氯化铝水合物热分解成
氧化铝的方法和设备
1.本发明针对于通过如下方式将氯化铝水合物热转化成氧化铝和气态氯化氢的方法和及其相关设备：通过加热到120至400℃之间的温度在分解反应器中将氯化铝水合物部分地分解，然后在850至1200℃之间的温度下在煅烧反应器中将部分地分解的氯化铝水合物煅烧成氧化铝。
2.氧化铝，即使具有高纯度，通常也是由氯化铝水合物制成的。
3.在该反应中，在反应器中将氯化铝水合物供热地(allothermally)加热，使得以下分解反应发生：
4.alcl3·
6h2o
→
0.5al2o3+3hcl+4.5h2o
5.作为副产物，产生富含hcl的气体，而氯化铝水合物至少部分地分解成氧化铝。通常将该氧化铝通向第二反应器，在其中在更高的反应温度下进行煅烧，如文件wo83/04017中所述。
6.然而，两步加热是能量需求高的过程。因此，从现有技术特别是at 315207的文件和pct/ep2017/082226中已知将热产物再循环到第一分解步骤中。因此，热产物用作直接热传递介质，从而将能量从煅烧再循环到分解中。
7.然而，这种混合需要非常好的热量和质量的传递。此外，还需要良好的热量和质量传递系数以减少所需能量的量。
8.在另一方面，由于进料材料，氯化铝六水合物(ach)本身是已知难以处理的粘性材料，因此可以用于上述方法的反应器类型的数量是非常有限的。氯化铝六水合物是吸湿性的，且倾向于形成聚集体。它作为小聚集体来自上游过程的情况更是如此。此外，它在低温下迅速开始分解，并且在与水分接触时经受水解。由于这一原因，尚且不可能使用具有良好的热量和质量传递系数的反应器类型，尤其不可能容易地使用流化床反应器。
9.因此，本发明的任务是使得能够使用具有非常好的热量和质量传递系数的反应器，特别是流化床。
10.通过根据权利要求1的方法解决了该问题。
11.这种用于将氯化铝水合物热转化成氧化铝和气态氯化氢的方法的特点是：通过加热到120-400℃之间，优选150-380℃之间的温度在分解反应器中将氯化铝水合物分解的第一步骤。最优选的是250至350℃的范围，因为在约350℃的温度下完成分解反应，且得到(预煅烧)的氧化铝。优选在第二反应器中发生进一步的热处理，以避免不必要地增加热输入。
12.在所谓煅烧的第二步骤中，将该部分地分解的氯化铝水合物加热至850和1200℃之间的温度以形成所需产物。
13.本发明的基本理念是：在第一步之前，在强力混合器中用氧化铝混合氯化铝水合物。氯化铝水合物和氧化铝之间的质量比在1：1和10：1之间，优选2：1和6：1之间，这是防止混合物形成聚集物的范围。然后，将所得混合物进料到分解反应器中，该反应器优选为流化床反应器。
14.混合器确保自由流动，良好的可传输和可流化的固体进料物流。这是需要的，因为预期以可能含有较小(《10mm)或较大聚集体的粘性粉末而非自由流动的形式接收ach。足够
的散装可流动性对整个过程是必要，特别是对于确保对设备的稳定和可控的进料和在第一反应器中的处理。
15.这对于用设计为流化床反应器的分解反应器的设置特别重要，因为否则就不能建立流化床。
16.在一个优选的实施方案中，将来自煅烧的至少部分氧化铝再流转到分解和/或混合器中。由此，可使用再循环的材料作为热传递介质，从而可降低第一分解步骤中的能量需求。特别优选的是一种这样实施方案，其中该再循环产物通常以600-1100℃，优选700和1000℃，最优选750和900℃之间的温度进入分解或混合器，其是唯一的热源，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优点：同时实现了关于权利要求1所述的技术效果，即避免聚集物。然而，在混合中形成具有相对高hcl含量的热材料蒸气。结果，混合器中的热混合在混合器的下游需要附加气体清洁或包括在其中。
18.因此，可能的一个替代是，在混合器中加入冷材料时，在分解反应器中直接再循环热的经煅烧的材料。这具有缺点：额外的再循环管道是必要的，但省略了处理后的废气。
19.用于再循环材料的可能来源是(垃圾)箱或任何其他类型的储存。然而，添加的氧化铝也优选来自工艺产物，并取自分解和/或煅烧。来自分解的再循环的优点是，产物具有较低的温度，并且对于加入混合物中不需要大量冷却，没有任何蒸气形成。如果从煅烧再循环氧化铝，则优选不直接再循环，而是从煅烧后预设(foreseen)的至少一冷却工段再循环。
20.在每种情况下，加入混合器中的氧化铝的特点是，在混合物的入口处具有低于100℃，优选0至60℃，更优选在40℃以下的温度。因此，可靠地避免了蒸气形成。
21.氯化铝通过结晶制备。为了在结晶后除去残留的hcl和进一步减少自由表面水分，通常预设脱水和/或过滤和/或离心。从该工段，例如使用链条或带式输送机、斗式提升机或其他方式，将块状固体输送到根据本发明的工艺。如果中间储存用于ach进料，则聚集的风险增加。
22.在另一设计或互补设计中，使氯化铝水合物通过块体破碎器。因此，在进料含有较大的块体的情况下，实现任何块体的破碎，优选到《30mm平均直径。这意味着通过混合器同时粉碎的要求可以降低或变得多余。
23.在这种情况下，还可以预设干燥器以减少水分含量。进而，这减少了聚集物形成的趋势。
24.通常，煅烧反应器设计为流化床反应器，其导致良好的热量和质量传递。然而，也可以使用旋转窑，这提供了便宜且易于处理的好处。
25.关于使用流化床反应器，必须声明，在流化床系统中，环形流化床系统，特别是循环流化床系统导致甚至更好的热量和质量传递系数。因此，这些是最优选的反应器类型。
26.谈到流化床，许多流化气体是可能的。原则上，空气是最便宜且最容易获得的气体。至少在分解中使用蒸汽作为流化气体具有实现用于(更便宜)酸回收的过共沸物(over-azeotrope)废气的益处。然而，如果酸的后处理使用较贵的变压吸附(swing adsorption)或湿洗涤，则可以节省昂贵的蒸气供应。
27.此外，可以将燃料添加到煅烧中以通过内燃来提供必要的能量。如果使用气态燃料，它可以是流化气体的一部分。如果燃料(气态或液体)的燃烧发生在煅烧反应器内，则通
过确保良好的固体混合和次级和/或三级空气向上渗透到反应器中心来确定所需的燃烧条件是重要的。
28.谈到废气处理，优选的是，由于不同的酸浓度，使典型含有至少90重量％的生成氯化氢的废气以与分解和煅烧分开的方式通向废气处理。
29.另外，废气应优选用水骤冷。由此，生产的盐酸可以在另一工段出售或使用。骤冷工段可以连合到煅烧反应器。
30.在这种情况下，将盐酸从骤冷通向浸出步骤是特别有效的，因为这种浸出通常是作为生产氯化铝水合物的前一步骤而完成的。此外，可以进行(湿)洗涤。
31.在替代或补充实施方案中，废气处理含有至少一个吸收步骤，作为有效的气体清洁。
32.混合优选在具有刀具和/或犁头和/或桨叶中的混合器中进行。因此，用刀具破碎所含的聚集物，而犁头或桨叶确保完全混合。典型的搅拌器类型是双轴桨式混合器或犁头混合器。
33.在含有刀具以及犁头和/或桨叶的搅拌器中，优选刀具旋转快于犁头至少两倍，优选快于五倍，甚至更优选快于十倍。这导致优异的混合兼具聚集物的充分破碎。
34.此外，在混合器中，至少1分钟，优选1至5分钟，最优选1和3分钟的保持时间，改善了结果。
35.本发明还包括一种具有权利要求15的特征的设备，特别是用于操作根据权利要求1和14中任一项的方法。
36.这种用于将氯化铝水合物热转化成氧化铝和气态氯化氢的设备包括用于将氯化铝水合物进行分解的分解反应器，和煅烧反应器。两种反应彼此分开。所要求保护的设备的主要部分是一种强力混合器，其预设在分解反应器的上游。其中，将氯化铝水合物与氧化铝混合，优选以1：1和10：1之间的氯化铝水合物与氧化铝的质量比。此外，分解反应器是流化床反应器，其由于新的设备设置而成为可能的，这可以可靠地防止聚集。
37.设计了分解反应器使其能够将材料加热到第一温度，同时将煅烧反应器设计成将材料加热至高于第一温度的第二温度。
38.关于设备描述的任何特征可以应用于和/或用在该方法中，反之亦然。当然，相应的修改和优点相应地适用。
39.根据附图的以下描述，本发明的进一步的目的、特征、优点和应用将变得清楚。所描述和/或描绘的所有特征，由本身或任何组合形成本发明的主题，无论它们是否定义在各个权利要求或其从属权利要求中。
40.在图中：
41.图1示出了根据本发明的方法的工艺流程图。
42.图1示出了本发明的主要设计。通过导管111将湿氯化铝水合物通入混合器110中，在其中它与氧化铝强力混合，通过导管112将该氧化铝引入混合器110中。
43.之后，通过导管113将固体的混合物通入分解反应器120中，其设计为流化床反应器。此外，通过导管121引入其流化气体，优选蒸气。
44.通过导管123将生成的富hcl气体通入hcl吸收140中，该富hcl气体通常但不一定具有高于30体积％的hcl含量。该吸收工段140的特点是优选地具有至少两个工段，由此优
选将导管123连接到第一工段。
45.通过导管122将分解反应器120的产物再流转入煅烧反应器130中，该产物流常常含有已煅烧的al2o3和alcl6·
6h2o的混合物。其中，通常通过导管136引入气态燃料和/或液体燃料作为能源。导管135将氧源供入煅烧反应器120中。通过导管137，加入骤冷水。通过导管134和138，使冷却介质(优选水)再流转进出煅烧反应器130。通过导管133取出最终煅烧的产物al2o3，并进一步通入至少一个冷却工段150并进一步通过导管152排出。
46.通过导管132，将贫hcl气体通入hcl吸收140，优选其第二工段，该贫hcl气体通常但不限于低于7体积％的hcl含量。
47.如果吸收工段140被设计为两工段吸收，则通过导管141取出hcl溶液，而通过导管142取出第一废气。通过导管143加入第一工段的工艺水，并通过导管144取出。通过导管145注入冷却水并通过导管146取出。通过导管147从hcl吸收140的第二工段取出废气，同时通过导管148加入工艺水。通过导管149和151使冷却水再流转。
48.为了提高能量效率，优选的是，通过导管131，将来自煅烧反应器130的部分通入分解反应器120。作为替代(但未示出)，也可只取出al2o3一次，由此将再循环到分解反应器120的物流分流。
49.在本发明的优选实施方案中，通过导管112加入混合器中的氧化铝是来自下游装置的产物流的一部分。作为一特别实施例，示出了通过导管153取出来自冷却工段150的产物部分并进料到导管112中。
50.图1中虽未示出，但是互补或替代地，可从分解反应器和/或煅烧反应器130取出部分产物。也可考虑在运输中间或最终产物的任何导管如导管122、导管131、导管133和导管152中具有分支。还可通过至少一个另外未示出的冷却器调节再流转物流的温度。
51.附图标记
52.110
??????
混合器
53.111-113
??
导管
54.120
??????
分解反应器
55.121-123
??
导管
56.130
??????
煅烧反应器
57.131-138
??
导管
58.140
??????
吸收工段
59.141-149
??
导管
60.150
??????
冷却工段
61.151-153
??
导管技术特征：
1.将氯化铝水合物热转化成氧化铝和气态氯化氢的方法，通过如下方式进行：通过加热到120至400℃的温度在分解反应器中将氯化铝水合物部分地分解，然后在850至1200℃的温度下在煅烧反应器中将部分地分解的氯化铝水合物煅烧成氧化铝，其特征在于，在强力混合器中将氯化铝水合物与氧化铝以1：1和10：1之间的氯化铝水合物与氧化铝的质量比进行混合，并将所得混合物进料到分解反应器中，该分解反应器是流化床反应器。2.根据权利要求1的方法，其特征在于，将来自煅烧的至少部分氧化铝氧化物再流转到分解中。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，再循环的氧化铝的特点是以600-1100℃的温度进入分解反应器。4.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于，再循环的氧化铝是来自分解和/或煅烧的氧化铝。5.根据权利要求4的方法，其特征在于，用于混合的再循环氧化铝的温度低于100℃。6.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于，将氯化铝水合物在进料到混合器之前通过块体破碎器和/或干燥器。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述煅烧发生在流化床/或旋转窑中。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在循环流化床中进行分解和/或煅烧。9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将蒸气和/或空气加入分解中，和/或将空气和/或燃料加入煅烧中。10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，以与所述分解和煅烧分开的方式将废气通向废气处理。11.根据权利要求10的方法，其特征在于，废气处理含有骤冷步骤和/或洗涤步骤和/或吸收步骤。12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在具有刀具和/或犁头和/或桨叶的混合器中进行所述混合。13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述刀具旋转得是所述犁头的至少两倍快。14.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于在混合器中的停留时间超过一分钟。15.用于将氧化铝水合物热转化成氧化铝和气态氯化氢的设备，包含：用于分解氯化铝水合物的分解反应器(120)，和用于将部分地分解的氯化铝水合物煅烧成氧化铝的煅烧反应器(130)，其特征在于混合器(110)，在其中将氯化铝水合物与氧化铝混合，并且分解反应器(120)是流化床反应器。16.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，将所述分解反应器(120)设计成使得它能够将材料加热到第一温度，同时将煅烧反应器(130)设计成将材料加热到高于第一温度的第二温度。
技术总结
本发明涉及一种用于将氯化铝水合物热转化成氧化铝和气态氯化氢的方法及其相关设备。在第一步中，将氯化铝水合物加入分解反应器中，在其中将它加热至120-400℃之间的温度。然后，将部分分解的氯化铝水合物在第二反应器中以850至1200℃的温度煅烧成氧化铝。在强力混合器中将氯化铝水合物与氧化铝以1：1和10：1之间的氯化铝水合物与氧化铝的质量比进行混合，用于使用流化床反应器作为分解反应器。用于使用流化床反应器作为分解反应器。用于使用流化床反应器作为分解反应器。
技术研发人员：A
受保护的技术使用者：美卓奥图泰芬兰有限公司
技术研发日：2019.06.07
技术公布日：2022/4/12
声明：
“氯化铝水合物热分解成氧化铝的方法和设备与流程” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：美卓奥图泰芬兰有限公司
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2024年12月06日 ~ 08日 
