專利名稱：由氫氧化鋁制備氧化鋁的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在流化床反應(yīng)器(8)、分離器(6)和返回管線組成的循環(huán)流化床中由氫氧化鋁制備氧化鋁的方法，其中將氫氧化鋁以循環(huán)流化床反應(yīng)器(8)的排出氣體進(jìn)行操作的兩段懸浮物預(yù)熱器(2)的氣體流動方向送入第2段，并至少部分脫水；將從懸浮物預(yù)熱器(2)的第2段得到的脫水氫氧化鋁以循環(huán)流化床反應(yīng)器(8)的排出氣操作的、以懸浮氣體預(yù)熱器(5)的氣體流動方向送入第1段中，并進(jìn)一步脫水；然后送入循環(huán)流化床，它用在隨后的冷卻段中用生成的氧化鋁間接加熱的含氧流化氣體(10)操作，直接加熱的含氧二次氣體(11)送至較高的料位，在流化床冷卻器(23)中流化氣體進(jìn)行間接加熱。這一方法在DE-A-1592140中公開。
與使用回轉(zhuǎn)窯的傳統(tǒng)方法和在所謂的經(jīng)典流化床中進(jìn)行的方法相比，上述方法的特點(diǎn)是，約為720-800kcal／kg的熱耗值大大低于回轉(zhuǎn)窯的典型熱耗值1000-1100kcal／kg，前者與生成的氧化鋁的質(zhì)量有關(guān)。一方面，這些數(shù)值由接近化學(xué)計(jì)量的燃料燃燒以及基本上完全利用離開用于預(yù)干燥和部分脫水的焙燒段的排出氣體的廢熱得到。另一方面，經(jīng)焙燒的材料的熱量以在流化床冷卻器中加熱的流化氣體和二次氣體的形式再循環(huán)到焙燒段，這代表了對降低熱耗值的主要貢獻(xiàn)。該方法的另一優(yōu)點(diǎn)是，由于逐步燃燒，即首先只用低于化學(xué)計(jì)量的流化空氣，在高分散物密度范圍內(nèi)燃燒；然后在化學(xué)計(jì)量的或高于化學(xué)計(jì)量的二次空氣存在下、在低的懸浮物密度范圍內(nèi)燃燒；用這一方法，的確可避免損害產(chǎn)品質(zhì)量的過熱現(xiàn)象。
上述方法的缺點(diǎn)是，通常需要1000-1100℃的高焙燒溫度，難以利用在實(shí)際的焙燒方法中產(chǎn)品的熱量。充分冷卻產(chǎn)品所需的氣流是如此地大，以致它們不能完全用于焙燒過程，或者在對焙燒過程所需氣流冷卻的情況下，產(chǎn)品的冷卻不充分。最后，最近，最終焙燒的氧化鋁的質(zhì)量要求有變化。特別是希望得到砂質(zhì)氧化鋁，即高的γ-氧化鋁含量。要求的變化需要這一方法的實(shí)施有相當(dāng)大的改進(jìn)。
本發(fā)明的目的是，提供這樣一種由氫氧化鋁制備無水氧化鋁的方法，該方法能滿足涉及氧化鋁質(zhì)量要求的變化，特別是有低的熱耗。
這一目的這樣來實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)開頭所述類型的本發(fā)明方法，以致將循環(huán)流化床的溫度調(diào)節(jié)到850-1000℃，從循環(huán)流化床取出的氧化鋁與以懸浮物預(yù)熱器(2)的固體流方向離開第一段的10-25％(重量)的部分脫水氫氧化鋁混合至少2分鐘，經(jīng)混合的材料首先在多段懸浮物冷卻器(15、16、17、18、19、20)中通過加熱二次氣體(11)進(jìn)行冷卻，然后在流化床冷卻器(23)中通過間接加熱流化氣體(10)進(jìn)行冷卻。
用于本發(fā)明方法的循環(huán)流化床體系由流化床反應(yīng)器、用于從流化床反應(yīng)器排出懸浮物中分離出固體的分離器(通常為旋風(fēng)分離器)以及用于將分離出的固體返回流化床反應(yīng)器的返回管線組成。該循環(huán)流化床的原理在于，與“經(jīng)典的”流化床不同，經(jīng)典流化床中密相通過相當(dāng)大的密度差與位置上方的氣體空間分開，前者在沒有確定的界限層的情況下有不同分配狀態(tài)。密相和處于上方的塵?？臻g之間的密度差不存在，但固體在反應(yīng)器內(nèi)的濃度由底部至頂部不斷下降。氣-固懸浮物從反應(yīng)器的頂部排出。當(dāng)用Frouda和Archimedes特性確定操作條件時(shí)，得到以下的范圍0.1≤3/4·Fr2·ρgρk-ρg≤10,]]>或0．01≤Ar≤100，式中，
Fr2=u2g·dk]]>式中，u為相對氣速，米／秒Ar為Archimedes數(shù)Fr為Froude數(shù)Cg為氣體密度，Kg／m3Ck為固體顆粒密度，Kg／m3dk為球形顆粒的直徑，mV為運(yùn)動粘度，m2／秒g為重力常數(shù)，m2／秒對于這一方法來說，一方面以固體流動方向從第一懸浮物預(yù)熱器側(cè)線得到的、另一方面從循環(huán)流化床得到的固體物流進(jìn)行混合至少2分鐘是很重要的。只有這樣，才能充分分離出仍然含在至少部分脫水的氫氧化鋁中的化學(xué)鍵合水，從而確保足夠低的灼燒損失。用混合過程中產(chǎn)生的水蒸汽進(jìn)行固體物流的混合是特別有利的。
二次氣體進(jìn)口向上流動的流化氣體速度通常為7-10m／秒。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案是，將隨固體含量變化的流化床反應(yīng)器中的壓降調(diào)節(jié)到＜100毫巴。
根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施方案，以懸浮物預(yù)熱器氣體流動方向離開第二段的部分脫水的氫氧化鋁在位于靜電過濾器前的分離器中被分離出。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案，生成的氧化鋁通過多段流化床進(jìn)行最后冷卻是有利的，在第一段中與循環(huán)流化床的流化床反應(yīng)器用的流化氣體進(jìn)行間接交熱，而在隨后的階段中加熱液體傳熱介質(zhì)。用這一方法，用于冷卻焙燒后的材料的空氣量可很容易地與循環(huán)流化床中流化床反應(yīng)器所需的流化空氣量相適應(yīng)。
本發(fā)明方法的突出優(yōu)點(diǎn)是，包括預(yù)熱和冷卻在內(nèi)的焙燒過程很容易適應(yīng)有關(guān)的質(zhì)量要求。常見的是，某些產(chǎn)品質(zhì)量，如BET表面積、灼燒損失和α-氧化物是指定的。這就需要調(diào)節(jié)循環(huán)流化床中的反應(yīng)溫度以及調(diào)節(jié)通過循環(huán)流化床旁路的僅脫水了的氫氧化鋁的數(shù)量。這就意味著，當(dāng)要提高BET表面積時(shí)，必需將循環(huán)流化床中的焙燒溫度以及氫氧化鋁的旁路流量調(diào)節(jié)到所要求的下限值。另一方面，當(dāng)降低BET表面積時(shí)，上述數(shù)值必需改變到所要求的上限值。在允許較高的灼燒損失的情況下，在保持其他操作條件不變的情況下，特別是在保持焙燒溫度不變的條件下，氫氧化鋁的旁路數(shù)量可在所要求的界限范圍內(nèi)進(jìn)一步提高。用這一方法，可進(jìn)一步降低熱耗值。
本發(fā)明方法的另一優(yōu)點(diǎn)是熱耗值大大低于迄今得到的常規(guī)值，上述熱耗值與生產(chǎn)的氧化鋁需滿足的質(zhì)量要求有關(guān)。
現(xiàn)參考附圖
和實(shí)施例，通過例子詳細(xì)地說明本發(fā)明。
附圖表示本發(fā)明方法的流程圖。
經(jīng)濕濾的(filterfeuchte)氫氧化鋁借助螺桿輸送器(1)并通過來自氣體流動方向上第一懸浮物預(yù)熱器(5)的排出氣體流夾帶以氣體流動方向送入第二懸浮物預(yù)熱器(2)。隨后，氣體／材料物流在隨后的旋風(fēng)分離器(3)中分離。將旋風(fēng)分離器(3)排出的排出氣送入靜電氣體凈化裝置(4)，以便除塵，然后再送至煙囪(未示出)。
離開旋風(fēng)分離器(3)和靜電氣體凈化裝置的固體材料然后大部分通過計(jì)量設(shè)備送入懸浮物預(yù)熱器(5)，而一小部分送入旁路管線(14)。在懸浮物預(yù)熱器(5)中，固體材料被離開循環(huán)流化床旋風(fēng)分離器(6)的排出氣體夾帶，并進(jìn)一步脫水。在分離旋風(fēng)分離器(7)中，再次進(jìn)行氣體／材料物流的分離，在那里將脫水的材料送入流化床反應(yīng)器(8)，而排出氣體送入上述的懸浮物預(yù)熱器(2)。
通過管線(9)送入焙燒所需的燃料，管線(9)安裝在流化床反應(yīng)器(8)柵格上方稍高處。燃燒所需的含氧氣體流通過管線(10)作為流化氣體和通過管線(11)作為二次氣體送入。因?yàn)闅怏w以流化氣體和二次氣體的形式送入，所以在柵板和二次氣體進(jìn)口(11)之間的反應(yīng)器下部有相對高的懸浮物密度，而在二次氣體進(jìn)口(11)的向上物流有相對低的懸浮物密度。
將氣體-固體懸浮物通過連接管線(12)送入循環(huán)流化床的旋風(fēng)分離器(6)，以便進(jìn)一步分離固體和氣體。通過管線(13)離開旋風(fēng)分離器(6)的固體與一部分通過管線(14)提供的由旋風(fēng)分離器(3)和靜電氣體凈化裝置產(chǎn)生的固體混合，并送入有提升管(15)和旋風(fēng)分離器(16)的第一懸浮物冷卻器。該旋風(fēng)分離器的排出氣體通過管線(11)送入流化床反應(yīng)器(8)，而固體送入有提升管(17)和旋風(fēng)分離器(18)的第二懸浮物冷卻器，然后送入有提升管(19)和旋風(fēng)分離器(20)的第三懸浮物冷卻器。通過各懸浮物冷卻器的氣體流以與固體逆流的方式通過管線(21)和(22)。離開最后一個(gè)懸浮物冷卻器時(shí)，生成的氧化鋁在裝有三個(gè)冷卻室的流化床冷卻器(23)中最后冷卻。在第一個(gè)冷卻室中，提供給流化床反應(yīng)器(8)的流化氣體被加熱，而在隨后連接的冷卻室中，用傳熱介質(zhì)、優(yōu)選水進(jìn)行冷卻，它們逆流流動。氧化鋁最后通過管線(24)排放。
實(shí)施例用螺桿輸送器(1)將126360kg／小時(shí)含有7％(重量)機(jī)械結(jié)合水的氫氧化鋁按氣體流動方向送入第二懸浮物預(yù)熱器(2)。在306℃下，用旋風(fēng)分離器(7)提供的排出氣體進(jìn)行第一次干燥。當(dāng)在旋風(fēng)分離器(3)中分離時(shí)，固體在懸浮物預(yù)熱器(5)中、在950℃下，用循環(huán)流化床的旋風(fēng)分離器(6)提供的排出氣體進(jìn)行進(jìn)一步干燥和脫水。然后將離子最后一個(gè)旋風(fēng)分離器(3)的排出氣體在靜電過濾器(4)中除塵，然后送至煙囟。其數(shù)量為132719 Nm3／小時(shí)。然后將在旋風(fēng)分離器(7)中得到的固體送入循環(huán)流化床的流化床反應(yīng)器(8)中。
循環(huán)流化床在950下操作。通過管線(9)送入5123kg／小時(shí)燃料油，通過管線(11)送入60425Nm3／小時(shí)二次空氣，而通過管線(10)送12000Nm3／小時(shí)流化空氣。流化空氣的溫度為188℃，而二次空氣的溫度為525℃。含氧2．23％(體積)的98631Nm3／小時(shí)氣體流提供到懸浮物預(yù)熱器5和2，而66848kg／小時(shí)固體離開循環(huán)流化床。在進(jìn)入第一懸浮物冷卻器的提升管(15)以前，將通過管線(13)排出的固體物流與通過管線(14)提供的15262kg／小時(shí)固體混合，在那里混合溫度設(shè)定為608℃。通過提升管(15)后，氣體-固體懸浮物流入旋風(fēng)分離器(16)，從那里送入分別有提升管(17)和(19)以及旋風(fēng)分離器(18)和(20)的下面的懸浮物冷卻器。在三個(gè)懸浮物冷卻器中，固體分別逐步冷卻到525℃、412℃和274℃。同時(shí)，通過管線(11)送入流化床反應(yīng)器(8)的二次氣體流被加熱到525℃。懸浮物冷卻器用下一流化床冷卻器(23)中直接加熱的流化氣體和通過管線(25)提供的3300Nm3／小時(shí)工藝空氣來操作。
在流化床冷卻器(23)中進(jìn)行固體的最后冷卻，冷卻器的第一室送入7200Nm3／小時(shí)流化空氣，而第二室和第三室都送入7000Nm3／小時(shí)流化空氣。在每一室中固體達(dá)到的溫度分別為238℃、135℃和83℃。在流化床冷卻器(23)的第一室中，用于冷卻的空氣數(shù)量為12000Nm3／小時(shí)，它作為流化空氣送入流化床反應(yīng)器(8)，通過間接換熱被加熱到188℃。在流化床冷卻器(23)的第二和第三冷卻室中，以350000kg／小時(shí)的數(shù)量與通過冷卻室流動的固體逆流的水從40加熱到49℃。離開流化床冷卻器(23)的流化空氣的溫度為153℃，生成量為21200Nm3／小時(shí)。正如上述，它被送入懸浮物冷卻器。其灼燒損失為0．5％，BET表面積為70m2／g的77111kg／小時(shí)的氧化鋁離開流化床冷卻器(23)。
權(quán)利要求
1．一種在循環(huán)流化床中由氫氧化鋁制備氧化鋁的方法，循環(huán)流化床由流化床反應(yīng)器(8)、分離器(6)和返回管線組成，其中將氫氧化鋁以循環(huán)流化床中的流化床反應(yīng)器(8)的排出氣操作的兩段式懸浮物預(yù)熱器(2)的氣流方向送入第二段，并至少部分脫水，將從懸浮物預(yù)熱器(2)的第二段得到的脫水氫氧化鋁以流化床反應(yīng)器(8)中的排出氣操作的懸浮物預(yù)熱器(5)的氣流方向送入第一段，并進(jìn)一步脫水，然后送入循環(huán)流化床，它用在隨后的冷卻段中用生成的氧化鋁間接加熱的、含氧流化氣體(10)和用送入較高料位的間接加熱的含氧二次氣體(11)操作，流化氣體在流化床冷卻器(23)中進(jìn)行間接加熱，其特征在于，將循環(huán)流化床的溫度調(diào)節(jié)到850-1000℃，從循環(huán)流化床取出的氧化鋁與以懸浮物預(yù)熱器(2)的固體流動方向離開第一段的、并作為循環(huán)流化床旁路通過的10-25％(重量)的部分脫水氫氧化鋁混合至少2分鐘，經(jīng)混合的材料在多段懸浮物冷卻器(15、16、17、18、19、20)中通過加熱二次氣體(11)，然后在流化床冷卻器(23)中通過間接加熱流化氣體(10)而被冷卻。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，將流化床反應(yīng)器(8)中的壓降調(diào)節(jié)到＜100毫巴。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，將從懸浮物預(yù)熱器(2)的氣流方向第二段離開的、至少部分脫水的氫氧化鋁在位于靜電過濾器(4)之前的分離器(3)中分離。
4．根據(jù)權(quán)利要求1、2或3的方法，其特征在于，生成的氧化鋁通過多段流化冷卻來進(jìn)行最后的冷卻，其中，用于循環(huán)流化床中的流化床反應(yīng)器(8)的流化氣體(10)在第一段中、以及在后幾段中一種液體傳熱介質(zhì)通過間接換熱被加熱。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在循環(huán)流化床中由氫氧化鋁制備氧化鋁的方法,循環(huán)流化床由流化床反應(yīng)器(8)、分離器(6)和返回管線組成,其中將氫氧化鋁以循環(huán)流化床中的流化床反應(yīng)器(8)的排出氣操作的兩段式懸浮物預(yù)熱器(2)的氣流方向送入第二段,并至少部分脫水,將從懸浮物預(yù)熱器(2)的第二段得到的脫水氫氧化鋁以流化床反應(yīng)器(8)中的排出氣操作的懸浮物預(yù)熱器(5)的氣流方向送入第一段,并進(jìn)一步脫水,然后送入循環(huán)流化床,它用在隨后的冷卻段中用生成的氧化鋁間接加熱的、含氧流化氣體(10)和用送入較高料位的間接加熱的含氧二次氣體(11)操作,流化氣體在流化床冷卻器(23)中進(jìn)行間接加熱,其特征在于,將循環(huán)流化床的溫度調(diào)節(jié)到850—1000℃,從循環(huán)流化床取出的氧化鋁與以懸浮物預(yù)熱器(2)的固體流動方向離開第一段的、并作為循環(huán)流化床旁路通過的10—25%(重量)的部分脫水氫氧化鋁混合至少2分鐘,經(jīng)混合的材料在多段懸浮物冷卻器(15、16、17、18、19、20)中通過加熱二次氣體(11),然后在流化床冷卻器(23)中通過間接加熱流化氣體(10)而被冷卻。
文檔編號B01J8/18GK1204302SQ96199087
公開日1999年1月6日 申請日期1996年11月2日 優(yōu)先權(quán)日1995年11月14日
發(fā)明者H·W·史密特, M·拉恩, W·斯托克哈森, D·沃森, M·海史 申請人:金屬股份有限公司