專利名稱:由金屬化合物制備金屬氧化物的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種由金屬化合物、具體為金屬氫氧化物制備如金屬氧化物的方法，其中金屬化合物在反應(yīng)器中煅燒成金屬氧化物，其中所述方法產(chǎn)生的廢氣含例如大于30％的水蒸汽，本發(fā)明還涉及相應(yīng)的裝置。
背景技術(shù)：
由氫氧化鋁產(chǎn)生鋁氧化物(氧化鋁)的這種方法見專利EP 0 861208 B1，該方法使用循環(huán)流化床，其中氫氧化鋁首先在幾個(gè)預(yù)熱段干燥、部分煅燒并以預(yù)熱狀態(tài)引入流化床反應(yīng)器，在其中生成氧化鋁。流化床反應(yīng)器內(nèi)的燃燒期間產(chǎn)生的流化床反應(yīng)器廢氣被送到預(yù)熱段，以利用其熱量。
特別是在干旱地區(qū)，提供這種過程中使用的水很困難，也很昂貴，例如，為各種目的如為上游瀝濾和/或洗滌產(chǎn)生鋁土礦的Bayer方法。例如金屬氫氧化物通常作為濾餅提供，該濾餅必須用大量清潔的工藝水進(jìn)行洗滌。
由EP 1 063 472 A1可知一種冷卻燃料燃燒產(chǎn)生的廢氣的方法。該廢氣最初在冷凝器中冷卻形成冷凝液，然后在換熱器中進(jìn)一步冷卻，以使廢氣被充分利用。冷凝液直接排放到污水系統(tǒng)。因此，該冷凝液不能在裝置中用作工藝水。

發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明的目的在于提供例如用于煅燒金屬化合物以優(yōu)化使用水資源和熱能的方法和裝置。
根據(jù)本發(fā)明，通過使用上述方法實(shí)現(xiàn)該目的。其中，反應(yīng)器和/或設(shè)在反應(yīng)器上游的預(yù)熱段的廢氣在至少一個(gè)換熱器中被冷凝，生成用于所述方法的冷凝水。因此，通過重新使用裝置廢氣中水蒸汽所形成的冷凝水，可以減少本發(fā)明方法中新鮮水的用量。因此，特別是在水資源貧乏和/或供水成本高的地區(qū)，通過避免使用大量新鮮水，可以降低水的消耗量。另外，通過將廢氣中水蒸汽冷凝成水而在換熱器中利用熱能。
盡管是參考用于金屬化合物煅燒的方法和裝置描述了本發(fā)明，但應(yīng)該理解本發(fā)明的從廢氣水蒸汽中回收水的概念可以用于廢氣具有高含量水蒸汽(例如水蒸汽含量大于30％)的不同方法或裝置。如本發(fā)明的概念可以應(yīng)用于后續(xù)處理之前的一般煅燒過程，如用于干燥晶體、瀝濾殘?jiān)?、生物質(zhì)或燃燒氫或生物質(zhì)的過程，均在本發(fā)明的范圍內(nèi)。所描述的方法可以在常壓下操作，但也可以在低于1巴的低壓和約1-50巴的更高壓下操作。在根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行處理之前，也可能降低氣體壓力或壓縮含水蒸汽的氣體。
根據(jù)本發(fā)明思想的優(yōu)選實(shí)施方案，建議在第一換熱器內(nèi)將反應(yīng)器的廢氣冷卻至高于水蒸汽露點(diǎn)的溫度，優(yōu)選至約110℃，并在第二換熱器內(nèi)，優(yōu)選急冷器或噴淋冷卻器，進(jìn)一步將廢氣冷卻至低于水蒸汽露點(diǎn)的溫度，優(yōu)選至約60-90℃，如至約80℃。反應(yīng)器和/或換熱器的廢氣可含40-100％的水蒸汽，優(yōu)選為約60-100％水蒸汽，通常為約60-80％水蒸汽，更優(yōu)選為80-100％，常壓下水蒸汽的露點(diǎn)優(yōu)選為75-85℃。第一換熱器可以為同流換熱器或交流換熱器，其中第二換熱器的廢氣被重新加熱至優(yōu)選約145℃的溫度，從而可以避免廢氣在煙囪中或直接在煙囪上方發(fā)生冷凝。作為替代方案，廢氣可以用燃燒器、添加干空氣和/或添加預(yù)熱的空氣(重新)加熱。
為了保證冷凝水具有足夠的純度以重新用于過濾等過程，冷凝水和/或冷凝水與噴淋冷卻器的冷卻水優(yōu)選通過引入空氣或氣體射流進(jìn)行汽提，以降低冷凝水中的CO2和/或SO2含量。但如果CO2和/或SO2含量足夠低而可以直接將冷凝水用于洗滌氫氧化物過濾器，則氣提過程可以省略。氣提過程的必要性取決于所使用的燃料。
在隨后使用冷凝水之前，水可以經(jīng)過凈化或提純過程，如離子交換或物理處理。這種方法可以包括過濾階段中的水處理，該過濾階段具有由氫氧化鋁、氧化鋁、活性碳等制成的過濾器。另外，凈化或提純過程可以包括生物或化學(xué)凈化處理，如H2O2氧化、沉淀等。作為附加或替代步驟，可以使用物理或其它處理，如用紫外線、X-射線、電子等照射，或如磁場(chǎng)或磁選、電解、超濾、電泳。在附加或替代步驟中，冷凝水可以用堿性或酸性組分和/或添加物質(zhì)如用于鹽類處理的biozide或輔助物質(zhì)進(jìn)行中和或調(diào)整pH值。
至少部分冷凝水可以用作換熱器、優(yōu)選流化床冷卻器的冷卻劑。在流化床冷卻器中，冷凝水可以加熱至適合下游輸送裝置如氫氧化物過濾裝置的溫度，優(yōu)選至約80℃。而最后冷卻步驟需要冷卻水，通過間接傳熱給冷凝水，也可以用冷凝水將氧化鋁冷卻至約120℃的中間溫度，同時(shí)冷凝水也可被加熱至90-100℃之間的溫度，因此提供了由氧化鋁冷卻過程的最佳可能的能量回收，并降低了預(yù)熱過濾器洗滌水的蒸汽需求量。離開冷卻器后，加熱的冷凝水可以用作氫氧化物過濾的洗滌水。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方案，至少部分冷凝水用作換熱器、優(yōu)選逆流冷卻器的冷卻劑，其中反應(yīng)器的廢氣也被進(jìn)一步冷卻。逆流換熱器位于所述換熱器的下游和第二換熱器的上游，第二換熱器優(yōu)選為急冷器或噴淋冷卻器。廢氣冷卻至約90℃，但高于水蒸汽冷凝溫度，而冷凝水在單獨(dú)的換熱器中進(jìn)一步被加熱至約95℃。因此，反應(yīng)器的廢氣可以在三個(gè)冷卻段中冷卻可以是同流換熱器的第一換熱器，使用冷凝水作為冷卻劑的冷卻段，和優(yōu)選為噴淋冷卻器的第三換熱器，以將廢氣的溫度降低至水蒸汽露點(diǎn)以下。因此，噴淋冷卻器的冷卻容量可以降低，從而用來冷卻噴淋冷卻器冷卻劑的空氣冷卻器的冷卻面積也可以減少。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方案，來自反應(yīng)器的含水蒸汽的廢氣通過換熱器如同流換熱器和交流換熱器被冷卻至低于廢氣露點(diǎn)的溫度。該冷卻可以利用環(huán)境空氣或其它適合的換熱介質(zhì)進(jìn)行。在此換熱器中，水由氣體冷凝，并可進(jìn)一步用于處理。
根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方案，廢氣可以在第一步驟用傳熱介質(zhì)冷卻，以獲得更高價(jià)值的如用于產(chǎn)生低壓蒸汽或發(fā)電的能量。在后續(xù)步驟中，可以通過一個(gè)或多個(gè)熱泵和/或前面提到的其它換熱器進(jìn)行冷卻。
根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方案，廢氣可以在第一步驟中用熱泵或隨后幾個(gè)具有不同溫度的熱泵冷卻，以獲得更高價(jià)值的如用于產(chǎn)生低壓蒸汽或發(fā)電的能量。在這些熱泵中，沒有或幾乎沒有水蒸汽冷凝。使廢氣低于露點(diǎn)的進(jìn)一步冷卻可以通過前面提到的換熱器進(jìn)行。
在另一優(yōu)選實(shí)施方案中，第二換熱器，如使用噴淋冷卻器或逆流冷卻器，其冷凝氣體中的另一部分水蒸汽。該第二冷凝水一般比第一換熱器的冷凝水純度更高，其可以與第一冷凝水混合或單獨(dú)用于其它過程。
在本發(fā)明每種實(shí)施方案中，可以使用一個(gè)或多個(gè)換熱器，其冷凝出多部分具有不同純度的水，并將不同的冷凝水用于不同的目的。特別是在具有三個(gè)換熱器的實(shí)施方案中，其可能在第二換熱器中冷凝一部分水蒸汽，而在第三換熱器中冷凝另一部分水蒸汽。
作為由反應(yīng)器廢氣產(chǎn)生冷凝水的附加或替代方案，冷凝水可以由設(shè)置在所述反應(yīng)器上游的預(yù)熱或干燥段的廢氣產(chǎn)生。該預(yù)熱或干燥段可以是流化床換熱器，其通過預(yù)熱和干燥段內(nèi)的噴嘴格柵引入氣體和氣體混合物如空氣或水蒸汽，以干燥和流化氫氧化物，這樣水被蒸發(fā)，并與廢氣一起從預(yù)熱或干燥段排出。由于該預(yù)熱或干燥段廢氣中水的百分比可以為約60-100％，水蒸汽可以用比上述方法小的換熱面積冷凝。作為本優(yōu)選實(shí)施方案的附加益處，由于氫氧化物被干燥和預(yù)熱，煅燒過程的能耗可以降低。作為一個(gè)實(shí)例，澳大利亞專利585156B(EP0245751)中描述的氫氧化鋁的加熱和煅燒方法可通過本發(fā)明進(jìn)行改進(jìn)。另外，煅燒反應(yīng)器的廢氣溫度可以提高，以允許使用進(jìn)一步的預(yù)熱段用于煅燒裝置中的氫氧化物。因此，整個(gè)裝置的能量消耗率可以進(jìn)一步降低。
隨著本發(fā)明思想的進(jìn)展，建議將預(yù)熱或干燥段的廢氣加入至少一個(gè)換熱器，優(yōu)選為逆流冷卻器，其中將預(yù)熱段的廢氣冷卻至低于水蒸汽露點(diǎn)的溫度，從而使至少部分水蒸汽被冷凝。在該換熱器中，用于氫氧化物過濾的工藝水可以用作冷卻劑，其在換熱器中被加熱至約95℃。作為用于鍋爐裝置的可加熱至約60℃的替代鍋爐給水，可以被加熱的氫氧化物或其它合適的材料可以用作冷卻劑如傳熱介質(zhì)。然后預(yù)熱或干燥段的廢氣可以加入廢氣凈化段，優(yōu)選為靜電過濾器和/或袋式過濾器，其也可以是主過程的一部分。
應(yīng)該注意到根據(jù)本發(fā)明，在上述任一實(shí)施方案中，至少一個(gè)熱泵可用于替代換熱器或除換熱器之外使用，例如冷卻氣體和/或加熱水至所需溫度。熱泵還可以用于產(chǎn)生低壓蒸汽或發(fā)電以充分利用水蒸汽和/或熱氣體。另外，可以用幾個(gè)換熱器替代一個(gè)換熱器。
利用本發(fā)明的方法，各種金屬氫氧化物都可以進(jìn)行有效熱處理，以產(chǎn)生特定的金屬氧化物。本方法和裝置特別適用于通過煅燒氫氧化鋁制備鋁氧化物(氧化鋁)和/或通過煅燒氫氧化鎂制備鎂氧化物(氧化鎂)。
特別適于實(shí)施上述方法的本發(fā)明裝置具有反應(yīng)器，在其中產(chǎn)生含水蒸汽的氣體，例如用于濕氫氧化物、生物質(zhì)的干燥段或用于煅燒金屬氫氧化物成金屬氧化物的階段。所述反應(yīng)器和設(shè)置在所述反應(yīng)器上游的預(yù)熱段具有與至少一個(gè)換熱器相連的廢氣通道，該換熱器用于將廢氣冷卻至低于水蒸汽露點(diǎn)的溫度，其中換熱器具有通道與用于在過程中再次引入冷凝水的裝置相連。換句話說，所述通道再次引入冷凝水以進(jìn)一步利用，如作為鍋爐給水引入鍋爐裝置，或作為工藝水引入過濾裝置。因此，該裝置新鮮水的消耗可以減少，這在干旱地區(qū)是特別有益的。同時(shí)廢氣可以得到有效利用。
在優(yōu)選實(shí)施方案中，在煅燒過程第一預(yù)干燥段進(jìn)入的氫氧化物表面濕度降低。這導(dǎo)致了更高的廢氣溫度，其可以用于進(jìn)一步降低裝置的能量消耗率。因此，可在此過程中引入另一預(yù)干燥段，以調(diào)節(jié)廢氣溫度，并預(yù)熱氫氧化鋁。
為了提供可靠的廢氣冷卻，反應(yīng)器的廢氣通道與第一冷卻段相連，該第一冷卻段優(yōu)選為同流換熱器或交流換熱器，其與另一冷卻段相連，該另一冷卻器優(yōu)選為噴淋冷卻器，其與過程中用于重新引入冷凝水的管道相連。作為替代方案，反應(yīng)器的廢氣通道可與第一冷卻段相連，該第一冷卻段優(yōu)選為同流換熱器，其與第二冷卻段相連，該第二冷卻段與另一冷卻段相連，另一冷卻段優(yōu)選為噴淋冷卻器，其與重新引入冷凝水作為冷卻段冷卻劑的管道相連。
根據(jù)優(yōu)選實(shí)施方案，冷凝水管道從換熱器通到流化床冷卻器，該流化床冷卻器用于加熱過濾用的冷凝水，同時(shí)冷卻金屬氧化物。因此，從反應(yīng)器排出的熱的氧化物可以被冷卻，而在另一階段，在過濾裝置中氫氧化物可以用冷凝水洗滌。另外，可以在流化床冷卻器上游和換熱器下游設(shè)置汽提器，以降低冷凝水中CO2和/或SO2的含量。根據(jù)另一實(shí)施方案，替代汽提器或除汽提器之外，還可使用水凈化段。該冷凝水凈化段可以提供化學(xué)、生物、機(jī)械或其它處理。
為了使廢氣中的水蒸汽有效冷凝，用于冷凝水和/或冷卻水的另一管道從換熱器經(jīng)由泵和冷卻段(優(yōu)選空氣冷卻器)通至換熱器的冷卻劑入口。優(yōu)選地，在所述換熱器中設(shè)有集霧器。
根據(jù)本發(fā)明，廢氣管道從噴淋冷卻器通到同流換熱器，在同流換熱器或交流換熱器內(nèi)使用來自噴淋冷卻器的廢氣作為冷卻劑。除了冷卻反應(yīng)器的廢氣外，本裝置還有一大優(yōu)點(diǎn)，即加熱來自噴淋冷卻器的廢氣以減少廢氣在煙囪中或直接在煙囪上方的冷凝。該加熱也可以通過至煙囪而不經(jīng)過具有同流換熱器或交流換熱器的冷凝設(shè)備的廢氣旁通管道來進(jìn)行。這還可以通過在煙囪中或煙囪上游提供燃燒器以加熱廢氣來實(shí)現(xiàn)，或使廢氣與來自空氣冷卻器的熱空氣或干燥空氣混合來實(shí)現(xiàn)。
如果發(fā)明裝置有三個(gè)用于冷卻反應(yīng)器廢氣的冷卻段，則優(yōu)選冷凝水管道從第二冷卻段通到設(shè)在反應(yīng)器下流的氫氧化物過濾段。因此，冷凝水不僅可以用于冷卻反應(yīng)器廢氣，還可以用于氫氧化物過濾段。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，在反應(yīng)器上游設(shè)置流化床換熱器，用來預(yù)熱和干燥氫氧化物，其中換熱器的廢氣管道通到另一換熱器，該另一換熱器用使用氫氧化物過濾用的工藝水作為冷卻劑。在該換熱器中，來自流化床的尾氣被冷凝。該換熱器的廢氣管道可以與廢氣凈化段相連，優(yōu)選為靜電過濾器或袋式過濾器。
應(yīng)用本發(fā)明的開發(fā)、優(yōu)勢(shì)和可行性還可以從以下對(duì)實(shí)施方案的描述和附圖中得到。所有描述和/或例舉的特征本身或任意組合形成了本發(fā)明的主題，這獨(dú)立于它們?cè)?b>權(quán)利要求
書中的出現(xiàn)或它們的反向參考文獻(xiàn)。
圖1給出了本發(fā)明第一實(shí)施方案的方法和裝置的工藝流程圖；圖2給出了本發(fā)明第二實(shí)施方案的方法和裝置的工藝流程圖；圖3給出了本發(fā)明第三實(shí)施方案的方法和裝置的工藝流程圖；圖4給出了本發(fā)明第四實(shí)施方案的方法和裝置的工藝流程圖；圖5給出了本發(fā)明第五實(shí)施方案的方法和裝置的工藝流程圖。
具體實(shí)施方式為煅燒如氫氧化鋁或氫氧化鎂之類的金屬氫氧化物，圖1所示的裝置1具有反應(yīng)器2。所述反應(yīng)器2的廢氣經(jīng)由作為第一冷卻段的同流換熱器或交流換熱器4中的管道3進(jìn)料。
離開同流換熱器4后，反應(yīng)器2的廢氣進(jìn)料入構(gòu)成廢氣另一冷卻段的噴淋冷卻器5。在所述噴淋冷卻器中，廢氣被冷卻至低于水蒸汽露點(diǎn)的溫度，以生成冷凝水。在噴淋冷卻器5中，位于噴淋冷卻器下游的汽提器6的廢氣被引入冷凝水通道。噴淋冷卻器的廢氣作為冷卻劑引入同流換熱器4。因此，噴淋冷卻器的廢氣在經(jīng)由煙囪7排出之前被(重新)加熱。廢氣的加熱避免了在煙囪中出現(xiàn)可見煙流。這可以通過在煙囪中安裝燃燒器19、或通過加入來自空氣冷卻器9的加熱氣體21、或通過加入來自環(huán)境的環(huán)境空氣20得以進(jìn)一步保證。
在汽提器6中引入環(huán)境空氣或其它氣體，以降低冷凝水中CO2和/或SO2的含量。汽提器6的安裝需求由加入反應(yīng)器2的燃料決定。在所述汽提器6的下游，冷凝水的凈總量經(jīng)由調(diào)節(jié)水pH值的水處理段31，作為冷卻劑加入流化床換熱器18。在噴淋冷卻器5中用作冷卻劑的水經(jīng)由泵8和冷卻段重新引入噴淋冷卻器，該冷卻段在圖1中為空氣冷卻器9。在噴淋冷卻器5中設(shè)有集霧器10。
在流化床換熱器18中設(shè)有流化床，其中熱金屬氧化物如氧化鋁或氧化鎂經(jīng)由管線24從反應(yīng)器2引入。可以在管線24中設(shè)置預(yù)冷卻段(未示出)。金屬氧化物在流化床換熱器18中被冷卻。同時(shí)冷凝水在換熱器中被加熱至適合氫氧化物過濾或適合作為鍋爐給水的溫度。離開流化床換熱器18后，冷凝水可以用作氫氧化物過濾的洗滌劑。作為換熱器9的替代方案，可以使用熱泵冷卻噴淋冷卻器中使用的循環(huán)水，并為預(yù)熱換熱器18中使用的水供熱。
反應(yīng)器2配有氫氧化物25、燃料29和燃燒氣體30的供應(yīng)管線。燃燒氣體30可被預(yù)熱，例如在氧化鋁冷卻設(shè)備(換熱器)或其它設(shè)備中預(yù)熱。用于流化床冷卻器18的流化氣體32也可以用作燃燒氣體，因此可以被引入反應(yīng)器2。換句話說，流化床換熱器18的廢氣可以作為預(yù)熱的燃燒空氣經(jīng)由管線30引入反應(yīng)器2。
現(xiàn)在參考圖2，其中描述的裝置1′與圖1所示裝置1的不同之處在于，在同流換熱器或交流換熱器4與噴淋冷卻器5之間設(shè)置了另一冷卻段11。在為逆流冷卻器的第二冷卻段11中，來自反應(yīng)器2的廢氣被進(jìn)一步冷卻至高于水蒸汽露點(diǎn)的溫度。因此，在反應(yīng)器2的廢氣在噴淋冷卻器5中進(jìn)一步冷卻至低于水蒸汽露點(diǎn)的溫度之后，生成了冷凝水。
在離開噴淋冷卻器5和任選的汽提器6之后，冷凝水的凈總量在第二冷卻段11用作冷卻劑。在逆流冷卻器11下游，冷凝水可以進(jìn)一步被加熱，并用作氫氧化物過濾的洗滌劑。優(yōu)選地，如針對(duì)圖1所述，冷凝水在流化床冷卻器中被加熱。在該實(shí)施方案中，同流換熱器4和/或換熱器11可以用熱泵取代，以產(chǎn)生更高級(jí)如用于發(fā)電的能量。
作為上述產(chǎn)生冷凝水的附加或替代方案，冷凝水可以在圖3中所示的預(yù)熱段12中產(chǎn)生。所述預(yù)熱段12包括設(shè)在反應(yīng)器2上游用于加熱和干燥氫氧化物的流化床換熱器13。在所述流化床換熱器13中，經(jīng)由管線25引入的氫氧化物通過如圖3箭頭32所示引入空氣、水蒸汽或氣體流化。另外，氫氧化物被設(shè)在流化床換熱器13中的管式、板式或管束式換熱器加熱。因此，氫氧化物被加熱，生成水蒸汽，該水蒸汽與流化氣體一起經(jīng)由通道14從流化床換熱器13排出。為了控制通道14中水蒸汽的溫度，部分經(jīng)由管線25引入的氫氧化物流可以經(jīng)物流25′旁路通過。換熱器13中使用的傳熱介質(zhì)28如水或油優(yōu)選在流化床冷卻系統(tǒng)26中被加熱，該冷卻系統(tǒng)26設(shè)置在所述反應(yīng)器2的下游，用于冷卻氧化鋁。
在優(yōu)選實(shí)施方案中，所述通道14引導(dǎo)流化床換熱器13的廢氣進(jìn)入另一個(gè)為逆流換熱器的換熱器15中。在該換熱器15中，預(yù)熱段12的廢氣被冷卻至低于水蒸汽露點(diǎn)的溫度，從而冷凝水經(jīng)管道16排出。然后，廢氣經(jīng)由廢氣管線17被引導(dǎo)入廢氣凈化段(未示出)，優(yōu)選為靜電過濾器和/或袋式過濾器。作為冷卻劑，可以使用工藝水如鍋爐給水。作為替代方案，在換熱器15中可以使用空氣作為冷卻劑。通過管道16供應(yīng)的冷凝水可以用作氫氧化物過濾的洗滌水。
干燥并預(yù)熱的氫氧化物經(jīng)由管道24流入第一預(yù)熱段22，也向該第一預(yù)熱段22中引入廢氣。預(yù)熱段22可以包括文丘里干燥器、環(huán)形流化床、氣動(dòng)輸送機(jī)或換熱旋風(fēng)分離器。來自第一預(yù)熱段22的氣體和固體在氣體凈化器23如旋風(fēng)分離器、靜電沉降器和/或袋式過濾器中分離，然后廢氣被導(dǎo)入煙囪7。廢氣優(yōu)選經(jīng)由至少一個(gè)換熱器和/或至少一個(gè)熱泵導(dǎo)入煙囪7，其中使廢氣冷凝生成冷凝水。預(yù)熱的氫氧化物流經(jīng)管道24′進(jìn)入第二預(yù)熱器22′，然后進(jìn)入第二氣體凈化器或分離裝置23′(如旋風(fēng)分離器或靜電沉降器和/或袋式過濾器)，固體由此進(jìn)料至反應(yīng)器2。在反應(yīng)器2中，預(yù)熱的固體被煅燒，然后經(jīng)由另一氣體凈化器23″進(jìn)入裝置的氧化鋁冷卻段26。冷卻的氧化鋁經(jīng)通道27離開裝置。另一氣體凈化器23″的廢氣經(jīng)由通道3″被引入第二預(yù)熱段22′，而第二氣體凈化器23′的廢氣被引入第一預(yù)熱段22。
作為圖3所示實(shí)施方案的替代方案，氫氧化物的預(yù)熱可以在圖4中所示的三個(gè)預(yù)熱段中進(jìn)行。除了干燥段12、具有氣體凈化器23的第一預(yù)熱段22以及具有氣體凈化器23′的第二預(yù)熱段22′，還與第三氣體凈化器23″一起設(shè)置了第三預(yù)熱段22″。
第三預(yù)熱段22″設(shè)置在第二氣體凈化器23′的下游，從而固體經(jīng)由通道24″進(jìn)料至第三預(yù)熱段22″。在第三預(yù)熱段22″的下游設(shè)置了第三氣體凈化器23″，預(yù)熱固體由此被引入反應(yīng)器2。反應(yīng)器2的廢氣和夾帶的固體一起被送入另一氣體凈化器23，廢氣由此經(jīng)管道3被送入第三預(yù)熱段22″。
圖5描述了本發(fā)明的另一實(shí)施方案，其與圖1所示實(shí)施方案的不同之處在于，集霧器10的廢氣經(jīng)由通道14直接進(jìn)入煙囪7。經(jīng)由通道20引入用于預(yù)熱的換熱器4的環(huán)境空氣在換熱器4下游與集霧器10的廢氣混合，以避免在煙囪內(nèi)部或上部形成煙流。冷凝水可以通過任選的汽提器6和/或任選的水處理段31如隔膜污水處理裝置的生物污水處理進(jìn)料。
實(shí)施例1(產(chǎn)生氧化鋁)將預(yù)熱并干燥的氫氧化物引入圖1的反應(yīng)器2中，其中氫氧化鋁煅燒成氧化鋁。熱的氧化鋁經(jīng)由通道24排放到流化床換熱器18中，并被冷卻至約95℃的溫度，而同時(shí)水在換熱器18中被加熱至適合氫氧化物過濾的溫度。
溫度約為162℃且一般含60-95％水蒸汽(優(yōu)選含80-95％水蒸汽)的反應(yīng)器2的廢氣在同流換熱器4中被冷卻至約110℃。該廢氣在噴淋冷卻器5中被進(jìn)一步冷卻至約73℃，即低于水蒸汽露點(diǎn)的溫度，以生成需要量的冷凝水。溫度為約68℃的水作為冷卻劑引入噴淋冷卻器5。噴淋冷卻器可以配有載體材料以改進(jìn)水的分離/冷凝。
噴淋冷卻器5的廢氣在溫度為約73℃時(shí)排出，并作為冷卻劑引入同流換熱器4。在同流換熱器4中，噴淋冷卻器5的廢氣被加熱至約145℃，以避免廢氣在煙囪7中冷凝。
噴淋冷卻器5中產(chǎn)生的冷凝水進(jìn)料入汽提器6中，以通過引入環(huán)境空氣或氣體的射流來降低CO2和/或SO2含量。在所述汽提器6的下游，冷凝水的凈總量進(jìn)料入水處理裝置31，該裝置31用離子交換樹脂凈化冷凝水，并調(diào)整pH值到8。然后凈化水作為冷卻劑進(jìn)料入流化床換熱器18中。在流化床換熱器18中加熱的冷凝水可以用作氫氧化物過濾段的洗滌劑。
來自同流換熱器4的廢氣可以任選與來自空氣冷卻器9的熱空氣或環(huán)境空氣混合，以降低煙囪7中廢氣的露點(diǎn)。另外，該廢氣還可以通過燃燒器19加熱，以避免煙囪上的可見煙流。
實(shí)施例2現(xiàn)在參考圖2，將溫度為約150-170℃和水含量為約40-70vol％(一般為約50-60vol％)的廢氣經(jīng)由通道3引入同流換熱器4。在同流換熱器4中，通過與來自噴淋冷卻器5的廢氣換熱，將廢氣冷卻至約100-130℃的溫度。因此，來自噴淋冷卻器5的廢氣被加熱至約130-150℃的溫度。
然后，在換熱器11中，通過與經(jīng)由泵8引入換熱器11的冷凝水換熱，將在同流換熱器4中冷卻的廢氣進(jìn)一步冷卻至約90-120℃的溫度。因此，所述冷凝水在換熱器中被加熱至約85-95℃的溫度。
來自換熱器11的廢氣被引入噴淋冷卻器5。在噴淋冷卻器5中，該廢氣被冷卻至約70-75℃的露點(diǎn)溫度。在噴淋冷卻器5中，凈冷凝率為約0.18-0.22kg/(Nm3引入同流換熱器4的廢氣)。此外，廢氣中的水含量在噴淋冷卻器5中被脫除至約30-40％(體積)。
來自噴淋冷卻器5的冷凝水的溫度為約80-85℃。冷凝水中的溶解氣體如CO2、SO2或NOx可任選在汽提器6中汽提和/或進(jìn)入水處理裝置。汽提氣流量為約0-0.02Nm3/(Nm3引入同流換熱器4的廢氣)。
進(jìn)入噴淋冷卻器的冷凝水流量為約9-11kg/(Nm3引入同流換熱器4的廢氣)。所述冷凝水在空氣冷卻器9中從約80-85℃的溫度冷卻至比噴淋冷卻器5排放廢氣溫度低約3-6℃的溫度。
來自同流換熱器4的廢氣可任選與來自空氣冷卻器9的熱空氣或環(huán)境空氣混合，以降低煙囪7中廢氣的露點(diǎn)。熱空氣流量可以為約0-1Nm3/(Nm3引入同流換熱器4的廢氣)，所得露點(diǎn)為約75-55℃。另外，廢氣也可通過燃燒器加熱，以避免煙囪處的可見煙流。
實(shí)施例3表面潮濕的氫氧化物(含5-10wt％水分的氫氧化鋁)被引入圖3所示的預(yù)熱段12的流化床換熱器13中。將0-5Nm3/(t氫氧化物)量的氣體、蒸汽或氣體混合物32引入流化床換熱器13的流化床噴嘴格柵中。氫氧化物在預(yù)熱段12被預(yù)熱，從而使溫度為約100-110℃(特別為約103℃)且含大于60％(特別在約90-100％之間)水蒸汽的廢氣經(jīng)由通道14排出。根據(jù)裝置載荷和/或氫氧化物含水量，部分物流可以旁路通過，以達(dá)到要求的排放溫度。
將約0.4-0.6t/(t氫氧化物)水蒸汽和空氣經(jīng)由通道14引入換熱器15。溫度為55℃的工藝水作為冷卻劑經(jīng)由管線33引入換熱器15，并被加熱至約95℃的溫度。通過將預(yù)熱段12的廢氣冷卻至低于水蒸汽露點(diǎn)的溫度，產(chǎn)生溫度為約80-100℃的冷凝水，并經(jīng)由通道16排出。該冷凝水用于氫氧化物過濾階段。經(jīng)由管線17由換熱器15排放的尾氣的溫度可通過改變引入管線33的水量和通道16中冷凝水的流量進(jìn)行控制。
實(shí)施例4含50-90％(體積)(一般含60％(體積))水蒸汽的圖5中反應(yīng)器2的尾氣以162℃的溫度進(jìn)入同流換熱器4，在其中尾氣被冷卻至73℃，在本實(shí)施例中該溫度低于水的露點(diǎn)。該尾氣用環(huán)境空氣20冷卻，該環(huán)境空氣在約35℃下引入同流換熱器，并以約140℃的溫度離開同流換熱器，這可以通過改變經(jīng)同流換熱器鼓入的空氣量進(jìn)行控制。
同流換熱器4中的冷凝水與尾氣分離，然后泵送通過換熱器管束，優(yōu)選在流化床冷卻器18中進(jìn)行，在此用熱的氧化鋁加熱至95℃。然后冷凝水如在氫氧化物過濾(未示出)中用于洗滌目的。
在從尾氣中分離出包含液滴的冷凝水之后，將排放尾氣體與用于冷卻同流換熱器4中尾氣的環(huán)境空氣一起引入煙囪。尾氣離開煙囪的溫度為約80-120℃。由于用環(huán)境空氣稀釋，避免了在煙囪中或直接在煙囪上方發(fā)生廢氣冷凝。
參考標(biāo)記列表1，1′ 裝置2 反應(yīng)器
3 廢氣通道4 同流換熱器5 噴淋冷卻器6 汽提器7 煙囪8 泵9 空氣冷卻器10 集霧器11 第二冷卻段(逆流冷卻器)12 預(yù)熱段13 流化床換熱器14 氣體通道15 換熱器16 液體通道17 廢氣管18 流化床換熱器19 燃燒器20 干空氣入口21 預(yù)熱氣體通道22，22′，22″ 預(yù)熱器23，23′，23″ 氣體凈化器24 固體通道25 氫氧化物入口25′ 旁路流26 氧化鋁冷卻段27 氧化鋁出口28 傳熱介質(zhì)29 燃料入口30 含氧氣體管線
31 水處理段32 流化氣體33 冷的冷凝物(水)流34 熱的冷凝物(水)流35 氧化鋁固體通道36 汽提器氣體通道37 水通道
權(quán)利要求
1.一種方法，具體為由金屬化合物如金屬氫氧化物制備金屬氧化物的方法，其中金屬化合物在反應(yīng)器(2)中煅燒成金屬氧化物，其中所述方法中產(chǎn)生的廢氣含水蒸汽，特征在于所述反應(yīng)器(2)和/或設(shè)置在所述反應(yīng)器(2)上游的預(yù)熱或干燥段(12)的廢氣在至少一個(gè)換熱器(4、5、11；15)中被冷凝，生成用于本方法中的冷凝水。
2.權(quán)利要求
1的方法，特征在于反應(yīng)器(2)的廢氣含大于30％、優(yōu)選為40-60％的水蒸汽，該廢氣在第一換熱器(4)中被冷卻至高于水蒸汽露點(diǎn)的溫度，優(yōu)選至約110℃，然后廢氣在第二換熱器(5)、優(yōu)選急冷器或噴淋冷卻器(5)中被進(jìn)一步冷卻至低于水蒸汽露點(diǎn)的溫度，優(yōu)選至約80℃。
3.權(quán)利要求
1或2的方法，特征在于冷凝水和/或冷凝水與噴淋冷卻器(5)的冷卻水一起經(jīng)過汽提過程，通過引入空氣或氣體射流以降低冷凝水中CO2和/或SO2或其它雜質(zhì)的含量。
4.前述權(quán)利要求
任一項(xiàng)的方法，特征在于在本方法中隨后重新應(yīng)用冷凝水之前，對(duì)水進(jìn)行凈化和提純過程。
5.前述權(quán)利要求
任一項(xiàng)的方法，特征在于至少部分冷凝水作為冷卻劑加入換熱器，優(yōu)選加入流化床換熱器(18)。
6.權(quán)利要求
4的方法，特征在于在流化床換熱器(18)中，金屬氧化物優(yōu)選冷卻至約95℃，而冷凝水被加熱至適合氫氧化物過濾的溫度，優(yōu)選至約80℃。
7.權(quán)利要求
1-5任一項(xiàng)的方法，特征在于至少部分冷凝水作為冷卻劑加入換熱器，優(yōu)選為逆流冷卻器(11)，其中反應(yīng)器(2)的廢氣被冷卻。
8.前述權(quán)利要求
任一項(xiàng)的方法，特征在于在設(shè)置于所述反應(yīng)器(2)上游的預(yù)熱或干燥段(12)(優(yōu)選為流化床換熱器(13))中，通過在預(yù)熱或干燥段(12)中引入氣體或氣體混合物而加熱并流化氫氧化物，以使水蒸發(fā)，并與來自預(yù)熱或干燥段(12)的廢氣一起排出。
9.權(quán)利要求
8的方法，特征在于預(yù)熱段(12)的廢氣中水的百分含量在約60-100％之間。
10.權(quán)利要求
8或9的方法，特征在于將預(yù)熱或干燥段(12)的廢氣進(jìn)料入換熱器，優(yōu)選為逆流冷卻器(15)，其中預(yù)熱或干燥段(12)的廢氣被冷卻至低于水蒸汽露點(diǎn)的溫度，以使至少大部分水蒸汽被冷凝。
11.權(quán)利要求
8-10任一項(xiàng)的方法，特征在于氫氧化物過濾用的工藝水被用作換熱器(15)的冷卻劑，并且該工藝水在換熱器(15)中被加熱至約95℃。
12.權(quán)利要求
8-11任一項(xiàng)的方法，特征在于預(yù)熱段(12)的廢氣被送入廢氣凈化段，優(yōu)選為靜電過濾器或袋式過濾器。
13.權(quán)利要求
1-12任一項(xiàng)的方法，特征在于廢氣被冷凝之后被(再)加熱，以避免在煙囪(7)出現(xiàn)可見煙流。
14.權(quán)利要求
13的方法，特征在于廢氣通過燃燒器(19)、通過加入干空氣(20)和/或通過加入預(yù)熱空氣(21)被(再)加熱。
15.權(quán)利要求
12的方法，特征在于氫氧化鋁或氫氧化鎂作為原料供應(yīng)到反應(yīng)器(2)，并在反應(yīng)器(2)中分別煅燒成鋁氧化物(氧化鋁)和鎂氧化物(氧化鎂)。
16.實(shí)施權(quán)利要求
1-15任一項(xiàng)的方法的裝置，其包括至少一個(gè)反應(yīng)器(2)和/或至少一個(gè)預(yù)熱段(12)，對(duì)其構(gòu)造以生成含水蒸汽的廢氣，另外還包括至少一個(gè)換熱器，特征在于所述反應(yīng)器(2)和/或設(shè)在所述反應(yīng)器(2)上游的所述預(yù)熱段(12)具有與換熱器(4、5、11；15)相連的廢氣通道(3；14)，以將廢氣冷卻至低于水蒸汽露點(diǎn)的溫度，并且換熱器(4、5、11；15)具有與裝置(1，1′)相連的通道(16)，以在過程中重新引入冷凝水。
17.權(quán)利要求
16的裝置，特征在于反應(yīng)器(2)的廢氣通道(3)與優(yōu)選為同流換熱器(4)或交流換熱器的第一冷卻段相連，該第一冷卻段與優(yōu)選為噴淋冷卻器(5)的另一冷卻段相連，該另一冷卻段與在過程中重新引入冷凝水的通道相連。
18.權(quán)利要求
16-17任一項(xiàng)的裝置，特征在于冷凝水通道從換熱器(5)通向冷卻金屬氧化物和/或加熱冷凝水的流化床換熱器(18)，該換熱器(18)設(shè)在氫氧化物過濾段的上游和反應(yīng)器(2)的下游。
19.權(quán)利要求
18的裝置，特征在于汽提器(6)和/或凈化段(31)設(shè)在流化床換熱器(18)的上游和用于產(chǎn)生冷凝水的換熱器(5)的下游。
20.權(quán)利要求
16-19任一項(xiàng)的裝置，特征在于冷凝水的另一通道從用于產(chǎn)生冷凝水的換熱器(5)經(jīng)由泵(8)和冷卻段(優(yōu)選空氣冷卻器(9))通向所述換熱器(5)的冷卻劑入口。
21.權(quán)利要求
16-20任一項(xiàng)的裝置，特征在于集霧器(10)設(shè)置在用于冷卻反應(yīng)器(2)的廢氣的換熱器(5)中。
22.權(quán)利要求
17-21任一項(xiàng)的裝置，特征在于廢氣管道從噴淋冷卻器(5)通向同流換熱器(4)或交流換熱器，在同流換熱器(4)或交流換熱器中使用來自噴淋冷卻器(5)的廢氣作為冷卻劑。
23.權(quán)利要求
16的裝置，特征在于反應(yīng)器(2)的廢氣通道(3)與優(yōu)選為同流換熱器(4)的第一冷卻段相連，該第一冷卻段與第二冷卻段(11)相連，第二冷卻段(11)與優(yōu)選為噴淋冷卻器(5)的另一冷卻段相連，該另一冷卻段與在第二冷卻段(11)中重新引入用作冷卻劑的冷凝水的通道相連。
24.權(quán)利要求
23的裝置，特征在于冷凝水通道從第二冷卻段(11)通向設(shè)在反應(yīng)器(2)下游的氫氧化物過濾段。
25.權(quán)利要求
16的裝置，特征在于預(yù)熱段(12)的流化床換熱器(13)設(shè)在用于加熱氫氧化物的所述反應(yīng)器(2)的上游，且該換熱器(13)的廢氣管(14)通向另一換熱器(15)，該換熱器(15)使用氫氧化物過濾用工藝水作為冷卻劑。
26.權(quán)利要求
25的裝置，特征在于換熱器(15)的廢氣管(17)通向廢氣凈化段，優(yōu)選為靜電過濾器或袋式過濾器。
27.權(quán)利要求
16-26任一項(xiàng)的裝置，特征在于煙囪(7)設(shè)有用于(再)加熱廢氣的燃燒器。
專利摘要
本發(fā)明涉及具體由金屬化合物如金屬氫氧化物制備金屬氧化物的方法及裝置(1，1′)，其中金屬化合物在反應(yīng)器(2)中煅燒成金屬氧化物。為了改進(jìn)能量的利用和減少過程中引入的新鮮水的量，所述反應(yīng)器(2)和/或設(shè)置在所述反應(yīng)器(2)上游的預(yù)熱段(12)的廢氣在換熱器(4、5、11；5)中被冷凝，生成用于本方法中的冷凝水。
文檔編號(hào)C01F5/08GK1990384SQ200610162840
公開日2007年7月4日 申請(qǐng)日期2006年11月24日
發(fā)明者M·米扎拉, M·施特勒德, G·施奈德, R·布里格, W·施托克豪森, B·克斯廷斯 申請(qǐng)人:奧托昆普技術(shù)公開有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan