一种连续炼铝装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种连续炼铝装置，包括燃烧系统、反应系统、冷凝系统和真空系统，其中，所述燃烧系统包括燃烧室和蓄热室，所述蓄热室与所述燃烧室相连；所述反应系统包括反应室和AlCl3升华罐，所述反应室为螺旋推进器形式；所述冷凝系统与所述反应系统相接；所述真空系统与所述冷凝系统相接。由此，该装置通过采用蓄热式燃气加热装置能够取代现有电炉来进行真空碳热还原制备金属铝，降低反应过程所消耗的能耗，进而降低真空碳热还原制备金属铝的成本，为工业化的可能性更进一步；通过采用螺旋推进器形式，实现了连续进出料，降低了操作强度，更有利于工业化的实施。

Continuous aluminum smelting device

The invention provides a continuous aluminum smelting device, which comprises a combustion system, reaction system, cooling system and vacuum system, wherein, the combustion system includes a combustion chamber and the regenerator, the regenerator and the combustion chamber is connected; the reaction system includes a reaction chamber and AlCl3 sublimation tank, the reaction room for the propeller; the condenser system connected with the reaction system; the vacuum system is connected with the condensing system. Thus, the device by using regenerative gas heating device can replace the existing electric furnace for vacuum carbothermal reduction synthesis of metal aluminum, reduce the energy consumption in the process of reaction, thereby reducing the cost of preparation of metal aluminum vacuum carbon thermal reduction, for the possibility of industrialization further; through the use of screw propeller form is realized continuous feeding, reducing operation intensity, more conducive to the implementation of industrialization.

【技术实现步骤摘要】
一种连续炼铝装置
本专利技术属于制备金属铝的装置领域，尤其涉及一种蓄热式燃气加热的连续制备金属铝的装置及系统。
技术介绍
目前，金属铝的工业生产方法主要采用冰晶石-氧化铝熔盐电解法，以氧化铝作溶质、冰晶石作溶剂、炭素材料作电极，通入电流，进行电解而得到原铝。但是，该电解法生产铝存在以下缺陷：制备过程中需要消耗大量的昂贵原料，导致电解铝的成本较其它金属高；铝电解过程中不仅会排放大量温室气体，还会产生大量含氟烟气，阳极糊烧结产生的沥青也会挥发，对周围环境及人体健康造成损害；该电解法每生产吨铝约耗电13000-15000千瓦•时，成本高。最近数十年，炼铝新方法主要有常压碳热还原法、真空碳热还原法（包括直接碳热还原法、真空碳热还原-硫化法以及真空碳热还原-卤化法）、离子液体电沉积法等。但是，上述炼铝新方法生产铝存在以下缺陷：常压碳热还原法还原温度高达2000℃以上，需要在高温的条件下进行，能耗非常高；离子液体电沉积法采用的原料成本高；直接碳热还原法得到的产物在高温下相互熔解，难以与渣相分离，几乎得不到金属铝，造成产率低下。因此，如何设计出一种能耗低、金属铝的收率和纯度高、连续进料的炼铝装置，成为目前急需解决的难题。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述难题，本专利技术提供了一种连续炼铝装置，通过采用蓄热式燃气加热装置能够取代现有电炉来进行真空碳热还原制备金属铝，降低反应过程所消耗的能耗，进而降低真空碳热还原制备金属铝的成本，为工业化的可能性更进一步；通过采用螺旋推进器形式，实现了连续进出料，降低了操作强度，更有利于工业化的实施；通过采用蓄热式燃烧方式，反应室内温度均匀，可通过喷嘴设置灵活控制各段温度，有利于还原反应的发生；通过将碳热反应与氯化反应同时存在于反应器中，三氯化铝与原料接触更充分，一定程度上限制了副反应的发生，提高了还原效率；通过将金属铝与三氯化铝分别收集，提高了金属铝的收率以及金属铝的纯度。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：本专利技术提供了一种连续炼铝装置，包括燃烧系统、反应系统、冷凝系统和真空系统，其中，所述燃烧系统包括燃烧室和蓄热室，并与所述反应系统连接，为反应提供热量；所述反应系统包括反应室和AlCl3升华罐，所述反应室包括螺旋推进器和外壳，所述外壳将所述螺旋推进器完全包覆，内部形成反应空间，所述反应室为螺旋推进器形式的反应器，用于连续提供原料进行反应，所述反应室的周围环绕布置有所述燃烧室；所述AlCl3升华罐与所述反应室连接，其生成的气态AlCl3进入所述反应室发生氯化反应；所述冷凝系统与所述反应系统相接，所述反应系统反应生成的产物进入冷凝系统冷却后，得到金属铝；所述真空系统与所述冷凝系统相接，用于使所述反应系统及冷凝系统处于真空状态，反应在真空条件下发生。专利技术人发现，本专利技术提供了一种连续炼铝装置，通过采用蓄热式燃气加热装置能够取代现有电炉来进行真空碳热还原制备金属铝，降低反应过程所消耗的能耗，进而降低真空碳热还原制备金属铝的成本，为工业化的可能性更进一步；通过采用螺旋推进器形式，实现了连续进出料，降低了操作强度，更有利于工业化的实施；通过采用蓄热式燃烧方式，反应室内温度均匀，可通过喷嘴设置灵活控制各段温度，有利于还原反应的发生；通过将碳热反应与氯化反应同时存在于反应器中，三氯化铝与原料接触更充分，一定程度上限制了副反应的发生，提高了还原效率；通过将金属铝与三氯化铝分别收集，提高了金属铝的收率以及金属铝的纯度。根据本专利技术的具体实施例，所述燃烧系统为蓄热式燃烧系统，采用单蓄热或者双蓄热的燃烧方式；所述蓄热室与所述燃烧室相连。根据本专利技术的具体实施例，所述反应室外部设有电机，所述电机与所述螺旋推进器连接，用于带动所述螺旋推进器转动，使原料随着所述螺旋推进器连续不断地向前推进。原料在所述螺旋推进器的作用下向前推进的过程中发生碳热反应，产生的中间产物与所述AlCl3气体迅速发生反应。根据本专利技术的具体实施例，所述燃烧系统还包括助燃风管道、燃气管道和烟气管道，所述蓄热室的气体入口分别与所述助燃风管道和/或者燃气管道连接，所述蓄热室的烟气出口与所述烟气管道连接，所述蓄热室的烟气入口与所述燃烧室连接。根据本专利技术的具体实施例，所述助燃风管道内通入的助燃风为空气或富氧空气，燃气管道通入的燃气为天然气、焦炉煤气、水煤气、热解煤气或石油液化气。根据本专利技术的具体实施例，所述燃烧系统还包括燃气三通换向阀和/或助燃风三通换向阀，其中，所述燃气三通换向阀分别与燃气管道、烟气管道和蓄热室连接，所述助燃风三通换向阀分别与助燃风管道、烟气管道和蓄热室连接。根据本专利技术的具体实施例，所述燃烧室布置一对或多对烧嘴，与所述蓄热室连接。根据本专利技术的具体实施例，所述冷凝系统包括金属铝冷凝罐和AlCl3冷凝罐，用于将反应产物金属铝与三氯化铝分别进行收集，其中，所述金属铝冷凝罐与所述反应室的出气口连通、并布置在所述反应室上方，所述AlCl3冷凝罐分别与所述金属铝冷凝罐和所述真空系统连接。同时，本专利技术还提供了一种利用上述的一种连续炼铝装置的炼铝方法，包括以下步骤：（1）准备过程：将AlCl3粉末置于AlCl3升华罐中；打开真空系统，降低系统压力；开启燃烧系统，引入助燃风和燃气通过蓄热室预热后进入燃烧室进行燃烧，或者引入助燃风通过蓄热室预热后和直接引入的燃气进入燃烧室进行燃烧，燃烧产生的高温烟气加热反应室；（2）制备过程：反应室升温完成后，将原料通过螺旋推进器加入反应室中，随着螺旋推进器不断向前推进，充分进行碳热反应，得到中间产物；加热AlCl3升华罐进行气化处理，得到气态AlCl3，所述气态AlCl3进入反应室中与所述中间产物进一步发生氯化反应得到AlCl气体；在真空系统的作用下，所述AlCl气体进入冷凝系统进行冷凝，得到金属铝和AlCl3固体。根据本专利技术的具体实施例，步骤（1）中的所述系统压力被降低为30Pa左右；所述燃烧系统为蓄热式燃烧系统，包括A侧燃烧系统和B侧燃烧系统，其具体操作过程是：使用A侧燃烧系统进行燃烧过程，常温的助燃风和燃气进入燃烧室进行燃烧，产生的高温烟气加热所述反应室后经B侧燃烧系统的蓄热室回收热量后排出，完成蓄热过程；完成一个燃烧周期后，B侧燃烧系统进行燃烧过程，常温的助燃风进入蓄热室中进行预热，同时常温的燃气进入蓄热室中进行预热或者不经过蓄热室预热过程，两者进入燃烧室进行燃烧，产生的高温烟气加热所述反应室后经A侧燃烧系统的蓄热室回收热量后排出，完成蓄热过程；如此重复、交替进行燃烧、蓄热、放热过程，保证持续、稳定加热反应室，实现了高效利用燃烧余热；其中，所述助燃风或者燃气进入蓄热室中进行预热后升温至900℃以上，进入燃烧室进行燃烧，产生1500-1700℃的高温烟气，加热反应室后、再经由蓄热室回收热量后降温至250℃左右；步骤（2）中的所述原料为氧化铝或含氧化铝的铝土矿与碳质还原剂进行压制成球得到的球料，其中，所述原料中氧化铝与碳质还原剂的质量比例为1:3-5，所述碳质还原剂为固定碳含量＞50%的含碳原料；所述原料的加料过程为：将压制成球得到的球料作为原料，通过进料系统送入原料储仓中，使用氮气进行置换所述原料储仓中的空气，确保所述原料储仓中氧气含量＜0.1%，所述原料经由中间仓进入到所述反应室中；所述反应室被所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种连续炼铝装置，其特征在于，包括燃烧系统、反应系统、冷凝系统和真空系统，其中，所述燃烧系统包括燃烧室和蓄热室，并与所述反应系统连接，为反应提供热量；所述反应系统包括反应室和AlCl3升华罐，所述反应室包括螺旋推进器和外壳，所述外壳将所述螺旋推进器完全包覆，内部形成反应空间，所述反应室为螺旋推进器形式的反应器，用于连续提供原料进行反应，所述反应室的周围环绕布置有所述燃烧室；所述AlCl3升华罐与所述反应室连接，其生成的气态AlCl3进入所述反应室发生氯化反应；所述冷凝系统与所述反应系统相接，所述反应系统反应生成的产物进入冷凝系统冷却后，得到金属铝；所述真空系统与所述冷凝系统相接，用于使所述反应系统及冷凝系统处于真空状态，反应在真空条件下发生。

【技术特征摘要】
1.一种连续炼铝装置，其特征在于，包括燃烧系统、反应系统、冷凝系统和真空系统，其中，所述燃烧系统包括燃烧室和蓄热室，并与所述反应系统连接，为反应提供热量；所述反应系统包括反应室和AlCl3升华罐，所述反应室包括螺旋推进器和外壳，所述外壳将所述螺旋推进器完全包覆，内部形成反应空间，所述反应室为螺旋推进器形式的反应器，用于连续提供原料进行反应，所述反应室的周围环绕布置有所述燃烧室；所述AlCl3升华罐与所述反应室连接，其生成的气态AlCl3进入所述反应室发生氯化反应；所述冷凝系统与所述反应系统相接，所述反应系统反应生成的产物进入冷凝系统冷却后，得到金属铝；所述真空系统与所述冷凝系统相接，用于使所述反应系统及冷凝系统处于真空状态，反应在真空条件下发生。2.如权利要求1所述的一种连续炼铝装置，其特征在于，所述燃烧系统为蓄热式燃烧系统，采用单蓄热或者双蓄热的燃烧方式；所述蓄热室与所述燃烧室相连。3.如权利要求1所述的一种连续炼铝装置，其特征在于，所述反应室外部设有电机，所述电机与所述螺旋推进器连接，用于带动所述螺旋推进器转动，使原料随着所述螺旋推进器连续不断地向前推进。4.如权利要求1所述的一种连续炼铝装置，其特征在于，所述燃烧系统还包括助燃风管道、燃气管道和烟气管道，所述蓄热室的气体入口分别与所述助燃风管道和/或者燃气管道连接，所述蓄热室的烟气出口与所述烟气管道连接，所述蓄热室的烟气入口与所述燃烧室连接。5.如权利要求4所述的一种连续炼铝装置，其特征在于，所述助燃风管道内通入的助燃风为空气或富氧空气，燃气管道通入的燃气为天然气、焦炉煤气、水煤气、热解煤气或石油液化气。6.如权利要求4所述的一种连续炼铝装置，其特征在于，所述燃烧系统还包括燃气三通换向阀和/或助燃风三通换向阀，其中，所述燃气三通换向阀分别与燃气管道、烟气管道和蓄热室连接，所述助燃风三通换向阀分别与助燃风管道、烟气管道和蓄热室连接。7.如权利要求1所述的一种连续炼铝装置，其特征在于，所述燃烧室布置一对或多对烧嘴，与所述蓄热室连接。8.如权利要求1所述的一种连续炼铝装置，其特征在于，所述冷凝系统包括金属铝冷凝罐和AlCl3冷凝罐，用于将反应产物金属铝与三氯化铝分别进行收集，其中，所述金属铝冷凝罐与所述反应室的出气口连通、并布置在所述反应室上方，所述AlCl3冷凝罐分别与所述金属铝冷凝罐和所述真空系统连接。9.一种利用权利要求1-8中任一项所述的一种连续炼铝装置的炼铝方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）准备过程：将AlCl3粉末置于AlCl3升华罐中；打开真空系统，降低系统压力；开启燃...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋敏洁，石为华，陈珊，杨玉地，钟贵全，吴道洪，
申请(专利权)人：神雾科技集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11