ES2305577T3 - Procedimiento y dispositivo de tratamiento delos efluentes de celula de electrolisis para la produccion de aluminio. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de tratamiento de los efluentes gaseosos producidos por al menos una célula (1) de producción de aluminio por electrólisis ígnea que comprende: - la circulación de los susodichos efluentes por al menos un conducto (11) hacia medios de tratamiento (12-19) que comprenden por lo menos: - un reactor (12) apto para extraer los productos fluorados contenidos en los efluentes por reacción con alúmina pulverulenta (16); - un dispositivo de separación (13), apto para separar la alúmina procedente del/de los reactor(es) (12) y la fracción gaseosa residual, y que comprende medios de filtración (14) que comprenden telas filtrantes de material polímero, - la introducción de los efluentes y de alúmina pulverulenta en el o los reactor(es) (12), para hacer reaccionar los efluentes con la alúmina, - la separación de la alúmina y de la fracción gaseosa residual con ayuda del dispositivo de separación (13), - la circulación de toda o parte de la alúmina procedente del dispositivo de separación (13), llamada "alúmina fluorada", hacia una o varias células de electrólisis (1), y caracterizado porque comprende además la inyección de gotitas de un fluido de refrigeración en el, o por lo menos en uno de los, conducto(s) de circulación (11), en por lo menos un punto (P) situado en la parte anterior al o a los reactor(es) (12), para refrigerar los efluentes por vaporización del susodicho fluido antes de su introducción en el o los reactor(es) (12).
Description
Procedimiento y dispositivo de tratamiento de
los efluentes de célula de electrólisis para la producción de
aluminio.
\global\parskip0.930000\baselineskip
La invención se refiere a la producción de
aluminio por electrólisis ígnea según el procedimiento de
Hall-Héroult. Se refiere más particularmente al
tratamiento de los efluentes gaseosos producidos por las células de
electrólisis.
El aluminio metálico se produce industrialmente
por electrólisis ígnea, a saber por electrólisis de la alúmina en
solución en un baño de criolita fundida, llamado baño de
electrolito, según el procedimiento bien conocido de
Hall-Héroult. Las reacciones de electrólisis, las
reacciones secundarias y las altas temperaturas de operación
provocan la producción de efluentes gaseosos que contienen sobre
todo dióxido de carbono, productos fluorados y polvo (de alúmina,
de baño de electrolito, ...).
La dispersión de estos efluentes en la atmósfera
se controla y se regula severamente, no sólo en lo que se refiere a
la atmósfera ambiente de la planta de electrólisis, por razones de
seguridad del personal que trabaja a proximidad de las células de
electrólisis, sino también en lo que se refiere a la contaminación
atmosférica. Las reglamentaciones de varios Estados en materia de
contaminación imponen límites a las cantidades de efluentes
dispersados en la atmósfera.
Hoy día, existen soluciones que permiten
confinar, captar y tratar estos efluentes de manera fiable y
satisfactoria. En las fábricas más modernas, los efluentes se
confinan con ayuda de una campana extractora, se captan por
aspiración y se tratan en una instalación de tratamiento químico
para recuperar los gases fluorados por reacción con alúmina
pulverulenta "fresca", es decir alúmina que contiene poco o
nada de productos fluorados. Los gases fluorados se adsorben en la
alúmina. Después, la alúmina y el polvo procedentes de las células
de electrólisis se separan del gas residual y se reutilizan, en
todo o parte, para alimentar células de electrólisis. El caudal de
circulación de la alúmina en la instalación de tratamiento suele ser
continuo.
El documento US 4 065 271 describe un
procedimiento de tratamiento de los efluentes procedentes de
células de electrólisis para la producción de aluminio. En un
primer tiempo los efluentes se purifican por adsorción. Después se
separan los sólidos en un primer precipitador electrostático. Se
introduce agua dentro del reactor de adsorción para ajustar la
conductividad del medio.
El documento FR 2 626 192 A1 describe un
procedimiento de filtración de una corriente gaseosa que contiene
polvos y procedente de una etapa de adsorción. Para favorecer la
adsorción, la corriente gaseosa se puede humedecer en diferentes
puntos del procedimiento.
Típicamente, las instalaciones de tratamiento de
los efluentes comprenden uno o varios reactores, en los que los
efluentes se ponen en contacto con la alúmina pulverulenta para que
reaccionen con ésta, y filtros para separar la alúmina del gas
residual. Una parte de la alúmina separada del gas residual puede
volver a introducirse en el reactor con el fin de aumentar la
eficacia del tratamiento.
Típicamente, las instalaciones de tratamiento
comprenden una batería de unidades de tratamiento en paralelo, cada
unidad comprende un reactor y un recinto de filtración que comprende
medios de filtración (típicamente bolsas o manguitos filtrantes) y
una tolva con fondo fluidizado. La solicitud de patente francesa
FR 2 692 497 (que corresponde a la patente australiana AU 4 007
193), en nombre de la Sociedad Procédair, describe una unidad de
tratamiento en la que el reactor y los filtros se integran en un
recinto común.
Por razones de rentabilidad de una fábrica, los
productores de aluminio procuran obtener intensidades de la
corriente de electrólisis lo más elevadas posible, y preservar a la
vez, incluso mejorar, las condiciones de funcionamiento de las
células de electrólisis. Sin embargo, el aumento de la intensidad
provoca un incremento del caudal de los efluentes y una elevación
de su temperatura. Ahora bien, una temperatura elevada de los
efluentes puede provocar un deterioro de los rendimientos del
tratamiento de los efluentes, incluso un deterioro de las
instalaciones de tratamiento, particularmente de los tejidos
filtrantes de material polímero que suelen utilizarse.
En la parte posterior a las instalaciones de
tratamiento, se puede bajar la temperatura de los efluentes por
dilución con aire ambiente. Sin embargo, tal solución lleva a un
incremento importante del caudal volumétrico total de los gases que
han de tratarse, que precisa un aumento significativo del tamaño de
las instalaciones de tratamiento requerido para mantener el caudal
de tratamiento de los efluentes procedentes de las células de
electrólisis, que es el caudal útil de la instalación. Este aumento
del tamaño de las instalaciones de tratamiento incrementa los
costes de inversión y de funcionamiento. La refrigeración de los
efluentes por dilución de aire ambiente presenta además el
inconveniente de ser sensible a la temperatura del aire
ambiente.
Por consiguiente, la solicitante buscó medios,
industrialmente aceptables y económicos, que permitan el
tratamiento de los efluentes de células de electrólisis que tengan
temperaturas elevadas, es decir temperaturas típicamente superiores
a unos 120ºC.
\global\parskip1.000000\baselineskip
La invención tiene por objeto un procedimiento
de tratamiento de los efluentes gaseosos producidos por una célula
de producción de aluminio por electrólisis ígnea que comprende una
refrigeración de los efluentes en la parte anterior a los medios de
tratamiento.
Más precisamente, la invención tiene por objeto
un procedimiento de tratamiento de los efluentes gaseosos producidos
por una célula de producción de aluminio por electrólisis ígnea en
el que los efluentes circulan por al menos un conducto hacia medios
de tratamiento que comprenden por lo menos un reactor y un
dispositivo de separación, se introducen los efluentes y alúmina
pulverulenta en el reactor, para hacer reaccionar los productos
fluorados contenidos en los efluentes con la alúmina, y se separa
la alúmina del gas residual con ayuda del dispositivo de separación,
el procedimiento se caracteriza porque se inyectan gotitas de un
fluido de refrigeración en el, o por lo menos en uno de los,
conducto(s) de circulación de los efluentes, en la parte
anterior a los medios de tratamiento.
La invención también tiene por objeto una
instalación de tratamiento de los efluentes gaseosos producidos por
una célula de producción de aluminio por electrólisis ígnea que
comprende por lo menos un conducto de circulación de los susodichos
efluentes, por lo menos un reactor y un dispositivo de separación,
y caracterizada porque comprende además un dispositivo de inyección
de gotitas de un fluido de refrigeración en el, o por lo menos en
uno de los, conducto(s) de circulación.
Los efluentes se refrigeran por vaporización de
las susodichas gotitas. La solicitante observó que, de forma
asombrosa, era posible refrigerar eficazmente los efluentes de una
célula de electrólisis de esta manera sin deteriorar el
funcionamiento de la célula o de la instalación de tratamiento.
La invención permite aumentar el caudal másico,
el caudal útil pues, de una instalación de tratamiento sin
aumentar su tamaño. La intensidad de las células de una fábrica
puede aumentarse sin tener que modificar el tamaño de las
instalaciones de tratamiento de los efluentes.
La invención también permite disminuir el tamaño
de las instalaciones de tratamiento sin reducir el caudal de
aspiración "útil" en las células de electrólisis o la eficacia
del tratamiento, es decir sin aumentar las dispersiones por las
claraboyas de las plantas de electrólisis. Esto es particularmente
interesante al construir una nueva instalación de tratamiento y
evita un sobredimensionado de la instalación vinculado a una
dilución de los efluentes por aire ambiente.
La invención permite aumentar la intensidad de
las células de electrólisis de una fábrica sin tener que remplazar
las instalaciones existentes por instalaciones de tamaño
superior.
La refrigeración de los efluentes también
provoca una disminución de su caudal efectivo, lo que permite
reducir la velocidad de filtración, y por consiguiente el desgaste
de los filtros, y disminuir el consumo eléctrico de los
ventiladores de tiro gracias a una pérdida de carga inferior que el
aumento de la masa volumétrica no contrarresta.
Se entenderá mejor la invención con ayuda de la
descripción detallada que viene a continuación y de las figuras
anexas.
La figura 1 ilustra, de manera esquemática, una
célula de electrólisis provista de una instalación de tratamiento
de los efluentes gaseosos típica del arte anterior.
La figura 2 ilustra, de manera esquemática, una
célula de electrólisis provista de una instalación de tratamiento de
los efluentes gaseosos según un modo de realización de la
invención.
La figura 3 ilustra, de manera esquemática, un
dispositivo de inyección de gotitas de fluido de refrigeración según
un modo de realización de la invención.
La figura 4 ilustra, de manera esquemática, una
variante de la instalación de tratamiento de los efluentes según la
invención.
Tal como viene ilustrado en la figura 1, una
célula de producción de aluminio por electrólisis 1 comprende una
cuba 2, ánodos de carbón 3, parcialmente sumergidos en el baño de
electrolito 5, y un dispositivo 4 para alimentar el baño con
alúmina. La cuba 2 se cubre con una campana extractora 10 apta para
confinar los efluentes gaseosos producidos por la célula 1. Por lo
general, la campana extractora 10 comprende tapas en todo o parte
amovibles.
Los efluentes comprenden una parte gaseosa (que
contiene sobre todo aire, dióxido de carbono y productos fluorados)
y una parte sólida o "polvo" (que contiene alúmina, baño de
electrolito, ...). Típicamente, los efluentes se extraen de la
campana extractora 10 por aspiración, con ayuda de uno o varios
ventiladores 21 situados en la parte posterior a la instalación de
tratamiento 12-19. Circulan hacia los medios de
tratamiento 12-19 con ayuda de uno o varios
conductos 11. El tratamiento permite extraer los productos
fluorados contenidos en los efluentes y deja una fracción gaseosa
residual que contiene una cantidad despreciable de productos
fluorados. La fracción gaseosa residual es pues la fracción de la
parte gaseosa de los efluentes que no reaccionó con la
alúmina.
Según la invención, el procedimiento de
tratamiento de los efluentes gaseosos producidos por al menos una
célula 1 de producción de aluminio por electrólisis ígnea comprende
una refrigeración de los efluentes en la parte anterior a los
medios de tratamiento 12-19.
En un modo de realización preferido de la
invención, el procedimiento de tratamiento de los efluentes
gaseosos producidos por al menos una célula 1 de producción de
aluminio por electrólisis ígnea comprende:
- la circulación de los susodichos efluentes por
al menos un conducto 11 hacia medios de tratamiento
12-19 que comprenden por lo menos:
- un reactor 12 apto para extraer los productos
fluorados contenidos en los efluentes por reacción con alúmina
pulverulenta 16;
- un dispositivo de separación 13, apto para
separar la alúmina procedente del/de los reactor(es) 12 y la
fracción gaseosa residual, y que comprende medios de filtración
14,
- la introducción de los efluentes y de alúmina
pulverulenta en el o los reactor(es) 12, para hacer
reaccionar los efluentes con la alúmina,
- la separación de la alúmina y de la fracción
gaseosa residual con ayuda del dispositivo de separación 13,
- la circulación de toda o parte de la alúmina
procedente del dispositivo de separación 13, llamada "alúmina
fluorada", hacia una o varias células de electrólisis 1,
y se caracteriza porque comprende además la
inyección de gotitas de un fluido de refrigeración en el, o por lo
menos en uno de los, conducto(s) de circulación 11, en por
lo menos un punto P situado en la parte anterior al o a los
reactor(es) 12, para refrigerar los efluentes por
vaporización del susodicho fluido antes de su introducción en el o
los reactor(es) 12.
La alúmina llamada "fresca" utilizada para
la extracción de los productos fluorados de los efluentes procede
típicamente de un silo 16.
Una parte 17 de la alúmina "fluorada" 18
procedente de la operación de separación puede volver a
introducirse en el o los reactor(es) 12 para aumentar la
eficacia del tratamiento.
La circulación de toda o parte de la alúmina
fluorada procedente del dispositivo de separación 13 hacia las
células de electrólisis 1 puede ser directa o indirecta.
En las figuras 2 y 4, se ilustra
esquemáticamente la posición de un punto de inyección P en la parte
anterior al/a los reactor(es) 12. Típicamente, los puntos de
inyección P se sitúan en la parte anterior al sistema de
tratamiento 19 que incluye el o los reactores 12.
La situación del o de los puntos P de inyección
del fluido de refrigeración en los conductos de circulación 11 es
ventajosamente tal como para que las gotitas se evaporen totalmente
antes de alcanzar el o los reactor(es) 12. Esto permite
evitar la entrada de fluido de refrigeración líquido en el reactor,
que podría provocar problemas de manutención de la alúmina y un
deterioro de los medios de filtración. La distancia D entre el o
los puntos de inyección P y cada reactor 12 que permite obtener una
vaporización completa de las gotitas es típicamente superior a 15
m.
Preferentemente, las gotitas de fluido de
refrigeración se vaporizan totalmente antes de que den contra una
pared a proximidad del punto de inyección o contra un primer
obstáculo. Esto permite evitar el impacto de gotitas en la pared de
los conductos 11 y/o la acumulación de fluido que podrían llevar a
una corrosión de los conductos. Con este fin, las gotitas se
inyectan ventajosamente en el sentido del flujo de los efluentes.
También con este fin, las gotitas de fluido de refrigeración se
inyectan ventajosamente en forma de cono de dispersión (o "cono de
aspersión") 40 con un pequeño ángulo de apertura \alpha, que
es típicamente inferior a unos 20° (véase la figura 3). También con
este fin, es preferible formar gotitas cuyo tamaño permitirá su
vaporización durante su recorrido entre el punto, o los puntos, de
inyección y el obstáculo más cercano.
El tiempo de vaporización de las gotitas depende
de la temperatura de los efluentes y del tamaño de las gotitas. La
distancia recorrida durante la vaporización de las gotitas depende
de la velocidad de los efluentes. Para instalaciones industriales
típicas y para temperaturas del orden de los 150ºC, los inventores
consideran que el tamaño de las gotitas es preferentemente inferior
a 100 \mum para permitir una vaporización completa de éstas antes
de que alcancen un obstáculo o el reactor. El tamaño de las gotitas
está típicamente incluido entre 1 \mum y 100 \mum porque las
gotitas de tamaño inferior a 1 \mum son difíciles de producir. Es
posible obtener gotitas muy finas con ayuda de boquillas
alimentadas con una mezcla de fluido de refrigeración y de aire
comprimido.
Ventajosamente, el procedimiento comprende un
calentamiento del fluido de refrigeración antes de su introducción
en el o los conductos de circulación 11, con el fin de disminuir el
tiempo necesario para su vaporización. Esta variante también permite
bajar el umbral de temperatura, que es típicamente de 120ºC, por
debajo del que las gotitas no pueden vaporizarse totalmente antes
de que alcancen el reactor. El calentamiento puede efectuarse por
contacto entre un conducto de entrada del fluido de refrigeración 35
y los conductos de circulación 11 de los efluentes, o por contacto
directo del fluido de refrigeración con los conductos de
circulación 11, antes de su inyección en los efluentes.
Típicamente, se calienta el fluido de refrigeración hasta una
determinada temperatura, que se sitúa ventajosamente de 10° a 20°
por debajo de la temperatura de evaporación del líquido.
Según una variante ventajosa de la invención, se
hacen circular los efluentes en un venturi situado en la parte
anterior al o a los reactores 12 y se inyectan en el venturi todas o
parte de las gotitas de fluido de refrigeración. En otros términos,
el procedimiento según la invención comprende ventajosamente la
circulación de los efluentes en un venturi y por lo menos una parte
de la susodicha inyección de las gotitas de fluido de refrigeración
se realiza en el venturi. El movimiento turbulento de los efluentes
en el venturi permite mejorar la remoción de las gotitas y
acelerar su vaporización. Una parte de las gotitas de fluido de
refrigeración puede eventualmente inyectarse en la parte anterior al
venturi y/o en la parte posterior a éste.
Ventajosamente, es posible combinar estos
diferentes medios para favorecer una vaporización rápida de las
gotitas (inyección de las gotitas en el sentido del flujo de los
efluentes, formación de un cono de aspersión con pequeño ángulo de
apertura, formación de gotitas de pequeño tamaño, calentamiento
del fluido de refrigeración antes de su introducción en el flujo de
efluentes y/o paso de los efluentes por un venturi).
Eventualmente, el índice de vaporización de las
gotitas puede controlarse con ayuda de detectores (tales como
sistemas ópticos o higrómetros) a proximidad de la entrada del
reactor.
El caudal de fluido de refrigeración necesario
depende de la temperatura de los efluentes, de la caída de
temperatura deseada y del calor latente de vaporización del fluido
de refrigeración. Cuando el fluido de refrigeración es agua pura,
el caudal está típicamente incluido entre 0,1 y 2 g de agua/Nm^{3}
de efluentes/°C y más típicamente entre 0,2 y 1 g de agua/Nm^{3}
de efluentes/°C. Así, por ejemplo, para bajar de 10ºC la
temperatura de un caudal de efluentes de 100 Nm^{3}/s, un caudal
de fluido de refrigeración de 0,5 g de agua/Nm^{3} de
efluentes/°C corresponde a un caudal total de 500 g/s.
Ventajosamente, se producen las susodichas
gotitas por pulverización del susodicho fluido, típicamente a
partir de la fase líquida. Esta pulverización puede efectuarse con
ayuda de por lo menos una boquilla.
La gotitas pueden producirse de manera continua
o discontinua.
El fluido de refrigeración es ventajosamente
agua o un líquido que contiene agua, porque el agua posee un calor
latente de vaporización muy elevado. El líquido que contiene agua
puede ser una solución acuosa. El fluido de refrigeración puede
eventualmente comprender un aditivo apto para evitar la corrosión
y/o para mejorar el tratamiento de los efluentes.
Según un modo de realización ventajoso de la
invención, el índice de producción de las susodichas gotitas o el
caudal de fluido de refrigeración se ajusta según valores medidos
y/o determinados criterios. Por ejemplo, el caudal de fluido puede
ajustarse, de manera retroactiva, según la temperatura de los
efluentes medida justo antes de su introducción en el reactor, y más
precisamente medida en un punto T situado a una determinada
distancia Dm de éste (véase la figura 4). En otros términos, el
procedimiento de tratamiento según la invención comprende
ventajosamente una medida de la temperatura de los efluentes en por
lo menos un punto T situado a una determinada distancia Dm del o de
los reactor(es) 12 y un ajuste del caudal de fluido según la
temperatura medida. Según una variante de este modo de realización,
el caudal de fluido puede ajustarse, de manera retroactiva, según
medidas de la temperatura de los efluentes realizadas justo antes de
su introducción en el o los reactor(es) 12 y medidas del
caudal de los efluentes típicamente realizadas en la parte anterior
o posterior al dispositivo de inyección 30. Eventualmente, pueden
realizarse medidas de la temperatura de los efluentes en la parte
anterior al dispositivo de inyección 30 para determinar el índice
de vaporización del fluido de refrigeración.
Según la invención, la instalación de
tratamiento de los efluentes gaseosos producidos por al menos una
célula 1 de producción de aluminio por electrólisis ígnea comprende
medios de tratamiento 12-19 y un dispositivo de
refrigeración 29 en la parte anterior a los susodichos medios de
tratamiento.
En un modo de realización preferido de la
invención, el dispositivo de refrigeración 29 comprende por lo
menos un dispositivo de inyección 30 apto para inyectar gotitas de
fluido de refrigeración en los susodichos efluentes, en la parte
anterior a los medios de tratamiento 12-19.
Más precisamente, la instalación de tratamiento
de los efluentes gaseosos producidos por al menos una célula 1 de
producción de aluminio por electrólisis ígnea comprende:
- medios de tratamiento 12-19
que comprenden por lo menos:
- un reactor 12 apto para extraer los productos
fluorados contenidos en los susodichos efluentes por reacción con
alúmina pulverulenta 16;
\newpage
- un dispositivo de separación 13, apto para
separar la alúmina procedente del/de los reactor(es) 12 y la
fracción gaseosa residual, y que comprende medios de filtración
14,
- por lo menos un conducto 11 de circulación de
los susodichos efluentes hacia los susodichos medios de tratamiento
12-19,
- medios 23, 24, 25 para hacer circular toda o
parte de la alúmina procedente del dispositivo de separación 13,
llamada "alúmina fluorada", hacia una o varias células de
electrólisis 1,
y se caracteriza porque comprende además un
dispositivo 30 de inyección de gotitas de un fluido de
refrigeración en el, o por lo menos en uno de los,
conducto(s) de circulación 11, en por lo menos un punto P
situado en la parte anterior al o a los reactor(es) 12.
El o los reactor(es) 12 y el o los
dispositivo(s) de separación 13 pueden reunirse en un solo
sistema de tratamiento 19.
Típicamente, cada reactor 12 comprende medios
para poner en suspensión alúmina pulverulenta. Esta variante
permite hacer reaccionar eficazmente la alúmina con los efluentes
gaseosos que circulan por el o los conductos 11.
Típicamente, los medios de filtración 14 del
dispositivo de separación 13 se integran en un recinto de
contención 15.
Una parte de la alúmina "fluorada" que sale
del dispositivo de separación 13 por el (o los) conducto(s)
de salida 18 puede volver a introducirse en el o los
reactor(es) 12 mediante un conducto de derivación 17.
Típicamente, los medios de circulación 23, 24,
25 comprenden medios de almacenamiento 24 y conductos de
transporte 23 y de distribución 25.
La fracción de gas residual (es decir la parte
gaseosa de los efluentes expurgada de los productos fluorados)
procedente del dispositivo de separación 13 se evacua generalmente
por los medios de evacuación 20, 21, 22. Eventualmente, se puede
tratar con medios complementarios.
Tal como viene ilustrado en la figura 3, el
dispositivo de inyección 30 de un fluido de refrigeración en el o
los conductos de circulación 11 comprende típicamente por lo menos
un medio de inyección 31 y una fuente 39 de fluido de
refrigeración. El dispositivo de inyección 30 puede comprender una
bomba 38. En un modo de realización de la invención, el medio de
inyección 31 es un medio de pulverización, tal como una boquilla o
varias boquillas. Los medios de pulverización permiten formar por
lo menos un cono de dispersión (o "cono de aspersión") 40 de
las gotitas de fluido de refrigeración que puede orientarse. El
dispositivo de inyección 30 también puede comprender un filtro 36
para parar las partículas que pudieran obstruir el medio de
pulverización 31. Ventajosamente, el o los medios de inyección 31
son de un material apto para resistir a la corrosión o revestidos de
un material apto para resistir a la corrosión.
Según una variante de la invención, el
dispositivo de inyección 30 comprende igualmente una fuente 34 de
aire comprimido.
El dispositivo de inyección 30 puede comprender
además medios de regulación 33, 37, tales como un regulador 37 de
la presión y/o del caudal del fluido de refrigeración. En una
variante de la invención según la que el dispositivo de inyección
30 comprende una fuente 34 de aire comprimido, el dispositivo de
inyección 30 comprende ventajosamente un regulador 33 de la presión
de aire comprimido. El dispositivo de inyección 30 también puede
comprender medios de medida de la presión y/o del caudal de fluido
de refrigeración y/o de aire. Estos medios permiten controlar o
manejar el dispositivo de inyección 30. El control o el manejo
pueden ejecutarse por un operador, un autómata o un sistema de
regulación.
El o los conductos de circulación 11 pueden
comprender un revestimiento anticorrosivo en todo o parte de su
pared interior, particularmente a proximidad del o de los puntos P
de inyección de las gotitas.
Según una variante ventajosa de la invención, la
instalación de tratamiento comprende un venturi situado en la parte
anterior al o a los reactor(es) 12 y por lo menos un punto
de inyección P de las gotitas de fluido de refrigeración se sitúa
en el venturi. Uno o varios puntos de inyección puede(n)
eventualmente situarse en la parte anterior y/o posterior al
venturi.
Según otra variante ventajosa de la invención,
la instalación de tratamiento comprende un sistema de regulación 50
que comprende por lo menos una sonda 51 para medir la temperatura
de los efluentes en la parte anterior al o a los reactor(es)
12 (y más precisamente en un punto T situado a una determinada
distancia Dm de éstos) y una central de control 52 del dispositivo
de inyección 30 (véase la figura 4). La central de control 52
retroactúa típicamente sobre el regulador de presión y/o de caudal
del fluido de refrigeración 37 y/o del regulador de presión de aire
comprimido 33, según los valores de temperatura medidos. El control
se efectúa típicamente de forma a evitar que la temperatura de los
efluentes exceda un valor umbral Tm determinado.
Una prueba de refrigeración con un procedimiento
y un dispositivo según la invención fue realizada sobre células de
producción de aluminio por electrólisis.
La instalación de tratamiento era similar a la
de la figura 2 y comprendía además un venturi en la parte posterior
al punto de inyección de las gotitas de agua.
El dispositivo de inyección comprendía una
boquilla activada por aire comprimido.
El fluido de refrigeración era agua a
temperatura ambiente. La inyección de agua de refrigeración era
continua y duró durante 3 semanas.
Los efluentes procedían de 3 células de
electrólisis que funcionaban a 495 kA. El flujo de los efluentes
era de unos 9 Nm^{3}/s. La temperatura de los efluentes en la
entrada del reactor era de unos 150ºC en ausencia de introducción de
fluido de refrigeración. La inyección de agua permitió disminuir la
temperatura de los efluentes de célula de por lo menos 8ºC. La
disminución de la temperatura alcanzó hasta los 20ºC.
La solicitante observó que un caudal de agua de
refrigeración suficiente como para bajar de forma significativa la
temperatura de los efluentes aumentaba muy poco la cantidad de agua
de los efluentes. Más precisamente, un caudal de inyección de agua
del orden de 2,1 l/min., suficiente como para bajar la temperatura
de los efluentes de unos 8ºC, ha llevado a la introducción de unos
0,3% en peso de agua en el flujo de efluentes, mientras que la
cantidad de agua de los efluentes sin inyección de agua se situaba
entre 0,9 y 1,1% en peso (los valores observados se sitúan
típicamente entre 0,1 y 2% en pesos, según el índice de humedad del
aire ambiente).
La solicitante observó igualmente que, de forma
asombrosa, el agua inyectada se fijaba muy poco sobre la alúmina
durante el tratamiento y que las emisiones de productos fluorados
por la célula de electrólisis no aumentaban cuando los efluentes
habían sido refrigerados por inyección de agua. El agua inyectada
en los efluentes se volvía a encontrar casi totalmente en la
chimenea y la proporción de agua de la alúmina no variaba de forma
significativa.
Los rendimientos de la instalación de
tratamiento no han sido deteriorados por la presencia de agua en
los efluentes. Incluso por término medio se han mejorado a lo largo
de las pruebas, lo que los inventores atribuyen a una baja de la
temperatura media de los efluentes.
Estas pruebas también han demostrado que el
índice de atrición de la alúmina (es decir la formación de finos
por fricción) era más bajo que en ausencia de inyección de agua de
refrigeración. Partiendo de un valor medio del orden de unos 10%, el
índice de atrición ha bajado a unos 5% durante el período de
refrigeración de 3 semanas.
- 1
- Célula de electrólisis
- 2
- Cuba
- 3
- Ánodos
- 4
- Dispositivo de alimentación con alúmina
- 5
- Baño de electrolito
- 10
- Campana extractora
- 11
- Conducto de circulación
- 12
- Reactor
- 13
- Dispositivo de separación
- 14
- Filtros
- 15
- Recinto de contención
- 16
- Fuente de alúmina fresca
- 17
- Conducto de derivación de la alúmina fluorada
- 18
- Conducto de salida de la alúmina fluorada
- 19
- Sistema de tratamiento
- 20
- Conducto de evacuación
- 21
- Ventilador
- 22
- Chimenea
- 23
- Conducto de transporte de la alúmina fluorada
- 24
- Medio de almacenamiento de la alúmina fluorada
- 25
- Conducto de distribución de la alúmina fluorada
- 29
- Dispositivo de refrigeración
- 30
- Dispositivo de inyección
- 31
- Medios de inyección
- 32
- Entrada de aire comprimido
- 33
- Regulador de presión de aire comprimido
- 34
- Fuente de aire comprimido
- 35
- Entrada del fluido de refrigeración
- 36
- Filtro
- 37
- Regulador de presión y/o de caudal del fluido de refrigeración
- 38
- Bomba
- 39
- Fuente de fluido de refrigeración
- 40
- Cono de dispersión de las gotitas de fluido de refrigeración
- 50
- Sistema de regulación
- 51
- Sonda de medida de la temperatura de los efluentes
- 52
- Central de control.
Claims (20)
1. Procedimiento de tratamiento de los efluentes
gaseosos producidos por al menos una célula (1) de producción de
aluminio por electrólisis ígnea que comprende:
- la circulación de los susodichos efluentes por
al menos un conducto (11) hacia medios de tratamiento
(12-19) que comprenden por lo menos:
- un reactor (12) apto para extraer los
productos fluorados contenidos en los efluentes por reacción con
alúmina pulverulenta (16);
- un dispositivo de separación (13), apto para
separar la alúmina procedente del/de los reactor(es) (12) y
la fracción gaseosa residual, y que comprende medios de filtración
(14) que comprenden telas filtrantes de material polímero,
- la introducción de los efluentes y de alúmina
pulverulenta en el o los reactor(es) (12), para hacer
reaccionar los efluentes con la alúmina,
- la separación de la alúmina y de la fracción
gaseosa residual con ayuda del dispositivo de separación (13),
- la circulación de toda o parte de la alúmina
procedente del dispositivo de separación (13), llamada "alúmina
fluorada", hacia una o varias células de electrólisis (1),
y caracterizado porque comprende además
la inyección de gotitas de un fluido de refrigeración en el, o por
lo menos en uno de los, conducto(s) de circulación (11), en
por lo menos un punto (P) situado en la parte anterior al o a los
reactor(es) (12), para refrigerar los efluentes por
vaporización del susodicho fluido antes de su introducción en el o
los reactor(es) (12).
2. Procedimiento de tratamiento según la
reivindicación 1, caracterizado porque la situación del o de
los puntos (P) de inyección del fluido de refrigeración en los
conductos de circulación (11) es tal como para que las gotitas se
evaporen totalmente antes de alcanzar el o los reactor(es)
(12).
3. Procedimiento de tratamiento según la
reivindicación 1 o 2, caracterizado porque las gotitas se
inyectan en el sentido del flujo de los efluentes.
4. Procedimiento de tratamiento según una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque las gotitas de
fluido de refrigeración se inyectan en forma de cono de dispersión
(40) con un ángulo de apertura \alpha inferior a los 20°.
5. Procedimiento de tratamiento según una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el tamaño de
las gotitas está incluido entre 1 \mum y 100 \mum.
6. Procedimiento de tratamiento según una de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque las susodichas
gotitas se producen por pulverización del susodicho fluido.
7. Procedimiento de tratamiento según una de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el fluido de
refrigeración es agua o un líquido que contiene agua.
8. Procedimiento de tratamiento según una de las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque comprende una
medida de la temperatura de los efluentes en por lo menos un punto T
situado a una determinada distancia Dm del o de los
reactor(es) (12) y un ajuste del caudal de fluido según la
temperatura medida.
9. Procedimiento de tratamiento según una de las
reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque comprende
además un calentamiento del fluido de refrigeración antes de su
introducción en el o los conductos de circulación (11).
10. Procedimiento de tratamiento según una de
las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque comprende
además la circulación de los efluentes en un venturi situado en la
parte anterior al o a los reactor(es) (12) y porque al menos
una parte de la susodicha inyección de las gotitas de fluido de
refrigeración se realiza en el venturi.
11. Instalación de tratamiento de los efluentes
gaseosos producidos por al menos una célula (1) de producción de
aluminio por electrólisis ígnea que comprende:
- medios de tratamiento (12-19)
que comprenden por lo menos:
- un reactor (12) apto para extraer los
productos fluorados contenidos en los susodichos efluentes por
reacción con alúmina pulverulenta (16);
- un dispositivo de separación (13), apto para
separar la alúmina procedente del/de los reactor(es) (12) y
la fracción gaseosa residual, y que comprende medios de filtración
(14) que comprenden telas filtrantes de material polímero,
- por lo menos un conducto (11) de circulación
de los susodichos efluentes hacia los susodichos medios de
tratamiento (12-19),
- medios (23, 24, 25) para hacer circular toda o
parte de la alúmina procedente del dispositivo de separación (13),
llamada "alúmina fluorada", hacia una o varias células de
electrólisis (1),
y caracterizada porque comprende además
un dispositivo (30) de inyección de gotitas de un fluido de
refrigeración en el, o por lo menos en uno de los,
conducto(s) de circulación (11), en por lo menos un punto
(P) situado en la parte anterior al o a los reactor(es)
(12).
12. Instalación de tratamiento según la
reivindicación 11, caracterizada porque cada reactor (12)
comprende medios para poner en suspensión alúmina pulverulenta
(16).
13. Instalación de tratamiento según la
reivindicación 11 o 12, caracterizada porque la situación del
o de los puntos (P) de inyección del fluido de refrigeración en los
conductos de circulación (11) es tal como para que las gotitas se
evaporen totalmente antes de alcanzar el o los reactor(es)
(12).
14. Instalación de tratamiento según una
cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, caracterizada
porque el dispositivo de inyección (30) de un fluido de
refrigeración en el o los conductos de circulación (11) comprende
por lo menos un medio de inyección (31) elegido entre los medios de
pulverización.
15. Instalación de tratamiento según la
reivindicación 14, caracterizada porque el medio de
pulverización comprende por lo menos una boquilla.
16. Instalación de tratamiento según una
cualquiera de las reivindicaciones 11 a 15, caracterizada
porque la instalación de tratamiento comprende un venturi situado
en la parte anterior al o a los reactor(es) (12) y porque al
menos un punto (P) de inyección de las gotitas de fluido de
refrigeración se sitúa en el venturi.
17. Instalación de tratamiento según una
cualquiera de las reivindicaciones 11 a 16, caracterizada
porque el o los conductos de circulación (11) comprenden un
revestimiento anticorrosivo en todo o parte de su pared
interior.
18. Instalación de tratamiento según una
cualquiera de las reivindicaciones 11 a 17, caracterizada
porque el dispositivo de inyección (30) comprende además medios de
regulación (33, 37).
19. Instalación de tratamiento según la
reivindicación 18, caracterizada porque los medios de
regulación (33, 37) comprenden un regulador (37) de la presión y/o
del caudal del fluido de refrigeración.
20. Instalación de tratamiento según la
reivindicación 18 o 19, caracterizada porque la instalación
de tratamiento comprende un sistema de regulación (50) que
comprende por lo menos una sonda (51) para medir la temperatura de
los efluentes en la parte anterior al o a los reactor(es)
(12) y una central de control (52) del dispositivo de inyección
(30).
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