具有袋式过滤器和反应器的气体净化模块和气体净化单元制造技术

本发明专利技术涉及具有袋式过滤器和反应器的气体净化模块和气体净化单元。具体而言，本发明专利技术涉及有色金属冶炼，并适合于净化铝电解生产气体中的氟化氢和其他杂质，以提供极高的净化效率(大于99％)并使吸附材料(氧化铝)再循环至该过程中。为此目的，本发明专利技术提供了一种气体净化单元，其中，气体通过干式吸附净化以能够通过气体净化模块将吸附材料再循环至该过程中，所述气体净化模块包括被构造成文丘里管的反应器和被构造为自支撑结构的袋式过滤器，所述反应器的结构使得气流能够在其速度模式方面得到平衡，所述反应器的入口管与过滤器的出口管相对地布置。

Gas purification module and gas purification unit with bag filter and reactor

The invention relates to a gas purification module and a gas purification unit with a bag filter and a reactor. Specifically, the present invention relates to non-ferrous metal smelting and is suitable for purifying hydrogen fluoride and other impurities in gases produced by aluminum electrolysis to provide extremely high purification efficiency (greater than 99%) and to recycle the adsorption material (alumina) into the process. For this purpose, the present invention provides a gas purification unit in which the gas is purified by dry adsorption so that the adsorption material can be recycled to the process through a gas purification module comprising a reactor constructed as a venturi tube and a bag filter constructed as a self-supporting structure. The structure of the reactor enables the air flow to be balanced in its velocity pattern, and the inlet pipe of the reactor is arranged relative to the outlet pipe of the filter.

【技术实现步骤摘要】
具有袋式过滤器和反应器的气体净化模块和气体净化单元
本专利技术涉及有色金属冶炼，并用于净化铝电解生产气体中的氟化氢和其他杂质，以提供高净化效率(大于99％)并使吸附材料再循环至过程中。
技术介绍
在铝电解的过程中，电解槽中会形成以下杂质：一氧化碳和二氧化碳、二氧化硫、氟化氢、固体氟化物、粉尘、焦油状物质。关于对气体中的粉尘和悬浮物进行干式净化，可以使用以下设备：集尘室、旋风分离器、使用重力、离心力和静电力的各种静电除尘器。然而，使用这种设备会带来以下困难。集尘室是基于重力运行的装置。这些装置几乎不适用于净化电解气体，因为它们仅收集粗分散的粉尘，并且还倾向于积聚气体中含有的焦油状物质。与集尘室相比，基于离心力应用的旋风分离器是更有效的装置，然而，由于在待收集的尘粒的尺寸超过10μm时它们才是有效的，所以其并不实际用于净化电解气体中粉尘。静电除尘器是基于静电气体净化过程的装置，其广泛用于净化电解气体中的粉尘和焦油状物质。这些装置的净化气体中的粉尘(包括细微分散的粉尘)和焦油状物质的效率相当高。上述处理和装置的主要缺点是不能用来净化铝电解过程逸出的气体中的氟化氢化合物。所提出的专利技术用于有效地净化铝电解过程逸出的气体中的氟化氢化合物，同时提供高净化效率(大于99％)并再循环吸附材料。氟化氢是比空气轻的无色气体。电解槽废气主要含有碳氧化物和氟化物。危害最大的是氟化氢，当作用于人体时，其会造成气道和眼睛粘膜刺激性，长期接触可能导致气道出血和溃疡、肺水肿、心肌损伤和氟中毒。根据现行标准，工作区空气中氟化氢的最高允许浓度(MAC)为0.5mg/m3，且沉降空气中为0.02mg/m3。因此，设计电解生产用气体净化设备时，首要的重点应放在净化气体中的氟化氢。在电解槽中生产原铝的过程中氟化氢的主要来源是冰晶石(Na3AlF6)和氟化铝(AlF3)。电解槽中氟化氢的形成如下。在电解过程中，当含有吸附在碳基质中的氢分子的电解槽阳极接触冰晶石时，发生以下反应：Na3AlF6+1.5Н2＝Al+3NaF+3HF↑逸出氟化氢的另一个来源是冰晶石和氟化铝与水分的相互作用：2Na3AlF6+3H2O↑＝Al2O3+6NaF+6HF↑2AlF3+3H2O↑＝Al2O3+6HF↑一旦氧化铝浮渣破裂，已经在熔融电解质中形成的气泡进一步从其表面蒸发，并进入气体去除系统，气体沿该气体去除系统输送以进行气体净化。目前，在电解厂中使用两种净化电解气体中的氟化氢的方法。这些方法是使用苛性苏打灰(Na2CO3)水溶液作为吸收剂的吸收(湿式)净化和使用铝氧化物(氧化铝)作为吸附剂的吸附(干式)净化。吸收剂净化过程涉及在特殊装置(各种设计的洗涤器、泡沫洗涤器)中用苏打浓度为25g/l～50g/l的苏打溶液冲洗电解气体。在气体净化过程中发生以下反应：HF+Na2CO3＝NaF+NaHCO3一旦溶液中的氟化钠(NaF)浓度达到15g/l～25g/l，就将其泵送回再生单元以消解次级冰晶石。在吸附剂净化过程的情况下，使用各种设计的反应器以将待净化的气体与布置在其下游的氧化铝颗粒和袋式过滤器混合。当气体颗粒与氧化铝颗粒接触时会发生以下反应：HF+Al2O3→Al2O3*nHF→AlF3+H2O(气体)氟化氢的吸附分两个阶段进行。第一阶段在反应器中进行，而第二最终阶段在过滤器软管上进行。当用脱水的加压空气脉冲地吹过滤器软管时，氧化铝落入过滤器的料斗部分，在此其一部分可再次供给到反应器而进行再循环，并且其大部分泵送回到附近的筒仓，并进一步供应到电解槽。作为“干式”吸附剂净化优于基于用碱性溶液吸收氟化氢的“湿式”净化的优势，应提及以下内容：-收集氟化物、粉尘和焦油状物质的效率高；-不存在水性化学转化、泥浆通道、泥浆收集器和其维护成本；-由于与氧化铝一起直接再循环，电解生产中所收集的氟化物的使用率较高。已知包括文丘里(Venturi)管的气体净化装置，其中使用碱性水溶液净化气体中的气态杂质，特别是用于使包含悬浮的矿物颗粒的流体通入空气或任何其他合适的含氧气体的反应器，其是例如在好氧性细菌浸取的情况下必须的(AU2139131、IPCB01F3/04、B01F5/04、C02F3/14，1999年10月10日)。反过来，所提出的专利技术不限于单一应用，并且可以用来对任何组合充气：气体-液体；气体-液体-固体物质；气体-液体-固体物质-微生物系统。俄罗斯专利2132219号(IPCB01D46/32)公开了一种用于净化气体和粉尘的净化装置，其通过允许待处理的气体通过经重力运动的松散过滤材料流，对该材料用格栅(louvre)元件系统赋予起伏运动。俄罗斯专利2206372号(IPCB01D46/30)还公开了一种用于通过经过粒状床的过滤来净化气体中粉尘的净化装置，其中柔性网用作气体可渗透的隔板，其边缘是固定的，并且中心部分由绳索悬挂在用于保持它的机构上，该机构在粒状床再生时赋予网垂直往复运动。现有技术装置和相应的净化过程的显著缺点在于在气体管道内腔中存在减小气体管道有效截面的各种结构。在新的气体管道的设计和制造中截面增加相应的值不会导致技术问题。当在现有的运行中的气体管道中使用时，现有技术的装置和过程导致气体管道有效(设计)截面减小以及随之而来的所有后果(气体管道引导能力降低等)。考虑到它们的总高度达几十米，在现有的净化装置中使用运行的气体管道的技术难度是显而易见的。现有技术的气体净化装置的缺点还在于文丘里管内必须产生高动态头，必须构造用于制备新鲜和加工用过的溶液的水化学转换，以及由于严重的化学腐蚀导致的气体净化装置的短使用寿命。已知包括水平静电除尘器的组合式除尘装置(俄罗斯专利2288782号，B03D3/00，2006年12月10日)，在该静电除尘器的下游存在垂直管式除尘器，其中垂直和水平除尘器的有效容积为0.1～0.9。水平板式静电除尘器和垂直管式除尘器布置在同一壳体内。垂直管式除尘器的电极进行机械净化，同时相应部分与气体分离。通过周期性地用液体冲洗管道除尘器部分对其进行净化，同时各个部分与气体分离。还已知“用于离心气体净化的方法和用于执行该方法的装置”(俄罗斯专利2174860号，B01D45/14，2001年10月20日)。用于离心净化的方法包括：将待净化的气流供应到入口管，然后供应到设置在转子中的多个圆筒形通道，所述通道的轴线在通过转子旋转轴线的平面中以一定角度延伸，由于气体动力摩擦和沿着通道引导的离心力分量相等，所以其在通道中在无压力梯度的气体流动条件下设置，其速度不超过基于在反向作用流体的离心力下待净化的气体固形物颗粒通过通道的行进时间与气体颗粒沿通道长度的行进时间相等的条件下所确定的速度；其中在转子通道中分离的不纯部分和洁净部分通过与用于输出净化和不纯气体部分的通道和装置相关联的元件分配成两个流体。该装置包括输入单元，该输入单元包括用于待净化气体的进气管，布置在壳体上的导向叶片和安装在转子上的入口叶片，其在相对于其较小直径侧的端面和转子内圆筒形通道形式的沉淀表面之间具有恒定的间隙。该方法描述了选择通道的角度、直径和长度的条件。输出单元被构造成将具有平板的衬套安装在气体输出处的通道内，其中由平板形成的通道在不纯气体输出处与在转子内形成的空腔连通，并且衬套的内本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于净化从铝生产设备排出的电解气体的气体净化单元，其包括但不限于净化气体中的铝生产氟化氢，其特征在于，气体通过干式吸附净化，以能够通过至少一个气体净化模块再循环吸附材料，所述气体净化模块包括至少一个被构造为文丘里管的反应器和至少一个被构造为自支撑结构的袋式过滤器，所述文丘里管的结构使得气流能够在其速度模式方面得到平衡，其中，所述反应器的入口管与相应的过滤器的出口管相对地布置。

【技术特征摘要】
2017.02.16 RU 20171051881.一种用于净化从铝生产设备排出的电解气体的气体净化单元，其包括但不限于净化气体中的铝生产氟化氢，其特征在于，气体通过干式吸附净化，以能够通过至少一个气体净化模块再循环吸附材料，所述气体净化模块包括至少一个被构造为文丘里管的反应器和至少一个被构造为自支撑结构的袋式过滤器，所述文丘里管的结构使得气流能够在其速度模式方面得到平衡，其中，所述反应器的入口管与相应的过滤器的出口管相对地布置。2.如权利要求1所述的气体净化单元，其特征在于，用于吸附过程的洁净或氟化氧化铝通过吸附剂供应管作为顺流直接供应到所述反应器中，而不进行充气或机械输送吸附剂。3.如权利要求1所述的气体净化单元，其特征在于，供应至所述过程的洁净吸附剂和氟化吸附剂的量通过进料器配料进一步控制。4.如权利要求1所述的气体净化单元，其特征在于，将所述气体净化过程进一步控制为，考虑从电解槽中排出的气体量而使得吸附剂量为铝生产所需。5.如权利要求1所述的气体净化单元，其特征在于，通过至少两个气体净化模块，使用于洁净和氟化吸附剂(氧化铝)的供应和分配的线路完全对称，各个气体净化模块具有并排同轴布置的反应器和袋式过滤器，以便相对于进入气体的轴线垂直和对称地取向。6.如权利要求1所述的气体净化单元，其特征在于，将用过的吸附剂从所述过滤器直接排出到具有充气底部的料斗中，从而可以通过安装在所述料斗中的至少一个整体或部分隔板来积聚用于再循环的恒定吸附剂床，以将所述料斗下部分成至少两部分，在每个部分中具有一个或多个出口管，其中，所述用过的吸附剂装载到料斗中，从而填充由所述隔板形成的所有分离的体积，以便持续更新。7.如权利要求1所述的气体净化单元，其特征在于，通过调和环境空气阀进一步保护过滤器免受电解气体的极限温度的影响。8.如权利要求1所述的气体净化单元，其特征在于，进一步提供用于净化洁净吸附剂(氧化铝)中的夹杂物的组件单元。9.如权利要求1所述的气体净化单元，其特征在于，进一步提供用于在供应洁净氧化铝的处理设备可能故障的情况下将吸附剂供应到所述反应器的应急管线。10.如权利要求1所述的气体净化单元，其特征在于，进一步提供吸附剂输送设备。11.如权利要求1所述的气体净化单元，其特征在于，进一步提供完全自动化的集成控制系统，所述集成控制系统具有控制温度、压降、压力、粉尘浓度、氟化氢浓度、过滤器输出处的速度模式以及吸附剂水平传感器的点。12.如权利要求1所述的气体净化单元，其特征在于，进一步提供具有吸附剂储备的洁净氧化铝筒仓和用于用过的吸附剂的料斗。13.如权利要求1所述的气体净化单元，其特征在于，可以用洁净气体喷洗新鲜过滤器软管。14.一种用于净化电解气体的气体净化模块，其包括通过锥形管相互连接的至少一个反应器和至少一个袋式过滤器，其特征在于，所述反应器被构造成文丘里管，所述文丘里管的结构使得气流能够在其速度模式方面得到平衡，所述反应器具有：布置在所述反应器下部的入口喇叭口，布置在所述反应器的喇叭口正上方的锥形口，以及至少一个用于将吸附剂供应到所述反应器的槽，所述槽布置在所述反应器的锥形口的上方，其中，所述反应器还包括锥形管，所述锥形管被构造成截头椎体并连接到所述袋式过滤器的入口管，所述袋式过滤器包括不纯气体室和洁净气体室、过滤器软管和下部布置有吸附剂排出管的料斗。15.如权利要求14所述的气体净化模块，其特征在于，其包括具有过滤器软管再生系统的洁净气体室，所述过滤器软管再生系统具有嵌入其中的多分支吹扫管。16.如权利要求14所述的气体净化模块，其特征在于，反应器入口喇叭口被构造成截头椎体。17.如权利要求14所述的气体净化模块，其特征在于，吸附剂供应槽相对于反应器垂直轴以1～180度、优选20～45度的角度布置在所述口上方。18.如权利要求14所述的气体净化模块，其特征在于，袋式过滤器入口管与袋式过滤器出口管相对地布置。19.如权利要求14所述的气体净化模块，其特征在于，过滤器被构造成自支撑结构，其中，过滤器布置为多列，各列中以及过滤器软管列之间有规定的间...

【专利技术属性】
技术研发人员：V·G·格里戈尔维，S·V·图皮金，A·A·库扎科夫，D·V·维索茨基，A·D·施迈特，A·S·热尔杰夫，A·A·皮纳耶夫，Y·V·波格丹诺夫，S·Y·巴甫洛夫，A·Y·图尼金，
申请(专利权)人：俄铝工程技术中心有限责任公司，
类型：发明
国别省市：俄罗斯,RU