Очистка отходящих газов

Очистка посредством процесса сухой адсорбции газа из горячего электролитического процесса для получения  алюминия содержит в себе, по меньшей  мере, две стадии. Оксид алюминия в виде частиц проходит через стадии процесса адсорбции противотоком к  газу. Таким образом, газ очищается  частично отработанным адсорбентом  в первой стадии сухой адсорбции, после чего адсорбент в виде частиц отделяется от газа ниже по течению  потока от первой стадии адсорбции. Часть  отделенного адсорбента в виде частиц удаляется из процесса адсорбции  с целью возвращения адсорбированных  фторсодержащих веществ к электролитическому процессу. Остаток отделенного адсорбента возвращается в первую стадию адсорбции  для того, чтобы оптимизировать адсорбцию  фторсодержащих веществ и десорбцию  диоксида серы в этой стадии. Одновременно газ перемещается ко второй стадии адсорбции. В этой второй стадии газ  очищается в сущности неотработанным химически активным оксидом алюминия так, что любой газообразный фторид, остающийся в газе, очень эффективно адсорбируется, тогда как в то же время значительная часть диоксида серы в газе также адсорбируется. В заключение, этот оксид алюминия в виде частиц отделяется от газа ниже по течению потока от второй стадии сухой адсорбции перед тем, как газ выделяется в окружающую атмосферу. Отделенный оксид алюминия перемещается к первой стадии адсорбции необязательно после прохождения стадии (8) десорбции для удаления адсорбированного диоксида серы для того, чтобы уменьшить выбросы диоксида серы от получения алюминия. Отделение диоксида серы во второй стадии адсорбции улучшается возвращением ко второй стадии адсорбции оксида алюминия, подвергающегося очистке десорбцией. Технический результат - повышение эффективности отделения диоксида серы для предохранения окружающей среды от газа. 4 з.п.ф-лы, 1 ил.

Настоящее изобретение относится  к способу разделения посредством  адсорбции и с целью улавливания  примесей, таких как фторсодержащие газы и фторсодержащая пыль (порошка) из газа, который выделяется в процессе получения алюминия. Выделенный в  процессе газ приводится в контакт  с адсорбентом в виде частиц оксида алюминия, который может быть повторно использован как сырьевое вещество в процессе. Более точно, изобретение  касается многоступенчатого противоточного процесса, сочетающего эффективную  очистку газа с высокой степенью концентрации фторсодержащих веществ  на адсорбенте. В благоприятном для  окружающей среды воплощении изобретения  одновременно из газа удаляется диоксид  серы.

Предшествующий уровень  техники

В способе электролитического получения алюминия, таком как  способ Холла-Херольда (Hall-Heroult), где алюминий производится посредством восстановления оксида алюминия в расплавленном электролите в виде фторсодержащего минерала, к которому подается оксид алюминия, газы процесса загрязнены фторсодержащими веществами, такими как фтористый водород и фторсодержащая пыль. Будучи крайне вредными окружающей среде, эти вещества должны быть разделены перед тем, как газы процесса могут выпускаться в окружающую атмосферу, тогда как в то же время фторсодержащий расплав является неотъемлемой частью электролитического процесса.

Улавливание фторсодержащих соединений из газов, образованных при  получении алюминия, имеет следующие  недостатки: газ процесса обычно загрязнен  также другими веществами, такими как диоксид серы, который появляется главным образом от окисления  электродов, но в некоторой степени  также из примесей, находящихся в  сырьевом веществе. Если эти вещества возвращать в процесс вместе с  адсорбентом, то они будут выделяться в газы процесса и, таким образом, концентрироваться в цикле, возникающем в электрохимическом процессе и газоочистке. Если эти вещества концентрируются в процессе, то они часто неблагоприятно воздействуют на выход процесса или мешают процессу каким-то другим путем, вследствие чего неблагоприятно влияют на экономичность процесса. Следовательно, эти вещества должны быть удалены из адсорбента перед его повторным использованием в процессе. Благоприятным для окружающей среды является то, что количество выделенного в процессе диоксида серы будет уменьшаться.

Известно использование  способов сухой адсорбции для  очистки газов, образующихся при  получении алюминия, в которых  оксид алюминия может использоваться как адсорбент. Оксид алюминия (Al2O3), который как сырьевое вещество подается к процессу для получения алюминия, имеет значительную способность к адсорбированию (более точно, к химическому адсорбированию) фтористого водорода. Порошок оксида алюминия коммерческого качества и с размером частиц в диапазоне 0,03-0,16 мм имеет пористую структуру и активную поверхность 40-80 м2/г, так что большие количества фтористого водорода могут адсорбироваться перед тем как оксид алюминия насыщается. Однако верно, что адсорбционная способность уменьшается, когда активная поверхность вся покрыта адсорбированными молекулами фтористого водорода, т.е. когда оксид алюминия насыщен фтористым водородом. Обычно оксид алюминия в виде частиц эффективно и турбулентно смешивается с газами из процесса получения алюминия в флюидизированном (псевдоожиженном) слое или каком-нибудь другом реакторе контактирования, фтористый водород затем адсорбируется на оксиде алюминия. Оксид алюминия, который теперь содержит адсорбированные фториды, отделяется ниже по течению потока от реактора контактирования с помощью одного или более фильтров. Оксид алюминия затем подается к процессу получения алюминия и фториды улавливаются. Однако диоксид серы в определенной степени (как правило 10-30%) также адсорбируется в этих процессах, и диоксид серы, таким образом, сопровождает оксид алюминия обратно к процессу получения алюминия, где он выделяется в газы процесса в печи. В реальной практике диоксид серы, таким образом, не удаляется из газов, а вместо этого нежелательным образом циркулирует и концентрируется в системе, включающей в себя печь для получения алюминия и оборудование для газоочистки, и затем приводит к увеличению содержания диоксида серы в воздухе помещений. Если желательно уменьшить риск выброса в окружающую среду диоксида серы от производства алюминия, то диоксид серы должен быть отделен от отходящих газов с помощью сепараторов влаги, расположенных ниже по течению потока от предшествующих процессов сухой адсорбции. Однако такие сепараторы влаги, используемые для отделения диоксида серы от газов, представляют собой очень дорогое решение, так как включенное количество газа является значительным, и концентрация диоксида серы в нем низка, например, в сравнении с отходящими газами из электростанции, сжигающей ископаемые (теплоэлектростанции). В связи с этим большинство из алюминиевых фабрик в мире до сих пор выпускают весь диоксид серы в окружающую атмосферу.

Известен способ отделения  фторсодержащих веществ (фтористого водорода) при очистке газа, выделяемого  в процессе получения алюминия, посредством  адсорбции на твердом оксиде алюминия в виде частиц в процессе сухой  адсорбции, при этом оксид алюминия проходит противотоком к газу; оксид  алюминия в виде частиц с адсорбированными фторсодержащими веществами отделяют от газа; часть отделенного оксида алюминия в виде частиц с адсорбированными фторсодержащими веществами удаляют  от процесса адсорбции для возвращения  фторсодержащих веществ в процессе получения алюминия, а остаток отделенного оксида алюминия возвращают на стадию адсорбции.

Одной задачей настоящего изобретения является предложение  способа отделения по существу всех фторсодержащих веществ с помощью  сухой адсорбции на оксиде алюминия с целями улавливания, так же, как  и для эффективного отделения  диоксида серы для предохранения  окружающей среды от газа, выделенного  в процессе получения алюминия.

Другой целью настоящего изобретения является предложение  способа, посредством которого диоксид  серы и в определенной степени  также другие нежелательные примеси  на адсорбенте могут быть удалены  с него перед тем, как адсорбент  повторно используется в процессе производства алюминия, посредством этого избегая  циркуляции и накопления этих веществ  в системе.

Следующей целью настоящего изобретения является предложение  способа, который в сравнении  с предшествующими способами  газоочистки приводит к поддержанию (на том же уровне) или улучшению  отделения и улавливания фторсодержащих веществ, в то же время поддерживая или улучшая благоприятный к окружающей среде характер процесса (низкие выбросы) по сравнению с известными способами, упоминаемыми выше.

Раскрытие изобретения

В соответствии с изобретением эти цели достигаются способом адсорбции, который содержит по меньшей мере две стадии сухой адсорбции, где газ, который образован в процессе получения алюминия и загрязненный по меньшей мере фторсодержащими веществами, которые могут быть газообразными или в виде частиц, перемешивается и приводятся в контакт с оксидом алюминия в виде частиц, посредством этого отделяя по меньшей мере фторсодержащие вещества от газа. Стадии адсорбции организуются в виде одного или более реакторов контактирования, в которых газ очищается посредством смешивания и контактирования с оксидом алюминия в виде частиц.

В способе адсорбции в  соответствии с изобретением

- газ очищается на первой  стадии сухой адсорбции с по меньшей мере частично отработанным оксидом алюминия в виде частиц так, чтобы значительная часть газообразных фторидов, обнаруженных в газе, адсорбировалась на адсорбенте,

- оксид алюминия с адсорбированными  фторсодержащими веществами отделяется  от газа ниже по течению  потока от первой стадии адсорбции,  после чего часть отделенного  оксида алюминия с адсорбированными  фторсодержащими соединениями удаляется  из процесса адсорбции, и остаток  оксида алюминия возвращается  в первую стадию адсорбции,  в то же время газ перемещается  ко второй стадии сухой адсорбции,  находящейся ниже по течению  потока от первой стадии адсорбции,

- газ, теперь имеющий  в основном уменьшенное содержание  фторсодержащих веществ, затем  во второй стадии сухой адсорбции  очищается по существу неотработанным  химически активным оксидом алюминия  в виде частиц таким образом,  чтобы адсорбировать любые фторсодержащие  вещества, остающиеся в газе после  первой стадии адсорбции и  чтобы адсорбировать другие газы, такие как диоксид серы, и

- оксид алюминия в виде  частиц затем удаляют из газа  ниже по течению потока от  второй стадии адсорбции перед  тем, как газ выпускается в  окружающую атмосферу или подвергается  дополнительной очистке ниже  по течению потока, и по меньшей мере часть оксида алюминия, отделенная от газа ниже по течению потока от реактора контактирования, включенного во вторую стадию адсорбции, перемещается к реактору контактирования, включенному в первую стадию адсорбции.

Предпочтительно частично отработанный оксид алюминия возвращают в первую стадию адсорбции и количество возвращенного оксида алюминия управляется и контролируется таким образом, чтобы оптимизировать адсорбцию фторсодержащих веществ и десорбцию диоксида серы в первой стадии адсорбции.

Как видно из ранее изложенного, оксид алюминия в виде частиц проходит через стадии процесса адсорбции  противотоком к газу. Неотработанный оксид алюминия сначала подается к реактору контактирования, который включен во вторую стадию сухой адсорбции, где оксид алюминия перемешивается и приходит в контакт с газом. Из реактора контактирования, включенного во вторую стадию адсорбции, по меньшей мере некоторое количество теперь частично отработанного оксида алюминия переносится к реактору контактирования, включенному в первую стадию адсорбции. При подаче к реактору контактирования, включенному в первую стадию сухой адсорбции, оксид алюминия из второй стадии адсорбции перемешивается и приводится в контакт с газом в этой первой стадии адсорбции. После прохождения через реактор контактирования, включенный в первую стадию адсорбции, часть сухого оксида алюминия в виде частиц отделяется, оксид алюминия теперь существенно насыщается по меньшей мере фторсодержащими веществами и удаляется из процесса таким образом, чтобы возвратить фторсодержащие вещества в процесс для производства алюминия, остаток оксида алюминия возвращается в первую стадию адсорбции.

Эта циркуляция мотивируется двумя причинами. Во-первых, она нужна  для контроля и оптимизации адсорбции  газообразных фторидов из газа процесса в первой стадии адсорбции. Во-вторых, она нужна для получения требуемой  десорбции таких веществ как  диоксид серы, который был адсорбирован на оксиде алюминия во второй стадии адсорбции, таким образом предотвращая любое значительное возвращение этих веществ в электролитический процесс. Если сера (диоксид серы) или фосфор (фосфорный ангидрид) повторно будет возвращаться в электролитический процесс, это может оказывать неблагоприятное воздействие на выход этого процесса.

Так как оксид алюминия имеет более высокое сродство к фтористому водороду, чем к таким  газам как диоксид серы, то представляется возможным частичное возвращение  адсорбента по меньшей мере в первую стадию адсорбции для того, чтобы контролировать, какие вещества возвращаются в электролитический процесс вместе с адсорбентом, перенесенным к электролизной печи, таким образом предотвращая нежелательным веществам, таким как диоксид серы и фосфорный ангидрид, циркулировать и концентрироваться в системе, включающей электролизную печь и оборудование для газоочистки. Все такие газы адсорбируются и молекулярно связываются с активированной поверхностью частиц оксида в процессе сухой адсорбции. Так как, однако, фтористый водород имеет более высокое сродство к оксиду, чем к диоксиду серы, уже адсорбированный диоксид серы будет десорбироваться, в то время как фтористый водород доставляет диоксид серы к активированной поверхности. При условиях отличного контакта между газом процесса и адсорбентом, процесс адсорбции стремится к состоянию равновесия с очень высокой частью фтористого водорода, адсорбированного на поверхности оксида, где имеет место только адсорбированный диоксид серы, если есть избыток активированной поверхности адсорбента по отношению к количеству фтористого водорода, присутствующего в процессе. Вследствие факта, что адсорбент возвращается в первую стадию адсорбции, процесс приближается к равновесному состоянию. В результате, адсорбция нежелательных веществ может управляться и минимизироваться так, что только минимум этих веществ возвращается в электролизную печь вместе с адсорбентом.

В одном воплощении изобретения, предназначенном для применения, при котором необходимо избежать, чтобы эти нежелательные вещества, такие как диоксид серы, которые  должны адсорбироваться на адсорбенте, возвращались в электролизную печь, но тем не менее может позволить этим веществам выбрасываться в окружающую атмосферу, адсорбент (оксид алюминия) перемещается из второй стадии адсорбции непосредственно к первой стадии адсорбции, где он повторно используется, в то время как диоксид серы десорбируется. Предпочтительно через оксид алюминия в стадии десорбции течет водяной пар, газообразный азот или другой неокисляющий газ. Десорбция приводит к состоянию равновесия. Диоксид серы выделяется из электролизного процесса и поступает с газом процесса к первой стадии адсорбции. Однако адсорбция диоксида серы в этой первой стадии контролируется и минимизируется возвращением адсорбента в эту стадию. В результате диоксид серы будет концентрироваться в цикле между первой и второй стадиями адсорбции, тогда как по существу никакого диоксида серы не будет циркулировать между электролизной печью и первой стадией адсорбции. При устойчивом состоянии окончательно самостоятельно устанавливается состояние равновесия, при котором количество диоксида серы, выбрасываемого в окружающую атмосферу, равно количеству диоксида серы, выделенного в газ процесса в электролизной печи.