Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ ХЛОРМАГНИЕВОГО СЫРЬЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к подготовке хлормагниевого сырья к процессу электролиза для получения металлического магния и хлора.

Известны способ и устройство для обезвоживания хлормагниевого сырья (Пат. №2176770, опубл. 20.05.2003 г., бюл.14). Способ обезвоживания хлормагниевого сырья включает последовательное обезвоживание хлормагниевого сырья в многокамерных печах кипящего слоя топочными газами, получаемыми при сжигании природного газа и хлора в топке печи и подаваемыми через газораспределительные колпачки подины в кипящий слой хлормагниевого сырья.

Устройство для обезвоживания хлормагниевого сырья состоит из многокамерной печи кипящего слоя, выполненной в виде корпуса с патрубками для ввода сырья и вывода готового продукта, газораспределительной решетки с колпачками и подины, перегородок между камерами, из выносной топки, соединенной футерованными газоходами с подрешеточным пространством камер и имеющей футерованную камеру горения и камеру смешения, горелочных устройств и патрубков для подвода топлива, воздуха на горение, воздуха на охлаждение топочных газов и для подвода хлорсодержащего газа, циклонов.

Недостатком данных способа и устройства является то, что производительность печи недостаточна из-за того, что в зоне высоких температур хлормагниевое сырье плавится и оседает на колпачках газораспределительной решетки, из-за чего отверстия колпачков забиваются хлормагниевым сырьем, это приводит к простоям печи, снижению производительности устройства и потерям сырья.

Известны способ и устройство для обезвоживания хлормагниевого сырья (А.с. СССР №784386, опубл. 30.07.85 г., бюл.28), по количеству общих признаков принятый за ближайший аналог-прототип. Способ обезвоживания хлормагниевого сырья включает подачу сырья в печь КС и последовательное обезвоживание топочными газами, получаемых при сжигании смеси природного газа, воздуха и хлора в выносной топке печи и подаваемых через колпачки подины в слой КС. Подина охлаждается воздухом до разности температур греющих газов и поверхности, соприкасающейся со слоем, в пределах 170-500°С, при поддержании разности температур этой поверхности и слоя не выше 100°С. На охлаждение подины подают 35-100% всего воздуха, расходуемого на приготовление греющих газов. Греющие газы подают в слой через горизонтальные зазоры между краями уголка и поверхностью подины. Полость уголка охлаждается воздухом, подаваемым от магистрального трубопровода.

Устройство для обезвоживания хлормагниевого сырья состоит из многокамерной печи кипящего слоя, включающей корпус печи с патрубками для ввода сырья и вывода готового продукта, с перегородками, образующими камеры, газораспределительную решетку, выполненную в виде подины с кессоном, охлаждаемым воздухом, и газораспределительными колпачками, выполненными в виде полого уголка с горизонтальными зазорами между краями уголка и поверхностью подины. Уголки размещены над группой отверстий в решетке, расположенных по одной прямой. Печь снабжена устройством для приготовления греющих газов - выносной топкой печи. Отходящие газы улавливают в циклонах.

Недостатком данных способа и устройства для обезвоживания хлормагниевого сырья является то, что при охлаждении полости колпачка в виде уголка происходит смешивание холодного воздуха с топочными газами и за счет этого снижается температура топочных газов, что нежелательно сказывается на процессе обезвоживания сырья (происходит недообезвоживание сырья, и увеличиваются его потери, т.к. температура процесса снижается). Кроме того, при низких температурах процесса хлормагниевое сырье плавится и оседает на поверхности уголка и в зазорах уголка, это приводит к снижению производительности устройства и увеличению затрат на ремонты и замену колпачков, к повышенным потерям сырья при обезвоживании.

Технический результат направлен на устранение недостатков прототипа и заключается в повышении производительности устройства за счет повышения температуры топочных газов и повышения срока службы колпачков в виде уголков.

Технический результат достигается тем, что предложен способ обезвоживания хлормагниевого сырья, включающий последовательное обезвоживание хлормагниевого сырья в многокамерных печах кипящего слоя топочными газами, получаемых при сжигании смеси природного газа, воздуха и хлора в выносной топке печи и подаваемых через уголок в слой, охлаждение воздухом полости уголка и подины газораспределительной решетки, улавливание отходящих газов, новым является то, что топочные газы и воздух на охлаждение в уголок подают раздельно, при этом воздухом непрерывно охлаждают верхнюю часть уголка над перегородкой, а нагретый в уголке воздух направляют на смешивание с топочными газами.

Кроме того, температуру поверхности уголка в первой и второй камерах печи поддерживают не более 300°С, а температуру поверхности уголка в третьей камере - не более 350°С.

Кроме того, температуру поверхности подины газораспределительной решетки поддерживает в первой и второй камере не более 200°С, а в третьей камере - не более 300°С.

Для осуществления способа предложено устройство для обезвоживания хлормагниевого сырья, включающее многокамерную печь кипящего слоя, состоящую из корпуса печи с патрубками для ввода сырья и вывода готового продукта, с перегородками, образующими камеры, газораспределительную решетку в виде подины с отверстиями, с воздухоохлаждаемым кессоном и газораспределительными колпачками в виде полого уголка, размещенного над горизонтальным рядом отверстий подины, выносную топку и циклоны, новым является то, что оно дополнительно снабжено перегородкой, жестко установленной внутри уголка и разделяющей уголок по высоте на верхнюю и нижнюю части, в нижней части поверхности уголка выполнены окна для выхода топочных газов, а ребра уголка жестко присоединены к подине, при этом окна уголка размещены на одной оси с отверстиями, а каждый ряд окон смещен относительно друг друга.

Кроме того, уголки выполнены с одинаковым размером сторон.

Кроме того, окна уголка размещены между собой на расстоянии 130-160 мм.

Кроме того, окна уголка выполнены прямоугольной формы.

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 аналогам. 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 заявленной печи кипящего слоя. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, 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".

На фиг.1 показан общий вид печи кипящего слоя, на фиг.2 - вид колпачков в форме уголка, на фиг.3 - эпюра выполнения окон уголка относительно друг друга.

Устройство для обезвоживания хлормагниевого сырья выполнено в виде печи кипящего слоя и представляет собой шахту 1 в виде усеченной пирамиды из стального листа, футерованную шамотным кирпичом внутри на высоту кипящего слоя и теплоизолированную снаружи, с патрубком 2 для загрузки хлормагниевого сырья и патрубком 3 для выгрузки готового продукта. В нижней части шахты печи расположена газораспределительная решетка 4, выполненная в виде подины 5 с воздухоохлаждаемым кессоном 6 прямоугольной формы высотой 260 мм. В решетке выполнены отверстия 7 для прохождения топочных газов, над отверстиями установлены колпачки в виде уголков 8. Уголок 8 выполнен с одинаковым размером сторон и разделен перегородкой 9 на две части - верхнюю 10 и нижнюю 11. В нижней части поверхности уголка размещены окна 12 прямоугольной формы и ребра 13, размещенные на расстоянии 130-160 мм между собой. Пространство под газораспределительной решеткой разделено перегородками на три самостоятельные камеры 14, 15, 16. В каждую камеру топочные газы поступают от своей топки 17 с заданной температурой. Площадь решетки в первой камере составляет 50-55%. Во второй - 25-30%. В третьей - 20-25% от общей площади решетки (51 м²). Пространство над газораспределительной решеткой также разделено перегородками 18 до свода печи на полукамеры 19, 20, 21. В перегородках на расстоянии 1 м от свода печи имеются отверстия для выравнивания разрежения под сводом по длине печи. Высота перегородок между полукамерами примерно 3,5. Каждая полукамера имеет люк для чистки и обслуживания полукамер. Для перемещения материала от патрубка загрузки до патрубка выгрузки в перегородках между камерами и полукамерами выполнены переточные окна. Окна расположены таким образом, что создают зигзагообразный ход хлормагниевого сырья и тем самым обеспечивают оптимальное время пребывания сырья в печи. Отходящие газы улавливаются циклонами 22.

Пример работы устройства.

Шестиводный кристаллогидрат хлормагниевого сырья - карналлита, состава, мас.%: MgCl₂ - не менее 31,8; Н₂O - не более 3, CaSO₄ - не более 0,05 (обогащенный по Ту 1714-0622-00209527-94), загружают с помощью забрасывателя через патрубок 2 на газораспределительную решетку 4 первой камеры 19 трехкамерной печи 1 кипящего слоя во взвешенном состоянии при подаче через отверстие 7 подины 5 через окна 12 нижней части 11 уголка 8 смеси продуктов сгорания природного газа и вторичного воздуха, приводя материал в псевдоожиженное состояние. В каждой камере установлены топки 17, куда подают природный газ по ГОСТ 5542-87 в общем количестве 1030-2560 нм³/час. По мере продвижения карналлита по камерам 19, 20, 21 печи 1 происходит его обезвоживание за счет тепла топочных газов. Процесс обезвоживания идет в три стадии: в первой камере 19 происходит удаление гигроскопичной влаги и нагревание материала при температуре 120-150°С, во второй 20 при температуре 130-240°С шестиводный карналлит обезвоживается до двуводного, в третьей камере 21 при температуре 190-350°С двуводный карналлит обезвоживается до содержания воды 2-5%. Для предотвращения спекания материала в кипящем слое при повышении температуры греющих газов подину 5 охлаждают с помощью кессона 6 каким-либо хладоагентом, например воздухом, расходуемым на приготовление греющих газов. Температуру поверхности подины 5 в камерах 19 и 20 поддерживают не более 200°С, а в третьей камере 21 - не более 300°С. Топочные газы при температуре 350-650°С поступают слой материала через отверстия 7 подины 5, затем через окна 12 уголка 8 выходят в слой. В верхнюю часть уголка 8, разделенного перегородкой 9 на две части - верхнюю 10 и нижнюю 11, подают холодный воздух, который, проходя через всю длину уголка, нагревают до температуры не более 300°C, в первой 19 и второй 20 камере, и не более 350°C - в третьей камере 21, нагретый воздух собирают в трубопроводе и направляют в камеры 14, 15, 16 для смешивания с топочными газами, поступающими из топок 17 печи. Перегородка 9 не позволяет смешиваться топочным газам с воздухом.

Таким образом, при измененной конструкции печи кипящего слоя производительность печи увеличивается до 330 тонн в сутки, удельный расход электроэнергии 60 кВт·ч на тонну продукта.