Способы очистки газообразных выделений при электролизе алюминия (стр. 4 из 5)
Выход по току и по энергии также подвержены влиянию со стороны некоторых потенциальных примесей. К примеру сообщалось, что выход по току значительно снижается, когда концентрация фосфора в электролите превышает 80 ррм. Производители, использующие сухую газоочистку часто подходят к этому пределу, и поэтому предпринимаются шаги для разработки техники обхода данной проблемы. Для решения ее сегодня изучаются два различных подхода - либо удаление примесей непосредственно из газа электролизера, либо обработка загрязненного глинозема из сухого скруббера до загрузки его в электролизер.
Первый метод включает поэтапный сбор частиц. Цель его - уловить обогащенные по примесям твердые частицы с небольшим содержанием глинозема. Собранная пыль далее реагирует с паром в автоклаве для восстановления содержания фтора, а осадок выводится в отвал. Для предварительной очистки газа установлены мощные электрофильтры, обеспечивающие соответствие требуемым расчетам технического и экономического обоснования.
Методы очистки газа после скрубберов включают отделение пыли от глинозема перед его загрузкой в электролизер. В узком масштабе были испытаны такие способы мокрой очистки, как флотация, ультразвуковая обработка промывка в кислотах и щелочах. В таком же масштабе были испытаны и сухие способы очистки - магнитная, воздушная сепарации и сепарация на центрифуге. Поскольку эти примеси проявляют тенденцию концентрироваться в мелкой фракции материала, эти физические способы разделения имеют большой потенциал для очистки алюминия при минимальных затратах.
1.2.4 Качество глинозема для сухой газоочистки
Исходя из вышесказанного, наиболее полный контроль над фтористыми выбросами может быть достигнут в том случае, когда глинозем имеет высокую удельную поверхность ВЕТ. Желательным также является присутствие влаги в адсорбенте. Структурные требования к глинозему при улавливании мелких твердых частиц, или двуокиси серы кажутся однако малоуместными. В последнем случае превалирующая адсорбция HF препятствует поглощению SO2 без большого избытка используемого глинозема.
Оценка минимальной величины удельной поверхности может быть сделана только на основании знания уровня газообразных выбросов, а также конструкционных характеристик и дизайна сухого скруббера. Однако в качестве генерального правила принимается минимальная удельная поверхность 25 м2/г, поскольку равновесное насыщение не достигается. Если пользоваться этой минимальной величиной, то весь подаваемый для питания глинозем будет необходимо пропускать через эффективно сконструированный сухой скруббер.
В прошлом состоялась широкая дискуссия на тему прочих структурных требований к используемому в системе сухой газоочистки глинозему, таких как содержание альфа- и гамма-фаз, а также потерь при прокаливании, однако новые результаты показали, что кристаллическая структура влияет на процесс слабо. Поэтому роль, которую играет влага в обеих интерпретациях может иногда быть обманчива.
Поддержание необходимой пропорции влаги для адсорбции согласно механизма, представленного в параграфе в определенных климатических условиях может быть затруднительным, если производители должны полагаться на атмосферную влажность. Поэтому более равномерная адсорбция будет проходить в том случае, если глинозем имеет собственную влагу, и это объясняет факт, почему некоторые производители предпочитают высокое содержание потерь при прокаливании. Кальцинация глинозема идет по сложному механизму, но всегда существует корреляция между кристаллической структурой, удельной поверхностью и содержанием влаги. Фактически, наиболее предпочтительными являются глиноземы, имеющие высокий уровень потерь при прокаливании и большую удельную поверхность ВЕТ.
1.2.5 Системы сухой газоочистки
Фтористый водород непосредственно хемосорбируется на кристаллический глинозем из сухого горячего газа. Свежий (первичный) глинозем подается непосредственно в поток газа, который смешивается и реагирует с ним. Затем прореагировавший глинозем, а также частицы твердых фторидов и другие твердые материалы удаляются из газового потока при пропускании через рукавные фильтры. Собранный (вторичный) глинозем, содержащий почти все фториды и твердые частицы, выброшенные в процессе электролиза подается затем в электролизер. Поэтому весь процесс улавливания выбросов работает как замкнутый цикл. Не только газообразные и твердые фториды, но также и весь мелкий материал (главным образом глиноземная пыль) улавливаются не менее чем на 98% и возвращаются непосредственно в процесс электролиза.
Для хорошего контакта газ/глинозем и эффективной фильтрации необходима соответствующая конструкция системы газосбора. Энергопотребление следует снизить, а сама система должна быть оснащена оборудованием для контроля, подачи глинозема и его транспортировки.
Надежность в эксплуатации является жизненно важной, поскольку стандарты фторидных выбросов очень жесткие, и выделение неочищенного газа вследствие неполадок системы недопустимо.
Сухие системы газоочистки разрабатываются с достаточной гибкостью, позволяющей работать при значительном снижении производительности вследствие аварий любой составляющей системы. Повседневное обслуживание не позволяет превышать производительность сухой системы. В системе также необходимо наличие промежуточных емкостей, поскольку резервное оборудование требуется при таких операциях, как подача глинозема. И поэтому 100% - я надежность воспринимается как большая награда.
Рисунок 2. Система сухой газоочистки Флакт для электролизеров Содерберга с верхним токоподводом.
Поскольку газ электролизеров Содерберга в 5-10 раз более концентрирован по сравнению с газом, отходящим от электролизеров с укрытием и обожженными анодами, эти два типа ванн требуют различной конструкции систем сухой газоочистки. В реакционной зоне отношение глинозем/газ также значительно варьируется. На рисунке 2 показана принципиальная схема системы сухой газоочистки для электролизеров Содерберга с верхним токоподводом. Электрофильтр удаляет примерно 95% железа и других твердых примесей, которые в противном случае будут возвращены в электролизеры. Конденсированные смолистые вещества в виде аэрозолей также улавливаются фильтрами, но смолистые, которые существуют в газовой фазе проходят дальше.
Эффективность улавливания конденсируемых веществ зависит от температуры газа. После подачи глинозема смесь глинозема и газа реагирует в высокоэффективных вертикальных реакторах. Концентрация Al2O3 в реакторах слишком высока для эффективной работы рукавных фильтров, и поэтому взвесь глинозема собирается в предварительном осадителе, который установлен либо над, либо встроен во вторичный силос для глинозема. Окончательная очистка газа происходит в рукавных фильтрах.
Рис.3. Система сухой газоочистки Флакт для электролизеров с укрытием и обожженными анодами.
Практическое применение систем сухой газоочистки может широко варьироваться в зависимости от доступных площадей и местных требований. Конструирование систем под заказ является обычной практикой даже в том случае, когда они включают в себя основные компоненты, указанные на рисунках 2 и 3.
Сухие скруббера могут быть установлены как индивидуальные системы в двориках между корпусами, обрабатывая, к примеру отходящие газы одной серии, или централизованно, за пределами комплекса корпусов электролизе. Последняя схема позволяет очищать газы от всех корпусов электролиза и требует наличия длинных газоходов. Преимущества больших систем в том, что они имеют центральные посты управления оборудованием и процессом.
Как уже отмечалось, обязательным для системы сухой газоочистки является профилактическое обслуживание. Газ, отходящий от обычной серии электролизеров с обожженными анодами пропускается через 5000 рукавных фильтров. Наиболее высокая достигаемая эффективность газоочистки зависит от состояния каждого рукавного фильтра. Нормальный срок службы фильтра составляет 2-3 года. Он достигается при хорошо работающей службе ремонта. Для этого Флакт разработал систему рукавных фильтров, позволяющую выполнять замену отдельных фильтров на месте с чистой стороны через легкие люки над фильтрами. Это наиболее предпочтительный метод замены фильтров, поскольку он позволяет сэкономить затраты на работу тяжелого крана и службы ремонта. В специальных случаях возможна замена фильтровального модуля в целом, в один или два приема. Сдвижной или подъемный верх обеспечивает быстрый доступ к чистой стороне фильтровальной секции, а замена модуля в целом осуществляется в случае аварии, или, по необходимости при текущем ремонте. Испытаны также другие системы сухой газоочистки, к примеру, такие как реактор с подачей глинозема для хемосорбции газообразного фтора, установленный перед электрофильтром для сбора твердых частиц и прореагировавшего глинозема. В сравнении с системами, оборудованными рукавными фильтрами главными недостатками их являются пониженная эксплуатационная готовность и относительно низкая эффективность улавливания твердых частиц.
Электрофильтры должны быть крупными и многостадийными, если содержание твердых частиц на выходе должно соответствовать 30 мг/нм3, в сравнении с рукавными фильтрами, обеспечивающими содержание твердых частиц на выходе в некоторых случаях даже менее 5 мг/нм3.
1.2.6 Эффективность систем сухой газоочистки в зависимости от эксплуатации и параметров процесса
Улавливание фтористого водорода в системе сухой газоочистки основано на способности глинозема поглощать HF. Для осуществления такой хемосорбции необходимо обеспечить соответствующий контакт между молекулами фтористого водорода и частицами глинозема в потоке газа. Следовательно, для данной величины удельной поверхности количество хемосорбированного фтористого водорода станет выше как при увеличении времени контакта, так и времени удержания. Контакт между глиноземом и фтористым водородом в рукавном фильтре осуществляется по двум последовательным шагам. Первым является контакт при смешении с газом и транспорт к рукавным фильтрам, а вторым - при фильтрации газа сквозь слой глинозема на стенках фильтров. Время удержания глинозема колеблется в пределах 2-60 минут, и может контролироваться регулировкой временного интервала очистки фильтров.