способ очистки абгазов магниевого производства от хлора и хлористого водорода

Формула изобретения

Способ очистки абгазов магниевого производства от хлора и хлористого водорода, отличающийся тем, что очистку абгазов от хлора проводят смесью известкового молока и карбамида, взятых в эквивалентном соотношении, отработанные растворы, содержащие карбонат и гидроксид кальция, используют в качестве сорбента для улавливания хлористого водорода, после улавливания хлористого водорода отработанные растворы, содержащие хлорид, оксид и карбонат кальция, используют для получения товарных продуктов.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к химической технологии, конкретно к технологии неорганических веществ и может быть использовано при переработке лопаритовых, цирконовых, ильменитовых и рутиловых концентратов хлорным способом.

Применяемый в производстве магния способ очистки газов от хлора и хлористого водорода проводится в две стадии: отмывка хлористого водорода водой и нейтрализация хлора известковым молоком (А.И.Иванов, М.В.Ляндрас, О.В.Прокофьев, “Металлургия магния”, стр. 362-367). Образующуюся в результате отмывки хлористого водорода соляную кислоту с концентрацией до 7 кг/м³ нейтрализуют известковым молоком или известняком. Гипохлоритные пульпы, получаемые в результате поглощения хлора и содержащие до 80-110 кг/м³ гипохлорита, до 10 кг/м ³ хлората кальция, 30 кг/м³ СаО и 30-40 кг/м³ СаСО₃, обезвреживают путем термической обработки при температуре 80-110°С с целью снижения содержания гипохлорита кальция до 5-7 кг/м³ за счет конверсии его в хлорат и обрабатывают восстановителем (меласса, сульфощелок, Na₂S, Na₂SО₃ и др.) до содержания активного хлора 0,025 кг/м³.

Нейтрализованные и обезвреженные растворы газоочисток поступают в шламонакопители или отстойники и после очистки от взвешенных веществ сбрасываются в водоемы. Таким образом, очистка воздушного бассейна от хлора и хлористого водорода одновременно приводит к загрязнению водного бассейна токсичными хлоридами и хлоратами.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, является: 1) присутствие в отработанных растворах гипохлорита и хлората кальция, соответственно 60-80 и 6-10 кг/м³, образующихся при поглощении хлора известковым молоком по реакции:

2) низкая концентрация хлористого кальция и высокое содержание балластных примесей ( СаСО₃, СаО, Са(СlO₃)₂ до 100 кг/м³).

Из известных аналогов близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому способу является способ очистки абгазов от хлора известковым молоком, в котором обезвреживание гипохлорита проводится вначале термическим способом при температуре 80-110°С до снижения содержания до 5-7 кг/м ³, а затем продуктами сжигания анодного хлора в природном газе, содержащими хлористый водород до полного разложения гипохлорита (патент РФ №2172716, С 01 В 11/06, C 02 F 1/72).

Недостатками известного способа-прототипа являются:

1. Использование анодного хлора для разложения гипохлорита и хлората.

2. Необходимость предварительной термической обработки отработанных растворов для снижения содержания гипохлорита.

3. Не утилизируются кальцийсодержащие стоки от нейтрализации соляной кислоты.

4. Увеличение содержания хлора и двуокиси хлора в сантехническом отсосе от реакторов обезвреживания, вследствие протекания реакций:

Заявленное техническое решение обеспечивает решение экологической и экономической задачи: сокращение сбросов вредных веществ в водоемы, снижение затрат на очистку абгазов от хлора и хлористого водорода и обезвреживание стоков.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении заявленного изобретения, заключается в создании практически бессточного производства магния за счет конверсии отработанных растворов газоочисток в товарные продукты.

Указанный технический результат при осуществлении заявленного способа достигается тем, что в известном способе очистки абгазов магниевого производства от хлора и хлористого водорода, включающем отмывку хлористого водорода водой и нейтрализацию образующейся соляной кислоты, очистку от хлора известковым молоком, обезвреживание гипохлоритных растворов при температуре 80-110°С и обработку обезвреженных растворов продуктами сжигания анодного хлора в природном газе, содержащими хлористый водород, особенность заключается в том, что очистку абгазов от хлора проводят смесью известкового молока и карбамида, взятых в эквивалентном соотношении, а отработанные растворы, содержащие карбонат и гидроксид кальция, используют в качестве сорбента для улавливания хлористого водорода.

Последовательность осуществления действий и операций по известному и предлагаемому способам иллюстрируется принципиальными схемами, представленными на фиг.1 и 2.

При прочих равных условиях, предлагаемый способ, характеризующийся новыми приемами выполнения действий и новым порядком выполнения действий, использованием определенных веществ, без которых невозможно осуществление самого способа, новыми режимами и параметрами осуществления процесса, обеспечивает достижение технического результата при осуществлении заявленного изобретения.

Анализ уровня техники свидетельствует о том, что в книжной, журнальной и патентной литературе отсутствуют сведения по очистке абгазов магниевого производства смесью известкового молока и карбамида и использования получаемых растворов для улавливания хлористого водорода. Нет сведений о том, что в присутствии карбамида в известковом молоке меняется механизм поглощения хлора:

Суммарно:

В результате, в отработанных растворах известкового молока, гипохлорит и хлорат кальция практически отсутствуют, что создает условия для использования свободного гидроксида и карбоната кальция, содержащихся в отработанных растворах, для улавливания хлористого водорода.

Анализ совокупности признаков заявленного изобретения и достигаемого при этом технического результата показывает, что между ними существует причинно-следственная связь, выражающаяся в том, что осуществление процесса очистки абгазов от хлора и хлористого водорода в строго определенных вышеуказанных условиях, режимах и параметрах процесса: последовательность операций, наличие новых действий, введение определенных веществ, определенного соотношения реагентов и строго определенный порядок введения реагентов обеспечивают получение растворов газоочисток с низким содержанием взвешенных веществ (СаО, СаСО₃), практически не содержащих гипохлоритов и хлоратов и пригодных для получения товарных продуктов, отвечающих требованиям ГОСТ.

При нарушении вышеуказанных соотношений реагентов, строго определенного порядка введения реагентов, условий проведения процесса, последовательности действий и др. технический результат не достигается.

Следует при этом отметить, что установленная причинно-следственная связь явным образом не следует для специалистов и никак не вытекает из литературных данных по производству магния и хлорной металлургии.

Сведения, подтверждающие осуществление предлагаемого изобретения с получением вышеуказанного технического результата, а также сопоставление эффективности (по прототипу) и предлагаемого технических решений приведены в примере.

По прототипу

На очистку подают 150 тыс. м³/час абгазов от печей обезвоживания, содержащих 11 кг/нм³ хлористого водорода, и 180 м ³/час речной воды. Образующаяся соляная кислота с концентрацией 6,5 г/дм³ нейтрализуется известняком до рН 6 и сбрасывается в водоем. Параллельно очистке известковым молоком подвергаются 80 тыс. м³ хлорсодержащих газов сантехнического отсоса и хлораторов. Отработанные растворы, содержащие 80-100 кг/м ³ гипохлорита и до 8 кг/м³ хлората, 120 кг/м ³ хлорида, 25 кг/м³ карбоната и 20 кг/м ³ оксида кальция, обезвреживали путем нагрева в течение 4-6 часов острым паром при 1=80-110°С. При этом содержание гипохлорита кальция снижается до 7 кг/м³, а содержание хлората возрастает до 70 кг/м³.

После обработки обезвреженного раствора продуктами сжигания анодного хлора в природном газе, содержащими хлористый водород, растворы с концентрацией, мас.%: СаСl₃ - 30, СаО - 0,6, Са(СlO₃) ₂ - 0,5 отправляют на утилизацию.

Выделяющиеся в процессе переработки газы, содержащие хлор и двуокись хлора, вновь отправляются на газоочистку.

По предлагаемому способу абгазы, содержащие 6-13 кг/м³ Cl₂, 1-2 кг/м³ НСl, 6-8 об.% СО₂, орошали смесью известкового молока и карбамида. Массу загружаемого карбамида (m) рассчитывали в зависимости от концентрации окиси кальция в известковом молоке исходя из стехиометрии:

где

C₁ - массовая концентрация окиси кальция в исходном растворе, г/дм³;

С₂ - массовая концентрация окиси кальция в отработанном растворе, г/дм³;

V - объем известкового молока, м ³;

60 - молекулярная масса эквивалента карбамида, кг/моль;

168 - молекулярная масса эквивалента окиси кальция, кг/моль.

В табл.1, 2 представлены данные по улавливанию хлора смесью известкового молока и карбамида.

Далее растворы использовали для улавливания хлористого водорода. Условия экспериментов: объем газов - 150 нм³ /час, концентрация НСl - 9-11 г/м³, концентрация хлора - 0,3-0,5 г/м³, СО₂ - 6-7 об.%. Результаты представлены в табл.3, 4.

Последующую переработку растворов газоочисток проводили по известной технологии получения хлористого кальция. В табл.5 представлен химический состав продукта, после обезвоживания его в печи “кипящего” слоя.

Исследования и испытания показали, что осуществление процесса очистки абгазов магниевого производства от хлора и хлористого водорода по предлагаемому способу обеспечивает получение товарных продуктов из стоков газоочисток и создает условия для организации бессточного производства магния.