一種鋁電解煙氣中COS淨化裝置的製作方法
2023-10-18 02:35:59
本發明涉及一種煙氣淨化裝置，特別是涉及一種鋁電解煙氣中COS淨化裝置。
背景技術：
在鋁電解過程，由於不可避免的陽極效應導致煙氣中含有部分COS。COS是大氣中主要的含硫汙染氣體，其在大氣中存在時間遠比其他含硫化合物長。在大氣中部分被氧化成亞硫酸、硫酸等形成酸雨，另一部分COS隨著大氣運動，進入空氣稀薄的對流層，破壞臭氧層，是一種危害很大的氣體汙染物。而進入到大氣中的COS主要來源於鋁電解煙氣，因此減少鋁電解煙氣中的COS含量對保護環境有重要的意義。目前，對於鋁電解煙氣的淨化多採用兩段式，即幹法淨化和溼法淨化。幹法淨化使用粉狀氧化鋁，鋁電解煙氣經過集氣罩收集後與下料點投入的氧化鋁混合，氧化鋁吸附煙氣中的HF氣體，經過袋式除塵器氣固分離後，煙氣送入減法淨化流程。減法淨化一般使用鹼性溶液，如Na2CO3溶液、NaOH溶液除去煙氣中SO2氣體。而對於煙氣中COS氣體，沒有專門的淨化工藝。雖然在減法淨化過程中，一部分COS氣體可被分解吸收，但大部分還是進入大氣。因此，發明一種專門處理煙氣中COS氣體是十分必要的。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題是提供一種能淨化鋁電解過程中產生的COS氣體，減少對環境的危害的鋁電解煙氣中COS淨化裝置。
為了解決上述技術問題，本發明提供的鋁電解煙氣中COS淨化裝置，包括氣體反應室，所述的氣體反應室上設有至少一個噴向所述的氣體反應室的內腔的混合氣體噴嘴，所述的混合氣體噴嘴的進口端連接有煙氣管道和水霧管道，所述的氣體反應室連接有淨化煙氣排出管道，所述的氣體反應室的底部連接有廢水排出管道，在所述的氣體反應室的內腔內設有紫外光源。
在所述的氣體反應室的內腔上方設有擋板，所述的擋板的中間設有孔洞，所述的淨化煙氣排出管道設在所述的擋板的上方，所述的混合氣體噴嘴設在所述的氣體反應室的中間位置處於所述的擋板的下方。
所述的紫外光源設在所述的擋板的內部邊緣，所述的紫外光源的照射方向為下方。
所述的紫外光源的照射部為耐酸和耐高溫球面玻璃。
所述的氣體反應室的下部為錐形結構，底部設有所述的廢水排出管道。
整個所述的氣體反應室的內部材料採用耐酸腐蝕材料，採用表面反光良好的鏡面玻璃或者表面光滑的耐硫酸不鏽鋼材料。
所述的混合氣體噴嘴為4個，所述的煙氣管道通過四個煙氣支管進入所述的氣體反應室，所述的水霧管道通過四個水霧支管進入所述的氣體反應室，一支所述的煙氣支管和一支所述的水霧支管共同連接一個所述的混合氣體噴嘴。
所述的混合氣體噴嘴的噴出氣體方向與所述的氣體反應室的內壁相切，並且向水平方向下方噴出。
在與所述的氣體反應室相連的管道包括煙氣管道、水霧管道、淨化煙氣排出管道、廢水排出管道、混合氣體噴嘴、擋板、紫外光源內部全部採用耐腐蝕材料以避免煙氣及其中含酸液滴對管道腐蝕。
在所述的廢水排出管道上設有廢酸出口流速閥門以及安全閥門。
所述的氣體反應室採用鋼結構骨架固定在地面上。
採用上述技術方案的鋁電解煙氣中COS淨化裝置，安裝在氟化物幹法淨化工藝之後、硫化物溼法淨化工藝之前。煙氣進入氣體反應室時與水霧混合進入氣體反應室，在紫外光的照射下發生轉化，生成SO2以及煙氣中原有的SO2會隨著液滴沉降進入反應器底部，由底部廢酸出口排出，淨化後的煙氣則由頂部煙氣排出管道排出。水霧管道連接水霧發生器，可以產生水霧，類似於空氣加溼器。
在氣體反應室底部的廢水排出管道設有廢酸出口流速閥門以及安全閥門，流速閥可控制廢水流出速度，而安全閥門的作用在於發生突發情況時，緊急閉合廢水流出管道。水霧的噴入氣體反應室的速度可調節。
優點：本發明能降低煙氣中COS的濃度，減少鋁電解煙氣中COS對環境的汙染，也可降低後續淨化煙氣中SO2的成本。
本發明通過將含COS煙氣引入氣體反應室，混合水霧及空氣後，煙氣中水含量及O2提高，促進COS分解反應發生。此外紫外光照射的條件下，增大COS分解率。
煙氣中COS分解原理如下：
COS在紫外光照射下能迅速發生光氧化反應，生成的主要產物為CO2和SO2。SO2能進一步氧化，最終以SO42-形式溶解在液體中，從下部廢酸出口帶出。進入下一個氣體反應室的氣體也會經過相同的流程，發生相同的反應，以保證淨化效果。
反應式：
SO2+O2+H2O→H2SO4
綜上所述，本發明是一種能淨化鋁電解過程中產生的COS氣體，減少對環境的危害的鋁電解煙氣中COS淨化裝置。
附圖說明
圖1為發明的裝置的整體示意圖。
圖2為反應器內部立體示意圖。
圖3為反應器內部示意圖。
圖4為煙氣管道和水霧管道噴口立體示意圖。
圖5為煙氣管道和水霧管道噴口俯視示意圖。
圖6為擋板示意圖。
圖7為噴口角度示意圖。
圖8為噴口角度俯視示意圖。
圖9是紫外光源示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明作進一步說明。
如圖1所示，一種鋁電解煙氣中COS淨化裝置，包括氣體反應室1，氣體反應室1上設有至少一個噴向氣體反應室1的內腔的混合氣體噴嘴7，混合氣體噴嘴7的進口端連接有煙氣管道3和水霧管道4，氣體反應室1連接有淨化煙氣排出管道5，氣體反應室1的底部連接有廢水排出管道6，在氣體反應室1的內腔內設有紫外光源9。氣體反應室1採用鋼結構骨架2固定在地面上。
如圖2和圖3所示，在氣體反應室1的內腔上方設有擋板8，擋板8的中間設有孔洞11保證淨化的煙氣可以通過，淨化煙氣排出管道5設在擋板8的上方，混合氣體噴嘴7設在氣體反應室1的中間位置處於擋板8的下方。氣體反應室1的下部為錐形結構，底部設有所述的廢水排出管道6。
如圖2、圖3和圖6所示，紫外光源9設在擋板8的內部邊緣，紫外光源9的照射方向為下方。紫外光源9的照射部為耐酸和耐高溫球面玻璃。
整個氣體反應室1的內部材料採用耐酸腐蝕材料，採用表面反光良好的鏡面玻璃或者表面光滑的耐硫酸不鏽鋼材料。
如圖2、圖3、圖4和圖5所示，混合氣體噴嘴7為4個，煙氣管道4通過四個煙氣支管11進入氣體反應室1，水霧管道3通過四個水霧支管10進入氣體反應室1，一支煙氣支管11和一支水霧支管10共同連接一個混合氣體噴嘴7。
如圖7和圖8所示，混合氣體噴嘴7的噴出氣體方向與氣體反應室1的內壁相切，並且向水平方向下方噴出。
在與氣體反應室1相連的管道包括煙氣管道3、水霧管道4、淨化煙氣排出管道5、廢水排出管道6、混合氣體噴嘴7、擋板8、紫外光源9內部全部採用耐腐蝕材料以避免煙氣及其中含酸液滴對管道腐蝕。
在廢水排出管道6上設有廢酸出口流速閥門以及安全閥門。
參見圖1至圖8，未淨化的煙氣通過煙氣管道3通入氣體反應室1，水霧通過水霧管道4進入氣體反應室1，未反應的煙氣與水霧在進入氣體反應室1時共用一個混合氣體噴嘴7並且混合，在紫外光源9照射下，發生反應。COS反應生成的SO2和氣體中原有SO2會溶於水從下方的廢水排出管道6被排出回收，未反應和反應生成物通過氣體反應室1上部的擋板8的中間的孔洞11，最終通過淨化煙氣排出管道5排出氣體反應室1進入下一淨化流程。
水霧管道4噴入氣體反應室1的水霧流速控制由鋁電解廠系列控制系統控制，其水霧噴入速度與鋁電解槽系列內發生陽極效應的電解槽數有關。在較多電解槽發生陽極效應時，水霧噴入速度相應提高。
根據煙氣管道的總流量及其中的COS濃度，可以安裝多臺鋁電解煙氣中COS淨化裝置並聯，以保證淨化COS效果。
氣體反應室1採用鋼結構骨架2固定在地面上，鋼結構骨架2與氣體反應室1之間的固定方式可自行設計，但應保證氣體反應室1牢固固定在地面上。在這裡提供一種採用鋼管固定的方案可供參考。
氣體反應室1中間位置設有四個混合氣體噴嘴7，以供煙氣和水霧進入氣體反應室1。氣體反應室1下部為錐形結構，便於液滴下落，底部設有廢水排出管道6，保證廢水可流出氣體反應室1。在氣體反應室1上方設有擋板8，可以一定程度上隔離上部空間和下部反應空間，保證氣體進入氣體反應室1後有充分的反應時間。反應過後的氣體通過上部的淨化煙氣排出管道5排出，在擋板8的孔洞11的內部邊緣設有四個紫外光源9。整個氣體反應室1的內部材料採用耐酸腐蝕材料，可採用表面反光良好的鏡面玻璃或者表面光滑的耐硫酸不鏽鋼材料。
煙氣管道3通過四個煙氣支管10進入氣體反應室1，水霧管道4通過四個水霧支管11進入氣體反應室1，煙氣支管10和水霧支管11共同連接一個混合氣體噴嘴7。
在氣體反應室1上部固定有擋板8，擋板8中間有孔洞11保證淨化的煙氣可以通過，在擋板8內側開孔處安裝有四個紫外光源9，照射方向為下方。
混合氣體噴嘴7噴出氣體方向與氣體反應室1內壁相切，並且向水平方向下方噴出。保證氣體可以在氣體反應室1內以螺旋向下方向運動，增加氣體反應時間。
在擋板8上安裝的紫外光源9如圖9所示，紫外光源9下部為耐酸和高溫(300℃)球面玻璃。
安裝時，首先將整體的鋼結構骨架2焊接在地基上。隨後將煙氣管道3與鋁電解煙氣淨化系統幹法淨化後煙氣管道對接。可根據整個煙氣管道3的總流量流量，以及COS濃度並聯幾臺氣體反應室1，以保證淨化效果。
將水霧發生器與水霧管道4相連接，上方的淨化煙氣排出管道5與鋁電解煙氣溼法淨化的煙氣管道相連接，下方的廢水排出管道6可採用專門的廢水收集槽收集後，定期送入化工廠利用。
本發明將含COS煙氣與水霧混合通入氣體反應室1，COS在紫外光照射下與H2O和O2反應生成SO2，而生成的SO2易溶於水生成H2SO3，最終被氧化成H2SO4，被水滴沉降進入氣體反應室1底部的廢酸收集槽，最終通過廢水排出管道6排出氣體反應室1再用於硫酸的製備。該發明的一方面可提高COS分解率，有效淨化煙氣中COS氣體，減少進入大氣中COS的量，保護環境，另一方面，也可以減少在後續溼法除SO2過程中鹼消耗量，減少成本，收集槽中的含酸液體也可回收用於制酸，增加收益。