установка для термообработки гидроксида алюминия

Формула изобретения

1. Установка для термообработки гидроксида алюминия, включающая бункер для загрузки материала, шнековый питатель, теплообменную колонку, центробежный пылеуловитель, устройство для транспорта уловленного материала и топку для получения топочных газов, отличающаяся тем, что установка имеет не менее двух теплообменных колонок, каждая с центробежным пылеуловителем и устройством для транспорта уловленного материала, предназначенными для получения сухого гидроксида алюминия и термоактивированного моногидроксида алюминия, причем теплообменная колонка для сухого гидроксида алюминия посредством газохода для газового теплоносителя соединена с центробежным пылеуловителем для термоактивированного моногидроксида алюминия, а центробежный пылеуловитель для сухого гидроксида алюминия посредством устройства для транспорта уловленного материала соединен с теплообменной колонкой для термоактивированного моногидроксида алюминия.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что снабжена теплообменной колонкой с центробежным пылеуловителем и газоочистным аппаратом, предназначенными для классификации и охлаждения термоактивированного моногидроксида алюминия, причем теплообменная колонка посредством устройства для транспорта уловленного материала соединена с центробежным пылеуловителем для термоактивированного моногидроксида алюминия.

3. Установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что после центробежного пылеуловителя для охлаждения термоактивированного моногидроксида алюминия установлен водоохлаждаемый теплообменник.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к оборудованию печных переделов в металлургической, химической отраслях промышленности и может быть использовано для термообработки гидроксида алюминия с получением различных форм гидроксида алюминия и глинозема.

Известны технические разработки по термической активации гидроксида алюминия, разработанные французской компанией "Pechiney". По патентам Франции 1108011 от 28.06.1954 г. и 2116538 от 05.12.1970 г. промышленный аппарат для осуществления активации содержит коническую футерованную камеру, в которую поступают топочные газы и исходный материал - гидроксид алюминия. Процесс осуществляется в одну стадию без использования тепла отходящих газов для предварительной подготовки гидроксида алюминия.

По патенту Франции 1559441 от 16.06.67 г. и авторскому свидетельству СССР 4813860/02 от 11.04.90 г. для получения аморфного гидроксида алюминия используются аппараты "кипящего" слоя, в которых осуществляют активацию окиси алюминия. К недостаткам этих печных установок следует отнести использование аппаратов "кипящего" слоя из-за сложности их конструктивного оформления, а также необходимости применения воздухо- и газораспределительных решеток, выполнения футеровки аппаратов сложной конфигурации и сложности сжигания топлива в кипящем слое материала при пониженных температурах термообработки 800-900^oС.

Известная по заявке РФ 97111408/12 от 08.07.97 г. установка для термообработки гидроксида алюминия включает барабанный вакуум-фильтр, конвейерную ленту, приемный бункер, шнековый питатель, теплообменную колонку, центробежный пылеуловитель, дымосос, газоочистной аппарат, бункер-сборник для пыли, бункер-сборник материала, топку с вентилятором, патрубок поступления воздуха для разбавления дымовых газов до заданной температуры газового теплоносителя.

Эта установка работает следующим образом. Алюминатный раствор после декомпозиции поступает в корыто барабанного вакуум-фильтра. С полотна барабанного вакуум-фильтра гидроксид алюминия влажностью 8-16% подают на конвейерную ленту, посредством которой материал поступает в приемный бункер. С помощью шнекового питателя гидроксид алюминия загружают в теплообменную колонку, в которую из топки поступают продукты сгорания топлива, разбавленные воздухом, обеспечивая необходимую технологическую температуру для ведения процесса сушки гидроксида во взвешенном состоянии.

По отводному патрубку центробежного пылеуловителя основная масса гироксида попадает в бункер-сборник, а из него через запорный элемент (затвор кипящего слоя) отгружается в готовую продукцию.

Осветленные газы из центробежного пылеуловителя с помощью дымососа направляют в газоочистной аппарат (электрофильтр или тканевый рукавный фильтр), который улавливает оставшуюся часть мелкой фракции гидроксида, накапливая ее в бункере-сборнике, откуда пневмотранспортом она направляется в готовую продукцию.

Данную установку принимаем за прототип.

К недостаткам конструкции и способа осуществления следует отнести:

- одностадийность конструкции и способа осуществления, при которых не используется тепло отходящих газов после центробежного пылеуловителя для вторичного нагрева исходного материала;

- трудность регулирования теплового процесса для получения кондиционной продукции при повышенных температурных режимах;

- недостаточное время пребывания частиц материала в теплоносителе для завершения процесса термообработки частиц нужной кондиции;

- отсутствие узла охлаждения готовой продукции.

Технической задачей изобретения является увеличение коэффициента использования тепла установки, увеличение времени пребывания частиц в теплоносителе, получение материала с постоянными качественными показателями, охлаждение готовой продукции.

Поставленная задача решается тем, что установка, состоящая из букерa для загрузки материала, шнекового питателя, теплообменной колонки, центробежного пылеуловителя, устройства для транспорта уловленного материала и топки для получения топочных газов, имеет не менее двух теплообменных колонок, каждая с центробежным пылеуловителем и устройством для транспорта уловленного материала, предназначенными для получения сухого гидроксида алюминия и термоактивированного моногидроксида алюминия, причем теплообменная колонка для сухого гидроксида алюминия посредством газохода для газового теплоносителя соединена с центробежным пылеуловителем для термоактивированного моногидроксида алюминия, а центробежный пылеуловитель для сухого гидроксида алюминия посредством устройства для транспорта уловленного материала соединен с теплообменной колонкой для термоактивированного моногидроксида алюминия.

Установка снабжена теплообменной колонкой с центробежным пылеуловителем и газоочистным аппаратом, предназначенными для классификации и охлаждения термоактивированного моногидроксида алюминия, причем теплообменная колонка посредством устройства для транспорта уловленного материала соединена с центробежным пылеуловителем для термоактивированного моногидроксида алюминия. После центробежного пылеуловителя для охлаждения термоактивированного моногидроксида алюминия установлен водоохлаждаемый теплообменник.

Техническую сущность изобретения поясняет чертеж, на котором представлена установка для термообработки гидроксида алюминия.

Заявляемая установка состоит из приемного бункера 1, дозатора 2, шнекового питателя 3, теплообменных колонок 4, 5, 6, при этом теплообменные колонки снабжены пережимами, т.е. участками с уменьшенным диаметром, центробежных пылеуловителей (ЦП) 7, 8, 9, снабженных бункерами с мигалками 10, 11, 12, затворов кипящего слоя 13, 14, топки 15 с горелкой 16, футерованного стояка с рубашкой 17, водяного теплообменника 18, шлюзовых затворов 19, 20, 21, циклонов 22, 23, рукавных фильтров 24, 25, напорных вентиляторов 26, 27, дымососов 28, 29, линий воздухозабора 30, 31.

В составе установки предусмотрен U-образный газоход 32 от ЦП 8 до пережима теплообменной колонки 4, а также газоходы для эвакуации отходящих газов 33 и 34 от ЦП 7 к циклону 23 и от ЦП 9 к циклону 22 соответственно. Устройства для транспорта уловленного материала состоят из мигалок 10 и 11, затворов кипящего слоя 13, 14 и трубопроводов 34, 35.

Работает установка следующим образом.

Гидроксид алюминия, упакованный в мягкие контейнеры разового пользования, разгружают способом разрушения контейнера в приемном бункере 1.

Из бункера 1 гидроксид алюминия через дозатор-весоизмеритель 2 шнековым питателем 3 загружают в восходящую ветвь теплообменной колонки 4, где происходит его сушка во взвешенном состоянии.

Теплообменная колонка представляет собой вертикальный газоход круглого сечения с пережимом. Пережим, имеющий диаметр на 24-28% меньше диаметра основного газохода, обеспечивает скорость газового потока в сечении до 40 м/с, что исключает провал гидроксида алюминия в U-образный газоход 32.

Влажный гидроксид алюминия, попадая в газоход выше пережима, потоком газов с температурой 400-450^oС уносится по газоходу, теряя при этом свободную влагу и нагреваясь до температуры 120-160^oС.

Необходимые для процесса сушки топочные газы получают путем сжигания природного газа в топке 15 с горелкой 16.

Воздух, необходимый для горения, подается в топку вентилятором 26.

Сухой гидроксид алюминия потоком газов выносится в ЦП 7, где происходит разделение основной массы твердых частиц и запыленного газового потока. Пылегазовый поток по газоходу 33 направляют на вторую стадию очистки в циклоне 23. Окончательная очистка от пыли происходит в рукавном фильтре 24. При этом за счет регулируемого подсоса воздуха через линию воздухозабора 30 температура перед входом в рукавный фильтр 24 не превышает 100-120^oС (для защиты ткани рукавного фильтра от перегрева). Далее отходящие газы после очистки от пыли в рукавном фильтре 24 дымососом 28 выбрасываются в атмосферу. Уловленную пыль из рукавного фильтра разгружают через шлюзовый дозатор 19 в приемные емкости и направляют на склад готовой продукции.

Сухой материал из бункера с мигалкой 10 центробежного пылеуловителя 7 через затвор кипящего слоя 13 и трубопровод 34 подают в восходящую ветвь теплообменной колонки 5 для дегидратации и активации материала во взвешенном состоянии.

Теплообменная колонка стадии дегидратации 5 представляет собой вертикальный газоход круглого сечения с пережимом. Пережим, имеющий диаметр на 20-25% меньше диаметра теплообменной колонки, обеспечивает скорость газового потока в сечении до 40 м/с и исключает провал гидроксида алюминия в футерованный стояк 17. В потоке высокоскоростного газового теплоносителя, выходящего из топки с температурой ~1100^oС, сухой гидроксид алюминия нагревают до 420^oС. При этом материал теряет 2/3 кристаллизационной воды и превращается в готовый продукт - термоактивированный моногидроксид алюминия.

Нагретый до 420^oС материал потоком газов выносится в центробежный пылеуловитель 8, из которого после разделения фаз газовый поток по U-образному газоходу 32 поступает в теплообменную колонку 4 стадии сушки, а готовый продукт из бункера с мигалкой 11 центробежного пылеуловителя 8 через затвор 14 и трубопровод 35 разгружается в теплообменную колонку 6 стадии охлаждения готового продукта над пережимом. Охлаждение готового продукта до 120^oС осуществляется за счет подачи воздуха из атмосферы.

Подача воздуха на охлаждение в теплообменную колонку 6 предусматривается за счет подсоса воздуха при работе вентилятора 29, однако допускается и вариант с принудительной подачей воздуха за счет работы вентилятора 27. Частично охлажденный термоактивированный гидроксид алюминия улавливают в ЦП 9 и через бункер с мигалкой 12 разгружают через водяной доохладитель 18, где он охлаждается до температуры 45^oС. Охлажденный термоактивированный моногидроксид алюминия через шлюзовый питатель 20 разгружают в металлические кюбеля и отправляют на склад готовой продукции.

Запыленный воздух из ЦП 9 за счет разрежения, создаваемого дымососом 29, по газоходу 34 подают в циклон 22. Окончательная очистка отходящих газов проходит в рукавном фильтре 25. Для защиты ткани рукавного фильтра 25 по линии 31 предусмотрен регулируемый подсос воздуха.

Пыль из циклона 22 и пыль, накопившаяся в результате работы рукавного фильтра 25, через шлюзовый питатель 21 периодически разгружают в приемные емкости и направляют на склад готовой продукции.

По сравнению с прототипами предлагаемая установка для термообработки гидроксида алюминия обладает рядом преимуществ.

По прототипу предполагается получение двух разновидностей продукции - крупной и мелкой фракции одного и того же продукта.

Предлагаемая установка позволяет получить три вида продукта. Кроме готовой продукции - термоактивированного глинозема, выгружаемого через шлюзовый затвор 20, и мелкодисперсного (содержание фракции -20 мкм ~90%), разгружаемого через шлюзовый затвор 21, установка позволяет получать сухой гидроксид алюминия с содержанием влаги до 2-5%, разгружаемый через шлюзовый затвор 19.

Получение трех видов продукции стало возможным благодаря двухстадийной термической обработке исходного гидроксида алюминия и раздельной очистки отходящих газов на каждой стадии. Двухстадийная термообработка также увеличивает время пребывания материала в активных зонах, что повышает качество получаемого продукта без снижения производительности установки.

По сравнению с прототипом предлагаемая установка отличается высокой степенью утилизации тепла отходящих газов.

Конструктивным исполнением установки предусмотрены две ступени рекуперации тепла отходящих газов.

Первая ступень рекуперации основана на подогреве воздуха, подаваемого на горение в горелку 16. Воздух, подаваемый вентилятором 26, предварительно поступает в рубашку футерованного стояка, где нагревается до температуры 60-70^oС, и затем подается на сжигание топлива. Предварительный подогрев воздуха позволяет на 5-8% снизить расход топлива, затрачиваемого на процесс.

Вторая ступень рекуперации основана на использовании тепла отходящих газов процесса дегидратации. После первичной очистки отходящих газов в центробежном пылеуловителе 8 отходящие газы с температурой 350-450^oС по U-образному газоходу 32 поступают под пережим теплообменной колонки 4 на стадию удаления физической влаги. Таким образом, использование тепла отходящих газов стадии дегидратации позволяет сэкономить 10-15% топлива.

Необходимо отметить большую гибкость управления установкой по сравнению с прототипом.

Так, температурным режимом процесса дегидратации возможно управлять не только за счет регулировки количества сжигаемого топлива и подсоса воздуха, как в прототипе, но и за счет перераспределения потоков первичного и вторичного воздуха, подаваемого на горение в горелку 16 и в топку 15.

Как отмечалось выше, газодинамическим режимом теплообменной колонки 6 возможно управлять как изменяя разрежение, создаваемое дымососом 29, так и регулировкой производительности вентилятора 27.

Кроме того, изменение режимов работы вентиляторов 26 и 27, дымососов 28 и 29 приводит к изменению газодинамического режима работы центробежных пылеуловителей 7, 8 и 9. Это приводит к перераспределению количества продукта, выгружаемого через шлюзовые затворы 19, 20 и 21.

Изменение газодинамического режима позволяет увеличить выход продукта через затворы 19 и 21.

Таким образом, благодаря изменению газодинамического режима возможно не только получать три разновидности продукта, но и в зависимости от поставленной задачи увеличивать выпуск необходимого вида продукции.

В отличие от прототипа предлагаемая установка предусматривает охлаждение готовой продукции. Охлаждение готовой продукции позволяет предотвратить снижение качества продукции из-за контакта с влагой воздуха, и значительно сократить капитальные затраты.

Предлагаемое двухстадийное охлаждение - воздушное в теплообменной колонке 6 и в водяном теплообменнике 18 позволяет снизить температуру готовой продукции до 35-45^oС при относительно небольших габаритах теплообменных устройств. Кроме того, двухстадийное охлаждение материала с 450 до 120^oС вначале в теплообменной колонке 6, а затем со 120 до 45^oС в водяном теплообменнике положительно сказывается на качестве материала, сохраняя его высокую активность.

Предлагаемая установка для термообработки гидроксида алюминия характеризуется высокой производительностью, т.к. процессы сушки, дегидратации, охлаждения ведутся во взвешенном слое, экономичностью (за счет рекуперации тепла отходящих газов), гибкостью управления и возможностью работы при различных технологических режимах с получением трех конечных продуктов, различающихся по своим физико-химическим свойствам.

Двухстадийная термообработка и охлаждение в сочетании с применением центробежных пылеуловителей позволяет, с одной стороны, минимизировать аппаратурное оформление технологического процесса, что приводит к снижению капитальных затрат, а с другой - получить конечный продукт высокого качества без снижения производительности.