Инженерно-технические системы, применяемые для первичной газоочистки при электролизном производстве алюминия

Основным требованием к инженерно-техническим системам первичной газоочистки при электролизном производстве алюминия является эффективность удаления контаминантов, в основном фтористых соединений из области их формирования в электролитических ваннах. При этом эффективным считается удаление более 95-98,5 % фтористых соединений и мелкозернистых частиц, содержащихся в отходящих газах.

Для удаления контаминантов из области их формирования могут применяться мокрые скрубберы с малым потреблением энергии, скрубберы с подвижной насадкой, а также ситовые скрубберы.

Наиболее эффективно применение мокрых скрубберов, в конструкции которых предусмотрена возможность орошения восходящего газового по­тока, содержащего контаминанты.

Сущность технологии газоочистки при электролизном производстве алюминия заключается в том, что в воду скруббера добавляют соединения натрия и кальция, наличие которых в водной среде скруббера повышает эффективность улавливания газообразных фторидов. Так, например, введение в водную среду скруббера системы первичной очистки газов в результате протекания реакций вида

позволяет удалять из отходящих газов фтористые соединения в виде шлама CaF2. Введение же карбоната натрия Na2CO3 в водную среду скруббера системы первичной газоочистки обеспечивает возможность выведения фтора из отходящих газов в виде NaF за счет протекания реакции

которое в дальнейшем, взаимодействуя с алюминатом натрия (NaAl02-2H20 по реакции)

обеспечивает возможность выведения фтора из отходящих газов в виде криолита Na3AlF6 или AlF3-3NaF.

В системе первичной газоочистки при электролизном производстве алюминия целесообразно оснащать мокрые скрубберы циклонами или электрофильтрами, что способствует предварительному выведению из от­ходящих газов пылевидных частиц (d приб 10 мк).

Рассмотренные системы газоочистки при электролизном производстве алюминия являются достаточно эффективными. Однако они уступают системам первичной газоочистке по экономическим показателям, поскольку применение в системах первичной газоочистки сухих скрубберов позволяет возвращать в производство уловленные фториды и частицы аэрозоля, которые вновь становятся компонентами электролизной ванны.

В рассматриваемом методе в сухих скрубберах используют глинозем как среду, улавливающую контаминанты. Получаемый в результате протекания реакции между глиноземом А12О3 и содержащимся в отходящих газах HF фторид алюминия A1F3,

А12О3 + 6HF = 2A1F3, + ЗН2О (367)

нерастворим в воде, что обеспечивает возможность его извлечения из скруббера для последующего повторного использования в электролизерах для получения первичного алюминия.

При использовании в сухих скрубберах мелкой фракции частиц глинозема, поверхность которых превышает 45 м2/г, возможна адсорбция в больших количествах газообразных фторидов на поверхности частиц глинозема. Количественная оценка этого процесса показывает, что частицы глинозема таких размеров могут адсорбировать газообразные фториды в количестве до 4 % своей массы. Эффективному протеканию этого процесса способствует также содержание в глиноземе определенного количества натрия, который положительно влияет на удержание фторидов.

Важную роль в адсорбции фторидов на поверхности частиц глинозема играет относительная влажность отходящих газов.

Схема очистки отходящих газов в сухих скрубберах показана на рис. 66.

Конструктивные особенности рассматриваемой системы очистки отходящих газов (см. рис. 66) обеспечивают равномерное распределение глинозема по всему потоку газов, в результате чего наблюдается эффективное удаление фторидов из отходящих газов.

Глинозем вводится в поток отходящих газов через жиклеры или сопла, расположенные в объеме скруббера, и затем смесь глинозема и отхо­дящих газов поступает в отдельную секцию скруббера, где большая часть глинозема осаждается за счет гравитации. Поток же газов направляется в рукавный фильтр или в электрофильтр для улавливания тонкой фракции руды.

Поскольку профилактический ремонт скруббера требует остановки вен­тиляторов, то в системе газоочистки должно быть предусмотрено от 5 до 20 скрубберов, производительность которых может быть равна 100 000 м3/ч.

При таком количестве скрубберов в системе газоочистки временное неиспользование одного или нескольких скрубберов не существенно скажется на эффективности работы системы газоочистки в целом.

Рассмотренная система первичной газоочистки при электролизном производстве алюминия обеспечивает ее эффективность более 99 %.

Входящие газы, содержащие 100 мг/м3 фторидов, на выходе после очистки отходящих газов от фторидов имеют не более 1 мг/м3 фторидов, содержащихся в отходящих газах.

В отходящих газах из электролизных ванн алюминиевого производства содержится до 200-300 мг/м3 фтористого водорода, до 200-500 мг/м3 пылей, а также 10-50 мг/м3 смолистых веществ, имеющих канцерогенные компоненты (бензапирен).

Такое содержание контаминантов в отходящих газах характерно для электролизеров с верхним токоподводом. Для электролизеров с боковым токоподводом содержание контаминантов в отходящих газах составляет до 25 мг/м3 HF, до 200 мг/м3 пылей и до 20 мг/м3 углеводородов в виде смолистых соединений.

Дисперсность пылей в отходящих газах электролизного производства составляет в среднем 10-20 мкм.

Для очистки газов от пылей на отечественных предприятиях применя­ют электрофильтры и скоростные полые скрубберы с циклонным каплеуловителем. Условия работы скруббера для электролизера с верхним токoподводом следующие: скорость газа 6-8 м/с; используется орошение отходящих газов содовым раствором (3-5 % Na2CO3) для нейтрализации кислотосодержащих компонентов в отходящих газах. В частности, нейтрализуется фтористый водород, содержащийся в отходящих газах электролизного производства, с образованием бикарбоната натрия и в конечном итоге - фтористой соли натрия и диоксида углерода.

Наличие в системе газоочистки каплеуловителей обеспечивает остаточное содержание водяной пыли в газах не более 0,12 г/м3.

Смолистые вещества, содержащиеся в отходящих газах, дожигаются в кислородсодержащей среде при 50-95 % степени очистки отходящих га­зов от углеводородов.

Рассмотренные комплексные методы очистки отходящих газов электролизного производства алюминия обеспечивают их очистку на 90-98 % по контаминантам, содержащимся в отходящих газах.

Газоочистные сооружения, применяемые для очистки отходящих газов электролизного производства алюминия, в системе газоочистки располагаются в последовательности: электрофильтр - вентилятор - скоростной скруббер - каплеуловитель. Возможны и другие схемы размещения эле­ментов газоочистных сооружений.