CN1085623C - 由氢氧化铝制备氧化铝的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在循环流化床中由氢氧化铝制备氧化铝的方法，循环流化床由流化床反应器(8)、分离器(6)和返回管线组成，其中将氢氧化铝以循环流化床中的流化床反应器(8)的排出气操作的两段式悬浮物预热器(2)的气流方向送入第二段，并至少部分脱水，将从悬浮物预热器(2)的第二段得到的脱水氢氧化铝以流化床反应器(8)中的排出气操作的悬浮物预热器(5)的气流方向送入第一段，并进一步脱水，然后送入循环流化床，它用在随后的冷却段中用生成的氧化铝间接加热的、含氧流化气体(10)和用送入较高料位的间接加热的含氧二次气体(11)操作，流化气体在流化床冷却器(23)中进行间接加热，其特征在于，将循环流化床的温度调节到850-1000℃，从循环流化床取出的氧化铝与以悬浮物预热器(2)的固体流动方向离开第一段的、并作为循环流化床旁路通过的10-25%(重量)的部分脱水氢氧化铝混合至少2分钟，经混合的材料在多段悬浮物冷却器(15、16、17、18、19、20)中通过加热二次气体(11)，然后在流化床冷却器(23)中通过间热加热流化气体(10)而被冷却。

Description

由氢氧化铝制备氧化铝的方法

本发明涉及一种由氢氧化铝制备氧化铝的方法，具体地说，涉及在循环流化床中由氢氧化铝制备氧化铝的方法。

DE-A-1592140中公开了一种在由流化床反应器(8)、分离器(6)和返回管线组成的循环流化床中由氢氧化铝制备氧化铝的方法，其中将氢氧化铝以循环流化床反应器(8)的排出气体进行操作的两段悬浮物预热器(2)的气体流动方向送入第2段，并至少部分脱水；将从悬浮物预热器(2)的第2段得到的脱水氢氧化铝以循环流化床反应器(8)的排出气操作的、以悬浮气体预热器(5)的气体流动方向送入第1段中，并进一步脱水；然后送入循环流化床，它用在随后的冷却段中用生成的氧化铝间接加热的含氧流化气体(10)操作，直接加热的含氧二次气体(11)送至较高的料位，在流化床冷却器(23)中流化气体进行间接加热。

与使用回转窑的传统方法和在所谓的经典流化床中进行的方法相比，上述方法的特点是，约为720-800kcal/kg的热耗值大大低于回转窑的典型热耗值1000-1100kcal/kg，前者与生成的氧化铝的质量有关。一方面，这些数值由接近化学计量的燃料燃烧以及基本上完全利用离开用于预干燥和部分脱水的焙烧段的排出气体的废热得到。另一方面，经焙烧的材料的热量以在流化床冷却器中加热的流化气体和二次气体的形式再循环到焙烧段，这代表了对降低热耗值的主要贡献。该方法的另一优点是，由于逐步燃烧，即首先只用低于化学计量的流化空气，在高分散物密度范围内燃烧；然后在化学计量的或高于化学计量的二次空气存在下、在低的悬浮物密度范围内燃烧；用这一方法，的确可避免损害产品质量的过热现象。

上述方法的缺点是，通常需要1000-1100℃的高焙烧温度，难以利用在实际的焙烧方法中产品的热量。充分冷却产品所需的气流是如此地大，以致它们不能完全用于焙烧过程，或者在对焙烧过程所需气流冷却的情况下，产品的冷却不充分。最后，最近，最终焙烧的氧化铝的质量要求有变化。特别是希望得到砂质氧化铝，即高的γ-氧化铝含量。要求的变化需要这一方法的实施有相当大的改进。

本发明的目的是，提供这样一种由氢氧化铝制备无水氧化铝的方法，该方法能满足涉及氧化铝质量要求的变化，特别是有低的热耗。

这一目的这样来实现，设计开头所述类型的本发明方法，以致将循环流化床的温度调节到850-1000℃，从循环流化床取出的氧化铝与以悬浮物预热器(2)的固体流方向离开第一段的10-25％(重量)的部分脱水氢氧化铝混合至少2分钟，经混合的材料首先在多段悬浮物冷却器(15、16、17、18、19、20)中通过加热二次气体(11)进行冷却，然后在流化床冷却器(23)中通过间接加热流化气体(10)进行冷却。

用于本发明方法的循环流化床体系由流化床反应器、用于从流化床反应器排出悬浮物中分离出固体的分离器(通常为旋风分离器)以及用于将分离出的固体返回流化床反应器的返回管线组成。该循环流化床的原理在于，与“经典的”流化床不同，经典流化床中密相通过相当大的密度差与位置上方的气体空间分开，前者在没有确定的界限层的情况下有不同分配状态。密相和处于上方的尘粒空间之间的密度差不存在，但固体在反应器内的浓度由底部至顶部不断下降。气-固悬浮物从反应器的顶部排出。当用Frouda和Archimedes特性确定操作条件时，得到以下的范围： $0.1\≤3/4\·{\mathrm{Fr}}^2\·\frac{{\mathrm{\ρ}}_g}{{\mathrm{\ρ}}_k-{\mathrm{\ρ}}_g}\≤10,$ 或0.01≤Ar≤100，式中， $\mathrm{Ar}=\frac{{d_k}^3\·g({\mathrm{\ρ}}_k-{\mathrm{\ρ}}_g)}{{\mathrm{\ρ}}_g\·{\mathrm{\υ}}^2}$ 和 ${\mathrm{Fr}}^2=\frac{u^2}{g\·d_k}$

式中，u为相对气速，米/秒

Ar为Archimedes数

Fr为Froude数

C_g为气体密度，Kg/m³

C_k为固体颗粒密度，Kg/m³

d_k为球形颗粒的直径，m

V为运动粘度，m²/秒

g为重力常数，m²/秒

对于这一方法来说，一方面以固体流动方向从第一悬浮物预热器侧线得到的、另一方面从循环流化床得到的固体物流进行混合至少2分钟是很重要的。只有这样，才能充分分离出仍然含在至少部分脱水的氢氧化铝中的化学键合水，从而确保足够低的灼烧损失。用混合过程中产生的水蒸汽进行固体物流的混合是特别有利的。

二次气体进口向上流动的流化气体速度通常为7-10m/秒。

本发明的一个优选的实施方案是，将随固体含量变化的流化床反应器中的压降调节到＜100毫巴。

根据本发明的另一优选实施方案，以悬浮物预热器气体流动方向离开第二段的部分脱水的氢氧化铝在位于静电过滤器前的分离器中被分离出。

根据本发明的另一个实施方案，生成的氧化铝通过多段流化床进行最后冷却是有利的，在第一段中与循环流化床的流化床反应器用的流化气体进行间接交热，而在随后的阶段中加热液体传热介质。用这一方法，用于冷却焙烧后的材料的空气量可很容易地与循环流化床中流化床反应器所需的流化空气量相适应。

本发明方法的突出优点是，包括预热和冷却在内的焙烧过程很容易适应有关的质量要求。常见的是，某些产品质量，如BET表面积、灼烧损失和α-氧化物是指定的。这就需要调节循环流化床中的反应温度以及调节通过循环流化床旁路的仅脱水了的氢氧化铝的数量。这就意味着，当要提高BET表面积时，必需将循环流化床中的焙烧温度以及氢氧化铝的旁路流量调节到所要求的下限值。另一方面，当降低BET表面积时，上述数值必需改变到所要求的上限值。在允许较高的灼烧损失的情况下，在保持其他操作条件不变的情况下，特别是在保持焙烧温度不变的条件下，氢氧化铝的旁路数量可在所要求的界限范围内进一步提高。用这一方法，可进一步降低热耗值。

本发明方法的另一优点是热耗值大大低于迄今得到的常规值，上述热耗值与生产的氧化铝需满足的质量要求有关。

现参考附图和实施例，通过例子详细地说明本发明。

附图表示本发明方法的流程图。

经过滤后湿的氢氧化铝借助螺杆输送器(1)并通过来自气体流动方向上第一悬浮物预热器(5)的排出气体流夹带以气体流动方向送入第二悬浮物预热器(2)。随后，气体/材料物流在随后的旋风分离器(3)中分离。将旋风分离器(3)排出的排出气送入静电气体净化装置(4)，以便除尘，然后再送至烟囱(未示出)。

离开旋风分离器(3)和静电气体净化装置的固体材料然后大部分通过计量设备送入悬浮物预热器(5)，而一小部分送入旁路管线(14)。在悬浮物预热器(5)中，固体材料被离开循环流化床旋风分离器(6)的排出气体夹带，并进一步脱水。在分离旋风分离器(7)中，再次进行气体/材料物流的分离，在那里将脱水的材料送入流化床反应器(8)，而排出气体送入上述的悬浮物预热器(2)。

通过管线(9)送入焙烧所需的燃料，管线(9)安装在流化床反应器(8)栅格上方稍高处。燃烧所需的含氧气体流通过管线(10)作为流化气体和通过管线(11)作为二次气体送入。因为气体以流化气体和二次气体的形式送入，所以在栅板和二次气体进口(11)之间的反应器下部有相对高的悬浮物密度，而在二次气体进口(11)的向上物流有相对低的悬浮物密度。

将气体-固体悬浮物通过连接管线(12)送入循环流化床的旋风分离器(6)，以便进一步分离固体和气体。通过管线(13)离开旋风分离器(6)的固体与一部分通过管线(14)提供的由旋风分离器(3)和静电气体净化装置产生的固体混合，并送入有提升管(15)和旋风分离器(16)的第一悬浮物冷却器。该旋风分离器的排出气体通过管线(11)送入流化床反应器(8)，而固体送入有提升管(17)和旋风分离器(18)的第二悬浮物冷却器，然后送入有提升管(19)和旋风分离器(20)的第三悬浮物冷却器。通过各悬浮物冷却器的气体流以与固体逆流的方式通过管线(21)和(22)。离开最后一个悬浮物冷却器时，生成的氧化铝在装有三个冷却室的流化床冷却器(23)中最后冷却。在第一个冷却室中，提供给流化床反应器(8)的流化气体被加热，而在随后连接的冷却室中，用传热介质、优选水进行冷却，它们逆流流动。氧化铝最后通过管线(24)排放。

实施例

用螺杆输送器(1)将126360kg/小时含有7％(重量)机械结合水的氢氧化铝按气体流动方向送入第二悬浮物预热器(2)。在306℃下，用旋风分离器(7)提供的排出气体进行第一次干燥。当在旋风分离器(3)中分离时，固体在悬浮物预热器(5)中、在950℃下，用循环流化床的旋风分离器(6)提供的排出气体进行进一步干燥和脱水。然后将离开最后一个旋风分离器(3)的排出气体在静电过滤器(4)中除尘，然后送至烟囟。其数量为132719Nm³/小时。然后将在旋风分离器(7)中得到的固体送入循环流化床的流化床反应器(8)中。

循环流化床在950℃下操作。通过管线(9)送入5123kg/小时燃料油，通过管线(11)送入60425Nm³/小时二次空气，而通过管线(10)送入12000Nm³/小时流化空气。流化空气的温度为188℃，而二次空气的温度为525℃。含氧2.23％(体积)的98631Nm³/小时气体流提供到悬浮物预热器5和2，而66848kg/小时固体离开循环流化床。在进入第一悬浮物冷却器的提升管(15)以前，将通过管线(13)排出的固体物流与通过管线(14)提供的15262kg/小时固体混合，在那里混合温度设定为608℃。通过提升管(15)后，气体-固体悬浮物流入旋风分离器(16)，从那里送入分别有提升管(17)和(19)以及旋风分离器(18)和(20)的下面的悬浮物冷却器。在三个悬浮物冷却器中，固体分别逐步冷却到525℃、412℃和274℃。同时，通过管线(11)送入流化床反应器(8)的二次气体流被加热到525℃。悬浮物冷却器用下一流化床冷却器(23)中直接加热的流化气体和通过管线(25)提供的3300Nm³/小时工艺空气来操作。

在流化床冷却器(23)中进行固体的最后冷却，冷却器的第一室送入7200Nm³/小时流化空气，而第二室和第三室都送入7000Nm³/小时流化空气。在每一室中固体达到的温度分别为238℃、135℃和83℃。在流化床冷却器(23)的第一室中，用于冷却的空气数量为12000Nm³/小时，它作为流化空气送入流化床反应器(8)，通过间接换热被加热到188℃。在流化床冷却器(23)的第二和第三冷却室中，以350000kg/小时的数量与通过冷却室流动的固体逆流的水从40加热到49℃。离开流化床冷却器(23)的流化空气的温度为153℃，生成量为21200Nm³/小时。正如上述，它被送入悬浮物冷却器。其灼烧损失为0.5％，BET表面积为70m²/g的77111kg/小时的氧化铝离开流化床冷却器(23)。

Claims (4)

1.一种由氢氧化铝制备氧化铝的方法，包括以下步骤：

(a)将氢氧化铝送入第二悬浮物预热器(2)，使其中的氢氧化铝与热的排气接触以使氢氧化铝部分脱水，用所述的热的排气将上述部分脱水的氢氧化铝送入第一分离装置(3)，并从所述第一分离装置(3)单独排出所述排气和所述部分脱水的氢氧化铝，将所述部分脱水的氢氧化铝分为第一和第二固体物流，其中所述第一固体物流占离开上述第一分离装置(3)的氢氧化铝的总重量的10-25％；

(b)提供循环流化床系统，它由流化床反应器(8)、分离器(6)和返回管线组成，其中向流化床反应器(8)供入燃料(9)，并使用空气作为流化气体(10)，所述分离器(6)与所述流化床反应器(8)的上部连接，所述返回管线用于将分离器收集的固体返回至流化床反应器(8)的下部；

(c)将所述第二固体物流送入第一悬浮物预热器(5)并且使其中的第二固体物流与热的排气接触，所述热的排气来自与所述流化床反应器(8)连接的分离器(6)，将来自所述第一悬浮物预热器(5)的固体和排出气体送入第二分离装置(7)，并且从所述第二分离装置(7)单独排出所述排气和至少部分脱水的固体物流，其中所述排气被送入第二悬浮物预热器(2)，而所述至少部分脱水的固体物流被送入流化床反应器(8)，在所述流化床反应器(8)中燃烧所述燃料，并调节所述流化床反应器的温度为850-1000℃；

(d)从所述分离器(6)中分离的固体中取出第三固体物流并且将该第三固体物流与上述的第一固体物流混合至少2分钟，以形成热的固体混合物；

(e)将来自步骤(d)的热的固体混合物送入多段悬浮物冷却器(15，16，17，18，19，20)，并通过与空气直接接触来冷却上述热的固体混合物，由上述多段悬浮物冷却器(15、16、17、18、19、20)抽出空气并将该空气送入上述流化床反应器(8)作二次空气，然后在至少一个流化床冷却器(23)中用空气间接冷却上述热的固体混合物，并且将来自流化床冷却器(23)的空气送入所述流化床反应器(8)作为所述流化气体(10)，从流化床冷却器(23)中排出得到的氧化铝。

2.根据权利要求1的方法，其中调整步骤(b)中流化床反应器(8)中的压降至＜100毫巴。

3.根据权利要求1的方法，其中步骤(a)中，由所述第一分离装置(3)排出的排出气通过一个静电过滤器(4)，并且在所述过滤器中分离的固体加入到由所述第一分离装置(3)排出的部分脱水的氢氧化铝中。

4.根据权利要求1的方法，其中在所述步骤(e)中，流化床冷却器(23)也是多室的，并且来自所述多段悬浮物冷却器(15，16，17，18，19，20)的固体混合物首先通过一个用空气间接冷却的第一冷却室，然后通过一个用液体传热介质间接冷却的第二冷却室。