热解、电极阳极生产和铝生产的集成方法及联合装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种含有以下步骤的集成方法：(i)将烃类热解为碳和氢气，(iia)移除至少部分步骤(i)中产生的碳并至少部分地将所述碳进一步加工成含碳电极，(iib)移除步骤(i)中产生的氢气并至少部分地将所述氢气用于为步骤(iia)中的电极生产提供能源，优选电能或热量。此外，本发明专利技术涉及一个联合装置，含有：(a)至少一个用于热解工艺过程的反应器，(b)至少一个用于生产铝工艺过程用电极的反应器，(c)发电装置和/或至少一个燃气燃烧器，和任选地(d)至少一个用于生产铝的电解反应器。用于生产铝的电解反应器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】热解、电极阳极生产和铝生产的集成方法及联合装置
[0001]本专利技术涉及一种含有以下步骤的集成方法：(i)将烃类热解为碳和氢气，(iia)移除至少部分步骤(i)中产生的碳并至少部分地将所述碳进一步加工成含碳电极，(iib)移除步骤(i)中产生的氢气并至少部分地将所述氢气用于为步骤(iia)中的电极生产提供能源，优选电能或热量。此外，本专利技术涉及一个联合装置，含有：(a)至少一个用于热解工艺过程的反应器，(b)至少一个用于生产铝工艺过程用电极的反应器，(c)发电装置和/或至少一个燃气燃烧器(gas
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fired burner)，和任选地(d)至少一个用于生产铝的电解反应器。
[0002]降低CO2排放物是世界上任何国家的持续任务。重要的CO2排放物来源不仅是发电，还有我们日常消费品的制造；尤其是能源密集型材料如铝的使用。无论是饮料罐、包装、新年烟花(New Year
’
s Eve rocket)、牙膏、汽车零件、机器零件、飞机，还是甚至食品，铝无处不在。
[0003]铝的生产在电解槽(electrolytic cell)或罐中进行(称为Hal
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Heroult工艺过程)。Al2O3的电解在碳阳极和熔融金属之间分层的冰晶石(Na3AlF6)的熔融浴中进行。将Al2O3中的铝离子还原以形成熔融铝。在该槽的底部收集熔融铝。
[0004]冶炼厂具有高电力需求，能源成本占据总铝成本的接近40％。氧化铝在化学方面非常稳定且要求大量电能来还原，以及保持冰晶石熔融，通过槽的电阻电加热而加热(其组合具有非常高的电力消耗，大约为13
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14kWh/kg Al)。在投入使用之前，还要求能量来预热电极，这使用电阻或用气体燃烧器预热而进行。
[0005]额外地，不稳定的电力会破坏生产且要求恒定电力以保持工艺过程熔融，停电可能会导致大量的停工期。相反地，电解罐列(potline)的开关还可能导致电力公司的需求突然下降，而电力供应商必须能够应对。
[0006]出于该原因，铝装置受益于大规模，且通常位于廉价和可用的电力来源附近或甚至采用其自身的发电装置(核、水热或煤炭的自备发电装置)。例如，位于Al Taweelah的新Emirate铝装置具有连接的3000兆瓦天然气燃烧发电装置以仅为熔炼操作提供电力，而圣地亚哥水电项目旨在建立直接由其自身水力发电来源运行的铝冶炼厂。
[0007]铝生产所需的碳电极可为Soderberg阳极，一种连续自焙类型，或更常见的预焙阳极，这些阳极是内部制造的并在熔炼单元(smelting cell)中定期更换，因为它们被消耗掉。
[0008]为了生产预焙阳极，将经煅烧的焦炭，一种来自石化提炼的副产品(石油焦)，粉碎并与来自废电极(残极(butts))的材料混合，与沥青混合并形成生阳极(green anode)，然后在1000
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1250℃下在大型燃气炉中焙烧。由残极回收的材料可以占据总电解槽的15
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25％，并代表着显著的成本和废料降低。
[0009]在由Al2O3生产铝中，碳阳极用作根据以下方案的电解工艺过程中的还原剂，其中每吨原铝(raw aluminum)以化学计量方式要求334kg碳，但实际上由于碳沉积要求约400kgC/吨Al。
[0010]2Al2O3+3C
→
4Al+3CO2
[0011]电解槽中的各种反应均导致阳极碳的消耗。不导致金属还原的那些会导致过量的
碳消耗，如烧焦(O2+C
→
CO2，其中O2来自环境空气)，羧基侵蚀(CO2+C
→
CO，其中CO2作为产铝氧化还原反应的产物)和选择性氧化(粉化(dusting))。由于不同焦炭相之间的反应性不平衡，粉化是CO2侵蚀的次要作用，使得固体C的碎片掉落。
[0012]在该工艺过程中，碳杂质(主要由金属微量元素和至多3重量％的硫组成)会导致电极的较快速燃耗、铝的污染或SO2排放物。
[0013]碳阳极的成本占据铝电解生产总成本的15
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20％。因此，碳阳极的质量是非常重要的并显著影响铝电解的能量消耗和环境影响。
[0014]所需石油焦直接由炼油厂购买(通常在煅烧之后)。由于阳极的尺寸和高通量以及需要再循环显著部分残极，冶炼厂以专用设备和起重机等在成型、焙烧和熔炼步骤之间移动大型阳极而维持阳极生产和内部焙烧。保持在内部焙烧还允许冶炼厂维持对焙烧条件的控制，焙烧条件会影响电解槽性能。
[0015]铝工艺过程的阳极生产例如描述于“Anode Manufacture,Raw Materials Formulation and Processing Parameters”，Kristine L.Hulse,R&D Carbon。
[0016]金属铝需求的持续增长与随着受影响的焦炭的密度和纯度变化的铝级焦炭质量的下降和波动使得阳极制造装置获得稳定的阳极质量变得更具有挑战性。低质量等级的焦炭具有更高的反应性，导致冶炼厂的碳消耗量更高。
[0017]约95％的由冶炼厂产生的SO2排放物可归因于在阳极生产中使用的进来的石油焦炭中发现的硫。因此，环境法规旨在减少硫排放物，而焦炭供应商提供较高硫的材料。低硫焦炭材料在市场上变得越来越少且价格也在稳步上升。此外，许多传统的“高硫”阳极级生焦(green coke)的硫含量正在增加。五年前，高硫阳极级生焦被认为是硫含量为3
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4％的焦炭。今天，更典型的水平是4
‑
6％。
[0018]一桶低硫脱硫原油(sweet crude oil)和高硫酸性原油(sour crude)之间的价格差异，即“高低硫价差(sweet sour spread)”，导致更多炼油厂加工更便宜的、高硫原油。这些高硫原油产生的焦炭具有较高的硫和金属杂质水平(特别是钒和镍)。煅烧厂正在使用更多的这些焦炭来满足铝工业日益增长的需求。
[0019]因为铝冶炼厂由于冶炼厂的环境限制没有明显改变焦炭硫规格，所以高焦炭硫水平必须通过与低硫焦炭的混合来抵消。因此，典型的阳极混合物中所用的焦炭的硫含量差异正在增加，其中硫含量为1
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2％的焦炭可与硫含量高达4
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6％的焦炭混合，以达到1.0
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3.5％的冶炼厂阳极焦炭规格。
[0020]随着原铝产量的预计增长率，工业除了使用这些较高硫含量的混合焦炭外，将没有其他选择。混合物中使用的高硫焦炭的硫含量正在增加并可能将继续增加。
[0021]除了对硫的要求，原铝工业还面临着减少CO2排放物的任务。
[0022]烃类热解为碳和氢气的使用已作为一种获得氢气且较少或甚至没有CO2排放物的可能性公开；例如参见WO 2013/004398。此外，例如在DE1266273B、US 2002/0007594、WO 2014/090914和PCT/EP2019/051本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.含有以下步骤的集成方法：(i)将烃类热解为碳和氢气，(iia)移除至少部分步骤(i)中产生的碳并至少部分地将所述碳进一步加工成含碳电极且任选地将所生产的含碳电极用于在步骤(iii)中生产铝，(iib)移除步骤(i)中产生的氢气并至少部分地将所述氢气用于为步骤(iia)中的电极生产和/或步骤(iii)中的铝生产提供能源。2.根据权利要求1的方法，其中将至少部分步骤(i)中产生的氢气用于在燃烧器中充加天然气以提供能源。3.根据权利要求1或2的方法，其中5
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30％作为燃料使用的天然气由步骤(i)中产生的氢气替代。4.根据权利要求1的方法，其中将至少部分步骤(i)中产生的氢气用于产生电力以加热步骤(i)的热解和/或步骤(iii)的铝生产的熔炼单元。5.根据权利要求1
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4中任一项的方法，其中将80
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100重量％步骤(i)中产生的碳进一步加工成含碳电极。6.根据权利要求1
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5中任一项的方法，其中将基材以固定床、移...

【专利技术属性】
技术研发人员：F，
申请(专利权)人：蒂森克虏伯股份公司蒂森克虏伯工业解决方案股份公司，
类型：发明
国别省市：