[发明专利]一种具有烟气式冷凝系统的真空炉装置

说明书

技术领域

本发明属于制备金属铝的装置领域，尤其涉及一种具有烟气式冷凝系统的真空炉装置及系统。

背景技术

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的炼铝装置，成为目前急需解决的难题。

发明内容

针对现有技术中存在的上述难题，本发明提供了一种具有烟气式冷凝系统的真空炉装置，通过采用蓄热式燃气加热装置，取代了现有技术中的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；充分利用高温烟气的热量，首先，利用蓄热室来回收高温烟气的烟气余热，然后，利用蓄热室排出的部分烟气作为热源对所述AlCl₃升华罐进行加热处理，利用蓄热室排出的部分烟气作为冷却介质对金属铝冷凝罐进行冷却处理，综合利用高温烟气余热，提高能源利用率；通过将产物金属铝与产物三氯化铝分别收集，提高了金属铝的收率以及金属铝的纯度；通过采用蓄热式燃烧方式，环状加热，反应室内温度均匀，有利于还原反应的发生。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

本发明提供了一种具有烟气式冷凝系统的真空炉装置，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，助燃风与燃气通过蓄热室预热后进入燃烧室进行燃烧，为反应提供热量；所述反应系统包括反应室和AlCl₃升华罐，其中，所述反应室的周围环绕布置有所述燃烧室；所述AlCl₃升华罐与所述蓄热室的烟气出口连接，用于将燃烧产生的高温烟气经蓄热室回收热量后排出的一部分烟气，作为所述AlCl₃升华罐的热源对其加热处理；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，所述金属铝冷凝罐的产物入口与所述反应室连通，所述AlCl₃冷凝罐的产物入口与所述金属铝冷凝罐的产物出口连接；所述金属铝冷凝罐与所述蓄热室连接，用于将蓄热室内回收热量后的另一部分烟气作为冷却介质对所述金属铝冷凝罐进行冷却处理并维持温度；所述真空系统与所述AlCl₃冷凝罐的产物出口相接，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。

发明人发现，本发明提供了一种具有烟气式冷凝系统的真空炉装置，通过采用蓄热式燃气加热装置，取代了现有技术中的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；充分利用高温烟气的热量，首先，利用蓄热室来回收高温烟气的烟气余热，然后，利用蓄热室排出的部分烟气作为热源对所述AlCl₃升华罐进行加热处理，利用蓄热室排出的部分烟气作为冷却介质对金属铝冷凝罐进行冷却处理，综合利用高温烟气余热，提高能源利用率；通过将产物金属铝与产物三氯化铝分别收集，提高了金属铝的收率以及金属铝的纯度；通过采用蓄热式燃烧方式，环状加热，反应室内温度均匀，有利于还原反应的发生。