NO115908B - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte og apparat til rensing av avgasser som oppstår ved fjerning av hydrogenet fra aluminiumsmelter ved innføring av klor.

Den foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte til rensing av de avgasser som oppstår ved fjerning av hydrogenet fra aluminiumsmelter ved innføring av klor, samt et apparat til gjennomføring av denne fremgangsmåte.

Det er kjent at smeltet renaluminium har

en meget stor evne til å oppta hydrogen. Herunder er hydrogenet dels oppløst i smeiten i atomtilstand, dels tilstede i kjemisk bundet form som aluminiumhydrogenid. Ved stivning av den støpte smelte går det i atom-tilstand oppløste hydrogen over i molekylær tilstand og forårsaker uønskede blærer i støpestykket.

For å bevirke fj erning av hydrogen fra smeiten blir denne klorert ved innføring av tørt klor eller karbonkloridforbindelser, idet det tilstedeværende hydrogen blir omdannet i hydrogenklorid. For herunder å oppnå en god gjennom-blanding av smeiten med kloreringsgassen og dermed en vidtgående fjerning av hydrogenet, må der arbeides med et stort støkiometrisk over-skudd av klorgass. Den overskytende kloreringsgass danner med aluminiumet i smeiten aluminiumklorid som ved atmosfærisk trykk subli-merer fra fast tilstand til gasstilstand ved' ca. 180°C.

De reaksjonsprodukter som føres ut av smeiten ved den beskrevne rensningsprosess, består således hovedsakelig av gassformet aluminiumklorid og en liten andel hydrogenklorid i gass-foran, og reaksjonsproduktene kommer ut av smeiten med den i denne herskende temperatur på ca. 700°C. Hvis kloreringsavgassene uten ytterligere foranstaltninger føres ut i det fri, danner de ved avkjøling under sublimasjonstemperaturen for aluminiumkloridet en tett hvit tåke, som består av fine, faste partikler av aluminiumklorid, samt som følge av tilstedeværel-sen av hydrogenkloridgass, kjemisk aggressiv saltsyre ved berøring med fuktighet. Gassene må derfor renses for reaksjonsproduktene før de fø-res ut i atmosfæren.

Til dette formål er der kjent en rensepro-sess'hvor der over digelen er anordnet en avtrekkshette som de cfra smeiten kommende klo-reringsgasser suges ut gjennom til et utskillel-sesapparat sammen med bæreluft som suges inn mellom hetten og digelen. Da der suges inn forholdsvis meget kald bæreluft i forhold til meng-den av kloreringsgass, faller temperaturen av gassblandingen under sublimasjonstemperaturen for aluminiumkloridet, slik at dette felles ut i form av ørsmå, faste partikler med en diameter som for størstedelen ligger under 1 ycm. En utskillelse av disse aluminiumkloridpartikler fra gass-strømmen er bare meget vanskelig mulig og krever kompliserte apparater. Anvendelse av sykloner, vaske- og risletårn samt benyttelse av mekaniske vaskeinnretninger fører ikke til til-fredsstillende resultater. Bare i det konstruk-sjonsmessig henseende kompliserte elektrofilter fører til en tilstrekkelig utskillelsesgrad. Av denne grunn består de kjente utskillelsesanlegg i alminnelighet av et vasketårn hvor de grove aluminiumkloridpartikler og hydrogenkloridgassen vaskes ut, mens de fine aluminiumkloridpartikler utskilles i et ettersj altet våtelektro-filter. Slike renseanlegg er på grunn av anven-delsen av det dyre elektrofilter og de store gass-mengder som skyldes bæreluften, omfangsrike og kostbare.

Oppfinnelsen går ut fra den erkjennelse at en grunnleggende mangel ved de kjente rense-prosesser består i at det opprinnelige gassformede aluminiumklorid ved blanding med den kalde bæreluft utfelles i gass-strømmen i form av ørsmå partikler som det byr på betydelige vanskeligheter å fjerne. Til grunn for oppfinnelsen ligger den oppgave å utforme den innled-ningsvis nevnte fremgangmåte slik at de vanskeligheter som opptrer ved de kjente frem-gangsmåter, unngås og de reaksjonsprodukter som føres ut av smeiten, særlig aluminiumkloridet, uten omfattende konstruktive innretninger fjernes fra avgass-strømmen.

Denne oppgave er ifølge oppfinnelsen løst ved at avgassen ved en temperatur som ligger over sublimeringstemperaturen for det inneholdte aluminiumklorid, bringes i berøring med væskeoverflater hvis temperatur ligger under sublimeringstemperaturen, idet aluminiumkloridet kondenseres på væskeoverflaten, absorberes av væsken og føres ut av denne.

Ved den nye fremgangsmåte oppnås det at aluminiumkloridet ved kondensasjon på væskeoverflaten praktisk talt direkte etter overgangen i den faste fase absorberes av væsken, så der i forhold til kjente kondensasjonsinnretninger for aluminiumklorid ikke finner sted dannelse av faste avleiringer som må f j ernes fra tid til annen. Dannelse av faste avleiringer har dessuten den ulempe at kondensasjonsytelsen av utskillelses-anordningen reduseres med tiltagende skikt-tyk-kelse av det vedhengende korid, da de dårlig le-dende skikt hindrer varmegjennomgangen. Ved kondensasjon av aluminiumklorid på væskeoverflater blir derimot avleiring av kondensa-sjonsprodukter hindret, idet disse absorberes av væsken umiddelbart når de oppstår og løpende føres bort med væsken. Derved oppnår man en konstant kondensasjonsytelse samtidig som også en del av hydrogenkloridgassen blir utskilt fra gass-strømmen ved absorbsjon i væsken ved av-gassenes berøring med denne. Som væske kommer spesielt vann i betraktning, men også en vandig, svak alkalisk oppløsning som oppviser god absorbsjonsevne for aluminiumklorid og hydrogenklorid, kan eventuelt anvendes.

Der foreligger ikke fare for en nevneverdig fordampning av absorbsjonsvæsken ved berør-ing med avgassene, da på den ene side varme-innholdet av gassene er forholdsvis lite og opp-varmningen av væsken kan begrenses til en på forhånd fastlagt verdi ved regulering av tilførse-len av væske pr. tidsenhet.

Ved berøring av avgassene med væskeoverflatene blir riktignok, som nevnt, en del av det hydrogenklorid som er tilstede i avgassen, også utskilt, men denne utskillelse er meget ufull-stendig da berøringsflatene i apparatet ikke er tilstrekkelig for dette formål og dessuten de gasshastigheter som anvendes, vanligvis er små. Som følge av disse forhold blir der ved konden-sasjonen av aluminiumkloridet på væskeoverflatene heller ikke utskilt noen partikler av faste stoffer som er revet med av gass-strømmen fra aluminiumsmelten. For å rense avgassen også for disse reaksjonsprodukter foreskrives det videre ifølge oppfinnelsen at man for å fjerne det ennu inneholdte hydrogenklorid og de fra smeiten medrevne faste partikler, skal vaske avgassen etter berøring med væskeoverflatene. Herved blir resten av hydrogenkloridgassen absorbert og de faste partikler fjernet fra gass-strømmen.

Erfaringsmessig er det ved praktisk drift ikke alltid til å unngå at en del av den klorgass som skal føres inn i smeiten, kommer direkte inn i avgassen, f. eks. som følge av korrosjon i klortilførselsrøret i området over smeiten. Når der som kondensasjons- og vaskevæske anvendes f. eks. vann, er den væskemengde som anvendes til utskillelse av aluminiumklorid og vasking av gassen, ikke tilstrekkelig til å absorbere klorgassen, da denne er relativt dårlig oppløselig i vann. For å avhjelpe dette forhold blir det i-følge et videre trekk ved oppfinnelsen foreskre-vet at avgassen, etter at aluminiumkloridet er fjernet og eventuelt etter den etterfølgende vasking til fjerning av eventuelt ennu inneholdt hydrogenklorid, skal blandes intensivt med en væskemengde som motsvarer den dårlige opp-løsningsevne av klor i vann, og at kloret eventuelt føres bort i væsken.

Til gjennomføring av fremgangsmåten tjener der ifølge oppfinnelsen et apparat hvor der over aluminiumsmelten er anordnet et gassrom med tilsluttet avgassledning og etterfølgende utskillelsesinnretning for aluminiumkloridet,karakterisert vedat det nevnte gassrom er vidtgående eller fullstendig avtettet mot tilgang på luft fra omgivelsene, samtidig som de vegger som begrenser gassrommet, og avgassledningen

er varmeisolert, og at utskillelsesinnretningen er en fallfilmkondensator som består av ett eller

flere fallrør som slutter seg gasstett til avgassledningen, og hvis mot gass-strømmen vendende inner- og/eller ytterflater er dekket av en væskefilm som er sluttet rundt røromkretsen og renner nedover under innvirkning av tyngdekraften.

Det er fordelaktig når gassrommet over aluminiumsmelten i det vesentlige er begrenset av en i og for seg kjent avtrekkshette som imidler-tid ligger tett an mot smeltedigelen.

I motsetning til ved de kjente apparater blir således avgassen ved det nye apparat uten merk-bar tilførsel av omgivelsesluft tilført fallfilmkondensatoren ifølge oppfinnelsen. Denne fallfilmkondensator danner en stor væskeoverflate og sørger for en automatisk rensing av fallrør-ene, slik at der ikke kan dannes noen belegg av faste stoffer på rørene.

Riktig nok er det tenkelig som kondensator for aluminiumkloridet også å anvende risletårn, men disse har ikke en så gunstig virkemåte som den beskrevne fallfilmkondensator, da de enkelte væskedråper, når de føres gjennom gassen, etter-later seg en sone med underkjølt gass hvor aluminiumkloridet igjen utfelles i form av faste partikler.

Heller ikke kolonner med fyllegemer, hvor væsken risler ned gjennom fyllegemene, og som gjennomstrømmes av de avgasser som skal renses, er så egnet som fallfilmkondensatorer, da fast aluminiumklorid vil avleire seg på de alltid forekommende ikke våte partier av fyllegeme-nes overflate og således tilstoppe kolonnen.

For å hindre en utskillelse av aluminiumklorid i fast form på veggene av avgassledningen mellom smeltedigelen og kondensatoren, fore-trekkes det å forsyne avgassledningen i det nevnte område med en oppvarmningsinnretning, så temperaturen av'avgassledningens innervegg alltid kan holdes på en verdi over sublimasjonstemperaturen for aluminiumkloridet.

En tett forbindelse mellom avgassledningen og kondensatoren kan ifølge oppfinnelsen på en-kel måte oppnås ved at der mellom avgassledningen og kondensatoren er anordnet en ringformet væskelås, idet den væskebeholder som enden av avgassrøret eller et spesielt mellomstykke rager ned i, samtidig er utformet som tilførselsbehol-der for væske til fallrørene.

Til utskillelse av de øvrige reaksjonsprodukter som ikke er fjernet fra avgass-strømmen i fallfilmkondensatoren, blir det ifølge oppfinnelsen videre foreslått at der til fallfilmkondensatoren skal slutte seg en væskegj ennomrislet fyll-legemekolonne som gjennomstrømmes av avgass og væske i motstrøm og har en ettersj altet væskestrålepumpe som via samle- og gassutskillelsesbeholder er forbundet med et avtrekk for den rensede gass. I fyllegeme-kolonnen finner der sted vasking av gassen og utskillelse av det ennu inneholdte hydrogenklorid samt de faste partikler som er revet med fra smeiten, mens det frie klor som eventuelt er tilstede i avgassen, som føl-ge av den intensive blanding med en stor væskemengde i strålepumpen oppløses i denne væskemengde og føres bort. Væskestrålepumpen tjener herunder samtidig til transport av avgassen og opprettholdelse av undertrykket i de foran-sjaltede ledninger og apparatdeler som gjen-nomstrømmes av gassen. I væskestrålepumpen, som arbeider med en stor væskemengde, finner der sted en grundig blanding av avgassen med drivvæsken, slik at eventuelt tilstedeværende fritt klor absorberes i drivvæsken. For ytterligere å forsterke den klorabsorberende virkning av væskestrålepumpen, er det fordelaktig å føre gassen flere ganger gjennom pumpen. Av denne grunn er der ifølge oppfinnelsen for tilbakefør-ing av en del av avgassene fra avtrekket til strålepumpen anordnet en med et reguleringsorgan forsynt forbindeLsesledning mellom strålepumpens sugeside og avtrekket. På denne måte kan berøringstiden<p>g berøringsoverflaten mellom avgassen og drivvæsken økes etter ønske alt etter innstilling av reguleringsorganet.

På tegningen er der vist et utførelseseksem-pel på et apparat ifølge oppfinnelsen til utførelse av den nye fremgangsmåte.

På tegningen er det vist en digel med en jernmantel 1 som inneholder den aluminium - smelte 2 som skal kloreres,, og har en murut-foring 3. En trekkinnretning, som ikke er nær-mere vist på tegningen, er via en'krok 4 forbundet med digelen og tjener til å svinge denne om en dreieakse 5 for tømning.

På digelen er der satt en avtrekkshette 6 for avgassene. Hetten er løsbart anordnet på digelen ved hjelp av skruer 7 under mellomlegg av en pakning 8 som f. eks. kan bestå av asbest. Under drift blir der i gassrom 9 som befinner seg over smeiten 2, opprettholdt et svakt undertrykk, og pakningen 8 sørger for at omgivelsesluft ikke kan trenge inn i gassrommet 9. Derved blir det unngått at den kloreringsavgass som trer ut av smeiten, blandes med omgivelsesluft som ville kunne trenge inn mellom dekselet og digelen, og avkjøles så meget at det gassformede aluminiumklorid utfelles i form av fast sublimat.

Avgasshetten 6 er forsynt med en utvendig varmeisolering 10 for å hindre at fast aluminiumklorid avsetter seg på de kalde steder av veggene. Varmeisoleringen er herunder slik dimen-sjonert at veggtemperaturen av hetten som føl-ge av varmestrålingen fra aluminiumsmelten, som har en temperatur av ca. 700°C, holdes over sublimasjonstemperaturen på ca. 180°C.

Sentralt i hetten 6 er der anordnet en tilslutningsstuss M som et klorfordelingsrør 12 rager ned i aluminiumsmelten 2 gjennom. Gjennom en ledning 13 og en bøyelig tilførselsledning 15 samt et klorfordelingsrør 12 blir klorgassen ført inn i smeiten fra en trykkbeholder. I ledningen 13 er der innbygd en ventil 14 som tillater do-sering av den klorgassmengde som tilføres smeiten.

Hetten 6 er på den ene side forsynt med en hettestuss 15a som slutter seg til en ledning 16 som er forsynt med isolasjon 18 og utgjør avgassledningen som den gass som skal renses, fø-res ut fra gassrommet 9 gjennom. For også i avgassledningen 16 å unngå en utfelling av gassformet aluminiumklorid på veggene i form av faste partikler og således hindre at ledningen tilstoppes, er denne forsynt med en elektrisk oppvarmningsinnretning i form av et varmebånd 17 som er viklet i skrueform om røret og for-trinnsvis via en termobryter, som ikke er vist på tegningen, er tilsluttet en elektrisk spennings-kilde, slik at røret 16 alltid holdes på en temperatur over sublimasjonstemperaturen for aluminiumkloridet.

Til avgassledningen 16 slutter der seg en kondensator som får tilført avgassene i den hensikt å bevirke utfelling av aluminiumkloridet og en del av hydrogenkloridet. Kondensatoren er utformet som fallfilmkondensator og består av et fallrør 19 hvis innerflate er dekket av en sluttet væskefilm. I denne hensikt rager den øvre ende av fallrøret, som er forsynt med innløps-hakk 20, opp i en væskefordelingslomme 21 som får tilført væske, f. eks. vann, gjennom en trykk-ledning 22 og en strupeventil 23. Fordelingslommen 21 er åpen oventil, så der ved svikt i bort-føringen av væske fra kondensatoren resp. den ettersjaltede samlebeholder 26 unngås at væske stiger opp i avgassledningen 16 og føres inn i digelen, hvor den kan fordampe eksplosjons-artet.

Da gassledningen 16 svinges opp ved vipping av digelen 1, må forbindelsen mellom gassledningen og kondensatoren være utformet slik at den er lett løsbar. Dessuten Skal overgangen fra den oppvarmede rørvegg av ledningen 16 til den uoppvarmede vegg av fallrøret 19 som er dekket av en væskefilm, finne sted mest mulig direkte, da den fuktige avgass er usedvanlig aggressiv ved berøring med de uoppvarmede apparatveg-ger når der opptrer fritt klor. Av denne grunn er forbindelsen mellom avgassrøret 16 og fallrøret 19 utformet som en væskelås, idet væskefordel-ingslommen 21 samtidig danner et kar til mot-tagelse av en kort sylindrisk stuss 25 som er løs-bart festet på en konisk rørutvidelse 24 som er elektrisk oppvarmet og varmeisolert. Stussen 25 omgir fallrøret 19, idet der levnes en fri spalte som den tilførte væske fra fordelingslommen strømmer gjennom for å komme frem til inner-veggen av fallrøret 19. Da stussen ikke er oppvarmet og stadig står i berøring med fuktig avgass, er det ikke mulig å unngå korrosjon. Av denne grunn er stussen utformet som en lett ut-skiftbar forbruksdel som er festet lett løsbart på den koniske utvidelse 24 ved hjelp av en flens-forbindelse.

Under fallrøret 19 er der anordnet en samlebeholder 26 som har en tilslutningsstuss for fallrøret 19. På samlebeholderen er der ved siden av fallrøret 19 festet et vasketårn som er utformet som en fyllegeme-kolonne 27. Samlebeholderen 26 blir bare fylt med væske til et på forhånd fastlagt nivå, slik at den gass som strøm-mer ut fra fallrøret 19, kan strømme langs væskeoverflaten i samlebeholderen 26 og komme inn i fyllegeme-kolonnen 27. Gassen strømmer med en passende høy hastighet oppover gjennom den f. eks. av Raschigringer bestående fylling 28 av vaskeinnretningen i motstrøm til en vaskevæske som strømmer ovenfra og nedover og til-føres i regulerbare mengder fra ledningen 22 via en strupeventil 30.

I fyllegeme-kolonnen 27 blir resten av hy-

drogenkloridet i avgassen vidtgående absorbert i væsken, og dessuten blir de partikler av faste stoffer som er ført med fra smeiten av klore-ingsgassen, utfelt.

Fra den som fyllegeme-kolonne 27 utformede vaskeinnretning kommer gassen via en forbindelsesledning 44 frem til en væskestrålepumpe 31 som får tilført drivvæske i regulerbar mengde

fra trykkledningen 22 gjennom en strupeventil 32. På utløpssiden er strålepumpen 31 forbundet

med en samlebeholder 34 via en ledning 33, slik at blandingen av væske og gass kommer inn i beholderen 34, som via en forbindelsesledning 40 kommuniserer med beholderen 26.

Fra samlebeholderen 34 blir væsken ført over i en avvannsledning 36 ved hjelp av et over-løpsrør 35, mens den rensede gass som skiller seg fra væsken i samlebeholderen 34, føres ut i det fri gjennom en ledning 37.

For å øke den klorabsorberende virkning av strålepumpen kan denne gis en overdimensjo-nert, f. eks. en tidobbelt transportkapasitet, slik at 90 pst. av de avgasser som transporteres av strålepumpen, påny kan føres tilbake til pum-pens sugeside fra ledningen 37 gjennom en forbindelsesledning 38 med tilhørede strupeventil 41. Derved blir den avgass som kommer ut fra fyllegeme-kolonnen 27, ført ca. ti ganger gjennom strålepumpen, så gasséns oppholdstid i strålepumpens blanderom blir tilsvarende for-lenget og der oppnås en øket absorbsjon av klorgassen.

For å redusere renseanleggets væskebehov blir en del av den anvendte væske som kommer ut fra fallrøret 19, fyllegeme-kolonnen 27 og strålepumpen 31, igjen tilført de nevnte apparatdeler ved hjelp av en pumpe 39. I denne hensikt er utløpssiden av pumpen 39 forbundet med trykkledningen 22 via en forbindelsesledning 45 med tilbakeslagsventil 42. Tilbakeslagsventilen 42 hindrer tilbakestrømning fra trykkledningen 22 gjennom pumpen til avvannsledningen. Videre er der i trykkledningen 22 anordnet en ytterligere tilbakeslagsventil 43 som hindrer til-baketransport av væske til vannledningsnettet som følge av pumpen 39.

Claims (8)

1. Fremgangsmåte til rensing av de gasser som oppstår ved fjerning av hydrogen fra aluminiumsmelter ved innføring av klor,karakterisert vedat avgassen ved en temperatur som ligger over sublimeringstemperaturen for det inneholdte aluminiumklorid, bringes i be-røring med væskeoverflater hvis temperatur ligger under sublimeringstemperaturen, idet aluminiumkloridet kondenseres på væskeoverflaten, oppløses i væsken og føres ut med denne.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1,karakterisert vedat man for å fjerne det ennu inneholdte hydrogenklorid og fra smeiten medrevne faste partikler vasker avgassen etter berøring med væskeoverflatene.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller2,karakterisert vedat man for å fjerne det ennu inneholdte frie klor blander avgassen intensivt med en væskemengde som motsvarer den dårlige oppløsningsevne av klor i vann, etter at aluminiumkloridet er fjernet og eventuelt etter en etterfølgende vasking til fjerning av hydrogenkloridet, og at kloret absorberes i væsken og føres bort med denne.

4. Apparat til utførelse av en fremgangsmåte som angitt i et av kravene 1-3, hvor der over aluminiumsmelten (2) er anordnet et gassrom (9) med tilsluttet gassledning (16) og etterføl-gende utskillelsesinnretning (19) for aluminiumkloridet,karakterisert vedat det nevnte gassrom (9) er vidtgående eller fullstendig avtettet mot tilgang på luft fra omgivelsene, samtidig som de vegger som begrenser gassrommet, og avgassledningen er varmeisolert, og at utskillelsesinnretningen er en fallfilmkondensator som består av ett eller flere fallrør som slutter seg gasstett til avgassledningen, og hvis mot gass-strømmen vendende inner- og/eller ytterflater er dekket av en væskefilm som er sluttet rundt røromkretsen og renner nedover under innvirkning av tyngdekraften.

5. Apparat som angitt i krav 4,karakterisert vedat avgassledningen (16) mellom smeltedigelen (1, 3) og kondensatoren (19) er forsynt med en oppvarmingsinnretning (17).

6. Apparat som angitt i krav 4 eller 5,karakterisert vedat der for tett forbindelse mellom avgassledningen (16) og kondensatoren (19) tjener en væskelås (21, 25).

7. Apparat som angitt i et av kravene 4—6,karakterisert vedat der til fallfilrnkon-densatoren (19) slutter seg en væskegjennom-rislet fyllegeme-kolonne (27) som gjennom-strømmes av avgass og væske i motstrøm og har en ettersjaltet væskestrålepumpe (31) som via en samle- og gassutskillelsesbeholder (34) er forbundet med et avtrekk (37) for gassen.

8. Apparat som angitt i krav 7,karakterisert vedat der for tilbakeføring av en del av avgassen fra avtrekkes (37) til strålepumpen (31) er anordnet en med et reguleringsorgan (41) forsynt forbindelsesledning (38) mellom strålepumpens sugeside og avtrekket.