一种铝电解烟气中COS净化装置的制作方法

本发明涉及一种烟气净化装置，特别是涉及一种铝电解烟气中COS净化装置。

背景技术：

在铝电解过程，由于不可避免的阳极效应导致烟气中含有部分COS。COS是大气中主要的含硫污染气体，其在大气中存在时间远比其他含硫化合物长。在大气中部分被氧化成亚硫酸、硫酸等形成酸雨，另一部分COS随着大气运动，进入空气稀薄的对流层，破坏臭氧层，是一种危害很大的气体污染物。而进入到大气中的COS主要来源于铝电解烟气，因此减少铝电解烟气中的COS含量对保护环境有重要的意义。目前，对于铝电解烟气的净化多采用两段式，即干法净化和湿法净化。干法净化使用粉状氧化铝，铝电解烟气经过集气罩收集后与下料点投入的氧化铝混合，氧化铝吸附烟气中的HF气体，经过袋式除尘器气固分离后，烟气送入减法净化流程。减法净化一般使用碱性溶液，如Na₂CO₃溶液、NaOH溶液除去烟气中SO₂气体。而对于烟气中COS气体，没有专门的净化工艺。虽然在减法净化过程中，一部分COS气体可被分解吸收，但大部分还是进入大气。因此，发明一种专门处理烟气中COS气体是十分必要的。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种能净化铝电解过程中产生的COS气体，减少对环境的危害的铝电解烟气中COS净化装置。

为了解决上述技术问题，本发明提供的铝电解烟气中COS净化装置，包括气体反应室，所述的气体反应室上设有至少一个喷向所述的气体反应室的内腔的混合气体喷嘴，所述的混合气体喷嘴的进口端连接有烟气管道和水雾管道，所述的气体反应室连接有净化烟气排出管道，所述的气体反应室的底部连接有废水排出管道，在所述的气体反应室的内腔内设有紫外光源。

在所述的气体反应室的内腔上方设有挡板，所述的挡板的中间设有孔洞，所述的净化烟气排出管道设在所述的挡板的上方，所述的混合气体喷嘴设在所述的气体反应室的中间位置处于所述的挡板的下方。

所述的紫外光源设在所述的挡板的内部边缘，所述的紫外光源的照射方向为下方。

所述的紫外光源的照射部为耐酸和耐高温球面玻璃。

所述的气体反应室的下部为锥形结构，底部设有所述的废水排出管道。

整个所述的气体反应室的内部材料采用耐酸腐蚀材料，采用表面反光良好的镜面玻璃或者表面光滑的耐硫酸不锈钢材料。

所述的混合气体喷嘴为4个，所述的烟气管道通过四个烟气支管进入所述的气体反应室，所述的水雾管道通过四个水雾支管进入所述的气体反应室，一支所述的烟气支管和一支所述的水雾支管共同连接一个所述的混合气体喷嘴。

所述的混合气体喷嘴的喷出气体方向与所述的气体反应室的内壁相切，并且向水平方向下方喷出。

在与所述的气体反应室相连的管道包括烟气管道、水雾管道、净化烟气排出管道、废水排出管道、混合气体喷嘴、挡板、紫外光源内部全部采用耐腐蚀材料以避免烟气及其中含酸液滴对管道腐蚀。

在所述的废水排出管道上设有废酸出口流速阀门以及安全阀门。

所述的气体反应室采用钢结构骨架固定在地面上。

采用上述技术方案的铝电解烟气中COS净化装置，安装在氟化物干法净化工艺之后、硫化物湿法净化工艺之前。烟气进入气体反应室时与水雾混合进入气体反应室，在紫外光的照射下发生转化，生成SO₂以及烟气中原有的SO₂会随着液滴沉降进入反应器底部，由底部废酸出口排出，净化后的烟气则由顶部烟气排出管道排出。水雾管道连接水雾发生器，可以产生水雾，类似于空气加湿器。

在气体反应室底部的废水排出管道设有废酸出口流速阀门以及安全阀门，流速阀可控制废水流出速度，而安全阀门的作用在于发生突发情况时，紧急闭合废水流出管道。水雾的喷入气体反应室的速度可调节。

优点：本发明能降低烟气中COS的浓度，减少铝电解烟气中COS对环境的污染，也可降低后续净化烟气中SO₂的成本。

本发明通过将含COS烟气引入气体反应室，混合水雾及空气后，烟气中水含量及O₂提高，促进COS分解反应发生。此外紫外光照射的条件下，增大COS分解率。

烟气中COS分解原理如下：

COS在紫外光照射下能迅速发生光氧化反应，生成的主要产物为CO₂和SO₂。SO₂能进一步氧化，最终以SO₄^2-形式溶解在液体中，从下部废酸出口带出。进入下一个气体反应室的气体也会经过相同的流程，发生相同的反应，以保证净化效果。

反应式：

SO₂+O₂+H₂O→H₂SO₄

综上所述，本发明是一种能净化铝电解过程中产生的COS气体，减少对环境的危害的铝电解烟气中COS净化装置。

附图说明

图1为发明的装置的整体示意图。

图2为反应器内部立体示意图。

图3为反应器内部示意图。

图4为烟气管道和水雾管道喷口立体示意图。

图5为烟气管道和水雾管道喷口俯视示意图。

图6为挡板示意图。

图7为喷口角度示意图。

图8为喷口角度俯视示意图。

图9是紫外光源示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种铝电解烟气中COS净化装置，包括气体反应室1，气体反应室1上设有至少一个喷向气体反应室1的内腔的混合气体喷嘴7，混合气体喷嘴7的进口端连接有烟气管道3和水雾管道4，气体反应室1连接有净化烟气排出管道5，气体反应室1的底部连接有废水排出管道6，在气体反应室1的内腔内设有紫外光源9。气体反应室1采用钢结构骨架2固定在地面上。

如图2和图3所示，在气体反应室1的内腔上方设有挡板8，挡板8的中间设有孔洞11保证净化的烟气可以通过，净化烟气排出管道5设在挡板8的上方，混合气体喷嘴7设在气体反应室1的中间位置处于挡板8的下方。气体反应室1的下部为锥形结构，底部设有所述的废水排出管道6。

如图2、图3和图6所示，紫外光源9设在挡板8的内部边缘，紫外光源9的照射方向为下方。紫外光源9的照射部为耐酸和耐高温球面玻璃。

整个气体反应室1的内部材料采用耐酸腐蚀材料，采用表面反光良好的镜面玻璃或者表面光滑的耐硫酸不锈钢材料。

如图2、图3、图4和图5所示，混合气体喷嘴7为4个，烟气管道4通过四个烟气支管11进入气体反应室1，水雾管道3通过四个水雾支管10进入气体反应室1，一支烟气支管11和一支水雾支管10共同连接一个混合气体喷嘴7。

如图7和图8所示，混合气体喷嘴7的喷出气体方向与气体反应室1的内壁相切，并且向水平方向下方喷出。

在与气体反应室1相连的管道包括烟气管道3、水雾管道4、净化烟气排出管道5、废水排出管道6、混合气体喷嘴7、挡板8、紫外光源9内部全部采用耐腐蚀材料以避免烟气及其中含酸液滴对管道腐蚀。

在废水排出管道6上设有废酸出口流速阀门以及安全阀门。

参见图1至图8，未净化的烟气通过烟气管道3通入气体反应室1，水雾通过水雾管道4进入气体反应室1，未反应的烟气与水雾在进入气体反应室1时共用一个混合气体喷嘴7并且混合，在紫外光源9照射下，发生反应。COS反应生成的SO₂和气体中原有SO₂会溶于水从下方的废水排出管道6被排出回收，未反应和反应生成物通过气体反应室1上部的挡板8的中间的孔洞11，最终通过净化烟气排出管道5排出气体反应室1进入下一净化流程。

水雾管道4喷入气体反应室1的水雾流速控制由铝电解厂系列控制系统控制，其水雾喷入速度与铝电解槽系列内发生阳极效应的电解槽数有关。在较多电解槽发生阳极效应时，水雾喷入速度相应提高。

根据烟气管道的总流量及其中的COS浓度，可以安装多台铝电解烟气中COS净化装置并联，以保证净化COS效果。

气体反应室1采用钢结构骨架2固定在地面上，钢结构骨架2与气体反应室1之间的固定方式可自行设计，但应保证气体反应室1牢固固定在地面上。在这里提供一种采用钢管固定的方案可供参考。

气体反应室1中间位置设有四个混合气体喷嘴7，以供烟气和水雾进入气体反应室1。气体反应室1下部为锥形结构，便于液滴下落，底部设有废水排出管道6，保证废水可流出气体反应室1。在气体反应室1上方设有挡板8，可以一定程度上隔离上部空间和下部反应空间，保证气体进入气体反应室1后有充分的反应时间。反应过后的气体通过上部的净化烟气排出管道5排出，在挡板8的孔洞11的内部边缘设有四个紫外光源9。整个气体反应室1的内部材料采用耐酸腐蚀材料，可采用表面反光良好的镜面玻璃或者表面光滑的耐硫酸不锈钢材料。

烟气管道3通过四个烟气支管10进入气体反应室1，水雾管道4通过四个水雾支管11进入气体反应室1，烟气支管10和水雾支管11共同连接一个混合气体喷嘴7。

在气体反应室1上部固定有挡板8，挡板8中间有孔洞11保证净化的烟气可以通过，在挡板8内侧开孔处安装有四个紫外光源9，照射方向为下方。

混合气体喷嘴7喷出气体方向与气体反应室1内壁相切，并且向水平方向下方喷出。保证气体可以在气体反应室1内以螺旋向下方向运动，增加气体反应时间。

在挡板8上安装的紫外光源9如图9所示，紫外光源9下部为耐酸和高温(300℃)球面玻璃。

安装时，首先将整体的钢结构骨架2焊接在地基上。随后将烟气管道3与铝电解烟气净化系统干法净化后烟气管道对接。可根据整个烟气管道3的总流量流量，以及COS浓度并联几台气体反应室1，以保证净化效果。

将水雾发生器与水雾管道4相连接，上方的净化烟气排出管道5与铝电解烟气湿法净化的烟气管道相连接，下方的废水排出管道6可采用专门的废水收集槽收集后，定期送入化工厂利用。

本发明将含COS烟气与水雾混合通入气体反应室1，COS在紫外光照射下与H₂O和O₂反应生成SO₂，而生成的SO₂易溶于水生成H₂SO₃，最终被氧化成H₂SO₄，被水滴沉降进入气体反应室1底部的废酸收集槽，最终通过废水排出管道6排出气体反应室1再用于硫酸的制备。该发明的一方面可提高COS分解率，有效净化烟气中COS气体，减少进入大气中COS的量，保护环境，另一方面，也可以减少在后续湿法除SO₂过程中碱消耗量，减少成本，收集槽中的含酸液体也可回收用于制酸，增加收益。