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Vorrichtung zur Absaugung der Anodenabgase bei Aluminiumelektrolyseöfen
mit vorgebrannien Anoden Die Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren und einer
Vorrichtung zur Absaugung der Anodenabgase bei Aluminiumelektrolyseöfen mit vorgebrannten
Anoden.
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Beim Betrieb derartiger Öfen fallen bekanntlich Abgase an, die neben
Kohlendioxid und Kohlenmonoxid in geringer Menge andere zum Teil störende Gaskomponenten
sowie Staub von Aluminiumoxid, Ruß und Fluoride enthalten. Im Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit
des Absaugens und der Fluorrückgewinnung wäre es wünschenswert, die Abgase in möglichst
konzentrierter Form abzuführen, um so die Abgasmenge möglichst klein zu halten.
Indessen war bei Öfen mit vorgebrannten diskontinuierlichen. Anoden eine derartige
Absaugung von konzentrierten Gasen nicht möglich, und bei einzelnen Anlagen, bei
denen eine Absaugung im Hinblick auf die örtlichen Verhältnisse unerläßlich war,
hat man sich darauf beschränkt, das Gas durch offene, über den Anoden angeordnete
Hauben zu sammeln und abzuführen. Infolge des erforderlichen Nachsetzens der Anoden
sowie durch die Vielzahl der Zwischenräume zwischen den einzelnen Anodenkohlen werden
jedoch hierbei zwangläufig erhebliche Falschluftmengen mitabgesogen, so daß man
gezwungen war, etwa hundertfach größere Absaugmengen in Kauf zu nelünen; außerdem
stößt die konstruktive Anordnung auf erhebliche Schwierigkeiten. Obwohl sehr große
Ablaugleistungen angewendet werden, ist es bei dieser Absaugungsart unmöglich, die
Anodengase auch nur annähernd zu erfassen.
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Dies macht verständlich, daß man bestrebt ist, die Abgase möglichst
konzentriert abzusaugen. Außerdem ist auch sowohl wegen einer wirtschaftlichen Rückgewinnung
der im Abgas enthaltenen gas- und staubförmigen Fluorverbindungen als auch wegen
der bei den immer größer werdenden Ofeneinheiten und Elektrolyseanlagen besonders
bei landwirtschaftlich stark genutzter Umgebung zu beflürchtenden Vegetationsschäden
eine befriedigende Lösung des Abgasproblems auch bei Aluminiumelektrolyseöfen mit
vorgebrannten Anoden von besonderer Bedeutung.
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Durch die Erfindung werden die aufgezeigten Probleme gelöst. Gegenstand
der Erfindung ist eine Vorrichtung zurAbsaugungderAnodenabgasebeiAluminiumelektrolyseöfen
mit vorgebrannten Anoden, wobei das Neue darin besteht, daß eine oder mehrere Gasabsaughauben
zwischen den aus vorgebrannten Blöcken bestehenden Anoden angeordnet sind.
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Die Öfen können mit vorgebrannten Anoden in kontinuierlichem Verfahren
betrieben werden, wie gemäß dem Erftwerk-Systern (deutsche Patentschrift
863 999). Man wählt am besten eine gußeiseme Haube in Kastenform.
Im allgemeinen genügt es, eine einzige Absaughaube in der Mitte des Elektrolyseofens
zwischen den Anoden anzuordnen, oberhalb derer zweckmäßig eine Staubabscheidetrommel
vorgesehen wird. Bei größeren Öfen ist es vielfach vorteilhaft, zwei Absaughauben
gleichmäßig über die Ofenlänge verteilt einzubauen. Die Absaughauben können in an
sich bekannter Weise mit einer Isolierschicht versehen sein.
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Der besondere Vorteil der zwischen den Anoden angeordneten Absaugeinrichtung
liegt darin, daß die Längsseiten des Kastens nicht isoliert zu werden brauchen,
weil hier die Wärmeisolation von der Gassenverstampfung, d. h. von den in
den Zwischenräumen verstampften Isolien- oder Schmelzmitteln bzw. den Nachbaranoden
übernommen wird, so daß ein solcher Absaugkasten nur an den Stirnseiten und der
Oberseite isoliert zu werden braucht, was in einfachster Weise durch Ausfüllen des
Hohlraumes mit Aluminiumoxid geschehen kann. Zum anderen besitzt diese Absaugungsart
gegenüber der Stirnseitenabsaugung den Vorteil, daß die Gaswege wesentlich kleiner
gehalten werden können, so daß die Sekundärreaktion CO2 + C 2C0 zur Einstellung
des Boudouardschen Gleichgewichts weitgehend zurückgedrängt wird und sich so ein
günstigerer Anodenverbrauch ergibt. Mit einer solchen zwischen
den
Anoden angeordneten Absaughaube gelingt es, das Abgas in konzentriertester Form
abzusaugen (Summe CO + CO2 = 95 bis 990/0), und zwar 80
bis
950/0 von der Gesamtmenge des entstehenden Anodengases. Wegen der hohen Konzentration
ist die Abgasmenge sehr gering und liegt beispielsweise bei einem 80-kA-Ofen nur
bei 18 bis 20 NM3/h. Da das Abgas je nach Anodenqualität und Ofenführung
einen CO-Gehalt von 30 bis 350/0 aufweist, ist eine Verbrennunc, vorzuziehen.
Diese Verbrennung kann in einem in der Absaugleitung liegenden Brenner oder in besonders
vorteilhafter Weise direkt unter der Absaughaube geschehen, und zwar dadurch, daß
man die Absaugleistung auf etwa die 4- bis 5fache Menge erhöht und zwecks Ansaugung
von Verbrennungsluft einen der Seitenschächte öffnet. Die dann unter der Haube stattfindende
Verbrennung führt zu einer zusätzlichen Erwärmung an dieser Stelle, was sich günstig
auf das ständige Offenhalten des Bades unter der Haube auswirkt. Die Verbrennung
läßt sich so einstellen, daß im verbrannten Anodengas praktisch kein CO mehr
enthalten ist. Es fallen dann z. B. bei einem 80-kA-Ofen Abgasmengen von
80 bis 100 NM3/h an, also eine erheblich geringere Menge als bei allen
bisher verwendeten Absaugsystemen. Die Erstellung einer Gasreinigungsanlage verursacht
folglich erheblich geringere Kosten, so daß auch der Einsatz von verhältnismäßig
kostspieligen Reinigungsaggregaten, wie Elektrofilter und Intensivwäscher, durchaus
möglich ist. Im einzelnen hat sich zur Reinigung eine Kombination von
1. mechanischer Grobstaubabscheidung (Beruhigungskammer, Zyklon usw.), 2.
elektrostatischer Feinststaubabscheidung und 3. Intensivwäsche mit Wasser
oder Lauge gut bewährt, wobei sich die Reihenfolge der Reinigungsvorgänge nach der
jeweiligen Eigenart des Gases, der Gastemperatur und den eingesetzten Rohstoffen
richtet.
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Zur Feinststaubabscheidung haben sich elektronische Filter gut bewährt.
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Ein weiterer Vorteil der zwischen den Anoden angeordneten Absaughaube
besteht noch darin, daß man die Seitenschächte auch zur kontinuierlichen Zuführung
von Oxid benutzen kann, so daß es in besonders geeigneter Weise gelingt, ohne Anodeneffekt
zu fahren, was ün Hinblick auf einen verminderten Verbrauch an Energie, Anodenkohle,
Schmelzmittel und Arbeitskraft große Vorteile hat.
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Bei Öfen, die keine feststehende anodische Tragkonstruktion, sondern
nur mit den Anoden bewegliche Anodenbalken besitzen, hat es sich als zweckmäßig
erwiesen, die Absaughaube zwischen den Anoden an einem Hebelmechanismus aufzuhängen,
der eine konstante Höheneinstellung und somit einen etwa immer gleichen Abstand
von der Schmelzoberfläche gewährleistet. Dieser Mechanismus kann z. B. so ausgeführt
werden, daß man auf dem beweglichen Anodenbalken eine in Lagern drehbare Welle installiert,
die an beiden Enden einen in gleichem Winkel feststehenden und etwa gleich langen
Hebelarin besitzt, wobei der am Ofenende befindliche Hebelarm am Ofengerüst befestigt
wird, während der andere Hebelarm die Absaughaube trägt.
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Zur weiteren Erläuterung der Erfindung dienen die Zeichnungen, die
Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise und schematisch wiedergeben: Fig.
1 zeigt eine Ausführungsförm der Erfindung mit einer Absaughaube; Fig. 2
und 3 zeigen gleichfalls die Anordnung einer oder auch mehrerer Absaughauben;
Fig. 4 gibt Einzelheiten bezüglich der Ausbildung einer Absaughaube wieder.
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In Fig. 1 ist mit 1 die Ofenwanne bezeichnet, die in
der Regel mit Isoliersteinen ausgemauert und mit einer kohlenstoffhaltigen Masse
ausgestampft wird. Die Wanne enthält neben den nicht gezeichneten Kathodenbarren
das flüssige Aluminium 2, über dem sich der geschmolzene, in der Hauptsache aus
Kryolith bestehende Elektrolyt 3 mit darin gelöstem Aluminiumoxid befindet.
Mit 4 ist die Badoberfläche der Schmelze bezeichnet, die durch die Kruste
5 des erstarrten Elektrolyts bedeckt wird, oberhalb weicher sich noch die
Aluminiumoxidabdeckung 6 befindet. Zwischen Badoberfläche 4 und der Schmelzkruste
5
ist ein Hohlraum 7 vorhanden, der zur Sammlung des von der Anode
8 kommenden, in der Hauptsache aus Kohlenoxid und Kohlendioxid bestehenden
und Staub, Fluorid usw. mit sich führenden Anodengases dient. Die Gase der Anoden
8 strömen in dem Raum 7 zu der Gasabsaughaube 14, die im vorliegenden
Fall in der Mitte der Anoden 8 angeordnet ist. Die Haube 14 ist an ihren
Rändern sowie an ihrer Oberkante mit Aluminiumoxyd 15 isoliert, welche Maßnahme
gleichzeitig zur Folge hat, daß der Anodenabbrand an den Seiten der Anoden vermieden
wird. Oberhalb der Haube 14 ist eine Staubabscheidetrommel 16 angeordnet,
in der sich, wie Versuche gezeigt haben, die von den Anodengasen mitgeführten festen
Anteile bereits größtenteils abscheiden. Die Anodengase selbst gelangen durch den
Absaugestutzen 17 zum Brenner, von dem aus sie der Gaswaschanlage zugeführt
werden. Durch die Anordnung und Isolierung der Absaughaube 14 wird nun erreicht,
daß die Elektrolytoberfläche 4 im Bereich 18 unterhalb der Haube 14 nicht
erstarrt, sondern flüssig bleibt, wodurch die Absaugung des Anodengases ohne Schwierigkeiten
vor sich gehen und dieses hochkonzentriert abgezogen werden kann.
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Die Fig. 2 läßt im Horizontalschnitt nochmals die Anordnung gemäß
Fig. 1 erkennen.
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In ähnlicher Weise veranschaulicht Fig. 3 eine Ausführungsforin
der Erfindung, die sich von derjenigen nach der Fig. 1 im wesentlichen nur
dadurch unterscheidet, daß zwischen den Anoden 8 zwei Absaughauben 14 angeordnet
sind, und zwar derart, daß sich an den Seiten der Hauben 14 in Richtung des Zellenendes
je zwei Anoden befinden, während die beiden Hauben 14 vier Anoden einschließen.
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Die Fig. 4 zeigt nun noch eine Möglichkeit für die konstruktive Ausgestaltung
einer Gasabsaughaube 14. Die Figur läßt erkennen, daß die Haube 14 in ihrem Inneren
taschenähnliche Einbauten 19 besitzt, die mit Aluminiumoxid gefüllt werden,
um eine weitere Isolierung der Haube zu erzielen. Die Haube selbst wird in der in
den Fig. 2 bis 4 wiedergegebenen Weise zwischen den Anoden angeordnet.
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Die Absaughaube kann zur kontinuierlichen Zufuhr des Aluminiumoxids
benutzt werden, z. B. dadurch, daß man durch die seitlichen Durchtrittsschächte
(Fig. 5) Oxid in das offene Bad einträgt. Ferner bietet die Absaughaube den
Vorteil, daß die Ofenabgase unter der Haube verbrannt werden können, wodurch das
Offenhalten des Bades an dieser Stelle günstig beeinflußt und unterstützt wird.