提高氧化铝生产中蒸发效率的方法.pdf

本发明属于氧化铝生产的蒸发技术。是采用拜尔法，特别是采用拜尔-烧结联合法生产氧化铝，蒸发含碳酸钠、硫酸钠和二氧化硅等有害杂质均较多的种分母液时，预防蒸发器加热管结垢，提高蒸发效率的方法。
    中国专利局1986年11月12日公布的，发明专利说明书CN85103681A公开了一种氧化铝生产中预防蒸发器加热管结垢的方法。该方法采用了五效外加热式管外沸腾强制循环蒸发器和错流加料流程，及在蒸发器的料液中添加硅渣（Na₂O.Al₂O₃.1.7SiO₂.nH₂O）品种，以预防加热管内壁结垢。该方法是利用碳酸钠和硫酸钠在铝酸钠溶液中的过饱和介稳性能很弱的特点，使料液的沸腾区从蒸发器的加热室内移至加热室外，就可达到预防加热管内壁生成碳酸钠和硫酸钠结垢的目的。其办法是在蒸发器的加热室上管板以上至蒸发室的操作液面之间（通过上循环管），保持一个液柱高度H，此液柱（实际是汽液混合物）高度H所产生的静压力，只要大于加热管出口处管内壁滞留内层中的料液温度所对应的饱和蒸汽压力，就可将沸腾区引出加热室外，实现管外沸腾。该方法在蒸发过程中，又利用料液中析出的硅渣结晶对其晶种的亲和力，大于对金属加热管壁的亲和力的原理，在料液中添加10～40克/升的硅渣晶种，使蒸发过程中不断析出的硅渣结晶优先附着在硅渣晶种的表面上，以达到预防或大大减轻加热管壁生成硅渣结垢的目的。该方法还采用强制循环代替自然循环，以加大加热管内的料液流速，为减缓加热管结垢，提高传热效率和实现五效操作，从而为大幅度地降低能耗和成本创造条件。在我国新建氧化铝厂的蒸发车间，如采用上述技术，可获得显著的节能效果和经济效益。

    但采用添加硅渣晶种预防加热管产生硅渣结垢，必须使硅渣晶种循环使用，而欲使硅渣晶种循环使用，必须选择合适的液固分离方法，使硅渣晶种与蒸发母液分开。由于本发明的蒸发母液中含硅渣晶种量很少（液固重量比约为100～500），粒度很细（平均直径约为20微米左右），且蒸发母液的粘度较大，上述技术是采用氧化铝厂蒸发车间传统的办法，即采用沉降槽作分离设备，沉降槽底流再经真空过滤机过滤的方法来分离硅渣晶种，技术上是行不通的。如不改变液固分离方法，则会因沉降槽不能正常操作，硅渣晶种不能循环使用，导致添加硅渣晶种的防垢技术无法实现，从而大大降低蒸发效率。

    其次，氧化铝厂的种分母液中含二氧化硅量为0.4～0.5克/升，在蒸发过程中按蒸发母液计算，仅析出二氧化硅0.05～0.15克/升，折合成硅渣仅为0.15～0.45克/升，上述技术采用添加10～40克/升的硅渣晶种，实嫌太多，不但增大辅助设施的投资和浪费动力，且给操作管理带来不必要的麻烦。

    此外，上述技术每组须设五台蒸发器，设备投资较多，公用和辅助设施也较庞大，对某些老厂改造，因受厂区总平面布置和蒸发车间的厂房建筑等原有条件的限制，只能采用四效蒸发器组。有的地区能源供应条件好，为节约基建投资，也可采用四效蒸发器组。这样上述技术的五效蒸发器组就不适用。

    鉴于上述已有技术存在的问题，为满足我国氧化铝厂改造和发展的需要，本发明的目的是提供一种经济且简便易行，既适于老厂改造，又适于新建厂采用的提高氧化铝生产中蒸发效率的方法。

    本发明的任务是通过下述方案来实现的。

    本发明采用外加热式管外沸腾强制循环蒸发器和多效错流加料流程，以及在蒸发料液中添加硅渣晶种的发明构思，均与CN85103681A发明专利说明书所叙述的相同。所不同的是，本发明提出了以下几条新的技术方案。

    1.采用加压过滤方法代替上述技术的沉降槽和真空过滤方法，对蒸发母液进行液固分离，是本发明的一大特点。从加料流程最后-效蒸发器排出的蒸发母液，携带着蒸发过程中析出的碳酸钠（含少量硫酸钠）结晶及硅渣晶种，经水力旋流器进行分级后，水力旋流器的底流，经圆筒真空过滤机过滤，滤饼送氧化铝生产系统处理。水力旋流器上部排出的溢流是细粒硅渣及少量细粒碳酸钠和硫酸钠结晶，则通过本发明的加压过滤方法进行液固分离，所得滤饼作为下一轮蒸发的晶种，循环使用。实施加压过滤方法最常用的设备是板框式压滤机或加压叶滤机。

    2.在蒸发料液中，按进入的种分母液计，添加0.5～9.5克/升的硅渣晶种，来预防和减轻加热管生成硅渣结垢。当新投产没有合适的硅渣晶种时，可用拜尔法赤泥代替。

    3.采用四效外加热式管外沸腾强制循环蒸发器和Ⅳ-Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ和Ⅳ-Ⅲ-Ⅰ-Ⅱ两种加料流程。

    本发明与现有技术比较，具有以下优点：

    1.同传统工艺采用的沉降槽和真空过滤的方法比较，本发明采用的加压过滤方法对含有硅渣晶种的蒸发母液进行液固分离，不但是生产工艺所需要，而且还可为合理选择蒸发器组的加料流程和节能创造条件。沉降槽的操作温度为105℃，一般允许的波动范围为±5℃，在确定蒸发加料流程时，可供选择和调节的温度范围很窄，当蒸发器的出料温度大于110℃，就需采取减压降温措施，低于100℃就需加热提温。这样，便给合理安排蒸发加料流程和操作管理增添了不少困难。同时，沉降槽是在露天环境下运行，在接近沸点温度下操作，热的散失大，浪费能源。加压过滤方法的操作温度则无严格限制，高至100～110℃，低至50～60℃均可操作。这样，便为采用Ⅳ-Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ和，Ⅴ-Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ-Ⅳ地加料流程创造了条件。其次，加压过滤方法可为节能和降低成本创造条件。例如，加压过滤方法的操作温度为75℃，和沉降槽方案相比，每吨蒸水约可减少蒸汽用量0.02～0.03吨，如按每吨氧化铝蒸水5吨，年产100万吨氧化铝计，则每年可减少蒸汽用量10～15万吨，折标准煤1～1.5万吨。降低成本150～220万元。同时，加压过滤方法因不受料液温度波动和硅渣沉降性能变化的影响，故生产稳定，技术可靠。从操作上看，加压过滤方法虽不如沉降和真空过滤方法简便，但如采用自动化程度较高的压滤设备，便可弥补这个缺点。

    2.由于合理降低了硅渣晶种的添加量，减少了晶种的循环量，从而可减少晶种加压过滤工序的基建投资，减少循环泵的磨损和电力消耗，简化了操作管理。

    3.本发明采用的四效蒸发器组，较好的满足了当前某些老厂技术改造的实际需要，也适用于某些能源供应条件好，须降低投资的新建厂，这是已有技术提供的五效蒸发器组不能做到的。同五效蒸发器组相比，四效蒸发器组虽然能耗稍高一点，但投资较少。同我国目前实际生产的大量三效蒸发器组和少量的四效蒸发器组相比，本发明提供的四效蒸发器组，仍是很大的技术进步，并且有良好的节能效果和经济效益。现列表对比如下：

    

    综上所述，采用本发明提供的技术，可以做到以尽可能少的消耗，而获得尽可能大的节能和经济效益。

    本发明的一种具体方法，由以下实施例及其附图给出。

    附图是本发明实施Ⅳ-Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ四效错流加料流程的流程图。

    参照附图，分解工段来的种分母液和循环硅渣晶种一起在进料槽（9）内混合，然后送入Ⅳ效蒸发器进行蒸发。Ⅳ效排出的料液经四级预热器（5）预热到接近Ⅰ效料液的温度后进入Ⅰ效蒸发器，然后由Ⅰ效顺流经Ⅱ效和Ⅲ效蒸发器，就完成了整个蒸发过程。Ⅲ效蒸发器排出的含有碳酸钠（含少量硫酸钠）结晶及硅渣晶种的蒸发母液，经水力旋流器（10）进行分级。水力旋流器的底流，含碳酸钠和硫酸钠结晶及粗粒硅渣，经圆筒真空过滤机（8）过滤后，滤饼送氧化铝生产系统处理。水力旋流器的溢流，含细粒硅渣及少量细粒碳酸钠和硫酸钠结晶，经板框式压滤机（7）压滤后，其滤饼细粒硅渣送进料槽（9）配料，作下一轮蒸发的晶种，循环使用。板框式压滤机（7）排出的滤液和圆筒真空过滤机（8）排出的滤液合并叫蒸发母液，送拜尔法原料磨配料。Ⅱ效蒸发器排出的硫酸钠（含少量碳酸钠）结晶，经该效附设的结晶储灌（2），自蒸发器（13）和离心分离机（3）（或圆筒真空过滤机）分离脱水后排出，送路布兰法车间处理。Ⅳ效蒸发器排出的二次蒸汽及各效排出的不凝性气体，经混合冷凝器（11）和蒸汽喷射器（12）排出。各蒸发器和各预热器排出的冷凝水，则通过冷凝水平衡罐及自蒸发器（6）回收其热量后排出。采用路布兰法回收硫酸钠中的碱和排硫。采用拜尔、烧结两部分种分溶液在拜尔法溶出工段的末级自蒸发器内汇合，然后一起进入拜尔法稀释槽，利用拜尔法赤泥作晶种进行常压脱硅。