Способ очистки анодных газов электролитического производства алюминия

Изобретение относится к производству алюминия в электролизерах с самообжигающимися анодами и может быть использовано для очистки анодных газов. Техническим результатом изобретения является снижение содержания углерода, смолистых веществ и СО в отходящих газах. Способ включает сбор анодных газов, предварительное сжигание их с воздухом в горелочных устройствах, установленных на электролизерах, подачу газовоздушной смеси после предварительного сжигания анодных газов по газоходу на стадию пылегазоулавливания и выброс в атмосферу. Перед подачей газо-воздушной смеси от горелочных устройств на стадию пылегазоулавливания ее подают в процесс окислительного обжига, нагревают до температуры 800-1100°С, затем охлаждают до 230-90°С с рекуперацией тепла на нужды производства.

 

Изобретение относится к электролитическому производству алюминия в электролизерах с самообжигающимися анодами и может быть использовано для очистки анодных газов.

Известен способ газоотсоса из алюминиевого электролизера с непрерывным самообжигающимся анодом и верхним токопроводом, включающий сбор анодных газов в газосборнике в концентрированном состоянии с температурой 500°-900°С, сжигание смолистых гюгонов в газоприемной камере, подачу газов в скрубберы для улавливания соединений фтора, а затем выброс их в атмосферу (Патент США №2526875, МКИ 204-67, 1950 г.).

Известен способ очистки газов, отходящих от алюминиевого электролизера, включающий сбор анодных газов и подачу их в камеру, снабженную решеткой, на которой находится насадка из мелкодробленого нефтяного кокса, подачу газов через насадку, нагретую до температуры 500-800°C, где происходит сжигание окиси углерода, причем для поддержания горения в камеру подают воздух, а смолистые вещества, содержащиеся в газе, подвергаются крекингу или пиролизу с образованием углерода (Патент ФРГ №1007069, 40 С., 4. 1957 г.).

Известны способ очистки отходящих газов контактированием с углесодержащим материалом при повышенной температуре 350-450°С (Авт. Св. СССР №1611419, Кл. В 01 D 53/34, 1990 г.) и способ очистки газов от окиси углерода при повышенной температуре, включающий продувку очищаемых газов через слой агломерата, имеющего температуру 950-1000°С (Авт. Св. СССР №982761, Кл. В 01 D 53/34, 1983 г.).

Основными недостатками известных решений являются:

- недостаточная очистка от смолистых веществ и углерода, что создает трудности при дальнейшей обработке анодных газов, “зарастание” газоочистительного оборудования, ухудшает экологическую обстановку;

- сложное аппаратурное оформление, значительные затраты и ограниченные технологические возможности, что крайне затрудняет использование в крупном промышленном производстве алюминия.

Наиболее близким по технической сущности и наличию сходных признаков является способ отвода газов от электролизеров с самообжигающимися анодами, включающий сбор концентрированных анодных газов, подачу их в горелку и дожигание при температуре 600-700°С при ограниченной подаче воздуха, подачу газов в ловушку, где отделяется крупная пыль, а затем - в циклон, улавливающий основную часть пыли. Из циклона газы подают в колонну с насадкой, где происходит их химическая обработка и выделение фторсодержащих компонентов. После промывки раствор, обогащенный фтористым натрием направляют на производство криолита, а газы вместе с увлеченным ими раствором подаются в экгаустер и после отделения каплей жидкости в циклоне выпускаются в атмосферу (Патент ФРГ №1059667, 40 С., 6. 1959 г.).

Однако и у этого способа недостаточно высокая степень очистки от смолистых веществ, что приводит к “зарастанию” аппаратов пылегазоочистки, к снижению эффективности их работы. Кроме того, остаточные концентрации углерода и смолистых веществ загрязняют вторичный возвратный продукт - регенерационный криолит, ухудшая его качество.

Задачей предлагаемого технического решения является извлечение ценных компонентов для возврата их в производственный процесс в виде вторичных продуктов, снижение выбросов вредных веществ в атмосферу и повышение качества регенерационного криолита.

В предлагаемом изобретении техническим результатом является снижение содержания углерода, смолистых веществ и СО в отходящих анодных газах электролитического производства алюминия.

Это достигается тем, что способ очистки анодных газов электролитического производства алюминия в электролизерах с самообжигающимися анодами, включающий сбор анодных газов, предварительное сжигание их с воздухом в горелочных устройствах, установленных на электролизерах, подачу газовоздушной смеси после предварительного сжигания анодных газов по газоходу на стадию пылегазоулавливания и выброс в атмосферу, предусматривает перед подачей газовоздушной смеси от горелочных устройств на стадию пылегазоулавливания подачу ее в процесс окислительного обжига, нагрев до температуры 800-1100°С с последующим охлаждением до 230-90°С с рекуперацией тепла на нужды производства.

Техническая сущность предлагаемого решения заключается в следующем.

Применяемая в промышленности технология очистки анодных газов включает сбор анодных газов от электролизера в укрытом пространстве борт-анод, их предварительное сжигание на каждом электролизере горелками при подаче (подсосе) воздуха, эвакуацию после обжига смеси анодных газов с воздухом по газоходам на стадию “сухой” и/или “мокрой” газоочистки, где происходит извлечение алюминий-фтор-натрийсодержащих компонентов с целью их переработки и возвращения в процесс в виде вторичного криолита. Отработанный материал с газоочистки частично выводится на шламовые поля, а частично в виде газовоздушного аэрозоля выбрасывается в атмосферу. Существующая схема может обеспечивать высокую степень очистки только при значительных материальных и трудовых затратах, наличии дорогостоящего аппаратурно-технологического оформления, что повышает себестоимость товарного алюминия.

В предлагаемом решении устраняется такой недостаток, как неполная очистка анодных газов от мелкодисперсного углерода, СО и смолистых веществ, что достигается дополнительным дожигом газовоздушной смеси, поступающей от горелочных устройств, установленных на электролизерах, на стадии пылегазоулавливания. Анодные газы, собранные от электролизера с использованием газосборного колокола, дожигаются в горелках, установленных непосредственно на электролизерах, при температурах процесса около 800°С. Но, поскольку дожигание ведется в газовоздушном потоке, время реакции ограничено, дожиг вредных компонентов происходит неполный. Затем газы по газоходу, разбавляясь воздухом (подсосы в местах стыков газохода и пр.), охлаждаясь до температуры 300-400°C с конденсацией некоторых фракций смолистых веществ, подаются в виде газовоздушной смеси на стадию пылегазоочистки (“сухая” и/или “мокрая”), где происходит улавливание фторсодержащих соединений и возврат их на переработку с целью получения вторичного продукта (регенерационного криолита), улавливания углеродосодержащей пыли и сброса ее на шламовое поле.

В составе смолистых веществ присутствуют канцерогенные полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), которые являются наиболее опасной составляющей анодных газов. Наиболее эффективным способом удаления ПАУ из газов электролиза является их термическое обезвреживание при повышенной температуре процесса (пиролиз).

В предлагаемом техническом решении газо-воздушную смесь после горелочных устройств подают в процессе окислительного обжига с нагреванием ее до температуры 800-1100°С. Это обусловлено необходимостью максимального перевода ПАУ в нетоксичные и малотоксичные соединения при их термическом разложении. А при температуре менее 800°С дожиг не обеспечивает требуемую степень разложения ПАУ.

Охлаждение газа после обжига является необходимым и связано с температурными ограничениями работы электрофильтров. Максимальная температура очищенных газов должна быть не более 230°С для обеспечения бесперебойной и эффективной работы газоочистного оборудования. А охлаждение газов до температур ниже 90°C недопустимо, так как при этом может происходить конденсация паров воды, присутствующей в газах, и это приведет к образованию кислот (фтористо-водородной, серной или сернистой), что вызовет коррозию газоочистительного оборудования.

Предлагаемая технология легко реализуема на алюминиевых заводах в существующей аппаратурно-технологической схеме газоочистки. Для этого перед электрофильтрами устанавливается энерготехнологическая установка, например печь кипящего слоя, снабженная утилизатором тепла для охлаждения газо-воздушной смеси после окислительного обжига и рекуперации тепла с использованием, например, котла-утилизатора водогрейного или парового котла и направления в технологический процесс. В качестве топлива в процесс окислительного обжига может подаваться различное углеродосодержащее топливо, например, пропан. Но предпочтительней, с точки зрения экономической и экологической, использовать в качестве углеродосодержащего топлива собственно углеродосодержащих отходов электролитического производства алюминия, пригодных для сжигания: коксовая пыль, бракованные аноды, пековые осадки, шлам газоочистки, хвосты флотации и другие.

Отличительными признаками предлагаемого технического решения от прототипа являются:

- подача газовоздушной смеси от горелочных устройств в процесс окислительного обжига перед подачей ее на стадию пылегазоулавливания;

- нагревание газовоздушной смеси до 800-1100°С;

- последующее охлаждение газо-воздушной смеси до 230-90°С с рекуперацией тепла на нужды производства.

Наличие этих признаков позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию патентоспособности “новизна”.

Использование в предлагаемом решении совокупности известных и отличительных признаков позволяет достигнуть более высоких технико-экономических результатов. Предлагаемая технология подготовлена к испытаниям на Иркутском алюминиевом заводе.

Способ очистки анодных газов электролитического производства алюминия в электролизерах с самообжигающимися анодами, включающий сбор анодных газов, предварительное сжигание их с воздухом в горелочных устройствах, установленных на электролизерах, подачу газовоздушной смеси после предварительного сжигания анодных газов по газоходу на стадию пылегазоулавливания и выброс в атмосферу, отличающийся тем, что перед подачей газовоздушной смеси от горелочных устройств на стадию пылегазоулавливания ее подают в процесс окислительного обжига, нагревают до температуры 800-1100°С, затем охлаждают до 230-90°С с рекуперацией тепла на нужды производства.