NO332375B1

NO332375B1 - Spot feeder with integrated exhaust collection as well as a method for exhaust collection

Info

Publication number: NO332375B1
Application number: NO20084014A
Authority: NO
Inventors: Morten Karlsen; Are Dyroy; Odd-Arne Lorentsen; Tore Oren
Original assignee: Norsk Hydro As
Priority date: 2008-09-19
Filing date: 2008-09-19
Publication date: 2012-09-10
Also published as: ZA201102085B; NZ591699A; NO20084014L; EA201100508A1; EP2337879A1; CA2737240A1; WO2010033037A1; AU2009292735B2; EP2337879A4; BRPI0918929B1; NO20110421A1; CN102197164A; CA2737240C; CN102197164B; EP2337879B1; EA019844B1; AU2009292735A1; BRPI0918929A2

Abstract

En elektrolysecelle der det produseres metaller må tilsettes en nøyaktig mengde råstoff (som alumina), og som en virkning av reaksjonen som skjer i cellen, må man trekke ut produktet (som aluminium) og fjerne eventuelle avfallsprodukter (som HF og C02). For å avkjøle cellen hensiktsmessig og sikre oppsamling av alle avgassene fra cellen, som ikke er gasstett, suges det normalt inn omtrent 100-150 ganger mer luft fra omgivelsene enn gassvolumet som produseres av cellen. Den foreliggende oppfinnelsen dreier seg om prinsippene om hvordan man kan utforme en innretning der man kan kombinere tilførsel av råstoffet alumina til cellen og samtidig trekke ut mer C02-konsentrerte avgasser fra cellen enn det som er standard fremgangsmåte i aluminiumsindustrien i dag. De tre totalvirkningene man får med hensyn til avgassene er. 1. Det tas ut et mindre totalvolum av gass fra cellen, med mulighet for å redusere den totale størrelsen på gassvaskerne. 2. Som følge av punkt 1 vil den oppsamlede prosessgassen få høyere temperatur enn før og er derfor mer egnet for varmeutvinning. 3. Hvis det suges inn mindre «falsk luft» til gassoppsamlingskamrene, øker konsentrasjonen av C02 i avgassene vesentlig, slik at det blir mulig å oppfange og skille ut C02 med standard teknologi som brukes til å fange opp C02 fra prosesser så som kraftanlegg.An electrolytic cell where metals are produced must add a precise amount of raw material (such as alumina), and as an effect of the reaction occurring in the cell, extract the product (such as aluminum) and remove any waste products (such as HF and C02). In order to cool the cell appropriately and ensure collection of all the waste gases from the cell, which is not gas-tight, approximately 100-150 times more air is normally sucked in from the surroundings than the volume of gas produced by the cell. The present invention concerns the principles of how to design a device where you can combine the supply of the raw material alumina to the cell and at the same time extract more C02-concentrated exhaust gases from the cell than is the standard procedure in the aluminum industry today. The three total effects you get with regard to the exhaust gases are. 1. A smaller total volume of gas is removed from the cell, with the possibility of reducing the overall size of the gas scrubbers. 2. As a result of point 1, the collected process gas will have a higher temperature than before and is therefore more suitable for heat recovery. 3. If less "false air" is sucked into the gas collection chambers, the concentration of C02 in the exhaust gases increases significantly, so that it becomes possible to capture and separate C02 with standard technology used to capture C02 from processes such as power plants.

Description

Den foreliggende oppfinnelsen dreier seg om en fremgangsmåte og en innretning for oppsamling av gasser i en elektrolysecelle, spesielt en celle for aluminiumsproduksjon. The present invention relates to a method and a device for collecting gases in an electrolysis cell, in particular a cell for aluminum production.

I alle moderne elektrolyseceller for aluminiumsproduksjon med forhåndsbrente anoder har overbygningen over cellen flere individuelle punktmatere som er forbundet med cellens overbygning. Gassoppsamlingssystemet har flere innsugingspunkter langs prosessgasskanalen, som befinner seg øverst i overbygningen, men i form av et separat system inntil aluminamatesystemet. Siden minst én anode normalt må byttes ut hver dag, har moderne celler utstyrt med forhåndsbrente anoder en overbygning med flere deksler som dekker området mellom katoden og gassoppsamlingsringen som befinner seg like nedenfor anodebjelken, for å hindre at avgassene slipper ut i elektrolysehallen. For å unngå denne forurensningen er det normalt nødvendig med undertrykk (subatmosfærisk) inne i cellens overbygning, og gjennom disse åpningene suges det inn store mengder luft til gassavsugingssystemet sammen med avgassene for videre behandling, i dag fluoridgjenvinning og i noen tilfeller fjerning av svovel (rensing). In all modern electrolytic cells for aluminum production with pre-fired anodes, the superstructure above the cell has several individual point feeders connected to the cell superstructure. The gas collection system has several intake points along the process gas channel, which is located at the top of the superstructure, but in the form of a separate system next to the alumina feed system. Since at least one anode must normally be replaced every day, modern cells equipped with pre-burned anodes have a superstructure with several covers covering the area between the cathode and the gas collection ring located just below the anode beam, to prevent the exhaust gases from escaping into the electrolysis hall. In order to avoid this pollution, negative pressure (subatmospheric) is normally required inside the cell's superstructure, and through these openings large amounts of air are sucked into the gas extraction system together with the exhaust gases for further treatment, today fluoride recovery and in some cases removal of sulfur (cleaning ).

Lufta som trekkes inn i overbygningen gir også luftkjøling for den øvre delen av cellen med det utstyret som er installert der (pneumatisk, elektrisk og elektronisk utstyr). Under anodebyttingen må noen av dekslene åpnes. For å hindre at avgassene slipper ut i elektrolysehallen og beskytte operatørene mot gassene, kan det oppnås effektiv avgassoppsamling under denne operasjonen ved å øke sugevolumet vesentlig idet cellen settes i vedlikeholdssuging (Pot Tending Suction mode, PTS), for eksempel med en separat sugestreng. Ved hjelp av en ventil kan gassinnsugingen slås over fra normal til PTS, og det økte sugevolumet gjør det mulig å håndtere anodebyttingen med flere deksler åpne på cellen uten at det slipper ut avgasser i elektrolysehallen, d.v.s. at man opprettholder undertrykket inne i overbygningen til cellen. The air drawn into the superstructure also provides air cooling for the upper part of the cell with the equipment installed there (pneumatic, electrical and electronic equipment). During the anode replacement, some of the covers must be opened. In order to prevent the exhaust gases escaping into the electrolysis hall and to protect the operators from the gases, effective exhaust gas collection can be achieved during this operation by increasing the suction volume significantly as the cell is put into maintenance suction (Pot Tending Suction mode, PTS), for example with a separate suction string. With the help of a valve, the gas suction can be switched from normal to PTS, and the increased suction volume makes it possible to handle the anode replacement with several covers open on the cell without exhaust gases escaping into the electrolysis hall, i.e. that the negative pressure is maintained inside the superstructure of the cell.

Elektrolyseceller ble tilført alumina for mer enn et århundre siden ved å brekke opp den øvre skorpen av alumina manuelt og føre aluminapulver inn i cellen. Skorpebrytingen ble siden gjort med et skorpebrytende hjul, deretter en skorpebrytende bjelke og endelig en elektronisk styrt skorpebryter som installeres på stort sett alle nybygde smelteanlegg. Punktmating regnes derfor som teknikkens stilling. Electrolysis cells were supplied with alumina more than a century ago by manually breaking open the upper crust of alumina and feeding alumina powder into the cell. The crust breaking was then done with a crust breaking wheel, then a crust breaking beam and finally an electronically controlled crust breaker which is installed on almost all newly built smelters. Point feeding is therefore considered the position of the technique.

Aluminiumsproduksjon gir også avgasser, hovedsakelig C02med spor av CO, men også vesentlige mengder HF og S02. I moderne smelteverk fjernes mesteparten av HF og S02før avgassene slippes ut i atmosfæren, men ikke C02. For å fjerne alle avgassene som frigjøres fra cellen og gi cellen hensiktsmessig kjøling, innebærer den vanlige utformingen for avsugingen flere avsugingspunkter langs hovedgasskanalene som befinner seg omtrent en meter fra den øvre skorpen. Disse avsugingspunktene suger inn mye falsk luft fra åpninger og skjøter i cellens overbygning der det innenfor de øvre dekslene opprettholdes et negativt trykk for å sikre at man fanger opp alle avgassene som frigjøres fra cellen. Gassen som samles opp har en temperatur som er behagelig kald for overbygningen (100-150 °C), og avgassene fortynnes kraftig av den falske luften. Aluminum production also produces exhaust gases, mainly C02 with traces of CO, but also significant amounts of HF and S02. In modern smelters, most of the HF and S02 are removed before the exhaust gases are released into the atmosphere, but not C02. In order to remove all the exhaust gases released from the cell and provide the cell with appropriate cooling, the usual design for the extraction involves several extraction points along the main gas channels located approximately one meter from the upper crust. These extraction points suck in a lot of false air from openings and joints in the cell's superstructure where a negative pressure is maintained within the upper covers to ensure that all the exhaust gases released from the cell are captured. The gas that is collected has a temperature that is pleasantly cold for the superstructure (100-150 °C), and the exhaust gases are greatly diluted by the fake air.

Inntil nylig har det ikke vært fokusert så mye på C02-vasking siden gassen er del av en naturlig syklus, men våre dagers søkelys på virkningene av C02 på klimaet har endret dette. Konstruksjonsbegrensningen for moderne elektrolyseceller når det gjelder å oppfange og skille ut C02 er den lave konsentrasjonen av C02i prosessgassen, typisk under 1 %. Det er både vanskelig og dyrt å fjerne lave konsentrasjoner av C02log derfor er det ikke funnet noe publisert om dette i den offentlige litteraturen. Kostnaden ved utskilling av C02synker generelt med økende C02-konsentrasjon i avgassene. Until recently, there has not been much focus on C02 washing as the gas is part of a natural cycle, but today's spotlight on the effects of C02 on the climate has changed this. The design limitation of modern electrolysis cells when it comes to capturing and separating C02 is the low concentration of the C02i process gas, typically below 1%. It is both difficult and expensive to remove low concentrations of C02log, therefore nothing published about this has been found in the public literature. The cost of separating C02 generally decreases with increasing C02 concentration in the exhaust gases.

Den foreliggende oppfinnelsen innebærer generelt sett en aluminamater med integrert gassoppsamling. Oppfinnelsen dreier seg om en fremgangsmåte for å samle opp konsentrert prosessgass for videre behandling. I tillegg gjør denne innretningen det mulig å samle opp prosessgass med temperatur som er hevet tilstrekkelig til at det kan utvinnes varme av den. The present invention generally involves an alumina feeder with integrated gas collection. The invention relates to a method for collecting concentrated process gas for further treatment. In addition, this device makes it possible to collect process gas with a temperature that is raised sufficiently so that heat can be extracted from it.

I WO 2006/009459 beskrives det en fremgangsmåte og utstyr for varmeutvinning fra avgasser fra et prosessanlegg, for eksempel prosessgass fra et elektrolyseanlegg for aluminiumsproduksjon. Denne typen teknologi kan med fordel kombineres med den foreliggende oppfinnelsen. WO 2006/009459 describes a method and equipment for heat extraction from exhaust gases from a process plant, for example process gas from an electrolysis plant for aluminum production. This type of technology can be advantageously combined with the present invention.

Forskjellige industriprosesser produserer gasser som kan forurenses av partikler, støv og andre stoffer som kan føre til tilgroing i energiutvinningsutstyret. Slik tilgroing vil innebære redusert effektivitet og kan kreve utstrakt vedlikehold, for eksempel rensing av flatene som er utsatt for gasstrømmen. Før den renses kan prosessgassen inneholde støv og/eller partikler som vil danne avleiringer i varmeutvinningsutstyret og dermed redusere effektiviteten ved varmeutvinningen til et uønsket lavt nivå. Derfor blir energiutvinningsenheter normalt plassert nedstrøms for et gassrenseanlegg, etter gassrensingen. Various industrial processes produce gases that can be contaminated by particles, dust and other substances that can lead to fouling in the energy extraction equipment. Such growth will mean reduced efficiency and may require extensive maintenance, for example cleaning the surfaces that are exposed to the gas flow. Before it is cleaned, the process gas may contain dust and/or particles that will form deposits in the heat recovery equipment and thus reduce the efficiency of the heat recovery to an undesirably low level. Therefore, energy recovery units are normally placed downstream of a gas cleaning plant, after the gas cleaning.

Med hensyn til å optimalisere energiutvinningen er det av interesse å plassere utvinnings-enhetene så nær industriprosessen som mulig, der energiinnholdet i prosessgassen er på sitt høyeste. Dette innebærer at energiutvinningsenhetene må plasseres oppstrøms for gassrenseanlegget, fordi slike anlegg lokaliseres forholdsvis langt fra industriprosessen. For eksempel inneholder prosessgass fra en aluminiumselektrolysereduksjonscelle store mengde energi ved forholdsvis lav temperatur. Denne energien utnyttes i dag bare i liten grad, men den kan brukes til oppvarming, prosessformål og kraftproduksjon hvis det etableres teknisk og økonomisk akseptable løsninger for varmeutvinning. Hvilken temperatur man oppnår i det oppvarmede fluidet er avgjørende for verdien og nytten av varmeenergien som utvinnes. Varmen bør derfor trekkes ut fra prosessgassen ved høyest mulig gasstemperatur. With regards to optimizing the energy extraction, it is of interest to place the extraction units as close as possible to the industrial process, where the energy content of the process gas is at its highest. This means that the energy extraction units must be placed upstream of the gas purification plant, because such plants are located relatively far from the industrial process. For example, process gas from an aluminum electrolysis reduction cell contains a large amount of energy at a relatively low temperature. This energy is currently only used to a small extent, but it can be used for heating, process purposes and power generation if technically and economically acceptable solutions for heat extraction are established. The temperature achieved in the heated fluid is decisive for the value and usefulness of the heat energy that is extracted. The heat should therefore be extracted from the process gas at the highest possible gas temperature.

Å avkjøle prosessgassen vil bidra til lavere trykkfall og hastighet for gasstrømmen, med lavere vifteeffekt som resultat. Den største reduksjonen i trykkfall oppnås ved å avkjøle prosessgassen så nær aluminiumscellene som mulig. Cooling the process gas will contribute to a lower pressure drop and velocity of the gas flow, with lower fan power as a result. The greatest reduction in pressure drop is achieved by cooling the process gas as close to the aluminum cells as possible.

Energiinnholdet i prosessgassen kan utvinnes i en varmeveksler (varmeutvinningssystemer) der prosessgassen avgir varme (avkjøles) til et annet fluid som egner seg for det aktuelle formålet. I prinsippet kan varmeutvinningssystemet befinne seg: - oppstrøms for renseprosessen - slik at varmeutvinningssystemet må kjøres med en gass som inneholder partikler, - nedstrøms for renseprosessen - slik at forurensede komponenter og partikler i gassen er fjernet, The energy content of the process gas can be recovered in a heat exchanger (heat recovery systems) where the process gas emits heat (is cooled) to another fluid that is suitable for the purpose in question. In principle, the heat recovery system can be located: - upstream of the cleaning process - so that the heat recovery system must be run with a gas that contains particles, - downstream of the cleaning process - so that contaminated components and particles in the gas have been removed,

- i elektrolysecellen selv. - in the electrolysis cell itself.

Siden renseprosessene som er tilgjengelige i dag fungerer mest optimalt ved lav temperatur, er energiutvinning i praksis relevant bare for alternativet med varmeutvinningssystemet oppstrøms for renseprosessen. Dette betyr i praksis at varmeutvinningssystemet må kunne fungere med varm, partikkelholdig gass. Since the cleaning processes that are available today work most optimally at low temperature, energy recovery is in practice relevant only for the alternative with the heat recovery system upstream of the cleaning process. In practice, this means that the heat extraction system must be able to work with hot, particulate gas.

Å avkjøle rågassen oppstrøms for viftene kombinert med varmeutvinning er en løsning som vil redusere både volumgjennomstrømmingen til prosessgassen og trykkfallet i kanalsystemet og gassrenseanlegget. Sugeeffekten kan dermed økes uten behov for å endre dimensjonene til kanalene eller gassrenseanlegget. Cooling the raw gas upstream of the fans combined with heat recovery is a solution that will reduce both the volume flow of the process gas and the pressure drop in the duct system and the gas purification plant. The suction effect can thus be increased without the need to change the dimensions of the ducts or the gas purification system.

Varmen som utvinnes fra prosessgassen er tilgjengelig som prosessvarme for diverse oppvarmings- og bearbeidingsformål, for eksempel C02-utskilling. The heat extracted from the process gas is available as process heat for various heating and processing purposes, for example C02 separation.

Prinsippene med en punktmater eller en sugeinnretning for gassoppsamling er heller ikke nye, men det er ikke funnet offentliggjort noe som beskriver kombinasjonen av de nevnte innretningene som gir mye mer effektiv oppsamling av avgassene som produseres i cellen uten at det kommer alumina inn i sugeinnretningen. The principles of a point feeder or a suction device for gas collection are not new either, but nothing has been found published that describes the combination of the aforementioned devices which provides much more efficient collection of the exhaust gases produced in the cell without alumina entering the suction device.

US Patent 4, 770, 752 fra 1988 beskriver et system der gassoppsamlingskappen er brakt i kontakt med skorpen og samsvarer med et hull i skorpen. Formålet med denne oppfinnelsen er å samle opp avgassene fra cellen for å rense fluoridkomponenter med alumina og deretter returnere aluminaen og fluoridene til cellen igjen med en separat aluminamater. C02-vasking og varmeutvinning er ikke nevnt med unntak for en forhåndsvarming av aluminaen. Denne oppfinnelsen har en begrensning med hensyn til vedlikehold og mulige skader som oppstår under bytting av anodene, siden kappen befinner seg så nær anodene og skorpen. Det finnes ikke noen indikasjon på anlegg som utnyttet denne oppfinnelsen, noe som underbygger de nevnte ulempene. US Patent 4,770,752 from 1988 describes a system in which the gas collection jacket is brought into contact with the crust and corresponds to a hole in the crust. The purpose of this invention is to collect the exhaust gases from the cell to purify fluoride components with alumina and then return the alumina and fluorides to the cell again with a separate alumina feeder. C02 washing and heat extraction are not mentioned, with the exception of a pre-heating of the alumina. This invention has a limitation with regard to maintenance and possible damage that occurs during the replacement of the anodes, since the sheath is so close to the anodes and the crust. There is no indication of facilities that utilized this invention, which underpins the aforementioned disadvantages.

JP Patent 57174483 fra 1981 beskriver en fremgangsmåte og innretning for kontinuerlig måling av strømeffektiviteten til en aluminiumselektrolysecelle. Formålet er å måle strømeffektiviteten raskt og kontinuerlig og kontrollere tilførselen av råstoffer ved å samle opp gassene som produseres fra cellen kontinuerlig, måle konsentrasjonene av C02 og CO suksessivt, omdanne disse til elektriske signaler og mate inn signalene til en regulator. Oppsamlingsenheten er ikke fullt beskrevet, men ser ut til å være i kontakt med skorpen med de samme ulempene som ovenfor. JP Patent 57174483 from 1981 describes a method and device for continuously measuring the current efficiency of an aluminum electrolysis cell. The purpose is to measure the current efficiency quickly and continuously and control the supply of raw materials by collecting the gases produced from the cell continuously, measuring the concentrations of C02 and CO successively, converting these into electrical signals and feeding the signals into a regulator. The collection unit is not fully described but appears to be in contact with the crust with the same drawbacks as above.

US Patent 5, 968, 334 beskriver fjerning av minst én av gassene CF4og C2F6fra avgassene fra en elektrolysecelle ved hjelp av en membran. US Patent 5,968,334 describes the removal of at least one of the gases CF 4 and C 2 F 6 from the exhaust gases of an electrolysis cell by means of a membrane.

US 3,729,399 A omhandler en aluminiumelektrolysecelle med forbakte anoder, hvor cellen er utstyrt med en sentralt plassert gassoppsamlingshette og som har en åpning beliggende ned i cellens kruste. Gassoppsamlingshetten forløper i cellens lengderetning. I forbindelse med gassoppsamlingshetten er det integrert flere skorpebrekkere samt et system for mating av alumina til cellen. Med denne løsningen kan det oppnås en oppsamling av konsentrert gass fra hull i skorpen tildannet av skorpebrekkerne. Gassen kan renses ved hjelp av en gassvasker. US 3,729,399 A deals with an aluminum electrolysis cell with pre-baked anodes, where the cell is equipped with a centrally located gas collection cap and which has an opening situated down in the cell's crust. The gas collection hood extends in the longitudinal direction of the cell. Several crust breakers and a system for feeding alumina to the cell are integrated in connection with the gas collection hood. With this solution, a collection of concentrated gas can be achieved from holes in the crust created by the crust breakers. The gas can be cleaned using a gas scrubber.

US 3,714,002 A omhandler elektrolyseceller av Søderbergtype hvor en anodekonstruksjon er tildannet en oksidmater med en krustebrekker. Krustebrekkeren har et spett som er innrettet for å gå ned i krusten slik at det kan tilveiebringes et matehull. En hylse er beliggende koaksialt utenfor spettet, og strekker seg fra den nedre del av brekkerens sylinder og inn i anodekonstruksjonens øvre del slik at det tildannes en oppsamlingskanal for fjernelse av anodegass. Den konsentrerte fluoridgassen som samles opp ledes videre til et gassrenseanlegg. US 3,714,002 A deals with electrolytic cells of the Søderberg type where an anode construction is formed into an oxide feeder with a crust breaker. The crust breaker has a spit which is adapted to go down into the crust so that a feed hole can be provided. A sleeve is located coaxially outside the spat, and extends from the lower part of the crusher's cylinder into the upper part of the anode structure so that a collection channel is formed for the removal of anode gas. The concentrated fluoride gas that is collected is led on to a gas purification plant.

SU1025756 A beskriver en elektrolysecelle omfattende en gassoppsamler integrert sammen med en punktmater. SU1025756 A describes an electrolysis cell comprising a gas collector integrated together with a point feeder.

US 3,977,950 A viser en prosess og utstyr for å samle opp og rense gasser fra aluminiumelektrolyseceller. Utstyret omfatter en gassamlehette med integrert krustebryter. Oppsamlingsutstyret omfatter videre midler for tilførsel av friskluft slik at CO kan forbrennes til C02. US 3,977,950 A shows a process and equipment for collecting and purifying gases from aluminum electrolysis cells. The equipment includes a gas collection hood with an integrated crust switch. The collection equipment also includes means for supplying fresh air so that CO can be burned to C02.

Den foreliggende oppfinnelsen dreier seg om prinsippet om distribuert avsuging (Distributed Pot Suction, DPS), der man kan kombinere tilførsel av råstoffet alumina til cellen med samtidig utvinning av mer C02-konsentrerte avgasser fra et hull i den øvre skorpen i cellen enn det som er standard fremgangsmåte i aluminiumsindustrien i dag. De tre totalvirkningene man får med hensyn til avgassene er: 1. Det tas ut et mindre totalvolum av gass fra cellen, med mulighet for å redusere den totale størrelsen på avgassbehandlinganleggene/avgassbehandlingssentrene (FTP/FTC) eller gassbehandlingsanleggene (GTC). 2. Som følge av punkt 1 vil den oppsamlede prosessgassen få høyere temperatur enn før og er derfor mer egnet for varmeutvinning. 3. Hvis det suges inn mindre «falsk luft» til gassoppsamlingskamrene, øker konsentrasjonen av C02i avgassene vesentlig, slik at det blir mulig å oppfange og skille ut C02med standard teknologi som brukes til å fange opp C02fra kraftanlegg. The present invention concerns the principle of distributed suction (Distributed Pot Suction, DPS), where you can combine the supply of the raw material alumina to the cell with the simultaneous extraction of more C02-concentrated exhaust gases from a hole in the upper crust of the cell than is standard procedure in the aluminum industry today. The three overall effects with regard to the exhaust gases are: 1. A smaller total volume of gas is removed from the cell, with the possibility of reducing the overall size of the exhaust gas treatment facilities/exhaust gas treatment centers (FTP/FTC) or the gas treatment facilities (GTC). 2. As a result of point 1, the collected process gas will have a higher temperature than before and is therefore more suitable for heat recovery. 3. If less "false air" is sucked into the gas collection chambers, the concentration of C02 in the exhaust gases increases significantly, so that it becomes possible to capture and separate C02 with standard technology used to capture C02 from power plants.

Disse og andre fordeler kan oppnås med oppfinnelsen som defineres ved de vedlagte patentkravene. These and other advantages can be achieved with the invention as defined by the attached patent claims.

I det følgende blir oppfinnelsen forklart mer inngående med eksempler og figurer, der: In the following, the invention is explained in more detail with examples and figures, where:

Fig. 1 viser en distribuert avsugingsinnretning i henhold til oppfinnelsen, Fig. 1 shows a distributed extraction device according to the invention,

Fig. 2 viser en fluiddynamisk modell av avgassoppsamlingen fra en avsugingsinnretning som innbefatter en kappe med enkeltveggutforming, Fig. 3 viser en fluiddynamisk modell av avgassoppsamlingen fra en avsugingsinnretning Fig. 2 shows a fluid dynamic model of the exhaust gas collection from an extraction device which includes a jacket with a single wall design, Fig. 3 shows a fluid dynamic model of the exhaust gas collection from an extraction device

som innbefatter en kappe med dobbeltveggutforming, which includes a jacket with a double-wall design,

Fig. 4 viser et bilde av den dobbeltveggede oppsamlingskappen sett nedenfra. Fig. 4 shows a picture of the double-walled collecting hood seen from below.

Fig. 5 viser et diagram som viser C02-konsentrasjonen i en celle med tradisjonell Fig. 5 shows a diagram showing the C02 concentration in a cell with traditional

avgassoppsamling i cellens overbygning. exhaust gas collection in the cell's superstructure.

Fig. 6 viser et diagram som viser C02-konsentrasjonen under varierende forhold fra Fig. 6 shows a diagram showing the CO2 concentration under varying conditions from

«normal» til venstre, til «ren DPS-oppsamling» til høyre. "normal" on the left, to "pure DPS collection" on the right.

Maksimal gassoppsamling fra den distribuerte avsugingsinnretningen (DPS), kan oppnås ved å utforme oppsamlingskappen til aluminamateren på forskjellig vis. En av prototypene som ble utformet under utviklingen av oppfinnelsen hadde en énvegget oppsamlingskappe (se resultatene for oppsamlingseffektiviteten fra CD-modelleringen på figur 2). En annen versjon av avsugingskappen hadde dobbelte vegger (se figur 3) der innsugingshastigheten mellom de dobbelte veggene er vesentlig høyere enn i midten. Denne ekstra innsugingseffekten skaper en kunstig «luftvegg» som gir mer effektiv avgassoppsamling fra hullet i skorpen og reduserer forstyrrelsene fra tverrstrømmer. Man kan også utstyre DPS med trykkluft og blåse luft gjennom dette leddet, men da brukes mer av trykkluften i elektrolysehallen opp til dette. Maximum gas collection from the distributed extraction device (DPS) can be achieved by designing the collection jacket of the alumina feeder in different ways. One of the prototypes designed during the development of the invention had a single-walled collection jacket (see the collection efficiency results from the CD modeling in Figure 2). Another version of the suction hood had double walls (see figure 3) where the suction speed between the double walls is significantly higher than in the middle. This additional suction effect creates an artificial "air wall" that provides more efficient exhaust gas collection from the hole in the crust and reduces disturbances from cross currents. You can also equip DPS with compressed air and blow air through this joint, but then more of the compressed air in the electrolysis hall is used up to this point.

Detaljert beskrivelse av de foretrukne realiseringene Detailed description of the preferred realizations

Det følgende er en funksjonsbeskrivelse av DPS (distribuert avsuging): The following is a functional description of DPS (distributed extraction):

På figur 1 er skorpebryteren markert med referansenummer 1, og den er festet til hovedbestanddelene av DPS, d.v.s. 2 til 4 inklusive. Under drift føres den normale gasstrømmen til ovnen overbygning gjennom DPS, og det settes opp et DPS-punkt på hvert av matepunktene til ovnen. Sugevirkningen for den DPS-en som føres inn gjennom den kanalen som er reservert for dette formålet og koblet til i punkt 2, kan fortrinnsvis kobles til en eksisterende mater, eller alternativt være en del av en ny konstruksjon som erstatter en eksisterende mater. Aluminaen kan mates fra en fluidisert mater, men også fra mekaniske matere. In Figure 1, the crust breaker is marked with reference number 1, and it is attached to the main components of the DPS, i.e. 2 to 4 inclusive. During operation, the normal gas flow to the furnace superstructure is led through DPS, and a DPS point is set up at each of the feed points to the furnace. The suction effect for the DPS which is introduced through the channel reserved for this purpose and connected in point 2, can preferably be connected to an existing feeder, or alternatively be part of a new construction that replaces an existing feeder. The alumina can be fed from a fluidized feeder, but also from mechanical feeders.

Når gassen trekkes gjennom punkt 2, blir den samlet opp i en hovedkanal/manifold på cellens overbygning som viderebefordrer gass fra alle matepunktene. Fra disse overgangspunktene transporteres gassen til avgassbehandlingssystemene (d.v.s. fluoridgjenvinning og S02-rensing) og føres derfra inn til eventuelle kommersielle C02-vaskesystemer som kan håndtere de faktiske C02-konsentrasjonene eller til forbrenningssystemer som gassturbiner, kullkraftverk eller biomasseforbrenningsanlegg. When the gas is drawn through point 2, it is collected in a main channel/manifold on the cell's superstructure which carries on gas from all the feed points. From these transition points, the gas is transported to the exhaust gas treatment systems (i.e. fluoride recovery and S02 purification) and from there fed into any commercial C02 scrubbing systems that can handle the actual C02 concentrations or to combustion systems such as gas turbines, coal-fired power plants or biomass incinerators.

Når det skal gjøres service på cellen, blir hovedoppsamlingskanalen for DPS-punktene lukket, og hovedkanalene i cellens overbygning aktiveres for å gå over til vedlikeholdssuging (PTS) fra cellen (d.v.s. at cellens innsugingsvolum økes til 2-4 ganger det normale). When the cell is to be serviced, the main collection channel for the DPS points is closed, and the main channels in the cell's superstructure are activated to switch to maintenance suction (PTS) from the cell (i.e. the cell's suction volume is increased to 2-4 times the normal).

Den oppkonsentrerte prosessgassen er varmere enn normalt, noe som gjør den egnet for varmeutvinning. På den annen side kan den varmere gassen skade overbygningen og elektronikken der. En måte å løse denne nye utfordringen på er å varmeisolere bestanddelene av gassoppsamlingssystemene i overbygningen og videre til stedet der varmeutvinningen kan foregå utenfor cellen. Prosessgasser fra flere celler kan kobles til den samme varmeutvinningsenheten. Prosessgassen blir så sendt til klassisk avgassbehandling for å fjerne støv, HF og S02. Avhengig av om man kobler avgassene til en annen prosess i form av forbrenningsluft eller direkte til en C02-vaskeenhet, kan det bli nødvendig å gi avgassene en rensing som er tilstrekkelig til at den ikke skader disse prosesstrinnene. The concentrated process gas is hotter than normal, which makes it suitable for heat recovery. On the other hand, the hotter gas can damage the superstructure and the electronics there. One way to solve this new challenge is to thermally insulate the components of the gas collection systems in the superstructure and further to the place where the heat extraction can take place outside the cell. Process gases from several cells can be connected to the same heat recovery unit. The process gas is then sent to classic exhaust gas treatment to remove dust, HF and SO2. Depending on whether one connects the exhaust gases to another process in the form of combustion air or directly to a C02 scrubbing unit, it may be necessary to give the exhaust gases a cleaning that is sufficient so that it does not damage these process steps.

Hovedtrekkene til den foreliggende oppfinnelsen er å integrere punktmateren for alumina med skorpebryteren og punktavsugingssystemet. Det fremskrittet som skyldes DPS-en er en annen sammensetning av og høyere temperatur i den oppsamlede prosessgassen. Gassen som samles opp av DPS-en vil inneholde mye mindre «falsk luft», og derfor ha høyere konsentrasjon av farlige gasser (fluorid, SOxog C02). Dette vil forenkle fluoridutvinningen og SOx-rensingen. Målet er å øke C02-konsentrasjonen så mye at det kan brukes kommersiell C02-vasketeknikk til å fjerne den. På grunn av det lavere luftinnholdet og installasjonen like over matepunktene, har de oppsamlede avgassene dessuten høyere temperatur enn den vanlige prosessgassen, noe som øker potensialet for varmeveksling. The main features of the present invention are to integrate the point feeder for alumina with the crust breaker and the point extraction system. The progress due to the DPS is a different composition and higher temperature in the collected process gas. The gas collected by the DPS will contain much less "false air", and therefore have a higher concentration of dangerous gases (fluoride, SOx and C02). This will simplify fluoride extraction and SOx purification. The goal is to increase the C02 concentration so much that commercial C02 scrubbing techniques can be used to remove it. Due to the lower air content and the installation just above the feed points, the collected exhaust gases also have a higher temperature than the normal process gas, which increases the potential for heat exchange.

Det bør være klart for enhver fagperson at oppsamlingskappen for prosessgassen kan tilpasses til en hvilken som helst type punktmater. It should be clear to any person skilled in the art that the collection jacket for the process gas can be adapted to any type of point feeder.

Sugeeffekten fra rommet mellom veggene og fra innsiden kan reguleres uavhengig av hverandre. Se også Fig. 4. The suction effect from the space between the walls and from the inside can be regulated independently of each other. See also Fig. 4.

Innerveggen til innsugingskappen (punkt 4) kan være enten hel eller perforert, d.v.s. enten med eller uten hull. Dessuten kan vinkelen til avsugingskappen (punkt 4) være slik at hastighetsvektoren for sugeeffekten kan rettes i en hvilken som helst vinkel mellom 0 og 180 grader nedover mot skorpen. The inner wall of the intake hood (point 4) can be either solid or perforated, i.e. either with or without holes. Furthermore, the angle of the suction cap (point 4) can be such that the velocity vector for the suction effect can be directed at any angle between 0 and 180 degrees downwards towards the crust.

Utskilling og lagring av C02i henhold til den foreliggende oppfinnelsen kan i én realisering gjøres i følgende trinn: Separation and storage of C02 according to the present invention can in one implementation be done in the following steps:

1) C02-produksjon i cellen 1) C02 production in the cell

2) Samle opp avgasser med høyt C02-innhold 2) Collect exhaust gases with a high C02 content

3) Varmeutvinning fra den nevnte gassen 3) Heat recovery from the aforementioned gas

4) Forvasking 4) Pre-washing

5) Gass til andre prosesser og/eller føre gass til C02-vasker 5) Gas for other processes and/or lead gas to C02 washers

6) Renset gass føres ut av vaskeren, C02 føres til en komprimeringsstasjon 6) Purified gas is led out of the scrubber, C02 is led to a compression station

7) Flytende C02transporteres til lagring. 7) Liquid C02 is transported to storage.

Claims

1. Device for collecting hot gas from an electrolysis process where the gas collection device with a collection jacket is integrated into a point feeder with crust breaker, characterized by the collection jacket has double walls and includes inlets for the gas to be collected between the double walls in the jacket as well as from the inside of the jacket.

2. Facility according to requirement 1, characterized by the device is located above the feed hole for alumina which is made by the crust breaker of the point feeder.

3. Device according to requirement 1, characterized by the alumina supply takes place inside and/or close to the collection hood for the exhaust gases.

4. Facility according to requirement 1, characterized by the velocity between the two walls is higher than in the middle of the opening.

5. Arrangement according to requirement 1 characterized by the gas flow between the double-walled jacket can either blow out gas or suck in the exhaust gases released from the electrolysis process or air from the surroundings.

6. Arrangement according to requirement 1 characterized by all the process gases can be collected through the device with appropriate suction efficiency without any other gas collection in the cell's superstructure during normal operation.

7. Arrangement according to requirement 1 characterized by suction into the casing can proceed as normal during alumina supply.

8. Arrangement according to requirement 1 characterized by the suction in the jacket can be blocked during alumina supply.

9. Facility according to claim 1, characterized by the waste gases that are collected can be used for heat recovery.

10. Arrangement according to requirement 1 characterized by the exhaust gases that are collected can be cleaned to separate out gases such as HF, S02, C02, steam and dust.

11. Arrangement according to requirement 1 characterized by the shape of the collecting jacket is either circular, elliptical, square or rectangular.

12. Arrangement according to requirement 1 characterized by the shape of the collection cap is optimized for the required intake volume, for example conical.

13. Arrangement according to requirement 1 characterized by it can be combined with a separate gas collection system used during standard operations such as anode replacement and metal tapping.

14. Arrangement according to requirement 1 characterized in that: the electrolysis process is used to produce aluminum or other metals.

15. Arrangement according to requirement 1 characterized by the device is connected to heat-insulated collection systems/pipes for exhaust gases inside the cell's superstructure.

16. Procedure for collecting hot gas from an electrolysis process using a device as specified in claims 1-15, characterized by the gas is collected in the immediate vicinity of a feed hole in the crust and in that the composition of the process gas comprises at least 0.5-10% C02.

17. Procedure according to claim 16, characterized by the exhaust gases have a temperature of over 150 °C.

18. Procedure according to claim 16, characterized by heat is extracted from the exhaust gases with suitable heat exchange devices.

19. Procedure according to claim 16, characterized by the exhaust gases are separated downstream into a C02-enriched component.