способ обезвоживания хлормагниевых солей в многокамерной печи кипящего слоя

Формула изобретения

1. Способ обезвоживания хлормагниевых солей в многокамерной печи кипящего слоя, включающий подачу сырья на газораспределительную решетку печи кипящего слоя, последовательное обезвоживание его в камерах печи, сжигание в топке печи природного газа и воздуха с получением топочных газов, подачу топочных газов в сырье с созданием псевдоожиженного слоя, охлаждение газораспределительной решетки холодным воздухом, отличающийся тем, что сначала холодный воздух подают в герметичную полость газораспределительной решетки для ее охлаждения, а затем нагретый воздух через коллектор направляют в топку печи на сжигание природного газа.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что соотношение нагретого воздуха и природного газа поддерживают равным (1,05-2,5):1.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что на сжигание природного газа подают воздух, нагретый до температуры более 150°С.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в полость газораспределительной решетки воздух подают со скоростью 20-30 м/с.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к электролитическому получению магния, в частности к подготовке хлормагниевого сырья для электролиза магния путем его обезвоживания в печи кипящего слоя.

Известен способ сушки материалов в печи кипящего слоя (заявка Великобритании №1348634, опубл. 20.03.1974), включающий загрузку материала в печь кипящего слоя, создание кипящего слоя топочными газами. Холодный воздух разделяют на две части: одну подают через полость стенки подрешеточной камеры и затем в полость газораспределительной решетки, а вторую часть - в горелку на сжигание природного газа. Получаемые в процессе горения топочные газы поступают в подрешеточную камеру, затем через отверстия в газораспределительной решетке - в слой материала, создавая кипящий слой. Затем осуществляют выгрузку готового продукта.

Недостатком данного способа является то, что воздух, проходя через полость стенки подрешеточной камеры, нагревается за счет топочных газов (температура сжигания топлива 800-1600°С), поступающих в подрешеточную камеру, и в полость газораспределительной решетки поступает уже нагретый воздух, который не охлаждает стенки газораспределительной решетки. Для материалов с высокой температурой плавления такой вариант сушки является оптимальным. Однако для карналлитового сырья, у которого температура плавления около 160°С, необходимо постоянно охлаждать подину, чтобы избежать плавления сырья и осаждения его на подине. Для этого необходимо использовать холодный воздух.

Известен способ обезвоживания карналлита в многокамерной печи кипящего слоя (A.c. СССР №705831, опубл. 30.07.1985, бюл.№28), включающий загрузку шестиводного карналлита в трехкамерную печь кипящего слоя на газораспределительную решетку. Последовательно проходя камеры печи, карналлит обезвоживается за счет подачи топочных газов, получаемых при сжигании природного газа с атмосферным воздухом. Часть общего количества воздуха (5-30%), подаваемого на сжигание природного газа, направляют на охлаждение газораспределительной решетки и часть (вторичный воздух) на охлаждение топочных газов. При этом воздух на охлаждение решетки подают в полость решетки первой камеры в количестве 6% от общего количества воздуха, второй камеры - 12% и третьей камеры 30%, поступающего на сжигание топлива. Подача воздуха в полость газораспределительной решетки позволяет повысить за счет снижения температуры решетки температуру поступающих в слой топочных газов и за счет этого повысить производительность аппарата и сократить расход топлива.

Недостатком данного способа является то, что подача 5-30% воздуха в полость газораспределительной решетки на охлаждение и затем подача нагретого воздуха в камеру для смешивания топочных газов позволяет увеличить производительность печи незначительно, так как указанного количества воздуха, подаваемого на охлаждение, недостаточно. Это не позволяет увеличить подачу топочных газов в кипящий слой, снижает срок службы колпачков подины, не позволяет повысить производительность печи кипящего слоя.

Известен способ обезвоживания хлормагниевых солей в многокамерной печи кипящего слоя (А.с. СССР №705778, опубл. 30.07.1985, бюл. №28), по количеству общих признаков принятый за ближайший аналог-прототип и включающий загрузку хлормагниевого сырья, например шестиводного карналлита, в печь кипящего слоя, последовательное его обезвоживание в камерах печи путем обработки греющими газами. Топочные газы получают путем сжигания природного газа в атмосферном воздухе, а часть атмосферного воздуха, 5-30% от его общего количества, направляют на охлаждение газораспределительной решетки. Нагретый воздух из решетки направляют в камеру смешения выносной топки для смешивания с греющими газами, полученными путем сжигания природного газа с холодным атмосферным воздухом. Температура верха решетки меньше температуры плавления кристаллогидратов карналлита благодаря подаче воздуха на охлаждение решетки. При этом производительность печи возрастает на 20%, а удельный расход тепла снижается на 15%.

Недостатком данного способа является то, что подача 5-30% воздуха в полость газораспределительной решетки на охлаждение подины печи, особенно первой камеры, в которой поступающее карналлитовое сырье имеет температуру плавления около 160°С, не позволяет в полной мере охладить подину печи, что приводит к зарастанию отверстий решетки расплавленным карналлитом, а это приводит к снижению срока службы решетки и всей печи и тем самым к снижению ее производительности. Нагретый воздух, направляемый в камеру смешения выносной топки для смешивания с топочными газами, не успевает в достаточной мере перемешаться с топочными газами. Это приводит к неравномерному распределению температуры в слое материала, что снижает процесс обезвоживания карналлитового сырья и приводит к снижению производительности печи.

Технический результат направлен на устранение недостатков прототипа и заключается в повышении производительности печи за счет:

- увеличения количества топочных газов, подаваемых на обезвоживание, которое достигается за счет подачи всего объема холодного воздуха на охлаждение газораспределительной решетки, снижения температуры верха решетки и тем самым уменьшения проплавления карналлитового сырья, за счет этого безвозвратное снижение потерь карналлитового сырья и выхода из строя колпачков,

- исключения подачи нагретого воздуха в камеру смешения выносной топки для смешивания с топочными газами, смесь топочных газов получается более гомогенной по температуре, что позволяет повысить температуру топочных газов, подаваемых на обезвоживание сырья и тем самым повысить количество подаваемого на обезвоживание сырья.

Технический результат достигается тем, что предложен способ обезвоживания хлормагниевых солей в многокамерной печи кипящего слоя, включающий подачу сырья, последовательное обезвоживание его в камерах печи, сжигание в топке печи природного газа и воздуха с получением топочных газов, подачу топочных газов с созданием псевдоожиженного слоя, подачу воздуха в полость газораспределительной решетки для охлаждения, возврат нагретого воздуха, новым является то, что первоначально воздух подают на охлаждение в герметичную полость газораспределительной решетки, а затем нагретый воздух собирают в коллекторе и направляют в топку печи на сжигание природного газа.

Кроме того, соотношение нагретого воздуха и природного газа поддерживают равным (1,05-2,5):1.

Кроме того, нагретый воздух подают на сжигание природного газа при температуре более 150°С.

Кроме того, холодный воздух подают в полость газораспределительной решетки со скоростью 20-30 м/сек.

Подача воздуха вместо топки печи в герметичную полость газораспределительной решетки позволяет за счет увеличения количества подаваемого холодного воздуха интенсивно охлаждать газораспределительную решетку печи и тем самым снизить температуру верха газораспределительной решетки до 120-150°С, что позволяет уменьшить расплавление хлормагниевого сырья, температура плавления которого около 160°С, и осаждение его на решетке и колпачках. Это приведет к увеличению срока службы колпачков газораспределительной решетки, к увеличению производительности печи.

Подача нагретого воздуха в топку на сжигание природного газа позволяет за счет исключения стадии смешивания с нагретым воздухом в распределительной камере топки печи получить гомогенную по температуре смесь топочных газов, повысить температуру топочных газов, подаваемых на обезвоживание хлормагниевого сырья, и тем самым увеличить количество сырья, подаваемого на обезвоживание. Это позволит увеличить и производительность печи.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными (идентичными) всем существенным признакам изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном способе обезвоживания хлормагниевого сырья, изложенных в пунктах формулы изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна"

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного способа. В результате поиска не было обнаружено новых источников и заявленные объекты не вытекают явным образом для специалиста, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований для достижения технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

Пример осуществления способа

Шестиводный кристаллогидрат хлормагниевого сырья - карналлита состава, мас.%: MgCl ₂ - не менее 31,8; Н₂O - не более 3, CaSO₄ - не более 0,05 (обогащенный карналлит по ТУ 1714-0622-00209527-94) загружают с помощью забрасывателя через патрубок на газораспределительную решетку. Печь кипящего слоя разделена перегородками на камеры. Обогащенный карналлит поступает в первую камеру печи кипящего слоя, куда подают через колпачок топочные газы - смесь продуктов сгорания природного газа и воздуха, приводя материал в псевдоожиженное состояние. В каждой камере установлены топки, куда подают природный газ по ГОСТ 5542-87 в общем количестве 1030 нм³ /час и нагретый воздух в количестве 2060 нм³ /час на сжигание природного газа при температуре более 150°С, при этом соотношение нагретого воздуха и природного газа поддерживают равным 2,0:1. По мере продвижения карналлита по камерам печи происходит его постепенное обезвоживание за счет тепла топочных газов. Процесс обезвоживания идет в три стадии: в первой камере происходит удаление гигроскопичной влаги и нагревание материала при температуре 120-150°С, во второй камере - при температуре 130-240°С шестиводный карналлит обезвоживается до двухводного, а в третьей камере при температуре 190-350°С двухводный карналлит обезвоживается до содержания воды 2-5%. Температуру поверхности газораспределительной решетки поддерживают не более 120-150°С, в третьей камере - не более 300°С. Холодный воздух при температуре 10-25°С в количестве 2060 нм ³/час подают в герметичную полость газораспределительной решетки и в уголок со скоростью 25 м/сек, затем собирают в коллекторе и направляют в топку печи на сжигание природного газа. Готовый продукт - обезвоженный карналлит с содержанием воды 2-5%, оксида магния 2-5%.

Таким образом, предложенный способ обезвоживания хлормагниевого сырья в многокамерной печи кипящего слоя позволит повысить производительность печи на 15-20%.