Установка для термохимической переработки мелкоизмельченного минерального сырья

 

1УСТАНОВКА ДЛЯ ТЕРМОХИМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ МЕЛКОИЗМЕЛЬЧЕННОГО МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ, содержащая вертикальный циклонныйipeaKтор с верхним вводом сырья и окислителя и нижним выводом продуктов сгорания, - соединенный с цилиндрическим сборником , расплава каналом, расположенньам аксиально относительно циклонного реактсфа и тангенциально относительно сборника расплава, выполненного с леткой для вывода его, о т л и ч а -, ю щ а я с я тем, что, с целью повышения качест и снижения себестоимости ортофосфорной термической кислоты при Переработке фосфорных шламов, канал выполнен в виде колена .с углом изгиба 75-90. &0 ел

,SU„„ I А

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

МЮ Л Ю

РЕСПУБЛИК

З д) F 27 В 15 00 F 23 G 7 00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ HOMHTET СССР

ГЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И,ОТНЯТИЙ, .

Г (21) 3451434/29- 33, {54)(57)iYCTAHOBKA ДЛЯ TEPNOXHNH,(22) 10.06..82 ЧЕСКОИ ПЕРЕРАБОТКИ РЕЛКОИЗМЕЛЬЧЕН(46) 15 ° 02.84. Бюл.9 6 НОГО МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ, содержащая (72) .И.A.Õîõëîâ, В.В.Дубовиков, вертикальный циклонный:,реактор с

И.В.Петроковский,. В.П.Пучков, В.И .Ге верхним вводом сырья и окислителя и расименко, A.R.Äîíöîâ и Е.В.Разин нижним выводом продуктов сгорания, (71) Научно-производственное е0> Н -соединенный с цилиндрическим сборни неиие"Техэнергохимпром" и Чимкентское ком,расплава каналом, расположенным производственное объединение фосфор аксйально относительно циклонного им. 50-.летия Октябрьской реВслюции реактора и тангенциально относительно (53) 66. 041.. 548(088.8) :сборника расплава, выполненного с (56) 1. Авторское свидетельство СССР. леткой для вывода его, о т л и ч а—

9 953373, кл.F 23 G 7/00, 1979. - ю щ а я с.я тем, что, с целью повы2.. Авторское свидетельство СССР, . шения качества и снижения себестои.В 502180, кл.F 23 G 7/00, 1974. мости ортофосфорной термической ки3. Авторское свидетельство СССР слоты при переработке фосфорных шла-

Р 478989,кл. Р 27 В 15/00, 1973 мов, канал .вйполнен в виде колена (прототип). .с углом изгиба 75-90©.,1 073549

2. Установка по п.1, о т л и ч а ю ш а я с я тем, что летка для вывода расплава расположена под углом

Изобретение относится к устройствам для переработки шламон и может быть использовано в процессе.получения различных соединений фосфора, н частности при переработке желтого .5 фосфора на ортофосфорную термическую кислоту (ТФК).

Известна установка для переработки фосфоросодержащих шламон, в которую фосфорный шлам подают струей на стенки футеронанной камеры сгорания посредством вращающейся трубы, расположенной по центру крышки печи.

Одновременно через отверстия в крыше печи подают воздух. Сжигание шда-. ма осуществляют в пленке, стекающей по стенкам конусной камеры сгорания.

Образонавшийся в процессе шлак выводится из печи через отверстие, расположенное в нижнем основании конуса, а газообразные продукты через камеру дожигания направляются в башню гидратации для уланливания фосфорного ангидрида (1 ).

Недостатком установки является неэффективная организация процесса сжи- 25 гания, приводящая к необходимости ведения процесса с высоким коэффициентом избытка воздуха (ф = 2-3) и, как следствие этого, низкий температурный уровень процесса образование 30 большого количества недоокисленных форм соединений фосФора в продуктах сгорания и восстанавливающих веществ в получаемой ТФК. Кроме того, большой вынос минеральных веществ З5 в систему гидратации фосфорного ангидрида.

Попытки повысить температурный уровень процесса путем расплава шлама форсунками и органиэации объем- @ ного сжигания приводят кеще большему ныносу минеральных веществ. В результате, в шахтных печах при весьма низкой производительности (800 кг по фосфору} получается ТФК с большим содержанием взвеси.

Известен циклонный реактор для сжигания жидких отходов производства, содержащий вертикальную циклонную камеру с тангенцйальным вводом окислителя и аксиальным вводом сжи- 5Q гаемого отхода,-устройство для удаления расплана, соединенные между собой пережимом. Применение циклонного реактора с гарниссажной футеровкой стенок камеры сгорания для 55

0-90О к оси сборника расплава, пе,t пендикулярной йроекции оси канала на горизонтальную плоскость.

1 переработки фосфорных шламов позволяет вести процесс с сС =1,2-1,4, что повышает температурный уровень процесса до 1900-2000 К, улучшает качество ТФК. 3а счет повышения концентрации фосфорного ангидрида и продуктах сгорания улучшаются условия его гидрации, снижаются вредные выбросы н атмосферу и потери ТФК (2), Недостатком известного циклонного реактора является то, что он не обеспечивает полное сгорание жидких горючих отходов производства. Высокая величина химического недожога в продуктах сгорания обусловлена наличием холодных. стенок циклонного реактора и низкой турбулиэацией потока газов н пристенной области реактора. Недостатком является также значительный вынос мийеральных веществ с газообразными продуктами из-за наличия вторичного дробления в пережиме стекающей пленки расплава.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является установка для термической переработки мелкоизмельченного минерального сырья, содержащая вертикальный циклонный реактор с верхним вводом сырья и окислителя и нижним выводом продуктов сгорания, соединенный с цилиндрическим сборником расплава щелевидным каналом, расположенным аксиально относительно циклонного реактора и тангенциально относительно сборника. расплава, выполненного с леткой для вывбда его f3 ).

Однако использование щелевидного канала для раскручивания закрученного потока продуктов, с -целью организацйи повторной крутки н цилиндрическом сборнике, эффективно только для многосекционных циклонных камер, не нашедших промышленного при-. менения из-за низкой эксплуатационной надежности; вызванной наличием плоских кессонированных стенок с развитыми поверхностями, работающими под избыточным давлением, что усложняет конструкцию и затрудняет организаиию их эффективного охлаждения, а также из-за повышенных эксплуатационных затрат, связанных, ло-первых, с нарушением крутки н циклонном реакторе под влиянием несимметричного расположения канала

1073549 относительно закрученного потока, во-вторых, с наличием большого количества вводов сырья и окислителя в циклонный реактор по сравнению с односекционной конструкцией. Кроме того, многосекционные циклонные реак- 5 торы характеризуются повышенной металлоемкостью, вызванной нецилиндричностью формы циклонного реактора, а также сложностью обслуживания и ремонта.

Учитывая, что установка для переработки фосфорных шламов эксплуатируется в условиях нысокоагрессивной среды, изготавливается иэ дорогостояшей и дефицитной хромомолибденистой стали марки 10Х17Н13М2Т, а повышение температуры стенок из-эа неэффективного охлаждения выше допус- тимых пределов приводит к резкому увеличению скорости коррозии и быстрому разрушению металла, становится 20 очевидным, что при наличии отмеченных недостатков известная установка не может быть использована для переработки фосфорных шламов.

Целью изобретения является повы- 25 шение качества и снижение себестоимости производства ортофосфорной термической кислоты при переработке фосфорных шламов.

Указанная цель достигается тем, З0 что в установке для термохимической переработки мелкоизмельченного минерального сырья, содержащей вертикальный аиклонный реактор с верхним вводом сырья и окислителя и нижним 35 выводом продуктов сгорания, соединенным с цилиндрическим сборником расплава каналом, расположенным аксиально относительно циклонного реактора и тангенциально относительно сборника расплава, выполненного 40 с леткой для вывода его, канал выполнен в виде колена с углом изгиба 75-90

Летка для вывода расплава расположена под углом 0-90 к оси сборни- 45 ка расплава, перпендикулярной проекции оси канала на горизонтальную плоскость.

Конструкция установки позволяет осуществить комплексную обработку фосфорного шлама (н объеме, в поднижной пленке и в слое расплава), в результате чего обеспечивается полное окисление фосфора до фосфорного ангидрида, эффективное разделение газовой и жидкой фаэ н продуктах сгорания и высокое качество получаемой ТФК.

На фиг.1 представлена установка, продольный разрез; на фиг.2 — то же, вид сверху; на фиг.3 — разрез А-А на фиг.1.

Установка для переработки фосфорных шламов содержит вертикальный циклонный реактор 1, снабженный ак" сиально расположенной форсункой 2 65 для распыла шлама и штуцерами 3 для ввода окислителя, соединительнь1й канал 4, аксиально расположенный относительно циклонного реактора 1 и тангенциально относительно сборника расплава 5, сборник расплава 5 с патрубками 6 и. 7 для подвода и отвода продуктов сгорания и леткой 8 для вывода расплана.

Агрегат работает следующим образом.

Фосфорный шлам посредством форсунки 2 распыляют в объеме циклонного реактора 1. Одновременно в циклонный реактор 1 через тангенциально расположенные штуцеры 3 подают окислитель.

В объеме циклонного реактора 1 окисляется до фосфорного ангидрида около 90% фосфора, содержащегося в шламе. За счет тепла, выделившегося в процессе окисления фосфора, происходит испарейие содержащейся в шламе воды и плавление минеральной составляющей шлама. Расплав благодаря центробежной структуре газового потока отбрасывается на стенки циклонного реактора 1, стекает в соединительный канал 4 и совместно с газообразными продуктами через патрубок 6 тангенциально вводится в сборник расплава

5, при этом происходит доокисление оставшейся части фосфора и его недоокисленных форм до фосфорного ангидрида. В сборнике расплава 5 завершают разделение расплава и газообразных продуктов сгорания. Расплав соби- рают.в.нижней части сборника 5 и через летку 8 выводят на грануляцию.

Газообразные продукты через патрубок

7 направляют в систему гидратации фосфорного ангидрида.

Канал, расположенный аксиально относительно циклонного реактора и тангенциально. относительно сборника расплава, выполнен в виде колена с углом изгиба 75-90о что последовательно обеспечивает раскручивание закрученного реактора потока продуктов с одновременной турбулиэацией потока в канале и повторную организацию крутки в сборнике расплава.При этом достигается полное окисление фосфора до фосфорного ангидрида, исключается разбрызгивание расплава минеральной части шлама по объему сборника расплава при вторичном дроблении стекающей пленки и обеспечивается эффективное разделение жидкой и газообразной фаэ продуктов сгорания. Полного прекращения крутки потока газов достигают при повороте на угол 90, однако при данной компоновке агрегата разбрызгивание расплава по объему сборника расплава имеет незначительную величину, начиная с поворота канала на угол 75 что связано с общим смещением потока продуктов сгорания к нижнему основанию канала. Одновременно, при

Таблица 1

Иассовая доля восстанавливающих веществ в пересчете на Н РО

Иассовая доля взвешенных веществ

Угол поворота канала

Норма для марки ФактичеБ,. 1-й сорт по ская,%

ГОСТУ 10678-76%

Норма для марки В. . Фактическая, %

1-й.сорт по ГЬСТУ

10678-76%

0,56

0,50

30 0,40

0,45

0,30

0,02

0,42

0,20

0,02

75 отсутствие

0,15 отсутствие

0,14

105

120

0,15 150

0,13

1073549 повороте канала на угол 75+, обес- тенсивный обогрев летки продуктамн, печивается достаточная турбулизацня поступающими иэ циклона.. При этом потока продуктов сгорания, создающая максимальная температура расплава, условия доокисления остаточного фос- вытекающего as летки достигается фора и его недоокксленных форм до при расположении летки под углом фосфорного ангидрида. 5 р = 15 . Прн расположении летки под

При повороте канала на угол свы- углом и = 120 и в = 300. расплав из ше 90в .не наблюдают дальнейшее сни- летки не вытекает. Это обусловлено

-жение в ТФК взвешенных частиц и во4- тем, что при расположении летки йод станавливамщих веществ, однако при,Углом р= 120 поток высокотемпераэтом, во-первых, образуются дополни- 10 турных газов успевает отклониться к тельные (параэитные) поверхности аг-, выходному патрубку и не омывает летрегата,:что экономически не оправда" ку, а при расположении летки под угно, во-вторых, возможно образование, лом p .-30 поток газов также не гидрозатвора. омывает летку,. так как не успевает

Экспериментальные исследования sa- g раскрыться после выхода из канала,, в висимости содержания взвешенных час- результате чего в том и в другом тиц и восстанавливающих веществ в случаях летка ие обогревается и распродукте от угла поворотд соедини-, плав в ней застывает. тельного каналапредставлены в табле1. В табл.1 дано содержание вэвешенОдним из условий:;снижения себе- $ ных частиц и восстанавливанйЮх вестоимостн,и повышения качества ТФК .ществ в ТФК s зависимости от угла является обеспечение стабильного ре- поворота соединительного канала. жима работы агрегата, который во мно- В табл.2 представлена температура гом зависит.:ат того, насколько эф- расплава, вытекающего иэ летки в фективно осуществляют удаление рас« . зависимости от расположения летки плава через летку.,В свою очередь, относительно оси сборника расплава, условия эффективного вывода расплава перпендикулярной проекции оси каначерез летку определяются расположе- ла на горизонтальную плоскость. нием.летки относительно атрубка . Сравнительные технико-экономичесдля ввода продуктов в сборник рас- . кие показатели базового объекта и плава. З0 предлагаемого изобретения представЛетка для вывода расплава распо- .лены в табл.З. (Эа базовый объект ложена напротив патрубка ввода про.- прйнята шахтная печь для переработдуктов так, что ее ocb, проходящая ки фосфоросодержащих шламов, устачерез центр сборника расплава, обра- новленная на ЧПО ".Фосфор" ). эует Угол 0-90 с осью сборника рас- 35 плаза перпендикулярной проекции оси Реализация предлагаемого устрой.канала на горизонтальную плоскость. ства позволяет повысить качество

Такое расположение летки обусловлено получаемой TCK и снизить ее себесто- тем, что в этой зоне происходит ин- имоать.

1073549

Таблица 2

Примечание

Угол /Ф, 1070

-30

1120

1220

1 30.0

1280

То же

1260

60

1240

1220

1200

105

1140

120

1080

Устройства

Показатели

Предлагаемое

Известное

2,0

О,В

2, 5 -:3

1 у1 с1,4

190042200

1170-1370

2,3

6,0

100

0i35

0,33

0 5

0,5

1,5

4,1

453, 8

430,1

1,9

Температура расплава, К. Производительность установки по

Фосфору, т/ч

Коэффициент избытка воздуха

Температура в топке, К

Производительность по Фосфорной кислоте в пересчете на 100% НЭР04 т/ч

Степень извлечения фосфора иэ шлама, Ъ

Расход Фосфора на одну тонну кислоты, т/т

Содержание восстанавливающих веществ в кислоте, в пересчете на

НзРО4, СодеРжание взвешенных. веществ: в кислоте, %

Капитальные вложения в перера- . ботку шламов для завода производительностью 240000 т Фосфора в год, млн.руб, Себестоимость производства 1т. кислоты из фосфорного шлама, млн выруб °

Годовой экономический эффект для завода мощностью 240000 т фосфора в год, млн.руб.

Расплав раэмягченный, не вытекает

Расплав вязкий, течет вяло

Расплав жидкотекучий

Расплав перегретый

Расплав жидкотекучий

То же

Расплав вязкий, течет вяло

Расплав размягченный, не вытекает

Таблица 3.1073549

Р

Составитель Л.Мацук

Редактор Г.Гербер Техред О.Неце Корректор A.Тяско

Заказ 117/32 Тираж 582 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óàãîðîä, ул.Проектная,4