RU2437834C1 - Method of decomposing carbonates - Google Patents
Method of decomposing carbonates Download PDFInfo
- Publication number
- RU2437834C1 RU2437834C1 RU2010115097/05A RU2010115097A RU2437834C1 RU 2437834 C1 RU2437834 C1 RU 2437834C1 RU 2010115097/05 A RU2010115097/05 A RU 2010115097/05A RU 2010115097 A RU2010115097 A RU 2010115097A RU 2437834 C1 RU2437834 C1 RU 2437834C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- carbonates
- energy
- decomposition
- carbonate
- irradiation
- Prior art date
Links
Landscapes
- Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к химическим и нефтехимическим отраслям промышленности, где используются процессы диссоциации твердого карбонатного сырья. Продукты разложения карбонатов применяются в металлургии, строительной индустрии, целлюлозно-бумажной и сахарной промышленности, в производстве удобрений для сельского хозяйства и т.п. Карбонаты - это химические соединения, наиболее широко представленные в природе. Они встречаются в различных минералах: в известняке, апатитах, доломитах - карбонат кальция; в магнезитах, доломитах - карбонат магния; в сидеритах - карбонат железа; в азуритах, малахитах - карбонат меди; в сферокобальтитах - карбонат кобальта; в целестинах - карбонат стронция; в церусситах - карбонат свинца; в родохрозитах - карбонат марганца и т.п.The invention relates to the chemical and petrochemical industries, where the processes of dissociation of solid carbonate feedstocks are used. Carbonate decomposition products are used in metallurgy, construction industry, pulp and paper and sugar industries, in the production of fertilizers for agriculture, etc. Carbonates are the most widely represented chemical compounds in nature. They are found in various minerals: in limestone, apatite, dolomite - calcium carbonate; in magnesites, dolomites - magnesium carbonate; in siderite - iron carbonate; in azurites, malachites - copper carbonate; in spherical cobaltites - cobalt carbonate; in celestins - strontium carbonate; in cerussites - lead carbonate; in rhodochrosites - manganese carbonate, etc.
Диссоциация стабильных сложных молекул и в том числе и карбонатов происходит по схеме:The dissociation of stable complex molecules, including carbonates, occurs according to the scheme:
АВ+е->АВ->А+В-, где А - молекулы вида CaO, MgO, FeO, MnO, CoO, K2O, CuO, SrO и т.п., а В - молекулы СО2. В соответствии с законом Дюлонга и Пти внутренняя энергия молекулы равна 3nkT, где n - число атомов в молекуле, k - постоянная Больцмана, Т - абсолютная температура. Для всех карбонатов эта энергия одинаковая и составляет 180 кДж/моль, это та энергия, которую необходимо затратить, чтобы разложить молекулу любого карбоната. Реакции разложения карбонатов обратимы и с повышением температуры условия неравновесия смещаются к более высоким температурам, так что уже при температуре 1200°С, например, для карбоната кальция давление конверсионного газа будет больше атмосферного, вследствие чего обратимые реакции существенно затормозятся.AB + e - > AB - > A + B - , where A are molecules of the form CaO, MgO, FeO, MnO, CoO, K 2 O, CuO, SrO, etc., and B are CO 2 molecules. In accordance with the law of Dulong and Petit, the internal energy of the molecule is 3nkT, where n is the number of atoms in the molecule, k is the Boltzmann constant, and T is the absolute temperature. For all carbonates, this energy is the same and amounts to 180 kJ / mol, this is the energy that you need to spend to decompose a molecule of any carbonate. The decomposition reactions of carbonates are reversible and, with increasing temperature, the nonequilibrium conditions shift to higher temperatures, so that even at a temperature of 1200 ° C, for example, for calcium carbonate, the pressure of the conversion gas will be higher than atmospheric, as a result of which reversible reactions will be substantially inhibited.
Наибольшим спросом пользуется кальцид - продукт разложения карбоната кальция.Calcide, the decomposition product of calcium carbonate, is most in demand.
Известны способы разложения карбонатов: химические, обжиг сырья в специальных печах, плазмотермические, СВЧ-термические.Known methods for the decomposition of carbonates: chemical, firing of raw materials in special furnaces, plasma-thermal, microwave thermal.
1. Химические способы основаны на реакциях карбонатов с кислотами, например:1. Chemical methods are based on reactions of carbonates with acids, for example:
СаСО3+H2SO4 < > CaSO4+CO2+H2OCaCO 3 + H 2 SO 4 <> CaSO 4 + CO 2 + H 2 O
СаСО3+2HNO3 < > Са(NO3)2+CO2+H2OCaCO 3 + 2HNO 3 <> Ca (NO 3 ) 2 + CO 2 + H 2 O
с дальнейшим переводом полученных солей в водный раствор или в осадок. Для других карбонатов реакции разложения могут различаться только применяемыми химическими реагентами. Основное крупномасштабное применение этого способа связано с производством минеральных удобрений при переработке апатитов и производством кальцинированной и каустической соды, а также для получения других видов карбонатов, например щелочноземельных (Технология неорганических веществ и минеральных удобрений. Курс лекций. Великий Новгород: НовГУ им. Ярослава Мудрого, 2007; Дмитриевский Б.А. и др. Способ получения карбоната кальция. Патент РФ №2146226). К недостаткам этого способа следует отнести ограниченный круг крупномасштабных производственных применений, а также большие расходы дорогостоящих химических реактивов, большую нагрузку на экологию окружающей среды и вредные условия труда.with further conversion of the salts obtained into an aqueous solution or precipitate. For other carbonates, decomposition reactions may differ only in the chemicals used. The main large-scale application of this method is associated with the production of mineral fertilizers in the processing of apatite and the production of calcined and caustic soda, as well as for the production of other types of carbonates, for example alkaline earth (Technology of inorganic substances and mineral fertilizers. Lecture course. Veliky Novgorod: Novgorod State University named after Yaroslav the Wise, 2007; Dmitrievsky B.A. et al. Method for producing calcium carbonate. RF patent No. 2146226). The disadvantages of this method include a limited range of large-scale industrial applications, as well as high costs of expensive chemicals, a large load on the ecology of the environment and harmful working conditions.
2. Обжиг сырья в специальных печах.2. Roasting of raw materials in special furnaces.
Наиболее важным процессом в индустрии строительных материалов, таких как известь, цемент, керамзит, глинозем и др., является обжиг исходного сырья. Обжиг карбонатного сырья ведут в специальных печах: шахтных, вращающихся и циклонных. Принцип действия заключается в следующем: в печь, представляющую собой полый цилиндр диаметром до 6 м и длиной до 185 м, выполненный из термически стойких и тугоплавких материалов, загружают топливо (уголь, кокс, нефть и газ) вместе с карбонатным сырьем и поджигают эту смесь. Загружаемое в печь сырье нагревается в пламени сгораемого топлива, при этом повышается его температура, и при достижении условия неравновесия реакции разложения карбонатов повышение температуры прекращается. В дальнейшем обжиг происходит при температурах 1100-1250°С, т.е. при температурах установившегося неравновесия. При этом в сырье происходит множество физических и химических превращений, таких, например, как сушка, дегидрация, декарбонация (кальцинация), спекание, вспучивание и др. (Литература: В книге «Процессы и аппараты химических технологий», часть 2, www.nauka.ni).The most important process in the building materials industry, such as lime, cement, expanded clay, alumina, etc., is the firing of raw materials. Carbonate raw materials are fired in special furnaces: mine, rotary and cyclone. The principle of operation is as follows: in a furnace, which is a hollow cylinder with a diameter of up to 6 m and a length of up to 185 m, made of heat-resistant and refractory materials, fuel (coal, coke, oil and gas) is loaded together with carbonate raw materials and ignite this mixture . The raw material loaded into the furnace is heated in a flame of combustible fuel, while its temperature rises, and when the condition for the disequilibrium of the decomposition of carbonates is reached, the temperature increase stops. Further firing occurs at temperatures of 1100-1250 ° C, i.e. at steady-state temperatures. At the same time, many physical and chemical transformations occur in raw materials, such as, for example, drying, dehydration, decarbonation (calcination), sintering, swelling, etc. (References: In the book “Processes and Apparatuses of Chemical Technologies”, part 2, www.nauka .ni).
3. Плазмотермические методы.3. Plasma-thermal methods.
Плазмохимические реакторы используют в качестве теплоносителя низкотемпературную плазму. Процессы в низкотемпературной плазме особенно эффективны для производства газообразных продуктов (ацетилена, оксида азота, дициана, фторуглеродов и т.п.) и порошков функционального назначения (пигментного диоксида титана, ультрадисперсного нитрида титана, нитрида кремния и т.п.) (Л.Н. Зубов, В.А. Смирнов. Разложение карбонатов щелочноземельных металлов в плазменной струе. Труды Н.К. Химия и физика низкотемпературной плазмы. Изд. МГУ, 1971 г.; Ю.И.Дытнерский. В книге «Процессы и аппараты химических технологий», часть 2, сайт www.nauka.ru).Plasma-chemical reactors use low-temperature plasma as a coolant. Processes in low-temperature plasma are especially effective for the production of gaseous products (acetylene, nitric oxide, dicyan, fluorocarbons, etc.) and powders of functional purpose (pigment titanium dioxide, ultrafine titanium nitride, silicon nitride, etc.) (L.N Zubov, VA Smirnov, Decomposition of alkaline earth metal carbonates in a plasma jet, Proceedings of NK Chemistry and Physics of Low-Temperature Plasma, Publishing House of Moscow State University, 1971; Yu.I. Dytnersky, In the book “Processes and Apparatuses of Chemical Technologies ”, Part 2, website www.nauka.ru).
4. СВЧ-нагрев.4. Microwave heating.
Разложение карбонатов методом СВЧ-нагрева технологических сред за счет поглощения электромагнитного излучения вследствие возбуждения молекул этой среды не является универсальным, так как не все вещества способны поглощать это излучение. В настоящее время по этому методу ведутся разработки теоретической базы и основ проектирования промышленных массообменных аппаратов нового класса для процессов ректификации, дегидрирования в нефтехимии, в термическом разложении карбонатов и т.п. Электродинамический способ разложения карбонатов отличается от термического тем, что он использует не тепловую энергию горения угля, кокса, нефти или газа, а энергию электромагнитного излучения. Механизм нагрева такой же, как и при горении топлива, так как энергия гамма-квантов при этих частотах недостаточна для разрыва связей молекул. Реализация способа осуществляется следующим образом: фракционированный известняк загружают в бункеры, откуда его подают в электродинамический реактор. Затем в этот реактор направляют электромагнитное излучение, создаваемое специальным генератором, где и протекают реакции диссоциации. Из верхней части реактора через специальные штуцеры отводят образующийся газ СО2, а кальцид выгружают в накопительный бункер. Для смещения равновесия реакции разложения в сторону ее интенсификации в реакторе создают постоянное разрежение.The decomposition of carbonates by microwave heating of technological media due to the absorption of electromagnetic radiation due to the excitation of molecules of this medium is not universal, since not all substances are capable of absorbing this radiation. Currently, according to this method, the development of the theoretical base and design fundamentals of a new class of industrial mass transfer apparatus for rectification, dehydrogenation in petrochemistry, in the thermal decomposition of carbonates, etc. The electrodynamic method for the decomposition of carbonates differs from the thermal one in that it uses not the thermal energy of the combustion of coal, coke, oil or gas, but the energy of electromagnetic radiation. The heating mechanism is the same as during fuel combustion, since the energy of gamma rays at these frequencies is insufficient to break the bonds of molecules. The implementation of the method is as follows: fractionated limestone is loaded into hoppers, from where it is fed into an electrodynamic reactor. Then, electromagnetic radiation generated by a special generator is directed into this reactor, where the dissociation reactions proceed. From the upper part of the reactor through special fittings the generated CO 2 gas is discharged, and the calcite is discharged into the storage hopper. To shift the equilibrium of the decomposition reaction towards its intensification, a constant vacuum is created in the reactor.
Использование в качестве энергоносителя электромагнитного излучения СВЧ-диапазона освобождает процесс разложения карбонатов от применения различных топлив, от инициирования побочных реакций вследствие контакта с топливом и материалом печей, он обеспечивает высокую равномерность объемного нагрева. Имеются опытные положительные результаты, в частности более высокая эффективность разложения по сравнению с традиционной технологией (на 15-25%).The use of microwave microwave radiation as an energy carrier frees the process of decomposition of carbonates from the use of various fuels, from the initiation of side reactions due to contact with the fuel and furnace material, it provides high uniformity of volumetric heating. There are experienced positive results, in particular higher decomposition efficiency compared to traditional technology (15-25%).
Однако их еще недостаточно, чтобы сделать заключение о перспективе применения этого метода в различных химических технологиях, прежде всего, из-за отсутствия мощных генераторов и технических трудностей загрузки и выгрузки больших масс вещества в резонаторы СВЧ (Бикбулатов И.Х. и др. Электродинамическая установка для разложения карбонатов кальция. Патент РФ №2170138; Бахонин А.В. Автореферат диссертации «Разработка конструкций аппаратов для массообменных процессов с использованием СВЧ-электромагнитного излучения». Изд. Уфимского ГНТУ. 2003).However, they are still not enough to draw a conclusion about the prospect of using this method in various chemical technologies, first of all, due to the lack of powerful generators and technical difficulties in loading and unloading large masses of matter into microwave resonators (I. Bikbulatov et al. Electrodynamic installation for the decomposition of calcium carbonates Patent of the Russian Federation No. 2170138; Bakhonin AV Abstract of the dissertation "Development of apparatus designs for mass transfer processes using microwave electromagnetic radiation." Publishing House of Ufa State National Technical University. 2003).
Из различных процессов термической диссоциации наибольшее практическое значение имеют разложение воды, дегидрирование углеводородов, диссоциация карбонатов, сульфидов. Их протекание связано со многими теплотехническими, химическими и металлургическими процессами, в частности производством извести, цемента, удобрений и доменным процессом. Ввиду схожести основных сырьевых материалов (в производстве извести - известняк, в производстве цемента - известняк и глина, в производстве удобрений - апатит и т.п.) и процессов их термической обработки в этих производствах применяется и однотипное оборудование, отличающееся только размером и набором вспомогательных устройств. Основным агрегатом для обжига служит термическая печь.Of the various processes of thermal dissociation, the decomposition of water, the dehydrogenation of hydrocarbons, and the dissociation of carbonates and sulfides are of the greatest practical importance. Their course is associated with many heat engineering, chemical and metallurgical processes, in particular the production of lime, cement, fertilizers and a blast furnace process. Due to the similarity of the main raw materials (in the production of lime - limestone, in the production of cement - limestone and clay, in the production of fertilizers - apatite, etc.) and the processes of their heat treatment, the same type of equipment is used in these industries, which differs only in size and a set of auxiliary devices. The main firing unit is a thermal furnace.
В качестве прототипа, наиболее близко подходящего к нашему предложению (по назначению и универсальности), выбран обжиг сырья в термических печах, в частности и обжиг во вращающейся печи (Шпионский, И.П. Цибин. Вращающиеся печи для производства строительных материалов; В книге «Процессы и аппараты химических технологий», часть 2, сайт www.nauka.ru).As a prototype that is closest to our proposal (by purpose and versatility), we selected raw materials firing in thermal furnaces, in particular firing in a rotary kiln (Spyonsky, IP Tsibin. Rotary kilns for the production of building materials; In the book " Processes and devices of chemical technologies ”, part 2, website www.nauka.ru).
Вращающаяся печь - это полый цилиндр - барабан из огнеупорной стали, выложенный внутри огнеупорным кирпичом (футеровкой). Корпус печи расположен наклонно к горизонту под углом 3-4° и вращается вокруг продольной оси с частотой обращения 1-3 мин-1. Печной агрегат кроме самой печи включает в себя устройство для сжигания топлива, питатели, холодильник, пылеулавливающие устройства и др. В верхнюю загрузочную часть подается сырьевая масса, а в нижней разгрузочной части помещается топливосжигающее устройство. В этих печах преимущественно сжигается природный газ, пылевидное топливо (уголь и сланец) и мазут. Из-за вращения барабана сырьевая масса движется к голове печи и через соединительную камеру поступает в холодильник, установленный за печью, а затем - к складским бункерам. Конверсионный углекислый газ вследствие конвекции движется по наклонному барабану вверх к месту загрузки карбонатного сырья, смешивается с топочным газом и уходит либо в атмосферу, либо на газоулавливающее устройство для дальнейшей очистки от топочного газа и последующего направления на утилизацию.A rotary kiln is a hollow cylinder - a drum made of refractory steel, lined inside with refractory bricks (lining). The furnace body is inclined to the horizon at an angle of 3-4 ° and rotates around the longitudinal axis with a revolution frequency of 1-3 min -1 . The furnace unit, in addition to the furnace itself, includes a device for burning fuel, feeders, a refrigerator, dust collecting devices, etc. Raw material is supplied to the upper loading part, and a fuel burning device is placed in the lower unloading part. In these furnaces, natural gas, pulverized fuel (coal and shale) and fuel oil are predominantly burned. Due to the rotation of the drum, the raw material mass moves to the furnace head and through the connecting chamber it enters the refrigerator installed behind the furnace, and then to the storage bins. Conversion carbon dioxide as a result of convection moves upward along the inclined drum to the place of loading of carbonate raw materials, mixes with the flue gas and goes either to the atmosphere or to a gas trapping device for further purification of the flue gas and subsequent disposal.
На декарбонизацию 1 моля карбоната расходуется 180 кДж (3nkT×Na, где Na - число Авогадро). Эксплуатационные данные другие: (670-840) кДж/моль. Расход условного топлива в печах при этом значителен и достигает 25-40% обжигаемой массы. Из сопоставления значений теплового эффекта и расхода энергии на разложение 1 моля карбоната следует, что КПД термического процесса лежит в в пределах 25% (Производство негашеной извести.www.bestreferat.ru; Искитимцемент. Производство цемента в Росси в 2005-2010 гг. www.iskitimcement.ru).180 kJ is consumed for decarbonization of 1 mole of carbonate (3nkT × N a , where N a is the Avogadro number). Operational data others: (670-840) kJ / mol. The equivalent fuel consumption in the furnaces is significant and reaches 25-40% of the fired mass. From a comparison of the values of the thermal effect and the energy consumption for decomposition of 1 mole of carbonate, it follows that the thermal process efficiency is within 25% (Quicklime production. Www.bestreferat.ru; Iskitimcement. Cement production in Russia in 2005-2010. Www. iskitimcement.ru).
К недостаткам этого способа следует отнести:The disadvantages of this method include:
1. Низкий КПД термического процесса.1. Low efficiency of the thermal process.
2. Огромные расходы условного топлива.2. The huge cost of fuel equivalent.
3. Низкое качество продукции вследствие смешения обжигаемого сырья с топливом и наличия контакта сырья с материалом конструкции печи.3. Poor product quality due to mixing of calcined raw materials with fuel and the presence of contact of raw materials with the material of the furnace structure.
4. Нагрев неоднороден, имеются недогретые и перегретые области сырья.4. Heating is heterogeneous, there are underheated and overheated areas of raw materials.
5. Большие затраты на доставку топлива к заводам.5. Large costs for the delivery of fuel to plants.
6. Большие требуемые площади для размещения установки, например для вращающейся печи с годовым производством извести 60 тысяч тонн требуется не менее 6 тысяч кв. метров.6. Large required areas for installation, for example, for a rotary kiln with an annual production of lime of 60 thousand tons, at least 6 thousand square meters are required. meters.
7. Большая стоимость капитального строительства.7. The high cost of capital construction.
8. Большая металлоемкость конструкций печей.8. Large metal consumption of furnace designs.
9. Большое давление на окружающую среду: зола, тяжелые металлы, угарный газ, оксиды азота, сульфиды и т.п., а также рассеяние теплоты в окружающее пространство.9. A lot of pressure on the environment: ash, heavy metals, carbon monoxide, nitrogen oxides, sulfides, etc., as well as heat dissipation into the surrounding space.
Задачей данного изобретения является снижение энерго- и материалоемкости производства, повышение качества конверсионных продуктов - оксидов металлов и углекислого газа, снижение экологического давления на окружающую среду.The objective of the invention is to reduce the energy and material consumption of production, improving the quality of conversion products - metal oxides and carbon dioxide, reducing environmental pressure on the environment.
Для этого предложен способ разложения карбонатов, включающий измельчение исходного сырья до крупности ≤1 мм, разложение карбонатов за счет подвода внешней энергии, отвод конверсионного газа и охлаждение целевого продукта, при этом разложение исходного сырья осуществляют путем его облучения ускоренными электронами с энергией 100 кэВ-10 МэВ.For this, a method for the decomposition of carbonates is proposed, including grinding the feedstock to a particle size of ≤1 mm, decomposing carbonates by supplying external energy, removing the conversion gas and cooling the target product, while the decomposition of the feedstock is carried out by irradiation with accelerated electrons with an energy of 100 keV-10 MeV
Кроме того, облучение ведут при давлении ниже атмосферного.In addition, irradiation is carried out at a pressure below atmospheric.
В данном способе предусматривается замена термического носителя энергии (топлива) на радиационно-термический носитель энергии. Для этого в приемный бункер, установленный вблизи ускорителя электронов, загружают измельченное (до крупности примерно 1 мм) карбонатное сырье и затем через специальное формирующее устройство, которое формирует на подающем в зону облучения транспортере, изготовленном из жаропрочной стали, необходимую ширину и толщину карбонатной засыпки, направляют ее под пучок электронов, а после разложения - в холодильник и далее - в бункер для складирования готовой продукции.This method provides for the replacement of a thermal energy carrier (fuel) by a radiation-thermal energy carrier. To do this, crushed (up to a particle size of about 1 mm) carbonate raw materials are loaded into the receiving hopper, installed near the electron accelerator, and then through a special forming device, which forms the necessary width and thickness of the carbonate backfill on the conveyor to the irradiation zone made of heat-resistant steel, send it under a beam of electrons, and after decomposition - in the refrigerator and then - in the hopper for storing the finished product.
При облучении электронами исходного сырья в нем, если энергия электронов выше энергии диссоциации и ионизации молекул и атомов этого вещества, образуются ионы и возбужденные состояния атомов и молекул и, как следствие, - частицы, которые не могут возникнуть при низких температурах за счет равновесных процессов. Это, прежде всего, частицы разложившихся карбонатов CaO, MgO, FeO, MnO и др., CO2 и частицы типа: О и O2, C и СО. Энергия ускоренного электрона, израсходованная на рождение этих частиц, в конечном счете преобразуется в тепло.Upon electron irradiation of the feedstock in it, if the electron energy is higher than the energy of dissociation and ionization of the molecules and atoms of this substance, ions and excited states of atoms and molecules are formed and, as a result, particles that cannot arise at low temperatures due to equilibrium processes. These are, first of all, particles of decomposed carbonates CaO, MgO, FeO, MnO, etc., CO 2 and particles of the type: O and O 2 , C and CO. The energy of an accelerated electron spent on the production of these particles is ultimately converted to heat.
В случае когда времена релаксации, т.е. время возврата системы из возбужденного состояния в нормальное, много больше длительности физического воздействия - облучения электронами, что характерно для рассматриваемых исходных веществ, появляется возможность управления выходом химических форм, фаз даже в условиях неравновесных систем и смещать их к более низким температурам.In the case when the relaxation times, i.e. the time of the return of the system from the excited state to the normal one is much longer than the duration of the physical effect - electron irradiation, which is typical for the starting materials under consideration, it becomes possible to control the yield of chemical forms and phases even in nonequilibrium systems and shift them to lower temperatures.
По имеющимся экспериментальным данным (Пикаев А.К. Современная радиационная химия. Твердое тело и полимеры: прикладные аспекты. М.: Наука. 1987; Гальцева О.В. Твердофазный синтез литиевых ферритов в пучке ускоренных электронов. Автореферат диссертации. Томск. - 2009) можно сделать заключение, что на диссоциацию молекул карбонатов расходуется 40% энергии ускоренных электронов, 60% - на рождение остальных частиц, которые всю свою энергию отдадут веществу в виде тепла и его нагреву. Таким образом, процесс разложения молекул в нашем случае имеет две составляющие: радиационную и термическую.According to the available experimental data (Pikaev AK Modern radiation chemistry. Solid and polymers: applied aspects. M: Nauka. 1987; Galtseva OV Solid-phase synthesis of lithium ferrites in a beam of accelerated electrons. Abstract of thesis. Tomsk. - 2009 ) we can conclude that 40% of the energy of accelerated electrons is spent on the dissociation of carbonate molecules, 60% - on the birth of the remaining particles, which will give all their energy to the substance in the form of heat and its heating. Thus, the process of decomposition of molecules in our case has two components: radiation and thermal.
Для осуществления этого способа возможно использование промышленных электронных ускорителей с энергией от 100 кэВ до 10 МэВ. Нижнее значение указанного диапазона энергий обусловлено тем обстоятельством, что уже при этой энергии процесс диссоциации является эффективным, так как при этих энергиях сечение ионизации молекул карбонатов является максимальным. Верхнее значение обусловлено только требованием не создавать так называемой наведенной радиоактивности, так как при более высоких энергиях вследствие фотоядерных реакций в облучаемых материалах она будет появляться.To implement this method, it is possible to use industrial electronic accelerators with energies from 100 keV to 10 MeV. The lower value of the indicated energy range is due to the fact that even at this energy, the dissociation process is effective, since at these energies the ionization cross section of carbonate molecules is maximum. The upper value is due only to the requirement not to create the so-called induced radioactivity, since at higher energies it will appear in the irradiated materials due to photonuclear reactions.
Как вариант выполнения можно предложить следующую схему разложения карбонатов. В приемный бункер, установленный вблизи ускорителя электронов, загружают измельченное (до крупности примерно 1 мм) карбонатное сырье и затем через специальное формирующее устройство подают его на транспортер, изготовленный из жаропрочной стали. Карбонатное сырье направляют в зону облучения ускорителя, где создается давление ниже атмосферного с помощью форвакуумных насосов. Время облучения будет определяться отдельно в каждом конкретном случае и будет зависеть от мощности излучения, количества находящегося в зоне облучения исходного сырья и пр. Конверсионный газ из зоны облучения выводят, а целевой продукт направляют на охлаждение и далее складируют.As an embodiment, the following carbonate decomposition scheme can be proposed. In the receiving hopper, installed near the electron accelerator, crushed (up to a particle size of about 1 mm) carbonate feed is loaded and then fed through a special forming device to a conveyor made of heat-resistant steel. Carbonate feed is sent to the irradiation zone of the accelerator, where below-atmospheric pressure is generated using fore-vacuum pumps. The exposure time will be determined separately in each particular case and will depend on the radiation power, the amount of feedstock located in the irradiation zone, etc. The conversion gas is removed from the irradiation zone, and the target product is sent for cooling and then stored.
Процесс облучения карбонатов ведут при создании в зоне облучения пониженного атмосферного давления с помощью форвакуумных насосов с тем, чтобы, с одной стороны, сместить условия равновесия реакций разложения в сторону более низких температур, а с другой стороны, чтобы собрать чистый конверсионный углекислый газ и сразу же направить его на утилизацию.The process of irradiation of carbonates is carried out when a reduced atmospheric pressure is created in the irradiation zone using fore-vacuum pumps in order to, on the one hand, shift the equilibrium conditions of the decomposition reactions to lower temperatures, and on the other hand, to collect pure conversion carbon dioxide and immediately send it for recycling.
Наиболее подходящим для облучения является ускоритель типа ЭЛВ-12 с параметрами: энергия - 1 МэВ, мощность в пучке - 400 кВт, разработанный в Институте ядерной физики в Новосибирске. КПД этого ускорителя достигает 90%. Его можно разместить в помещении 5×5×6 м3 (Салимов Р.А. Ускорители серии ЭЛВ и их применение в радиационных технологических процессах и медицине. Материалы 10-го Международного совещания. СПб. 2001).The most suitable for irradiation is an ELV-12 accelerator with parameters: energy - 1 MeV, power in the beam - 400 kW, developed at the Institute of Nuclear Physics in Novosibirsk. The efficiency of this accelerator reaches 90%. It can be placed in a room of 5 × 5 × 6 m 3 (Salimov R.A. ELV Series Accelerators and Their Use in Radiation Technological Processes and Medicine. Materials of the 10th International Meeting. St. Petersburg. 2001).
При оценке производительности по нашему способу будем исходить из баланса энергий термической и радиационной частей и энергии, необходимой для разложения молекулы карбоната;When evaluating the performance of our method, we will proceed from the balance of the energies of the thermal and radiation parts and the energy necessary for the decomposition of the carbonate molecule;
М=ηPt+U, гдеM = ηPt + U, where
η - КПД ускорителя, равный 90%; Р - мощность ускорителя, Вт; t - время облучения, секунда. U - энергия связи молекул карбонатов, равная 180 кДж/моль. В течение одного часа установка позволяет диссоциировать: 0,9×400000×3600+180000=7200 моль, суточная производительность разложения карбонатов, следовательно, равна 172800 моль. Например, для карбоната кальция это соответствует 720 кг/час или 17,28 т/сут.η - accelerator efficiency equal to 90%; P is the accelerator power, W; t is the exposure time, second. U is the binding energy of carbonate molecules equal to 180 kJ / mol. Within one hour, the installation allows you to dissociate: 0.9 × 400000 × 3600 + 180,000 = 7200 mol, the daily productivity of the decomposition of carbonates, therefore, is equal to 172800 mol. For example, for calcium carbonate, this corresponds to 720 kg / hour or 17.28 tons / day.
Сравнительные характеристики способов приведены в таблице.Comparative characteristics of the methods are given in the table.
В заключение отметим, что в настоящее время в России производится только цемента и извести 80 и 10 миллионов тонн ежегодно соответственно. По данным ОАО «Искитимцемент» износ активной части основных фондов на подавляющем большинстве предприятий превысил 70%. В эксплуатации находится 93,5% печей со сроком службы более 30 лет. Осуществляемая и намечаемая модернизация исходит из усовершенствования печей и их агрегатов, тогда как основной и принципиальный вопрос о низком КПД термического процесса остается незыблемым. Поэтому модернизация этих отраслей промышленности на использовании новых и экологически чистых носителей энергии представляется чрезвычайно важным стратегическим направлением. Рекомендуемые ускорители предусматривают длительную непрерывную работу в условиях промышленного производства. Они просты по конструкции, удобны в эксплуатации, надежны в работе, полностью автоматизированы и постоянно усовершенствуются. Допускают модульные конструкции, за счет чего можно существенно увеличить производство карбонатов заявляемым способом.In conclusion, we note that currently only cement and lime are produced in Russia in 80 and 10 million tons annually, respectively. According to OAO Iskitimcement, the depreciation of the active part of fixed assets at the vast majority of enterprises exceeded 70%. 93.5% of furnaces with a service life of more than 30 years are in operation. The ongoing and planned modernization proceeds from the improvement of furnaces and their units, while the basic and fundamental question of the low efficiency of the thermal process remains unshakable. Therefore, the modernization of these industries using new and environmentally friendly energy carriers seems to be an extremely important strategic direction. Recommended accelerators provide continuous continuous operation in industrial production. They are simple in design, easy to operate, reliable in operation, fully automated and constantly improved. Modular structures are allowed, due to which it is possible to significantly increase the production of carbonates by the claimed method.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010115097/05A RU2437834C1 (en) | 2010-04-16 | 2010-04-16 | Method of decomposing carbonates |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010115097/05A RU2437834C1 (en) | 2010-04-16 | 2010-04-16 | Method of decomposing carbonates |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2437834C1 true RU2437834C1 (en) | 2011-12-27 |
Family
ID=45782805
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010115097/05A RU2437834C1 (en) | 2010-04-16 | 2010-04-16 | Method of decomposing carbonates |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2437834C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2568478C1 (en) * | 2014-09-30 | 2015-11-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Method of decomposing carbonates |
| RU2617591C2 (en) * | 2015-05-05 | 2017-04-25 | Александр Федорович Попов | Method of heating mars atmosphere |
-
2010
- 2010-04-16 RU RU2010115097/05A patent/RU2437834C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ СЛОВАРЬ. / Под ред. А.Ю.Ишлинского. - М.: Большая Российская энциклопедия, 2000, с.560, столбец 1. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2568478C1 (en) * | 2014-09-30 | 2015-11-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Method of decomposing carbonates |
| RU2617591C2 (en) * | 2015-05-05 | 2017-04-25 | Александр Федорович Попов | Method of heating mars atmosphere |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Ishak et al. | Low carbon measures for cement plant–a review | |
| US20140348727A1 (en) | System and Method for the Calcination of Minerals | |
| CN106800959B (en) | Combustion-supporting sulfur-fixing agent for coal | |
| CN108083658B (en) | Induction heating device and method for producing light-burned magnesium oxide by using same | |
| US9365451B2 (en) | Cement additives produced by combustion of coal with clay and slag | |
| RU2437834C1 (en) | Method of decomposing carbonates | |
| Ghasemi et al. | Comparative life-cycle assessment of slurry and wet accelerated carbonation of BOF slag | |
| US20070104630A1 (en) | Method of removing fluoride from quicklime and hydrated lime | |
| KR101869447B1 (en) | Cement kilns including thermal plasma system for non-co2 gas treatment and the method using the same | |
| Hwang et al. | Calcination of mega-crystalline calcite using microwave and electric furnaces | |
| JP2018002546A (en) | Manufacturing method of calcium aluminate | |
| JP5348790B2 (en) | Cement firing method and firing apparatus | |
| CN105347702A (en) | Cement production rotary kiln device | |
| KR102186222B1 (en) | Locally hot combustion chamber and cement calcination facility having the same | |
| Guo et al. | Thermodynamics and kinetics of calcium sulphoaluminate | |
| JP2018002547A (en) | Manufacturing method of calcium aluminate | |
| WO2016057998A1 (en) | Additions of clay and slag materials to coal combustion boilers | |
| US20220177366A1 (en) | Manufacturing portland cement with thermal plasma | |
| RU101712U1 (en) | DEVICE FOR DECOMPOSITION AND SINING OF MINERAL RAW MATERIALS | |
| CN105198239A (en) | Calcium hydroxide production technology | |
| KR101915468B1 (en) | Cement kilns for fluorinated gas treatment and the method using the same | |
| Chhaiba et al. | Experimental study of raw material from Moroccan oil shale and coal waste and their reuse in cement industry | |
| WO2021157088A1 (en) | Recycling system for general waste including waste plastic, recycling method for general waste, and far-infrared catalytic reduction apparatus for use in recycling system for general waste | |
| KR20180014909A (en) | Cement kilns for fluorinated gas treatment and the method using the same | |
| KR102040155B1 (en) | Cement calcination facility for treating non-co2 greenhouse gases |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190417 |