Способ переработки углистого германийсодержащего сырья и устройство для его осуществления

НАЦИОНАЛЬНОЕ ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО ПРИ КАБИНЕТЕ МИНИСТРОВ(51) Использование переработка углистого германийсодержащего сырья сжиганием с топливом. Сущность начало процесса сякигания и переработки в циклонной камерепроводят в двух спутных вращающихся по токах. из которых внутренний обогащен углистым германийсодержащим сырьем и топливом. в другой внешний окислителем.Изобретение относится к пирометапт. пургической переработке горючих измельченных материалов и может быть использовано при переработке углистых материалов и углей. содержащих германий с целью получения обогащенных германием возгонов.Целью изобретения является снижение вредных выбросов оксидов азота при сохранении высокой степени извлечения герма 2при среднем коэффициенте избытка воздуха от 0.2 до 0.9. а затем закрученный поток образующихся продуктов термообработки смешивают с дополнительным окислителем и сжигание поводят при коэффициенте ивбытка воздуха 0.91.2. В устройстве для переработки углистого германийсодержащего сырья. содержащем циклонную камеру с крышкой. загрузочное-устройство. разделительную камеру. патрубки для ввода окислителя. газоход для вывода дымовых газов.между загрузочным устройством и крышкойциклоннои камеры расположена дополни тельная вертикальная цилиндрическая камера. состыкованная с ними соосно. причем боковая поверхность цилиндрической камеры снабжена по всей своей высоте тангенциально-щелевыми подводами. Цилиндрическая камера и газоход для отводе газов соединены междусобой газоотводом с регулировочным клапаном. 2 з.п.флы. 1 ил 1 табл.ния и низкого недожога углерода германийсодержащего сырья.Устройство состоит из циклонной камеры 1. крышки 2 циклонной каме ры. разделительной камеры 3. газохода 4. загрузочного устройства 5 исходной шихты. патрубка 6 подачи топлива. дополнительной цилиндри 9091 (11) (о) 21 (61)ческой камеры 7. подводов 8 окислителя и дымовых газов. патрубков 9 для подачи окислителя через боковую стенку Циклонной камеры. газоотвода 10 с регулирующей заслонкой 11 для подачи дымовых газов в цилиндрическую камеру. Загрузочное устройство шихты соединено с крышкой циклонной камеры через вертикальную соосно установленную цилиндрическую камеру. боковая поверхность которой снабжена по всей высоте тангенциально-щелевыми подводами окислителя. Последним являетс-я нагретый вторичный воздух или смесь воздуха с дымовыми газами. Танге-нциально-щелевые подводы предназначены для создания газодинамического слоя. обеспечивающего достижение поставленной цели предварительной термообработки горючей шихты. а также предотвращения налипания легкоплавких составляющих шихты набоковой поверхности камеры. диаметр цилиндрической камеры больше диаметра выхода загрузочного устройства. что обеспечивает попадание распыливаемого исходного сырья в пространство между тангенциальными щелевыми подводами. Диаметр цилиндрической камеры меньше диаметра циклонной камеры. т.к. в последней производится дожигание продуктов термообработки. выходящих из цилиндрической камеры.Циклонная камера выполнена цилиндрической или цилиндроконической формы. Ее боковая поверхность снабжена патрубками дополнительного третичного воздуха для дожигания продуктов термообработки и горения. выходящихиз цилиндрической камеры 7. Патрубки третичного воздуха выполняются. например. в виде цилиндрических подводе, расположенных на рассто янии 2-3 калибра от крышки по отношениюк диаметру цилиндрической камеры. Это расстояние выбирается из условия. что третичный воздух на дожигание должен подаваться в область наиболее высоких температур выходящего из цилиндрической камеры факела. Эта область, как известно из литературы. для закрученного потока факела находится в интервале 23 калибров. Нижняя часть циклонной камеры. которая выполняется цилиндрической или конической формы. стыкуется с разделительной хамерой. снабженной узлом удаления шлака и газоходом для удаления продуктов сгорания. Газоход снабжен газоотводом с регулирующей заслонкой. по которому производится-степе части газов и переброска его в цилиндрическую камеру. Целью этой операции является улучшение процесса термообработки материала за счет увели 1605чении скорости движения пристеннои струи и интенсификации процесса смешения часвиц шихты и газового потока.Работа устройства сводится к следующему.Исходный горючий углистый германийсодержащий материал с помощью улиточ ного устройства подается аксиально в дополнительную цилиндрическую камеру в виде закрученного потока. В эту же область аксиально может вводиться для подсветки топливо. например. жидкое или газообразное. При этом происходит воспламенение топлива и частиц исходного материала. Зв счет центробежной силы горючая среда движется к периферии цилиндрической камеры. Через щелевые каналы подается окислитель. например нагретый воздух или смесь воздуха и дымовых газов. а также возможна подача воздуха с кислородом. Пристенный потокпри своем движении образует газодинамическую защитную струю вдоль внутренней поверхности цилиндрической камеры. Внешняя-часть этой струи, обращенная в объем цилиндрической камеры. рассеивается. взаимодействует с частицами шихты и топливом и поддерживает горение в центральной части, которое создает условия для термохимической обработки частиц. В этой области создается восстановительная атмосфера, которая благоприятствует выходу азота в атомарном виде из органической части углистого исходного сырья и трансформации его в молекулярную форму. Кроме того. восстановительная атмосфера способствует возгонке германия в виде моноокиси германия. Далее образующийся закрученный поток продуктов термообработки с пристенным газодинамическим слоем выходит из дополнительной цилиндрической камеры и в- виде закрученного факела с горючими составляющими поступает в объем циклонной камеры. Температура факела повышается и на расстоянии 2-3 калибра по отношению к диаметру цилиндрической камеры достигает своего максимального значения, что свидетельствует о завершении процесса неполного сгорания топлива и термообработки горючих составляющих шихты. В эту область через входные патрубки подается третичный воздух. количество которого определяется из расчета достижения коэффициента избытка воздуха 111.2. При этом при движении закрученной среды в объеме циклонной камеры происходит смешение горючих составляющих и окислителя. что способствует завершению процесса сжигаНИЯ И ВОЗГОНКН германия В БИДЕ ДВУОКИСИ, 1605В разделительной камере происходит отделение шлака и удаление продуктов сгорания в газоход. Часть газов из газохода отсасывается и подается в цилиндрическую камеру через тангенциально-щелевые подводы. Изобретение осуществляется следующим образом.Проводилась переработка гермвнийсодержащего сырья в циклонной камере его сжигания с получением жидкого шлака и возгонкой оксидов германия. Для опыта был использован германийсодержащий углистый материал. в ссста которого входит 52 углерода и 5 - 10 Ъ германия. Материал в виде аэросмеси с помощью упитанного подвода вводился аксиально в цилиндрическую камеру. состыкованную с крышкой циклонной камеры. В опыте 1 расход исходного материала - 520 кг/ч. расход первичного воздуха на транспортировку материала - 100 нмз/ч. Соотношение твердого к первичному воздуху в азропыли составляло 41. Коэффициентизбытка воздух-ат по отношению к стехиометрическому соотношению составлял. примерно. 0.05. Одновременно через тангенциально-щелевые подводы цилиндрической камеры вводился нагретый вторичный воздух. расход которого составлял - 700 нмз/ ч. Средний коэффициент избытка воздуха составлял. примерно. 0.4. закрученный поток зародыли воспламенялся с помощью форсунки ЖИДКОГО ТОПЛИВЭ И ВЗЭИМОДЕЙСТВОВЭЛ С 38 крученным пристенным потоком нагретогодвух закрученныхпотоков пылеугля и воздуха происходило горение при большом недостатке воздуха. что способствовало термоподготовке и газификации углеродистых частиц материала. а также постепенное смешение двух потоков по мере их движения к выходу из цилиндрической камеры.Из цилиндрической камеры закрученный горящий поток. прошедший частичную термохимическую подготовку и газификацию. поступал в циклонную камеру, где он смешивался с нагретым третичным воздухом. Расход третичного воздуха составлял 1400 нмз/ч. что позволяло на выходе из циклонной камеры иметь в сред-нем избыток воздуха 1.1. Для увеличения скорости закрученного потока в цилиндрической и циклонной камерах и повышения температуры пристенного потока в опыте было проверено лияние переброски части образующихся высокотемпературных газов во вторичный воздух и подача его в начале процесса в цилиндрическую камеру.В процессе данного и последующих ОПЫТОВ ППОВОДИЛСЯ 01600 ПОПЕ ШЛЭКЗ И ПЪ ЛИ С ЦЕЛЬЮ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НЕДОЖОН. потерь германия со шлаком и кратности обогащеНИЯ ВОЗГОНОВ ГЕВМЗНИВМ, а ТЗКЖЕ ЗНЗЛИ зировались отходящие газы на кислород. оксиды азота.В опыте получено недожог углерода 23. потери германия со шлаком 3-5. кратность обогащения возгонов германием 20-22, Содержание оксидов азота 300-400 мг/мз или в пересчете на коэффициент избытка воздуха 14, как это принято для сопоставления в котельной практике, 250-350 мг/мз.Переброска газов во вторичный воздух позволила уменьшить разброс опытных Д 8 ННЬХ ПО СОДВПЖЗНИЮ ОКСИДОБ ЗЗОТЭ В ИН тервале 300-340 мг/мз при том же расходе материала. .Данные опытов сведены а таблицу.Как видно из опытных данных. высокие ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПОКЭЗЗТЕПН ПО ИЗВЛВЧВНИЮ германия при одновременно низком недоЖОГЭ И СОДВОЖЗНИИ ОКСИДОВ ЗЗОТЗ МОЖНО достигнуть. когда в первой стадии процесса в цилиндрической камере средний коэффициент избытка воздуха изменяется в интервале от 0,2 до 0.8. При значении коэффициента ниже 0.2 процесс термообработки прерывается и горение топлива осуществляется по одностадийной схеме. При этом ухудшались как технологические показатели. так и резко увеличивалось содержание оксидов азота. При значении коэффициента избытка воздуха выше 0.9 технологические показатели ухудшаются НВЗНВЧИТЕПЬНО. СОДВПЖЭНИЭ же ОКСИДОВ 830 та резко возрастает и становится как приобычной форсированной переработке угли стого германийсодержащего сырья. Проводились опыты по определению места ввода третичного воздуха в циклонную камеру. Режим опытов был выбран оптимальным. при котором получены лучшие показатели. В первом конструктивном варианте патрубок подвода третичного воздуха бы врезан в корпус циклона-на расстоянии 1 калибра по отношению к диаметру цилиндрической камеры. При этом по сравнению с оптимальнымипоказателями увеличивалось содержание оксидов азота до 400-500 мг/мз, Когда патрубок ввода был врезан вВ третьем опытов подвод был врезан не расстоянии 3-35 калибра. При этом увели чился нвдожог топлива (6439). потери германия со шлаком 940. кратность 16.В разделительной камере происходит отделение шлака и удаление продуктов сгорания в газоход. Часть газов из газохода отсасывается и подается в цилиндрическую камеру через тангенциалъно-щелевые подводы. Изобретение осуществляется следующим образом.Проводилась переработка гврманиисодержащего сырья в циклонной камере его сжигания с получением жидкого шлака и возгонкой оксидов германия. Для опыта был использован германийсодержащий углистый материал. в с став которого входит 52 углерода и 5 - 10 И, германия. Материал в виде ааросмеси с помощью улиточного подвода вводился аксиально в цилиндрическую камеру, состыкованную с крышкой циклонной камеры. В опыте 1 расход исходного материала 520 кг/ч. расход первич-ного воздуха на транспортировку материала 100 нмз/ч. Соотношение твердого к первичному воздуху в аэропыли составляло 41. Коэффициент избытка воздух-ат по отношению к стехиометрическому соотношению составлял, примерно. 0.05.0 дновременно через тангенциально-щелевые подводы цилиндрической камеры вводился нагретьтй вторичный воздух. расход которого составлял - 700 нмз/ч. Средний коэффициент избытка воздуха составлял. примерно, 0.4. закрученный поток аэропыли воспламенялся с помощью форсунки жидкого топлива и взаимодействовал с закрученным пристенным потоком нагретогодвух закрученных потоков пылеугля и воздуха происходило горение при большом недостатке воздуха. что способствовало термоподготовке и газификации углеродистых частиц материала. а также постепенное смешение двух потоков по мере их движения к выходу из цилиндрической камеры.Из цилиндрической камеры закрученный горящий поток. прошедший частичную термохимическую подготовку и газификацию. поступал в циклонную камеру. где онком. Расход третичного воздуха составлял 1400 нмз/ч. что позволяло на выходе из циклоннои камеры иметь в среднем избыток воздуха 1.1. Для увепиченияскорости закручен ного потока в цилиндрической и циклон ной камерах и повышения температурыпристенного потока в опыте было проверено влияние переброски части образующихся высокотемпературных газов во вторичный воздух и подача его в начале процесса в цилиндрическую камеру.В процессе данного и постгедующиз ОПЫТОВ ППОЕОДИПСЯ ОТОО ПООБ ШЛЕМЕ И ПЫ ЛИ С ЦЕНЬЮ огаределения НЕДОЖОГЭ. ПОТЕРЬ германия со шлаком и кратности обогащения возгонов германием. а также анализировались отходящие газы на кислород. оксиды азота. гВ опыте получено недожог углерода 23. потери германия со шлаком 3-5. крвтность обогащения возгонов гврманием 20-12. Содержание оксидов азота 300-400 мг/Мз или в пересчете на коэффициент избытка воздуха 1.4, как это принято для сопоставления в котельной практике. 250 т 350 мг/мз.Переброска газов во вторичный воздух позволила уменьшить разброс опытных данных по содержанию оксидов азота в интервале 300-340 мг/мз при том же расходе материала. .Данные опытов сведены в таблицу.Как видно из опытных данных. высокие технологические показатели по извлечению германия при одновременно низком недожоге и содержании оксидов азота можно достигнуть. когда в первой стадии процесса в цилиндрической камере средний коэффициент избытка воздуха изменяется а интервале от 0.2 до 0.8. При значении коэффициента ниже 0.2 процесс термообработки прерывается и горение топлива осуществляется по одностадийной схеме. При этом ухудшались как технологические показатели. так и резко увеличивалось содержание оксидов азота. При значении коэффициента избытка воздуха выше 0.9 технологические показатели ухудшаются незначительно. содержание же оксидов азота резко возрастает и становится как при обычной форсированной переработке углистого германийсодержащего сырья.Проводились опыты по определению места ввода третичного воздуха в циклонную камеру. Режим опытов был выбран оптимальным. при котором получены лучшие показатели. В первом конструктивном варианте патрубок подвода третичного воздуха бы резон в корпус циклонатна расстоянии 1 калибра по отношению к диаметру цилиндрической камеры. При этом по сравнению С ОПТИМЕЛЬННМИ НОКЭЗЭТЕПЯМИ увеличивалось содержание оксидов азота до 400-500 мг/мз. Когда патрубок ввода был врезан в промежутке 2-25 калибра, был проведен опыт с полученными оптимальными показаГВПЯМИ.В третьем опытез подвод был-врезан не расстоянии 3-15 калибра. При этом увели чился иедожог топлива б-ТЭЬ). потери германия со шлаком 940. кратность 16.