NO315278B1 - Fremgangsmåte for drift av et pre-bake elektrolysecelleanlegg, samt arrangement for benyttelse i samme - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for drift av et pre-bake elektrolysecelleanlegg hvor det inngår håndtering av forbrukte anoder og annet materiale fra cellene i anlegget og transport av nye anoder til de samme celler, samt et arrangement for benyttelse i samme.

Ved drift av et moderne elektrolyseanlegg for fremstilling av aluminium er det et omfattende behov for transport av forskjellig innsatsmateriale til cellene, så som oksid, fluorid, anoder og annet. Videre innbefatter driften fjernelse av forbrukte anoder, kruste og annet materiale i tillegg til produsert metall fra cellene.

En del av denne transporten er kranbasert, dvs. objektene håndteres ved hjelp av én eller flere kraner som kan betjene cellene i elektrolysehallen ved bestemte operasjoner. Ytterligere en del av transporten utføres ved hjelp av hjulgående kjøretøyer.

Et problem ved elektrolysecelleanlegg som er bygget slik at cellene er anbrakt i to parallelle rekker med en rekke bærende søyler i mellomrommet mellom rekkene, er at det kan være problematisk å manøvrere kjøretøyene på en effektiv måte i anlegget. Når f.eks forbrukte anoder og annet materiale er fjernet fra en elektrolysecelle, er det viktig at dette raskt kan transporteres enten ut av hallen eller til et midlertidig lager slik at hallatmosfæren ikke forringes grunnet unødig opphold av nevnte anoder eller materiale som vil avgi gasser etter fjernelse fra cellen. Dersom det benyttes et midlertidig lager, er det viktig at dette anbringes slik at den øvrige driften av elektrolysecelleanlegget berøres i minst mulig grad samtidig som transportstrekningen av varmt materiale er begrenset til et minimum.

US patent nr. 5,182,869 viser en apparatur for å håndtere forbrukte anoder fra elektrolyseceller, hvor et langstrakt stasjonært kammer er innrettet for å motta forbrukte anoder. Kammeret står tilkoplet elektrolyseanleggets hovedavsug, som også suger gass fra elektrolysecellene. Inne i kammeret er det montert en transportbane, for å frakte forbrukte anoder fra en ende av kammeret til en annen. Transportbanen vil bli utsatt for høye temperaturer da anodene kan ha en temperatur på mange hundre grader. Videre vil dens bevegelige deler være utsatt med hensyn til partikkelmateriale som kan trenge inn mellom banens ulike bevegelige deler og skape ytterligere driftsforstyrrelser. Vedlike-hold av transportbanen vil, dersom den ikke tas ut av drift og kjøles ned, være en krevende oppgave temperaturmessig. Videre vil driften av et slikt anlegg innebære en utstrakt transport av varmt materiale i elektrolysecelleanlegget.

Norsk patentsøknad nr. 944973 viser en framgangsmåte og innretning til anodeskifting ved aluminium-smelteelektrolyse under varmegjenvinning. Innretningen omfatter transportbeholdere som er innrettet for å kunne oppta forbrukte anoder og badmateriale. Transportbeholdere hvori det er innsatt forbrukte anoder/badmateriale transporteres til et forkammer i et varmevekslersystem. Restvarme fra materiale i nevnte beholdere utnyt-tes til forvarming av nye anoder. Et problem med dette systemet er at det omfatter transport av tildels store beholdere som inneholder materiale av meget høy temperatur. Avstandene i et elektrolyseanlegg kan være store, og transport av slike beholdere til et særskilt varmevekslersystem vil innebære en risiko for uhell som kan være prohibitiv høy.

DE 4221882 Al omhandler en transportanordning for varme restanoder. Transportan-ordningen utgjøres av en lukket beholder hvori forbrukte anoder innsettes. For å begrense utslipp av forurensende gasser til hallatmosfæren under transporten ut av hallen, er beholderen utstyrt med et filter for i det minste delvis å kunne holde tilbake slike gasser. Beholderen omfatter svingbare deksler for å kunne sette inn/ta ut anoder. Denne løsningen er forbundet med noe av den samme risiko som angitt over, da beholdere med et materiale av meget høy temperatur skal transporteres gjennom hallen. Det er riktignok angitt at forbrukte anoder kan stå til avkjøling i beholderen etter at de er tatt ut av cellen, helt til det ikke lengre foreligger vesentlig avgivelse av skadelige gasser. I denne sammenhengen antas det å være fordelaktig av beholderen er anbrakt i et område hvor det er et visst avtrekk av halluft inn mot hallens avsugsystem, i fall filteret ikke kan håndtere alle skadelige gassmengder som avgis fra anodene og det øvrige materialet. Det er videre en forutsetning for å begrense utslipp at beholderen forøvrig ikke lekker ut skadelige gasser på andre steder enn gjennom filteret.

EP 0838540 viser et midlertidig lager for brukte anoder og badmateriale som utgjøres av en beholder som er koplet inn mot en åpning i overbygget på en elektrolysecelle. En ulempe med denne løsningen er at beholderen lett kan genere øvrige operasjoner som skal utføres på cellen i og med at den er satt helt inntil cellens ene ende, og vil således representere en fysisk forlengelse av cellen. Avsugsforholdene i cellen kan videre bli forstyrret av aktiviteter som utføres med beholderen, da dette vil innebære periodevis åpning av cellens avsugssystem mot den omgivende luft. Videre kan kjøletiden bli unødig forlenget ved at det overføres varme fra elektrolysecellen til beholderen, grunnet dens nærhet til cellen.

Med foreliggende oppfinnelse kan de ovennevnte ulemper unngås. Ved arrangementet i henhold til oppfinnelsen inngår driftselementer som muliggjør at forbrukte anoder og annet materiale som tas ut av cellene kan lagres og avkjøles i cellenes umiddelbare nærhet, uten å forstyrre øvrige operasjoner som må utføres på cellene. Videre vil avkjø-lingstiden kunne holdes på et minimum av tid, samtidig som avkjølingsforholdene forøvrig kan kontrolleres uavhengig av driften av cellene. Driftsmidlene kan videre omfatte ytterligere tilpasninger som vil øke nedkjølingstiden samt redusere utslipp av avgasser til hallatmosfæren men uten at avsugsmengden blir prohibitiv høy. Videre vil oppfinnelsen innebære redusert behov for transport i elektrolysecelleanlegget, idet ett og samme driftsmiddel kan bringe nye anoder inn i anlegget, og ta med brukte på returen.

Disse og ytterligere fordeler oppnås med oppfinnelsen definert i de vedføyde krav 1-10.

Oppfinnelsen skal i det etterfølgende beskrives nærmere med eksempel og figurer hvor;

Fig. 1 viser skjematisk et utsnitt av et elektrolysecelleanlegg, sett ovenfra,

Fig. 2 viser anbringelse av driftsmidler i elektrolysecelleanlegget, sett fra en ende, Fig. 3 viser et driftsmiddel i form av en midlertidig lagerinnretning for forbrukte anoder, Fig. 4 viser et ytterligere driftsmiddel for forflytning og håndtering av en midlertidig lagerinnretning som vist i figur 3.

Som vist i figur 1, fremgår et skjematisk utsnitt av et elektrolysecelleanlegg bestående av to parallelle rekker 1, 2 med elektrolyseceller. Rekke 1 omfatter cellene Cl, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8, C9, CIO, Cll, C12. Rekke 2 omfatter cellene Cl", C2\ C3', C4", C5', C6', C7', C8', C9', CIO', Cll', C12'. Det skal forstås at elektrolysecelleanlegget kan omfatte ytterligere celler i forlengelsen av det viste utsnittet.

Mellom cellerekkene og symmetrisk langs en linje parallell med disse, er det anbrakt ytterligere driftsmidler som utgjøres av midlertidige lagerinnretninger eller kamre Al, A2, A3, A4 samt A'l, A'2, A'3, A'4 for anoder. Videre inngår midlertidige lagerinnretninger eller kamre Bl, B2, samt B<1>, B'2 for materiale så som kruste som er fjernet fra cellene. For et elektrolysecelleanlegg med to rekker med elektrolyseceller, som vist i figuren, vil fordelingen av midlertidige lagerinnretninger (kamre) være symmetrisk. Operasjonene som utføres på cellerekke 1 vil derfor tilsvare det som gjøres på cellerekke 2. I fortsettelsen vil derfor beskrivelsen av oppfinnelsen relateres til cellerekke 1. Dette vil forøvrig være analogt situasjonen ved et elektrolysecelleanlegg med kun én cellerekke.

Som vist i figuren er det mellom cellerekkene anbrakt en konstruksjon 3, som kan utgjø-res av søyler 7 for bæring av takkonstruksjonen til hallen elektrolysecelleanlegget er beliggende i. Videre kan søylene og dette sentrale midtområdet i hallen være forsynt med ulike innretninger som benyttes under driften av anlegget. I figuren er det vist anbringelse av avsugspunkter eller avsugstilkoplinger 4, 6 for lagerinnretningene Al, A2 for anoder. Videre vises avsugstilkopling 5 for en lagerinnretning for materiale som er tatt ut av cellene. De her beskrevne lagerinnretninger er anordnet slik at innretningen Al betjener cellene Cl, C2, og C3, mens lagerinnretning A2 betjener cellene C4, C5, C6. Lagerinnretning Bl for materiale som tas ut av cellene, betjener i denne utførelsen cellene Cl, C2, C3, C4, C5 og C6. I dette eksempelet er lagerinnretninger anordnet på samme vis for anleggets øvrige celler. Det er kun for de ytterligere lagerinnretningene A3, B2 og A4 at det er vist avsugstilkoplinger i denne figuren.

Figur 2 viser viser anbringelse av driftsmidler i form av lagerinnretninger Al, A'l med avsugstilkoplinger 4, 4' i elektrolysecelleanlegget, sett fra en ende. Lagerinnretningene er i figuren oppstillet ved en søyle 7 hvorpå avsugstilkoplingene 4, 4' er anordnet. Avsugstilkoplingene omfatter et samlerør 8 som kommuniserer med et avsugssystem som kan omfatte midler for gassrensing (ikke vist). Samlerøret har en forgrening 9 for å kunne betjene de to lagerinnretningene. Fra forgreningen 9 og frem til lagerinnretningene omfatter avsugstilkoplingene fleksible rørdeler (slanger) 10, 10' som har en anslut-ning 11 som kan tilkoples en avsugsåpning 12 i lagerinnretningen Al. Når avsugstilkoplingen ikke er forbundet med lagerinnretningen, kan avsugsåpningen lukkes ved hjelp av et lokk 13. I figuren er lagerinnretning Al frakoplet avsugstilkoplingen 4, mens lagerinnretning A'l er tilkoplet avsugstilkoplingen 4'. Det skal forstås at avsugstilkoplingene 4,4' i det minste delvis er utført i et elektrisk isolerende materiale.

Forbindelsen utgjøres av en hurtigkopling 15, hvor anslutningen 11 omfatter en flens 14 som føres inn bak fremspring 15', 15", 15"'. Når anslutningen ikke er tilkoplet mot lagerinnretningen, kan den anbringes på en brakett 16 med et holdeorgan 17 som samtidig er i tettende inngrep med anslutningens åpning slik at det ikke suges luft inn gjennom denne. Eventuelt kan holdeorganet være åpent slik at mulig støv i slangen kan komme ut. Avsuget kan da stenges ved hjelp av ventil 17,17' anbrakt i avsugssystemet. Ventilen kan være fjernstyrt, og kan videre stenges når anslutningen ikke er tilkoplet en lagerinnretning. Det kan også være akutelt å betjene ventilen 17, 17' i samsvar med nedkjølingstiden, hvor ventilen kan stenges når nødvendig evakueringstid for avgasser er oppnådd etter innlasting av brukte anoder/badrester. Det skal forstås av det kan også benyttes en ikke vist hurtigkopling som kan koples til automatisk, og som videre kan være konstruert slik at den har en sikring mot at avsuget kan slites i stykker dersom en lagerinnretning blir flyttet uten at avsuget koples fra. En slik sikring kan utgjøres av en kopling som "slipper" ved en bestemt strekkbelastning.

Figur 3 viser et driftsmiddel i form av en midlertidig lagerinnretning Al for anoder. I denne figuren er det for oversiktens skyld vist innsatt en anode 20 omfattende en karbonblokk 21 tilordnet en anodehenger 22 med en anodestang 23. Den viste lagerinnretning kan ha plass til seks anoder som settes ned mot bunnen av lagerinnretningen, og hvor anodestangen 23 kan fastholdes i en uttagning 24 i lagerinnretningens overbygg. Bunnen kan være oppbygget med vinkeljern eller lignende for å sikre sirkula-sjon av kjøleluft under anoden.

For oversiktens skyld er det kun vist ett avtakbart deksel 25, men det skal forstås at hele åpningen 26 kan tildekkes helt av tilsvarende deksler. Bunnkonstruksjonen i lagerinnretningen omfatter en åpen rammekonstruksjon med et innvendig skall 34. I den indre brønnen er anordnet en rekke åpninger 30, 31, 32, 33 for å tillate at kald omgivelsesluft kan slippe inn i bunnområdet av lagerinnretningen. Hensiktsmessig er åpningene plassert på en slik måte at materiale ikke kan falle ut av lagerinnretningen ved håndtering av denne.

Ved lagerinnretningens øvre parti, i dens bakvegg er det anordnet avsugsåpninger 36, 37, 38 for fjernelse av gasser fra denne. Avsugsåpningene kommuniserer med avsugsåpningen 12 (ikke vist) som er lukket med deksel 13.

Når lagerinnretningen står i forbindelse med et avsug, vil avgasser bli trukket ut gjennom åpningene 36, 37, 38, mens kald omgivelsesluft vil strømme inn gjennom åpningene 30, 31, 32, 33 og blandes med varme gasser fra material som er opptatt i lagerinnretningen. Dette har vist seg å gi gunstige gasstrømningsforhold slik at utslipp av varme gasser til omgivelsene kan reduseres til et minimum ved åpning av ett eller flere deksler.

Det skal forstås at lagringsinnretninger av type A og B i prinsippet kan være like, bortsett fra at innretningene B er utstyrt med ekstra innvendige kar som er innrettet for opptak av partikkelmateriale (kruste og annet). Videre vil uttagning 24 for anodestang være unødvendig, slik at innretning B er utdannet uten disse. I en lagerinnretning av type B kan det eksempelvis innsettes tre stk. kar som dekker hele bunnflaten i innretningen.

Videre er den i figuren viste lagerinnretningen Al ikke tilkoplet noe avsug da den benyttes til lagring av nye anoder. Når den er tømt for anoder, vil den etterhvert bli koplet opp mot avsuget og klargjøres for å motta brukte anoder (butts).

Figur 4 viser et arrangement for forflytning og håndtering av et midlertidig lager som vist i figur 3. I figuren vises delvis en lagerinnretning Al innrettet for håndtering av et transportkjøretøy 42. Kjøretøyet er utstyrt med en manipulatorarm 43 med en krok 40 ved sin ytre ende. Kroken er tilpasset inngrep med en bøyle 41 anbrakt på lagerinnretningen, og kan trekke lagerinnretningen opp på kjøretøyet eller skyve dette av samme. Lagerinnretningen kan være utstyrt med hjul eller ruller ved sin underside for å redusere friksjonen mot underlaget ved håndtering av denne.

Kjøretøyet kan omfatte midler (45) for å håndtere deksler 25, 25', 25", 25"', 25"", 25, 25""" under av/på-lessing av lagerinnretninger.

Skjematisk beskrivelse av transport og operasionssvklus for lagerinnretninger i elektrol<y>secelleanlegget: Transportkjøretøyet henter en lagerinnretning med nye anoder eller en tom lagerinnretning for varmt materiale, så som grabbet bad, fra et anodeserviceanlegg eller lager. Under transporten holdes dekslene på plass på lagerinnretningene av en manipulator på kjøretøyet. Kjøretøyet kjører inn i elektrolysehallen og plasserer ut lagerinnretninger slik at det blir stående 2 stk. lagerinnretninger for anoder og 1 stk. lagerinnretning for grabbet bad på anvist plass langs den midtre søyleraden i elektrolysecelleanleggets hall ovenfor de 6 elektrolysecellene som disse skal betjene. Kjøretøyet frigjør deksler fra manipulator på dette slik at disse blir liggende igjen på lagerinnretningene som blir stående i hallen. Operatøren på kjøretøyet kobler avsugsslanger til lagringsinnretningene ved de omtalte hurtigkoblinger. Lagerinnretningene kan være utstyrt med mulighet for avsugstilkobling i begge kortender for alternative plasseringer.

Operatøren av en kran for håndtering av anoder, setter aktuell celle i anodeskiftemodus det vil blant annet si at avsuget forseres. Videre åpnes ventilspjeld i avsug for allokert lagerinnretning slik at dette avsuget aktiveres. Deretter henter kranen 2 stk. brukte anoder (dobbeltskift) fra aktuell celle, kjører disse til en av lagerinnretningene og løfter av 3 stk. deksler på denne (kran er utstyrt med dekselmanipulator som holder dekslene under lasting/lossing av anoder/bad i kjølebokser). Videre settes ved hjelp av kranen inn anoder på ledig plass og det legges på deksler. Kran kjører til celle, grabber ut materiale fra cellen, kjører dette til lagerinnretning for bad, løfter av 3 stk deksler, losser grabbet materiale for så å legge på dekslene igjen. Denne prosedyren kan gjentas om nødvendig for samme celle. Deretter løfter kranen av nødvendig antall deksler på lagringsinnret-ning for nye anoder, tar ut nye anoder, setter på deksler igjen, kjører til cellen med disse og setter anodene inn.

Operasjonene i sistnevnte avsnitt gjentas til alle aktuelle celler er betjent. Lagerinnretninger står tilkoblet aktivert avsug i ca. 4 timer etter at siste celle er betjent. Når boksene har stått i hallen i nødvendig kjøletid (ca. 24 timer) blir de hentet av transportkjøretøyet (som i mellomtiden har satt ut "nye" bokser på annet sted i hall og forberedt for neste skift). Boksene trekkes opp på kjøretøyet og dekselmanipulatoren aktiveres for å holde deksler på plass under transport. Kjøretøyet kjører til anodeserviceanlegget, løfter dekslene av og setter fra seg boksen på anvist plass. Alternativ til dekselmanipulator på kjøretøy kan være stasjonær dekselmanipulator i anodeserviceanlegget. Lagerinnretningen håndters så av anodeservice (fjerning av brukte anoder, tømming av badrester og bad, gjeninnsetting av nye anoder). Transportkjøretøyet tar med seg en lagerinnretning med nye anoder eller en tom lagerinnretning for badmateriale direkte fra anodeservice eller fra lager og kjører til anvist plass i hall for neste celle som skal betjenes.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte for drift av et elektrolysecelleanlegg omfattende en hall med elektrolyseceller (C) anbrakt i én eller flere rekker som benytter anoder av pre-bake typen for fremstilling av aluminum, omfattende midlertidig lagring av forbrukte anoder og annet materiale som fjernes fra cellene i lukkbare lagerinnretninger (A, B) anbrakt i hallen, og hvor lagerinnretningene er tilknyttet et avsugssystem, karakt erisert ved at lagerinnretningene (A, B) plasseres avstandsmessig fra cellene (C) i en formasjon langs en linje (3) som er beliggende symmetrisk i forhold til cellerekken(-e) slik at operasjoner som utføres på cellene ikke generes av lagerinnretningene og hvor lagerinnretningene kan tilkoples til et avsugssystem (4,5) avstandsmessig plassert fra cellene (C), idet hver lagerinnretning betjener en gruppe av celler.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 hvor elektrolyseanlegget utgjøres av to parallelle rekker med elektrolyseceller (1, 2) avstandsmessig beliggende fra hverandre, kara kterisert ved at lagerinnretningene (A, B) anbringes i en formasjon langs en linje (3) som er beliggende mellom cellerekkene og symmetrisk i forhold til disse.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1-2, karakterisert ved at lagerinnretningene (A, B) videre er innrettet for transport, idet brukte anoder og materiale fra cellene (C) transporteres ut av hallen opptatt i lagerinnretningene, mens nye anoder transporteres inn i hallen ved hjelp av samme.

4. Arrangement for benyttelse i et elektrolysecelleanlegg omfattende en hall med elektrolyseceller (C) anbrakt i én eller flere rekker, og som benytter anoder av pre-bake typen for fremstilling av aluminum, omfattende midlertidig lagring av forbrukte anoder og annet materiale som fjernes fra cellene i lukkbare lagerinnretninger (A, B) anbrakt i hallen, og hvor lagerinnretningene kan tilknyttes et avsugssystem, karakterisert ved at lagerinnretningene (A, B) er plassert avstandsmessig fra cellene (C) i en formasjon langs en linje (3) som er beliggende symmetrisk i forhold til cellerekken(-e) slik at operasjoner som utføres på cellene ikke generes av disse, idet lagerinnretningene (A, B) er videre innrettet for å tilkoples til et avsugssystem (4,5) avstandsmessig plassert fra cellene, idet hver lagerinnretning betjener en gruppe av celler.

5. Arrangement som angitt i krav 4, karakterisert ved at lagerinnretningene (A, B) er innrettet for å kunne transporteres av et kjøretøy (42) omfattende en mani pul atorarm (43) med en krok (40) i sin ende, idet lagerinnretningene er utstyrt med en bøyle (41).

6. Arrangement som angitt i krav 5,karakterisert ved at kjøretøyet (42) omfatter midler (45) for å kunne håndtere ett eller flere deksler (25).

7. Arrangement som angitt i krav 4, karakterisert ved at lagerinnretningene (A, B) omfatter minst én åpning (12) med midler (15) for hurtig tilkopling til avsugssystemet (4, 5).

8. Arrangement som angitt i krav 7, karakterisert ved at midlene (15) omfatter fremspring (15', 15", 15"') som samvirker med en flens (14) anordnet en slange (10) i avsugssystemet (4).

9. Arrangement som angitt i krav 4, karakterisert ved at lagerinnretningene (A, B) er utstyrt med åpninger (30, 31, 32, 33) for å kunne slippe inn omgivelsesluft.

10. Arrangement som angitt i krav 4, karakterisert ved at lagerinnretningene (A, B) er utstyrt med avsugsåpninger (36,37,38) i sin øvre del.