установка для переработки углекарбонатного минерального сырья

Формула изобретения

Установка для переработки углекарбонатного минерального сырья, выполненная с возможностью производства ацетилена, карбида кальция, негашеной и гашеной извести и углекислоты, включающая печь обжига известняка, печь для производства карбида кальция, реактор синтеза углекислоты, газогенератор, первый и второй газоотборные блоки, дозаторы, газораспределительные узлы, водоподающий узел, загрузочный узел, углезагрузочный узел, продуктопроводы и газопроводы, отличающаяся тем, что снабжена дополнительными реакторами, один из которых выполнен как реактор синтеза ацетона, второй выполнен как реактор синтеза аммиака, а третий выполнен как реактор синтеза карбамида, при этом первый газораспределительный узел дополнительно связан с первым входом реактора синтеза ацетона, второй вход которого связан с источником пара, причем его выход по ацетилену связан с хранилищем ацетона, его газовый выход по диоксиду углерода через третий газоотборный блок связан со входом третьего газового распределителя, один выход которого связан со вторым входом первого газоотборного блока, а второй выход связан с первым входом реактора синтеза карбамида, при этом газовый выход по водороду реактора синтеза ацетона через четвертый газоотборный блок связан со входом четвертого газового распределителя, один выход которого связан со вторым входом второго газоотборного блока, а второй выход связан с первым входом реактора синтеза аммиака, второй вход которого связан с источником азота, причем выход реактора синтеза аммиака через пятый газовый распределитель связан с хранилищем аммиака и вторым входом реактора синтеза карбамида, первый выход которого связан с хранилищем карбамида, а второй выход связан с источником воды, кроме того, дополнительные реакторы снабжены катализационными узлами.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к установкам для переработки углекарбонатного минерального сырья и может быть использовано при его глубокой переработке с получением карбида кальция и/или ацетилена, а также широкого спектра иных продуктов.

Известна установка для переработки углекарбонатного минерального сырья, включающая реактор обжига известняка, снабженный загрузочным и разгрузочным узлами, газопроводом для подвода высокотемпературного энергоносителя и средством его сжигания (см. а.с. СССР № 1449553, кл. С04В 2/02, 1989).

Однако в этом техническом решении невелик спектр получаемых товарных продуктов (только известь), низка экологичность производственного процесса, кроме того, осложнен процесс обеспечения производства высокотемпературным энергоносителем.

Известна также установка для переработки углекарбонатного минерального сырья, выполненная с возможностью производства ацетилена, карбида кальция, негашеной и гашеной извести и углекислоты, включающая печь обжига известняка, печь для производства карбида кальция, реактор синтеза углекислоты, газогенератор, первый и второй газоотборные блоки, дозаторы, газораспределительные узлы, водоподающий узел, загрузочный узел, углезагрузочный узел, продуктопроводы и газопроводы (RU 2256611, С01В 31/32, С04В 2/02, C01F 11/06, С07С 11/24, 2005).

В этом техническом решении также невелика глубина переработки исходного материала, в результате чего спектр получаемых товарных продуктов расширен за счет простейших материалов, не имеющих повышенного спроса на рынке.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является расширение спектра получаемых товарных продуктов и исключение загрязнения окружающей среды отходами производства.

Технический результат, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в расширении спектра получаемых товарных продуктов глубокой переработки ацетилена, обладающих высоким коммерческим потенциалом (ацетона, аммиака и карбамида), при обеспечении высокого уровня диверсификации производства и исключении появления техногенных отходов.

Поставленная задача решается тем, что установка для переработки углекарбонатного минерального сырья, выполненная с возможностью производства ацетилена, карбида кальция, негашеной и гашеной извести и углекислоты, включающая печь обжига известняка, печь для производства карбида кальция, реактор синтеза углекислоты, газогенератор, первый и второй газоотборные блоки, дозаторы, газораспределительные узлы, водоподающий узел, загрузочный узел, углезагрузочный узел, продуктопроводы и газопроводы, отличается тем, что снабжена дополнительными реакторами, один из которых выполнен как реактор синтеза ацетона, второй выполнен как реактор синтеза аммиака, а третий выполнен как реактор синтеза карбамида, при этом первый газораспределительный узел дополнительно связан с первым входом реактора синтеза ацетона, второй вход которого связан с источником пара, причем его выход по ацетилену связан с хранилищем ацетона, его газовый выход по диоксиду углерода через третий газоотборный блок, связан со входом третьего газового распределителя, один выход которого связан со вторым входом первого газоотборного блока, а второй выход связан с первым входом реактора синтеза карбамида, при этом газовый выход по водороду реактора синтеза ацетона через четвертый газоотборный блок связан со входом четвертого газового распределителя, один выход которого связан со вторым входом второго газоотборного блока, а второй выход связан с первым входом реактора синтеза аммиака, второй вход которого связан с источником азота, причем выход реактора синтеза аммиака, через пятый газовый распределитель, связан с хранилищем аммиака и вторым входом реактора синтеза карбамида, первый выход которого связан с хранилищем карбамида, а второй выход связан с источником воды, кроме того, дополнительные реакторы снабжены катализационными узлами.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию "новизна".

Признаки отличительной части формулы изобретения обеспечивают решение следующих функциональных задач:

Признаки « снабжена дополнительными реакторами, один из которых выполнен как реактор синтеза ацетона, второй выполнен как реактор синтеза аммиака, а третий выполнен как реактор синтеза карбамида » обеспечивают возможность расширения спектра получаемых товарных продуктов глубокой переработки ацетилена, обладающих высоким коммерческим потенциалом (ацетона, аммиака и карбамида), при этом обеспечивается высокий уровень диверсификации производства.

Признаки « первый газораспределительный узел дополнительно связан с первым входом реактора синтеза ацетона, второй вход которого связан с источником пара, причем, его выход по ацетилену связан с хранилищем ацетона, его газовый выход по диоксиду углерода через третий газоотборный блок связан со входом третьего газового распределителя, один выход которого связан со вторым входом первого газоотборного блока, а второй выход связан с первым входом реактора синтеза карбамида, при этом газовый выход по водороду реактора синтеза ацетона через четвертый газоотборный блок связан со входом четвертого газового распределителя, один выход которого связан со вторым входом второго газоотборного блока, а второй выход связан с первым входом реактора синтеза аммиака » обеспечивают производство ацетона и передачу его отходов на утилизацию в других функциональных узлах установки.

Признаки, указывающие, что второй вход реактора синтеза аммиака « связан с источником азота, причем выход реактора синтеза аммиака, через пятый газовый распределитель, связан с хранилищем аммиака и вторым входом реактора синтеза карбамида », обеспечивают возможность получения аммиака и утилизацию отходов, образующихся в процессе синтеза ацетона.

Признаки, указывающие, что первый выход реактора синтеза карбамида « связан с хранилищем карбамида », а его второй выход « связан с источником воды », вместе с упомянутыми выше признаками, раскрывающими связь реактора синтеза карбамида с другими узлами установки, обеспечивают производство карбамида и передачу его отходов на утилизацию в других функциональных узлах установки. Кроме того, обеспечивается утилизация отходов, образующихся в процессе синтеза ацетона.

Признаки, указывающие, что « дополнительные реакторы снабжены катализационными узлами », обеспечивают возможность протекания соответствующих процессов синтеза.

Изобретение поясняется чертежом, на котором показана принципиальная технологическая схема установки.

Установка включает печь обжига известняка 1, печь для производства карбида кальция 2, реактор синтеза углекислоты 3, газогенератор 4, а также узлы и аппараты схемы получения ацетилена: первый газоотборный блок 5, дозаторы 6 и 7, второй газоотборный блок 8, газораспределительные узлы 9 и 10, водоподающий узел 11, загрузочный узел 12, углезагрузочный узел 13, продуктопроводы 14, газопроводы 15, водопровод 16. Кроме того, показаны узлы и аппараты схемы переработки ацетилена: паропровод 17, дополнительные реакторы 18-20, источник азота 21, парогенератор 22, катализационные узлы 23-24 и 30, третий и четвертый газоотборные блоки, соответственно, 25 и 26, третий, четвертый и пятый газораспределительные узлы, соответственно, 27, 28 и 29.

Печь 1 для обжига известняка имеет известную конструкцию. Она герметизирована, снабжена загрузочным узлом 12, обеспечивающим подачу известняка, и продуктопроводом 14, например, выполненным в виде направляющего желоба с дозатором 6, обеспечивающим отбор из потока извести (СаО), получаемой при обжиге известняка части, предназначенной для передачи потребителю, понятно, что если такое не предусмотрено, этот узел используется только в качестве питателя второго реактора 2. Печь 1 посредством газопровода 15 связана с первым газоотборным блоком 5 (в качестве которого используются известные комплекты газоочистного оборудования, обеспечивающие отбор СО₂ ).

Печь 2, для производства карбида кальция, снабжена углезагрузочным узлом 13 известной конструкции и газоотборным блоком 8 (в качестве которого используются известные комплекты газоочистного оборудования, обеспечивающие отбор СО). Если на этом этапе производства предусмотрено использование ацетилена как высокотемпературного энергоносителя, то печь для производства карбида кальция должна иметь соответствующие теплообменные элементы (на чертеже не показаны), обеспечивающие утилизацию тепла, получаемого при сжигании ацетилена, и его передачу материалам-реагентам (С и СаО).

Первый 5 и второй 8 газоотборные блоки посредством газопроводов 15 связаны с реактором синтеза углекислоты 3, подключенным также к водоподающему узлу 11 (выполненному в виде емкости с водой, снабженной насосным и дозирующим и контрольно-измерительным оборудованием известной конструкции, обеспечивающим по водопроводу 16 подачу воды в реактор 3 для синтеза Н₂СО₃ и к парогенератору 22). Выход реактора 3 через продуктовод 14 связан с хранилищем углекислоты (на чертеже не показано), конструкция которого определяется формой поставки углекислоты потребителю, т.е. сжиженная или «сухой лед», и не отличается от известных конструкций.

Выход печи 2 посредством продуктопровода 14, например, выполненным в виде направляющего желоба, связан с дозатором 7, обеспечивающим отбор из потока карбида кальция, получаемого в ней, части продукции, предназначенной для передачи потребителю, понятно, что если такое не предусмотрено, этот узел используется только в качестве питателя газогенератора 4.

В качестве газогенератора 4 используют газогенератор известной конструкции, предназначенный для выработки ацетилена из карбида кальция. Газогенератор 4 связан с водоподающим узлом 11, а его «газовый» выход через первый газораспределительный узел 9 связан, либо с газгольдером (на чертеже не показан, предназначен для хранения ацетилена, перед отправкой его потребителю), либо с газораспределительным узлом 10, регулирующим подачу ацетилена в печи 1 и 2 (конструктивно эти узлы аналогичны известным газораспределительным устройствам и выбираются с учетом соответствия их рабочих параметров расходу ацетилена и сечению газопроводов 15). Второй выход газогенератора 4, посредством соответствующего продуктопровода 14 связан с хранилищем гашеной извести (на чертеже не показано).

Реактор 18 является реактором известной конструкции, выполненным с возможностью синтеза ацетона. Реактор содержит катализационный узел 23, содержащий Fe или In, в качестве катализатора реакции ацетилена с парами воды, снабжен известными средствами подвода тепла и рассчитан на температуры не менее 500°С, при этом первый газовый вход реактора 18 связан с соответствующим выходом первого газораспределительного узла 9 через газопровод 15, а его второй газовый вход связан паропроводом 17 с парогенератором 22. Выход реактора 18 связан с хранилищем ацетона (на чертеже не показано), конструкция которого известна и определяется свойствами хранимого продукта. Первый газовый выход реактора 18 (по СО₂) через третий газоотборный блок 25 связан со входом третьего газораспределительного узла 27, один выход которого связан со вторым входом первого газоотборного блока 5, а второй выход связан с первым входом реактора синтеза карбамида 20. При этом газовый выход по Н₂ реактора синтеза ацетона, через четвертый газоотборный блок 26 связан со входом четвертого газового распределителя 28, один выход которого связан со вторым входом второго газоотборного блока 10, а второй выход связан с первым входом реактора синтеза аммиака 19.

Реактор 19 является реактором известной конструкции, выполненным с возможностью синтеза аммиака при высоких (до 1000 атм) давлениях. Реактор снабжен известными средствами подвода тепла (например, обеспечивающими утилизацию тепла, получаемого от сжигания части объема ацетилена), при этом второй вход реактора 19 связан с источником азота 21. Выход реактора 19 через пятый газораспределительный узел 29 связан с хранилищем аммиака (на чертеже не показано, конструкция которого известна и определяется свойствами хранимого продукта) и входом реактора 20. Реактор содержит катализационный узел 24, содержащий катализатор реакции синтеза аммиака.

Реактор 20 является реактором известной конструкции, выполненным с возможностью синтеза карбамида. Реактор содержит катализационный узел 30, содержащий катализатор реакции синтеза карбамида, снабжен известными средствами подвода тепла (например, обеспечивающими утилизацию тепла, получаемого от сжигания части объема ацетилена), при этом вход реактора 20 через пятый газораспределительный узел 29 связан с соответствующим выходом реактора 19, кроме того, реактор 20, через третий газораспределительный узел 27 связан с источником диоксида углерода (первым 5 и третьим 25 газоотборными блоками). Выход реактора 20 связан с хранилищем карбамида (на чертеже не показано), конструкция которого известна и определяется свойствами хранимого продукта. Дополнительный выход реактора (по воде) связан с источником воды 12.

Конструкция остальных аппаратов и устройств, используемых при реализации способа, не отличается от аппаратов и устройств, предназначенных для решения сходных функциональных задач.

Заявленное устройство работает следующим образом.

Известняк вводят в печь 1 и производят его обжиг, сжигая ацетилен. В процессе обжига известняк разлагается на известь и диоксид углерода по формуле:

Готовая известь (СаО) удаляется продуктопроводом 14 к дозатору 6, обеспечивающему отбор из общего объема части извести, предназначенной для передачи потребителю, и части, предназначенной для дальнейшей переработки. Часть извести, предназначенная для дальнейшей переработки, подается во вторую печь 2, где в присутствии углерода (в виде кокса или каменного угля, крупностью 20-25 мм и содержанием серы менее 1%) перерабатывается в карбид кальция. Процесс производства карбида кальция «идет» по формуле:

Готовый карбид кальция (СаС₂ ) удаляется продуктопроводом 14 к дозатору 7, обеспечивающему отбор из общего объема продукции части карбида кальция, предназначенной для передачи потребителю, и части, предназначенной для дальнейшей переработки. Часть карбида кальция, предназначенная для дальнейшей переработки, подается в газогенератор 4, где вводится в контакт с водой и перерабатывается в ацетилен. Процесс производства ацетилена «идет» по формуле:

СаС₂+2Н ₂О=С₂Н₂+Са(ОН)₂

Гашеная известь (Са(ОН)₂) передается потребителю, для использования по назначению. Готовый ацетилен (С₂ Н₂) удаляется по газопроводу 15 и через первый газораспределительный узел 9 подается либо потребителю, либо только в печь 1, либо и в печь 1, и печь 2, либо используется для синтеза ацетона.

При этом синтез ацетона осуществляется по известной схеме, при температуре около 460°С. Ацетон передают потребителю, а газообразные

продукты - отходы процесса утилизируются на месте (СO₂ используют в производстве углекислоты и/или синтезе карбамида, а водород - в процессе синтеза аммиака). Конечно, возможно и сжигание водорода, т.е. использование в качестве энергоносителя в процессе обжига или синтеза ацетона, но это не самый целесообразный способ его использования (соответствующие связи показаны пунктиром).

При этом синтез аммиака осуществляется по известной схеме:

3Н₂ +N₂=2NН₃+Q

в присутствии известного катализатора, при высоком давлении и температуре. Готовый аммиак передают потребителю и/или используют в производстве карбамида, для чего отбирают часть синтезированного газа и передают в реактор 20. При этом синтез карбамида осуществляется по известной схеме:

СO₂+2NH₃=CO(NH ₂)₂+Н₂О

Карбамид передают потребителю, а воду, получаемую в процессе синтеза карбамида по трубопроводу 16, передают в парогенератор 22 и используют в производстве водяного пара.

Таким образом, в качестве основных продуктов переработки углекарбонатного минерального сырья получают карбид кальция и/или окись кальция, и/или ацетилен, и/или ацетон, и/или аммиак, и/или карбамид, а в качестве дополнительных продуктов, получают углекислоту и гашеную известь.

Режимные параметры реализации отдельных процессов, в отдельных аппаратах не отличаются от известных.