ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Применение кипящего слоя в химической промышленности из "Процессы в кипящем слое" В последние десять лет в результате развития исследований в области каталитических процессов техника кипящего слоя была применена в самых разнообразных областях, главным образом в химической промышленности. Эти применения — ог низкотемпературной классификации и сушки до высокотемпературного обжига и прокаливания — весьма разнообразны, причем, как правило, между твердыми частицами и газом происходят химические реакции. Однако, как почти во всяком новом деле, появились проблемы, которые необходимо было разрешить прежде, чем потенциальные возможности процессов могли быть полностью реализованы в промышленных масштабах. [c.189] В настоящее время в эксплуатации находится более 60 различных установок, трудности освоения которых были весьма небольшими. При соответствующей скорости газа и надлежащем распределении дутья преимущества техники кипящего слоя — быстрая теплопередача, изотермичность и эффективное перемешивание газа с частицами — могут быть использованы полностью. Однако при этом появляются дополнительные трудности, способствующие возникновению новых проблем в области кипящего слоя. Некоторые из них детально рассмотрены в настоящей главе мсжно надеяться, что их обсуждение окажется полезным и при решении других проблем техники кипящего слоя. [c.189] Сырьем служит пирротин—сульфид железа Ге Зв, который предварительно отделяют, флотацией от меди. Содержание влаги в сырье, доставляемом железнодорожным транспортом, составляет 8—10% сырье в репульперах, смесителях и на грохотах смешивается с определенным количеством воды, образуя пульпу, которую можно перекачивать насосами. В этом виде пульпа, содержащая 75 %о по весу твердого материала и 25% воды, закачивается в реактор для обжига. [c.191] В результате быстрой теплопередачи в кипящем слое вода, находящаяся в сырье, почти мгновенно испаряется. Интенсивное окисление серы до сернистого газа и железа до закиси-окиси (Гез04) происходит в основном в кипящем слое, хотя некоторые наиболее мелкие частицы могут окисляться в пространстве пад слоем. Анализ материала, представленного образцами частиц, отобранных из слоя, показывает, что окисление происходит почти нацело. Обычно в продуктах обжига остается только 0,2—0,3% серы, т, е. степень окисления превышает 99%. [c.191] При температуре обжига 900° и образовании газа, содержащего 13% двуокиси серы, выделяется избыток тепла. Если температуру не регулировать, возникает опасность перегрева окислов железа, составляющих основную массу слоя, до точки оплавления или размягчения. Для поддержания температуры слоя ниже точки размягчения избыток тепла удаляют путем подачи воды в кипящий слой. Вода подается в виде одного потока, регулируедюго автомат тически по температуре кипящего слоя. Теплообмен в слое происходит настолько быстро, что даже при подаче воды в одну точку сколько-нибудь ощутимый градиент температур по слою не обнаруживается. Характерной чертой установки такого рода является изотермичность всего слоя температура в различных участках слоя отличается пе более чем на 11°. [c.191] Значительное возрастание потребления серы в 1950 г., приведшее к появлению процесса обжига пирита и пирротина в кипящем слое, способствовало также разработке систем обжига концентратов сульфидов цинка в кипящем слое. Первая установка была сооружена в Авриде, Квебек, где при расширении завода Алюминиевой компании Канады потребовалось увеличить производство серной кислоты. Снабжение концентратами флотации цинковых руд (ZnS) производилось железнодорожным транспортом из северного Квебека сбыт лишенных серы продуктов обжига не вызывал затруднений. [c.192] Хотя продукты обжига пирита и возможно перерабатывать, используя их в качестве нерегулярного сырья для доменных печей, однако на сегодня это экономически не оправдано. В отличие от этого после выщелачивания окислов, полученных при обжиге сульфидов цинка, из них экономически целесообразно извлекать цинк электролитическим путем. В результате компания могла сбывать продукты обжига по цене цинка, идущего на электролиз в западных штатах. [c.192] Система с использованием кипящего слоя, находящаяся в Авриде, включает реактор диаметром 6,7 м, котел-утилизатор тепла, циклон, горячие электроосадители Коттреля и скруббер. [c.192] доставляемое по железной дороге, содержит 10% влаги оно распускается в специальных аппаратах и затем увлажняется так, что содержание твердых материалов в нем становится равным 80%. Затем оно перекачивается в реактор, в котором в течение суток обжигается 150 т концентратов. Высота слоя составляет приблизительно 1,8 м, температура обжпга 870°. Конструкция реактора и методы подачи сырья на установке обжига цинковых руд и на описанной выше установке обжига пирита аналогичны. [c.192] Содержание сульфидной серы в концентрате при обжиге в кипящем слое уменьшается от 31 до приблизительно 0,3%. Для удаления этого количества серы необходимо около 20% избыточного воздуха, в результате чего содержание ЗОз в газах понижается до 10—12%. Газ носле очистки поступает на контактный завод производства серной кислоты, производительность которого равна 100 т/сутки кислоты 100%-ной концентрации. Приблизительно 30% продуктов обжига выводится из слоя, остальные 70% задерживаются в системе пылеулавливания. Все твердые материалы собираются вместе, охлаждаются в специальном холодильнике с кипящим слоем, поступают в хранилища, а затем транспортируются водным путем. [c.193] На установках обжига пирита пирротина и сульфида цинка в кипящем слое реактором служит одноступенчатый аппарат. В настоящее время сооружено несколько промышленных установок с реакторами из двух или большего количества секций секции предназначены либо для обжига, либо для максимального использования тепла твердых продуктов в реакции и выходящего газа. Первый реактор этого типа диаметром 4,1 м и высото11 13,7 м, состоящий из пяти секции, был применен па установке обжига известняка на заводах компании Нью-Ингланд лайм в Адамсе, Массачусетс. В этом случае секции находились одна над другой (рис. 2). [c.193] Известняк, подаваемый шнековым питателем в верхнюю часть реактора, перегревается в трех верхних секциях обогащенным углекислотой газом, отходящим из камеры прокаливания. Температура верхней камеры 500°, второй 740°, третьей 855°. Отходя щие после прокаливания газы охлаждаются от 1015 до 500°, а известняк нагревается перед прокаливанием до 855°. [c.194] Другая интересная особенность завода — это использование одноступенчатой установки с кипящим слоем для подсушки и обеспыливания известняка перед прокаливанием. В аппарат диаметром 2,75 м подается от 100 до 125 т/час известняка, из сырья удаляется 0,25—2% влаги и 60—65% частиц, проходящих через сито 65 меш. Поступающий воздух нагревается в присоединенной к аппарату огневой печи диаметром 1,82 м температура процесса 93—107°. Сырье в аппарат подается на верх слоя через стальную трубу, снабженную пневматическим коническим клапаном. Разгрузка производится через трубу в верхней части распределителя дутья, отходящую под углом от стенки и снабженную пневматической задвижкой. [c.195] Пыль находит сбыт как известняк для сельского хозяйства, а укрунпеппый материал, отходящий из слоя, поступает на прокаливание в следующую нечь с кипящим слоем или во вращающиеся печи. Поскольку применение системы подсушки и классификации уменьшает количество пыли и сокращает расход топлива при прокаливании, то количество извести повышается. Установка такого тина изображена на рис. 3. [c.195] приобретенный при работе промышленных установок, показал, что эксплуатационные характеристики кипящего слоя могут быть с достаточной точностью определены при лабораторных испытаниях в небольших масштабах. Опыт показывает также, что невозможно предсказать свойства кипящего слоя только путем расчетов. При использовании новых материалов, которые предполагается обрабатывать в кипящем слое, было найдено целесообразным начинать испытания на колонке с кипящим слоем диаметром 100 мм, при этом с достаточной точностью воспроизводятся условия эксплуатации прототипа. Исходя из результатов лабораторных испытаний, обычно можно с достаточной гарантией переходить к промышленным масштабам. Однако из-за небольших размеров лабораторных установок такие проблемы, как подача и отвод частиц, распределение дутья по слою и подвод тепла для реакции, должны быть решены только на промышленной установке или на промежуточной пилотной установке. [c.195] Если твердый материал не содерншт влаги или приготовление пульпы нежелательно, в практике отдается предпочтение методу инжектирования частиц посредством некоторой части реагирующего газа. На рис. 4 изображена система подачи относительно сухого пирита в кипящий слой. В точке инжектирования давление может достигать 125—250 мм вод. ст. В этом случае необходимы обычные устройства для взвешивания или измерения материалов перед инжектированием. [c.197] Если давление в реакторе намного превышает 250 мм вод. ст., то используют питатели со стояками для блокировки. Система подачи такого рода изображена на рис. 5 питатель специального типа позволяет регулировать расход частиц, а также создавать затвор, необходимый для поддержания давления в реакторе, которое в этом случае равно 0,25 ати. Подавать материал — тонко измельченный осадочный карбонат кальция — безуспешно пытались без такого питателя, причем высота стояка была выбрана из условия балансирования давления в реакторе. По-видимому, невозможность использования напорных стояков объясняется сильными колебаниями давления, получающимися в результате поршневых движений. Подтверждением этого являются показания манометров мгновенные давления могли в два или три раза превышать средний перепад давления. Питатель со стояком клапан смягчает пульсации давления и, кроме того, используется как средство регулирования потока твердых частиц. [c.197] При обжиге сульфидов скорость реакции между кислородом воздуха и минералами исключительно велика, и можно достигнуть полного окисления даже при уносе 90—100% частиц. В некоторых случаях желательно, чтобы уносилось 100% частиц, а для образования кипящего слоя можно добавить инертный посторонний материал с определенными размерами частиц. Преимуществом этого метода работы является уменьшение поверхности слоя при заданной производительности установки. [c.198] Очевидно, что твердые материалы из кипящего слоя необхо димо отводить непрерывно и без потерь газа. Обычно используют метод разгрузки из верхней точки слоя, изображенный на рис. 1. В некоторых случаях для блокировки, препятствующей выходу газа, используют воду или другую подходящую жидкость. Однако затвор обычно создается столбом пылевидного материала затвор такого типа изображен на рис, 6. Этот вид разгрузки нашел широкое применение в практике и может быть использован при выгрузке частиц различных размеров. Подаваемый в затвор воздух препятствует выходу газа. [c.199] Для отвода материалов из нижней части кипящего слоя может быть использован U-образный клапан. В некоторых случаях было найдено целесообразным отводить материалы из нижней части слоя с извлечением крупных частиц, которые в противном случае накапливаются и затрудняют движение в слое. [c.199] Вернуться к основной статье