CN105603459B - 稀土电解烟气净化系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种稀土电解烟气净化系统及方法。稀土电解烟气采用两段净化工艺，即第一段为干法吸附除氟，第二段为湿法处理除SO2，干法吸附采用了特别的氧化物进行吸附，本方法对氟化物的吸附速度快，除氟效果好且能回收烟气中的氟化物，同时能够脱除烟气中的SO2，减少酸性气体的排放，环境友好。本系统能回收烟气余热，热利用率高，同时具有运行费用低、自动化水平高、操作简便等特点。
Description
技术领域
本发明属于稀土电解技术领域，特别涉及一种稀土电解烟气净化系统及方法。
背景技术
目前，熔盐电解法已广泛应用于大规模生产稀土金属及合金，其熔盐电解质主要为氟盐体系，且电解温度高达1000度以上。在电解过程中，阳极会生成大量的CO、CO2，特别是高温条件下，氟盐电解体系造成大量的含氟气体排放，如：来自于原料和空气中的H2O会与氟化物生成HF气体，以及高温下氟化盐的大量挥发。另外，随着我国碳素材料品质的下降，碳阳极中杂质S含量高，电解过程中会生成SO2气体。目前，大多数稀土金属生产企业通过吸收塔处理稀土电解产生的烟尘，即将烟尘引入吸收塔用水喷淋，经简单的湿法除尘后直接排放，这种方法处理后的烟气仍含有较多的含氟气体，这样不仅污染了环境，而且造成了氟化物的大量浪费。保护环境，提高资源的充分利用一直是企业追求的目标。因此，寻找高效节能的电解烟气净化工艺及净化系统已经成为稀土电解的重要任务。
发明内容
为了解决目前稀土电解烟气污染大、耗能多的技术问题，本发明提供一种可有效吸收电解所产生的污染物且耗能较少的稀土电解烟气净化系统及方法。
为了实现上述技术目的，本发明的技术方案是，一种稀土电解烟气净化系统，包括干法吸附除氟装置和湿法处理除SO2装置，所述的干法吸附除氟装置的入口连接电解烟气产生源，出口连接湿法处理除SO2装置；
干法吸附除氟装置包括反应器、吸附剂料仓、除尘器、载氟吸附剂循环利用装置和载氟吸附剂料仓，所述的反应器的入口通过排烟管道连接电解烟气产生源，吸附剂料仓连接反应器并为反应器提供吸附剂以进行吸附反应，反应器的出口连接除尘器以分离载氟吸附剂和除氟后的烟气，载氟吸附剂循环利用装置的入口连接除尘器底部，出口分别连接反应器和载氟吸附剂料仓，以将进入除尘器的载氟吸附剂送入反应器循环吸附或送入载氟吸附剂料仓存储；
所述的载氟吸附剂循环利用装置包括循环风动溜槽和料仓风动溜槽，除尘器底部开有两个分别设有开闭阀门的出料口，循环风动溜槽的入口连接至除尘器底部其中一个出料口，出口连接至反应器，料仓风动溜槽的入口连接至除尘器底部另一个出料口，出口连接至载氟吸附剂料仓，循环风动溜槽和料仓风动溜槽分别连接循环罗茨风机和料仓罗茨风机以提供输送动力；
湿法处理除SO2装置包括喷淋塔，所述的喷淋塔底部连接除尘器，以对除氟后的烟气进行湿法净化去除SO2。
所述的一种稀土电解烟气净化系统，吸附剂由氧化铝、氧化镧、氧化铈、氧化镨、氧化钕、氧化钐、氧化铕、氧化钆、氧化铽、氧化镝、氧化钬、氧化铒、氧化铥、氧化镱、氧化镥、氧化钪、氧化钇或稀土混合氧化物中任意一种或两种以上复合而成。
所述的一种稀土电解烟气净化系统，喷淋塔内的吸收液由NaOH、Na2CO3、Ca(OH)2、H2O、KOH、氨水中的一种或两种以上复合而成。
所述的一种稀土电解烟气净化系统，所述的反应器为文氏管、流化床、固定床反应器、稀相床、文丘里反应器或VRI反应器。
所述的一种稀土电解烟气净化系统，除尘器包括：布袋收尘器、脉冲袋式收尘器、电收尘器或旋风收尘器。
所述的一种稀土电解烟气净化系统，所述的反应器和电解烟气产生源之间设有冷却装置，所述的冷却装置为热交换器、间壁式冷却器、喷淋式冷却器、夹套式冷却管或蛇管式冷却器，并用于将烟气温度降低至10-150℃的吸附反应温度。
所述的一种稀土电解烟气净化系统，所述的反应器和电解烟气产生源之间的管道长度为使烟气在输送至反应器时温度降低至10-150℃的吸附反应温度的长度。
所述的一种稀土电解烟气净化系统，除尘器与喷淋塔之间的管道上设有直排管道和直排阀门，并用于将不含SO2的烟气在经干法吸附除氟装置处理后进行直排。
一种稀土电解烟气净化方法，采用上述的的系统，包括以下步骤：
步骤1：将电解烟气汇集到排烟管道后进行冷却，降温后的烟气进入反应器，与吸附剂反应以除去烟气中的氟，吸附后的烟气以及吸附剂、粉尘固体物进入除尘器进行气-固分离，分离出的载氟吸附剂根据载氟量的多少进行处理，载氟量较少则送至反应器进行循环吸附，否则送至载氟吸附剂料仓，载氟吸附剂料仓中的吸附料返回电解槽作为电解原料使用，然后根据经除尘器分离出的烟气内SO2的含量进行下一步骤，若烟气内含有SO2则执行步骤2，否则执行步骤3；
步骤2：经除尘器分离出的烟气送至喷淋塔底部进行湿法净化，在喷淋塔内与吸收液逆流接触，进一步除去废气中的SO2，净化后的尾气直接排入大气；
步骤3：经除尘器分离出的烟气直接排入大气。
所述的方法，所述的吸附剂由氧化铝、氧化镧、氧化铈、氧化镨、氧化钕、氧化钐、氧化铕、氧化钆、氧化铽、氧化镝、氧化钬、氧化铒、氧化铥、氧化镱、氧化镥、氧化钪、氧化钇或稀土混合氧化物中任意一种或两种以上复合而成。
本发明的技术效果在于，本发明对烟气中的氟化物吸附速度快，除氟效果好且能回收烟气中的氟化物，同时能够脱除烟气中的SO2，减少酸性气体的排放，提高环境保护。且本发明回收烟气余热，热利用率高，同时具有运行费用低、自动化水平高、操作简便等特点。
下面结合附图对本发明作进一步说明。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
其中1为吸附剂料仓、2为定量加料装置、3为排烟管道、4为冷却系统、5为反应器、6为流态化罗茨风机、7为除尘器、8为喷淋塔、9为气力提升用罗茨风机、10为主排烟风机、11为气力提升机、12为风动溜槽、13为稀土电解槽、14为载氟吸附剂料仓、15为直排阀门、16为直排管道。
具体实施方式
参见图1，本实施例系统包括干法吸附除氟装置和湿法处理除SO2装置，干法吸附除氟装置的入口连接电解烟气产生源，出口连接湿法处理除SO2装置；
干法吸附除氟装置包括反应器、吸附剂料仓、除尘器、载氟吸附剂循环利用装置和载氟吸附剂料仓，反应器的入口通过排烟管道连接电解烟气产生源，吸附剂料仓连接反应器并为反应器提供吸附剂以进行吸附反应，反应器的出口连接除尘器以分离载氟吸附剂和除氟后的烟气，载氟吸附剂循环利用装置的入口连接除尘器底部，出口分别连接反应器和载氟吸附剂料仓，以将进入除尘器的载氟吸附剂送入反应器循环吸附或送入载氟吸附剂料仓存储；同时为了控制吸附剂的添加量，在新鲜吸附剂料仓通向反应器的管路上还设有定量加料装置。
在进行吸附时，操作员可根据在吸附含氟废料后吸附剂的颜色变化进行相应判断，当吸附剂在吸附后颜色变化不大时，即可进行循环吸附，当颜色变深后，即将吸附剂送往载氟吸附剂料仓，由于氟化物浓度在电解过程中是变化的，故实际的吸附剂使用情况可根据具体吸附情况进行调整。
载氟吸附剂循环利用装置包括循环风动溜槽和料仓风动溜槽，除尘器底部开有两个分别设有开闭阀门的出料口，循环风动溜槽的入口连接至除尘器底部其中一个出料口，出口连接至反应器，料仓风动溜槽的入口连接至除尘器底部另一个出料口，出口连接至载氟吸附剂料仓，循环风动溜槽和料仓风动溜槽分别连接循环罗茨风机和料仓罗茨风机以提供输送动力；
湿法处理除SO2装置包括喷淋塔，喷淋塔底部连接除尘器，以对除氟后的烟气进行湿法净化去除SO2。
经研究发现，当吸附剂由氧化铝、氧化镧、氧化铈、氧化镨、氧化钕、氧化钐、氧化铕、氧化钆、氧化铽、氧化镝、氧化钬、氧化铒、氧化铥、氧化镱、氧化镥、氧化钪、氧化钇或稀土混合氧化物中任意一种或两种以上复合而成时，吸附效果好，目前也未见有采用吸附剂吸附稀土电解烟气中的氟化物的技术方案。
对喷淋塔内SO2进行吸收的吸收液由NaOH、Na2CO3、Ca(OH)2、H2O、KOH、氨水中的一种或两种以上复合而成。
本实施例中所采用的反应器为文氏管、流化床、固定床反应器、稀相床、文丘里反应器或VRI反应器。
本实施例中所采用的除尘器包括：布袋收尘器、脉冲袋式收尘器、电收尘器或旋风收尘器。
为了对烟气进行冷却，以免过高的温度对吸附反应产生不良影响，反应器和电解烟气产生源之间设有冷却装置，冷却装置为热交换器、间壁式冷却器、喷淋式冷却器、夹套式冷却管或蛇管式冷却器，并用于将烟气温度降低至10-150℃的吸附反应温度。
为了冷却烟气，又不设置冷却器的话，可设法延长烟气输送管道，反应器和电解烟气产生源之间的管道长度为使烟气在输送至反应器时温度降低至10-150℃的吸附反应温度的长度。
如果烟气中不含SO2的话，就可将吸附含氟废料后的烟气进行直排，除尘器与喷淋塔之间的管道上设有直排管道和直排阀门，并用于将不含SO2的烟气在经干法吸附除氟装置处理后进行直排。
一种稀土电解烟气净化方法，包括以下步骤：
步骤1：将电解烟气汇集到排烟管道后进行冷却，降温后的烟气进入反应器，与吸附剂反应以除去烟气中的氟，吸附后的烟气以及吸附剂、粉尘固体物进入除尘器进行气-固分离，分离出的载氟吸附剂根据载氟量的多少进行处理，载氟量较少则送至反应器进行循环吸附，否则送至载氟吸附剂料仓，载氟吸附剂料仓中的吸附料返回电解槽作为电解原料使用，然后根据经除尘器分离出的烟气内SO2的含量进行下一步骤，若烟气内含有SO2则执行步骤2，否则执行步骤3；
步骤2：经除尘器分离出的烟气送至喷淋塔底部进行湿法净化，在喷淋塔内与吸收液逆流接触，进一步除去废气中的SO2，净化后的尾气直接排入大气；
步骤3：经除尘器分离出的烟气直接排入大气。
上述的方法，吸附剂由氧化铝、氧化镧、氧化铈、氧化镨、氧化钕、氧化钐、氧化铕、氧化钆、氧化铽、氧化镝、氧化钬、氧化铒、氧化铥、氧化镱、氧化镥、氧化钪、氧化钇或稀土混合氧化物中任意一种或两种以上复合而成。
实施例1：
稀土电解槽的烟气汇集到排烟管道后进入间壁式冷却器，使烟气的温度从100℃降低到40℃。降温后的烟气进入文丘里反应器，与来自吸附剂料仓的新鲜氧化镨和来自布袋除尘器的载氟氧化镨发生吸附反应。吸附后的载氟氧化镨与粉尘等固体物和烟气一道进入布袋除尘器进行气-固分离，载氟吸附剂经布袋除尘器收集下来，一部分经风动溜槽送至文丘里反应器进行循环吸附，一部分经风动溜槽送至气力提升机提升到载氟吸附剂料仓，载氟吸附剂料仓中的载氟氧化镨直接返回稀土电解槽进行生产。经过除尘的烟气由排烟风机送至喷淋塔底部进行湿法净化。在喷淋塔内与NaOH逆流接触，进一步除去废气中的SO2。净化后的尾气直接排入大气。
实施例2：
稀土电解槽的烟气汇集到排烟管道后进入热交换器，使烟气的温度从200℃降低到30℃。降温后的烟气进入固定床反应器，氧化铝料仓中的氧化铝经过定量下料装置和风动溜槽加入到反应器吸附烟气，并根据需要加入一定量的载氟氧化铝。反应后的载氟氧化铝与粉尘等固体物和烟气一道进入电收尘器进行气-固分离。载氟氧化铝经电收尘器收集下来，一部分作循环吸附剂，一部分从除尘器下部沸腾床溢流到风动溜槽，并经风动溜槽送至气力提升机提升到载氟氧化铝料仓，载氟氧化铝出售给电解铝厂进行电解。净化后的烟气由主排烟风机送至喷淋塔进行湿法吸附。在喷淋塔内与NaOH逆流接触，进一步除去废气中的SO2。净化后的尾气直接排入大气。
实施例3：
稀土电解槽的烟气汇集到排烟管道，排烟管道的长度设置较长，使烟气的温度从170℃降低到90℃。降温后的烟气进入流化床，氧化铽料仓中的氧化铽经过定量下料装置和风动溜槽加入到反应器吸附烟气，并根据需要加入一定量的载氟氧化铽。反应后的载氟氧化铽与粉尘等固体物和烟气一道进入电收尘器进行气-固分离。载氟氧化铽经旋风收尘器收集下来，一部分作循环吸附剂，一部分从除尘器下部溢流到风动溜槽，并经风动溜槽送至气力提升机提升到载氟氧化铽料仓。净化后的烟气中不含SO2，由直排管道和直排阀门直接排入大气。
Claims (10)
1.一种稀土电解烟气净化系统，其特征在于，包括干法吸附除氟装置和湿法处理除SO2装置，所述的干法吸附除氟装置的入口连接电解烟气产生源，出口连接湿法处理除SO2装置；
干法吸附除氟装置包括反应器、吸附剂料仓、除尘器、载氟吸附剂循环利用装置和载氟吸附剂料仓，所述的反应器的入口通过排烟管道连接电解烟气产生源，吸附剂料仓连接反应器并为反应器提供吸附剂以进行吸附反应，反应器的出口连接除尘器以分离载氟吸附剂和除氟后的烟气，载氟吸附剂循环利用装置的入口连接除尘器底部，出口分别连接反应器和载氟吸附剂料仓，以将进入除尘器的载氟吸附剂送入反应器循环吸附或送入载氟吸附剂料仓存储；
所述的载氟吸附剂循环利用装置包括循环风动溜槽和料仓风动溜槽，除尘器底部开有两个分别设有开闭阀门的出料口，循环风动溜槽的入口连接至除尘器底部其中一个出料口，出口连接至反应器，料仓风动溜槽的入口连接至除尘器底部另一个出料口，出口连接至载氟吸附剂料仓，循环风动溜槽和料仓风动溜槽分别连接循环罗茨风机和料仓罗茨风机以提供输送动力；
湿法处理除SO2装置包括喷淋塔，所述的喷淋塔底部连接除尘器，以对除氟后的烟气进行湿法净化去除SO2。
2.根据权利要求1所述的一种稀土电解烟气净化系统，其特征在于，吸附剂由氧化铝、氧化镧、氧化铈、氧化镨、氧化钕、氧化钐、氧化铕、氧化钆、氧化铽、氧化镝、氧化钬、氧化铒、氧化铥、氧化镱、氧化镥、氧化钪、氧化钇中任意一种或两种以上复合而成。
3.根据权利要求1所述的一种稀土电解烟气净化系统，其特征在于，喷淋塔内的吸收液由NaOH、Na2CO3、Ca(OH)2、H2O、KOH、氨水中的一种或两种以上复合而成。
4.根据权利要求1所述的一种稀土电解烟气净化系统，其特征在于，所述的反应器为流化床、固定床反应器、稀相床、文丘里反应器或VRI反应器。
5.根据权利要求1所述的一种稀土电解烟气净化系统，其特征在于，除尘器包括：布袋收尘器、电收尘器或旋风收尘器。
6.根据权利要求1所述的一种稀土电解烟气净化系统，其特征在于，所述的反应器和电解烟气产生源之间设有冷却装置，所述的冷却装置为间壁式冷却器、喷淋式冷却器、夹套式冷却管或蛇管式冷却器，并用于将烟气温度降低至10-150℃的吸附反应温度。
7.根据权利要求1所述的一种稀土电解烟气净化系统，其特征在于，所述的反应器和电解烟气产生源之间的管道长度为使烟气在输送至反应器时温度降低至10-150℃的吸附反应温度的长度。
8.根据权利要求1所述的一种稀土电解烟气净化系统，其特征在于，除尘器与喷淋塔之间的管道上设有直排管道和直排阀门，并用于将不含SO2的烟气在经干法吸附除氟装置处理后进行直排。
9.一种稀土电解烟气净化方法，其特征在于，采用上述权利要求1-8任一所述的系统，包括以下步骤：
步骤1：将电解烟气汇集到排烟管道后进行冷却，降温后的烟气进入反应器，与吸附剂反应以除去烟气中的氟，吸附后的烟气以及吸附剂、粉尘固体物进入除尘器进行气-固分离，分离出的载氟吸附剂根据载氟量的多少进行处理，载氟量较少则送至反应器进行循环吸附，否则送至载氟吸附剂料仓，载氟吸附剂料仓中的吸附料返回电解槽作为电解原料使用，然后根据经除尘器分离出的烟气内SO2的含量进行下一步骤，若烟气内含有SO2则执行步骤2，否则执行步骤3；
步骤2：经除尘器分离出的烟气送至喷淋塔底部进行湿法净化，在喷淋塔内与吸收液逆流接触，进一步除去废气中的SO2，净化后的尾气直接排入大气；
步骤3：经除尘器分离出的烟气直接排入大气。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述的吸附剂由氧化铝、氧化镧、氧化铈、氧化镨、氧化钕、氧化钐、氧化铕、氧化钆、氧化铽、氧化镝、氧化钬、氧化铒、氧化铥、氧化镱、氧化镥、氧化钪、氧化钇中任意一种或两种以上复合而成。
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