Особенности технологии сухой очистки отходящих газов

Мокрые способы очистки, в основном используемые при очистке газов, выделяющихся при электролизе, начинают уступать место сухим методам. В послед­ние годы все более широкое распространение находит метод су­хой сорбционной очистки газов цехов электролиза, основанный на адсорбции фтористого водорода глиноземом.

В настоящее время самой совершенной, соответствующей новым требованиям, считается система сухой очистки с замкнутым контуром, состоящая из реакторов, обеспечивающих контакт газ — глинозем и последующих рукавных фильтров для улавливания прореагировавшего глинозема и твердых частиц. Принципиаль­ная схема сухой газоочистки представлена на рисунке 15.

Опубликованные предположительные гипотезы о механизме реакции, происходящей при сорбции фторводорода на глиноземе, достаточно противоречивы. Однако можно считать, что количество активных центров, на которых происходит реакция абсорбции фторводорода глиноземом, не зависит от типа глинозема и составляет 8 гидроксильных групп на 100 квадратных ангстрем площади поверхности глинозема. Это объясняет прямо пропорци­ональную зависимость между сорбционной способностью глинозема и его удельной поверхностью (м²/г), измеренной по изотерме адсорбции азота (BET), которая считается наиболее важным параметром при выборе качества глинозема для cyxoй очистки отходящих газов. В настоящее время считается достаточной величина удельной поверхности BET не менее 30 - 45 м²/г.

Сухая очистка газов основана на адсорбции HF глиноземом. Этот принцип является общим для всех аппаратурно-технологи­ческих схем сухой очистки электролизных газов. Процесс схема­тично может быть представлен следующим образом

_t°

A1₂O₃ + HF → A1₂O₃ · nHF.

Сухой

скруббер

Al₂O₃, HF, частицы фторидов

Рисунок 15 - Принципиальная схема сухой очистки газа

Как известно, промышленный глинозем включает в себя ряд модификаций оксида алюминия — α-А1₂О₃, β-A1₂O₃, γ-А1₂О₃ и др. Свойства глинозема зависят от используемого сырья, способа и параметров технологического процесса получения глинозема и ряда других факторов. Как было показано выше, адсорбционная способность глинозема зависит от его удельной поверхности, а наличия активных модификаций глинозема (γ-А1₂О₃), способных его адсорбировать. Выполненные в ВАМИ исследования показали, что в промышленных глиноземах содержание α-А1₂О₃ колеблется в пределах 18 - 50%, и с увеличением содержания этой модификации в глиноземе величина удельной поверхности S снижается, а высокая степень адсорбции сохраняется до момента, соответствующего заполнению мономолекулярного слоя HF на поверхности глинозема. Расчетная емкость мономолекулярного слоя Х_m составляет (гHF/гAl₂O₃).

X_m = [(S · M)/(N · A_m)] · 10^-20 = 0,292 · 10^-3 · S,

где M — молекулярный вес HF;

A_m — посадочная площадка молекулы HF;

N — число Авогадро.

Для глинозема с удельной поверхностью S = 45 м²/г сорбционная емкость глинозема Х_m составит

Х_m = 0,292 · 10 ³ · 45 = 0,013,

т.е. 1г глинозема может адсорбировать 0,013г HF или 1,3%. До до­стижения этой величины степень улавливания HF сохраняется на уровне 99 - 99,5%, после чего резко снижается. Наиболее важная переменная при проектировании установок сухой очистки — время контакта глинозема с потоком очищаемого газа. Оказалось, что время от одной до трех секунд является наиболее подходящим для хорошей адсорбции фторидов. Более короткое время контакта можно использовать в тех случаях, когда удается достичь хорошего распределения частиц глинозема по всему потоку газа. Многочисленные модификации аппаратурно-технологических схем сухой очистки газов состоят из (рисунок 16):

— устройства для контактирования газа с глиноземом (реак­тор);

— пылеуловителя для улавливания глинозема и другой пыли (как правило, рукавный фильтр, в отдельных случаях электрофильтр);

— системы транспорта глинозема;

— дымососа для транспортировки газа;

— автоматизированной системы управления процессом.

Рисунок 16 - Схемы очистки электролизных газов зарубежных фирм

а — «Балко»; 6 — «Лурги»; в — «Флект»; г — «Просидейр»;

1 — электролизер; 2 — электрофильтр: 3 — вентилятор;

4 — скруббер; 5 — реактор; 6 — рукавный фильтр

Конечным продуктом при сухой очистке газов является фторированный глинозем, возвращаемый в электролизеры. Таким образом, сухая газоочистка является наиболее малоотходной технологией очистки газа.

Фторированный глинозем помимо HF содержит уловленную электролизную пыль, в состав которой входят твердые фториды, С, Fе, Si и др., которые, попадая в электролизер, вызывают снижение качества алюминия или нарушают технологический процесс. Рост содержания примесей в глиноземе прямо пропор­ционален кратности циркуляции глинозема через реактор и ко­личества, используемого для сухой очистки. Минимальный при­рост примесей имеет место при работе реактора без циркуляции, т.е. при использовании всего глинозема «на проток».

Наиболее широко внедрены в производство системы сухой очистки электролизных газов, разработанные компаниями Flakt и Procedair. Находят применение системы компаний Lurgi-Vaw, Alcoa, Alcan, Кайзер и др. Несмотря на большое разнообразие конструктивных решений, наибольший интерес представляет конструкция двух узлов: устройство для контактирования отхо­дящего газа с пылью (реактор) и устройство для улавливания фторированного глинозема.