RU2087569C1

RU2087569C1 - Installation for zinc oxide production

Info

Publication number: RU2087569C1
Application number: RU95106377A
Authority: RU
Inventors: И.А. Эстрин; В.Е. Половников; Е.К. Михальцов; И.Р. Гузаиров
Original assignee: Акционерное общество "Эмпилс"
Priority date: 1995-04-24
Filing date: 1995-04-24
Publication date: 1997-08-20
Also published as: RU95106377A

Abstract

FIELD: inorganic materials production. SUBSTANCE: zinc oxide (zinc white) is produced from metal zinc to be applied in rubber and varnish and dye industries. Installation contains apparatus for fusing metal zinc connected with zinc evaporation apparatus coaxially mounted inside zinc vapor oxidation apparatus. The latter is made in the form of parallel annular plates disposed in horizontal plane provided with inlet openings arranged radially along their generatrices and overflow openings in the bottom. Oxidation apparatus has air supply means disposed in side wall of chamber and additionally has gas and air supply means located in the center of upper end wall of its chamber. EFFECT: improved structure. 2 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области производства окислов металлов газофазным способом с последующим окислением паров металлов и может быть использовано в производстве оксида цинка (цинковых белил) из металлического цинка, используемого в резинотехнической и лакокрасочной промышленности. The invention relates to the field of production of metal oxides by a gas-phase method followed by oxidation of metal vapors and can be used in the production of zinc oxide (zinc white) from zinc metal used in the rubber and paint industry.

В настоящее время известны муфельные печи для получения оксида цинка, содержащие обогреваемую камеру с горизонтально установленными в ней муфелями, в которые периодически загружают чушковый цинк, расплавляют и испаряют его. Пары окисляют в окислительном "колодце", в который подают воздух. Каждый из муфелей работает периодически, но т.к. в печи находится большое количество муфелей и их загрузка цинком проводится последовательно, то испарение цинка в печи протекает непрерывно (Козулин Н.А. и др. Оборудование заводов лакокрасочной промышленности. Л. Химия, 1980, с. 376). At present, muffle furnaces for producing zinc oxide are known, containing a heated chamber with muffles horizontally mounted in it, into which pig zinc is periodically charged, melted and evaporated. Vapors are oxidized in an oxidizing "well" into which air is supplied. Each of the muffles works periodically, but because in the furnace there are a large number of muffles and their loading with zinc is carried out sequentially, then the evaporation of zinc in the furnace proceeds continuously (Kozulin N.A. et al. Equipment of the paint and varnish industry plants. L. Chemistry, 1980, p. 376).

Недостатками известных печей являются большой расход топлива, быстрый износ муфелей и недостаточная равномерность их работы по длине печи, большой расход цинка и загрязнение окружающей среды окисью цинка. The disadvantages of the known furnaces are high fuel consumption, rapid wear of the muffles and the lack of uniformity of their work along the length of the furnace, high consumption of zinc and environmental pollution with zinc oxide.

Из известных устройств для получения оксида цинка наиболее близким по технической сущности является взятая авторами за прототип установка для получения окиси цинка из металлического цинка, включающая устройство для плавления цинка и установленные за ним, связанные коллектором паров цинка устройства для испарения цинка и окисления его паров, последнее из которых имеет приспособления для подачи воздуха, выполненные в виде тангенциальных сопл, размещенных под углом к потоку паров в боковой стенке камеры (авт. св. СССР N 999231, кл. B 01 J 19/00, 1981). Of the known devices for producing zinc oxide, the closest in technical essence is the installation for the production of zinc oxide from metal zinc taken by the authors for the prototype, including a device for melting zinc and installed behind it, connected by a collector of zinc vapor, a device for evaporating zinc and oxidizing its vapor, the latter of which it has air supply devices made in the form of tangential nozzles placed at an angle to the vapor stream in the side wall of the chamber (ed. St. USSR N 999231, class B 01 J 19/00, 1981).

Недостаток известного устройства заключается в том, что оно не обеспечивает достаточной экономичности и экологической чистоты процесса. A disadvantage of the known device is that it does not provide sufficient efficiency and environmental friendliness of the process.

Это объясняется тем, что для получения 1 кг готовой продукции в известной установке требуется 1,23 кг условного топлива, при этом основные затраты тепла приходятся на испарение цинка (75%). Устройство для испарения цинка обогревается продуктами сгорания природного газа, которые на выходе испарительного устройства попадают в боров установки и выбрасываются в атмосферу. Вследствие неизбежных неплотностей устройства для испарения наличия трещин в тарелях и в муфелях и частых их поломок пары цинка попадают в дымовые газы и теряются с ними в среднем количестве 0,6 0,7 г/нм³. При этом образовавшаяся окись цинка рассеивается в окружающую среду.This is due to the fact that to obtain 1 kg of finished products in a known installation requires 1.23 kg of standard fuel, while the main heat consumption is accounted for by the evaporation of zinc (75%). The device for the evaporation of zinc is heated by the combustion products of natural gas, which at the outlet of the evaporation device fall into the burs of the installation and are released into the atmosphere. Due to the inevitable leaks of the device for evaporating the presence of cracks in plates and muffles and their frequent breakdowns, zinc vapors enter the flue gases and are lost with them in an average amount of 0.6 0.7 g / nm ³ . In this case, the resulting zinc oxide is scattered into the environment.

Технический результат, обеспечиваемый предлагаемым изобретением, - снижение расхода сырья и топлива на единицу продукции и предотвращение потерь цинка с дымовыми газами. The technical result provided by the invention is to reduce the consumption of raw materials and fuel per unit of production and to prevent losses of zinc from flue gases.

Указанный технический результат достигается тем, что в известной установке для получения оксида цинка из металлического цинка, включающей устройство для плавления цинка и установленные за ним устройства для испарения цинка и окисления его паров, последнее из которых имеет приспособления для подачи воздуха, выполненные в виде тангенциальных сопл, размещенных под углом к потоку паров в боковой стенке камеры, устройство для испарения цинка коаксиально установлено в полости камеры устройства для окисления паров цинка и выполнено в виде параллельно расположенных в горизонтальной плоскости кольцеобразных тарелей с выходными отверстиями, размещенными радиально по их образующим, и отверстием в днище для перелива расплавленного цинка, а упомянутое устройство для окисления дополнительно снабжено устройством для подачи воздуха, размещенным в центре верхней торцевой стенки его камеры. The specified technical result is achieved by the fact that in the known installation for producing zinc oxide from metallic zinc, including a device for melting zinc and devices behind it for evaporating zinc and oxidizing its vapor, the last of which has devices for supplying air made in the form of tangential nozzles placed at an angle to the vapor flow in the side wall of the chamber, the device for evaporating zinc is coaxially mounted in the cavity of the device for oxidizing zinc vapor and is made in the form of parallel to the horizontal plane of the ring-shaped plates with outlet openings arranged radially along their generators and an opening in the bottom for overflowing molten zinc, and said oxidation device is additionally equipped with an air supply device located in the center of the upper end wall of its chamber.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемая установка отличается от известной взаимным расположением устройства для испарения и устройства для окисления паров цинка, а также формой выполнения и расположения элементов упомянутого устройства для окисления. Comparative analysis with the prototype allows us to conclude that the inventive installation differs from the known mutual arrangement of the device for evaporation and the device for oxidation of zinc vapor, as well as the form and arrangement of elements of the said device for oxidation.

Сравнение заявляемого технического решения с прототипом позволило установить соответствие его критерию "новизна". При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не были выявлены, и потому они обеспечивают предлагаемому изобретению соответствие критерию "изобретательский уровень". Comparison of the claimed technical solution with the prototype made it possible to establish compliance with its criterion of "novelty." In the study of other well-known technical solutions in the art, the features that distinguish the claimed invention from the prototype were not identified, and therefore they provide the invention with the criterion of "inventive step".

На фиг. 1 схематически изображена предлагаемая установка; на фиг. 2 ее поперечный разрез. In FIG. 1 schematically shows the proposed installation; in FIG. 2 its cross section.

Предлагаемая установка включает устройство для плавления цинка 1, соединенное переливным каналом 2 с устройством для испарения цинка 3. Последнее коаксиально установлено в камере устройства для окисления паров цинка 4. The proposed installation includes a device for melting zinc 1, connected by an overflow channel 2 with a device for evaporating zinc 3. The latter is coaxially installed in the chamber of the device for oxidizing zinc vapor 4.

Упомянутое устройство для испарения цинка 3 выполнено в виде параллельно расположенных в горизонтальной плоскости кольцеобразных тарелей 5 и разделяет камеру устройства для окисления на две части внутреннюю 6 и внешнюю 7. Тарели 5 имеют выходные отверстия 8 для паров цинка, размещенные радиально по их образующим, и отверстия 9 в днище для перелива расплавленного цинка. Внешняя и внутренняя части камеры устройства для окисления в нижней части соединены проемами 10 с белилопроводом 12, который одновременно является теплообменником для подогрева воздуха и нагрева и плавления металлического цинка в устройстве для плавления 1. The mentioned device for the evaporation of zinc 3 is made in the form of ring-shaped plates 5 parallel in parallel to the horizontal plane and divides the chamber of the device for oxidation into two parts, internal 6 and external 7. The plates 5 have outlet openings 8 for zinc vapors arranged radially along their generatrices and openings 9 in the bottom for overflow of molten zinc. The outer and inner parts of the chamber of the oxidation device in the lower part are connected by openings 10 with a white lead 12, which is also a heat exchanger for heating air and heating and melting zinc metal in the melting device 1.

Вышеупомянутое устройство для окисления паров цинка 4 имеет два диаметрально расположенных в боковой стенке камеры приспособления для подачи воздуха 13 и размещенное в центре верхней торцевой стенки упомянутой камеры устройство для подачи газовоздушной смеси 14, связанное с воздуховодом 15 и газопроводом 16 с запорным устройством 17. Приспособления для подачи воздуха выполнены в виде тангенциально расположенных фурм, связанных воздуховодом 18 с воздухоподогревателем 19, имеющим воздуховод 20. The aforementioned zinc vapor oxidation device 4 has two air supply devices 13 diametrically disposed in the side wall of the chamber and an air-gas mixture supply device 14 located in the center of the upper end wall of the chamber, connected to the air duct 15 and the gas pipe 16 with a shut-off device 17. the air supply is made in the form of tangentially arranged tuyeres connected by an air duct 18 with an air heater 19 having an air duct 20.

Предлагаемая установка работает следующим образом. The proposed installation works as follows.

Твердый металлический цинк подают в устройство для плавления 1. В период пуска установки подают природный газ и воздух по газопроводу 16 и трубопроводу 15 во внутреннюю часть 6 камеры устройства для окисления 4. Продукты сгорания проходят по воздухоподогревателю 19, омывают устройство для плавления цинка 1 и через фильтры выбрасываются в атмосферу. При этом находящийся в устройстве твердый металлический цинк нагревают, плавят и подогревают до температуры 550 600^oC, после чего жидкий цинк самотеком по каналу 2 поступает на тарели 5 устройства для испарения цинка 3, где происходит образование паров цинка. Последние через отверстия 8 поступают во внутреннюю 6 и внешнюю 7 части камеры устройства для окисления 4. Для окисления паров цинка кислородом воздуха через фурмы 13 и 14 подается подогретый до 300 400^oC воздух. В результате происходит интенсивная экзотермическая реакция окисления паров цинка. Этот процесс ведется при температуре 1250 1500^oC (адиабатическая температура реакции окисления паров цинка в воздухе 2900^oC).Solid metal zinc is supplied to the melting device 1. During the start-up of the installation, natural gas and air are supplied via gas line 16 and pipe 15 to the inner part 6 of the chamber of the oxidation device 4. Combustion products pass through the air heater 19, wash the device for melting zinc 1 and through filters are emitted into the atmosphere. In this case, the solid metal zinc in the device is heated, melted and heated to a temperature of 550,600 ^° C, after which the liquid zinc flows by gravity through channel 2 onto the plates 5 of the zinc vaporization device 3, where zinc vapor is generated. The latter through holes 8 enter the inner 6 and outer 7 parts of the chamber of the oxidation device 4. To oxidize zinc vapor with air oxygen, tuyeres 13 and 14 are heated up to 300 400 ^o C. As a result, an intense exothermic oxidation reaction of zinc vapor occurs. This process is carried out at a temperature of 1250 1500 ^o C (adiabatic temperature of the oxidation reaction of zinc vapor in air 2900 ^o C).

При достижении устойчивого процесса испарения и окисления паров цинка газ отключают с помощью запорного устройства 17, а процесс проводят за счет тепла экзотермической реакции. When a stable process of evaporation and oxidation of zinc vapors is achieved, the gas is turned off using the shut-off device 17, and the process is carried out due to the heat of the exothermic reaction.

Температуру окисления регулируют количеством подаваемого воздуха и его температурой. The oxidation temperature is controlled by the amount of air supplied and its temperature.

Раскаленные продукты реакции окисления (аэрозоль окиси цинка) создают в устройстве для испарения 3 температуру 1000 1100^oC, при которой происходят кипение и испарение жидкого цинка (t $\binom{Zn}{кип}$ 907,5^oC). Из камеры устройства для окисления 4 аэрозоль окиси цинка, имеющая температуру 1000 - 1100^oC, через проемы 10 поступает в белилопровод 12 и, продвигаясь по последнему, отдает свое тепло на подогрев воздуха в воздухоподогревателе 19 и на плавление твердого металлического цинка в устройстве для плавления цинка 1. При этом аэрозоль охлаждается до температуры 100 150^oC и подается на фильтраппаратуру (не показано).The red-hot products of the oxidation reaction (zinc oxide aerosol) create a temperature of 1000 1100 ^o C in the device for evaporation 3, at which boiling and evaporation of liquid zinc (t $\binom{Zn}{bale}$ 907.5 ^o C). From the chamber of the device for oxidation 4, a zinc oxide aerosol having a temperature of 1000 - 1100 ^o C, through the openings 10 enters the bell pipe 12 and, moving along the latter, gives its heat to heat the air in the air heater 19 and to melt the solid metal zinc in the melting device zinc 1. In this case, the aerosol is cooled to a temperature of 100 to 150 ^o C and fed to the filter equipment (not shown).

Баланс тепла предлагаемой установки (в расчете на 1 кг окиси цинка) приведен в таблице. The heat balance of the proposed installation (per 1 kg of zinc oxide) is shown in the table.

Таким образом, тепловой КПД предлагаемой установки равен
КПД

что почти в десять раз выше, чем у всех известных действующих цинкобелильных печей.Thus, the thermal efficiency of the proposed installation is equal to
Efficiency

which is almost ten times higher than all known operating zinc-white furnaces.

Предлагаемое взаимное расположение устройств для испарения и окисления паров цинка, а также выполнение кольцеобразных тарелей испарительного устройства с выходными отверстиями, размещенными радиально по их образующим, и снабжение устройства для окисления устройством для подачи газа и воздуха, размещенным в центре верхней торцевой стенки его камеры позволяет обеспечить минимальные потери тепла и белил в окружающую среду. The proposed mutual arrangement of devices for the evaporation and oxidation of zinc vapors, as well as the execution of ring-shaped plates of the evaporation device with outlet openings arranged radially along their generators, and the provision of the device for oxidation with a gas and air supply device located in the center of the upper end wall of its chamber allows minimal heat loss and bleached into the environment.

Реализация предлагаемой печи в промышленности дает экономию природного газа 1000 м³ на одну тонну производимой окиси цинка из металлического цинка. Это эквивалентно 1,23 т условного топлива на тонну продукции.The implementation of the proposed furnace in industry provides a saving of natural gas of 1000 m ³ per ton of zinc oxide produced from metal zinc. This is equivalent to 1.23 tons of fuel equivalent per tonne of product.

Claims

Installation for producing zinc oxide from metallic zinc, including a device for melting zinc and devices behind it for evaporating zinc and oxidizing its vapors, the last of which has air supply devices located in the side wall of the chamber, characterized in that the device for evaporating zinc coaxially installed in the chamber cavity of the device for oxidizing zinc vapor and is made in the form of ring-shaped plates with outlet openings parallel to the horizontal plane, arranged nnym forming radially, and the opening in the bottom for the overflow of the molten zinc, and said apparatus further oxidation is provided a device for supplying gas and air is disposed in the center of the upper end wall of its chamber.