способ получения хлорида водорода из отходящих хлорсодержащих газов титаномагниевого производства

Формула изобретения

Способ получения хлорида водорода из отходящих хлорсодержащих газов титаномагниевого производства, включающий сжигание хлорсодержащего газа в факеле горения углеродно-водородного топлива в присутствии паров воды с получением топочных газов и их охлаждение, отличающийся тем, что предварительно перед подачей в факел горения хлорсодержащие газы и водяной пар смешивают при объемном соотношении (1,1-4,0):1, сжигание хлорсодержащего газа в факеле горения осуществляют без подачи воздуха, а объемное соотношение паров воды и природного газа к хлору в факеле горения поддерживают равным (0,8-1,2):1.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к получению хлорида водорода из отходящих хлорсодержащих газов титаномагниевого производства.

Известен способ утилизации хлора из отходящих газов магниевого производства (а.с. СССР №140211, опубл. БИ №15, 1962 г.), включающий подачу хлорсодержащих газов в высокотемпературный факел горения топлива (жидкого или газообразного), после чего продукты горения - топочные газы, содержащие хлорид водорода и хлор, направляют в печь для обезвоживания карналлита (вращающуюся печь или печь кипящего слоя). Затем хлорид водорода поглощают водой, что позволяет более полно очистить газы от хлора.

Недостатком данного способа является низкая степень улавливания хлорида водорода, что не позволяет получить хлорид водорода с высокой концентрацией.

Известен способ обезвреживания хлорсодержащих газов (а.с. СССР №306861, опубл. 21.06.1971 г., БИ 20), включающий подачу хлорсодержащих газов в факел горения - распылительную форсунку, куда подают распыливаемое дизельное топливо. Распыление производят водяным паром при расходе пара 100 кг/мин. Температура в камере сгорания 1000°С.

Недостатком данного способа является то, что использование дизельного топлива экономически невыгодно, конструктивное оформление процесса трудоемко.

Известен способ обезвреживания хлорсодержащих газов титаномагниевого производства, включающий смешивание хлорсодержащих газов с воздухом до концентрации 200-480 хлора на 1 м³ воздуха, подачу хлорсодержащей смеси в факел горения углеродсодержащего топлива, восстановление в процессе горения до хлорида водорода с последующей утилизацией путем хлорирования и упаривания известкового молока.

Недостатком данного способа является то, что подача в факел горения воздуха не позволяет получить хлорид водорода высокой концентрации.

Известен способ получения хлорида водорода (патент RU №2139237, опубл. 10.10.1999 г.), по количеству общих признаков принятый за ближайший аналог-прототип и включающий одновременную подачу в топку углеродно-водородного топлива, воздуха, хлорсодержащего газа и водяного пара. В топке происходит конверсия хлора и образуется газовая смесь (топочные газы), содержащая хлорид водорода с температурой 1300-1600°С. В теплообменнике осуществляют охлаждение газовой смеси двухступенчато воздухом сначала до температуры 750-800°С и затем до температуры 450-500°С.

Недостатком данного способа является то, что для снижения температуры топочных газов добавляют вторичный воздух, это значительно увеличивает количество топочных газов и снижает концентрацию в них хлорида водорода. При рабочих температурах топочных газов 750-1150°С концентрация хлорида водорода не превышает 9-15%. При дальнейшей переработке топочных газов при данной концентрации хлорида водорода получают соляную кислоту низкой концентрации, что не позволяет использовать ее в дальнейшем при химических производствах.

Технический результат направлен на устранение недостатков прототипа и на повышение содержания хлорида водорода в топочных газах, что позволяет получить из них соляную кислоту повышенной концентрации.

Технический результат достигается тем, что предложен способ получения хлорида водорода из отходящих хлорсодержащих газов титаномагниевого производства, включающий сжигание хлорсодержащего газа в факеле горения углеродно-водородного топлива в присутствии паров воды с получением топочных газов и их охлаждение, новым является то, что предварительно перед подачей в факел горения хлорсодержащие газы и водяной пар смешивают при объемном соотношении (1,1-4,0):1, сжигание хлорсодержащего газа в факеле горения осуществляют без подачи воздуха, а объемное соотношение паров воды и природного газа к хлору в факеле горения поддерживают равным (0,8-1,2):1.

Экспериментально установлено, что смешивание хлорсодержащих газов с водяным паром позволяет интенсифицировать сжигание хлора, поскольку в присутствии воды происходит генерация радикалов Н, О, ОН, отвечающих за процесс горения. Это приводит к увеличению соотношения Н/Сl и позволяет в несколько раз увеличить объем хлора, подаваемого на сжигание, что увеличивает концентрацию хлорида водорода в топочных газах.

Экспериментально установлено, что подача воды при определенном объемном соотношении к хлору позволяет снизить температуру процесса за счет эндотермичности процесса

2Сl₂+2Н ₂O=4НСl+O₂-Q.

Все эти условия при одинаковой дозировке хлора в факел горения без разбавления вторичным воздухом приводят к увеличению концентрации хлорида водорода в топочных газах.

Непременным условием достижения технического результата является поддержание определенного объемного соотношения паров воды и природного газа к хлору равным (0,8-1,2):1, это позволяет повысить концентрацию хлорида водорода за счет полного использования ионов водорода в смеси.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными (идентичными) всем существенным признакам изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном способе получения хлорида водорода из отходящих хлорсодержащих газов титаномагниевого производства, изложенных в пунктах формулы изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию “новизна”.

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию “изобретательский уровень” заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного способа. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований для достижения технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию “изобретательский уровень”.

Примеры осуществления способа.

Пример 1 (по прототипу)

Хлорсодержащие газы титаномагниевого производства в количестве 1200 нм³/час (в пересчете на 100% хлор) подают в факел горения топки, куда подают 750 нм³/час природного газа, воздух и водяной пар. В камере горения происходит конверсия хлора и образуется газовая смесь, содержащая хлорид водорода. Температура в зоне реакции составляет 1300-1600°С. Получают топочные газы с концентрацией хлорида водорода 9,0%. Топочные газы после охлаждения обрабатывают известковым молоком (100-150 г/дм³ СаО) с получением раствора хлорида кальция.

Пример 2

Хлорсодержащие газы титаномагниевого производства в количестве 1200 нм³/час (в пересчете на 100% хлор) смешивают с 500 нм³/час водяного пара в магистральном трубопроводе хлорсодержащего газа путем врезки отдельного трубопровода для водяного пара. Хлорсодержащие газы и водяной пар смешивают при соотношении хлор : пар = 2,4 и подают в топку, где сжигают природный газ в количестве 500 нм³/час. Температура в зоне реакции составляет 750°С. При этом в факеле горения топки образуется объемное соотношение смеси водяного пара и природного газа к хлору, равное 0,83. Получают топочные газы с концентрацией хлорида водорода 13,6%. Топочные газы после охлаждения обрабатывают известковым молоком (100-150 г/дм³ СаО) с получением раствора хлорида кальция или пропускают через абсорбер, заполненный водой, с получением соляной кислоты заданной концентрации.

Пример 3

Хлорсодержащие газы титаномагниевого производства в количестве 1200 нм³/час (в пересчете на 100% хлор) смешивают с 700 нм³/час водяного пара в магистральном трубопроводе хлорсодержащего газа путем врезки отдельного трубопровода для водяного пара. Хлорсодержащие газы и водяной пар смешивают при соотношении хлор : пар = 1,7 и подают в горелку, где сжигают природный газ в количестве 400 нм³/час. Температура в зоне реакции составляет 450°С. При этом в факеле горения топки образуется объемное соотношение смеси водяного пара и природного газа к хлору, равное 0,91. Получают топочные газы с концентрацией хлорида водорода 18%. Топочные газы после охлаждения обрабатывают известковым молоком (100-150 г/дм³ СаО) с получением раствора хлорида кальция или пропускают через абсорбер, заполненный водой, с получением соляной кислоты заданной концентрации.

Пример 4

Хлорсодержащие газы титаномагниевого производства в количестве 1200 нм³/час (в пересчете на 100% хлор) смешивают с 900 нм³/час водяного пара в магистральном трубопроводе хлорсодержащего газа путем врезки отдельного трубопровода для водяного пара. Хлорсодержащие газы и водяной пар смешивают при соотношении хлор : пар = 1,33 и подают в горелку, где сжигают природный газ в количестве 300 нм³/час. Температура в зоне реакции составляет 450°С. При этом в факеле горения топки образуется объемное соотношение смеси водяного пара и природного газа к хлору, равное 1,0. Получают топочные газы с концентрацией хлорида водорода 26,4%. Топочные газы после охлаждения обрабатывают известковым молоком (100-150 г/дм³ СаО) с получением раствора хлорида кальция или пропускают через абсорбер, заполненный водой, с получением соляной кислоты заданной концентрации.

Пример 5

Хлорсодержащие газы титаномагниевого производства в количестве 1200 нм³/час (в пересчете на 100% хлор) смешивают с 1060 нм³/час водяного пара в магистральном трубопроводе хлорсодержащего газа путем врезки отдельного трубопровода для водяного пара. Хлорсодержащие газы и водяной пар смешивают при соотношении хлор : пар = 1,13 и подают в горелку, где сжигают природный газ в количестве 220 нм³/час. Температура в зоне реакции составляет 750°С. При этом в факеле горения топки образуется объемное соотношение смеси водяного пара и природного газа к хлору, равное 1,06. Получают топочные газы с концентрацией хлорида водорода 34,5%. Топочные газы после охлаждения обрабатывают известковым молоком (100-150 г/дм³ СаО) с получением раствора хлорида кальция или пропускают через абсорбер, заполненный водой, с получением соляной кислоты заданной концентрации.

Пример 6

Хлорсодержащие газы титаномагниевого производства в количестве 800 нм³/час (в пересчете на 100% хлор) смешивают с 450 нм³/час водяного пара в магистральном трубопроводе хлорсодержащего газа путем врезки отдельного трубопровода для водяного пара. Хлорсодержащие газы и водяной пар смешивают при соотношении хлор : пар = 1,77 и подают в горелку, где сжигают природный газ в количестве 260 нм³/час. Температура в зоне реакции составляет 750°С. При этом в факеле горения топки образуется объемное соотношение смеси водяного пара и природного газа к хлору, равное 0,88. Получают топочные газы с концентрацией хлорида водорода 17,3%. Топочные газы после охлаждения обрабатывают известковым молоком (100-150 г/дм³ СаО) с получением раствора хлорида кальция или пропускают через абсорбер, заполненный водой, с получением соляной кислоты заданной концентрации.

Пример 7

Хлорсодержащие газы титаномагниевого производства в количестве 800 нм³/час (в пересчете на 100% хлор) смешивают с 700 нм³/час водяного пара в магистральном трубопроводе хлорсодержащего газа путем врезки отдельного трубопровода для водяного пара. Хлорсодержащие газы и водяной пар смешивают при соотношении хлор : пар = 1,14 и подают в горелку, где сжигают природный газ в количестве 150 нм³/час. Температура в зоне реакции составляет 750°С. При этом в факеле горения топки образуется объемное соотношение смеси водяного пара и природного газа к хлору, равное 1,06. Получают топочные газы с концентрацией хлорида водорода 33%. Топочные газы после охлаждения обрабатывают известковым молоком (100-150 г/дм³ СаО) с получением раствора хлорида кальция или пропускают через абсорбер, заполненный водой, с получением соляной кислоты заданной концентрации.

Пример 8

Хлорсодержащие газы титаномагниевого производства в количестве 1200 нм³/час (в пересчете на 100% хлор) смешивают с 500 нм³/час водяного пара в магистральном трубопроводе хлорсодержащего газа путем врезки отдельного трубопровода для водяного пара. Хлорсодержащие газы и водяной пар смешивают при соотношении хлор : пар = 2,4 и подают в горелку, где сжигают природный газ в количестве 500 нм³/час. Температура в зоне реакции составляет 400°С. При этом в факеле горения топки образуется объемное соотношение смеси водяного пара и природного газа к хлору, равное 0,83. Получают топочные газы с концентрацией хлорида водорода 10,5%. Топочные газы после охлаждения обрабатывают известковым молоком (100-150 г/дм³ СаО) с получением раствора хлорида кальция или пропускают через абсорбер, заполненный водой, с получением соляной кислоты заданной концентрации.

Пример 9

Хлорсодержащие газы титаномагниевого производства в количестве 1200 нм³/час (в пересчете на 100% хлор) смешивают с 900 нм³/час водяного пара в магистральном трубопроводе хлорсодержащего газа путем врезки отдельного трубопровода для водяного пара. Хлорсодержащие газы и водяной пар смешивают при соотношении хлор : пар = 1,33 и подают в горелку, где сжигают природный газ в количестве 300 нм³/час. Температура в зоне реакции составляет 400°С. При этом в факеле горения топки образуется объемное соотношение смеси водяного пара и природного газа к хлору, равное 1,0. Получают топочные газы с концентрацией хлорида водорода 18%. Топочные газы после охлаждения обрабатывают известковым молоком (100-150 г/дм³ СаО) с получением раствора хлорида кальция или пропускают через абсорбер, заполненный водой, с получением соляной кислоты заданной концентрации.

Как видно из примеров (4, 5, 7), при увеличении подачи водяного пара за счет уменьшения содержания природного газа происходит увеличение концентрации хлорида водорода в топочных газах. При этом происходит и снижение температуры процесса, что позволяет уменьшить затраты на дорогостоящее оборудование.