Установка для переработки углекарбонатного минерального сырья

Изобретение может быть использовано для получения карбида кальция, ацетилена, ацетона, этилена, этанола и дихлорэтана. Установка для переработки углекарбонатного минерального сырья содержит печь 1 обжига известняка, печь 2 для производства карбида кальция, реактор 3 синтеза углекислоты, газогенератор 4, первый 5 и второй 8 газоотборные блоки, дозаторы 6, 7. Установка дополнительно содержит реактор синтеза ацетона 20, реактор синтеза этилена 19, реакторы синтеза этанола 21 и дихлорэтана 22. Изобретение позволяет расширить спектр получаемых товарных продуктов глубокой переработки ацетилена при обеспечении высокого уровня диверсификации производства и исключении появления техногенных отходов. 1 ил.

 

Изобретение относится к установкам для переработки углекарбонатного минерального сырья и может быть использовано при его глубокой переработке с получением карбида кальция и/или ацетилена, а также широкого спектра иных продуктов.

Известна установка для переработки углекарбонатного минерального сырья, включающая реактор обжига известняка, снабженный загрузочным и разгрузочным узлами, газопроводом для подвода высокотемпературного энергоносителя, и средством его сжигания (см. а.с. СССР №1449553, кл. С04В 2/02, 1989).

Однако в этом техническом решении невелик спектр получаемых товарных продуктов (только известь), низка экологичность производственного процесса, кроме того, осложнен процесс обеспечения производства высокотемпературным энергоносителем.

Известна также установка для переработки углекарбонатного минерального сырья, выполненная с возможностью производства ацетилена, карбида кальция, негашеной и гашеной извести и углекислоты, включающая печь обжига известняка, печь для производства карбида кальция, реактор синтеза углекислоты, газогенератор, первый и второй газоотборные блоки, дозаторы, газораспределительные узлы, водоподающий узел, загрузочный узел, углезагрузочный узел, продуктопроводы и газопроводы (RU 2256611, С01В 31/32, С04В 2/02, C01F 11/06, C07C 11/24, 2005).

В этом техническом решении невелика глубина переработки исходного материала, в результате чего спектр получаемых товарных продуктов расширен за счет простейших материалов, не имеющих повышенного спроса на рынке.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является расширение спектра получаемых товарных продуктов и исключение загрязнения окружающей среды отходами производства.

Технический результат, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в расширении спектра получаемых товарных продуктов глубокой переработки ацетилена, обладающих высоким коммерческим потенциалом (этанола, дихлорэтана, этиленгликоля, ацетона), при обеспечении высокого уровня диверсификации производства и исключении появления техногенных отходов.

Поставленная задача решается тем, что установка для переработки углекарбонатного минерального сырья, выполненная с возможностью производства ацетилена, карбида кальция, негашеной и гашеной извести и углекислоты, включающая печь обжига известняка, печь для производства карбида кальция, реактор синтеза углекислоты, газогенератор, первый и второй газоотборные блоки, дозаторы, газораспределительные узлы, водоподающий узел, загрузочный узел, углезагрузочный узел, продуктопроводы и газопроводы, отличается тем, что снабжена дополнительными реакторами, один из которых выполнен как реактор гидролиза ацетилена, второй выполнен как реактор синтеза ацетона, а третий выполнен как реактор синтеза этилена, выход которого через распределитель связан со входами реакторов синтеза этанола и синтеза дихлорэтана, при этом первый газораспределительный узел дополнительно связан газопроводами с входами реакторов гидролиза ацетилена, синтеза ацетона и синтеза этилена, причем выход реактора гидролиза ацетилена связан с хранилищем этиленгликоля, при этом второй вход реактора синтеза ацетона связан с источником пара, его выход по ацетилену связан с хранилищем ацетона, его газовый выход по диоксиду углерода связан со вторым входом первого газоотборного блока, а его газовый выход по водороду связан со вторым входом реактора синтеза этилена, кроме того, второй вход реактора синтеза этанола связан с источником пара, связанным водопроводом с источником воды, при этом реактор снабжен источником тепла, причем выход реактора синтеза этанола связан с хранилищем этанола, кроме того, второй вход реактора синтеза дихлорэтана связан с источником хлора, а выход этого реактора связан с хранилищем дихлорэтана, кроме того, реакторы синтеза ацетона, синтеза этилена, синтеза этанола и синтеза дихлорэтана снабжены катализационными узлами.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию "новизна".

Признаки отличительной части формулы изобретения обеспечивают решение следующих функциональных задач:

Признаки «…снабжена дополнительными реакторами, один из которых выполнен как реактор гидролиза ацетилена, второй выполнен как реактор синтеза ацетона, а третий выполнен как реактор синтеза этилена, выход которого через распределитель связан со входами реакторов синтеза этанола и синтеза дихлорэтана…» обеспечивают возможность расширения спектра получаемых товарных продуктов глубокой переработки ацетилена, обладающих высоким коммерческим потенциалом (этанола, дихлорэтана, этиленгликоля, ацетона), при этом обеспечивается высокий уровень диверсификации производства.

Признаки «…первый газораспределительный узел дополнительно связан газопроводами с входами реакторов гидролиза ацетилена, синтеза ацетона и синтеза этилена…» раскрывают схему организации использования непосредственно ацетилена.

Признаки «…выход реактора гидролиза ацетилена связан с хранилищем этиленгликоля, при этом второй вход реактора синтеза ацетона связан с источником пара, его выход по ацетилену связан с хранилищем ацетона, его газовый выход по диоксиду углерода связан со вторым входом первого газоотборного блока, а его газовый выход по водороду связан со вторым входом реактора синтеза этилена, кроме того, второй вход реактора синтеза этанола связан с источником пара, связанным водопроводом с источником воды, при этом реактор снабжен источником тепла, причем выход реактора синтеза этанола связан с хранилищем этанола, кроме того, второй вход реактора синтеза дихлорэтана связан с источником хлора, а выход этого реактора связан с хранилищем дихлорэтана, кроме того, реакторы синтеза ацетона, синтеза этилена, синтеза этанола и синтеза дихлорэтана снабжены катализационными узлами…» обеспечивают возможность получения этиленгликоля, ацетона, этанола, дихлорэтана и утилизацию отходов, образующихся в процессе синтеза ацетона.

Изобретение поясняется чертежом, на котором показана принципиальная технологическая схема установки.

Установка включает печь обжига известняка 1, печь для производства карбида кальция 2, реактор синтеза углекислоты 3, газогенератор 4, а также узлы и аппараты схемы получения ацетилена: первый газоотборный блок 5, дозаторы 6 и 7, второй газоотборный блок 8, газораспределительные узлы 9 и 10, водоподающий узел 11, загрузочный узел 12, углезагрузочный узел 13, продуктопроводы 14, газопроводы 15, водопровод 16. Кроме того, показаны узлы и аппараты схемы переработки ацетилена: паропровод 17, дополнительные реакторы 18-22, парогенератор 23, источник хлора 24, катализационные узлы 25-28, третий газоотборный блок 29, распределитель 30, вспомогательные газораспределительные узлы 31, «обслуживающие» газопровод, связывающий дополнительные реакторы 18-22 с первым газораспределительным узлом 9 и газопровод отвода водорода от третьего газоотборного блока 29 к источнику тепла реактора синтеза этанола 21 и/или второму газораспределительному узлу 10.

Печь 1 для обжига известняка имеет известную конструкцию. Она герметизирована, снабжена загрузочным узлом 12, обеспечивающим подачу известняка, и продуктопроводом 14, например, выполненным в виде направляющего желоба с дозатором 6, обеспечивающим отбор из потока извести (СаО) получаемой при обжиге известняка части, предназначенной для передачи потребителю, понятно, что если такое не предусмотрено, этот узел используется только в качестве питателя второго реактора 2. Печь 1 посредством газопровода 15 связана с первым газоотборным блоком 5 (в качестве которого используются известные комплекты газоочистного оборудования, обеспечивающие отбор СО₂).

Печь 2 для производства карбида кальция снабжена углезагрузочным узлом 13 известной конструкции и газоотборным блоком 8 (в качестве которого используются известные комплекты газоочистного оборудования, обеспечивающие отбор СО). Если на этом этапе производства предусмотрено использование ацетилена, как высокотемпературного энергоносителя, то печь для производства карбида кальция должна иметь соответствующие теплообменные элементы (на чертежах не показаны), обеспечивающие утилизацию тепла, получаемого при сжигании ацетилена, и его передачу материалам-реагентам (С и СаО).

Первый 5 и второй 8 газоотборные блоки посредством газопроводов 15 связаны с реактором синтеза углекислоты 3, подключенным также к водоподающему узлу 11 (выполненному в виде емкости с водой, снабженной насосным и дозирующим и контрольно-измерительным оборудованием известной конструкции, обеспечивающим по водопроводу 16 подачу воды в реактор 3 для синтеза Н₂СО₃ и к парогенератору 23). Выход реактора 3 через продуктовод 14 связан с хранилищем углекислоты (на чертежах не показано), конструкция которого определяется формой поставки углекислоты потребителю, т.е. сжиженная или «сухой лед» и не отличается от известных конструкций.

Выход печи 2 посредством продуктопровода 14, например, выполненного в виде направляющего желоба, связан с дозатором 7, обеспечивающим отбор из потока карбида кальция, получаемого в ней, части продукции, предназначенной для передачи потребителю, понятно, что если такое не предусмотрено, этот узел используется только в качестве питателя газогенератора 4.

В качестве газогенератора 4 используют газогенератор известной конструкции, предназначенный для выработки ацетилена из карбида кальция. Газогенератор 4 связан с водоподающим узлом 11, а его «газовый» выход через первый газораспределительный узел 9 связан либо с газгольдером (на чертежах не показан - предназначен для хранения ацетилена перед отправкой его потребителю), либо газораспределительным узлом 10, регулирующим подачу ацетилена в печи 1 и 2 (конструктивно эти узлы аналогичны известным газораспределительным устройствам и выбираются с учетом соответствия их рабочих параметров, расходу ацетилена и сечению газопроводов 15). Второй выход газогенератора 4 посредством соответствующего продуктопровода 14 связан с хранилищем гашеной извести (на чертежах не показано).

Реактор 18 является гидролизным реактором известной конструкции и выполнен с возможностью производства этиленгликоля. Вход реактора связан с выходом газораспределительного узла 9 через соответствующий вспомогательный газораспределительный узел 31, размещенный на соответствующем ответвлении газопровода 15, а выход реактора связан с хранилищем этиленгликоля (на чертежах не показано), конструкция которого известна и определяется свойствами хранимого продукта. Реактор 19 является реактором известной конструкции, выполненным с возможностью синтеза промежуточного материала этилена (С₂Н₄), используемого в дальнейшем для производства этанола и/или производства дихлорэтана. Реактор содержит катализационный узел 25, содержащий Pd, в качестве катализатора реакции ацетилена с водородом, при этом первый газовый вход реактора 19 связан с соответствующим выходом газораспределительного узла 9 через соответствующий вспомогательный газораспределительный узел 31, размещенный на соответствующем ответвлении газопровода 15, а его второй газовый вход связан с первым газовым выходом реактора 20 через третий газоотборный блок 29 (в качестве которого используются известные комплекты газоочистного оборудования, обеспечивающие отбор Н₂). Выход реактора 19 через распределитель 30 связан со входами реактора 21 и 22.

Реактор 20 является реактором известной конструкции, выполненным с возможностью синтеза ацетона. Реактор содержит катализационный узел 26, содержащий Fe или In, в качестве катализатора реакции ацетилена с парами воды, снабжен известными средствами подвода тепла и рассчитан на температуры не менее 500°С, при этом первый газовый вход реактора 20 связан с соответствующим выходом газораспределительного узла 9 через соответствующий вспомогательный газораспределительный узел 31, размещенный на соответствующем ответвлении газопровода 15, а его второй газовый вход связан паропроводом 17 с парогенератором 23. Выход реактора 20 связан с хранилищем ацетона (на чертежах не показано), конструкция которого известна и определяется свойствами хранимого продукта. Его первый газовый выход (по водороду) через третий газоотборный блок 29 связан со вторым газовым входом реактора 19, а его второй газовый выход (по диоксиду углерода) через первый газоотборный блок 5 связан с реактором 3.

Реактор 21 является реактором известной конструкции, выполненным с возможностью синтеза этанола. Реактор содержит катализационный узел 27, содержащий H₂SO₄ в качестве катализатора реакции промежуточного материала (C₂H₄) c парами воды, снабжен известными средствами подвода тепла (например, обеспечивающими утилизацию тепла, получаемого от сжигания части объема ацетилена, и рассчитан на температуры не менее 350-400°С - на чертежах не показан), при этом вход реактора 21 через распределитель 30 связан с соответствующим выходом реактора 19, кроме того, реактор 21 связан паропроводом 17 с парогенератором 23. Выход реактора 21 связан с хранилищем этанола (на чертежах не показано), конструкция которого известна и определяется свойствами хранимого продукта.

Реактор 22 является реактором известной конструкции, выполненным с возможностью синтеза дихлорэтана. Реактор содержит катализационный узел 28, содержащий Fe и/или FeCl в качестве катализатора реакции промежуточного материала (С₂Н₄) с хлором, снабжен известными средствами подвода тепла (например, обеспечивающими утилизацию тепла, получаемого от сжигания части объема ацетилена, и рассчитан на температуры не менее 350-400°С - на чертежах не показан), при этом вход реактора 22 через распределитель 30 связан с соответствующим выходом реактора 19, кроме того, реактор 22 связан с источником хлора 24. Выход реактора 21 связан с хранилищем дихлорэтана (на чертежах не показано), конструкция которого известна и определяется свойствами хранимого продукта.

Конструкция остальных аппаратов и устройств, используемых при реализации способа, не отличается от аппаратов и устройств, предназначенных для решения сходных функциональных задач.

Заявленное устройство работает следующим образом.

Известняк вводят в печь 1 и производят его обжиг, сжигая ацетилен. В процессе обжига известняк разлагается на известь и диоксид углерода по формуле

Готовая известь (СаО) удаляется продуктопроводом 14 к дозатору 6, обеспечивающему отбор из общего объема части извести, предназначенной для передачи потребителю, и части, предназначенной для дальнейшей переработки. Часть извести, предназначенная для дальнейшей переработки, подается во вторую печь 2, где в присутствии углерода (в виде кокса или каменного угля, крупностью 20-25 мм и содержанием серы менее 1%) перерабатывается в карбид кальция. Процесс производства карбида кальция «идет» по формуле

Готовый карбид кальция (СаС₂) удаляется продуктопроводом 14 к дозатору 7, обеспечивающему отбор из общего объема продукции части карбида кальция, предназначенной для передачи потребителю, и части, предназначенной для дальнейшей переработки. Часть карбида кальция, предназначенная для дальнейшей переработки, подается в газогенератор 4, где вводится в контакт с водой и перерабатывается в ацетилен. Процесс производства ацетилена «идет» по формуле

Гашеная известь (Ca(ОН)₂) передается потребителю для использования по назначению. Готовый ацетилен (С₂Н₂) удаляется по газопроводу 15 и через газораспределительный узел 9 подается либо потребителю, либо только в печь 1, либо и в печь 1 и печь 2 либо используется для синтеза этанола, и/или дихлорэтана, и/или ацетона, и/или этиленгликоля. Подача ацетилена в соответствующие реакторы контролируется известной распределительной арматурой (вспомогательными газораспределительными узлами 31), установленной на разветвлениях газопровода 15, связывающего газораспределительный узел 9 с реакторами 18, 19, 20 и 21.

При этом синтез этанола осуществляют по известной схеме, при этом вначале синтезируют этилен, который затем используют в процессе синтеза этанола:

Причем, если реакцию проводить при давлении до 23 атм и температуре до 75-80°С, выход этанола составит до 90%, а при давлении до 80 атм и температуре до 280-300°С выход этанола доходит до 95%.

При этом синтез дихлорэтана осуществляют по известной схеме, при этом вначале синтезируют этилен, который затем используют в процессе синтеза дихлорэтана:

Этиленгликоль получают гидролизом ацетилена.

При этом синтез ацетона осуществляется по известной схеме, при температуре около 460°С.

Ацетон передают потребителю, а газообразные продукты - отходы процесса - утилизуются на месте (СО₂ используют в производстве углекислоты, а водород - в процессе синтеза этанола и/или дихлорэтана). Конечно, возможно и сжигание водорода, т.е. использование в качестве энергоносителя в процессе обжига или синтеза ацетона, но это не самый целесообразный способ его использования (соответствующие связи показаны пунктиром).

Таким образом, в качестве основных продуктов переработки углекарбонатного минерального сырья получают карбид кальция, и/или окись кальция, и/или ацетилен, и/или этанол, и/или дихлорэтан, и/или ацетон, и/или этиленгликоль, а в качестве дополнительных продуктов получают углекислоту и гашеную известь. При этом при наличии потребителей и соответствующих дополнительных компонентов основные продукты переработки углекарбонатного минерального сырья могут использоваться для последующей переработки по известным схемам с получением, например, суперфосфата, карбамида, аммиака и т.п.

Режимные параметры реализации способа на всех его этапах не отличаются от известных.

Установка для переработки углекарбонатного минерального сырья, выполненная с возможностью производства ацетилена, карбида кальция, негашеной и гашеной извести и углекислоты, включающая печь обжига известняка, печь для производства карбида кальция, реактор синтеза углекислоты, газогенератор, первый и второй газоотборные блоки, дозаторы, газораспределительные узлы, водоподающий узел, загрузочный узел, углезагрузочный узел, продуктопроводы и газопроводы, отличающаяся тем, что снабжена дополнительными реакторами, один из которых выполнен как реактор гидролиза ацетилена, второй выполнен как реактор синтеза ацетона, а третий выполнен как реактор синтеза этилена, выход которого через распределитель связан со входами реакторов синтеза этанола и синтеза дихлорэтана, при этом первый газораспределительный узел дополнительно связан газопроводами с входами реакторов гидролиза ацетилена, синтеза ацетона и синтеза этилена, причем выход реактора гидролиза ацетилена связан с хранилищем этиленгликоля, при этом второй вход реактора синтеза ацетона связан с источником пара, его выход по ацетилену связан с хранилищем ацетона, его газовый выход по диоксиду углерода связан со вторым входом первого газоотборного блока, а его газовый выход по водороду связан со вторым входом реактора синтеза этилена, кроме того, второй вход реактора синтеза этанола связан с источником пара, связанным водопроводом с источником воды, при этом реактор снабжен источником тепла, причем выход реактора синтеза этанола связан с хранилищем этанола, кроме того, второй вход реактора синтеза дихлорэтана связан с источником хлора, а выход этого реактора связан с хранилищем дихлорэтана, кроме того, реакторы синтеза ацетона, синтеза этилена, синтеза этанола и синтеза дихлорэтана снабжены катализационными узлами.