一种结晶氯化铝生产氧化铝的高低温焙烧系统和方法与流程

本发明涉及一种结晶氯化铝生产氧化铝的高低温焙烧系统和方法，属于粉煤灰资源回收利用技术领域，使用含高铝的粉煤灰，采用酸法工艺，生产结晶氯化铝，该方法通过结晶氯化铝高低温焙烧生产工业级氧化铝。

背景技术：

氧化铝是电解铝、陶瓷、耐火保温、医药、电子、机械等行业的重要原材料。目前，国内氧化铝产能严重不足，每年都需要从国外进口大量的氧化铝，直接影响国内铝工业的发展。

技术实现要素：

本发明的技术解决问题是：提出一种结晶氯化铝生产氧化铝的高低温焙烧系统和方法。

本发明的技术解决方案是：

一种结晶氯化铝生产氧化铝的高低温焙烧系统，该系统包括干燥器、低温循环流化床、高温循环流化床、第一旋风分离器、第二旋风分离器和冷却床；

干燥器带有顶端出口、侧面进口和底端进口；

低温循环流化床带有侧面进口、底端进口、底端出口和顶端出口；

高温循环流化床带有侧面进口、底端进口、底端出口和顶端出口；

第一旋风分离器带有顶端出口、底端出口和侧面进口；

第二旋风分离器带有顶端出口、底端出口和侧面进口；

冷却床通过冷却风和循环冷却水进行冷却；

第二旋风分离器通过冷风进行冷却；

燃料气和空气通过低温循环流化床底端的燃烧器燃烧后形成高温烟气给低温循环流化床提供热量；

燃料气和空气通过高温循环流化床底端的燃烧器燃烧后形成高温烟气给高温循环流化床提供热量；

干燥器的顶端出口与第一旋风分离器的侧面进口通过管路连接；

低温循环流化床的顶端出口与干燥器的底端进口通过管路连接；

第一旋风分离器的底端出口与低温循环流化床的侧面进口通过皮带连接；

低温循环流化床的底端出口与高温循环流化床的侧面进口通过管路连接；

高温循环流化床的顶端出口与低温循环流化床的侧面进口通过管路连接；

高温循环流化床的底端出口与第二旋风分离器的侧面进口通过管路连接；

第二旋风分离器的顶端出口与高温循环流化床的侧面进口通过管路连接；

第二旋风分离器的底端出口与冷却床通过管路连接。

一种结晶氯化铝生产氧化铝的高低温焙烧方法，该方法的步骤包括：

(1)原料结晶氯化铝分为两路，其中一路进入到低温循环流化床，另一路进入到干燥器中。同时，燃料气与助燃风在低温循环流化床内产生高温烟气，在高温烟气的作用下，进入到低温循环流化床中的结晶氯化铝发生分解反应生成无定形态氧化铝；

(2)低温循环流化床中的高温烟气夹带着生成的无定形态氧化铝在低温循环流化床中旋风分离器的作用下进行分离，高温烟气从低温循环流化床的顶端出口排出并进入到干燥器中，无定形态氧化铝从低温循环流化床的底端出口排出并进入到高温循环流化床中。同时，燃料气与助燃风在高温循环流化床内产生高温烟气，无定形态氧化铝在高温循环流化床中高温烟气作用下进行晶格转化，生成工业级氧化铝；

进入到干燥器中的高温烟气与进入到干燥器中的结晶氯化铝充分混合、换热并发生化学反应，充分利用高温烟气的余热。反应后的烟气夹带固相从干燥器的顶端出口排出并进入到第一旋风分离器中进行气固分离；

(3)高温循环流化床中的高温烟气夹带着工业级氧化铝在高温循环流化床自带旋风分离器的作用下进行分离，高温烟气夹带设定量的工业级氧化铝从高温循环流化床的顶端出口排出并进入到低温循环流化床中。剩余的工业级氧化铝通过自带旋风分离器分离后一部分回到高温循环流化床进行循环，另一部分工业级氧化铝通过卸料阀排出并进入到第二旋风分离器中；

(4)进入到第二旋风分离器中的工业级氧化铝在第二旋风分离器中进行冷却并分离后，分离的高温空气通过第二旋风分离器的顶端出口排出并进入到高温循环流化床中进行助燃，分离的工业级氧化铝通过第二旋风分离器的底端出口排出并进入到冷却床中；

(5)进入到冷却床中的工业级氧化铝通过冷却风和循环冷却水进行冷却后排出，得到产品氧化铝。

所述的原料结晶氯化铝是通过固废粉煤灰进行提取得到的，提取方法为酸法或碱法；

所述的高温循环流化床中旋风分离器的分离效率为50％-80％；

所述的低温循环流化床中旋风分离器的分离效率为95％-98％；

所述的步骤(3)中，高温烟气夹带设定量的工业级氧化铝中设定量根据高温循环流化床中旋风分离器的分离效率确定；

原料结晶氯化铝中进入到低温循环流化床中的一路与进入到干燥器中的一路的流量比例为3-6：1；

低温循环流化床中进入的高温烟气的温度为850-950℃；

高温循环流化床中出口的高温烟气的温度为950-1050℃；

所述的低温循环流化床的底端出口管路上带有回料阀，通过该回料阀可以控制返回低温循环流化床参与循环的氧化铝量与进入高温循环流化床氧化铝的流量比例。

所述的高温循环流化床的底端出口管路上带有回料阀，通过该回料阀可以控制返回高温循环流化床参与循环的氧化铝量与进入第二旋风分离器中氧化铝流量的比例。

有益效果

(1)本发明的方法的原料结晶氯化铝是通过固废粉煤灰提取得到的，进行了充分的固废利用；

(2)本发明的方法为我国工业级氧化铝的产能提供重要保障，采用高低温两级焙烧结晶氯化铝生产氧化铝的工艺路线，工艺路线具有提取率高，产品产量大，系统能耗低，产品品质高等优点；

(3)本发明的方法中原料结晶氯化铝分两股进料，一股直接进入低温循环流化床，低温循环流化床采用低循环倍率循环流化床形式，燃料气燃烧产生的高温烟气作为一次风(流化风)进入低温循环流化床，与床层内的结晶氯化铝直接接触发生化学反应，生成无定型态氧化铝。反应后产生的高温烟气夹带着氧化铝进入低温循环流化床自带旋风分离器，其中固相通过分离器进入回料阀，回料阀中一部分物料回送低温循环流化床进行物料循环，一部分通过回料阀上的调节阀进入高温循环流化床进行高温焙烧。低温循环流化床的出炉高温烟气进入干燥器与另一股结晶氯化铝充分混合、换热并发生化学反应，进行高温烟气的余热利用。干燥器内生成的固体颗粒通过旋风分离器进入低温循环流化床，含有hcl气体的气相高温烟气经与六水氯化铝反应后温度降至一定温度，经分离器除尘后进入后续系统。

来自低温循环流化床无定型氧化铝通过重力作用直接进入高温循环流化床进行晶格转化生成工业级氧化铝。高温循环流化床采用较高循环倍率的循环流化床结构，高温循环流化床一次风与冷却床间接换热后进入高温循环流化床床下，对床内颗粒进行流化，同时也为助燃风。二次风经与冷却床流化换热后，进入旋风分离器与高温循环流化床产生的高温氧化铝进行换热。旋风分离器分离出的固体颗粒进入冷却床进一步降低温度，二次风进入高温循环流化床作为助燃风。为对高温循环流化床的高温烟气进行余热回收利用，高温烟气夹带部分固体颗粒回流至低温循环流化床作为二次风，为低温循环流化床补充热源。固体颗粒氧化铝在冷却床内与一次风、二次风和冷却水换热后排放至成品氧化铝料仓。

(4)本发明的方法采用高低两段温焙烧方式，低温段脱水、脱气，高温段进行晶格转换，能够生产工业级氧化铝；高温循环流化床产生的高温烟气夹带部分固体颗粒，通过回送低温循环流化床，补充低温循环流化床热源，对高温循环流化床产生的高温烟气余热进行了有效利用；采用分段进料的方式，对能量进行梯级利用，减少了物料全部进入一个设备引起的结块风险，能量利用率大为提升；通过干燥器对高温的烟气进行有效的余热的利用，使烟气温度大幅降低，系统能耗降低，经济性能显著提高。

准格尔等矿区煤炭资源丰富，拥有大量煤炭地质储量。煤炭中伴生有丰富的铝、镓等有色金属，煤炭经发电厂锅炉燃烧后，得到的粉煤灰中富集了大量氧化铝，含量通常在50％以上，是提取氧化铝的潜在资源。粉煤灰通常作为固废直接废弃，造成资源浪费，为了变废为宝，减少对环境的污染，可将粉煤灰中的氧化铝提取回收利用。

附图说明

图1为本发明的系统组成示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

结晶氯化铝分解反应总的方程式为：

2alcl3.6h2o→al2o3+9h2o↑+6hcl↑(400k时的反应热为496.626kj/mol)。该分解反应需要吸收大量的热量，大部分产物为气体，且放出有害气体hcl。本工艺方案中分解反应主要在低温循环流化床和干燥器内进行，高温循环流化床中进行晶格转化反应。

来自上料器的六水氯化铝按一定比例分两股进料：一股直接进入低温循环流化床焙烧炉与950℃高温烟气直接接触，并在高温循环流化床内停留一定时间后发生化学反应生成无定型的氧化铝。反应后产生的约350℃高温烟气夹带着氧化铝进入低温循环流化床自带旋风分离器，无定型氧化铝颗粒通过旋风分离器进入高温循环流化床，气相高温烟气进入干燥器。

另一股六水氯化铝通过干燥器与高温循环流化床产生的350℃高温烟气充分混合、换热并发生分解反应生成无定型氧化铝。在干燥器内反应后的约220℃烟气夹带着固体颗粒通过旋风分离器后，固相进入低温循环流化床，含有hcl气体的高温烟气进入旋风后引入后系统。

来自低温循环流化床的无定型氧化铝进入高温循环流化床进行晶格转化反应，反应温度不低于950℃。高温焙烧炉同样采用循环流化床技术，焙烧炉工作温度不低于950℃，通过控制氧化铝在炉内的循环倍率控制氧化铝的品质。高温循环流化床反应产生的950℃高温烟气夹带部分固体颗粒进入低温循环流化床，作为低温循环流化床的二次风补充热量。经高温循环流化床分离后的固体颗粒一部分回送炉内，一部分送去冷却床进行冷却。出炉颗粒温度为950℃。

冷却床内布置换热管，换热管内换热介质为高温焙烧炉的一次风，一次风温为300℃。冷却床内的颗粒流化风为高温循环流化床的二次风，二次风经冷却床后进入旋风冷却器，冷却进入旋风的高温颗粒，旋风出口的高温空气温度为500℃。高温循环流化床的一次风和二次风充分吸收固态氧化铝颗粒热量，提高热效率。为将氧化铝颗粒温度降低到65℃以下，在冷却床末端布置有水冷管，通过水冷方式将颗粒降低到65℃以下。

通过以上工艺方案可以得到工业级氧化铝，可作为电解铝的基本原料。该工艺方案控制简单、涉及设备少、热效率高、分解反应完全、产品质量好。该发明阐述了六水氯化铝多级焙烧生产工业级氧化铝的工艺方案，分析并开发研究了流态化焙烧六水氯化铝工艺系统，该工艺方案对我国铝工业的发展具有重要的意义。

实施例

如图1所示，一种结晶氯化铝生产氧化铝的高低温焙烧系统，该系统包括干燥器、低温循环流化床、高温循环流化床、第一旋风分离器、第二旋风分离器和冷却床；

干燥器带有顶端出口、侧面进口和底端进口；

低温循环流化床带有侧面进口、底端进口、底端出口和顶端出口；

高温循环流化床带有侧面进口、底端进口、底端出口和顶端出口；

第一旋风分离器带有顶端出口、底端出口和侧面进口；

第二旋风分离器带有顶端出口、底端出口和侧面进口；

冷却床通过冷却风和循环冷却水进行冷却；

第二旋风分离器通过冷风进行冷却；

燃料气和空气通过低温循环流化床底端的燃烧器燃烧后形成高温烟气给低温循环流化床提供热量；

燃料气和空气通过高温循环流化床底端的燃烧器燃烧后形成高温烟气给高温循环流化床提供热量；

干燥器的顶端出口与第一旋风分离器的侧面进口通过管路连接；

低温循环流化床的顶端出口与干燥器的底端进口通过管路连接；

第一旋风分离器的底端出口与低温循环流化床的侧面进口通过皮带连接；

低温循环流化床的底端出口与高温循环流化床的侧面进口通过管路连接；

高温循环流化床的顶端出口与低温循环流化床的侧面进口通过管路连接；

高温循环流化床的底端出口与第二旋风分离器的侧面进口通过管路连接；

第二旋风分离器的顶端出口与高温循环流化床的侧面进口通过管路连接；

第二旋风分离器的底端出口与冷却床通过管路连接。

一种结晶氯化铝生产氧化铝的高低温焙烧方法，该方法的步骤包括：

(1)原料结晶氯化铝分为两路，其中一路氯化铝进入到低温循环流化床，另一路氯化铝进入到干燥器中。同时，燃料气与助燃风在低温循环流化床内燃烧产生的950℃高温烟气。在高温烟气的作用下，进入到低温循环流化床中的结晶氯化铝发生分解反应生成350℃的无定形态氧化铝；

(2)低温循环流化床中的350℃高温烟气夹带着生成的无定形态氧化铝在低温循环流化床中旋风分离器的作用下进行分离，高温烟气从低温循环流化床的顶端出口排出并进入到干燥器中，无定形态氧化铝从低温循环流化床的底端出口排出并进入到高温循环流化床中。同时，燃料气与助燃风在高温循环流化床内产生950℃高温烟气，无定形态氧化铝在高温循环流化床高温烟气作用下进行晶格转化，生成工业级氧化铝；

进入到干燥器中350℃的高温烟气与进入到干燥器中流量为13250kg/h的氯化铝充分混合、换热并发生化学反应，充分利用高温烟气余热。反应后220℃的烟气夹带固相从干燥器的顶端出口排出并进入到第一旋风分离器中进行气固分离；

(3)高温循环流化床中950℃的高温烟气夹带着工业级氧化铝在高温循环流化床自带旋风分离器的作用下进行分离，高温烟气夹带一定流量的工业级氧化铝从高温循环流化床的顶端出口排出并进入到低温循环流化床中。剩余的工业级氧化铝通过自带旋风分离器分离后一部分回到高温循环流化床进行循环，另一部分为产品氧化铝通过卸料阀排出并进入到第二旋风分离器中；

(4)进入到第二旋风分离器中的950℃工业级氧化铝在第二旋风分离器中进行冷却至650℃并分离后，分离的500℃高温空气通过第二旋风分离器的顶端出口排出并进入到高温循环流化床中进行助燃，分离的产品氧化铝通过第二旋风分离器的底端出口排出并进入到冷却床中；

(5)进入到冷却床中的工业级氧化铝通过冷却风和循环冷却水进行冷却至65℃后排出，得到产品氧化铝。

所述的原料结晶氯化铝是通过固废粉煤灰进行提取得到的，提取方法为碱法；

所述的低温循环流化床中旋风分离器的分离效率为95％-98％；

所述的低温循环流化床的底端出口管路上带有回料阀，通过该回料阀可以控制从低温循环流化床的底端出口排出的无定形氧化铝进入到高温循环流化床中无定形氧化铝；

所述的高温循环流化床的底端出口管路上带有回料阀，通过该回料阀可以控制从高温循环流化床的底端出口排出的工业级氧化铝进入到第二旋风分离器中工业级氧化铝。