 1 и оксид углерода из реактора 2 подают в третий реактор 3, в котором при контакте с водой образуется угольная кислота, направляемая потребителю в виде “сухого льда” или в сжиженном состоянии. Изобретение позволяет получить широкий спектр товарных продуктов в едином безотходном цикле и исключить загрязнение окружающей среды, 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ переработки углекарбонатного минерального сырья, включающий обжиг известняка в реакторе с подачей в него и сжиганием высокотемпературного энергоносителя, отличающийся тем, что по крайней мере часть окиси кальция, полученной при обжиге известняка, используют для производства карбида кальция, для чего ее перемещают во второй реактор, где в условиях подвода тепла вводят в реакцию с углеродом, например дробленым углем, при этом газообразные продукты работы первого и второго реакторов отбирают и используют для производства углекислоты, для чего диоксид углерода, отводимый из первого реактора, и окись углерода, отводимую из второго реактора, перемещают в третий реактор, где вводят в реакцию с водой, кроме того, по крайней мере, часть карбида кальция перемещают в четвертый реактор, где вводят в контакт с водой, при этом для обжига известняка и/или производства карбида кальция в качестве высокотемпературного энергоносителя используют, по крайней мере, часть получаемого ацетилена.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве основных продуктов переработки углекарбонатного минерального сырья получают карбид кальция, и/или окись кальция, и/или ацетилен, а в качестве дополнительных продуктов получают углекислоту и гашеную известь.