CN101811713B - 一种粉煤灰的管道加停留罐脱硅方法 - Google Patents
一种粉煤灰的管道加停留罐脱硅方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种粉煤灰的管道加停留罐脱硅方法,工艺过程为:将粉煤灰加入到NaOH溶液中,调配成粉煤灰料浆,送入二级多内管套管预热器,预热到70~75℃;预热后的粉煤灰料浆进入多内管套管加热器,加热到130~135℃;然后料浆进入保温停留罐,在保温停留罐内停留1~2小时;脱硅后料浆进入二级闪蒸器,料浆逐级降温降压,然后料浆进入缓冲槽,通过缓冲泵将料浆送入常规的粉煤灰分离及洗涤工序,缓冲槽的料浆乏汽进入水冷式乏汽回收器,热量被低温循环水吸收。本发明方法具有热利用率高、能耗低、投资和运营成本低、流程简单、生产操作及清理检修方便等特点,能提高粉煤灰料浆铝硅比,能将粉煤灰中的二氧化硅脱除30~35%。
Description
技术领域
本发明涉及环保及氧化铝材料技术领域,具体涉及综合利用粉煤灰制备氧化铝技术。
背景技术
内蒙古、山西、宁夏和陕西等地煤炭资源丰富,储量约1500亿吨。煤中氧化铝含量9~13%。仅以9%计算,氧化铝量高达135亿吨,远多于目前我国铝土矿资源中氧化铝18亿吨的含量。
内蒙古的煤炭资源量138亿吨,用于工业生产后产生的粉煤灰约39亿吨,其中氧化铝含量40~51%,是一种生产氧化铝的宝贵资源。目前粉煤灰以堆存为主,少量用来制砖、铺路、制水泥等。堆存,既浪费土地,又会污染环境,这对多风的西北地区危害更大。内蒙古地区一直重视粉煤灰综合利用问题,先后采用以下两种方法对粉煤灰进行处理以提取氧化铝:
(1)传统石灰石烧结法
先用石灰石烧结法处理粉煤灰,粗液深度炭分得到高硅氢氧化铝,再用拜尔法处理生产氧化铝。
(2)传统的碱-石灰烧结法
将粉煤灰和石灰、碳酸钠经高温烧结成可溶性的铝酸钠及不溶性的硅酸钠等矿物,二者分离后制得氧化铝并回收碱,残渣用作硅酸盐水泥材料。
现有工艺存在着粉煤灰浆液铝硅比低,成渣量高,处理的物料流量较大,生产流程复杂,能源消耗高等问题。
发明内容
针对目前存在的由粉煤灰提取氧化铝工艺中粉煤灰料浆铝硅比低的问题,本发明提供一种粉煤灰的管道加停留罐脱硅方法,达到提高粉煤灰浆液的铝硅比,降低成渣量的目的。
预脱硅+碱石灰烧结法的核心技术是采用预脱硅工艺,预脱硅的目的是使粉煤灰和循环母液在一定温度下反应,生成铝酸钠和硅酸钠溶液。
本发明的粉煤灰的管道与停留罐脱硅方法,工艺过程如下。
(1)将氧化铝含量为40~51%的粉煤灰加入到质量百分比浓度为30~50%的NaOH溶液中,调配成粉煤灰料浆,所调配的粉煤灰料浆液固质量比为:液∶固=(3~4)∶1。通过进料泵将粉煤灰料浆送入二级多内管套管预热器,将料浆温度预热到70~75℃。
调配在粉煤灰预调配出料槽中进行,粉煤灰预调配出料槽与设有液下泵的污水槽连接。
二级多内管套管预热器由两个相同的多内管套管预热器组成,二级多内管套管预热器的热源为二级闪蒸器的蒸汽。二级闪蒸器由两个相同的闪蒸器组成。二级闪蒸器的冷凝水进入二次汽冷凝水罐中,通过二次汽冷凝水泵输送去热水站。多内管套管预热器内管输送料浆,外管通蒸汽。
(2)预热后的粉煤灰料浆进入多内管套管加热器,采用压力为0.4~0.6MPa、温度为143~158℃的新蒸汽加热,将料浆温度加热到130~135℃以达到脱硅温度。多内管套管加热器产生的冷凝水进入新蒸汽冷凝水罐,经新蒸汽冷凝水泵送入热水站含碱冷凝水系统或送去热电厂清洁冷凝水系统。
(3)温度为130~135℃的粉煤灰料浆进入保温停留罐,在保温停留罐内的反应停留时间为1~2小时,以保证尽可能反应完全。主要反应式为:
Al2O3(非晶态)+2NaOH+aq→2NaAlO2+H2O+aq
SiO2(非晶态)+2NaOH+aq→Na2SiO3+H2O+aq
NaAlO2+Na2SiO3→方钠石型化合物
(4)脱硅后料浆进入二级闪蒸器,料浆逐级降温降压。经一级闪蒸器料浆的温度降至110~120℃,蒸汽压力为该温度下的饱和蒸汽压。经二级闪蒸器的料浆温度降至100~110℃,蒸汽压力为该温度下的饱和蒸汽压。然后料浆进入缓冲槽,通过缓冲泵将料浆送入常规的粉煤灰分离及洗涤工序,采用碱石灰烧结法,进一步制备氧化铝产品。
缓冲槽的料浆乏汽进入水冷式乏汽回收器,此种水冷式乏汽回收器对于乏汽热量的回收作用显著,热量被进入回收器的35~37℃的低温循环水吸收,温度为48~52℃的废汽从回收器顶部进入热水槽后排向大气,热水槽中的热水经热水泵送去热水站。
上述工艺中涉及的设备均为生产上的常规设备,进料泵、缓冲泵均选用渣浆泵,二次汽冷凝水泵、新汽冷凝水泵选用普通的清水泵,多内管套管预热器和多内管套管加热器均采用星型结构的多内管套管。
本发明的粉煤灰的管道加停留罐脱硅方法中管道,即指二级多内管套管预热器和多内管套管加热器。
本发明方法具有热利用率高、能耗低、投资和运营成本低、流程简单、生产操作及清理检修方便等特点。
(1)能提高粉煤灰料浆铝硅比(粉煤灰脱硅前后的铝硅比可由0.8~1.0提高至1.2~1.5),本发明方法能将粉煤灰中的二氧化硅脱除30~35%。
(2)采用本发明的粉煤灰脱硅方法,后序工艺中每提取一吨氧化铝所处理的物料流量降低30%左右,煅烧温度降低10%左右,产生的硅钙渣量降低40%左右。该工艺大大降低了提取氧化铝的能耗,采用本发明的预脱硅技术使预脱硅+碱石灰烧结法工艺比传统的石灰石烧结法工艺节能约25%,同时生产流程简化,降低了基建投资和运营成本。
(3)多内管套管预热器和多内管套管加热器传热系数高。采用多内管套管预热器和加热器进行粉煤灰料浆的提温,在本工序的操作温度范围内,传热系数可达到约1000Kcal/m2.h.℃。同时,多内管套管套管预热器和多内管套管加热器清洗简便,运行周期长。只需要定期的进行水力清洗即可,简单方便。
(4)采用水冷式乏汽回收器回收缓冲槽的料浆乏汽,减少了能量损失。
(5)采用二级闪蒸器分离闪蒸料浆,防止闪蒸料浆带料。且闪蒸器二次蒸汽可以全部用于系统的物料提温,没有能量外排损失。
附图说明
附图为本发明方法的工艺流程示意图。
图中:1进料泵,2多内管套管预热器,3多内管套管加热器,4保温停留罐,5闪蒸器,6二次汽冷凝水罐,7二次汽冷凝水泵,8新蒸汽冷凝水罐,9新蒸汽冷凝水泵,10缓冲槽,11缓冲泵,12水冷式乏汽回收器,13热水槽,14热水泵,15污水槽,16液下泵,17粉煤灰预调配出料槽。
具体实施方式
实施例1
工艺过程如下。
(1)将氧化铝含量为45.6%的粉煤灰加入到质量百分比浓度为40%的NaOH溶液中,调配成粉煤灰料浆,所调配的粉煤灰料浆液固质量比为:液∶固=3.5∶1。通过进料泵将粉煤灰料浆送入二级多内管套管预热器,将料浆温度预热到73℃。
调配在粉煤灰预调配出料槽中进行,粉煤灰预调配出料槽与设有液下泵的污水槽连接。
二级多内管套管预热器由两个相同的多内管套管预热器组成,二级多内管套管预热器的热源为二级闪蒸器的蒸汽。二级闪蒸器由两个相同的闪蒸器组成。二级闪蒸器的冷凝水进入二次汽冷凝水罐中,通过二次汽冷凝水泵输送去热水站。多内管套管预热器内管输送料浆,外管通蒸汽。
(2)预热后的粉煤灰料浆进入多内管套管加热器,采用压力为0.5MPa、温度为150℃的新蒸汽加热,将料浆温度加热到133℃以达到脱硅温度。多内管套管加热器产生的冷凝水进入新蒸汽冷凝水罐,经新蒸汽冷凝水泵送入热水站含碱冷凝水系统。
(3)温度为133℃的粉煤灰料浆进入保温停留罐,在保温停留罐内的反应停留时间为1.5小时,以保证尽可能反应完全。主要反应式为:
Al2O3(非晶态)+2NaOH+aq→2NaAlO2+H2O+aq
SiO2(非晶态)+2NaOH+aq→Na2SiO3+H2O+aq
NaAlO2+Na2SiO3→方钠石型化合物
(4)脱硅后料浆进入二级闪蒸器,料浆逐级降温降压。经一级闪蒸器料浆的温度降至115℃,蒸汽压力为该温度下的饱和蒸汽压。经二级闪蒸器的料浆温度降至105℃,蒸汽压力为该温度下的饱和蒸汽压。然后料浆进入缓冲槽,通过缓冲泵将料浆送入常规的粉煤灰分离及洗涤工序,采用碱石灰烧结法,进一步制备氧化铝产品。
缓冲槽的料浆乏汽进入水冷式乏汽回收器,热量被进入回收器的36℃的低温循环水吸收,温度为50℃的废汽从回收器顶部进入热水槽后排向大气,热水槽中的热水经热水泵送去热水站。
上述工艺中涉及的设备均为生产上的常规设备,进料泵、缓冲泵均选用渣浆泵,二次汽冷凝水泵、新汽冷凝水泵选用普通的清水泵,多内管套管预热器和多内管套管加热器均采用星型结构的多内管套管。
采用本实施例工艺,粉煤灰脱硅前后的铝硅比由0.9提高至1.3,粉煤灰中的二氧化硅脱除33%。
实施例2
工艺过程如下。
(1)将氧化铝含量为51%的粉煤灰加入到质量百分比浓度为50%的NaOH溶液中,调配成粉煤灰料浆,所调配的粉煤灰料浆液固质量比为:液∶固=4∶1。通过进料泵将粉煤灰料浆送入二级多内管套管预热器,将料浆温度预热到75℃。
调配在粉煤灰预调配出料槽中进行,粉煤灰预调配出料槽与设有液下泵的污水槽连接。
二级多内管套管预热器由两个相同的多内管套管预热器组成,二级多内管套管预热器的热源为二级闪蒸器的蒸汽。二级闪蒸器由两个相同的闪蒸器组成。二级闪蒸器的冷凝水进入二次汽冷凝水罐中,通过二次汽冷凝水泵输送去热水站。多内管套管预热器内管输送料浆,外管通蒸汽。
(2)预热后的粉煤灰料浆进入多内管套管加热器,采用压力为0.6MPa、温度为158℃的新蒸汽加热,将料浆温度加热到135℃以达到脱硅温度。多内管套管加热器产生的冷凝水进入新蒸汽冷凝水罐,经新蒸汽冷凝水泵送去热电厂清洁冷凝水系统。
(3)温度为135℃的粉煤灰料浆进入保温停留罐,在保温停留罐内的反应停留时间为2小时,以保证尽可能反应完全。主要反应式为:
Al2O3(非晶态)+2NaOH+aq→2NaAlO2+H2O+aq
SiO2(非晶态)+2NaOH+aq→Na2SiO3+H2O+aq
NaAlO2+Na2SiO3→方钠石型化合物
(4)脱硅后料浆进入二级闪蒸器,料浆逐级降温降压。经一级闪蒸器料浆的温度降至120℃,蒸汽压力为该温度下的饱和蒸汽压。经二级闪蒸器的料浆温度降至110℃,蒸汽压力为该温度下的饱和蒸汽压。然后料浆进入缓冲槽,通过缓冲泵将料浆送入常规的粉煤灰分离及洗涤工序,采用碱石灰烧结法,进一步制备氧化铝产品。
缓冲槽的料浆乏汽进入水冷式乏汽回收器,热量被进入回收器的37℃的低温循环水吸收,温度为48℃的废汽从回收器顶部进入热水槽后排向大气,热水槽中的热水经热水泵送去热水站。
上述工艺中涉及的设备均为生产上的常规设备,进料泵、缓冲泵均选用渣浆泵,二次汽冷凝水泵、新汽冷凝水泵选用普通的清水泵,多内管套管预热器和多内管套管加热器均采用星型结构的多内管套管。
采用本实施例工艺粉煤灰脱硅前后的铝硅比可由1.0提高至1.5,粉煤灰中的二氧化硅脱除35%。
实施例3
工艺过程如下。
(1)将氧化铝含量为40%的粉煤灰加入到质量百分比浓度为30%的NaOH溶液中,调配成粉煤灰料浆,所调配的粉煤灰料浆液固质量比为:液∶固=3∶1。通过进料泵将粉煤灰料浆送入二级多内管套管预热器,将料浆温度预热到70℃。
调配在粉煤灰预调配出料槽中进行,粉煤灰预调配出料槽与设有液下泵的污水槽连接。
二级多内管套管预热器由两个相同的多内管套管预热器组成,二级多内管套管预热器的热源为二级闪蒸器的蒸汽。二级闪蒸器由两个相同的闪蒸器组成。二级闪蒸器的冷凝水进入二次汽冷凝水罐中,通过二次汽冷凝水泵输送去热水站。多内管套管预热器内管输送料浆,外管通蒸汽。
(2)预热后的粉煤灰料浆进入多内管套管加热器,采用压力为0.4MPa、温度为143℃的新蒸汽加热,将料浆温度加热到130℃以达到脱硅温度。多内管套管加热器产生的冷凝水进入新蒸汽冷凝水罐,经新蒸汽冷凝水泵送入热水站含碱冷凝水系统。
(3)温度为130℃的粉煤灰料浆进入保温停留罐,在保温停留罐内的反应停留时间为1小时,以保证尽可能反应完全。主要反应式为:
Al2O3(非晶态)+2NaOH+aq→2NaAlO2+H2O+aq
SiO2(非晶态)+2NaOH+aq→Na2SiO3+H2O+aq
NaAlO2+Na2SiO3→方钠石型化合物
(4)脱硅后料浆进入二级闪蒸器,料浆逐级降温降压。经一级闪蒸器料浆的温度降至110℃,蒸汽压力为该温度下的饱和蒸汽压。经二级闪蒸器的料浆温度降至100℃,蒸汽压力为该温度下的饱和蒸汽压。然后料浆进入缓冲槽,通过缓冲泵将料浆送入常规的粉煤灰分离及洗涤工序,采用碱石灰烧结法,进一步制备氧化铝产品。
缓冲槽的料浆乏汽进入水冷式乏汽回收器,热量被进入回收器的35℃的低温循环水吸收,温度为52℃的废汽从回收器顶部进入热水槽后排向大气,热水槽中的热水经热水泵送去热水站。
上述工艺中涉及的设备均为生产上的常规设备,进料泵、缓冲泵均选用渣浆泵,二次汽冷凝水泵、新汽冷凝水泵选用普通的清水泵,多内管套管预热器和多内管套管加热器均采用星型结构的多内管套管。
采用本实施例工艺粉煤灰脱硅前后的铝硅比可由0.8提高至1.2,粉煤灰中的二氧化硅脱除30%。
Claims (2)
1.一种粉煤灰的管道加停留罐脱硅方法,其特征在于工艺过程为:
(1)将氧化铝含量为40~51%的粉煤灰加入到质量百分比浓度为30~50%的NaOH溶液中,调配成粉煤灰料浆,所调配的粉煤灰料浆液固质量比为:液∶固=(3~4)∶1,通过进料泵将粉煤灰料浆送入以二级闪蒸器的蒸汽为热源的二级多内管套管预热器,将料浆温度预热到70~75℃,二级闪蒸器的冷凝水进入二次汽冷凝水罐中,通过二次汽冷凝水泵输送去热水站,多内管套管预热器内管输送料浆,外管通蒸汽;
(2)预热后的粉煤灰料浆进入多内管套管加热器,采用压力为0.4~0.6MPa,温度为143~158℃的新蒸汽加热,将料浆温度加热到130~135℃以达到脱硅温度,多内管套管加热器产生的冷凝水进入新蒸汽冷凝水罐,经新蒸汽冷凝水泵送入热水站含碱冷凝水系统或送去热电厂清洁冷凝水系统;
(3)温度为130~135℃的粉煤灰料浆进入保温停留罐,在保温停留罐内的反应停留时间为1~2小时;
(4)脱硅后料浆进入二级闪蒸器,料浆逐级降温降压,经一级闪蒸器料浆的温度降至110~120℃,蒸汽压力为该温度下的饱和蒸汽压,经二级闪蒸器的料浆温度降至100~110℃,蒸汽压力为该温度下的饱和蒸汽压,然后料浆进入缓冲槽,通过缓冲泵将料浆送入常规的粉煤灰分离及洗涤工序。
2.按照权利要求1所述的粉煤灰的管道加停留罐脱硅方法,其特征在于缓冲槽的料浆乏汽进入水冷式乏汽回收器,热量被进入回收器的35~37℃的低温循环水吸收,温度为48~52℃的废汽从回收器顶部进入热水槽后排向大气,热水槽中的热水经热水泵送去热水站。
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