Способ получения сернистого натрия

Способ получения сернистого натрия

Реферат

 

Изобретение относится к технологии сернистого натрия при его производстве с применением шахтных печей и решает задачу повышения производительности шахтной печи за счет равномерного прогрева столба шихты на уровне фурм и ванны расплава в горне печи. Способ получения сернистого натрия заключается в восстановительной плавке сульфата натрия на коксовой насадке в присутствии воздуха, который вдувают в фурмы шахтной печи под давлением 400-800 кгс/м² и нагретым до 300 - 450°С.

Изобретение относится к области химии, в частности к технологии сернистого натрия, например, при его производстве с применением шахтных печей.

Известен способ получения сернистого натрия в шахтной печи, включающий восстановительную плавку сульфата натрия на коксовой насадке [1]. В шахтную печь загружают шихту, состоящую из брикетов сульфата натрия и кокса. Воздух, необходимый для горения кокса, подсасывается в открытые фурменные отверстия за счет разрежения на колошнике печи, создаваемого дымососом. Печной плав самотеком через открытые ленточные отверстия сливается в выщелачиватель.

Недостатками указанного способа являются недостаточно высокая производительность шахтной печи (42 т/сут), высокий удельный расход кокса (800 кг/т), низкий выход готового продукта (содержание сернистого натрия в плаве 50-55%).

Наиболее близким по достигаемому эффекту является способ получения сернистого натрия в шахтной печи путем восстановления сульфата натрия коксом в присутствии природного газа [2].

Способ осуществляют следующим образом.

Шихту, состоящую из кускового кокса и брикетов сульфата натрия, загружают в шахтную печь. Одновременно в печь через сопла, вставленные в открытые фурмы, подают природный газ в количестве 0,5-6,0% от расхода воздуха. Воздух в фурмы печи подсасывается из окружающей атмосферы за счет разрежения в печи.

Кислород воздуха расходуется на горение природного газа и кокса. Выделяющееся при этом тепло обеспечивает плавление сульфата натрия, который в расплавленном состоянии вступает в химическое взаимодействие с углеродом кокса, восстанавливаясь в сернистый натрий. Расплав самотеком из ленточных отверстий печи стекает в выщелачиватель. Газообразные продукты процесса (отходящие газы) отсасываются из печи дымососом, что обеспечивает непрерывный подсос воздуха в фурмы.

Производительность шахтной печи составляет 38 т/сут. Использование природного газа в качестве топлива сокращает удельный расход кокса с 800 до 630-640 кг/т. Выход продукта повышается на 15-20%.

Недостатком способа является малая производительность, которая лимитируется количеством тепла, передаваемого шихте и расплаву в фурменной области.

Как показывает практика эксплуатации шахтных печей сернистого натрия, одной из основных причин недостаточного подвода тепла является неравномерный и неполный прогрев столба шихты по его сечению на уровне фурм, так как вследствие гидравлического сопротивления шихты доступ воздуха и продуктов горения в центральную часть сечения затруднен. Подсасываемый через фурмы воздух из-за недостаточной кинетической энергии (скорость истечения воздуха из фурм не превышает 10 м/с) движется в основном по периферии печи, не пронизывая стол шихты в горизонтальном сечении. Вследствие этого в процессах тепло- и массообмена активно участвует лишь 1/3 горизонтального сечения печи, что существенно влияет на производительность печного агрегата.

Подача природного газа в поток воздуха, подсасываемого в фурмы печи, по существу не оказывает влияния на устранение периферийности хода процесса. По-прежнему газообразные продукты горения кокса и природного газа распространяются вдоль стенок печи, не прогревая большую часть столба шихты в горизонтальном сечении. Более того, температура горения кокса в атмосфере, разбавленной продуктами горения природного газа, снижается, чем и объясняется уменьшение производительности печи даже по сравнению с аналогом [1].

Целью предложенного способа является интенсификация процесса за счет равномерного прогрева столба шихты на уровне фурм и ванны расплава в горне печи при сохранении высоких показателей прототипа по расходу кокса и выходу продукта. Поставленная цель достигается тем, что по известному способу получения сернистого натрия в шахтной печи, включающему восстановительную плавку сульфата натрия на коксовой насадке, в фурмы шахтной печи под давлением 400-800 кгc/м² вдувают воздух, нагретый до 300-450^оС.

Принудительное вдувание воздуха при повышенном давлении обеспечивает его доступ в центральную часть сечения печи, что приводит к интенсификации тепловых и химических процессов по всему сечению. Но при этом за счет высоких скоростей вдуваемого воздуха возможно захолаживание вблизи фурм и возникновение дефицита тепла в периферийной области сечения. Для предотвращения нежелательного охлаждения предусматривается предварительный нагрев воздуха перед поступлением его в печь, что исключает возможный дефицит тепла в периферийной области и дополнительно увеличивает общее количество тепла, передаваемое шихте.

Благодаря описанным приемам достигается равномерный и интенсивный прогрев шихты по сечению сечи, что способствует повышению производительности печи, а также экономия кокса и высокому выходу готового продукта. Кроме того, применение принудительного дутья с предварительным нагревом создает дополнительные удобства, выражающиеся в облегчении управления процессом получения сернистого натрия в шахтной печи, так как появляется возможность воздействовать на тепловой режим путем регулирования давления и температуры дутья.

При давлении дутья ниже 400 кгс/м² не обеспечивается достаточно ровный прогрев столба шихты по всему горизонтальному сечению, и производительность печи существенно не меняется. Повышение давления дутья свыше 800 кгс/м² приводит к сквозному продуву столба шихты, что также не способствует дальнейшей интенсификации процесса.

Предложенный температурный интервал подогрева дутья сохраняет баланс прихода и расхода тепла на ведение процесса. При снижении температуры дутьевого воздуха с 450 до 300^оС температура расплава остается на уровне 1150-1200^оС. Однако дальнейшее снижение температуры дутья вызывает дебаланс тепла в реакционной зоне и может привести к охлаждению ванны расплава.

Температура расплава в пределах 1150-1200^оС для данного процесса является оптимальной.

В связи с этим повышение температуры дутья сверх 450^оС не является технологически необходимым, тем более что при этом усложняется аппаратурное оформление систем подогрева воздуха.

Сопоставительный анализ показывает, что предложенное изобретение неизвестно из достигнутого уровня техники и, следовательно, соответствует критерию "новизна".

Поскольку известные технические решения, содержащие признаки, сходные с отличительными признаками предложенного изобретения, не выявлены, т.е. предложенное изобретение явным образом не следует из достигнутого уровня техники, оно соответствует критерию "изобретательский уровень".

Поскольку предложенное изобретение обеспечивает получение положительного технического результата, выражающегося в повышении производительности процесса получения сернистого натрия в шахтной печи, и может быть беспрепятственно использовано в промышленности, можно сделать вывод, что оно соответствует критерию "промышленная применимость".

Осуществление способа получения сернистого натрия по изобретению возможно следующим образом.

В шахтную печь загружают шихту, состоящую из брикетов сульфата натрия и кускового кокса, в фурмы при помощи дутьевых вентиляторов вдувают предварительно нагретый воздух. Газообразные продукты горения и химических реакций отводят на уровне колошника при помощи дымососа, готовый продукт в виде расплава выводится самотеком через ленточные отверстия, которые выполнены в виде гидрозатвора.

П р и м е р 1. В шахтную печь загружают шихту, состоящую из брикетов сульфата натрия и кокса в весовом соотношении 2,35:1. Часовой расход воздуха 5240 нм³/4, температура подогрева дутья - 200^оС, давление дутья 600 кгс/м².

Получаемый плав содержит 56,2% Na₂S. Суточная производительность печи 42,1 т, удельный расход кокса 730, сульфата натрия 1720 кг/т.

П р и м е р 2. Не меняя давления воздушного дутья (пример 1), температуру воздуха повышают до 300^оС. Соотношение брикетов и кокса в шихте 2,45:1.

Получаемый плав содержит 62,2% Na₂S. Суточная производительность печи 56,1 т, удельный расход кокса 683, сульфата натрия 1680 кг/т.

П р и м е р 3. Не меняя давления воздушного дутья (примеры 1, 2), температуpу воздуха повышают до 350^оС. Соотношение брикетов и кокса в шихте 2,58:1.

Плав содержит 65,8% Na₂S. Суточная производительность печи 58,5 т, удельный расход кокса 640, сульфата натрия 1650 кг/т.

П р и м е р 4. Не меняя давления воздушного дутья (примеры 1-3) температуру воздуха повышают до 450^оС. Соотношение брикетов и кокса в шихте 2,66:1.

В плаве содержится 66,0% Na₂S. Суточная производительность печи 60,1 т, удельный расход кокса 620 кг/т, сульфата натрия 1650 кг/т.

П р и м е р 5. Соотношение брикетов и кокса в перерабатываемой шихте 2,58:1. Температура воздушного дутья 350^оС, давление 400 кгс/м².

Получаемый плав содержит 65,6% Na₂S. Суточная производительность печи 54,6 т. Удельный расход кокса 640, сульфата натрия 1650 кг/т.

П р и м е р 6. Соотношение брикетов и кокса в перерабатываемой шихте 2,58:1. Температура воздушного дутья 350^оС, давление 800 кгс/м².

Плав содержит 65,8% Na₂S. Суточная производительность печи 59,2 т. Удельный расход кокса 640, сульфата натрия 1650 кг/т.

Предлагаемый способ получения сернистого натрия может быть реализован в действующих цехах сернистого натрия.

Использование предлагаемого способа позволит увеличить производительность шахтной печи почти в полтора раза, при этом снизить в действующем производстве удельный расход кокса на 12-13% и на столько же увеличить выход сернистого натрия.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЕРНИСТОГО НАТРИЯ в шахтной печи, включающий восстановительную плавку сульфата натрия на коксовой насадке в присутствии воздуха, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса путем равномерного прогрева столба шихты на уровне фурм и ванны расплава в горне печи, воздух в фурмы шахтной печи вводят с температурой 300 - 450^oС и под давлением 400 - 800 кгс/м².