[发明专利]一种连续炼铝装置

说明书

技术领域

本发明属于制备金属铝的装置领域，尤其涉及一种蓄热式燃气加热的连续制备金属铝的装置及系统。

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、连续进料的炼铝装置，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，本发明采用的技术方案为：

本发明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。

发明人发现，本发明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。

根据本发明的具体实施例，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。

根据本发明的具体实施例，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。

根据本发明的具体实施例，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。

根据本发明的具体实施例，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。