長距離輸送無水氟化鋁可行性方案探討

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(多氟多化工股份有限公司，河南焦作 454191)

多氟多化工股份有限公司(簡稱公司)無水氟化鋁成品緩沖料倉庫容量有限，因此存在著在一定時(shí)間內(nèi)產(chǎn)品的生產(chǎn)數(shù)量與銷售數(shù)量不一致、料倉內(nèi)或包裝好的產(chǎn)品指標(biāo)與合同不符等問題，造成部分產(chǎn)品需要多次包裝，使產(chǎn)品的生產(chǎn)成本增加。有時(shí)甚至因?yàn)榫彌_料倉不能及時(shí)騰出而影響無水氟化鋁裝置的正常生產(chǎn)。針對(duì)上述問題，公司決定增加無水氟化鋁料倉庫容量10 000 t，即新建4個(gè)無水氟化鋁料倉，將3個(gè)車間生產(chǎn)的產(chǎn)品根據(jù)技術(shù)指標(biāo)分類存儲(chǔ)，以確保生產(chǎn)穩(wěn)定連續(xù)運(yùn)行。這樣，就需要考慮氟化鋁的輸送問題。傳統(tǒng)輸送方式是通過管道負(fù)壓或正壓，筆者打破常規(guī)，提出多種輸送方案，比較各種方案的可行性，得出最佳輸送方案。

1 物料性質(zhì)及輸送要求

無水氟化鋁(AlF3)理化性質(zhì)[1]：粒徑小于47 μm粒子質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤10%，水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤1.0%，表觀密度為1.4～1.7 g/cm3，真密度為2.88～3.13 g/cm3，安息角為32～35°。

無水氟化鋁輸送區(qū)間是各車間料倉到4個(gè)集中大料倉。各車間輸送始點(diǎn)和終點(diǎn)相對(duì)位置和距離以及輸送能力：1)十二車間，水平距離約270 m，垂直距離約16 m，輸送能力為10 t/h；2)十七車間，水平距離約280 m，垂直距離約16 m，輸送能力為10 t/h；3)新建車間，水平距離約304 m，垂直距離約16 m，輸送能力為10 t/h。輸送過程要求物料粉化率≤2%(粒徑小于47 μm粒子增加量)。輸送過程運(yùn)行成本要求≤6.0元/t。

2 輸送方案比較

2.1 濃相長距離管道氣力輸送

根據(jù)輸送物料的特性、各車間輸送始點(diǎn)和終點(diǎn)的相對(duì)位置和距離、固體物料輸送方式的適應(yīng)性，選擇濃相長距離管道氣力輸送。其特點(diǎn)是輸送過程固氣質(zhì)量流量比大(>25)[2]，氣流速度慢(<10 m/s)，投資一般，運(yùn)行費(fèi)用低。

針對(duì)物料特性、運(yùn)送物料能力、輸送過程物料顆粒磨損粉化率、運(yùn)行成本(電耗、氣耗)、整套設(shè)備報(bào)價(jià)、檢修是否方便等幾個(gè)方面，公司邀請4個(gè)物料輸送工程公司就氟化鋁濃相長距離輸送提出技術(shù)參數(shù)和報(bào)價(jià)，其中廈門龍凈環(huán)保公司提出的技術(shù)參數(shù)及報(bào)價(jià)性價(jià)比較高，即氟化鋁輸送量為30 t/h，耗空壓氣量為30 Nm3/min，系統(tǒng)報(bào)價(jià)為186.30萬元。

由于廈門龍凈環(huán)保公司擁有先進(jìn)的氣流輸送試驗(yàn)平臺(tái)及軟件設(shè)施，公司將3 t無水氟化鋁運(yùn)到該公司進(jìn)行了為期一周的試驗(yàn)。技術(shù)人員通過調(diào)整各種參數(shù)進(jìn)行了一系列試驗(yàn)，結(jié)果為：1)物料破碎率最高為1.42%，基本符合要求；2)耗氣量與該公司提供的理論數(shù)據(jù)不符。輸送量為10 t/h時(shí)，其空壓氣耗量為50 Nm3/min，即輸送1 t物料要耗用空壓氣量為5 Nm3/min。如果3個(gè)車間的輸送線同時(shí)開即輸送量為30 t/h，則需150 Nm3/min的壓縮空氣，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其方案中的理論值30 Nm3/min。而150 Nm3/min的壓縮空氣需耗電約900 kW·h，按目前市場價(jià)0.6元/(kW·h)計(jì)算，耗電金額為540元。不考慮其他費(fèi)用，僅這一項(xiàng)就需要成本18元/t。該方案由于運(yùn)行成本較高，不可取。

針對(duì)試驗(yàn)結(jié)果與理論值的差異，將氟化鋁和氧化鋁的物性進(jìn)行了對(duì)比。氧化鋁的表觀密度約為1.1 g/cm3，真密度約為4.0 g/cm3；氟化鋁表觀密度為1.6 g/cm3，真密度為3.0 g/cm3。氟化鋁的表觀密度比氧化鋁大，真密度比氧化鋁小。并且根據(jù)試驗(yàn)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)，氟化鋁的存氣性較差，從而導(dǎo)致了空壓氣的耗量增加。為了驗(yàn)證這個(gè)觀點(diǎn)，選取了與氣力輸送相關(guān)的幾個(gè)重要的物性參數(shù)如粒徑分布、表觀密度、流化特性(臨界流化速度、帶出速度、透氣性、存氣性)等進(jìn)行測試，以比較氧化鋁和氟化鋁氣力輸送物料特性。從測試報(bào)告可以看出，氧化鋁與氟化鋁氣力輸送物料特性有以下不同：1)氧化鋁在空氣表觀速度達(dá)到2.27 mm/s時(shí)由固定床轉(zhuǎn)變成流化床，在空氣表觀速度達(dá)到135.31 mm/s時(shí)達(dá)到流化床的上界開始進(jìn)入氣力輸送階段；氟化鋁在空氣表觀速度達(dá)到7.12 mm/s時(shí)由固定床轉(zhuǎn)變成流化床，在空氣表觀速度達(dá)到404.51 mm/s時(shí)達(dá)到流化床的上界才開始進(jìn)入氣力輸送階段。2)在開始流化前，在相同的空氣流速下，氧化鋁的單位高度壓力降要大于氟化鋁的單位高度壓力降；關(guān)閉流化氣后，氧化鋁和氟化鋁的流化床高度下降都比較快，氟化鋁的流化靜止高度降到流化前的高度，氧化鋁的流化床高度下降速度要比氟化鋁的慢，并且其流化靜止高度要比流化前高出63 mm(注：流化前床身高度為535 mm，流化靜止后床身高度598 mm)。從以上兩點(diǎn)可以看出，與氟化鋁相比，氧化鋁的透氣性較差、存氣性好，更容易流化，能夠以較低的輸送速度進(jìn)行輸送。在同樣氣量下，氧化鋁能夠?qū)崿F(xiàn)較大的輸送能力，而氟化鋁卻較小。

2.2 刮板機(jī)+粉狀物料輸送車(罐車)

目前采用罐車輸送粉體物料已經(jīng)非常成熟，在氧化鋁、水泥、煤渣、石灰等粉體物料輸送行業(yè)運(yùn)用已經(jīng)非常多，操作主要包括裝料、運(yùn)料、卸料3個(gè)過程。在卸料時(shí)，正常輸送高度在15～20 m，40 m3物料正常卸料時(shí)間約為40 min，其配備的空壓機(jī)功率為22 kW，可以用電或者柴油做燃料驅(qū)動(dòng)空壓機(jī)。由于濃相長距離管道氣力輸送耗氣量大、成本較高，經(jīng)過慎重考慮，選擇刮板機(jī)+粉狀物料輸送車(罐車)組合的輸送方案進(jìn)行試驗(yàn)。

針對(duì)實(shí)際工況選擇組合方案為：將3個(gè)車間的氟化鋁通過刮板機(jī)卸入罐車內(nèi)，運(yùn)送到集中包裝料倉前，通過車上自帶的空壓機(jī)將氟化鋁輸送到料倉內(nèi)。該組合方案整體報(bào)價(jià)較低，并且由于運(yùn)輸距離相對(duì)較短，其中裝料、運(yùn)料兩個(gè)過程成本極低，在卸料過程中的動(dòng)力可以采用燃油，其成本僅為5.0元/t(含裝料、行走、卸料、人工、折舊等)。

運(yùn)用這個(gè)方案想要達(dá)到的效果是：將倉庫里的3 t氟化鋁卸入罐車內(nèi)，運(yùn)送到成品料倉前，然后通過其自帶的空壓氣裝置，在2 kg的壓力下將其快速輸送到成品料倉內(nèi)，且卸料高度能達(dá)到17 m。通過招標(biāo)，選擇了新鄉(xiāng)駿華專用汽車公司進(jìn)行了試驗(yàn)合作。首次試驗(yàn)，裝入罐中的3 t氟化鋁，加壓到2 kg后，經(jīng)過3次調(diào)試才被輸送完畢，耗費(fèi)半個(gè)多小時(shí)。其輸送高度能夠達(dá)到要求的17 m(集中料倉入料高度為14 m，考慮到管線較長，增加一定余量)，但是輸送速度比較慢，綜合成本較高。將罐車結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改造，進(jìn)行了第二次試驗(yàn)，輸送2.5 t的氟化鋁，耗時(shí)7 min。依此類推，一輛裝滿60 t的罐車，需要168 min才能將物料輸送完畢，輸送效率低。通過多方面考慮，降低了輸送高度，當(dāng)高度降為12 m時(shí)，耗時(shí)約6 min；當(dāng)高度調(diào)整為4 m時(shí)，耗時(shí)為1.5 min。通過數(shù)次試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)高度越低，輸送時(shí)間越短。

按照目前的氟化鋁大料倉設(shè)計(jì)高度為12.5 m來說，輸送高度必須達(dá)到14 m以上。要達(dá)到這樣的輸送高度，采用粉體物料輸送車(罐車)卸料時(shí)間較長，輸送性價(jià)比較低。當(dāng)輸送高度降低后，其所受的阻力減小，在空壓氣壓力及耗氣量不變的情況下，輸送時(shí)間會(huì)大大縮短。綜合考慮選擇以下3種方案：1)將料倉高度降低到10 m。料倉中物料裝入量為料倉容積的80%～90%，因此料倉進(jìn)口位置可以設(shè)在8 m的高度。物料通過罐車自帶的空壓機(jī)被送到料倉內(nèi)?？諌簷C(jī)用電可以用外接電源，其相應(yīng)的輸送時(shí)間將會(huì)降低，60 t物料卸料時(shí)間將在120 min左右。2)大料倉高度不變，在大料倉旁邊設(shè)置一個(gè)錐型緩沖料倉，其上部有除塵裝置，下部通過螺旋出料。首先用罐車自帶的空壓機(jī)將氟化鋁從罐車內(nèi)輸送到緩沖料倉，然后通過外接空壓氣將從緩沖料倉出來的氟化鋁壓送到大料倉內(nèi)。3)大料倉高度不變，在大料倉旁邊設(shè)置一個(gè)地坑，通過自卸車將物料順著溜槽滑入地坑下的斗式提升機(jī)或者刮板機(jī)而后運(yùn)至大料倉。將以上3種方案進(jìn)行投資及運(yùn)行成本對(duì)比，并與濃相長距離管道輸送對(duì)比，結(jié)果見表1。從表1可以看出，第一種方案在理論上最好。因此采用罐車作為中間運(yùn)輸工具。

表1 4種方案投資及運(yùn)行成本對(duì)比

3 結(jié)語

對(duì)于無水氟化鋁的物料輸送，傳統(tǒng)的氣流輸送性價(jià)比不高，且安裝設(shè)備比較多，維修比較麻煩。若選擇第一種方案，用運(yùn)輸車來替代其他輸送設(shè)備，成本較低，運(yùn)行費(fèi)用較低，同樣也能達(dá)到非常好的效果。對(duì)于其他行業(yè)的物料輸送，不妨換一種思路去考慮，或許也能達(dá)到異曲同工之妙。

[1] 胡偉.氟化工生產(chǎn)技術(shù)[M].北京:科學(xué)出版社,2010:41-45.

[2] 陳宏勛.管道物料輸送與工程應(yīng)用[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003:88.