NO314023B1 - Fremgangsmåte og innretning for å øke effektiviteten for tørre renseanlegg - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for reduksjon av trykkfall, øking av kapasiteten og bedring av utskillingsgraden ved resirkulasjon av alumina i tørre renseanlegg for adsorpsjon av fluorid i avgass fra aluminiumsreduksjonsovner.

Avgassen fra aluminiumsreduksjonsovner inneholder bl.a. sterkt forurensende fluorforbindelser, i hovedsak som gass (HF) men også i form av fluorholdig støv. Støvet består av uhyre små partikler av fluorid som damper av fra smeltebadet i ovnen og sublimerer i avtrekksgassen.

Avgassen må renses for fluorid og det er i dag meget høye krav til renseeffekten. Den s.k. tørre rensemetoden er nå ganske enerådende på dette området. Dette er kjent teknologi, og det finnes flere forskjellige typer. Renseteknologien i disse anleggene er basert på det forholdet at råmaterialet for aluminium fremstilling, aluminiumoksid eller alumina, som er pulverformet materiale, har den egenskapen at det absorberer gassformig HF tørt. Avgassen bringes derfor i kontakt med alumina som kan adsorbere HF-innholdet De støvformige fluoridene må fjernes ved filtrering.

Praktisk talt alle tørre renseanlegg for denne type avgass er arrangert slik at avgassen først kommer inn i en reaktor der den bringes i mer eller mindre intensiv kontakt med alumina for adsorpsjon av HF, hvoretter gassen passerer videre til et posefilter (tekstilfilter) for utskilling av partikulært materiale. Det meste av det fine fluorholdige støvet og i det minste en del av aluminaen fra reaktoren vil følge med avgassen inn i filteret.

Avgangen av fluorider, både gass- og støvformige, fra aluminiumsovnene, er et tap i produksjonsprosessen. Men brukt alumina fra den tørre renseprosessen, som har adsorbert HF fra avgassen, og det fluorholdige støvet som er skilt ut i posefiltret, føres som råstoff tilbake til ovnene. Derved gjenvinnes det alt vesentlige av fluortapet fra ovnene. Det er både den høye virkningsgraden og økonomien i fluorgjenvinningen som har gjort de tørre rensesystemene enerådende på dette området.

I praksis blir størstedelen, og som regel hele mengden av alumina som aluminiumsverkene bruker til produksjonen, ca. 2 kg pr. kg produsert aluminium, først brukt som adsorbent for HF i det tørre renseanlegget, og så ført tilbake til ovnene, med adsorbert HF og med partikulært fluorid som skilles ut i posefiltret. Den ferske aluminaen blir i det følgende kalt primær alumina, mens fluorholdig alumina fra renseanlegget blir kalt sekundær alumina.

Avgassmengdene fra ovnene i aluminiumindustrien er svært store.

De tørre renseanleggene er derfor vanligvis delt i seksjoner, hver seksjon omfattende en i hovedsak vertikal reaktor med avløp inn på posefiltret. Adsorbsjonen av HF skjer i hovedsak i reaktoren ved at en jevn strøm av primær alumina blandes inn i avgassen ved innløpet til reaktoren. Alumina er et pulver med kornstørrelse i alt vesentlig i området 40-150 fim. Slikt pulver sprer seg lett som en støvsky i avgassen og gir bra kontakt for adsorpsjon av HF, men pulveret er også så vidt grovt at det lett skiller seg ut av gasstrømmen igjen ved dynamisk påvirkning, for eksempel ved avbøying av gasstrømmen (syklonvirkning). I de fleste utførelser blir blandingen av avgass og alumina ført rett inn i posefiltret. Her vil en del alumina skilles av og falle ned i filterets bunntrakt som følge av dynamiske krefter, mens en del følger gasstrømmen videre til filterposene og skilles av der. Det fine fluorholdige støvet i avgassen har partikkelstørrelse nede i området 1-0,1 um. Det påvirkes omtrent ikke av dynamiske krefter, men følger i alt vesentlig gasstrømmen videre til filterposene.

Posefiltrene i disse anleggene er alt overveiende av type med rader av utspente tekstilposer, der støvet setter seg av på utsiden av poseduken. Posene renses rad for rad under drift med innvendige trykkluftpulser. Støvlaget på posene faller da av og ned i filterets bunntrakt. Der blander det seg med alumina som har passert reaktoren og er utskilt av dynamiske krefter.

Det er det nødvendige filterarealet som skal til for å filtrere ut støv og alumina fra avgassen, som bestemmer størrelsen på slike tørre renseanlegg. Trykkfallet over den støvbelagte filterflaten utgjør også den største delen av trykkfallet gjennom renseanlegget, og er derfor avgjørende for anleggets effektbehov.

Trykkfallet over en støvbelagt filterflate er vesentlig avhengig av støvlagets konsistens. Den i denne sammenhengen grovkornede aluminaen gir et porøst støvlag med lavt trykkfall og som gir stor gassgjennomstrømming og stor filterkapasitet.

Det fine fluorholdige støvet derimot tetter åpningene mellom alumina-kornene, øker trykkfallet gjennom støvlaget og reduserer kapasiteten. Det fine støvet trenger også lettest gjennom filterduken og gir et visst innhold av fluorholdig støv i den rensede gassen.

Mest kritisk for anleggets renseeffekt for totalt fluor er adsorpsjonen av HF i reaktoren. Mengden av alumina i kontakt med avgassen i reaktoren er avgjørende for effektiv kontakt og adsorpsjon. For å øke alumina mengden i reaktoren og øke utskillingen av HF er det vanlig å resirkulere utskilt alumina fra filterets bunntrakt tilbake inn i reaktoren sammen med primær alumina. Moderne høye krav til renseeffekt, langt over 99 %, gjør det nødvendig å resirkulere mye alumina gjennom reaktoren, dvs mange gangers resirkulasjon før aluminaen tappes ut av anlegget som sekundær alumina og sendes videre til ovnene.

Utskilt fin partikulært fluorid følger med den resirkulerte aluminaen. Jo mer aluminaen blir resirkulert jo mer fint støv blir det i systemet. Det fine støvet går videre til filterposene, tetter støvlaget der, øker trykkfallet, begrenser kapasiteten og gir økt støvgjennomslipp. Disse effektene setter grense for hvor stor resirkulasjon av alumina man kan ha i slike anlegg.

Fremgangsmåten begrenser sterkt disse effektene av resirkulasjon av alumina i tørre renseanlegg. Fremgangsmåten går ut på å separere ut i det minste en del av det fine støvet som følger med den resirkulerte aluminaen før denne blir injisert tilbake til reaktoren, og føre det utseparerte fine støvet ut av systemet sammen med sekundær alumina, som tappes ut av renseanlegget i jevn strøm for å føres videre til ovnene. Selv bare en delvis, men kontinuerlig fraseparering og fjerning av fint støv fra alumina som resirkuleres i reaktor-filter-systemet gir en vesentlig reduksjon av mengden av finstøv i systemet og av de negative effektene for filtreringsprosessen.

For å separere fint støv fra en blanding av fine og grove partikler har oppfinnerne gjort bruk av forskjeller i naturlig fallhastighet og strømningsegenskaper for fine og grove partikler som er i bevegelse. Flere apparater som anvender disse prinsippene for å separere ut og avlede fint støv fra resirkulerende alumina som strømmer i et tørt renseanlegg i henhold til beskrivelsen, er konstruert og testet med godt resultat.

De foran nevnte fordeler oppnås med fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen slik den er definert med de i kravene anførte trekk.

Oppfinnelsen beskrives nærmere under henvisning til tegningen hvor figur 1 viser et skjematisk snitt av innretningen ifølge oppfinnelsen, figur 2, 3 og 4 viser en annen innretning i to plansnitt og i detalj, og figur 5 viser en tredje innretning for avstøving av resirkulerende alumina.

En anordning som er plassert i resirkulasjonssystemet for alumina i et tørt rensesystem og som gir en avstøvingseffekt, er vist på figur 1, som er et skjematisk snitt av systemet. Resirkulerende alumina 1 danner et lite basseng i filterets bunntrakt 2, i det sekundær alumina som skal til ovnene renner ut i overløpet 3.

Resirkulerende alumina doseres ut og transporteres med en mateskrue 4 og en gravimetrisk renne 17 til reaktoren 6, der resirkulert alumina blandes inn i den oppadrettete strømmen av urenset avgass. En jevn strøm av primær alumina (ikke vist) injiseres også inn i reaktoren. For å oppnå den ønskete avstøvingseffekt av resirkulert alumina, suges en liten strøm av avgass opp gjennom den gravimetriske rennen 17 i motstrøm til alumina som glir nedover rennens skrå bunn. Den oppadgående gasstrømmen vil til en viss grad rive opp strømmen av alumina, og trekke med seg fine støvpartikler som her langt lavere fallhastighet enn gassens oppadgående hastighet. Den nå støvholdige gassen suges gjennom den åpne enden på transportskruen 4 via et rørsystem 7 til et lite ekstra filter, ikke vist på figur 1, der det fine støvet filtreres ut og blandes inn i sekundær alumina som skal til ovnene. Hastigheten på gasstrømmen opp gjennom rennen 17 avpasses slik at avstøvingen blir mest mulig effektiv uten at gassen også river med seg alumina partikler i noen vesentlig grad.

Avstøvingseffekten kan forbedres ved at bunnen i rennen 17 utstyres med tverrstilte ujevnheter 8 som river opp den nedadgående strømmen av alumina partikler og gir avstøvingsgassen bedre tilgang til hele alumina strømmen.

En annen anordning for avstøving av resirkulerende alumina, og som også utnytter gravimetrisk strømning på et skråplan, er vist på figur 2, 3 og 4. Figur 2 og 3 viser filterets bunntrakt 2 i to plan, og figur 4 viser innretningen i detalj.

Reagert avgass fra reaktor med primær og resirkulert alumina samt støv kommer inn i innløpet 12 og vender oppover mot nedhengende filterposer 13 som figur 2 og 3 bare viser nederste del av. En del alumina vil skilles ut fra den inngående gasstrømmen som følge av dynamiske krefter og fortsette ned i bassenget med fluidisert alumina 1, som flyter som kvikksand.

Resterende alumina og fint støv følger gasstrømmen oppover og filtreres av på filterposene. Ved rensing av filterposene kommer alumina og støv dryssende ned i bunntrakten. På sideveggen av bunntrakten 2 er det montert inn en eller flere skrå renner 5, vist i perspektiv og i detalj på figur 4.1 den foretrukne utførelse er det brukt en vinkel som står opp fra bunntraktens skrå sideflate. Tilsvarende effekt kan oppnås ved en skrå renne som er felt ned i bunntraktens sideflate, men dette er en dyrere løsning. Hensikten med skrårennen 5 er å utnytte forskjellene i fallhastigheter og strømningsegenskaper til de grovere aluminapartikler og de finere støvpartikler som faller ned fra filterposene når disse renses, til å skille støv fra alumina og til å lede støvdelen ut av systemet sammen med sekundær alumina ut av avløpet 3. Virkemåten er som følger: Tyngre alumina partikler som kommer med ved rensing av filterposene, faller raskt ned mot gasstrømmen og glir i den mest gravimetriske retningen nedover bunntraktens skrå sideflate.

Disse partiklene samles opp av skrårennen 5 og danner en relativt konsentrert strøm innerst i rennen. Når denne strømmen av alumina når ned i bassenget av fluidisert alumina 1, fortsetter den ned mot bunnen av bassenget som følge av sin egen fart og treghet, og blander seg dermed i hovedsak inn i strømmen av resirkulerende alumina, som tappes fra bunnen av bassenget.

De lettere partiklene av fint støv fra filterposene svever og spres av den oppadgående gasstrømmen og fordeler seg over hele bunntraktens skrå sidevegg, der det mer flyter enn sklir nedover og deretter flyter ut over overflaten av bassenget. En stor del av dette fraskilte, fine støvet på bassengets overflate vil deretter naturlig tappes ut av systemet gjennom avløpet 3, som drenerer sekundær alumina ut av systemet etter overflow-pirnsippet.

Denne anordningen skiller i utgangspunktet ikke alumina og støv så effektivt som anordningen på figur 1, men dette blir delvis kompensert ved at det har funnet sted en forhånds-separasjon av den alumina-støv-blandingen som en anordning arbeider med, i det mye alumina særlig av de mer grovkornede fraksjoner er fraskilt og har havnet ned i bassenget som følge av dynamiske krefter ved gassinnløpet.

En anordning har også den fordelen at den ikke krever et eget avsugs- og filtreringssystem for det fraskilte finstøvet.

En innretning som også er anordnet i resirkulasjonssysternet for alumina, og som også gir en avstøvingseffekt, er vist på figur 5, som er et skjematisk snitt av systemet. Alumina 1 som skal resirkuleres mates ned fra filterets bunntrakt med et doseringsapparat som kan være en roterende slusemater 15 ned til en pneumatisk separator 16.

Denne virker i prinsippet på samme måte som en fluidisert renne, idet alumina renner over en for luft permeabel duk som gjennomstrømmes av luft under trykk som tilføres fra undersiden 14. For at en pneumatisk separator skal virke etter hensikten og fraseparere og blåse ut fint støv rimelig effektivt fra alumina-støv-blandingen, så må denne blandingen utsettes for en langt kraftigere luftgjennomstrømning og omrøring enn det som brukes ved vanlig fluidisering og som bare skal få alumina og liknende pulverformet materiale til å flyte som en litt seig væske. Ved pneumatisk separering vil strømmen av resirkulerende alumina koke og boble voldsomt mens fint støv avgis til den gjennomstrømmende luften. Toppen på separatoren 18 må utformes som en høy hette så i det vesentlige bare luft med fint støv og ikke sprut av alumina skal nå frem og suges ut av utløpet 9 og videre via et rørsystem til et lite ekstra filter, ikke vist på figur 5, der det fine støvet filtreres ut og blandes inn i sekundær alumina som skal til ovnene.

Luftmengden som blåses gjennom separatoren må også tilpasses slik at mest mulig fint støv frasepareres den resirkulerende aluminaen, mens en i hvert fall ikke for stor mengde alumina rives med. Utmatning av sekundær alumina skal i hovedsak skje gjennom overløpsrøret 3 som kontrollerer nivået på bassenget i bunntrakten.

Alumina med redusert innhold av fint fluorholdig støv renner videre med den gravimetriske rennen 17 og injiseres i den oppadgående strømmen av renset avgass i reaktoren 6.

De apparatene som er beskrevet i det foregående er oppfunnet, konstruert og testet av oppfinnerne, og har vist seg effektive for fraseparering av fint støv fra resirkulerende alumina i tørre renseanlegg, noe som har medført betydelige driftsforbedringer for slike anlegg i form av bedret kapasitet og redusert trykkfall selv med økt resirkulasjon av alumina, og bedret utskillingsgrad både for HF og partikulære fluorider i avgassen.

Claims (2)

1. Fremgangsmåte for reduksjon av trykkfall, øking av kapasiteten og bedring av utskillingsgraden ved resirkulasjon av alumina i tørre renseanlegg for adsorpsjon av fluorid i avgass fra aluminiumsreduksjonsovner, karakterisert ved selektivt i det minste delvis å utseparere og fraskille finkornet partikulært fluorid før alumina resirkuleres tilbake i prosessen av det tørre renseanlegg.

2. Fremgangsmåte ifølge foregående krav, karakterisert ved å føre det utseparerte, finkornede partikulære fluidet sammen med den sekundære alumina, som tappes ut av det tørre renseanlegget, tilbake til aluminiumsreduksjonsovnene.