CN108840358B - 一种制备无水氟化铝的装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制备无水氟化铝的装置及其方法，所述的装置包括进气装置、湿氢氧化铝计量进料装置、单层流化床反应器(301)、氟化铝气固分离器(302)、氧化铝反应器(303)、氧化铝气固分离器(304)、氢氧化铝干燥器(305)、氢氧化铝气固分离器(306)、氟化铝静态冷却器(501)和尾气处理装置；所述的进气装置包括空气加热器(101)、氟化氢汽化器(103)和氟化氢混合器(102)，所述空气加热器(101)和所述氟化氢汽化器(103)分别与所述氟化氢混合器(102)相连；所述的氟化氢混合器(102)与所述单层流化床反应器(301)相连。本发明制得的产品质量更好：含量高、杂质低、比重大、流动性好，能耗低。

Description

一种制备无水氟化铝的装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种制备无水氟化铝的装置及其方法，属化工技术领域，更具体地说是一种以无水氟化氢和湿氢氧化铝为原料生产无水氟化铝的装置及其方法。

背景技术

氟化铝(AlF3)，白色晶体或粉末；相对密度2.882(25℃)，微溶于水、酸及碱溶液，不溶于大部分有机溶剂,在氢氟酸溶液中有较大的溶解度。无水氟化铝性质非常稳定；与液氨甚至与浓硫酸加热至发烟仍不起反应，与氢氧化钾共熔无变化，也不被氢气还原，加热不分解，但升华，升华温度1291℃。在300～400℃下,可被水蒸气部分水解为氟化氢和氧化铝。有毒。

氟化铝(AlF3)用途：主要用于电解铝行业(占总量的95％以上)，作为电解质的调整剂，用以降低熔点和提高电解质的电导率；也用于生产酒精时作发酵的抑止剂；用作陶瓷的外层釉彩和搪瓷釉的助熔剂、非铁金属的熔剂；在金属焊接中用于焊接液；用于制造光学透镜；还用作有机合成的催化剂及人造冰晶石的原料等。

氟化铝的生产工艺分为湿法工艺和干法工艺；干法工艺又分为“粗酸-干氢氧化铝工艺”和“精酸-湿氢氧化铝工艺”。

湿法工艺是以萤石和硫酸反应产生的有水氢氟酸或氟硅酸水溶液与氢氧化铝进行液固反应，生成含有三个结晶水的氟化铝后，再经高温脱水而制得；由于是在氢氟酸溶液里反应，所以称为“湿法工艺”。该工艺所生产的产品不仅纯度低、含水高、比重小、流动性差，而且工艺流程长、设备多、腐蚀严重、原料消耗高、能耗高，易导致下游产业铝电解环境污染严重，已被淘汰。

粗酸-干氢氧化铝工艺，是源于瑞士BUSS公司的工艺。

上世纪70年代，瑞士布斯(BUSS)公司开发了干法生产氟化铝的生产工艺，即：萤石粉和硫酸在转炉反应后产出的AHF气体，经过除尘和硫酸洗涤后导入流化床反应器，已经烘干的(脱去表面水)氢氧化铝进入流化床，在高温下转变为氧化铝；AHF气体与氧化铝充分反应，生成氟化铝，经过冷却后即为成品。该工艺与湿法工艺比较，吨产品的能耗和物耗有所下降，生产环境得到极大改善；最主要的是产品质量有很大的提高，特别是水份含量大幅度下降，外型已成砂状，流动性较好。各项指标可控制在中国标准GB/T4292-2007中AF-1的范围内。但如果萤石粉质量不是很好(例如萤石粉中的二氧化硅含量SiO2≥1.2％)，这些二氧化硅在转炉中与氟化氢反应生成四氟化硅气体，并与氟化氢气体一起进入到氟化铝流化床反应器中，其中大约25％～50％的四氟化硅重新转变为二氧化硅，混在氟化铝中，造成氟化铝产品中二氧化硅含量超标；磷指标也因同样的原因可能超标。据采用上述工艺的多家工厂反映，其生产的氟化铝产品中二氧化硅含量达不到GB/T4292-2007中AF-0的要求(SiO2≤0.1％)，有时甚至连AF-1的指标也不能达到。

除了二氧化硅，萤石粉中其它的杂质成分也没有得到有效去除，使得氟化铝产品中的一些杂质，如五氧化二磷(P2O5)的含量也很高，特别是使用有些地区(例如中国北方)含磷量较高的萤石粉，氟化铝中的P2O5甚至会≥0.08％，对电解铝生产非常不利，使电解铝厂不能采用。

粗酸-干氢氧化铝工艺另外一些缺点是：1、污水排放量比较大；并且由于污水中既含氢氟酸也含氟硅酸，不能综合利用，只能排入污水处理站，使得污水处理成本较高。2、氢氧化铝烘干炉、预反应器、双层流化床、尾气吸收系统等的体积较大，造成装置投资比较大。3、工艺控制难度较高。4、对设备腐蚀较大，特别是尾气吸收系统的大气冷凝器和水环真空泵，极易腐蚀损坏。5、能源利用率低，能耗较大。

精酸-湿氢氧化铝工艺：这是德国CHENCO公司的工艺技术，该技术始于上世纪九十年代，是针对“粗酸-干氢氧化铝工艺”在工艺流程和相关专用设备方面作了较大改进。

精酸-湿氢氧化铝工艺过程是：萤石粉与硫酸在预反器和转炉内反应后生成的粗HF气体，进入一只集除尘、洗涤、冷却于一体的预洗涤塔内，进行HF气体洗涤，然后进入冷凝系统，将HF气体冷凝液化为HF液体。冷凝下来的HF液体进入精馏系统，除去SO2、H2SO4、SiF4、H2O等杂质，精制后得到液化的纯净无水氟化氢(AHF)，其HF≥99.9％。

AHF经蒸发器气化后进入氟化铝流化床反应器；湿氢氧化铝也同时进入流化床反应器系统，经过脱水，与氟化氢气体高温反应，成为氟化铝，氟化铝从流化床反应器出料口排入回转式冷却炉水喷淋冷却后得到氟化铝产品。

由于原料氟化氢HF≥99.9％，该工艺生产的氟化铝产品的各项质量指标远高于中国标准GB/T4292-2007的AF-0；其中：SiO2≤0.03％；Fe2O3≤0.03％；SO42-≤0.10％；P2O5≤0.008％；容重大于1.5g/cm3，流动性更好。但由于提高了产品质量，它的生产成本比“粗酸-干氢氧化铝工艺”高约200元/MT。同时也存在一些缺点：1、虽然利用了反应热去除湿氢氧化铝的表面水，但热空气加热炉要一直工作，不然流化床内的反应高温(560～620℃)不能维持。2、湿氢氧化铝进入系统时与高温气流(560～620℃)接触，会发生“爆裂”现象，使氢氧化铝颗粒碎裂，降低了产品颗粒度和流动性。3、尾气温度过高(320～380℃)，热能损失较严重，而且，造成尾气吸收系统设备容易损坏，吸收水需要量较大。4、高温氟化铝所携带的能源未得到有效利用；冷却时既要有回转动力，还要有大量循环水喷淋，能耗较高。5、吸收废水排至污水处理站，有效成分没有得到合理利用，浪费了资源，提高了生产成本和污水处理成本。

干法氟化铝生产工艺与湿法氟化铝生产工艺相比，已经有了质的飞越；正因如此，干法淘汰了湿法。但干法氟化铝存在的问题，仍然对氟化铝生产产生较大的制约，特别是能耗高的问题，与节能降耗的社会主流不相符。

氟化铝作为电解过程的溶剂之一，是电解质的重要组成部分，是调整电解质分子比、控制电解过程热平衡的重要手段。用不同方法生产的氟化铝产品的理化性质差别甚大，直接影响电解质的理化性质，影响电解铝生产过程的工艺操作、工艺指标控制、环境污染程度以及电解铝的产品质量。随着电解铝生产过程自动化程度的提高，对氟化铝质量的要求也越来越高。改进和完善现有干法氟化铝生产工艺和技术，自主研发高性能氟化铝产品的新技术新工艺，生产高质量的干法氟化铝是今后国内外氟化盐行业和电解铝行业持续、稳定、健康发展的重中之重。

发明内容

本发明提供了一种制备无水氟化铝的装置及其方法，解决了现有干法氟化铝能耗高、质量不稳定等问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种制备无水氟化铝的装置，包括进气装置、湿氢氧化铝计量进料装置、单层流化床反应器、氟化铝气固分离器、氧化铝反应器、氧化铝气固分离器、氢氧化铝干燥器、氢氧化铝气固分离器、氟化铝静态冷却器和尾气处理装置；

所述单层流化床反应器设有气流进口、高温气流出口、高温氟化铝出口、氟化铝回流口和氧化铝进口；气流进口与所述进气装置相连，高温气流出口与所述氟化铝气固分离器的高温气体进口相连，高温氟化铝出口与所述氟化铝静态冷却器的物料进口相连，氟化铝回流口与所述氟化铝气固分离器的下料口相连，氧化铝进口与所述氧化铝气固分离器的下料口相连。

所述氟化铝气固分离器的高温气体出口与所述氧化铝反应器的高温气流进口相连，所述氟化铝气固分离器的下料口与所述单层流化床反应器的氟化铝回流口相连；

所述氧化铝反应器的干氢氧化铝进口与所述氢氧化铝气固分离器的下料口相连，所述氧化铝反应器的中温气固出口与所述氧化铝气固分离器的物料进口相连；

所述氧化铝气固分离器的中温气流出口与所述氢氧化铝干燥器的中温气流进口相连；

所述氢氧化铝干燥器的湿氢氧化铝进口与所述湿氢氧化铝计量进料装置相连，所述氢氧化铝干燥器的低温气固出口与所述氢氧化铝气固分离器相连；

所述氢氧化铝气固分离器的低温气流出口与所述尾气处理装置相连。

作为优选的技术方案，所述的进气装置包括空气加热器、氟化氢汽化器和氟化氢混合器，所述空气加热器和所述氟化氢汽化器分别与所述氟化氢混合器相连；所述氟化氢混合器与所述单层流化床反应器相连；所述氟化氢汽化器的热源进口与外部供热系统相连或与氟化铝静态冷却器的蒸汽出口相连。

作为优选的技术方案，所述的湿氢氧化铝计量进料装置包括依次连接的湿氢氧化铝计量料仓和湿氢氧化铝进料螺旋相连，所述湿氢氧化铝进料螺旋的湿氢铝出口与所述氢氧化铝干燥器相连。

作为优选的技术方案，所述尾气处理装置包括尾气吸收器，所述尾气吸收器与吸收液循环槽相连，再与吸收液沉降槽相连；吸收液循环泵与吸收液循环槽相连，再与吸收液冷却器相连，吸收液冷却器出口与所述尾气吸收器相连；吸收液循环槽出口与尾气水洗塔相连，然后与气液分离器相连，最后与尾气风机相连。

作为优选的技术方案，所述的单层流化床反应器为圆筒型直立结构，圆筒高度和圆筒直径之比为3.5～6.0；所述氟化铝静态冷却器是间壁式换热器结构或管式换热器结构。

作为优选的技术方案，所述氧化铝反应器是管道式反应器结构，其管道长度与管道直径之比为10～120，所述管道内的反应温度为520℃～660℃；所述氢氧化铝干燥器是管道式气流干燥器结构，其管道长度与管道直径之比为10～150，所述管道内的工作温度为150℃～520℃。

作为优选的技术方案，所述氟化氢汽化器是再沸器结构，以高温蒸汽或带压高温水作为加热氟化氢汽化的热源，热源温度为120℃～260℃，氟化氢汽化后的温度为80℃～220℃。

作为优选的技术方案，所述尾气吸收器为水喷射文丘里管结构。

一种制备无水氟化铝方法，采用本发明的装置，包含以下步骤：

(1)液态无水氟化氢在所述氟化氢汽化器中转化为气态；空气经过所述空气加热器与气态氟化氢在所述氟化氢混合器中混合，进入所述单层流化床反应器的底部，在第一次启动或停车后重新启动时，空气在所述空气加热器中被加热至300～450℃，正常生产时，所述空气加热器仅仅作为空气通道；

(2)室温湿氢氧化铝经过所述湿氢氧化铝计量料仓计量后，通过所述湿氢氧化铝进料螺旋进入所述氢氧化铝干燥器，与来自所述氧化铝气固分离器的温度为320～450℃的中温气流充分混合，脱除湿氢氧化铝的表面水，成为干氢氧化铝和温度为150～260℃的低温气流，在所述氢氧化铝气固分离器中气固分离，低温气流进入所述尾气吸收器；

(3)干氢氧化铝与来自所述氟化铝气固分离器的温度为550～650℃的高温气流一起进入所述氧化铝反应器，在高温气流的作用下，氢氧化铝转变为氧化铝和水蒸汽；高温气流放热并与水蒸气混合后成中温气流；氧化铝与中温气流在所述氧化铝气固分离器中分离，氧化铝进入所述单层流化床反应器，中温气流进入所述氢氧化铝干燥器；

(4)在所述单层流化床反应器内，从中部进入的氧化铝颗粒与从底部进入的气态氟化氢进行流化态反应，生成氟化铝颗粒和高温气流，高温气流从所述单层流化床反应器的顶部输出，经过所述氟化铝气固分离器后，把夹带的氟化铝重新返回到所述单层流化床反应器内，高温气流进入所述氧化铝反应器，反应后生成的高温氟化铝颗粒从所述单层流化床反应器输出进入所述氟化铝静态冷却器，冷却后的氟化铝成为产品；

(5)所述氢氧化铝气固分离器中气固分离后的低温气流在所述尾气吸收器内被循环水吸收，进入吸收液循环槽；未被吸收的HF进入尾气水洗塔被清水喷淋吸收，喷淋液也进入吸收液循环槽；尾气中不能被吸收的空气在气液分离器中脱除液雾后通过尾气风机排放；吸收液循环泵把吸收液循环槽内的吸收液泵至吸收液冷却器冷却后喷入尾气吸收器内，吸收液循环槽与吸收液沉降槽直接相连，使吸收液中的颗粒物得到沉降，在达到规定浓度后送至冰晶石生产线作为冰晶石生产原料。

作为优选的技术方案，进入所述氟化铝静态冷却器的氟化铝温度为520℃～720℃，氟化铝离开氟化铝静态冷却器时的温度为50℃～90℃，冷却水为去离子水或纯水，进入氟化铝静态冷却器时的温度为25℃～65℃，通过与氟化铝的换热，成为高温蒸汽或带压高温水离开氟化铝静态冷却器，温度为120℃～350℃，可以用于所述氟化氢汽化器的热源，也可以对外部输出热能。

本发明的有益效果：

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、湿氢氧化铝直接进入本发明生产装置，不需要另建烘干设备；通过利用氟化铝的反应热来脱除氢氧化铝的表面水和结晶水，起到节能降耗的效果。

2、湿氢氧化铝直接进入本发明生产装置时，不是与高温气流(温度为550～650℃)接触，而是与中温气流(温度为320～450℃)接触，避免了氢氧化铝的爆裂现象；使得氟化铝产品质量有所提高，产品的颗粒度和流动性更好。

3、高温气流(温度为550～650℃)脱除氢氧化铝结晶水，使之成为氧化铝，中温气流(温度为320～450℃)再去脱除氢氧化铝的表面水，使得离开反应系统的气流温度降至低温气流(温度为150～260℃)，相当于把更多的能源“留”在了氟化铝制备系统内；同时，也把尾气中夹带的HF气体更多地“吸附”在氢铝上，重新回到流化床反应器内；起到了节能、降耗的双重作用。

4、单层流化床反应器控制简单，操作容易；而且投资省：在相同生产能力的情况下，单层流化床体积只有双层流化床体积的55％～75％；可节约投资成本。

5、使用本发明设备制备的无水氟化铝产品质量更好：含量高、杂质低、比重大、流动性好。

6、由于尾气温度降低，尾气中的有效组分更容易被吸收；吸收装置就可以变得更简单，达标排放更容易。同时，尾气吸收液可以生产含氟的其它产品(例如冰晶石)。达到节约资源、循环利用的化工清洁工艺生产的要求。

7、由于尾气温度降低，尾气吸收装置的工作温度就可以降低，使得设备选型范围更广；而且吸收液换热量更小，可达到节约投资成本，节能降耗的功效。

8、高温氟化铝的冷却采用了静态冷却器，与现有技术的回转冷却器(炉)相比，没有了回转动力消耗，没有了喷淋水的循环，可以节约很多的能耗。而且，冷却过程获得了高温蒸汽或带压高温水，可以作为热源用于本发明的氟化氢蒸发，也可以把热能输出至本系统外使用，也达到了节能降耗的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明的一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的内容仅仅是本发明一个实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1所示，一种制备无水氟化铝的装置，包括：空气加热器101、氟化氢汽化器103、氟化氢混合器102、湿氢氧化铝计量料仓201、湿氢氧化铝进料螺旋202、单层流化床反应器301、氟化铝气固分离器302、氧化铝反应器303、氧化铝气固分离器304、氢氧化铝干燥器305、氢氧化铝气固分离器306、尾气吸收器401、吸收液循环槽402、吸收液沉降槽403、吸收液循环泵404、吸收液冷却器405、尾气水洗塔406、气液分离器407、尾气风机408、氟化铝静态冷却器501以及把这些设备连接在一起的管道和阀门。

空气加热器101设有1个空气进口和1个空气出口；空气进口与大气相连，或经过空气净化器后与大气相连；空气出口与氟化氢混合器102相连；本实施例中与空气进口与大气相连；

氟化氢汽化器103设有1个AHF液体进口、1个AHF气体出口、1个热源进口和1个冷凝水出口；AHF液体进口与外部的AHF供酸系统相连，AHF气体出口与氟化氢混合器102相连；热源进口与外部供热系统相连或与氟化铝静态冷却器501的蒸汽出口相连，冷凝水出口为排放口。

氟化氢混合器102设有1个AHF气体进口、1个空气进口、1个高温空气进口以及一个切换阀；AHF气体进口与氟化氢汽化器103相连，空气进口与空气加热器101相连，高温空气进口与外部供热风系统相连，切换阀用于空气进口和高温空气进口之间的切换。

湿氢氧化铝计量料仓201设有1个湿氢铝进口和湿氢铝出口；湿氢铝进口与外部湿氢氧化铝料仓相连；湿氢铝出口与湿氢氧化铝进料螺旋202相连。

湿氢氧化铝进料螺旋202设有1个湿氢铝进口和湿氢铝出口；湿氢铝进口与湿氢氧化铝计量料仓201相连；湿氢铝出口与氢氧化铝干燥器305相连。

单层流化床反应器301设有1个气流进口、1个高温气流出口、1个高温氟化铝出口、1个氟化铝回流口和1个氧化铝进口；气流进口与氟化氢混合器102的气体出口相连，高温气流出口与氟化铝气固分离器302相连，高温氟化铝出口与氟化铝静态冷却器501的物料进口相连，氟化铝回流口与氟化氢混合器102的下料口相连，氧化铝进口与氧化铝气固分离器304的下料口相连。

氟化铝静态冷却器501设有1个物料进口、1个物料出口、1个清水进口和1个高温蒸汽(或带压高温水)出口；物料进口与单层流化床反应器301相连，物料出口与外部的氟化铝产品储仓相连，清水进口与外部纯水系统的输出口相连，高温蒸汽(或带压高温水)出口与外部用户相连，或，高温蒸汽(或带压高温水)出口与氟化氢汽化器103的热源接口相连。

氟化铝气固分离器302设有1个高温气流进口、1个高温气流出口和1个下料口。高温气体进口与单层流化床反应器301相连，高温气体出口与氧化铝反应器303相连，下料口与单层流化床反应器301相连。

氧化铝反应器303设有1个高温气流进口、1个干氢氧化铝进口和1个中温气固出口；高温气流进口与氟化铝气固分离器302的高温气流出口相连，干氢氧化铝进口与氢氧化铝气固分离器306的下料口相连，中温气固出口与氧化铝气固分离器304的物料进口相连。

氧化铝气固分离器304设有1个物料进口、氧化铝下料口和中温气流出口；物料进口与氧化铝反应器303相连，氧化铝下料口与单层流化床反应器301相连，中温气流出口与氢氧化铝干燥器305相连。

氢氧化铝干燥器305设有1个中温气流进口、1个湿氢氧化铝进口和1个低温气固出口；中温气流进口与氧化铝气固分离器304相连，湿氢氧化铝进口与湿氢氧化铝进料螺旋202相连，低温气固出口与氢氧化铝气固分离器306相连。

氢氧化铝气固分离器306设有1个物料进口、干氢氧化铝下料口和低温气流出口；物料进口与氢氧化铝干燥器305相连，干氢氧化铝下料口与氧化铝反应器303相连，低温气流出口与尾气吸收器401相连。

尾气吸收器401与吸收液循环槽402相连，再与吸收液沉降槽403相连；吸收液循环泵404与吸收液循环槽402相连，再与吸收液冷却器405相连，吸收液冷却器405出口与尾气吸收器(401)相连；吸收液循环槽402出口与尾气水洗塔406相连，然后与气液分离器407相连，最后与尾气风机408相连，组成完整的尾气吸收系统。

单层流化床反应器为圆筒型直立结构，属气固反应器；圆筒高度和圆筒直径之比为3.5～6.0；通常，圆筒直径为1.5米～7米，圆筒高度为4米～42米。本实施例采用圆筒高度和圆筒直径之比为5通常，圆筒直径为3，圆筒高度为15米。

单层流化床反应器底部设有进气口；单层流化床反应器顶部设有出气口；单层流化床反应器的圆筒的中上部设有固体物料进口；单层流化床反应器的圆筒的中下部设有固体物料出口。

氟化铝静态冷却器是间壁式换热器结构，以水为冷却介质，高温氟化铝与冷却介质之间隔着换热板逆向流动。氟化铝进入冷却器时的温度为520℃～660℃，氟化铝离开冷却器时的温度为50℃～90℃，冷却水进入冷却器时的温度为25℃～65℃，通过与氟化铝的换热，成为高温蒸汽或高温带压水离开冷却器，温度为120℃～260℃。

或者，氟化铝静态冷却器是管式换热器结构，以水为冷却介质，高温氟化铝与冷却介质之间隔着换热管逆向流动。氟化铝进入冷却器时的温度为520℃～660℃，氟化铝离开冷却器时的温度为50℃～90℃；冷却水进入冷却器时的温度为25℃～65℃，通过与氟化铝的换热，成为高温蒸汽或带压高温水离开冷却器，温度为120℃～260℃。

氧化铝反应器是管道式反应器结构，其管道长度与管道直径之比为10～120；管道内的反应温度为520℃～660℃。本实施例采用管道长度与管道直径之比为30，管道长度为12米，管道直径为0.4米。

氢氧化铝干燥器是管道式气流干燥器结构，其管道长度与管道直径之比为10～150；管道内的工作温度为150℃～520℃。本实施例采用管道长度与管道直径之比为40，管道长度为16米，管道直径为0.4米。

氟化氢汽化器是再沸器结构；以高温蒸汽或带压高温水作为加热氟化氢汽化的热源；热源温度为120℃～260℃，氟化氢汽化后的温度为80℃～220℃。

尾气吸收器为水喷射文丘里管结构；吸收液循环泵404把循环水喷入尾气吸收器401，氢氧化铝气固分离器306出口的尾气在尾气风机408作用下被抽吸进入尾气吸收器401，尾气中的水蒸汽、少量氟化氢气体和少量夹带的粉尘被水吸收，进入吸收液循环槽402、并在吸收液沉降槽403中固体物得到沉降；未被尾气吸收器401吸收的氟化氢气体和粉尘在尾气水洗塔406内进一步被清水吸收；尾气中不能被吸收的空气经过气液分离器407除去液雾后排空。吸收液冷却器405可保持循环水温度在25～70℃范围内。吸收液沉降槽403中得到的固体沉降物与部分吸收液一起排至冰晶石生产装置，用于生产冰晶石产品。

吸收液中的HF含量控制在2.0％以内，确保尾气排放符合国家标准。

的高温蒸汽或带压高温水用于氟化氢汽化器作为加热氟化氢汽化的热源。或者，的高温蒸汽或带压高温水用于氟化氢汽化器作为热源输出至外系统。

本发明的装置中使用温度大于50℃的设备、管道和阀门等均进行隔热保温。

实施例2

一种制备无水氟化铝的方法，采用实施例1的装置，包括以下步骤：

(1)把空气在空气加热器101中加热至450℃的热空气，送入本系统中，使整个系统温度升至400℃以上。把液体氟化氢700kg投入到氟化氢汽化器103中加热转化为气态AHF；热空气与气态AHF在氟化氢混合器102中混合后进入单层流化床反应器301的底部。

(2)室温的湿氢氧化铝(含水率7％)约1070kg经过湿氢氧化铝计量料仓201计量后，通过湿氢氧化铝进料螺旋202进入氢氧化铝干燥器305，与来自氧化铝气固分离器304的中温气流(温度420℃)充分混合，脱除湿氢氧化铝的表面水，成为干氢氧化铝和低温气流(温度260℃)，在氢氧化铝气固分离器306中气固分离，低温气流进入尾气吸收器401。

(3)干氢氧化铝与来自氟化铝气固分离器302的高温气流(未发生氟化铝反应时温度为450℃；发生氟化铝反应后温度为660℃)一起进入氧化铝反应器303，在高温气流的作用下，氢氧化铝转变为氧化铝和水蒸汽；氧化铝与中温气流在氧化铝气固分离器304中分离，氧化铝进入单层流化床反应器(301)的中上部，中温气流进入氢氧化铝干燥器305。

(4)在单层流化床反应器301内，从中部进入的氧化铝颗粒与从底部进入的气态氟化氢进行流化态反应，生成氟化铝颗粒和高温气流(温度660℃)。高温气流从单层流化床反应器301的顶部输出，经过氟化铝气固分离器302后，把夹带的氟化铝重新返回到单层流化床反应器301内，高温气流进入氧化铝反应器303。反应后生成的高温氟化铝颗粒从单层流化床反应器301的中下部输出进入氟化铝静态冷却器501，冷却后得到1000kg氟化铝成品。

(5)冷却水为去离子水，进入氟化铝静态冷却器时的温度为25℃～65℃，通过与氟化铝的换热，成为高温蒸汽离开氟化铝静态冷却器，温度为260℃，用于氟化氢汽化器103的热源。进入氟化铝静态冷却器501的氟化铝温度为660℃，氟化铝离开氟化铝静态冷却器时的温度为70℃。通过氟化铝静态冷却器501，氟化铝得到冷却，并获得高温蒸汽，热能重新得到利用。

(6)氢氧化铝气固分离器306中气固分离后的低温气流(包括水蒸汽、热空气、少量含铝颗粒及少量HF气体等，温度260℃)在尾气吸收器401内被循环水吸收，进入吸收液循环槽402；未被吸收的HF进入尾气水洗塔406被清水喷淋吸收，喷淋液也进入吸收液循环槽402；尾气中不能被吸收的空气在气液分离器407中脱除液雾后通过尾气风机408排放；吸收液循环泵404把吸收液循环槽402内的吸收液泵至吸收液冷却器405冷却后喷入尾气吸收器401内。吸收液循环槽402与吸收液沉降槽403直接相连，使吸收液中的颗粒物得到沉降，在达到规定浓度后送至冰晶石生产线作为冰晶石生产原料。

实施例3

一种制备无水氟化铝的方法，采用实施例1的装置，包括以下步骤：

(1)先把空气在空气加热器101中加热至450℃的热空气，送入本系统中，使整个系统温度升至400℃以上。把液体氟化氢1400kg投入到氟化氢汽化器103中加热转化为气态AHF；热空气与气态AHF在氟化氢混合器102中混合后进入单层流化床反应器301的底部。

(2)室温的湿氢氧化铝(含水率7％)约2140kg经过湿氢氧化铝计量料仓201计量后，通过湿氢氧化铝进料螺旋202进入氢氧化铝干燥器305，与来自氧化铝气固分离器304的中温气流(温度420℃)充分混合，脱除湿氢氧化铝的表面水，成为干氢氧化铝和低温气流(温度150℃)，在氢氧化铝气固分离器306中气固分离，低温气流进入尾气吸收器401。

(3)干氢氧化铝与来自氟化铝气固分离器302的高温气流(未发生氟化铝反应时温度为450℃；发生氟化铝反应后温度为520℃)一起进入氧化铝反应器303，在高温气流的作用下，氢氧化铝转变为氧化铝和水蒸汽；氧化铝与中温气流在氧化铝气固分离器304中分离，氧化铝进入单层流化床反应器301的中上部，中温气流进入氢氧化铝干燥器305。

(4)在单层流化床反应器301内，从中部进入的氧化铝颗粒与从底部进入的气态氟化氢进行流化态反应，生成氟化铝颗粒和高温气流(温度520℃)。高温气流从单层流化床反应器301的顶部输出，经过氟化铝气固分离器302后，把夹带的氟化铝重新返回到单层流化床反应器301内，高温气流进入氧化铝反应器303。反应后生成的高温氟化铝颗粒从单层流化床反应器301的中下部输出进入氟化铝静态冷却器501，冷却后得到1998kg氟化铝成品。

(5)冷却水为去离子水，进入氟化铝静态冷却器时的温度为25℃～65℃，通过与氟化铝的换热，成为带压高温水离开氟化铝静态冷却器，温度为150℃，用于氟化氢汽化器103的热源。进入氟化铝静态冷却器501的氟化铝温度为520℃，氟化铝离开氟化铝静态冷却器时的温度为65℃。通过氟化铝静态冷却器501，氟化铝得到冷却，并获得带压高温水，热能重新得到利用。

(6)氢氧化铝气固分离器306中气固分离后的低温气流(包括水蒸汽、热空气、少量含铝颗粒及少量HF气体等，温度150℃)在尾气吸收器401内被循环水吸收，进入吸收液循环槽402；未被吸收的HF进入尾气水洗塔406被清水喷淋吸收，喷淋液也进入吸收液循环槽402；尾气中不能被吸收的空气在气液分离器407中脱除液雾后通过尾气风机408排放；吸收液循环泵404把吸收液循环槽402内的吸收液泵至吸收液冷却器405冷却后喷入尾气吸收器401内。吸收液循环槽402与吸收液沉降槽403直接相连，使吸收液中的颗粒物得到沉降，在达到规定浓度后送至冰晶石生产线作为冰晶石生产原料。

实施例2和实施例3制得的无水氟化铝成品的质量分析结果见表1。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种制备无水氟化铝的装置，其特征在于：包括进气装置、湿氢氧化铝计量进料装置、单层流化床反应器（301）、氟化铝气固分离器（302）、氧化铝反应器（303）、氧化铝气固分离器（304）、氢氧化铝干燥器（305）、氢氧化铝气固分离器（306）、氟化铝静态冷却器（501）和尾气处理装置；

所述单层流化床反应器（301）设有气流进口、高温气流出口、高温氟化铝出口、氟化铝回流口和氧化铝进口；气流进口与所述进气装置相连，高温气流出口与所述氟化铝气固分离器（302）的高温气体进口相连，高温氟化铝出口与所述氟化铝静态冷却器（501）的物料进口相连，氟化铝回流口与所述氟化铝气固分离器（302）的下料口相连，氧化铝进口与所述氧化铝气固分离器（304）的下料口相连；

所述氟化铝气固分离器（302）的高温气体出口与所述氧化铝反应器（303）的高温气流进口相连，所述氟化铝气固分离器（302）的下料口与所述单层流化床反应器（301）的氟化铝回流口相连；

所述氧化铝反应器（303）的干氢氧化铝进口与所述氢氧化铝气固分离器（306）的下料口相连，所述氧化铝反应器（303）的中温气固出口与所述氧化铝气固分离器（304）的物料进口相连；

所述氧化铝气固分离器（304）的中温气流出口与所述氢氧化铝干燥器（305）的中温气流进口相连；

所述氢氧化铝干燥器（305）的湿氢氧化铝进口与所述湿氢氧化铝计量进料装置相连，所述氢氧化铝干燥器（305）的低温气固出口与所述氢氧化铝气固分离器（306）相连；

所述氢氧化铝气固分离器（306）的低温气流出口与所述尾气处理装置相连。

2.根据权利要求1所述的一种制备无水氟化铝的装置，其特征在于：所述的进气装置包括空气加热器（101）、氟化氢汽化器（103）和氟化氢混合器（102），所述空气加热器（101）和所述氟化氢汽化器（103）分别与所述氟化氢混合器（102）相连；所述的氟化氢混合器（102）与所述单层流化床反应器（301）相连；所述氟化氢汽化器（103）的热源进口与外部供热系统相连或与氟化铝静态冷却器（501）的蒸汽出口相连。

3.根据权利要求1所述的一种制备无水氟化铝的装置，其特征在于：所述的湿氢氧化铝计量进料装置包括依次连接的湿氢氧化铝计量料仓（201）和湿氢氧化铝进料螺旋（202），所述湿氢氧化铝进料螺旋（202）的湿氢铝出口与所述氢氧化铝干燥器（305）相连。

4.根据权利要求1所述的一种制备无水氟化铝的装置，其特征在于：所述尾气处理装置包括尾气吸收器（401），所述尾气吸收器（401）与吸收液循环槽（402）相连，再与吸收液沉降槽（403）相连；吸收液循环泵（404）与吸收液循环槽（402）相连，再与吸收液冷却器（405）相连，吸收液冷却器（405）出口与所述尾气吸收器（401）相连；吸收液循环槽（402）出口与尾气水洗塔（406）相连，然后与气液分离器（407）相连，最后与尾气风机（408）相连。

5.根据权利要求1所述的一种制备无水氟化铝的装置，其特征在于：所述的单层流化床反应器为圆筒型直立结构，圆筒高度和圆筒直径之比为3.5～6.0；所述氟化铝静态冷却器是间壁式换热器结构或管式换热器结构。

6.根据权利要求1所述的一种制备无水氟化铝的装置，其特征在于：所述氧化铝反应器是管道式反应器结构，其管道长度与管道直径之比为10～120，所述管道内的反应温度为520℃～660℃；所述氢氧化铝干燥器是管道式气流干燥器结构，其管道长度与管道直径之比为10～150；所述管道内的工作温度为150℃～520℃。

7.根据权利要求2所述的一种制备无水氟化铝的装置，其特征在于：所述氟化氢汽化器是再沸器结构，以高温蒸汽或带压高温水作为加热氟化氢汽化的热源，热源温度为120℃～260℃，氟化氢汽化后的温度为80℃～220℃。

8.根据权利要求4所述的一种制备无水氟化铝的装置，其特征在于：所述尾气吸收器为水喷射文丘里管结构。

9.一种制备无水氟化铝方法，其特征在于：采用权利要求1-8任一项所述的装置，包含以下步骤：

（1）液态无水氟化氢在氟化氢汽化器（103）中转化为气态；空气经过空气加热器（101）与气态氟化氢在氟化氢混合器（102）中混合，进入单层流化床反应器（301）的底部，在第一次启动或停车后重新启动时，空气在空气加热器（101）中被加热至300～450℃，正常生产时，空气加热器（101）作为空气通道；

（2）室温湿氢氧化铝经过湿氢氧化铝计量料仓（201）计量后，通过湿氢氧化铝进料螺旋（202）进入氢氧化铝干燥器（305），与来自氧化铝气固分离器（304）的温度为320～450℃的中温气流充分混合，脱除湿氢氧化铝的表面水，成为干氢氧化铝和温度为150～260℃的低温气流，在氢氧化铝气固分离器（306）中气固分离，低温气流进入尾气吸收器（401）；

（3）干氢氧化铝与来自氟化铝气固分离器（302）的温度为550～650℃的高温气流一起进入氧化铝反应器（303），在高温气流的作用下，氢氧化铝转变为氧化铝和水蒸汽；高温气流放热并与水蒸气混合后成中温气流；氧化铝与中温气流在氧化铝气固分离器（304）中分离，氧化铝进入单层流化床反应器（301），中温气流进入氢氧化铝干燥器（305）；

（4）在单层流化床反应器（301）内，从中部进入的氧化铝颗粒与从底部进入的气态氟化氢进行流化态反应，生成氟化铝颗粒和高温气流；高温气流从单层流化床反应器（301）的顶部输出，经过氟化铝气固分离器（302）后，把夹带的氟化铝重新返回到单层流化床反应器（301）内，高温气流进入氧化铝反应器（303）；反应后生成的高温氟化铝颗粒从单层流化床反应器（301）输出进入氟化铝静态冷却器（501），冷却后的氟化铝成为产品；

（5）氢氧化铝气固分离器（306）中气固分离后的低温气流在尾气吸收器（401）内被循环水吸收，进入吸收液循环槽（402）；未被吸收的HF进入尾气水洗塔（406）被清水喷淋吸收，喷淋液也进入吸收液循环槽（402）；尾气中不能被吸收的空气在气液分离器（407）中脱除液雾后通过尾气风机（408）排放；吸收液循环泵（404）把吸收液循环槽（402）内的吸收液泵至吸收液冷却器（405）冷却后喷入尾气吸收器（401）内，吸收液循环槽（402）与吸收液沉降槽（403）直接相连，使吸收液中的颗粒物得到沉降，在达到规定浓度后送至冰晶石生产线作为冰晶石生产原料。

10.根据权利要求9所述的一种制备无水氟化铝方法，其特征在于：进入所述氟化铝静态冷却器（501）的氟化铝温度为520℃～720℃，氟化铝离开氟化铝静态冷却器时的温度为50℃～90℃；冷却水为去离子水或纯水，进入氟化铝静态冷却器时的温度为25℃～65℃，通过与氟化铝的换热，成为高温蒸汽或带压高温水离开氟化铝静态冷却器，温度为120℃～350℃，以用于所述氟化氢汽化器（103）的热源，或对外部输出热能。