一種抑制非陽極效應pfc產生的方法
2023-07-26 17:00:51 1
專利名稱：一種抑制非陽極效應pfc產生的方法
技術領域：
一種抑制非陽極效應PFC產生的方法，屬於電解鋁溫室氣體減排領域。
背景技術：
在電解鋁生產過程中，正常生產時的電解反應是氧化鋁進行碳熱還原反應生成鋁排放出co2。但在電解槽發生「陽極效應」期間，電解槽會產生兩種碳氟化合物四氟化碳 (CF4)和六氟化二碳(C2F6),統稱為全氟化碳(PFC)。其生成反應如下
Na3AlF6+3/4C=3/4CF4+Al+3NaF(E=2. 55V)
Na3AlF6+C=l/2C2F6+Al+3NaF(E=2.68V)
CF4和C2F6兩種化合物的壽命分別高達5萬年和1萬年，而且具有極高的全球變暖潛力 (GWP)，屬於強溫室效應氣體。根據政府間氣候變化專門委員會IPCC第二次評估報告，按照 100年全球變暖趨勢來看，1公斤CF4的溫室效應相當於6500公斤二氧化碳，而1公斤C2F6 的溫室效應相當於9200公斤二氧化碳。在研究電解鋁排放的PFC過程中，發現了低濃度、連續排放的PFC (稱為非陽極效應PFC排放)，該種PFC與陽極效應無關，而且只有CF4,沒有C2F6，其產生原因主要是電解槽內局部氧化鋁濃度過低或個別陽極電流密度偏高導致個別陽極過電壓升高達到了 CF4的生成電位。該種CF4的濃度極低，通常在0.001-1. Oppmv (體積濃度)。而陽極效應產生的CF4 的濃度通常在100-300ppmv。陽極電流密度與氧化鋁濃度之間存在一定的依賴關係，可由以下經驗公式計算 『=[5.5+0.018(Γ-1323)μ41[μ/203%Γ-0.4],式中表示陽極極限電流密度，A為單塊
陽極面積，T為電解溫度(K)。在一定的氧化鋁濃度下，當某塊陽極電流密度高於陽極極限電流密度時，電解槽就會有PFC生成。這是因為，如果陽極的電流密度高，該塊陽極附近的氧化鋁濃度消耗加快，會造成該塊陽極下部氧化鋁濃度偏低，氧化鋁不足將導致陽極反應異常，誘發產生非陽極效應PFC。對國內外專利文獻進行了檢索，未見抑制非陽極效應PFC產生的方法報導。檢索的專利文獻如下
專利200720190850. 8報導了一種鋁電解槽取氣裝置，涉及一種用於鋁電解陽極中縫火眼取出電解槽內排放氣體的裝置。其特徵在於該裝置的結構組成包括集氣罩——該集氣罩為一倒扣在鋁電解槽火眼上部的、下端為敞口的金屬盒狀體；在集氣罩盒狀體的側壁上開有取氣孔，上頂蓋上開有進料孔；進料料鬥為漏鬥狀，位於集氣罩上方，其料鬥下端開口與集氣罩上頂蓋進料孔聯接。該集氣罩能夠把火眼和周圍的空氣隔開，在集氣罩內形成正壓，阻止了空氣的混入，取氣的鐵管可以從取氣孔伸入到取氣罩裡面，氣體在正壓的作用下順利進入到取氣管裡，使取到的氣體樣品具有真實性、穩定性和代表性，為瞬時電流效率的測定提供真實的氣體樣本。專利201010554416. X公開了一種電子級CF4的分析方法，其實質是一種分析四氟
3化碳中的雜質的方法。該方法通過選用色譜柱和利用新穎的氦高壓放電離子化檢測器實現一次進樣，利用一套檢測設備可同時分析四氟化碳中的7種雜質，檢測精度達到0. Ippmv, 解決了現有技術多次進樣、而且檢測精度僅為0. 5ppmv的問題。專利95105244. 6公開了一種從氣流中脫除全氟化碳的方法(美國某公司)，通過將氣流在諸如FAU結構的富矽吸附劑、BEA結構的富矽吸附劑、MOR結構的富矽吸附劑的一種或多種吸附劑上進行吸附，從氣流中回收全氟化碳。該吸附方法可較好地實現變壓吸附或變溫吸附。
發明內容
本發明就是為解決已有鋁電解操作技術存在的不足，提供一種操作方便、易於工業實施的抑制非陽極效應PFC產生的方法。本發明的目的是通過以下技術方案實現的
一種抑制非陽極效應PFC產生的方法，其特徵在於，所述方法包括以下步驟(1)連續檢測陽極電流密度的變化，如果某塊或某幾塊陽極的電流密度持續升高，實際值超過正常生產值至少0. 2倍時，啟動氧化鋁濃度預估程序預估氧化鋁濃度值；(2)校驗電解槽內氧化鋁濃度，如果該塊陽極附近氧化鋁濃度低於上述預估的氧化鋁濃度值至少0. 1倍時，啟動小下料程序，使該塊陽極附近的下料器進行小下料，下料量不超過正常下料量的0. 5倍； (3)觀察該塊陽極電流密度的變化，如果沒有回覆正常值，重複進行上述步驟(1)和(2)，直至該塊陽極的電流密度回復到上述正常生產值。根據上述抑制非陽極效應PFC產生的方法，其特徵在於，在步驟(2)和步驟(3)之間，進行以下步驟沿著槽內電解質流動方向，借外力幹預來增加電解質流速，帶動氧化鋁快速至該塊陽極處。根據上述抑制非陽極效應PFC產生的方法，其特徵在於，氧化鋁濃度預估基於以下原理進行(CA12。3 - C0) = (dR/dthX (Τ - T1) X (dCA1203/dt) + [(dR/dt) - (dR/dt) J + dCA1203/dtX (T 一 T1)，式中CA_表示電解槽內氧化鋁預估濃度(%) ,Ctl表示電解槽內氧化鋁正常濃度，(dR/dt)工表示T1時刻的槽電阻隨時間的變化率，dCA1203/dt表示T1至T期間的氧化鋁濃度變化率。根據上述抑制非陽極效應PFC產生的方法，其特徵在於，可以使用原有下料器或另外增加小下料器實施小下料，該小下料器可以固定安裝，也可以是可移動裝置。根據上述抑制非陽極效應PFC產生的方法，其特徵在於，外力幹預可以是用效應棒沿著電解質流動方向攪動加快氧化鋁的流動和溶解，或者用惰性氣體沿著電解質流動方向吹送氧化鋁，或者用耙子沿著電解質流動方向牽引氧化鋁的流動。本發明的方法通過陽極電流密度連續檢測、氧化鋁濃度預估、小下料操作，達到了快速向電解槽內補充氧化鋁，消除電解槽內局部氧化鋁濃度過低，從而有效抑制了非陽極效應PFC產生的目的，為消除非陽極效應PFC排放提供了一種新方法。該方法操作方便，不需要改變原有電解工藝，易於工業實施和推廣應用。
具體實施例方式一種抑制非陽極效應PFC產生的方法，其特徵在於(1)電解槽控制模塊中包括陽極電流密度檢測模塊、氧化鋁濃度預估模塊和小下料控制模塊；(2)連續檢測陽極電流密度的變化，如果某塊或某幾塊陽極的電流密度持續升高，實際值超過正常生產值至少 0. 2倍時(電解鋁陽極電流密度正常生產值一般是0. 73-0. 78A/cm2)，啟動氧化鋁濃度預估程序；(3)校驗電解槽內氧化鋁濃度，如果該塊陽極附近氧化鋁濃度低於正常生產值至少 0. 1倍時(電解槽中氧化鋁濃度正常生產值一般為2. 0%-3. 0% (質量百分數)，啟動小下料程序，使該塊陽極附近的下料器進行小下料，下料量通常不超過正常下料量的0. 5倍，具體由該塊陽極附近的氧化鋁濃度決定；(4)沿著槽內電解質流動方向，借外力幹預來增加電解質流速，帶動氧化鋁快速至該塊陽極處；(5)觀察該塊陽極電流密度的變化，如果沒有回覆正常值，重複進行上述操作，直至該塊陽極的電流密度回復到上述正常操作範圍(例如 0. 73-0. 78A/cm2)。氧化鋁濃度預估基於以下原理進行(CA12Q3 - C0) = (dR/dt) !X(T-T1)X (dCA1203/ dt) + [ (dR/dt) — (dR/dt) J + dCA1203/dtX (Τ 一 T1)，式中 Ca1203 表示電解槽內氧化鋁預估濃度(%)，C0表示電解槽內氧化鋁正常濃度(例如2. 0%-3. 0%)，(dR/dt) ！表示T1時刻的槽電阻隨時間的變化率，dCA1203/dt表示T1至T期間的氧化鋁濃度變化率。可以使用原有下料器或另外增加小下料器實施小下料，該小下料器可以固定安裝，也可以是可移動裝置。下面結合實例對本發明的方法作進一步說明。實施例1
將陽極電流密度檢測模塊、氧化鋁濃度預估模塊和小下料控制模塊及其輔助設施設置在某臺400kA電解槽的控制系統中；連續檢測陽極電流密度的變化，如果某塊或某幾塊陽極的電流密度持續升高，實際值超過正常生產值的0. 2倍時，進行氧化鋁濃度預估，校驗電解槽內氧化鋁濃度；如果該塊陽極附近氧化鋁濃度低於正常生產值的0. 1倍時，進行小下料操作，下料量為正常下料量的0. 18倍，下料後沿著槽內電解質流動方向，用效應棒攪動增加電解質的流速，帶動氧化鋁快速移動至氧化鋁濃度過低的陽極附近；觀察該塊陽極電流密度的變化，如果沒有回覆正常值，重複進行上述操作，直至該塊陽極的電流密度回復到正常操作範圍。實施例2
將陽極電流密度檢測模塊、氧化鋁濃度預估模塊和小下料控制模塊及其輔助設施設置在某臺300kA電解槽的控制系統中；連續檢測陽極電流密度的變化，如果某塊或某幾塊陽極的電流密度持續升高，實際值超過正常生產值的0.觀倍時，進行氧化鋁濃度預估，校驗電解槽內氧化鋁濃度；如果該塊陽極附近氧化鋁濃度低於正常生產值的0. 2倍時，進行小下料操作，下料量為正常下料量的0. 25倍，下料後沿著槽內電解質流動方向，吹入氮氣增加電解質的流速，帶動氧化鋁快速移動至氧化鋁濃度過低的陽極附近；觀察該塊陽極電流密度的變化，如果沒有回覆正常值，重複進行上述操作，直至該塊陽極的電流密度回復到正常操作範圍。實施例3
將陽極電流密度檢測模塊、氧化鋁濃度預估模塊和小下料控制模塊及其輔助設施設置在某臺200kA電解槽的控制系統中；連續檢測陽極電流密度的變化，如果某塊或某幾塊陽極的電流密度持續升高，實際值超過正常生產值的0. 33倍時，進行氧化鋁濃度預估，校驗電解槽內氧化鋁濃度；如果該塊陽極附近氧化鋁濃度低於正常生產值的0. 3倍時，進行小下料操作，下料量為正常下料量的0. 33倍，下料後沿著槽內電解質流動方向，吹入氬氣增加電解質的流速，帶動氧化鋁快速移動至氧化鋁濃度過低的陽極附近；觀察該塊陽極電流密度的變化，如果沒有回覆正常值，重複進行上述操作，直至該塊陽極的電流密度回復到正常操作範圍。
實施例4
將陽極電流密度檢測模塊、氧化鋁濃度預估模塊和小下料控制模塊及其輔助設施設置在某臺200kA電解槽的控制系統中；連續檢測陽極電流密度的變化，如果某塊或某幾塊陽極的電流密度持續升高，實際值超過正常生產值的0. 35倍時，進行氧化鋁濃度預估，校驗電解槽內氧化鋁濃度；如果該塊陽極附近氧化鋁濃度低於正常生產值的0. 4倍時，進行小下料操作，下料量為正常下料量的0. 5倍，下料後沿著槽內電解質流動方向，用靶子牽引增加電解質的流速，帶動氧化鋁快速移動至氧化鋁濃度過低的陽極附近；觀察該塊陽極電流密度的變化，如果沒有回覆正常值，重複進行上述操作，直至該塊陽極的電流密度回復到正常操作範圍。
權利要求
1.一種抑制非陽極效應PFC產生的方法，其特徵在於，所述方法包括以下步驟(1)連續檢測陽極電流密度的變化，如果某塊或某幾塊陽極的電流密度持續升高，實際值超過正常生產值至少0. 2倍時，啟動氧化鋁濃度預估程序預估氧化鋁濃度值；(2)校驗電解槽內氧化鋁濃度，如果該塊陽極附近氧化鋁濃度低於上述預估的氧化鋁濃度值至少0. 1倍時，啟動小下料程序，使該塊陽極附近的下料器進行小下料，下料量不超過正常下料量的0. 5倍； (3)觀察該塊陽極電流密度的變化，如果沒有回覆正常值，重複進行上述步驟(1)和(2)，直至該塊陽極的電流密度回復到上述正常生產值。
2.根據權利要求1所述的抑制非陽極效應PFC產生的方法，其特徵在於，在步驟(2)和步驟(3)之間，進行以下步驟沿著槽內電解質流動方向，借外力幹預來增加電解質流速， 帶動氧化鋁快速至該塊陽極處。
3.根據權利要求1或2所述的抑制非陽極效應PFC產生的方法，其特徵在於，氧化鋁濃度預估基於以下原理進行(Ca1203 — C0) = (dR/dt)義(Τ — T1) X (dCA1203/dt) + [ (dR/dt)— (dR/dt) J + dCA1203/dtX (T 一 T1)，式中Ca1203表示電解槽內氧化鋁預估濃度(%) ,C0表示電解槽內氧化鋁正常濃度，(dR/dt) i表示T1時刻的槽電阻隨時間的變化率，dCA1203/dt表示T1 至T期間的氧化鋁濃度變化率。
4.根據權利要求1或2所述的抑制非陽極效應PFC產生的方法，其特徵在於，可以使用原有下料器或另外增加小下料器實施小下料，該小下料器可以固定安裝，也可以是可移動直ο
5.根據權利要求1或2所述的抑制非陽極效應PFC產生的方法，其特徵在於，外力幹預可以是用效應棒沿著電解質流動方向攪動加快氧化鋁的流動和溶解，或者用惰性氣體沿著電解質流動方向吹送氧化鋁，或者用耙子沿著電解質流動方向牽引氧化鋁的流動。
全文摘要
本發明公開了一種抑制非陽極效應PFC產生的方法，包括連續檢測陽極電流密度的變化，如果某塊或某幾塊陽極的電流密度持續升高，實際值超過正常生產值至少0.2倍時，啟動氧化鋁濃度預估程序；校驗電解槽內氧化鋁濃度，如果該塊陽極附近氧化鋁濃度低於預估值至少0.1倍時，啟動小下料程序，使該塊陽極附近的下料器進行小下料，下料量不超過正常下料量的0.5倍；沿著槽內電解質流動方向，借外力幹預來增加電解質流速，帶動氧化鋁快速至該塊陽極處；觀察該塊陽極電流密度的變化，如果沒有回覆正常值，重複進行上述操作，直至該塊陽極的電流密度回復到正常生產值。該方法操作方便，不需要改變原有電解工藝，易於工業實施和推廣應用。
文檔編號C25C3/20GK102400183SQ20111037220
公開日2012年4月4日 申請日期2011年11月22日 優先權日2011年11月22日
發明者吳許建, 張豔芳, 李旺興, 羅麗芬, 邱仕麟, 陳喜平 申請人:中國鋁業股份有限公司