м.т.н. А.М. Аубакиров

Инновационный Евразийский университет, Казахстан

 

Совершенствование очистки электролизных газов от фтористых соединений

 

Единственным промышленным способом производства алюминия является электролиз оксида алюминия Al2O3 (глинозема) в расплаве криолита 3NaF⋅AlF3. Производство алюминия связано с высоким расходом электроэнергии и сырья – глинозема, фторидов, электродных коксов, пека и др.

В настоящее время в России и в Китае, кроме новых предприя­тий, практически на всех заводах, используется «мокрый» способ очистки газов от фтористых соединений. На действующих установ­ках «мокрой» очистки газов алюминиевого производства степень улавливания фтористого водорода колеблется в пределах 96-98 %, а пыли, как правило, не превышает и 90 %.

Степень утилизации фтористого водорода явно не достаточна, поскольку по отчетным данным алюминиевых заводов составляет не более 80-85 %.

Наиболее совершенной, отвечающей со­временным требованиям по охране атмосферного воздуха, считается система «сухой» очистки замкнутым контуром, состоящая из реакторов - адсорберов, обеспечивающих контакт отходящих от электролизеров газов с глиноземом, обладающим сорбционными свойствами, и рукавных фильтров для улавливания фтористого гли­нозема и твердых частиц.

Сухая сорбционная очистка газов основана на адсорбции фтористого водорода глиноземом, служащим сырьем для получения алюминия. Глинозем, получаемый в промышленных условиях, содержит ряд модификаций оксида алюминия, среди которых наименьшей активностью по отношению к фтори­стому водороду характеризуется α-А12О3 наибольшей - γ- А12О3. Содержание α- А12О3 в глиноземе, как пра­вило, не превышает 30%. Это обуславливает доста­точную сорбционную активность глинозема по отношению к фтористому водороду. Процесс адсорбции можно выразить уравнением:

 

Al2O3 + nHF → А12О3∙ n ∙ HF → A1F3 + Н2O                          (1)

 

с частичным переходом полученного продукта в A1F3 Количество фтористого водорода, адсорбируе­мого глиноземом без снижения степени очистки, за­висит от его сорбционной емкости. Сухая сорбционная очистка газов основана на адсорбции фтористого водорода глиноземом, служащим сырьем для получе­ния алюминия.

Сорбционная емкость (2) определяется массовой ем­костью мономолекулярного слоя фтористого водорода на поверхности глинозема и определяется по формуле:

α =0, 292 S мг/г (мг HF на г А12O3),                           (2)

где S - удельная поверхность глинозема, м2/г; 0,292 - величина, определенная опытным путем в лабораторных условиях.

Удельная поверхность промышленных глиноземов колеблется от 40 до 130 м2/г. Соответственно, сорб­ционная емкость составляет от 12 до 29 мг/г, или от 1,2 до 2,9% масс.

Система очистки газов, применяемая на предприятии АО «Казахстанский Электролизный Завод», не имеет аналогов в странах СНГ. Отличием является применение двухстадийной очистки газов. Первый «традиционный» метод основан на противотоке газа и глинозема, второй метод – «налипание» вредных веществ, адсорбированных глиноземом на рукавных фильтрах, с последующий «отстрелкой» и транспортировкой уже фторированного глинозема в силос временного хранения. Газоочистные установки (ГОУ), используемые на АО «Казахстанский Электролизный Завод», разработаны фирмой «Alstom», Норвегия.

Газоочистные установки «сухой» очистки электро­лизных газов фирмы «Alstom» с процессом ABART действуют на ряде зарубежных объектов. Степень улавливания фтористого водорода и твердых фтори­дов составляет 98-99%, смолистых - 95-97%.

В таблице эффективности очистки газов, отходящих от электролизеров видно, что количество фтористых соедине­ний во фторированном глиноземе составляет 1,5-2,1%.

Таблица 1 – Эффективность улавливания вредных веществ ГОУ на АО «Казахстанский электролизный завод»:

Наименование вредных веществ

процентное содержание, %

Фтористый водород

99,3 %.

Фториды неорганические

 плохорастворимые

99,4 %.

Пыль общая

99,4 %. менее 5,0 мг/м3.

 

В последнее время все чаще используют нетканые материалы – игло-пробивные войлоки на основе синтетических волокон, которые, в отличие от тканых материалов, имеют однородную волокнистую мелкопористую структуру по всему объему материала, что позволяет значительно эффективнее реализоваться механизмам сепарации частиц.

Применяемые материалы удовлетворяют не всем вышеперечисленным требованиям, поэтому каждый материал используется в наиболее благоприятных для него условиях. Некоторые из перечисленных требований зависят от свойств используемых волокон, а другие – от структуры готовых тканей.

На АО «Казахстанский электролизный завод» в качестве фильтрующего материала используется полиэстеро-иглопробивной фетр с максимальной рабочей температурой 1200С. К недостаткам выбора этого материала следует отнести неспособность фильтров выдерживать большую температуру на входе газоочистных установок. В настоящее время чтобы «охладить» температуру на входе производят нагрузку на дымососы, что уменьшает срок службы работы дымососов и приводит к затратам электроэнергии.

Фильтрирующий материал «Тефлон» обеспечивает надежную работу фильтров при температуре до 2800С и следовательно обеспечивает:

-                   регенерацию количества пыли, достаточных для высокой эффективности очистки газов от тонкодисперсных частиц;

-                   высокая механическая прочность и стойкость к истиранию при многократных изгибах, стабильность при размеров и свойств при повышенной температуре и агрессивном воздействии химических примесей, находящихся в сухих или насыщенных влагой газах;

-                   низкую стоимость и способность удерживать высокую температуру позволяет не нагружать дымососы и, следовательно, увеличивает срок службы самих дымососов и позволяет сократить расходы на электроэнергию;

-                   увеличивает срок службы фильтров

Таким образом, повышение эффективности улавливания фторидов в процессе сухой очистки достигается не только при контроле количества образующихся газов выбранной технологии очистки и параметров процесса их улавливания в ГОУ, но и от качества и правильности выбора фильтрирующих материалов в зависимости от температуры и рабочей среды, позволяя снизить расходы на электроэнергию, увеличить срок службы оборудования, а также самих фильтрирующих материалов.

 

Литература:

1.                 Ибрагимов А.Т., Пак Р.В. Электрометаллургия алюминия. Казахстанский Электролизный Завод. – Павлодар: 2009. – 256 с.

2.                 Ибрагимов А.Т., Пак Р.В. Технология производства алюминия на электролизерах АО «Казахстанский Электролизный Завод» – Павлодар: 2012. – 284 с.

3.                 Ибраев И.К., Аубакиров А.М. Преимущество сухой сорбционной очистки газов на АО «Казахстанский Электролизный Завод» 

4.                 Пятернева А.А. Повышение степени сухой газоочистки на алюминиевых предприятиях.