Получение извести и диоксида углерода (IV)

Физико-химические основы процесса обжига карбонатного сырья

Необходимые для производства соды известь и диоксид углерода получают путем обжига карбонатного сырья – известняка или мела, основной составной частью которых является CaCO3 – карбонат кальция.

При обжиге карбонат кальция разлагается по реакции:

При разложении известняка образуется негашеная известь (СаО) и газ известково-обжигательных печей (СО2). Оксид

кальция, входящий в состав извести, может быть в виде свободного либо связанного, т.е. вступившего во взаимодействие с примесями и образовавшего новые соединения

Активный СаО – это часть свободного оксида, которая способна реагировать с водой в обычных условиях гашения. Неактивный СаО – это часть свободного оксида кальция, которая не реагирует с водой в обычных условиях гашения. Неактивный оксид кальция образуется вследствие структурных изменений под воздействием высоких температур, а также за счет обволакивания зерен CаO пленкой плава, который появляется при взаимодействии СаО с примесями

Продолжительность обжига известняка зависит также от размеров обжигательных кусков. Разложение мелких кусков известняка будет происходить быстрее, чем крупных. На продолжительность обжига карбонатного сырья влияют скорость подвода тепла к обжигаемому материалу, условия перемешивания продуктов сгорания, поверхность их контакта с обжигаемым материалом. Увеличение скорости движения и количества газового потока в печи ускоряет обжиг, так как при этом улучшается перемешивание продуктов сгорания и возрастает теплопередача.

Для получения извести хорошего качества и газа с высоким с содержанием СО2 необходим правильный

подбор соотношения сырья и топлива.

Источником тепла при обжиге служит топливо – кокс или антрацит, который перед загрузкой в печь смешивают с карбонатным сырьем. Таким образом, топливо сгорает среди кусков известняка (мела), отдавая ему и воздуху, поступающему в печь, тепло горения. При достаточном количестве воздуха углерод топлива реагирует с кислородом воздуха, образуя диоксид углерода:

Ств. + О2 г → СО2 г + 393 кДж

При недостатке воздуха происходит неполное сгорание углерода – только до монооксида углерода:

Ств + ½ О2 г → СО2 г + 110,4 кДж

Как видно из уравнения при неполном сгорании топлива выделяется значительно меньше тепла. Чтобы предотвратить потери тепла от неполноты сгорания топлива, в печь подают обычно избыток воздуха сверх теоретически необходимого. Однако избыток воздуха снижает концентрацию СО2 в печном

газе. В содовом же производстве стремятся получить газ с максимально возможной концентрацией СО2. Поэтому избыток

воздуха в известковых печах допускается в очень малых количествах – не более 5 % сверх теоретического. Для полного сгорания топлива при столь малом избытке воздуха большое значение имеет равномерное распределение среди кусков карбонатного сырья как топливо, так воздуха, поступающего в печь для горения. В практике содового производства обжигу подвергают карбонатное сырья в виде кусков размерами 40-150 мм, а твердое топливо – 40-80 мм (кокс) или 20-60 мм (антрацит).

Технологическая схема производства извести и диоксида углерода

На отечественных содовых заводах обжиг извести ведут в шахтных известково-обжигательных печах непрерывного действия, отличающихся высокой эффективностью.

В них рационально осуществлен принцип противотока между сырьевым материалом (шихтой) и отходящими газами и между готовой продукцией (обожженной известью) и воздухом, подаваемым для сжигания топлива.

Известняк или мел с твердым топливом подают обычно на верхнюю площадку печей в вагонетках по подвесной дороге и высыпают в загрузочную воронку печи.

Значительное улучшение распределения шихты достигается предварительному перемешиванию топлива и сырья, что в целом улучшает технологические показатели работы печи

Карбонатное сырье и кокс системой ленточных конвейеров транспортируются в соответствующие бункера шихтного отделения. Сюда же поступают крупные отходы гасителей (крупный недопал). Сырье и топливо из бункеров выгружается через электровибрационные питатели в бункерные электровесы, которые дозируют сырье и топливо по заданной массе и подают на ленточный конвейер, транспортирующий шихту в ковш скипового подъемника. Операции дозировки компонентов шихты и загрузки автоматизированы. На каждую печь установлено по две весовые воронки для сырья, две воронки для топлива, два ленточных транспортера, которыми шихту загружают в ковши скипового подъемника. Ковши поочередно подают шихту в приемную воронку загрузочного устройства. Определенными пропорциями шихта при помощи загрузочного устройства периодически подается в печь.

Вследствие вращения улиты известь опускается и попадает на неподвижный кольцевой стол, из которого она ссыпается на круговой транспортер, имеющий самостоятельный привод. Ножом известь направляется в два выгружателя, расположенные один за другим. Затем известь попадает на ковшовый транспортер и далее в бункер, расположенные в отделении гашения. Воздух продается в печь дутьевыми вентиляторами. Газ, выходя из печи, охлаждается, очищается от механических примесей и поступает в отделение карбонизации.

Охлаждение и очистка газа от грубой пыли производится в орошаемом водой газопроводе, а затем в промывателе скрубберного типа. В качестве промывателя применяют также пенные аппараты с ситчатыми тарелками и промыватели типа трубы Вентури. Охлажденный до 30-350С газ поступает далее для тонкой очистки от пыли в электрофильтр

Известково-обжигательная печь с вращающимся подом:

1 – нижний корпус; 2 – газовый коллектор; 3 – кожух; 4 – футеровка; 5 – шахта; 6 –зазор с теплоизоляционной прослойкой; 7 – колпак улиты; 8 – секционный выгружатель.

Выгрузка извести осуществляется через улиту, которая выполнена в виде чугунной спирали. При вращении улиты известь по всей периферии печи равномерно выгружается на неподвижный кольцевой стол, затем по мере накопления ссыпается на расположенный ниже круговой транспортер с индивидуальным приводом.