CN1575256A - 按受控的重量流量分配粉状材料的系统 - Google Patents

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CN1575256A CN02820948.6A CN02820948A CN1575256A CN 1575256 A CN1575256 A CN 1575256A CN 02820948 A CN02820948 A CN 02820948A CN 1575256 A CN1575256 A CN 1575256A
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Abstract

本发明涉及一种输送粉状材料的方法。本发明的方法可以用于以一个适应每个传送装置的控制流量把粉状材料从一个单一的储存装置分配到多个传送装置(50)中。所述方法的特征在于，储存装置通过至少一个如WO84/01560和WO85/04676中所述的气动通道(30)与传送装置连接。另外，本发明的特征还在于，一个如EP 0 190 092中所述的超浓流化剂量装置与所述气动通道连接，所述超浓流化剂量装置用于给每个传送装置提供粉状材料。

Description

按受控的重量流量分配粉状材料的系统
技术领域
本发明涉及一种输送粉状材料的方法，该方法可以把来自一个上游传送装置的所述粉状材料以一个受控的流量分配到多个下游传送装置的每一个传送装置中。特别是，这种装置涉及按受控数量给气体处理中心的反应器提供氧化铝，气体处理中心的反应器可以俘获含氟排放物，所述排放物通过熔盐电解生产铝的电解槽产生。
背景技术
从通过熔盐电解生产铝的电解槽出来的气体含有相当比例的含氟气体和氟化物。为了避免把氟和氟化物排放到大气中，把粉末状的氧化铝喷射到从电解槽排出的所述气体中。氧化铝吸收氟，这样有一个双重的有利结果：排放到大气中的气体对环境的侵害较小，并且富含氟的氧化铝在冰晶石中的溶解温度更低。
氧化铝与电解槽中出来的气体的接触在一种叫做反应器并且组合成一个或多个气体处理中心的一整套装置中进行。专利申请FR 2 692 497(PROCEDAIR)中描述了一个这种类型的反应器中。尽管这种装置占据的体积较大(一般约为1000m3)，还是需要使用多个这样的装置，以便吸收含在从电解槽排出的气体中的大部分氟和氟化物。因此，应该根据所述电解槽的运行水平，给每个与一定数量的电解槽连接的处理中心提供或多或少量的氧化铝粉末。因此，几乎全部用于生产铝的氧化铝应该在提供给一个或另一个电解槽前首先经过一个或另一个气体处理中心。
氧化铝首先储存在一个第一储罐中，它的容量一般为10 000吨。然后把氧化铝分配并送往气体处理中心。必须保证进入一个气体处理中心的一个反应器中的气体中含有几乎所有的氟和氟化物可以全部被氧化铝俘获。为此，需要控制喷射到一个气体处理中心的每个反应器中的氧化铝的流量。一旦被处理，来自不同气体处理中心的“含氟”氧化铝被收集、混合，然后储存在一个第二储存器中，从这个储存器给提供给不同的电解槽。
专利申请WO84/01560、WO85/04676、WO99/58435和WO99/62800描述了一些叫做“气动通道”的输送设备，这些输送设备可以以一种潜在流化—也叫做超浓流化—的形式在(前面提到的)第二储罐和电解槽之间输送氧化铝。但是从申请人的观点看，以超浓流化床的形式输送氧化铝是一种不同于输送粉状材料的传统方法的特别有效的方法。在这些传统的方法中，所使用的叫做“气动滑道”的传送装置包括很少的粉状材料，并且一些高动能的气流穿过这种传送装置，而超浓流化床的输送方法的特点是一种几乎完全充满粉状材料的传送装置，一种流化气体以非常低的速度在传送装置中流动。
在超浓流化床输送方法中，粉状材料的流动通过一系列的微型滑坡(micro-eboulements)来实现，这些微型滑坡在电解槽的供料处产生，并且“重新上升”到通向储罐的气动通道中。为了便于微型滑坡的这种重新上升，将流化气体带压注入，使其穿过把气动通道分为两个通道的孔隙壁，所述流化气体以非常低的速度在气动通道中流动，并且通过一个平衡柱体排出并脱气。对于粉状材料，由于流化气体在气动通道中的流动速度慢，因而粉状材料没有损耗，目前知道把超浓流化床输送方法作为一种特别适用于在比较远的点之间输送和分配粉状材料的经济可靠的输送方法，条件是不追求分配材料的准确剂量。
另外，为了控制粉状材料的流量。申请人在文件EP 0190 082中提出一种下面叫做“超浓流化剂量器”的装置。该装置包括一个箱体、一个可以从一个储存装置给箱体提供粉状材料的柱体和一个排出所述粉状材料的装置。箱体和气动通道一样由两部分组成，以便可以使粉状材料处于一个潜在的流化状态。排出装置包括一个孔和一个直径大于孔直径的出口喷嘴。排出装置距供料柱体一个足够的距离，使得没有流化，使滑坡的自然斜坡的底部不能到达排出装置。当引入流化气体时，已发现，对一种给定的粉状材料和一个给定的喷嘴，粉状材料的出口流量与施加在所述超浓流化剂量器上的流化压力之间存在一一对应的关系。
当箱体中的流化压力为零时，储存在储存装置中的粉状材料通过重力下降到一个通向箱体的第二部分的柱体中，在孔隙壁上形成一个滑坡的自然斜坡。出口孔直接位于孔隙壁以上的一个距离上，使得箱体中的流化压力为零时滑坡斜坡的底部不能到达出口孔。当注入流化气体时，滑坡斜坡的粉状材料成为流体，并且箱体上部充满粉状材料，使粉状材料可以穿过出口孔。
尽管如此，到目前为止都不能在第二储罐的上游以超浓流化床的形式输送氧化铝，因为需要测量总流量，并且把氧化铝分配到用于供应气体处理中心的反应器的不同传送装置中。如果粉状材料在一个高速流动气体的作用下流化，就不能满足这两个功能。则传送装置为普通的气动滑道传送装置。
因此，为了连续测量氧化铝粉未的总流量，例如使用一种RAMSEY公司提出的Granumet DE 10固体流量计。这种流量计的工作原理是测量喷射到一个板子上的粉末的冲击力。因此粉状材料必须连续流动，并且具有最小的动能(并且不是由于微型滑坡的上升而产生的断断续续的方式)，只有借助一种高速流体输送粉状材料时才能做到这一点。
同样，对于氧化铝在一个中央储罐与多个组合成一个或多个气体处理中心的反应器之间的分配，已知的老方法提出多个不同的装置，但是这些装置都需要使用以足够的速度流动的气体，以带动粉状材料穿过具有标定截面的开口。
例如US 4 938 848描述了一种分配装置，该装置包括一个位于储罐下面的室，多个在该室处开放的管道穿过该室，并且将一种带压气体吹入到管道内，以便把室外的粉末带到所述管道内。在该装置内和在其他装置内一样，可以通过改变气体吹入管道内的压力、或者通过改变管道在室内的开口的面积来控制每个管道内的氧化铝流量，例如或多或少地移动一个在所述开口前的堵塞阀，下面把这个堵塞阀叫做“martliere”。
因此，为了保证氧化铝以足够的流量进入气体处理中心的每个反应器，以便在把气体排放到大气中以前最大程度地俘获氟和氟化物，老方法的装置包括一个连续测量氧化铝总流量的固体流量计，然后在下游包括一个侧壁上设有多个标定孔的分配箱。氧化铝被流化气体的压力流化，使其被带动，以一个受控制的流量穿过这些孔，例如通过改变每个孔眼的开口面积进行控制。在每个孔处，氧化铝借助一个气动滑道流向气体处理中心的一个反应器。
固体流量计和分配箱都需要使用一种高速流动的流化气体。因此在这些装置的上游和下游都有气动滑道。为了保证可靠并且没有间断地提供氧化铝，气动滑道的最小斜率为6％，最好至少等于10％。因此，考虑到要跨越的长度，老方法的以有控制的量提供氧化铝的装置应该比气体处理中心的氧化铝供应的高度抬高几米，一般为6米。由于存在气动滑道，估计与这种抬高有关的成本增加使给电解槽提供氧化铝的装置总成本增加约10％。
发明内容
提出的问题
使用氧化铝流量控制和分配装置需要一个大的流化气体流量，这就要求大型流化气体压缩设备，并且导致气体和能量的高消耗。另外，粉状材料的高动能的有害结果是材料的损耗问题、分配箱的零件磨损问题和流量调节困难(很难使闸板(martelières)滑动，以改变分配器标定开口的面积)。
另外，由于要遵守6％的最低斜率，在分配箱的下游必须存在气动滑道要求处于电解槽以上非常高的设备。因此，为了实现气体处理中心的氧化铝供应装置，必须投入非常大量的投资。
因此申请人力求寻找一种更经济、更便于控制并且不存在上述缺点的氧化铝分配方法。这种分配方法应该可以用于流动性与氧化铝的流动性类似的其他粉状材料，所述粉状材料来自一个单一的储存容量，并且应该以一个受控的流量分配到多个传送装置的每一个传送装置中。
发明的目的
本发明的目的是一种输送粉状材料的方法，这种方法可以把来自唯一一个储存容量的所述粉末以一个受控的流量分配到所述传送装置的每一个中，该方法的特征是，所述储存容量通过至少一个气动通道与所述传送装置连接，并且通过一个连接在所述气动通道上的超浓流化剂量器给每个传送装置提供粉状材料。
WO84/01560和WO85/04676中详细描述了气动通道。这是一种水平的或稍微倾斜(最好与水平方向的倾斜度小于2度)的传送装置，并且设有由一个用于一种气体流动的第一管道和一个用于粉状材料流动的第二管道组成的流化装置，两个管道具有一个共同的孔隙壁，第一管道设有至少一个可以建立一个压力pf的供气管，目的是使充填传送装置的粉状材料潜在流化，第二管道设有至少一个平衡柱体，它的充填高度平衡潜在流化气体的压力pf。
气动通道可以有一个整体为矩形的截面，或者一个整体为圆形的截面。在后一种情况下，用于气体流动的第一管道和用于粉状材料流动的第二管道可以是共轴的。但是，为了得到一个低成本的气动通道，第一管道最好占据传送装置的底部，第二管道占据传送装置的上部，并且两个部分被一个基本为水平的孔隙壁分开。
EP 0 190 082中详细描述了超浓流化剂量器。这种剂量器包括一个两个部分的箱体。箱体的第一部分位于箱体的底部，用于一种流化气体的流动，箱体的第二部分位于第一部分之上，用于粉状材料的流动。两个部分有一个共同的基本为水平的孔隙壁。第一部分设有至少一个可以建立一个压力p’f的供气管，目的是使充填剂量器的粉状材料潜在流化，第二部分设有至少一个平衡柱体，它的充填高度平衡潜在流化气体的压力p’f。
箱体的第二部分还间接通过气动通道第二管道的一个垂直柱体不直接地与储罐连接。当流化压力p’f为零时，位于气动通道第二管道中的粉状材料通过重力下降到一个通向箱体的第二部分的柱体中，在孔隙壁上形成一个滑坡的自然斜坡。当斜坡形成时，沿气动通道的这个柱体出来的粉状材料保持不动，因为没有任何微型滑坡的原因，也没有微型滑坡的上升。
排出装置包括一个直接位于孔隙壁以上一定距离的孔，这个距离使滑坡斜坡的底部不能到达孔。因此箱体的第二部分被充填，输送流化气体并通过一个调节装置如一个阀门调节压力p’f的水平。气体穿过孔隙壁向箱体的第二部分扩散，则滑坡斜坡的粉状材料变为流体。箱体的上部然后是平衡柱体被粉状材料充填，直到一个高度H，高度H取决于流化气体的压力p’f和平衡柱体中的粉状材料的平均比重。
出口孔可以设有一个形成有膜片的喷嘴，它的外部可以与流化粉状材料的排出管连接。剂量器箱体中的潜在流化状态的粉状材料可以从出口孔通过。粉状材料被一系列的微型滑坡更新，微型滑坡一级一级上升，一直到超浓度剂量器的供料柱体并进一步进入气动通道的第二管道。在孔处和直接在孔的下游的非常局部的区域，每个滑坡释放一个足以使粉状材料从潜在流化状态向真正的流化状态过渡的空间，这保证在一个很大的流量范围内氧化铝的流量等于输出流量，并且流量中没有中断。
如果压力p’f保持恒定，则粉状材料的重量流量明显保持恒定。如果增加所述流化压力p’f，则流量增加。如果使流化压力为零，则粉状材料不再流动，并且不穿过孔。因此，可以通过只作用在流化气体的压力p’f上来调节粉状材料的流量，这是一种比试图使一个闸板在一个开口前滑动要灵活和可靠的多的方法(用于引导闸板的槽充满粉状材料，这不利于滑动，另外，轨道迅速磨损)。
粉状材料源和/或剂量器中的流化压力p’f的调节装置最好与气动通道中的流化压力无关。并且最好每个超浓流化剂量器拥有自己的调节压力p’f的装置，这样可以有很大的操作灵活性，因此以一个有控制的并且适应于传送装置特殊功能的流量给每个传送装置提供粉状材料。
根据本发明，在储罐与传送装置之间至少有一个气动通道，通过一个前面描述的超浓流化剂量器给每个传送装置提供粉状材料。气动通道本身作为作为分配器，以不受位置限制的方式满足分配功能。气动通道应该有一个足够大的截面，使它能够连续保持几乎完全充满，因此粉状材料的移动只通过微型滑坡的上升来进行。在这些条件下，不需要连续控制粉状材料的总的流动，只要储存容量非常大并且气动通道有一个高的截面就可以了。
现在回到为电解槽出来的气体的处理中心提供粉状材料的例子，气动通道的其中一个端部与一个氧化铝空气储罐连接，并且有多个气体处理反应器就设有多个流化剂量器。这些流化剂量器提供气动滑道，如FR 2692 497中的32。可以把每个超浓流化剂量器放在每个气体处理反应器的附近，这样，气动滑道保持较短，并且所述气动滑道6°的最小斜率造成的起伏保持较小。为了尽可能地减小这个距离，可以实现一个非直线的气动通道，或者如下面的例子中一样实现多个互相连通的气动通道。
如WO99/58435中所述，还可以在气动通道的上部产生一个流化气体的气泡。因此流化气体可以更容易流动，这样可以改善必须在气动通道的每一个地点都充满的潜在流化条件。
附图说明
附图
图1表示一个给熔盐电解槽的气体进行处理中心提供氧化铝的线路的近似示意图。
图2表示一个与气动通道连接的超浓流化剂量器的剖面图。
具体实施方式
本发明的实施例(图1和2)
图1、2所示的例子中涉及给二十四个组合成两个处理中心的反应器提供处理来自300个以上的熔盐电解槽产生的气体所需的氧化铝。图1中只出示了这些反应器中的一个。反应器与一定数量的电解槽连接，电解槽的运行可能与相邻电解槽的运行明显不同，因此可能以非常不同的流量排放废气。因此需要以一个与所述气体处理连接的所有电解槽排放的废气相适应的流量给每个气体处理反应器提供氧化铝。
氧化铝从第一储罐10被送往气体处理反应器60。处理后，来自不同气体处理反应器的“含氟”氧化铝被收集、混合，然后储存在一个第二储罐中，用于提供给电解槽。图1中没有出示这个部分，但是通过使“含氟”氧化铝沿FR 2 692 497图中所示的非常充满的34出来并使这些氧化铝通向WO85/04676的图中所示的给电解槽提供氧化铝设备的储罐31就可以很容易地表示出这部分。
从电解槽出来的气体G沿一个FR 2 692 497中参考数字26类型的垂直管道进入，并带动气动滑道50带来的氧化铝颗粒，气动滑道50被一个与FR 2692 497的管道26同轴的垂直管延长。处理后的气体g从处理反应器的上部排出。
通过一个气动滑道50给每个气体处理反应器60提供氧化铝，又通过一个与气动通道30连接的超浓流化剂量器40给气动滑道50本身提供氧化铝。十两个流化剂量器连接在同一个气动通道30上，通过一个上游气动通道20给气动通道30本身提供来自第一储罐10的氧化铝。
图2表示气动通道30在一个使其与一个超浓流化剂量器连接的穿孔处的剖面图。气动通道30是一个水平传送装置，并且设有由一个第一管道31和第二管道32构成的流化装置，第一管道31用于空气的流动，第二管道32用于氧化铝的流动。两个管道具有一个共同的孔隙壁34。第一管道31设有一个可以建立一个潜在流化压力pf的提供空气的管子35。第二管道32设有至少一个平衡柱体，平衡柱体的充填高度平衡潜在流化压力pf(图中没有出示这个柱体，因为它不在截面所在的平面处)。气动通道在每个气体处理反应器的附近设有一个使第二管道32与超浓流化剂量器40的供应柱体43连通的穿孔33。
超浓流化剂量器包括一个两部分的箱体42。箱体的第一部分42B位于箱体的底部，用于流化空气的流动，箱体的第二部分42A位于第一部分之上，用于氧化铝的流动。两个部分有一个基本水平的共同孔隙壁44。第一部分42B设有一个提供空气的管子45，这个管子可以建立一个充填剂量器的氧化铝的潜在流化压力p’f，第二部分42A设有一个平衡柱体46，它的充填高度平衡潜在流化压力p’f。
箱体的第二部分42B还间接通过垂直柱体43与气动通道30的第二管道32连接。当流化压力p’f为零时，位于气动通道的第二管道32中的氧化铝通过重力下降到通到箱体的第二部分中的柱体43中，在孔隙壁44上形成一个滑坡的自然斜坡，斜坡的底部没有到达孔48。出口孔48直接位于孔隙壁44的高度以上一定距离，使滑坡的自然斜坡的底部不能到达孔。
当流化气体被注入到箱体的第二部分42A中时，滑坡斜坡的氧化铝变为流体，因此箱体的上部42B被氧化铝充填，然后平衡柱体46被氧化铝充填到一个高度，这个高度取决于流化气体的压力p’f和平衡柱体中氧化铝的平均比重。出口孔48设有一个形成一个膜片的喷嘴48A，它的外部与给气体处理反应器60提供氧化铝的气动滑道50连接。
通过管道45输送流化气体，并且通过一个阀门72调节压力p’f的水平。气体穿过孔隙壁44向箱体的第一部分42B扩散。
每个超浓流化剂量器拥有自己的调节压力p’f的装置72，这样可以有较大的操作灵活性，因此以一个适应这个反应器中要处理的气体的流量的受控流量给每个气体处理反应器60提供氧化铝。
气动通道30起分配器的作用，以不受位置限制的方式满足分配功能。气动通道20和30具有一个用于粉状材料流动的第二管道，它的截面较大，如果截面为矩形，则一般至少为400mm×200mm，这样可以保证氧化铝根据需要和所使用的流化压力以一个可以达到5-50吨/小时的流量流动。上游气动通道20与一个容量超过10000吨的储罐连接。
因此，气动通道20可以连续保持几乎完全充满，使得粉状材料的任何移动只受微型滑坡上升的影响。
每个超浓流化剂量器40位于每个气体处理反应器60附近，因此气动滑道50保持较短，并且所述气动滑道50的6°最小斜率造成的起伏保持较小。
如WO99/58435中所述，在气动通道30的上部产生一个流化气体的气泡。因此流化气体可以更容易流动，这就改善了应该在气动通道的所有地方都被满足的潜在流化的条件，并且便于氧化铝分布和分配在不同的下游传送装置中。
优点
—取消分配装置上游的重量流量计；
—可以控制每一个点的流量；
—没有运动的机械零件(阀门、闸板等)，特别由于粉状材料的自然摩擦产生的磨损，这些零件导致要维修或更换的卡堵或停工；
—便于调节流量；
—能量消耗非常少；

Claims (4)

1.粉状材料的输送方法，这种方法可以按一受控的流量把来自单一储罐(10)的所述粉状材料分配到多个传送装置(50)中，其特征在于，通过至少一气动通道(30)使所述储罐与所述传送装置连接；并且在所述气动通道上旁路地连接着一超浓流化剂量器(40)，用于给每个传送装置提供粉状材料，
—所述气动通道(30)是一水平或稍微倾斜的传送装置，并包括一用于一气体流动的第一管道和一用于粉状材料流动的第二管道，所述两管道有一共同的孔隙壁，第一管道设有至少一可以建立一压力pf的供气管，目的是使充填所述传送装置的粉状材料潜在流化，并且第二管道设有至少一平衡柱体，所述平衡柱体的充填高度平衡潜在流化气体的压力pf，
—所述流化剂量器是这样的装置，它包括一箱体(42)、一柱体(43)——其可以从所述气动通道(30)的所述第二管道给所述箱体提供粉状材料、一平衡柱体(46)和一排出所述粉状材料的排出装置，所述箱体包括由一孔隙壁(44)分开的两部分(42A和42B)，用于流化气体流动的第一部分(42B)设有至少一个可以建立一压力p’f的供气管，目的是使充填所述剂量器的粉状材料潜在流化，并且用于所述粉状材料流动的第二部分(42A)与所述供应柱体(43)、所述排出装置和所述平衡柱体(46)连接，所述平衡柱体(46)的充填高度可以平衡潜在流化压力P’f，所述排出装置包括一孔(48)和一出口喷嘴(48A)，所述出口喷嘴的内径大于所述孔的内径，所述排出装置位于距所述供应柱体(43)的一足够的距离上，使得没有流化时滑坡的自然斜坡的底部不能到达所述排出装置。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，每个超浓流化剂量器拥有一单独调节流化压力p’f的调节装置(72)。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述气动通道(30)的上管道(32)中产生一带压气泡(B)。
4.粉状材料的输送设备，所述设备可以按一受控的流量把来自单一储罐(10)的所述粉状材料分配到多个传送装置(50)中，其特征在于，所述设备包括至少—气动通道(30)，在所述气动通道上旁路地连接着多个超浓流化剂量器(40)，用于给每个传送装置提供粉状材料，
—所述气动通道(30)是一水平或稍微倾斜的传送装置，并包括一用于一气体流动的第一管道和一用于粉状材料流动的第二管道，所述两管道有一共同的孔隙壁，第一管道设有至少一可以建立一压力pf的供气管，目的是使充填所述传送装置的粉状材料潜在流化，并且第二管道设有至少一平衡柱体，所述平衡柱体的充填高度平衡潜在流化气体的压力pf，
一所述流化剂量器是这样的装置，它包括一箱体(42)、一柱体(43)——其可以从所述气动通道(30)的所述第二管道给所述箱体提供粉状材料、一平衡柱体(46)和一排出所述粉状材料的排出装置，所述箱体包括由一孔隙壁(44)分开的两部分(42A和42B)，用于流化气体流动的第一部分(42B)设有至少一个可以建立一压力p’f的供气管，目的是使充填所述剂量器的粉状材料潜在流化，并且用于所述粉状材料流动的第二部分(42A)与所述供应柱体(43)、所述排出装置和所述平衡柱体(46)连接，所述平衡柱体(46)的充填高度可以平衡潜在流化压力P’f，所述排出装置包括一孔(48)和一出口喷嘴(48A)，所述出口喷嘴的内径大于所述孔的内径，所述排出装置位于距所述供应柱体(43)的一足够的距离上，使得没有流化时滑坡的自然斜坡的底部不能到达所述排出装置。
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