Способ получения карбида кальция

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 5016918/26 (22) 10.10.91 (46)!5.12.93 Бюл. No 45 — 46 (71) Украинский научно-исследовательский углехимический институт (72) Слободской сА; Скляр М.Г; Силка А.Н.; Добролюбов Ю.И.; Примаченко В.В.; Колесников Л.М. (73) Слободской Станислав Александрович; Скляр

Михаил Григорьевич; Силка Адольф Николаевич;

Добролюбов Юрий Иванович; Примаченко Владимир Васильевич; Колесников Леонид Михайлович (19) RU (11) 2004492 С1 (51) 5 С01В31 32 (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАРБИДА КАЛЬЦИ.Я (57) Использование получение соды. Сущность изобретения: смесь известняка с частицами крупностью 0 — 25 мм и кокса с крупностью частиц 1О—

25 мм загружают в бункер шахтной индукционной печи. Смесь под действием силы тяжести проходит зоны поедварительного нагрева, обжига известняка и плавления. Обжиг и ппавление ведут при частоте электромагнитного поля индуктора 0,44 — 528 МГц.

1 ил,5 табл.

2004492

Изобретение относится к технологии производства карбида кальция и может найти применение в химической промышленности, например в содовом производстве.

Карбид кальция получают путем взаимодействия окиси кальция с углеродистым материалом при повышенных температурах.

Наиболее близким к предлагаемому является пока единственный используемый на практике способ, заключающийся в получении на первой стадии процесса окиси кальция за счет обжига известняка при сгорании каменноугольного кокса в токе подаваемого воздуха и последующем нагреве на второй стадии в дуговых печах смеси предварительно охлажденной окиси кальция и кокса за счет тепла, выделяемого электрической дугой с получением при этом расплава карбида кальция. Последний охлаждают, измельчают и фасуют как готовый продукт, Существенными недостатками данного способа являются: применение в качестве сырья известняка и кокса только крупных размеров (более

40 мм) из-за необходимости обеспечения газопроницаемости слоя термообрабатываемого материала, а также полная потеря части кокса, используемого для обжига известняка на первой стадии процесса. Все это связано с повышенным расходом качественного металлургического кокса и таким образом неквалифицированным его использованием; происходит полная потеря тепла, затраченного на обжиг известняка, поскольку полученная окись кальция подлежит охлаждению, проведение процесса в электродуговых печах открытого типа приводит к значительному загрязнению окружающей среды эа счет выброса токсичных газов (в том числе окислов азота) и пыли, Применение улавливающей аппаратуры является малоэффективным и дорогостоящим; обжиг крупных кусков известняка приводит к неравномерной их обработке, что не может не отразиться отрицательно на качестве получаемого продукта, а дообжиг известняка в дуговых печах связан с дополнительным расходом электроэнергии.

Целью изобретения является повышение качества карбида кальция, снижение расхода кокса и энергозатрат, упрощение технологии, а также предотвращение образования вредных выбросов.

Поставленная цель достигается тем, что шихту, составленную иэ смеси известняка и кокса крупностью частиц 0-20 и 10-25 мм соответственно, подвергают термообработке в индукционной печи при частоте электромагнитного поля индуктора 0,44 — 5,28

МГц, Указанные отличия позволили обжиг известняка осуществить за счет генерации тепла раскаленным коксом в условиях индукционного его нагрева, а не за счет сжигания кокса, как это имеет место в известном способе. При этом процессы об10 жига известняка и образования карбида кальция протекают последовательно на одной стадии и кокс в данном случае выполняет две функции: теплоносителя и реагента, В результате был достигнут качественный эффект, а именно: исключена необходимость сжигания кокса и подвод воздушного (воздушно-кислородного) дутья. Поэтому кокс в данном случае полезно расходуется только на процесс получения карбида кальция; использован известняк крупностью 0—

20 мм, который в настоящее время не нахо.дит технологического применения и накапливается в отвалах, создавая экологи25 ческие проблемы; использован менее дефицитный кокс крупностью 10-25 мм; резко сократился объем образующихся газов термообработки;

30 повышена интенсивность процесса, поскольку индукционный нагрев обеспечивает подвод удельной мощности до 1000 квт/м, т.е, в 50-60 раз больше. чем в способе по прототипу, использовано тепло, затраченное на обжиг известняка; повышено качество получаемого продукта за счет улучшения таких показателей, как литраж и остаточное содержание в нем

40 окиси кальция и свободного углерода; значительно упрощена технология, повышена оперативность регулирования температурного режима, облегчены условия труда.

На чертеже представлен предложенный объект, Смесь известняка (Π— 20 мм) и кокса (10—

25 мм) загружают в бункер 1, из которого смесь по желобу 2 попадает в шахту печи 3.

Проходя по шахте печи сверху вниз, смесь предварительно нагревается до 300-400 С за счет тепла газов термообработки, которые поднимаются снизу вверх и, отдав тепло, покидают печь через газоотводящий патрубок 4. Далее смесь поступает в зону обжига известняка и нагревается до 10001200 С за счет разогрева кокса в переменном электромагнитном поле индуктора 5.

Обожженная известь затем в электромагнитном поле индуктора 6 вступает во взаи2004492

55 модействие с коксом, образуя при температурах 2200-2300 С расплав карбида кальция.

Карбид кальция накапливают в нижней зоне печи и периодически сливают через выпускающий канал 7 при отодвинутой заслонке 8 в приемник готовой продукции (на схеме не показан).

Пример 1, Выбор частоты греющего тока был обоснован серией экспериментов, в которых использованы источники питания с диапазоном частот как промышленной частоты, так и включая набор выпускаемых промышленностью машинных и ламповых генераторов, работающих на разрешенных частотах 0,008; 0,066; 0,44; 5,28 и 13,56 МГц, В табл. 1 приведены результаты обработки засыпи кокса крупностью 10 — 25 мм в цилиндрической камере диаметром 100 мм, помещенной в индукторы высокочастотных источников питания, работающих на указанных частотах. При равных условиях проведения экспериментов (в частности, подведенной мощности и времени нагрева), как следует из табл, 1, максимальные температуры 2200 — 2300 С, требуемые для процесса, получены на частотах 440 кГц — 5,28

М Гц.

Частоты ниже указанного диапазона недостаточны для нагрева кокса, имеющего слабые ферромагнитные свойства, а частоты выше указанного предела, как известно, мало эффективны для индукционного нагрева, Поэтому для осуществления способа рекомендован диапазон частот питающего тока 0,44 — 5,28 M Гц, Пример 2, Для определения влияния крупности известняка, подвергаемого обжигу в условиях обработки индукционным нагревом, была приготовлена смесь известняка и кокса при массовом соотношении соответственно 1:0,75, Испытания проведены на установке производительностью 0,5 кг/ч.

При постоянной крупности кусков кокса (10 — 25 мм) и других прочих равных условиях применяли разные фракции известняка 0 — 5;

0 — 10; 0 — 15; 0 — 20; 0 — 25; 0-30 мм.

В качестве отклика-параметра, характеризующего качество полученного карбида кальция, определяли литраж (обьем сухого ацетилена, выделяемый 1 кг карбида кальция), Результаты выполненных определений приведены в табл. 2.

Видно, что расширение диапазона крупности кусков известняка приводит к постепенному ухудшению качества карбида кальция, При крупности кусков известняка. лежащей в пределах 0-20 мм, получен кар5

50 бид кальция. соответствующий нормам стандарта (карбид кальция, ГОСТ 1460-81) высшего, первого и второго сортов. Для более крупных классов известняка качество полученного продукта не укладывается в требования стандарта.

На основании выполненных исследований рекомендован предел крупности известняка, равный 0 — 20 мм, Пример 3. Предельные значения крупности кокса были определены на основании результатов исследований, в которых установлен своеобразный механизм индукционного нагрева кокса различной крупности.

Сущность этого механизма сводится к тому, что в магнитном поле индуктора возникают как замкнутые токи, протекающие по цепи, образованной примыкающими друг к другу частицами кокса, так и локальные токи с зоной действия, ограниченной отдельно взятыми зернами кокса. Роль каждого иэ индуцируемого типа токов в общем уровне генерации тепла зависит от размера частиц и объемного сопротивления засыпи кокса.

При увеличении размера частиц повышается УЭС эасыпи кокса (за счет роста пороэности) и преобладающим в генерации тепла становится действие локальных токов, Наоборот, высокая плотность упаковки засыпи мелких классов кокса обеспечивает ей максимальную проводимость и повышает интенсивность замкнутых токов, Однако учитывая, что абсолютное значение УЭС такой эаc û ï è кKоoкKсcа оoтTнHоoсcи тTеeл ьbнHо o в еeлnи кKоo, результативность его нагрева значительно ниже в сопоставлении с более крупным коксом. Сказанное подтверждается данными табл, 3, в которой показана зависимость конечной температуры нагрева кокса различной крупности при одинаковой мощности, подведенной от высокочастотного генератора с частотой 5,28 МГц.

Описанный механизм индукционного . нагрева засыпи кокса обьясняет и результаты индукционного нагрева смеси кокса различной крупности с известняком в приведенном примере, Нагрев смеси известняка с коксом проводили на стендовой установке при условиях, аналогичных описанию, приведенному в примере 2. Нагреву подвергали смеси, содержащие во всех опытах известняк одинаковой крупности 0-20 мм и кокс различной крупности. Массовое соотношение известняка к коксу в смеси составляло 1:0.75.

Результаты нагрева принятых смесей приведены в табл. 4.

2004492

Таблица 1

Таблица 2

Таблица 3

Из приведенной табл. 4 видно, что при использовании кокса крупностью 0 — 5 и 5-10 мм достигнут уровень нагрева смеси всего до 420 и 1040 С, что недостаточно для осуществления способа.

Кокс, лежащий в пределах крупности

10-25 мм, обеспечивает нагрев смеси до заданных температур 2000 С и более.

Видно также, что дальнейшее повышение крупности кокса снижает эффективность нагрева из-за роста порозности смеси, Таким образом границы оптимальной крупности кокса в смеси с известняком составляют 10 — 25 мм.

Ниже приведена оценка сопоставляемых способов получения карбида кальция.

Получение карбида кальция предлагаемым способом выполнено на стендовой ус5 тановке в условиях, описанных в опыте 2.

Сопоставление полученного карбида кальция проводили для кусков крупностью 25—

50 мм. Сопоставительные данные приведены в табл, 5.

10 Данные табл, 5 свидетельствуют о более высоких значениях всех показателей, характеризующих предлагаемый процесс получения карбида кальция.

15 (56) Кузнецов А.А, Производство карбида кальция. М,: Госхимиздэт, 1950, с. 19.

2004492

Таблица 4

Таблица 5

Продолжение табл. 5

2004492

Составитель С.Слободской

Редактор Г.Мельникова Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор М,Петрова

Заказ 3375

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАРБИДА

КАЛЬЦИЯ, включающий смешивание известняка с коксом и термообработку полученной смеси, отличающийся тем, что известняк и кокс берут крупностью частиц

0 - 20 и 10 - 25 мм соответственно, а термооораоотку смеси ведут в индукционной пе.чи при частоте электромагнитного поля индуктора 0,44-5,28 МГц,