СПОСОБ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ КАРНАЛЛИТОВОГО СЫРЬЯ И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2009 года по МПК C01F5/34 F27B17/00 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к устройствам для подготовки карналлитового сырья к процессу электролитического получения магния.

Известен способ обезвоживания карналлита (Авт. свид. СССР № 700445, опубл. 30.11.1979, Бюл.44), включающий обезвоживание предварительно обезвоженного карналлита в расплавленном состоянии при температуре 800-1000°С в атмосфере хлорирующего агента в циклонной камере при тангенциальном вводе газов в камеру со скоростью 40-150 м/с. В качестве хлорирующего агента используют хлорид водорода, который получают путем подачи газообразного хлора в факел горения топлива. В факеле горения хлор, взаимодействуя с водяными парами, превращается в хлорид водорода. Отходящие газы направляют на предварительное обезвоживание карналлита в твердом состоянии, а полученный безводный карналлит стекает в миксер, где при температуре 700-800°С его отстаивают от твердых включений и направляют на процесс электролиза.

Недостатком данного способа является то, что так как отходящие газы подают в циклонную камеру при высокой температуре, так как в верхней части циклона температура составляет 1100-1200°С, а в нижней части - 800-900°С, то подавать их непосредственно на стадию обезвоживания карналлита нецелесообразно, так как при такой температуре карналлит начинается плавиться и оседать на подине печи, что не позволяет вести процесс обезвоживания. Для этого газы необходимо охлаждать, что приводит к дополнительным затратам и к высоким потерям тепла.

Известны способ и установка для обезвоживания карналлита (Авт. свид. СССР № 1108318, опубл. 15.08.1984, Бюл. 30). Способ включает загрузку частично обезвоженного карналлита в печь кипящего слоя с содержанием воды 3-5%, обезвоживание его в печи кипящего слоя до содержания воды 1% топочными газами, поступающими из горелок в печь через газораспределительную решетку и через фурменный пояс. Обезвоженный карналлит поступает из печи КС как по тангенциальному патрубку, так и из пылевого циклона по загрузочному патрубку в плавильный циклон. В плавильном циклоне карналлит плавят, нагревают, перегревают до температуры 750-800°С, в результате чего получают расплав безводного карналлита, который направляют в приемник расплава. Температура греющих газов, поступающих в плавильный циклон из горелки, снижается до 450-500°С и по газоотводящему патрубку они подаются в фурменный пояс печи КС. Обезвоживание в печи КС и в плавильном циклоне проводят к атмосфере хлорида водорода, получаемого путем сжигания хлора в смеси природного газа и воздуха в горелке. Циркуляцию хлорида водорода в установке осуществляют регенератором, который служит для извлечения хлорида водорода и для его дальнейшей циркуляции в установке путем возврата уловленного хлорида водорода. При этом в регенераторе получают соляную кислоту слабой концентрации (21 мас.%), которая затем насыщается парами хлорида водорода до сильной концентрации (32 мас.%). Получают расплав безводного карналлита, мас.%: 50-51 MgCl₂, 0,5 MgO.

Установка для обезвоживания карналлита включает печь кипящего слоя с патрубками для загрузки и выгрузки частично обезвоженного карналлита, с газораспределительной решеткой, с фурменным поясом, с горелкой для сжигания воздуха. Пылевой циклон соединен с печью КС и с плавильным циклоном. Плавильный циклон соединен с фурменным поясом печи кипящего слоя, с горелкой для сжигания хлора, с приемником расплава и с регенератором хлорида водорода, содержащим абсорбционную и ректификационную части. Приемник расплава снабжен выгрузочным патрубком для удаления расплава. Установка позволяет повысить степень использования хлора и улучшить условия труда.

Недостатком данного способа является то, что обезвоживанию в циклоне подвергают предварительно обезвоженный карналлит, что приводит к высоким затратам на подготовку сырья. Кроме того, установка содержит дополнительно фурменный пояс, горелку в печи кипящего слоя, регенератор хлорида водорода - все это приводит к дополнительным материальным и энергетическим затратам на обезвоживание сырья.

Известны способ и установка для обезвоживания карналлитового сырья (Авт. свид. СССР № 945618, опубл. 23.07.1982, Бюл. 27), по количеству общих признаков принятые за ближайший аналог-прототип. Способ включает загрузку частично обезвоженного карналлита в печь кипящего слоя с содержанием воды 3-5%, обезвоживание его в печи кипящего слоя до содержания воды 1% топочными газами, поступающими из горелок в печь через газораспределительную решетку и через фурменный пояс. Обезвоженный карналлит поступает из печи КС в плавильный циклон как по тангенциальному патрубку, так и из пылевого циклона по загрузочному патрубку. В плавильном циклоне карналлит плавят, нагревают, перегревают до температуры 750-800°С, в результате чего получают расплав безводного карналлита, который направляют в приемник расплава. Температура греющих газов, поступающих в плавильный циклон из горелки, снижается до 450-500°С и по газоотводящему патрубку они подаются в фурменный пояс печи КС. Обезвоживание в печи КС и в плавильном циклоне проводят к атмосфере хлорида водорода, получаемого путем сжигания хлора в смеси природного газа и воздуха в горелке. Отходящие газы вместе с пылью в виде обезвоженного карналлита из печи кипящего слоя поступают в пылевой циклон, в котором газы отводят на газоочистку, а пыль обезвоженного карналлита по коаксиально расположенному патрубку поступает в плавильный циклон. В результате чего получают безводный карналлит состава, мас.%: 30-51 MgCl₂, 0,5 MgO, KCl + NaCl - остальное. Кроме того, в плавильном циклоне происходит частичное хлорирование продуктов гидролиза, образующихся при нагреве и плавлении карналлита. Полученный расплав вытекает из плавильного циклона в приемник расплава и в ковшах поступает на процесс электролиза.

Для осуществления способа предложена установка для обезвоживания карналлитового сырья, включающая печь кипящего слоя, с загрузочным патрубком для загрузки частично обезвоженного карналлита, с фурменным поясом, с газораспределительной решеткой, с реактором для сжигания хлора и воздуха и пылевым циклоном. Пылевой циклон соединен с плавильным циклоном. Плавильный циклон соединен с фурменным поясом, с печью КС, с топкой для сжигания хлора и приемником расплава. Приемник расплава снабжен выгрузочным патрубком для удаления расплава. Способ и установка позволяют улучшить качество карналлита и повысить степень использования сырья и топлива.

Недостатком данной установки является сложность конструкции. Так, установка содержит дополнительно фурменный пояс, горелку в печи кипящего слоя - все это приводит к дополнительным затратам на материалы и оборудование для обезвоживания сырья. Кроме того, в установку подают уже частично обезвоженный карналлит с содержанием воды 3-5%, что приводит к дополнительным затратам на предварительное обезвоживание карналлитового сырья. На обезвоживание подается большое количество топлива, подаваемого в печь КС как через газораспределительную решетку, так и через фурменный пояс. Подача отходящих газов из плавильного циклона в фурменный пояс требует высоких требований к герметизации установки, так как плавильный циклон находится под давлением.

Технический результат направлен на устранение недостатков прототипа и позволяет снизить затраты на материалы (воздух и природных газ для горелок), электроэнергию и оборудование для обезвоживания карналлитового сырья и значительно упростить технологическую схему подготовки сырья к процессу электролиза за счет:

- исключения стадии дополнительного обезвоживания карналлитового сырья;

- исключения дополнительной подачи топочных газов через фурменный пояс печи КС;

- исключения горелок для подачи топочных газов непосредственно в печь для обезвоживания;

- исключения в печи газораспределительной решетки,

- исключения соединительных патрубков, находящихся в плавильном циклоне.

Кроме того, предложенное изобретение позволяет снизить потери сырья и повысить производительность работы установки для обезвоживания карналлитового сырья.

Технический результат достигается тем, что предложен способ обезвоживания карналлитового сырья, включающий загрузку карналлитового сырья и обезвоживание его в печи топочными газами, отделение обезвоженного карналлита в пылевом циклоне от отходящих газов, подачу его в плавильный циклон, нагрев топочными газами, получаемыми в горелке путем сжигания хлора в природном газе, плавление и перегрев до температуры 700-800°С с получением безводного карналлита, загрузку его в сборник расплава и выгрузку готового безводного карналлита, новым является то, что после перегрева смесь топочных газов и расплавленного безводного карналлита подают одновременно в сборник расплава, где газы отделяют от расплава путем соударения с перегородкой и подают в печь на стадию обезвоживания.

Кроме того, топочные газы подают на стадию обезвоживания со скоростью 1,0-2,5 м/сек.

Кроме того, топочные газы в плавильный циклон подают тангенциально его конической поверхности.

Кроме того, температура топочных газов на выходе из сборника расплава составляет 400-600°С.

Для осуществления способа предложена установка для обезвоживания карналлитового сырья, включающая печь с патрубками для загрузки сырья и отвода смеси газов с обезвоженным карналлитом, патрубком для подачи топочных газов, пылевой циклон, соединенный с печью газоходом, плавильный циклон, соединенный трубопроводом с пылевым циклоном и расплавопроводом со сборником расплава и снабженный горелкой для сжигания хлора, сборник расплава с входным и выгрузочным патрубками для расплава, новым является то, что она снабжена газоходом, соединяющим сборник расплава с печью и снабженным устройством для подачи газов, при этом сборник расплава выполнен в виде емкости с перегородкой и снабжен дополнительным патрубком, соединенным с газоходом.

Кроме того, дополнительный патрубок выполнен в верхней части сборника расплава.

Кроме того, печь выполнена в виде металлической емкости из цилиндрической и конической частей.

Кроме того, патрубок для подачи поточных газов размещен в печи аксиально.

Кроме того, патрубок для загрузки сырья и патрубок для подачи топочных газов выполнены в нижней конической части, а патрубок для отвода смеси отходящего газа с обезвоженным карналлитом - в верхней цилиндрической части.

Предложенный способ обезвоживания карналлитового сырья позволяет значительно упростить технологическую схему подготовки сырья к процессу электролиза за счет исключения стадии дополнительного обезвоживания карналлитового сырья; дополнительной подачи топочных газов через фурменный пояс печи КС; исключения горелок для подачи топочных газов непосредственно в печь для обезвоживания; исключения в печи газораспределительной решетки, исключения соединительных патрубков, находящихся в плавильном циклоне.

Подача смеси топочных газов и расплавленного безводного карналлита одновременно в сборник расплава, где газы отделяют от расплава путем соударения с перегородкой и подают по газоходу в печь на стадию обезвоживания, позволяет значительно снизить затраты на обезвоживание сырья, снизить потери сырья. Размещение патрубка для подачи топочных газов в печь аксиально позволяет повысить производительность работы установки для обезвоживания карналлитового сырья.

Заявленная группа изобретений соответствует требованию единства изобретения, поскольку заявленные способ обезвоживания карналлитового сырья и установка для его осуществления образуют единый изобретательский замысел.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволили установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными (идентичными) всем существенным признакам изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности признаков аналога позволило установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном способе обезвоживаниия карналлитового сырья, изложенных в пунктах формулы изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна".

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного способа. Заявленные признаки являются новыми и не вытекают явным образом для специалиста, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований для достижения технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

Изображение поясняется чертежом.

Установка для обезвоживания карналлитового сырья содержит печь 1 для обезвоживания обогащенного карналлита, выполненную из цилиндрической части 2 и конической части 3, патрубок 4 для загрузки карналлитового сырья в печь, патрубок 5 для отвода смеси газов с обезвоженным карналлитом, патрубок 6 для подачи в печь топочных газов, газоход 7, соединяющий печь с пылевым циклоном 8, патрубок 9 для отвода отходящих газов, трубопровод 10, соединяющий пылевой циклон с плавильным циклоном 11, горелку 12 для сжигания хлора в смеси природного газа с воздухом, расплавопровод 13, соединяющий плавильный циклон со сборником расплава 14. Сборник расплава снабжен патрубком для выгрузки расплава 16, перегородкой 17, патрубком, соединенным с газоходом 18, для подачи хлорсодержащих газов в печь с помощью устройства 19.

Пример работы способа и установки для обезвоживания карналлитового сырья.

Исходное сырье - обогащенный карналлит состава, мас.%: 32 MgCl₂, 24,5 KCl, 4,3 NaCl, 49,2 Н₂O плотностью 1,7 т/м³ и средней крупностью частиц 0,315 мм подают в печь 1 обезвоживания в твердом состоянии в количестве 6,2 т/час. Печь 1 представляет собой металлическую емкость, выполненную из двух частей: цилиндрической 2 и конической 3, и снабженную патрубком 4 для загрузки сырья и патрубком 5 для отвода смеси отходящих газов и обезвоженного карналлита, а также патрубком 6 для подачи топочных газов, размещенным аксиально в печи. При этом патрубок 2 для загрузки сырья и патрубок 6 для подачи топочных газов выполнены в нижней конической части 3, а патрубок 5 для отвода смеси отходящего газа с обезвоженным карналлитом - в верхней цилиндрической части 2. При скорости подачи топочных газов 2,0 м/сек в нижней конической части 3 печи образуется взвешенный слой карналлита, который при соприкосновении с горячими топочными газами (500°С) измельчается. При достижении плотности частиц карналлита 1,0-1,2 т/м³ и размера частиц 0,2 мм получают обезвоженный карналлит, который выносится вместе с отходящими газами по газоходу 7 в пылевой циклон 8. В печи 1 происходит обезвоживание карналлита с получением 3,6 т/час обезвоженного карналлита следующего состава, мас.%: 48,1 MgCl₂, 38,2 KCl, 7,9NaCl₂, 1,4 MgO, 4,5 Н₂O. Обезвоживание проводят топочными газами в количестве 5060 нм³/час, которые подводят от сборника расплава 14 с помощью устройства 20 для подачи топочных газов, например вентилятора. Газы содержат, мас.%: 5,8 CO₂, 4,8 Н₂О, 10,9 HCl, 14,0 O₂, 63,5 N₂, 1,0 Ar. Содержащийся в газах хлорид водорода получают при сжигании хлора в горелке 12 в факеле горения природного газа. В горелку 12 подают, нм³/час: природный газ - 188,0, первичное дутье (воздух) - 2719,1, вторичное дутье (воздух) - 834,8, анодный хлор-газ (концентрация хлора 91%) - 285,1. Температура топочных газов на входе в плавильный циклон 11 составляет 1030°С. В пылевой циклон 8 поступает 3,6 т/час обезвоженного карналлита, при этом обезвоженный карналлит в количестве 3,5 т/ час улавливают и подают по трубопроводу 10 в плавильный циклон 11. Часть обезвоженного карналлита вместе с отходящими газами в количестве 0,1 т/час поступает через патрубок 7 на очистные сооружения, то есть теряется с отходящими газами. В плавильном циклоне 11 происходит нагрев, плавление и перегрев обезвоженного карналлита за счет тепла топочных газов, получаемых в горелке 12 при сжигании хлора в природном газе, температура которых на выходе из горелки 12 и на входе в плавильный циклон 11 равна 900-1300°С. Состав карналлита после обезвоживания в плавильном циклоне 11 равен мас.%: 51,8 MgCl₂, 0,5 MgO, 39,5 KCl, 8,2 NaCl. В результате получают смесь газов и расплавленного безводного карналлита, имеющую температуру 700-800°С. Смесь поступает в сборник расплава 14. В сборнике расплава 14 происходит отделение газа от расплава путем соударения о перегородку 17. Температура газов в сборнике расплава 14 снижается до 500°С и с этой температурой топочный газ поступает по газоходу 19 с помощью устройства 20, например вентилятора, в нижнюю коническую часть 3 печи обезвоживания 1. С топочными газами в печь 1 уносится 0,017 т/час пыли и 5060 нм³/час топочных газов. Состав газов, поступающих в печь, мас.%: 5,8 CO₂, 4,8 Н₂O, 10,9 HCl, 14,0 О₂, 63,5 N₂, 1,0 Ar. Из сборника расплава 14 безводный карналлит периодически сливают через выгрузочный патрубок 16 и направляют на электролиз. Состав полученного безводного расплава карналлита, мас.%: 51,8 MgCl₂, 0,5 MgO, 39,5 KCl, 8,2 NaCl вакуум-ковшом подают в электролизеры на процесс электролиза.

Таким образом, изобретение позволяет снизить затраты на материалы (воздух и природный газ для горелок), электроэнергию и оборудование для обезвоживания карналлитового сырья и значительно упростить технологическую схему подготовки сырья к процессу электролиза за счет исключения стадии дополнительного обезвоживания карналлитового сырья; исключения дополнительной подачи топочных газов через фурменный пояс печи КС; исключения горелок для подачи топочных газов непосредственно в печь для обезвоживания; исключения в печи газораспределительной решетки; исключения соединительных патрубков, находящихся в плавильном циклоне.

Кроме того, предложенное изобретение позволяет снизить потери сырья и повысить производительность работы установки для обезвоживания карналлитового сырья.

Группа изобретений относится к цветной металлургии, в частности к способу и устройству для подготовки карналлитового сырья к процессу электролитического получения магния. Согласно способу карналлитовое сырье загружают и обезвоживают в печи топочными газами, обезвоженный карналлит отделяют в пылевом циклоне от отходящих газов и подают в плавильный циклон, где его нагревают топочными газами, получаемыми в горелке путем сжигания хлора в природном газе, плавят и перегревают до температуры 700-800°С. После перегрева смесь топочных газов и расплавленного безводного карналлита подают одновременно в сборник расплава, где газы отделяют от расплава путем соударения с перегородкой и подают в печь на стадию обезвоживания, а безводный карналлит выгружают. Установка включает печь с патрубками для загрузки сырья и отвода смеси газов с обезвоженным карналлитом, с патрубком для подачи топочных газов, пылевой циклон, соединенный с печью газоходом, плавильный циклон, соединенный трубопроводом с пылевым циклоном и расплавопроводом со сборником расплава, снабженный горелкой для сжигания хлора, сборник расплава с выгрузочным патрубком для расплава. Она также снабжена газоходом, соединяющим сборник расплава с печью и снабженным устройством для подачи газов, при этом сборник расплава выполнен в виде емкости с перегородкой и снабжен дополнительным патрубком, соединенным с газоходом. Группа изобретений позволяет снизить затраты на материалы, электроэнергию и оборудование для обезвоживания карналлитового сырья, снизить потери сырья и повысить производительность работы установки. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ обезвоживания карналлитового сырья, включающий загрузку карналлитового сырья и обезвоживание его в печи топочными газами, отделение обезвоженного карналлита в пылевом циклоне от отходящих газов, подачу его в плавильный циклон, нагрев топочными газами, получаемыми в горелке путем сжигания хлора в природном газе, плавление и перегрев до температуры 700-800°С с получением безводного карналлита, загрузку в сборник расплава и выгрузку готового безводного карналлита, отличающийся тем, что после перегрева смесь топочных газов и расплавленного безводного карналлита подают одновременно в сборник расплава, где газы отделяют от расплава путем соударения с перегородкой и подают в печь на стадию обезвоживания.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что топочные газы подают на стадию обезвоживания со скоростью 1,0-2,5 м/с.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что топочные газы в плавильный циклон подают тангенциально его конической поверхности.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что температура топочных газов на выходе из сборника расплава составляет 400-600°С.

5. Установка для обезвоживания карналлитового сырья, включающая печь с патрубками для загрузки сырья и отвода смеси газов с обезвоженным карналлитом, с патрубком для подачи топочных газов, пылевой циклон, соединенный с печью газоходом, плавильный циклон, соединенный трубопроводом с пылевым циклоном и расплавопроводом со сборником расплава и снабженный горелкой для сжигания хлора, сборник расплава с выгрузочным патрубком для расплава, отличающаяся тем, что она снабжена газоходом, соединяющим сборник расплава с печью и снабженным устройством для подачи газов, при этом сборник расплава выполнен в виде емкости с перегородкой и снабжен дополнительным патрубком, соединенным с газоходом.

6. Установка по п.5, отличающаяся тем, что дополнительный патрубок выполнен в верхней части сборника расплава.

7. Установка по п.5, отличающаяся тем, что печь выполнена в виде металлической емкости, состоящей из цилиндрической и конической частей.

8. Установка по п.5, отличающаяся тем, что патрубок для подачи топочных газов выполнен в печи аксиально.

9. Установка по любому из пп.5 и 7, отличающаяся тем, что патрубок для загрузки сырья и патрубок для подачи топочных газов выполнены в нижней конической части печи, а патрубок для отвода смеси отходящего газа с обезвоженным карналлитом - в верхней цилиндрической части печи.