RU2476625C1 - Method for obtaining magnesium and chlorine with electrolysis of molten salts, and process scheme for its implementation - Google Patents
Method for obtaining magnesium and chlorine with electrolysis of molten salts, and process scheme for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2476625C1 RU2476625C1 RU2011131491/02A RU2011131491A RU2476625C1 RU 2476625 C1 RU2476625 C1 RU 2476625C1 RU 2011131491/02 A RU2011131491/02 A RU 2011131491/02A RU 2011131491 A RU2011131491 A RU 2011131491A RU 2476625 C1 RU2476625 C1 RU 2476625C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- refrigerant
- caissons
- anodes
- electrolysis
- caisson
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области цветной металлургии, а именно к получению магния и хлора электролизом расплавленных солей.The invention relates to the field of non-ferrous metallurgy, and in particular to the production of magnesium and chlorine by electrolysis of molten salts.
Для интенсификации процесса получения магния и хлора электролизом расплавленных солей огромное значение имеет отвод тепла от электролизеров, в частности от верхней части анодов (анодных головок), установленных над перекрытием в помещении цеха и выделяющих в атмосферу цеха более 50% греющей энергии, что приводит к быстрому износу анодов, к снижению срока их службы и тем самым к снижению срока службы всего электролизера (28 месяцев). Для охлаждения верхней части анодов используют в качестве хладагента воздух (ст. Результаты испытания охлаждающего устройства на анодах промышленного электролизера. - Яловой В.Ф., Сизоненко A.M., Нуртаев А.С. и др. - Ж. Цвт. металлы. 1992, №3, стр.40-42), воду (ст. Исследование электролизеров с верхним вводом анодов с искусственным охлаждением. - Татакин А.Н., Чесноков А.С. - Цветные металлы, №1, 2000, стр.56-58) или пароводяную смесь (ст. Результаты испытания модели устройства для охлаждения анодов магниевого электролизера. - Яловой В.Ф., Сизоненко A.M., Николаев М.М. и др. - Ж. Цветные металлы. 1991, №6, стр.41-42).To intensify the process of producing magnesium and chlorine by electrolysis of molten salts, it is of great importance to remove heat from electrolyzers, in particular from the upper part of the anodes (anode heads) installed above the floor in the workshop and emit more than 50% of the heating energy into the atmosphere of the workshop, which leads to fast wear of the anodes, to a decrease in their service life and thereby to a decrease in the service life of the entire electrolyzer (28 months). To cool the upper part of the anodes, air is used as a refrigerant (Art. Results of testing a cooling device on the anodes of an industrial electrolyzer. - Yalovoi V.F., Sizonenko AM, Nurtaev A.S. et al. - J. Tsvt. Metals. 1992, No. 3, pp. 40-42), water (Art. Research of electrolyzers with top input of anodes with artificial cooling. - Tatakin AN, Chesnokov AS - Non-ferrous metals, No. 1, 2000, pp. 56-58) or steam-water mixture (Art. Test results of a model of a device for cooling anodes of a magnesium electrolyzer. - Yalovoi V.F., Sizonenko AM, Nikolaev M. M. et al. - J. Non-ferrous metals. 1991, No. 6, pp. 41-42).
Известен способ теплового регулирования электролизеров и устройство для его осуществления (пат. РФ №2128733, опубл. 10.04.1999). Способ включает отвод тепла от верхней части анодов (анодных головок) путем подачи хладагента - пароводяной смеси под избыточным давлением в систему испарительного охлаждения, поддержку оптимальной температуры электролита во всей серии электролизеров путем изменения давления в группе кессонов каждого электролизера, регулирование температуры при отклонении от оптимальной путем регулирования отвода тепла, регулирование температуры пароводяной смеси в системе испарительного охлаждения путем поддержания заданного давления, причем давление в кессоне поддерживают меньшим или равным давлению в напорном коллекторе, давление в обратном коллекторе (трубопроводы подачи и отвода хладагента) поддерживают большим или равным давлению в барабане-сепараторе. В установленные на верхней части анодов кессоны по полутрубам, расположенными перпендикулярно горизонтальной оси пластины, и по продольным полутрубам, подают пароводяную смесь под давлением 0,6 МПа из барабана-сепаратора по напорному коллектору (трубопровод для подачи хладагента). Подачу пароводяной смеси регулируют клапаном. При отклонении температуры электролита в ту или иную сторону от заданной клапан соответственно приоткроется или закроется, что вызовет повышение или снижение давления в кессонах, изменяя количество отводимого тепла. Через напорный коллектор (трубопровод отвода хладагента) пароводяную смесь отводят в бак-сепаратор, где ее разделяют на пар и воду. Давление в барабане-сепараторе составляет 0,5 МПа.A known method of thermal regulation of electrolyzers and a device for its implementation (US Pat. RF №2128733, publ. 04/10/1999). The method includes the removal of heat from the upper part of the anodes (anode heads) by supplying a refrigerant - steam-water mixture under excess pressure to the evaporative cooling system, maintaining the optimum temperature of the electrolyte in the entire series of electrolyzers by changing the pressure in the group of caissons of each electrolyzer, adjusting the temperature when deviating from the optimal way regulation of heat removal, regulation of the temperature of the steam-water mixture in the evaporative cooling system by maintaining a given pressure, and yes Leniye in the caisson supports less than or equal to the pressure in the pressure reservoir, the pressure in the return manifold (refrigerant supply and discharge pipes) is maintained greater than or equal to the pressure in the drum separator. In the caissons installed on the upper part of the anodes, half-pipes arranged perpendicular to the horizontal axis of the plate, and along the longitudinal half-pipes, are supplied with a steam-water mixture at a pressure of 0.6 MPa from the drum-separator through a pressure head manifold (refrigerant supply pipe). The flow of the steam-water mixture is controlled by a valve. If the temperature of the electrolyte deviates in one direction or another from the set valve, it will slightly open or close, which will cause an increase or decrease in pressure in the caissons, changing the amount of heat removed. Through the pressure header (refrigerant discharge pipe), the steam-water mixture is taken to a separator tank, where it is separated into steam and water. The pressure in the separator drum is 0.5 MPa.
Для осуществления способа известно устройство для отвода тепла от электролизеров (пат. РФ №2128733, опубл. 10.04.1999), включающее систему испарительного охлаждения, подсоединенную к группе электролизеров. Каждый электролизер выполнен в виде футерованной ванны, разделенной одной или несколькими перегородками на одну или несколько сборных ячеек и на два или несколько электролитических отделений, в которых установлены катоды и аноды, к верхней части анодов над перекрытием (анодные головки) подсоединены с двух сторон кессоны, выполненные в виде пластины из биметалла железо-медь и полутруб, соединенных с помощью напорного и обратного коллекторов (трубопроводов для подачи и отвода хладагента) с барабаном-сепаратором, баком-сепаратором и насосом. Две полутрубы кессонов размещены на пластине перпендикулярно горизонтальной оси пластины, а между ними размещены продольные полутрубы. Кессоны каждой группы анодов выполнены съемными, причем кессоны одной анодной головки соединены между собой последовательно, а кессоны анодных головок соединены между собой параллельно, на входе на каждую группу электролизеров установлен регулятор расхода. Это позволяет регулировать температурный режим электролизеров, повысить срок службы и снизить трудозатраты на их замену.To implement the method, a device is known for removing heat from electrolysis cells (US Pat. RF No. 2128733, publ. 04/10/1999), including an evaporative cooling system connected to a group of electrolysis cells. Each cell is made in the form of a lined bath, divided by one or several partitions into one or more prefabricated cells and into two or more electrolytic compartments in which cathodes and anodes are installed, to the upper part of the anodes above the ceiling (anode heads) are connected on both sides of the caisson, made in the form of a plate made of bimetal iron-copper and half pipes, connected by pressure and return manifolds (pipelines for supplying and discharging refrigerant) with a drum-separator, a separator tank and a pump m. Two half tubes of caissons are placed on the plate perpendicular to the horizontal axis of the plate, and longitudinal half tubes are placed between them. The caissons of each group of anodes are removable, and the caissons of the same anode head are interconnected in series, and the caissons of the anode heads are interconnected in parallel, and a flow regulator is installed at the input to each group of electrolyzers. This allows you to adjust the temperature of the electrolytic cells, increase the service life and reduce the labor costs for their replacement.
Недостатком данных способа и устройства для получения магния и хлора электролизом расплавленных солей является то, что для охлаждения в качестве хладагента используют пароводяную смесь, полученную в барабане-сепараторе, которую после циркуляции в замкнутом контуре разделяют на пар и воду в баке-сепараторе. Данная система не обеспечивает значительного охлаждения анодных головок, так как температура пароводяной смеси составляет 158°C, в системе не предусмотрен теплообменный аппарат для охлаждения пароводяной смеси, а бак-сепаратор предназначен для отделения пара от воды. Кроме того, в системе необходимо поддерживать постоянное высокое давление, которое трудно подвергается регулированию и приводит к нарушению технологического режима работы электролизера и нарушению техники безопасности. Данный способ и устройство трудно реализовать в промышленном процессе и они не нашли широкого применения для теплового регулирования электролизеров.The disadvantage of the data of the method and device for producing magnesium and chlorine by electrolysis of molten salts is that for cooling, the steam-water mixture obtained in the drum-separator is used as a coolant, which after circulation in a closed circuit is separated into steam and water in the separator tank. This system does not provide significant cooling of the anode heads, since the temperature of the steam-water mixture is 158 ° C, the system does not provide a heat exchanger for cooling the steam-water mixture, and the separator tank is designed to separate the steam from water. In addition, it is necessary to maintain a constant high pressure in the system, which is difficult to regulate and leads to a violation of the technological mode of operation of the electrolyzer and a violation of safety precautions. This method and device is difficult to implement in an industrial process and they have not found wide application for thermal regulation of electrolyzers.
Известен электролитический способ получения магния и хлора электролизом расплавленных солей и электролизер для его осуществления (пат. РФ №2293801, опубл. 20.02.2007), по количеству общих признаков принятые за ближайшие аналоги-прототипы. В способе в качестве хладагента для охлаждения верхней части анодов используют воду. Способ включает подачу расплавленного хлормагниевого сырья в сборную ячейку и электролиз в электролизере с верхним вводом графитированных анодов с медными токоподводящими шинами. Тепловое регулирование электролизера осуществляют путем отбора тепла от медных шин водой при ее циркуляции в трубах системы водяного охлаждения, объединенной в замкнутый гидравлический контур. Трубы в системе охлаждения выполняют медными и прикрепляют их непосредственно к анодным шинам, температуру воды в замкнутом контуре поддерживают в пределах 20-100°C по мере срабатывания анодов температуру понижают.A known electrolytic method for producing magnesium and chlorine by electrolysis of molten salts and an electrolyzer for its implementation (US Pat. RF No. 2293801, publ. 02.20.2007), by the number of common features adopted for the closest prototype analogues. In the method, water is used as a refrigerant for cooling the upper part of the anodes. The method includes supplying molten chloromagnesium raw materials to a collection cell and electrolysis in an electrolyzer with an upper input of graphitized anodes with copper current-carrying buses. Thermal regulation of the electrolyzer is carried out by taking heat from copper tires with water during its circulation in the pipes of the water cooling system, combined in a closed hydraulic circuit. The pipes in the cooling system are made of copper and attach them directly to the anode tires, the water temperature in the closed circuit is maintained within 20-100 ° C, as the anodes are triggered, the temperature is lowered.
Для осуществления способа известен электролизер для получения магния и хлора (пат. РФ №№2293801, опубл. 20.02.2007), включающий футерованную ванну, катоды и графитированные аноды, верхняя часть которых выступает над перекрытием, медные токоподводящие шины, подключенные к верхней части анодов с двух сторон с помощью стальных накладок и стягивающих шпилек, трубчатую систему водяного охлаждения медных шин, объединенную в замкнутый гидравлический контур с устройством для регулирования температуры воды в трубах, при этом трубы системы водяного охлаждения выполнены медными, а кессон прикреплен непосредственно к медным шинам и также выполнен из меди. Замкнутый гидравлической контур состоит из напорного и обратного коллекторов (трубопроводов для подвода и отвода хладагента), соединенных с теплообменным аппаратом, баком и насосом. Воду циркулируют насосом в замкнутом гидравлическом контуре. Из бака подают воду в напорный коллектор (трубопровод для подвода хладагента), в кессоны, из кессонов вода поступает в обратный коллектор (трубопровод для отвода хладагента) и через теплообменный аппарат снова в бак. Данные способ и устройство позволяют за счет обеспечения надежного электрического контакта токоподводящей медной шины к графитовой головке анода, охлаждаемой водой, стабилизировать процесс электролитического получения магния, снизить удельный расход электроэнергии, повысить срок службы анодов и электролизера и увеличить теплосъем с анодных головок за счет изменения средней температуры воды в пределах 20-100°C.To implement the method, an electrolyzer for producing magnesium and chlorine is known (US Pat. RF No. 2293801, published February 20, 2007), including a lined bath, cathodes and graphite anodes, the upper part of which protrudes above the floor, copper current-carrying buses connected to the upper part of the anodes on both sides using steel plates and tightening rods, a tubular water cooling system for copper tires, combined into a closed hydraulic circuit with a device for regulating the temperature of water in the pipes, while the pipes of the water cooling system The expectations are made of copper, and the caisson is attached directly to the copper busbars and is also made of copper. A closed hydraulic circuit consists of pressure and return manifolds (pipelines for supplying and discharging refrigerant) connected to a heat exchanger, tank and pump. Water is circulated by a pump in a closed hydraulic circuit. Water is supplied from the tank to the pressure head manifold (pipeline for supplying refrigerant), to the caissons, and from the caissons, water enters the return manifold (pipeline to cool the refrigerant) and again through the heat exchanger to the tank. These method and device allow, by ensuring reliable electrical contact of the current-carrying copper bus to the graphite head of the anode, cooled by water, to stabilize the process of electrolytic production of magnesium, reduce specific energy consumption, increase the service life of the anodes and electrolyzer and increase the heat removal from the anode heads by changing the average temperature water within 20-100 ° C.
Недостатком данного способа и устройства является то, что они предназначены для обслуживания одного электролизера и при работе на группе электролизеров срок службы электролизера снижается за счет недостаточного съема тепла кессонами, выполненными в виде двух медных труб. Кроме того, применение кессонов и коммуникаций (напорного и обратного коллекторов) из меди приводит к высоким затратам, так как стоимость металлической меди на рынке России значительно выше стали (400-420 тыс. рублей за 1 тонну меди, в сравнении - сталь 22 тыс. руб. за 1 тонну). Учитывая, что каждый анодный блок в электролизере снабжен медными коммуникациями, а один электролизер - теплообменным аппаратом и баком с насосами для каждого электролизера, то применение такой конструкции значительно повысит затраты на стоимость готовой продукции. Использование в качестве теплоносителя воды приводит к большим потерям электрического тока из-за высокой электропроводимости воды при прохождении через коммуникации, что осложняется и ухудшением их обслуживания персоналом. Кроме того, вода содержит высокие концентрации растворенных в ней газов и солей, что также приводит к быстрому зарастанию труб и кессонов солевыми отложениями, это снижает срок службы кессонов и коммуникаций, а также всего электролизера в целом.The disadvantage of this method and device is that they are designed to service one cell and when working on a group of cells, the service life of the cell is reduced due to insufficient heat removal by caissons made in the form of two copper pipes. In addition, the use of copper caissons and communications (pressure and return manifolds) from copper leads to high costs, since the cost of metallic copper on the Russian market is much higher than steel (400-420 thousand rubles per 1 ton of copper, compared with 22 thousand steel. rubles per 1 ton). Considering that each anode block in the cell is equipped with copper communications, and one cell is equipped with a heat exchanger and a tank with pumps for each cell, the use of this design will significantly increase the cost of the finished product. The use of water as a coolant leads to large losses of electric current due to the high electrical conductivity of water when passing through communications, which is complicated by the deterioration of their maintenance by personnel. In addition, water contains high concentrations of dissolved gases and salts, which also leads to the rapid overgrowth of pipes and caissons with salt deposits, which reduces the service life of caissons and communications, as well as the entire cell as a whole.
Технический результат направлен на снижение недостатков прототипа и заключается в повышении срока службы группы электролизеров до 48 месяцев за счет увеличения теплосъема с каждого электролизера, в повышении срока службы металлических кессонов и коммуникаций и в снижении затрат на оборудование и материалы для системы водяного охлаждения. Применение в качестве хладагента дистиллированной воды позволяет также снизить потери электрического тока, так как дистиллированная вода является неэлектропроводной.The technical result is aimed at reducing the disadvantages of the prototype and is to increase the service life of the group of electrolyzers up to 48 months by increasing the heat removal from each electrolyzer, to increase the service life of metal caissons and communications, and to reduce the cost of equipment and materials for the water cooling system. The use of distilled water as a refrigerant can also reduce the loss of electric current, since distilled water is non-conductive.
Технический результат достигается тем, что в способе получения магния и хлора электролизом расплавленных солей, включающем подачу расплавленного хлормагниевого сырья в сборную ячейку электролизера и электролиз в электролитических отделениях с боковым вводом катодов и с верхним вводом анодов с медными токоподводящими шинами, отбор тепла от верхней части анодов с помощью кессонов хладагентом, циркулирующим в замкнутом контуре, охлаждение хладагента в теплообменном аппарате и возврат его в замкнутый контур, извлечение магния и отвод газообразного хлора, новым является то, что хладагент первоначально подают в общий циркуляционный контур группы электролизеров и заполняют им систему в виде дистиллятора с баком-конденсатором - линии подвода хладагента - теплообменного аппарата - линии отвода хладагента, затем к общему циркуляционному контуру подключают замкнутые контуры каждого электролизера и хладагент циркулируют в общем циркуляционном контуре и в замкнутых контурах, поддерживая общий расход хладагента в кессонах равным 18-22 м3/ч, при этом хладагент последовательно пропускают по каждой полутрубе кессона снизу вверх сначала по одной стороне верхней части анода, затем сверху вниз по другой стороне кессона и выводят в замкнутый контур, а в качестве хладагента используют дистиллированную воду.The technical result is achieved by the fact that in the method for producing magnesium and chlorine by electrolysis of molten salts, including the supply of molten chloromagnesium raw materials to the collecting cell of the electrolyzer and electrolysis in electrolytic compartments with a lateral input of cathodes and with an upper input of anodes with copper current-carrying tires, heat removal from the upper part of the anodes using caissons with refrigerant circulating in a closed circuit, cooling the refrigerant in a heat exchanger and returning it to a closed circuit, extracting magnesium and removing ha of chlorine-like chlorine, it is new that the refrigerant is initially supplied to the general circulation circuit of the group of electrolyzers and filled with the system in the form of a distiller with a condenser tank — refrigerant supply lines — a heat exchanger — refrigerant removal lines, then closed circuits of each electrolyzer are connected to the general circulation circuit and the refrigerant circulating in the general circulation circuit, and in closed circuits, maintaining the total refrigerant flow rate in the caissons equal to 18-22 m 3 / h, the coolant sequentially n is lowered on each polutrube caisson bottom up first on one side of the upper part of the anode, and then downwards on the other side of the box and outputting the closed loop, and as coolant use distilled water.
Кроме того, общий циркуляционный контур постоянно пополняют дистиллированной водой из бака-конденсатора.In addition, the general circulation circuit is constantly replenished with distilled water from the condenser tank.
Кроме того, дистиллированную воду используют при содержании в ней растворенного кислорода не более 0,035 мг/дм3 и твердого остатка не более 5 мг/дм3.In addition, distilled water is used with a dissolved oxygen content of not more than 0.035 mg / dm 3 and a solid residue of not more than 5 mg / dm 3 .
Для осуществления способа предложена технологическая схема для получения магния и хлора электролизом расплавленных солей, включающая футерованную ванну, разделенную перегородкой на сборную ячейку и несколько электролитических отделений с боковым вводом катодов и с верхним вводом анодов, верхняя часть анодов над перекрытием снабжена кессонами, размещенными с двух сторон верхней части анодов, с трубопроводами подвода и отвода хладагента, образующими замкнутый контур для одного электролизера, теплообменный аппарат и насос, в которой новым является то, что она дополнительно снабжена дистиллятором с баком-конденсатором и общим циркуляционным контуром, составляющим циркуляционную систему для группы электролизеров и выполненным в виде дистиллятора с баком-конденсатором - линии подвода хладагента - теплообменного аппарата - линии отвода хладагента, при этом к общему циркуляционному контуру подсоединены замкнутые контуры каждого электролизера, а кессоны выполнены в виде панели, на которой размещены полутрубы, соединенные между собой перемычками, трубопровод подвода хладагента соединен с нижней полутрубой кессона, а трубопровод для отвода хладагента соединен с нижней полутрубой кессона, размещенной на противоположной стороне кессона.To implement the method, a technological scheme is proposed for producing magnesium and chlorine by electrolysis of molten salts, including a lined bath divided by a partition into a collection cell and several electrolytic compartments with a side input of cathodes and a top input of anodes, the upper part of the anodes above the floor is equipped with caissons placed on both sides the upper part of the anodes, with refrigerant inlet and outlet pipelines forming a closed loop for one electrolyzer, a heat exchanger and a pump in which The fact is that it is additionally equipped with a distiller with a condenser tank and a common circulation circuit that makes up the circulation system for a group of electrolyzers and is made in the form of a distiller with a condenser tank — a refrigerant supply line — a heat exchanger — a refrigerant removal line, and to the general circulation closed circuits of each electrolyzer are connected to the circuit, and the caissons are made in the form of a panel on which half pipes are connected, connected by jumpers, a coolant supply pipe the dagent is connected to the lower half-tube of the caisson, and the pipeline for removing refrigerant is connected to the lower half-tube of the caisson located on the opposite side of the caisson.
Кроме того, в качестве теплообменного аппарата использован аппарат воздушного охлаждения.In addition, an air cooling apparatus was used as a heat exchanger.
Кроме того, количество электролизеров, включенных в общий циркуляционный контур для группы электролизеров, равно не более 5.In addition, the number of electrolytic cells included in the general circulation circuit for a group of electrolytic cells is not more than 5.
Предложенное техническое решение, предусматривающее использование общего циркуляционного контура для группы электролизеров, позволяет экономично решить вопросы снижения затрат на приобретение оборудования, за счет исключения применения на каждом электролизере теплообменного аппарата с баком и насосом, снизить затраты на изготовление кессонов и трубопроводов (коммуникаций) за счет исключения использования меди для системы теплового регулирования электролизеров и тем самым снизить общие затраты на производство продукции - магния и хлора.The proposed technical solution, which provides for the use of a common circulation circuit for a group of electrolyzers, allows to economically solve the problems of reducing the cost of acquiring equipment by eliminating the use of a heat exchanger with a tank and a pump on each cell, and reducing the cost of manufacturing caissons and pipelines (communications) by eliminating the use of copper for the thermal regulation system of electrolyzers and thereby reduce the total cost of production - magnesium and chlorine.
Циркуляция хладагента в общем циркуляционном контуре и в замкнутом контуре при поддержании общего расхода хладагента в кессонах, равным 18-22 м3/ч, позволяет оптимизировать подачу хладагента в кессоны и тем самым повысить теплосъем с верхней части анодов и повысить срок их службы.The circulation of the refrigerant in the general circulation circuit and in the closed circuit while maintaining the total refrigerant flow in the caissons equal to 18-22 m 3 / h allows optimizing the flow of refrigerant into the caissons and thereby increasing the heat removal from the upper part of the anodes and increasing their service life.
Выполнение кессонов в виде панели, на которой размещены полутрубы, соединенные между собой перемычками, при этом трубопровод подвода хладагента соединен с нижней полутрубой кессона, а трубопровод для отвода хладагента соединен с нижней полутрубой кессона, размещенного на противоположной стороне кессона, а хладагент последовательно пропускают по каждой полутрубе кессона снизу вверх сначала с одной стороны верхней части анода, затем сверху вниз по другой стороне верхней части анода и выводят в замкнутый контур, позволяет увеличить теплосъем с верхней части анода и тем самым повысить срок службы группы электролизеров до 48 месяцев.The execution of the caissons in the form of a panel on which half pipes are connected by jumpers, while the refrigerant supply pipe is connected to the lower semi-pipe of the caisson, and the refrigerant discharge pipe is connected to the lower semi-pipe of the caisson located on the opposite side of the caisson, and the refrigerant is sequentially passed through each a half-tube of the caisson from the bottom up, first on one side of the upper part of the anode, then from top to bottom on the other side of the upper part of the anode and output into a closed loop, allows you to increase eat from the top of the anode and thus increase the service life of a group of electrolyzers to 48 months.
Использование в качестве хладагента дистиллированной воды для отвода тепла от группы электролизеров, получаемой в дистилляторе с баком-конденсатором, позволяет повысить срок службы кессонов и трубопроводной арматуры и тем самым повысить срок службы всей группы электролизеров, за счет исключения растворения в воде коррозионно-активных газов (CO2 и O2), присутствующих в воздухе и вызывающих разрушение оборудования и трубопроводов, а также за счет исключения отложения солей на внутренних стенках трубопроводов.The use of distilled water as a refrigerant to remove heat from a group of electrolyzers obtained in a distiller with a condenser tank allows to increase the service life of caissons and pipe fittings and thereby increase the service life of the entire group of electrolyzers, by eliminating the dissolution of corrosive gases in water ( CO 2 and O 2 ) present in the air and causing the destruction of equipment and pipelines, as well as by eliminating the deposition of salts on the inner walls of pipelines.
Заявленная группа изобретений соответствует требованию единства изобретения, поскольку заявленные способ электролитического получения магния и хлора электролизом расплавленных солей и технологическая схема для его осуществления образуют единый изобретательский замысел. Действительно, осуществление способа электролитического получения магния и хлора возможно только при наличии специального устройства для охлаждения верхней части анодов для получения магния и хлора электролизом расплавленных солей и технологической схемы для его осуществления.The claimed group of inventions meets the requirement of unity of invention, since the claimed method for the electrolytic production of magnesium and chlorine by electrolysis of molten salts and the technological scheme for its implementation form a single inventive concept. Indeed, the implementation of the method of electrolytic production of magnesium and chlorine is possible only if there is a special device for cooling the upper part of the anodes to produce magnesium and chlorine by electrolysis of molten salts and a technological scheme for its implementation.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными (идентичными) всем существенным признакам изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков, изложенных в пунктах формулы изобретения способа получения магния и хлора электролизом расплавленных солей и технологической схемы для его осуществления.The analysis of the prior art by the applicant, including a search by patent and scientific and technical sources of information, and the identification of sources containing information about analogues of the claimed invention, allowed to establish that the applicant did not find a source characterized by features that are identical (identical) to all the essential features of the invention. The determination from the list of identified analogues of the prototype as the closest analogue in the totality of features made it possible to establish the set of distinguishing features that are essential for the applicant's technical result, as set out in the claims of the method for producing magnesium and chlorine by electrolysis of molten salts and the technological scheme for its implementation.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна".Therefore, the claimed invention meets the condition of "novelty."
Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного устройства. Заявленные признаки являются новыми и не вытекают явным образом для специалиста, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований для достижения технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".To verify the compliance of the claimed invention with the condition "inventive step", the applicant conducted an additional search for known solutions in order to identify signs that match the distinctive features of the claimed device from the prototype. The claimed features are new and do not follow explicitly for the specialist, since from the prior art determined by the applicant, the effect of the transformations provided for by the essential features of the claimed invention has not been identified to achieve a technical result. Therefore, the claimed invention meets the condition of "inventive step".
На фиг.1 показана технологическая схема для получения магния и хлора электролизом расплавленных солей. На фиг.2 - общий вид электролизера. На фиг.3 - общий вид кессона.Figure 1 shows the technological scheme for producing magnesium and chlorine by electrolysis of molten salts. Figure 2 is a General view of the electrolyzer. Figure 3 is a General view of the caisson.
Схема включает группу однорядных электролизеров 1, состоящей из 5 электролизеров. Каждый электролизер 2 состоит из футерованной ванны 3, разделенной перегородкой 4 на одну сборную ячейку 5 и несколько электролитических отделений 6 с боковым вводом катодов 7 и с установкой сверху через перекрытие 8 анодов 9, на верхней части 10 которых установлены с двух сторон кессоны 11, выполненные в виде приваренных к панели 12 полутруб 13, жестко прижатых к медной шине 14 и соединенных между собой перемычками 15 на одной стороне кессона, с двух сторон кессоны соединены между собой перемычкой 16, к нижней полутрубе кессона присоединен трубопровод 17 для подвода охлажденного хладагента в кессон, и с другой стороны верхней части анода к нижней полутрубе кессона присоединен трубопровод 18 для отвода нагретого хладагента. Два кессона с трубопроводами для отвода и подвода хладагента образуют замкнутый контур 19, подсоединенный к общему циркуляционному контуру 20, теплообменный аппарат 21, дистиллятор 22, бак-конденсатор 23 и насос 24, линию 25 подвода хладагента в общий циркуляционный контур, линию 26 отвода хладагента из него и линию подвода артезианской воды 27.The circuit includes a group of single row electrolysers 1, consisting of 5 electrolyzers. Each
Пример работы способа и технологической схемы получения магния и хлора электролизом расплавленных солей.An example of the operation of the method and technological scheme for producing magnesium and chlorine by electrolysis of molten salts.
Монтаж электролизера с системой охлаждения.Installation of an electrolyzer with a cooling system.
В футерованную ванну 3 устанавливают перегородку 4, разделяющую ванну 3 на сборную ячейку 5 и электролитические отделения 6, в боковых стенках футерованной ванны 3 закрепляют катоды 7, в перекрытие 8 устанавливают аноды 9, на верхней части 10 анодов 9 устанавливают с помощью шпилек через медные шины 14 вплотную с двух сторон кессоны 11, изготовленные в виде панели 12 из стального листа и полутруб 13, соединенных между собой перемычками 15. Кессоны 11 скрепляют между собой перемычкой 16. К нижней полутрубе 13 кессона 11 с одной стороны присоединяют трубопровод 17 подвода хладагента - охлажденной дистиллированной воды, от нижней полутрубы 13 с другой стороны кессона 11 нагретую дистиллированную воду отводят по трубопроводу 18 отвода хладагента - дистиллированной воды. Кессон 11 с трубопроводами 17 и 18 для подвода и отвода хладагента - дистиллированной воды образует замкнутый контур 19. Замкнутый контур 19 выполнен на каждом электролизере группы из 5 электролизеров. Артезианскую воду из общецеховой линии подвода 27 подают в дистиллятор 22 типа ДЭ-140 производительностью 140 дм3/ч, где ее нагревают до кипения, пары воды поднимаются вверх и конденсируются на охлаждаемой стенке бака-конденсатора 23 емкостью 2,9 м3 при температуре 65°C. Дистиллированную воду подготавливают по ГОСТ 6709 с массовой концентрацией растворенного кислорода не более 0,035 мг/дм3 твердого остатка не более 5 мг/дм3. Полученную дистиллированную воду подают в общий циркуляционный контур 20 с помощью подпиточного насоса 24 циркуляционного типа CRN90-2-2 A-F-G-T-HQQE по линии 25 подвода хладагента - дистиллированной воды, откуда ее подают в теплообменный аппарат 21 типа блочно-модульного аппарата воздушного охлаждения АВГ-Р-БМ. Для восполнения потерь дистиллированной воды в общем циркуляционном контуре 20 периодически производят подпитку из бака-конденсатора 23.A
Работа электролизера с системой водяного охлажденияThe operation of the electrolyzer with a water cooling system
Электролизер 2 для получения магния выполнен однорядным с верхним вводом анодов и фронтальной сборной ячейкой 5 на силу тока 180 кА с удельным расходом электроэнергии постоянно тока 13,2-13,6 кВт/кг магния. В качестве сырья используют хлорид магния с процесса получения губчатого титана, который является побочным продуктом реакции восстановления тетрахлорида титана магнием в аппарате восстановления. Хлорид магния сливают в процессе восстановления из аппарата и перевозят на ковше к электролизерам для получения магния и хлора электролизом расплавленных солей. Массовая доля хлорида магния в рабочем расплавленном электролите электролизера в пусковой период от 10 масс.%, в рабочем режиме от 15 масс.%.The
В сборную ячейку 5 устанавливают подогревные электроды переменного тока, заливают расплав хлоридов металлов - электролит с массовой долей хлорида магния 10 масс.%, включают постоянный ток электролизной серии и разогревают электролит до температуры 665°C. При достижении уровня заглубления катодов 7 электролитом 60 см производят включение общего циркуляционного контура 20. Под воздействием электрического тока хлорид магния разлагается на магний и хлор, в процессе электролиза осуществляют постоянную циркуляцию электролита из электролитических отделений 6 в сборную ячейку 5 по переточным окнам перегородки 4. В последующие дни осуществляют откачку шламоэлектролитной смеси. По каналам из электролитических отделений 6 магний направляют к нижнему переточному окну перегородки 4 в сборную ячейку 5 и по мере накопления периодически извлекают из сборной ячейки 5, а хлор направляют по системе санитарно-технического отсоса потребителю.Heated AC electrodes are installed in the
Нагретую дистиллированную воду отводят через линию отвода хладагента 26 в теплообменный аппарат 21 типа аппарата воздушного охлаждения, где она охлаждается путем пропускания через оребренные трубы воздушным потоком до температуры 50-65°C. Охлажденная дистиллированная вода возвращается с помощью циркуляционного насоса 24 в кессоны 11 для охлаждения анодов 9. Включение системы водяного охлаждения группы электролизеров проводят в два этапа. Сначала производят заполнение дистиллированной водой общего циркуляционного контура 20, выполненного в виде теплообменного аппарата 21 и линий для подвода 25 хладагента и отвода хладагента 26, размещенных вдоль группы 1 электролизеров в количестве 5 штук. Подачу дистиллированной воды в кессоны 11 каждого электролизера производят следующим образом. Плавно приоткрывают кран шаровой КШ3/m на линии 25 подачи хладагента - дистиллированной воды в кессоны 11 до получения показания расходомера от 2 до 3 м3/ч. При этом давление дистиллированной воды в кессонах 11 не должно превышать 0,2 мПа по показаниям ПЭВМ в помещениях оператора. Расход дистиллированной воды при превышении давления устанавливается прикрытием задвижки байпаса. Затем включают задвижки и подают дистиллированную воду в трубопровод 17 для подачи хладагента к кессонам 11 каждого электролизера до показания расходомера 3 м3/ч, постепенно увеличивают подачу дистиллированной воды в кессоны 11, достигая объемного расхода дистиллированной воды через кессоны 11 20 м3/ч. После нагрева дистиллированной воды до температуры 85°C в кессонах 11 ее отводят по трубопроводу 18 отвода хладагента, и далее по линии 26 отвода хладагента общего циркуляционного контура 20 в теплообменный аппарат 21 типа АВО. Нагретая дистиллированная вода, проходя по оребренным трубам теплообменного аппарата, обдувается воздушным потоком, охлаждается до температуры 55°C и подается насосами обратно по линии 25 подвода хладагента в общий циркуляционный контур 20 и через замкнутый контур 19 по трубопроводу 17 подвода хладагента - в кессоны 11. Дистиллированная вода равномерно распределяется по всем кессонам 11, протекая последовательно сначала на одной стороне кессона 11 по полутрубам 13, затем перетекает через перемычку 16 на вторую сторону кессона 11. Охлажденная дистиллированная вода проходит сверху вниз по полутрубам 13 по трубопроводу 18, затем по линии 26 отвода хладагента возвращается насосом в теплообменный аппарат, на котором условно замыкается общий циркуляционной контур 20. Для пополнения общего циркуляционного контура 20 дистиллированной водой включают насос 24 и из бака-конденсатора 23 производят подкачку дистиллированной воды в общий циркуляционный контур 20, замкнутый контур 19 и кессоны 11.Heated distilled water is discharged through the refrigerant exhaust line 26 to a heat exchanger 21 of the type of air cooling apparatus, where it is cooled by passing through finned tubes with an air stream to a temperature of 50-65 ° C. The cooled distilled water is returned using a circulation pump 24 to the caissons 11 for cooling the
При достижении стабильной работы СВО переключают управление на автоматический режим работы с использованием дистанционного автоматического управления (положение «А») насосами электроприводами задвижек, включают систему автоматической блокировки подачи дистиллированной воды в кессоны электролизера электромагнитными клапанами.When stable operation is achieved, the CBO switches the control to automatic operation using remote automatic control (position “A”) of the electric valves of the valves, turn on the system for automatically blocking the supply of distilled water to the cells of the electrolyzer with electromagnetic valves.
Таким образом, предложенные способ и технологическая схема для получения магния и хлора позволяют значительно увеличить срок службы электролизеров до 48 месяцев, снизить затраты на приобретение оборудования и материалов за счет исключения из системы охлаждения теплообменных аппаратов и бака при теплообменном аппарате, за счет исключения изготовления трубопроводов подвода и отвода хладагента и кессонов металлической меди, которая является дорогостоящим материалом, так как стоимость металлической меди на рынках России значительно выше стали (400-420 тыс. рублей за 1 тонну меди, в сравнении - сталь 22 тыс. руб. за 1 тонну). Учитывая, что каждый электролизер снабжен медными коммуникациями, а также теплообменным аппаратом и баком с насосами для каждого электролизера, то применение такой конструкции значительно повысит затраты на обслуживание системы теплового регулирования электролизера. Использование в качестве теплоносителя воды приводит к большим потерям электрического тока из-за высокой электропроводимости воды при прохождении через коммуникации, что осложняется и ухудшением их обслуживания персоналом. Кроме того, вода содержит высокие концентрации растворенных в ней газов и солей, что также приводит к быстрому зарастанию труб и кессонов солевыми отложениями, это также снижает срок службы кессонов и коммуникаций, а также всего электролизера в целом.Thus, the proposed method and technological scheme for producing magnesium and chlorine can significantly increase the service life of electrolyzers up to 48 months, reduce the cost of acquiring equipment and materials by eliminating heat exchangers and a tank from the cooling system with a heat exchanger, by eliminating the manufacture of supply pipelines and removal of the refrigerant and caissons of metallic copper, which is an expensive material, since the cost of metallic copper in the Russian markets is much higher e steel (400-420 thousand rubles per 1 ton of copper, in comparison - steel 22 thousand rubles per 1 ton). Given that each cell is equipped with copper communications, as well as a heat exchanger and a tank with pumps for each cell, the use of this design will significantly increase the cost of servicing the thermal regulation system of the cell. The use of water as a coolant leads to large losses of electric current due to the high electrical conductivity of water when passing through communications, which is complicated by the deterioration of their maintenance by personnel. In addition, the water contains high concentrations of dissolved gases and salts, which also leads to the rapid overgrowth of pipes and caissons with salt deposits, this also reduces the life of the caissons and communications, as well as the entire cell.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011131491/02A RU2476625C1 (en) | 2011-07-26 | 2011-07-26 | Method for obtaining magnesium and chlorine with electrolysis of molten salts, and process scheme for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011131491/02A RU2476625C1 (en) | 2011-07-26 | 2011-07-26 | Method for obtaining magnesium and chlorine with electrolysis of molten salts, and process scheme for its implementation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2011131491A RU2011131491A (en) | 2013-02-10 |
| RU2476625C1 true RU2476625C1 (en) | 2013-02-27 |
Family
ID=49119352
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011131491/02A RU2476625C1 (en) | 2011-07-26 | 2011-07-26 | Method for obtaining magnesium and chlorine with electrolysis of molten salts, and process scheme for its implementation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2476625C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107208180A (en) * | 2014-11-28 | 2017-09-26 | 普罗特股份有限公司 | EWTECH LED techniques |
| RU2653960C1 (en) * | 2017-05-03 | 2018-05-15 | Публичное Акционерное Общество "Корпорация Всмпо-Ависма" | Method of thermal regulation of electrolyzers for production of magnesium and chlorine |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU197976A1 (en) * | А. И. Иванов, Б. П. Величко, А. П. Егоров, С. П. Косарев, Н. Д. Хелемендик, В. В. Журов , В. М. Барулин | MAGNESIUM ELECTROLYZER WITH FORCED COOLED COOLING | ||
| SU136055A1 (en) * | 1959-05-04 | 1960-11-30 | А.И. Иванов | Adjustable Cooling Magnesium Electrolyzer |
| US4287045A (en) * | 1978-11-10 | 1981-09-01 | Institut De Recherches De La Siderurgie Francaise | Cooled electrode adapted to contact molten metal |
| RU2128733C1 (en) * | 1998-05-22 | 1999-04-10 | Открытое акционерное общество "АВИСМА титано-магниевый комбинат" | Method of thermal control over electrolyzers and device for its implementation |
| RU2293801C2 (en) * | 2005-03-09 | 2007-02-20 | Открытое акционерное общество "Всероссийский алюминиево-магниевый институт" | Electrolytical method for magnesium production and electrolyzer for performing the same |
-
2011
- 2011-07-26 RU RU2011131491/02A patent/RU2476625C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU197976A1 (en) * | А. И. Иванов, Б. П. Величко, А. П. Егоров, С. П. Косарев, Н. Д. Хелемендик, В. В. Журов , В. М. Барулин | MAGNESIUM ELECTROLYZER WITH FORCED COOLED COOLING | ||
| SU136055A1 (en) * | 1959-05-04 | 1960-11-30 | А.И. Иванов | Adjustable Cooling Magnesium Electrolyzer |
| US4287045A (en) * | 1978-11-10 | 1981-09-01 | Institut De Recherches De La Siderurgie Francaise | Cooled electrode adapted to contact molten metal |
| RU2128733C1 (en) * | 1998-05-22 | 1999-04-10 | Открытое акционерное общество "АВИСМА титано-магниевый комбинат" | Method of thermal control over electrolyzers and device for its implementation |
| RU2293801C2 (en) * | 2005-03-09 | 2007-02-20 | Открытое акционерное общество "Всероссийский алюминиево-магниевый институт" | Electrolytical method for magnesium production and electrolyzer for performing the same |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107208180A (en) * | 2014-11-28 | 2017-09-26 | 普罗特股份有限公司 | EWTECH LED techniques |
| RU2653960C1 (en) * | 2017-05-03 | 2018-05-15 | Публичное Акционерное Общество "Корпорация Всмпо-Ависма" | Method of thermal regulation of electrolyzers for production of magnesium and chlorine |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2011131491A (en) | 2013-02-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11408083B2 (en) | Filter press device for electrodeposition of metal from solutions, which is made up of separating elements conformed by ion exchange membranes forming a plurality of anolyte and catholyte chambers, wherein the electrodes are connected in series with automatic detachment of the metal product | |
| US6811677B2 (en) | Electrolytic cell for the production of aluminum and a method for maintaining a crust on a sidewall and for recovering electricity | |
| RU2476625C1 (en) | Method for obtaining magnesium and chlorine with electrolysis of molten salts, and process scheme for its implementation | |
| AU2001264422A1 (en) | Electrolytic cell for the production of aluminium and a method for maintaining a crust on a sidewall and for recovering electricity | |
| JP6635879B2 (en) | Alkali hydroxide production apparatus and operation method of alkali hydroxide production apparatus | |
| CN104109881B (en) | A kind of parallel circulating type fluorination electrolytic cell | |
| RU2128733C1 (en) | Method of thermal control over electrolyzers and device for its implementation | |
| US4052287A (en) | Electrolytic system and novel electrolytic cells and reactor therefor | |
| RU2479675C1 (en) | Method for thermal control of electrolysis cells for producing magnesium and chlorine and apparatus for realising said method | |
| Thayer et al. | Improving the electrolytic process magnesium production | |
| RU2653960C1 (en) | Method of thermal regulation of electrolyzers for production of magnesium and chlorine | |
| KR20180000944U (en) | Electrowinning device of Indium | |
| US2515614A (en) | Electrolytic cell | |
| CN114277405B (en) | Method for preparing metal bismuth by adopting tandem diaphragm electrodeposition module | |
| US2629688A (en) | Electrolytic apparatus for production of magnesium | |
| RU2293801C2 (en) | Electrolytical method for magnesium production and electrolyzer for performing the same | |
| CN208898516U (en) | A kind of electrolytic cell of scrap hard alloy recovered WC | |
| CN214496499U (en) | Multistage series connection electrolyte purifier | |
| CN103118989A (en) | Electrolysis device and heat-pump-type water heater provided with same | |
| US3948748A (en) | Apparatus for the production of alkali metal chlorates | |
| US1524268A (en) | Electrolyzing fused baths | |
| CN107513722A (en) | Electrolysis installation | |
| Wenzl et al. | METTOP-BRX-technology—industrial application | |
| SU823464A1 (en) | Electrolysis unit | |
| RU2719215C1 (en) | Method for thermal control of magnesium electrolytic production process and device for its implementation |