Способ мокрой очистки отходящих газов электролизных корпусов производства алюминия

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано для очистки отходящих газов электролизных корпусов производства алюминия от остатков фтористого водорода и соединений серы с получением в качестве товарного продукта сульфата натрия. Способ мокрой очистки отходящих газов электролизных корпусов производства алюминия включает очистку газа от фтористого водорода и соединений серы путем его орошения содосульфатным раствором, выделение безводного сульфата натрия в выпарном аппарате, при этом орошение газа содосульфатным раствором ведут с получением насыщенного содосульфатного раствора, часть которого подают в выпарной аппарат и упаривают до достижения предельной концентрации сульфата натрия, а оставшийся раствор направляют на отстаивание, после чего возвращают на стадию орошения, при этом упаренный раствор сульфата натрия направляют на обезвоживание и сушку с последующим получением готового сульфата натрия, а маточный раствор после упаривания повторно направляют в выпарной аппарат. Технический результат - повышение качества сульфата натрия. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано для очистки отходящих газов электролизных корпусов производства алюминия от остатков фтористого водорода и соединений серы с получением в качестве товарного продукта сульфата натрия.

Известен способ мокрой очистки отходящих газов электролизных корпусов производства алюминия (патент RU 2254293, C01D 5/00, C01F 7/54, опубл. 27.11.2014), включающий очистку газа от серных окислов и фтористых соединений путем их орошения содосульфатным раствором в мокрых скрубберах, выделение из раствора после газоочистки основного количества фтористого натрия в виде криолита. Насыщенный раствор, очищенный от криолита, дополнительно очищают от фтористого натрия путем его обработки при 95-105°С в течение 1,5-2,0 часов известковым молоком, вводимым в насыщенный раствор из расчета стехиометрического связывания фтора, содержащегося в растворе, в CaF2. Очищенный от фтора насыщенный раствор далее подвергают концентрирующей выпарке до достижения плотности упаренного раствора 1,37±0,02 г/л и выделяют из него в осадок сульфат натрия в виде беркеитовой соли путем введения в упаренный раствор карбонатной соды до достижения концентрации титруемой щелочи в маточном растворе 215-230 г/л Na2O и плотности раствора в суспензии до 1,35±0,02 г/л при перемешивании суспензии при температуре 95-100°С в течение 30-40 минут.

К недостаткам данного способа можно отнести:

- снижение эффективности процесса выпаривания за счет введения известкового молочка и вследствие этого зарастания солями жесткости теплообменных трубок выпарного аппарата - снижение его срока службы;

- значительное увеличение теплоэнергетических затрат производства на выделения фтора в воде фтористого кальция.

Известен способ мокрой очистки отходящих газов электролизных корпусов производства алюминия (Патент RU 2320539, C01D 5/00, C01D 5/16, опубл. 27.03.2008), включающий очистку газа от серных окислов и фтористых соединений путем их орошения содосульфатным раствором в мокрых скрубберах, выделение из раствора после газоочистки основного количества фтористого натрия в виде криолита. В способе переработки содосульфатного раствора, получаемого после очистки отходящих газов электролизных корпусов при производстве алюминия, включающем очистку газа от фтористых соединений и диоксида серы путем его орошения в мокрых скрубберах содосульфатным раствором, выделение из части циркулирующего содосульфатного раствора фтористого натрия в виде фтористого кальция, из маточного содосульфатного раствора после его очистки от фтористого натрия выделяют в осадок очищенный от примесей крупнокристаллический безводный сульфат натрия путем упарки маточного раствора с доведением концентрации титруемой карбонатной щелочи в упаренном растворе до 75-100 г/л в пересчете на Na2СО3 и плотности упаренного раствора 1,30-1,31 г/л при температуре 70-105°С.

Пределы температуры, плотности и концентрации карбонатной соды в упаренном растворе выбираются в зависимости от величины остаточной концентрации фтористого натрия в содосульфатном растворе, которая после его очистки от фтористого натрия известковым молоком может колебаться в пределах 0,5-1,0 г/л в пересчете на NaF.

При остаточной концентрации фтористого натрия в очищенном известковым молоком содосульфатном растворе не выше 0,5 г/л NaF, плотность и концентрация карбонатной соды в упаренном растворе может быть допущена соответственно до 1,31 г/л и 100 г/л Na2СО3 при температуре раствора 70-80°С, что обеспечивает более глубокое выделение сульфата натрия из упаренного содосульфатного раствора, не допуская при этом его загрязнения карбонатной содой и фтористым натрием из-за возможного его выделения из упаренного раствора в осадок в виде двойной соли фтористого натрия с сульфатом натрия (NaF, Na2SO4).

При повышении остаточной концентрации фтористого натрия в очищенном известковым молоком содосульфатном растворе до одного и выше грамма на литр для исключения возможности загрязнения выделяемого в осадок сульфата натрия фтористым натрием требуется снизить плотность и концентрацию карбонатной соды в упаренном содосульфатном растворе до 1,30 г/л и 75 г/л Na2CO3 и повысить температуру раствора до 90-100°С.

К недостаткам данного способа можно отнести:

- смешивание упаренного маточного раствора с растворами газоочистки приводит к повышению концентрации сульфата натрия;

- значительное увеличение теплоэнергетических затрат производства на выделения фтора в виде фтористого кальция;

- снижение эффективности процесса выпаривания за счет введения известкового молочка и вследствие этого зарастания солями жесткости теплообменных трубок выпарного аппарата - снижение его срока службы.

Известен способ выделения сульфата натрия из растворов газоочистки электролитического производства алюминия (заявка на изобретение RU 94029709, C01D 5/00, опубл. 27.08.1996), заключающийся в кристаллизации сульфата натрия при охлаждении насыщенного раствора в каскадно расположенных кристаллизаторах при температуре 7-(-5)°С, причем температуру каждого предыдущего кристаллизатора поддерживают на таком уровне, чтобы она отличалась от температуры последующего кристаллизатора на 4-6°С.

Способ является сложным в эксплуатации и связан с большими теплоэнергетическими затратами на переделах глубокого охлаждения раствора с выделением в осадок десятиводной глауберовой соли (Na2SO4⋅10 Н2О) с последующей ее сушкой. По указанной причине способ не используется на алюминиевых заводах.

В качестве ближайшего аналога (прототипа) выбран способ по патенту RU 2363525, C01D 5/00, опубл. 10.08.2009, согласно которому мокрая очистка отходящих газов электролизных корпусов производства алюминия включает очистку газа от фтористого водорода и диоксида серы путем его орошения в мокрых скрубберах содосульфатным раствором, очистку содосульфатного раствора от фтора известковым молоком с получением фтористого кальция, выделение из очищенного от фтора маточного содосульфатного раствора безводного сульфата натрия путем его упарки, при этом очистке от фтора и выделению фтористого кальция подвергают 4-10% содосульфатного раствора после мокрой очистки газов, а остальной раствор возвращают на газоочистку, при этом содосульфатный раствор, очищенный от фтора, подвергают выпарке с выделением безводного сульфата натрия, упаренный маточный раствор смешивают со свежеприготовленным содощелочным раствором и возвращают на мокрую газоочистку вместе с основным содосульфатным раствором.

Недостатками способа являются:

1) указанная входная концентрация Na2SO4 250 г/л является недостижимой при очистке отходящих газов электролизных корпусов производства алюминия. Так как при достижении концентрации Na2SO4 200 г/л (сущ.) газоочистное оборудование перестает функционировать;

2) большое количество переделов (очистка от фтористого натрия), связанных с увеличением растворооборота на предприятии;

3) использование дорогостоящего сырья - каустической соды для перевода бикарбонатной соды в карбонатную.

Задача изобретения - повышение эффективности работы газоочистного оборудования и исключение строительства новых и консервация используемых шламовых полей с получением сухого сульфата натрия для захоронения или продажи - направлена на исключение вышеуказанных недостатков.

При этом техническим результатом является реализация поставленной задачи, а именно повышение качества получаемого для дальнейшей реализации сульфата натрия в замкнутом цикле: газоочистка - шламовое поле.

Общими с прототипом являются признаки:

- очистку газа от фтористого водорода и диоксида серы производят путем его орошения содосульфатным раствором;

- выделение безводного сульфата натрия осуществляют путем его упарки в выпарном аппарате.

Отличительные признаки:

- исключение стадии очистки от фтористого натрия, сокращение количества переделов;

- использование для орошения содового раствора после отстаивания его на шламовом поле;

- подача на упаривание растворов с более низкой концентрацией сульфата натрия (70-170 г/л).

Технический результат достигается за счет того, что в способе мокрой очистки отходящих газов электролизных корпусов производства алюминия, включающем очистку газа от фтористого водорода и соединений серы путем его орошения содосульфатным раствором, выделение безводного сульфата натрия в выпарном аппарате, согласно заявляемому изобретению орошение газа содосульфатным раствором ведут с получением насыщенного содосульфатного раствора, часть которого подают в выпарной аппарат и упаривают до достижения предельной концентрации сульфата натрия, а оставшийся раствор направляют на отстаивание, после чего возвращают на стадию орошения, при этом упаренный раствор сульфата натрия направляют на обезвоживание и сушку с последующим получением готового сульфата натрия, а маточный раствор после упаривания повторно направляют в выпарной аппарат.

Способствует достижению технического результата то, что на упаривание подают 3-6% насыщенного содосульфатного раствора, содержание сульфата натрия в насыщенном содосульфатном растворе при подаче его в выпарной аппарат составляет 70-170 г/л, а упаривание ведут до концентрации сульфата натрия 190-450 г/л.

Эффективность очистки газа от соединений серы и коэффициент полезного действия газоочистки повышается за счет выведения равновесного или избыточного количества сульфата натрия, приходящего с сырьем, и возможность выведения из общего баланса газоочистка-шламовое поле сульфата натрия в сухом виде и жидкой части в виде сброса сокового пара и конденсата выпарного аппарата.

Часть от 3 до 6% объема циркулирующего в системе газоочистки насыщенного содосульфатного раствора с концентрацией Na2SO4 70-170 г/л, NaHCO3 15-40 г/л, NaF 5-7 г/л и Nа2СО3 5-25 г/л подвергают упариванию в выпарном аппарате до достижения предельной концентрации Na2SO4 190-450 г/л, а затем упаренный раствор подают на обезвоживание и сушку, а маточный раствор возвращают на выпарной аппарат.

Предел концентрации Na2SO4 70-170 г/л, в отличие от прототипа, является наиболее оптимальным, так как более высокие концентрации приводят к прекращению функционирования «мокрой» ступени газоочистной установки.

Подача на стадию упаривания части объема в пределах 3-6% обусловлена количеством SO2, поступающего на газоочистку в составе отходящих газов электролизного производства, с учетом неполноты поглощения сернистого газа содовым раствором, в пересчете на количество образующегося Na2SO4 тонн в час, которое необходимо выводить из объема растворооборота.

Достижение концентрации Na2SO4 при упаривании ниже 190 г/л нецелесообразно в связи с тем, что при дальнейшем обезвоживании получаемого продукта потребуется установка дополнительного оборудования для сгущения, а при концентрации выше 450 г/л будет происходить снижение эффективности работы выпарного аппарата ввиду того, что высокая концентрация раствора приведет к смещению зоны кипения жидкости из сепаратора в теплообменные трубки, что приведет к быстрому осаждению и инкрустации сульфата натрия на теплообменной поверхности.

Технологическая схема реализации заявляемого способа представлена на чертеже.

Работа алюминиевых электролизеров сопровождается образованием отходящих газов, содержащих СО2, SO2, SO3, HF, а также различные органические соединения. По существующей технологии газы поступают на газоочистку, где указанные примеси поглощаются и нейтрализуются с помощью содосульфатного раствора. При этом сернистый газ SO2 окисляется до SO3. Последний после взаимодействия с содой образует сульфат натрия. Накопление сульфата в оборотных растворах газоочистки приводит к зарастанию оборудования соляными корками и инкрустациями.

Очистка газов электролизного производства алюминия в аппаратах мокрой газоочистки обеспечивается путем орошения проходящего через аппарат газа содосульфатным раствором.

Содосульфатный раствор, используемый для улавливания фтористого водорода HF, соединений серы (SO2, SO3) из отходящих газов электролизного производства, имеет следующий состав, г/дм3:

Сода кальцинированная (Na2CO3) 15-35
Бикарбонат натрия (NaHCO3) 3-12
Сульфат натрия (Na2SO4) до 120
Фторид натрия (NaF) 4-10

Процесс абсорбции HF, SO2, СO2 протекает в пенном слое в результате следующих химических реакций:

Na2CO3+HF=NaF+NaHCO3

NaHCO3+HF=NaF+H2O+CO2

Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3

Na2CO3+SO2+½О2=Na2SO4+CO2

Полученный на газоочистных установках насыщенный содосульфатный раствор содержит фторид натрия NaF, кальцинированную соду Na2CO3, гидрокарбонат натрия NaHCO3, сульфат натрия Na2SO4, а также частицы уловленной пыли. Осветление (отстаивание) раствора газоочистки производится для отделения и утилизации шламов газоочистки (твердых частиц). Пульпа из аппаратов «мокрой» стадии газоочистки откачивается для отстаивания на шламовое поле. Осветленный после отстаивания раствор со шламового поля направляется для приготовления содосульфатного раствора на газоочистку.

Способ мокрой очистки отходящих газов электролизных корпусов позволяет получить высококачественный сульфат натрия за счет увеличения концентрации сульфата натрия в насыщенных содосульфатных растворах газоочистки и эффективного улавливания соединений серы, благодаря многоразовой циркуляции растворов со сниженной концентрацией сульфата натрия (в системе «мокрая газоочистка-шламовое поле»).

1. Способ мокрой очистки отходящих газов электролизных корпусов производства алюминия, включающий очистку газа от фтористого водорода и соединений серы путем его орошения содосульфатным раствором, выделение безводного сульфата натрия в выпарном аппарате, отличающийся тем, что орошение газа содосульфатным раствором ведут с получением насыщенного содосульфатного раствора, часть которого подают в выпарной аппарат и упаривают до достижения предельной концентрации сульфата натрия, а оставшийся раствор направляют на отстаивание, после чего возвращают на стадию орошения, при этом упаренный раствор сульфата натрия направляют на обезвоживание и сушку с последующим получением готового сульфата натрия, а маточный раствор после упаривания повторно направляют в выпарной аппарат.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на упаривание подают 3-6% насыщенного содосульфатного раствора.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что содержание сульфата натрия в насыщенном содосульфатном растворе при подаче его в выпарной аппарат составляет 70-170 г/л.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что насыщенный содосульфатный раствор упаривают до концентрации сульфата натрия 190-450 г/л.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к медицине. Описан способ получения высокочистого фторида кальция, который включает стадию взаимодействия кальцийсодержащего соединения с фтористо-водородной кислотой при перемешивании, фильтрационное отделение осадка фторида кальция, его сушку.

Изобретение относится к химической промышленности. Техническим результатом изобретения является снижение энергозатрат, температуры при производстве цемента, расходуемого топлива, оптимизация и упрощение технологии производства цемента.

Изобретение может быть использовано при изготовлении сырья для горячего прессования фторидной лазерной керамики. Способ получения порошка фторида стронция, активированного фторидом неодима, включает взаимодействие раствора фторида аммония с раствором, содержащим нитрат стронция и нитрат неодима.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ получения фторида кальция включает взаимодействие соединения кальция и фторсодержащего соединения.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ получения фторида кальция из фторсодержащих растворов включает обработку указанных растворов гидроокисью кальция с последующим разделением раствора и пульпы и выделением фторида кальция.

Изобретение может быть использовано в производстве сцинтилляционной керамики с повышенным световыходом. Способ получения порошка фторида бария, активированного фторидом церия, включает взаимодействие раствора фторида аммония с раствором, содержащим нитрат бария и нитрат церия.

Изобретение относится к технологии получения оптических поликристаллических материалов, а именно керамики на основе фторидов щелочноземельных и редкоземельных элементов, обладающих свойствами широкого спектра действия в виде лазерных и сцинтилляционных материалов.
Изобретение относится к технологии получения синтетического флюорита и может быть использовано в производстве безводного фтороводорода и фосфорной кислоты при переработке отходов фтороводородной кислоты, в частности кубовых остатков после ректификации HF.
Изобретение относится к технологии получения моносилана, используемого в производстве поли- и монокристаллического кремния градации SG и EG, а также полупроводниковых структур методом газовой эпитаксии.

Изобретение относится к способу переработки водно-органического отхода молибденового катализатора органического синтеза. Способ включает отгонку углеводородов, обработку кубового остатка серной кислотой, разделение продукта обработки на водную и органическую фазы, выделение из водной фазы триоксида молибдена и десятиводного сульфата натрия, выделение из органической фазы фенола и бензойной кислоты.

Изобретение может быть использовано в производстве удобрений. Для получения сульфата калия полигалитовую руду измельчают, отмывают водой от галита, прокаливают в печи, охлаждают.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Для получения железоокисных пигментов готовят суспензию зародышей.

Изобретение может быть использовано химической промышленности. Способ получения двойного сульфата и раствора хлористого водорода включает приготовление раствора из хлорида, содержащего один из катионов двойного сульфата, и гидросульфата, содержащего второй из катионов двойного сульфата, и осаждение из раствора двойного сульфата.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ получения сульфата натрия включает взаимодействие отработанной серной кислоты (ОСК) - отхода процесса алкилирования изобутана олефинами с 10-15% раствором гидроксида натрия.

Изобретение относится к цветной металлургии, конкретно к мокрой очистке отходящих газов электролизных корпусов производства алюминия от остатков фтористого водорода и диоксида серы с получением в качестве товарных продуктов сульфата натрия и фтористого кальция.

Изобретение относится к способу переработки содосульфатной смеси на сульфат натрия при производстве из боксита по методу Байер-спекание. .

Изобретение относится к переработке низкокалийного содопоташного раствора. .

Изобретение относится к переработке содосульфатных растворов, получаемых после очистки содосульфатным раствором серосодержащих газов электролизных корпусов производства алюминия.

Группа изобретений относится к области биохимии. Предложен способ снижения количества CO2 в потоке газообразных веществ, а также аппарат для удаления CO2 из потока газообразных веществ.

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано для очистки отходящих газов электролизных корпусов производства алюминия от остатков фтористого водорода и соединений серы с получением в качестве товарного продукта сульфата натрия. Способ мокрой очистки отходящих газов электролизных корпусов производства алюминия включает очистку газа от фтористого водорода и соединений серы путем его орошения содосульфатным раствором, выделение безводного сульфата натрия в выпарном аппарате, при этом орошение газа содосульфатным раствором ведут с получением насыщенного содосульфатного раствора, часть которого подают в выпарной аппарат и упаривают до достижения предельной концентрации сульфата натрия, а оставшийся раствор направляют на отстаивание, после чего возвращают на стадию орошения, при этом упаренный раствор сульфата натрия направляют на обезвоживание и сушку с последующим получением готового сульфата натрия, а маточный раствор после упаривания повторно направляют в выпарной аппарат. Технический результат - повышение качества сульфата натрия. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Наверх