Spôsob výroby karbidu vápenatého v priemyselnom meradle v elektrickej nízkošachtovej peci

Číslo patentu: E 13164

Dátum: 14.11.2008

Autori: Wieneke Michael, Weigand Maren, Möller Roland, Baumann Leonhard

Stiahnuť PDF súbor.

Text

Pozerať všetko

Predmetom predloženého vynálezu je spôsob priemyselnej výroby karbidu vápenatého v elektrickej nizkošachtovej peci, pričom ako surovina sa použijú odpady z plastov s obsahom PVC.Karbid vápenatý predstavuje dôležitú chemickú základnú chemikáliu, ktorá sa používa napríklad na výrobu dusíkatých hnojiv, NCN-derivátov, plynného acetylénu ako aj následných produktov acetylénu avposledných desaťročiach predovšetkým ako prostriedok na odsírenie v železiarskom a oceliarenskom priemysle.Veľkokapacitná výroba karbidu vápenatého sa v súčasnosti zvyčajne realizuje v elektrickej nízkošachtovej peci a síce výhodnejšie v uzavretých peciach, ktoré sú vybavené Söderbergovýrni elektródami. Tento elektroterrnícký proces je veľmi nákladný, pretože na vytvorenie potrebnej reakčnej teploty v rozsahu od 1800 do 2300 °C a predovšetkým od 2000 do 2300 °C sú potrebné veľké množstvá prúdu. Okrem toho sú kladené vysoké nároky na čistotu a veľkosti častíc východiskových látok, pozostávajúcich zpáleného vápna a čiemych látok, ako je napriklad koks alebo antracit.Zmes z nadrobeného páleného vápna a koksu (ako napríklad čiemouhoľného koksu, hnedouhoľného koksu) sa do pece dávkuje v zmiešavacom pomere 60 40 hmotn. a s veľkosťou častíc okolo 5 až 80 mm prostrednictvom špeciálnych zavážacích systémov. Následne prebieha reakcia tejto surovinovej zmesi (vysokopecná vsádzka) za vzniku karbidu vápenatého, pričom potrebné reakčné teploty sa vytvoria prúdom privádzaným cez Söderbergove elektródy.Pri týchto veľkokapacitných procesoch sa vyrobí karbid vápenatý s obsahom karbidu vrozsahu od 75 do 80 akarbidový pecný plyn sobsahom okolo 60 až 80 obj. oxidu uhoľnatého a okolo 10 až 30 obj. vodlka. Zloženie pecného plynu tu intenzívne závisí od typu použitých uhllkových zložiek (čierne látky). Procesom tavenia vyrobený, predovšetkým kvapalný karbíd vápenatý sa zkarbidovej pece odoberá odpichom steplotou okolo 1900 °C, ochladí sa,podrví sa a následne sa plni do karbidových fliaš, ktoré zvyčajne slúžia ako prepravné nádoby na karbid vápenatý.Plyny vznikajúce pri procese výroby karbidu vápenatého, sice oxid uhoľnatý a vodík, je možné použiť materiálovo ako aj ten-nicky v následných procesoch.V minulosti existovali nestále pokusy o zníženie špecifickej energetickej spotreby procesov výroby karbídu vápenatého a/alebo o úsporu nákladov na strane surovín.Možná cesta riešenia spočívala v tom, že sa východiskové zložky výroby karbidu vápenatého použili v zhutnenej forme, pričom zodpovedajúce tvarované telesá pozostávali z reakčných partnerov páleného vápna a koksu v požadovanom stechíometrickom pomere. Takéto výlisky prípadne brikety zodpovedajúce nemeckému patentovému spisu DE 123 185 sa vyznačujú zvlášť priaznivým reakčným správaním a vysokým špecifickým elektrickým odporom.Iná cesta v podstate spočívala v tom, že sa na výrobu karbidu vápenatého použili len vybrané alebo špeciálne vopred upravené čierne látky, pričom osobitný význam mali uhllkové nosiče s pokial momo nízkou špecifickou elektrickou vodivosťou a pokial možno nízkym obsahom prchavých zložiek. Tak boli napríklad podľa DD-patentových spisov 139 948, l 32 977 ako aj 295 334 odporúčané špeciálne yggred upravené druhy koksu.Ďalej je aj z DE-PS 30 13 725 známe použitie lacnejšlch čiemych látok, ai naprikieĺ iantracitu, petrolejového koksu alebo chudobného uhlia namiesto koksu. Nevýhodou pri týchto čiemych látkach je ale skutočnosť, že z dôvodu vysokého obsahu prchavých látok je potrebné ich vopred kalcinovať, čo vyžaduje dodatočnú predbežnú úpravu a týmto sa opäť zvyšujú náklady na suroviny.Okrem toho je možné tieto čieme látky s vysokým podielom prchavých látok použiť ako hruboznmú vysokopecnú vsádzku vo veľkokapacitnom procese len v obmedzenom množstve.Ďalej je napríklad z nemeckých publikovaných spisov DE-OS 42 41 246, DE-OS 42 4 l 245 ako aj DE-OS 42 41 244 známe použitie drvených plastových odpadov ako uhlíkovej zložky, ktoré ale ešte vyžadujú špeciálnu predbežnú úpravu. Tak sa podľa DE-OS 42 41 246 karbonizujú drvenć plastové odpady v prítomnosti jernnozrnného oxidu vápenatého pri teplotách od 600 do 1400 °C v komorovej peci. Podľa DE-OS 42 4 l 244 pripadne DE-OS 42 41 245 sa drvené plastové odpadypodrobujú v prítomnosti jemnozrnného oxidu vápenatého pyrolýze pri teplote od 400 do 800 °C a následne kalcinácíí získanej zmesi oxid vápenatý/pyrolýzny koks pri teplote od 1000 do 1300 °C v rúrkovej rotačnej pecí. Podľa DE-OS 42 41 243 sú taktiež ako uhlíková zložka odporúčané drvené plastové odpady. Na tento účel sa drvené plastové odpady najskôr podrobia pyrolýze pri teplote od 600 do 1000 °C, následne sa pyrolýzny plyn čiastočne spaľuje pri teplote od 1200 do 1900 °C a na záver sa zmes sadzí/plynu ochladí na teplotu vrozsahu od 450 do 800 °C ako aj sa uskutoční separácia sadzí na jemnozmnom a/alebo kusovom oxide vápenatom.Nevýhodou týchto uhlíkových zložiek je opätovne skutočnosť, že výroba týchto uhlikových zložiek je relatívne nákladná, takže tento spôsob sa vo veľkokapacitnom procese nepresadil.Na koniec je v nezverejnenej patentovej prihláške DE 10 2006 023 259.3 opísaný spôsob výroby karbidu vápenatého, pričom zvyškové a/alebo odpadové látky s obsahom plastov sa použijú priamo ako vstupné materiály okrem vápna azvyčajných čiernych látok. Prekvapujúco tu bolo zistené, že zodpovedajúce zvyškové a/alebo odpadové látky napriek ich silnému znečisteniu (napríklad vysokým obsahom halogénov) je možné takmer bez problémov použiť ako zložku čiemych látok.Ukázalo sa ale, že plastové odpady s obsahom PVC je možné použiť len vobmedzenom rozsahu, pretože vznikajúci plynný chlorovodík má vo väčšom množstve rušivý vplyv na proces výroby karbidu vápenatého.Úlohou predloženého vynálezu preto bolo vyvinutie spôsobu priemyselnej výroby karbidu vápenatého v elektrickej nízkošachtovej peci použitím plastových odpadov s obsahom PVC, ktorý by nevykazoval nevýhody zodpovedajúce stavu techniky, ale by okrem použitia vápna a zvyčajných čiernych látok súčasne umožňoval použitie plastov sobsahom PVC vo väčších množstvách ako vstupných materiálov bez toho, aby tu väčšie množstvá plynného HCl negatívne ovplyvnili proces výroby karbidu vápenatého.Táto úloha bola vyriešené. podľa vynálezu tým, žea) plastové odpady s obsahom PVC sa termicky rozložia pri teplote V rozsahu od 270 do 400 °C za tvorby plynného HCl a zvyšku obsahujúceho uhlíkb) zvyšok obsahujúci uhlík vytvorený vkroku a) sa použije ako čierna látka pri výrobe karbidu vápenatého.Tu sa prekvapujúco zistilo, že týmto spôsobom je moàié použiť plastové odpady s obsahom PVC vykazujúce relatívne vysoký obsah chlóru a súčasne ich použiť aj v relativne veľkých množstvách bez toho, aby došlo k poruchám procesu výroby karbidu vápenatého.Výraz polyvinylchlorid (PVC), ako je tu používaný, sa vzťahuje na polyméry, ktoré vykazujú zoskupenie (-CH 2-CHCl-), pričom n je celé číslo väčšie alebo rovné 2, výhodnejšie 2 5,alebo 2 50 alebo ešte výhodnejšie 2 100. Takéto polyméry je možné napríklad vyrobiť homopolymerizáciou vinylchloridu, kopolymerizácíou vinylchloridu s inými monomérmi, ako je napríklad etylén, vinylacetát, propén, akrylnitril, vinyléter, kyselina maleínová alebo/a maleínimíd, alebo/a parciálnou chlorácíou polyetylénu a polyetylénových kopolymérov.Pri spôsobe zodpovedajúc predloženému vynálezu sa plastové odpady s obsahom PVC pred ich použitím ako čiema látka pri výrobe karbidu vápenatého podrobia tepelnému rozkladu pri teplote od 270 do 400 °C, výhodnejšie pri teplote od 300 do 400 °C, pričom vznikne plynný HCl azvyšok s obsahom uhlíka. Plastové odpady s obsahom PVC tu môžu vykazovať obsah chlóru v rozsahu od 5 do 56 hmotu. a v inej forme uskutočnenia od 5 do 56,8 hmotn., výhodnejšie od 10 do 56,8 hmotn., zvlášť výhodnejšie od 10 do 30 hmotu. apriemer častíc až 100 mm,výhodnejšie až 80 mm, zvlášť výhodnejšie od 5 do 50 mm, najvýhodnejšie od 10 do 50 mm.Výhodné je vspôsobe podľa vynálezu použiť plastové odpady sobsahom PVC, ktoré sú eventuálne znečistené s organickými alebo anorganíckými látkami. Výhodnejšie pochádzajú takéto-3 plastové odpady z oblastí stavebníctva, domácností alebo komerčného sektoru. Plastové odpady môžu byť separované podľa druhu, t.j. obsahujú len PVC-plasty alebo môžu okrem PVC obsahovať aj iné nechlórované polyméme zlúčeniny, ako napríklad polyetylén, polypropylén, polyuretán, polyakrylnitxily a iné polyméme zlúčeniny eventuálne s obsahom chlóru.Tepelný rozklad plastových odpadov s obsahom PVC podľa stupňa a) môže byť uskutočnený rôznymi variantmi spôsobu, pričom sa tu odkazuje na príslušné spôsoby termického rozkladu podľa stavu techniky. Podľa výhodného uskutočnenia sa termický rozklad plastových odpadov s obsahom PVC vykonáva v olejovom kúpeli pri teplote v rozsahu od 300 do 400 °C. Odchlórovanie je možné uskutočniť vobvyklých zariadeniach, ako napriklad premiešavaných kotloch atď., do ktorých sa naplní zodpovedajúci vysoko vriaci olej, napríklad ťažký vákuový destilát, a pridajú sa plastové odpady s obsahom PVC.Ako zvlášť výhodné sa pri tomto variante spôsobu osvedčilo, že zvyšok s obsahom uhlíka získaný po termickom rozklade, napríklad vo forme koksu, pláva na povrchu oleja a preto je zvlášť jednoduché ho odoberať, zatiaľ čo polyméry bez obsahu chlóru sa topia ausádzajú sa na dne nádoby, kde je ich taktiež relatívne bez problémov možné oddeľovať. Týmto spôsobom je bez problémov možné cielene varlrovat kvantitatívne pomery koksu a polymérov bez obsahu chlóru pri použití vo výrobe karbidu vápenatého (stupeň b.Podľa ďalšieho výhodného variantu uskutočnenia sa termický rozklad plastových odpadov s obsahom PVC realizuje v extrudéri pri teplote od 270 do 400 °C. Výhodné je ako extrudér použiť dvojchodový závitovkový extrudér, predovšetkým súbežný dvojzávitovkový extrudér.Plynný HCl vzníkajúcí pri tennickom rozklade sa odťahuje cez jeden alebo viaceré otvory odťahu plynu nachádzajúce sa pozdlž závitovky, zatiaľ čo zvyšok s obsahom uhlíka eventuálne spolu s polymérmi bez obsahu chlóru opúšťa extrudér cez výpustnú matricu. V rámci predloženého vynálezu je tiež možné nastaviť ohrevné zóny extrudéra na rozdielne teploty, napríklad s narastajúcím teplotným profilom, aby bolo týmto spôsobom možné selektívne oddelenie nízko vriacich zložiek, ako je napríklad vodná para, alebo prchavých organických zložiek, ako sú napríklad zmäkčovadlá.Zvyšok s obsahom uhlíka vznikajúci pri terrnickom rozklade, ktorý spravidla vykazuje zvyškový obsah chlóru 10 hmotn., výhodnejšie 5 hmotn., zvlášť výhodnejšie S 4 hmotn., sa potom následne použije, eventuálne spoločne s polymérrni bez obsahu chlóru ako čiema látka pri výrobe karbidu vápenatého (stupeň b.V rámci predloženého vynálezu je možié aj oddelenie ťažkých kovov, ktoré sú pri výrobe karbidu vápenatého čiastočne nežiaduce, ato bud pred alebo po termickom rozklade plastových odpadov s obsahom PVC, pričom je možné využiť bežné spôsoby zodpovedajúce stavu techniky.Podľa výhodného uskutočnenia je plynný HC vytvorený v stupni a), ktorý spravidla obsahuje ešte aj organické znečistenia, vyčistený adsorpciou napríklad na aktívnom uhlí a/alebo premytím a je momé ho následne využiť ako recyklát, napríklad ako surovinu na výrobu PVC. Alternatívne je možné plynný HC po jeho vyčistenl oddeliť vo fon-ne vodného roztoku kyseliny chlorovodíkovej,aby sa týmto spôsobom konvertoval na priemyselne použiteľnú formu.Zvyšok s obsahom uhlíka vytvorený vstupní a) sa, eventuálne spoločne spolymérmi bez obsahu chlóru, použijú pri procesevýroby karbiduyápenatého (stupeňbnspolu s bežnýmičiemymi látkami a vápnom ako surovinami, pričom príslušné východiskové materiály sa použijú bud ako súčasť vsádzky a/alebo sa do elektrickej nízkošachtovej pece privádzajú cez dutú elektródu.Za osobitnú výhodu je tu považovaná skutočnosť, že zvyšok s obsahom uhlíka vytvorený v stupni a) je možné použit v takých množstvách, že sa pri procese výroby karbidu vápenatého nahradía bežné čieme látky v miere až do 70 hmotn., výhodnejšie v miere od 10 do 50 hmotn.,zvlášť výhodnejšie v miere od 10 do 40 hmotn.Pri použití zvyšku s obsahom uhlíka ako aj polymérov bez obsahu chlóru zo stupňa a) spravidla vznikajú odpadové plyny, ktoré vpodstate pozostávajú z oxidu uhoľnatého, vodíka, a metánu. Prlslušnú plynnú zmes je možné okamžite ďalej látkovo a/alebo termicky použiť. Tak existuje napríklad možnosť použitia vznikajúcich plynov na výrobu prúdu, čo sa spravidla realizuje prostrednictvom plynového motora, plynovej turbĺny a/alebo vysokotlakovej pary. Tak je napríklad možné pecný odpadový plyn, ktorý opúšťa elektrickú nízkošachtovú pec cez veko pece, privádzať-4 do spaľovacej komory, kde sa plyrmá zmes spaľuje a horúce plyny sa využívajú na výrobu vysokotlakovej pary. Vysokotlakovú paru je možné okamžite následne využiť vpamých kondenzačných turbinach na výrobu prúdu.Karbid vápenatý vyrobený spôsobom podľa vynálezu pritom zodpovedá bežným nárokom na čistotu a môže byť využitý v následných procesoch výroby acetylénu alebo následných produktov acetylénu ale aj ako surovina na výrobu kyanamidu vápenatého (dusíkaté vápno).Okrem toho je karbid vápenatý vyrobený spôsobom podľa vynálezu vhodný ako prostriedok na odsírenie taveniny surovćho železa.Spôsob podľa vynálezu sa vyznačuje vysokou hospodámosťou, pretože ako surovinu využíva relatívne lacné plastove odpady s obsahom PVC asúčasne je možné zhodnocovať plynný HCl vznikajúci pri termolýze.Okrem toho je možné spôsob podľa vynálezu realizovať bez veľkých technických nákladov,pretože termický rozklad je možné realizovať v zvyčajných aparatúrach, takže tento stupeň predbežnej úpravy je moàié bez problémov integrovať do veľkokapacítného procesu výroby karbidu vápenatého.Nasledujúci príklad výroby má bližšie objasniť vynález.Frakcia odpadových plastov s podielom PVC 50 hmotn. (obsah chlóru 28,4 hmotn.) sa s kvantitatívnym prietokom 1600 kg/h prostredníctvom prepravníka privádza do súbežného dvojzávítovkového extrudéra.Extrudér obsahuje dva otvory odťahu plynov a je vybavený vyhrievateľným dvojitým plášťom.V prvej oblasti až po prvý otvor odťahu plynov je materiál ohrievaný na 250 °C a vznikajúce prchavé zložky a vypudzovaná voda sú odvádzané cez prvý otvor odťahu plynov, následne skondenzované a zostávajúci prúd plynov je vyčistený na aktívnom uhlí.V druhej oblasti až po druhý otvor odťahu plynov je nastavená teplota 300 až 340 °C. Cez otvor odťahu plynov sa odťahuje plyn, ktorý tvori hlavne chlorovodík, a následne sa čistí cez filter s aktívnym uhlím a premýva sa cez vodu za vzniku kyseliny chlorovodikovej.Za posledným otvorom odťahu plynov sa teplota v extrudéri znižuje až na okolo 250 °C. Pri tejto teplote sa zvyšok vedie cez matricu von z extrudéra, chladí sa v prúde vzduchu a následne sadočasne skladuje. Extrudát vykazuje obsah fixného uhlíka okolo 5 hmotn. a fixný obsah uhlíka okolo 25 .Ako obsah fixného uhlíka sa rozumie obsah takého uhlíka, ktorý je disponibilný na reakciu vzniku karbidu (pozrite nižšie).Extrudáty v podstate zbavené chlóru sa homogenizujú s hmotnostným podielom okolo 15 štandardnej zmesi vysokopecnej vsádzky, čo zodpovedá obsahu fixného uhlíka 12 , a cez systém zavážania hrubej vysokopecnej vsádzky sa privádzajú do elektrickej nízkošachtovej pece za účelom výroby karbidu vápenatého. Táto pec vykazuje elektrický výkon 20 MWh, čo zodpovedá prietoku vsádzky okolo 240 t/deň.Použitím extrudátu sa zvyšuje množstvo pecného plynu a výhrevnosť pccného plynu, pretože stredný obsah fixného uhlíka 25 v extrudáte je výrazne nižší ako stredný obsah fixného uhlíka fosílnych čiemych látok (okolo 89 ).

MPK / Značky

MPK: C10B 53/07, C04B 35/622, C01B 31/32, C04B 35/56, C10B 47/44, C01C 3/18

Značky: vápenatého, elektrickej, priemyselnom, meradle, nízkošachtovej, karbidu, spôsob, výroby

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/7-e13164-sposob-vyroby-karbidu-vapenateho-v-priemyselnom-meradle-v-elektrickej-nizkosachtovej-peci.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Spôsob výroby karbidu vápenatého v priemyselnom meradle v elektrickej nízkošachtovej peci</a>

Podobne patenty