CN102400183A - 一种抑制非阳极效应pfc产生的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抑制非阳极效应PFC产生的方法,包括:连续检测阳极电流密度的变化,如果某块或某几块阳极的电流密度持续升高,实际值超过正常生产值至少0.2倍时,启动氧化铝浓度预估程序;校验电解槽内氧化铝浓度,如果该块阳极附近氧化铝浓度低于预估值至少0.1倍时,启动小下料程序,使该块阳极附近的下料器进行小下料,下料量不超过正常下料量的0.5倍;沿着槽内电解质流动方向,借外力干预来增加电解质流速,带动氧化铝快速至该块阳极处;观察该块阳极电流密度的变化,如果没有回复正常值,重复进行上述操作,直至该块阳极的电流密度回复到正常生产值。该方法操作方便,不需要改变原有电解工艺,易于工业实施和推广应用。

Description

一种抑制非阳极效应PFC产生的方法
 
技术领域
一种抑制非阳极效应PFC产生的方法,属于电解铝温室气体减排领域。
背景技术
在电解铝生产过程中,正常生产时的电解反应是氧化铝进行碳热还原反应生成铝排放出CO2。但在电解槽发生“阳极效应”期间,电解槽会产生两种碳氟化合物:四氟化碳(CF4)和六氟化二碳(C2F6),统称为全氟化碳(PFC)。其生成反应如下:
Na3AlF6+3/4C=3/4CF4+Al+3NaF           (E=2.55V)
Na3AlF6+C=1/2C2F6+Al+3NaF              (E=2.68V)
CF4和C2F6两种化合物的寿命分别高达5万年和1万年,而且具有极高的全球变暖潜力(GWP),属于强温室效应气体。根据政府间气候变化专门委员会IPCC第二次评估报告,按照100年全球变暖趋势来看,1公斤CF4的温室效应相当于6500公斤二氧化碳,而1公斤C2F6的温室效应相当于9200公斤二氧化碳。
在研究电解铝排放的PFC过程中,发现了低浓度、连续排放的PFC(称为非阳极效应PFC排放),该种PFC与阳极效应无关,而且只有CF4,没有C2F6,其产生原因主要是电解槽内局部氧化铝浓度过低或个别阳极电流密度偏高导致个别阳极过电压升高达到了CF4的生成电位。该种CF4的浓度极低,通常在0.001-1.0ppmv(体积浓度)。而阳极效应产生的CF4的浓度通常在100-300ppmv。
阳极电流密度与氧化铝浓度之间存在一定的依赖关系,可由以下经验公式计算:                                                
Figure 201110372203X100002DEST_PATH_IMAGE001
,式中icr表示阳极极限电流密度,A为单块阳极面积,T为电解温度(K)。在一定的氧化铝浓度下,当某块阳极电流密度高于阳极极限电流密度时,电解槽就会有PFC生成。这是因为,如果阳极的电流密度高,该块阳极附近的氧化铝浓度消耗加快,会造成该块阳极下部氧化铝浓度偏低,氧化铝不足将导致阳极反应异常,诱发产生非阳极效应PFC。
对国内外专利文献进行了检索,未见抑制非阳极效应PFC产生的方法报道。检索的专利文献如下:
专利200720190850.8报道了一种铝电解槽取气装置,涉及一种用于铝电解阳极中缝火眼取出电解槽内排放气体的装置。其特征在于该装置的结构组成包括:集气罩——该集气罩为一倒扣在铝电解槽火眼上部的、下端为敞口的金属盒状体;在集气罩盒状体的侧壁上开有取气孔,上顶盖上开有进料孔;进料料斗为漏斗状,位于集气罩上方,其料斗下端开口与集气罩上顶盖进料孔联接。该集气罩能够把火眼和周围的空气隔开,在集气罩内形成正压,阻止了空气的混入,取气的铁管可以从取气孔伸入到取气罩里面,气体在正压的作用下顺利进入到取气管里,使取到的气体样品具有真实性、稳定性和代表性,为瞬时电流效率的测定提供真实的气体样本。
专利201010554416.X公开了一种电子级CF4的分析方法,其实质是一种分析四氟化碳中的杂质的方法。该方法通过选用色谱柱和利用新颖的氦高压放电离子化检测器实现一次进样,利用一套检测设备可同时分析四氟化碳中的7种杂质,检测精度达到0.1ppmv,解决了现有技术多次进样、而且检测精度仅为0.5ppmv的问题。
专利95105244.6公开了一种从气流中脱除全氟化碳的方法(美国某公司),通过将气流在诸如FAU结构的富硅吸附剂、BEA结构的富硅吸附剂、MOR结构的富硅吸附剂的一种或多种吸附剂上进行吸附,从气流中回收全氟化碳。该吸附方法可较好地实现变压吸附或变温吸附。
发明内容
本发明就是为解决已有铝电解操作技术存在的不足,提供一种操作方便、易于工业实施的抑制非阳极效应PFC产生的方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
一种抑制非阳极效应PFC产生的方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:(1)连续检测阳极电流密度的变化,如果某块或某几块阳极的电流密度持续升高,实际值超过正常生产值至少0.2倍时,启动氧化铝浓度预估程序预估氧化铝浓度值;(2)校验电解槽内氧化铝浓度,如果该块阳极附近氧化铝浓度低于上述预估的氧化铝浓度值至少0.1倍时,启动小下料程序,使该块阳极附近的下料器进行小下料,下料量不超过正常下料量的0.5倍;(3)观察该块阳极电流密度的变化,如果没有回复正常值,重复进行上述步骤(1)和(2),直至该块阳极的电流密度回复到上述正常生产值。
根据上述抑制非阳极效应PFC产生的方法,其特征在于,在步骤(2)和步骤(3)之间,进行以下步骤:沿着槽内电解质流动方向,借外力干预来增加电解质流速,带动氧化铝快速至该块阳极处。
根据上述抑制非阳极效应PFC产生的方法,其特征在于,氧化铝浓度预估基于以下原理进行:(CAl2O3-C0)=(dR/dt)1×(T-T1)×(dCAl2O3/dt)÷[(dR/dt)-(dR/dt)1]+dCAl2O3/dt×(T-T1),式中CAl2O3表示电解槽内氧化铝预估浓度(%),C0表示电解槽内氧化铝正常浓度,(dR/dt)1表示T1时刻的槽电阻随时间的变化率,dCAl2O3/dt表示T1至T期间的氧化铝浓度变化率。
根据上述抑制非阳极效应PFC产生的方法,其特征在于,可以使用原有下料器或另外增加小下料器实施小下料,该小下料器可以固定安装,也可以是可移动装置。
根据上述抑制非阳极效应PFC产生的方法,其特征在于,外力干预可以是用效应棒沿着电解质流动方向搅动加快氧化铝的流动和溶解,或者用惰性气体沿着电解质流动方向吹送氧化铝,或者用耙子沿着电解质流动方向牵引氧化铝的流动。
本发明的方法通过阳极电流密度连续检测、氧化铝浓度预估、小下料操作,达到了快速向电解槽内补充氧化铝,消除电解槽内局部氧化铝浓度过低,从而有效抑制了非阳极效应PFC产生的目的,为消除非阳极效应PFC排放提供了一种新方法。该方法操作方便,不需要改变原有电解工艺,易于工业实施和推广应用。
具体实施方式
一种抑制非阳极效应PFC产生的方法,其特征在于:(1)电解槽控制模块中包括阳极电流密度检测模块、氧化铝浓度预估模块和小下料控制模块;(2)连续检测阳极电流密度的变化,如果某块或某几块阳极的电流密度持续升高,实际值超过正常生产值至少0.2倍时(电解铝阳极电流密度正常生产值一般是0.73-0.78A/cm2),启动氧化铝浓度预估程序;(3)校验电解槽内氧化铝浓度,如果该块阳极附近氧化铝浓度低于正常生产值至少0.1倍时(电解槽中氧化铝浓度正常生产值一般为2.0%-3.0%(质量百分数),启动小下料程序,使该块阳极附近的下料器进行小下料,下料量通常不超过正常下料量的0.5倍,具体由该块阳极附近的氧化铝浓度决定;(4)沿着槽内电解质流动方向,借外力干预来增加电解质流速,带动氧化铝快速至该块阳极处;(5)观察该块阳极电流密度的变化,如果没有回复正常值,重复进行上述操作,直至该块阳极的电流密度回复到上述正常操作范围(例如0.73-0.78A/cm2)。
氧化铝浓度预估基于以下原理进行:(CAl2O3-C0)=(dR/dt)1×(T-T1)×(dCAl2O3/dt)÷[(dR/dt)-(dR/dt)1]+dCAl2O3/dt×(T-T1),式中CAl2O3表示电解槽内氧化铝预估浓度(%),C0表示电解槽内氧化铝正常浓度(例如2.0%-3.0%),(dR/dt)1表示T1时刻的槽电阻随时间的变化率,dCAl2O3/dt表示T1至T期间的氧化铝浓度变化率。可以使用原有下料器或另外增加小下料器实施小下料,该小下料器可以固定安装,也可以是可移动装置。
下面结合实例对本发明的方法作进一步说明。
实施例1
将阳极电流密度检测模块、氧化铝浓度预估模块和小下料控制模块及其辅助设施设置在某台400kA电解槽的控制系统中;连续检测阳极电流密度的变化,如果某块或某几块阳极的电流密度持续升高,实际值超过正常生产值的0.2倍时,进行氧化铝浓度预估,校验电解槽内氧化铝浓度;如果该块阳极附近氧化铝浓度低于正常生产值的0.1倍时,进行小下料操作,下料量为正常下料量的0.18倍,下料后沿着槽内电解质流动方向,用效应棒搅动增加电解质的流速,带动氧化铝快速移动至氧化铝浓度过低的阳极附近;观察该块阳极电流密度的变化,如果没有回复正常值,重复进行上述操作,直至该块阳极的电流密度回复到正常操作范围。
实施例2
将阳极电流密度检测模块、氧化铝浓度预估模块和小下料控制模块及其辅助设施设置在某台300kA电解槽的控制系统中;连续检测阳极电流密度的变化,如果某块或某几块阳极的电流密度持续升高,实际值超过正常生产值的0.28倍时,进行氧化铝浓度预估,校验电解槽内氧化铝浓度;如果该块阳极附近氧化铝浓度低于正常生产值的0.2倍时,进行小下料操作,下料量为正常下料量的0.25倍,下料后沿着槽内电解质流动方向,吹入氮气增加电解质的流速,带动氧化铝快速移动至氧化铝浓度过低的阳极附近;观察该块阳极电流密度的变化,如果没有回复正常值,重复进行上述操作,直至该块阳极的电流密度回复到正常操作范围。
实施例3
将阳极电流密度检测模块、氧化铝浓度预估模块和小下料控制模块及其辅助设施设置在某台200kA电解槽的控制系统中;连续检测阳极电流密度的变化,如果某块或某几块阳极的电流密度持续升高,实际值超过正常生产值的0.33倍时,进行氧化铝浓度预估,校验电解槽内氧化铝浓度;如果该块阳极附近氧化铝浓度低于正常生产值的0.3倍时,进行小下料操作,下料量为正常下料量的0.33倍,下料后沿着槽内电解质流动方向,吹入氩气增加电解质的流速,带动氧化铝快速移动至氧化铝浓度过低的阳极附近;观察该块阳极电流密度的变化,如果没有回复正常值,重复进行上述操作,直至该块阳极的电流密度回复到正常操作范围。
实施例4
将阳极电流密度检测模块、氧化铝浓度预估模块和小下料控制模块及其辅助设施设置在某台200kA电解槽的控制系统中;连续检测阳极电流密度的变化,如果某块或某几块阳极的电流密度持续升高,实际值超过正常生产值的0.35倍时,进行氧化铝浓度预估,校验电解槽内氧化铝浓度;如果该块阳极附近氧化铝浓度低于正常生产值的0.4倍时,进行小下料操作,下料量为正常下料量的0.5倍,下料后沿着槽内电解质流动方向,用靶子牵引增加电解质的流速,带动氧化铝快速移动至氧化铝浓度过低的阳极附近;观察该块阳极电流密度的变化,如果没有回复正常值,重复进行上述操作,直至该块阳极的电流密度回复到正常操作范围。

Claims (5)

1.一种抑制非阳极效应PFC产生的方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:(1)连续检测阳极电流密度的变化,如果某块或某几块阳极的电流密度持续升高,实际值超过正常生产值至少0.2倍时,启动氧化铝浓度预估程序预估氧化铝浓度值;(2)校验电解槽内氧化铝浓度,如果该块阳极附近氧化铝浓度低于上述预估的氧化铝浓度值至少0.1倍时,启动小下料程序,使该块阳极附近的下料器进行小下料,下料量不超过正常下料量的0.5倍;(3)观察该块阳极电流密度的变化,如果没有回复正常值,重复进行上述步骤(1)和(2),直至该块阳极的电流密度回复到上述正常生产值。
2.根据权利要求1所述的抑制非阳极效应PFC产生的方法,其特征在于,在步骤(2)和步骤(3)之间,进行以下步骤:沿着槽内电解质流动方向,借外力干预来增加电解质流速,带动氧化铝快速至该块阳极处。
3.根据权利要求1或2所述的抑制非阳极效应PFC产生的方法,其特征在于,氧化铝浓度预估基于以下原理进行:(CAl2O3-C0)=(dR/dt)1×(T-T1)×(dCAl2O3/dt)÷[(dR/dt)-(dR/dt)1]+dCAl2O3/dt×(T-T1),式中CAl2O3表示电解槽内氧化铝预估浓度(%),C0表示电解槽内氧化铝正常浓度,(dR/dt)1表示T1时刻的槽电阻随时间的变化率,dCAl2O3/dt表示T1至T期间的氧化铝浓度变化率。
4.根据权利要求1或2所述的抑制非阳极效应PFC产生的方法,其特征在于,可以使用原有下料器或另外增加小下料器实施小下料,该小下料器可以固定安装,也可以是可移动装置。
5.根据权利要求1或2所述的抑制非阳极效应PFC产生的方法,其特征在于,外力干预可以是用效应棒沿着电解质流动方向搅动加快氧化铝的流动和溶解,或者用惰性气体沿着电解质流动方向吹送氧化铝,或者用耙子沿着电解质流动方向牵引氧化铝的流动。
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