ДВУХСТУПЕНЧАТЫЙ ГАЗООЧИСТНОЙ МОДУЛЬ ДЛЯ ОЧИСТКИ ЭЛЕКТРОЛИЗНЫХ ГАЗОВ
TWO-STAGE GAS-CLEANING MODULE FOR PURIFYING ELECTROLYSIS GASES

Область техники
Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано для очистки газов электролизного производства алюминия от фтористого водорода и других примесей с очень высокой степенью очистки (не менее 99%) с возможностью возврата адсорбционного материала в производство, без снижения объёмов очищаемых газов и степени очистки в режимах технологического обслуживания или замены фильтровальных рукавов.
Уровень техники
Разработаны и находят широкое применение способы и устройства для «сухой» очистки газов, включающие: циклоны, аппараты с использованием фильтров различной конструкции, пылеуловители, золоуловители и электрофильтры различного типа, которые используют гравитационные, центробежные и электростатические силы для осаждения пыли и других загрязняющих веществ на стенках и фильтрах аппаратов с последующей их выгрузкой. Основным недостатком известных способов и устройств для очистки газов является низкая производительность очистки газа от соединений фтористого водорода вследствие исключения адсорбента (глинозёма) из процесса очистки газов. Связано это с сильными абразивными свойствами глинозёма, что приводит к снижению срока службы и эффективности очистки загрязняющих газов известного газоочистного оборудования.
Известен патент на изобретение RU2424040, опубл. 27.01.2010, с псевдоожиженным слоем пыли. Изобретение предназначено для фильтрации газа насыщенного пылью, такого как топочный газ бойлера, работающего при сжигании угля, газа, вырабатываемого заводом по переработке отходов, электродуговой печи или другого процесса в котором генерируется газ насыщенный пылью. Тканевый фильтр, имеющий, по меньшей мере, первый отсек и второй отсек, в первом отсеке предусмотрено первое входное отверстие для газа, насыщенного пылью, по меньшей мере, один тканевый модуль фильтрации, через который можно фильтровать газ, насыщенный пылью, и первое выходное отверстие для очищенного газа, во втором отсеке предусмотрено второе входное отверстие для газа, насыщенного пылью, по меньшей мере, один тканевый модуль фильтрации, через который можно фильтровать газ, насыщенный пылью, и второе выходное отверстие для очищенного газа, причем тканевый фильтр дополнительно содержит бункер, расположенный ниже отсеков, для сбора пыли, собранной в первом и втором отсеках. Бункер выполнен с возможностью флюидизации пыли, собираемой в отсеках для формирования псевдоожиженного слоя пыли. Разделительная стенка расположена между отсеками для разделения отсеков друг от друга. Канал сформирован на нижнем конце разделительной стенки таким образом, что псевдоожиженную пыль можно пропускать через упомянутый канал. Разделительная стенка установлена так, что она продолжается в псевдоожиженный слой пыли для формирования уплотнения, даже когда один из отсеков отключен. При отключении отсека входные отверстия и выходные отверстия этого отсека закрыты, и пыль в бункере псевдоожижается для обеспечения уплотнения между отсеками. Преимущество такого тканевого фильтра состоит в том, что работа, связанная с транспортировкой пыли, может продолжаться также, когда один из отсеков отключен, и это независимо от того, который из отсеков отключен. Таким образом, отсутствует риск переполнения отсека пылью.
Цель настоящего изобретения состоит в создании тканевого фильтра, имеющего, по меньшей мере, два отсека, один из которых можно отключать во время работы тканевого фильтра без необходимости использования отдельного клапана для пыли в каждом отсеке.
Наряду с вышеуказанным изобретением, известен патент на изобретение RU2530108, опубл. 20.04.2013. Данное изобретение предоставляет объединенную систему сухой очистки и тканевый фильтрующий модуль. В соответствии с данным изобретением системы сухой очистки и тканевые фильтрующие модули объединены в один объединенный компонент. Такие объединенные компоненты сгруппированы с образованием компоновки, которая предоставляет возможность увеличения «уменьшения нагрузок» эффективностей и мощностей при функционировании. Преимущества такой компоновки включают меньшую общую площадь, занимаемую системой контроля качества воздуха (AQCS), уменьшенные капитальные затраты, повышенную надежность, повышенную эксплуатационную гибкость и увеличенную способность к уменьшению нагрузки без необходимости использования вентилятора для рециркуляции газа. Часть объединенного компонента, являющаяся системой сухой очистки, интегрирована во впускной канал части, являющейся тканевым фильтрующим модулем. Множество объединенных компонентов затем объединены, чтобы образовать AQCS. Загрязненный дымовой газ, содержащий, например, SO2, SO3, HCl, HF, частицы и/или подобные кислые загрязнения, поступают в AQCS через единственное впускное отверстие и распределяются в индивидуальные объединенные компоненты посредством общего впускного короба. Дымовой газ из общего впускного короба поступает в индивидуальные объединенные компоненты посредством прохождения через индивидуальные системы сухой очистки, расположенные внутри индивидуальных впускных каналов каждого тканевого фильтрующего модуля. Захваченный побочный продукт в виде сухих частиц собирается и подается в скруббер mixer, где он объединяется с водой и свежим гидратированным абсорбционным материалом (известью) перед подачей насосом назад к части объединенного компонента, являющейся скруббером сухой очистки. «Очищенный» дымовой газ выводится из объединенного компонента через общий выпускной короб, в котором он объединяется с очищенным дымовым газом, выводимым из других объединенных компонентов, прежде чем они будут выпущены из AQCS через единственное выпускное отверстие короба.
Наиболее близким по уровню техники, к заявленному изобретению, является патент на изобретение RU2668926, опубл. 04.10.2018. Изобретение представляет собой газоочистной блок очистки электролизных газов, отходящих от корпусов производства алюминия, включая очистку газа от фтористого водорода алюминиевого производства, отличающийся тем, что очистку газов осуществляют путем сухой адсорбции с обеспечением возврата адсорбционного материала обратно в производство, посредством по меньшей мере одного газоочистного модуля, содержащего по меньшей мере один реактор, выполненный в виде трубы Вентури с конструкцией, обеспечивающей выравнивание газового потока по скоростным режимам, и по меньшей мере один рукавный фильтр, выполненный в виде самонесущей конструкции, при этом входной патрубок реактора расположен противоположно выходному патрубку соответствующего фильтра.
Указанные аналоги предназначены для очистки газов от пыли в различных технологических процессах. Преимуществом предлагаемого изобретения является двухступенчатый газоочистной модуль, содержащий реактор - первой ступенью очистки и секционный рукавный фильтр - второй ступенью. Данный газоочистной модуль обеспечивает эффективную очистку газов посредством использования двух ступеней очистки, как в стандартном режиме работы модуля, так и в режиме технического обслуживания (ППР) второй ступени (при замене фильтровальных рукавов). Первая ступень очистки – реактор, позволяет обеспечить требуемую эффективность очистки без снижения производительности как по объёмам очищаемых газов, так и по количеству подаваемого адсорбента, при работе двухступенчатого газоочистного модуля в режиме ППР второй ступени, за счет подачи необходимого количества абсорбента через точку ввода адсорбента первой ступени очистки. В составе второй ступени очистки (секционных рукавных фильтров) имеются различные выгрузные патрубки для отработанного адсорбента в бункерной части фильтра, позволяющие исключить накопление отработанного адсорбента (фторированного глинозёма, исключение псевдоожиженного слоя пыли для формирования уплотнения). Отсечение выгрузного патрубка осуществляется посредствам перемещения «чистого» воздуха поступающего под действием разряжения системы и тем самым обеспечивающим нормативные ПДК в зоне присутствия персонала, выполняющего замену фильтровальных рукавов в отключенной секции второй ступени очистки двухступенчатого газоочистного модуля.
Недостатками известных устройств по сравнению с предлагаемым изобретением, является либо конструктивное отсутствие первой ступени очистки - реакторов с точкой ввода адсорбента и систем предварительного напыления адсорбентом фильтровальных рукавов; либо отсутствие общей первой ступени - реактора-адсорбера («общей системы сухой очистки») на несколько секций (расположение реакторов, смесителей и т.д. индивидуально в каждом компоненте (секции)), с отсутствием возможности вывода из компонента отдельно рукавного фильтра – второй ступени очистки газоочистного модуля на ППР, что исключает возможность очистки газов от фтористого водорода только первой ступенью компонента (газоочистного модуля) – реактора-адсорбера и доочисткой второй ступенью – секцией рукавного фильтра находящейся в работе. Наряду с вышеуказанным, к недостаткам известных устройств так же можно отнести отсутствие обеспечения необходимого диапазона производительности оборудования в отдельности для первой и второй ступеней, как по объёмам очищаемых газов, так и по количеству подаваемого адсорбента, для различных режимов работы газоочистного модуля (стандартный и ППР). Для обеспечения необходимой производительности оборудование должно иметь соответствующий запас по производительности, что приводит к увеличению количества газоочистных модулей, технологического оборудования и общей площади застройки. При выводе рукавного фильтра на замену рукавов (режим ППР), требуется так же остановка реактора – вывод газоочистного модуля целиком, следовательно, оставшиеся в работе газоочистные модули системы должны иметь запас по производительности, что приводит к увеличению габаритных размеров оборудования.
Раскрытие изобретения
Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности очистки газов, в том числе газов от электролизного производства от фтористых соединений более 99%, смолистых веществ и пыли в режимах технологического обслуживания оборудования, без дополнительных единиц основного технологического оборудования (газоочистных модулей) или применения «холодного» передвижного резерва. Увеличение срока службы газоочистного оборудования, фильтровальных рукавов и коэффициента полезного использования оборудования.
Поставленная техническая задача решается благодаря тому, в двухступенчатом газоочистном модуле для очистки электролизных газов, содержащем по меньшей мере один реактор (1), выполненный в виде трубы Вентури и обеспечивающий выравнивание газового потока по скоростным режимам, соединенный переходным патрубком (2) с по меньшей мере одним рукавным фильтром (3), течку для подачи адсорбента в реактор (15), камеры грязного (6) и чистого (7) газа, фильтровальные рукава и бункер (8), согласно заявляемому изобретению, камеры грязного (6) и чистого (7) газа рукавного фильтра (3) разделены по меньшей мере на две секции посредством перегородки (5) с возможностью отключения по меньшей мере одной из секций, при этом газоочистной модуль дополнительно содержит систему напыления фильтровальных рукавов адсорбентом (11) с патрубком (14) для подачи чистого воздуха и выполненную с возможностью подачи упомянутого адсорбента через дополнительную течку (13), при этом точка подключения (12) системы напыления к рукавному фильтру (3) размещена между реактором (1) и фильтром (3), а бункер (8) разделен по меньшей мере на две секции и снабжен патрубками (16) для выгрузки адсорбента.
Газоочистной модуль содержит распределительное устройство грязного газа (4), выполненное с возможностью отсечения секций камеры грязного газа и размещенное на переходном патрубке (2).
Газоочистной модуль содержит распределительное устройство чистого газа (9), выполненное с возможностью отсечения секций камеры чистого газа и размещенное в каждом патрубке секций камеры чистого газа.
Перегородка (5), разделяющая камеры чистого и грязного газа, выполнена герметичной.
Система напыления фильтровальных рукавов адсорбентом (11) выполнена в виде съемного элемента.
Двухступенчатый газоочистной модуль для очистки газов с системой предварительного напыления адсорбента, согласно заявляемому изобретению, имеет две ступени очистки: первая ступень – реактор-адсорбер типа РГ для смешивания адсорбента с газом и очистки от загрязняющих веществ; вторая ступень - секционный рукавный фильтр типа ФР(С) для доочистки газа и отделения адсорбента и пыли от очищенного газа. Ступени очистки соединены между собой патрубком-элементом, имеющим два и более устройств распределения «грязного» газа с возможностью отключения одной и более секций второй ступени и перераспределению потока на другие секции, находящиеся в работе; имеющим точки подключения системы предварительного напыления адсорбентом. При этом корпус фильтра типа ФР(С) выполнен в виде параллелепипеда, состоящий из камеры «грязного» и «чистого» газа и имеет по меньшей мере одну герметичную перегородку разделяющею камеру «грязного» и «чистого» газа на две и более индивидуальные секции. Предусмотрены также отсечные устройства в камере «чистого» газа, для отсечения выходного патрубка секции, для вывода секции из работы, с полным отсечением от «грязного» газа и выполнения технического обслуживания (замены рукавов). Бункерная часть каждой секции имеет устройство для транспортировки или выгрузки сыпучих материалов, с индивидуальным патрубком, обеспечивающим отсечение секции от «грязного» газа и отработанного адсорбента посредствам  перемещения «чистого» воздуха, поступающего под действием разряжения системы.
Отличительным признаком предлагаемого двухступенчатого газоочистного модуля является применение общей первой ступени очистки - реактор типа РГ для подачи «грязного» газа, на две и более, секции второй ступени очистки, через соединительный патрубок-элемент с регулировочно-отсечными устройствами и точками подключения системы предварительного напыления адсорбентом. Двухступенчатый газоочистной модуль имеет возможность находиться в рабочем состоянии, с использованием общей первой ступени очистки, с учётом отключения одной и более секции второй ступени очистки, при этом газовая нагрузка распределяется равномерно на оставшиеся в работе секции. Двухступенчатый газоочистной модуль имеет возможность выполнения предварительного напыления адсорбентом секции, выведенной на режим ППР, при работе остальных секций. Система работает «под разряжением», что исключает возможность неконтролируемой подачи «грязного» газа в отключенную секцию второй ступени очистки. Разряжение системы при подсосе «чистого» воздуха позволяет производить технологическое обслуживание или замену фильтровальных рукавов с обеспечением нормативных ПДК в рабочей зоне - внутри выведенной на ППР секции и при замене фильтровальных рукавов.
После замены фильтровальных рукавов или проведения технологического обслуживания секций второй ступени очистки двухступенчатого газоочистного модуля, с целью защиты фильтровальных рукавов и продления их срока службы, предусматривается система предварительного напыления адсорбентом с использованием входа «чистого» воздуха в секцию. Система предварительного напыления адсорбентом фильтровальных рукавов состоит из одного и более газораспределительных устройств с одной и более точкой ввода адсорбента, одной и более точкой входа «чистого» воздуха. Переходной патрубок первой и второй ступени очистки имеет точку подключения системы напыления адсорбента к выведенной из работы секции второй ступени очистки. Система позволяет выполнять одновременную работу двухступенчатого газоочистного модуля на «грязном» газе с одновременным предварительным напылением фильтровальных рукавов отключенной секции второй ступени очистки на «чистом» воздухе. Пылегазовая смесь «чистого» воздуха с адсорбентом подается на фильтровальные рукава и создаёт предварительный защитный слой адсорбента. Имеется возможность подключения второй ступени очистки к работающей первой ступени без остановки. Так же система предварительного напыления адсорбентом обеспечивает подачу другого адсорбента в дополнительной точке по ходу движения газов.
Описание чертежей
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, представленными на фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3 на примере двухступенчатого газоочистного модуля:
На фиг.1 - представлен внешний вид двухступенчатого газоочистного модуля, на фиг.2 - представлена принципиальная схема очистки газового потока, на фиг.3 - представлена схема прохождения газа через двухступенчатый газоочистной модуль с одной секцией второй ступени очистки в режиме ППР, где:
1 – первая ступень очистки - реактор типа РГ;
2 – соединительный переходной патрубок-элемент между ступенями очистки реактором и рукавным фильтром;
3 – вторая ступень очистки - рукавный фильтр типа ФР С;
4 – распределительное устройство «грязного» газа с возможностью отсечения второй ступени;
5 – разделительная герметичная перегородка между секциями камер грязного и чистого газа рукавного фильтра;
6 – камера «грязного» газа рукавного фильтра;
7 – камера «чистого» газа рукавного фильтра;
8 – бункер;
9 – распределительное устройство «чистого» газа;
10 – индивидуальный выходной патрубок чистого воздуха;
11 – система напыления адсорбентом;
12 – точка подключения системы напыления;
13 – течка для подачи адсорбента (точка подачи второго адсорбента);
14 – патрубок входа «чистого» воздуха в систему напыления;
15 –  течка для подачи адсорбента в реактор (первую ступень очистки);
16 – патрубок для вывода адсорбента.
Стрелками обозначены направления подачи газа через первую ступень очистки, направление подачи адсорбента (чистого и отработанного), направление движения пылегазовой смеси по секциям второй ступени очистки, направление движения «чистого» газа по секциям и направление возврата повторно использованного для очистки адсорбента через бункера секций второй ступени очистки.
Стрелками обозначены направление подачи газа в первую ступень очистки - реактор типа РГ 1, направление движения пылегазовой смеси через соединительный переходной патрубок 2 между реактором и рукавным фильтром и его распределение по секциям камеры  «грязного» газа.6, осаждение адсорбента в секции бункера второй ступени очистки 8, прохождение пылегазовой смеси через фильтрующие рукава фильтра (на фиг.1 не показано) и вывод в секцию камеры «чистого» газа  7 рукавного фильтра 3, направление движения очищенного газа через отсечное устройство 9 секции камеры «чистого» газа 7 рукавного фильтра 3, вывод «чистого» газа через индивидуальный выходной патрубок 10 секции второй ступени очистки.
В предлагаемом изобретении имеется возможность отсечения или вывода из рабочего состояния второй ступени очистки (в рукавном фильтре 3) на техническое обслуживание посредствам распределительного устройства 4 «грязного» газа с возможностью отсечения секций камер «грязного» и «чистого» газа второй ступени очистки, подачи очищаемых газов на рабочую секцию. Первая ступень очистки - реактор типа РГ 1 рассчитан для работы на скоростных режимах с учётом отключения по меньшей мере одной секции второй ступени камеры «грязного» и чистого газа, но не более 50%. Кроме того, предлагаемое изобретение обладает «сквозным» проходом газа через сечение рукавного фильтра, что позволяет выполнить расположение разделительной перегородки 5 по потоку пылегазовой смеси для исключения высокого абразивного износа оборудования и повышению эффективности очистки газов при работе во всех режимах, с учётом режима технологического обслуживания или замены фильтровальных рукавов.
Входной патрубок реактора типа РГ 1 расположен соосно с переходным патрубком-элементом 2 с отсечными устройствами, что способствует равномерному распределению пылегазового потока по всем секциям второй ступени очистки и всему сечению камеры «грязного» газа 6, независимо от режимов работы двухступенчатого газоочистного модуля.
Очистка газа в двухступенчатом газоочистном модуле с возможностью отключения секций рукавного фильтра производится следующим образом (принципиальная схема очистки приведена на фиг. 2 и для режима ППР на фиг. 3:
1) грязный газ подаётся в нижнюю часть первой ступени очистки - реактор типа РГ 1, где газ смешивается с адсорбентом и начинается первая стадия адсорбционного процесса. Далее, пылегазовая смесь, проходя через реактор 1 к переходному патрубку 2 между ступенями очистки, снижает скорость и поступает во входные секции камер рукавного фильтра 3, проходя дополнительное расстояние для увеличения времени контакта с адсорбентом. Затем пылегазовый поток попадает в секции камер «грязного» газа 6 рукавного фильтра 3, где происходит значительное падение скорости, вследствие чего, крупные фракции пыли осаждаются в секциях бункеров 8 рукавного фильтра, а мелкая пыль равномерно распределяется по фильтровальным рукавам. Проходя снаружи внутрь рукавов, газ очищается от фтористых соединений, смолистых веществ и пыли адсорбента. Во второй ступени очистки (в рукавном фильтре 3), на фильтровальных рукавах происходит заключительная стадия адсорбции – очистки газа от фтористых соединений. За счёт срабатывания системы регенерации и подачи сжатого воздуха внутрь рукавов, адсорбент, насыщенный загрязняющими веществами, осевший на наружной поверхности рукавов, стряхивается, и попадает в секции бункеров 8 рукавного фильтра 3, откуда выводится в бункер фторированного глинозёма и распределяется частично на рециркуляцию, частично возвращается в производство алюминия в виде сырья. Чистый газ поступает в секции камер «чистого» газа 7 и затем выводится через индивидуальный выходной патрубок 10 секции второй ступени очистки.
Предлагаемое изобретение является высокоэффективным и промышленно применимым, для его изготовления не требуется применение специальной оснастки и новых технологий.
Двухступенчатый газоочистной модуль очистки электролизных газов работает с возможностью отключения секций второй ступени очистки (рукавного фильтра) и содержит систему предварительного напыления адсорбентом. Система напыления так же может использоваться для подачи второго адсорбента, например «чистого» глинозёма для повышения эффективности очистки газов от HF.
При отключении одной из секций второй ступени очистки, происходит равномерное перераспределение потока на секции, находящиеся в работе, при уравнивании гидравлического сопротивления секций на газоочистных модулях между собой посредством закрытия/открытия отсечного устройства камеры «чистого» газа, с точкой подключения системы предварительного напыления адсорбента на фильтровальные рукава, для очистки газов отходящих от корпусов производства алюминия, включая очистку от фтористого водорода алюминиевого производства, Очистку газов осуществляют путем «сухой» адсорбции с обеспечением возврата адсорбционного материала обратно в производство, посредством, по меньшей мере одного двухступенчатого газоочистного модуля, содержащего по меньшей мере один реактор типа РГ, обеспечивающей выравнивание газового потока по скоростным режимам, и один секционный рукавный фильтр оснащённый минимум двумя секциями, выполненный в виде самонесущей конструкции.
Первая ступень очистки подключена через соединительный переходной патрубок-элемент, имеющий не менее двух устройств распределения «грязного» газа с возможностью отсечения секций второй ступени и перераспределению потока на секции второй ступени находящиеся в работе.
Газоочистной модуль имеет устройство газораспределения с возможностью отключения второй ступени очистки.
Газоочистной модуль содержит систему предварительного напыления адсорбента «чистым» воздухом на фильтровальные рукава и точку подачи второго адсорбента в газовый поток по ходу движения газов.
Секции второй ступени очистки (рукавные фильтры) имеют различные выходные патрубки в бункерной части, позволяющие исключить накопление отработанного адсорбента для отсечения выгрузного отверстия посредствам разряжения системы.
Первая ступень очистки – реактор-адсорбер типа РГ имеет, по меньшей мере, одну точку подачи адсорбента при подключенных, минимум двух секциях второй ступени очистки.
Оборудование в отдельности для первой и второй ступеней очистки обеспечивает необходимый диапазон производительности, как по объёмам очищаемых газов, так и по количеству подаваемого адсорбента, для различных режимов работы газоочистного модуля (стандартный и ППР) за счёт перераспределения объёмов по другим секциям, оставшимся в работе. Газоочистное оборудование подобрано по скоростным режимам таким образом, что обеспечивает необходимый диапазон, т.е. первая ступень-реактор может работать, например, как с двумя секциями фильтра, так и с одной секцией. При этом секций может быть и другое количество, но не более 50% отсечения.