CN102495006A

CN102495006A - 一种非阳极效应cf4的检测方法

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Publication number: CN102495006A
Application number: CN2011103722063A
Authority: CN
Inventors: 李旺兴; 陈喜平; 赵庆云; 邱仕麟; 罗丽芬
Original assignee: Aluminum Corp of China Ltd
Current assignee: Aluminum Corp of China Ltd
Priority date: 2011-11-22
Filing date: 2011-11-22
Publication date: 2012-06-13

Abstract

本发明公开了一种非阳极效应CF₄的检测方法，包括：将电解槽烟气取样设置在电解槽烟管上的采样点，保持槽罩板呈密闭状态、电解槽烟气的集气效率不低于90%；修正检测设备光谱分析敏感区，使CF₄光谱分析敏感区间在体积浓度0-1ppmv范围内；烟气进入检测设备前，先除去烟气中的粉尘，而后用干燥剂吸收烟气中的水分；启动检测设备，校准设备零点，调整进入检测设备的烟气流量；监控电解槽的电压变化和阳极电流密度变化，当槽电压超过正常操作电压50毫伏或阳极电流密度超过正常操作电流密度0.5A/cm²时，开始检测，记录CF₄的体积浓度。该方法可以检测到极低浓度的非阳极效应CF₄，达到定量分析非阳极效应CF₄的目的。

Description

一种非阳极效应CF4的检测方法

技术领域

本发明属于电解铝温室气体减排领域，尤其涉及一种非阳极效应CF₄的检测方法。

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。

利用质谱-气相色谱分析仪（GC/MS）、可调谐二极管激光分光仪、或傅立叶变换红外光谱仪（FTIR），按照现有PFC检测方法可以检测到阳极效应产生的CF₄和C₂F₆。但是，用现有PFC检测方法无法检测到非阳极效应CF₄的存在，存在的主要问题是：（1）现有PFC检测方法采用的CF₄光谱分析敏感区间为10-100ppmv，检测设备无法识别极低浓度的非阳极效应CF₄光谱；（2）现有PFC检测方法的采样点包括多个电解槽的烟气，稀释了非阳极效应CF₄的浓度，使检测设备很难探测到非阳极效应CF₄的光谱；（3）烟气中的水分对检测设备的光谱分析干扰严重，水分长时间滞留在光路中，影响了设备的检测精度，使设备最低检测限发生正漂移，容易忽略低浓度的CF₄光谱。

对国内外专利文献进行了检索，未见对非阳极效应CF₄检测方法的报道。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00126859.7公开了一种全氟化碳或全氟化物的除害方法及除害装置（日本某公司），提供了一种能够在尽可能低的温度下，以高除害率分解除去PFC成分的方法。其特征在于在制造设备排出的含有全氟化碳或全氟化物的被处理气体中，混和入烃气体或氨气中一种或两种以上气体后，在非氧化性气氛下使上述混合气体热分解。

专利97102131.7报道了一种生产全氟化碳的方法（日本某公司），该方法包括使氢氟化碳与氟气在汽相中、在较高的反应温度下在第一反应区中接触获得气态反应混合物的步骤；和将气态反应混合物作为稀释气体引入第二反应区中和、将其在该区中于较高的反应温度下与氟气一起送入第二反应区的氢氟化碳接触的步骤。送入第二反应区的氢氟化碳与在第一反应区中的氢氟化碳不同。

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检测技术存在的不足，提供一种操作方便、易于工业实施的非阳极效应CF₄的检测方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种非阳极效应CF₄的检测方法，其特征在于，所述检测方法包括：（1）将电解槽烟气取样设置在电解槽的支烟管上或阳极中缝/边缝的集气罩内，保持槽罩板呈密闭状态、电解槽烟气的集气效率不低于90%；（2）修正检测设备光谱分析敏感区，使CF₄光谱分析敏感区间在体积浓度0-1ppmv范围内；（3）烟气进入检测设备前，先过滤烟气中的粉尘，而后用干燥剂除去烟气中的水分；（4）启动检测设备，校准设备零点，调整进入检测设备的烟气流量；（5）监控电解槽的电压变化和阳极电流密度变化，当槽电压超过正常操作电压50毫伏或阳极电流密度超过正常操作电流密度0.5A/cm²时，开始检测，记录CF₄的体积浓度。

一种非阳极效应CF₄的检测方法，其特征在于，对PFC检测设备的CF₄光谱分析敏感区间进行修正，使检测CF₄的最大标准光谱为1ppmv。

一种非阳极效应CF₄的检测方法，其特征在于，进入PFC检测设备的烟气体积流量一般为0.1-0.4L/min，含尘量小于1mg/m³，含水量小于0.1%。

一种非阳极效应CF₄的检测方法，其特征在于，每分钟进入样品槽的气体量不能超过样品槽容积。

一种非阳极效应CF₄的检测方法，其特征在于，每分钟进入样品槽的气体量是样品槽容积的0.3-0.5倍。

一种非阳极效应CF₄的检测方法，其特征在于，对于不能保证集气效率的电解槽，采样点可以在任何两个阳极之间，也可以在阳极的边部。

本发明的检测方法不需要另外购买检测设备，通过确定合适的采样点位置，保持电解槽产生的气体不被其他气体稀释，对检测设备的CF₄光谱分析敏感区间进行修正，并除去水分的干扰后，可以检测到极低浓度的非阳极效应CF₄，达到定量分析非阳极效应CF₄的目的。为开展非阳极效应PFC研究、开发非阳极效应PFC抑制技术提供了可靠的检测手段。

附图说明

图1是本发明的检测方法中集气效率90%以上的电解槽采样点的设置位置示意图；

图2是本发明的检测方法中集气效率低于90%的电解槽采样点的设置位置示意图。

具体实施方式

一种非阳极效应CF₄的检测方法，其特征在于：（1）将电解槽烟气取样设置在如附图1和附图2所示的采样点，保持槽罩板呈密闭状态、电解槽烟气的集气效率不低于90%；（2）修正检测设备光谱分析敏感区，使CF₄光谱分析敏感区间在0-1ppmv范围内；（3）烟气进入检测设备前，先过滤烟气中的粉尘，而后用干燥剂除去烟气中的水分；（4）启动检测设备，校准设备零点，调整进入检测设备的烟气流量；（5）监控电解槽的电压变化和阳极电流密度变化，当槽电压超过正常操作电压50毫伏或个别阳极电流密度超过正常操作电流密度0.5A/cm²时，开始检测，记录CF₄的体积浓度。

下面结合实例对本发明的方法作进一步说明。

实施例1

将PFC检测采样点3设置在某台400kA电解槽1的支烟管2上，插入烟气取样管4（如附图1所示）；联接检测设备、水分过滤器、粉尘过滤器、取样管、取样泵、监控计算机；启动检测设备，设定检测设备的最大CF₄标准光谱为1ppmv，校准设备零点，调整进入检测设备的烟气流量；监控电解槽的电压变化，当槽电压超过正常操作电压50毫伏时，开始检测，记录CF₄的体积浓度；检测期间保持槽罩板呈密闭状态、电解槽烟气的集气效率不低于90%。连续检测6小时后，检测到CF₄的平均浓度为0.707ppmv。

实施例2

将PFC检测采样点3设置在某台300kA电解槽1的支烟管2上，插入烟气取样管4（如附图1所示）；联接检测设备、水分过滤器、粉尘过滤器、取样管、取样泵、监控计算机；启动检测设备，设定检测设备的最大CF₄标准光谱为1ppmv，校准设备零点，调整进入检测设备的烟气流量；监控电解槽的电压变化，当槽电压超过正常操作电压50毫伏时，开始检测，记录CF₄的体积浓度；检测期间保持槽罩板呈密闭状态、电解槽烟气的集气效率不低于90%。连续检测9小时后，检测到CF₄的平均浓度为0.516ppmv。

实施例3

将PFC检测采样点设置在某台200kA电解槽阳极中缝/边缝的集气罩7内；联接检测设备、水分过滤器、粉尘过滤器、取样管、取样泵、监控计算机；启动检测设备，设定检测设备的最大CF₄标准光谱为1ppmv，校准设备零点，调整进入检测设备的烟气流量；监控电解槽的阳极电流密度变化，当个别阳极6（由导杆5连接）（一块或几块阳极）的电流密度超过正常操作电流密度0.5A/cm²时，插入烟气取样管4取样（如附图2所示），开始检测，记录CF₄的体积浓度；如果是多块阳极，可以多点取样，将气体汇集到一起检测。连续检测12小时后，检测到CF₄的平均浓度为0.374ppmv。

实施例4

将PFC检测采样点设置在某台160kA电解槽阳极中缝/边缝的集气罩7内；联接检测设备、水分过滤器、粉尘过滤器、取样管、取样泵、监控计算机；启动检测设备，设定检测设备的最大CF₄标准光谱为1ppmv，校准设备零点，调整进入检测设备的烟气流量；监控电解槽的阳极电流密度变化，当个别阳极6（由导杆5连接）（一块或几块阳极）的电流密度超过正常操作电流密度0.5A/cm²时，插入烟气取样管4取样（如附图2所示），开始检测，记录CF₄的体积浓度；如果是多块阳极，可以多点取样，将气体汇集到一起检测。连续检测15小时后，检测到CF₄的平均浓度为0.158ppmv。

Claims

1.一种非阳极效应CF₄的检测方法，其特征在于，所述检测方法包括：（1）将电解槽烟气取样设置在电解槽的烟管上或阳极中缝/边缝的集气罩内，保持槽罩板呈密闭状态、电解槽烟气的集气效率不低于90%；（2）修正检测设备光谱分析敏感区，使CF₄光谱分析敏感区间在体积浓度0-1ppmv范围内；（3）烟气进入检测设备前，先过滤烟气中的粉尘，而后用干燥剂除去烟气中的水分；（4）启动检测设备，校准设备零点，调整进入检测设备的烟气流量；（5）监控电解槽的电压变化和阳极电流密度变化，当槽电压超过正常操作电压50毫伏或阳极电流密度超过正常操作电流密度0.5A/cm²时，开始检测，记录CF₄的体积浓度。

2.根据权利要求1所述的一种非阳极效应CF₄的检测方法，其特征在于，对PFC检测设备的CF₄光谱分析敏感区间进行修正，使检测CF₄的最大标准光谱为1ppmv。

3.根据权利要求1所述的一种非阳极效应CF₄的检测方法，其特征在于，进入PFC检测设备的烟气体积流量一般为0.1-0.4L/min，含尘量小于1mg/m³，含水量小于0.1%。

4.根据权利要求1所述的一种非阳极效应CF₄的检测方法，其特征在于，每分钟进入样品槽的气体量不能超过样品槽容积。

5.根据权利要求4所述的一种非阳极效应CF₄的检测方法，其特征在于，每分钟进入样品槽的气体量是样品槽容积的0.3-0.5倍。

6.根据权利要求1所述的一种非阳极效应CF₄的检测方法，其特征在于，对于不能保证集气效率的电解槽，采样点可以在任何两个阳极之间，也可以在阳极的边部。