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間內產品的生產數量與銷售數量不一致、料倉內或包裝好的產品指標與合同不符等問題，造成部分產品需要多次包裝，使產品的生產成本增加。有時甚至因為緩沖料倉不能及時騰出而影響無水氟化鋁裝置的正常生產。針對上述問題，公司決定增加無水氟化鋁料倉庫容量10 000 t，即新建4個無水氟化鋁料倉，將3個車間生產的產品根據技術指標分類存儲，以確保生產穩定連續運行。這樣，就需要考慮氟化鋁的輸送問題。傳統輸送方式是通過管道負壓或正壓，筆者打破常規，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 物料性質及輸送要求

無水氟化鋁(AlF3)理化性質[1]：粒徑小于47 μm粒子質量分數≤10%，水分質量分數≤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°。

無水氟化鋁輸送區間是各車間料倉到4個集中大料倉。各車間輸送始點和終點相對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

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

針對物料特性、運送物料能力、輸送過程物料顆粒磨損粉化率、運行成本(電耗、氣耗)、整套設備報價、檢修是否方便等幾個方面，公司邀請4個物料輸送工程公司就氟化鋁濃相長距離輸送提出技術參數和報價，其中廈門龍凈環保公司提出的技術參數及報價性價比較高，即氟化鋁輸送量為30 t/h，耗空壓氣量為30 Nm3/min，系統報價為186.30萬元。

由于廈門龍凈環保公司擁有先進的氣流輸送試驗平臺及軟件設施，公司將3 t無水氟化鋁運到該公司進行了為期一周的試驗。技術人員通過調整各種參數進行了一系列試驗，結果為：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據不符。輸送量為10 t/h時，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個車間的輸送線同時開即輸送量為30 t/h，則需150 Nm3/min的壓縮空氣，遠遠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0.6元/(kW·h)計算，耗電金額為540元。不考慮其他費用，僅這一項就需要成本18元/t。該方案由于運行成本較高，不可取。

針對試驗結果與理論值的差異，將氟化鋁和氧化鋁的物性進行了對比。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。并且根據試驗現象發現，氟化鋁的存氣性較差，從而導致了空壓氣的耗量增加。為了驗證這個觀點，選取了與氣力輸送相關的幾個重要的物性參數如粒徑分布、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到2.27 mm/s時由固定床轉變成流化床，在空氣表觀速度達到135.31 mm/s時達到流化床的上界開始進入氣力輸送階段；氟化鋁在空氣表觀速度達到7.12 mm/s時由固定床轉變成流化床，在空氣表觀速度達到404.51 mm/s時達到流化床的上界才開始進入氣力輸送階段。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行輸送。在同樣氣量下，氧化鋁能夠實現較大的輸送能力，而氟化鋁卻較小。

2.2 刮板機+粉狀物料輸送車(罐車)

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

針對實際工況選擇組合方案為：將3個車間的氟化鋁通過刮板機卸入罐車內，運送到集中包裝料倉前，通過車上自帶的空壓機將氟化鋁輸送到料倉內。該組合方案整體報價較低，并且由于運輸距離相對較短，其中裝料、運料兩個過程成本極低，在卸料過程中的動力可以采用燃油，其成本僅為5.0元/t(含裝料、行走、卸料、人工、折舊等)。

運用這個方案想要達到的效果是：將倉庫里的3 t氟化鋁卸入罐車內，運送到成品料倉前，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，且卸料高度能達到17 m。通過招標，選擇了新鄉駿華專用汽車公司進行了試驗合作。首次試驗，裝入罐中的3 t氟化鋁，加壓到2 kg后，經過3次調試才被輸送完畢，耗費半個多小時。其輸送高度能夠達到要求的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。將罐車結構進行了改造，進行了第二次試驗，輸送2.5 t的氟化鋁，耗時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，當高度降為12 m時，耗時約6 min；當高度調整為4 m時，耗時為1.5 min。通過數次試驗，發現高度越低，輸送時間越短。

按照目前的氟化鋁大料倉設計高度為12.5 m來說，輸送高度必須達到14 m以上。要達到這樣的輸送高度，采用粉體物料輸送車(罐車)卸料時間較長，輸送性價比較低。當輸送高度降低后，其所受的阻力減小，在空壓氣壓力及耗氣量不變的情況下，輸送時間會大大縮短。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%，因此料倉進口位置可以設在8 m的高度。物料通過罐車自帶的空壓機被送到料倉內。空壓機用電可以用外接電源，其相應的輸送時間將會降低，60 t物料卸料時間將在120 min左右。2)大料倉高度不變，在大料倉旁邊設置一個錐型緩沖料倉，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將氟化鋁從罐車內輸送到緩沖料倉，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。3)大料倉高度不變，在大料倉旁邊設置一個地坑，通過自卸車將物料順著溜槽滑入地坑下的斗式提升機或者刮板機而后運至大料倉。將以上3種方案進行投資及運行成本對比，并與濃相長距離管道輸送對比，結果見表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輸工具。

表1 4種方案投資及運行成本對比

3 結語

對于無水氟化鋁的物料輸送，傳統的氣流輸送性價比不高，且安裝設備比較多，維修比較麻煩。若選擇第一種方案，用運輸車來替代其他輸送設備，成本較低，運行費用較低，同樣也能達到非常好的效果。對于其他行業的物料輸送，不妨換一種思路去考慮，或許也能達到異曲同工之妙。

[1] 胡偉.氟化工生產技術[M].北京:科學出版社,2010:41-45.

[2] 陳宏勛.管道物料輸送與工程應用[M].北京:化學工業出版社,2003:88.