JP2007507348A - 粒状物質からなる移動層によるガスの処理装置及び方法 - Google Patents

粒状物質からなる移動層によるガスの処理装置及び方法 Download PDF

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Abstract

本発明の装置及び方法は、下部(5)にガス入口(2)、上部(4)にガス出口(3)を有するカラム(1)を使用するものである。粒状炭素は、供給管(7)を通じてカラム(1)に導入される。供給管(7)は移動可能であり、供給管(7)の高さを調節することにより、また、粒状物質をカラム(1)から排出することにより、カラム(1)内の粒状物質層(8)の高さを調節することができ、これにより、オフガスの粒状物質層(8)内での保持時間を一定にすることができる。粒状物質層(8)内でのオフガスの保持時間を一定に維持することにより、オフガスの完全な転換が達成される。
【選択図】 図１

Description

＜発明の分野＞
本発明は、ガスを処理するための装置及び方法に関し、より具体的には、電気製錬リアクターの中で、炭素熱によるアルミニウムの製造工程中に発生するオフガスを処理する装置及び方法に関する。
＜発明の背景＞
電気製錬リアクターにおいて、炭素熱によるアルミニウムの製造工程では、オフガスについて、アルミニウムを回収するための処理が行われる。一般的に、オフガスには、炭素の酸化物、相当量のアルミニウム蒸気、Ａｌ2Ｏのようなアルミニウム亜酸化物(aluminum sub-oxides)が含まれている。オフガス中のアルミニウム及びアルミニウム化合物は、典型的には、向流式の気体固体リアクター又はカラムに回収される。前記リアクター又はカラムでは、粒状炭素は下向きに流れ、ガス又はオフガスは上向きに流れる。このようなカラムの一例は、米国特許第４０９９９５７号に開示されており、オフガスは、本質的に互いに固定された比較的大きな炭素片の層(bed)を通って上方に送られる。
炭素熱によるアルミニウムの製造において、製錬リアクター炉の操業条件は、時間と共に変化するから、リアクター炉内の圧力と同様、発生するガス量も変動する。ガス発生量が変動すると、向流カラム内のガス速度が変動するため、その結果、オフガスのカラム内での滞留時間も変動する。カラム内でのオフガスの滞留時間(retention time)が短いと、オフガスと粒状炭素のカラム内での反応は完全に終わらない可能性がある。炭素とオフガスの反応が均一に行われるようにするために、オフガスの滞留時間を一定に維持し、オフガスと粒状炭素の接触時間を一定に維持する必要がある。
＜発明の要旨＞
発明の目的は、電気製錬リアクターにおいて、ガス、特に炭素熱(carbothermic)によるアルミニウムの製造中に発生するオフガス(off gas)を処理する方法及び装置を提供するものであって、粒状炭素中でのオフガスの滞留時間が維持されるようにしたものである。
それゆえ、本発明は、ガス、特に炭素熱によるアルミニウム製造用リアクターから発生するオフガスを処理する装置を提供するものであり、該装置は、下部にガス入口、上部にガス出口を有する垂直なカラムを具え、該カラムは、粒状物質(particulate material)の移動層(moving bed)が形成されるように構成されており、粒状物質を供給するための垂直な供給管がカラムの上面部を貫いて設けられていることを特徴としており、前記供給管は、粒状物質の移動層の高さを調節できるように、垂直方向に移動可能であり、ガス入口の下方に、粒状物質をカラムから排出する手段が設けられている。
広義において、本発明は、炭素熱によるアルミニウム製造に使用されるリアクターで発生するオフガスを処理するための装置であり、
(ａ)上部及び下部を有する垂直なカラムと、
(ｂ)前記カラムの下部に配置されたガス入口と、
(ｃ)前記カラムの上部に配置されたガス出口と、
(ｄ)粒状物質が前記カラムの中へ下向きに流れるように粒状物質を導入する垂直な供給管であって、前記カラムの上部の中を垂直方向に移動可能に配備された供給管と、
(ｅ)前記カラムの下部に配置された粒状物質排出手段と、を含んでいる。
ガス入口は、ガスが、カラムの下部に対して接線方向に供給されるように配置されることが望ましい。ガス入口は、カラムの下部の側壁に設けられることが好ましいが、カラムの底壁に設けられることもできる。
ガス出口は、カラムの上部の側壁に設けられることが望ましい。
粒状物質排出手段は、例えば、カラムの底壁に配置された回転式弁であり、公知の要領で作動して、粒状物質はカラムの底部に排出されることができる。粒状物質排出手段はまた、カラムの下部に、水平方向に向けて配備された回転ディスクでもよい。ディスクの直径は、カラムの底部の内径より小さく、カラム内部で自由に回転可能である。ガス出口は、カラムの底壁に設けられ、ディスクの回転によってディスクから振り落とされた粒状物質が下方へ落とされ、ガス出口から排出される。前記排出手段が回転ディスクの場合、ガス入口は、粒状物質の排出口でもよい。
カラムの上部は円筒形状であることが好ましく、カラムの下部は円錐形状であることが好ましい。
また、カラム上部の円筒形状部は下方へ延長して、カラム下部の円錐形状部に進入させることが望ましい。
本発明の装置において、粒状物質層の高さは、製錬リアクターの運転条件に応じて調節することができる。カラム内の粒状物質層の高さを変えるには、供給管を上下に移動させることによって行われる。カラム内の粒状物質を少なくしたり、カラムから粒状物質を取り除くために、カラムから粒状物質を排出する排出手段が用いられる。このように、粒状物質層でのガス滞留時間は、ガス処理が最適化されるように、狭い範囲内に維持されることができる。炭素熱を利用してアルミニウムを製造するリアクターで発生するオフガスを処理する際、炭素粒子の層の中でのガス滞留時間を調節することにより、ガスがガス出口からカラムを出て行くまでの間に、オフガス中に存在する全てのアルミニウム成分が、炭素材料の中で確実に反応又は凝縮(condensed)が行われるようにすることができる。
炭素熱によるアルミニウム製造用リアクターで生ずるオフガスの処理方法は、広義において、
(ａ)粒状炭素をカラムの上部に導入し、
(ｂ)前記カラム内に、高さ調節可能な粒状炭素層を形成し、
(ｃ)オフガスが前記粒状炭素層を通って上方へ流れるように、オフガスをカラムの下部に導入し、
(ｄ)粒状炭素材料をカラムの下部から排出し、
(ｅ)粒状炭素の層の高さを調節して、粒状炭素層の中のオフガスの滞留時間を維持する、工程を含んでいる。
上記の如く、粒状炭素物質層の高さを高くするには、垂直な供給管を上昇させればよく、これによってより多くの粒状炭素物質がカラムに導入される。粒状炭素物質の層の高さを低くするには、排出手段により、粒状炭素物質をカラムから排出したり、垂直な供給管を降下させればよい。
＜望ましい実施例の詳細な説明＞
図１に示すように、本発明の装置は、ガス入口(2)とガス出口(3)を有する垂直なカラム(1)を含んでいる。カラム(1)は、上部(4)と下部(5)から構成される。図１に示すとおり、上部(4)は略円筒形状であるのに対し、下部(5)は略円錐形状である。上部(4)の下端は延びて、下部(5)へ進入している。下部(5)の上側部分の直径は、上部(4)の下側部分よりも大きい。
ガス入口(2)は、オフガスが上部(4)の底部から入ることができるように、下部(5)の側壁に設けられる。ガス入口(2)を下部(5)の側壁に設けることにより、オフガスは、カラム(1)に対して接線方向に進む。
粒状物質の排出手段(6)は、カラム(1)の下部(5)の底壁に配備されている。図１中、排出手段は、公知の回転弁であり、カラム(1)の底壁に配備されている。この種の弁は、該弁を回転させるモータを含んでおり、粒状物質は、弁の回転によって排出される。回転弁によって排出される粒状物質は、下向きに流れて、容器(図示せず)へ送られるか、又は、供給管(7)からカラム(1)へ戻され、さらなる処理が行われる。
垂直な供給管(7)は、カラム(1)の上壁を貫通して、カラム(1)へ挿入されている。供給管(7)は、公知の昇降手段(図示せず)を用いて、垂直方向に移動可能である。例えば炭素粒子の如き粒状物質は、供給管(7)からカラムへ供給され、カラム(1)の中で粒状物質の層(8)が形成される。粒状物質の供給管(7)への供給は、公知の装置を用いて、公知の要領で行われる。
図２は、本発明の装置の他の実施例を示している。図２中、同様な要素には同じ符号が付されている。図２において、ガス入口(2)は、カラム(1)の下部(5)の底壁に設けられる。図２において、排出手段は、ガス入口(2)と回転ディスク(10)の両方を含んでいる。回転ディスク(10)が回転すると、粒状物質は、ディスクの縁部から落下し、ガス入口(2)を通って流れ落ちる。図２に示されるように、ディスク(10)の直径は、下部(5)の内径よりも小さいが、上部(4)の内径よりは大きい。直径を上部(4)よりも大きくすることにより、粒状物質は、上部(4)の下側にとどまり、上部(4)の下側部分に充填される。粒状物質は、供給管(7)からディスク(10)に供給され、粒状物質の層(8)が形成される。ディスク(10)の下部(5)への配置は、公知の手段を用いて公知の要領で行われ、ディスク(10)は下部(5)の中で支持され、回転する。
図２に示される装置の実施例は、炉の蓋上に直接配置されるものに特に適しており、リアクターに対してより直接的なガスのルートが形成されることができ、ガスはリアクターから出て本発明の装置に入り、粒状物質はガス入口(2)から直接排出され、リアクターへ送られる。
本発明の装置の運転中、ガスは、ガス入口(2)を通って装置へ供給される。ガスは、炭素熱によるアルミニウムを製造するための製錬リアクターからのオフガスが適している。そのような製錬リアクターのオフガスは、炭素の酸化物の他、アルミニウム蒸気及び揮発性のアルミニウム亜酸化物を含んでいる。ガスは、カラムに入り、炭素粒子の層(8)を通って上方に移動する。このとき、オフガス中のアルミニウム成分は、炭素粒子と反応し、炭化アルミニウムが生成される。炭素の酸化物は、次に、前記層(8)を通って上方に移動し、ガス出口(3)を通って外へ出て行く。
ガス入口(2)に入るガスの圧力に基づいて、層(8)の高さの調節は、上部(4)の供給管(7)を上下させることにより、また、粒状物質を下部(5)の底部から排出することにより行なうことができる。このようにして、層(8)中でのガスの滞留時間は、ガスの圧力が変動した場合でも略一定に維持することができる。このように、層(8)の高さ調節が行われるので、粒状物質内でのガスの滞留時間は維持され、アルミニウム亜酸化物のアルミニウム炭化物への転換は完全に行われる。
特許請求の範囲は、発明の精神及び範囲から逸脱することなく、例示として選択した発明の望ましい実施例に関する全ての変化及び変形をも包含するものであることは理解されるべきである。
望ましい実施例についてこれまで説明したが、本発明はこれら実施例に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲内で具体化されるものと理解されるべきである。
本発明に係る一実施例の装置を垂直方向に切断した断面図である。 本発明に係る他の実施例の装置を垂直方向に切断した断面図である。

Claims (13)

  1. 炭素熱によるアルミニウムの製造に用いられるリアクターで発生するオフガスを処理する装置であって、
    (ａ)上部及び下部を有する垂直なカラムと、
    (ｂ)前記カラムの下部に配置されたガス入口と、
    (ｃ)前記カラムの上部に配置されたガス出口と、
    (ｄ)粒状物質が前記カラムの中へ下向きに流れるように粒状物質を導入する垂直な供給管であって、前記カラムの上部の中を垂直方向に移動可能に配備された供給管と、
    (ｅ)前記カラムの下部に配置された粒状物質排出手段と、を含んでいる装置。
  2. ガス入口は、カラムの下部のカラムの側壁に設けられている請求項１に記載の装置。
  3. ガス入口は、カラムの底壁に設けられている請求項１に記載の装置。
  4. ガス出口は、カラムの上部のカラムの側壁に設けられている請求項１に記載の装置。
  5. 粒状物質排出手段は、カラムの底壁に配置された、水平方向に向けて回転可能な弁である請求項１に記載の装置。
  6. 粒状物質排出手段は、カラムの下部で水平方向に向けて回転可能なディスクであって、前記ディスクの直径はカラムの下部の直径より小さく、カラムの底壁に排出口が設けられている請求項１に記載の装置。
  7. カラムの上部は略円筒形である請求項１に記載の装置。
  8. カラムの下部は略円錐形である請求項１に記載の装置。
  9. カラムの上部は、カラムの下部の中へ進入している請求項１に記載の装置。
  10. 炭素熱によるアルミニウム生成反応で発生するオフガスを処理する方法であって、
    (ａ)粒状炭素をカラムの上部に導入し、
    (ｂ)前記カラム内に、粒状炭素からなる高さ調節可能な層を形成し、
    (ｃ)オフガスが前記粒状炭素層を通って上方へ流れるように、オフガスをカラムの下部に導入し、
    (ｄ)粒状炭素材料をカラムの下部から排出し、
    (ｅ)粒状炭素の層の高さを調節して、粒状炭素中におけるオフガスの滞留時間を維持する、工程を含んでいる方法。
  11. より多くの粒状炭素をカラムの中へ導入することにより、粒状炭素の層の高さを高くすることをさらに含んでいる請求項１０に記載の方法。
  12. カラムから粒状炭素を排出することにより、粒状炭素の層の高さを低くすることをさらに含んでいる請求項１０に記載の方法。
  13. オフガスは、カラムの下部の中へ接線方向に導入される請求項１０に記載の方法。
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