СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ЗАМАСЛЕННОЙ ОКАЛИНЫ В РЕЖИМЕ САМОРАСПРОСТРАНЯЮЩЕГОСЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО СИНТЕЗА (СВС) Российский патент 2016 года по МПК C21B15/00 B22F8/00 

Область техники: металлургия, переработка отходов.

Процесс переработки замасленной окалины включает в себя подготовку шихты и отделение масла и воды в режиме СВС.

Уровень техники.

Исходя из существующих способов переработки замасленной окалины, можно разделить их условно на 3 класса методов

1. «Мокрые» способы, выключающие применение растворов различного состава для отделения масла. Недостатком этого класса способов является накопление маслосодержащей воды и проблема ее утилизации, а также сложное и дорогое аппаратное оформление. Процессы могут быть экономически эффективны только при условии дотаций государств, либо высоких штрафов за складирование замасленной окалины.

2. Способы брикетирования. Недостатком этого класса способов является использование дополнительных материалов и связующих, использование сложного оборудования и ограниченное использование брикетов в реальном производстве.

3. Термический класс методов. Недостатком является использование большого количества топлива, для выпаривания (или сжигания) масла и воды из замасленной окалины. В некоторых случаях и сложность, и дороговизна аппаратного оформления. Наличие воды в замасленной окалине в отвалах требует дополнительных «джоулей», либо при сушке, либо при прямой переработке.

Данный заявляемый патент можно отнести к термическому классу методов, однако он лишен основного их недостатка, такого как значительные затраты на топливо. Режим самораспространяющегося высокотемпературного синтеза использует энергию, выделяющуюся в узкой зоне горения (не требующего прогревания большого объема шихты), и фактически энергия запасена химически в чистом кислороде при его получении на криостанциях газоразделения.

Аналогов переработки замасленной окалины в СВС режиме, ровно, как и с использованием чистого кислорода (или обогащенных кислородом смесей) нет, однако, наиболее близкая заявка (21), (22) заявка: 97115322/02, 11.09.1997, где режим СВС не используется, но используется нагретый воздух для сжигания масла. Общим является решение использовать нагретый окислитель для сжигания масла и за счет этого получать энергию для процесса. Однако наш способ отличается тем, что волна горения не только и не столько сжигает масло, сколько вытесняет последовательным испарением основную часть масла и воды, и только часть масла сгорает, давая энергию процессу. Кроме того, аппаратное оформление метода, указанного в заявке 97115322/02, 11.09.1997, где требуется сепарация газопылевой смеси и используются кипящие слои, очень дорого, а идея использования газовых смесей, обогащенных кислородом, или чистого кислорода в методе отсутствует.

Кроме того, в нашем методе шихта находится в неподвижном реакторе, не перемешивается и вообще не перемещается никаким образом во время термической переработки, что делает аппаратное оформление установки переработки простым, а сам процесс экономически высокоэффективным.

1. Подготовка шихты

1.1. Замасленную окалину с содержанием масла до 15% и воды не более 10% смешивают в смесителе с незамасленной окалиной, которая подается в смеситель-гранулятор в количестве от 10 до 30%, в зависимости от содержания масла в замасленной окалине для предотвращения ее слипания и обеспечения газопроницаемости слоя шихты. Замасленная окалина с содержанием воды более 10% должна быть предварительно переработана центрифугированием, сушкой и иными способами для доведения до 10% содержания воды.

1.2 Шихту подают ленточным конвейером в проточный реактор, выполненный из черных металлов.

2. Процесс отделения масла и воды из подготовленной шихты в режиме СВС фильтрационного горения.

Процесс отделения масла и воды представляет собой движение волны горения сверху вниз реактора (направленное горение). Интенсивность можно регулировать, изменяя объемную скорость и концентрацию кислорода, вплоть до затухания процесса.

Волну горения организуют подачей чистого кислорода или газовых смесей с концентрацией от 50 до 100% кислорода сверху реактора и инициированием с помощью кратковременного теплового импульса верхней части шихты.

Снижение концентрации кислорода также, как и снижение его объемной скорости, приводит с одной стороны к более эффективному его расходованию, но с другой стороны снижает скорость волны горения, время вторичного догорания шихты и производительность реактора. Расход кислорода для замасленной окалины, содержащей 15% масла, 75% оксидов железа и 10% воды, составляет 150 кубометров на 1 тонну замасленной окалины, (что является экономически эффективным для криогенных установок металлургических комбинатов с учетом расхода 1-1,5 кВт/час электроэнергии на производство 1 кубометра кислорода). Скорость движения фронта волны горения 1 см/мин. Количество расходуемого кислорода может изменяться в зависимости от процентного содержания масла. При неизвестном содержании масла (до 15% и воды до 10%), в реактор подают чистый кислород с максимальным расходом в режиме «проскока» через фронт горения, затем и концентрацию (разбавление воздухом) и расход снижают практически до границы затухания волны горения и поддерживаться автоматикой на данном уровне.

Массоперенос газов идет однонаправленно с движением волны горения. Температура, развиваемая в волне горения, составляет более 600-700°C и достаточна для отделения масла. Поскольку происходит спекание и частичное оплавление оксидов железа, температура в реакторе может доходить до 1500-1600°C. Также можно инициировать волну горения снизу реактора с одновременной подачей кислорода снизу реактора. Тогда масло и вода будут вытесняться вверх, но менее эффективно, так как сила тяготения будет действовать в противоположном направлении на конденсирующиеся в холодных областях реактора над волной горения масло и воду.

(Запуск волны горения в противоход массопереносу газов отделить масло и воду от окалины не позволяет, так как масло и вода успевают охладиться и сконденсироваться в слое шихты, где волна уже прошла, и снижают газопроницаемость слоя, не успевая удалиться из реактора).

Волна горения, двигаясь вниз ректора, последовательно вытесняет испарением масло и воду, содержащуюся в шихте. Пары воды и масла конденсируются в слоях шихты ниже волны горения, которые частично прогреваются отходящими газами, что также способствует снижению энергетических затрат. Таким образом, к концу реакции, масло и вода вытекают из реактора и могут быть либо собраны с помощью холодильной установки в емкость и отправлены на переработку, либо, если это по каким-то причинам нежелательно, они могут быть сожжены в камере сгорания.

В процессе отделения масла и воды в СВС режиме, часть масла сгорает, выделяя энергию, а продукты горения, включая угарный газ, совместно с парами масла дожигают желательно с использованием пористого катализатора дожига. Кислород, если его скорость подачи выше скорости его поглощения в волне горения (режим проскока), так же способствует наиболее полному сгоранию отходящих газов и предотвращает выброс паров масла и угарного газа в атмосферу.

Поскольку масло получается окисленным и загрязненным, а также исходя из опасности образования смеси угарного газа и кислорода и усложнения установки из-за взрывозащиты, экономически целесообразно сжигать его на выходе из реактора в камере сгорания, применяя совместно и режим «проскока» кислорода и катализатор.

Часть полученной сухой обезмасленной окалины дробят в щековой дробилке до размеров 2 мм и меньше (можно применить дополнительно дезинтегратор, чтобы дробить в пыль для лучшей грануляции и меньшего слипания) и возвращают в процесс гранулирования с замасленной окалиной.

Технический результат:

В результате сжигания замасленной окалины в кислороде в режиме СВС, получают спеченные пористые магнитоактивные куски смеси оксидов железа (магнетит и гематит) содержащие, кроме того, легирующие металлы, такие как марганец и хром, поскольку замасленная окалина нарабатывается на металлургических комбинатах, из различных сортов стали, в том числе и легированных данными элементами. Таким образом, процесс ликвидирует отходы 3-4 класса опасности и одновременно генерирует высококачественное сырье для металлургической промышленности.

Эффективность режима СВС переработки замасленной окалины заключается в экономии топлива, т.е. энергетической эффективности, свойственной СВС процессам в целом. Процесс не генерирует новых отходов, в отличие от «мокрых» способов переработки. Сырье не имеет ограничений в применении, свойственных способам брикетирования, где масло и вода из окалины не удаляются.

Наличие мощных кислородных станций на металлургических предприятиях, имеющих низкие затраты на производство кислорода, а также большого запаса отвалов замасленной окалины (сотни тысяч тонн) и постоянная их генерация, создает экономические условия внедрения процесса и использование накопленных десятилетиями отходов в качестве нового дешевого источника сырья.

Изобретение относится к переработке отходов металлургической промышленности, в частности к переработке замасленной прокатной окалины металлургического производства. При осуществлении способа осуществляют подготовку шихты путем смешивания замасленной окалины с содержанием масла до 15% и воды не более 10% с незамасленной окалиной в количестве от 10 до 30%, отделяют масло и воду в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. При этом осуществляют инициирование реакции горения путем подачи кислородосодержащего газа с содержанием кислорода от 50-100% включительно. Причем направление волны горения совпадает с направлением массопереноса газа. Замасленную окалину с содержанием воды более 10% предварительно доводят до содержания воды 10% центрифугированием или сушкой. Изобретение обеспечивает утилизацию окалины при экономии топлива с получением высококачественного сырья для металлургической промышленности. 2 з.п. ф-лы.

1. Способ термической переработки замасленной окалины металлургических производств, характеризующийся тем, что осуществляют подготовку шихты путем смешивания замасленной окалины с содержанием масла до 15% и воды не более 10% с незамасленной окалиной в количестве от 10 до 30%, отделение масла и воды в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, при этом осуществляют инициирование реакции горения путем подачи кислородосодержащего газа с содержанием кислорода от 50-100% включительно.

2. Способ по п. 1, в котором направление волны горения совпадает с направлением массопереноса газа.

3. Способ по п. 1, в котором замасленную окалину с содержанием воды более 10% предварительно доводят до содержания воды 10% центрифугированием или сушкой.