氯化鋁水合物熱分解成氧化鋁的方法和設(shè)備

1.本發(fā)明針對于通過如下方式將氯化鋁水合物熱轉(zhuǎn)化成氧化鋁和氣態(tài)氯化氫的方法和及其相關(guān)設(shè)備：通過加熱到120至400℃之間的溫度在分解反應(yīng)器中將氯化鋁水合物部分地分解，然后在850至1200℃之間的溫度下在煅燒反應(yīng)器中將部分地分解的氯化鋁水合物煅燒成氧化鋁。

2.氧化鋁，即使具有高純度，通常也是由氯化鋁水合物制成的。

3.在該反應(yīng)中，在反應(yīng)器中將氯化鋁水合物供熱地(allothermally)加熱，使得以下分解反應(yīng)發(fā)生：

4.alcl3·

6h2o

→

0.5al2o3+3hcl+4.5h2o

5.作為副產(chǎn)物，產(chǎn)生富含hcl的氣體，而氯化鋁水合物至少部分地分解成氧化鋁。通常將該氧化鋁通向第二反應(yīng)器，在其中在更高的反應(yīng)溫度下進行煅燒，如文件wo83/04017中所述。

6.然而，兩步加熱是能量需求高的過程。因此，從現(xiàn)有技術(shù)特別是at 315207的文件和pct/ep2017/082226中已知將熱產(chǎn)物再循環(huán)到第一分解步驟中。因此，熱產(chǎn)物用作直接熱傳遞介質(zhì)，從而將能量從煅燒再循環(huán)到分解中。

7.然而，這種混合需要非常好的熱量和質(zhì)量的傳遞。此外，還需要良好的熱量和質(zhì)量傳遞系數(shù)以減少所需能量的量。

8.在另一方面，由于進料材料，氯化鋁六水合物(ach)本身是已知難以處理的粘性材料，因此可以用于上述方法的反應(yīng)器類型的數(shù)量是非常有限的。氯化鋁六水合物是吸濕性的，且傾向于形成聚集體。它作為小聚集體來自上游過程的情況更是如此。此外，它在低溫下迅速開始分解，并且在與水分接觸時經(jīng)受水解。由于這一原因，尚且不可能使用具有良好的熱量和質(zhì)量傳遞系數(shù)的反應(yīng)器類型，尤其不可能容易地使用流化床反應(yīng)器。

9.因此，本發(fā)明的任務(wù)是使得能夠使用具有非常好的熱量和質(zhì)量傳遞系數(shù)的反應(yīng)器，特別是流化床。

10.通過根據(jù)權(quán)利要求1的方法解決了該問題。

11.這種用于將氯化鋁水合物熱轉(zhuǎn)化成氧化鋁和氣態(tài)氯化氫的方法的特點是：通過加熱到120-400℃之間，優(yōu)選150-380℃之間的溫度在分解反應(yīng)器中將氯化鋁水合物分解的第一步驟。最優(yōu)選的是250至350℃的范圍，因為在約350℃的溫度下完成分解反應(yīng)，且得到(預(yù)煅燒)的氧化鋁。優(yōu)選在第二反應(yīng)器中發(fā)生進一步的熱處理，以避免不必要地增加熱輸入。

12.在所謂煅燒的第二步驟中，將該部分地分解的氯化鋁水合物加熱至850和1200℃之間的溫度以形成所需產(chǎn)物。

13.本發(fā)明的基本理念是：在第一步之前，在強力混合器中用氧化鋁混合氯化鋁水合物。氯化鋁水合物和氧化鋁之間的質(zhì)量比在1：1和10：1之間，優(yōu)選2：1和6：1之間，這是防止混合物形成聚集物的范圍。然后，將所得混合物進料到分解反應(yīng)器中，該反應(yīng)器優(yōu)選為流化床反應(yīng)器。

14.混合器確保自由流動，良好的可傳輸和可流化的固體進料物流。這是需要的，因為預(yù)期以可能含有較小(《10mm)或較大聚集體的粘性粉末而非自由流動的形式接收ach。足夠

的散裝可流動性對整個過程是必要，特別是對于確保對設(shè)備的穩(wěn)定和可控的進料和在第一反應(yīng)器中的處理。

15.這對于用設(shè)計為流化床反應(yīng)器的分解反應(yīng)器的設(shè)置特別重要，因為否則就不能建立流化床。

16.在一個優(yōu)選的實施方案中，將來自煅燒的至少部分氧化鋁再流轉(zhuǎn)到分解和/或混合器中。由此，可使用再循環(huán)的材料作為熱傳遞介質(zhì)，從而可降低第一分解步驟中的能量需求。特別優(yōu)選的是一種這樣實施方案，其中該再循環(huán)產(chǎn)物通常以600-1100℃，優(yōu)選700和1000℃，最優(yōu)選750和900℃之間的溫度進入分解或混合器，其是唯一的熱源，且不必在分解中使用外部能量。

17.混合器中的混合具有以下優(yōu)點：同時實現(xiàn)了關(guān)于權(quán)利要求1所述的技術(shù)效果，即避免聚集物。然而，在混合中形成具有相對高hcl含量的熱材料蒸氣。結(jié)果，混合器中的熱混合在混合器的下游需要附加氣體清潔或包括在其中。

18.因此，可能的一個替代是，在混合器中加入冷材料時，在分解反應(yīng)器中直接再循環(huán)熱的經(jīng)煅燒的材料。這具有缺點：額外的再循環(huán)管道是必要的，但省略了處理后的廢氣。

19.用于再循環(huán)材料的可能來源是(垃圾)箱或任何其他類型的儲存。然而，添加的氧化鋁也優(yōu)選來自工藝產(chǎn)物，并取自分解和/或煅燒。來自分解的再循環(huán)的優(yōu)點是，產(chǎn)物具有較低的溫度，并且對于加入混合物中不需要大量冷卻，沒有任何蒸氣形成。如果從煅燒再循環(huán)氧化鋁，則優(yōu)選不直接再循環(huán)，而是從煅燒后預(yù)設(shè)(foreseen)的至少一冷卻工段再循環(huán)。

20.在每種情況下，加入混合器中的氧化鋁的特點是，在混合物的入口處具有低于100℃，優(yōu)選0至60℃，更優(yōu)選在40℃以下的溫度。因此，可靠地避免了蒸氣形成。

21.氯化鋁通過結(jié)晶制備。為了在結(jié)晶后除去殘留的hcl和進一步減少自由表面水分，通常預(yù)設(shè)脫水和/或過濾和/或離心。從該工段，例如使用鏈條或帶式輸送機、斗式提升機或其他方式，將塊狀固體輸送到根據(jù)本發(fā)明的工藝。如果中間儲存用于ach進料，則聚集的風(fēng)險增加。

22.在另一設(shè)計或互補設(shè)計中，使氯化鋁水合物通過塊體破碎器。因此，在進料含有較大的塊體的情況下，實現(xiàn)任何塊體的破碎，優(yōu)選到《30mm平均直徑。這意味著通過混合器同時粉碎的要求可以降低或變得多余。

23.在這種情況下，還可以預(yù)設(shè)干燥器以減少水分含量。進而，這減少了聚集物形成的趨勢。

24.通常，煅燒反應(yīng)器設(shè)計為流化床反應(yīng)器，其導(dǎo)致良好的熱量和質(zhì)量傳遞。然而，也可以使用旋轉(zhuǎn)窯，這提供了便宜且易于處理的好處。

25.關(guān)于使用流化床反應(yīng)器，必須聲明，在流化床系統(tǒng)中，環(huán)形流化床系統(tǒng)，特別是循環(huán)流化床系統(tǒng)導(dǎo)致甚至更好的熱量和質(zhì)量傳遞系數(shù)。因此，這些是最優(yōu)選的反應(yīng)器類型。

26.談到流化床，許多流化氣體是可能的。原則上，空氣是最便宜且最容易獲得的氣體。至少在分解中使用蒸汽作為流化氣體具有實現(xiàn)用于(更便宜)酸回收的過共沸物(over-azeotrope)廢氣的益處。然而，如果酸的后處理使用較貴的變壓吸附(swing adsorption)或濕洗滌，則可以節(jié)省昂貴的蒸氣供應(yīng)。

27.此外，可以將燃料添加到煅燒中以通過內(nèi)燃來提供必要的能量。如果使用氣態(tài)燃料，它可以是流化氣體的一部分。如果燃料(氣態(tài)或液體)的燃燒發(fā)生在煅燒反應(yīng)器內(nèi)，則通

過確保良好的固體混合和次級和/或三級空氣向上滲透到反應(yīng)器中心來確定所需的燃燒條件是重要的。

28.談到廢氣處理，優(yōu)選的是，由于不同的酸濃度，使典型含有至少90重量％的生成氯化氫的廢氣以與分解和煅燒分開的方式通向廢氣處理。

29.另外，廢氣應(yīng)優(yōu)選用水驟冷。由此，生產(chǎn)的鹽酸可以在另一工段出售或使用。驟冷工段可以連合到煅燒反應(yīng)器。

30.在這種情況下，將鹽酸從驟冷通向浸出步驟是特別有效的，因為這種浸出通常是作為生產(chǎn)氯化鋁水合物的前一步驟而完成的。此外，可以進行(濕)洗滌。

31.在替代或補充實施方案中，廢氣處理含有至少一個吸收步驟，作為有效的氣體清潔。

32.混合優(yōu)選在具有刀具和/或犁頭和/或槳葉中的混合器中進行。因此，用刀具破碎所含的聚集物，而犁頭或槳葉確保完全混合。典型的攪拌器類型是雙軸槳式混合器或犁頭混合器。

33.在含有刀具以及犁頭和/或槳葉的攪拌器中，優(yōu)選刀具旋轉(zhuǎn)快于犁頭至少兩倍，優(yōu)選快于五倍，甚至更優(yōu)選快于十倍。這導(dǎo)致優(yōu)異的混合兼具聚集物的充分破碎。

34.此外，在混合器中，至少1分鐘，優(yōu)選1至5分鐘，最優(yōu)選1和3分鐘的保持時間，改善了結(jié)果。

35.本發(fā)明還包括一種具有權(quán)利要求15的特征的設(shè)備，特別是用于操作根據(jù)權(quán)利要求1和14中任一項的方法。

36.這種用于將氯化鋁水合物熱轉(zhuǎn)化成氧化鋁和氣態(tài)氯化氫的設(shè)備包括用于將氯化鋁水合物進行分解的分解反應(yīng)器，和煅燒反應(yīng)器。兩種反應(yīng)彼此分開。所要求保護的設(shè)備的主要部分是一種強力混合器，其預(yù)設(shè)在分解反應(yīng)器的上游。其中，將氯化鋁水合物與氧化鋁混合，優(yōu)選以1：1和10：1之間的氯化鋁水合物與氧化鋁的質(zhì)量比。此外，分解反應(yīng)器是流化床反應(yīng)器，其由于新的設(shè)備設(shè)置而成為可能的，這可以可靠地防止聚集。

37.設(shè)計了分解反應(yīng)器使其能夠?qū)⒉牧霞訜岬降谝粶囟龋瑫r將煅燒反應(yīng)器設(shè)計成將材料加熱至高于第一溫度的第二溫度。

38.關(guān)于設(shè)備描述的任何特征可以應(yīng)用于和/或用在該方法中，反之亦然。當(dāng)然，相應(yīng)的修改和優(yōu)點相應(yīng)地適用。

39.根據(jù)附圖的以下描述，本發(fā)明的進一步的目的、特征、優(yōu)點和應(yīng)用將變得清楚。所描述和/或描繪的所有特征，由本身或任何組合形成本發(fā)明的主題，無論它們是否定義在各個權(quán)利要求或其從屬權(quán)利要求中。

40.在圖中：

41.圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的方法的工藝流程圖。

42.圖1示出了本發(fā)明的主要設(shè)計。通過導(dǎo)管111將濕氯化鋁水合物通入混合器110中，在其中它與氧化鋁強力混合，通過導(dǎo)管112將該氧化鋁引入混合器110中。

43.之后，通過導(dǎo)管113將固體的混合物通入分解反應(yīng)器120中，其設(shè)計為流化床反應(yīng)器。此外，通過導(dǎo)管121引入其流化氣體，優(yōu)選蒸氣。

44.通過導(dǎo)管123將生成的富hcl氣體通入hcl吸收140中，該富hcl氣體通常但不一定具有高于30體積％的hcl含量。該吸收工段140的特點是優(yōu)選地具有至少兩個工段，由此優(yōu)

選將導(dǎo)管123連接到第一工段。

45.通過導(dǎo)管122將分解反應(yīng)器120的產(chǎn)物再流轉(zhuǎn)入煅燒反應(yīng)器130中，該產(chǎn)物流常常含有已煅燒的al2o3和alcl6·

6h2o的混合物。其中，通常通過導(dǎo)管136引入氣態(tài)燃料和/或液體燃料作為能源。導(dǎo)管135將氧源供入煅燒反應(yīng)器120中。通過導(dǎo)管137，加入驟冷水。通過導(dǎo)管134和138，使冷卻介質(zhì)(優(yōu)選水)再流轉(zhuǎn)進出煅燒反應(yīng)器130。通過導(dǎo)管133取出最終煅燒的產(chǎn)物al2o3，并進一步通入至少一個冷卻工段150并進一步通過導(dǎo)管152排出。

46.通過導(dǎo)管132，將貧hcl氣體通入hcl吸收140，優(yōu)選其第二工段，該貧hcl氣體通常但不限于低于7體積％的hcl含量。

47.如果吸收工段140被設(shè)計為兩工段吸收，則通過導(dǎo)管141取出hcl溶液，而通過導(dǎo)管142取出第一廢氣。通過導(dǎo)管143加入第一工段的工藝水，并通過導(dǎo)管144取出。通過導(dǎo)管145注入冷卻水并通過導(dǎo)管146取出。通過導(dǎo)管147從hcl吸收140的第二工段取出廢氣，同時通過導(dǎo)管148加入工藝水。通過導(dǎo)管149和151使冷卻水再流轉(zhuǎn)。

48.為了提高能量效率，優(yōu)選的是，通過導(dǎo)管131，將來自煅燒反應(yīng)器130的部分通入分解反應(yīng)器120。作為替代(但未示出)，也可只取出al2o3一次，由此將再循環(huán)到分解反應(yīng)器120的物流分流。

49.在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，通過導(dǎo)管112加入混合器中的氧化鋁是來自下游裝置的產(chǎn)物流的一部分。作為一特別實施例，示出了通過導(dǎo)管153取出來自冷卻工段150的產(chǎn)物部分并進料到導(dǎo)管112中。

50.圖1中雖未示出，但是互補或替代地，可從分解反應(yīng)器和/或煅燒反應(yīng)器130取出部分產(chǎn)物。也可考慮在運輸中間或最終產(chǎn)物的任何導(dǎo)管如導(dǎo)管122、導(dǎo)管131、導(dǎo)管133和導(dǎo)管152中具有分支。還可通過至少一個另外未示出的冷卻器調(diào)節(jié)再流轉(zhuǎn)物流的溫度。

51.附圖標(biāo)記

52.110

??????

混合器

53.111-113

??

導(dǎo)管

54.120

??????

分解反應(yīng)器

55.121-123

??

導(dǎo)管

56.130

??????

煅燒反應(yīng)器

57.131-138

??

導(dǎo)管

58.140

??????

吸收工段

59.141-149

??

導(dǎo)管

60.150

??????

冷卻工段

61.151-153

??

導(dǎo)管技術(shù)特征：

1.將氯化鋁水合物熱轉(zhuǎn)化成氧化鋁和氣態(tài)氯化氫的方法，通過如下方式進行：通過加熱到120至400℃的溫度在分解反應(yīng)器中將氯化鋁水合物部分地分解，然后在850至1200℃的溫度下在煅燒反應(yīng)器中將部分地分解的氯化鋁水合物煅燒成氧化鋁，其特征在于，在強力混合器中將氯化鋁水合物與氧化鋁以1：1和10：1之間的氯化鋁水合物與氧化鋁的質(zhì)量比進行混合，并將所得混合物進料到分解反應(yīng)器中，該分解反應(yīng)器是流化床反應(yīng)器。2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，將來自煅燒的至少部分氧化鋁氧化物再流轉(zhuǎn)到分解中。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，再循環(huán)的氧化鋁的特點是以600-1100℃的溫度進入分解反應(yīng)器。4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的方法，其特征在于，再循環(huán)的氧化鋁是來自分解和/或煅燒的氧化鋁。5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于，用于混合的再循環(huán)氧化鋁的溫度低于100℃。6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的方法，其特征在于，將氯化鋁水合物在進料到混合器之前通過塊體破碎器和/或干燥器。7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述煅燒發(fā)生在流化床/或旋轉(zhuǎn)窯中。8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在循環(huán)流化床中進行分解和/或煅燒。9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，將蒸氣和/或空氣加入分解中，和/或?qū)⒖諝夂?或燃料加入煅燒中。10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，以與所述分解和煅燒分開的方式將廢氣通向廢氣處理。11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其特征在于，廢氣處理含有驟冷步驟和/或洗滌步驟和/或吸收步驟。12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在具有刀具和/或犁頭和/或槳葉的混合器中進行所述混合。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述刀具旋轉(zhuǎn)得是所述犁頭的至少兩倍快。14.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的方法，其特征在于在混合器中的停留時間超過一分鐘。15.用于將氧化鋁水合物熱轉(zhuǎn)化成氧化鋁和氣態(tài)氯化氫的設(shè)備，包含：用于分解氯化鋁水合物的分解反應(yīng)器(120)，和用于將部分地分解的氯化鋁水合物煅燒成氧化鋁的煅燒反應(yīng)器(130)，其特征在于混合器(110)，在其中將氯化鋁水合物與氧化鋁混合，并且分解反應(yīng)器(120)是流化床反應(yīng)器。16.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，將所述分解反應(yīng)器(120)設(shè)計成使得它能夠?qū)⒉牧霞訜岬降谝粶囟?，同時將煅燒反應(yīng)器(130)設(shè)計成將材料加熱到高于第一溫度的第二溫度。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明涉及一種用于將氯化鋁水合物熱轉(zhuǎn)化成氧化鋁和氣態(tài)氯化氫的方法及其相關(guān)設(shè)備。在第一步中，將氯化鋁水合物加入分解反應(yīng)器中，在其中將它加熱至120-400℃之間的溫度。然后，將部分分解的氯化鋁水合物在第二反應(yīng)器中以850至1200℃的溫度煅燒成氧化鋁。在強力混合器中將氯化鋁水合物與氧化鋁以1：1和10：1之間的氯化鋁水合物與氧化鋁的質(zhì)量比進行混合，用于使用流化床反應(yīng)器作為分解反應(yīng)器。用于使用流化床反應(yīng)器作為分解反應(yīng)器。用于使用流化床反應(yīng)器作為分解反應(yīng)器。

技術(shù)研發(fā)人員：A

受保護的技術(shù)使用者：美卓奧圖泰芬蘭有限公司

技術(shù)研發(fā)日：2019.06.07

技術(shù)公布日：2022/4/12