FI72499C - Foerfarande foer energibesparing vid tio2-framstaellning. - Google Patents

Description

1 72499

Menetelmä energian säästämiseksi Ti02:n valmistuksessa

Keksintö koskee menetelmää energian säästämiseksi valmistettaessa Ti02-pigmenttejä sulfaattimenetelmän mukaan 5 kalsinointipoistokaasut palauttaen, jolloin erityisesti hyödynnetään kalsinointipoistokaasujen lämpö.

Hydrolyysilietteen kalsinoinnissa Ti02:ksi pyörivässä uunissa syntyvien poistokaasujen lämpötila uunista poistuessaan on 400-500°C. Niiden lämpösisällöstä n. 50 % on tuntu-10 vaa lämpöä ja n. 50 % sitoutunutta lämpöä (veden haihtumis-lämpöä). Suuren pölypitoisuutensa sekä S02~ ja SO^-pitoi-suutensa vuoksi näiden kalsinointikaasujen tuntuva lämpö on tähän saakka jätetty huomiotta.

Nykyään kalsinointikaasut jäähdytetään vedellä pesu-15 torneissa tai venturipesureissa ja samalla poistetaan pesemällä osa SO^ssta ja pääosa TiC>2:sta. Tämän jälkeen TiC>2 otetaan talteen ja valinnaisesti palautetaan prosessiin.

Käsiteltävänä olevan keksinnön tehtävänä on nyt höy-dyntää tehokkaasti kuumien kalsinointikaasujen lämpösisältö 20 ja muovata kokonaisprosessi taloudellisemmaksi.

Yllättäen on nyt keksitty menetelmä, jonka avulla voidaan säästää jopa 40 % energiasta, joka tarvitaan hydrolyysilietteen kalsinoimiseksi valmistettaessa Ti02~pigment-tejä sulfaattimenetelmän mukaan.

25 Keksinnön mukaiselle menetelmälle energian säästämi seksi Ti02:n valmistuksessa sulfaattimenetelmän mukaan kalsinointipoistokaasut palauttaen on tunnusomaista, että kalsinoinnissa muodostuvat pölypitoiset kalsinointikaasut puhdistetaan yli 320°C:n lämpötilassa ja tämän jälkeen kalsi-30 nointikaasut kokonaisuudessaan tai osaksi saatetaan välittömässä kaasunjäähdyttimessä, esim. suihkupesurissa, venturi-pesurissa tai pesutornissa, kosketukseen kiertoon johdetun 70-85-%:isen rikkihapon kanssa, jolloin rikkihappoa, jonka i^SC^-pitoisuus on pienempi, syötetään sellaisina määrinä 35 systeemiin, että happkierron lämpötila pysyy vakiona ja kierrätyshapon määrä pysyy vakiona poistamalla konsentroi-dumpaa happoa.

72499 Pölypitoisten kalsinointikaasujen puhdistus tapahtuu mieluiten lämpötilassa yli 320°C suodattimilla tai elektro-staattisen kaasunpuhdistuksen (EKP) avulla. Tällöin erotettu Ti02 voidaan palauttaa kalsinointiin.

5 Keksinnön mukaisessa menetelmässä puhdistetut kaasut voidaan palauttaa kalsinointiuunin polttokammioon toisioil-man asemasta.

Tällä keksinnön mukaisella toimenpiteellä ensisijaisen energian ominaiskulutusta voidaan vähentää 15-20-%:illa.

10 Systeemin kaasutilavuudesta tehollisen poistokaasun osuus on n. 60 % ja tämä merkitsee lisäetua. Uunin jälkeisissä laitteissa SO^tn ja S02:n poistamiseksi poistokaasusta tuulettimet voidaan mitoittaa vastaavasti pienemmiksi.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä kalsinointisystee-15 mistä saatu puhdistettu poistokaasuvirtaus käytetään eSikon-sentroidun, n. 65-%:isen rikkihapon edelleenkonsentroimisek-si taloudellisella tavalla maksimikonsentraatioon 85 %.

Tämä toteutetaan siten, että puhdistetut kalsinointi-kaasut kokonaisuudessaan tai osaksi saatetaan välittömässä 20 kaasunjäähdyttimessä, esim. suihkupesurissa, venturipesu-rissa tai pesutornissa, kosketukseen kiertoon johdetun 70-85-%:isen rikkihapon kanssa, jolloin rikkihappoa, jonka I^SO^-pitoisuus on pienempi, syötetään sellaisina määrinä systeemiin, että happokerron lämpötila pysyy vakiona ja 25 kierrätyshapon määrä pysyy muuttumattomana poistamalla konsentroidumpaa happoa (75-80 %).

Periaatteessa voidaan tällä tavoin jokaisen rikkihapon konsentraatio kohottaa n. 85 %:iin. Mutta erityisen edulliseksi on osoittautunut rikkihapon konsentroiminen, 50 jonka väkevyys on 60-70 %, erityisesti 65 % ja joka saadaan haihduttamalla Ti02~laimeahappo kuiviin ja ottamalla kiteyttämällä erottuneet suolat talteen.

Koska tämä happo sisältää vielä 2-5 % metallisulfaat-teja, sen uudelleenkäytölle sellaisenaan on vain vähäisiä 55 mahdollisuuksia. Koko muodostuneen happomäärän palauttaminen titaanimalmin liuotukseen ei ole mahdollista, koska 3 72499 sekoitettaessa väkevän rikkihapon kanssa tarvittavaan kon-sentraatioon n. 90 % t^SO^ia muodostuu enemmän happoa kuin liuotuksessa on tarpeen. Kun vettä haihdutetaan edelleen 65-%:isesta haposta pitoisuuteen n. 80 % i^SO^ia, voidaan 5 kierrätyshappo palauttaa kokonaisuudessaan.

Hapon suolapitoisuus estää myös epäsuoraan lämmön-vaihtoon perustuvan jatkohaihduttamisen. Suora haihdutus uppopoltinhaihduttimessa ei myöskään tule kysymykseen, koska happokonsentraation ollessa yli 70 % lämpötilassa n.

10 1500°C olevat savukaasut pilkkovat huomattavia määriä rikki happoa SC^sksi, H20:ksi ja C^tksi.

Keksinnön mukaisen menetelmän avulla on nyt mahdollista suorittaa väkevöiminen erittäin edullisesti. Lämpötilassa 400-500°C olevat puhdistetut kalsinointikaasut johdetaan 15 laitteisiin, joissa konsentroitava happo voidaan saattaa kosketukseen kaasujen kanssa myötä- tai vastavirtaan. Tällaisia laitteita ovat esim. venturipesurit, suihkupesurit ja suutinarinalla varustetut pesutornit. Laitteissa on oltava mahdollisimman vähän sisärakenteita, koska mahdolliset 20 pienet suolasaostumat voivat tukkia ne.

Tässä menetelmävaiheessa pystytään hyödyntämään uudelleen jopa 25 % TiC^sn kalsinoinnissa käytetystä energiasta jäähdyttämällä poistokaasut 160-180°C:seen.

Lisäetuna on tämän kuuman hapon hyvä kyky absorboida 25 S03*»a> joka siis voidaan kierrättää uudelleen prosessiin.

Keksinnön mukaisen menetelmän lisätoteuttamismuodossa lämpötilassa 160-180°C olevien poistokaasujen lämpö käytetään laimeahapon kuumentamiseksi ja mahdollisesti osittain haihduttamiseksi.

30 Tällöin puhdistetut kalsinointikaasut, jotka koske tuksessa 70-85-%:isen rikkihapon kanssa on jäähdytetty lämpötilaan 150-250°C, saatetaan pesutornissa tai yllä kuvatun tyyppisessä pesurissa suoraan kosketukseen TiC>2:n hydrolyy-siprosessista tulevan laimeahapon kanssa. Tällöin absorboi-35 tuvat pienet rikkihappomäärät, jotka ovat joutuneet poisto-kaasuun 180°C:ssa n. 80-%:isesta haposta.

4 72499

Tarkemmin sanottuna 150-250°C:seen jäähdytetyt kalsinointikaasut jäähdytetään toisessa suoraan toimivassa kaasunjäähdyttimessä titanyylisulfaattihydrolyy-sistä tulevalla, kierrätetyllä laimeahapolla siten, että 5 kiertoon syötetään laimeahappoa maksimaalisesti niin paljon, että vesihöyryn osapaine on sama kiertohapon päällä ja jäähdytetyssä poistokaasussa. Jos vesihöyryn osapaine poistokaasussa olisi suurempi, seurauksena olisi veden tiivistyminen poistokaasusta.

10 Tässä viimeksi mainitussa menetelmässä pystytään hyödyntämään uudelleen jopa 10 % kalsinoinnissa käytetystä energiasta.

Kun verrataan tunnettuihin pyrkimyksiin kalsi-nointikaasujen lämpöenergian hyödyntämiseksi laimeahapon 15 konsentroimiseksi, jo kuvattujen etujen lisäksi huomatta-vimpana etuna on se, että pystytään estämään laimeahapon konsentroituminen pitoisuuteen, jossa sulfaatit kiteytyvät. Lämmön kaksivaiheisen hyödyntämisen ansiosta on mahdollista konsentroida korkealla lämpötilatasolla suhteel-20 lisen vähäsuolainen, mutta muuten vaikeasti haihdutettavissa oleva 65-%:inen happo pitoisuuteen n. 80 % kun taas runsaasti sulfaatteja sisältävä laimeahappo saatetaan kosketukseen suhteellisen kylmän poistokaasun kanssa. Tällä tavoin ei ole vaaraa, että sulfaattien saostuminen 25 pysäyttäisi laitteiston toiminnan, mikä on varsin mahdollista, kun kosketus tapahtuu 400°C:ssa olevien poistokaasujen kanssa.

Kuvatut keksinnön mukaiset vaiheet kalsinointi-poistokaasujen tuntuvan lämmön hyödyntämiseksi tehoavat 30 yksitellenkin, mutta selvimmin ne vaikuttavat yhdistelmänä. Siten on erittäin edullista toteuttaa keksinnön mukaiset vaiheet yhdistelmänä.

Kuvion 1 tehtävänä on havainnollistaa keksinnön mukainen menetelmä. Kuviossa on esitetty kaavion avulla 35 eräs mahdollinen variantti. Valittu esitys ei millään tavoin rajoita keksinnön mukaisesti mahdollisia laitteita 5 72499 ja tuotantovirtoja.

Kalsinointiuunin (1) polttokammiossa (2) poltetaan maakaasua tai polttoöljyä ensiöilman avulla. Tällöin muodostuviin savukaasuihin sekoitetaan niin paljon 5 poistokaasua (6), että uunin pyörivässä lieriössä syntyy haluttu lämpötilaprofiili. Puhaltimet (5) ja (7) imevät uunista tulevan poistokaasun (400-500°C) (3) kuuman elektrostaattisen kaasunpuhdistimen (EKP) (4) läpi, jossa Ti02_pöly poistetaan suurimmaksi osaksi. Puhal-10 Iin (5) syöttää uuniprofiilin säätämiseksi tarvittavan poistokaasumäärän (11) polttokammioon (2). Puhallin (7) syöttää kalsinointiprosessista tulevan tehollisen poistokaasumäärän (8) suihkupesuriin (9). Tähän pesuriin suihkutetaan jatkuvasti pumpun (10) avulla kiertoon joutuvaa 15 n. 80-%:ista happoa. Konsentraation ylläpitämiseksi kiertoon syötetään 65-%:ista happoa (15) ja poistetaan vastaava määrä 80-%:ista happoa (16). Tätä n. 180°C:ssa olevaa 80-%:ista happoa (16) voidaan tantaali- tai lasiläm-mönvaihtimissa (14) jäähdyttää alle 100°C sisäänsyöte-20 tyllä 65-%:isella hapolla (15). Tällä tavoin voidaan lisä- hyödyntää huomattava osa kokonaisysteemin lämpöenergiasta. Poistokaasut (12), jotka kosketuksessa n. 400°C:ssa olevan hapon kanssa ovat jäähtyneet n. 180°C:seen, joutuvat suihkupesurista (9) pesutorniin (11), jossa kier-25 rätetty laimeahappo jäähdyttää poistokaasut n. 80°C:seen (19). Pumpulla (13) kierrätettyyn laimeahappoon syötetään kylmää laimeahappoa (17) siten, että poistokaasujen kastepistettä ei aliteta. Poistetaan laimeahapposyöttöä vastaava määrä kuumaa laimeahappoa (18).

30 Seuraavassa valaistaan keksintöä esimerkkien avulla.

Esimerkeissä kaikki kaasujen tilavuutta koskevat arvot ovat normaalitila-arvoja.

Esimerkki 1

Kalsinointiuunissa, kapasiteetti 4 t Ti0~/h, pol- 3 9^ 35 tettiin 1440 m /h maakaasua (vastaten 44 x 10 J/h) ensiöilmamäärän 14 000 m^/h avulla ja polttokammioon 6 72499 (2) syötettiin 15 700 iriVh toisioilmaa (60°C). Poisto-kaasujen lämpötila oli 410°C ja poistokaasujen määrä 43 600 m^/h (kosteana). Poistokaasujen vesipitoisuus oli 24,4 til.-%.

5 Korvaamalla toisioilma puhdistetulla, 400°C:ssa ole valla poistokaasulla tarvittavan maakaasun määrä vähe- 3 3 ni arvosta 1440 m /h arvoon 1220 m /h. Tämä vastaa energiansäästöä 6,9 x 10^ J/h eli 1,725 x 10^ J/t T1O2 eli 15,7 %. Kalsinointiprosessista puhaltimella (7) imetty 3 10 poistokaasumäärä (8) oli enää vain 28 000 m /h (koste ana) ja sen vesipitoisuus oli kohonnut arvosta 24,4 til.-% arvoon 36,7 til.-%.

Esimerkki 2 Lämpötilassa 400°C oleva poistokaasu (8) syötettiin 15 puhaltimella suihkupesuriin (9), johon myötävirtauksena suihkutettiin kierrätyspumpulla (10) 78-%:ista rikkihappoa, johon oli liuennut 4,6 % metallisulfaatteja. Pesurin vesikuoppaan syötettiin 11,0 t/h 65-%:ista rikkihappoa, johon oli liuenneut 4,0 % sulfaatteja (lämpöti-20 la 40°C). Kierrosta poistettiin 9,2 t/h 78-%:ista hap poa. Vettä haihdutettiin 1,8 t/h. Poistokaasun luovutta- 9 9 ma energia oli 8,3 x 10 J/h eli 2,08 x 10 J/t T1O2/ mikä vastasi 18,8 %:a alkuperäisestä energiantarpeesta. Pesurista lämpötilassa n. 180°C poistuvan poistokaasun ve-25 sipitoisuus oli 41,1 til.-%, mikä vastasi kastepistettä 77°C.

Kun 80-%risen hapon hyötylämpösisältö jäähdyttämällä 180°C:sta 60°C:seen (vastaten 2,25 x 10^ J/h) siirrettiin syötettyyn 65-%:iseen happoon, tämä syötettiin 30 pesurin (9) kiertoon 132°C:eisena 40°C:eisen asemasta.

Sama määrä vettä haihtui 65 %:isesta haposta ja tällöin poistokaasun (12) lämpötila oli 240°C lämpötilan 180°C asemasta.

Esimerkki 3 35 Lämpötilassa 180°C suihkupesurista (9) tulevat poistokaasut (12) syötettiin suutinarinalla varustettuun 7 72499 peustorniin (11), johon vastavirtauksena suihkutettiin lai-meahappoa, joka sisälsi 23 % I^SO^ ja 15 % metallisulfaatte-ja. Kierrätyslärapötilassa 88°C laimeahapon höyrynpaine oli n. 0,41 x 10^ Pa (410 mbar) vastaten siten poistokaasun (12) 5 vesipitoisuutta. Tämä estää veden tiivistymisen poistokaasusta (12). Pesutornin (11) vesikuoppaan syötettiin 23 t/h laimeahappoa lämpötilassa 40°C ja kierrosta poistettiin 23 t/h lämpötilassa 88°C laimeahappohaihduttamoon. Poisto- 9 kaasun laimeahapolle luovuttama lämpömäärä oli 3,4 x 10 g 10 J/h eli 0,85 x 10 J/t TiC^ vastatem 7,7 %:a alkuperäisestä kalsinointienergiasta.

Jos poistokaasu (12) syötetään pesutorniin (11) 240°C:eisena 180°C:eisen asemasta, laimeahaposta haihdutettiin laimeahapposyötön ollessa sama 0,85 t vettä. Poisto-15 kaasun vesipitoisuus kohosi arvosta 41,1 til.-% arvoon 43,1 til.-% ja lämpötila asettui arvoon n. 90°C.

Tässä esimerkissä voitiin säästää tai hyödyntää uudelleen kaikkiaan 47,3 % kalsinointienergiasta.

Claims (6)

72499

1. Menetelmä energian säästämiseksi TiC^n valmistuksessa sulfaattimenetelmän mukaan kalsinointipoistokaasut 5 palauttaen, tunnettu siitä, että kalsinoinnissa muodostuvat pölypitoiset kalsinointikaasut puhdistetaan yli 320°C:n lämpötilassa ja tämän jälkeen kalsinointikaasut kokonaisuudessaan tai osaksi saatetaan välittömässä kaasunjääh-dyttimessä, esim. suihkupesurlssa, venturipesurissa tai 10 pesutornissa, kosketukseen kiertoon johdetun 70-85-%risen rikkihapon kanssa, jolloin rikkihappoa, jonka l^SO^-pitoi-suus on pienempi, syötetään sellaisina määrinä systeemiin, että happokierron lämpötila pysyy vakiona ja kierrätyshapon määrä pysyy vakiona poistamalla konsentroidumpaa happoa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tun nettu siitä, että systeemiin syötetään 60-70-%:ista, edullisesti 65-%:ista, TiC^-laimeahaposta talteenotettua rikkihappoa, joka voi sisältää 2-5 % metallisulfaatteja.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, 20 tunnettu siitä, että kierrosta poistettu happo on 75-80-%:inen rikkihappo.

4. Jonkun patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että poistettu 75-80-%:inen rikkihappo jäähdytetään lämpötilaan alle 100°C jäähdyttämällä 25 epäsuorasti lasi- tai tantaalilämmönvaihtimissa sisäänsyö-tetyllä 60-70-%:isella hapolla.

5. Jonkun patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että puhdistetut kalsinointikaasut jäähdytetään lämpötilaan 150-250°C saattamalla ne kosketuk- 30 seen 70-85-%risen rikkihapon kanssa.

6. Jonkun patenttivaatimuksen 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 150-250°C:seen jäähdytetyt kalsinointikaasut jäähdytetään 80-100°C:seen toisessa suoraan toimivassa kaasujäähdyttimessä titanyylisulfaattihydrolyy- 35 sistä tulevalla, kierrätetyllä laimeahapolla siten, että kiertoon syötetään laimeahappoa maksimaalisesti niin paljon, että vesihöyryn osapaine on sama kiertohapon päällä ja jäähdytetyssä poistokaasussa. 72499