NO143229B - Anordning for oppsamling av gass fra en elektrolysecelle - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en anordning for oppsamling

av de gasser som avgis fra en elektrolysecelle av den art som anvendes ved fremstilling av aluminium ved hjelp av smelteelektrolyse.

Ved anvendelse av foreliggende oppfinnelsegjenstand er det mulig å øke den oppsamlede gassmengde, forenkle renseanlegg for gassene og nedsette den resulterende atmosfæriske for-urensning.

Problemene ved oppsamling og rensing av de gasser som avgis

ved aluminiumelektrolyse er blitt stadig mer påtrengende ved økning av anleggenes størrelse og økende erkjennelse av forurensningsproblemene.

Disse gasser, som utskilles i mengder på 0,05 - 0,08 liter

pr. sek. og pr. 1000 ampere fra hver elektrolysecelle består hovedsakelig av en blanding av karbondioksyd og karbonmonboksyd som skriver seg fra oksydasjon av anoden ved det oksygen som avgis under elektrolyseprosessen, tilsatt oksygenholdige forbindelser av svovel som skriver seg fra anodens svovel-innhold, fluor-forbindelser som avgis fra badet, samt støv som hovedsakelig utgjøres av fine partikler av aluminiumoksyd og ved anvendelse av Søderberg-anoder, sot og tjære som utskilles ved innbrenningen av elektrodemassen.

Det er kjent at disse gasser kan samles opp i taket av elektrolysehallen, som er forholdsvis fluid-tett og utstyrt med luftinntak langs den nedre del av sideveggene.

Denne prosess omfatter da håndtering av meget store gass-volumer av størrelsesorden' 110 - 120 liter pr. sek. pr. celle og pr. 1000 ampere, hvilket gjør det nødvendig med meget store installasjoner og gjør det relativt vanskelig å skille ut gassene da de opptrer i meget fortynnet tilstand. Det er også mulig å anbringe en hette over hver celle. På denne måte kan man da slippe med håndtering av mindre gass-volumer (omtrent 11 - 12 liter pr. sek. pr. celle og pr. 1000 ampere), med mer konsentrert gassforurensning og følgelig lettere utskillelse av denne. Dette skjer imidlertid på bekostning av betraktelige mekaniske komplikasjoner, fordi disse hetter, som har komplisert form for å tillate strømgjennomføringer, også må kunne åpnes for å fjerne den skorpe som dannes på badets overflate, samt for tilsats av aluminiumoksyd.

Ved betraktning av aluminium-elektrolyseceller i drift vil det finnes at det på visse steder dannes hull gjennom den

hårde skorpe på badets overflate, og at gasser som brenner ved skorpens overflate, avgis gjennom vedkommende hull. Det kan således synes hensiktsmessig å samle opp gass ved hjelp av en oppsamlingstrakt over hullet tilsluttet en kilde for nedsatt trykk. Sådanne hull opptrer imidlertid dessverre helt vilkårlig hvor som helst på cellens overflate og tettes også til i løpet av en vilkårlig tid, samt ødelegges i alle fall når skorpen brytes for tilsats av aluminiumoksyd til badet.

Fra de norske <p>atentskrifter nr. 79.508, 99.516 og 101.158 er det imidlertid prinsippielt kjent en anordning for oppsamling av gass fra en elektrolysecelle av den art som anvendes ved aluminiumfremstillin<q> ved hielp av smelteeléktro-lyse, idet anordningen omfatter en bevegelig stake for å danne og holde åpent et hull i den skorpe som dekker cellens elektrolysebad, - samt en fast anordnet oppsamlingshette over hullet i forbindelse med et utløpsrør.

På denne bakgrunn av teknikkens stilling er det et formål for foreliggende anordning å komme frem til en forbedring av den ovenfor angitte anordning, særlig når det gjelder den viktige funksjon å holde utløpsrøret fritt for oppsamlet støv.

Anordningens særtrekk i henhold til oppfinnelsen består således i at den bevegelige stake er anordnet for å drives av en pneumatisk jekk, hvis luftutslipp er forbundet med et spylerør for innblåsning av trykkluft og bortspyling av oppsamlet støv i utløpsrøret, for å holde utløpsrøret åpent for gass som unnslipper fra badet gjennom hullet og luft som strømmer gjennom en åpning i hettens nedre del på oversiden av skorpen.

I henhold til oppfinnelsen anvendes således en og samme pneumatiske jekk både for å drive den bevegelige stake og for å trykkluftspyle utløpsrøret fra hetten. Ved en sådan anordning kan ett og samme utstyr anvendes for på den ene side å holde skorpehullet åpent og på den annen side å spyle utløpsrøret rent for støv og således åpent for utstrømmende blanding av gass fra badet og luft som tas inn gjennom åpning i hetten. Dette innebærer åpenbart et vesentlig teknisk fremskritt.

Utførelseseksempler for oppfinnelsens anordning vil nå bli nærmere beskrevet under henvisning til de vedføyde tegninger, hvorpå: Fig. 1 viser en celle utstyrt med en oppsamlingsanordning, idet cellen er vist i oppriss til høyre på tegningen og delvis i snitt langs et vertikalt aksialplan på venstre side,

Fig. 2 viser et snitt langs linjen II-II i fig. 1,

Fig. 3, 4 og 5 viser henholdsvis snitt langs linjene III-IV og V i fig. 2, og Fig. 6 viser en modifisert utførelse av den anordning som er vist i fig. 2.

I alle figurer er de samme komponenter forsynt med samme henvisningstall.

Det er uventet og overraskende funnet at en enkelt oppsamlingsanordning av foreliggende art er tilstrekkelig for oppsamling av nesten all den gass som avgis fra en celle, nemlig 80 - 90% av den beregnede mengde CO og CC^ på grunnlag av anodenes karbontap.

Den andel av gassene som ikke oppsamles, utgjøres på den ene side av de gasser som unnslipper ved å sive ut gjennom den porøse skorpe eller anode og de gasser som avgis når skorpen brytes, samt på den annen side de gasser som utvikles ved direkte forbrenning av anoden i kontakt med luften over badet. Denne spesielle fraksjon kan betraktes som mindre forurensende, da den ikke inneholder fluor-forbindelser.

Dette overraskende forhold kan forklares ved at det dannes

et gassfylt rom omkring anodene mellom badet og skorpen, og dette rom er ikke oppdelt i adskilte avdelinger, men danner et eneste langstrakt kammer som gjør tjeneste som gassopp-samlingsrom.

Det er imidlertid intet i veien for at en og samme celle kan forsynes med flere oppsamlingsanordninger i henhold til oppfinnelsen.

Hver oppsamlingsanordning omfatter et innløp for frisk luft for å fremme forbrenning av CO til CO2 og nedsatt giftighet, samt for å oppnå avkjøling av de varme gasser. Det er funnet at et hensiktsmessig totalt luftgjennomløp, innbefattet de fremstilte gasser, er av størrelsesorden 0,8 liter pr. sek.

(under normalforhold, 0°C og 1 atmosfære) pr. 1000 ampere elektrolysestrøm, hvilket tilsvarer uttynning av gassene i et forhold 1:10.

Hullet i skorpen må holdes permanent åpnet ved å la en stake f.eks. av stål periodisk falle gjennom hullet. Det er funnet at hvis denne arbeidsoperasjon gjentas hver 4. time, vil den midlere oppsamlede andel av gassene bare være omkring 50%, mens oppsamlingsandelen vil øke til 80 - 90% hvis vedkommende arbeidsoperasjon gjentas hvert 10. minutt.

Den anordning som er vist i figurene er beregnet for en

celle med flere forinnbrente anoder, skjønt den også like godt kan anvendes for en kontinuerlig celle med en enkelt anode av den type som er kjent som en Søderberg-anode. I dette tilfelle kan anordningen plasseres mellom anoden og elektrolyse-karet.

Den celle som er vist i fig. 1 og 2, omfatter et elektrolyse-kar 1, hvis bunn 2 er dannet av blokker av et karbonholdig material montert på metallskinner, og denne bunn utgjør cellens

. katode. Elektrolyse-karet 1 har en overbygning i form av vertikale stolper 3 som bærer horisontale bjelker 4. Anodene utgjøres av blokker 5 av forinnbrent karbonholdig material, og som i grupper er festet til vertikale staver 6, som i sin tur er festet ved hjelp av klemmer 7 til horisontale anodebærere 8 som bærer anodene og forsyner dem med elektrisk strøm. Anodebærerne 8 er opphengt i de horisontale bjelker 4 ved hjelp av anordninger som ikke er vist, men er av den

art som er beskrevet i de franske patentskrifter nr. 1.440.005 og 1.519.475. For strømforsyning er anodebærerne forbundet med en likestrømskilde ved hjelp av en strømskinne 9.

Elektrolysekaret inneholder et elektrolysebad som består av en blanding av kryolitt og aluminiumoksyd og o<p>pvarmes til en temperatur på omkring 950 - 1000° ved føring av elektrisk strøm mellom anode og katode. I drift størkner den øvre del av dette bad og danner derved en fast skorpe 11 som dekker og utgjør en termisk isolasjon for badet. Denne faste skorpe dekkes av aluminiumoksyd 12 i pulverform. Et hull dannes periodisk i skorpen av en operatør, og dette gjør at noe av det aluminiumoksyd som befinner seg ovenpå skorpen vil falle ned i badet, hvoretter laget av aluminiumoksyd gjenopprettes.

En beveglig stålstake 13 er montert mellom to anoder, og formålet for denne stake er å danne et hull 14 i skorpen og å holde dette hull permanent åpent. Staken er utført for å kunne drives ved hjelp av en pneumatisk jekk 15. Stakens øvre del, som er vist ved heltrukne linjer, er angitt ved henvisningstallet 13, mens stakens nedre del som er vist ved stiplede linjer, er angitt ved henvisningstallet 13'. Staken 13 er anordnet inne i en hette 16 som er plassert på oversiden av skorpen for oppsamling av de gasser som unnslipper gjennom hullet 14. Denne hette er forbundet med et gassoppsamlingsrør 17 samt med en rørseksjon 18 med to åpninger, hvorav den ene 19 anvendes for rensning og den annen 20 anvendes for innblåsing av trykkluft fra utløpet av den <p>neumatiske jekk 15. Sammenstillingen av staven 13 og jekken

15 må oppfylle ganske bestemte krav. Stavens bevegelsesområde bør være tilstrekkelig til å sikre at den i sin nederste stilling strekker seg fullstendig gjennom skorpen og ned til badet, mens den i sin øvre stilling befinner seg i tilstrekkelig avstand fra den flamme som oppstår ved forbrenning av gassens brennbare bestanddeler, og således befinner seg ved en forholdsvis lav temperatur. Når staven når ned til badet, vil den oppta en viss mengde elektrolytt som størkner, og hvis staven ikke avkjøles, vil laget av størknet elektrolytt nå en sådan tykkelse at det i vesentlig grad vil belaste jekken. Hvis imidlertid staken avkjøles i tilstrekkelig grad, vil den størknede elektrolytt kunne oppløses til støv, hvilket utgjør en naturlig rengjøring. Prøver har vist at stakens minste bevegelsesområde vil være av størrelsesorden 50 cm. Skjønt et større bevegelsesområde for staven ikke vil være noen ulemper i og for seg, vil den i visse installasjoner kunne komme i veien for kraner og annet betjenings-utstyr. Ved en foretrukket utførelse settes jekken igang med jevne mellomrom ved hjelp av en styréutrustning, som med fordel er innrettet for å styre alle jekker i en hel celle-rekke i henhold til et bestemt arbeidsprogram. På denne måte mottar det foreliggende system av gassoppsamlere med jevne mellomrom impulser som vil sørge for at støvpartiklene holdes svevende og letter deres transport til utstyr for støvutskillelse.

Den trykkluft som tilføres rørseksjonen 18, sørger for

fjerning av de støvpartikler som har en tendens til å slå

seg ned i det horisontale oppsamlingsrør 17. Denne spyling som utføres ved hjelp av utløpsluft fra jekken 15, finner sted i samme takt som jekkens bevegelser.

Hetten kan utgjøre en fluid-tett tildekning av hullet i skorpen. Erfaringer har imidlertid vist at det er to ulemper ved et sådant arrangement, nemlig for det første at hulrommet mellom skorpen og elektrolysebadet holdes under nedsatt trykk, hvilket fører til øket fordampning og således øket forbruk av fluor-holdige produkter, mens på den annen side det oppsamlede karbondioksyd i øket grad ledsages av giftig karbonmonooksyd som er vanskelig å fjerne.

For å motvirke disse ulemper tilføres luft. Luft kan slippes inn gjennom en åpning 21 i veggen på den nedre del av hetten 16, slik det er vist i fig. 2 og 5, eller også tilføres ved hjelp av et mellomrom 2 2 mellom hettens nedre ende og skorpen, slik som vist i fig. 6. På denne måte elimineres det ned-satte trykk under hetten og den faste skorpe i vesentlig grad, samtidig som oksygenet i den tilførte luft underholder forbrenning av karbonmonooksyd.

Ved hjelp av den anordning som er beskrevet ovenfor, har det vist seg mulig å samle opp mer enn 80% av de gasser som avgis, i sterkt konsentrert form, således at det blir mulig å oppnå et utmerket utbytte ved gjenvinning av gassproduktene. Anordningen i henhold til oppfinnelsen kan anvendes i sam-arbeide med konvensjonelt utstyr for behandling av atmos-

færen i elektrolysehallen.

Oppfinnelsens anordning kan naturligvis også kombineres med

et hvilket som helst annet kjent oppsamlingssystem.

I kombinasjon med celle-tildekning av kjent type, oppnås

også en ytterligere fordel, nemlig at den luft som anvendes for forbrenning av de brennbare gasser og kjøling av anordningen og som nødvendigvis tas ut under tildekningen, i seg selv allerede er sterkt oppblandet med gass som ellers ville ha unnsluppet oppsamlingsprosessen. På denne måte vil det således være mulig å oppnå en enda mer konsentrert gass,

som følgelig lettere kan renses.

Oppfinnelsens anordning kan anvendes ved alle typer av celler for fremstilling av aluminium ved smelteelektrolyse av aluminiumoksyd, og særlig ved celler som benytter seg av flere forinnbrente anoder.

Claims (1)

1. Anordning for oppsamling av gass fra en elektrolysecelle av den art som anvendes ved aluminiumfremstilling ved hjelp av smelteelektrolyse, idet anordningen omfatter en bevegelig stake (13) for å danne og holde åpent et hull (14) i den skorpe (11) som dekker cellens elektrolysebad (10), samt en fast anordnét oppsamlingshette (16) over hullet i forbindelse med et utløpsrør (17),

   karakterisert ved at den bevegelige stake (13) er anordnet for å drives av en pneumatisk jekk (15), hvis luftutslipp er forbundet med et spylerør (20) for innblåsning av trykkluft og bortspyling av oppsamlet støv i utløpsrøret (17) , for å holde utlø<p>srøret åpent for gass som unnsli<p>per fra badet (10) gjennom hullet (14) og luft som strømmer gjennom en åpning (21) i hettens nedre del på oversiden av skorpen (11).