Способ переработки известняка

 

Изобретение относится к области обжига известняка и может быть использовано в производстве строительных материалов и при получении углекислого газа. Сущность способа заключается в том, что измельчение известняка осуществляют до содержания фракции 1 мм не менее 90%, очистку ведут после обжига в газовом потоке дымовых газов с отделением в циклоне до 90% обожженной извести, а после циклона дымовые газы подвергают мокрой очистке с разделением известкового молока и углекислого газа, а газовый поток получают сжиганием топлива в окислительной среде из смеси полученного после разделения углекислого газа и кислорода. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области обжига известняка и может быть использован в производстве строительных материалов и при получении углекислого газа.

Известен способ обжига известковой породы, содержащей карбонат кальция, до достижения заданной концентрации CO₂ содержащий обжиг известковой породы до получения извести-кипелки с заданной степенью обжига, очистку отходящих из печи газов и подачу части их в смеси с холодным воздухом для охлаждения извести-кипелки. Недостатком способа является выброс в атмосферу значительного количества углекислого газа и большие потери тепла [1] Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ переработки известняка, включающий его измельчение, обжиг в газовом котле воздуха и топлива и очистку дымовых газов с отделением в циклоне до 90% обожженной извести [2] Недостатком способа является выброс в атмосферу значительного количества углекислого газа и большие потери тепла.

Технической задачей изобретения является увеличение коэффициента использования сырья, определяемого как отношение массы получаемых полезных продуктов к общей массе сырья, уменьшение потерь тепловой энергии и исключение выброса дымовых газов в атмосферу.

Задача решается тем, что в способе переработки известняка, включающем его измельчение, обжиг в газовом потоке воздуха и топлива и очистку дымовых газов с отделением в циклоне до 90% обожженной извести, измельчение осуществляют до содержания фракции 1 мм не менее 90% а после циклона дымовые газы подвергают мокрой очистке с разделением известкового молока и углекислого газа, при этом газовый поток получают сжиганием топлива в окислительной среде из смеси полученного после разделения углекислого газа и кислорода. Кроме того, углекислый газ могут смешивать с кислородом в заданном соотношении.

Сущность изобретения состоит в том, что измельченный известняк обжигается в газовом потоке при температуре от 1250 до 800^oC. Температуру пылегазового потока после обжига снижают до 200 250^oC с помощью охладителя, получая пар давлением до 10 ати с температурой до 150^oC. Газовый поток получают при сжигании газообразного или жидкого топлива в окислительной среде, состоящей из смеси кислорода и углекислого газа. Таким образом, пылегазовый поток содержит твердые частицы СаО, углекислый газ и водяные пары. От охлажденного до 200 250^oC пылегазового потока отделяют до 90% твердых частиц и остаток подвергают мокрой газоочистке, отделяя от газового потока до 98% остатка обожженной извести и большую часть водяных паров, получая при этом известковое молоко и влажный углекислый газ. Установленную часть углекислого газа смешивают с кислородом в заданном соотношении, получая окислительную смесь для горения, а из остатка углекислого газа после осушения и окончательной очистки получают сжатый, сжиженный или твердый диоксид углерода. В результате, исключают выбросы дымовых газов в атмосферу, снижая одновременно на 20 25% потери тепла с отходящими газами. Из известняка получают, кроме обожженной извести, дополнительный продукт: углекислый газ, увеличивая коэффициент использования сырья до 85 90% Известковое молоко используют для раскисления почв и при получении глинозема. Поскольку окислитель в качестве балластного газа содержит CO₂, то в дымовых газах содержатся только трехатомные газы и лучистый обмен максимально, что повышает эффективность утилизации тепла. Отсутствие абсорбента для получения углекислого газа резко снижает себестоимость последнего и уменьшает размеры установки, реализующей способ.

На чертеже представлена блок-схема установки, реализующей способ. Установка содержит шаровую мельницу 1 сухого размола известняка, силос 2 для хранения размолотого известняка, декарбонизатор-парогенератор 3 с тремя входами и тремя выходами, циклон 4 для отделения СаО от дымовых газов, компрессор 5, фильтр мокрой очистки 6 с двумя входами и двумя выходами, смеситель 7 с двумя входами для образования окислительной смеси, кислородную станцию 8, линию подачи известняка 9, с трубопроводами 10, 11, 12, 13, 14 подачи окислителя, воздуха, воды в декарбонизатор-парогенератор ДПГ и воды в фильтр мокрой газоочистки и топлива соответственно, трубопроводы отвода 14б, 15, 16, 17, 16а, 16б шлама пара, обожженной извести, известкового молока и углекислого газа соответственно.

Установка состоит из обычного, выпускаемого промышленностью оборудования. ДПГ реализован в виде камеры сгорания с охлаждением стенок водой, сопряженной с трубчатым теплообменником для охлаждения дымовых газов.

Линия подачи известняка 9 соединена через вход 18 с мельницей 1, выход которой 19 соединен со входом 20 силоса 2, а выход последнего 21 соединен со входом 22 ДПГ 3. Трубопровод 11 подачи воздуха через вход 23 соединен с кислородной станцией 8, выход которой 24 соединен с 25 входом смесителя 7. Выход последнего 26 через трубопровод 10 соединен со входом 27 ДПГ 3. С этим же входом соединен трубопровод подачи топлива 14а. Трубопровод подачи воды 12 соединен со входом 28 ДПГ 3, а выход последнего 29 соединен с трубопроводом отвода пара 15. Выход 30 ДПГ 3 соединен со входом 31 циклона 4, выход которого 32 соединен с трубопроводом 16а отвода СаО. Выход 33 циклона 4 через компрессор 5 соединен со входом 34 фильтра 6 мокрой газоочистки. Вход 35 последнего соединен с трубопроводом 13 подвода воды. Выход 36 фильтра соединен с трубопроводом 17 отвода CO₂ и входом 38 смесителя 7. Выход 39 ДПГ 3 соединен с трубопроводом отвода шлама 14б.

Устройство работает следующим образом.

Известняк по линии подачи 9 подают на вход 18 мельницы 1. С выхода 19 последней известняк, размолотый до 90% фракций 1,0 мм, подают на вход 22 ДПГ 3. Воздух по трубопроводу 11 через вход 23 подают в кислородную станцию 8, с выхода 24 которой кислород подают на вход 25 смесителя 7, в котором он смешивается с CO₂ в соотношении 1 4 1 6. Через выход 26 смесителя окислитель, содержащий 16 25% кислорода подают через трубопровод 10 на вход 27 ДПГ 3. Туда же подают топливо по трубопроводу 14а. Через вход 28 из трубопровода 12 в ДПГ 3 подают охлажденную воду при температуре от 20 до 80^oC. В ДПГ 3 известняковый порошок обжигают при температуре от 800 до 1250^oC. При этом он разлагается с выделением CO₂. Таким образом, газообразная фаза содержит только трехатомные газы СO₂ и H₂O, образующиеся при горении топлива и разложении известняка. Неразложенные крупные частицы (по преимуществу силикатные примеси) через выход 39 отводятся по трубопроводу 14б. Водяной пар с выхода 29 ДПГ 3 отводят по трубопроводу 15, а пылегазовый поток с частицами СаО через выход 30 при температуре 200 - 250^oC подают на вход 31 циклона 4, в котором из пылегазового потока отделяют до 90% твердой фазы. Обожженную известь через выход 32 циклона отводят по трубопроводу 16а. С выхода 33 циклона газовый поток через компрессор 5 подают на вход 34 фильтра мокрой очистки газов 6, на 35 вход которого подают холодную воду. В фильтре происходит конденсация водяных паров из дымовых газов и гашение до 98% оставшихся в потоке частиц СаО с получением Са(ОН)₂. Одновременно улавливаются все сернистые соединения с образованием СаSO₄. Полученное известковое молоко с выхода 36 отводят по трубопроводу 16б. С выхода 37 фильтра 6 углекислый газ при температуре до 60^oС подают на вход 38 смесителя 7, а остаток отводят по трубопроводу 17 для дальнейшего использования.

Пример использования: Исходное сырье-известняк с содержаниями воды 15% СаO 46% и CO₂ 39% Топливо: мазут с теплотворной способностью 9500 ккал/кг. При сжигании 1 кг мазута в окислительной среде, содержащей 20% кислорода и 80% СO₂ необходимо затратить 2,26 м³/кг кислорода с расходом окислителя 11,29 м³/кг. При этом получают дымовые газы с содержанием в них 10,62 м³/кг CO₂ 1,34 м³/кг водяных паров. Из 10,62 м³/кг углекислого газа 9,03 оборотный газ, циркулирующий в замкнутом контуре смеситель, ДПГ циклон, компрессор, фильтр и смеситель. Общий состав продуктов горения и разложения известняка на расчета на 1 кг СаO (то есть на 2,18 кг известняка) определяют по формуле где G_т удельный расход топлива на 1 кг CaO.

V₁, V₂ выход CO₂ и H₂O при горении 1 кг мазута, γ₁, γ₂ удельные веса CO₂ и H₂O соответственно, C₁ и C₂ содержания CO₂ и H₂O в известняке в долях.

Разделим ДПГ на три зоны: в первой происходит горение топлива в окислительной среде. При этом температура известняка и дымовых газов поднимается до Т градусов и происходит испарение влаги известняка. Во второй зоне происходит разложение известняка и температура газов снижается до 800^oC. В третьей зоне температура отходящих газов снижается до 200^oC за счет утилизации тепла в конвективной поверхности. Таким образом все тепло, вносимое топливом, известняком при температуре T_и и возвратным газом при температуре T_в расходуется в первой зоне на получение некоторого количества пара G₁, испарение воды известняка и нагрев компонентов до температуры Т. Уравнение теплового баланса для этой зоны имеет вид где 675 тепло в ккал/кг, затрачиваемое на нагрев и испарение воды, содержащейся в известняке,
2,18 количество известняка, необходимое для получения 1 кг СаO,
ТС теплотворная способность топлива,
S_и, S₁, S₂ удельные теплоемкости известняка CO₂ и H₂O соответственно.

Во второй зоне в диапазоне температур от Т до 800^oC уравнение теплового баланса имеет вид.

где 350 тепло на разложение 1 кг известняка в ккал/кг.

G₂ тепло на выработку пара во второй зоне.

В третьей зоне тепловой баланс имеет вид

где G₃ тепло на нагрев и испарение воды.

Таким образом, общее тепло на получение пара во всех трех зонах равно
Q G₁ + G₂ + G₃
Количество вырабатываемого пара на 1 кг CaO равно:
C_п Q/I (6)
где I энтальпия вырабатываемого пара.

Расход кислорода для сжигания 1 кг мазута равен
V_к 0,0187C^p + 0,056 H^p
где C^p равно 84,8 и p^p равно 12.

Весовой расход кислорода равен
C^к= γ₃·V_к·G_т (7)
где γ₃ удельный вес кислорода. При 20%-ном содержании кислорода в окислителе расход последнего для сжигания 1 кг топлива равен
V_o V_к · 5
Возврат углекислого газа в ДПГ равен
V_в V_o Y_к
Весовой возврат углекислого газа равен
G_c= γ₁·G_т·V_в
Товарный выход углекислого газа равен:
G_ст= V₁·G_т·γ₁+C₁·2,18-G_c
Стоимость кислорода для производства 1 т СаO равна:
Ц₁ C_к · Ц_к
где Ц_к стоимость одной тонны кислорода. Стоимость углекислого газа равна
Ц₂ G_си · Ц_c
где Ц_c стоимость одной тонны углекислого газа. При удельном расходе электроэнергии Э для размола 1 т известняка и при стоимости 1 кВт.ч электроэнергии Ц_э расход на размол равен
Ц₃ 2,18 · Э · Ц_э
Прибыль от продажи углекислого газа составит:
П Ц₂ Ц₁ Ц₃
Определим основные параметры процесса при: S_и 0,28 ккал/кг · ^oC, S₁ 0,436 ккал/кг · ^oC, S₂ 0,366 ккал/кг · ^oC, ТС 9500 ккал/кг, Т_и 20^oC, T_в 60^oC, C₁ 0,39, C₂ 0,15, γ₁1,977 г/см³, γ₂ 0,805 г/см³, γ₃ 1,429 г/см³, V₁ 10,62 м³/кг, V₂ 1,34 м³/кг, I 695 ккал/кг, Ц_к 90000 руб/т. Ц_c 75000 руб/т, Ц_э 12 руб./кВт.ч, Э 40 кВт.ч/т.

В соответствии с (1) получаем V_c 10,62C_т + 0,425 и V_н 344G_т + 0,406. В соответствии с (2) при Т 1200^oC и G₁ 10 ккал/кг получаем С_т 0,28 кг/кг. В соответствии с (3) получаем после подстановки данных G₂ 227 ккал/кг. В соответствии с (4) после подстановки данных получаем G₃ 1240 ккал/кг. В соответствии с (5) суммарный расход тепла на получение пара равен 1477 ккал/кг. В соответствии с (6) суммарный вес вырабатываемого в ДПГ пара без учета потерь в окружающую среду равен 2,12 кг/кг. В соответствии с (6) расход кислорода для сжигания 1 кг мазута равен 2,258 м³/кг, весовой расход кислорода в соответствии с (7) равен 0,9 кг/кг. Возврат углекислого газа в ДПГ и расход окислителя для производства 1 т СаO в соответствии с (8) и (9) равны V_o 2,258 · 5 11,29 м³/кг и V_в 11,29 2,258 9,032 м³/кг. Возврат углекислого газа весовой и в соответствии с (10) равен 5,05 кг/кг. Товарный выход СO₂ равен в соответствии с (11) 1,68 кг/кг. В соответствии с (12) стоимость кислорода для получения т. СаO равна 81000 руб. В соответствии с (13) стоимость товарного углекислого газа равна 126000 руб. В соответствии с (14) стоимость электроэнергии для размола 2,18 т известняка равна 1000 руб. В соответствии с (15) прибыль от продажи углекислого газа равна 44000 руб/т.

В соответствии с (1) суммарный объем водяных паров в дымовых газах равен 0,784 м³/кг или в весовых единицах 0,636 кг/кг, что позволяет получить на 1 т обожженной извести 636 кг известкового молока с содержанием в нем 157 г/л активной окиси кальция при 100% эффективности мокрой очистки дымовых газов и эффективности сухой очистки 90%

Формула изобретения

1. Способ переработки известняка, включающий его измельчение, обжиг в газовом потоке воздуха и топлива и очистку дымовых газов с отделением в циклоне до 90% обожженной извести, отличающийся тем, что измельчение известняка осуществляют до содержания фракции 1 мм не менее 90% а после циклона дымовые газы подвергают мокрой очистке с разделением известкового молока и углекислого газа, при этом газовый поток получают сжиганием топлива в окислительной среде из смеси полученного после разделения углекислого газа и кислорода.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что углекислый газ смешивают с кислородом в заданном соотношении.

РИСУНКИ

Рисунок 1