Способ обезвреживания хлора магниевого производства Советский патент 1991 года по МПК C01B7/01 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности хлорной металлургии, и может быть использовано при переработке, обезвреживании хлора на товарный хлорид кальция,

Целью изобретения является интенсификация процесса при одновременном увеличении степени конверсии хлора и снижения затрат энергии.

Производство многих металлов, в частности магния, в соответствии с существующими технологическими схемами связано с образованием и использованием хлора, а также с процессами обезвреживания хлора.

Способ осуществляют следующим образом.

Хлорсодержащие газы смешивают с воздухом до концентрации хлора в смеси

200-480 г/нм3 воздуха (6,7-15,5 об.%). Полученную смесь хлора с воздухом (хлорвоз- душную смесь) подают в факел горения топлива. На 1 нм природного газа расходуют 11,0-18,0 нм3 хлорвоздушной смеси, т.е. процесс горения проводят при коэффициенте избытка, равном 1,1-1,6,

Процесс горения топлива описывается уравнением (для случая использования природного газа)

СН4 + 02 С02 + 2Н20, .

а процесс восстановления хлора в хлористый водород - уравнением

2H20 + 2Cl2 4HCI + 02.

Интенсивность процесса тепломассообмена характеризует тепловая напряженность в зоне горения - она составляет 10- 40 гДж/м3 реакционной зоны в 1 ч.

о

ю ю

К)

Ьь

со

Температура в зоне горения при данных условиях ведения процесса изменяется в диапазоне 1010-1600 °С. Продукты горения топлива с содержанием, об.%: С02 5,0-7,7; Н20 0-10,0; 024,9-14,0; N257,5-65,3 поступают на выпаривание раствора хлористого кальция и хлорирование суспендированных кальцийсодержащих растворов - известковое молоко.

Сопоставление эффективности предлагаемого и известного способов и обоснование всех пределов приведено в примерах.

Пример 1 (известный). Хлорсодержа- щие газы магниевого производства (анодный хлоргаз), состоящие из 80 об.% хлора и 20 об.% воздуха, вводят непосредственно в факел горения топлива (природного газа). Восстановление хлора в хлористый водород проводят при теплонапряжеиности реакционного объема зоны горения 1,6 гДж/м3 в 1 ч (оптимальная интенсивность процессов тепломассообмена - горения топлива с восстановлением хлора, достигнутые опытным путем на существующих топках печей для обезвоживания карналлита), при коэффициенте избытка воздуха а- 1,9. На 1 нм природного газа подают 18 нм3 воздуха и 1,5 м3 хлора. Образовавшиеся продукты горения топлива с температурой, содержащие хлористый водород, разбавляют вторичным воздухом до температуры 500°С, после чего подают в обезвоживаемую соль (карналлит). Отходящие газы процесса обезвоживания (t 150°C) обрабатывают известковым молоком, раствор нейтрализуют и нейтрализованные сточные воды, содержащие хлориды Мд, К, Na, Ca, направляют в водоемы.

Степень конверсии хлора в хлористый водород составляет 90% (до 10% хлора проходит на газоочистные сооружения, где он обрабатывается известковым молоком с образованием хлорида и гипохлорита кальция), тем самым ухудшаются технико-экономические показатели процесса - увеличенный расходэнергии на разложение гипохлорита кальция и увеличенный расход молока на очистку от хлора.

Полезное использование тепла составляет 65% - тепловой КПД аппарата обезвоживания (35% теплоэнергии теряется, в том числе с низкопотенциальным теплоносителем - отходящими газами процесса обезвоживания). Полезное использование хлора (хлористого водорода) на стадии (в процессе) обезвоживания карналлита составляет 5%.

Интенсивность способа оценивается по количеству хлора, утилизированного (полезно использованного) с единицы реакционного объема (Vp). При этом учитывались

объемы реакционных зон процессов сжигания топлива с восстановлением хлора в хлористый водород, утилизации хлора при обезвоживании карналлита, хлорирования

известкового молока.

Способ малопроизводителен, так как количество хлора, утилизируемого с 1 м3 реакционного объема в 1 ч, составляет 8 кг (д 8 кг/м3. ч).

0 П р и м е р 2. Хлорсодержащие газы, состоящие из 80 об.% хлора и 20 об.% воздуха, смешивают с воздухом до концентрации хлора в хлорвоздушной смеси 340 г хлора на 1 нм3, после чего полученную смесь

5 подают в факел горения топлива. На сжигание 1 нм природного газа расходуют 12,5 нм3 воздуха (а 1,3). Восстановление хлора в хлористый водород проводят при тепловой напряженности в зоне горения

0 (интенсивности процесса тепломассообмена) 25 гДж на 1 м3 реакционного объема в 1 ч. Продукты горения топлива, имеющие температуру 1240°С и состоящие, об.%: С02 6,1; Н20 2,4; N2 61,8; 02 9,3; HCI 20,4; 0,0,

5 направляют на выпаривание раствора хлористого кальция и хлорирование известкового молока с содержанием кальция в пересчете на СаО 13-15 мас.%.

В этих условиях получены следующие

0 результаты: степень конверсии хлора в хлористый водород 100%, полезное использование тепла 83%, расход извести на обезвреживание 1 кг хлора (хлористого водорода) равен 0,88 кг.

5 Интенсивность процесса оценивается по количеству хлора, утилизируемого с единицы рабочего объема процессов сжигания топлива с восстановлением хлора в хлористый водород и хлорирования известкового

0 молока g 140 кг/м3 ч.

Полученный концентрированный раствор хлорида кальция с концентрацией 60- 70% используют в виде товарного продукта. В таблицу сведены результаты опытов

5 по обезвреживанию хлора (при различных условиях эксперимента).

Примеры 13-18 выполнены в условиях, выходящих за рекомендованные пределы параметров способа (примеры 13-18 пока0 зывают, как влияет на показатели предлагаемого способа несоблюдение оптимальных условий его осуществления).

В примерах 13-14 и 16-17 увеличение степени использования хлора до 100% при5 водит к снижению интенсивности процесса за счет установки дополнительного оборудования на доочистку от гипохлорита кальция.

При выходе за предлагаемые пределы эффективность данного способа выше, чем

известного. В примерах 19-20таблицы приведены данные влияния концентрации хлора в хлорвоздушной смеси на интенсивность процесса. Снижение интенсивности процесса приводит к значительному увеличению объема оборудования - для примера 19 объем оборудования увеличивается в 1,3 раза, для примера 20 - в 2 раза,

При увеличении концентрации хлора более 480 г/м3 происходит неполное превращение его в хлористый водород, что приводит к образованию гипохлорита кальция и дополнительным затратам на его разложение и усложнению технологической схемы. Приведенный в предлагаемых материалах диапазон тепловой напряженности в зоне горения 10-40 гДж/м3.ч является оптимальным.

При меньшей теплонапряженности (менее 10 гДж/м3. ч) не происходит полного усвоения хлора с последствиями, аналогичными изложенным. Работа на большей теплонапряженности (более 40 гДж/м3 ч) в зоне горения особенно при подаче в факел хлор- воздушной смеси резко ограничивает срок службы топливосжигающего оборудования (до 1 мес), что делает неприемлемым данный способ для практического применения. Работа топливосжигающего устройства при коэффициенте расхода воздухаа , меньшем 1,1, кроме негативных моментов, связана также с возможностью возникновения

взрыва, т.е. как установлено опытами, режим .работы при 1,1 не входит в область устойчивой работы топливосжигающих устройств. При коэффициенте расхода воздуха

более 1,6 не обеспечивается полное превращение хлора в хлористый водород.

Таким образом, предлагаемый способ способствует интенсификации процесса в 20 раз при увеличении степени конверсии

хлора с 90% до 100% и снижении затрат энергии.

Формула изобретения

1.Способ обезвреживания хлора магни- евого производства, включающий его

подачу в факел горения топлива, восстановление в процессе горения до хлористого водорода с последующей утилизацией образовавшегося хлористого водорода, отличающийся тем, что, с

целью интенсификации процесса при одновременном увеличении степени конверсии хлора и снижения затрат энергии, хлор перед подачей в факел смешивают с воздухом до концентрации 200-480 г хлора на 1 м3

воздуха, восстановление ведут при тепловой напряженности в зоне горения 10- 40 гДж/м -ч при коэффициенте расхода воздуха 1,1-1,6.

2.Способ по п. 1,отличающийся тем, что утилизацию ведут путем хлорирования и упаривания суспендированного известкового молока.

Продолжение таблицы

Изобретение относится к способу обезвреживания хлора магниевого производства и способствует интенсификации процесса при одновременном увеличении степени конверсии хлора и снижению затрат энергии, Для этого хлор перед подачей в факел смешивают с воздухом до концентрации 200-480 г хлора на 1 м воздуха с последующим восстановлением в процессе горения при тепловой напряженности в зоне горения 10-40 гДж м -ч при коэффициенте расхода воздуха 1,1-1.6. Образовавшийся хлористый водород утилизируется путем хлорирования и упаривания суспендированного известкового молока, Предлагаемый способ способствует интенсификации процесса в 20 раз при увеличении степени конверсии хлора с 90 до 100% и снижении затрат энергии. 1 з п ф-лы, 1 табл сл с

Продолжение таблицы