用于降低熔炼工艺系统的资金和操作成本并且改进使用IGT系统的熔炼工艺的环境影响，以从熔炼工艺系统中的每个电解槽去除和过滤对环境有害的气体和颗粒的系统和方法。一种用于熔炼氧化铝的系统，其包括：i)电解槽，其包括壳体，其中所述壳体的上部区域表示上部结构；ii)在所述上部结构内的多孔板，用于支撑包括非氟化氧化铝和氟化氧化铝中的至少一种的流化床；和iii)将所述上部结构中的开口可操作地连接到所述电解槽外部的开放环境的通风系统，其中所述通风系统包括位于上部结构内的所述多孔板上方的净化的工艺气体增压室和净化的工艺气体管道。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】综合气体处理相关申请的交叉引用不适用。关于联邦资助研究的声明不适用。
本公开总体上涉及用于综合气体处理(IGT)的系统和方法。更具体地，本公开涉及降低熔炼工艺系统的资金和操作成本，并且改进使用IGT系统的熔炼工艺的环境影响，以从熔炼工艺系统中的每个电解槽去除和过滤对环境有害的气体和颗粒。
技术介绍
使用公知的Hall-Héroult方法通过在熔融电解质中电解熔炼级(或其它)氧化铝来工业生产铝金属。该方法在本文中通常称为熔炼方法。电解质容纳在包括钢罐壳体和位于电解槽底部的阴极组件的罐中，该罐壳体在内部涂覆有耐火和绝缘材料。碳阳极延伸到由熔融的冰晶石和溶解的氧化铝组成的上述参考电解质中。可以达到大于500kA的值的直流电流流过阳极、电解质和阴极，产生将氧化铝还原成铝金属的反应，并且通过焦耳效应将电解质加热到大约960℃的温度。来自电解槽的排放物由许多气态和颗粒组分组成，也称为工艺气体，例如氟化氢(Fg)和颗粒氟化物(Fp)。与电解槽产生Fg和Fp有关的机理包括：i.与熔融电解质反应(在～960℃)的氢(H)源的电化学水解，形成气态氟化氢(例如氧化铝中的结构羟基(OH)，通过灼烧损失(LOI300℃至1000℃)测量，碳阳极中的氢)；ii.进入电解槽与通过外壳(crust)逃逸的电解质蒸气(～400℃)反应的氢(H)源的热水解，形成气态氟化氢(例如，氧化铝表面上松散结合的水分，吸入电解槽的环境空气中的水分，和通过灼烧时的水分(MOI20℃至高达300℃)测量的氧化铝中三水铝石的不完全煅烧)；电解质蒸汽，其凝结形成氟化物细颗粒；和含有夹带在电解槽工艺气体中的氟化物的颗粒材料。Fg和Fp的回收对环境和金属还原成本是最重要的。对环境的总氟化物(Fg和Fp)排放来自两个主要来源；逃逸电解槽罩盖(hooding)和气体收集系统的逸散性排放物，其在热烟羽(plume)中通过电解车间屋顶通风机排放到环境中，以及未被氧化铝吸附并在喷射型干式净化(dryscrubbing)系统中过滤的残留氟化物排放物，其通过排气烟囱排放到环境中。前者是主要排放源，典型地是按照每生产一吨铝释放的氟化物总质量(Ft＝Fg+Fp)测量的由干式净化器组排出的量的大约4倍(kgFt/tAl)。在排放污染和捕获方面，可移动的侧盖有利于周期性的碳阳极组件更换，并形成电解槽的罩盖系统，以最小化逸散性(未处理的)排放物直接释放到电解车间和环境中。电解槽的排放收集效率主要取决于罩盖效率，其定义为理论密封的电解槽上层结构的开放区域与封闭区域的比率。电解槽通风速率和在罩盖系统内产生的相关负压对于确保有效的排放捕获是重要的。罩盖效率和通风速率确定了当电解槽关闭或打开用于电解槽维护和金属倒出(tapping)时，从电解工艺通过上部结构侧盖板、阳极杆穿透周边和末端倒出门的接缝处的间隙，逸散性排放物泄漏到电解车间环境。来自每个电解槽的通风速率主要由通过罩盖系统中的间隙吸入电解槽的环境空气组成，以确保有效捕获工艺气体和污染物。气体处理中心(GTC)的通风能力(尺寸)受到吸入电解槽的环境空气的这种进入的强烈影响。来自电解槽的净通风量是由熔炼工艺产生的工艺气体(通常小于净通气量的1％)和通过罩盖系统中的间隙吸入电解槽的环境空气(通常为净通气量的99％)的总和。工艺气体温度间接地随着工艺气体流量变化，这意味着具有显著减小的通风流量的常规熔炼工艺系统理论上可以产生高达约400℃的工艺气体温度。除了来自电解车间屋顶的氟化物排放速率量级上明显大于来自注射型干式净化系统的排放烟囱(stack)的氟化物排放速率之外，释放到电解车间和环境的逸散性(未处理的)氟化物排放物也比从注射型干式净化系统的烟囱排放的残留氟化物排放物冷。对于给定的一组气象条件，排放物到大气中的分散主要由烟羽中的热浮力驱动。因此，较冷的电解车间逸散性排放物的分散倾向于比来自干式净化器烟囱的残余(相对较热)氟化物排放物的效率显著较差。将气态氟化物干法吸附和化学吸附到新鲜氧化铝的表面上，随后将氟化的氧化铝再循环回电解槽作为铝熔炼工艺的进料，被广泛接受为用于减少来自电解槽的氟化物排放物的最佳可行技术。注射型干式净化系统采用两步综合工艺；首先吸附，然后将气态氟化氢化学吸附到熔炼级氧化铝的表面上，然后在将净化的气体(包括残余排放物)释放到环境之前，分离和过滤氧化铝和颗粒。下面的描述参考图1，其是示出具有集中式气体处理中心(GTC)1.30的常规熔炼工艺系统的示意图，所述集中式气体处理中心(GTC)1.30使用在电解槽1.31和电解车间建筑物1.19外部的注射型干式净化。来自每个电解槽1.31的上部结构1.1的工艺气体被收集并通过工艺气体管道1.34输送到集中式GTC1.30。通过常规的罩盖系统未在每个上部结构1.1中捕集的逸散性(未处理)工艺气体逃逸进入电解车间建筑物1.19中，然后它们通过屋顶重力通风机1.20在排放烟羽1.22中排放到环境中。氟化氢的初级净化发生在反应器1.23处，其中新鲜的氧化铝1.24和再循环的氟化的氧化铝1.25注入来自工艺气体管道1.34的工艺气体中，并作为半净化工艺气体通过半净化工艺气体管道1.35离开反应器。通过使用一个或多个过滤器1.26的二次净化来分离半净化工艺气体和氟化氧化铝的混合物。二次净化发生在过滤器1.26的外表面上的滤饼处。以新鲜氧化铝1.24注入速率的若干倍注入的再循环氟化氧化铝1.25改善了工艺气体和氧化铝之间的接触质量，导致氟化氧化铝1.33中更好的氟化物分布和更高的气态氟化物吸附效率。如果新鲜氧化铝1.24被中断，再循环的氟化氧化铝1.25也提供有限的储备净化能力。然而，优选减少(如果不是消除的话)再循环率(再循环的氟化氧化铝1.25与新鲜氧化铝1.24的比率)，因为已知高再循环率有助于增加氧化铝磨损、结垢、能量消耗、系统磨损和灰尘负载在过滤器1.26上。在氧化铝和用于初级净化的工艺气体中的氟化氢之间的接触时间以秒计。当考虑在过滤器1.26的表面处的再循环率和二次反应时间时，氧化铝和用于初级净化的工艺气体和用于二级净化的半净化工艺气体中的氟化氢之间的总平均接触时间以一到两个小时计测量。净化过的工艺气体1.29和残留的氟化物通过排风扇1.28和烟囱1.32排放到环境中。氟化氧化铝1.33通常储存在氟化氧化铝箱1.27中，然后通过氟化氧化铝输送机1.18输送回每个电解槽1.31，其中它存储在氟化氧化铝上部超结构箱1.21中作为每个电解槽1.31的原料。对于注射型干式净化系统，几种因素对于实现氧化铝表面上的有效的氟化氢吸附以及在再循环回电解槽的氟化氧化铝中氟化物(Fg+Fp)的均匀分布是至关重要的，具体地：i.就注射部位处的氟化氢气体和氧化铝颗粒之间的颗粒内扩散阻力而言的接触质量；ii.吸附过程中的工艺气体温度；和iii在所有操作过滤器隔间之间的工艺气体中的相等质量的氟化氢与相等质量的新鲜氧化铝反应。根据电解槽工作电流，电解槽热平衡和覆盖材料(外壳)维护实践，从常规电解槽排出的工艺气体的温度通常在高于环境温度100℃至140℃之间变化。由于工艺气体收集管道系统的热损失，工艺气体温度通常在高于环境温度85℃至125℃之间进入GTC(无额外冷却)。目前用于注射型干式净化器本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于铝熔炼工艺中的综合气体处理的方法，其包括：将非氟化氧化铝输送到包括壳体的电解槽，其中所述壳体的上部区域表示上部结构，并且所述非氟化氧化铝和氟化氧化铝中的至少一种在所述上部结构内形成流化床；通过在流化床中使用非氟化氧化铝吸附气态氟化物来从电解槽产生的工艺气体中除去气态氟化物，其中通过非氟化氧化铝吸附气态氟化物产生氟化氧化铝和半净化的工艺气体；过滤半净化工艺气体中夹带的氟化物颗粒，其中过滤发生在流化床上方的上部结构内并产生净化的工艺气体；和将净化的工艺气体从上部结构排放到电解槽外部的开放环境。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于铝熔炼工艺中的综合气体处理的方法，其包括：将非氟化氧化铝输送到包括壳体的电解槽，其中所述壳体的上部区域表示上部结构，并且所述非氟化氧化铝和氟化氧化铝中的至少一种在所述上部结构内形成流化床；通过在流化床中使用非氟化氧化铝吸附气态氟化物来从电解槽产生的工艺气体中除去气态氟化物，其中通过非氟化氧化铝吸附气态氟化物产生氟化氧化铝和半净化的工艺气体；过滤半净化工艺气体中夹带的氟化物颗粒，其中过滤发生在流化床上方的上部结构内并产生净化的工艺气体；和将净化的工艺气体从上部结构排放到电解槽外部的开放环境。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述气态氟化物在大于125℃的温度下被所述非氟化氧化铝吸附。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述气态氟化物在高达约400℃的温度下被所述非氟化氧化铝吸附。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述气态氟化物被所述非氟化氧化铝吸附至少3小时。5.根据权利要求4所述的方法，其中所述气态氟化物被所述非氟化氧化铝吸附高达约15小时。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述净化的工艺气体在包含经净化的工艺气体、环境空气和从所述电解槽作为逸散性排放物逃逸的工艺气体的排放烟羽中排放到所述开放环境中。7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述排放烟羽中的经净化的工艺气体在大于125℃的温度下排放到所述开放环境中。8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述排放烟羽中的经净化的工艺气体在高达约400℃的温度下排放到所述开放环境中。9.根据权利要求1所述的方法，其中仅使用输送到所述电解槽的非氟化氧化铝来吸附所述气态氟化物。10.根据权利要求1所述的方法，其中所述氟化氧化铝仅在所述电解槽中产生。11...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯特·F·巴克斯特，
申请(专利权)人：贝克特尔矿业金属股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US
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