用于改进电解池气体中SO2的获取的方法和装置与流程

本发明涉及用于获取产生于电解池的气体中出现的SO2的方法以及装置，所述电解池通过火成电解用于铝的工业生产。本方法通过一组至少两个并联的且有气流通过的反应器来实施，并且至少部分串联地提供粉状材料类型的吸附药剂，特别是氧化铝颗粒，其能够通过使吸附药剂与气流接触而吸附存在于气流中的流出物。

背景技术：
氧化铝颗粒在气体处理反应器中的使用是知名而且有效的技术，反应器用于吸附出现在通过火成电解进行铝的工业生产的电解池所释放出的气体中的氢氟酸(HF)。众所周知的是，带有大吸附表面积(达到82m2/g)的氧化铝在某些情况下也能够吸附电解池气体中也出现的二氧化硫(SO2)。尽管氧化铝很容易吸收SO2，但是获取在产生于电解池的气体中出现的SO2并不容易，因为氧化铝相对于SO2会优先吸附HF。当HF和SO2出现在即将处理的气体中时，为了能够获取SO2，必须使用足够量的氧化铝以便后者在吸附了HF之后还没有饱和。倘若在处理了不含有HF的气体之后氧化铝饱和了SO2，如果氧化铝与含有HF的气体接触，则SO2将被解离出去，HF替代了氧化铝颗粒上的SO2。此外，众所周知的是，SO2从氧化铝中的解离发生在大约200℃的温度，相反HF只在大约400℃时解离。实际上，注入到气体处理反应器中的氧化铝的量通常比吸附HF所需的量多10％。产生于气体处理中的氧化铝的量也是电解池所需的量，所以在那里便被消耗尽而且不需要为电解池提供新的氧化铝。由于氧化铝在获取HF之后也吸附SO2，所以必须向反应器中注入更多的氧化铝，大约为吸附HF所需量的两倍。这将导致在反应器的输出中有额外数量的氧化铝不会在电解池中被消耗。专利EP0793527提出了两个处理阶段在一个单独的反应器-过滤器中的使用，以便相继地获取HF，然后获取SO2。待处理的充满HF和SO2的气体穿过由反应器构成的第一阶段，在此其碰到了再生的氧化铝。在离开反应器的时候，HF被完全吸附在氧化铝上。然后气体被送到一个用于将氟化的氧化铝从气体中分离的机械装置。在离开第一阶段时，气体己经分离出了HF。之后它们被送到第二阶段，即过滤器，在此，新的氧化铝被注入过滤器，用以获取SO2。充满SO2的氧化铝最终被送到解离单元中，SO2在此从氧化铝中被提取出来。通过这种方式，再生的氧化铝回到处理的第一阶段并且浓缩的SO2被送到升级回收系统。这种解决方案并非完全符合要求，因为它需要庞大而且昂贵的装置来分离处理的第一阶段中被氟化的氧化铝。

技术实现要素：
为了克服这些缺陷，本发明包括用于获取通过火成电解用于铝的工业生产的电解池中产生的气体中出现的SO2的方法，其通过一组至少两个并联的且有气流通过的反应器来实施，并且提供粉状材料类型的吸附剂，所述吸附剂能够通过使吸附剂与气流接触而吸附气流中的流出物，所述至少两个反应器每个都有在与所述气流接触之后搜集所述吸附剂的工具，所述反应器中至少一个反应器具有在其与所述气流接触后释放所述吸附剂的工具，其将吸附剂释放到注入所述反应器中至少另一个反应器中的工具，其特征在于，在释放工具与注入工具之间，在吸附剂到达所述释放工具之前，被所述吸附剂吸附的SO2通过与所述气流至少接触一次而被解离。为了解离SO2，所述吸附剂，例如，被调至接近200℃的温度，且无论如何都保持在400℃以下以不解离HF。基于相同的目的，吸附剂也可以同一载体体气体接触。载体气体也能够促进SO2从系统中释放。加热吸附剂以及用载体气体冲洗后者是两种有利地结合起来提高效率的解离吸附剂的方法。根据本发明的一个优选以及有利的实施例，吸附剂为氧化铝Al2O3。载体气体例如可以是氮。根据本发明的一个实施例，载体气体被加热到至少达到200℃的温度，但是在接触吸附剂之前，保持接近200℃。根据本发明的一个有利的实施例，反应器布置成至少两个反应器的至少一种顺序，所述至少两个反应器至少部分串联地供应有吸附剂，并且吸附剂在每个反应器之后被解离，可供选择地，除了所述顺序中的最后一个之外，或者每两个反应器，或者所述顺序的可变数量的反应器之后，或者从所述顺序的反应器开始，在此顺序中吸附剂达到了接近100％的总体饱和水平。本发明还包括一种用于获取通过火成电解用于铝的工业生产的电解池中产生的气体中出现的SO2的装置，通过一组至少两个并联的且有气流通过的反应器来实施，并且提供粉状材料类型的吸附剂，该吸附剂能够通过使吸附剂与气流接触而吸附气流中的流出物，所述至少两个反应器中，每个都有在与所述气流接触之后搜集所述吸附剂的工具，所述反应器中至少有一个反应器具有在其与所述气流接触后释放所述吸附剂的工具，其将吸附剂释放到注入所述反应器中至少另一个反应器中的工具，其特征在于，它包括在释放工具与注入工具之间的解离单元，该装置从吸附剂中解离SO2，所述SO2在所述吸附剂到达所述释放工具之前，通过与所述气流至少接触一次而被所述吸附剂吸附。解离工具例如包括至少一种加热工具，其能够使所述吸附剂达到接近200℃的温度。解离工具还可以包括使所述吸附剂与载体气体流相接触的工具。有利地，解离工具结合了至少一种使所述吸附剂能够达到接近200℃的温度的加热工具，以及使所述吸附剂与所述载体气体流相接触的工具。根据本发明的一个实施例，所述至少一种加热工具能够在将所述载体气体注入到解离单元之前，将载体气流加热到至少200℃但保持在接近200℃的温度，在所述解离单元中，载体气流与吸附剂接触。根据另一个实施例，所述至少一个加热工具成为一个接收吸附剂的解离单元的一部分，并且载体气体流与所述解离单元中的所述吸附剂接触。本发明可以优先地运用到按顺序或层叠安装的反应器中，相对于吸附剂流动方向，就如专利文件WO2007096492所描述的，反应器至少部分串联地供应吸附剂。因此，在第一个实施例中，在顺序排列或串联排列的反应器中的第一反应器接收所需全部量的新吸附剂，以便吸附进入第一反应器中的气体中的所有HF。从第一反应器的排放工具中，弱饱和的和通过所述第一反应器的搜集工具搜集的吸附剂被送到顺序或串联中的第二反应器中，如此等等。这样，吸附剂在穿过一系列反应器时变得饱和。在离开每个反应器且进入吸附剂未饱和的反应器时，所述吸附剂已经不仅吸附了HF还有SO2。为了实施上述方法，根据本发明的装置特征在于，反应器按照至少两个反应器中的至少一个顺序安置，所述至少两个反应器至少部分串联地供有吸附剂，并且从吸附剂上解离SO2的工具安排在每个反应器之后，可供选择地，除了所述顺序的最后一个，或者每两个反应器，或者在所述顺序的可变量反应器之后，或者从所述顺序中的反应器开始，在所述顺序中，吸附剂已经达到了接近100％的总体饱和的水平。根据本发明，吸附剂(最好为氧化铝)进入一个解离单元的通道，在此通道中吸附剂达到接近200℃的温度，和/或如果吸附剂未被加热，则与被加热到至少200℃但保持接近200℃的温度的载体气体流相接触，使吸附剂中含有的SO2能够被解离。有利地，吸附剂在SO2解离单元中达到的温度不允许HF的解离。再生的吸附剂以这种方式被送到顺序或串联中的下一个反应器中等等。在离开解离单元时，SO2或充满SO2的载体气体，例如，被送到一个升级回收系统中。考虑到10个串联的反应器，即，除了串联中的第一个，它们中的每个仅接收来自串联中的前一个反应器的释放工具的吸附剂，并且需要“X”量的吸附剂来吸收产生于电解池并穿过并联的10个反应器的气体中包含的所有HF。“X”量的吸附剂仅被注入到串联中的第一反应器中。在离开第一反应器的释放工具时，吸附剂已经获得了一些HF以及几乎全部的SO2，所述气体包含在穿过第一反应器的一部分气体流中。吸附剂然后大约8～9％充满HF，而且大约4～10％充满SO2，相当于约12～19％的总饱和度。然后吸附剂被送到一个SO2解离单元中，以便解离吸附剂上的几乎所有SO2，这样使总饱和率大约变为9％。在解离单元的下游，吸附剂然后被送到串联中的第二反应器中。这样，根据本发明，在离开每个反应器的释放工具时，吸附剂进行再生处理，通过移除与穿过所述反应器的气体流相接触而被吸附剂吸附的SO2以减小总饱和率。在到达串联中的最后一个反应器的输入端时，由于吸附剂的总饱和率约达到90％，它仅可以吸附HF。通过上述方式实施本发明允许SO2的移除率大约在60～90％之间。解离单元不必要安置在串联中的每个反应器的释放工具的输出端。解离单元的定位通过计算限定，以便找到顾及处理效率以及安装费用的最优的配置。根据不同情况，SO2解离单元安装在每个反应器之后，除了系列或连串反应器的最后一个之外，或者每两个反应器或在一定数量的系列或连串反应器之后，所述数量随系列或连串的反应器不同而彼此不同。根据一变体的实施例，SO2解离单元只在一系列或一连串反应器中的反应器开始安置，在此吸附剂已经达到接近100％的总体饱和水平。根据系列或连串反应器的数量以及气体中SO2与HF的浓度，能够确定第一解离单元以及随后的解离单元的精确位置。附图说明本发明的其他优点和特点在以下给出的实施例的描述中会更加明显，以下实施例仅用于说明，并非对本发明范围的限定，参照附图，其中：-图1是根据本发明的一个实施例的气体处理中心的概略图，-图2示出的是与图1类似的本发明的实施例，在图2中，载体气体在分散并引入到处理中心的解离单元以及在与解离单元中含有的吸附剂接触之前被加热，以及-图3示出的是与图1和图2类似的本发明实施例的变体，在图3中，吸附剂在解离单元中被加热，载体气体被引入到解离单元中从而与加热的吸附剂接触以解离SO2。具体实施方式如图1至3所示，本发明涉及由许多反应器21，22，...，2n组成的气体处理中心1，反应器中一种优选的必须清除流出物的上升气体流3平行流动。第一反应器21供应新的粉状材料类型的吸附剂，一种本质上己知的类型，例如氧化铝(Al2O3)，产生于料仓类型的新鲜的粉状材料储存工具4，并利用分配工具14分配给第一反应器21，分配工具14设置在储存工具4与反应器21之间。更确切地说，分配工具14将一种本质上为已知类型的在反应器21中的粉状材料的储存工具4连接到注入工具7上。分配工具14(例如是一台气力输送机)可以理解为，粉状材料类型的吸附剂的运输根据先前技术中的任何工具来被实施，例如根据在高密度床上传送粉状材料的方法。储存工具4，例如料斗，将吸附剂倒入单独的分配工具14中，利用注入工具7将其全部材料倒进第一反应器21。在本发明的这个实施例中，n-1个其他的反应器22，...，2n不接收产生于储存工具4中的新的吸附剂。为清晰明了起见，图1仅显示了三个反应器21，22，...，2n，可以理解，本发明可以应用到任何由至少两个反应器构成的气体处理中心。根据先前技术的任何已知工具，反应器21，22，...，2n特别是为了使粉状材料能够与必须清除流出物的气体流相接触。本发明的原理尤其适用于气体流3，其产生于铝电解池，并且含有氟化剂类型的污染流出物，例如氢氟酸(HF)以及二氧化硫(SO2)，其利用吸附通过粉状材料中和，在本例中所述材料为氧化铝Al2O3。优先地，反应器21，22，...，2n都是相同的，即，它们具有相同的气体流处理能力。这样，每个反应器21，22，...，2n都接收相同量的粉状材料，可以理解，每个反应器21，22，...，2n接收等量的独立的气体流3。然而，本领域的技术人员可以根据本发明将原理修改为适合反应器组的任何类型，不论反应器是全都相同的还是不同的。除了第一个21的任何一个反应器22，...，2n都配置有实质上与第一反应器21的注入工具7相同的注入工具16。有利地，注入工具7或16实质上被安置在相应的反应器21，或22，...，或2n的喷口8的输入端，气体流3的相应部分进入该输入端。一旦粉状材料已经被注入到反应器21，，或22，...，或2n，中，则材料通过实质上己知的任何工具与气体流3的相应部分接触，使气体流3与粉状材料达到最佳接触，从而最佳地清除气体流中出现的污染流出物。当粉状材料与气体流3的适宜的上升部分接触时，粉状材料被气体流3携带着有利地上升。在每个反应器21，22，...，2n的下游，即，在它们的上半部分，例如布滤器或袋式过滤器的过滤工具9，阻止反应器21，22，...，2n中的粉状材料和极小颗粒的灰尘散发到空气中。在吸附剂(粉状材料)已经与气体流3接触并且气体流3已经被过滤工具9过滤之后，任何实质上为己知类型的用于粉状材料颗粒的采集工具10设置在反应器21，22，...，2n的底部处的料斗内，而且采集工具10通过已知方式，连接到吸附剂的排放工具11上，所述吸附剂的排放工具11充满在反应器21，22，...，2n中的流出物。排放工具11实质上为己知类型的，而且例如显示为连接到排放管12上的一个或多个孔口的形式，例如气力输送类型，至少一个排放管，但也可能是每个排放管排放到SO2解离单元17中，除了最后一个反应器2n，排放管12为其将充满流出物的吸附剂排放到主管13中，特别是被氟化的流出物。这样，随着新的吸附剂，例如新的氧化铝，被供应到第一反应器21中，其中流动着必须脱氟和脱硫的气体流3，以便从相应的排放管中得到氟化并且充满硫的氧化铝。SO2解离单元17的这种设计是为了使来自排放管12的粉状材料，根据先前技术中的任何已知方式，与载体气体流接触。有利地，解离单元17中的粉状材料保持在流化状态。在图2的实施例中，通过管道20从来源(未显示)传送到每个解离单元17的载体气体为氮。根据图2，在被注入到相应管道20下游段的每个解离单元17之前，载体气体在集中加热装置21中被预先加热到200℃以上但是保持接近200℃的温度，这个温度最好在200℃～250℃之间。根据另一个实施例，如图3所示，由通过管道20连接在每个解离单元17上的来源22供应的载体气体在被注入到解离单元17之前没有被预热。后者每个都配置专用加热工具21，合并到相应的解离单元17上，以便能够使粉状材料在大约200℃或接近200℃的温度时被解离。例如，温度在180℃～250℃的范围内。图3中的加热工具21以及图2中的加热工具21可以是实质上已知的任何类型，例如(带有加热电阻器的)电气工具。在离开每个解离单元17时，充满SO2的载体气体，例如通过管18被引导到处理装置，图1～3中未显示，使SO2能够从载体气体20中分离出来。离开第一反应器21的解离单元17时，SO2己从其中解离的所有充满HF的吸附剂通过排放管19被转移到第二反应器22的注入工具16，所述排放管19连接到气力输送机15上用于回收吸附剂，同样还有利地为流化床类型，或者使粉状材料或吸附剂能够被传输的本质上己知的任何类型。同样在第二反应器22和第三反应器之间等等直到最后一个反应器2n都适用，反应器的注入工具16通过相应的排放管19和回收气力输送机15接收充满HF的所有吸附剂，SO2在离开倒数第二个反应器2n-1时已在解离单元17中从吸附剂中解离，吸附剂在倒数第二个反应器2n-1(图1～3中未显示)已经被过滤并收集，这样，顺序中的n个反应器相对于供应第一反应器21的分配工具14和总管13之间最终离开最后一个反应器2n的吸附剂的流动连续排列。这样，在净化来源于铝电解池的废气中含有的HF和SO2的情况下，新的氧化铝(吸附剂)的数量在HF和SO2富集的第一反应器21中保持一段时间。然后进行处理以便能够在SO2完全被释放到第二反应器22中之前解离SO2。氧化铝保持同样在第一反应器21中所停留的时间并且继续富集氟化物并再次获取SO2。该过程以此种方式继续直到第n个反应器2n，在此，氧化铝被排放到一个用于将氟化的氧化铝回收到电解池中的总管13中，例如，或者排放到任何其它类型的储存或回收装置中。这样，只有第n个反应器2n被连接到主管13上，通过该主管，充满流出物的吸附剂在流过n个反应器之后被排放，但是SO2已从其中解离出来。本发明并不限于根据上述图1～3所述的装置，而且还可以扩展到其它装置，在这些装置中，反应器组中的所有反应器至少处于反应器的一种顺序中(除了顺序中的第一个)，其中每个都具有各自的注入工具16，不仅提供有来自顺序中直接前一个反应器的排放工具11的回收吸附剂，而且提供有新的来自于储存工具4的吸附剂，其量稍小于顺序中作为唯一只提供新的吸附剂的第一个反应器的注入工具7接收的量，就如在图3以及WO2007/096492的图5中右侧半视图所示，这点参考所述专利文献中的图示可作进一步详细描述。如WO2007/096492的图4所示，根据本发明的一个装置的反应器组群中的一个反应器可以是仅提供有新的吸附剂的第一反应器并且通常是两列反应器，每列都串联提供来自顺序中直接前一个反应器的回收吸附剂，或者混联，每个不仅容纳来自前一个反应器的回收吸附剂而且提供新的吸附剂。此外，正如目前工艺水平所知，在装置组群中的至少一个反应器，并且视情况，在至少单独序列或一系列组群中的所有反应器，包括序列或系列中的第一个和最后一个反应器中，每个都配有注入工具7或16同时提供有来自讨论中的每个反应器的排放工具11中的回收吸附剂。对于上述全部原因，根据以本发明为依据的装置，并不必须给每个反应器配备解离单元17，但是至少给所述反应器中的一个反应器配备解离单元17，而且适合于在一个序列或一系列中每两个、每三个、每四个或甚至更多个连续的反应器配备仅一个解离单元17，反应器的数量根据装置的不同而不同。作为一种选择方案，SO2解离单元17可以在每个反应器或仅其中一些反应器之后按序安装，从序列中的反应器开始，在该序列中，吸附剂已经达到接近100％总体饱和的水平，并且最好是其最大饱和水平，但是也可以是大约85％～100％之间的范围内。