[发明专利]综合气体处理

说明书

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。

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。

技术领域

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。

背景技术

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(LOI 300℃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(MOI 20℃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(dry scrubbing)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(kg Ft/t Al)。

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。