DE1089981B - Anlage zur Aufsammlung und Reinigung von Gas in OEfen zur schmelzelektrolytischen Aluminiumerzeugung und Verfahren zum Betrieb einer solchen Anlage - Google Patents

Description

Die Erzeugung von Aluminium erfolgt durch Schmelzfluß elektrolyse einer Lösung von Al₂O₃ in geschmolzenen Fluoriden unter Anwendung einer Kohlenanode. Die Anodenkohle oxydiert während der Elektrolyse unter Bildung eines Gases, das sehr reich an C O ist und einen hohen Verbrennungswert hat. Beispielsweise kann folgende Gasanalyse genannt werden :

CO 55 bis 70%

CO₉

30 bis 40%

Der Rest besteht aus H₂, H₂ O usw.
Der kalorische Wert des Gases liegt über
2000 kcal/Nm³.

In einem Werk, das 100 0001 Aluminium pro Jahr erzeugt, werden etwa 107QOOOOONm³ Gas pro Jahr anfallen. Sein Brennwert entspricht etwa 35 0001 Koks pro Jahr.

Das Gas stellt also einen großen wirtschaftlichen Wert dar, und es könnten sehr beträchtliche Ersparnisse erzielt werden, Wenn dieses Gas sich nutzbar machen ließe. Die Schwierigkeit liegt dabei in- der Reinigung des Gases. Eine Anlage für 100000 t Aluminium pro Jahr besteht aus mindestens etwa 380 Öfen. Das Gas müßte also von allen diesen Öfen gesammelt werden. Bei Verwendung von Söderberg-Elektroden ist es gelungen, die Öfen so abzuschließen, daß das Gas in konzentriertem und. unverbranntem Zustand aufgefangen werden kann. Es ist aber nicht gelungen, das Gas auszunutzen. Es war und ist übliche Praxis in Aluminiumänlagen mit Söderberg-Anoden, daß die Gase einer größeren Anzahl von Öfen in Sammelleitungen aufgesammelt und dann in eine größere separate Waschanlage, die also für alle öfen dient, geleitet werden. In diesen Waschanlagen werden die Gase mit Sodalauge und Wasser gewaschen. Hierbei kann es jedoch vorkommen, daß sich die Rohre durch kondensierten Teer und mitgerissenen Staub verstopfen; es hat sich deshalb in der Praxis als notwendig erwiesen, die Teerdämpfe in separaten Brennern zu verbrennen, von denen je einer in Verbindung mit jedem einzelnen Ofen am Auslauf des Gasauf satnmlungskanals angebracht ist. In dieser Weise gelingt es, die Teerdämpfe zu entfernen und eine eventuelle Rückgewinnung von gasförmigem Fluor verhältnismäßig leicht durchzuführen. Mit dem Teer verbrennt jedoch auch das Kohlenmonoxyd, und da der C O-Gehalt 55 bis 70% der Gase beträgt, gehen große Werte verloren.

Söderberg-Anoden für Aluminiumelektrolyse bestehen z. B. aus kalziniertem Petrolkoks mit Teer und Pech als Bindemittel. Während des Backens der Elektrode werden die flüchtigen Bestandteile des Bindemittels ausgetrieben, und das Ofengas wird deshalb von Teerd&mpferi stark verunreinigt. Diese Dämpfe Anlage zur Aufsammlung und Reinigung

von Gas in öfen

zur schmelzelektrolytischen Aluminiumerzeugung und Verfahren zum Betrieb
einer solchen Anlage

Anmelder:
Elektrokemisk A/S, Oslo

Vertreter: Dx. G. W. Lotterhos

und Dr.-Ing. H. W. Lotterhos, Patentanwälte,

Frankfurt/M., Lichtensteinstr. 3

Beanspruchte Priorität:
Norwegen vom 12. September 1955

werden teilweise in der Gasleitung und teilweise im Waschapparat kondensiert und haben eine Neigung, allmählich die Leitungsverbindungen zu verstopfen. Beim Brennen des Gases verbrennen auch die Teerdämpfe, und eine Verstopfung der Rohre wird vermieden, aber das wertvolle CO-Gas geht gleichzeitig verloren.

Durch die Anwendung von Söderberg-Anoden mit senkrechten Kontaktbolzen ist es möglich geworden, sehr große öfen zu konstruieren, mit bis zu 100000 A Stromaufnahme und mehr.

Ein solcher Ofen erzeugt etwa 30 Nm³ Gas pro Stunde, das einem Brennwert von 84 t Koks pro Jahr entspricht.

Es wurde nun eine Anlage zur Aufsammlung und Reinigung von Gas in Öfen für schmelzelektrolytische Aluminiumerzeugung und ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Anlage entwickelt, durch welche die erörterten Schwierigkeiten vermieden werden. Die Anlage zur Aufsammlung und Reinigung von Gas in Öfen zur schmelzelektrolytischen Aluminiumerzeugung, die mit selbstbackenden Elektroden versehen ist, wobei der Strom mit Hilfe von vertikalen Kontaktbolzen zugeführt wird und die Gase in einem den unteren Teil der Anode umgebenden Gaskanal aufge-

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sammelt werden, ist dadurch.gekennzeichnet, daß ein an den Gassammelkanal 4 angeschlossenes, nahezu rechtwinklig gebogenes Rohr 6,5 mit seinem Gasablaßrohr 5, das möglichst nahe an der Ofenwand verlegt ist, in ein nahezu senkrecht angeordnetes Rohr 9 mündet, zwischen dessen Innenwand und der Außenwand des Gasablaßrohres 5 Düsen 8 angeordnet sind, wobei das Rohr 9 in ein unterhalb des Ofenbodens verlegtes Sammelrohr 11 herabgeführt ist.

In Ausübung der Erfindung mit der vorbezeichneten Anlage wird Wasser, eine wäßrige alkalische Flüssigkeit oder eine teerlösende Flüssigkeit, wie Anthrazenöl oder Trichloräthylen, als "Waschflüssigkeit zur Gasreinigung verwendet.

Das Verfahren zum Betrieb der Anlage gemäß Erfindung unter Verwendung einer der vorstehend angegebenen Waschflüssigkeiten ist dadurch gekennzeichnet, daß das gewaschene CO-reiche Gas in den Sammelleitungen umgewälzt wird, wenn in einem der an die Anlage angeschlossenen Öfen Arbeiten ausgeführt werden, bei welchen Luft in den Ofen eindringen kann.

In Ausübung der Erfindung kann mit einem Überschuß an Wasser, das man durch die Gasleitungen rieseln läßt, gearbeitet werden, so daß die kondensierten Teerdämpfe mitgerissen werden. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn, die Gassammelleitungen unterhalb der Schmelzofen angebracht sind. Dadurch werden jegliche Wasserleitungen in der Ofenhalle vermieden. In einer solchen Anlage muß man Erdverbindungen vermeiden, da oft Spannungen gegen Erde von 400 bis 500 V und mehr entstehen können. Die Wasserrohre .werden vorzugsweise aus einem isolierenden Material, z. B. Gummi oder Kunststoff, ausgeführt.

Es ist zwar aus der Koksindustrie bekannt, die Teerprodukte in den Gasen mit Hilfe von Wasser auszuwaschen. Diese Methode kann jedoch nicht ohne weiteres auf Schmelzofen für elektrolytische Aluminiumerzeugung übertragen werden; wenn nämlich das Wasser zurückschlagen und in einen Ofen eindringen sollte, können erhebliche Explosionen entstehen. Ein Rückschlägen kann eintreten, wenn die Kruste zwecks Zugabe von neuem Aluminiumoxyd gebrochen wird oder wenn größere Leckagen in der Dichtung zwischen der Kruste und dem Gaskanal entstehen. Ein derartiges Risiko ist bei Koksöfen nicht gegeben.

Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der neuen Anlage. Es zeigt

Fig. 1 einen Ofen mit der neuen Anlage im Schnitt und

Fig. 2 einen Ausschnitt aus Fig. 2 in vergrößertem Maßstab, teilweise geschnitten.

Mit 1 ist die Ofenwanne und mit 2 die Anode bezeichnet, die von einem permanenten Mantel 3 und einem Gassammelkanal 4 umgeben ist. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, wird das Gasablaßrohr 5 seitlich so nahe an den Ofen gelegt, wie es praktisch ausführbar ist. Man erhält dann ein ganz kurzes Rohrstück 6, das nicht inwendig gewaschen wird. Dieses Stück kann leicht durch die Reinigungsklappen 7 gereinigt werden. Es ist zweckdienlich, ein nahezu rechtwinkliges Ablaßrohr zu verwenden und senkrecht in das nahezu senkrecht angeordnete Rohr 9, dessen Wände innen mit Flüssigkeit gespült werden, herunterzuführen.

Um beim Übergang zwischen dem trockenen und dem bespülten Teil des Rohres ein Haften des Staubes am Rohr zu vermeiden, wird die Waschflüssigkeit mit Vorteil durch Düsen 8 an der Außenseite des trockenen Rohres 5 eingeführt (vgl. auch Fig. 2). Am Sammelbehälter 10 für die Waschflüssigkeit ist ein Sammelrohr 11, das unterhalb des Ofenbodens verlegt ist und zur Zusammenführung der Gase aus den einzelnen öfen dient. Bei Anwendung einer entsprechend bemessenen Wassermenge vermeidet man in der geschilderten Weise jede Verstopfung des Rohres. Da das Gas Fluorwasserstoff und ähnliche Bestandteile enthält, muß das Rohr mit einem Belag, z. B. Gummi, versehen werden, der gegen die sauren Gase widerstandsfähig ist. Falls erwünscht, kann das Rohr aus

ίο Kunststoff hergestellt werden.

Es ist vorteilhaft, wenn das Wasser Stoffe enthält, die Fluorwasserstoffsäure binden. So kann man z. B. Wasser mit einem angemessenen Gehalt an CaCO₃ bzw. Ca (H C O₃) ₂ oder Na₂ C O₃ anwenden, wodurch die fluorhaltigen Bestandteile in bekannter Weise zurückzugewinnen sind.

In vielen Fällen ist es vorzuziehen, eine Flüssigkeit durch die Gasleitungen rieseln zu lassen, die die Teerverbindungen lösen kann, z. B. Anthrazenöl, Trichloräthylen oder eine ähnliche teerlösende Flüssigkeit mit geeignetem Siedepunkt. Mitgerissener Staub kann leicht aus der Waschlösung entfernt und nutzbar gemacht werden. Man kann die Flüssigkeit umlaufen lassen. Falls das Waschen im senkrechten Rohr nicht genügen sollte, kann das Waschen in einer gewöhnlichen Waschapparatur fortgesetzt werden, am zweckmäßigsten nachdem das Gas aus mehreren öfen zusammengeführt worden ist.

Nach dem Waschen kann das Gas in Behältern gespeichert und unmittelbar für Heizzwecke verwendet werden. Da das Gas 60 bis 70°/oCO enthält, kann es auch als Rohstoff für chemische Synthesen, z. B. Methanol, dienen.

Von Zeit zu Zeit muß in einem Aluminiumofen zum Brechen der Kruste gearbeitet werden. Hierdurch wird, jedenfalls für einen Teil des Ofens, die Gasaufsammlung unterbrochen, und es wird etwas Luft in das Gassystem eingesogen, die Explosionsgefahr hervorrufen kann. Um dies zu vermeiden, kann z. B.

während des Arbeitsvorganges die Verbindung zwischen der Sammelleitung und dem Ofen unterbrochen werden. Da aber durch die Erfindung eine Reinigung des Gases ermöglicht worden ist, ist es vorzuziehen, so viel CO-reiches Gas in den Sammelleitungen umlaufen zu lassen, daß sich mit Sicherheit in den Leitungen keine explosiven Mischungen bilden.

Die Waschlösung kann eventuell gereinigt und aufs neue verwendet werden. Hierdurch werden auch die Teerbestandteile wiedergewonnen.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Anlage zur Auf Sammlung und Reinigung von Gas in Öfen mit selbstbrennenden Anoden zur schmelzelektrolytischen Herstellung von Aluminium, wobei der Strom mit Hilfe von vertikalen Kontaktbolzen zugeführt wird und die Gase in einem den unteren Teil der Anode umgebenden Gaskanal gesammelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein au den Gassammelkanal (4) angeschlossenes, nahezu rechtwinklig gebogenes Rohr (6, 5) mit seinem Gasablaßrohr (5), das mögliehst nahe an der Ofenwand verlegt ist, in ein nahezu senkrecht angeordnetes Rohr (9) mündet, zwischen dessen Innenwand und der Außenwand des Gasablaßrohres (5) Düsen (8) angeordnet sind, wobei das Rohr (9) in ein unterhalb des Ofcnbodens verlegtes Sammelrohr (11) herabgeführt ist.

2. Verwendung von Wasser, wäßrigen alkalischen Flüssigkeiten oder teerlösenden Flüssigkeiten, wie Anthrazenöl oder Trichloräthylen, als Waschflüssigkeit zum Reinigen von Gas in einer Anlage nach Anspruch 1.

3. Verfahren zum Betrieb einer Anlage nach Anspruch 1 unter Verwendung einer Waschflüssigkeit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das gewaschene CO-reiche Gas in den Sammelleitungen umgewälzt wird, wenn in einem der an die Anlage angeschlossenen öfen Arbeiten aus-

geführt werden, bei welchen Luft in den Ofen eindringen kann.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 422 499, 747 216, 440;

französische Patentschrift Nr. 897 678; USA.-Patentschrift Nr. 1 935 326;

W. Fulda und H. Ginsberg, »Tonerde und Aluminium«, II. Teil, Berlin 1953, S. 160 bis 162.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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