СПОСОБ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ ХЛОРМАГНИЕВЫХ СОЛЕЙ И МНОГОКАМЕРНАЯ ПЕЧЬ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2008 года по МПК C01F5/32 F27B15/00 

Изобретение относится к обезвоживанию хлормагниевых солей, например карналлита, в твердом состоянии для их подготовки к электролитическому получению магния и может быть использовано в других отраслях промышленности, где обезвоживание материала связано с необходимостью утилизации отработанного теплоносителя содержащего хлористый водород.

Известен способ обезвоживания карналлита с изменением параметров теплоносителя по ходу процесса (патент РФ № 2118611). Этот способ предусматривает термообработку материала в двух или трех печах КС, связанных между собой в единый комплекс транспортными устройствами. Каждая из печей имеет одну выносную топку, газораспределительную решетку и пылеулавливающее устройство, а также устройство для загрузки исходного материала и выгрузки обработанного продукта из печи. Способ также предусматривает сжигание хлора с получением теплоносителя, содержащего хлористый водород, по крайней мере в топке последней печи.

Работа описанной установки в едином технологическом режиме обуславливает необходимость сложной системы управления процессом. Строительство же такой установки требует больших капитальных затрат.

Кроме того, как следует из описания установки и прилагаемых схем, отработанный теплоноситель из печей как содержащий, так и не содержащий хлористый водород направляется в один общий коллектор отходящих газов. Расчет показывает, что в этом случае концентрация хлористого водорода в отходящих газах со всей установки не превышает 2,5 об.%, даже при сжигании в топках печей всего объема хлора получаемого при электролизе обезвоженного сырья. Это заведомо усложняет использование таких газов для производства других продуктов, например водного раствора соляной кислоты или раствора хлорида кальция.

Наиболее близкой по устройству и технической сущности к предлагаемому способу и устройству является многокамерная печь кипящего слоя для обезвоживания карналлита, принимаемая нами за прототип (патент РФ №2176770).

По указанному патенту печь кипящего слоя разделена на камеры перегородками доходящими до свода печи. В перегородках имеются отверстие для перетока материала и отверстие для выравнивания разрежения в подсводовом пространстве печи. Кроме того, камеры разделены на секции перегородками, которые не доходят до свода печи и имеют отверстие для перетока материала.

Приводимая конструкция предполагает обезвоживание сырья в одной многокамерной печи, обрабатываемый материал по переточным отверстиям перемещается от загрузки к выгрузке, а теплоноситель, содержащий хлористый водород, подается во все камеры печи. При этом получение такого теплоносителя осуществляется за счет сжигания хлора в выносных топках камер.

Выносимая из печи пыль улавливается в циклонах и возвращается в печь на переработку. Отличительной особенностью предлагаемой в указанном патенте конструкции печи является автономная система пылеулавливания последней камеры. Это осуществляется за счет перегородки между последней камерой и предыдущей, имеющей отверстие только для перетока материала и не имеющей отверстия для выравнивания разрежения в подсводовом пространстве.

Отработанный теплоноситель, содержащий хлористый водород, направляется в один общий коллектор отходящих газов. В этом случае, как и в предыдущем патенте, за счет разбавления теплоносителя газообразными продуктами обезвоживания содержание хлористого водорода в отходящих газах не превышает 2,5 об.%, даже при сжигании в топках печей всего объема хлора, получаемого при электролизе обезвоженного сырья, что затрудняет использование таких газов для получения других продуктов.

Задачей настоящего изобретения является создание способа обезвоживания хлормагниевых солей, например карналлита, в кипящем слое с использованием теплоносителя содержащего хлористый водород, позволяющего упростить процесс переработки отработанного теплоносителя. Технический результат от изобретения заключается в увеличении концентрации хлористого водорода в отработанном теплоносителе в 1,5-2 раза.

Полученный технический результат достигается тем, что в способе обезвоживания хлормагниевых солей, включающем термическую обработку теплоносителем сырья в многокамерной печи кипящего слоя, камеры которой работают под разрежением, очистку отходящих газов в циклонах от пыли с возвратом пыли в процесс и мокрую очистку отходящих газов, при этом во вторую и/или последующие камеры многокамерной печи подачу теплоносителя, содержащего хлористый водород, а мокрую очистку отходящих газов из второй и/или последующих камер ведут отдельно по отношению к другим камерам.

Разрежение в подсводовом пространстве второй и/или последующих камер поддерживают на 1-5 мм вод. ст. больше, чем в подсводовом пространстве других камер.

Способ состоит в том, что обезвоживание хлормагниевых солей, например карналлита, проводят в многокамерной печи кипящего слоя непрерывного действия. Теплоноситель, содержащий хлористый водород, получают либо добавками хлористого водорода в топочные газы, либо сжигая хлор в топках печи с углеводородсодержащим топливом. Последний вариант в производстве магния наиболее просто осуществим, т.к. необходимое для процесса обезвоживания количество хлора образуется при переработке обезвоженного сырья на стадии его электролиза.

В первой загрузочной камере печи при нагреве материала до 135-140°С происходит частичное обезвоживание хлормагниевых солей, при этом гидролиз хлорида магния, содержащегося в материале, незначителен, а содержание образующегося оксида магния в продукте, выходящем из первой камеры, не превышает 0,05-0,1 мас.%. Это позволяет проводить процесс обезвоживания хлормагниевых солей не используя теплоноситель, содержащий хлористый водород в первой загрузочной камере печи.

Основное количество воды, содержащейся в исходных хлормагниевых солях, удаляется именно в первой камере печи. Это приводит к необходимости подачи в первую камеру печи основного количества тепла, а следовательно, теплоносителя, и обуславливает значительное количество отходящих газов из первой камеры печи (50% и более от всего объема газов отходящих из печи). В каждой последующей камере печи удаляется все меньшее количество воды и требуется все меньшее количество теплоносителя.

Отходящие газы, содержащие хлористый водород, направляются в устройство мокрой газоочистки и далее на получение водного раствора соляной кислоты, водного раствора хлорида кальция или других продуктов. Хорошо известно, что переработка газов, содержащих хлористый водород, осуществляется тем проще технически и тем выгоднее экономически, чем выше в таких газах концентрация хлористого водорода.

Заявляемый способ обезвоживания хлормагниевых солей предполагает их термообработку в многокамерной печи кипящего слоя с подачей теплоносителя, содержащего хлористый водород, во вторую и/или последующие камеры печи.

С учетом вышесказанного наиболее простым и дешевым способом повышения концентрации хлористого водорода в отходящих газах многокамерной печи КС является разделение отходящих газов камер, в которые подается теплоноситель, содержащий хлористый водород, от отходящих газов других камер.

В этом случае печь необходимо оборудовать двумя автономными устройствами мокрой газоочистки. Первое устройство используется для улавливания отходящих газов из камер, в которые подается теплоноситель, изначально не содержащий хлористый водород. Второе отдельное устройство мокрой газоочистки используется для улавливания отходящих газов из камер, в которые подается теплоноситель, изначально содержащий хлористый водород.

Реализация способа осуществляется в многокамерной печи кипящего слоя для обезвоживания хлормагниевых солей, состоящей из корпуса с колпачковой газораспределительной подиной, разделяющей ее на надрешеточную и подрешеточную части, выносных топок, перегородок между камерами, имеющих в надрешеточном пространстве отверстия для перетока обезвоживаемого материала, и отверстия для выравнивания разряжения под сводом печи, циклонов для улавливания пыли, соединенных газоходами с камерами и с коллектором отходящих газов, соединенным с устройством для мокрой газоочистки, снабженной отдельным устройством для мокрой очистки газов, при этом вторая и/или последующие камеры отделены от предыдущей по ходу обезвоживания материала камеры перегородкой, имеющей отверстие только для перетока обезвоживаемого материала, а газоходы циклонов этих камер направлены в отдельный коллектор, соединенный с отдельным устройством мокрой газоочистки.

Ниже показан пример выполнения конструкции многокамерной печи кипящего слоя.

На фиг.1 показан продольный разрез печи кипящего слоя с раздельным отводом отходящих газов.

На фиг.2 показан поперечный разрез печи.

Печь состоит из стального корпуса 1. Корпус 1 разделен на три камеры вертикальными перегородками 2 и 3, причем перегородка 2, отделяющая камеры, в которые подается теплоноситель, содержащий хлористый водород от предыдущей камеры, имеет отверстие только для перетока материала 4, а перегородка 3 между остальными камерами имеет как отверстие для перетока материала 4, так и отверстие для выравнивания разрежения в подсводовом пространстве печи 5. Камеры печи разделены на секции перегородками 6 не доходящими до свода печи и имеющими отверстие для перетока материала.

Газораспределительная решетка 7 с установленными в ней колпачками делит кожух печи на надрешеточную часть и подрешеточную часть, последняя называется газораспределительными камерами 8. Газораспределительные камеры газоходами сообщаются с топками 9.

Подсводовое пространство печи газоходами соединено с пылеулавливающими циклонами 10 и 11. Пылеулавливающие циклоны газоходами сообщаются с коллекторами отходящих газов 12 и 13. Уловленная в циклонах пыль возвращается в печь на переработку, пыль выгружаемая из последнего циклона печи подается на смешение с материалом, прошедшим термообработку. При этом циклоны 11 камер, в которые подается теплоноситель, содержащий хлористый водород, направлены в отдельный коллектор 12, соединенный с отдельным устройством мокрой газоочистки 14.

Печь работает следующим образом. Исходную хлормагниевую соль, например карналлит, через загрузочное устройство подают в первую камеру печи. В первой камере печи при нагреве материала до 135-140°С он частично обезвоживается, при этом содержание оксида магния в материале на выходе из камеры не превышает 0,05-0,1 мас.%. Из первой загрузочной камеры материал по перетоку 6 поступает во вторую камеру, где обезвоживается при большей температуре, чем в предыдущей камере. Теплоноситель, содержащий хлористый водород, подают во вторую и/или последующие камеры печи. Подсводовое пространство камер, в которые подают теплоноситель, содержащий хлористый водород, отсоединены от посводового пространства камер, в которых такой теплоноситель не используется. Это достигается следующим образом - первая по ходу обезвоживания камера печи, в которую подают теплоноситель, содержащий хлористый водород, отделена от предыдущей камеры перегородкой 2, имеющей отверстие только для перетока материала 4.

Отходящие газы из камер, в которые подают теплоноситель, содержащий хлористый водород, очищаются от пыли в циклонах 11 и далее поступают в коллектор 12, по которому направляются в отдельное устройство для мокрой газоочистке 14. Отходящие газы из остальных камер после очистки от пыли в циклонах 10 поступают в отдельный коллектор 13 и далее на отдельное устройство мокрой газоочистки 15.

Теплоноситель, содержащий хлористый водород, получают в выносных топках печи 9 либо добавляя в топочные газы хлористый водород, либо сжигая хлор (получаемый со стороны или образующийся при электролизе обезвоженного сырья) в топках печи совместно с углеводородсодержащим топливом. В последнем случае теплоноситель всегда содержит некоторое количество непрореагировавщего хлора.

Во избежание попадания в помещение цеха газов содержащих хлористый водород в подсводовом пространстве камер поддерживают разрежение. При этом более высокое разрежение поддерживают в камерах, где используется теплоноситель, содержащий хлористый водород. Это позволяет, в случае получения такого теплоносителя за счет сжигания хлора, предотвратить попадание хлора в устройство мокрой газоочистки отходящих газов в камеры печи, где этот теплоноситель не используется. В свою очередь это дает возможность заметно упростить конструкцию и использование устройства мокрой газоочистки 15 отходящих газов из камер, в которых не используется теплоноситель, содержащий хлористый водород.

Описанная конструкция печи позволяет получать отработанный теплоноситель с высоким содержанием хлористого водорода, что упрощает дальнейший процесс его переработки.

Пример 1. В многокамерную печь кипящего слоя загружают обогащенный карналлит в содержащий: MgCl₂ - 32 мас.%, свободной воды 2,5 мас.%, остальное - хлориды натрия и калия. В топки всех камер печи подают хлор на сжигание в количестве 1350 нм³/ч. Разрежение в подсводовом пространстве печи 5 мм. вод ст поддерживают одинаковым во всех камерах. Общий объем газов подаваемых в печь составляет 115 тыс. нм³/ч. Конечная температура нагрева материала 320°С. Производительность печи по обезвоженному материалу 14 т/ч. В обезвоженном материале содержится: MgCl₂ - 52,0 мас.%, MgO - 0,30 мас.%, H₂O - 0,2 мас.%. Концентрация хлористого водорода и хлора в отходящих из печи газах составляет 2,2 об.% и 0,02 об.% соответственно.

Пример 2. Процесс обезвоживания карналлита ведут при тех же условиях что и в примере 1. Сжигание хлора осуществляют в топках второй и последующих камер печи. Разрежение в подсводовом пространстве первой камеры 1 мм вод. ст., разрежение в подсводовом пространстве остальных камер 5 мм вод. ст.

Отходящие газы из второй и последующих камер поступают в отдельный коллектор, не смешиваясь с отходящими газами первой камеры. В обезвоженном материале содержится: MgCl₂ - 52,1 мас.%, MgO - 0,32 мас.%, H₂O - 0,2 мас.%. В отходящих газах из первой камеры содержится: HCl<0,01 об.%, Cl - 0 об.%. В отходящих газах второй и последующих камер содержится: HCl - 4,7 об.%, Cl₂ - 0,04 об.%.

Изобретение относится к обезвоживанию хлормагниевых солей для их подготовки к электролитическому получению магния, а также может быть использовано в других отраслях промышленности, где обезвоживание материала связано с необходимостью утилизации отработанного теплоносителя, содержащего хлористый водород. Обезвоживание хлормагниевых солей проводят термической обработкой сырья теплоносителем в многокамерной печи кипящего слоя, камеры которой работают под разрежением. Очистку отходящих газов проводят в циклонах от пыли с возвратом пыли в процесс и мокрую очистку отходящих газов. При этом во вторую и/или последующие камеры многокамерной печи подают теплоноситель, содержащий хлористый водород. Мокрую очистку отходящих газов из второй и/или последующих камер ведут отдельно по отношению к другим камерам. Разрежение в подсводовом пространстве второй и/или последующих камер поддерживают на 1-5 мм вод. ст. больше, чем в подсводовом пространстве других камер. Многокамерная печь состоит из корпуса с колпачковой газораспределительной подиной, разделяющей ее на надрешеточную и подрешеточную части, выносных топок, перегородок между камерами, имеющих в надрешеточном пространстве отверстия для перетока обезвоживаемого материала, и отверстия для выравнивания разрежения под сводом печи, циклонов для улавливания пыли, соединенных газоходами с камерами и с коллектором отходящих газов, соединенным с устройством для мокрой газоочистки. При этом печь снабжена отдельным устройством для мокрой очистки газов. Вторая и/или последующая камеры отделены от предыдущей по ходу обезвоживания материала камеры перегородкой, имеющей отверстие только для перетока обезвоживаемого материала, а газоходы циклонов этих камер направлены в отдельный коллектор, соединенный с отдельным устройством мокрой газоочистки. Изобретение позволяет упростить процесс переработки отработанного теплоносителя. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ обезвоживания хлормагниевых солей, включающий термическую обработку сырья теплоносителем в многокамерной печи кипящего слоя, камеры которой работают под разрежением, очистку отходящих газов в циклонах от пыли с возвратом пыли в процесс и мокрую очистку отходящих газов, при этом во вторую и/или последующие камеры многокамерной печи подают теплоноситель, содержащий хлористый водород, отличающийся тем, что мокрую очистку отходящих газов из второй и/или последующих камер ведут отдельно по отношению к другим камерам.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что разрежение в подсводовом пространстве второй и/или последующих камер поддерживают на 1-5 мм вод. ст. больше, чем в подсводовом пространстве других камер.3. Многокамерная печь кипящего слоя для обезвоживания хлормагниевых солей, состоящая из корпуса с колпачковой газораспределительной подиной, разделяющей ее на надрешеточную и подрешеточную части, выносных топок, перегородок между камерами, имеющих в надрешеточном пространстве отверстия для перетока обезвоживаемого материала, и отверстия для выравнивания разрежения под сводом печи, циклонов для улавливания пыли, соединенных газоходами с камерами и с коллектором отходящих газов, соединенным с устройством для мокрой газоочистки, отличающаяся тем, что она снабжена отдельным устройством для мокрой очистки газов, при этом вторая и/или последующая камеры отделены от предыдущей по ходу обезвоживания материала камеры перегородкой, имеющей отверстие только для перетока обезвоживаемого материала, а газоходы циклонов этих камер направлены в отдельный коллектор, соединенный с отдельным устройством мокрой газоочистки.