NO117702B

NO117702B -

Info

Publication number: NO117702B
Application number: NO15516964A
Authority: NO
Inventors: J Faria
Original assignee: Monsanto Co
Priority date: 1963-10-28
Filing date: 1964-10-16
Publication date: 1969-09-15
Also published as: NL6412405A; SE306132B; CH449170A; GB1019068A; DK111057B; CH465756A; DE1435587A1; LU47216A1; CH1394564A4; BE654882A

Description

Fremgangsmåte ved avsugning av gass fra Soderberg-elektrolyseovner. Procedure for extracting gas from Soderberg electrolysis furnaces.

Ved aluminiumelektrolyseovner med In the case of aluminum electrolysis furnaces with

permanent anodemantel og anoder som permanent anode mantle and anodes which

brennes kontinuerlig i selve ovnen er det is burned continuously in the oven itself, that is

kjent å anbringe en gassoppsamlingsring known to place a gas collection ring

nederst på anodemantelen for å avsuge i at the bottom of the anode mantle to suck in

konsentrert form den gass som utvikles concentrated form the gas that is evolved

ved elektrolyseprosessen. Ved denne art by the electrolysis process. By this art

gassavsugning blir det bare avsuget bare gas extraction, it is only extracted

ca. 1/50 av den gassmengde som hittil er about. 1/50 of the amount of gas that has been there so far

blitt avsuget fra vanlige lukkede Søder-bergovner. Vaskeanlegget kan derfor gis have been extracted from ordinary closed Søder rock furnaces. The washing facility can therefore be provided

mindre dimensjoner og det kan derved smaller dimensions and it can thereby

samtidig arbeide mer økonomisk. at the same time work more economically.

Under elektrolysen utvikles gasser som During electrolysis, gases such as

på grunn av sitt innhold av kullmonoksyd, due to its carbon monoxide content,

kullvannstoff og tjæredamper er brennbare. Man har allerede tenkt på at gassen coal hydrogen and tar vapors are flammable. One has already thought that the gas

kan avsuges i ubrent tilstand for senere å can be extracted in an unburnt state for later use

utnytte dens forbrenningsvarme annet-steds. Ved denne arbeidsmåte vil den gass utilize its heat of combustion elsewhere. In this mode of operation, it will gas

som umiddelbart avsuges fra ovnen, ved which is immediately extracted from the oven, wood

siden av andre brennbare bestanddeler, inneholde all tjæren, og det har vist seg at side of other combustible constituents, contain all the tar, and it has been found that

man pr. 1000 A ovnsbelastning får ca. 0.4 Monday per 1000 A furnace load gets approx. 0.4

til 0.5 Nm<:>,/h avgass, det vil si for eksempel ved en 60,000 A ovn ca. 25 til 30 Nm<:>,/h. to 0.5 Nm<:>,/h exhaust gas, i.e. for example with a 60,000 A furnace approx. 25 to 30 Nm<:>,/h.

Fremgangsmåten har ikke vist seg å være The procedure has not proven to be

heldig fordi gassledningene, støvfjernings-anlegget etc. blir forurenset og tilstoppet lucky because the gas lines, the dust removal system etc. become contaminated and clogged

av de store mengder tjære i gassen'og det of the large amounts of tar in the gas'and that

er dessuten ikke alltid til å unngå at det Moreover, it is not always possible to avoid that

danner seg eksplosive gassblandinger. explosive gas mixtures are formed.

Av denne grunn har man hittil, for å For this reason one has until now, in order to

oppnå en jevn, driftssikker ovnsgang uten achieve a smooth, reliable furnace run without

forstyrrelser, brent de konsentrerte gasser disturbances, burned the concentrated gases

umiddelbart etter elektrolyseovnen i en immediately after the electrolysis furnace in a

særskilt brenner på en slik måte at man particularly burns in such a way that one

ved anvendelse av et relativt stort luftover-skudd og ved høyest mulige temperaturer by using a relatively large air surplus and at the highest possible temperatures

har oppnådd en fullstendig forbrenning av gassens'innhold av kulloksyd og tjære. Ved denne fremgangsmåte blir det arbeidet slik at man får ca. 3.3 til 4.2 Nm<:i> brent avgass pr. 1000 A og time, det vil si for eksempel ved en 60,000 A ovn ca. 200 til 250 Nm<:i>/h. Ved denne forbrenning får man imidlertid et overordentlig fint flyvestøv som bare meget mangelfullt lar seg fjerne i mekaniske utskilningsaggregater som støvsekker, sykloner, multikloner etc, og som for det meste først kan fjernes fra gassen i det påfølgende vaskeanlegg. Herved vil på den ene side vaskeluten bli ube-hagelig forurenset og det går på den annen side tapt verdifulle bestanddeler av alumi-niumoksyd, kryolitt etc. sammen med støvet. has achieved a complete combustion of the gas' content of carbon monoxide and tar. With this method, the work is done so that you get approx. 3.3 to 4.2 Nm<:i> burnt exhaust gas per 1000 A and hour, that is, for example, with a 60,000 A furnace approx. 200 to 250 Nm<:i>/h. During this combustion, however, an extremely fine flying dust is obtained which can only be removed very poorly in mechanical separation units such as dust bags, cyclones, multiclones, etc., and which can mostly only be removed from the gas in the subsequent washing plant. Hereby, on the one hand, the washing lye will be unpleasantly contaminated and, on the other hand, valuable components of aluminum oxide, cryolite etc. will be lost together with the dust.

Ifølge oppfinnelsen overvinner man de nevnte vanskeligheter ved at man bare til-fører en slik mengde forbrenningsluft til brenneren at forbrenningen foregår ved moderat varme, fortrinnsvis ved temper turer mellom ca. 600 og 700° C, slik at det blir igjen små tjæremengder i den brente gass som bevirker en sammenballing av støvpartiklene og derved en bedre støv-fjerning. Dette kan oppnås ved at forbrenningen reguleres slik at man ved 1000 A ovnsbelastning får en mengde brent avgass på ca. 1.3 til 2.0 Nm<:!>/h, som i regelen ennå inneholder små kulloksydmengder på ca. 0.1 til 0.2 pst. I praksis utføres dette ved at man tilfører brenneren en luftmengde på ca. 2—4 ganger det som er teoretisk nødvendig for fullstendig forbrenning av gassene. Ved en 60.000 A ovn får man på denne måte for eksempel ca. 80 til 120 Nm<:i>/h avgass. Forsøk har vist at det på deriné måte lykkes nesten fullstendig å fjerne flyvestøv i støvutskillere som sykloner, etc., slik at man unngår både foru-rensning av vaskeluten og tap av de verdifulle bestanddeler som forefinnes i stø-vet. Etter forbrenningen vil gassene inneholde 0.5—2.5 g tjæredamper pr. Nm<3>. Gun-stige resultater er oppnådd når forbren-ningsgassene inneholder 1—2 g tjæredamper pr. Nm". Man har ved denne fremgangsmåte ikke observert noen tilstopping av rørledningene på grunn av tjæreutskil-ning. Den avgassmengde man får, er dessuten bare halvparten av den som oppstår ved den vanlige meget varme forbrenning av gassen. Også vaskeanlegget kan ved den foreslåtte fremgangsmåte dimensjoneres halvparten så stort som vanlig og dette gjør at arbeidet blir vesentlig mer økonomisk.. According to the invention, the aforementioned difficulties are overcome by supplying only such an amount of combustion air to the burner that the combustion takes place at moderate heat, preferably at temperatures between approx. 600 and 700° C, so that small amounts of tar are left in the burnt gas which causes the dust particles to clump together and thereby better dust removal. This can be achieved by regulating the combustion so that at a furnace load of 1000 A you get a quantity of burnt exhaust gas of approx. 1.3 to 2.0 Nm<:!>/h, which as a rule still contains small amounts of carbon oxide of approx. 0.1 to 0.2 per cent. In practice, this is done by supplying the burner with an air quantity of approx. 2-4 times what is theoretically necessary for complete combustion of the gases. In the case of a 60,000 A furnace, this way you get, for example, approx. 80 to 120 Nm<:i>/h exhaust. Experiments have shown that in this way it is almost completely successful in removing flying dust in dust separators such as cyclones, etc., so that both contamination of the washing liquor and loss of the valuable components found in the dust are avoided. After combustion, the gases will contain 0.5-2.5 g of tar vapors per Nm<3>. Good results have been achieved when the combustion gases contain 1-2 g of tar vapors per Nm". With this method, no clogging of the pipelines due to tar separation has been observed. The amount of exhaust gas obtained is also only half of that which occurs with the usual very hot combustion of the gas. The washing plant can also use the proposed method is dimensioned half as large as usual and this means that the work becomes significantly more economical..

Den rensede konsentrerte gass blir så på grunn av sitt relativt store innhold av fluor- og svovelforbindelser vasket i en høyeffektiv vasker. Ved slik. høyeffektiv vasking av gassen får man en omfattende utrensning av små støv- og tjæremengder som er igjen i avgassen. I motsetning til de hittil anvendte plate- og kaskade- eller dysevaskere for rensning av avgasser fra-aluminiumelektrolyseovner, hvormed man bare oppnådde en vaskeeffekt på 70 til maks. 90 pst., viser forsøk med en høyef-fektiv vasker en vaskeeffekt på over 99 pst. Due to its relatively high content of fluorine and sulfur compounds, the purified concentrated gas is then washed in a highly efficient washer. By such. highly efficient washing of the gas results in a comprehensive purification of small amounts of dust and tar that remain in the exhaust gas. In contrast to the previously used plate and cascade or nozzle washers for cleaning exhaust gases from aluminum electrolysis furnaces, with which only a washing effect of 70 to max. 90 per cent, trials with a high-efficiency washer show a washing effect of over 99 per cent.

Det har vist seg at særlig sentrifugal-vaskere med flere trinn egner seg til dette formål. Her blir vaskeluten slynget ut fra roterende grupper av trakter og danner et meget fint væskeslør som gassen trenger gjennom i motstrøm og underkastes derved en høyeffektiv vasking. Særlig vil mot-strømsvaskingen, det vil si vaskingen i første vasketrinn med sterkt NaF-anriket vaskelut og vaskingen i siste vasketrinn med praktisk N-aF-fri vaskelut, bevirke en utmerket vaskeeffekt. Som forsøk har vist, blir det ved denne vasker utvasket ca. 99.9 pst. av de anorganiske fluorforbindelser og ca. 99 pst. av svovelsyreforbindelsene. Denne fremragende vaskeeffekt skyldes blant annet at det selv ved den mest intense vasking blir igjen en bestemt restmengde av disse forbindelser i gassen og at disse restmengder er praktisk uavhengige av den gehalt man hadde til å begynne med. Med vanlige vaskere lar for eksempel anorga-nisk bundet fluor seg i praksis bare vaske ut inntil ca. 1 til 2 mg/Nm-'1 ganske uav-hengig av om den opprinnelige gehalt var ca. 80 eller 4000 mg fluor/Nm<3>, det vil si at man får desto bedre vaskeeffekt jo mer konsentrert gass man behandler. En særlig fordel ved den ifølge oppfinnelsen foreslåtte gassavsugning består derfor i at det på grunn åv de relativt små sterkt konsentrerte gassmengder bare vil unnvike uhyre små mengder av disse skadelige forbindelser. Centrifugal washers with several stages in particular have proven to be suitable for this purpose. Here, the washing liquor is ejected from rotating groups of funnels and forms a very fine liquid veil through which the gas penetrates in countercurrent and is thereby subjected to a highly efficient washing. In particular, the counter-current washing, i.e. the washing in the first washing stage with strongly NaF-enriched washing liquor and the washing in the last washing stage with practically N-aF-free washing liquor, will produce an excellent washing effect. As experiments have shown, approx. 99.9 percent of the inorganic fluorine compounds and approx. 99 percent of the sulfuric acid compounds. This outstanding washing effect is due, among other things, to the fact that even with the most intense washing, a certain residual quantity of these compounds remains in the gas and that these residual quantities are practically independent of the initial concentration. With ordinary washers, for example, inorganically bound fluorine can only be washed out in practice up to approx. 1 to 2 mg/Nm-'1 quite independently of whether the original content was approx. 80 or 4000 mg fluorine/Nm<3>, which means that the more concentrated the gas you process, the better the washing effect. A particular advantage of the gas suction proposed according to the invention therefore consists in the fact that, due to the relatively small, highly concentrated gas quantities, only extremely small quantities of these harmful compounds will be avoided.

En annen fordel ved den ifølge oppfinnelsen foreslåtte fremgangsmåte består i at de i vaskeren utvaskede restmengder av støv og tjære sedimenterer særdeles godt i vaskeluten, slik at den NaF-holdige lut i motsetning til de vaskeluter man får på vanlig vis lar seg rense på enkleste måte for viderebearbeidelse til kryolitt. Another advantage of the method proposed according to the invention is that the residual amounts of dust and tar washed out in the washing machine sediment very well in the washing lye, so that the NaF-containing lye, in contrast to the washing lyes you normally get, can be cleaned in the simplest way for further processing into cryolite.

Sammen med de avgasser som kommer ut av vaskeren, blir det foruten luftfuk-tighet også medrevet en vesentlig del vaskelut i form av meget fin tåke. Dette tap av vaskelut er uønsket av den grunn at det forårsaker større forbruk av vaskemiddel (soda- henholdsvis natriumlut) og betyr dessuten et tap av fluor i form av gjenvunnet kryolitt. Dessuten kan avgas-senes innhold av alkali, fluor og sulfat føre til skader i den umiddelbare omegn. Along with the exhaust gases that come out of the washing machine, in addition to air humidity, a significant amount of washing lye is carried along in the form of a very fine mist. This loss of washing lye is undesirable for the reason that it causes greater consumption of detergent (soda or sodium lye) and also means a loss of fluorine in the form of recovered cryolite. In addition, the exhaust gases' content of alkali, fluorine and sulphate can cause damage in the immediate surroundings.

For å unngå disse tap og skader blir det derfor ifølge oppfinnelsen videre fore-slått at man ikke som hittil legger avsug-ningsventilatoren mellom støvutskilleren og vaskeren, men først etter vaskeren, slik at gassen ikke blir blåst inn i, men suget ut av vaskeren. Det ble nemlig konstatert at luttåkene da på relativt gunstig vis lar seg slå ned ved hjelp av ventilatorens, sen-trifugalkraft. Den utskilte lut kan med fordel føres tilbake til vaskeren. En ennå bedre utskilning av luttåkene av den vas-kede gassen får man ved å bygge inn en dråpefangersyklon foran eller etter ventilatoren. Med en syklon som er anbragt etter ventilatoren har man dessuten den mulighet at man kan oppnå en viss etter-vasking ved innsprøytning av vann i ventilatorens utførselsledning. Vannet med.den avskilte lut lar man likeledes gå tilbake til vaskeren enten direkte eller etter først å ha tilsatt vaskemiddel. In order to avoid these losses and damages, it is therefore further proposed according to the invention that the extraction ventilator is not placed between the dust separator and the washer, as before, but first after the washer, so that the gas is not blown into, but sucked out of the washer. It was found that the lute mists can then be reduced in a relatively favorable way with the help of the fan's late-trifugal force. The secreted lye can be advantageously returned to the washer. An even better separation of the lye mists from the washed gas can be obtained by building in a droplet catcher cyclone before or after the ventilator. With a cyclone placed after the ventilator, you also have the option of achieving a certain after-washing by injecting water into the ventilator's outlet line. The water with the separated lye is also allowed to return to the washer either directly or after first adding detergent.

Sammenfattende oppnår man ved den ifølge oppfinnelsen foreslåtte fremgangsmåte følgende fordeler: 1) Små avgassmengder og derved lavere installasjonsomkostninger og mindre kraftbehov for rensningen av avgassen. 2) Vesentlig bedre tørrensning av gassen og en derav følgende nesten fullstendig gjenvinning av alt flyvestøv med det-tes verdifulle bestanddeler av alumi-niumoksyd, kryolitt, etc. 3) Større vaskeeffekt på grunn av den mindre avgassmengde og derved mindre fare for skader i omegnen. 4) Oppnåelse av en ren, sterkt NaF-hol-dig vaskelut, hvor tjære og flyvestøv meget lett lar seg utskille ved sedimen-tering og som derfor egner seg særlig godt for viderebehandling til kryolitt. 5) Unngåelse av alle luttap i den rensede gass og derved innsparing av vas-kemidler og større gjenvinning av fluor, henholdsvis kryolitt. In summary, the method proposed according to the invention achieves the following advantages: 1) Small amounts of exhaust gas and thereby lower installation costs and less power required for cleaning the exhaust gas. 2) Significantly better drying of the gas and a resulting almost complete recovery of all flying dust with its valuable components of aluminum oxide, cryolite, etc. 3) Greater washing effect due to the smaller amount of exhaust gas and thus less risk of damage to the surrounding area . 4) Obtaining a clean, strong NaF-containing washing liquor, where tar and flying dust can very easily be separated by sedimentation and which is therefore particularly suitable for further processing into cryolite. 5) Avoidance of all lye losses in the purified gas and thereby saving detergents and greater recovery of fluorine, respectively cryolite.

Eksempel: Ved et forsøk ble det i en 60,000 A ovn ledet ca. 20 Nm3/h konsentrert avgass gjennom gassoppsamlingsringen. Gassen inneholdt oa. 50 pst. CO, slik at det ble tilført en tilkoblet brenner ca. 10 Nm<3> kulloksyd pr. time. For å gjennomføre forbrenningen av denne gass etter oppfinnelsen tilføres det brenner en 80 Nm3 luft pr. time, slik at man får en samlet avgassmengde på 95 Nm<3>/h, hvorved det er tatt hensyn til at 5 Nm3 surstoff er blitt for-brukt ved brenningen av kulloksyd til kull-dioksyd. Den spesifike mengde brent avgass utgjør herved ca. 1.6 Nm<3>/h pr. 1000 A belastning, det lar seg ennå konstatere små tjæremengder i avgassen. Temperaturen umiddelbart etter brenneren er ca. 600° C. I de tilkoblede mekaniske støvutskillere bestående av en forutskiller og en syklon utfelles 95 pst. av støvet. Example: In an experiment, in a 60,000 A furnace, approx. 20 Nm3/h concentrated exhaust gas through the gas collection ring. The gas contained ao. 50 per cent CO, so that a connected burner approx. 10 Nm<3> carbon monoxide per hour. In order to carry out the combustion of this gas according to the invention, 80 Nm3 of air per hour, so that a total exhaust gas quantity of 95 Nm<3>/h is obtained, whereby account has been taken of the fact that 5 Nm3 of oxygen has been consumed by the burning of carbon oxide to carbon dioxide. The specific amount of burnt exhaust gas amounts to approx. 1.6 Nm<3>/h per 1000 A load, it is still possible to detect small amounts of tar in the exhaust gas. The temperature immediately after the burner is approx. 600° C. In the connected mechanical dust separators consisting of a pre-separator and a cyclone, 95 per cent of the dust is precipitated.

Som et eksempel er det på tegningen skjematisk angitt et anlegg som egner seg til gjennomføring av fremgangsmåten. As an example, the drawing schematically shows a plant that is suitable for carrying out the method.

Den konsentrerte uforbrente avgass som er oppsamlet i den skjematisk viste gassoppsamlingsring 1, ledes gjennom ledningen 2 til brenneren 3, hvor det gjennom lufttilføringsåpningene 4 bare tilføres en slik mengde forbrenningsluft at det etter brenneren 3 ennå kan påvises små tjæremengder i avgassen og slik at temperaturen i punkt 5 ligger mellom 600 og 700° C. Den på denne måte brente avgass ledes nå gjennom ledningen 6 til forutskilleren 7, hvor grovstøvet blir fjernet. Gassen fra flere ovner føres gjennom samleledningen 8 til en syklon 9, hvor hovedmengden av støvet slåes ned og kan fjernes fra støv-samlebeholderen 10. Gassen som går ut øverst fra syklonen 9 føres gjennom ledningen 11 til den høyeffektive vasker 12, hvor den går inn nederst. Som vaskelut bør det hensiktsmessig anvendes en ca. 5 pro-sents sodaoppløsning eller natronlut. Vaskeluten som renner i små mengder (ca. 250 cm3 vaskelut med 45 g NaF/1 pr. 1000 A ovnsbelastning) gjennom de skjematisk antydede gjennomgangsåpninger 13, ledes gjennom ledningen 14 og lutpumpen 15 til kryolittanlegget for viderebehandling til kryolitt. Oppberedning til kryolitt kan på økonomisk og hensiktsmessig vis foretas for eksempel etter fremgangsmåten i norsk patentansøkning nr. 114.988. Den rensede gass fra vaskeren suges av ventilatoren 17 av gjennom ledningen 16. De luttåker som ennå finnes i gassen blir utskilt i ventilatoren 17 og den tilkoblede dråpefangersyklon 18 og så føres luten gjennom rør-sede gass som er béfridd for luttåker føres ledningen 19 tilbake til vaskeren. Den ren-gjennom ledningen 20 ut i det fri. The concentrated unburnt exhaust gas which is collected in the schematically shown gas collection ring 1 is led through the line 2 to the burner 3, where only such an amount of combustion air is supplied through the air supply openings 4 that after the burner 3 small amounts of tar can still be detected in the exhaust gas and so that the temperature in point 5 is between 600 and 700° C. The exhaust gas burned in this way is now led through the line 6 to the pre-separator 7, where the coarse dust is removed. The gas from several furnaces is led through the collection line 8 to a cyclone 9, where the main amount of dust is settled and can be removed from the dust collection container 10. The gas that exits at the top of the cyclone 9 is led through the line 11 to the high-efficiency washer 12, where it enters at the bottom. As washing lye, an approx. 5 percent soda solution or caustic soda. The washing lye that flows in small quantities (approx. 250 cm3 washing lye with 45 g NaF/1 per 1000 A furnace load) through the schematically indicated passage openings 13, is led through the line 14 and the lye pump 15 to the cryolite plant for further processing into cryolite. Preparation for cryolite can be carried out in an economical and appropriate way, for example according to the procedure in Norwegian patent application no. 114,988. The cleaned gas from the washer is sucked off by the ventilator 17 through the line 16. The lye mists that are still present in the gas are separated in the ventilator 17 and the connected droplet catcher cyclone 18 and then the lye is passed through piped gas which is freed from lye mists, the line 19 is returned to the washer. The clean-through wire 20 out into the open.

Claims

Procedure for gas suction from Søderberg electrolysis furnaces for the production of aluminum where the anode gases are collected in concentrated form in a gas collection ring around the lower part of the anode and burned in connection with this, characterized by supplying the burner with an air quantity of approx. 2-4. times what is theoretically necessary for complete combustion of the anode gases so that the gases after combustion will contain 0.5-2.5 g, preferably 1-2 g of tar vapor per Nm<3>.