RU2501733C1

RU2501733C1 - Calcium carbide

Info

Publication number: RU2501733C1
Application number: RU2012135235/02A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Васильевич Жуков; Михаил Иванович Звонарев; Юлия Анатольевна Жукова; Анна Михайловна Хисматулина
Priority date: 2012-08-16
Filing date: 2012-08-16
Publication date: 2013-12-20

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: method includes thermal processing of crushed limestone and coal with discharge of gaseous products, which are applied for production of carbonic acid. Thermal processing is carried out in one reactor. At the first stage in the process of introduction of raw material into reactor it is subjected to heating to 1000°-1200°C by transmission of heat from constructive elements of loading canal and by exposure of raw material to plasma beam in zone of free movement of raw material particles. Thermal processing of raw material is realised in atmosphere of carbon dioxide. Further synthesis of calcium carbide is realised at temperature, at least, 1700-1800°C by induction heating of reaction mass. Obtained calcium carbide liquid is discharged. Gaseous products, from which carbon oxide and carbon dioxide are separated, are discharged from upper part of reactor, and at least, part of discharged carbon dioxide is applied for filling loading canal. For production of carbonic acid volume of carbon dioxide, remaining after filling loading canal and entire volume of carbon oxide are applied.

EFFECT: increase of target product output and reduction of process power consumption.

1 dwg

Description

Изобретение относится к способам переработки углекарбонатного минерального сырья и может быть использовано при его глубокой переработке с получением карбида кальция.The invention relates to methods for processing carbon-carbonate mineral raw materials and can be used for its deep processing to produce calcium carbide.

Известен способ переработки углекарбонатного минерального сырья, включающий обжиг известняка в реакторе с подачей в него и сжиганием высокотемпературного энергоносителя (см. SU №1449553, кл. С04В 2/02, 1989).There is a method of processing carbon-carbonate mineral raw materials, including calcining limestone in a reactor with feeding and burning a high-temperature energy carrier (see SU No. 1449553, class С04В 2/02, 1989).

Однако в этом техническом решении невелик спектр получаемых товарных продуктов (только известь), низка экологичность производственного процесса, кроме того, осложнен процесс обеспечения производства высокотемпературным энергоносителем.However, in this technical solution, the range of obtained commercial products (only lime) is small, the environmental friendliness of the production process is low, and the process of ensuring production with a high-temperature energy carrier is complicated.

Известен также способ получения карбида кальция, включающий термическую обработку дробленых известняка и угля с отводом газообразных продуктов и их использованием для производства углекислоты (RU №2256611, С01В 31/32, С04В 2/02, C01F 11/06, C07C 11/24, 2005).There is also known a method for producing calcium carbide, including heat treatment of crushed limestone and coal with the removal of gaseous products and their use for the production of carbon dioxide (RU No. 2266611, СВВ 31/32, С04В 2/02, C01F 11/06, C07C 11/24, 2005 )

Однако в этом техническом решении процесс обеспечения производства высокотемпературным энергоносителем осуществляется за счет использования части получаемого карбида кальция для производства ацетилена, который и сжигают для подвода тепла в процессы обжига извести и синтеза карбида кальция, что снижает выход целевого продукта. Кроме того, процессы обжига извести и синтеза карбида кальция осуществляют в двух последовательно размещенных реакторах, что приводит к непроизводительным потерям тепла в процессе передачи материалов из одного реактора в другой.However, in this technical solution, the process of ensuring the production of high-temperature energy is carried out by using part of the obtained calcium carbide for the production of acetylene, which is burned to supply heat to the processes of lime calcination and synthesis of calcium carbide, which reduces the yield of the target product. In addition, the processes of lime burning and synthesis of calcium carbide are carried out in two successively placed reactors, which leads to unproductive heat losses during the transfer of materials from one reactor to another.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является повышение выхода целевого продукта и снижение энергоемкости производства карбида кальция.The task to which the proposed technical solution is directed is to increase the yield of the target product and reduce the energy intensity of the production of calcium carbide.

Технический результат, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в исключение расхода карбида кальция на технологические нужды и исключении непроизводительных потерь тепла (из-за охлаждения сырьевых компонентов) за счет реализации способа в объеме одного реактора.The technical result obtained by solving the problem is expressed in the exclusion of the consumption of calcium carbide for technological needs and the exclusion of unproductive heat losses (due to cooling of raw materials) due to the implementation of the method in the volume of one reactor.

Поставленная задача решается тем, что способ получения карбида кальция, включающий термическую обработку дробленых известняка и угля с отводом газообразных продуктов, которые используют для производства углекислоты, отличается тем, что используют тонкодисперсную смесь сырьевых материалов, при этом ее термическую обработку ведут в одном реакторе, при этом на первом этапе в процессе ввода сырья в реактор его подвергают нагреву, предпочтительно до 1000°-1200°С для чего нагрев сырьевой массы осуществляют теплопередачей от конструктивных элементов загрузочного канала, по которому тонкодисперсное сырье перемещают самотеком, и воздействием на него плазменного луча, формируемого плазмотроном в зоне свободного перемещения частиц сырьевой массы, при этом термическую обработку сырья осуществляют в атмосфере диоксида углерода, который подают в загрузочный канал, причем, последующий синтез карбида кальция осуществляют при температуре, как минимум 1700-1800°, для чего осуществляют индукционный нагрев реакционной массы, кроме того, расплав карбида кальция отводят через выпускное отверстие, расположенное на дне реактора, при этом из верхней части полости реактора отводят газообразные продукты из которых выделяют окись углерода и диоксид углерода, причем как минимум часть отводимого диоксида углерода используют для заполнения загрузочного канала, кроме того, для производства углекислоты используют объем диоксида углерода оставшийся после заполнения загрузочного канала и весь объем окиси углерода.The problem is solved in that the method of producing calcium carbide, including heat treatment of crushed limestone and coal with the removal of gaseous products that are used for the production of carbon dioxide, is characterized in that they use a finely divided mixture of raw materials, while its heat treatment is carried out in one reactor, with this is the first stage in the process of introducing raw materials into the reactor, it is subjected to heating, preferably up to 1000 ° -1200 ° C for which heating of the raw material mass is carried out by heat transfer from structural ele of the feed channel, through which finely dispersed raw materials are moved by gravity, and exposure to it by a plasma beam formed by a plasma torch in the free movement zone of the raw material particles, the heat treatment of the raw material is carried out in an atmosphere of carbon dioxide, which is fed into the loading channel, and subsequent carbide synthesis calcium is carried out at a temperature of at least 1700-1800 °, for which induction heating of the reaction mass is carried out, in addition, the melt of calcium carbide is removed through the outlet at the bottom of the reactor, while gaseous products are removed from the upper part of the reactor cavity, from which carbon monoxide and carbon dioxide are emitted, at least a portion of the discharged carbon dioxide is used to fill the feed channel, in addition, the remaining carbon dioxide volume is used to produce carbon dioxide after filling the feed channel and the entire volume of carbon monoxide.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию"новизна".A comparative analysis of the features of the claimed solution with the features of the prototype and analogues indicates the conformity of the claimed solution to the criterion of "novelty."

Признаки отличительной части формулы изобретения обеспечивают решение следующих функциональных задач:The features of the characterizing part of the claims provide the solution to the following functional tasks:

Признак "используют тонкодисперсную смесь сырьевых материалов" обеспечивает возможность прогрева сырьевой массы до температуры диссоциации карбонатов, при сравнительно небольшой длине загрузочного канала.The sign "use a finely divided mixture of raw materials" provides the possibility of heating the raw material to the temperature of dissociation of carbonates, with a relatively small length of the feed channel.

Признак указывающий, что "термическую обработку (тонкодисперсной смеси сырьевых материалов) ведут в одном реакторе" исключает потерю тепла прогретой сырьевой массой при переходе из зоны контактного и плазменного нагрева в зону индукционного нагрева реактора.A sign indicating that "heat treatment (of a finely divided mixture of raw materials) is carried out in one reactor" eliminates the loss of heat from the heated raw material during the transition from the contact and plasma heating zone to the induction heating zone of the reactor.

Признаки "на первом этапе в процессе ввода сырья в реактор его подвергают нагреву, предпочтительно до 1000-1200°С для чего нагрев сырья осуществляют теплопередачей от конструктивных элементов загрузочного канала, по которому тонкодисперсное сырье перемещают самотеком, и воздействием на него плазменного луча, формируемого плазмотроном в зоне свободного перемещения частиц сырьевой массы" обеспечивают прогрев сырьевой массы до температуры диссоциации карбонатов, что снижает затраты энергии на индукционный прогрев реакционной массы.Signs "at the first stage in the process of introducing raw materials into the reactor, they are heated, preferably to 1000-1200 ° C. For this, the raw materials are heated by heat transfer from the structural elements of the loading channel, through which the finely dispersed raw materials are moved by gravity, and the plasma beam formed by the plasma torch in the zone of free movement of particles of the raw material mass "provide heating of the raw material mass to the temperature of dissociation of carbonates, which reduces the energy cost of induction heating of the reaction mass.

Признак "термическую обработку сырья осуществляют в атмосфере диоксида углерода, который подают в загрузочный канал" обеспечивает наличие плазмообразующего газа в загрузочном канале, кроме того, тем самым исключается взрывное горение горючих газов, выделяющихся при газифицировании угольной массы.The sign "heat treatment of raw materials is carried out in an atmosphere of carbon dioxide, which is fed into the feed channel" ensures the presence of a plasma-forming gas in the feed channel, in addition, thereby excluding explosive combustion of combustible gases released during gasification of the coal mass.

Признак "последующий синтез карбида кальция осуществляют при температуре, как минимум 1700-1800°, для чего осуществляют индукционный нагрев реакционной массы" обеспечивает возможность получения карбида кальция при прогреве до заявленного температурного диапазона, предварительно подогретой реакционной массы.The sign "subsequent synthesis of calcium carbide is carried out at a temperature of at least 1700-1800 °, for which induction heating of the reaction mass is carried out" provides the possibility of obtaining calcium carbide upon heating to the stated temperature range, pre-heated reaction mass.

Признак "расплав карбида кальция отводят через выпускное отверстие, расположенное на дне реактора» обеспечивает оптимальную схему перемещения материала реакционной массы, сверху-вниз, под действием силы тяжести, не требующее использования специальных средств.The sign “molten calcium carbide is removed through an outlet located at the bottom of the reactor” provides an optimal pattern for moving the material of the reaction mass, from top to bottom, under the action of gravity, which does not require the use of special means.

Признак "из верхней части полости реактора отводят газообразные продукты из которых выделяют окись углерода и диоксид углерода» упрощают организацию отвода газовой массы из реактора, при котором не оказывается влияние на расплав реакционной массы, при этом обеспечивается возможность утилизации окислов углерода.The sign “gaseous products from which carbon monoxide and carbon dioxide are removed from the upper part of the reactor cavity” simplify the organization of the removal of the gas mass from the reactor, in which there is no effect on the melt of the reaction mass, while it is possible to utilize carbon oxides.

Признак "как минимум часть отводимого диоксида углерода используют для заполнения загрузочного канала» обеспечивают возможность получения диоксида углерода для обеспечения процесса синтеза карбида углерода, без использования внешнего источника этого газа.The sign "at least part of the discharged carbon dioxide is used to fill the feed channel" provide the possibility of obtaining carbon dioxide to ensure the synthesis of carbon carbide, without using an external source of this gas.

Признак "кроме того, для производства углекислоты используют объем диоксида углерода оставшийся после заполнения загрузочного канала и весь объем окиси углерода» обеспечивает возможность полной утилизации газов-окислов углерода, образующихся при синтезе карбида углерода.The sign "in addition, for the production of carbon dioxide use the amount of carbon dioxide remaining after filling the feed channel and the entire volume of carbon monoxide" provides the possibility of complete utilization of carbon monoxide gases formed during the synthesis of carbon carbide.

Изобретение поясняется чертежом, на котором показана схема реализации способа.The invention is illustrated in the drawing, which shows a diagram of the implementation of the method.

На чертеже показаны верхняя 1 и нижняя 2 части корпуса плазменного реактора, загрузочный канал 3, источник сырьевой смеси 4, верхняя крышка 5 загрузочного канала 3, источник плазмообразующего газа 6, наклонные пересыпные полки 7, каналы 8 и 9, соответственно для ввода сырьевой смеси и диоксида углерода, верхняя 10 и нижняя 11 электромагнитные катушки, выпускной патрубок 12, поворотная платформа 13, привод 14 поворота платформы, источники угля 15, известняка 16, воды 17, плазмотрон 18 с соплом 19, продольная ось 20 загрузочного канала 3, плазменный шнур 21, кромки 22 пересыпных полок 7, первый 23 и второй 24 газоотводящие каналы, газоразделительный блок 25, второй реактор 26, основание 27 поворотной платформы 13, ролики 28, дополнительный канал подачи угля 29.The drawing shows the upper 1 and lower 2 parts of the body of the plasma reactor, the feed channel 3, the source of the feed mixture 4, the top cover 5 of the feed channel 3, the source of plasma-forming gas 6, inclined overflow shelves 7, channels 8 and 9, respectively, for introducing the feed mixture and carbon dioxide, upper 10 and lower 11 electromagnetic coils, exhaust pipe 12, turntable 13, turntable drive 14, coal sources 15, limestone 16, water 17, plasmatron 18 with nozzle 19, longitudinal axis 20 of loading channel 3, plasma cord 21 edge and 22 overflow shelves 7, the first 23 and second 24 gas exhaust channels, gas separation unit 25, second reactor 26, base 27 of the turntable 13, rollers 28, an additional coal supply channel 29.

Верхняя 1 и средняя часть корпуса плазменного реактора выполнена в виде цилиндрической камеры. Ее нижняя часть 2 выполнена конической и завершена выпускным патрубком 12. Корпус плазменного реактора и выступающая из него часть загрузочного канала 3 выполнены водоохлаждаемыми (снабжены рубашкой, выполненной известным образом с возможностью прокачки теплоотводящего агента (воды). Загрузочный канал 3 пропущен через верхнюю крышку корпуса плазме иного реактора, выполнен из тепло-стойкой стали. Он снабжен герметичной крышкой и сообщен каналом 8 с источником сырьевой смеси 4 (бункером-накопителем дисперсного сухого материала), размещенным выше корпуса 1, что обеспечивает самотечное перемещение смеси в реактор при открытых затворах (на чертежах не показаны), при этом источник сырьевой смеси 4 сообщен с источниками угля 15 и известняка 16. Кроме того, источник угля 15, посредством дополнительного канала подачи угля 29 (снабженного запорным клапаном известной конструкции - на чертеже не обозначен) сообщен напрямую с каналом 8.The upper 1 and middle part of the plasma reactor vessel is made in the form of a cylindrical chamber. Its lower part 2 is conical and completed by an outlet pipe 12. The plasma reactor housing and the protruding part of the loading channel 3 are water-cooled (equipped with a jacket made in a known manner with the possibility of pumping a heat-removing agent (water). The loading channel 3 is passed through the upper cover of the plasma housing of another reactor, made of heat-resistant steel, equipped with a sealed lid and communicated by channel 8 with the source of the raw material mixture 4 (storage hopper of dispersed dry material), placed above the housing 1, which ensures gravity-free movement of the mixture into the reactor with open gates (not shown in the drawings), while the source of the raw material mixture 4 is connected with sources of coal 15 and limestone 16. In addition, the source of coal 15, through an additional coal supply channel 29 ( equipped with a shut-off valve of known design - not shown in the drawing) communicated directly with channel 8.

Полость загрузочного канала 3 выполнена с возможностью сообщения известным образом с источником плазмообразующего газа 6 (в качестве которого используют диоксид углерода), кроме того, источник плазмообразующего газа 6 сообщен каналом 9, для ввода диоксида углерода с плазмотроном 18. Кроме того, в полости загрузочного канала 3 установлены наклонные пересыпные полки 7 выполненные из металла, наклоненные под углом близким к углу естественного откоса шихты, используемой для синтеза карбида кальция. На верхнем торце загрузочного канала 3(на его верхней крышке 5) зафиксирован по меньшей мере один плазмотрон известной конструкции, мощностью до 25-50 квт, обеспечивающий формирование плазменного шнура 21 ориентированного вниз, в зазор между кромками 22 пересыпных полок 7. Целесообразно, чтобы плазмотронов было бы хотя бы два, при этом формируемые ими плазменные шнуры 21 должны быть ориентированы под острым углом к продольной оси 20 загрузочного канала 3 в зазоре между кромками 22 пересыпных полок 7.The cavity of the feed channel 3 is configured to communicate in a known manner with the source of the plasma gas 6 (which is carbon dioxide), in addition, the source of the plasma gas 6 is connected by the channel 9, for introducing carbon dioxide with a plasma torch 18. In addition, in the cavity of the feed channel 3 installed inclined overflow shelves 7 made of metal, inclined at an angle close to the angle of repose of the charge used for the synthesis of calcium carbide. At least one plasmatron of known construction with a power of up to 25-50 kW is fixed at the upper end of the loading channel 3 (on its upper cover 5), which ensures the formation of a plasma cord 21 oriented downward into the gap between the edges 22 of the overflow shelves 7. It is advisable that the plasmatrons there would be at least two, while the plasma cords 21 formed by them should be oriented at an acute angle to the longitudinal axis 20 of the loading channel 3 in the gap between the edges 22 of the overflow shelves 7.

В качестве средств нагрева сырьевой смеси в реакторе используют верхнюю 10 и нижнюю 11 электромагнитные катушки, выполненные известным образом с возможностью индукционного нагрева сырьевого материала до температуры его плавления, размещенные на разной высоте относительно корпуса плазменного реактора.As means of heating the raw material mixture in the reactor, the upper 10 and lower 11 electromagnetic coils are used, made in a known manner with the possibility of induction heating of the raw material to its melting temperature, placed at different heights relative to the plasma reactor vessel.

При этом нижняя 11 электромагнитная катушка установлена стационарно или с возможностью возвратно-поступательного перемещения по высоте реактора (например, на платформе установленной на раздвижных силовых цилиндрах - на чертежах названные элементы не показаны и не обозначены) с возможностью ее опускания максимально близко к выпускному патрубку 12 - до начала нижнего (конического) участка корпуса реактора.At the same time, the lower 11 electromagnetic coil is installed stationary or with the possibility of reciprocating movement along the height of the reactor (for example, on a platform mounted on sliding power cylinders - these elements are not shown and not indicated in the drawings) with the possibility of lowering it as close as possible to the exhaust pipe 12 - to the beginning of the lower (conical) section of the reactor vessel.

Верхняя катушка 10 установлена на поверхности поворотной платформы 13, выполненной с возможностью поворота вокруг корпуса реактора, которой придана переменная высота и которая снабжена приводом 14 обеспечивающим ее поворот, для этого, нижняя поверхность поворотной платформы 13 оперта на ряд роликов 28 опирающихся на кольцевой желоб (на чертеже не обозначен) основания 27, один из которых и выполнен приводным (например, закреплен на валу реверсивного электродвигателя).The upper coil 10 is mounted on the surface of the turntable 13, which is rotatable around the reactor vessel, which is given a variable height and which is equipped with a drive 14 for turning it; for this, the lower surface of the turntable 13 is supported by a series of rollers 28 supported by an annular groove (on the drawing is not indicated) base 27, one of which is made drive (for example, mounted on the shaft of a reversible electric motor).

Второй реактор 26 выполнен с возможностью синтеза углекислоты, в виде емкости связанной с газоразделительным блоком 25 газопроводами подачи CO₂ и СО, кроме того, он сообщен с источником воды 17 выполненному в виде емкости с водой. Второй реактор 26 снабжен насосным, дозирующим и контрольно-измерительным оборудованием известной конструкции (на чертежах не показаны), обеспечивающим реализацию процесса синтеза Н₂СО₃. Выход второго реактора 26 связан с хранилищем углекислоты (на чертеже не показано), конструкция которого определяется формой поставки углекислоты потребителю, т.е. сжиженная или "сухой лед", и не отличается от известных конструкций, сходного назначения.The second reactor 26 is configured to synthesize carbon dioxide, in the form of a tank connected to the gas separation unit 25 by gas supply lines of CO ₂ and CO, in addition, it is in communication with a water source 17 made in the form of a tank of water. The second reactor 26 is equipped with pumping, dosing and control equipment of known design (not shown in the drawings), ensuring the implementation of the synthesis process of H ₂ CO ₃ . The output of the second reactor 26 is associated with a carbon dioxide storage (not shown in the drawing), the design of which is determined by the form of delivery of carbon dioxide to the consumer, i.e. liquefied or "dry ice", and does not differ from known structures of similar purpose.

Заявленный способ реализуется следующим образом.The claimed method is implemented as follows.

На этапе запуска плазменного реактора в плазмотрон 18 подают плазмо-образующий газ (диоксид углерода) и включают его в работу, что обеспечивает формирование плазменного шнура 21 в зазоре между кромками 22 пересыпных полок 7 загрузочного канала 3.At the stage of starting the plasma reactor, a plasma-forming gas (carbon dioxide) is supplied to the plasma torch 18 and included in its operation, which ensures the formation of a plasma cord 21 in the gap between the edges 22 of the overflow shelves 7 of the loading channel 3.

На этапе запуска плазменного реактора в него подают только дисперсный уголь, для чего уголь из источника угля 15 направляют по дополнительному каналу подачи угля 29 напрямую в канал 8 и далее в загрузочный канал 3.At the stage of starting the plasma reactor, only dispersed coal is fed into it, for which coal from the coal source 15 is sent via an additional coal supply channel 29 directly to channel 8 and then to loading channel 3.

Таким образом, на самую верхнюю из пересыпных полок 7 поступает дисперсный уголь, который пересыпаясь с одной полки на другую перемещается вниз по загрузочному каналу 3 и пересекая зазор между кромками 22 пересыпных полок 7 попадает под действие плазменного шнура 21 (или шнуров) действующих в названном зазоре. Это приводит к воспламенению объема дисперсного угля и прогрева загрузочного канала и полости реактора.Thus, dispersed coal enters the uppermost of the overfill shelves 7, which, pouring from one shelf to another, moves down the loading channel 3 and crossing the gap between the edges 22 of the overfill shelves 7 falls under the action of the plasma cord 21 (or cords) acting in the named gap . This leads to ignition of the volume of dispersed coal and heating of the feed channel and the cavity of the reactor.

Генерируемые при этом газы-продукты сжигания дисперсного угля отбираются через первый 23 и второй 24 газоотводящие каналы, после чего попадают в газоразделительный блок 25, где из них выделяются оксид и диоксид углерода (остальные газы выбрасываются в атмосферу. При этом, оксид углерода подают во второй реактор 26, а диоксид углерода накапливают в источнике плазмообразующего газа 6.The generated product gases of the combustion of dispersed coal are sampled through the first 23 and second 24 gas exhaust channels, after which they enter the gas separation unit 25, where carbon oxide and carbon dioxide are emitted (the remaining gases are released into the atmosphere. In this case, carbon monoxide is fed into the second reactor 26, and carbon dioxide is accumulated in a plasma gas source 6.

После прогрева загрузочного канала до температуры 1000°-1200°С дополнительный канал подачи угля 29 перекрывают, полость реактора и загрузочного канала 3 заполняют диоксидом углерода, который известным образом подают от источника плазмообразующего газа 6, добиваясь вытеснения всех иных газов.After warming the loading channel to a temperature of 1000 ° -1200 ° C, the additional coal supply channel 29 is closed, the cavity of the reactor and the loading channel 3 are filled with carbon dioxide, which is supplied in a known manner from the source of the plasma-forming gas 6, achieving the displacement of all other gases.

Далее, от источника сырьевой смеси 4, в загрузочный канал 3 по каналу 8 подают сухую сырьевую шихту, содержащую в расчетном количестве химические соединения (дисперсные уголь и известняк), обеспечивающие при их плавлении получение карбида кальция (коммуникации связывающие источник сырьевой смеси 4 и загрузочный канал 3 выполнены известным образом).Further, from the source of the raw material mixture 4, a dry raw material mixture is fed to the loading channel 3 through channel 8, containing in the calculated amount chemical compounds (dispersed coal and limestone) that provide calcium carbide during their melting (communications linking the raw material mixture 4 and the loading channel 3 are made in a known manner).

Таким образом, на самую верхнюю из пересыпных полок 7 (прогретую, как и остальные узлы загрузочного канала 3, до температуры 1000°-1200°С) поступает смесь дисперсных известняка и угля, которая пересыпаясь с одной полки на другую перемещается вниз по загрузочному каналу 3. При относительно медленном (по сравнению с вертикальным падением) перемещении частиц шихты происходит их контактный нагрев от деталей загрузочного канала 3. Это приводит к разогреву шихты до температуры диссоциации карбонатов и обеспечивает конверсию частиц известняка СаСО₃ в частицы извести (СаО), в соответствии с формулой:Thus, the mixture of dispersed limestone and coal flows to the uppermost of the overfill shelves 7 (warmed up, like the other nodes of the feed channel 3 to a temperature of 1000 ° -1200 ° C), which flows from one shelf to another down the feed channel 3 . at relatively low (compared with a vertical drop) moving the particles of the mixture takes place by contact heating of parts of the feed channel 3. This leads to heating to the dissociation temperature of the batch carbonates and limestone particles provides conversion of CaCO ₃ lime particles (CaO), in accordance with the formula:

CaCO₃=CaO+СО₂.CaCO ₃ = CaO + CO ₂ .

Таким образом далее в процессе участвует шихта содержащая частицы извести и частицы угля.Thus, further, a mixture containing particles of lime and particles of coal is involved in the process.

При этом, воздействие на частицы этой шихты плазменных шнуров 21 (формируемых работой плазматронов 18), фактически полностью пересекающих поток частиц шихты обеспечивает расплавление материала и синтез карбида кальция (температура расплава достигает 1700-1900°С и выше). Синтез карбида кальция идет в соответствии с формулой:Moreover, the action on the particles of this charge of plasma cords 21 (formed by the operation of the plasmatrons 18), which actually completely intersect the flow of the particles of the charge, ensures the melting of the material and the synthesis of calcium carbide (melt temperature reaches 1700-1900 ° C and higher). The synthesis of calcium carbide is in accordance with the formula:

Расплав попадает на дно реактора постепенно накапливаясь при этом процесс расплавления идет с большой скоростью, т.к. в этом случае происходят уже экзотермические реакции.The melt enters the bottom of the reactor gradually accumulating while the process of melting is at a high speed, because in this case, exothermic reactions already occur.

При подъеме уровня расплава выше уровня нижней катушки 11 подается напряжение на ее обмотку. Стенки камеры плазменного реактора выполняются из немагнитного материала, например стали, содержащей большое количество никеля, хрома и титана. Образующееся в результате прохождения тока через катушку электромагнитное поле воздействует на расплав, который в жидком состоянии становится токопроводным. Индуктивный ток поддерживает температуру на достигнутом (благодаря воздействию плазмы) уровне.When the melt level rises above the level of the lower coil 11, voltage is applied to its winding. The walls of the chamber of a plasma reactor are made of non-magnetic material, for example steel, containing a large amount of nickel, chromium and titanium. The electromagnetic field generated as a result of the passage of current through the coil acts on the melt, which in the liquid state becomes conductive. Inductive current maintains the temperature reached (due to the influence of the plasma) level.

При подъеме расплава выше верхней электромагнитной катушки 10, подается напряжение на последнюю. Это обеспечивает индукционный прогрев остального объема расплава в камере плазменного реактора.When the melt rises above the upper electromagnetic coil 10, voltage is applied to the latter. This provides induction heating of the remaining volume of the melt in the plasma reactor chamber.

При этом включают привод 14 вращения приводного ролика 28, который, плотно контактируя с нижней поверхностью поворотной платформы 13, в свою очередь приводит последнюю во вращательное движение на остальных (неприводных) роликах 28 относительно ее основания 27 жестко закрепленного на корпусе реактора. Благодаря тому, что катушка 10 закреплена на поверхности поворотной платформы 13, при вращении последней происходит колебательное движение катушки 10 в плоскостях, пересекающих продольную (вертикальную) ось реактора.In this case, the drive 14 rotates the drive roller 28, which, tightly in contact with the lower surface of the turntable 13, in turn, leads the latter into rotational motion on the remaining (non-driven) rollers 28 relative to its base 27 rigidly mounted on the reactor vessel. Due to the fact that the coil 10 is mounted on the surface of the turntable 13, during the rotation of the latter there is an oscillatory movement of the coil 10 in planes intersecting the longitudinal (vertical) axis of the reactor.

При колебательных движениях катушки 10 меняет свое положение и магнитное поле, образующееся внутри токопроводящего расплава, который активно перемешивается и дополнительно нагревается. В результате перемешивания расплава за счет вращающегося магнитного поля, создаваемого трехфазной катушкой и колебательного движения самой катушки происходит гомогенизация расплава, что активно способствует увеличению производительности установки и повышению качества основной продукции, расплава карбида кальция. Скорость перемешивания задается скоростью изменения магнитного поля и зависит от частоты и мощности переменного тока и скорости механических колебаний катушки, которая в свою очередь зависит от скорости вращения поворотной платформы 13. Скорость перемешивания регулируется в зависимости от вязкости расплава, а последняя - от его температуры. Имея данные по температуре расплава, задают и скорость колебаний катушки 10 (скорость вращения поворотной платформы 13).During vibrational movements of the coil 10 changes its position and the magnetic field generated inside the conductive melt, which is actively mixed and additionally heated. As a result of mixing the melt due to the rotating magnetic field created by the three-phase coil and the oscillatory motion of the coil itself, the melt is homogenized, which actively contributes to an increase in the productivity of the plant and an increase in the quality of the main product, calcium carbide melt. The mixing speed is set by the rate of change of the magnetic field and depends on the frequency and power of the alternating current and the speed of the mechanical vibrations of the coil, which in turn depends on the speed of rotation of the turntable 13. The mixing speed is regulated depending on the viscosity of the melt, and the latter on its temperature. Having data on the temperature of the melt, set the speed of oscillation of the coil 10 (speed of rotation of the turntable 13).

Диоксид и оксид углерода, выделяемые в результате декарбонизации карбонатных компонентов сырьевой смеси, выходят под действием разрежения, создаваемого в газоотводных каналах, расположенных в верхней части плазменного реактора (выше максимального уровня расплава), где может использоваться для получения сухого льда или снова вводится в реактор через электроды. Расплав карбида кальция периодически или непрерывно (при согласованном вводе в реактор) выливают через выпускной патрубок 12 в холодильник или гранулятор, в которых утилизируют тепло расплава (на чертежах не показаны).Carbon dioxide and carbon monoxide released as a result of decarbonization of the carbonate components of the raw material mixture are released by vacuum created in the gas outlet channels located in the upper part of the plasma reactor (above the maximum melt level), where it can be used to produce dry ice or reintroduced into the reactor through electrodes. The melt of calcium carbide is periodically or continuously (with a coordinated input into the reactor) poured through the outlet 12 into a refrigerator or granulator, in which the heat of the melt is utilized (not shown in the drawings).

Для снижения вязкости расплава карбида кальция во время периодического слива, нижняя катушка должна быть подвижной по высоте корпуса реактора, чтобы ее можно было перемещать в зону разгрузочного отверстия.To reduce the viscosity of the calcium carbide melt during periodic discharge, the lower coil must be movable along the height of the reactor vessel so that it can be moved to the discharge opening area.

Остывший карбид кальция известным образом измельчают для получения кондиционного материала.The cooled calcium carbide is ground in a known manner to obtain a conditioned material.

При выходе реактора на рабочий режим возникает избыток диоксида углерода по сравнению с его количеством необходимым для использования в технологическом процессе синтеза карбида кальция. При этом избыток диоксида и оксида углерода подают во второй реактор 26, где используют для синтеза углекислоты.When the reactor enters the operating mode, an excess of carbon dioxide arises in comparison with its amount necessary for use in the technological process of calcium carbide synthesis. In this case, an excess of dioxide and carbon monoxide is fed to the second reactor 26, where it is used for the synthesis of carbon dioxide.

Claims

A method of producing calcium carbide, including heat treatment of crushed limestone and coal with the removal of gaseous products that are used for the production of carbon dioxide, characterized in that they use a finely divided mixture of raw materials, while the heat treatment of the mixture is carried out in one reactor, and at the first stage in the input process raw materials in the reactor it is subjected to heating, preferably to 1000-1200 ° C by heating the raw material mass by heat transfer from the structural elements of the loading channel of the reactor, through which finely dispersed raw materials are moved by gravity, and exposure to them by a plasma beam generated by a plasmatron in the free movement zone of the raw material particles, the heat treatment of the raw materials is carried out in an atmosphere of carbon dioxide, which is fed into the feed channel with subsequent synthesis of calcium carbide, carried out at a temperature of at least 1700 -1800 ° C by induction heating of the reaction mass, and the resulting calcium carbide melt is withdrawn through an outlet located at the bottom of the reactor, from the top part of the cavity of the reactor, gaseous products are removed, from which carbon monoxide and carbon dioxide are emitted, at least a part of the discharged carbon dioxide is used to fill the feed channel, and for the production of carbon dioxide, the amount of carbon dioxide remaining after filling the feed channel and the entire volume of the released oxide carbon.