ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЛИНИЯ ОЧИСТКИ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА АЛЮМИНИЯ

Предлагаемое техническое решение относится к электролитическому производству алюминия и может быть использовано для очистки отходящих газов электролизеров с верхним токоподводом с самообжигающимися анодами.
Алюминиевое производство, оснащенное электролизерами с самообжигающимися анодами и верхним подводом тока, характеризуется содержанием в отходящих газах следующих загрязняющих веществ: фтористые соединения, диоксид серы, пыль, оксид углерода, смолистые вещества, наличие которых, в условиях современных требований по охране окружающей среды, ставит алюминиевые заводы в весьма жесткие рамки по уровням допустимых выбросов в атмосферу.
Общепринятая технология очистки отходящих газов электролизеров с верхним токоподводом с самообжигающимися анодами - «мокрая» газоочистка. Однако использование установок «мокрой» газоочистки, включающих скруббера, снабженные линиями подвода и отвода содового раствора, каплеуловители, газоходы, соединенные с дымовой трубой, не обеспечивает необходимую и достаточную степень очистки отходящих газов электролизеров: по фтористому водороду до 89%, по диоксиду серы - 94%, по пыли и твердым фторидам - 76%, по смолистым - до 54%.
Более эффективным методом очистки отходящих газов электролизеров, как правило, с обожженными анодами, является «сухая» газоочистка, основанная на адсорбционной очистке газов с использованием глинозема.
Известен модуль сухой очистки электролизных газов, разработанный АО «ВАМИ». Модуль включает реактор-адсорбер, представляющий собой цилиндрическую колонну с пережимом в центральной части, снабженную устройством для тангенциальной подачи очищаемого газа в реактор, расположенным ниже пережима, устройствами для подачи свежего и рециркуляционного глинозема, расположенным выше пережима. В состав модуля входит также рукавный фильтр, соединенный с выходной частью реактора-адсорбера, и снабженный разгрузочным устройством, соединенным с бункером отработанного глинозема, снабженным устройством для рециркуляции обработанного глинозема и линией вывода очищенного газа в атмосферу (B.C.Буркат, И.А.Юсупов «Изучение процесса сорбционной очистки газов цехов электролиза алюминиевых заводов». Сборник научных трудов ВАМИ, Ленинград, 1988 г. с.79, [1]).
Недостатки известного решения:
- при высокой эффективности очистки (от фтористого водорода до 99%) велики непроизводительные энергетические затраты: работа устройствавнутренней рециркуляции обработанного глинозема, работа аэролифта для подъема сорбента из нижней части реактора в верхнюю;
- наличие возвратных потоков глинозема создает значительные абразивные нагрузки на стенки реактора, что приводит к быстрому их износу и к сокращению срока службы оборудования.
Известна установка сухой очистки отходящих газов электролитического производства алюминия, разработанная ОАО «СибВАМИ», включающая не менее одного бункера свежего глинозема, не менее одного вертикального реактора-адсорбера, снабженного узлом для подачи отходящих газов, узлом подачи свежего глинозема, узлом подачи отработанного глинозема, не менее одного рукавного фильтра, состоящего из фильтрационной камеры и бункера отработанного глинозема, связанного с бункером-накопителем и реактором-адсорбером, систему отвода газов из фильтрационной камеры и систему вывода очищенных газов в атмосферу, в которой газораспределительное устройство снабжено направляющими пластинами, узел подачи свежего глинозема включает форсунку, снабженную раструбом и конической насадкой, выполненную с возможностью вертикального перемещения, а ввод узла отработанного глинозема в реактор расположен над форсункой (патент РФ №2339743, С25С 3/22, 2008 г., [2]).
Известное решение по технической сущности, наличию сходных признаков принято в качестве ближайшего аналога.
Опытно-промышленная эксплуатация установки и промышленное ее применение при очистке отходящих газов электролизеров с обожженными анодами показало ее высокую эффективность.
Однако использование высокоэффективной газоочистной установки, основанной на адсорбционной очистке, для очистки отходящих газов электролизеров с верхним токоподводом с самообжигающимися анодами, состав которых отличен от газов электролизеров с обожженными анодами, не обеспечивает в полной мере необходимую и достаточную степень очистки отходящих газов. Кроме того, опыт эксплуатации данной газоочистной установки выявил технологические и технические особенности процесса, учет которых позволяет конструктивно упростить выполнение некоторых узлов, при сохранении высокой эффективности очистки, снизить энергетические и эксплуатационные затраты.
Задачами предлагаемого технического решения являются повышение технико-экономических показателей процесса очистки отходящих газов электролизеров с верхним токоподводом с самообжигающимися анодами, повышение эффективности и экологической безопасности электролитического производства алюминия.
Техническими результатами являются: снижение энергетических и эксплуатационных затрат, повышение степени очистки отходящих газов электролизеров с верхним токоподводом с самообжнгающимися анодами.
Технические результаты достигаются тем, что в технологической линии очистки отходящих газов электролитического производства алюминия,включающей блок сухой очистки, содержащий не менее одного бункера свежего глинозема, не менее одного вертикального реактора-адсорбера, снабженного узлом для подачи отходящих газов, узлом подачи свежего глинозема, узлом подачи отработанного глинозема, не менее одного рукавного фильтра, состоящего из фильтрационной камеры и бункера отработанного глинозема, связанного с бункером-накопителем и реактором-адсорбером, систему отвода газов из фильтрационной камеры, систему вывода очищенных газов в атмосферу, узлы подачи свежего и отработанного глинозема выполнены в виде течек, установленных под углом в корпусе реактора-адсорбера выше горловины, система отвода газов из фильтрационной камеры рукавного фильтра соединена с блоком мокрой очистки, включающем не менее трех скрубберов, снабженных линиями подвода и отвода содового раствора, каплеуловитель, газоход, соединенный с дымовой трубой, для вывода очищенного газа в атмосферу.
Кроме того, линия подачи свежего глинозема может быть снабжена устройством регулирования расхода глинозема, линия подачи отработанного глинозема, может быть снабжена устройством регулирования расхода глинозема, а бункер отработанного глинозема может быть соединен с бункером свежего глинозема линией транспортировки, снабженной устройством регулирования расхода глинозема.
Сравнение предлагаемого технического решения с решением по ближайшему аналогу показывает следующее. Предлагаемое решение и ближайший аналог характеризуются сходными признаками:
- технологическая линия очистки отходящих газов электролитического производства алюминия, включающая:
- блок сухой очистки, содержащий:
- не менее одного бункера свежего глинозема;
- не менее одного вертикального реактора-адсорбера, снабженного:
- узлом для подачи отходящих газов;
- узлом подачи свежего глинозема;
- узлом подачи отработанного глинозема;
- не менее одного рукавного фильтра, состоящего:
- из фильтрационной камеры;
- бункера отработанного глинозема, связанного с бункером-накопителем и реактором-адсорбером;
- систему отвода газов из фильтрационной камеры;
- систему вывода очищенных газов в атмосферу.
Предлагаемое решение характеризуется также следующими отличительными признаками, от ближайшего аналога:
- узлы подачи свежего и отработанного глинозема выполнены в виде течек, установленных под углом в корпусе реактора-адсорбера;
- течки свежего и отработанного глинозема выше горловины реактора-адсорбера;
- система отвода газов из фильтрационной камеры рукавного фильтра соединена с блоком мокрой очистки, включающем:
- не менее трех скрубберов, снабженных:
- линиями подвода и отвода содового раствора;
- каплеуловитель;
- газоход, соединенный с дымовой трубой, для вывода очищенного газа в атмосферу.
Наличие в предлагаемом решении признаков, отличных от признаков, характеризующих ближайший аналог, позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения условию патентоспособности полезной модели «новизна».
Техническая сущность предлагаемого технического решения заключается в следующем.
Очистка отходящих технологических газов процесса электролиза является важной задачей, как для обеспечения снижения выбросов вредных соединений в атмосферу, так и для улавливания и возврата в технологический процесс ценных компонентов, содержащихся в электролизных газах. Предлагаемое техническое решение направлено на комплексное решение задач газоочистки и на повышения экологической безопасности процесса электролитического производства алюминия при использовании электролизеров с самообжигающимися анодами.
Данные задачи решаются в предлагаемой технологической линии очисткой отходящих газов в две стадии: на первой стадии - удалением и возвратом в технологический процесс большей части фтора путем его адсорбции на глиноземе, в установке сухой очистки газов с последующей подачей фторированного глинозема в электролизер, и доочисткой газов в блоке мокрой газоочистки на второй стадии, с извлечением ценных компонентов в раствор и улавливанием вредных соединений перед выбросом газов в атмосферу.
В предлагаемом решении использованы преимущества сухой адсорбционной очистки: высокая эффективность улавливания фтористых соединений, пыли и смолистых веществ, а также более высокий процент использования уловленных фтористых соединений в электролизном производстве за счет их прямого возврата в технологический процесс вместе с глиноземом. На второй стадии очистки - мокрой - производится доизвлечение ценных фтористых компонентов в раствор с последующей их гидрохимической переработкой в продукты для электролизного производства и их использованием в процессе, а также улавливание сернистых соединений с последующим их выводом из технологического процесса и, возможной переработкой, с получение товарного продукта в виде сульфатов щелочных или щелочноземельных металлов.
При этом достигается высокая степень очистки отходящих газов электролизеров с верхним токоподводом с самообжигающимися анодами: по фтористому водороду до 99,5%, по твердым фторидам до 99,5%, по пылинеорганической до 99,5%, по диоксиду серы до 99,5%, по смолистым веществам до 98,0%.
Кроме того, повышается технико-экономическая эффективность газоочистного передела за счет модернизации конструкции блока сухой очистки и снижения энергетических и эксплуатационных затрат (подача глинозема самотеком, упрощение конструкции реактора-адсорбера), снижается объем циркуляционных растворов мокрой ступени, снижается нагрузка на оборудование, снижаются энергетические и эксплуатационные затраты, возможно упрощение конструктивного исполнения элементов и узлов.
Двухступенчатая очистка позволяет не только максимально извлечь ценные компоненты из отходящих газов и вернуть их в технологический процесс, но и обеспечивает высокую степень экологической безопасности окружающей среды.
Предлагаемая технологическая линия очистки отходящих газов электролитического производства алюминия представлена графически: фиг.1.
Технологическая линия включает блок сухой очистки отходящих газов электролитического производства алюминия, состоящий (см. фиг.1) из реактора-адсорбера 1, снабженного устройством для подачи очищаемого газа 2, узлом подачи свежего глинозема 3, узлом для ввода в реактор отработанного глинозема 4, установленными выше горловины 5 реактора, газораспределительным устройством 6, соединенным с выходной частью реактора 1, и выполненным в виде короба. Короб газораспределительного устройства 6 соединен с выходной частью реактора 1 и с входной частью рукавного фильтра 7. Узел ввода в реактор свежего глинозема 3 выполнен в виде течки установленной под углом в корпусе реактора-адсорбера 1 выше горловины 5. Узел ввода свежего глинозема 3 соединен с бункером свежего глинозема 8 линией транспортировки 9. Узел ввода в реактор 1 отработанного глинозема 4 соединен линией рециркуляции 10 с бункером-накопителем 11 рукавного фильтра 7. Фильтрационная камера 12 рукавного фильтра 7 снабжена устройством импульсной продувки 13. Бункер-накопитель отработанного глинозема 11 соединен линией транспортировки 14 с бункером отработанного глинозема 15, снабженным пневмокамерным насосом 16 для подачи отработанного глинозема в корпуса электролиза. Фильтрационная камера 12 рукавного фильтра 7 соединена газоходом 17, снабженным на выходе вентиляторами 18, которые соединены газоходом 19 с блоком мокрой очистки газов, выходящих с блока сухой очистки, включающим скрубберы 20, снабженные линией подачи свежего содового раствора 21 и линией отвода отработанного содового раствора 22, циклон -каплеуловитель 23, соединенный газоходом 24 с дымовой трубой 25 для выброса очищенного газа в атмосферу.
Технологическая линия очистки газов электролитического производства алюминия работает следующим образом.
Под действием разрежения, создаваемого вентиляторами 17, газы от укрытий электролизеров через систему магистральных газоходов поступают в устройство для подачи очищаемого газа 2, через которое поступают в реактор-адсорбер 1. Из бункера свежего глинозема 8 по линии транспортировки 9 через узел ввода 3 подается свежий глинозем, расход которого контролируется и регулируется. Свежий глинозем подается самотеком и вводится через узел подачи свежего глинозема 3 над горловиной 5 реактора 1 в реакционную зону под острым углом к поступающему с устройства 2 газо-пылевому потоку.
Таким образом, во входной части реактора образуется турбулентный газоглиноземный поток с равномерным распределением глинозема по всему объему реактору, причем зона турбулентности максимально приближена к горловине 5 реактора 1. После реактора газ, содержащий глинозем и пыль, через газораспределительное устройство 6 поступает в рукавный фильтр 7 типа ФРИА-1250 (разработка ЗАО «СФ НИИОГАЗ»), где и происходит разделение твердых и газообразных компонентов. Регенерация рукавов фильтра осуществляется импульсной продувкой осушенным сжатым воздухом с заданными параметрами и заданной программе (устройство импульсной продувки 13). Уловленный на рукавах фильтра 7 фторированный глинозем под воздействием импульсной продувки отряхивается и оседает в бункере-накопителе отработанного глинозема 11, а затем выводится из бункера 11 по линии рециркуляции 10 в узел ввода 4 в реактор 1 отработанного глинозема и по линии транспортировки 14 в бункер отработанного глинозема 15, снабженный пневмокамерным насосом 16 для подачи отработанного глинозема в корпуса электролиза.
Отработанный глинозем через узел подачи 4 вводится в уже сформировавшуюся реакционную зону, что позволяет эффективнее использовать в процессе сорбции свежий глинозем. Очищенный от фтористых соединений, пыли и смолистых веществ газ из рукавного фильтра 7 по газоходу 17, через вентиляторы 18 поступает в газоход 19 и на блок мокрой очистки газов, где в полых скрубберах 20 производится мокрая очистка с использованием содового раствора, поступающего по линии подачи свежего содового раствора 21, путем трех-ярусного орошения, а отработанный содовый раствор выводится по линии отвода 22 и поступает на переработку. Удаление капельной влаги из очищенного потока газа происходит в циклоне-каплеуловителе 23. Затем газовый поток по газоходу 24 поступает на дымовую трубу 25 для выброса очищенного газа в атмосферу.
Предлагаемая технологическая линия очистки отходящих газов электролитического производства алюминия снабжена системой контроля и регулирования технологических параметров и оборудования.
Двухступенчатая комбинированная очистка отходящих газов электролизеров с верхним токоподводом с самообжигающимися анодами позволяет не только максимально извлечь ценные компоненты из отходящих газов и вернуть их в технологический процесс, но и обеспечивает высокую степень экологической безопасности окружающей среды.
ИНФОРМАЦИЯ
1. B.C. Буркат, И.А. Юсупов «Изучение процесса сорбционной очистки газов цехов электролиза алюминиевых заводов», Сборник научных трудов ВАМИ, Ленинград, 1988 г. с. 79.
2. Патент РФ №2339743, С25С 3/22, 2008 г.