CN1913952A - 通过颗粒物质的移动床处理气体的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的装置和方法使用塔(1)，该塔在其下部(5)具有气体入口(2)，在其上部(4)具有气体出口(3)。通过供应管(7)将碳颗粒引入到塔(1)中。供应管(7)是可移动的，从而通过操纵供应管(7)的高度并结合通过塔(1)排出颗粒物质可以调节塔(1)中的颗粒物质床(8)的高度，从而使颗粒床(8)中废气的停留时间恒定。通过保持床(8)中的废气的恒定停留时间，实现废气的完全转化。

Description

通过颗粒物质的移动床处理气体的装置和方法
技术领域
本发明涉及用于处理气体的装置和方法，更具体地说，用于处理在电冶炼反应器中，在碳热还原生产铝的过程中产生的废气的装置和方法。
发明背景
在电冶炼反应器中用碳热还原生产铝的过程中，处理废气以回收铝。通常，该废气包含碳氧化物和相当大量的铝蒸汽和铝的低氧化物如Al2O。通常在逆流气-固反应器或塔中回收废气中的铝和铝化合物，其中颗粒碳物质向下流动，同时气体或废气向上流动。美国专利No.4,099,957中教导了这种塔的一个例子，其中废气向上通过由较大块的碳形成的床层，这些碳块彼此之间基本上固定。
在碳热还原生产铝的过程中，冶炼反应器的操作随时间波动，从而产生的气体量以及反应器的压力也随之波动。气体产量的波动引起逆流塔中气体速度的波动，由此导致塔中废气的停留时间的波动。当塔中废气的停留时间短时，塔中废气和颗粒碳之间的反应可能不完全。因此需要保持废气和碳之间的接触时间，从而停留时间保持不变，以使碳和废气之间均匀反应。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于处理来自在电冶炼反应器中，在碳热还原生产铝的过程中的气体，尤其是废气的方法和装置，其中可保持颗粒碳中的废气停留时间。
因此本发明涉及一种用于处理来自碳热还原生产铝的反应器的气体，尤其是废气的装置，其中所述装置包括在其下部具有气体入口开口和在其上部具有气体出口开口的立式塔，该塔用于包含颗粒物质的移动床，所述装置的特征在于，延伸通过塔的顶部的用于颗粒物质的垂直供应管和从塔中排出颗粒物质的装置，所述管可在垂直方向上移动以便于调节颗粒物质的移动床的高度，所述排出装置设置在气体入口开口的下方。
广义地说，本发明的用于处理来自用于碳热还原生产铝的反应器的废气的装置包括：
(a)具有上部和下部的竖立定向的塔；
(b)位于所述塔的下部中的气体入口开口；
(c)位于所述塔的上部中的气体出口开口；
(d)位于所述塔的所述上部中的垂直供应管，用于引导颗粒物质向下流动进入所述塔中，所述供应管是可垂直移动的；和
(e)位于所述塔的所述下部中的颗粒排出装置。
优选地，气体入口开口设置成沿切线方向将气体供给至塔的下部。该气体入口开口适合位于塔的下部的侧壁中。在一可选实施方案中，气体入口开口位于塔的底壁中。
气体出口开口优选地位于塔的上部的侧壁中。
颗粒排出装置可以为位于塔的底壁中的旋转定向阀，其以常规方式操作，以允许颗粒物质排出至塔的底部。可选择地，该排出装置可由水平定向在塔的下部中的可旋转盘组成。该盘的直径小于塔的下部的内直径，从而使它能在塔中自由旋转。排出开口位于塔的底壁中，允许当旋转该盘时从盘上抛出的颗粒物质传递并通过该排出开口。当排出装置为可旋转盘时，气体入口开口可以为颗粒排出开口。
优选地，塔的上部是圆柱形状的，而塔的下部是锥形状的。
还优选地，塔的圆柱形上部向下延伸到塔的锥形下部中。
在本发明的装置中，根据冶炼反应器的操作条件，可调节颗粒物质床的高度。这通过向上或向下移动供应管来完成，以增高或降低塔中颗粒物质床的高度。为了从塔中减少或除去颗粒物质，使用排出装置从塔中排出颗粒物质。因此颗粒物质床中气体的停留时间可保持在窄范围内，以优化气体的处理。在处理来自碳热还原生产铝反应器的废气的情况下，可调节碳颗粒床中气体的停留时间，以保证在气体通过气体出口开口离开塔之前，废气中的所有铝组分已反应或凝缩在碳物质中。
广义地说，用于处理来自碳热还原生产铝反应器的废气的方法包括：
(a)在塔的上部引入颗粒碳；
(b)在所述塔中形成高度可调节的颗粒碳床；
(c)将废气引入所述塔的下部，从而使所述废气向上流动穿过所述颗粒碳床；
(d)通过所述塔的下部排出颗粒碳物质；和
(e)调节所述颗粒碳床的高度，以保持所述废气在所述颗粒碳床中的停留时间。
如上所述，为了增加颗粒碳物质床的高度，通过升高垂直供应管将更多的颗粒碳物质引入塔中。为了降低颗粒碳物质床的高度，可通过排出装置从塔中排出颗粒碳物质，并降低垂直供应管。
附图简述
图1是根据本发明装置的实施方案的垂直截面图；和
图2是根据本发明装置的另一实施方案的垂直截面图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的装置包括具有气体入口开口2和气体出口开口3的立式塔1。塔1由上部4和下部5组成。如图1所示，上部4通常为圆柱形状，而下部5通常为锥形状。上部4的下端延伸至下部5中一段距离。下部5在其顶部的直径大于上部4的下部的直径。
气体入口开口2设置在下部5的侧壁中，从而使废气通过上部4的底部进入。通过将气体入口开口2设置在下部5的侧壁中，废气沿切线方向进入塔1。
颗粒物质的排出装置6设置在塔1的下部5的底壁中。在图1中，在塔1的底壁中以常规旋转阀的形式示出排出装置。这种阀包括马达，以能够使它旋转，并在阀的旋转过程中使物质排出。通过旋转阀排出的颗粒物质或者向下流到接收器(未示出)中，或者通过供应管7返回到塔1以进一步处理。
垂直供应管7穿过塔1的顶壁插入到塔1中。可使用常规升降装置(未示出)以垂直方式移动管7。通过管7将颗粒物质如碳颗粒供应至塔，以在塔1中形成颗粒床8。使用常规装置以常规方式将颗粒物质进料到管7中。
在图2中，示出了本发明装置的一可选择实施方案。在图2中，相同的部件给出相同的标示数字。在图2中，气体入口开口2设置在塔1的下部5的底壁中。图2中的排出装置包括气体入口开口2和可旋转盘10。当可旋转盘10旋转时，颗粒物质从盘的边缘落下，并向下流动通过开口2。如图2所示，盘10的直径小于下部5的内直径，但是大于上部4的直径。由于具有大于上部4直径的直径，颗粒物质占据并填充上部4的下部。通过供应管7将颗粒物质向下供应到盘10上，由此形成床8。使用常规装置以常规方式设置下部5中的盘10，以旋转和支持下部5中的盘10。
图2所示装置的实施方案特别适合直接设置在炉顶的上方，以便于形成用于反应器气体离开反应器并进入本发明装置中，以及用于从开口2直接排出颗粒物质和进入反应器的更直接路径。
在本发明装置的操作中，通过气体入口开口2将气体供应至装置。合适的气体为来自碳热还原生产铝的冶炼反应器的废气。这种冶炼反应器的废气包含碳氧化物以及铝蒸汽和挥发性的铝低氧化物。气体进入塔中，并向上移动穿过碳颗粒床8，其中废气中的铝组分与碳颗粒反应以形成碳化铝。然后碳氧化物继续向上穿过床8，并通过气体出口开口3排出。
根据进入气体入口开口2的气体压力，可通过降低和升高上部4的管7和通过下部5的底部排出颗粒物质来调节床8的高度。以这种方式，即使气体的压力变化，也可使床8中气体的停留时间保持大约不变。因此调节床8的高度，从而保持颗粒中气体的停留时间，以允许铝的低氧化物完全转化为碳化铝。
应该理解，权利要求意图覆盖为了说明的目的而在此处选择的本发明优选实施方案的所有变化和改进，其不偏离本发明的精神和范围。
已经描述了目前优选的实施方案，但是应该理解，本发明可在附加的权利要求范围内以其它方式实施。

Claims (13)

1、用于处理来自用于碳热还原生产铝的反应器的废气的装置，包括：
(a)具有上部和下部的竖立定向的塔；
(b)位于所述塔的下部中的气体入口开口；
(c)位于所述塔的上部中的气体出口开口；
(d)位于所述塔的所述上部中的垂直供应管，用于引导颗粒物质向下流动进入所述塔中，所述供应管是可垂直移动的；和
(e)位于所述塔的所述下部中的颗粒排出装置。
2、如权利要求1所述的装置，其中，所述气体入口开口位于所述塔的下部中的所述塔的侧壁中。
3、权利要求1所述的装置，其中，所述气体入口开口位于所述塔的底壁中。
4、权利要求1所述的装置，其中，所述气体出口开口位于所述塔的上部中的所述塔的侧壁中。
5、权利要求1所述的装置，其中，所述颗粒排出装置为位于所述塔的底壁中的水平定向的可旋转阀。
6、权利要求1所述的装置，其中，所述排出装置为水平定向在所述塔的下部中的可旋转盘和位于所述塔的底壁中的排出开口，该可旋转盘的直径小于所述塔的下部的直径。
7、权利要求1所述的装置，其中，所述塔的上部大致为圆柱形。
8、权利要求1所述的装置，其中，所述塔的下部大致为锥形。
9、权利要求1所述的装置，其中，所述塔的上部延伸到所述塔的下部中。
10、用于处理来自碳热还原生产铝的反应的废气的方法，包括：
(a)在塔的上部引入颗粒碳；
(b)在所述塔中形成高度可调节的所述颗粒碳的床；
(c)将废气引入所述塔的下部，从而使所述废气向上流动穿过所述颗粒碳床；
(d)通过所述塔的下部排出颗粒碳物质；和
(e)调节所述颗粒碳床的高度，以保持所述废气在所述颗粒碳中的停留时间。
11、权利要求10所述的方法，还包括通过将更多的颗粒碳引入所述塔中来增加所述颗粒碳床的高度。
12、权利要求10所述的方法，还包括通过从所述塔中排出颗粒碳来降低所述颗粒碳床的高度。
13、权利要求10所述的方法，其中，将所述废气沿切线方向引入到所述塔的下部中。
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