处理铝生产中形成的碳氧化物的方法和集成网络技术

本发明专利技术涉及一种处理在经由使用至少一个由含碳材料制成的阳极电解还原熔体中的氧化铝而生产铝的体系(7)中产生的废气流(9)的方法，所述废气流由于借助碳还原氧化铝而含有碳氧化物，其中根据本发明专利技术将至少一个废气流中含有的碳氧化物的子流与氢气(23)反应或与氢气流混合，随后供应利用。在设备(16)中纯化和调节废气流后，例如富集一氧化碳随后可在反应器(20)中进行且以该方式获得的合成气可供入化学或生物技术体系(25)用于合成有价值的化学物质。物质。物质。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】处理铝生产中形成的碳氧化物的方法和集成网络
[0001]本专利技术涉及一种处理废气料流的方法，该废气料流在生产铝的工厂中通过使用至少一个包含含碳材料的阳极电解还原熔体中的氧化铝而获得，且其由于借助碳还原氧化铝而包含碳氧化物。本专利技术还涉及一个集成工厂，包括用于通过熔体电解还原氧化铝而生产铝的电解装置；至少一个传热装置，在该装置中将来自生产铝的工厂的包含碳氧化物的废气料流的至少第一子流冷却至较低温度以及用于纯化和/或调节来自生产铝的工厂的废气料流的设备。
现有技术
[0002]铝的生产主要通过Hall
‑
Heroult工艺过程中的溶体熔融电解(melt flux electrolysis)进行。在该工艺过程中，使低熔点铝矿物冰晶石(Na3[AlF6])和高熔点氧化铝(三氧化二铝)的低共熔混合物经受溶体熔融电解，其中还原氧化铝。在熔体中，氧化铝以其离子的解离形式存在。
[0003]Al2O3→
2Al
3+
+3O2‑
[0004]存在于熔体中的铝离子迁移至阴极，在其中它们吸收电子并还原成铝原子。
[0005]Al
3+
+3e
‑
→
Al
[0006]负氧离子O
2+
迁移至阳极，释放出过量电子并与阳极的碳反应而形成一氧化碳和二氧化碳，其作为气体排出。
[0007]C+2O2‑
→
CO2+4e
‑
[0008]因此，Hall
‑
Heroult工艺过程的总体反应等式如下：
[0009]2Al2O3+3C
→
4Al+3CO2ꢀꢀꢀ
(1)
[0010]大量的二氧化碳(CO2)和一氧化碳(CO)在氧化铝还原成铝中形成。除了这两种气体外，还排放出二氧化硫(SO2)和氟化氢(HF)。四氟化碳(CF4)、六氟乙烷(C2F6)、六氟化硫(SF6)和四氟化硅(SiF4)就在低氧浓度下的量而言同样相关。组分CO2、CO和SO2由阳极的燃烧产生。使用且来自原油加工以获得燃料的经煅烧的石油焦炭含有各比例的硫，取决于例如1
‑
7重量％的范围内的质量。在许多情况下，将来自铝生产的废气释放至大气中[Aarhaug等，“Aluminium Primary Production Off
‑
Gas Composition and Emissions:An Overview”，JOM，第71卷，第9期，2019]。在SO2和HF的排放中，必须不超过特定的允许限值。此外，破坏气候的气体的排放物也越来越受到管制。约70％的世界工业能量消耗和2.5％的人为温室气体归因于铝生产。在原铝生产的生命周期中，每kg铝可形成高达20kg CO2当量。在德国，在2018年，CO2排放物的量为约100万吨二氧化碳当量(2018年温室气体排放物(VET_Bericht 2018)。全氟化烃PFHC)由于电压升高(其在溶解的氧化铝(Al2O3)的比例过低时就会出现)而形成。因此，减少生产铝的Hall
‑
Heroult工艺过程的排放物的策略具有巨大的经济和生态意义。
[0011]在文献中可以找到关于分离和利用来自氧化铝溶体熔融电解的废气料流中的二氧化碳的研究。然而，废气料流中相对低的二氧化碳浓度对这种利用的经济性至关重要。废气料流包含来自溶体熔融电解的废气和环境空气。一个已知的提高浓度的策略是减少电池
的通风量，但尽管这导致了较高CO2浓度，它还导致了较高的电池和废气温度。
[0012]EP 2 660 358 A2描述了一种通过Hall
‑
Heroult工艺过程由氧化铝电解生产铝的方法，其中电解槽中产生的粉尘颗粒以及特别是包含氟化氢、二氧化硫和二氧化碳的废气经由提取通道取出并供入气体处理装置。在其中，使废气与氧化铝形式的吸收剂接触，该吸收剂与氟化氢和二氧化硫反应，并且所形成的颗粒借助过滤设备分离出来。同样将夹带在废气中的粉尘颗粒分离出来。随后可将残留二氧化硫借助海水或石灰在洗涤装置中分离出来。同样可将二氧化碳通过使用碳酸铵溶液的洗涤操作分离出来。将分离出的二氧化碳在该已知工艺过程中处理掉且将经纯化的废气释放至环境中。使用热交换器冷却来自电解装置的废气料流，使用环境空气或来自水体的冷却水作为冷却介质。可将以该方式冷却的废气子流再循环至电解槽中。
[0013]EP 2 360 296 A1描述了与上述文献中所述相似的现有技术。它描述了一种电解生产铝的工艺过程，其中将来自电解的废气取出，除去粉尘和有害气体并冷却；在纯化和冷却后，将经纯化和冷却的废气的子流再循环至电解槽。然而，该已知工艺过程并未为来自电解槽的废气中所包含的碳氧化物提供通入就这些气体用作随后合成有价值的化学品的起始材料的意义上的用途。相反，二氧化碳被认为是要处置的废产物且在压缩后储存在废弃的矿井中。
[0014]DE 197 57 148 A1同样描述了一种通过熔体电解由氧化铝生产铝的工艺过程，其中借助吸收材料由废气移除粉尘类组分和氟化氢。这形成了氟化铝，可将其再循环至熔体中。该文献没有描述同样存在于来自熔体电解的废气中的碳氧化物的后处理。
[0015]本专利技术的目的是提供一种上述类型的方法和集成工厂，在其中，可将铝的电解生产中形成的碳氧化物至少部分地通入经济上有意的用途。
[0016]另一目的是将阳极生产中形成的废气通入有意的用途。
[0017]上述目的通过具有权利要求1的特征的开头所提及的类型的方法和具有权利要求16的特征的集成工厂实现。
[0018]根据本专利技术，将废气料流中所包含的碳氧化物的至少子流纯化和/或调节并与氢气反应且还原成一氧化碳和/或甲烷，或者与氢气料流混合并随后通入在化学或生物技术反应中利用。
[0019]在本专利技术方法的一个优选的其他方案中，特别是存在三种替换可能性。根据第一变体，可将废气料流中所包含的碳氧化物供入设备，在该设备中进行水煤气变换逆反应；在该过程中，使至少部分二氧化碳与氢气反应并还原成一氧化碳，从而产生合成气料流。
[0020]在狭义上，术语“合成气”是指包含氢气和一氧化碳以及其他气体的工业生产的气体混合物。取决于气体混合物中包含的氢气和一氧化碳的比例，合成气可用于生产各种产物，例如通过Fischer Tropsch工艺过程以1
‑
2:1的氢气与一氧化碳的比例生产液体燃料，以约2:1的比例生产醇如甲醇或乙醇，或通过甲烷化以约3:1的比例生产甲烷或合成天然气(SNG)。
[0021]水煤气变换反应通常用于降低合成气中一氧化碳的比例并产生其他氢气。这根据以下反应等式进行：
[0022]CO+H2O
→
CO2+H2ꢀꢀꢀ
(2)。
[0023]上述反应(2)是一个平衡反应，其在改变的反应条件下，例如在提高温度时，会向
相反的方向进行。该逆反应在本文中被称为水煤气变换逆反应并对应于下面的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种处理废气料流的方法，所述废气料流在生产铝的工厂中通过使用至少一个包含含碳材料的阳极电解还原熔体中的氧化铝而形成且由于借助碳还原氧化铝而包含碳氧化物，其中将至少废气料流中包含的碳氧化物的子流纯化和/或调节，与氢气反应并还原成一氧化碳和/或甲烷，或与氢气料流混合，随后通入化学或生物技术反应中利用。2.根据权利要求1的方法，其中将废气料流中所包含的碳氧化物供入设备(20)，在所述设备中进行水煤气变换逆反应，其中使至少部分碳氧化物与氢气反应并还原为一氧化碳，从而产生合成气料流(24)。3.根据权利要求1的方法，其中将废气料流中所包含的碳氧化物供入设备(20)，在所述设备中进行Sabatier反应，其中使二氧化碳和/或一氧化碳通过与氢气的反应转化为甲烷。4.根据权利要求1的方法，其中将废气料流中所包含的碳氧化物供入设备(20)，在所述设备中使它们与氢气料流(23)混合。5.根据权利要求1
‑
4中任一项的方法，其中将至少来自生产铝的工厂(7)的废气的子流(14)在不经事先冷却下供入用于废气的纯化和/或调节的设备(16)。6.根据权利要求1
‑
5中任一项的方法，其中至少废气料流(11)的子流(12)，特别是第二子流(12)，在离开生产铝的工厂后首先在用于热交换的装置(10)中冷却至较低的温度，然后供入用于废气的纯化和/或调节的设备(16)。7.根据权利要求1
‑
6中任一项的方法，其中将至少来自生产铝的工厂(7)的包含碳氧化物的废气料流(9)的第一子流(13)再循环至该工厂。8.根据权利要求7的方法，其中废气料流(9)在离开工厂后首先在用于热交换的装置(10)中冷却至较低的温度，并且将经冷却的废气料流(11)的至少第一子流(13)再循环至用于生产铝的工厂(7)。9.根据权利要求1
‑
8中任一项的方法，其中将来自生产铝的工厂(7)的包含碳氧化物的废气料流(9)首先在用于热交换的装置(10)中冷却至较低的温度，然后将该经冷却的气体料流分成至少两个子流(12，13)，其中一个子流(12)供入用于废气的纯化和/或调节的设备(16)，而另一子流(13)再循环至生产铝的工厂(7)。10.根据权利要求1
‑
9中任一项的方法，其中将装置(20)中产生的合成气料流(24)或包含碳氧化物和氢气的混合料流或包含甲烷的气流随后供入化学或...

【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：