CA2764724C - Systeme et procede de recuperation d'energie - Google Patents

Abstract

Système et procédé de récupération d'énergie Système (22) de récupération d'énergie dégagée par au moins une cuve d'électrolyse (2), le système de récupération comportant une première boucle d'échange thermique (26) parcourue par un fluide caloporteur, la première boucle (26) comprenant: -un échangeur de chaleur (36) parcouru par le fluide caloporteur; et -une unité de récupération(38) apte à récupérer la chaleur du fluide caloporteur ayant traversé l'échangeur de chaleur (36); -un circuit primaire de collecte (24) apte à collecter au moins une partie des fumées et gaz générés par la cuve d'électrolyse (2), l'échangeur de chaleur (36) étant disposé à l'extérieur et à distance de la cuve d'électrolyse (2);l'échangeur de chaleur (36) étant traversé par les fumées et gaz collectés par le circuit primaire (24) pour chauffer le fluide caloporteur.

Description

Système et procédé de récupération d'énergie La présente invention concerne un système et un procédé de récupération d'énergie dégagée par une cuve d'électrolyse ignée lors de la fabrication d'aluminium.
Le document US 7,465,379 décrit un système de récupération d'énergie comprenant une boucle d'échange thermique comportant un échangeur de chaleur implanté dans les parois de la cuve d'électrolyse, par exemple par le montage d'un tube en serpentin dans les parois de la cuve pour récupérer la chaleur de celle-ci.
Toutefois, une cuve d'électrolyse comportant un échangeur de chaleur dans ses parois, est difficile à fabriquer, et il est très difficile d'assurer la maintenance de l'échangeur, et son remplacement éventuel.
La présente invention a notamment pour but de proposer un système de récupération d'énergie plus simple et dont certains modes de réalisation autorisent une récupération d'énergie plus importante.
A cet effet, l'invention a pour objet un système de récupération d'énergie dégagée par au moins une cuve d'électrolyse ignée générant des fumées et gaz lors de la fabrication d'aluminium, le système de récupération comportant une première boucle d'échange thermique parcourue par un fluide caloporteur, la première boucle comprenant :
- un premier échangeur de chaleur parcouru par le fluide caloporteur ; et - une unité de récupération apte à récupérer la chaleur du fluide caloporteur ayant traversé le premier échangeur de chaleur ;
caractérisé en ce que le système de récupération comporte en outre :
- un circuit primaire apte à collecter au moins une partie des fumées et gaz générés par la cuve d'électrolyse, le premier échangeur de chaleur étant disposé à
l'extérieur et à distance de la cuve d'électrolyse ; le premier échangeur de chaleur étant traversé par les fumées et gaz collectés par le circuit primaire pour chauffer le fluide caloporteur.

la L'invention a également pour objet un système de récupération d'énergie dégagée par au moins une cuve d'électrolyse ignée générant des fumées et gaz lors de la fabrication d'aluminium, le système de récupération comportant une première boucle d'échange thermique parcourue par un fluide caloporteur, la première boucle comprenant :
- un premier échangeur de chaleur parcouru par le fluide caloporteur ; et - une unité de récupération apte à récupérer la chaleur du fluide caloporteur ayant traversé le premier échangeur de chaleur;
le système de récupération comportant en outre :
- un circuit primaire apte à collecter une partie des fumées et gaz générés par la cuve d'électrolyse, le premier échangeur de chaleur étant disposé à
l'extérieur et à
distance de la cuve d'électrolyse, le premier échangeur de chaleur étant traversé par les fùmées et gaz collectés par le circuit primaire pour chauffer le fluide caloporteur;
caractérisé en ce que le système de récupération comporte de plus un circuit secondaire apte à collecter une autre partie des fumées et gaz générés par la cuve d'électrolyse;
dans lequel la première boucle d'échange thermique comporte un deuxième échangeur de chaleur traversé par les fumées et gaz collectés par le circuit secondaire pour chauffer le fluide caloporteur, les fumées et gaz collectés par le circuit secondaire étant plus chauds et contenant une concentration plus élevée de polluants que les fumées et gaz collectés par le circuit primaire; et la chaleur du fluide caloporteur ayant traversé le deuxième échangeur de chaleur étant récupérée par l'unité de récupération.

2 Enfin, l'invention a également pour objet un procédé de récupération d'énergie dégagée par une cuve d'électrolyse ignée lors de la fabrication d'aluminium, caractérisé
en ce que le procédé comporte les étapes suivantes :
- réchauffement d'un fluide caloporteur par le passage des fumées et gaz au travers d'un premier échangeur de chaleur faisant partie d'une première boucle d'échange thermique;
- récupération de la chaleur du fluide caloporteur ayant traversé le premier échangeur de chaleur par une unité de récupération, ladite unité de récupération faisant partie de la première boucle d'échange thermique;
caractérisé en ce que le procédé comporte en outre les étapes suivantes :
- collecte d'au moins une partie des fumées et gaz générés par la cuve d'électrolyse, par un circuit primaire;
- traversée du premier échangeur de chaleur par les fumées et gaz collectés et transportés à l'extérieur et à distance de la cuve d'électrolyse par le circuit primaire, pour chauffer le fluide caloporteur.
L'invention a également pour objet un procédé de récupération d'énergie dégagée par une cuve d'électrolyse ignée lors de la fabrication d'aluminium, par un système de récupération d'énergie comportant une première boucle d'échange thermique parcourue par un fluide caloporteur, un circuit primaire et un circuit secondaire, la première boucle d'échange thermique comprenant un premier échangeur de chaleur, un deuxième échangeur de chaleur et une unité de récupération, le procédé comportant les étapes suivantes :
- collecte d'une partie des fumées et gaz générés par la cuve d'électrolyse, par ledit circuit primaire;
- traversée du premier échangeur de chaleur par les fumées et gaz collectés et transportés à l'extérieur et à distance de la cuve d'électrolyse par le circuit primaire, pour chauffer le fluide caloporteur;
- réchauffement d'un fluide caloporteur par le passage des fumées et gaz au travers du premier échangeur de chaleur; et - récupération de la chaleur du fluide caloporteur ayant traversé le premier échangeur de chaleur par l'unité de récupération;

2a caractérisé en ce que le procédé comporte en outre les étapes suivantes :
- collecte d' une autre partie des fumées et gaz générés par la cuve d'électrolyse par le circuit secondaire, les fumées et gaz collectés par le circuit secondaire étant plus chauds et contenant une concentration plus élevée de polluants que les fumées et gaz collectés par le circuit primaire;
- réchauffement du fluide caloporteur par le passage des fumées et gaz collectés par le circuit secondaire au travers du second échangeur de chaleur; et - récupération de la chaleur du fluide caloporteur ayant traversé le deuxième échangeur de chaleur par l'unité de récupération.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en se référant aux dessins sur lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique en coupe d'une cuve d'électrolyse et d'un système de récupération d'énergie selon un premier mode de réalisation de l'invention;
- la figure 2 est un diagramme illustrant les étapes du procédé de récupération d'énergie selon le premier mode de réalisation de l'invention;
- la figure 3 est une vue schématique en coupe d'une cuve d'électrolyse et d'un système de récupération d'énergie selon un second mode de réalisation de l'invention;
- la figure 4 est un diagramme illustrant les étapes du procédé de récupération d'énergie selon le second mode de réalisation de l'invention;
- la figure 5 est une vue schématique en coupe d'une cuve d'électrolyse et d'un système de récupération d'énergie selon un troisième mode de réalisation de l'invention; et - la figure 6 est un diagramme illustrant les étapes du procédé de récupération d'énergie selon le troisième mode de réalisation de l'invention.

3 PCT/FR2010/051100 Les éléments identiques ou analogues des premier, deuxième et du troisième modes de réalisation du système de récupération d'énergie sont désignés ci-après par les mêmes références et ne sont décrits qu'une seule fois.
En référence à la figure 1, une cuve d'électrolyse ignée 2 comprend un caisson

4 parallépipédique ouvert à sa base supérieure et dont le fond porte des blocs carbonés constituant la cathode 6. Ce caisson 4 contient un bain d'électrolyte 8 constitué par de l'alumine dissoute dans de la cryolithe, porté à une température comprise entre 950 et 1 000 C. Dans ce bain 8, une ou plusieurs anodes 10 sont plongées. Lorsqu'un courant électrique est appliqué entre les anodes 10 et la cathode 6, l'alumine se décompose en aluminium 12 formant un bain métallique qui recouvre la cathode 6, et en oxygène qui réagit avec chaque anode 10 et en provoque la combustion progressive.
L'aluminium 12 est régulièrement retiré de la cuve d'électrolyse 2.
La partie supérieure du bain d'électrolyte 8 est solidifiée, constituant ainsi une croûte 14 qui recouvre le bain 8 et l'isole thermiquement.
La réaction à chaque anode 10 provoque une émission de fumées et de gaz 18, 29 qui migrent sur le dessus de la cuve comprenant des polluants tels que du dioxyde et du monoxyde de carbone, du dioxyde de soufre, du fluorure d'hydrogène gazeux (HF), des particules de carbone et d'alumine, des poussières et des composés fluorés.
La décomposition de l'alumine entraîne une diminution de sa teneur dans le bain d'électrolyte 8. Lorsque cette teneur tombe au dessous d'une valeur limite, une tige tubulaire mobile d'acier installée entre deux anodes 10, perce la croûte 14 et injecte de l'alumine dans le bain d'électrolyte 8. Cette tige, ci-après appelée piqueur-doseur 16, est man uvrable selon un mouvement vertical à l'aide d'un vérin, de préférence pneumatique, pour percer la croûte 14.
La majorité des fumées et gaz 18 emprisonnés entre l'anode 10 et la croûte 14 s'échappent par le trou percé périodiquement dans la croûte 14 par le piqueur-doseur 16 pour se loger sous un capot 20 qui recouvre la face ouverte de la cuve d'électrolyse 2.
Une partie des fumées et du gaz s'échappe par les fissures et ouvertures qui existent dans la croûte 14.
Le système de récupération d'énergie 22, selon un premier mode de réalisation de l'invention, comporte un circuit primaire 24 de collecte des fumées et gaz produits par la cuve d'électrolyse 2, et une boucle d'échange thermique 26, ci-après appelée première boucle d'échange thermique 26.
Le circuit primaire 24 comporte un dispositif de récupération 28 des fumées et gaz 29 agencé pour provoquer une dépression sous le capot 20 et aspirer les fumées et les gaz 29 situés entre celui-ci et la croûte 14, et une unité 30 de traitement de ces fumées et gaz 29, ci-après appelée première unité de traitement 30. Le capot 20 n'est pas hermétique et de l'air extérieur est aspiré sous le capot 20 par les fuites du fait de la dépression. Cet air se mélange en quantité importante avec les fumées et gaz venant de la cuve.
Dans la suite du texte nous ne distinguerons plus cet air des fumées et gaz et nous appellerons par les termes génériques fumées et gaz.
Les fumées et gaz 29 sont aspirés par le dispositif de récupération 28 avec un débit spécifique d'environ 75 000 à 100 000 Nm'honne Aluminium (qui correspond à
8400 à
11000 Nm3/h pour une cuve de 350 kA).
Les fumées et gaz 29 collectés par le circuit primaire 24 présentent une température d'environ 110 - 160 C. Ils contiennent 200 ¨ 800 mg/Nm3 de poussière, 150 ¨

mg/Nm3 de fluorure d'hydrogène gazeux et 100 ¨ 400 mg/Nm3 de dioxyde de soufre (S02). Ces fumées et gaz collectés par le circuit primaire sont référencés ci-après par la référence 29.
La première unité de traitement 30 est propre à filtrer les poussières contenues dans les fumées et gaz 29 collectés par le dispositif de récupération 28, et à
éliminer la majeure partie de fluorure d'hydrogène gazeux par adsorption du fluorure d'hydrogène gazeux de ces fumées et gaz sur de l'alumine qui est ensuite séparée des fumées et gaz 29 par filtrage.

La première unité de traitement 30 est adaptée pour traiter les fumées et gaz selon un procédé sec connu sous le nom DRY-SCRUBBER DS . Ce procédé permet une réduction de poussière supérieure à 98% par filtration et une réduction du fluorure

5 d'hydrogène gazeux d'environ 99,8% par adsorption et filtration.
La quantité de fluorure d'hydrogène gazeux contenue dans les fumées et gaz 29 sortant de la première unité de traitement 30 est inférieure à 0,5 mg/Nm3. La quantité de poussière contenue dans les fumées et gaz 29 sortant de la première unité de traitement 30 est inférieure à 5 mg/Nm3.
L'alumine fluorée générée par le traitement des fumées et gaz 29 par la première unité de traitement 30 est introduite dans la cuve d'électrolyse 2 à l'aide du piqueur-doseur 16.
Le circuit primaire 24 comporte en outre un laveur 32 à eau de mer ou à
solution basique propre à éliminer par absorption et réaction chimique le dioxyde de soufre (SO2) contenu dans les fumées et gaz 29 sortant de la première unité de traitement 30, et une cheminée 34 propre à évacuer les fumées et gaz épurés restants.
A la sortie du laveur 32, les fumées et gaz 29 comportent une quantité
inférieure à
60 mg/Nm3 de dioxyde de soufre.
La première boucle d'échange thermique 26 comporte un échangeur de chaleur 36, ci-après appelé premier échangeur de chaleur 36, et une unité de récupération 38 de la chaleur d'un fluide caloporteur. La boucle 26 est parcourue, d'une part, par le fluide caloporteur, et d'autre part, au niveau du premier échangeur 36, par les fumées et gaz 29 sortant du dispositif de récupération 28 avant que ceux-ci ne traversent la première unité
de traitement 30.
Le fluide caloporteur chauffé par le premier échangeur de chaleur 36, est utilise par exemple pour produire de l'électricité par un générateur à cycle ORC, c'est-à-dire un

6 Cycle de Rankine Organique. Le fluide caloporteur est par exemple constitué
par de l'eau, de l'huile ou d'un gaz inerte.
Le premier échangeur de chaleur 36 est disposé à l'extérieur de la cuve d'électrolyse 2. Par exemple, il est disposé à une distance prédéfinie supérieure ou égale à un mètre de la cuve d'électrolyse 2 pour éviter tout risque de contact entre le fluide caloporteur et la cuve d'électrolyse 2.
Le premier échangeur de chaleur 36 est propre à refroidir les fumées et gaz 29 du circuit primaire 24 d'une température de 110 ¨ 160 C à une température de 70 ¨ 100 C.
Une conduite de dérivation 39 est installée sur le circuit primaire 24 à
chaque extrémité du premier échangeur de chaleur 36 pour permettre aux fumées et gaz 29 de court-circuiter le premier échangeur de chaleur 36, lorsque celui-ci est encrassé et qu'il doit être nettoyé ou remplacé ou rénové.
En référence à la figure 2, le procédé de récupération d'énergie, selon le premier mode de réalisation de l'invention, débute par une étape 100 de collecte des fumées et gaz 29 par le dispositif de récupération 28.
Au cours d'une étape 102, les fumées et gaz 29 collectés par le circuit primaire 24 sont transportés à l'extérieur et à distance de la cuve d'électrolyse 2. Le fluide caloporteur de la première boucle d'échange thermique 26 est réchauffé par le passage des fumées et gaz 29 au travers du premier échangeur de chaleur 36.
Puis, au cours d'une étape 112, l'unité de récupération 38 récupère la chaleur du fluide caloporteur ayant traversé le premier échangeur de chaleur 36.
Au cours d'une étape 114, l'unité de traitement 30 traite les fumées et gaz 29 collectés par le circuit primaire 24 par filtrage des poussières et élimination de la majeure partie du fluorure d'hydrogène gazeux. Puis, l'alumine fluorée générée par la première unité de traitement 30 est introduite dans le bain d'électrolyte 8 par le piqueur-doseur 16.

7 Au cours d'une étape 116, une partie du dioxyde de soufre contenu dans les fumées et gaz 29 collectés par le circuit primaire 24 est éliminée par absorption et réaction chimique, par le laveur 32.
Enfin, au cours d'une étape 120, les fumées et gaz 29 sortants du laveur 32 sont évacués par la cheminée 34.
En variante, le circuit primaire 24 ne comporte pas de laveur 32. Dans ce cas, l'étape 116 n'est pas réalisée. Les fumées et gaz 29 sortant de la première unité de traitement 30 sont directement évacués par la cheminée 34.
En variante, l'unité de récupération 38 est un système permettant d'utiliser la chaleur du fluide caloporteur pour produire du froid ou de la chaleur.
Le système de récupération 40 selon le deuxième mode de réalisation de l'invention, illustré sur la figure 3, comporte un circuit primaire 24 similaire au circuit primaire 24 du système de récupération 22 selon le premier mode de réalisation de l'invention, à l'exception du fait que ce circuit ne comporte pas de laveur 32.
Selon ce mode de réalisation, les fumées et gaz 29 collectés par le dispositif de récupération 28 du circuit primaire 24 sont aspirés à un débit de 70000 à

Nm3/tonne d'Aluminium produit. Ils comportent 100-800 mg/Nm3 de poussière, 30-mg/Nm3 de fluorure d'hydrogène gazeux, 20-100 mg/Nm3 de dioxyde de soufre, 2-4 g/Ntif de dioxyde de carbone et 0,1 - 0,3 g/Nm3de monoxyde de carbone. Ces fumées et gaz collectés par le circuit primaire sont référencés ci-après par la référence 29.
Ces fumées et gaz 29 collectés par le circuit primaire présentent une température d'environ 110 ¨ 160 C avant de traverser le premier échangeur de chaleur 36, et une température d'environ 70 ¨ 100 C à la sortie du premier échangeur de chaleur 36.
En sortant de la première unité de traitement 30, les fumées et gaz 29 comprennent moins de 5 mg/Nm3 de poussière et une quantité inférieure à 0,5mg/Nm3 de fluorure d'hydrogène gazeux.

8 Le système de récupération 40 selon le second mode réalisation comporte une première boucle 26 d'échange thermique similaire à la boucle d'échange thermique 26 du système de récupération 22 selon le premier mode de réalisation de l'invention, à
l'exception du fait que cette première boucle d'échange thermique 26 comporte en outre un deuxième échangeur de chaleur 42.
Le deuxième échangeur de chaleur 42 est disposé à l'extérieur et à une distance d'au moins un mètre de la cuve d'électrolyse.
Le deuxième échangeur de chaleur 42 est disposé en aval du premier échangeur de chaleur 36, c'est-à-dire que le fluide caloporteur traverse tout d'abord, le premier échangeur de chaleur 36 puis, le deuxième échangeur de chaleur 42 avant de rejoindre l'unité de récupération 38.
Le système de récupération 40 comporte, de plus, un circuit secondaire 44 de collecte d'une partie des fumées et gaz 18 produits par la cuve d'électrolyse 2.
Les fumées et gaz collectés par le circuit secondaire 44 sont référencés ci-après par la référence 18.
Ce circuit secondaire 44 comporte une hotte, ci-après appelée hotte locale directement enchâssée dans la croûte 14 qui recueille les fumées et gaz 18, aussi appelés gaz anodique, s'échappant par le trou percé par le piqueur-doseur 16.
La hotte locale 46 loge le piqueur-doseur 16. La hotte locale 46 est reliée à
un tube collecteur de fumées et gaz 48.
Une ouverture 50 pratiquée dans la hotte locale 46 permet d'aspirer des fumées et gaz 29 collectés par le circuit primaire 24 et situés sous le capot 20 pour abaisser la température des fumées et gaz 18 collectés par le circuit secondaire 44 et aspirés par la hotte locale 46. L'ouverture 50 dans la hotte locale peut être réglée de façon à changer le rapport fumées et gaz collectés par le circuit primaire / fumées et gaz collectés par le

9 circuit secondaire pour agir sur le rendement de captation de gaz anodique et la température résultante du mélange.
En pratique, 4 à 6 hottes locales 46 peuvent être installées dans une cuve d'électrolyse 2 de 300 à 400 kA pour assurer une bonne répartition de l'aspiration et capter le maximum de fumées et gaz 18.
75 à 85% environ des fumées et gaz produits sous la croûte 14 dans la cuve d'électrolyse 2 sont aspirés par la hotte locale 46 et collectés par le circuit secondaire 44.
Le reste des fumées et gaz s'échappe par les fissures et les ouvertures existantes dans la croûte 14 et il est aspiré par le dispositif de récupération 28 et collecté
par le circuit primaire 24.
Les conduites entre le deuxième échangeur de chaleur 42 et chaque hotte locale peuvent être calorifugées pour éviter les pertes énergétiques qui seraient importantes compte tenu du faible diamètre des tuyauteries.
Les fumées et gaz anodique 18 collectés par le circuit secondaire 44 contiennent 1,2 ¨ 8 g/Nm3 de fluor gazeux, 1-8 g/Nm3 de dioxyde de soufre, 110-280 g/Nm3 de dioxyde de carbone et 10-26 g/Nm3 de monoxyde de carbone.
Ils présentent une température de l'ordre de 200-350 C avant leur passage dans le deuxième échangeur de chaleur 42, et une température d'environ 70-100 C après leur passage dans le deuxième échangeur de chaleur 42.
Le circuit secondaire 44 comporte en outre une unité de traitement 52, ci-après appelée seconde unité de traitement 52, un laveur 53 et une unité de captation 54 reliée à
la cheminée 34.
La seconde unité de traitement 52 est similaire à la première unité de traitement 30 située dans le circuit primaire 24. Elle est apte à éliminer la majeure partie du fluorure d'hydrogène gazeux des fumées et gaz 18 collectés par le circuit secondaire 44 par adsorption et filtrage.

Selon ce second mode de réalisation, la seconde unité de traitement 52 utilise de l'alumine partiellement fluorée obtenue par le traitement des fumées et gaz 29 collectés par le circuit primaire 24 par la première unité de traitement 30. Puis, l'alumine fluorée 5 générée par la seconde unité de traitement 52 est introduite dans la cuve d'électrolyse 2 par le piqueur-doseur 16.
En sortant de la seconde unité de traitement 52, les fumées et gaz 18 collectés par le circuit secondaire 44 comportent une valeur de l'ordre de lmg/Nm' de fluorure

10 d'hydrogène gazeux.
Le laveur 53 est similaire au laveur 32 décrit dans le premier mode de réalisation de l'invention. A la sortie du laveur 53, les fumées et gaz 18 collectés par le circuit secondaire 44 comportent une valeur inférieure à 30 mg/Nm3 de dioxyde de soufre. Ils présentent une température d'environ 30-40 C.
L'unité de captation 54 est destinée à capter le dioxyde de carbone par absorption par une solution d'ammoniaque ou par des amines ou autres techniques équivalentes.
Enfin, les fumées et gaz 18 traités par l'unité de captation 54 sont évacués par la cheminée 34.
En référence à la figure 4, le procédé de récupération d'énergie, selon le second mode de réalisation de l'invention, débute par les mêmes étapes 100 et 102 que le procédé de récupération selon le premier mode de réalisation de l'invention.
Ensuite, au cours d'une étape 104, les fumées et gaz 18 situés entre la croûte 14 et le bain d'électrolyte 8 sont collectés par le circuit secondaire 44, via les hottes locales 46.
Au cours d'une étape 106, les fumées et gaz 18 collectés par le circuit secondaire 44 traversent le deuxième échangeur de chaleur 42 et réchauffent le fluide caloporteur préchauffé ayant déjà traversé le premier échangeur de chaleur 36.

11 Le procédé se poursuit par la mise en oeuvre des étapes 112 et 114, celles-ci étant identiques aux étapes 112 et 114 du procédé illustré sur la figure 2.
Au cours d'une étape 115, le fluorure d'hydrogène gazeux des fumées et gaz 18 collectés par le circuit secondaire 44 est traitée par la seconde unité de traitement 52. Ce traitement est similaire au traitement réalisé par la première unité de traitement 30 à
l'exception du fait que l'alumine partiellement fluorée générée par le traitement des fumées et gaz 29 collectés par le circuit primaire 24, est utilisée pour adsorber le fluorure d'hydrogène gazeux des fumées et gaz 18 collectés par le circuit secondaire 44.
Puis, l'alumine fluorée est introduite dans le bain d'électrolyte 8 par le piqueur-doseur 16.
Avantageusement, l'alumine fraîche est utilisée pour adsorber le fluorure d'hydrogène gazeux des fumées et gaz contenant le moins de polluants, c'est-à-dire les fumées et gaz 29 collectés par le circuit primaire 24, puis est réutilisée pour adsorber le fluorure d'hydrogène gazeux des fumées et gaz 18 contenant une concentration plus élevée de polluants, c'est-à-dire les fumées et gaz 18 collectés par le circuit secondaire 44.
En variante, un mélange, éventuellement en proportions variables, d'alumine fraîche et d'alumine partiellement fluorée peut être utilisé dans seconde unité de traitement 52.
Au cours d'une étape 117, la majeure partie du dioxyde de soufre contenu dans les fumées et gaz 18 collectés par le circuit secondaire 44 est éliminée par un laveur 53.
Au cours d'une étape 118, l'unité de captation 54 élimine par absorption ou par d'autres techniques (adsorption, filtration membranaire,..) une partie du dioxyde de carbone des fumées et gaz 18 provenant du laveur 53.

12 Au cours d'une étape 120, les fumées et gaz 29 traités par l'unité de traitement 30 et les fumées et gaz 18 traités par l'unité de captation 54 sont évacués par la cheminée 34.
En variante, le circuit secondaire 44 ne comporte pas d'unité de captation 54.
Dans ce cas, les fumées et gaz 18 sortant du laveur 53 sont directement dirigés vers la cheminée 34.
En variante, un laveur est disposé sur le circuit primaire 24 entre l'unité de traitement 30 et la cheminée 34.
En variante, une conduite de dérivation 39 est montée de part et d'autre de l'un parmi le premier 36 et le deuxième 42 échangeurs de chaleur pour permettre de les court-circuiter, par exemple, lors du nettoyage de ces échangeurs de chaleur.
Le système de récupération 56 selon un troisième mode de réalisation de l'invention, représenté sur la figure 5, comporte un circuit primaire 24 et un circuit secondaire 44 identiques aux circuits primaire 24 et secondaire 44 du système de récupération 40 selon le second mode de réalisation de l'invention.
Le système de récupération 56 comprend en outre une première 26 et une seconde 62 boucles d'échange thermique.
La première boucle d'échange thermique 26 du troisième mode de réalisation est similaire à la première boucle d'échange thermique 26 du système de récupération 40 du second mode de réalisation de l'invention à l'exception de l'existence d'un troisième échangeur de chaleur 60, également à l'extérieur de la cuve 2.
Dans la première boucle d'échange thermique 26, le troisième échangeur de chaleur 60 est disposé en aval du deuxième échangeur de chaleur 42, c'est-à-dire que le fluide caloporteur traverse tout d'abord, le premier échangeur de chaleur 36 puis, le deuxième échangeur de chaleur 42 et, enfin, le troisième échangeur de chaleur 60 avant de rejoindre l'unité de récupération 38.

13 La température du fluide caloporteur de la première boucle 26 est d'environ 80-100 C à l'entrée du premier échangeur de chaleur 36, d'environ 100 - 120 C à
l'entrée du deuxième échangeur de chaleur 42, d'environ 150 - 250 C à l'entrée du troisième échangeur de chaleur 60, et enfin d'environ 200 - 400 C à la sortie de celui-ci.
La seconde boucle d'échange thermique 62 comporte une conduite parcourue par un fluide caloporteur intermédiaire. La conduite traverse au moins une paroi 64 latérale de la cuve d'électrolyse 2, puis le troisième échangeur de chaleur 60.
Le fluide caloporteur intermédiaire comprend, par exemple, de l'hélium, de l'air ou un autre gaz inerte vis-à-vis de l'aluminium liquide.
Le fluide caloporteur intermédiaire récupère la chaleur des parois 64 de la cuve, et la délivre au troisième échangeur 60. Avant d'entrer dans le troisième échangeur 60, la température du fluide caloporteur intermédiaire est comprise entre 250-600 C.
En référence à la figure 6, le procédé de récupération d'énergie selon le troisième mode de réalisation de l'invention est identique au procédé de récupération selon le second mode de réalisation, à l'exception du fait qu'il comporte entre les étapes 106 et 112, une étape 108 et une étape 110.
Au cours de l'étape 108, le fluide caloporteur intermédiaire de la seconde boucle d'échange thermique 62, traverse la ou les parois 64 de la cuve d'électrolyse et est ainsi réchauffé.
Au cours de l'étape 110, le fluide caloporteur intermédiaire traverse le troisième échangeur de chaleur 60 et réchauffe ainsi le fluide caloporteur de la première boucle d'échange thermique 26 déjà préchauffé dans les échangeurs 36 et 42.
Au cours de l'étape 112, l'unité de récupération 38 génère de l'électricité à
partir de la chaleur récupérée par le fluide caloporteur ayant traversé le premier 36, le deuxième 42, et le troisième 60 échangeurs de chaleur.

14 En variante, des conduites de dérivation 39 sont montées de part et d'autre du deuxième échangeur de chaleur 42 pour permettre de le court-circuiter, par exemple, lors du nettoyage de cet échangeur de chaleur. Ainsi, avantageusement, les systèmes de récupération d'énergie peuvent continuer à récupérer de l'énergie à plus faible rendement, lors du nettoyage d'un échangeur de chaleur.
En variante, un laveur 32 est en outre installé entre l'unité de traitement 30 et la cheminée 34 dans les deuxième et troisième modes de réalisation de l'invention.
Comme les échangeurs de chaleur 36, 42 et 60 sont à l'extérieur de la cuve, ils sont facilement nettoyables et leur remplacement est facilité.
Comme les échangeurs 36 et 42 sont traversés par des fumées, ils peuvent s'encrasser et doivent pouvoir être nettoyés facilement.
Comme les échangeurs de chaleur 36, 42 et 60 sont à l'extérieur de la cuve, le risque d'attaque par l'aluminium est évité et les changements d'anode 10 ne sont pas gênés.
Avantageusement, le système de récupération 40, 56 des deuxième et troisième modes de réalisation de l'invention comprend deux circuits de traitement des fumées et gaz différents présentant des pourcentages de polluants différents et des températures différentes. Chaque circuit 24, 44 de traitement des fumées et gaz est adapté
aux taux de polluants dans ceux-ci.
Avantageusement, les systèmes de récupération 40, 56 des deuxième et troisième modes de réalisation permettent d'augmenter le rendement de la première boucle d'échange thermique 26 par le passage des fumées et gaz à température moyenne dans un premier échangeur 36, puis le passage des fumées et gaz à plus haute température dans un deuxième échangeur de chaleur 42, et éventuellement dans un troisième échangeur de chaleur 60 à température encore plus élevé.

Avantageusement, le système de récupération 56 selon le troisième mode de réalisation de l'invention comporte deux boucles d'échange thermiques 26, 62 aptes à
récupérer l'énergie, l'une, des parois 64 de la cuve d'électrolyse, l'autre, l'énergie des deux circuits 24, 44 de traitement des fumées et gaz.

Claims (14)

REVENDICATIONS :

1. Système (40, 56) de récupération d'énergie dégagée par au moins une cuve d'électrolyse ignée (2) générant des fumées et gaz (18, 29) lors de la fabrication d'aluminium (12), le système de récupération (40, 56) comportant une première boucle d'échange thermique (26) parcourue par un fluide caloporteur, la première boucle (26) comprenant :
- un premier échangeur de chaleur (36) parcouru par le fluide caloporteur; et - une unité de récupération (38) apte à récupérer la chaleur du fluide caloporteur ayant traversé le premier échangeur de chaleur (36);
le système de récupération (40, 56) comportant en outre :
- un circuit primaire (24) apte à collecter une partie des fumées et gaz (29) générés par la cuve d'électrolyse (2), le premier échangeur de chaleur (36) étant disposé à l'extérieur et à distance de la cuve d'électrolyse (2), le premier échangeur de chaleur (36) étant traversé par les fumées et gaz (29) collectés par le circuit primaire (24) pour chauffer le fluide caloporteur;
caractérisé en cc que le système de récupération (40, 56) comporte de plus un circuit secondaire (44) apte à collecter une autre partie des fumées et gaz (18) générés par la cuve d'électrolyse (2);
dans lequel la première boucle d'échange thermique (26) comporte un deuxième échangeur de chaleur (42) traversé par les fumées et gaz (18) collectés par le circuit secondaire (44) pour chauffer le fluide caloporteur, les fumées et gaz (18) collectés par le circuit secondaire (44) étant plus chauds et contenant une concentration plus élevée de polluants que les fumées et gaz (29) collectés par le circuit primaire (24); et la chaleur du fluide caloporteur ayant traversé le deuxième (42) échangeur de chaleur étant récupérée par l'unité de récupération (38).

2. Système de récupération d'énergie (56) selon la revendication 1, dans lequel la première boucle d'échange thermique (26) comporte un troisième échangeur de chaleur (60), et dans lequel le système de récupération d'énergie (56) comporte une seconde boucle d'échange thermique (62) parcourue par un fluide caloporteur intermédiaire, la seconde boucle d'échange thermique (62) étant conformée pour que le fluide caloporteur intermédiaire traverse le troisième échangeur de chaleur (60) et au moins une paroi (64) de la cuve d'électrolyse (2), l'unité de récupération (38) étant propre à
récupérer la chaleur du fluide caloporteur intermédiaire ayant traversé le troisième (60) échangeur de chaleur.

3. Système de récupération d'énergie (22, 40, 56) selon la revendication 2, qui comporte au moins une conduite de dérivation (39) propre à court-circuiter un moins l'un parmi le premier (36), le deuxième (42) et le troisième (60) échangeurs de chaleur.

4. Système de récupération d'énergie (22, 40, 56) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la cuve d'électrolyse (2) comprend :
- un bain d'électrolyte fondu (8) recouvert d'une croûte solidifiée (14);
- au moins un capot (20) coiffant la croûte solidifiée (14);
- au moins un piqueur-doseur (16) propre à percer la croûte solidifiée (14) et à
injecter de l'alumine dans le bain d'électrolyte (8); et dans lequel le circuit primaire (24) comporte un dispositif (28) de récupération des fumées et gaz (29) situé sous le capot (20) et dans lequel le circuit secondaire (44) comporte un dispositif (46) de récupération des fumées et gaz (18) dégagés au travers d'un trou percé périodiquement dans la croûte solidifiée (14) par le piqueur-doseur (16).

5. Système de récupération d'énergie (22, 40, 56) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel les fumées et gaz (18, 29) générés par la cuve d'électrolyse (2) comportent des poussières, du fluorure d'hydrogène gazeux et du dioxyde de soufre ; le circuit primaire (24) et/ou le circuit secondaire (44) comportant :

- une unité de traitement (30, 52) des fumées et gaz (18, 29) propre à filtrer les poussières contenues dans les fumées et gaz (18, 29) collectés par le circuit primaire (24) et/ou le circuit secondaire (44), et à éliminer une partie du fluorure d'hydrogène gazeux des fumées et gaz (18, 29) par adsorption sur de l'alumine fraiche ou partiellement fluorée; et - un laveur (32, 53) apte à éliminer une partie du dioxyde de soufre par absorption et réaction chimique.

6. Système de récupération d'énergie (22, 40, 56) selon la revendication 5, dans lequel l'unité de traitement (30, 52) est apte à éliminer une partie du fluorure d'hydrogène gazeux des fumées et gaz collectés par le circuit secondaire (44) par adsorption sur de l'alumine partiellement fluorée, ladite alumine partiellement fluorée étant obtenue par le traitement des fumées et gaz (29) collectés par le circuit primaire (24).

7. Système de récupération d'énergie (22, 40, 56) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel les fumées et gaz (18, 29) générés par la cuve d'électrolyse (2) comportent du dioxyde de carbone; le circuit secondaire (44) comportant un système de captation (54) apte à éliminer une grande partie du dioxyde de carbone contenu dans les fumées et gaz (18, 29).

8. Procédé de récupération d'énergie dégagée par une cuve d'électrolyse (2) ignée lors de la fabrication d'aluminium (12), par un système de récupération d'énergie (40, 56) comportant une première boucle d'échange thermique (26) parcourue par un fluide caloporteur, un circuit primaire (24) et un circuit secondaire (44), la première boucle d'échange thermique (26) comprenant un premier échangeur de chaleur (36), un deuxième échangeur de chaleur (42) et une unité de récupération (38), le procédé
comportant les étapes suivantes :
- collecte (100) d'une partie des fumées et gaz (29) générés par la cuve d'électrolyse (2), par ledit circuit primaire (24);

- traversée (102) du premier échangeur de chaleur (36) par les fumées et gaz (29) collectés et transportés à l'extérieur et à distance de la cuve d'électrolyse (2) par le circuit primaire (24), pour chauffer le fluide caloporteur;
- réchauffement (102) d'un fluide caloporteur par le passage des fumées et gaz (18,29) au travers du premier échangeur de chaleur (36);
- récupération (112) de la chaleur du fluide caloporteur ayant traversé le premier échangeur de chaleur (36) par l'unité de récupération (38);
caractérisé en ce que le procédé comporte en outre les étapes suivantes :
- collecte (104) d' une autre partie des fumées et gaz (18) générés par la cuve d'électrolyse (2) par le circuit secondaire (44), les fumées et gaz (18) collectés par le circuit secondaire (44) étant plus chauds et contenant une concentration plus élevée de polluants que les fumées et gaz (29) collectés par le circuit primaire (24);
- réchauffement (106) du fluide caloporteur par le passage des fumées et gaz (29) collectés par le circuit secondaire (44) au travers du second échangeur de chaleur (42); et - récupération (112) de la chaleur du fluide caloporteur ayant traversé le deuxième échangeur de chaleur (42) par l'unité de récupération (38).

9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel l'unité de récupération (38) génère de l'électricité et/ou du froid et/ou de la chaleur à partir de la chaleur du fluide caloporteur.

10. Procédé de récupération selon la revendication 8 ou 9, qui comporte en outre les étapes suivantes :
- réchauffement (108) d'un fluide caloporteur intermédiaire par la traversée d'au moins une paroi (64) de la cuve d'électrolyse (2), le fluide caloporteur intermédiaire parcourant une seconde boucle d'échange thermique (62);

- réchauffement (110) du fluide caloporteur par la traversée par le fluide caloporteur intermédiaire d'un troisième échangeur de chaleur (60) faisant partie de la première boucle d'échange thermique (26); et - récupération (112) par l'unité de récupération (38) de la chaleur du fluide caloporteur ayant traversé au moins le premier (36), le deuxième (42) et le troisième (60) échangeurs de chaleur.

11. Procédé de récupération selon l'une quelconque des revendications 8 à
10, dans lequel les fumées et gaz (18 ; 29) produits par la cuve d'électrolyse (2) comportent des poussières et du fluorure d'hydrogène gazeux, le procédé comportant une étape de traitement (114, 115) des fumées et gaz (18 ; 29) collectés par le circuit primaire (24) et/ou le circuit secondaire (44) par filtrage des poussières et élimination de la majeure partie du fluorure d'hydrogène gazeux, d'une part, par adsorption sur de l'alumine fraiche ou partiellement fluorée, d'autre part par filtrage.

12. Procédé de récupération selon la revendication 11, qui comporte une étape de traitement (115) d'une partie du fluorure d'hydrogène gazeux des fumées et gaz (29) collectés par le circuit secondaire (44) par adsorption sur de l'alumine partiellement fluorée, ladite alumine partiellement fluorée étant obtenue par le traitement des fumées et gaz (29) collectés par le circuit primaire (24).

13. Procédé de récupération selon l'une quelconque des revendications 8 à
12, dans lequel les fumées et gaz (18, 29) générés par la cuve d'électrolyse (2) comportent des poussières et du dioxyde de soufre, le procédé comportant une étape d'élimination (116, 117) d'une partie du dioxyde de soufre contenu dans les fumées et gaz (18, 29) collectés par le circuit primaire (24) et/ou dans les fumées et gaz (18) collectés par le circuit secondaire (44) par absorption et réaction chimique, dans un laveur (32, 53).

14. Procédé de récupération selon l'une quelconque des revendications 8 à
13, qui comporte une étape d'élimination (118) d'une partie du dioxyde de carbone contenue dans les fumées et gaz (18) collectés par le circuit secondaire (44) par une unité de captation (54).