ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЛИНИЯ ОЧИСТКИ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА АЛЮМИНИЯ В ЭЛЕКТРОЛИЗЕРАХ, ОСНАЩЕННЫХ СИСТЕМОЙ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ПОДАЧИ СЫРЬЕВЫХ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ
PROCESS LINE OF CLEANING OFF-GASSES OF ALUMINIUM ELECTROLYTIC PRODUCTION AT ELECTROLYTIC CELLS WITH AUTOMATIC FEED OF LOOSE STOCK

Предлагаемое техническое решение относится к электролитическому производству алюминия и может быть использовано для очистки отходящих газов электролизеров с обожженными анодами, снабженных системой автоматической подачи глинозема.
Алюминиевое производство, оснащенное электролизерами с обожженными анодами, характеризуется содержанием в отходящих технологических газах следующих загрязняющих веществ: фтористые соединения, пыль, оксид углерода, наличие которых, в условиях современных требований по охране окружающей среды, ставит алюминиевые заводы в весьма жесткие рамки по уровням допустимых выбросов в атмосферу.
Эффективным методом очистки отходящих газов электролизеров с обожженными анодами является «сухая» газоочистка, основанная на адсорбционной очистке отходящих 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, расположенными 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 устройства внутренней 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 может быть использовано для очистки отходящих газов электролизеров с обожженными анодами, снабженных системой автоматической подачи сырьевых сыпучих материалов.
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 показали ее высокую эффективность.
Однако опыт эксплуатации данной газоочистной установки, при использовании системы централизованной раздачи глинозема, выявил технологические и технические особенности процесса, учет которых позволяет конструктивно и технологически усовершенствовать схему очистки газов и транспортировки глинозема в корпус.
Задачами предлагаемого технического решения являются повышение технико-экономических показателей процесса электролитического производства алюминия и повышение его экологической безопасности.
Техническими результатами являются: снижение энергетических и эксплуатационных затрат, повышение степени очистки отходящих газов.
Технические результаты достигаются тем, что в технологической линии очистки отходящих газов электролитического производства алюминия в электролизерах, оснащенных системой автоматической подачи сырьевых сыпучих материалов, включающей блок сухой очистки, содержащий не менее одного бункера свежего глинозема, не менее одного вертикального реактора-адсорбера, соединенного линией подачи свежего глинозема с бункером и 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-накопителя отработанного глинозема, связанного с бункером фторированного глинозема, который соединен линией подачи фторированного глинозема в систему централизованной подачи глинозема к электролизерам и с реактором-адсорбером, систему отвода газов из фильтрационной камеры, систему вывода очищенных газов в атмосферу, линия подачи свежего глинозема из бункера в реактор-адсорбер и линия подачи фторированного глинозема из бункера фторированного глинозема в систему централизованной подачи глинозема к электролизерам выполнены в виде аэрожелобов для транспортировки сыпучего материала в псевдоожиженном состоянии, а бункер свежего глинозема снабжен не менее чем одним контуром аэрации сжатым воздухом.
Кроме того, газоход подачи отходящих газов на очистку может быть выполнен с переменным сечением, а бункер свежего глинозема может быть соединен с бункером фторированного глинозема линией транспортировки, снабженной устройством регулирования расхода свежего 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:
- линией подачи свежего глинозема из бункера свежего глинозема в реактор-адсорбер;
- узлом для подачи отходящих газов;
- узлом подачи свежего глинозема;
- узлом подачи отработанного глинозема;
- не менее одного рукавного фильтра, состоящего:
- из фильтрационной камеры;
- бункера фторированного глинозема, связанного с бункером-накопителем и реактором-адсорбером;
- линии подачи фторированного глинозема к электролизерам;
- систему отвода газов из фильтрационной камеры;
- систему вывода очищенных газов в атмосферу.
Предлагаемое решение характеризуется также следующими отличительными признаками от ближайшего аналога:
- линия подачи свежего глинозема из бункера в реактор-адсорбер выполнена в виде аэрожелоба для транспортировки сыпучего материала в псевдоожиженном состоянии;
- линия подачи фторированного глинозема из бункера фторированного глинозема в систему централизованной подачи глинозема к электролизерам выполнена в виде аэрожелобов для транспортировки сыпучего материала в псевдоожиженном состоянии;
- бункер свежего глинозема снабжен не менее чем одним контуром аэрации сжатым воздухом.
Кроме того, газоход подачи отходящих газов на очистку может быть выполнен с переменным сечением, а бункер свежего глинозема может быть соединен с бункером фторированного глинозема линией транспортировки, снабженной устройством регулирования расхода свежего глинозема.
Наличие в предлагаемом решении признаков, отличных от признаков, характеризующих ближайший аналог, позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения условию патентоспособности изобретения «новизна».
Техническая сущность предлагаемого 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: на повышение экологической безопасности процесса за счет высокоэффективной очистки отходящих газов и на повышение технико-экономических показателей производства алюминия, за счет увеличения возврата в процесс фтора и за счет снижения энергетических затрат на транспортировку сырьевых материалов и расширения технологических возможностей регулирования процесса. Данные задачи решаются в предлагаемой технологической линии очистки отходящих газов в два этапа. На первом этапе - повышением эффективности адсорбционных способностей свежего глинозема за счет подачи его в реактор-адсорбер с использованием аэрожелоба для транспортировки сыпучего материала в псевдоожиженном состоянии - повышение эффективного реакционного сечения потока, а следовательно, удалением из отходящих газов и возвратом в технологический процесс большей части фтора путем его адсорбции на глиноземе. На втором этапе - подачей фторированного глинозема в систему централизованной подачи глинозема к электролизерам с использованием аэрожелоба для транспортировки сыпучего материала в псевдоожиженном состоянии, что снижает энергетические затраты на транспортировку материала. Снижению энергетических затрат и стабилизации технологических параметров процесса способствует снабжение бункера свежего глинозема не менее чем одним контуром аэрации сжатым воздухом.
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. Совмещение установки сухой очистки технологических газов с элементами системы централизованной подачи глинозема, с использованием аэрожелобов для транспортировки сыпучего материала в псевдоожиженном состоянии, а также возможность регулирования подачи в электролизеры как фторированного глинозема, так и смеси фторированный глинозем - свежий глинозем значительно расширяет технологические возможности регулирования процесса и стабилизации технологических параметров. Кроме того, конструктивные дополнения: выполнение газохода подачи отходящих газов на очистку с переменным сечением и соединение бункера свежего глинозема с бункером фторированного глинозема линией транспортировки, снабженной устройством регулирования расхода свежего глинозема, также расширяют технологические возможности.
Сравнительный анализ предлагаемого технического решения с другими известными решениями в данной области показывает следующее. 1. Известен способ и устройство для установки сухой очистки отработанного газа печей восстановления алюминия (патент РФ №2224825, С25С 3/22, 2004 г. [3]). Способ включает отделение мелких частиц порошкообразного фторида от рециркулируемого оксида ранее его повторного ввода в установку для сухой очистки, процесс ведут непрерывно и, по меньшей мере, частично избирательно. Установка сухой очистки содержит устройство (средство) отделения мелких частиц порошкообразного фторида от рециркулируемого оксида, выполненное в виде одной или нескольких наклонных плоскостей, обеспечивающих гравиметрическое движение вниз потока оксида алюминия с возможностью использования восходящего потока воздуха или газа для отделения мелких частиц порошкового фторида из потока оксида алюминия. Устройство (средство) отделения мелких частиц порошкообразного фторида от рециркулируемого оксида может быть выполнено в виде желоба или резервуара, обеспечивающего сквозное течение оксида алюминия, имеющего проницаемое для воздуха или газа дно, для отделения мелких частиц порошкообразного фторида из потока псевдоожиженного оксида алюминия посредством мощной сквозной продувки воздухом или газом.
2. Известен реактор с псевдоожиженном слоем для газоочистки (заявка на выдачу патента РФ на изобретение №2004115637, B01D 53/10, 2005 г. [4]), содержащий емкость, обтекаемую очищаемым газом, направляющий аппарат, расположенный в газовом потоке на расстоянии от стенки резервуара и выполненный в виде канала, и, по меньшей мере, одно присоединенное к направляющему аппарату подающее устройство для мелкодисперсных адсорбентов, в котором направляющий аппарат открыт с обеих торцевых сторон и обтекается частью потока очищаемого газа так, что часть потока выходит из направляющего аппарата со скоростью течения, меньшей по сравнению с протекающим мимо главным потоком, и захватывает введенные во внутреннее пространство направляющего аппарата адсорбенты. При этом подающие устройства могут быть выполнены в виде склизов, виброжелобов, ленточных или шнековых транспортеров.
3. Известна система пневматического транспортирования сыпучего материала (патент РФ №2286939, B65G 53/20, 2006 г. [5]), содержащая приемный бункер и аэроконвейер, состоящий из секций, каждая из которых включает трубу с расположенной в ней аэрокамерой и спутниковый трубопровод сжатого воздуха, соединенный через регулировочные клапаны с аэрокамерой, в котором каждая секция аэроконвейера включает блок рукавных фильтров с клапаном сброса воздуха, имеющим индивидуальную регулировку. Аэроконвейер для транспортирования сыпучего материала, содержащий размещенную в трубе аэрокамеру с разделительной тканью, предназначенную для создания псевдоожиженного слоя транспортируемого материала, и средство подачи сжатого воздуха в аэрокамеру, в котором аэрокамера образована пластинчатой пружиной, расположенной вдоль трубы в ее нижней части, разделительной тканью, закрепленной на краях пластинчатой пружины, натягивающей ткань, и торцевыми заглушками.
4. Известен комплекс для транспортировки в псевдоожиженном состоянии сыпучего материала от накопительного бункера до расходных бункеров, включающий однотипные загрузочные модули, оснащенные аэрожелобами с колонками, и систему подачи аэрирующего газа, в котором система подачи аэрирующего газа является единой для всех загрузочных модулей и включает в себя единую пневмотрассу с газоотводящими патрубками, снабженную системой заслонок, при этом каждый загрузочный модуль включает в себя каскад аэрожелобов, причем транспортные аэрожелоба выполнены в виде набора секций, каждая из которых соединена с единой пневмотрассой газоотводящим патрубком, а расходные аэрожелоба выполнены в виде набора секций, в котором с единой пневмотрассой соединена первая по ходу подачи глинозема секция расходного аэрожелоба (патент РФ №2332347, B65G 53/20, 2008 г. [6]).
В результате сравнительного анализа предлагаемого технического решения с другими известными решениями в данной области не выявлено технических решений, характеризующихся аналогичной с предлагаемым решением совокупностью признаков, использование которой позволяет достигать аналогичные технические и технико-экономические результаты.
Не выявлено технических решений, в которых аэрожелоба для транспортировки сыпучего материала в псевдоожиженном состоянии использованы, как для подачи свежего глинозема в газоочистную установку, а также для подачи фторированного и свежего глинозема в корпусы электролизера. При использовании предлагаемой линии повышается эффективность работы газоочистной установки, обеспечивается возможность регулирования подачи в электролизеры, как фторированного глинозема, так и смеси фторированный глинозем - свежий глинозем, значительно расширяются технологические возможности регулирования процесса и стабилизации технологических параметров.
На основании вышеизложенного можно сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения условию патентоспособности изобретения «изобретательский уровень».
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, из газохода 3, узла подачи свежего глинозема 4, узла для ввода в реактор отработанного глинозема 5 по линии рециркуляции 6, рукавного фильтра 7. Узел ввода в реактор свежего глинозема 4 соединен с бункером свежего глинозема 8 линией подачи 9. Узел ввода в реактор 1 отработанного глинозема 5 соединен линией рециркуляции 6 с бункером-накопителем 10 рукавного фильтра 7. Камера очищенного газа 11 рукавного фильтра 7 снабжена устройством импульсной продувки 12. Бункер-накопитель отработанного глинозема 10 соединен линией транспортировки 13 с бункером фторированного глинозема 14, соединенного с системой централизованной раздачи глинозема линией 15 для подачи фторированного глинозема в корпусы электролиза. Камера очищенного газа 11 рукавного фильтра 7 соединена газоходом 16, снабженным на выходе вентиляторами 17, которые соединены газоходом 18 с дымовой трубой 19 для выброса очищенного газа в атмосферу.
При этом газоход 3 выполнен с переменным сечением, линия подачи 9 свежего глинозема из бункера свежего глинозема 8 и линия 15 для подачи фторированного глинозема из бункера фторированного глинозема 14 в систему централизованной раздачи глинозема в корпусы электролиза выполнены в виде аэрожелобов для транспортировки сыпучего материала в псевдоожиженном состоянии.
Технологическая линия очистки газов электролитического производства алюминия работает следующим образом.
Под действием разрежения, создаваемого вентиляторами 17, газы от укрытий электролизеров через систему газоходов и по газоходу 3 поступают в устройство для подачи очищаемого газа 2, через которое поступают в реактор-адсорбер 1. Из бункера свежего глинозема 8 по линии подачи 9 через узел ввода 3 подается свежий глинозем, расход которого контролируется и регулируется. Свежий глинозем подается аэрожелобом для транспортировки сыпучего материала в псевдоожиженном состоянии и вводится через узел подачи свежего глинозема 3 над горловиной реактора-адсорбера 1 в реакционную зону под острым углом к поступающему с устройства 2 газопылевому потоку.
Таким образом, во входной части реактора образуется турбулентный газоглиноземный поток с равномерным распределением глинозема по всему объему реактора, причем зона турбулентности максимально приближена к горловине реактора 1. После реактора газ, содержащий глинозем и пыль, через газораспределительное устройство поступает в рукавный фильтр 7, где и происходит разделение твердых и газообразных компонентов. Регенерация рукавов фильтра осуществляется импульсной продувкой осушенным сжатым воздухом с заданными параметрами и по заданной программе (устройство импульсной продувки 12). Уловленный на рукавах фильтра 7 фторированный глинозем под воздействием импульсной продувки отряхивается и оседает в бункере-накопителе отработанного глинозема 10, а затем выводится из бункера 10 по линии рециркуляции 6 в узел ввода 5 в реактор-адсорбер 1 отработанного глинозема и по линии транспортировки 13 в бункер фторированного глинозема 14, снабженный аэрожелобом для транспортировки сыпучего материала в псевдоожиженном состоянии для подачи фторированного глинозема по линии 15 в корпусы электролиза. Отработанный глинозем через узел подачи 5 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 16 поступает в газоход 18 и на дымовую трубу 19 для выброса очищенного газа в атмосферу.
При этом достигается высокая степень очистки отходящих газов электролитического производства алюминия: по фтористому водороду не менее 99,0%, по твердым фторидам не менее 99,0%, по пыли неорганической не менее 99,0%, повышается экологическая безопасность электролитического производства алюминия.
Предлагаемая технологическая линия очистки отходящих газов электролитического производства алюминия снабжена автоматической системой контроля и регулирования технологических параметров и оборудования (АСУТП).
Компоновка оборудования предлагаемой технологической линии, использование аэрожелобов для транспортировки сыпучего материала в псевдоожиженном состоянии, конструктивное исполнение узлов, а также возможность регулирования подачи в электролизеры как фторированного глинозема, так и смеси фторированный глинозем - свежий глинозем значительно расширяет технологические возможности регулирования процесса и стабилизации технологических параметров, обеспечивает высокую степень очистки отходящих технологических газов и стабильно высокие технико-экономические показатели процесса электролитического производства алюминия.
Применение предлагаемой технологической линии (с компоновкой, обеспечивающей необходимые и достаточные производительности очистного оборудования и потребности системы централизованной раздачи глинозема, систем автоматической подачи сырьевых материалов) возможно как для отдельных групп электролизеров в корпусе, так и для серии электролиза, и для завода в целом.
Литература
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.
3. Патент РФ №2224825, С25С 3/22, 2004 г.
4. Заявка на выдачу патента РФ на изобретение №2004115637, B01D 53/10, 2005 г.
5. Патент РФ №2286939, B65G 53/20, 2006 г.
6. Патент РФ №2332347, B65G 53/20, 2008 г.