ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЛИНИЯ ДЛЯ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ ТИТАНОВОГО ПРОИЗВОДСТВА

Полезная модель относится к цветной металлургии, а именно к технологической линии хлорирования титансодержащего сырья в солевом титановом хлораторе и в частности, к обезвреживанию отходящих газов, образующихся в процессе хлорирования титансодержащего сырья.
В производстве титана губчатого при хлорировании титансодержащего сырья в солевом титановом хлораторе после системы конденсации отходящие газы содержат тетрахлорид титана, тетрахлорид кремния, фосген, оксид углерода, хлор, хлорид водорода и другие примеси, которые являются экологически вредными для выброса в атмосферу воздуха и их необходимо обезвреживать до ПДК.
Известна технологическая линия для обезвреживания отходящих газов титанового производства (Денисов С.И. Улавливание и утилизация пылей и газов. М.: Металлургия, 1991, с.57-58), включающая полый скруббер первой ступени с распылительными форсунками, циркуляционным баком, центробежным насосом и системой трубопроводов, полый скруббер второй ступени очистки с распылительными форсунками, циркуляционным баком, центробежным насосом, каплеуловителем и системой трубопроводов. В скруббере первой ступени в качестве орошающей жидкости используют воду с целью отделения хлорида водорода из газов, в скруббере второй ступени - свежее известковое молоко для связывания хлорсодержащих примесей в отходящих газах.
3
3
3
При достижении в циркуляционной жидкости первой ступени очистки концентрации соляной кислоты около 15 кг/м орошающую жидкость выводят из скруббера и направляют в циркуляционный бак, откуда насосами перекачивают на станцию нейтрализации кислых стоков. Газы после скруббера первой ступени очистки направляют в скруббер второй ступени очистки. Суспензию извести (известковое молоко) с содержанием оксида кальция около 130-150 кг/м подают через форсунки в орошаемый скруббер и затем циркулируют в системе в скруббер - циркуляционный бак с помощью центробежного насоса. Одновременно по трубопроводу в скруббер подают противоточно отходящие газы, содержащие хлор, хлорид водорода, оксид углерода, тетрахлориды кремния и титана и другие примеси. При остаточном содержании оксида кальция 20-25 кг/м в суспензии известковое молоко в виде гипохлоритной пульпы выводят из циркуляционной системы на дальнейшую переработку.
Недостатком данной технологической линии является то, что она не позволяет в полной степени произвести обезвреживание отходящих газов от таких вредных примесей, как тетрахлорид титана, тетрахлорид кремния, фосген, оксид углерода, хлор, хлорид водорода и другие примеси. Кроме того, получаемая в результате циркуляции раствора в скруббере первой ступени соляная кислота содержит большое количество примесей, что не позволяет использовать ее в промышленности, и ее направляют на нейтрализацию и обезвреживание. Это приводит к увеличению затрат на обезвреживание сточных вод, направляемых в природные водоемы.
Известна технологическая линия для обезвреживания отходящих газов титанового производства (патент РФ на полезную модель №82458, опубл. 27.04.2009), по количеству общих признаков принятая за ближайший аналог-прототип и включающая трубопровод для подачи отходящих газов, скруббер первой ступени с распылительными форсунками, с патрубками для подачи и вывода отходящих газов, с патрубком для вывода отработанной жидкости, соединенным трубопроводом с циркуляционным баком и с насосом, скруббер второй ступени с распылительными форсунками, с патрубками для подачи и вывода отходящих газов, с циркуляционным баком и циркуляционным насосом, бак-сборник соляной кислоты и каплеуловитель. Скруббер первой ступени выполнен в виде двух полых сообщающихся сосудов, в каждом из которых размещены распылительные форсунки, соединенные с трубопроводом орошаемого раствора, который соединен с выходным патрубком циркуляционного бака. Бак-сборник соляной кислоты соединен с одной стороны с циркуляционным баком первого скруббера, а с другой стороны - с трубопроводом для орошения раствором распылительных форсунок.
Недостатком данной технологической линии является то, что она не позволяет в полной степени произвести в одной технологической линии обезвреживание отходящих газов от таких вредных примесей, как тетрахлорид титана, тетрахлорид кремния, фосген, оксид углерода, хлор, хлорид водорода и другие примеси. Кроме того, получаемая в результате циркуляции раствора в скруббере первой ступени соляная кислота содержит большое количество примесей, что не позволяет использовать ее в промышленности, и ее направляют на нейтрализацию и обезвреживание. Это приводит к увеличению затрат на обезвреживание сточных вод, направляемых в природные водоемы.
Технический результат технологической линии для обезвреживания отходящих газов титанового производства направлен на повышение степени обезвреживания отходящих газов от всех вредных примесей, таких как тетрахлорид титана, тетрахлорид кремния, фосген, оксид углерода, хлор, хлорид водорода и другие примеси. Благодаря предложенной технологической линии, степень обезвреживания отходящих газов от всех вредных компонентов достигает 100%. Кроме того, в процессе обезвреживания отходящих газов появляется возможность получить чистую концентрированную соляную кислоту (выше 30% масс.), пригодную для дальнейшей коммерческой реализации в других отраслях промышленности и в собственном производстве.
Технический результат достигается тем, что предложена технологическая линия для обезвреживания отходящих газов титанового производства, включающая трубопровод для подачи отходящих газов, трубопровод для подачи орошаемой жидкости, скруббер первой ступени с распылительными форсунками, с патрубками для подачи и вывода отходящих газов, с патрубком для вывода отработанной жидкости, соединенным трубопроводом с циркуляционным баком и с циркуляционным насосом, скруббер второй ступени с распылительными форсунками, с патрубками для подачи и вывода отходящих газов, с патрубком для вывода отработанной жидкости, с циркуляционным насосом и с циркуляционным баком, соединенным с трубопроводом для подачи орошаемой жидкости в распылительные форсунки, и каплеуловитель, в которой новым является то, что она дополнительно снабжена промывной емкостью с распылительными форсунками, с размещенными на ней патрубками для подачи и вывода отходящих газов и патрубком для отвода жидкости, соединенным трубопроводом с баком-сборником, абсорбционной колонной с распылительными форсунками, размещенной перед скруббером первой ступени и соединенной с баком-сборником соляной кислоты, топкой для сжигания газов, установленной между скрубберами первой и второй ступени и соединенной трубопроводами с одной стороны с патрубком вывода отходящих газов скруббера первой ступени и с другой стороны - с патрубком для подачи отходящих газов скруббера второй ступени, при этом технологическая линия для обезвреживания газов последовательно включает промывную емкость с баком-емкостью, абсорбционную колонну с баком-емкостью соляной кислоты, скруббер первой ступени, топку, скруббер второй ступени и каплеуловитель.
Технологическая линия для обезвреживания отходящих газов титанового производства, содержащая промывную емкость с баком-емкостью, абсорбционную колонну с баком-емкостью соляной кислоты, скруббер первой ступени, топку, скруббер второй ступени и каплеуловитель, позволяет значительно повысить степень обезвреживания отходящих газов титанового производства от всех вредных компонентов путем последовательного прохождения газов через технологическую линию.
Дополнительная установка в технологической линии промывной емкости с распылительными форсунками, с патрубками и с баком-емкостью позволяет очистить отходящие газы от газообразных соединений титана и кремния. При этом получают солянокислую суспензию, содержащую диоксиды титана и кремния в результате гидролиза тетрахлоридов титана и кремния, которую можно использовать для производства диоксида титана.
В абсорбционной колонне с распылительными форсунками осуществляют обезвреживание отходящих газов титанового производства от хлорида водорода путем абсорбции хлорида водорода 20% соляной кислотой, подаваемой из скруббера первой ступени. В результате в баке-емкости получают концентрированную соляную кислоту (выше 30% масс.), пригодную для дальнейшего использования в промышленности.
При последующем обезвреживании отходящих газов в скруббере первой ступени путем циркуляции солянокислого раствора в системе скруббер - циркуляционный бак - циркуляционная емкость происходит окончательное удаление из отходящих газов хлорида водорода, при этом в баке-сборнике получают соляную кислоту высокой концентрации (выше 20 мас.%), пригодную для дальнейшей коммерческой реализации в других отраслях промышленности и в собственном производстве.
Установка в технологической линии после скруббера первой ступени топки для сжигания газов позволяет удалить из отходящих газов хлор, оксид углерода и другие хлорсодержащие и углеродсодержащие примеси. Это позволяет повысить степень обезвреживания отходящих газов от оксида углерода, хлора и фосгена до 100%.
Обезвреживание отходящих газов в скруббере второй ступени очистки позволяет окончательно удалить из них хлорсодержащие соединения, такие как хлорид водорода, образующийся в процессе сжигания хлора, и тем самым повысить степень обезвреживания газов от хлора и хлорсодержащих соединений.
На фиг.1 показана технологическая линия для обезвреживания отходящих газов титанового производства, которая включает трубопровод 1 для подачи отходящих газов, трубопровод 2 для подачи орошаемой жидкости, промывную емкость 3 с распылительными форсунками 4, с патрубками для подачи 5 и вывода 6 отходящих газов и патрубком 7 для отвода жидкости, соединенным трубопроводом 8 с баком-сборником 9, абсорбционную колонну 10 с распылительными форсунками 11, соединенную трубопроводом 12 с баком-сборником 13 соляной кислоты, скруббер 14 первой ступени с распылительными форсунками 15, с патрубками для подачи 16 и вывода 17 отходящих газов, с патрубком 18 для вывода отработанной жидкости, соединенным трубопроводом 19 с циркуляционным баком 20 и с циркуляционным насосом 21, топку 22 для сжигания газов с трубопроводами 23 и 24, скруббер 25 второй ступени с распылительными форсунками 26, с патрубками для подачи 27 и вывода 28 отходящих газов, с патрубком 29 для вывода отработанной жидкости, соединенным трубопроводом 30 с циркуляционным баком 31 и с циркуляционным насосом 32, каплеуловитель 33. Пример осуществления работы технологической линии.
4
4
2
4
2
3
3
3
3
3
В производстве титана при хлорировании титансодержащего сырья в солевом хлораторе после системы конденсации парогазовой смеси образуются отходящие газы, содержащие вредные компоненты, такие как TiCl, SiCl, фосген, СО, Сl и HCl. Отходящие газы титанового производства, содержащие 3 г/м TiCl; 0,5 г/м Cl; 180 г/м HCl в количестве 1400 м/час поступают по трубопроводу 1 через патрубок 5 со скоростью 0,4 м/сек в промывную емкость 3 цилиндрической формы из фаолита диаметром 0,4 метра, высотой 8,9 м и через патрубок 6 отходящие газы выходят из промывной емкости 3. В промывной емкости 3 отходящие газы обрабатывают жидкостью, например водой, поступающей в количестве 2,8 м/час из трубопровода 2 для подачи орошаемой жидкости, через распылительные форсунки 4. В результате при пропускании отходящих газов получают солянокислую суспензию, содержащую диоксиды титана и кремния, которые получают при гидролизе тетрахлорида титана и тетрахлорида кремния по реакциям:
4
2
2
TiCl+2HO→ТiO+4НСl
4
2
2
SiCl+2HO→SiO+4HCl
Солянокислую суспензию через патрубок 7 выводят через трубопровод 8 в бак-сборник 9 из углеродистой стали, футерованной огнеупорным кирпичом. Очищенные от гидролизующихся примесей газы подают по трубопроводу в нижнюю часть абсорбционной колонны 10 и противоточно обрабатывают соляной кислотой концентрацией 20% масс, подаваемой по трубопроводу 2 в распылительные форсунки 11. Абсорбционная колонна 10 из пропитанного графита диаметром 0,4 м и высотой 12 м соединена трубопроводом 12 с баком-сборником 13 для соляной кислоты с концентрацией 28-30 мас.%. Затем газы поступают через патрубок подачи 16 в скруббер 14 первой ступени очистки. Скруббер 14 из пропитанного графита диаметром 0,4 м и высотой 12 м орошается через распылительные форсунки 15 циркуляционной соляной кислотой с концентрацией 10% мас. Из циркуляционного бака 20 насосом 21 производят циркуляцию соляной кислоты до концентрации 20% масс. в системе циркуляционный бак 20 - циркуляционный насос 21 - скруббер первой ступени через форсунки 15. Кроме того, часть соляной кислоты подают циркуляционным насосом 21 в трубопровод 2 для подачи ее на орошение в абсорбционную колонну 10. Соляную кислоту через патрубок 18 выводят по трубопроводу 19 в циркуляционный бак 20. Циркуляцию жидкости осуществляют до концентрации соляной кислоты 20 мас.%., затем ее выводят из циркуляционного бака и направляют одну часть на орошение в абсорбционную колонну, другую часть выводят из циркуляционного бака и направляют потребителю. Очищенные в скруббере первой ступени от хлористого водорода отходящие газы поступают по трубопроводу 23 в топку 22 для дожигания окиси углерода и хлора по реакции:
2
2
СО+О=СO
2
2
2
2
1
Сl+НO=2НСl+/O
3
3
3
3
В топку длиной 1,97 м и диаметром 0,9 мм подают через горелку природный газ под давлением 0,2-2,0 кПа при объемном расходе 35-150 м/час, а также воздух при объемном расходе 400-2500 м/час. Температуру в топке поддерживают 900-1200°С. Топочные газы, содержащие хлорид водорода, поступают на окончательную очистку по трубопроводу 24 в скруббер 25 второй ступени с распылительными форсунками 26, с патрубками для подачи 27 и вывода 28 отходящих газов, с патрубком 29 для вывода циркуляционного раствора - известкового молока, соединенным трубопроводом 30 с циркуляционным баком 31. С помощью циркуляционного насоса 32 раствор известкового молока циркулируют в системе циркуляционный бак 31 - распылительные форсунки 28 скруббера второй ступени 25. Концентрация отработанного известкового молока в процессе циркуляции снижается до 20 г/дм по СаО. Газы после обработки известковым молоком поступают в каплеуловитель 33 и далее в атмосферу, а пульпу, унесенную вместе с газами из скруббера 25 второй ступени, возвращают в циркуляционный бак 31. Отработанное известковое молоко при концентрации окиси магния в пульпе 5 г/дм, содержащее активный хлор, направляют на дальнейшее обезвреживание и переработку. Степень очистки газов от хлора и хлорида водорода составляет 100%. Содержание всех вредных компонентов в очищенных газах соответствует нормам ПДК.
Таким образом, технологическая линия для обезвреживания отходящих газов титанового хлоратора позволяет повысить степень обезвреживания отходящих газов одновременно от всех вредных примесей, таких как тетрахлорид титана, тетрахлорид кремния, фосген, оксид углерода, хлор, хлорид водорода и другие примеси. Благодаря предложенной технологической линии, степень обезвреживания отходящих газов от всех вредных компонентов достигает 100%. Кроме того, в процессе обезвреживания отходящих газов появляется возможность получить чистую концентрированную соляную кислоту (выше 30% масс.), пригодную для дальнейшей коммерческой реализации в других отраслях промышленности и в собственном производстве.