DE1007069B

DE1007069B - Process and device for the extraction of exhaust gases from electrolytically operated melting furnaces

Info

Publication number: DE1007069B
Application number: DEE11093A
Authority: DE
Original assignee: Elektrokemisk AS
Current assignee: Elektrokemisk AS
Priority date: 1954-08-04
Filing date: 1955-08-03
Publication date: 1957-04-25
Also published as: CH334390A

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von Abgasen aus elektrolytisch betriebenen Schmelzöfen Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Gewinnung von Anodengasen aus Öfen für die schmelzelektrolytische Herstellung von Aluminium und anderen Metallen.Method and device for the production of exhaust gases from electrolytic processes operated melting furnace The invention relates to a method and an apparatus for the extraction of anode gases from furnaces for the production of melting electrolytes of aluminum and other metals.

Es ist bekannt, daß man in Elektrolyseöfen. mit Söderberg-Anoden, bei denen der Strom durch vertikale Kontaktbolzen zugeführt wird, unverbrannte und unverdünnte Anodengase mittels einer die Anode umgebenden Gassammelvorrichtung auffangen kann. Von dieser Möglichkeit wird in vielen Aluminiumwerken Gebrauch gemacht, Da die Masse der Söderberg-Anoden aus kalziniertem Koks mit Pech als Bindemittel besteht, werden während des Backens der Elektrode flüchtige Bestandteile des Bindemittels verflüchtigt und die Ofengase durch Teerdämpfe stark verunreinigt. Diese Dämpfe werden in den Gasleitungen teilweise kondensiert und können leicht zu deren Verstopfung führen. Aus diesem Grund hat man es bisher vorgezogen, die Gase nahe der Anode einer Verbrennungskammer zuzuleiten. Hier wird Luft zugeführt, und die Teerdämpfe verbrennen zusammen mit CO-Gas. Diese Verfahrensweise bewirkt, daß das Gasvolumen auf das Zwanzigfache ansteigt und der Brennwert des wertvollen CO-Gases verlorengeht.It is known that in electrolytic furnaces. with Söderberg anodes, where the current is fed through vertical contact pins, unburned and Collect undiluted anode gases using a gas collecting device surrounding the anode can. Many aluminum plants make use of this option, Da the mass of the Söderberg anodes consists of calcined coke with pitch as a binding agent, volatile constituents of the binder become during the baking of the electrode volatilized and the furnace gases heavily contaminated by tar fumes. These fumes are partially condensed in the gas pipes and can easily clog them to lead. For this reason, it has hitherto been preferred to keep the gases close to the anode of a To supply combustion chamber. Air is supplied here and the tar fumes burn together with CO gas. This procedure causes the gas volume to be twenty times increases and the calorific value of the valuable CO gas is lost.

Bisher wagte man nicht, unverbrannte Ofengase zur Ausnutzung ihres Brennwertes zunächst in Gasreinigungsanlagen zu leiten, die gegebenenfalls außerhalb des Gebäudes liegen, in dem die Schmelzelektrolyse ausgeführt wird. Dies hat seinen Grund darin, daß die Gase einen Teergehalt aufweisen und eine große Explosionsgefahr gegeben ist, wenn beim Einbrechen der Kruste über dem Kryolithbad Luft zuströmen kann.So far, no one dared to use unburned furnace gases to their advantage The calorific value must first be fed into gas cleaning systems, possibly outside of the building in which the smelting electrolysis is carried out. This has its The reason is that the gases have a tar content and a great risk of explosion is given when air flows in over the cryolite bath when the crust breaks in can.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Gewinnung eines gereinigten, konzentrierten und unverbrannten Gases aus Öfen für die schmelzelektrolytische Herstellung von Aluminium und anderen Metallen.The invention relates to a method and a device for Obtaining a purified, concentrated and unburned gas from furnaces for the electrolytic production of aluminum and other metals.

Gemäß dem Verfahren werden Ofengase durch einen thermisch gut isolierten Behälter, der eine Schicht von auf Temperaturen im Bereich von 600 bis 1000°, vorzugsweise 700 bis 900°, erhitzte Füllkörper aufweist, hindurchgeleitet. Beim Erhitzen der Ofengase auf diese Temperaturen tritt eine praktisch vollständige Spaltung, ein Cracken der Teerdämpfe in einfache Kohlenwasserstoffe und an den Füllkörpern eine Abscheidung von Kohlenstoff ein.According to the method, furnace gases are thermally well insulated by a Container that has a layer of at temperatures in the range of 600 to 1000 °, preferably 700 to 900 °, heated filler body, passed through. When heating the At these temperatures, furnace gases are practically completely split Cracking the tar vapors into simple hydrocarbons and on the packing one Deposition of carbon.

Die Temperatur des Füllmaterials wird durch Zuleitung einer geringen Menge Luft an der Stelle, an der das Gas in dem Behälter eintritt, aufrechterhalten. Ein Teil des CO-Gases verbrennt unter Abgabe von Wärme, und die Verbrennungswärme gestattet die Temperatur der Füllkörper auf der gewünschten Höhe zu halten. Da die Temperatur der Abgase an der Eingangsseite des Behälters normalerweise etwa 500° beträgt, genügt theoretisch eine Verbrennung von etwa 4 Volumprozent CO, um die Temperatur im Bereich von 600 bis 1000° zu halten. Da nun Wärmeverluste unvermeidlich auftreten, ist es jedoch praktisch erforderlich, zwischen etwa 6 und 10 Volumprozent C O zu verbrennen. Die Temperatur der Füllkörper kann dadurch auf .der vorbestimmten Höhe gehalten werden, daß die Luftzufuhr über ein Thermoelement gesteuert wird, das z. B. bei Unterschreiten oder Überschreiten einer Temperatur von 800° anspricht.The temperature of the filling material is maintained by supplying a small amount of air at the point where the gas enters the container. Some of the CO gas burns, giving off heat, and the heat of combustion allows the temperature of the packing to be kept at the desired level. Since the temperature of the exhaust gases on the inlet side of the container is normally around 500 °, a combustion of around 4 volume percent CO is theoretically sufficient to keep the temperature in the range of 600 to 1000 °. Since heat losses now inevitably occur, however, it is practically necessary to burn between about 6 and 10 percent by volume of CO. The temperature of the packing can thereby be kept on .der predetermined level that the air supply is controlled by a thermocouple, the z. B. responds when falling below or exceeding a temperature of 800 °.

Als Füllkörper können feuerfeste Steine verwendet werden. Zweckmäßig sind Schamottekugeln, die eine durchlässige Füllkörperschicht ergeben.Refractory bricks can be used as fillers. Appropriate are fireclay balls that create a permeable filler layer.

Besonders günstig ist, wie gefunden wurde, die Anwendung von Koks. Zweckmäßig ist eine Körnung von 10 bis 20 mm. Da Koks in allen Aluminiumwerken benötigt wird, erübrigt sich die Beschaffung eines besonderen Füllkörpermaterials. Die Anwendung von Koks bietet mehrere bedeutende Vorteile. Zum Ingangsetzen des Behälters, in dem die Spaltung stattfindet, wird in sehr 'einfacher und zuverlässiger Weise die Füllkörperschicht aus Koks wie ein gewöhnlicher Koksofen angeheizt. Sobald der Koks glüht, wird das Abgas vom elektrolytischen Schmelzofen durch den Behälter geleitet. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß mit der Koksfüllung jede Explosionsgefahr ausgeschaltet ist, wenn beim Einbrechen der Kruste über dem Kryolithbad Luft zu den Ofengasen hinzutritt, weil diese unerwünschte Luft sofort mit dem glühenden Koks reagiert und somit das aus dem Zuleitungsraum austretende Ofengas praktisch sauerstofffrei ist.As has been found, the use of coke is particularly favorable. A grain size of 10 to 20 mm is appropriate. Because coke is needed in all aluminum plants there is no need to procure a special packing material. The application of coke offers several significant advantages. To start the container, in to which the split takes place, the A packed layer of coke is heated like an ordinary coke oven. As soon as the coke glows, the exhaust gas from the electrolytic melting furnace is passed through the container. Another advantage is that there is no risk of explosion with the coke filling is switched off if, when the crust breaks in, air increases over the cryolite bath the furnace gases added because this unwanted air immediately with the glowing coke reacts and thus the furnace gas emerging from the supply chamber is practically oxygen-free.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung besteht im wesentlichen in einer an die Gassammelvorrichtung des schmelzelektrolytischen Ofens angeschlossenen Vorrichtung, welche eine Reaktionskammer mit feuerfester Ausmauerung, eine mit Durchgangswegen versehene Unterlage für das Füllkörpermaterial sowie dieses aufweist.The device according to the invention consists essentially of one device connected to the gas collecting device of the melting electrolytic furnace, which has a reaction chamber with refractory lining, one with passageways provided underlay for the packing material as well as this.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung erläutert. Diese veranschaulicht einen Vertikalschnitt durch einen Teil eines Elektrolyseofens für die Aluminiumerzeugung. 1 ist die Ofenwanne, 2 die feuerfeste Ausmauerung, 3 das flüssige Aluminium, das den Ofenboden bedeckt und als Kathode wirkt, 4 das Kryolithbad, 5 erstarrtes Bad und 6 die Söderberg-Anode mit vertikalen Kontaktbolzen 7. In der Zeichnung ist nur ein Kontaktbolzen dargestellt. 8 ist der permanente Mantel, der die Elektrode formt; an dessen unterem Mantelflansch ist eine Gassammelvorrichtung 9 vorgesehen, die mit ihrem Seitenflansch 10 und dem Oxyd 11 über dem erstarrten Bad 5 einen gasdichten Raum bildet, in dem das Ofengas aufgefangen werden kann. Die oberhalb dieser Gassammelvorrichtung angeordnete Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem Behälter 12 mit feuerfester Ausmauerung 13 und einer Isolation 14. Auf dem Rost 15 ruht eine Füllkörperschicht 16, z. B. gradierter Petrolkoks.The invention is explained with reference to the drawing. This illustrates a vertical section through part of an electrolytic furnace for aluminum production. 1 is the furnace pan, 2 is the refractory lining, 3 is the liquid aluminum that covers the furnace floor and acts as a cathode, 4 the cryolite bath, 5 solidified bath and 6 the Söderberg anode with vertical contact pins 7. In the drawing is only a contact pin is shown. 8 is the permanent jacket that forms the electrode; a gas collecting device 9 is provided on its lower jacket flange, which with its side flange 10 and the oxide 11 above the solidified bath 5 a gas-tight Forms space in which the furnace gas can be collected. The one above this gas collection device arranged device consists essentially of a container 12 with refractory Brick lining 13 and an insulation 14. A packing layer rests on the grate 15 16, e.g. B. Graduated petroleum coke.

Zum Erhitzen des Ofengases von etwa 500° auf etwa 800° wird durch das Rohr 17 Luft in, bemessener Menge zugeführt. Ein Teil der brennbaren Stoffe des Ofengases verbrennt sofort unter Erhöhung der Temperatur des Ofengases auf die gewünschte Höhe. Die Teerdämpfe werden an: dem glühenden Füllkörpermaterial gespalten und vom Oberteil des Behälters 12 abgeführt.To heat the furnace gas from about 500 ° to about 800 ° is done by the pipe 17 is supplied with air in a measured amount. Part of the flammable substances of the furnace gas burns immediately, increasing the temperature of the furnace gas to the desired height. The tar vapors are split on: the glowing filler material and discharged from the top of the container 12.

Eine Verweilzeit von 5 bis 10 Sekunden ergibt eine praktisch vollständige Spaltung der Teerbestandteile. Die Ofengase führen stets Fluorverbindungen und etwas Aluminiumoxyd mit, die sich im Unterteil der Füllkörperschicht absetzen. Um nun zu verhindern, daß die Durchgangswege in der Füllkörperschicht verstopft werden, ist es zweckmäßig, den Rost beweglich auszugestalten und durch Rütteln oder Drehen des Rostes die mit dem Ofengas mitgeführten. Feststoffe von, den Füllkörpern zu lösen. Auf diese Weise ist es möglich, ein von mitgeführten Festkörpern befreites Ofengas zu gewinnen und die Feststoffe wieder dem Schmelzprozeß zuzuführen.A residence time of 5 to 10 seconds gives a practically complete one Cleavage of the tar components. The furnace gases always contain fluorine compounds and something With aluminum oxide, which settle in the lower part of the packing layer. To now to prevent the passageways in the packing layer from becoming clogged, it is advisable to make the grate movable and by shaking or turning of the grate are those carried along with the furnace gas. Solids from, the packing too to solve. In this way it is possible to remove any solids that have been carried along To win furnace gas and feed the solids back to the melting process.

Es ist oft zweckmäßig, jedoch nicht notwendig, den Behälter für die Spaltung der Ofengase unmittelbar an die Gassammelvorrichtung anzuschließen. Statt dessen kann auch eine Verbindung zwischen dem Behälter und einem die Anode umgebenden Gaskanal, wie er in der Zeichnung durch die Strichlierung 18 angedeutet ist, über ein Rohr, das leicht gereinigt werden kann, vorgesehen sein. Es ist auch möglich, zwei benachbarte Öfen mit einem gemeinsamen. Behälter für die Spaltung der Ofengase zu verbinden.It is often convenient, but not necessary, to use the container for the To connect the cleavage of the furnace gases directly to the gas collecting device. Instead of this can also be a connection between the container and a surrounding the anode Gas channel, as indicated in the drawing by dashed lines 18, over a tube that can be easily cleaned may be provided. It is also possible, two adjacent ovens with a common. Container for splitting the furnace gases connect to.

In. dem Beispiel ist die Anwendung der Erfindung für Aluminiumöfen mit Söderberg-Elektroden und vertikalen Kontakten beschrieben. Die Erfindung ist jedoch hierauf nicht beschränkt. Es können selbstverständlich auch andere schmelzelektrolytische Prozesse unter Anwendung der Erfindung durchgeführt werden. Auch ist die Erfindung nicht auf die Ausführungsform der Anwendung von Söderberg-Elektroden mit vertikalen Kontakten beschränkt. Es können vielmehr auch Seitenkontakte benutzt werden oder solche, die mit fertiggebackenen Anoden betrieben werden.In. the example is the application of the invention to aluminum furnaces described with Söderberg electrodes and vertical contacts. The invention is but not limited to this. Of course, other melt-electrolytic ones can also be used Processes can be carried out using the invention. Also is the invention not to the embodiment of the application of Söderberg electrodes with vertical Contacts limited. Rather, side contacts can also be used or those that are operated with fully baked anodes.

Die Gasgewinnung gemäß der Erfindung bietet folgende Vorteile: Das Gasvolumen, das zur Gasreinigungs- und Kryolithrückgewinnungsanlage geleitet wird, wird gegenüber dem bei dem bisherigen Verfahren erforderlichen Volumen auf 5 bis 10% vermindert.The gas recovery according to the invention offers the following advantages: Volume of gas sent to the gas cleaning and cryolite recovery system, is compared to the volume required in the previous process to 5 bis 10% reduced.

Während die gegenwärtig ausgeübte Kry olithgewinnung nicht immer wirtschaftlich arbeitet, ist die Rückgewinnung und Wiedereinführung des Kryoliths in das Ofensystem gemäß der Erfindung rentabel, weil die Erstellung und der Betrieb der Gasreinigungsanlage bei weitem weniger Kosten verursacht als bisher.While the currently practiced cryolith extraction is not always economical works is the recovery and reintroduction of the cryolite into the furnace system profitable according to the invention, because the creation and operation of the gas cleaning system causes far fewer costs than before.

Der überwiegende Teil der Ofengase wird in Form eines C O-reichen Gases gewonnen, das in Aluminiumwerken, die sowohl aus Aluminiumoxyd- als auch aus Elektrolyseanlagen bestehen, für Heizzwecke zum Aufschließen von Bauxit und zum Kalzinieren von Aluminiumhydrat Anwendung findet.The majority of the furnace gases will be in the form of a C O-rich Gas obtained in aluminum plants, which are made from both alumina and from Electrolysis systems exist, for heating purposes for the digestion of bauxite and for Calcination of aluminum hydrate is used.

Der Behälter für die Spaltung der Ofengase mit einer Füllkörperschicht aus Koks oder keramischem Material wirkt wie ein Filter für das Gas, wodurch mitgerissenes Aluminiumoxyd und Kryolithstaub ausgeschieden werden und dem Ofen wieder zugeführt werden können.The container for the splitting of the furnace gases with a packing layer Made of coke or ceramic material acts like a filter for the gas, causing it to be carried away Aluminum oxide and cryolite dust are separated out and fed back into the furnace can be.

Die Entstaubung der Gase und die Spaltung der Teerdämpfe gestattet, die Gasleitungen sauber zu halten und vermeidet Betriebsstörungen zufolge Verstopfung der Gasleitungen.The dedusting of the gases and the splitting of the tar vapors allow Keeping the gas pipes clean and avoiding malfunctions due to blockages the gas pipes.

Die bei der Aufsammlung unverbrannter Gase vorhandene Explosionsgefahr wird weitestgehend vermindert, da es möglich ist, die Ofengase unmittelbar nach ihrer Erfassung durch eine Schicht glühenden Kokses oder durch ein mit Kohlenstoff belegtes anderes Füllkörpermaterial zu leiten.The risk of explosion associated with the collection of unburned gases is largely reduced, as it is possible to remove the furnace gases immediately their capture by a layer of glowing coke or by one with carbon to conduct occupied other packing material.

Bei Verwendung von Koks als Füllkörpermaterial ist der Koksverbrauch infolge des Niederschlags von bei der Spaltung gebildeten Kohlenstoffs minimal.When using coke as the packing material, the coke consumption is minimal due to the precipitation of carbon formed during fission.

Das Verfahren und die Vorrichtung der Erfindung arbeiten in überraschend einfacher Weise und zuverlässig und gestatten. die Gewinnung eines gereinigten, konzentrierten und im wesentlichen unverbrannten, wertvollen Ofengases.The method and apparatus of the invention work surprisingly simple way and reliable and allow. the extraction of a purified, concentrated and essentially unburned, valuable furnace gas.

Durch den glühenden Koks bzw. das glühende Füllkörpermaterial bzw. den glühenden Kohlenstoff auf dem Füllkörpermaterial wird eine Verbrennung unter Verbrauch des unerwünschterweise in die verbrennbaren Gase eingeleiteten Sauerstoffs hervorgerufen.Due to the glowing coke or the glowing packing material or The glowing carbon on the packing material will undergo a combustion Consumption of the undesired oxygen introduced into the combustible gases evoked.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. A method for obtaining a purified, concentrated and unburned furnace gas from electrolytically operated melting furnaces, characterized in that furnace gas is passed through a gas-permeable packing layer at a temperature in the range from 600 to 1000 °, and preferably 700 to 900 °.

2. The method according to claim 1, characterized in that the packing material Coke, preferably in grain size from 10 to 20 mm, is used.

3. Procedure according to Claim 1 or 2, characterized in that the residence time of the furnace gas in the packing layer is 5 to 10 seconds.

4. Procedure according to Claim 1, characterized in that the desired temperature level in the packing layer is maintained by allowing some of the furnace gas before it enters the packing layer achieved, is burned by supplying a controllable amount of air.

5. Procedure according to claims 1 to 4, characterized in that the furnace gas entrained and solids trapped in the packing layer by agitation of the packing layer dissolved and returned to the melting process.

6. Device for implementation of the method according to claims 1 to 5, characterized by an on the gas collecting device of the furnace connected device, which consists essentially of a with a refractory brick lining and an appropriately insulated container arranged therein gas-permeable base for packing, a packing layer and a gas discharge.

7. Apparatus according to claim 6, characterized by a supply line for air, which is below the base for the packing layer ends. B.

Device according to Claim 6, characterized by a movable grate as a base for the packing layer.

9. Apparatus according to claim 6, characterized by a regulating device for the air supply that can be controlled via a thermocouple.