CN103382562B - 再循环的罐气体的罐分配 - Google Patents

Abstract

本发明涉及再循环的罐气体的罐分配。一种铝生产电解池(14)包括具有浴槽内容物(18)的浴槽(20)、与所述内容物(18)接触的至少一个阴极电极(22)、与所述内容物(18)接触的至少一个阳极电极(16)，以及罩(36)，罩(36)限定覆盖所述浴槽(20)的至少一部分的内部区域(36a)。电解池(14)配备成以便从所述内部区域(36a)中抽出排出气体。电解池(14)还包括至少一个热交换器(74)，以在从内部区域(36a)中抽出的气体通过至少一个分配装置(90)而循环到内部区域(36a)之前，冷却该气体的至少一部分。

Description

再循环的罐气体的罐分配

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年5月4日提交的美国临时专利申请No. 61/642,555的优先权，该申请通过引用而整体地结合在本文中。

技术领域

本发明涉及这样的方法，该方法分配再循环的气体或“返回的”气体，以对铝生产电解池通气，铝生产电解池包括具有内容物的浴槽、与浴槽内容物接触的至少一个阴极电极、与浴槽内容物接触的至少一个阳极电极，以及覆盖浴槽的至少一部分的罩。

本发明还涉及用于将再循环的气体或“返回的”气体分配到上面提到的类型的铝生产电解池的分配装置。

背景技术

借助于电解过程，使用一个或多个铝生产电解池来生产铝。在US 2009/0159434中公开一个这种过程。这样的电解池典型地包括用于容纳浴槽内容物的浴槽，浴槽内容物包括在熔融铝的顶部上的 含有氟化物的矿物质。浴槽内容物与阴极电极块和阳极电极块接触。氧化铝通过沿着池的中心以及在成排的阳极之间的若干位置处的开口而定期供应到浴槽。

这样产生的铝产生排出气体，包括氟化氢、二氧化硫、二氧化碳等。必须以对环境负责的方式移除和处理这些排出气体。此外，由这种电解过程产生的热需要一些控制方式来避免与位于浴槽附近的池装备的过热相关联的问题。如US 2009/0159434中描述的那样，一个或多个气体管道可用来将排出气体和灰尘微粒抽离许多并行的电解池，以及将产生的热从池移除，以冷却池装备。为了实现这一点，借助于加压空气供应装置来在气体管道中产生吸力。这个吸力产生通过电解池的环境通气空气流。通过电解池的环境通气空气流冷却电解池装备，并且从中抽出产生的排出气体和灰尘微粒。这种加压空气流同样会产生通过电解池和气体管道的适当的气体流，以将产生的排出气体和灰尘微粒传送到气体处理装置。

发明内容

本发明的目标是提供这样的方法，即，该方法通过使用来自产生的排出气体的热且然后将排出气体再循环或返回到池来从铝生产电解池中移除产生的排出气体和热。与现有技术的方法相比，使用产生的热和使排出气体再循环会提高关于需要的资本投资和进行的生产运行成本的效率。

上面提到的目标由这样的方法实现，即，该方法将产生的排出气体再循环或返回到铝生产电解池，以对电解池通气，从而减少或消除冷却相关联的装备所需的环境空气的量。该方法可用于铝生产电解池，铝生产电解池包括浴槽、浴槽内容物、与浴槽内容物接触的至少一个阴极电极、与浴槽内容物接触的至少一个阳极电极，以及覆盖浴槽的至少一部分的罩。本方法包括：

从覆盖铝生产电解池浴槽的至少一部分的罩的内部区域中抽出气体；冷却气体的至少一部分，以获得冷却气体；以及使用定位成减少一个或多个间隙处的气体泄漏的至少一个分配装置来将冷却气体的至少一部分返回到罩的内部区域。

上面描述的方法的优点在于，与现有技术相比，需要清洁的气体的量显著地减少，因为未将大量环境空气添加到产生的排出气体的量以在清洁之前冷却产生的排出气体。同样，在没有大量的环境空气对产生的排出气体的稀释作用的情况下，从罩中抽出气体，以清洁携带在其中的浓度较高的污染物，诸如氟化氢、二氧化硫、二氧化碳、灰尘微粒等。具有浓度较高的污染物的气体使得下游装备(诸如例如气体处理单元、二氧化碳移除装置等)能够更高效地工作。此外，下游装备可构建成具有较小的尺寸，因为基于传送通过其中以进行清洁所需的减少的气体量，容量需求减小。装备大小和容量需求的这样的减小会降低整体生产系统所需的资本投资和进行的运行成本。

另一个优点在于，通过移除、冷却排出气体，以及使用定位成减少来自至少一个间隙的泄漏或者定位成冷却罩内部的特定“热点”的至少一个分配装置将排出气体返回到罩的内部区域，冷却电解池所需的环境空气的量减少，或者甚至消除。减少或消除对环境空气的使用会减少被气体传输到下游装备(诸如例如下游气体处理单元)的水分的量。已知水分会强烈地影响在与气体接触的装备上形成硬皮和硬壳的速率。因此，随着气体中的水分的量的减少，硬皮和硬壳的形成也减少。减少硬皮、硬壳和淀积物的形成会降低装备阻塞(诸如例如用于气体循环的热交换器和风扇的阻塞)的风险。

又一个优点在于，通过移除、冷却气体，以及使用定位成减少来自至少一个间隙的泄漏的至少一个分配装置来使气体返回到罩的内部区域，减少或甚至消除排出气体从罩中的不合需要的泄漏。至少一个分配装置用来使排出气体以较高的速度返回到罩的内部区域。这个较高的速度在罩泄漏点或“间隙”周围产生吸力，并且改变罩的内部区域内的压力分布。罩内的压力分布被返回的排出气体改变，从而有效地冷却热点，以实现较高效的系统运行，如下面更加详细地描述的那样。

根据一个实施例，在冷却至少一部分气体以获得冷却气体之后，从罩的内部区域中抽出的排出气体的总量的10%-80%返回到罩内部区域。这个实施例的优点在于，罩和位于罩的上部部分中的电解池装备被冷却气体充分地冷却。同样，在下游装备中清洁气体之前，气体内的污染物的浓度实现适当的提高。使用至少一个分配装置和冷却气体来冷却生产装备会减少或消除这种冷却所需的环境空气的量。这个实施例的又一个优点在于，从罩内部区域中抽出以进行冷却的热的排出气体对热交换器提供高的热值，这可用于其它系统过程。

根据另一个实施例，该方法进一步包括借助于第一热交换器来冷却从罩内部区域中抽出的气体的全部量，以产生冷却气体。然后冷却气体的一部分流到第二热交换器，以进行进一步的冷却，以在冷却气体的至少一部分通过至少一个分配装置而返回到罩的内部区域之前，产生更冷的气体。这个实施例的优点在于，使气体在第一热交换器中冷却到第一温度对于从罩内部区域中抽出的气体的整个量而言在商业上是可行的。第一热交换器这样冷却气体适于充分地冷却气体，以满足下游装备(诸如例如气体处理单元)的温度需要。使用第二热交换器来将冷却气体的一部分进一步冷却到第二更低的温度以获得更冷的气体特别可用于返回到罩内部区域的气体。因此，用来冷却内部区域的气体的一部分高效地冷却到比流到下游装备(诸如例如气体处理单元)的气体的一部分的温度更低的温度。

根据一个实施例，冷却介质首先传送通过第二热交换器，并且然后传送通过第一热交换器。因此，返回到罩的内部区域气体的一部分首先在第一热交换器中冷却，并且然后在第二热交换器中冷却，而冷却介质首先传送通过第二热交换器，并且然后传送通过第一热交换器，从而使冷却介质流相对于气体以逆流模式通过第一热交换器和第二热交换器。这个实施例的优点在于，通过逆流的流模式来冷却气体和加热冷却介质是非常高效的。

根据另一个实施例，待返回到罩的内部区域的更冷的气体首先流过气体处理单元，以移除存在于其中的至少一些氟化氢和/或二氧化硫和/或灰尘微粒，即，污染物。这个实施例的优点在于，更冷的气体然后相对来说干净，即，相对无污染物气体和/或灰尘微粒，这可降低罩内部区域中的装备、管道、风门、热交换器、风扇等腐蚀和磨损的风险。这样清洁更冷的气体还可降低与雇员暴露于未经处理的“脏”气体相关联的健康风险。

根据另一个实施例，返回到罩的内部区域的更冷的气体的至少一部分通过至少一个分配装置而返回，该分配装置在罩的内部区域中、在罩泄漏点处(典型地在池阳极周围的间隙处)产生低压吸力。这个实施例的优点在于，由于更冷的气体返回到罩而产生的吸力会减少来自罩的气体泄漏，可能会降低与雇员暴露于未经处理的“脏”气体相关联的健康风险。

根据一个实施例，更冷的气体的至少一部分通过至少一个分配装置而返回到罩内部区域的上部部分。这个实施例的优点在于降低罩内部区域的上部部分中由于热气体上升而达到极端温度的风险，从而减小布置在罩内部区域的上部部分中的电解池装备上的热负荷。

根据一个实施例，在气体在第一热交换器中冷却之前，从气体中移除气体中的灰尘微粒的至少一部分。这个实施例的优点在于，它减少这样的灰尘微粒对热交换器或类似的冷却装置或风扇引起的磨损和/或阻塞。

本发明的另一个目标在于，提供一种铝生产电解池，其在处理装备运行成本方面，比现有技术更高效。

借助于铝生产电解池来实现这个目标，铝生产电解池包括浴槽、浴槽内容物、与浴槽内容物接触的至少一个阴极电极、与浴槽内容物接触的至少一个阳极电极、覆盖浴槽的至少一部分的罩、由所述罩限定的内部区域、流体地连接到内部区域上以从所述内部区域中移除气体的至少一个抽吸管道、用于冷却借助于抽吸管道从所述内部区域中抽出的气体的至少一部分以产生冷却气体的至少一个热交换器、用于使经热交换器冷却的冷却气体的至少一部分返回到罩内部区域的至少一个返回管道，并且进一步包括与至少一个返回管道处于流体连通的至少一个分配装置，分配装置用于以在罩泄漏点或间隙处产生吸力的速度分配返回冷却气体，以及改变罩内部区域中的压力分布。

这个铝生产电解池的优点在于，气体的至少一部分被冷却和再利用，而非像现有技术的装备那样被丢弃和通过添加冷却空气、稀释空气、湿气、环境空气来代替。因而，由于仅需要对产生的排出气体添加少量环境空气或不必对产生的排出气体添加环境空气来进行冷却，所以随着气体量减少，清洁装备较高效地运行，并且可减小装备大小和容量需求。

根据一个实施例，风扇连接到返回管道上，以使气体循环到罩内部区域。这个实施例的优点在于，实现了使均匀且受控制的返回冷却气体流和/或更冷的气体流通往罩内部区域。

根据一个实施例，“至少一个热交换器”是用于冷却从罩内部区域中抽出的气体以获得冷却气体的第一热交换器，以及位于返回管道中的第二热交换器，第二热交换器用于进一步冷却冷却气体，以获得更冷的气体，以使更冷的气体返回到罩内部区域。这个实施例的优点在于，对用于返回到内部区域的气体的冷却可与对用于清洁处理的气体的冷却结合起来，以增加效率。

根据一个实施例，提供用于使冷却介质从冷却介质源流到第二热交换器的第一管，提供用于使冷却介质从第二热交换器流到第一热交换器的第二管，以及提供用于使冷却介质从第一热交换器流到冷却介质接受器的第三管。这个实施例的优点在于，离开第一热交换器的冷却介质的温度可能较高，例如，比从罩内部区域中抽出的气体的温度低仅大约10℃至30℃，从而使这种冷却介质可在过程的其它部分中用于实现加热目的。

根据一个实施例，返回管道是联合式保养管道和返回管道。因而，返回气体风扇布置成通过所述联合式保养管道和返回管道而以第一运行模式将返回的冷却气体和/或更冷的气体转送到罩内部区域。联合式保养管道和返回管道同样布置成以第二运行模式从罩内部区域中传输出气体。这个实施例的优点在于，同一返回管道可用于在正常运行期间，使经冷却气体返回到内部区域，以及用于在电解池维护和保养(即，对池添加消耗品，更换用过的碳阳极，用再循环的浴槽内容物和氧化铝覆盖池等)期间，从罩内部区域中抽出气体。

根据以下详细描述和权利要求，本发明的另外的目标和特征将是显而易见的。

附图说明

参照附图，在下面更加详细地描述本发明，在图中：

图1是铝生产装置的示意性侧视横截面图；

图2是根据第一实施例的铝生产电解池的放大的示意性侧视横截面图；

图3是从图2剖开的罩的顶部的一部分的示意性仰视图；以及

图4是根据第二实施例的图1的铝生产装置的一部分的示意性侧视横截面图。

具体实施方式

图1是铝生产装置10的示意图。铝生产装置10的主要构件包括铝生产电解池室12，在铝生产电解池室12中可布置许多铝生产电解池14。在图1中，为了清楚和简洁，描绘仅一个铝生产电解池14，但将理解的是，电解池室12可典型地包括50至200个电解池14。铝生产电解池14包括许多阳极电极16，典型地是六至三十个阳极电极16，它们典型地布置成沿着电解池14的长度延伸且延伸到浴槽20的内容物18中的两个平行的排。一个或多个阴极电极22也位于浴槽20内。在电解池14中发生的过程可为众所周知的Hall-Héroult过程，其中，氧化铝在包含矿物质的熔融氟中溶解，并且被电解而形成铝，因此电解池14起电解池的作用。粉末氧化铝从集成在电解池14的上层结构26中的料斗(未显示)馈送到电解池14。借助于馈送器28，粉末氧化铝馈送到浴槽20。各个馈送器28可设有馈送管30、馈送端口32和破壳机34，破壳机34可运行来在常常形成于内容物18的表面18a上的硬壳中形成开口。在US 5,045,168中描述了破壳机34的示例。

在电解池14中发生的电解过程会产生大量热、灰尘微粒和排出气体，排出气体包括(但不限于)氟化氢、二氧化硫和二氧化碳，即，污染物。罩36布置在浴槽20的至少一部分上面，并且限定内部区域36a。抽吸管道38通过罩36的顶部36b而流体地连接到内部区域36a上。所有并行的电解池14的类似的抽吸管道38流体地连接到一个收集管道40上。风扇42将气体从收集管道40抽送到气体处理单元44。风扇42优选位于气体处理单元44的下游，以在气体处理单元44中产生负压。但是，作为备选方案，风扇42也可位于收集管道40中。风扇42通过流体地连接的抽吸管道38和收集管道40而在罩36的内部区域36a中产生吸力。由于这个吸力，一些较小量的环境空气可主要通过侧壁门48之间的间隙或开口46，而被吸到内部区域36a中，为了清楚，在图1的说明中已经移除了侧壁门48中的一些。通过抽吸管道38而离开内部区域36a的气体包括较小量的环境空气、在铝生产过程中产生的排出气体和灰尘微粒。

在气体处理单元44中，气体在接触反应器50中与吸收剂混合，吸收剂典型地可为氧化铝，后面在铝生产过程中利用氧化铝。氧化铝与气体的一些成分反应，特别是氟化氢、HF和二氧化硫(SO₂)。然后，织物过滤器54从气体中分离出由于氧化铝与氟化氢和二氧化硫反应而形成的颗粒反应产物。除了从气体中移除氟化氢和二氧化硫，气体处理单元44通过织物过滤器54也分离来自内部区域36a的气体携带的灰尘微粒的至少一部分。在US 5,885,539中描述了适当的气体处理单元44的示例。

可选地，从气体处理单元44中流出的气体在二氧化硫移除装置56中被进一步处理。二氧化硫移除装置56移除在气体处理单元44中被处理之后的气体中留下的大部分二氧化硫。二氧化硫移除装置56可为例如海水洗涤器(诸如在US 5,484,535中公开的那个)、石灰石湿法洗涤器(诸如在EP 0 162 536中公开的那个)，或者利用碱性吸收物质来从气体中移除二氧化硫的另一个这种装置。

可选地，从气体处理单元44或二氧化硫移除装置56(如情况可能的那样)中流出的气体可通过流体地连接的管道58而传送到二氧化碳移除装置60，二氧化碳移除装置60从气体中移除二氧化碳中的至少一些。二氧化碳移除装置60可为适于从排出气体中移除二氧化碳气体的任何类型。适当的二氧化碳移除装置60的示例是针对冷冻氨过程而配备的。在冷冻氨过程中，气体在吸收器62中在低温(诸如0℃至10℃)下与例如碳酸铵和/或碳酸氢铵溶液或浆料接触。溶液或浆料选择性地从气体中吸收二氧化碳气体。因此，主要包含氮气和氧气的清洁气体通过流体地连接的清洁气体管道64而从吸收器62中流出，并且通过流体地连接的烟囱66而释放到大气中。用过的碳酸铵和/或碳酸氢铵溶液或浆料从吸收器62传输到再生器68，在再生器68中，碳酸铵和/或碳酸氢铵溶液或浆料被加热到例如50℃至150℃的温度，以释放呈浓缩气体形式的二氧化碳。然后，再生的碳酸铵和/或碳酸氢铵溶液或浆料返回到吸收器62。浓缩二氧化碳气体通过流体地连接的管道70，从再生器68流到气体处理单元72，在气体处理单元72中，浓缩二氧化碳气体被压缩。例如可通过将被压缩的浓缩二氧化碳泵送到旧矿等中，来处理被压缩的浓缩二氧化碳。在US 2008/0072762中公开上面描述的类型的二氧化碳移除装置60的示例。将理解的是，也可利用其它二氧化碳移除装置。

图2是铝生产电解池14的放大示意性侧视图。为了清楚，仅两个阳极电极16描绘在图2中。如前文参照图1所公开的那样，风扇42将通气气体从罩36的内部区域36a抽送到流体地连接的抽吸管道38中。由于风扇42产生的吸力的原因，从内部区域36a吸入的排出气体进入抽吸管道38。

再次参照图1，第一热交换器74布置在管道38中。冷却介质(通常为冷却流体，诸如液体或气体，例如冷却水或冷却空气)通过供应管76供应到热交换器74。冷却介质可转送自冷却介质源78，冷却介质源78可为例如环境空气、湖或海、区域加热系统的水罐等。因此，如果冷却介质为液体，则热交换器74可为气体-液体热交换器，或如果冷却介质为气体，则热交换器74为气体-气体热交换器。冷却介质例如可以相对于传送通过热交换器74的排出气体流沿逆流、平行流或交叉流的方向循环通过热交换器74 。通常，优选地使冷却介质相对于排出气体逆流地循环通过热交换器74，以在排出气体离开热交换器74之前，获得对冷却介质的最大热传递。典型地，冷却介质具有40℃至100℃的温度。作为备选方案，如果冷却介质为来自池室12的室内空气，则冷却介质将典型地具有高于环境空气的温度大约10℃的温度。通过抽吸管道38从内部区域36a抽出的排出气体可典型地具有90℃到200℃的温度，但是温度还可为高达300℃，或甚至更高。在热交换器74中，排出气体冷却到典型地70℃至130℃的温度，以产生冷却气体。随着排出气体被冷却，冷却介质的温度典型地提高到60℃至110℃，或甚至更高。因此，具有60℃至110℃或高达270℃的温度的经加热冷却介质例如通过管80而离开热交换器74。通过管80离开的冷却介质可转送到冷却介质接受器82，例如，环境空气、湖或海、区域加热系统的水罐等。经加热冷却介质可然后循环到过程的其它部分(例如在前文中描述的再生器68中)和用于过程的其它部分中。经加热冷却介质还可以其它方式使用，诸如例如，用于生产区域加热水，用于使用热水来驱动吸收冷却器的区域冷却系统中，或用作用于脱盐装置的热源，如专利申请WO2008/113496中描述的那样。

返回管道84流体地连接到热交换器74上。返回管道84使冷却气体返回到内部区域36a，以冷却内部区域36a中的热点，以及罩36的顶部36b中的生产装备。因而，冷却气体通过供应管道88循环回到内部区域36a。供应管道88具有分配装置90，以将冷却气体分配在内部区域36a的热点中，并且如果期望的话，以在内部区域36a中在开口46处产生吸力。在内部区域36a中在开口46处的吸力阻止或减少排出气体从内部区域36a泄漏，泄露对于工人可为有害的。

分配装置90可在本实施例中用于至少两个不同的目的。如上面提到的那样，一个目的是减少在开口46处来自罩36的内部36a的气体泄漏。因而，分配装置90用来减少来自罩36的气体泄漏，而不需要风扇42提高吸力。在现有技术铝生产装置中，气体泄漏能通过下者减少：提高风扇吸力，这会提高气体处理单元中处理的气体的量；或通过减小气体泄漏所通过的开口的大小。因为罩中的盖之间的间隙和在阳极柱和罩之间的间隙的原因，进行气体泄漏所通过的开口是不可避免的。这样的间隙或开口因此已经减到最小，并且难以进一步减小。

分配装置90通过问题的全新解决方法来减少气体泄漏。使分配装置90减少气体泄漏的一个机制在于，分配装置90分配的冷却气体/更冷的气体减少罩36的内部区域36a中的热的气体的“浮力作用”。热的气体的“浮力作用”指的是热的气体没有那么稠密，并且从而比更冷的气体浮力更高。热的气体的浮力导致通过罩36的顶部36b中的开口46的大多数气体泄漏。分配装置90定位在罩36的内部区域36a中，以将冷却气体/更冷的气体分配到罩36的顶部36b，从而在罩36的顶部36b中产生冷却/更冷的气体与热的气体的混合物。与其中热的气体在内部区域36a的顶部36b处且更稠密的气体在下面的情况的温度梯度相比，这个混合导致在内部区域36a中有更温和的温度梯度。

使分配装置90减少气体泄漏的第二机制在于，分配装置90分配的冷却气体/更冷的气体作为高速射流相对于开口46在特定位置处引入，以产生局部吸力区域，以减少导致开口46处的气体泄漏的过压。如示出在图3中，分配装置90用来将冷却气体/更冷的气体分配为平行于开口46而流动的高速射流，因而产生远离开口46的局部气体抽吸，因而平衡开口46处的过压。为了这个目的，分配装置90所分配的冷却气体/更冷的气体处于大约10至15米/秒的速度。

分配装置90在本实施例中还可用于另一个目的：冷却罩36的内部区域36a。分配装置90能定位在内部区域36a内，以将冷却气体/更冷的气体分配在上层结构26上的特定位置处，以降低不期望的“热点”中的温度。冷却不期望的热点的一个理由是控制上层结构26的尺寸稳定性或保护敏感的装备，诸如馈送器28，如示出在图1中的那样。使用分配装置90来进行电解池14冷却也可为必须的或合乎需要的，因为铝生产工业中的趋势是能量消耗量大的浴槽20越来越大，其往往比以前使用的那些更热。在一些点处，浴槽20中的内容物18的表面18a的冷却可为必须的，诸如在温度高于300℃的情况下。

分配装置90还可在本实施例中用于另一个目的：提供额外的方法来独立控制浴槽20的热平衡。结合功率调制，这样是特别有益的，在功率调制中，当对电网的功率需求高和电的价格高时，通往浴槽20的功率减少。

分配装置90的额外的有益目的包括使得能够减小相关联的气体处理单元44的大小/体积容量，并且使得能够进行热回收，如前面提到的那样。

电解池14内的装备(特别是位于内部区域36a的顶部36b中的装备)需要保护，以防止暴露于非常热的气体。为了获得这种装备的安全运行和长的使用寿命，内部区域36a的顶部36b中的温度应当优选为小于大约200℃至250℃，以避免装备热负荷太高或最大程度地减小装备热负荷。此外，产生在铝生产过程中的排出气体是热的，并且往往积累在罩36的顶部36b之下。对于顶部36b处的非常高的温度，这样积累的排出气体的泄漏风险提高。通过经由分配装置90将冷却气体/更冷的气体供应到顶部36b，顶部36b中的气体被冷却。这样的冷却减少电解池14内由于极端温度引起的装备故障的风险，以及减少积累的热的排出气体的泄漏，泄漏可对雇员造成伤害。

如前面简要地提到的那样，通过分配装置90分配在顶部36b中的冷却气体/更冷的气体用来改变电解池14内的温度和压力分布。因而，本实施例的温度和压力分布在顶部36b处具有更低温度(更稠密/更高压力)，并且朝向浴槽20处的氧化铝馈送端口32具有不断升高的温度(不那么稠密/更低的压力)，如示出在图1中的那样。这种温度和压力分布对于电解池14内的装备的寿命有益，并且显著不同于其中温度在顶部处更高的现有技术的生产方法和系统。

来自分配装置90的冷却气体/更冷的气体冷却内部区域36a。用于冷却目的的冷却气体/更冷的气体减少或代替用于冷却的室内环境空气的使用。因此，室内环境空气有目的地不被通过开口46以与现有技术的情况下相同的程度抽送到内部区域36a中来冷却电解池14。而且另外，来自内部区域36a的排出气体的至少一部分作为冷却气体/更冷的气体而通过分配装置90分配回到内部区域36a导致在气体中有提高的浓度的污染物，诸如氟化氢、二氧化硫、二氧化碳和灰尘微粒。典型地，在热交换器74中冷却而获得冷却气体之后，从内部区域36a抽出的排出气体的总量的大约10%至大约80%被循环回到内部区域36a。因此，与现有技术的方法和系统相比，在气体处理单元44中清洁的总气体流减少。通往气体处理单元44的气体流减少是优点，因为气体处理单元44从而具有较低的气体容量需求，这以m³/h为单位进行测量。因而，与气体处理单元44相关联的所需要的资金投资和进行的运行成本各自被减少。减少抽入内部区域36a中以对其进行冷却的室内环境空气的量的另一个优点是减少通过气体处理单元44的气体所传输的水分的量。这种水分主要源自环境空气中的水分。传送通过气体处理单元44的水分的量(以kg/h为单位进行测量)对接触气体的气体处理单元44构件(诸如接触反应器50和织物过滤器54)上的硬皮和硬壳的形成有很大影响。通过减少传送通过气体处理单元44的水分的量，可减少与形成在气体处理单元44内的硬皮和硬壳相关联的维护和运行成本。而且另外，基于减少的气体流，可选的二氧化碳移除装置60还能为较低的容量设计，因而降低与其相关联的成本。气体处理单元44可用于清洁具有较高浓度的氟化氢气体和二氧化硫气体的气体。较高浓度的这样的污染物气体使气体处理单元44的清洁过程更高效。这对于二氧化碳移除装置60也是这样。二氧化碳移除装置60用于处理具有较高浓度的二氧化碳的气体，因而使吸收器62更高效地工作。

可选地，灰尘移除装置92可在抽吸管道38内定位在热交换器74的上游。灰尘移除装置92可例如为织物过滤器、旋风收尘器或用于在气体流到热交换器74中之前移除气体携带的灰尘微粒的至少一部分的类似的灰尘移除装置。灰尘移除装置92降低灰尘微粒阻塞热交换器74的风险，并且还降低灰尘微粒在热交换器74中产生磨损的风险等。

图4是根据第二实施例的图1的铝生产装置10的一部分的示意性侧视图。图4的铝生产装置的许多特征类似于图1的那些特征，并且那些特征被赋予相同参考标号。

现在参照图4，抽吸管道38通过罩36流体地连接到内部区域36a上，以将排出气体从内部区域36a中抽出。热交换器74在管道38内布置在罩36的下游不远处。冷却介质(诸如冷却水或冷却空气)通过供应管476被供应到热交换器74，以便以前文参照图1所公开的类似的方式冷却气体。用过的冷却介质通过管80离开热交换器74。

根据本实施例，第一热交换器74的下游是布置成与返回管道84处于流体连接的第二热交换器494。呈冷却流体的形式的冷却介质(诸如冷却水或冷却空气)从冷却介质源78通过第一管480供应到第二热交换器494。部分地用过的冷却流体离开第二热交换器494，并且通过供应管476供应到第一热交换器74。用过的冷却流体通过管80离开第一热交换器74。管80流体地连接到冷却介质接受器82上，例如，环境空气、湖或海、区域加热系统的水罐等。

流体地连接到第二热交换器494上的返回管道84流体地连接到供应管道88上。供应管道88布置在内部区域36a内部。供应管道88配备有分配装置90，以将经冷却气体分配在内部区域36a中。

因此，根据图4中示出的实施例，从内部区域36a抽出的至少一部分气体被冷却和循环回到内部区域36a。经冷却气体在两个级中的至少一个中冷却。从内部区域36a抽出的至少一部分气体首先在第一热交换器74中冷却。来自第一热交换器74的经冷却气体的一部分可以可选地通过管道440传输到气体处理单元44，而不进行进一步冷却。来自第一热交换器74的经冷却气体的至少一部分通过管道484传输到第二热交换器494。第二热交换器494进一步冷却来自第一热交换器74的经冷却气体。经进一步冷却的气体然后通过返回管道84从第二热交换器494流出。典型地通过管480供应到第二热交换器494的冷却流体可具有大约40℃至大约80℃的温度。通过管476离开第二热交换器494的部分地用过的冷却流体可典型地具有大约60℃至大约100℃的温度。通过管80离开第一热交换器74的用过的冷却流体可典型地具有大约80℃至大约180℃或甚至高达270℃或甚至更高的温度。通过抽吸管道38从内部区域36a抽出的排出气体典型地具有大约90℃至大约200℃或甚至更高的温度。在第一热交换器74中，气体冷却到典型地为大约70℃至大约130℃的温度，即，为冷却气体。通过供应管道88循环到内部区域36a的气体典型地在第二热交换器494进一步冷却到典型地为大约50℃至大约110℃的温度，即，为更冷的气体。作为可选的备选方案，冷却气体和/或更冷的气体可循环通过气体处理单元44，以在气体循环或返回到内部区域36a之前，从气体中移除至少一些氟化氢或其它污染物。

与前文参照图1公开的电解池14相比，电解池414提高对冷却流体的热传递，因为热交换器74、494相对于冷却流体流和气体流串联地定位，以及冷却流体和被冷却的气体相对于彼此逆流地流动。对冷却流体的提高的热传递会提高冷却流体的价值。此外，与前文参照图1所描述的实施例相比，冷却气体被冷却到更低的温度。循环和使用冷却气体而非使用添加的稀释性环境空气导致气体处理单元44和二氧化碳移除装置60清洁较低量的气体流，从而导致降低的装备容量需求和投资成本。

作为相对于冷却流体流和经冷却气体流而串联地布置两个热交换器74、494的备选方案，两个热交换器，74、494可各自相对于冷却流体彼此独立地运行。各个热交换器甚至可用不同的类型的冷却流体运行。

总体而言，铝生产电解池14包括具有内容物18的浴槽20、接触内容物18的至少一个阴极电极22、接触内容物18的至少一个阳极电极16和罩36，罩36限定覆盖所述浴槽20的至少一部分的内部区域36a。抽吸管道38流体地连接到内部区域36a上，以从内部区域36a移除排出气体。电解池14包括用于冷却通过管道38而从内部区域36a中抽出的气体的至少一部分的至少一个热交换器74，以及至少一个返回管道84，至少一个返回管道84用于通过分配装置90而使经热交换器74冷却的经冷却气体的至少一部分循环到内部区域36a。

虽然参照多个优选实施例对本发明进行了描述，但本领域技术人员将理解，可在不偏离本发明的范围的情况下做出各种改变，而且等效物可代替本发明的元件。另外，可在不偏离本发明的实质范围的情况下作出许多修改，以使具体情况或内容适于本公开的教导。因此，意图的是本发明不限于被公开为为了执行本发明而构想的最佳模式的特定实施例，相反，本发明将包括落在所附权利要求的范围内的所有实施例。此外，使用用语第一，第二等不表示任何顺序或重要性，而是相反，用语第一，第二等用来使一个元件与另一个元件区别开。

Claims (13)

1.一种对铝生产电解池通气的方法，包括：

从电解池罩的内部区域中抽出气体，

冷却所述气体的至少一部分，以形成冷却气体，以及

通过一个或多个分配装置来使所述冷却气体的至少一部分循环到所述内部区域；

其中，所述方法进一步包括

使用第一热交换器来冷却从所述内部区域中抽出的气体的仅仅一部分，

从所述第一热交换器中抽出经冷却气体的一部分，

使从第一热交换器中抽出的经冷却气体的至少一部分循环到第二热交换器，以进一步冷却气体，以获得更冷的气体，以及

通过所述一个或多个分配装置来使所述更冷的气体的至少一部分循环到所述内部区域；

其中，所述第一热交换器和第二热交换器各自相对于冷却流体彼此独立地运行，并且借助于所述一个或多个分配装置使经冷却气体循环到所述内部区域而在开口处产生局部吸力，其中所述一个或多个分配装置用来将所述经冷却气体或更冷的气体分配为平行于所述开口而流动的高速射流。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括在冷却之后，使从所述内部区域中抽出的气体的总量的10%至80%循环回到所述内部区域。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，冷却流体首先传送通过所述第二热交换器，并且然后传送通过所述第一热交换器。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述经冷却气体或所述更冷的气体首先循环通过气体处理单元，以在循环到所述内部区域之前，从所述经冷却气体或所述更冷的气体中移除至少一些氟化氢气体。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述经冷却气体或所述更冷的气体的至少一部分由至少一个分配装置分配到所述电解池内的馈送器。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述经冷却气体或所述更冷的气体的至少一部分循环到所述内部区域的顶部。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在冷却从所述内部区域中抽出的气体之前，从所述气体中移除所述气体携带的灰尘微粒的至少一部分。

8.一种铝生产电解池，包括：

具有内容物的浴槽；

与所述内容物接触的至少一个阴极电极；

与所述内容物接触的至少一个阳极电极；

罩，其限定覆盖所述浴槽的至少一部分的内部区域；

抽吸管道，其流体地连接到所述内部区域上，以从所述内部区域中抽出排出气体，并且将所述排出气体抽到至少一个热交换器中，以冷却所述气体的至少一部分；以及

至少一个返回管道，其用于通过至少一个分配装置来使经所述热交换器冷却的所述气体的至少一部分循环到所述内部区域；

其中，所述热交换器是用于冷却从所述内部区域中抽出的气体的仅仅一部分的第一热交换器，以及布置成进一步冷却后来通过至少一个分配装置而循环到所述内部区域的气体的第二热交换器；

其中，所述第一热交换器和第二热交换器各自相对于冷却流体彼此独立地运行，并且所述至少一个分配装置使冷却气体循环到所述内部区域，从而在开口处产生局部吸力，其中所述至少一个分配装置用来将冷却气体或更冷的气体分配为平行于所述开口而流动的高速射流。

9.根据权利要求8所述的铝生产电解池，其特征在于，所述至少一个分配装置用来使经冷却气体循环到所述内部区域中的热点。

10.根据权利要求8所述的铝生产电解池，其特征在于，第一管布置成将冷却介质转送到所述第二热交换器，第二管布置成将所述冷却介质从所述第二热交换器转送到所述第一热交换器，而第三管布置成处理来自所述第一热交换器的冷却介质。

11.根据权利要求8所述的铝生产电解池，其特征在于，用于使经冷却气体循环到内部区域的所述至少一个分配装置布置在所述内部区域的顶部中。

12.根据权利要求8所述的铝生产电解池，其特征在于，灰尘移除装置布置在所述至少一个热交换器的上游，以在所述至少一个热交换器中冷却所述气体之前，移除所述气体的灰尘微粒的至少一部分。

13.根据权利要求8所述的铝生产电解池，其特征在于，所述至少一个分配装置使冷却气体循环到所述内部区域，从而改变所述内部区域内的温度和压力分布。