Способ обезвоживания карналлита и установка для его осуществления

 

Изобретение относится к обезвоживанию шестиводного карналлита в твердом состоянии в процессе его подготовки к электролитическому получению магния. Способ обезвоживания пропитанного маточным раствором шестиводного карналлита с изменением параметров теплоносителя по ходу процесса включает в себя обезвоживание в двух печах КС, первая из которых работает в режиме непрерывного процесса, а последняя - в режиме периодического процесса при подаче хлора по крайней мере в выносную топку последней печи при массовом отношении хлора к водороду в компонентах, подаваемых в выносные топки КС, не более чем 30:1. Процесс проводят еще в одной промежуточной печи, которая соединена с другими печами комплекса транспортными устройствами так, что она может работать параллельно с последней печью в режиме периодического процесса и последовательно с первой печью в режиме непрерывного процесса. Установка для осуществления предложенного способа включает печи КС, каждая из которых имеет выносную топку, газораспределительную решетку и пылеулавливающее устройство, а также устройства для загрузки исходного материала и выгрузки обработанного продукта из печи. Установка состоит из трех связанных транспортными устройствами в комплекс печей КС. Изобретение позволяет уменьшить гидролиз и увеличить глубину обезвоживания карналлита. 2 с. и 8 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл.

Изобретение относится к обезвоживанию шестиводного карналлита в твердом состоянии в процессе его подготовки к электролитическому получению магния и может быть использовано в других отраслях промышленности, где обезвоживание связано с необходимостью утилизации отбросных хлорсодержащих газов, выделяющихся на других переделах производства магния, а также осложнено гидролизом, спеканием материала и другими процессами, снижающими качество готового продукта, удорожанием его производства и ухудшением экологической обстановки в окружающей среде.

Известен способ получения магния и хлора из карналлита путем его обезвоживания в кипящем слое, подачи обезвоженного карналлита в твердом виде циклично в плавильники электролизеров с последующим его плавлением в них, уменьшением концентрации хлорида магния электролизом до заданной конечной его концентрации в электролите и откачкой отработанного электролита; при этом процесс в кипящем слое производят в токе газов, содержащих хлористый водород, а удаление последних молей воды из карналлита производят в аппарате кипящего слоя периодического действия до содержания остаточной воды не более 5,0%, предпочтительнее не более 2,5% (см. авт.св. N 241697, кл. 40с, 3/08, опубликовано в Бюлл. изобретений N 14, 18.IV.1969).

В указанном изобретении ничего не упоминается о способе получения хлористого водорода, хотя и рекомендуется (в тексте) подавать его при удалении последних молей воды в аппарате периодического действия. Нет также никаких сведений о конструктивном оформлении крупномасштабного производства обезвоженного карналлита с совмещением непрерывного и периодического процесса. Недостаточная конкретность технологии и отсутствие конструктивной разработки, несмотря на оригинальность идеи, привели к тому, что данное изобретение спустя 27 лет после опубликования нигде не внедрено и даже не принято в проекте какого-либо нового магниевого завода.

Известен способ обезвоживания хлормагниевых солей, совмещенный с утилизацией хлорсодержащих газов в выносных топках печей кипящего слоя путем их подачи в факел горения водородсодержащего топлива и проведение при этом обезвоживания растворов хлормагниевых солей или карналлита топочными газами, содержащими хлористый водород, с изменением параметров теплоносителя по ходу процесса. При этом для более эффективного использования хлористого водорода сначала растворы и шестиводный карналлит обезвоживают любым теплоносителем, не содержащим хлористого водорода, до концентрации воды не более 3 молей на моль хлорида магния в режиме непрерывного процесса, а затем завершают термическую обработку материала в режиме периодического процесса в токе газов, содержащих хлористый водород. Обезвоживание калиевого карналлита KCl-MgCl₂·6H₂O производят сначала обычными топочными газами в режиме непрерывного процесса, начинают периодический процесс только при содержании остаточной воды не менее 1 моля на 1 моль хлорида магния и подаче в топку хлора, а завершают процесс в твердом состоянии при содержании остаточной воды в продукте в пределах 0,0-0,2% (см. авт.св. N 287001, кл. 12m, 5/34, опубликовано в Бюлл. изобретений 35, 19.XI.1970).

В упомянутом изобретении авт. св. N 287001 указан путь получения хлористого водорода, но нет сведений о соотношениях хлора и водорода в компонентах, подаваемых в факел горения топлива, требуемых для полного связывания хлора в хлористый водород и необходимых для практического осуществления процесса без ухудшения экологической обстановки в окружающей среде. Так же как и в авт. св. N 241697, в данном авт.св. нет рекомендаций о конструктивном оформлении крупномасшатбного процесса с совмещением непрерывного и периодического процессов. Видимо, сознавая сложность такого процесса в промышленных условиях, в авт.св. N 287001 существенно ограничивается область его применения для калиевого карналлита, хотя, как показали дальнейшие исследования, без должного технического обоснования лишь на основе лабораторных опытов утверждается необходимость чрезвычайно глубокого обезвоживания карналлита в твердом состоянии (содержание воды 0,0-0,2%, т.е. в 10 раз меньше, чем по авт.св. N 241627).

Указанные недостатки объясняют, почему процесс по авт.св. N 287001 так же, как и по авт.св. N 241697, несмотря на очевидные энергетические и другие преимущества при получении магния электролизом за 25 с лишним лет после опубликования нигде не внедрен и даже не принят в каком-либо проекте строительства нового магниевого завода.

В отличие от описанных выше способов в промышленности был внедрен способ обезвреживания отбросных хлорсодержащих газов путем подачи их вместо первичного воздуха в циклонные топки с горелками "труба в трубе", и затем подачи полученного теплоносителя в аппараты для обезвоживания карналлита (см. авт. св. N 197951, кл. 40а, 1/10, 40с, 3/04, опубликованные в Бюлл. изобретений N 13, 09.VI.1967).

При достаточно хорошем смешении в циклонных топках и повышении температуры в них хлора в отходящих газах не было. Однако элементарные расчеты, выполненные по данным описания данного изобретения и других работ по утилизации отбросных хлорсодержащих газов, показали, что эффект полного превращения хлора в хлористый водород достигался на практике лишь тогда, когда отношение между хлором и водородом в факеле горения топлива было в несколько раз ниже теоретически необходимого для полного восстановления хлора в хлористый водород.

Задача нахождения требуемого отношения между компонентами для полноты реакции и, следовательно, предотвращения загрязнения окружающей среды при этом не ставилась, ибо в этом не было практической необходимости.

А в последнее время в связи с привлечением новых источников сырья для производства магния, когда хлор является полностью или частично оборотным продуктом, и его требуется восстанавливать в больших количествах в установках для обезвоживания, эта задача приобрела большую актуальность.

Наиболее близкая к предлагаемым способу и устройству по технической сущности и общим признакам (прототип) является (опытная) установка для обработки материалов в кипящем слое, при создании которой была сделана успешная попытка сочетания непрерывного и периодического процессов обезвоживания карналлита в кипящем слое (см. авт.св. N 263166, кл. 40с, 3/02, 400, 3/08, опубликовано в Бюлл. изобретения N 7, 04.11.1970).

Согласно способу и устройству, описанному в этом изобретении, процесс осуществляется в двух печах кипящего слоя, имеющих выносные топки для получения теплоносителя с заданными параметрами. Первая по ходу обезвоживания печь работала в режиме непрерывного процесса с получением полуобезвоженного материала и загрузкой последнего через затвор в промежуточную емкость (бункер), из которой через затвор-дозатор полуобезвоженный материал мог быстро поступать в печь периодического действия, имеющую снабженную затвором течку (трубу), у поверхности газораспределительной решетки. Через эту течку после окончания процесса готовый продукт быстро выгружался в другую промежуточную емкость (бункер). Эта емкость через затвор соединена с транспортным устройством непрерывно или периодически подающим готовый продукт потребителю или на склад.

Система измерительных приборов (измерение температур, давлений, расходов воздуха и топлива, сигнализаторов уровня и др.) и автоматического управления затворами позволяла обеспечить непрерывность процесса обезвоживания в целом при периодической обработке полупродукта в требуемых технологических режимах работы топок и печей при значительном повышении качества готового продукта.

Однако эта установка имела существенные недостатки, так как не позволяла без изменения размеров печей и бункеров регулировать долю воды, удаляемой в режиме периодического процесса при полном использовании мощностей печей. Поэтому из-за трудностей моделирования при изменении мощностей печей для создания промышленной установки по данной схеме пришлось бы испытать серию таких опытных установок. Кроме того, изменять режим по ходу процесса (например, подавать изменяющееся во времени количество хлора в факел горения топлива) можно было только в печи периодического действия при завершении процесса.

Значительные трудности представляло и использование данной установки полностью в режиме непрерывного процесса, что в производственных условиях означало бы необходимость создания избыточных мощностей с соответствующим основным и вспомогательным оборудованием, а также системой КИПаА.

Технической задачей изобретения является создание промышленного непрерывно-периодического способа обезвоживания пропитанного маточным раствором шестиводного карналлита в кипящем слое с изменением параметров теплоносителя по ходу процесса, в том числе с подачей хлора в факел горения топлива, и установки для его осуществления. Заявляемая установка может быть использована и для обезвоживания непрерывным способом (вариант, обеспечивающий получение того же технического результата, согласно п. 2.3 Правил составления заявки, утвержденных Роспатентом в 1993 г.). Это достигается проведением способа в комплексе трех, соединенных транспортным устройствами печей КС при подаче хлора по крайней мере в выносную топку последней по ходу процесса при поддержании массового отношения хлора к водороду в компонентах, подаваемых в выносные топки, не более, чем 30:1 (предпочтительно не более чем 25:1). При этом первая по ходу процесса обезвоживания печь работает в режиме непрерывного процесса, последняя - в режиме периодического процесса, а промежуточная печь соединена транспортными устройствами комплекса таким образом, что она может работать параллельно с последней печью в режиме периодического процесса или последовательно с первой печью в режиме непрерывного процесса.

При работе промежуточной печи в периодическом режиме параллельно с последней печью промежуточной печи так же, как и в последней, целесообразно завершать процесс при содержании остаточной воды и оксида магния в пределах 0,2-1,2 мас.% по каждому из этих компонентов.

Пыль, вынесенную из каждой печи КС комплекса, целесообразно возвращать в слой этой же пыли или выгружать вместе с продуктом, полученным в этой печи.

Предложенная для осуществления изложенного выше способа установка состоит из трех связанных транспортными устройствами в комплекс печей КС, каждая из которых имеет выносную топку, газораспределительную решетку, пылеулавливающее устройство, а также устройства для загрузки исходного материала и выгрузки обработанного продукта из печи. При этом первая по ходу обезвоживания печь КС имеет одно загрузочное устройство для работы только в режиме непрерывного процесса и снабжена разгрузочным устройством, соединенным через транспортное устройство (насос, элеватор, слив с уровня слоя и др.) для подачи полуобезвоженного карналлита в промежуточную и последнюю печи данного комплекса, которые имеют по два загрузочных и разгрузочных устройства, позволяющие им работать как в режиме непрерывного, так и в режиме периодического процесса.

Одно из загрузочных устройств промежуточной и последней печи комплекса представляет собой бункер, соединенный транспортным устройством для подачи в него полуобезвоженного карналлита из первой печи и снабженный затвором-дозатором для единовременной загрузки заданной порции этого карналлита соответственно в промежуточную или в последнюю печь КС, а второе выполнено в виде сливного канала или отверстия в боковой стенке (перегородке), через которое материал из промежуточной печи может непрерывно поступать (сливаться) в транспортное устройство на переработку в последующую стадию (например, на переработку в хлораторах) для подачи в бункер последней печи или непосредственно на слой материала в последней печи КС, при этом транспортное устройство для подачи материала из первой печи в промежуточную также может быть выполнено в виде сливного канала или отверстия в боковой стенке (перегородке), а уровень слоя в каждой следующей печи должен быть настолько ниже уровня слоя в предыдущей печи, чтобы материал поступал в следующую печь самотеком, а разгрузочные устройства первой и промежуточной печи являлись бы одновременно загрузочными устройствами промежуточной и последней печи, слив с уровня которой должен быть соединен с транспортным устройством для подачи готового продукта на дальнейшую переработку.

Другое разгрузочное устройство промежуточной и последней печи комплекса расположено на уровне газораспределительной решетки, которую целесообразно выполнить с наклоном в сторону выгрузки, при этом разгрузочное устройство должно иметь затвор для разовой выгрузки готового продукта (глубоко обезвоженного карналлита) в промежуточный бункер или кабель, откуда глубоко обезвоженный карналлит должен поступать на дальнейшую переработку непосредственно в электролизер или в специальное плавильное устройство.

Объем каждого из бункеров, установленных над промежуточной и последней печью комплекса, целесообразно выполнить емкостью, превышающей емкость слоя в каждой из этих печей по меньшей мере в два раза. Корпуса всех трех печей комплекса могут иметь прямоугольную форму и быть смонтированы в одном кожухе.

На газораспределительных решетках промежуточной и последней печи могут быть установлены не доходящие до верха печи и перпендикулярные ее продольной оси перегородки, делящие надрешеточное пространство на секции и имеющие у решетки небольшие переточные отверстия, а также перекрываемые затворками отверстия площадью не менее одной четверти площади перегородки на уровне слоя; при этом в открытом положении затворов секционированная печь превращается в несекционированную.

Известно, что восстановление хлора при его подаче в топки печей КС идет в основном за счет хлорирования водородсодержащих компонентов топлива, а также водяных паров в воздухе, подаваемом на горение.

Так, в мазуте печей содержится в виде углеводородов 10-11 мас.% водорода, а в природном газе - до 25 мас.%. При горении углеводородов образуется водяной пар. Поэтому суммарный процесс можно рассматривать как взаимодействие водяного пара с хлором.

Процесс восстановления хлора водяным паром хорошо изучен. Термодинамическим расчетом установлено, что при подаче хлора в топки печей КС при температуре 1200-1400^oC равновесная степень связывания хлора в хлористый водород составляет 99,0-99,9% и более элементарный расчет показал, что в этих условиях в топочных газах печей КС (особенно с учетом их разбавления вторичным воздухом) равновесное содержание хлора должно составить 0,1 мг/л, т.е. "следы". При этом в компонентах, подаваемых в топку, массовое отношение водорода к хлору согласно реакции H₂O + Cl₂ -> 2HCl + 1/2 O₂ должно соответствовать 35,5 : 1, где 35,5 - атомный вес хлора; 1 - атомный вес водорода.

Однако на практике по ряду причин этот процесс до равновесия полностью не доходит, и для полноты связывания хлора в хлористый водород требуется меньшее соотношение хлора к водороду в компонентах, подаваемых в топку печи КС.

В табл. 1 приведены результаты опытов по связыванию хлора в топке печи КС, отапливаемой природным газом, при температуре в топке 1100-1200^oC, когда по условиям равновесия должно быть практически полное связывание хлора при указанном выше теоретическом соотношении компонентов. Опыты проводились в зимнее время, когда содержание водяного пара в воздухе, подаваемом на горение, было близко к нулю, и его можно было не учитывать.

Данные табл. 1 подтверждают, что при небольших отношениях хлора к водороду хлора в отходящих газах нет. При увеличении этого отношения содержание хлора незначительно возрастает, достигая 0,4 мг/л при отношении хлора к водороду, равном 24,9: 1. При дальнейшем увеличении расхода хлора без увеличения количества природного газа содержание хлора в отходящих газах резко возрастает, составляя 1,5 мг/л при отношении хлора к водороду, равном 33,1: 1.

Аналогичные результаты были получены и при подаче хлора в топку вращающейся печи, отапливаемой генераторным газом, в котором содержание водорода составляло 8,94%. Так, при подаче в топку 640 кг хлора и соотношении хлора к водороду, равном 18: 1, содержание остаточного хлора в выходящих из топки газах составляло ~ 0,1 мг/л, а при отношении этих компонентов, равном 27:1, когда в топку подавали 990 кг хлора в час, содержание остаточного хлора в выходящих из топки газах составляло уже 0,8 мг/л, т.е. начинало резко возрастать.

Таким образом, экспериментальные данные подтверждают правильность заявленного в п. 1 формулы изобретения о массовом соотношении хлора к водороду в компонентах, подаваемых в топку не более 30:1 (предпочтительнее 25:1).

Осуществление способа в трех печах, когда промежуточная печь может работать как в режиме периодического, так и в режиме непрерывного процессов позволяет более гибко изменять параметры теплоносителя по ходу обезвоживания и регулировать количество воды, удаляемой из карналлита в каждом из этих процессов. Одновременно это дает возможность оптимизировать в промышленных условиях расход хлора, обеспечивая его полное усвоение в топках, при минимальном расходе топлива и максимальном уменьшении гидролиза карналлита при его обезвоживании.

При промышленном получении магния из карналлита, последний предварительно обезвоживают в твердом состоянии до содержания остаточной воды 3-5 мас. %, а затем завершают процесс в расплаве, проводя его, как правило, в хлораторах при подаче хлора в расплав. Процесс связан с большим расходом электроэнергии (свыше 4 тыс. кВт·ч на тонну магния) и хлора, а также со значительным расходом известкового молока в газоочистке и усложнением последней из-за необходимости разложения хлоратов, которые образуются при взаимодействии известкового молока с хлором.

Предлагаемый способ позволяет исключить хлораторы из технологического цикла за счет более глубокого обезвоживания карналлита в твердом состоянии с одновременным снижением его гидролиза (уменьшении содержания MgO при проведении процесса в токе газов, содержащих хлористых водород, получаемый при подаче хлора в факел горения топлива). Это дает возможность загружать полученный глубокообезвоженный малогидролизованный продукт непосредственно в электролизеры.

В табл. 2 приведены обобщенные на основе длительных опытно-промышленных исследований технологические показатели процесса получения магния из карналлита с загрузкой глубокообезвоженного малогидролизованного карналлита из печей КС непрерывно-периодического действия в электролизеры. Там же в последней строке для сравнения приведен базовый вариант с обычным обезвоживанием карналлита в печах КС и хлораторах и последующей заливкой полученного расплава из последних в электролизеры. Во всех случаях в качестве исходного сырья использовался стандартный обогащенный карналлит (ГОСТ 16109-70, содержание MgCl₂ не менее 31,8%, свободной воды не более 3%). Первая и промежуточная печь работали в режиме непрерывного процесса, а последняя - в режиме периодического процесса.

Из табл. 2 следует, что предложенный способ по сравнению с базовым вариантом позволяет снизить удельные расходы обогащенного карналлита на 6-7%, электроэнергии на 13-14% и увеличить производительность электролизера на 15,5-16,0%.

При этом увеличение глубины обезвоживания приводит к непропорциональному увеличению удельного расхода природного газа (при содержании остаточной воды 1,2% он увеличивается всего на 1%, а при 0,6% - уже на 14%). Удельный выход товарного хлора при содержании остаточной воды 1,2% увеличивается на 16%, но при снижении содержания воды он непропорционально уменьшается и при 0,6% воды составляет всего 95% по сравнению с базовым вариантом. Соответственно резко меняется и расход известкового молока. При 1,2% воды он составляет всего 46% от базового, но при 0,6% воды он уже больше базового на 5%.

Срок службы анодов электролизеров при 1,2% составляет всего 7,5 мес., т. е. на 25% ниже, чем для базового варианта. Но с уменьшением содержания остаточной воды до 0,6% он непропорционально растет, составляя 10,5 мес. по сравнению с 10 месяцами для базового варианта с анодами, которые не пропитаны метафосфатами.

Дальнейшее увеличение глубины обезвоживания при сохранении практически постоянных эффектов от снижения удельных расходов обогащенного карналлита и электроэнергии, повышения производительности электролизеров должно привести к дальнейшему резкому увеличению срока службы анодов при снижении выхода товарного хлора и увеличению расхода известкового молока, а также к увеличению расхода природного газа.

При этом ниже 0,2% остаточной воды обезвоживать карналлит бессмысленно, т. к. он становится очень гигроскопичным и несмотря на герметизацию транспортных устройств при доставке к электролизерам он может набрать не менее чем 0,2% воды из окружающей среды.

Существенное, не имеющее альтернативы снижение сквозного расхода электроэнергии и исходного сырья в сочетании с достигаемым без увеличения тепловых потерь электролизеров повышением их производительности и ликвидацией трудоемкого, связанного с ухудшением экологической обстановки передела - второй стадии обезвоживания карналлита в хлораторах - намного перекрывают потери от увеличения расхода природного газа и некоторого сокращения срока службы анодов. Все это подтверждает эффективность предложенного способа получения магния из карналлита и целесообразности заявленного интервала содержаний остаточной воды и оксида магния в карналлите.

Выбор оптимальных остаточных содержаний воды и оксида магния в карналлите, обезвоженном по предлагаемому способу, определяется, в основном, составом исходного сырья для получения шестиводного карналлита. Так, например, в случае, когда последний получают из кислородсодержащего сырья, а хлор полностью или частично является оборотным продуктом, который необходимо восстанавливать в хлористый водород с последующим участием последнего в процессе получения хлорида магния из исходного сырья, целесообразно работать при содержаниях воды и оксида магния, близких к нижнему пределу.

В случаях, когда карналлит содержится в исходной необогащенной руде или получается, например, из содержащих хлориды магния и калия рассолов Мертвого моря, а хлор является товарным продуктом, целесообразно работать при содержаниях остаточной воды и оксида магния по 0,6% и более каждого из этих компонентов. Однако увеличение содержания воды выше 1,2%, например до 1,8% ведет к дальнейшему резкому снижению срока службы анодов до 6,1 месяца (табл. 2), что связано со значительным увеличением затрат на их замену. При содержании в загружаемом в электролизер карналлите остаточной воды срок службы анодов составит всего 5,1 месяца, т.е. уменьшится в два раза по сравнению с базовым вариантом. Это обстоятельство существенно ухудшает эффективность предложенного способа.

При работе первой по ходу обезвоживания печи только в режиме непрерывного процесса, а промежуточной - как в режиме непрерывного, так и в режиме периодического процесса самым простым с точки зрения аппаратурного оформления способом переработки пыли, вынесенной из слоя, является ее возврат в слой этой же печи комплекса или выгрузка ее вместе с продуктом, получаемым в этой же печи (зависимый пункт 4 формулы).

Небольшое увеличение гидролиза вследствие влагообмена между частицами (пыль, как правило, обезвожена несколько глубже, чем карналлит в слое) с большим избытком компенсируется периодическим процессом и подачей хлора в топки, предусмотренными в заявляемом способе.

Как указано выше, наиболее близким к заявляемой установке по технической сущности и общим признакам, является установка для обработки материалов в кипящем слое из двух печей КС по авт.св. N 263166. Там же приведено описание этой установки и указано на недостатки, связанные с возможностью ее использования.

Предлагаемая установка отличается тем, что она состоит из трех связанных транспортными устройствами в комплекс печей КС. Первая по ходу обезвоживания печь КС имеет одно загрузочное устройство для работы только в режиме непрерывного процесса и снабжена разгрузочным устройством, соединенным через транспортное устройство (насос, элеватор, слив с уровня слоя и др.) для подачи полуобезвоженного карналлита в промежуточную и последнюю печь данного комплекса. Эти две печи имеют по два снабженных затворами загрузочных и разгрузочных устройства с возможностью каждой из печей работать как в режиме непрерывного, так и в режиме периодического процессов. Тем самым обеспечивается существенный эффект, подробно описанный выше.

Наиболее просто возможность печей работать в различных режимах достигается тем, что одно из загрузочных устройств промежуточной и последней печи комплекса представляет собой бункер, соединенный транспортным устройством для подачи в него полуобезвоженного карналлита из первой печи и снабженный затвором-дозатором для единовременной загрузки заданной порции полуобезвоженного карналлита, соответственно, в промежуточную печь или в последнюю печь КС, а второе выполнено в виде сливного канала или отверстия в боковой стенке (перегородке), через которое материал из промежуточной печи может непрерывно поступать (сливаться) в транспортное устройство на переработку в последующую стадию для подачи в бункер последней печи или непосредственно на слой материала в последней печи КС; при этом транспортное устройство для подачи материала из первой печи в промежуточную также может быть выполнено в виде сливного канала или отверстия в боковой стенке (перегородке), а уровень слоя в каждой следующей печи должен быть настолько ниже уровня слоя в предыдущей печи, чтобы материал поступал в следующую печь самотеком, а разгрузочные устройства первой и промежуточной печи являлись бы одновременно загрузочными устройствами промежуточной и последней печи, слив с уровня которой должен быть соединен транспортным устройством для подачи готового продукта (обезвоженного карналлита) на дальнейшую переработку.

Для более полной и быстрой выгрузки продукта другое разгрузочное устройство промежуточной и последней печи располагают на уровне газораспределительной решетки, которую целесообразно выполнить с наклоном в сторону выгрузки. При этом разгрузочное устройство снабжено затвором для разовой выгрузки глубокообезвоженного карналлита в промежуточный бункер или кюбель, откуда этот карналлит должен поступать на дальнейшую переработку непосредственно в электролизер или в специальное плавильное устройство.

Для создания возможности питания промежуточной и последней печи КС из одного бункера, обеспечения достаточного объема материала в слое этих печей без увеличения напора дутьевых устройств, необходимых в печах кипящего слоя, а также удобства измерений количества материала в бункере и в слое целесообразно, чтобы объем каждого из бункеров имел емкость, превышающую емкость слоя в каждой из этих печей по меньшей мере в два раза. Полезно, чтобы объем бункера был увеличен одновременно с увеличением отношения его высоты к диаметру (ширине).

Для уменьшения площади, занимаемой в цехе печами комплекса, и упрощения их конструкции целесообразно, чтобы корпуса всех трех печей комплекса имели прямоугольную форму и были смонтированы в одном кожухе.

Целесообразно, чтобы при этом на газораспределительных решетках промежуточной и последней печи комплекса были установлены не доходящие до верха печи и перпендикулярные ее продольной оси перегородки, делящие надрешеточное пространство печей на секции и имеющие у решеток небольшие переточные отверстия, а также перекрываемые затворами отверстия площадью не менее одной четверти площади перегородки на уровне слоя. Это позволяет в зависимости от положения затвора превратить секционированную печь в несекционированную и наоборот. Все это дает возможность использование всех печей комплекса в режиме непрерывного процесса с уменьшением гидролиза за счет секционирования слоя при сохранении универсальности комплекса для производства как малогидролизованного глубоко обезвоженного карналлита, так и для выпуска обычного обезвоженного карналлита, а также того и другого одновременно.

В случаях, когда из печи непрерывного действия материал поступает параллельно в промежуточную и последнюю печь для окончания обезвоживания в режиме периодического процесса, первую печь целесообразно выполнить с площадью решетки, превышающей более чем в два раза площадь решетки последующих печей. При прямоугольной форме первой печи примыкающую к промежуточной печи часть надрешеточного пространства в ней для снижения гидролиза также целесообразно секционировать перегородками с нижними переточными отверстиями, однако делать в перегородках этой печи большие проемы с шиберами необходимости нет. Пыль, уловленную над секционированной частью камеры, целесообразно при этом улавливать отдельно и выгружать вместе с полупродуктом из печи. Помимо снижения гидролиза такое техническое решение позволит уменьшить комкование материала в этой печи и тем самым снизить время на ее чистку.

При наличии не менее двух комплексов печей КС, каждый из которых включает одну печь непрерывного действия и две другие печи КС, целесообразно, чтобы разгрузочное устройство для полуобезвоженного карналлита из каждой печи непрерывного действия имело бы транспортное устройство с распределительными затворами, с помощью которых оно могло бы быть соединено с промежуточной и последней печью любого комплекса печей. При неисправности одной из печей комплекса это позволит обеспечить работу остальных печей и тем самым уменьшить резервные мощности, необходимые для нормальной работы производства в целом.

На фиг. 1 изображена установка, предлагаемая для осуществления заявленного способа. Установка состоит из печи КС 1 непрерывного действия, промежуточной печи КС 2 и последней печи КС 3. Каждая из печей имеет выносную топку 4, газораспределительную решетку 5 и циклоны 6 для улавливания вынесенной из слоя пыли.

Печь 1 имеет загрузочное устройство для шестиводного карналлита, состоящее из бункера и скребкового транспортера (на фиг. 1 не показаны), с помощью которых карналлит поступает на забрасыватель 7 для равномерного распределения по поверхности кипящего слоя 8.

Печь 1 имеет начинающуюся с уровня слоя течку 9 с затвором 10 для подачи полуобезвоженного карналлита в элеватор 11 или по каналу 12 в печь 2. Из элеватора 11 через скребковый транспортер 13 карналлит из печи 1 поступает в бункера 14, установленные над промежуточной печью 2 и последней печью 3. Эти бункеры имеют затворы-дозаторы 15 для единовременной загрузки промежуточной или последней печи. Газораспределительная решетка 5 этих печей наклонена в сторону выгрузки, где на уровне решетки расположена течка 16, имеющая затвор 17 для единовременной выгрузки глубокообезвоженного карналлита в передвижной кюбель 18, который также имеет затвор 17 для последующей выгрузки в загрузочное устройство электролизера этого продукта или специального аппарата для его плавления.

Как описано выше, через течку 9 и затвор 10 канала 12, оканчивающегося у поверхности слоя печи 2, первая печь соединена с промежуточной печью 2. Эта печь в свою очередь имеет начинающуюся с поверхности слоя такую же течку 9, которая через затвор, аналогичный затвору 10, по каналу, аналогичному каналу 12, связана с печью 3. Разница по сравнению с печью 1 состоит в том, что через затвор 10 эта течка связана не с элеватором 11, а со скребковым транспортером 19 для подачи обычного обезвоженного в печи 2 карналлита на дальнейшую переработку. Возможен вариант, когда эта течка связана с элеватором 11 для подачи материала из печи 2 в печь 3. При этом затвор 10 у печи непрерывного действия 1 должен быть в положении, когда из печи 1 полуобезвоженный карналлит поступает в печь 2, а не на элеватор 11.

Аналогичную течку 9 и затвор 17 имеет и последняя печь 3 для подачи на скребковый транспортер 19 обычного обезвоженного карналлита, что имеет место тогда, когда она, так же как и печь 2, работает в режиме непрерывного процесса.

Описанные выше транспортные устройства позволяют переключением затворов обеспечить работу первой и промежуточной печи, а также всех трех печей комплекса в режиме непрерывного процесса, работу первой и промежуточной печи в режиме непрерывного процесса, а последней печи в режиме периодического процесса. Установка позволяет также обеспечить параллельную работу промежуточной и последней печи в режиме периодического процесса.

В случае необходимости (ограниченная потребность в глубокообезвоженном карналлите или недостаток хлора для его производства) при соответствующем положении затворов 10 возможно выпускать только обезвоженный карналлит на скребковый транспортер 19, а печь 3, получая через элеватор 11 и бункер 14 полуобезвоженный карналлит из печи 1, выпускали бы глубокообезвоженный малогидролизованный карналлит, работая в режиме периодического процесса. Таким образом, на одном комплексе печей можно одновременно получать два вида готового продукта.

На фиг. 2 изображен вариант установки, где все три печи соединены в одном кожухе, причем каждая имеет выносную топку, газораспределительную решетку и циклон. Элеватор 11 подает с уровня слоя печи 1 полуобезвоженный карналлит на скребковый транспортер 13 и далее в бункер 14, который в отличие от бункеров на фиг. 1 выполнен один на промежуточную печь 2 и последнюю печь 3, что осуществляется с помощью затвора типа 15.

Роль передаточных каналов 12, изображенных на фиг. 1, здесь играют верхние переточные отверстия 12, нижний край которых определяет высоту слоя карналлитов 8 в печах. Верхние переточные отверстия 12 снабжены верхними переточными шиберами 20.

Над газораспределительной решеткой 5 в печах 2 и 3 установлены не доходящие до верха перегордки 21, которые имеют небольшие нижние переточные отверстия (на фиг. 2 не показаны) и большие отверстия, перекрываемые нижними переточными шиберами 22.

Течки 9, снабженные затворами 10, могут подавать обезвоженный карналлит на скребковый транспортер 19.

На фиг. 2 в отличие от фиг. 1 изображена футеровка печей под решетками и более полно показано загрузочное устройство печи непрерывного действия 1. Это устройство состоит из загрузочного бункера 23 со скребковым питателем 24, который подает шестиводный карналлит на забрасываетль 7 для распределения по поверхности слоя.

Разрез по промежуточной или последней печи, перпендикулярный продольной оси печей, где видны выносная топка и разгрузочное устройство для глубокообезвоженного карналлита, аналогичен изображенному на фиг. 1 и на фиг. 2 не показан.

Установка работает следующим образом. Шестиводный карналлит из бункера 23 через питатель 24 (фиг. 2) поступает на забрасыватель 7, который равномерно распределяет карналлит по поверхности слоя 8 в печи 1, которая как и печи 2 и 3 имеет выносную топку 4. С уровня поверхности слоя 8 через точку 9 с затвором 10 полуобезвоженный карналлит поступает в элеватор 11 или по каналу 12 на поверхность слоя в печь 2.

Из элеватора 11 полуобезвоженный карналлит через скребковый транспортер 13 поступает в бункеры 14, установленные над промежуточной печью 2 и последней печью 3. Эти бункеры имеют затворы-дозаторры 15 для единовременной загрузки промежуточной или последней печи до заданного уровня. После окончания периодического процесса в этих печах, когда в выносные топки кроме топлива и воздуха в факел горения топлива подается хлор, а в топочных газах, подаваемых в слой через газораспределительную решетку 5, содержится хлористый водород, у решетки 5, которая наклонена в сторону выгрузки, открывается затвор 17 и через течку 16 глубокообезвоженный малогидролизованный продукт единовременно выгружается в передвижной бункер 18, который также снабжен затвором 17 для последующей подачи этого продукта в загрузочное устройство электролизера или специального аппарата для его плавления (фиг. 1).

При работе промежуточной и последней печи в режиме периодического процесса затворы 10 должны перекрывать поступление карналлита с поверхности слоя предыдущей печи на поверхность слоя последующей печи, верхние переточные шибера 20 должны перекрывать верхние переточные отверстия 12, а большие нижние отверстия в перегородках 21 должны быть открыты, что достигается соответствующим положением нижних переточных шиберов 22 (фиг. 2).

При работе всех трех печей в режиме непрерывного процесса затворы 10 должны перекрывать поступление полуобезвоженного карналлита в бункер (бункера) 14 и направлять его в последующую по ходу процесса печь. Из последней печи затвор 17 должен быть закрыт, а обезвоженный карналлит через течку 9 при открытом положении находящегося на этой течке затвора 17 должен поступать на транспортер обезвоженного карналлита 19.

При работе первой и промежуточной печи в режиме непрерывного процесса полуобезвоженный карналлит путем соответствующего положения затвора 10 по течке 9 направляется на слой карналлита в печи 2, а затем через затвор 10 поступает в элеватор 11 для подачи в бункер 14 и через затвор-дозатор 15 направляется в печь 3 для окончания обезвоживания в режиме периодического процесса с последующей выгрузкой глубокообезвоженного карналлита в бункер 18 по описанному выше способу. Карналлит, обезвоженный в печи 2, через течку 9 этой печи и затвор 10 направляется на скребковый транспортер 19. Затвор-дозатор у бункера печи 2 должен быть при этом перекрыт.

Как указано выше, возможно (на фиг. 1 это не показано) частичное направление продукта из печи 2 через затвор 10 на скребковый транспортер 19, и частично в элеватор 11 для подачи в бункер 14 последней печи 3, единовременной загрузки ее через затвор-дозатор 15 и окончания обезвоживания и хлорирования карналлита в этой печи в режиме периодического процесса.

Формула изобретения

1. Способ обезвоживания шестиводного карналлита с изменением параметров теплоносителя по ходу процесса обезвоживания в двух печах кипящего слоя (КС), первая из которых работает в режиме непрерывного процесса, а последняя - в режиме периодического процесса, при подаче хлора по крайней мере в выносную топку последней печи, отличающийся тем, что массовое отношение хлора к водороду в компонентах, подаваемых в выносные топки печей КС, поддерживают не более 30 : 1.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что процесс проводят еще в одной промежуточной печи КС, которая соединена с другими печами комплекса транспортными устройствами так, что она может работать параллельно с последней печью в режиме периодического процесса или последовательно с первой печью в режиме непрерывного процесса.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что при работе промежуточной печи в периодическом режиме параллельно с последней печью в промежуточной печи, так же, как и в последней, завершают процесс при содержании остаточной воды и оксида магния в пределах 0,2 - 1,2 мас.% по каждому из этих компонентов.

4. Способ по пп.1 - 3, отличающийся тем, что пыль, вынесенную из каждой печи комплекса, возвращают в слой этой же печи или выгружают вместе с продуктом, полученным в этой печи.

5. Установка для осуществления способа по пп.1 - 4, включающая печи КС, каждая из которых имеет выносную топку и устройства для загрузки исходного материала и выгрузки отработанного продукта из печи, отличающаяся тем, что она состоит из трех связанных транспортными устройствами в комплекс печей КС, каждая из которых имеет газораспределительную решетку и пылеулавливающее устройство, при этом первая по ходу обезвоживания печь КС имеет одно загрузочное устройство для работы в режиме непрерывного процесса и снабжена разгрузочным устройством, соединенным через транспортное устройство для подачи полуобезвоженного продукта в промежуточную и последнюю печи данного комплекса, которые имеют по два снабженных затворами загрузочных и разгрузочных устройств с возможностью каждой из печей работать как в режиме непрерывного, так и в режиме периодического процессов.

6. Установка по п.5, отличающаяся тем, что одно из загрузочных устройств промежуточной и последней печи комплекса представляет собой бункер, соединенный с транспортным устройством для подачи в него полуобезвоженного продукта из первой печи и снабженный затвором-дозатором для единовременной загрузки заданной порции полуобезвоженного продукта соответственно в промежуточную или последнюю печь КС, а второе выполнено в виде сливного канала или отверстия в боковой стенке (перегородке), через которые материал из промежуточной печи может непрерывно поступать (сливаться) в транспортное устройство на переработку в последующую стадию для подачи в бункер последней или непосредственно на слой материала в последней печи КС, при этом транспортное устройство для подачи материала из первой печи в промежуточную печь также может быть выполнено в виде сливного канала или отверстия в боковой стенке (перегородке), а уровень слоя в каждой следующей печи должен быть настолько ниже уровня слоя в предыдущей печи, чтобы материал поступал в следующую печь самотеком, а разгрузочные устройства первой и промежуточной печей являлись бы одновременно загрузочными устройствами промежуточной и последней печи, слив с уровня которой должен быть соединен транспортным устройством для подачи готового продукта на дальнейшую переработку.

7. Установка по пп.5 и 6, отличающаяся тем, что другое разгрузочное устройство промежуточной и последней печи комплекса расположено на уровне газораспределительной решетки, которую целесообразно выполнить с наклоном в сторону выгрузки, при этом разгрузочное устройство снабжено затвором для разовой выгрузки готового продукта (глубокообезвоженного карналлита) в промежуточный бункер или кюбель, откуда готовый продукт должен поступать на дальнейшую переработку непосредственно в электролизер или специальное плавильное устройство.

8. Установка по пп.5 и 7, отличающаяся тем, что объем каждого из бункеров, установленных над промежуточной и последней печью комплекса, должен иметь емкость, превышающую емкость слоя в каждой из этих печей по меньшей мере в два раза.

9. Установка по п.5, отличающаяся тем, что корпуса всех трех печей комплекса имеют прямоугольную форму и смонтированы в одном кожухе.

10. Установка по пп. 5 и 9, отличающаяся тем, что на газораспределительных решетках промежуточной и последней печей комплекса установлены не доходящие до верха печи и перпендикулярные к ее продольной оси перегородки, делящие надрешеточные пространства печей на секции и имеющие у решеток небольшие переточные отверстия, а также перекрываемые затворами отверстия площадью не менее четверти площади перегородки на уровне слоя, при этом в открытом положении затворов секционированные печи превращаются в несекционированные.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 03.04.2004

Извещение опубликовано: 27.04.2005        БИ: 12/2005

---