УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫЙ СПОСОБ МАССОВОГО ПРОИЗВОДСТВА ФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ С ПРИМЕНЕНИЕМ РОТАЦИОННОЙ ПЕЧИ
IMPROVED METHOD OF MASS PRODUCTION OF PHOSPHORIC ACID WITH APPLICATION OF ROTATION FURNACES

Область техники
[0001] Данное изобретение относится к способам и оборудованию первичной обработки сырья, используемым в технологии производства фосфорной кислоты, и, прежде всего, к технологической системе первичной обработки по технологии КРА.
Уровень техники
[0002] В настоящее время существует два основных метода технологического производства фосфорной кислоты.
4
2
(1) Влажный способ получения фосфорной кислоты, где из фосфорной руды после ее разложения серной кислотой получают жидкую фосфорную кислоту и твердые отходы (краткое название фосфогипс), основу которых составляют CaSO⋅nHO. Жидкая фосфорная кислота сгущается до получения влажной фосфорной кислоты, содержащей около 54% фосфорной кислоты. К главным недостаткам данной технологии относятся: во-первых, большой расход серной кислоты; во-вторых, невозможность эффективного использования фосфогипса; серная и фосфорная кислоты и растворимые фториды растворяются в воде; накапливаясь естественным путем, они размываются дождевой водой, что вызывает серьезное загрязнение окружающей среды; в-третьих, высокое содержание примесей в готовом продукте фосфорной кислоты, которая обычно используется только в производстве удобрений; в-четвертых, для обеспечения экономичности продукта необходимо использовать высококачественные фосфориты.
4
4
4
4
2
5
4
4
4
(2) Горячий метод получения фосфорной кислоты: первоначально фосфорную руду, кварцевую руду и углеродистый восстановитель помещают в рудотермическую электропечь. Используется энергия от электродуги, создаваемой в результате короткого замыкания, температура в печи доводится до отметки, превышающей 1300°С, происходит восстановление фосфора фосфорной руды в виде Р. Одновременно происходит преобразование углеродистого восстановителя в СО. Выходящие из рудотермической печи газы, основу которых составляет СО и Р, омываются и охлаждаются водой; Р охлаждается до образования твердого тела и разделения в газовой фазе, в результате чего получается продуктивный фосфор. Отработанные газы, содержащие СО, после сгорания на выходе из дымовой трубы выбрасываются в атмосферу; полученный Р, нагреваясь примерно до 80°С, переходит в жидкую фазу и в башне гидратации вступает с поступающим туда воздухом в реакцию окисления, в результате чего получается фосфорный ангидрид PO, а после водопоглощения получается фосфорная кислота. К основным недостаткам горячего метода получения фосфорной кислоты относятся: во-первых, большой расход электроэнергии; во-вторых, газы после выхода из рудотермической печи и разделения Р содержат большое количество фторидов (SiF и HF) и небольшое количество не осевших газов Р, таким образом, создавая угрозу загрязнения атмосферы; в-третьих, прямое сгорание газов, содержащих большое количество СО, и очищение воздуха вызывают огромный расход энергоресурсов; в-четвертых, для обеспечения экономичности продукта необходимо использовать высококачественные фосфориты.
[0003] С целью решения проблемы влияния на производство фосфорной кислоты напряженной ситуации с электроэнергией, недостатка пирита и сокращения в последнее время высококачественной фосфорной руды американская корпорация Occidental Research Corporation (ORC) в начале 80-х гг. предложила метод КРА (метод использования вращающейся печи для производства фосфорной кислоты) (cм. Frederic Ledar and Won C. Park, New Process for Technical-Grade Phosphoric Acid, Ind. Eng. Chem. Process Des. Dev 1985, 24, 688-697). Также корпорация провела промежуточный тест экспериментальной установки вращающейся печи размерами 0.84 м (внутри)×9.14 м (см. патент США №4389384). Суть данного метода состоит в том, что фосфорную руду, кварцевую руду и углеродистый восстановитель (коксовая или угольная пыль) измельчают на 50%~85%, добавляется 1% гранул бентонита, и после обсушки и предварительного подогрева в цепной сушилке отправляют во вращающуюся печь, в разгрузочном конце которой окисляется природный газ, а окатыши в печи восстанавливаются.
2
Температура твердых веществ поддерживается на уровне 1400°С-1500°С, молярное соотношение в окатышах CaO/SiO должно быть 0.26-0.55, так чтобы точка плавления окатышей была выше температуры углетермического восстановления окомкованной фосфорной руды. Фосфор в виде паров испаряется после восстановления из окатышей, потом воздух, проникающий в центральную часть печи, окисляется, превращаясь в пятиокись фосфора. Тепло, выделяемое в процессе окисления, снова передается реакции восстановления. Наконец, печные газы, содержащие пятиокись фосфора, гидратируются и абсорбируются, вырабатывая фосфорную кислоту.
4
4
2
5
2
5
4
[0004] Вышеописанная технология производства фосфорной кислоты печным методом показала прекрасные перспективы для промышленного применения. Ее принцип заключается в использовании карботермического восстановления фосфоритов для образования газов Р, перемещении фосфора, содержащегося в фосфорной руде, в паровую фазу во вращающейся печи, а также в использовании принципа газотвердого разделения для осуществления качественного разделения остальных твердых веществ в фосфоре и сырьевых шариках. Газы Р, перемещенные в газовую фазу во вращающейся печи, вступают в экзотермическую реакцию окисления с кислородом газовой фазы вращающейся печи и образуют PO. Выпускаемое тепло способствует карботермическому восстановлению фосфорной руды в сырьевых шариках (эндотермическая реакция). Наконец, дымовые газы с содержанием PO во вращающейся печи гидратируют и абсорбируются, в результате чего получается промышленная фосфорная кислота, которая значительно чище, чем фосфорная кислота, получаемая сырым методом. Во вращающейся печи, для поддержания температуры карботермического восстановления фосфоритов, используется первичная энергия. Горючие материалы Р, образованные карботермическим восстановлением фосфоритов, вступают в экзотермическую реакцию окисления с СО внутри вращающейся печи, дополнительно отдавая необходимую энергию для поддержания температуры карботермическим восстановлением фосфоритов в печи. По сравнению с традиционной технологией производства фосфорной кислоты горячим методом здесь расход энергии значительно снижен.
[0005] Тем не менее, наше исследование показывает, что вышеописанную технологию производства печным методом трудно использовать на практике в современной промышленности. Ниже перечислены ее основные недостатки.
2
2
1. Скорость вращения во вращающейся печи составляет 0,5 об/мин ~ 3 об/мин. Преимущество в том, что механическое переворачивание и смешивание осуществляется непрерывно на протяжении процесса поступления твердых веществ в печь, что обеспечивает равномерность получения твердыми веществами тепла в любом месте печи, но, с другой стороны, твердые вещества должны выдерживать силу механического трения двигающихся веществ. Если прочность материала меньше возникающего механического трения, то печь может легко выйти из строя. Основной принцип технологии КРА, предложенной американской компанией ORC, заключается в том, что фосфорная руда, кварцевая руда и углеродистый восстановитель (коксовая или угольная пыль) после измельчения на 50%~85% преобразуются в окатыши, т.е. эти три вещества должны сополимеризоваться в одно целое. Только при условии, что молярное соотношение CaO/SiO в смеси составляет 0.26~0.55, вещества смеси при понижении температуры карботермического восстановления фосфорной руды не плавятся и осуществим успешный процесс карботермического восстановления фосфоритов. Но в окатышах используемого в технологии сырья содержится углерод-восстановитель, который при температуре выше 350°С вступает в реакцию быстрого окисления с кислородом, находящимся в воздухе, преобразуясь в СО. Если использовать традиционный метод металлургической промышленности, согласно которому окатыши консолидируются на цепной колосниковой решетке под воздействием высокой температуры (≥900°С), то углерод-восстановитель в окатышах может полностью окислиться. Если входящие во вращающуюся печь окатыши теряют восстановитель, естественно, не будет происходить реакция карботермического восстановления фосфора, что приведет к сбою технологического процесса. Если путем добавления бентонита и изготовления связующего вещества для окатышей при температуре ниже 300°С провести дегидратацию, то прочность при сжатии окатышей будет составлять около 10 кН/одна гранула, а ниспадающая напряженность ≤1 раз/метр.
Так как в механизме действия бентонита главным образом используется находящийся в структуре его вещества средний слой воды для регулировки скорости высвобождения влаги в процессе сушки окатышей, то повышается температура разрыва окатышей в процессе сушки, а сам по себе он не оказывает никакого действия на повышение прочности окатышей. После попадания во вращающуюся печь, до повышения температуры печи до 900°С, из-за невозможности выдержать силу механического трения, возникающего в процессе перемещения окатышей в печи, окатыши, поступающие в печь, распыляются в большом количестве, после чего формируются фосфорный порошок, кварцевый порошок и углеродосодержащий восстановитель и др. После распыления фосфорный порошок не может восстановиться из-за невозможности тесного соединения с углеродосодержащим восстановителем. Еще более серьезным моментом является то, что фосфорный порошок очень быстро отделяется от кварцевого порошка, температура его плавления стремительно понижается ниже 1250°С. Когда порошкообразный фосфорит проходит восстановительную зону высокой температуры в печи (температура сырьевой шихты составляет около 1300°С), компоненты из твердой фазы переходят в жидкую фазу и далее, прилипая к футеровке печи, формируют высокотемпературные уплотнительные кольца на печи, препятствуя нормальному перемещению веществ. Большая часть веществ, поступающих в печь, переливается через загрузочный конец в печи, из-за чего становится невозможным восстановление высокой температуры фосфора, что приводит к неудачному исходу технологического процесса. Таким образом, из-за недостатков поступающего в печь сырья вышеописанная технология КРА до сих пор не была применена ни в промышленной, ни в крупномасштабной, ни в коммерческой сферах.
2
2
2
5
2
5
2
5
2
5
2
5
2
5
[0006] 2. Что касается вышеописанной технологии КРА с окатышами углерода и фосфорита, зона шихты из твердых веществ в нижней части сырьевой шихты во вращающейся печи относится к восстановительной зоне. Верхняя часть сырьевой шихты представляет собой зону воздушного течения в печи и относится к окисленной зоне. Окатыши загружаемого сырья поступают с загрузочного конца вращающейся печи, выбрасываются с загрузочного конца печи за счет собственной гравитации и силы трения во время вращения печи. Сопла сжигания топлива в печи установлены на разгрузочном конце печи. Сгорающие дымовые газы вытягиваются вентилятором на загрузочном конце в печи. В печи поддерживается незначительное отрицательное давление, направление движения сырья и воздушного потока противоположны. Зона восстановления печи (зона шихты из твердых веществ) и окисленная зона (зона воздушного потока в верхней части шихты из твердых веществ) не имеют механического изолятора. Поэтому окатыши, появляющиеся на поверхности зоны шихты из твердых веществ, вступают в конвективный массообмен с О, СО, содержащимися в воздушном потоке окисленной зоны. Это может привести к тому, что углерод-восстановитель в окатышах частично окислится до нагревания воздушным потоком температуры восстановления углерода и фосфорной руды. Из-за нехватки углеродсодержащего восстановителя окатыши в зоне восстановления в печи не смогут полностью восстановиться. Еще более важно то, что высокотемпературная область в печи подвергает воздействию окатыши на поверхности сырьевой шихты и может с PO, выработанным путем восстановления в печных газах, войти в следующую химическую реакцию и образовать метафосфат кальция, фосфат кальция, а также другие метафосфаты и фосфаты. Это приведет к тому, что фосфор, восстановленный до паровой фазы, снова станет гранулами, а также на поверхности окатышей образуется слой белой оболочки, содержащий PO. Толщина слоя оболочки обычно составляет 300 мкм ~ 1000 мкм, содержание в оболочке PO может достигать выше 30%. Таким образом, содержание PO в паровой фазе, куда перемещаются окатыши, не превышает 60%. Процент выработки PO в фосфорите снижается, существенно увеличиваются расходы минеральных ресурсов и себестоимость производства фосфорной кислоты. Из-за этого теряется ценность промышленного применения вышеописанной технологии КРА. Некоторые исследователи надеются с помощью газов, испаряющихся из сырьевой шихты, изолировать зону восстановления и окисленную зону в печи. Но промышленный опыт, проведенный с печью с внутренним диаметром 2 м, показал, что все еще неизбежно появление на поверхности окатышей оболочки, содержащей PO.
[0007] Ввиду вышеупомянутых технических дефектов, основываясь на предложенной компанией ORC технологии КРА по производству фосфорной кислоты, был сделан вывод, что в современном промышленном его применении и на практике все еще существует трудности.
2
2
2
5
[0008] Joseph A. Megy предложил несколько усовершенствованных технических методов для технологии КРА (см. патент США №7910080). На конце продувки разгрузочного конца в барабане вращающейся печи необходимо установить преграждающее кольцо с тем, чтобы повысить наполняемость печи твердым материалом. Путем увеличения диаметра печи можно сократить соотношение объема и площади поверхности сырьевой шихты в печи, снизить вероятность появления материала сырьевой шихты на поверхности шихты из твердых материалов с целью сокращения времени окисления углерода-восстановителя в окатышах О в печных газах. Уменьшить потерю от горения углерода-восстановителя до достижения окатышами зоны восстановления печи, одновременно уменьшить образование фосфатов или метафосфатов на поверхности окатышей в зоне высоких температур печи. Кроме того, данная технология подразумевает добавление части нефтяного кокса в материал в печи с целью использования восстановительных газов, образующихся при испарении летучих веществ нефтяного кокса, чтобы они заполнили промежуток между зоной окисления воздушного потока печи и сырьевой шихтой. Это нужно для дальнейшего предотвращения вероятности реакции между окатышами и О, PO в воздушном потоке печи (для обеспечения нормального процесса). Однако увеличение наполняемости вращающейся печи приводит к увеличению силы механического трения, которому подвергаются окатыши в печи. Более того, это вызовет распыление еще большей доли окатышей в печи, что создаст еще большее количество материала с низкой температурой плавления, ниже температуры карботермического восстановления фосфоритов. Высокотемпературные уплотнительные кольца в печи станут более быстрыми и тяжелыми, что вызовет преждевременный сбой технологического процесса. А добавления небольшого количества летучих веществ, получаемых из нефтяного кокса, недостаточно для выработки необходимого объема газов, что создает трудности для формирования эффективного изоляционного слоя между зоной воздушного потока в печи и шихтой из твердых материалов в печи. Если добавить слишком большое количество, то из сырья печи получится огромное количество топлива, что вызовет охлаждение шлаков, оставшееся топливо соединится с воздухом охлажденных шлаков и быстро сгорит. Большое количество теплоты, выделяемой при сгорании, не только затрудняет охлаждение высокотемпературных шлаков, выходящих из печи, но и существенно повышает технологические производственные затраты. Это делает нереальным применение технологии в крупномасштабной и коммерческой областях.
[0009] Учитывая перечисленные нюансы, авторы путем проведения неоднократных исследований нашли способ решения вышеописанной проблемы (см. китайский патентные документы № CN 1026403 C, CN 1040199 C), а именно разработали технологию прямого восстановления фосфорной руды для производства фосфорной кислоты путем использования двухслойных композитных окатышей. Вот конкретное техническое решение.
2
5
2
5
2
Сначала из фосфорной руды и сырья изготавливаются окатыши. PO в печных окатышах восстанавливается, превращается в пары фосфора и улетучивается, в верхней части сырьевой шихты пары фосфора окисляются под воздействием воздуха, попадающего в печь, и превращаются в газы PO, затем поглощаются в гидратационной установке, образуя фосфорную кислоту. Главное преимущество данного метода: для соединяющихся сырьевых окатышей используется двухслойная композитная структура. Их внутренний слой состоит из фосфорной руды, кремния (или известь, известняк и т.д.) и гранул, образующихся после измельчения и смешения углеродного восстановителя. Внешний слой представляет собой слой твердого топлива с содержанием углерода более 20%, находящийся на окатышах внутреннего слоя. Когда верхний и нижний слои окатышей соединяются с материалом, добавляется связующее вещество, для окатышей применяется сухое соединение. Молярное соотношение CaO/SiO во внутреннем слое окатышей может быть менее 0.6 или более 6.5, углеродный восстановитель в 2-6 раз больше теоретического количества восстановленной фосфорной руды, дозирование твердого топлива внешнего слоя окатышей может составлять 5%~25% от количества окатышей внутреннего слоя. Связующим веществом, добавляемым в верхний и внутренний слои окатышей, может быть комбинация из гудрона, гумата натрия, гумата аммония, жидкого стекла, отработанной жидкости сульфит-целлюлозы, сахарного сиропа, сульфата лигнина; комбинация может состоять из одного или нескольких составляющих. Его нужно добавлять в объеме, равном 0.2-15% (сухая масса) от веса добавляемого сырья. Для этих окатышей можно использовать сухое соединение, температура соединения составляет 80°С~600°С, время соединения - 3 мин ~ 120 мин.
2
2
5
2
2
5
2
2
2
5
2
5
2
5
2
5
[0010] В предлагаемом нами методе используется термостойкий упаковочный материал, сворачивающийся на окатышах и содержащий твердый углерод. Во время сворачивания добавляется связующее вещество, для того чтобы упаковочный материал внешнего слоя мог надежно прикрепиться к окатышам внутреннего слоя. Двухслойные композитные гранулы после сухого соединения отправляются во вращающуюся печь. В высокотемпературной зоне печи (1300°С-1400°С) можно эффективно проводить карботермическое восстановление фосфоритов. На поверхности гранул сворачивается содержащий твердый восстановитель (углеродный материал) упаковочный слой, который выполняет функцию эффективного физического разделения окатышей своего внутреннего слоя и зоны окисления воздушного потока, содержащего O и PO, в верхней части слоя сырья печи. Композитные окатыши в шихте из твердых материалов печи вслед за вращательными движениями печи поднимаются на поверхность шихты из твердых материалов печи. Когда они вступают в конвективный массообмен с содержащей O и PO зоной окисления воздушного потока в верхней части шихты из твердых материалов, углерод в упаковочном слое вступает в ограниченную реакцию окисления с О, находящемся в зоне окисления. (Так как окатыши в крупных промышленных печах появляются на поверхности сырьевой шихты в течение короткого промежутка времени, реакция проходит не полностью.) Таким образом, О не доходит до внутреннего слоя окатышей, что является гарантией того, что углерод-восстановитель во внутреннем слое окатышей не окисляется кислородом, находящимся в воздушном потоке в печи, что обеспечивает высокий коэффициент восстановления PO фосфоритов в технологическом процессе. С другой стороны, PO, находящийся в зоне окисления воздушного потока в верхней части слоя сырья в печи, также не может вступать в реакцию с углеродом, находящимся в упаковочном слое наружного слоя композитных окатышей. Таким образом, предотвращается образование фосфатов или соединений метафосфатов на композитных окатышах, устраняется формирование на окатышах белой оболочки с содержанием PO, что имело место быть в технологии КРА, тем самым подтверждая получения в данной технологии высокого выхода PO. В тоже время в этом методе газы или жидкое топливо полностью или частично заменяются твердым топливом, что снижает затраты на производство фосфорной кислоты.
[0011] Кроме того, в описываемом нами методе во время образования гранул добавляется органическое связующее вещество. Это означает, что после обезвоживания и просушки (ниже температуры окисления углерода в окатышах) композитные окатыши могут по-прежнему достигать прочность на сжатие более 200 кН на одну гранулу и интенсивность падения составляет свыше 10 раз/м. Поэтому композитные окатыши способны противодействовать силе механического трения, возникающей в печи, и не подвергаются раздроблению. Это предотвращает слабую прочность окатышей, свойственную технологии КРА, и др. недостатки, а также преждевременное окисление углерода в печной зоне предварительного нагревания. Композитные окатыши не измельчаются в печи, что позволяет избежать сбоя технологии (отсутствуют печные высокотемпературные уплотнительные кольца, которые могли бы образовываться измельченным материалом). Это обеспечивает вероятность успешного технологического процесса при выполнении установленных условий.
[0012] Проводя дальнейшее исследование, мы столкнулись с рядом новых технических вопросов.
2
5
4
1) На этапе первичной обработки сырья относительно высокие технологические затраты и потребление энергии, большие колебания в составе сырья, загружаемого в печь, смесь сырья недостаточно равномерная. Это может в дальнейшем усугубить проблему высокотемпературных уплотнительных колец гранулированного материала в печи. 2) Недостаточно стойкие механические свойства и механическая прочность композитных окатышей технологического сырья, отсутствует подходящий метод дегидратации и соответствующее промышленное оборудование для высушивания композитных окатышей. В процессе сушки окатышей легко происходят разрывы, лопнувшие композитные гранулы поступают в высокотемпературную зону восстановления печи, распыляются, затвердевают в форме колец. 3) На этапе реакции образовавшаяся фосфорная кислота вступает в реакцию с порошковой пылью, находящейся в воздухе печи. На загрузочном конце печи образуется сложная метафосфорная кислота. Постепенно в барабане, расположенном в хвостовой части печи, формируются уплотнительные кольца, значительно снижая рабочую эффективность печи. 4) На этапе охлаждения и рекуперации охлаждающий эффект высокотемпературных шлаковых гранул после высвобождения PO требует улучшения. Тепловая энергия охлаждения не достигла рационального и эффективного использования, наиболее значительны траты на ресурсы и энергоресурсы на процесс охлаждения. 5) На дальнейшем этапе формирования фосфорной кислоты горячим методом дымовых газов мало, скорость потока дымовых газов оборудования низкая. Система оборудования огромная, конструкция сложная, инвестиции и затраты на эксплуатацию высокие, дымовые газы фосфорной кислоты содержат различные примеси и вредные для человека фторсодержащие вещества (SiF и HF). Это требует вторичной переработки, в том числе с целью предотвращения загрязнения окружающей среды.
[0013] Поэтому, для того чтобы разрешить ряд технических вопросов, связанных с производством фосфорной кислоты печным методом, более стабильно, экономично, экологически чисто, с низкой себестоимостью и высокой производительностью осуществлять длительный цикл производства, от технических специалистов в данной области требуется дальнейшее усовершенствование и модернизация технологии.
Суть изобретения
[0014] Технические вопросы, которые решаются настоящим изобретением, это ликвидация серьезных недостатков современных методов технологии. Мы предлагаем оптимальный и рациональный технологический процесс, низкие инвестиции в оборудование, высокую добавочную стоимость, энергосберегающий, экологически безопасный технологический процесс, высокоэффективное функционирование, усовершенствованный метод масштабного производства фосфорной кислоты отличного качества.
[0015] Для решения вышеперечисленных вопросов мы предлагаем усовершенствованный метод, состоящий из следующих шагов:
(1) Первичная обработка сырья: углеродсодержащий восстановитель, фосфорная и кварцевая руды по отдельности подвергаются первичной обработке по системе первичной обработки углеродсодержащего восстановителя, фосфорной и кварцевой руд. После проведения первичной обработки углеродсодержащий восстановитель, фосфорная и кварцевая руды для смешивания и гранулирования загружаются в устройство смешения материала внутренней сферы гранул. После первичной обработки углеродсодержащий восстановитель и кварцевая руда для смешивания снова отдельно загружаются в устройство для смешивания материала оболочки.
(2) Заготовка внутренней части гранул: после первого этапа (1) - первичной обработки - полученный порошок углеродсодержащего восстановителя, порошок фосфорной и кварцевой руды в соответствии с требованиями к дозировке отправляются в мощный смеситель или влажную мельницу, куда одновременно добавляется связующее вещество. Смесь после полноценного равномерного перемешивания, проходя через измерительное загрузочное устройство, поступает в гранулятор для обработки гранул. Во время гранулирования добавляется связующее вещество в виде каплеобразных или туманообразных облаков в количестве 1%~10% от массы смеси. После завершения процесса гранулирования получается внутренняя сфера гранул.
(3) Формование композитных окатышей: порошок углеродосодержащего восстановителя и порошок кварцевой руды после первичной обработки (1) в соответствии с требованиями к дозировке добавляются в мощный смеситель или влажную мельницу, одновременно добавляется связующее вещество, после полноценного равномерного перемешивания получается оберточный материал. Внутренняя сфера гранул, полученная на этапе (2), обрабатывается путем двухслойной роликовой сортировки. Отсортированная в соответствии с технологическими требованиями к размеру внутренняя сфера гранул подается в следующий гранулятор для процесса обертывания. В гранулятор поступает (в соответствии с установленной цифровым измерительным загрузочным устройством пропорцией к внутренней сфере гранул) вышеупомянутый оберточный материал. В процессе обертывания добавляется связующее вещество в виде каплеобразных или туманообразных облаков, добавляемое количество составляет 1%~12% от массы оберточного материала. После завершения оберточной обработки получаются композитные сырые гранулы. Композитные сырые гранулы загружаются в сушилку для дегидратации и объединения, после окончательного формования получаются композитные окатыши.
(4) Восстановление печным методом: композитные окатыши, полученные на этапе (3), из загрузочной трубы коробки загрузочного конца печи поступают в камеру печи, загораются сопла сжигания топлива, температура в зоне восстановления печи достигает 1300°С ~ 1450°С. Композитные окатыши в условиях высокой температуры после восстановления восстановителем вырабатывают печные дымовые газы. Установление дымохода на выпускном отверстии способствует тому, что дымовые газы, выходящие из загрузочного конца печи, во время поступления в дымоход не создают больших смещений в направлении движения и, кроме того, препятствуют центробежному физическому оседанию находящейся в выходящих из печи дымовых газах метафосфорной кислоты в месте загрузочного конца печи. Метафосфорная кислота, находящаяся в печном воздухе, вслед за дымовыми газами поступает в башню гидратации. Высокотемпературные шлаки, выходящие из печи, направляются в холодильное оборудование для комплексного использования.
2
5
2
5
2
5
(5) Гидратация и поглощение фосфора: печные дымовые газы, содержащие PO и фтор, проникают в башню гидратации. С этого момента активируется система распыления и циркуляции кислотной жидкости, соединенная с башней гидратации. Система распыления и циркуляции кислотной жидкости непрерывно подает раствор концентрированной фосфорной кислоты в систему распыления в башне гидратации. Распыляемый вниз раствор концентрированной фосфорной кислоты полностью соединяется с противотоком дымовых газов, содержащих PO и фтор, поступающим в башню гидратации. Осуществляется тепло- и массообмен. Находящийся в воздухе PO вступает в химическую реакцию с водой, находящейся в растворе распыляемой концентрированной фосфорной кислоты, производя фосфорную кислоту, и, всасываясь, поступает в распыляемый раствор. Остальная часть, образуя туман фосфорной кислоты, сохраняется в газовой фазе. Часть дымовых газов, оставшаяся в башне гидратации, выбрасывается через выпускное отверстие. Осевший при распылении в башне гидратации раствор фосфорной кислоты поступает в систему распыления и циркуляции кислотной жидкости, вливаясь сначала в охладитель кислоты. Вытекающий из выпускного отверстия охладителя кислоты раствор циркулирующей фосфорной кислоты снова циркуляционным насосом возвращается в устройство распыления башни охлаждения для дальнейшей циркуляции и распыления. Выбрасываемые дымовые газы снова по порядку проходят через башню улавливания тумана фосфорной кислоты и башню разделения и ликвидации тумана. Далее улавливается туман фосфорной кислоты, находящийся в выходящих из башни гидратации дымовых газах. Раствор жидкой фосфорной кислоты, образованный после улавливания тумана в башнях улавливания и ликвидации тумана, через трубы продолжает пропитываться раствором концентрированной фосфорной кислоты в башне гидратации. В технологическом процессе гидратации и поглощения фосфора происходит непрерывное увеличение концентрированного раствора фосфорной кислоты в системе распыления и циркуляции кислотной жидкости. Лишняя часть после фильтрации становится неочищенным продуктом фосфорной кислоты, который загружается в следующий этап очищения фосфорной кислоты; с другой стороны, комплектующее устройство пополнения воды, работающее в режиме онлайн, на протяжении всего технологического процесса осуществляет пополнение воды в режиме онлайн. Дымовые газы с содержанием фтора, выбрасываемые из башни разделения и ликвидации тумана, участвуют в процессе дальнейшей рекуперации фтора.
[0016] Технологический процесс в вышеописанной системе первичной обработки углеродсодержащего восстановителя заключается в следующем:
сначала углеродсодержащий восстановитель одностадийным дробильным оборудованием измельчается до размеров гранул менее 30 мм (оптимальный размер 6 мм ~ 30 мм), затем измельченный щебневый материал поступает в промежуточный бункер углеродсодержащего восстановителя. Из промежуточного бункера углеродсодержащего восстановителя через измерительное загрузочное устройство щебневый материал подается в шлифовальное оборудование для дальнейшего измельчения. Когда загружаемое сырье измельчится в шлифовальном оборудовании до размеров, соответствующих технологическим требованиям (обычно более 100 меш, оптимально - 200-325 меш), комбинированный пылеуловитель, состоящий из циклонного и мешковидного пылеуловителей (или используется один мешковидный пылеуловитель), начинает собирать измельченный материал и направляет в бункер для хранения порошка углеродсодержащего восстановителя. Во время процесса измельчения комплектующий калорифер непрерывно вырабатывает горячий воздух для высушивания влаги, содержащейся в порошкообразном материале.
Технологический процесс первичной обработки фосфорной руды:
сначала фосфорная руда одностадийным дробильным оборудованием измельчается до размеров гранул менее 30 мм (оптимальный размер -6 мм ~ 30 мм), затем измельченный щебневый материал поступает в промежуточный бункер фосфорной руды. Из промежуточного бункера фосфорной руды щебневый материал через измерительное загрузочное оборудование поступает в шлифовальное оборудование для дальнейшего измельчения. Когда загружаемое сырье измельчится в шлифовальном оборудовании до размеров, соответствующих технологическим требованиям (обычно более 100 меш, оптимально - 200-325 меш), комбинированный пылеуловитель, состоящий из циклонного и мешковидного пылеуловителей (либо используется один мешковидный пылеуловитель), начинает собирать измельченный материал и направляет в гомогенизатор. Во время процесса измельчения комплектующий калорифер непрерывно вырабатывает горячий воздух для высушивания влаги, содержащейся в порошкообразном материале.
Технологический процесс первичной обработки кварцевой руды:
сначала кварцевая руда одностадийным дробильным оборудованием или двухстадийным дробильным оборудованием с замкнутым контуром измельчается до размеров гранул менее 30 мм (оптимальный размер - 6 мм ~ 30 мм), затем измельченный щебневый материал поступает в промежуточный бункер кварцевой руды. Из промежуточного бункера кварцевой руды через измерительное загрузочное оборудование щебневый материал поступает в шлифовальное оборудование для дальнейшего измельчения. Когда загружаемое сырье измельчится в шлифовальном оборудовании до размеров, соответствующих технологическим требованиям (обычно более 100 меш, оптимально - 200-325 меш), комбинированный пылеуловитель, состоящий из циклонного и мешковидного пылеуловителей, начинает собирать измельченный материал и направляет в бункер для хранения порошка кварцевой руды. Во время процесса измельчения комплектующий калорифер непрерывно вырабатывает горячий воздух для высушивания влаги, содержащейся в порошкообразном материале.
[0017] В вышеописанном одностадийном дробильном оборудовании используется молотковая или роторная дробилка или комбинированная дробильная установка, объединяющая молотковую и роторную дробилки. Двухстадийное дробильное оборудование с замкнутым контуром состоит, главным образом, из щековой дробилки, сепаратора и конусной дробилки, последовательно соединенных между собой. Разгрузочное отверстие конусной дробилки соединено с отверстием подачи сырья сепаратора.
В шлифовальном оборудовании системы первичной обработки углеродсодержащего восстановителя используются вертикальная мельница или продуваемая угольная мельница. В шлифовальном оборудовании системы первичной обработки фосфорной руды используются вертикальная мельница или продуваемая угольная мельница. В шлифовальном оборудовании системы первичной обработки кварцевой руды используются шаровая мельница и/или пресс-валковая машина высокого давления. Гомогенизатор делится на гомогенизатор непрерывного действия и гомогенизатор прерывного действия. Гомогенизатор использует сжатый воздух для перемешивания и гомогенизации порошкообразного материала. Значение гомогенизации больше либо равно 4.
[0018] Связующее вещество представляет собой смешанный раствор, содержащий натрий гуминовых кислот, процентная концентрация массы натрия гуминовых кислот в связующем веществе равна 4% ~ 20%. Заготовка связующего вещества состоит из следующих этапов: в качестве сырья выбирается каустическая сода или угольный материал (размер зерна обычно равен 20 мм), содержащие гуминовую кислоту. Каустическую соду смешивают с водой в определенной пропорции, чтобы получился раствор NaOH (получаемая путем дозирования оптимальная концентрация раствора каустической соды в процентах по массе - 1% ~ 10%); угольный материал и раствор NaOH в жидкостно-твердом соотношении 1:3-10 подвергается шаровому помолу и смешиванию. Смесь размешивают, нагревают до 40°С ~ 95°С, проводят реакцию синтеза, продолжительность реакции должна быть не менее 30 мин (оптимально- 30-180 мин). Продукты реакции фильтруют, полученный фильтрат и является связующим веществом. Содержание гуминовой кислоты в угольном материале составляет более 20% закаленного угля, торфа и/или бурого угля.
[0019] Мощный смеситель представляет собой смесительный бак с наклонным вращением. Смеситель оснащен ротационным миксером. Направление вращения смесительного бака во время смешивания противоположно направлению вращения миксера. Смесь в смесительном баке, образуя турбулентное течение, достигает эффекта тщательного перемешивания. Гранулятор представляет собой гранулятор дискового типа. Внутренняя сфера отсортированных гранул (шаг 3), не соответствующая технологическим требованиям к размерам, поступает в колесный шлифовальный станок или мокрую мельницу для измельчения. Во время измельчения внутренняя сфера гранул добавляется выборочно в соответствии с требованиями к влажности материала, потом возвращается в мощный смеситель или мокрую мельницу для формирования замкнутого цикла.
[0020] Сушилка представляет собой сушильный аппарат с перегородками. Сушильный аппарат в направлении транспортировки композитных сырых гранул делится на три этапа дегидратации: низкой, средней и высокой температуры.
Происходит вентиляция сверху вниз или раздувание снизу вверх проникающего низкотемпературного горячего воздуха низкотемпературного этапа дегидратации 100°С ~ 200°С. Низкотемпературный горячий воздух проходит через слой шихты и подвергает композитные сырые гранулы проточной дегидратации. Низкотемпературный горячий воздух - это отработанный газ, выведенный из выпускного отверстия высокотемпературного горячего воздуха на высокотемпературном этапе дегидратации.
Среднетемпературный этап дегидратации: происходит вентиляция сверху вниз или раздувание снизу вверх проникающего среднетемпературного горячего воздуха 150°С ~ 250°С. Среднетемпературный горячий воздух проходит через слой шихты и подвергает композитные сырые гранулы проточной дегидратации.
Высокотемпературный этап дегидратации: происходит вентиляция сверху вниз или раздувание снизу вверх проникающего высокотемпературного горячего воздуха 200°С ~ 350°С. Высокотемпературный горячий воздух проходит через слой шихты и подвергает композитные сырые гранулы проточной дегидратации.
[0021] Вращающаяся печь состоит из корпуса, коробки разгрузочного конца, коробки загрузочного конца и привода, приводящего в движение корпус печи. На разгрузочном конце находятся сопла для сжигания горючего. В коробке загрузочного конца печи встроена загрузочная труба и дымоход, соединенный с башней гидратации. В верхней части корпуса печи нет воздухопровода, дымоход расположен в зоне радиуса корпуса печи, в котором в качестве центра выступает осевая линия печи. Направление движения дымовых газов в дымоходе параллельно направлению осевой линии печи или проходит под углом менее 45°. Корпус печи включает в себя внешнюю оболочку барабана и футеровку (футеровка состоит из огнеупорного кирпича или огнеупорного бетона), расположенную внутри оболочки барабана. Корпус печи разделяется вдоль направления длины печи на зону восстановления и зону предварительного нагревания. Зона восстановления находится рядом с коробкой разгрузочного конца печи, зона предварительного нагревания находится возле коробки загрузочного конца печи. Длина зоны восстановления занимает 1/3-1/5 длины корпуса печи, длина зоны предварительного нагревания занимает 2/5-2/3 длины корпуса печи. Футеровка составлена, главным образом, из композитного огнеупорного кирпича или композитного огнеупорного бетона. Футеровка, расположенная в зоне восстановления, состоит из глинистой шихты (возле корпуса барабана) с низким коэффициентом теплопроводности и алюминиевой шихты (возле внутренней камеры печи) с высокой степенью огнеупорности и высоким коэффициентом теплопроводности. Футеровка, расположенная в зоне предварительного нагревания, состоит из глинистой шихты (возле корпуса барабана) с низким коэффициентом теплопроводности и шихты с карбидом кремния с высоким коэффициентом теплопроводности и низкой степенью реакции с метафосфорной кислотой (возле внутренней камеры печи). Коробка загрузочного конца печи снаружи укомплектована очищающим печным механизмом. В нем встроен скребок (сделанный из жароупорной нержавеющей стали), который постепенно вводится в коробку загрузочного конца вращающейся печи, оставляя во внутренних стенах камеры следы от царапин.
Осевая линия вращающейся печи составляет угол 1.7°~2.9° с горизонтальной поверхностью, отношение длины корпуса печи к диаметру 10~25:1 область (имеется в виду отношение длины печи к внутреннему диаметру стальной оболочки барабана); наполняемость вращающейся печи - 7% ~ 25%, скорость вращения печи - 0.6 об/мин ~ 3 об/мин.
[0022] В направлении длины корпуса печи установлено множество термобатарей, контролирующих температуру в печи. Термобатареи с помощью проводных колец или беспроводных устройств приема и передачи соединены с устройством контроля температуры и индикатором снаружи печи. В разгрузочном конце печи установлен промышленный телевизор, контролирующий режим работы печи.
[0023] В коробке загрузочного конца печи или над дымоходом установлен насос системы газоудаления, вытягивающий газ.
[0024] Метод комплексного использования состоит из следующих шагов:
2
5
(a) высокотемпературные шлаковые гранулы (шлаки, высвободившие PO, температура обычно составляет 1300°С ~ 1450°С), выходящие из вращающейся печи, подаются в зону подачи материала холодильного оборудования. Холодильное оборудование состоит из опорного устройства, тележки и кожуха. Тележка находится на опорном устройстве, каркас кожуха расположен наверху тележки. На тележке находится колосник. Зона подачи материала холодильного оборудования и зона разгрузки соединены с тележкой. Высокотемпературные шлаковые гранулы подаются на тележку холодильного оборудования, которое состоит как минимум из двух охлаждающих секций, соединенных между собой. В каждой охлаждающей секции встроены клапаны для впуска холодного воздуха и клапаны для выпуска горячего воздуха. Воздушный поток между клапаном впуска холодного воздуха и клапаном выпуска горячего воздуха проходит через колосник тележки. Траектория движения тележки последовательно проходит через зону подачи материала и множество клапанов для впуска холодного воздуха и клапанов для выпуска горячего воздуха;
(b) вращаясь, тележка увлекает шлаковые гранулы в первую секцию охлаждения. В первой секции охлаждения воздуходувка, находящаяся в нижней части тележки, втягивает холодный воздух через клапан впуска холодного воздуха. Холодный воздух проникает в тележку (и ее колосник), находящуюся в первой секции охлаждения, где происходит теплообмен с горячими шлаковыми гранулами. В тоже время остатки непрореагировавшего угля, находящегося в высокотемпературных шлаковых гранулах, полностью сгорают. После теплообмена в первой секции охлаждения горячий воздух, выходящий из первого клапана выпуска горячего воздуха первой секции охлаждения, проходя через первый трубопровод транспортировки горячего воздуха, поступает в камеру печи, становясь источником горячего воздуха для продуктов реакции окисления и восстановления в печи (а именно источником окислительного воздуха СО и окисляемого фосфора);
(c) вращаясь, тележка продолжает увлекать высокотемпературные шлаковые гранулы из первой секции охлаждения во вторую секцию охлаждения. Во второй секции охлаждения воздуходувка, находящаяся в нижней части тележки, втягивает холодный воздух через клапан впуска холодного воздуха. Холодный воздух проникает в тележку (и ее колосник), находящуюся во второй секции охлаждения, где происходит теплообмен с горячими шлаковыми гранулами. После теплообмена во второй секции охлаждения горячий воздух, выходящий из второго клапана выпуска горячего воздуха второй секции охлаждения, проходя через второй трубопровод транспортировки горячего воздуха, поступает в сушилку композитных сырых гранул, становясь источником горячего воздуха для высушивания композитных сырых гранул;
(d) вращаясь, тележка продолжает увлекать высокотемпературные шлаковые гранулы из второй секции охлаждения во все последующие секции охлаждения. Во всех последующих секциях охлаждения воздуходувка, находящаяся в нижней части тележки, втягивает холодный воздух через клапан впуска холодного воздуха. Холодный воздух проникает в тележки (и их колосники), находящиеся во всех остальных секциях охлаждения, где происходит теплообмен с горячими шлаковыми гранулами. После теплообмена во всех остальных секциях охлаждения горячий воздух, выходящий из остальных клапанов выпуска горячего воздуха, после пылеулавливания выбрасывается сразу или поступает в сушилку композитных сырых гранул, становясь источником горячего воздуха для высушивания. Шлаковые гранулы после охлаждения выбрасываются из зоны разгрузки.
[0025] В процессе комплексного использования высокотемпературных шлаковых гранул температура горячего воздуха, выбрасываемого из первого клапана выпуска горячего воздуха, контролируется на уровне более 600°С, температура горячего воздуха, выбрасываемого из второго клапана выпуска горячего воздуха, контролируется на уровне более 350°С. Обычно после прохождения последнего этапа охлаждения температура шлаковых гранул понижается до 100°С. Температура горячего воздуха на выходе из последнего этапа охлаждения обычно менее 150°С. Из вышедших из зоны разгрузки шлаковых гранул после охлаждения получают искусственный керамзит, который применяется в качестве строительного материала или для окучивания растений, либо гранулы мелко измельчают как минимум до 100 меш (80%), потом используют в качестве активного материала для бетона или добавки в цемент.
[0026] В процессе комплексного использования высокотемпературных шлаков эксплуатируется холодильное оборудование в виде моноциклической холодильной машины или ленточного охладителя. Клапан впуска холодного воздуха находится в нижней части тележки. Клапан выпуска холодного воздуха находится в верхней части тележки (можно использовать способ подачи воздуха сверху и выведения воздуха снизу). Моноциклическая холодильная машина вдоль периметра делится как минимум на две секции охлаждения (оптимальный вариант - 2-5 секций, длина каждой секции желательно одинаковая), которые отделяются перегородкой. Ленточный охладитель вдоль периметра делится как минимум на две секции охлаждения (оптимальный вариант - 2-5 секций), которые отделяются перегородкой. В первой секции охлаждения, прилегающей к зоне подачи сырья, находится первый клапан выпуска горячего воздуха. Во второй секции охлаждения, прилегающей к первой секции охлаждения, находится второй клапан выпуска горячего воздуха. В остальных секциях охлаждения, прилегающих ко второй секции, находятся клапаны выпуска горячего воздуха.
[0027] Установка распыления, находящаяся в башне гидратации, состоит как минимум из двух распыляемых слоев, расположенных на разной высоте в камере башни гидратации. Как минимум два распыляемых слоя состоят из слоя распыления жидкой фосфорной кислоты и слоя распыления концентрированной фосфорной кислоты. Слой распыления концентрированной фосфорной кислоты находится над слоем распыления жидкой фосфорной кислоты. Загрузочная труба слоя распыления концентрированной фосфорной кислоты соединяется с системой циркуляции и распыления кислотной жидкости. Загрузочная труба слоя распыления жидкой фосфорной кислоты соединяется с трубопроводом для транспортировки и циркуляции раствора жидкой фосфорной кислоты, находящейся в башне улавливания тумана фосфорной кислоты. Раствор жидкой фосфорной кислоты в башне улавливания тумана фосфорной кислоты просачивается в башню гидратации. Система циркуляции и распыления фосфорной кислоты, трубопроводом соединяясь с башней улавливания тумана фосфорной кислоты, подает раствор циркуляционной фосфорной кислоты, находящейся в башне гидратации, в башню улавливания тумана фосфорной кислоты.
3
3
[0028] Охладитель кислоты представляет собой теплообменную плиту, расположенную в смесителе и состоящую из колец модифицированных графитовых или нержавеющих стальных труб. В трубу проникает циркуляционная охлаждающая вода, происходит смешение, раствор фосфорной кислоты, поступающий в охладитель кислоты, на теплообменной плите создает принудительный конвективный теплообмен. Печные дымовые газы шага (1) проходят через теплообмен с раствором циркуляционной и распыляемой концентрированной фосфорной кислоты и охлаждаются в системе охлаждения башни гидратации, температура понижается до 75°С ~ 130°С. Процентная концентрация массы раствора циркуляционной распыляемой фосфорной кислоты башни гидратации составляет 60% ~ 90%. Температура концентрированной фосфорной кислоты башни гидратации при поступлении в башню контролируется на уровне 50°С ~ 80°С. Соотношение газа и жидкости, распыляемых в башне, контролируется на уровне 1 л/м ~ 20 л/м.
[0029] Для процесса очищения фосфорной кислоты используется очистительный бак. В бак добавляется активированный уголь, горная мука, десульфуратор и добавка, снижающая содержание мышьяка. Доза активированного угля и горной муки составляет 0.1%-2% от количества неочищенной фосфорной кислоты. Десульфуратором являются растворимые соли бария, их доза больше в 2-4 раза теоретической нормы (в соответствии с формулой химической реакции). В качестве добавки, снижающей содержание мышьяка, выступают сероводород или сульфид натрия, их доза больше в 2-4 раза теоретической нормы (в соответствии с формулой химической реакции). Время реакции перемешивания - 0.5-2 часа. После реакции перемешивания продукт переносится насосом в систему фильтрации, после фильтрации получается фосфорная кислота.
3
3
[0030] Башня улавливания тумана фосфорной кислоты представляет собой скрубберную башню с противотоком и функцией ожижения, состоит из промывочной трубы и разделительного бака. Дымовые газы, выходящие из выпускного отверстия башни гидратации, поступают в промывочную трубу башни улавливания тумана фосфорной кислоты. После соединения раствора циркуляционной жидкой кислоты, распыляемой в промывочной трубе снизу вверх, с противотоком дымовых газов, идущих сверху вниз, образуется пенная зона. Дымовые газы после прохождения через пенную зону соприкасаются с обширной, непрерывно обновляющейся поверхностью раствора жидкой фосфорной кислоты. В пенной зоне происходит улавливание, рост полимеризации и теплообмен частиц тумана фосфорной кислоты. Путем адиабатического испарения влаги в растворе циркуляционной жидкой фосфорной кислоты температура дымовых газов понижается до 60°С - 90°С. Газ и жидкость из промывочной трубы поступают в бак разделения внизу башни, где происходит разделение на газ-жидкость. Бак разделения одновременно выполняет функцию бака циркуляции кислоты (бак циркуляции раствора жидкой фосфорной кислоты). Большая часть раствора циркуляционной жидкой фосфорной кислоты после попадания в нижнюю часть бака разделения циркуляционным насосом возвращается в промывочную трубу, меньшая часть поступает в башню гидратации. Процентная концентрация массы раствора циркуляционной распыляемой жидкой кислоты, находящейся в башне улавливания фосфорной кислоты, составляет 10% ~ 50%. Температура раствора жидкой фосфорной кислоты - 40°С - 70°С. Соотношение распыляемых газа-жидкости в башне улавливания фосфорной кислоты удерживается на уровне 3 л/м ~ 25 л/м. Большая часть тумана фосфорной кислоты в дымовых газах, выходящих из башни гидратации, переносится в циркуляционный раствор жидкой фосфорной кислоты.
[0031] Выбрасываемые из выпускного отверстия в башне улавливания тумана фосфорной кислоты дымовые газы вновь проникают в башню разделения и ликвидации тумана, где проходит дальнейшее разделение на газ-жидкость. В нижней части башни разделения и ликвидации тумана предусмотрена конструкция по сбору капель фосфорной кислоты, похожая на циклонный пылеуловитель. Выросшие капли фосфорной кислоты с помощью центробежной силы улавливаются из дымовых газов. В верхней части башни разделения и ликвидации тумана встроен туманоуловитель с шелковой сеткой, который улавливает еще не выросшие капли фосфорной кислоты в дымовых газах.
Промывочное устройство, работающее в режиме онлайн, установлено в башне разделения и ликвидации тумана, там, где находится отверстие для выпуска дымовых газов, над туманоуловителем с шелковой сеткой. С одной стороны, промывочное устройство является устройством пополнения воды всей технологической системы, с другой стороны, оно, промывая, способствует улавливанию тумана фосфорной кислоты в дымовых газах. Также оно выполняет функцию промывочного устройства туманоуловителя с шелковой сеткой.
[0032] Процесс рекуперации фтора состоит из следующих этапов.
(1) Одноступенчатая абсорбция фтора.
Дымовые газы с содержанием фтора, выбрасываемые из башни разделения и ликвидации тумана, поступают в трубу промывания кремнефтористой кислоты в одноступенчатой башне абсорбции фтора. Дымовые газы в направлении сверху вниз и циркуляционный раствор кремнефтористой кислоты, впрыскиваемый в сопло в направлении снизу вверх, вступают в газожидкостный двухфазный контакт, а также тепло-, массообмен и химические реакции. После реакции образуется кремнефтористая кислота. Одновременно энтальпия в дымовых газах путем адиабатического испарения влаги в циркулирующем растворе кремнефтористой кислоты частично перемещается в водяной пар.
(2) Одноступенчатое разделение на газ-жидкость.
Газ и жидкость, находящиеся в трубе промывания кремнефтористой кислоты, полностью перемещаются в бак разделения кремнефтористой кислоты для разделения на газ-жидкость. После разделения газ через отверстие для выпуска дымовых газов в одноступенчатой башне поглощения фтора поступает в трубу двухступенчатого промывания кремнефтористой кислоты в двухступенчатой башне поглощения фтора. Жидкость после разделения сохраняется в баке разделения кремнефтористой кислоты и циркуляционным трубопроводом, оснащенным циркуляционным насосом, возвращается в трубу промывания кремнефтористой кислоты для осуществления вышеописанного этапа одноступенчатой абсорбции фтора.
(3) Двухступенчатая абсорбция фтора.
Дымовые газы, поступающие в трубу двухступенчатого промывания кремнефтористой кислоты, в направлении сверху вниз вступают в полноценный двухфазный газожидкостный контакт с раствором циркуляционной кремнефтористой кислоты, впрыскиваемым в сопло в направлении снизу вверх, а также между ними происходит тепло-, массообмен и химические реакции. После реакции образуется кремнефтористая кислота. Одновременно энтальпия в дымовых газах за счет теплообмена частично перемещается в циркуляционный раствор кремнефтористой кислоты.
(4) Двухступенчатое газожидкостное разделение.
Газ и жидкость, находящиеся в трубе двухступенчатого промывания кремнефтористой кислоты, полностью перемещаются в бак двухступенчатого разделения кремнефтористой кислоты для разделения на газ-жидкость. После разделения газ через отверстие для выпуска дымовых газов в башне двухступенчатого поглощения фтора поступает в последующую хвостовую абсорбционную башню для обработки. Жидкость после разделения сохраняется в баке двухступенчатого разделения кремнефтористой кислоты, часть циркуляционным трубопроводом, оснащенным циркуляционным насосом, возвращается в трубу двухступенчатого промывания кремнефтористой кислоты для осуществления вышеописанного этапа двухступенчатой абсорбции фтора, часть подается в бак разделения кремнефтористой кислоты в башне одноступенчатой абсорбции фтора.
(5) Количество раствора кремнефтористой кислоты в башне одноступенчатой абсорбции фтора непрерывно растет. Излишки раствора кремнефтористой кислоты после фильтрации и удаления силиконового геля становятся побочным продуктом кремнефтористой кислоты.
[0033] Башня одноступенчатого поглощения фтора и башня двухступенчатого поглощения фтора представляют собой скрубберные башни с противотоком и функцией ожижения. Башня одноступенчатого поглощения фтора состоит, главным образом, из трубы промывания кремнефтористой кислоты и бака разделения кремнефтористой кислоты. Выпускное отверстие трубы промывания кремнефтористой кислоты соединено с серединой бака разделения кремнефтористой кислоты. В верхней части бака разделения кремнефтористой кислоты находится отверстие для выхода дымовых газов, в нижней части проходит отверстие для выпуска раствора кремнефтористой кислоты, которое циркуляционным трубопроводом с циркуляционным насосом соединяется с соплом трубы промывания кремнефтористой кислоты.
Башня двухступенчатого поглощения фтора состоит, главным образом, из двухступенчатой трубы промывания кремнефтористой кислоты и бака двухступенчатого разделения кремнефтористой кислоты. Отверстие для выпуска дымовых газов башни одноступенчатого поглощения фтора соединено трубопроводом с впускным отверстием трубы двухступенчатого промывания кремнефтористой кислоты. Выпускное отверстие трубы двухступенчатого промывания кремнефтористой кислоты соединено с серединой бака двухступенчатого разделения кремнефтористой кислоты. В верхней части последнего располагается отверстие для выпуска дымовых газов и влагоуловитель (влагоуловитель регулярно омывается раствором кремнефтористой кислоты для поддержания эффекта влагоуловления). В нижней части находится выпускное отверстие для раствора кремнефтористой кислоты. Последнее циркуляционным трубопроводом с циркуляционным насосом соединяется с соплом трубы двухступенчатого промывания кремнефтористой кислоты и баком разделения кремнефтористой кислоты в башне одноступенчатой абсорбции фтора.
[0034] На циркуляционном трубопроводе башни двухступенчатого поглощения фтора также установлен охладитель кремнефтористой кислоты. Циркуляционный раствор кремнефтористой кислоты, поступающий в трубу промывания кремнефтористой кислоты, обрабатывается, охлаждаясь в охладителе кремнефтористой кислоты.
3
3
3
3
3
3
3
3
[0035] Процентная концентрация массы раствора циркуляционной кремнефтористой кислоты, используемой во время одноступенчатой абсорбции фтора, - 8% ~ 25% (более оптимально 10% ~ 20%). Температура раствора циркуляционной кремнефтористой кислоты - 25°С ~ 65°С (более оптимально - 50°С ~ 65°С), соотношение распыляемых газа-жидкости удерживается на уровне 3 л/м ~ 25 л/м (более оптимально 3 л/м ~ 6 л/м). Процентная концентрация массы раствора циркуляционной кремнефтористой кислоты, используемой во время двухступенчатой абсорбции фтора, - 0.5% ~ 5%. Температура циркуляционного раствора кремнефтористой кислоты - 25°С ~ 65°С (более оптимально - 45°С ~ 60°С), соотношение распыляемых газа-жидкости удерживается на уровне 3 л/м ~ 25 л/м (более оптимально 3 л/м ~ 6 л/м).
[0036] Отверстие для выпуска дымовых газов башни двухступенчатого поглощения фтора соединяется с хвостовой абсорбционной башней. Хвостовая абсорбционная башня представляет собой пустую башню распыления. В нижней части хвостовой абсорбционной башни находится выпускное отверстие для дымовых газов. Наверху в башне находится слой распыления, внизу - бак, в котором щелочь поглощает жидкость. Выпускное отверстие бака поглощения жидкости щелочью соединяется циркуляционным трубопроводом, оснащенным циркуляционным насосом, со слоем распыления в хвостовой абсорбционной башне. Значение рН поглощения щелочью жидкости контролируется на уровне >8.
[0037] Преимущества настоящего изобретения по сравнению с современной технологией заключаются в следующем.
(1) По сравнению с традиционной многоступенчатой технологией дробления в настоящем изобретении для первичной обработки предлагается использовать оптимизированное модернизированное дробильное оборудование с высоким коэффициентом дробления. Оно не только может существенно сократить потребление энергии, но и снизить капиталовложения в дробильное оборудование и технологические затраты, улучшить эффективность дробления. Кроме того, настоящее изобретение предлагает для каждого вида основного сырья свое отдельное дробильное и шлифовальное оборудование. Метод индивидуального дробления и размалывания гарантирует в значительной степени стабильный состав сырья и предотвращает большие колебания в соотношении компонентов сырья. Метод использования шлифовального оборудования, укомплектованного калорифером, не требует процесса дегидратации сырья и различного рода руд, упрощает технологический процесс. Одновременно с этим потребление энергии, требующейся для измельчения руды, снижается на более чем 20%. Для гомогенизации порошка фосфорной руды используется метод воздушной гомогенизации, что способствует стабилизации химического состава фосфорной руды, таким образом, становится возможным промышленное стабильное производство.
[0038] (2) В процессе формования композитных окатышей добавляемое связующее вещество не только отличается простым составом, широким ассортиментом источников сырья и низкой себестоимостью, но и хорошим склеивающим эффектом связующего вещества. В нашем изобретении гарантируется легкое получение однородности связующего вещества, незначительные колебания в составе композитных окатышей (диапазон колебаний в соотношении компонентов смеси удерживается на уровне 5%). Сушилка композитных окатышей в настоящем изобретении также прошла модернизацию.
Во-первых, она делится на три секции сушки так, что композитные сырые гранулы проходят процесс сушки с низкого до высокого диапазона. В первой секции используется отработанное тепло низкотемпературного горячего воздуха, выходящего из третьей секции, для осуществления низкотемпературной сушки влажных композитных сырых гранул в начальном этапе сушилки. С одной стороны, используются остаточные ресурсы тепла, с другой стороны, так как температура воздушного потока в первой секции низкая, становится возможным эффективное предотвращение повреждения окатышей из-за разрывов сырых композитных гранул, что гарантирует качество композитных окатышей, поступающих в печь. Во 2 секцию поступает среднетемпературный горячий воздух без влаги, вызывая высокую разницу в температуре, что, в условиях неразрывания окатышей, обеспечивает ускорение сушки окатышей. Наконец, влажность композитных гранул, поступающих в 3 секцию, понижается до менее 4%. В это время может проникать высокотемпературный горячий воздух, что, в условиях неразрывания окатышей, обеспечивает ускорение процесса консолидации гранул. Влажность в окатышах, выходящих из сушилки, удерживается на уровне ≤1.0%, прочность на сжатие окатышей ≥250 кН/одна гранула, прочность на оседание ≥20 раз/1 метр, что гарантирует в полной мере, что печь во время восстановления и вращения не выйдет из строя и обеспечивает нормальное функционирование процесса восстановления окатышей.
[0039] (3) Выпускное отверстие выбрасывателя дымовых газов на загрузочном конце печи расположено в одном направлении с осевой линией печи (для удобного размещения трубы башни гидратации и для оптимального смещения). Таким образом, выходящие из печи дымовые газы, поступая в дымоход выпускного отверстия, не создают больших смещений в направлении движения, что предотвращает центробежное физическое оседание метафосфорной кислоты, находящейся в выходящих из печи дымовых газах, в загрузочном конце печи. Благодаря незначительному оседанию в печи метафосфорной кислоты увеличивается срок формирования хвостовых колец, повышается рабочая эффективность печи. Футеровка, расположенная в зоне предварительного нагревания, состоит из двух слоев композитных материалов, часть возле корпуса барабана сделана из глинистой шихты, часть возле внутренней камеры вращающейся печи состоит из шихты с карбидом кремния. Трудность возникновения реакции между карбидом кремния и метафосфатами способствует самостоятельному оседанию под собственной силой тяжести образовавшихся твердых метафосфатов в зоне предварительного нагревания печи. Снаружи коробки загрузочного конца печи установлен скребок, изготовленный из жаропрочной нержавеющей стали. Формирование хвостовых колец приводит к тому, что гранулы из загрузочного конца печи возвращаются в материал. Сначала прекращается топливоподача, нагревающая печь, и поступление в печь гранул. Потом происходит процесс вытягивания в печи скребка, за счет самовращения печи начинается нарезание и выскабливание уплотнительных колец в загрузочном конце печи.
[0040] (4) В технологии комплексного использования высокотемпературных шлаковых гранул настоящего изобретения полностью используются источники отработанного тепла высокотемпературных шлаковых гранул. Отработанное тепло используется в качестве дополнительного тепла реакции восстановления. Значительно снижается потребление в печи электроэнергии. Отработанное тепло используется также в качестве источника тепла, необходимого для сушки композитных сырых гранул. В полной мере используются ресурсы термической энергии разнотемпературного горячего воздуха на разных стадиях охлаждения, что способствует более полному использованию энергоресурсов на протяжении всего технологического процесса. Для шлаковых гранул после охлаждения также характерно высокоэффективное использование с высокой добавленной стоимостью. Они выводятся не сразу, что не только снижает разрушение и загрязнение окружающей среды, вызываемые твердыми отходами, но и обеспечивает эффективное использование отходов.
2
5
[0041] (5) Технология и оборудование по производству фосфорной кислоты были существенно модернизированы и оптимизированы. Конструкция всего оборудования значительно упрощена, технологический процесс более рационализирован, стал более адаптивным. Были также модернизированы технология и оборудование рекуперации фтора, что более соответствует потребностям технологических путей гидратации и поглощения фтора. Согласно оптимизированному проекту можно осуществлять одновременную рекуперацию PO и фтора, находящихся в выходящих из печи дымовых газах, эффективное комбинирование процессов, проходящих до и после гидратации и поглощения фосфора и рекуперации фтора. В результате получается высококачественный основной продукт - фосфорная кислота и субпродукт - кремнефтористая кислота. Сырье используется полностью. Увеличена экономическая эффективность производства фосфорной кислоты. Технический проект предусматривает технологический процесс с нулевым уровнем выбросов в виде отработанного газа, отбросов и отработанной жидкости, что заметно увеличивает уровень охраны окружающей среды.
2
5
[0042] К преимуществам технологических методов настоящего изобретения относится не только рациональность технологического процесса, оптимизация, низкие инвестиции в оборудование, высокая экономическая добавленная стоимость. Настоящее изобретение решает множество существующих по настоящее время технических вопросов, связанных с производством фосфорной кислоты печным методом. Для всего процесса характерно энергосбережение и охрана окружающей среды, высокая рабочая эффективность, отличное качество продукции. Для производства фосфорной кислоты можно использовать низкосортные фосфориты. Настоящее изобретение позволяет применять все особенности дымовых газов, содержащих PO и фтор (особенно печные газы в производстве фосфорной кислоты), что имеет огромное значение для эффективного использования большого количества низкосортных фосфатов в нашей стране.
Описание прилагаемых чертежей
[0043] Фиг. 1. Принципиальная схема технологического процесса масштабного производства фосфорной кислоты с использованием вращающейся печи.
[0044] Фиг. 2. Принципиальная схема технологического процесса этапов первичной обработки сырья.
[0045] Фиг. 3. Конструктивная схема мощного смесителя.
[0046] Фиг. 4. вид А-А на фиг. 3.
[0047] Фиг. 5. Принципиальная конструктивная схема сушилки с перегородками.
[0048] Фиг. 6. вид В-В на фиг. 5.
[0049] Фиг. 7. Конструктивная схема вращающейся печи.
[0050] Фиг. 8. Вид А-А на фиг. 7.
[0051] Фиг. 9. Вид В-В на фиг. 7.
[0052] Фиг. 10. Вид С-С на фиг. 7.
[0053] Фиг. 11. Конструктивная схема механизма очищения печи.
[0054] Фиг. 12. Вид D-D на фиг. 11.
[0055] Фиг. 13. Принципиальная схема рабочего времени механизма очищения печи.
[0056] Фиг. 14. Вид Е-Е на фиг. 13.
[0057] Фиг. 15. Схема принципа работы оборудования охлаждения высокотемпературных шлаковых гранул (вид сверху).
[0058] Фиг. 16. Вид В-В на фиг. 15.
[0059] Фиг. 17. Схема производственного процесса метода комплексного использования высокотемпературных шлаков.
[0060] Фиг. 18. Принципиальная конструктивная схема технологической системы гидратации и поглощения фосфора и рекуперации фтора.
[0061] Фиг. 19. Чертеж конструкции башни гидратации в увеличенном масштабе.
[0062] Фиг. 20. Чертеж конструкции башни улавливания тумана фосфорной кислоты в увеличенном масштабе.
[0063] На чертежах следующими позициями обозначены:
1. Башня гидратации. 11. Отверстие для впуска дымовых газов. 12. Отверстие для выпуска дымовых газов. 13. Распылительная установка. 14. Отверстие для загрузки жидкости. 15. Отверстие для выпуска жидкости. 16. Резервуар для кислотной жидкости. 17. Система охлаждения. 18. Охладитель кислоты. 2. Циркуляционный насос 21. Фильтр-пресс. 22. Фильтровальная установка. 23. Оборудование очищения фосфорной кислоты. 24. Слой распыления концентрированной фосфорной кислоты. 25. Слой распыления жидкой фосфорной кислоты. 3. Башня улавливания тумана фосфорной кислоты. 31. Промывочная труба. 32. Разделительный бак. 34. Отверстие для впуска кислотной жидкости. 35. Сопло. 4. Башня разделения и ликвидации тумана. 41. Промывочное устройство, работающее в режиме онлайн. 42. Туманоуловитель с шелковой сеткой. 43. Крышка. 44. Клапан для впуска холодного воздуха. 45. Первый клапан для выпуска горячего воздуха. 46. Второй клапан для выпуска горячего воздуха. 47. Перегородка. 49. Высокотемпературные шлаковые гранулы. 5. Одноступенчатая башня поглощения фтора. 51. Труба промывания кремнефтористой кислоты 52. Бак разделения кремнефтористой кислоты. 53. Отверстие для выпуска кремнефтористой кислоты. 54. Оборудование очищения кремнефтористой кислоты. 55. Топливное сопло. 56. Слой шихты с карбидом кремния. 57. Слой глинистой шихты. 58. Слой алюминиевой шихты. 6. Башня двухступенчатого поглощения фтора. 61. Труба двухступенчатого промывания кремнефтористой кислоты. 62. Бак двухступенчатого разделения кремнефтористой кислоты. 63. Охладитель кремнефтористой кислоты. 7. Хвостовая абсорбционная башня. 71.Узел привода. 72. Загрузочная воронка. 73. Смеситель 74. Корпус. 75. Плуг, переворачивающий сырье. 76. Разгрузочное отверстие. 77. Загрузочная каретка. 78. Корпус сушильной печи. 79. Пылеуловитель. 8. Вентилятор. 80. Секция низкотемпературной сушки. 81. Секция среднетемпературной сушки. 82. Секция высокотемпературной сушки. 83. Клапан для впуска воздуха. 84. Теплоизоляционный слой. 85. Воздуховыпускное отверстие. 86. Вентиляционное отверстие. 90. Большая шестерня привода. 91. Коробка разгрузочного конца печи. 92. Опорный ролик. 93. Корпус печи. 94. Малая шестерня привода. 95. Приводное устройство. 96. Коробка загрузочного конца печи. 97. Дымоход выходного отверстия. 98. Загрузочная труба. 99. Динамическое уплотнение загрузочного конца печи. 100. Динамическое уплотнение разгрузочного конца печи. 101. Футеровка для обжигательной печи. 102. Оболочка барабана. 103. Мотор-редуктор. 104. Станина. 105. Поворотная ось. 106. Опорная ферма. 107. Дверная коробка печи. 108. Платформа. 109. Колесо. 110. Скребок. 111. Опорное устройство. 112. Тележка. 113. Термобатарея. 114. Насос системы газоудаления.
[0064] Конкретные примеры
Ниже представленные чертежи к инструкции и конкретные примеры реализации описывают данное изобретение, но этим не ограничивается область защиты данного изобретения.
[0065] Примеры реализации способа
Усовершенствованный способ производства фосфорной кислоты, поясняемый фиг. 1, состоит из следующих этапов:
1. Как показано на Фиг. 2, технологическая система первичной обработки включает в себя независимые друг от друга системы первичной обработки углеродсодержащего восстановителя, фосфорной и кварцевой руд, по отдельности подвергающиеся первичной обработке по системе первичной обработки углеродсодержащего восстановителя, фосфорной и кварцевой руд. Выходное отверстие систем первичной обработки углеродсодержащего восстановителя, фосфорной и кварцевой руд первым конвейерным оборудованием соединяется с устройством смешения материала внутренней сферы гранул. С другой стороны выходное отверстие систем первичной обработки углеродсодержащего восстановителя, фосфорной и кварцевой руд вторым конвейерным оборудованием соединяется с устройством смешения материала оболочки. Угольный материал (коксовая пыль или нефтяной кокс) используется в качестве углеродного восстановителя. Система первичной обработки углеродного восстановителя состоит, главным образом, из одностадийного дробильного оборудования, промежуточного бункера подачи угольного материала, шлифовального оборудования, бункера для хранения угольной пыли и устройства дозирования, последовательно соединенных между собой. Система первичной обработки фосфорной руды состоит из одностадийного дробильного оборудования, промежуточного бункера фосфорной руды, шлифовального оборудования, гомогенизатора и устройства дозирования, последовательно соединенных между собой. Система первичной обработки кварцевой руды состоит из двухстадийного дробильного оборудования с замкнутым контуром, промежуточного бункера кварцевой руды, шлифовального оборудования, бункера для хранения порошка кварцевой руды и устройства дозирования, последовательно соединенных между собой. В одностадийном дробильном оборудовании, используемом в системах первичной обработки углеродного восстановителя и фосфорной руды, используется молотковая дробилка. Двухстадийное дробильное оборудование с замкнутым контуром, используемое в системе первичной обработки кварцевой руды, состоит, главным образом, из щековой дробилки, сепаратора и конусной дробилки, последовательно соединенных между собой. Разгрузочное отверстие конусной дробилки соединено с отверстием подачи сырья сепаратора. В шлифовальном оборудовании систем первичной обработки углеродсодержащего восстановителя и фосфорной руды используется вертикальная мельница. В шлифовальном оборудовании системы первичной обработки кварцевой руды используются шаровая мельница и/или пресс-валковая машина высокого давления. Каждое шлифовальное оборудование отдельно посредством конвейеров по сбору измельченного материала соединяется с бункером хранения угольного порошка, гомогенизатором и бункером хранения порошка кварцевого порошка. Каждое шлифовальное оборудование оснащено калорифером, передающим процессу дробления горячий воздух. Каждый конвейер по сбору измельченного материала состоит из циклонного оборудования по сбору измельченного материала, рукавного оборудования по сбору материала и вентилятора. Воздуховыпускное отверстие вентилятора соединяется с каждым калорифером соответствующей системы первичной обработки или выводится напрямую. Метод первичной обработки сырья заключается главным образом в использовании исходного угля, фосфорной и кварцевой руд для осуществления первичной обработки в системах первичной обработки углеродного восстановителя, фосфорной и кварцевой руд. После первичной обработки угольный порошок, порошок фосфорной и кварцевой руд поступают в устройство смешения материала внутренней сферы гранул для перемешивания гранул. После первичной обработки угольный порошок и порошок кварцевой руды также поступают в устройство смешения материала оболочки для перемешивания. Метод первичной обработки сырья состоит из следующих этапов:
[0066] 1.1. Первичная обработка угольного материала.
Сначала 200 мм угольный материал (коксовая пыль или нефтяной кокс) одностадийным дробильным оборудованием (можно использовать молотковую или роторную дробилку или комбинированную дробильную установку, объединяющую молотковую и роторную дробилки) измельчается до размеров гранул менее 12 мм. Затем измельченный гравийный материал отправляется в промежуточный бункер угольного материала. Промежуточный бункер угольного материала через измерительное оборудование подачи материала отправляет гравийный материал в вертикальную мельницу (или ветряную угольную мельницу) для измельчения. С помощью дозирующего устройства можно стабилизировать загрузку мельницы. После того как вертикальная мельница измельчит поступивший материал до 100-325 меш, комбинированный пылеуловитель (состоящий из циклонного оборудования по сбору порошка и рукавного оборудования по сбору порошка) собирает порошковый материал (также можно осуществлять сбор отдельно рукавным пылесборником высокой концентрации) и подает в бункер хранения угольного материала. В процессе измельчения калорифер непрерывно вырабатывает горячий воздух, высушивая влагу, находящуюся в порошковом материале. Весь процесс первичной обработки угольного материала отличается высокой степенью измельчения, сберегает потребление энергии при измельчении, снижает инвестиции и технологическую себестоимость.
[0067] 1.2. Первичная обработка фосфорной руды.
Сначала 200 мм фосфорную руду одностадийным дробильным оборудованием (можно использовать молотковую или роторную дробилку или комбинированную дробильную установку, объединяющую молотковую и роторную дробилки) измельчают до размеров гранул менее 12 мм. Затем измельченный гравийный материал отправляется в промежуточный бункер фосфорной руды. Промежуточный бункер фосфорной руды через измерительное оборудование подачи материала отправляет гравийный материал в вертикальную мельницу (или ветряную шаровую мельницу) для измельчения. С помощью дозирующего устройства можно стабилизировать загрузку мельницы. После того как вертикальная мельница измельчит поступивший материал до 100-200 меш, комбинированный пылеуловитель (состоящий из циклонного оборудования по сбору порошка и рукавного оборудования по сбору порошка) собирает порошковый материал (также можно осуществлять сбор отдельно рукавным пылесборником высокой концентрации) и подает в гомогенизатор. В процессе измельчения калорифер непрерывно вырабатывает горячий воздух, высушивая влагу, находящуюся в порошковом материале. Весь процесс первичной обработки фосфорной руды отличается высокой степенью измельчения, сберегает потребление энергии при измельчении, снижает инвестиции и технологическую себестоимость.
[0068] 1.3. Первичная обработка кварцевой руды.
Сначала 200 мм кварцевую руду двухстадийным дробильным оборудованием с замкнутым контуром (можно использовать молотковую или роторную дробилку или комбинированную дробильную установку, объединяющую молотковую и роторную дробилки) измельчают до размеров гранул менее 12 мм. Затем измельченный гравийный материал отправляется в промежуточный бункер кварцевой руды. Промежуточный бункер кварцевой руды через измерительное оборудование подачи материала отправляет гравийный материал в пресс-валковую машину высокого давления (также можно использовать пресс-валковую машину высокого давления и шаровую мельницу вместе) для измельчения. С помощью дозирующего устройства можно стабилизировать загрузку мельницы. После того как шлифовальное оборудование измельчит поступивший материал до 100-200 меш, комбинированный пылеуловитель (состоящий из циклонного оборудования по сбору порошка и рукавного оборудования по сбору порошка) собирает порошковый материал (также можно осуществлять сбор отдельно рукавным пылесборником высокой концентрации) и подает в бункер хранения кварцевой руды. В процессе измельчения калорифер непрерывно вырабатывает горячий воздух, высушивая влагу, находящуюся в порошковом материале.
[0069] 1.4. Угольный материал, отправляемый транспортным оборудованием в бункер хранения угольного материала, выступает одновременно в качестве сырья для внутренней части и оболочки гранул. Порошок кварцевой руды, отправляемый транспортным оборудованием в бункер хранения кварцевой руды, выступает одновременно в качестве сырья для внутренней части и оболочки гранул. Порошок кварцевой руды, отправляемый транспортным оборудованием в гомогенизатор, размешивается и гомогенизируется с помощью сжатого воздуха. Можно использовать разрывной или непрерывный гомогенизатор. Размер гомогенизированного материала больше 4. Гомогенизатор также выступает в качестве бункера хранения фосфорной кислоты.
[0070] 2. Заготовка внутренней части гранул.
После первого этапа (1) первичной обработки порошок углеродсодержащего восстановителя (в нашем примере используется угольный порошок размером более 200 меш, например коксовая пыль, порошок антрацита или нефтяной кокс), порошок фосфорной (более 150 меш) и кварцевой руд (более 150 меш) добавляются в силовую смесительную машину в соответствии с требованиями к соотношению компонентов композитных окатышей. Для измерения во время составления смеси используются электронные весы. Одновременно добавляется связующее вещество.
[0071] Метод заготовки связующего вещества состоит из следующих этапов. В качестве сырья выступают выветренный уголь, содержащий гуминовую кислоту (или торф, бурый уголь) и каустическая сода. В нашем примере содержание гуминовой кислоты в выветренном угле составляет более 40%. Каустическую соду (93% гидроксид натрия) и водяную смесь смешивают в таких пропорциях, чтобы получился раствор гидроксида натрия с процентной концентрацией массы 2%. Путем шарового помола осуществляется смешивание выветренного угля с раствором гидроксида натрия в соотношении 1:5 (твердое - жидкое тело). Время помола - 20 мин. Смесь поступает в реакционный сосуд, оснащенный смесителем. Включается смеситель, температура нагревается до 90°С для реакции синтеза, время реакции - 30 мин. Продукты реакции фильтруются, полученный фильтрат и является связующим веществом. В нашем примере связующее вещество представляет собой смешанный раствор, содержащий натрий гуминовых кислот. Концентрация в процентах по массе натрия гуминовых кислот в связующем веществе - 8%.
[0072] В силовую смесительную машину, как показано на фиг. 3, входит наклонный вращающийся смесительный бак. В смесительный бак входит корпус 74 и вращающийся смеситель 73, встроенный в бак. Наверху бака находятся загрузочная воронка 72 и приводной узел 71. С одной стороны бака установлен плуг, переворачивающий сырье 75, в нижней части бака находится разгрузочное отверстие 76. Принцип работы силовой смесительной машины: во время смешивания направление вращения смесительного бака противоположно направлению вращения смесителя (фиг. 4). После добавления вышеописанного сырья наклонный вращающийся смесительный бак приходит во вращательное движение, противоположное вращательному движению (против часовой стрелки) смесителя. Это приводит к тому, что рассеянная смесь создает циркуляционный поток, стимулируя, таким образом, мощное смешение. Встречное вращение смесителя и смесительного бака может также привести к турбулентному течению, чем достигается эффект полного равномерного перемешивания. Силовая смесительная машина обеспечивает последовательную загрузку и разгрузку сырья, что гарантирует последовательность производственного процесса.
[0073] После полного смешения смесь поступает в бункер. В нижней части бункера установлено измерительное оборудование подачи сырья, измеряющее с помощью электронных весов. Измерительное оборудование подачи сырья может состоять из дискового питателя и электронных весов. Осуществляется сравнение измерения электронными весами и настройки количества подачи. В случае обнаружения отклонений в скорости вращения диска дискового питателя, количество подачи сырья и заданное значение выравниваются автоматически настроенной компьютерной системой контроля (можно также использовать другие измерительные устройства подачи сырья, оснащенные электронными весами).
2
2
5
[0074] В нашем примере во внутренней сфере гранул молярное отношение CaO/SiO - 0.3 (можно менее 0.6 или более 6.5). Дозирование порошка углеродного восстановителя в три раза больше теоретического количества PO, содержащегося в порошке фосфорной руды. Соотношение массы порошка углеродного восстановителя и кварцевой руды в оберточном материале - 2.5:1 (возможен диапазон 1.5-5:1). Смесь после полного перемешивания через измерительное оборудование подачи сырья поступает в дисковой гранулятор для обработки гранул. Во время гранулирования добавляется связующее вещество в виде капель или туманообразных облаков, добавляемое количество составляет 4%-6% от массы смеси, после гранулирования получается внутренняя сфера гранул.
[0075] 3. Формование композитных окатышей.
3.1. Приготовление оберточного материала: порошок углеродосодержащего восстановителя и порошок кварцевой руды добавляются в силовую смесительную машину в соответствии с требованиями к дозировке. Одновременно добавляется связующее вещество в соответствии с добавленным количеством композитных окатышей. После полного равномерного перемешивания получается оберточный материал. Принцип работы и функциональная структура силовой смесительной машины на данном этапе и на 2 этапе аналогичны. Силовую смесительную машину можно заменить роликовым шлифовальным станком или влажной мельницей с последовательными загрузкой и разгрузкой сырья.
[0076] 3.2. Формование композитных сырых окатышей.
2
Внутренняя сфера гранул, полученная после выхода из шарового сегмента на этапе 2, проходит двухрядное роликовое просеивание (для этого используется двухрядный роликовый сепаратор). Внутренняя сфера гранул, соответствующая технологическим требованиям к размерам гранул после просеивания, поступает в дисковой гранулятор для процесса обертывания. Одновременно в дисковой гранулятор поступает оберточный материал, полученный на этапе 3.1. В процессе обертывания добавляется каплеобразное или туманообразное связующее вещество. Добавляемое количество - 4%-6% от всей массы оберточного материала. После обертывания снаружи внутренней сферы гранул образуется разделитель между зоной восстановления и зоной окисления, получаются сырые гранулы. После двухрядного роликового просеивания внутренняя сфера гранул, размеры которой не соответствуют установленным размерам гранул, отправляется в роликовый шлифовальный станок (или влажную мельницу) для измельчения. В процессе измельчения, в соответствии с потребностью роликового шлифовального станка во влажности сырья, можно выборочно добавлять материал внутренней сферы гранул с прежнего этапа дозировки. Потом материал возвращается в циркуляцию по замкнутому контуру, созданную в силовой смесительной машине на этапе 2, для полного использования технологического сырья, при этом во время технологического процесса уменьшаются выброс отработанных веществ и излишние траты. В нашем примере выдерживающее давление композитных сырых гранул - 10 Н/одна гранула, интенсивность падения - 10 раз/0.5 м. В нашем примере диапазон колебаний в молярном соотношении CaO/SiO сырых гранул удерживается на уровне 5%.
[0077] 3.3. Соединение во время сушки.
Композитные сырые гранулы, полученные на шаге 3.2, поступают в сушильную машину с перегородками. Как изображено на фиг. 5 и 6, в состав сушильной машины входит корпус сушильной печи 78, состоящий из секции низкотемпературной сушки 80, секции среднетемпературной сушки 81 и секции высокотемпературной сушки 82. В верхней части корпуса печи 78 находится клапан для впуска горячего воздуха 83, в нижней части - воздуховыпускное отверстие 85, на окружающей оболочке - теплоизоляционный слой 84.
В камере корпуса печи 78 установлены загрузочные тележки 77, которые, соединяясь спереди и сзади, создают кольцеобразную форму. Над тележками 77 находится вентиляционное отверстие 86, которое работает на цепном приводе. Ременной привод с гнездом приводит загрузочные тележки 77 в циклическое вращение, осуществляя непрерывный процесс конвейерной сушки. В нижней части корпуса печи 78 установлен пылеуловитель 79 с тем, чтобы перерабатывать пыль, создаваемую в процессе сушки. В процессе транспортировки материала композитных сырых гранул сырье вертикально сверху вниз поступает в сухой горячий воздух с целью просушивания.
[0078] Рабочие принципы сушильной машины с перегородками: направление движения и транспортировки вдоль композитных сырых загрузочных тележек 77 делится на три секции сушки: низкотемпературный, среднетемпературный и высокотемпературный. Композитные сырые гранулы сначала поступают в секцию низкотемпературной сушки 80, низкотемпературный горячий воздух 130°С-200°С проникает в секцию низкотемпературной сушки 80, происходит вытяжная вентиляция сверху вниз (или раздувание снизу вверх). Низкотемпературный горячий воздух вертикально проходит через слой композитных сырых гранул, осуществляя сквозное просушивание композитных сырых гранул. Источником низкотемпературного горячего воздуха является отработанный газ, выброшенный через отверстие для выхода высокотемпературного горячего воздуха в секции высокотемпературной сушки 82 и через вентилятор поступающий в секцию низкотемпературной сушки 80. В этой секции, с одной стороны, используется отработанное тепло низкотемпературного воздуха, вышедшего из секции высокотемпературной сушки 82, с другой стороны, из-за низкой температуры воздушного потока в секции низкотемпературной сушки 80 эффективно предотвращаются разрывы влажных композитных сырых гранул, приводящих к порче гранул, что гарантирует качество композитных окатышей, поступающих в последующем в печь. Композитные сырые гранулы, прошедшие процесс сушки в секции низкотемпературной сушки 80, входят в секцию среднетемпературной сушки 81 для просушки. Среднетемпературный горячий воздух 200°С-250°С проникает в секцию среднетемпературной сушки 81, происходит вытяжная вентиляция сверху вниз (или раздувание снизу вверх). Среднетемпературный горячий воздух вертикально проходит через шихту, осуществляя сквозное просушивание композитных сырых гранул. В секцию среднетемпературной сушки попадает среднетемпературный горячий воздух без пара, создается высокая температурная разница, что приводит к ускорению просушки окатышей при условии отсутствия разрывов. Композитные сырые гранулы после просушивания в секции среднетемпературной сушки 81 поступают в секцию высокотемпературной сушки 82 для просушивания. В конце процесса сушки влажность в композитных окатышах в секции высокотемпературной сушки 82 падает до менее 4%. Высокотемпературный горячий воздух 250°С - 350°С проникает в секцию высокотемпературной сушки 82, происходит вытяжная вентиляция сверху вниз (или раздувание снизу вверх). Высокотемпературный горячий воздух вертикально проходит через шихту, осуществляя окончательное просушивание композитных сырых гранул. Высокотемпературный горячий воздух в секции высокотемпературной сушки 82 выбирается из остаточного тепла отработанных газов, выходящих из этапа охлаждения печи. Можно дополнительно установить калорифер для продувки. Отработанный газ, выбрасываемый из секций низкотемпературной сушки 80 и среднетемпературной сушки 81, можно собирать вентилятором. Когда удаление пыли пылеулавливателем 79 соответствует экологическим требованиям, газ через дымоход выбрасывается в атмосферу.
[0079] Композитные окатыши, полученные после просушки и схватывания, имеют структуру капсида (оболочка покрывает внутреннюю сферу) - ядро-оболочка. Внутренняя сфера состоит, главным образом, из материала для внутренней сферы и связующего вещества. Оболочка состоит из оберточного материала и связующего вещества. Материал для внутренней сферы состоит из порошка углеродного восстановителя, порошка фосфорной и кварцевой руд. Добавляемое количество связующего вещества для внутренней сферы составляет 6% (можно и 1% - 10%) от массы материала для внутренней сферы. Оберточный материал состоит из порошка углеродного восстановителя и порошка кварцевой руды. Добавляемое количество связующего вещества для оболочки составляет 6% (можно и 1% - 10%) от массы оберточного материала. Внутренняя сфера и оболочка с помощью смеси связующего вещества формируют структуру в форме ядро-оболочка. Влажность композитных окатышей удерживается на уровне ≤1.0%, средняя прочность на сжатие окатышей ≥250 кН/одна гранула, интенсивность оседания составляет ≥20 мм/1 м. Эти показатели дают гарантию того, что композитные окатыши во время последующего восстановительного вращения в печи не разрушатся, что обеспечивает успешное проведение восстановительного процесса композитных окатышей.
[0080] В нашем примере композитные окатыши после выхода из сушильной машины через вибрационное сито (можно и не устанавливать) отсеивают разрушенные в процессе просушивания разрушенные композитные окатыши (часть менее 5 мм), уменьшая количество порошкообразного материала, впоследствии входящего в печь. Таким образом, замедляется цикл образования колец из сырья в высокотемпературной секции печи. Композитные окатыши, выйдя из вибрационного сита, с коробки загрузочного конца печи по питающему рукаву через изолированный пневмоклапан поступают в печь для последующего высокотемпературного восстановления.
[0081] 4. Восстановление.
Как показано на фиг. 7-10, вращающаяся печь состоит из корпуса печи 93, коробки разгрузочного конца 91, коробки загрузочного конца 96 и приводного устройства 95, приводящего в движение корпус печи 93. Приводное устройство 95 состоит из электродвигателя, соединенной с электродвигателем малой шестерни привода 94, скрепленной с малой шестерней привода 94 большой шестерни привода 90, опорного ролика 92, поддерживающего корпус печи 93. Между коробкой разгрузочного конца печи 91 и корпусом печи 93 находится динамическое уплотнение разгрузочного конца печи 100. Между коробкой загрузочного конца 96 и корпусом печи 93 находится динамическое уплотнение загрузочного конца печи 99. В месте разгрузочного конца корпуса печи 93 находятся топливные сопла 55 и отверстия для выхода высокотемпературных шлаковых гранул. В месте коробки загрузочного конца печи 96 корпуса печи 93 встроена загрузочная труба 98 и дымоход выходного отверстия 97, соединенный с башней гидратации. Загрузочная труба 98 соединена с камерой печи. Наверху корпуса печи 93 нет воздухопровода. Дымоход 97 расположен на осевой линии печи. Направление подачи дымовых газов в дымоходе 97 практически параллельно направлению осевой линии печи. Корпус печи 93 снаружи состоит из оболочки барабана 102 и футеровки 101, находящейся внутри оболочки барабана 102. Корпус печи 93 вдоль направления длины печи делится на зону восстановления и зону предварительного нагревания. Зона восстановления находится рядом с коробкой разгрузочного конца печи 91, зона предварительного нагревания находится возле коробки загрузочного конца печи 96. Длина зоны восстановления занимает 1/3-3/5 всей длины корпуса печи 93 (в нашем примере ), длина зоны предварительного нагревания занимает 2/5-2/3 всей длины корпуса печи 93 (в нашем примере ). Футеровка 101 состоит из композитного огнеупорного бетона (или композитного огнеупорного кирпича). Как видно из фиг. 9, футеровка 101 зоны восстановления состоит из глинистой шихты 57, находящейся возле оболочки барабана 102 и алюминиевой шихты 58, находящейся возле камеры печи (глинозем ≥65%). Из фиг. 10 видно, что футеровка 101 зоны предварительного нагревания состоит из глинистой шихты 57 возле оболочки барабана 102 и шихты с карбидом кремния 56 возле камеры печи. Коробка загрузочного конца 96 печи снаружи оснащена механизмом очищения печи. Как показано на чертежах 11 и 12, механизм очищения печи установлен на платформе 108. В нижней части механизма очищения печи находится колесо109, вращающееся на платформе 108, колесо 109 приводится в движение мотор-редуктором 103. Главная часть механизма очищения печи - станина 104. На ней установлена поворотная ось 105 с электроприводом. Поворотная ось 105 в горизонтальном направлении вытягивается за станину 104. Рядом находится опорная ферма 106, на свободном конце вытяжной части поворотной оси 105 находится скребок 110 (из нержавеющей огнеупорной стали), постепенно вытягивающийся в коробке загрузочного конца печи 96 (за счет вращения скребка свободно подается лезвие) и оставляющий следы от царапин на стенках камеры. Если образование хвостовых колец приводит к возвращению гранул из хвостовой части печи в сырье, прекращается подача топлива, нагревающего печь, и поставка гранул в печь. Скребок 110 в это время медленно вытягивается в печи, за счет вращения печи разрезает и удаляет уплотнительные кольца печи.
[0082] В нашем примере этап восстановления состоит из следующих операций: материал композитных окатышей, полученных на этапе (3), из загрузочной трубы 98 загрузочного конца печи поступает в камеру печи, загораются сопла сжигания топлива 55. Температура в зоне восстановления в печи достигает 1300°С ~ 1450°С. Материал фосфорной руды в печи в условиях высокой температуры после восстановления восстановителем вырабатывает печные дымовые газы. Установление выпускного отверстия дымохода 97 в загрузочном конце печи в одном направлении с осевой линией печи (параллельно осевой линии печи) способствует тому, что дымовых газы, выходящие из загрузочного конца печи, во время поступления в дымоход 97 не создают больших смещений в направлении движения. И препятствуют центробежному физическому оседанию метафосфорной кислоты, находящейся в выходящих из печи дымовых газах, в месте загрузочного конца печи. Метафосфорная кислота, находящаяся в печном воздухе, вслед за дымовыми газами поступает в башню гидратации, соединившись здесь с водой, становится ортофосфорной кислотой. В нашем примере футеровка 101, расположенная в зоне предварительного нагревания, состоит из двойного слоя композитного огнеупорного бетона (или композитного огнеупорного кирпича). Часть футеровки, находящейся возле оболочки барабана 102, представляет собой глинистую шихту 57, изготовленную из глинистого материала. Часть футеровки, находящейся возле камеры печи, представляет собой шихту с карбидом кремния 56, изготовленную из карбида кремния. Из-за сложного взаимодействия карбида кремния с метафосфатами значительно снижается сила сцепления метафосфатов, оседающих во время реакции на футеровке 101 в зоне предварительного нагревания в печи. Такая структура футеровки предотвращает появление узловых колец во время реакции метафосфатов с футеровкой 101. Самостоятельно оседание метафосфатов приводит к дальнейшему ослаблению узловых колец в загрузочном конце печи, что коробка загрузочного конца печи снаружи укомплектована чистым печным механизмом. В нем встроен скребок, который, постепенно вытягиваясь, вводится в коробку загрузочного конца вращающейся печи, оставляя следы от царапин во внутренних стенах ее камеры. Когда сырьевые шарики, которые хвостовыми уплотнительными кольцами печи формируются из технологического сырья, выходят из печи с места загрузочного конца и возвращаются в материал, то сначала прекращается топливоподача, нагревающая печь, и поступление печь сырьевых шариков, печь освобождается от сырьевых шариков. Потом происходит процесс вытягивания в печи скребка, находящегося в чистом печном механизме, снова используется самовращение печи, и начинается нарезание и выскабливание уплотнительных колец в загрузочном конце печи. В чистящем печном механизме, находящемся снаружи коробки загрузочного конца 96 печи, встроен скребок 110 из жароупорной нержавеющей стали, который, постепенно вытягиваясь, вводится в коробку загрузочного конца печи 96, оставляя следы от царапин во внутренних стенах ее камеры. Когда гранулы, которые узловыми кольцами загрузочного конца печи формируются из технологического сырья, выходят из печи с места загрузочного конца и возвращаются в материал, сначала прекращается топливоподача, нагревающая печь, и поступление в печь гранул, печь освобождается от гранул. Потом происходит процесс вытягивания из дверной коробки 107 в печи скребка 110, находящегося в чистом печном механизме, за счет самовращения печи начинается нарезание и выскабливание уплотнительных колец в загрузочном конце печи (рабочие принципы чистящего печного механизма см. на фиг. 13 и 14). Наш пример показывает, что с помощью гарантийных мер и технических средств эффективно решаются многие сложные вопросы, связанные с уплотнительными кольцами загрузочного конца печи в технологии производства фосфорной кислоты.
2
2
2
2
2
[0083] Кроме того, в направлении длины корпуса печи 93 установлено множество термобатарей 113, контролирующих температуру в печи. Термобатареи 113 с помощью проводных колец или беспроводных устройств приема и передачи соединены с устройством контроля температуры и индикатором, находящимся снаружи печи. Установление термобатарей 113 позволяет выполнять следующее условие: самая высокая температура композитных окатышей CaO/SiO внутренней сферы гранул с молярным соотношением менее 0.6 не превышает установленную температуру 1370°С, самая высокая температура композитных окатышей CaO/SiO внутренней сферы гранул с молярным соотношением более 6.5 не превышает установленную температуру 1450°С. В разгрузочном конце печи установлен промышленный телевизор, контролирующий режим работы печи. Над дымоходом 97 выпускного отверстия коробки загрузочного конца печи 96 установлен насос системы газоудаления 114, вытягивающий газ. После того как, с помощью образца насоса 114, удаляется порошковая пыль путем промывания образца газа, газоанализатор, в который поступают CO и О, контролирует содержание CO и О в дымовых газах, выходящих из печи. Так лучше контролируется диапазон содержания CO и О в выходящих из печи дымовых газах (обычно 0-5%).
[0084] В нашем примере осевая линия вращающейся печи составляет угол α 1.2° ~ 2.9° (в примере - 2.3°) с горизонтальной поверхностью, отношение длины корпуса печи 3 к диаметру 10~25:1 область (в примере 15:1). Наполняемость вращающейся печи - 7% ~ 25% (в примере 13%), скорость вращения печи - 0.6 об/мин ~ 3 об/мин (в примере -1 об/мин). Толщина огнеупорного материала - 200 мм - 280 мм (в нашем примере 220 мм).
[0085] 5. Этапы комплексного использования высокотемпературных шлаковых гранул, как показано на фиг. 17. Холодильное оборудование.
5.1. Высокотемпературные шлаковые гранулы 49, выходящие из вращающейся печи, подаются в зону подачи материала моноциклической холодильной машины (или ленточного охладителя). Как показано на фиг. 15 и 16, моноциклическая холодильная машина состоит из опорного устройства 111, тележки 112 и кожуха 43. Тележка 112 находится на опорном устройстве 111, каркас кожуха 43 расположен наверху тележки 112. Зона подачи материала холодильного оборудования и зона разгрузки соединены с тележкой 112. Высокотемпературные шлаковые гранулы 49 подаются на тележку 112 холодильного оборудования. Моноциклическая холодильная машина вдоль периметра делится на 3 секции охлаждения, взаимосвязанных между собой и разделенных перегородками 47. В каждой секции установлены клапаны впуска холодного воздуха 44 и клапаны выпуска горячего воздуха. Клапаны впуска холодного воздуха 44 находятся в нижней части тележки 112. Воздушный поток между клапанами впуска холодного воздуха 44 и клапанами выпуска горячего воздуха проходит через тележку 112. Траектория движения тележки 112 по порядку проходит через зону подачи материала, клапаны впуска холодного воздуха 44 и зону разгрузки. Во всех секциях есть первая секция охлаждения, прилегающая к зоне подачи сырья, а также вторая и третья секции охлаждения, последовательно соединенных между собой. Первый клапан выпуска горячего воздуха 45 в первой секции охлаждения соединяется с камерой печи первым трубопроводом для транспортировки горячего воздуха. Второй клапан выпуска горячего воздуха 46 во второй секции охлаждения соединяется с камерой сушильной машины вторым трубопроводом для транспортировки горячего воздуха. В третьей секции охлаждения находится третий клапан выпуска горячего воздуха.
[0086] 5.2. Тележка 112 моноциклической охладительной машины, вращаясь вокруг ротационного центра (тележка приводится в движение электродвигателем или редуктором), отправляет высокотемпературные шлаковые гранулы 49 в первую секцию охлаждения. Воздуходувная машина, используемая в первой секции охлаждения в нижней части тележки 112, втягивает холодный воздух из клапанов впуска холодного воздуха 44. Холодный воздух проникает в тележку 112 первой секции охлаждения и вступает в теплообмен с горячими шлаковыми гранулами на тележке 112. В это время остаточный и не прошедший полную реакцию углерод в высокотемпературных шлаковых гранулах 49 сгорает. Горячий воздух, выбрасываемый из первого клапана выпуска горячего воздуха 45 в первой секции охлаждения после теплообмена в этой секции (температура горячего воздуха, выбрасываемого из первого клапана выпуска горячего воздуха 45, удерживается на уровне более 600°С), поступает по первому трубопроводу транспортировки горячего воздуха в корпус печи. Таким образом, он становится источником горячего воздуха в реакции окисления и восстановления в печи.
5.3. Тележка 112, вращаясь вокруг своего ротационного центра, продолжает направлять высокотемпературные шлаковые гранулы 49 из первой секции охлаждения во вторую. Воздуходувная машина, используемая во второй секции охлаждения в нижней части тележки 112, втягивает холодный воздух из клапанов впуска холодного воздуха 44. Холодный воздух проникает в тележку 112 второй секции охлаждения и вступает в теплообмен с горячими шлаковыми гранулами на тележке 112. Горячий воздух, выбрасываемый из второго клапана выпуска горячего воздуха 46 во второй секции охлаждения после теплообмена в этой секции (температура горячего воздуха, выбрасываемого из второго клапана выпуска горячего воздуха 46, удерживается на уровне более 350°С), поступает по второму трубопроводу транспортировки горячего воздуха в сушилку композитных сырых гранул. Таким образом, он становится источником горячего воздуха в реакции окисления и восстановления в печи.
5.4. Тележка 112, вращаясь вокруг своего ротационного центра, продолжает направлять высокотемпературные шлаковые гранулы 49 из второй секции охлаждения в третью. Воздуходувная машина, используемая в третьей секции охлаждения в нижней части тележки 112, втягивает холодный воздух из клапанов впуска холодного воздуха 44. Холодный воздух проникает в тележку 112 третьей секции охлаждения и вступает в теплообмен с горячими шлаковыми гранулами на тележке 112. Горячий воздух, выбрасываемый из третьего клапана выпуска горячего воздуха, после теплообмена и после пылеудаления выходит из дымовой трубы 48 (или может также поступать в сушильную машину). Пройдя этап охлаждения, шлаковые гранулы из зоны разгрузки выводятся наружу. Из них изготавливают искусственный керамзит, который используется как строительный материал или удобрение для растений. Либо после охлаждения шлаковые гранулы мелко измельчаются минимум до 100 меш в количестве 80%. Потом используются как активный материал для изготовления бетона или как комплексная добавка для изготовления цемента.
[0087] Гидратация, поглощение фосфора и рекуперация фтора.
Этап гидратации и поглощения фосфора отображен на фиг. 18. Технологическая система этого этапа вмещает в себя систему изготовления фосфорной кислоты и оборудование рекуперации фтора. Система изготовления фосфора состоит из башни гидратации 1, системы циркуляции и распыления кислотной жидкости, башни улавливания тумана фосфорной кислоты 3 и башни разделения и ликвидации тумана 4. Башня гидратации 1 представляет собой пустую распылительную башню (см. фиг. 19). В нижней части башни гидратации 1 находится отверстие для впуска дымовых газов 11, выходящих из печи. В верхней части находится отверстие для выпуска дымовых газов 12 после гидратации и поглощения. В камере башни гидратации 1 над отверстием для впуска дымовых газов 11 установлено устройство распыления 13. Отверстие для впуска жидкости 14 системы циркуляции и распыления кислотной жидкости находится в нижней части башни гидратации 1. Отверстие для выпуска жидкости 15 системы распыления и циркуляции кислотной жидкости соединено с трубой загрузки жидкости устройства распыления 13. В системе циркуляции и распыления кислотной жидкости также располагается резервуар для кислотной жидкости 16 и циркуляционный насос 2. На облицовке внешней стороны камеры башни гидратации 1 находится система охлаждения 17. Охлаждающая вода в системе охлаждения 17 поступает снизу, выходит сверху. Кроме того, возле системы распыления и циркуляции кислотной жидкости рядом с отверстием для впуска жидкости 14 расположен охладитель кислоты 18. Выпускное отверстие охладителя кислоты 18 соединяется с впускным отверстием резервуара кислотной жидкости 16. Выпускное отверстие резервуара кислотной жидкости 16 циркуляционным насосом 2 соединяется с трубой загрузки жидкости устройства распыления 13. Все это формирует систему распыления и циркуляции кислотной жидкости. Башня улавливания тумана фосфорной кислоты 3 представляет собой промывочную башню с противотоком и функцией ожижения, состоит из промывочной трубы 31 и разделительного бака 32. Отверстие для выхода дымовых газов 12 в башне гидратации 1 соединяется трубопроводом с входом промывочной трубы 31. Выходное отверстие промывочной трубы 31 соединяется с серединой разделительного бака 32. В верхней части разделительного бака 32 находится отверстие для выхода дымовых газов 12, в его нижней части расположено отверстие для выхода кислотной жидкости 33. Отверстие для выхода кислотной жидкости 33 соединено с соплами 35 промывочной трубы 31 циркуляционным трубопроводом, оснащенным циркуляционным насосом 2 (см. фиг. 20). Разделительный бак 32 также выполняет функции бака циркуляции кислоты циркуляционного конвейерного трубопровода в башне улавливания тумана фосфорной кислоты 3.
[0088] С целью двухстороннего пропитывания кислотой между башней гидратации 1 и башней улавливания фосфорной кислоты 3 устройство распыления 13 башни гидратации 1 оснащено 3 слоями распыления, находящимися на разной высоте в камере в башне гидратации 1. Три слоя распыления включают в себя слой распыления жидкой фосфорной кислоты 25 и два слоя распыления концентрированной фосфорной кислоты 24 (см. фиг. 19). Два слоя концентрированной фосфорной кислоты 24 расположены над слоем распыления жидкой фосфорной кислоты 25. Труба загрузки жидкости слоя распыления концентрированной фосфорной кислоты 24 соединяется с системой циркуляции и распыления кислотной жидкости башни гидратации 1. Труба загрузки жидкости слоя распыления жидкой фосфорной кислоты 25 соединяется с циркуляционным конвейерным трубопроводом башни улавливания тумана фосфорной кислоты 3. Это обеспечивает проникновение кислотной жидкости, находящейся в башне улавливания тумана фосфорной кислоты 3, в башню гидратации 1. Кроме того, транспортировочный трубопровод за циркуляционным насосом в системе циркуляции и распыления кислотной жидкости трубой соединяется с отверстием для впуска кислотной жидкости 34 башни улавливания фосфорной кислоты 3. С учетом объединения последующих процессов фильтрации и очищения фосфорной кислоты, на трубе было установлено сальниковое устройство фильтрации 22. Отверстие впуска кислоты сальникового устройства фильтрации 22 трубой связано с системой циркуляции и распыления кислотной жидкости. Отверстие для выпуска фильтрата сальникового устройства фильтрации 22 разветвляется на три пути. Первый - отверстие впуска кислотной жидкости 34 башни улавливания тумана фосфорной кислоты 3, второй путь соединяется с наружной стороны с оборудованием очистки фосфорной кислоты 23, третий путь соединяется с резервуаром кислотной жидкости 16. Отверстие для выхода нижнего течения сальникового устройства фильтрации 22 трубопроводом соединяется с отверстием загрузки материала фильтр-пресса 21. Переливная труба фильтр-пресса 21 трубопроводом соединяется с резервуаром кислотной жидкости 16 в системе циркуляции и распыления кислотной жидкости для полной реализации вторичной переработки, чем обеспечивается высокий выход фосфорной кислоты. Нижнее течение сальникового устройства фильтрации 22 периодически насосом отправляется в фильтр-пресс 21 для фильтрации, чтобы устранить находящиеся в системе циркуляции и распыления кислотной жидкости твердые вещества.
[0089] Отверстие для выпуска дымовых газов 12 башни улавливания тумана фосфорной кислоты 3 трубопроводом соединяется с нижней частью башни разделения и ликвидации тумана 4. В верхней части башни разделения и ликвидации тумана 4 находится отверстие для выпуска дымовых газов 12 для выброса дымовых газов после гидратации и поглощения фосфора. В нижней части расположено отверстие для выхода кислотной жидкости 33, отверстие для выхода кислотной жидкости 33 трубопроводом соединяется с отверстием впуска кислотной жидкости 34 в башне улавливания тумана фосфорной кислоты 3. В башне разделения и ликвидации 4 расположено промывочное устройство, работающее в режиме онлайн 41. Вода, добавляемая в промывочное устройство, работающее онлайн 41, является одновременно дополнительной водой всего процесса, включающего гидратацию, поглощение и производство фосфорной кислоты. По трубопроводу вода постепенно возвращается в верхнее течение башни улавливания тумана 3 и башни гидратации 1. В верхней части башни разделения и ликвидации тумана 4 установлен туманоуловитель с шелковой сеткой 42.
[0090] Оборудование рекуперации фтора состоит из башни одноступенчатого поглощения фтора 5 и башни двухступенчатого поглощения фтора 6. В башне одноступенчатого поглощения фтора 5 и башне двухступенчатого поглощения фтора 6 используется скруббер с противотоком и функцией ожижения. Башня одноступенчатого поглощения фтора 5 состоит, главным образом, из трубы промывания кремнефтористой кислоты 51 и бака разделения кремнефтористой кислоты 52. Впускное отверстие трубы промывания кремнефтористой кислоты 51 соединяется с конвейерным трубопроводом дымовых газов после гидратации и поглощения фтора. Выпускное отверстие трубы промывания кремнефтористой кислоты 51 соединяется с серединой бака разделения кремнефтористой кислоты 52. В верхней части бака разделения кремнефтористой кислоты 52 находится выпускное отверстие для дымовых газов 12, в нижней части находится отверстие для выхода кремнефтористой кислоты 53. Отверстие для выхода кремнефтористой кислоты 53 циркуляционным конвейерным трубопроводом, оснащенным циркуляционным насосом 2, соединяется с соплами 35 трубы промывания кремнефтористой кислоты 51. Бак разделения 52 кремнефтористой кислоты совмещает функцию бака циркуляции кислоты циркуляционного конвейерного трубопровода. Конструкция башни двухступенчатого поглощения фтора 6 аналогична конструкции одноступенчатого поглощения фтора 5. Башня двухступенчатого поглощения фтора 6 состоит, главным образом, из трубы двухступенчатого промывания кремнефтористой кислоты 61 и бака двухступенчатого разделения кремнефтористой кислоты 62. Клапан выпуска дымовых газов 12 башни одноступенчатого поглощения фтора 5 соединяется трубопроводом с впускным клапаном трубы двухступенчатого промывания кремнефтористой кислоты 61. Выпускное отверстие трубы двухступенчатого промывания кремнефтористой кислоты 61 соединяется с серединой бака двухступенчатого разделения кремнефтористой кислоты 62. В верхней части бака двухступенчатого разделения кремнефтористой кислоты 62 находится клапан выпуска дымовых газов 12, в нижней части находится клапан выпуска кремнефтористой жидкости 53. Клапан выпуска кремнефтористой кислоты 53 циркуляционным конвейерным трубопроводом, оснащенным циркуляционным насосом 2, соединятся с соплами 35, находящимися в трубе двухступенчатого промывания кремнефтористой кислоты 61. На циркуляционном конвейерном трубопроводе башни двухступенчатого поглощения фтора 6 находится охладитель кремнефтористой кислоты 63. Впускное отверстие охладителя кремнефтористой кислоты 63 соединено с циркуляционным насосом 2. Выпускное отверстие делится на два направления. Одно направление соединено с соплами 35, находящимися в трубе двухступенчатого промывания кремнефтористой кислоты 61. Другое направление соединяется со слоем распыления, находящимся в верхней части бака двухступенчатого разделения кремнефтористой кислоты 62. Бак двухступенчатого разделения кремнефтористой кислоты 62 совмещает функцию бака циркуляции кислоты циркуляционного конвейерного трубопровода. Выпускное отверстие циркуляционного насоса 2 башни двухступенчатого поглощения фтора 6 трубой соединяется с отверстием впуска жидкости, находящимся в баке разделения кремнефтористой кислоты 52 башни одноступенчатого поглощения фтора 5. Таким образом, избыточный раствор кремнефтористой кислоты башни двухступенчатого поглощения фтора 6 поступает в башню поглощения фтора 5. Для достижения соответствующего норме уровня выбросов всех загрязнителей мы подсоединили оборудование рекуперации фтора к хвостовой абсорбционной башне 7, представляющей собой пустую башню распыления. Клапан выпуска дымовых газов 12 башни двухступенчатого поглощения фтора 6 трубопроводом соединяется с клапаном впуска дымовых газов 11 хвостовой абсорбционной башни 7. В верхней части хвостовой абсорбционной башни 7 установлен клапан выпуска дымовых газов 12. Наверху в башне находится слой распыления, в нижней части установлена коробка поглощения каустической соды, выпускное отверстие которой циркуляционным конвейерным трубопроводом, оснащенным циркуляционным насосом 2, соединено с каждым слоем распыления, находящимися в хвостовой абсорбционной башне 7, образуя систему поглощения, циркуляции и распыления хвостовых газов. Отверстие для выпуска кремнефтористой кислоты 53 соединено трубопроводом, оснащенным загрузочным насосом, с оборудованием очистки кремнефтористой кислоты 54 (или оборудованием обработки виллиомита). Перед поступлением в оборудование очистки кремнефтористой кислоты 54 сначала осуществляется процесс фильтрации фильтр-прессом 21. Переливная труба фильтр-пресса 21 трубопроводом соединяется с оборудованием очистки кремнефтористой кислоты 54.
[0091] Метод гидратации, поглощения и рекуперации фтора в дымовых газах состоит из следующих шагов.
2
5
2
5
2
5
2
5
2
5
4
2
5
2
5
2
3
4
3
3
3
6.1. Гидратация и поглощение PO в башне гидратации: после вышеописанного этапа 4 выходящие из печи дымовые газы, содержащие PO и фтор (содержание PO 80 Nm), с температурой выше 500°С через клапан впуска дымовых газов в нижней части башни гидратации 1 поступают в башню. Включается циркуляционный насос 2 системы циркуляции и распыления кислотной жидкости. Раствор концентрированной фосфорной кислоты башни гидратации 1 выходит через верхний и средний слои распыления концентрированной фосфорной кислоты 24. Часть выходит через сопла самого верхнего слоя концентрированной фосфорной кислоты по косой вниз на внутренние стенки башни, другая часть выходит через сопла вертикально вниз. Сопла, находящиеся в средних и нижних слоях распыления, распыляют вертикально вниз. Раствор распыляемой концентрированной фосфорной кислоты контактирует с противотоком входящих в башню дымовых газов, содержащих PO и фтор, происходит теплообмен. Между содержащимся в дымовых газах PO и водой происходит химическая реакция производства фосфорной кислоты. Больше половины фосфорной кислоты поглощается и соединяется с распыляемой жидкостью. Из оставшейся части образуется туман фосфорной кислоты для сохранения в газовой фазе. Фтор в дымовых газах (например, SiF, HF и т.д.) в условиях высокой температуры концентрированной фосфорной кислоты очень сложно поглощается и попадает в распыляемую жидкость. Дымовые газы обмениваются теплом с циркуляционной распыляемой концентрированной кислотой относительно низкой температуры с целью охлаждения системы охлаждения 17 в башне гидратации 1. Температура понижается до 75°С - 130°С. Температура концентрированной фосфорной кислоты в башне гидратации 1 повышается до 70°-95°С. В зависимости от количества влаги, содержащейся в дымовых газах, концентрация в процентах по массе концентрированной фосфорной циркуляционной распыляемой кислоты выбирается в пределах 60% ~ 90% (в нашем примере используется раствор фосфорной кислоты с концентрацией 70% - 85%). Температура при поступлении в башню концентрированной фосфорной кислоты удерживается на уровне 50°С ~ 80°С, соотношение распыляемых жидкости-газа удерживается на уровне 3 л/м ~ 20 л/м. В выходящих из печи дымовых газах содержится много тумана фосфорной кислоты в форме туманообразных облаков, которые не оседают в башне 1, а вместе с дымовыми газами выходят из нее. Башня гидратации 1 выполняет двойную функцию - охлаждения дымовых газов и гидратации и поглощения PO. Здесь происходит реакция PO + 3НО = 2НРО. Оседающий в башне гидратации 1 раствор концентрированной фосфорной кислоты в конце через отверстие загрузки жидкости 14 поступает в систему циркуляции и распыления кислотной жидкости, потом втекает в охладитель кислоты 18. Охладитель 18 кислоты представляет собой теплообменную плиту, расположенную в смесителе и состоящую из колец модифицированных графитовых или нержавеющих стальных труб. В трубу проникает циркуляционная охлаждающая вода, происходит смешение. Раствор фосфорной кислоты, поступающий в охладитель кислоты 18, на теплообменной плите создает принудительный конвективный теплообмен. Повышается коэффициент теплопередачи. Часть энтальпии в концентрированной фосфорной кислоте перемещается в циркуляционную охлаждающую воду охладителя 18. Количество теплоты раствора циркуляционной концентрированной фосфорной кислоты, проходящего через охлаждающую воду, непрерывно растет. Циркуляционная кислотная жидкость, вытекающая из выпускного отверстия охладителя 18, поступает резервуар кислотной жидкости 16. Циркуляционным насосом 2 снова возвращается в сопла верхнего и среднего слоев концентрированной фосфорной кислоты 24 для циркуляции и распыления.
[0092] 6.2. Улавливание тумана фосфорной кислоты в башне улавливания тумана фосфорной кислоты.
3
3
Вещества газовой фазы (или дымовые газы), выбрасываемые через клапан выпуска дымовых газов 12 в верхней части башни гидратации 1, поступают в промывочную трубу 31 башни улавливания тумана фосфорной кислоты 3.Башня улавливания тумана фосфорной кислоты представляет собой скрубберную башню с противотоком и функцией ожижения. В промывочную трубу 31 снизу вверх впрыскивается раствор циркуляционной жидкой фосфорной кислоты. После контакта раствора циркуляционной жидкой кислоты с высокоскоростным противотоком дымовых газов, идущих сверху вниз, в зоне границы между газом и жидкостью образуется мощная турбулентная зона, после достижения равновесия кинетической энергии жидких тел формируется устойчивая пенная зона определенной высоты (пузырьковая колонна). Дымовые газы после прохождения через пенную зону соприкасаются с обширной, непрерывно обновляющейся поверхностью раствора жидкой фосфорной кислоты. В пенной зоне происходит улавливание, рост полимеризации и теплообмен частиц тумана фосфорной кислоты. Большая часть тумана фосфорной кислоты, содержащаяся в дымовых газах, переходит в раствор циркуляционной жидкой фосфорной кислоты. Скорость потока дымовых газов абсорбционной зоны - 10 м/с ~ 30 м/с. Соотношение газа-жидкости - 3 L/m ~ 25 L/m. По сравнению с туманоуловителем Вентури традиционного горячего метода производства фосфорной кислоты, при условии одинакового эффекта устранения тумана, башня улавливания тумана фосфорной кислоты настоящего изобретения значительно сокращает потери динамического напора оборудования и снижает потребление энергии устройства получения кислоты.
[0093] В качестве циркуляционного распыляемого раствора в башне улавливания тумана фосфорной кислоты 3 используется раствор жидкой фосфорной кислоты с концентрацией в процентах по массе 10% - 50%. Газ и жидкость из промывочной трубы 31 поступают в бак разделения 32 внизу башни, где происходит разделение на газ-жидкость. Раствор циркуляционной кислоты затекает в нижнюю часть бака разделения 32. Бак разделения 32 одновременно выполняет функцию бака циркуляции кислоты. Раствор жидкой фосфорной кислоты нижней части снова насосом 2 возвращается в промывочную трубу 31 или проникает в слой распыления жидкой фосфорной кислоты 25 башни гидратации 1.
[0094] 6.3. Улавливание тумана фосфорной кислоты башни разделения и устранения тумана.
2
5
Выбрасываемые из выпускного отверстия 12 в башне улавливания тумана фосфорной кислоты 3 дымовые газы вновь поступают в башню разделения и ликвидации тумана 4, где проходит дальнейшее разделение на газ-жидкость. С целью дальнейшего устранения тумана фосфорной кислоты, находящегося в дымовых газах, в нижней части башни разделения и ликвидации тумана предусмотрена конструкция по сбору капель фосфорной кислоты, похожая на циклонный пылеуловитель. Выросшие капли фосфорной кислоты с помощью центробежной силы улавливаются из дымовых газов. В верхней части башни разделения и ликвидации тумана встроен туманоуловитель 42 с шелковой сеткой, который улавливает еще не выросшие капли фосфорной кислоты в дымовых газах, что обеспечивает прямой выработку PO оборудованием. Вышедшие из башни разделения и устранения тумана дымовые газы после гидратации и поглощения поступают в оборудование рекуперации фтора для процесса рекуперации.
[0095] Так как в дымовых газах необходимо потреблять воду во время процесса гидратации и поглощения фосфорной кислоты, кроме того, во время понижения температуры дымовых газов испаряется часть влаги, поэтому в процессе гидратации и поглощения необходимо постоянно добавлять воду. В нашем примере количество добавляемой воды, необходимой для технологической системы, полностью добавляется из отверстия выпуска дымовых газов 12 башни разделения и ликвидации тумана 4.
2
5
4
2-
Промывочное устройство 14, работающее в режиме онлайн, не только выступает в качестве устройства пополнения воды, но выполняет также функцию промывочного устройства туманоуловителя с шелковой сеткой в верхней части башни разделения и устранения тумана 4. Вся дополнительная работа поступает в башню разделения и устранения тумана 4. Исходный раствор башни разделения и устранения тумана 4 через отверстие впуска кислотной жидкости 34 в башне улавливания тумана фосфорной жидкости 3 возвращается в башню улавливания тумана фосфорной кислоты, поэтому концентрация циркуляционной кислотной жидкости в башне улавливания фосфорной кислоты 3 может постепенно снижаться. С другой стороны, из-за непрерывного поглощения PO, находящегося в дымовых газах, в башне гидратации 1 концентрация циркулирующей кислотной жидкости постоянно увеличивается. Поэтому системе циркулирующей кислотной жидкости в башне улавливания фосфорной кислоты 3 и башне гидратации 1 требуется пропитывание кислотой с целью стабилизации концентрации циркулирующей кислотной жидкости. Кислота, поступающая из башни гидратации 1 в башню улавливания тумана фосфорной кислоты 3, отстаивается в сальниковом устройстве фильтрации 22. После фильтрации она вводится в башню улавливания фосфорной кислоты 3. Кислота, просачивающаяся из башни улавливания тумана 3 в башню гидратации 1, выводится напрямую из выпускного клапана 2 циркуляционного насоса 2 башни улавливания тумана фосфорной кислоты 3. Так как циркуляционная кислотная жидкость, находящаяся в башне гидратации 1, поглощает порошковую пыль из дымовых газов и другие примеси (во избежание накопления примесей), требуется выводить излишки из системы циркуляции и распыления кислоты в башне гидратации 1 (в соответствии с произведенным количеством - балансом материалов). Сначала в сальниковом устройстве фильтрации 22 осуществляется отстаивание и фильтрация (одноступенчатая фильтрация), часть супернатанта пропитывается кислотой в башне улавливания тумана фосфорной кислоты 3, другая часть, в качестве сырой фосфорной кислоты, проходит этап очищения. Добавляется активированный уголь, горная мука и соли бария. Стирается цвет сырой фосфорной кислоты и SO, потом с помощью рамочного фильтр-пресса 21 (двухступенчатая фильтрация) удаляются примеси, после очистки получается концентрированная фосфорная кислота.
[0096] 6.4. Одноступенчатое поглощение фтора.
Дымовые газы после гидратации и поглощения фосфора сначала отправляются в трубу промывания кремнефтористой кислоты 51 в одноступенчатой башне абсорбции фтора 5. Большая часть фтора в дымовых газах (в основном, тетрафторид кремния). Дымовые газы в направлении сверху вниз с раствором циркулирующей кремнефтористой кислоты (концентрация в процентах по массе - 10% ~ 20%), впрыскиваемым в сопла 35 в направлении снизу вверх, вступают в газожидкостный двухфазный контакт, а также тепло- и массообмен и химические реакции. После реакции большей части фтора, находящейся в дымовых газах, с водой образуется кремнефтористая кислота. Одновременно энтальпия в дымовых газах путем теплопередачи в большом количестве переходит в раствор циркулирующей кремнефтористой кислоты. Дымовые газы путем адиабатического испарения влаги в растворе циркулирующей кремнефтористой кислоты и теплопередачи раствору циркулирующей кремнефтористой кислоты охлаждаются до 50°С - 70°С. На этом этапе происходит следующая химическая реакция:
4
2
2
6
2
2
3SiF + 3HO = 2HSiF + SiO⋅HO.
[0097] 6.5. Одноступенчатое разделение на газ-жидкость.
Конечные продукты, полученные в трубе очищения кремнефтористой кислоты 51, полностью перемещаются в бак разделения кремнефтористой кислоты 52 для разделения на газ-жидкость. После разделения газ через отверстие для выпуска дымовых газов в башне одноступенчатого поглощения фтора 5 поступает в трубу двухступенчатого очищения кремнефтористой кислоты 61 башни двухступенчатого поглощения фтора 6. Жидкость после разделения остается в баке разделения кремнефтористой кислоты 52 и циркуляционным трубопроводом, оснащенным циркуляционным насосом 2, возвращается в трубу промывания кремнефтористой кислоты 51 для осуществления вышеописанного этапа 4.
[0098] 6.6. Двухступенчатая абсорбция фтора.
Дымовые газы (остатки большей части фтористых веществ, в основном, тетрафторид кремния), поступающие в трубу двухступенчатого промывания кремнефтористой кислоты 61, в направлении сверху вниз вступают в полноценный двухфазный газожидкостный контакт с раствором циркулирующей кремнефтористой кислоты (концентрация в процентах по массе - 0.5% ~ 5%), впрыскиваемым в сопла 35 в направлении снизу вверх. Также между ними происходит тепло- и массообмен и химические реакции. После реакции образуется кремнефтористая кислота. Энтальпия в дымовых газах за счет теплопередачи перемещается в раствор циркулирующей кремнефтористой кислоты. Температура продуктов после обработки на этапе 3 понижается далее до отметки, меньшей 60°С. Химические реакции, происходящие на этом этапе аналогичны реакциям на 4 этапе.
[0099] 6.7. Двухступенчатое газожидкостное разделение.
Конечные продукты, полученные в трубе двухступенчатого промывания кремнефтористой кислоты 61, полностью перемещаются в бак двухступенчатого разделения кремнефтористой кислоты 62 для разделения на газ-жидкость. В верхней части бака 62 расположен блок ликвидации тумана, выполняющий функцию устранения туманной пены, которую несут с собой дымовые газы, повышая тем самым поглощаемость фтора. Блок ликвидации тумана осуществляет чистку с помощью впрыскиваемого сверху раствора циркулирующей кремнефтористой кислоты. После разделения газ через отверстие для выпуска дымовых газов в башне двухступенчатого поглощения фтора 6 поступает в последующую хвостовую абсорбционную башню 7 для обработки. Жидкость после разделения остается в баке двухступенчатого разделения кремнефтористой кислоты 62 и циркуляционным трубопроводом, оснащенным циркуляционным насосом 2, возвращается в трубу двухступенчатого промывания кремнефтористой кислоты 61 для осуществления вышеописанного этапа 6. На циркуляционном конвейерном трубопроводе установлен охладитель кремнефтористой кислоты 63, выполняющий функцию извлечения части теплоты из раствора циркулирующей кремнефтористой кислоты, для того, чтобы реакции поглощения фтора могли происходить в наиболее благоприятных температурных условиях. Раствор циркулирующей кремнефтористой кислоты, поступающий в трубу двухступенчатого промывания кремнефтористой кислоты 61 (холодильное оборудование), проходит процесс охлаждения в охладителе кремнефтористой кислоты 63. Излишки раствора циркулирующей кремнефтористой кислоты напрямую выводятся в бак разделения кремнефтористой кислоты 52, находящийся в башне одноступенчатого поглощения фтора 5.
4
[0100] Раствор циркулирующей кремнефтористой кислоты накапливается в башне одноступенчатого поглощения фтора 5 и башне двухступенчатого поглощения фтора 6 из-за фтора (преимущественно, четырехфтористый кремний), находящегося в дымовых газах. Концентрация кремнефтористой кислоты в башне одноступенчатого поглощения фтора 5 увеличивается за счет SiF и HF, поглощаемых в дымовых газах. Излишки раствора циркулирующей кремнефтористой кислоты в башне двухступенчатого поглощения фтора 6 выбрасываются в башню одноступенчатого поглощения фтора 5 для поддержания постоянного уровня концентрации. В конце излишки раствора циркулирующей кремнефтористой кислоты в башне одноступенчатого поглощения фтора 5 подающим насосом перекачивается в фильтр-пресс 21 для фильтр-прессования и устранения силиконового геля и других твердых тел. Фильтрат в результате очищения кремнефтористой кислоты становится готовым продуктом кремнефтористой кислоты (концентрация 12%) или после обработки становится виллиомитом. Фильтр-остатки - это силиконовый гель, который после очистки и удаления примесей становится субпродуктом.
[0101] 6.8. Конечная очистительная обработка.
2
5
2
5
4
3
Дымовые газы, поступающие для обработки в хвостовую абсорбционную башню 7, в процессе движения наверх в башне 7 вступают в противоточный контакт с раствором NaOH, распыляемого вниз. Бак поглощения жидкости, находящийся в нижней части башни 7, соединяется циркуляционным насосом 2 с каждым слоем распыления в башне, образуя систему циркуляции и распыления. Для поддержания поглощающей способности абсорбирующей жидкости рН абсорбирующей жидкости должен постоянно поддерживаться на уровне выше 8, необходимо постоянно добавлять жидкий щелочной раствор (раствор гидроксила натрия). Абсорбирующая жидкость может накапливаться из-за добавления жидкого раствора NaOH и поглощения фтора, PO и других примесей, находящихся в дымовых газах. Необходимо постоянно проводить очистку сточных вод. Обработанную регенерированную воду можно вновь использовать на этапе производства сырья фосфорной кислоты печным методом. Излишки загрязняющих веществ в дымовых газах (PO, SiF, порошковая пыль и т.д.) поглощаются распыляющей жидкостью. Дымовые газы доходят до следующего этапа очистки. Достигнув государственной нормы выброса (содержание фтора в газах снижается до отметки менее 9 мг/м), выбрасываются через вытяжной вентилятор и вытяжную трубу. На этом этапе происходят следующие химические реакции:
4
2
6
2
3
2
3SiF + 6NaOH = 2NaSiF + NaSiO + 3HO,
2
5
3
4
2
PO + 6NaOH = 2NaPO + 3HO,
4
2
6
2
3
2
3SiF + 6NaOH = 2NaSiF + NaSiO + 3HO,
2
5
3
4
2
PO + 6NaOH = 2NaPO + 3HO.
[0102] Выше представлен оптимизированный пример реализации настоящего изобретения. Все исправления, изменения и улучшения на основе вышеизложенного технического решения в равной степени находятся в рамках защиты настоящего изобретения.