一种粉煤灰喷射氯化的装置及方法与流程

1.本发明属于化工冶金和固体废弃物利用技术领域，涉及一种粉煤灰喷射氯化的装置及方法。


背景技术：

2.粉煤灰作为一种常见的工业废弃物，产量巨大，会给环境带来较大的风险，由于粉煤灰中含有大量的铝、硅、铁等有价元素，其高值化利用是解决粉煤灰污染问题的重要途径。现有的粉煤灰利用技术主要包括酸浸法、碱烧结法等，但提取过程往往步骤复杂，且容易造成二次污染，工业上可采用的主要是预脱硅法和石灰
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纯碱烧结的组合工艺，但对粉煤灰的处理量有限，仍需要开发更多粉煤灰利用技术。
3.氯化冶金是从矿物及固体废弃物中提取金属元素的重要技术之一，针对粉煤灰的氯化冶金近年来也成为新的利用途径，在强还原剂及高温条件下引入氯气对粉煤灰进行氯化处理，生成金属氯化物，并根据氯化产物的性质差异进一步分离，以保证氯化产物的纯度和质量，但目前该利用技术在处理原料的种类选择、设备选择、工艺控制等方面还并不成熟，仍需要进一步的研究，以形成完整的粉煤灰利用技术，并避免氯气使用而容易带来的二次污染。
4.cn 103572323a公开了一种含铝矿物和粉煤灰混合氯化并低温电解制备铝硅合金的方法，该方法将含铝矿物和粉煤灰分别破碎后混合，得到混合原料；将混合原料加入还原剂后的固体混合物料用气态氯化剂在沸腾氯化炉中进行碳热沸腾氯化；氯化产物经过滤净化后快速冷凝收集，将混合氯化产物溶解在离子液体中，获得澄清透明的电解液；对电解液进行预处理，电解液中的氯化铁在阴极析出实现氯化物的分离，同时获得金属铁副产物，电解液提纯后更换阴极并改变槽压或电流密度，阴极上获得铝硅合金，预处理与电解过程中在惰性阳极表面析出氯气。该方法的重点在于含铝矿物与粉煤灰的共同处理，以及氯化产物的分离回收制备硅铝合金，对氯化反应工艺的控制及所用的设备并未明确，也未公开单独处理粉煤灰的工艺。
5.cn 106830036a公开了一种用粉煤灰制备三氯化铝气体的氯化炉，包括石墨管、进气组件和加热器，所述石墨管底部采用石墨垫封底，顶部设有开口和烟气管道，所述进气组件位于石墨管底部并穿过石墨垫与石墨管连通，所述加热器位于石墨管外围。该氯化炉的结构为传统的气固反应设备，对于原料的加入方式以及反应区域的结构设置并未有明确的改进，对于反应产生的熔渣也未明确如何排出。
6.综上所述，对于粉煤灰喷射氯化的装置及工艺，还需要根据原料及反应特性，合理设计装置的结构，使其有助于反应速率及原料转化率的提高，同时能够将反应产物快速排出，提高装置运行的稳定性与连续性。


技术实现要素：

7.针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种粉煤灰喷射氯化的装置及
方法，通过对喷射氯化装置中各结构单元的设计，尤其是反应炉体的结构划分、原料进料结构以及排渣结构的设计，可以形成氯化反应进行的稳定区域，提高氯化反应的稳定性，并提高粉煤灰的反应速率以及转化率，保证产物的质量和纯度，为粉煤灰的资源化、高值化综合利用提供新的方向。
8.为达此目的，本发明采用以下技术方案：一方面，本发明提供了一种粉煤灰喷射氯化的装置，所述装置包括输送进料单元、反应炉体、气力输送单元、喷吹进料单元和排渣单元，所述反应炉体自上而下依次划分为上部炉体、中部炉体和下部炉体三部分；所述输送进料单元的出口与反应炉体的顶部相连，所述气力输送单元的出口与喷吹进料单元的入口相连，所述喷吹进料单元的出口连接至下部炉体，所述下部炉体的下部出口处连接排渣单元；所述上部炉体呈圆台形，自上而下直径逐渐增大，所述中部炉体和下部炉体均呈圆筒形，所述中部炉体的直径与上部炉体底面的直径相同，所述下部炉体的外径与中部炉体的外径相同，所述下部炉体的内径小于中部炉体的内径。
9.本发明中，对于粉煤灰的高温碳热氯化，根据其原料选择和反应工艺，选择合适的喷射氯化装置，所述装置从不同相态物料的进料单元、反应炉体的结构划分以及排料单元结构的设计等方面进行优化。针对固态碳质还原剂的进料，选择相应的输送设备使其能够连续进料，对于粉煤灰和氯气则采用加压喷吹进料的方式，形成流态化，有助于反应速率及反应程度的提高；而反应炉体分为三段式结构，上部炉体和中部炉体的圆台加圆柱形结构可以有效降低气相产物中细微颗粒焦炭和逃逸粉煤灰颗粒的浓度，并且方便气相氯化产物的汇集与导出，中部炉体和下部炉体的内部直径的差异使其形成两段圆柱加台阶型结构，可以形成氯化反应进行的稳定区域，尤其是台阶型结构能够对碳质还原剂的装填起到支撑作用；排渣单元则能够将反应后的熔渣及时排出，避免液态熔融产物的堆积，便于装置连续稳定运行；所述装置结构设计合理，充分利用各原料的特性，原料成本较低，产品附加值高，实现粉煤灰等废弃物的高效利用。
10.本发明所述装置中，反应炉体的中部炉体和下部炉体从内部空间来看，下部炉体的直径较小，但为保证炉体的稳定性以及反应、热量传递等需要，炉体外侧需要砌耐火砖、加外壳等，因而整体来看中部炉体和下部炉体的外径是相同的。
11.以下作为本发明优选的技术方案，但不作为本发明提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好地达到和实现本发明的技术目的和有益效果。
12.作为本发明优选的技术方案，所述输送进料单元包括升降机和装料设备，所述升降机的出口连接至装料设备的入口，所述装料设备位于上部炉体的上方。
13.所述升降机和装料设备输送碳质还原剂。
14.本发明中，所述输送进料单元主要是用于碳质还原剂的进料，其中所述升降机包括斗提机，将碳质还原剂输送至装料设备，所述装料设备为具有一定容积的料罐，位于上部炉体上方，能够连续为反应炉体进料。
15.所述碳质还原剂包括焦炭、石油焦、生物质焦、兰炭或块煤中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：焦炭和石油焦的组合，石油焦和生物质焦的组合，焦炭、石油焦和兰炭的组合，生物质焦、兰炭和块煤的组合等；所述碳质还原剂的粒径为
10~40mm，例如10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、35mm或40mm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其它未列举的数值同样适用。
16.所述碳质还原剂的作用在于：一方面能够耦合粉煤灰和氯气的氯化反应，并为其提供还原剂，另一方面则与空气进行燃烧为氯化反应提供热量。
17.作为本发明优选的技术方案，所述上部炉体的侧面上设有炉气导出口，所述炉气导出口垂直于上部炉体的侧面，所述上部炉体的侧面为斜面。
18.所述炉气导出口的数量至少为两个，例如两个、三个或四个等，沿上部炉体侧面圆周均匀分布。
19.作为本发明优选的技术方案，所述中部炉体的内径是下部炉体内径的2~3倍，例如2倍、2.2倍、2.4倍、2.5倍、2.6倍、2.8倍或3倍等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其它未列举的数值同样适用。
20.本发明中，所述中部炉体的高度是下部炉体高度的3~4倍，例如3倍、3.2倍、3.4倍、3.5倍、3.6倍、3.8倍或4倍等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其它未列举的数值同样适用。
21.本发明中，所述反应炉体的材质选择包括不锈钢、保温材料或耐火材料中的任意一种或几种，其中保温材料包括岩棉、碳化硅等，耐火材料包括粘土砖、粘土泥浆、浇注料、喷涂料等，上述均为耐高温材料。
22.作为本发明优选的技术方案，所述气力输送单元包括并列设置的空气压缩机和氯气压缩机，所述喷吹进料单元包括两种喷枪，分别是空气
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粉煤灰喷枪和氯气喷枪，所述空气压缩机的出口连接空气
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粉煤灰喷枪，所述氯气压缩机的出口连接氯气喷枪。
23.本发明中，所述气力输送单元和喷吹进料单元是控制反应原料粉煤灰和氯气进入反应炉体的设备组合，其中所述粉煤灰的粒径为10~180μm，例如10μm、30μm、50μm、80μm、100μm、120μm、150μm或180μm等，其来源包括燃煤电厂、供热锅炉等化工冶金行业；其化学成分较为复杂，以质量分数计主要包括：sio
2 4.5~72.5%，al2o
3 1.0~46.9%，fe2o
3 0.8~68.5%，cao 1~42%，mgo 0.5~10.2%，k2o 0.0~6.0%，na2o 0.0~8.9%；除此之外，还包括tio
2 0.0~3.2%，p2o
5 0.0~9.4%，so
3 0.0~24.1%等；所述粉煤灰是与空气共同加入反应炉体的，通过压缩空气使得粉煤灰进料时能够充分弥散。
24.另一种原料氯气通常为工业副产物，反应所需氯气的纯度，即体积百分比为50~70%，例如50%、55%、60%、65%或70%等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其它未列举的数值同样适用；若是原料低于此纯度范围，使用前需通过纯氯气进行混合调配以达到所需纯度。
25.本发明中，所述空气压缩机和氯气压缩机均配套储存罐，其中氯气和空气分别压缩后，压缩空气作为载气将粉煤灰输送至喷枪处，压缩氯气自身经喷枪喷吹进入下部炉体。
26.作为本发明优选的技术方案，所述空气
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粉煤灰喷枪和氯气喷枪均水平设置，喷枪出口连接至下部炉体侧面的上部区域，所述空气
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粉煤灰喷枪位于氯气喷枪的上方；同一竖直面内上下排布的空气
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粉煤灰喷枪和氯气喷枪为一组喷枪，所述喷枪至少设有六组，例如六组、七组、八组、九组或十组等，沿下部炉体侧面圆周均匀分布，同一种喷枪位于同一水平面上。
27.本发明中，所述空气
‑
粉煤灰喷枪和氯气喷枪分开设置，以保证粉煤灰和氯气单独
输送，可以降低氯气的安全隐患，粉煤灰的输送也可根据空气量选择稀相输送或浓相输送，便于调节，减少原料损耗，降低成本。
28.而空气
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粉煤灰喷枪和氯气喷枪在下部炉体部位上下排布，粉煤灰和氯气以一定速率和压力进入氯化反应区域，该区域内碳质还原剂燃烧形成稳定高温区域，粉煤灰在高温区火焰的对流、传导和辐射换热作用下快速升温并达到发生氯化反应的温度。
29.作为本发明优选的技术方案，所述排渣单元包括水平等直径孔道和锥形孔道，所述水平等直径孔道的进口端位于下部炉体侧面的下部区域，所述水平等直径孔道的出口端连接锥形孔道；所述锥形孔道与水平等直径孔道的连接处为锥形孔道的最小直径，与水平等直径孔道的直径相同，所述锥形孔道的直径向外逐渐增加。
30.本发明中，所述排渣单元的设置，能够有效避免粉煤灰中的杂质和碳质还原剂粉末以及高温下呈现液态的金属氯化物在恒温熔池段下部的堆积，所述排渣单元的出口处通常配套一台堵渣机，便于将经过孔道排出的熔渣及时移走，满足装置对排渣和堵渣的要求。
31.所述排渣单元孔道材质的选择包括保温材料、耐火材料等，而孔道末端选择锥形孔道，有助于熔渣能够快速排出，避免堵塞孔道。
32.另一方面，本发明提供了一种采用上述装置进行粉煤灰喷射氯化的方法，所述方法包括以下步骤：（1）将碳质还原剂加入到反应炉体，喷吹空气发生燃烧反应并升温；（2）步骤（1）达到稳定燃烧后从下部炉体侧面喷入空气和粉煤灰混合物以及氯气，在碳质还原剂作用下，粉煤灰与氯气发生氯化反应，生成各类氯化物；（3）步骤（2）生成的氯化物中一部分以气态形式向上运动从上部炉体出气口排出，另一部分以液态形式向下流动从下部炉体的下部出口排出。
33.本发明中，采用所述反应炉体进行粉煤灰的氯化反应，所述反应炉体按照反应进程划分，其内部自上而下可依次分为保温逸出段、降温除尘段、高温氯化段和恒温熔池段，其中，保温逸出段对应上部炉体区域，降温除尘段对应中部炉体的中上部区域，高温氯化段为氯化反应稳定进行的区域，包括中部炉体的下部区域和下部炉体的中上部区域，恒温熔池段则对应下部炉体的中下部区域。
34.作为本发明优选的技术方案，步骤（1）所述碳质还原剂由输送进料单元从上部炉体的进口加入，所述碳质还原剂填充反应炉体的下部炉体和部分中部炉体。
35.本发明中，碳质还原剂的加入量满足装填下部炉体和部分中部炉体，所述中部炉体区域的装填体积比例为10~40%，例如10%、15%、20%、25%、30%、35%或40%等，具体的装填高度根据氯化反应区内碳质还原剂燃烧消耗情况及炉气排出压力的变化而选择。
36.步骤（1）所述碳质还原剂经过燃烧反应形成稳定燃烧区，温度达到900~1400℃，例如900℃、1000℃、1100℃、1200℃、1300℃或1400℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其它未列举的数值同样适用。
37.本发明中，所述燃烧反应达到的温度通常需要将反应产物以气、液相分离，一般不高于碱金属氯化物、碱土金属氯化物的沸点，但由于气相产物在上升过程中温度会逐渐降低，因而稳定燃烧的温度可以稍高于两者的沸点，如达到1500℃，nacl、kcl等产物上升过程中会液化，能够降落下来回收。
38.作为本发明优选的技术方案，步骤（2）所述空气和粉煤灰由空气
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粉煤灰喷枪以流态化形式喷入，所述氯气由氯气喷枪喷入，形成氯化反应区；所述氯化反应区以空气
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粉煤灰喷枪出口为中心点向上下延伸，包括反应炉体内中部炉体的下部区域和下部炉体的中上部区域。
39.本发明中，空气
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粉煤灰喷枪和氯气喷枪的喷吹压力与喷吹速率可根据碳质还原剂的装填量、氯化反应区碳质还原剂的燃烧消耗情况以及保温逸出段气态氯化物的压力等因素综合决定，根据喷枪的数量，也可采用全部喷枪喷吹或者部分喷枪喷吹的方式。
40.具体来说，氯气的压力可选择0.3~0.5mpa，例如0.3mpa、0.35mpa、0.4mpa、0.45mpa或0.5mpa等，空气的压力可选择0.4~0.75mpa，例如0.4mpa、0.5mpa、0.55mpa、0.6mpa、0.65mpa、0.7mpa或0.75mpa等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其它未列举的数值同样适用。
41.所述喷枪喷入的粉煤灰与氯气的平均摩尔比为3:19~6:19，例如3:19、3.5:19、4:19、4.5:19、5:19、5.5:19或6:19等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其它未列举的数值同样适用。
42.本发明中，所述氯化反应区的选择以空气
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粉煤灰喷枪出口中心为对称点向上下延伸，且根据氯化反应区包括的区域，空气
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粉煤灰喷枪的位置与下部炉体上沿的距离小于氯化反应区的一半高度，以使氯化反应区能够包括中部炉体的下部区域。
43.作为本发明优选的技术方案，步骤（3）所述气态形式的氯化物包括sicl4、alcl3和fecl3，经上部炉体的炉气导出口排出后分步冷凝并分离；步骤（3）所述液态形式的氯化物包括cacl2、mgcl2、kcl和nacl，沿碳质还原剂边缘向下流动至下部炉体底部，经排渣单元排出。
44.本发明中，所述碳质还原剂的填充以及粉煤灰、氯气的流态化喷吹，使得本发明装置具备固定床和流化床的特性，可调节性强，能够提高装置的运行效率和可操作性；在碳质还原剂的耦合作用下，粉煤灰中各氧化物与氯气快速反应生成对应的氯化物，一方面，熔点较低的sicl4、alcl3和fecl3以气态形式随炉气上升穿过降温除尘段温度降低至400~450℃，随后通过保温逸出段的炉气导出口进入分步冷凝装置实现梯级分离；另一方面，熔点、沸点较高的cacl2、mgcl2、kcl及nacl以熔融液态形式在自身重力及惯性力的作用下克服气体曳力沿高温区边缘处碳质还原剂表面向下流动，穿过高温氯化段喷吹出口到达恒温熔池段底部并累积形成熔渣，经排渣单元排出。
45.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：（1）本发明以固体废弃物粉煤灰和工业副产氯气为原料，易获取且成本较低，再结合碳质还原剂，通过喷射氯化装置实现各原料的高效利用，为粉煤灰的资源化、高值化综合利用提供新的方向。
46.（2）本发明通过对喷射氯化装置中各结构单元的设计，尤其是反应炉体的结构划分、原料进料结构以及排渣结构的设计，可以形成氯化反应进行的稳定区域，充分利用辐射、传导以及对流传热原理，使整个反应区温度分布满足粉煤灰中各氧化物发生氯化反应的要求，提高氯化反应的稳定性，并在合适工况下提高粉煤灰的反应速率以及转化率，粉煤灰转化率达到95%以上，保证目标产物的质量和纯度，sicl4、alcl3、fecl3产品的纯度达到94%以上。
47.（3）本发明所述喷吹进料单元中空气
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粉煤灰喷枪和氯气喷枪的结构和位置设置，可有效实现粉煤灰与氯气的单独喷吹，在保证氯化反应区温度梯度的情况下，提高喷枪出口燃烧焦点处火焰的稳定性和氯化反应区温度场的均匀性，从而提高氯化反应的稳定性。
48.（4）本发明所述装置中排渣单元的设置，避免了粉煤灰中的杂质和碳质还原剂粉末以及高温下呈现液态的金属氯化物在恒温熔池段下部的堆积，从而提高了高附加值气态氯化物的纯度，为喷射氯化装置的连续稳定运行提供了有力保障。
附图说明
49.图1是本发明实施例1提供的粉煤灰喷射氯化的装置的结构示意图；其中，1
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升降机，2
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装料设备，3
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上部炉体，4
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中部炉体，5
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下部炉体，6
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炉气导出口，7
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空气压缩机，8
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氯气压缩机，9
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空气
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粉煤灰喷枪，10
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氯气喷枪，11
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水平等直径孔道，12
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锥形孔道。
具体实施方式
50.为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，下面对本发明进一步详细说明。但下述的实施例仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明保护范围以权利要求书为准。
51.本发明具体实施方式部分提供了一种粉煤灰喷射氯化的装置及方法，所述装置包括输送进料单元、反应炉体、气力输送单元、喷吹进料单元和排渣单元，所述反应炉体自上而下依次划分为上部炉体3、中部炉体4和下部炉体5三部分；所述输送进料单元的出口与反应炉体的顶部相连，所述气力输送单元的出口与喷吹进料单元的入口相连，所述喷吹进料单元的出口连接至下部炉体5，所述下部炉体5的下部出口处连接排渣单元；所述上部炉体3呈圆台形，自上而下直径逐渐增大，所述中部炉体4和下部炉体5均呈圆筒形，所述中部炉体4的直径与上部炉体3底面的直径相同，所述下部炉体5的外径与中部炉体4的外径相同，所述下部炉体5的内径小于中部炉体4的内径。
52.所述方法包括以下步骤：（1）将碳质还原剂加入到反应炉体，喷吹空气发生燃烧反应并升温；（2）步骤（1）达到稳定燃烧后从下部炉体5侧面喷入空气和粉煤灰混合物以及氯气，在碳质还原剂作用下，粉煤灰与氯气发生氯化反应，生成各类氯化物；（3）步骤（2）生成的氯化物中一部分以气态形式向上运动从上部炉体3出气口排出，另一部分以液态形式向下流动从下部炉体5的下部出口排出。
53.以下为本发明典型但非限制性实施例：实施例1：本实施例提供了一种粉煤灰喷射氯化的装置，所述装置的结构示意图如图1所示，其中反应炉体的结构是指反应炉体的内部结构图，包括输送进料单元、反应炉体、气力输送单元、喷吹进料单元和排渣单元，所述反应炉体自上而下依次划分为上部炉体3、中部炉体4和下部炉体5三部分；所述输送进料单元的出口与反应炉体的顶部相连，所述气力输送单元的出口与喷
吹进料单元的入口相连，所述喷吹进料单元的出口连接至下部炉体5，所述下部炉体5的下部出口处连接排渣单元；所述上部炉体3呈圆台形，自上而下直径逐渐增大，上底内径为420mm，下底内径为2600mm，所述中部炉体4和下部炉体5均呈圆筒形，所述中部炉体4的内径与上部炉体3底面的内径相同，为2600mm，中部炉体4的高度为4000mm，所述下部炉体5的外径与中部炉体4的外径相同，所述下部炉体5的内径小于中部炉体4的内径，为1000mm，高度为1140mm。
54.所述输送进料单元包括升降机1和装料设备2，所述升降机1的出口连接至装料设备2的入口，所述装料设备2位于上部炉体3的上方；所述升降机1和装料设备2输送碳质还原剂焦炭。
55.所述上部炉体3的侧面上设有炉气导出口6，所述炉气导出口6垂直于上部炉体3侧面，所述上部炉体3的侧面为斜面；所述炉气导出口6的数量为两个，沿上部炉体3侧面圆周均匀分布。
56.所述气力输送单元包括并列设置的空气压缩机7和氯气压缩机8，所述喷吹进料单元包括两种喷枪，分别是空气
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粉煤灰喷枪9和氯气喷枪10，所述空气压缩机7的出口连接空气
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粉煤灰喷枪9，所述氯气压缩机8的出口连接氯气喷枪10。
57.所述空气
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粉煤灰喷枪9和氯气喷枪10均水平设置，喷枪出口连接至下部炉体5侧面的上部区域，所述空气
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粉煤灰喷枪9位于氯气喷枪10的上方100mm，所述空气
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粉煤灰喷枪9距离下部炉体5上沿200mm；同一竖直面内上下排布的空气
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粉煤灰喷枪9和氯气喷枪10为一组喷枪，所述喷枪设有六组，沿下部炉体5侧面圆周均匀分布，同一种喷枪位于同一水平面上。
58.所述排渣单元包括水平等直径孔道11和锥形孔道12，所述水平等直径孔道11的进口端位于下部炉体5侧面的下部区域，所述水平等直径孔道11的中心线距离炉底水平面180mm，所述水平等直径孔道11的出口端连接锥形孔道12；所述锥形孔道12与水平等直径孔道11的连接处为锥形孔道12的最小直径，与水平等直径孔道11的直径相同，均为55mm，所述锥形孔道12的直径向外逐渐增加，最大直径为80mm。
59.实施例2：本实施例提供了一种粉煤灰喷射氯化的装置，所述装置包括输送进料单元、反应炉体、气力输送单元、喷吹进料单元和排渣单元，所述反应炉体自上而下依次划分为上部炉体3、中部炉体4和下部炉体5三段；所述输送进料单元的出口与反应炉体的顶部相连，所述气力输送单元的出口与喷吹进料单元的入口相连，所述喷吹进料单元的出口连接至下部炉体5，所述下部炉体5的下部出口处连接排渣单元；所述上部炉体3呈圆台形，自上而下直径逐渐增大，上底内径为400mm，下底内径为2000mm，所述中部炉体4和下部炉体5均呈圆筒形，所述中部炉体4的内径与上部炉体3底面的内径相同，为2000mm，中部炉体4的高度为3500mm，所述下部炉体5的外径与中部炉体4的外径相同，所述下部炉体5的内径小于中部炉体4的内径，为1000mm，高度为1160mm。
60.所述输送进料单元包括升降机1和装料设备2，所述升降机1的出口连接至装料设备2的入口，所述装料设备2位于上部炉体3的上方；所述升降机1和装料设备2输送碳质还原
剂石油焦。
61.所述上部炉体3的侧面上设有炉气导出口6，所述炉气导出口6垂直于上部炉体3侧面，所述上部炉体3的侧面为斜面；所述炉气导出口6的数量为三个，沿上部炉体3侧面圆周均匀分布。
62.所述气力输送单元包括并列设置的空气压缩机7和氯气压缩机8，所述喷吹进料单元包括两种喷枪，分别是空气
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粉煤灰喷枪9和氯气喷枪10，所述空气压缩机7的出口连接空气
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粉煤灰喷枪9，所述氯气压缩机8的出口连接氯气喷枪10。
63.所述空气
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粉煤灰喷枪9和氯气喷枪10均水平设置，喷枪出口连接至下部炉体5侧面的上部区域，所述空气
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粉煤灰喷枪9位于氯气喷枪10的上方120mm，所述空气
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粉煤灰喷枪9距离下部炉体5上沿180mm；同一竖直面内上下排布的空气
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粉煤灰喷枪9和氯气喷枪10为一组喷枪，所述喷枪设有八组，沿下部炉体5侧面圆周均匀分布，同一种喷枪位于同一水平面上。
64.所述排渣单元包括水平等直径孔道11和锥形孔道12，所述水平等直径孔道11的进口端位于下部炉体5侧面的下部区域，所述水平等直径孔道11的中心线距离炉底水平面200mm，所述水平等直径孔道11的出口端连接锥形孔道12；所述锥形孔道12与水平等直径孔道11的连接处为锥形孔道12的最小直径，与水平等直径孔道11的直径相同，均为50mm，所述锥形孔道12的直径向外逐渐增加，最大直径为75mm。
65.实施例3：本实施例提供了一种粉煤灰喷射氯化的装置，所述装置包括输送进料单元、反应炉体、气力输送单元、喷吹进料单元和排渣单元，所述反应炉体自上而下依次划分为上部炉体3、中部炉体4和下部炉体5三段；所述输送进料单元的出口与反应炉体的顶部相连，所述气力输送单元的出口与喷吹进料单元的入口相连，所述喷吹进料单元的出口连接至下部炉体5，所述下部炉体5的下部出口处连接排渣单元；所述上部炉体3呈圆台形，自上而下直径逐渐增大，上底内径为450mm，下底内径为3000mm，所述中部炉体4和下部炉体5均呈圆筒形，所述中部炉体4的内径与上部炉体3底面的内径相同，为3000mm，中部炉体4的高度为4500mm，所述下部炉体5的外径与中部炉体4的外径相同，所述下部炉体5的内径小于中部炉体4的内径，为1000mm，高度为1200mm。
66.所述输送进料单元包括升降机1和装料设备2，所述升降机1的出口连接至装料设备2的入口，所述装料设备2位于上部炉体3的上方；所述升降机1和装料设备2输送碳质还原剂生物质焦。
67.所述上部炉体3的侧面上设有炉气导出口6，所述炉气导出口6垂直于上部炉体3侧面，所述上部炉体3的侧面为斜面；所述炉气导出口6的数量为四个，沿上部炉体3侧面圆周均匀分布。
68.所述气力输送单元包括并列设置的空气压缩机7和氯气压缩机8，所述喷吹进料单元包括两种喷枪，分别是空气
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粉煤灰喷枪9和氯气喷枪10，所述空气压缩机7的出口连接空气
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粉煤灰喷枪9，所述氯气压缩机8的出口连接氯气喷枪10。
69.所述空气
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粉煤灰喷枪9和氯气喷枪10均水平设置，喷枪出口连接至下部炉体5侧
面的上部区域，所述空气
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粉煤灰喷枪9位于氯气喷枪10的上方90mm，所述空气
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粉煤灰喷枪9距离下部炉体5上沿220mm；同一竖直面内上下排布的空气
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粉煤灰喷枪9和氯气喷枪10为一组喷枪，所述喷枪设有九组，沿下部炉体5侧面圆周均匀分布，同一种喷枪位于同一水平面上。
70.所述排渣单元包括水平等直径孔道11和锥形孔道12，所述水平等直径孔道11的进口端位于下部炉体5侧面的下部区域，所述水平等直径孔道11的中心线距离炉底水平面160mm，所述水平等直径孔道11的出口端连接锥形孔道12；所述锥形孔道12与水平等直径孔道11的连接处为锥形孔道12的最小直径，与水平等直径孔道11的直径相同，均为60mm，所述锥形孔道12的直径向外逐渐增加，最大直径为90mm。
71.实施例4：本实施例提供了一种粉煤灰喷射氯化的方法，所述方法采用实施例1中的装置进行，包括以下步骤：（1）将碳质还原剂焦炭由输送进料单元从上部炉体3加入，填充反应炉体的下部炉体5和部分中部炉体4，中部炉体4区域的装填体积比例为10%，喷吹空气，所述焦炭经过燃烧反应形成稳定燃烧区，温度达到1200℃；（2）步骤（1）达到稳定燃烧后从下部炉体5侧面喷入空气、粉煤灰和氯气，所述氯气的喷入压力为0.4mpa，所述空气和粉煤灰以流态化形式喷入，喷入压力为0.6mpa，粉煤灰与氯气的摩尔比为3:19，在焦炭作用下，粉煤灰与氯气发生反应形成氯化反应区，所述氯化反应区以空气
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粉煤灰喷枪9出口为中心点向上下各延伸400mm，生成各类氯化物；（3）步骤（2）生成的氯化物中，气态形式的氯化物包括sicl4、alcl3和fecl3，向上运动穿过降温除尘段降温至450℃，从炉气导出口6排出，分步冷凝并分离；液态形式的氯化物包括cacl2、mgcl2、kcl和nacl，沿焦炭边缘向下流动至恒温熔池段底部，经排渣单元排出。
72.本实施例中，采用所述装置及方法进行粉煤灰的喷射氯化，能够实现粉煤灰氯化反应的稳定进行，提高反应速率，粉煤灰的转化率达到95.5%，气相氯化产物的纯度达到94.3%。
73.实施例5：本实施例提供了一种粉煤灰喷射氯化的方法，所述方法采用实施例2中的装置进行，包括以下步骤：（1）将碳质还原剂石油焦由输送进料单元从上部炉体3加入，填充反应炉体的下部炉体5和部分中部炉体4，中部炉体4区域的装填体积比例为20%，喷吹空气，所述石油焦经过燃烧反应形成稳定燃烧区，温度达到1000℃；（2）步骤（1）达到稳定燃烧后从下部炉体5侧面喷入空气、粉煤灰和氯气，所述氯气的喷入压力为0.3mpa，所述空气和粉煤灰以流态化形式喷入，喷入压力为0.5mpa，粉煤灰与氯气的摩尔比为6:19，在石油焦作用下，粉煤灰与氯气发生反应形成氯化反应区，所述氯化反应区以空气
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粉煤灰喷枪9出口为中心点向上下各延伸360mm，生成各类氯化物；（3）步骤（2）生成的氯化物中，气态形式的氯化物包括sicl4、alcl3和fecl3，向上运动穿过降温除尘段降温至400℃，从炉气导出口6排出，分步冷凝并分离；液态形式的氯化物包括cacl2、mgcl2、kcl和nacl，沿石油焦边缘向下流动至恒温熔池段底部，经排渣单元排出。
74.本实施例中，采用所述装置及方法进行粉煤灰的喷射氯化，能够实现粉煤灰氯化反应的稳定进行，提高反应速率，粉煤灰的转化率达到95.2%，气相氯化产物的纯度达到94.0%。
75.实施例6：本实施例提供了一种粉煤灰喷射氯化的方法，所述方法采用实施例3中的装置进行，包括以下步骤：（1）将碳质还原剂生物质焦由输送进料单元从上部炉体3加入，填充反应炉体的下部炉体5和部分中部炉体4，中部炉体4区域的装填体积比例为30%，喷吹空气，所述生物质焦经过燃烧反应形成稳定燃烧区，温度达到1400℃；（2）步骤（1）达到稳定燃烧后从下部炉体5侧面喷入空气、粉煤灰和氯气，所述氯气的喷入压力为0.5mpa，所述空气和粉煤灰以流态化形式喷入，喷入压力为0.7mpa，粉煤灰与氯气的摩尔比为5:19，在生物质焦作用下，粉煤灰与氯气发生反应形成氯化反应区，所述氯化反应区以空气
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粉煤灰喷枪9出口为中心点向上下各延伸450mm，生成各类氯化物；（3）步骤（2）生成的氯化物中，气态形式的氯化物包括sicl4、alcl3和fecl3，向上运动穿过降温除尘段降温至430℃，从炉气导出口6排出，分步冷凝并分离；液态形式的氯化物包括cacl2、mgcl2、kcl和nacl，沿生物质焦边缘向下流动至恒温熔池段底部，经排渣单元排出。
76.本实施例中，采用所述装置及方法进行粉煤灰的喷射氯化，能够实现粉煤灰氯化反应的稳定进行，提高反应速率，粉煤灰的转化率达到95.6%，气相氯化产物的纯度达到94.5%。
77.对比例1：本对比例提供了一种粉煤灰喷射氯化的装置及方法，所述装置参照实施例1中的装置，区别仅在于：所述反应炉体的中部炉体4和下部炉体5的内径相同，均选择原中部炉体4的内径。
78.所述方法参照实施例4中的方法。
79.本对比例中，由于下部炉体的内径扩大为与中部炉体相同，碳质还原剂的燃烧无法形成稳定的燃烧区，且粉煤灰和氯气的喷入难以均匀分散于炉体内，造成氯化反应速率偏低，使得此时的粉煤灰转化率仅为56%，气相氯化产物的纯度仅为61%。
80.对比例2：本对比例提供了一种粉煤灰喷射氯化的装置及方法，所述装置参照实施例1中的装置，区别仅在于：所述喷吹进料单元包括氯气
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粉煤灰喷枪和空气喷枪。
81.所述方法参照实施例4中的方法，区别仅在于：步骤（2）中粉煤灰和氯气共同喷入，而空气单独喷入。
82.本对比例中，由于粉煤灰和氯气在喷入下部炉体前即进行混合，容易造成安全隐患，迫使设备造价提高，而且此时的粉煤灰和氯气于同一水平面进入高温区，在气体曳力的作用下粉煤灰颗粒与氯气的接触时间减少，削弱氯化反应的动力学条件，导致氯化反应速率降低，此时的粉煤灰转化率仅为54%，气相氯化产物的纯度仅为57.6%。
83.综合上述实施例和对比例可以看出，本发明以固体废弃物粉煤灰和工业副产氯气为原料，易获取且成本较低，再结合碳质还原剂，通过喷射氯化装置实现各原料的高效利
用，为粉煤灰的资源化、高值化综合利用提供新的方向；本发明通过对喷射氯化装置中各结构单元的设计，尤其是反应炉体的结构划分、原料进料结构以及排渣结构的设计，可以形成氯化反应进行的稳定区域，充分利用辐射、传导、对流传热原理，使整个反应区温度分布满足粉煤灰中各氧化物发生氯化反应的要求，提高氯化反应的稳定性，并在合适工况下提高粉煤灰的反应速率以及转化率，粉煤灰转化率达到95%以上，保证目标产物的质量和纯度，sicl4、alcl3、fecl3产品的纯度达到94%以上；所述空气
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粉煤灰喷枪和氯气喷枪的结构和位置设置，可有效实现粉煤灰与氯气的单独喷吹，在保证氯化反应区温度梯度的情况下，提高喷枪出口燃烧焦点处火焰的稳定性和氯化反应区温度场的均匀性，从而提高氯化反应的稳定性；所述装置中排渣单元的设置，避免了粉煤灰中的杂质和碳质还原剂粉末以及高温下呈现液态的金属氯化物在恒温熔池段下部的堆积，从而提高了高附加值气态氯化物的纯度，为喷射氯化装置的连续稳定运行提供了有力保障。
84.申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细装置与方法，但本发明并不局限于上述详细装置与方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细装置与方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明装置的等效替换及辅助装置的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。