WO2010142892A1 - Système et procédé de traitement des fumées et gaz produits par une cuve d'électrolyse lors de la fabrication d'aluminium - Google Patents

Système et procédé de traitement des fumées et gaz produits par une cuve d'électrolyse lors de la fabrication d'aluminium Download PDF

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WO2010142892A1
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fumes
gases
heat
heat exchanger
treatment
Prior art date
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PCT/FR2010/051099
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Inventor
El Hani Bouhabila
Thierry Malard
Original Assignee
Solios Environnement
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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
    • C25C3/06—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
    • C25C3/22—Collecting emitted gases

Definitions

  • the present invention relates to a system and a method for treating fumes and gases produced by an electrolytic cell during the manufacture of aluminum.
  • the fumes and gases recovered by these undercap recovery devices have carbon dioxide concentrations of less than 2%, so that it is difficult to capture this carbon dioxide by the existing techniques.
  • the present invention aims to provide a system for treating fumes and gases produced by an electrolysis tank capable of treating carbon dioxide fumes.
  • the subject of the invention is a system for treating the fumes and gases produced by at least one igneous electrolysis cell during the manufacture of aluminum, the fumes and gases comprising pollutant components and especially carbon dioxide. , comprising:
  • a primary circuit for the collection and treatment of fumes and gases containing at least 6% carbon dioxide
  • a secondary circuit for collecting and treating fumes and gases with a concentration of pollutant components lower than the fumes and gases collected by the primary circuit
  • the processing system comprises one or more of the following features:
  • the primary circuit comprises a capture unit capable of capturing at least a portion of the carbon dioxide contained in the fumes and gases collected;
  • the polluting components comprise gaseous hydrogen fluoride;
  • the primary circuit comprising a first processing unit adapted to capture a portion of the fluoride hydrogen gas by absorption of fumes and gases on fresh alumina; and the secondary circuit comprising a second processing unit capable of capturing part of the hydrogen fluoride gas from the fumes and gases by absorption of fumes and gases on partially fluorinated alumina; the partially fluorinated alumina originating from the second treatment unit is injected into the first treatment unit;
  • the polluting components comprise sulfur dioxide; and the primary circuit comprising a scrubber capable of removing a portion of the sulfur dioxide by absorption and chemical reaction, the fumes and gases being adapted to pass through the scrubber before passing through the capture unit;
  • the primary circuit comprises a collection device capable of collecting at least a portion of the fumes and gases produced by the electrolysis tank; the electrolytic cell comprising a bath of molten electrolyte covered with a crust, and at least one piqueur-doseur clean to pierce the crust; and the collection device being adapted to collect the fumes and gases released by an opening pierced in the crust by said metering piqueur;
  • the treatment system comprises a first heat exchange loop traversed by a heat transfer fluid; the first heat exchange loop comprising a first heat exchanger traversed by the fumes and gases collected by the primary circuit, and a recovery unit capable of recovering the heat of the coolant; the fumes and gases being adapted to pass through the first heat exchanger (42) before passing through the capture unit;
  • the secondary circuit comprises a device for recovering the fumes and gases produced by the electrolytic cell, the electrolysis cell being capped with a hood, the recovery device being a suction system capable of sucking up the fumes and gases; located under the hood;
  • the first heat exchange loop comprises a second heat exchanger traversed by the fumes and gases collected by the secondary circuit, the recovery unit being able to recover the heat of the heat transfer fluid from the heat recovered by the heat transfer fluid; having passed through the first and second heat exchangers;
  • the first heat exchange loop comprises a third heat exchanger
  • the treatment system comprising a second heat exchange loop traversed by an intermediate heat transfer fluid, the second exchange loop; the thermal fluid being shaped so that the intermediate heat transfer fluid passes through the third heat exchanger and the walls of the electrolysis cell, the recovery unit being adapted to recover the heat of the heat transfer fluid from the heat recovered by the heat transfer fluid having passed through. minus the second and third heat exchangers.
  • the subject of the invention is also a process for the treatment of fumes and gases produced by at least one igneous electrolysis cell during the manufacture of aluminum; the process being carried out by a treatment system; fumes and gases comprising polluting components, and in particular carbon dioxide; the method comprising: a) a first step of collecting the fumes and gases produced by the electrolytic cell by a primary collection circuit; fumes and gases containing at least 6% of carbon dioxide, and b) a second stage of collecting the fumes and gases produced by the electrolytic cell by a secondary collection circuit; fumes and gases with a lower concentration of pollutant components than fumes and gases collected by the primary circuit.
  • the method comprises one or more of the following characteristics:
  • the polluting components comprise gaseous hydrogen fluoride; and the method comprises:
  • the fumes and gases produced by the electrolytic cell comprise sulfur dioxide; the process comprising a step of capturing a portion of the sulfur dioxide by adsorption by a washer belonging to the primary circuit, and chemical reaction; fumes and gases being able to cross the scrubber before crossing the capture unit;
  • the treatment system comprises an electrolytic cell comprising a bath of electrolyte covered with a crust, and at least one puncture-maker suitable for piercing the crust; and the first collection step being a step of collecting the fumes and gases released by an opening pierced in the crust by said metering piercer;
  • the method comprises a step of cooling the fumes and gases collected by the primary circuit by passing them through a first heat exchanger;
  • the treatment system comprises a first heat exchange loop traversed by a heat transfer fluid, the first heat exchange loop comprising the first heat exchanger and a recovery unit adapted to recover the heat of the heat transfer fluid; and the method comprising a step of recovering the heat of the coolant having passed through the first heat exchanger;
  • the first heat exchange loop comprises a second heat exchanger traversed by the fumes and gases collected by the secondary circuit, and the method comprising a step of cooling the fumes and gases collected by the secondary circuit, through their passage through the second heat exchanger;
  • the first heat exchange loop comprises a third heat exchanger;
  • the treatment system comprising a second heat exchange loop traversed by an intermediate heat transfer fluid, the second heat exchange loop being shaped so that the intermediate heat transfer fluid passes through the third heat exchanger and the walls of the electrolysis cell, the process comprising a step of recovering the heat of the coolant having passed through the third heat exchanger.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view of an electrolytic cell and a treatment system according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 2 is a diagram illustrating the steps of the treatment method according to the first embodiment of the invention
  • - Figure 3 is a schematic sectional view of an electrolytic cell and a treatment system according to a second embodiment of the invention
  • FIG. 4 is a diagram illustrating the steps of the treatment method according to the second embodiment of the invention.
  • an igneous electrolysis cell 2 comprises a parallelepipedal box 4 open at its upper base and whose bottom carries carbonaceous blocks constituting the cathode 6.
  • This box 4 contains an electrolyte bath 8 consisting of alumina dissolved in cryolite, brought to a temperature between 950 ° and 1000 ° C.
  • anodes 10 are immersed.
  • the alumina is decomposed into aluminum 12 forming a metal bath which covers the cathode 6, and oxygen which reacts with each anode 10 and causes the progressive combustion.
  • the aluminum 12 is regularly removed from the electrolysis cell 2.
  • the upper part of the electrolyte bath 8 is solidified, thus constituting a crust 14 which covers the bath 8 and thermally insulates it.
  • the reaction at each anode 10 gives rise to an emission of fumes and gases 18, 29 which migrate to the top of the tank comprising pollutants such as carbon dioxide and carbon monoxide, sulfur dioxide, gaseous hydrogen fluoride (HF), carbon and alumina particles, dusts and fluorinated compounds.
  • pollutants such as carbon dioxide and carbon monoxide, sulfur dioxide, gaseous hydrogen fluoride (HF), carbon and alumina particles, dusts and fluorinated compounds.
  • a movable tubular steel rod installed between two anodes 10, pierces the crust 14 and injects alumina into the electrolyte bath 8.
  • This rod hereinafter referred to as a metering injector 16 is operable in a vertical movement with a jack, preferably pneumatic, to pierce the crust 14.
  • the treatment system 40 comprises a circuit 24 for collecting the fumes and gases produced by the electrolytic cell 2, and a first heat exchange loop 26.
  • the collection circuit 24 is hereinafter called a secondary collection circuit for reasons which will appear later.
  • the secondary circuit 24 includes a flue gas recovery device 28 arranged to cause a depression under the hood 20 and to suck up the fumes and gases 29 situated between the latter and the crust 14, and the unit 30 for treating gas. These fumes and gases 29, hereinafter called the second processing unit for reasons which will appear later.
  • the cover 20 is not hermetic and outside air is sucked under the hood 20 by the leaks due to the depression. This air mixes in large quantities with the fumes and gases coming from the tank. In the rest of the text we will no longer distinguish this air smoke and gas and we will call by the generic terms smoke and gas.
  • the second processing unit 30 is suitable for filtering the dust contained in the fumes and gases collected by the recovery device 28, and for removing most of the gaseous hydrogen fluoride by adsorption of the gaseous hydrogen fluoride of these fumes. and gas on alumina which is then separated from the fumes and gases by filtering.
  • the second processing unit 30 is adapted to treat the fumes and gases 29 according to a dry process known under the name "DRY-SCRUBBER DS". This process allows a dust reduction greater than 98% by filtration and reduction of gaseous hydrogen fluoride by approximately 99.8% by adsorption and filtration.
  • the amount of hydrogen fluoride gas contained in the fumes and gases exiting the second treatment unit 30 is less than 0.5 mg / Nm.
  • the amount of dust contained in the fumes and gases coming out of the second unit of treatment is less than 5 mg / Nm
  • the fluorinated alumina generated by the treatment of fumes and gases 29 by the second treatment unit 30 is introduced into the electrolytic cell 2 by means of the metering pierter 16.
  • the secondary circuit 24 further comprises a scrubber 32 with seawater or with a basic solution capable of eliminating, by absorption and chemical reaction, the sulfur dioxide (SO 2 ) contained in the fumes and gases leaving the second treatment unit 30, and a chimney 34 capable of evacuating the remaining fumes and purified gases.
  • a scrubber 32 with seawater or with a basic solution capable of eliminating, by absorption and chemical reaction, the sulfur dioxide (SO 2 ) contained in the fumes and gases leaving the second treatment unit 30, and a chimney 34 capable of evacuating the remaining fumes and purified gases.
  • the flue gas 29 comprises less than 60 mg / Nm 1 of sulfur dioxide.
  • the heat exchange loop 26 hereinafter referred to as the first heat loop, comprises a heat exchanger 36, hereinafter referred to as second heat exchanger 36 for reasons which will appear later, and a heat recovery unit 38 of a heat transfer fluid.
  • the first thermal loop 26 is traversed, on the one hand, by the coolant, and on the other hand, at the level of the second heat exchanger 36, by the fumes and gases 29 leaving the recovery device 28 before they pass through. the second processing unit 30.
  • the heat transfer fluid heated by the second heat exchanger 36 is used for example to produce electricity by an ORC cycle generator, that is to say an Organic Rankine Cycle.
  • the coolant is for example constituted by water, oil or an inert gas.
  • the second heat exchanger 36 is disposed outside the electrolytic cell 2. For example, it is disposed at a predefined distance greater than or equal to one meter from the electrolytic cell to avoid any risk of contact between the electrolytic cell. heat transfer fluid and the electrolysis cell.
  • the second heat exchanger 36 is able to cool the fumes and gases 29 of the secondary circuit 24 by a temperature of 110-160 ° C. at a temperature of 70-100 ° C.
  • a bypass line 39 is installed on the first heat exchange loop 26 at each end of the second heat exchanger 36 to allow the fumes and gases 29 to bypass the second heat exchanger 36, when the latter is fouled and it must be cleaned or replaced or renovated.
  • the fumes and gases 29 collected by the recovery device 28 of the secondary circuit 24 are sucked at a rate of 70000 to 100000 Nm / ton of aluminum produced. They contain 100-800 mg / Nm 1 of dust, 30-100 mg / Nm 1 of hydrogen fluoride gas, 20-100 mg / Nm 3 of sulfur dioxide, 2-4 g / Nm 1 of carbon dioxide and 0.1 - 0.3 g / Nm 3 of carbon monoxide.
  • the fumes and gases collected by the secondary circuit 24 are referenced hereinafter by the reference 29.
  • These fumes and gases 29 collected by the secondary circuit have a temperature of about 110-160 ° C. before passing through the second heat exchanger 36, and a temperature of about 70-100 ° C. at the outlet of the second heat exchanger. 36.
  • the first heat exchange loop 26 further comprises a first heat exchanger 42 disposed outside and at a distance of at least one meter from the electrolytic cell.
  • the first heat exchanger 42 is disposed downstream of the second heat exchanger 36, that is to say that the coolant passes first through the second heat exchanger 36 and then the first heat exchanger 42 before join the recovery unit 38.
  • the treatment system 40 furthermore comprises a primary circuit 44 for collecting part of the fumes and gases 18 produced by the electrolysis cell 2.
  • This primary circuit 44 comprises a collection device 46, hereinafter called “local hood” 46 directly embedded in the crust 14 which collects the fumes and gases 18, also called anodic gases, escaping through the hole drilled by the piercer- 16.
  • the local hood 46 is suitable for collecting fumes and gases containing at least 6% of carbon dioxide.
  • the fumes and gases collected by the collection device 46 are referenced hereinafter by the reference 18.
  • Local hood 46 houses dosing device 16. Local hood 46 is connected to a gas collection tube 48.
  • An opening 50 made in the local hood 46 can suck fumes and gases 29 collected by the secondary circuit located under the hood 20 to lower the temperature of the fumes and gases 18 sucked by the local hood 46.
  • the opening 50 in the local hood can be set to change the ratio of fumes and gases collected by the primary circuit / fumes and gases collected by the secondary circuit to act on the anodic gas capture efficiency and the resulting temperature of the mixture.
  • 4 to 6 local hoods 46 can be installed in an electrolysis cell 2 from 300 to 400 kA to ensure a good distribution of the suction and capture the maximum of fumes and gases 18.
  • the pipes between the first heat exchanger 42 and each local hood 46 may be insulated to avoid energy losses that would be important given the small diameter of the pipes.
  • the fumes and anodic gas 18 sucked by each local hood 46 contain 1.2 - 8 g / Nrrf of gaseous hydrogen fluoride, 1-8 g / Nrrf of sulfur dioxide, 110-280 g / Nrrf of carbon dioxide and 10-26 g / Nm 1 of carbon monoxide.
  • They have a temperature of about 200-350 ° C. before passing through the first heat exchanger 42, and a temperature of about 70-100 ° C. after passing through the first heat exchanger 42.
  • the primary circuit 44 further comprises a treatment unit 52, said first processing unit 52, a washer 53 and a capture unit 54 connected to the stack 34.
  • the first processing unit 52 is similar to the second processing unit 30 located in the secondary circuit 24. It is capable of removing most of the hydrogen fluoride gas from the fumes and gases 18 collected by the local hood 46 by adsorption and filtering.
  • the first processing unit 52 uses partially fluorinated alumina obtained by the treatment of the fumes and gases 29 collected by the secondary circuit 24 by the second treatment unit 30. Then, the fluorinated alumina generated by the first treatment unit 52 is introduced into the electrolytic cell 2 by the metering piercer 16.
  • the fumes and gases 18 collected by the local hoods 46 comprise a value of the order of 1 mg / Nm 3 of gaseous hydrogen fluoride.
  • the washer 53 is similar to the washer 32. At the outlet of the scrubber 53, the fumes and gases 18 collected by local hoods 46 have a value below 30 mg / Nm 1 of sulfur dioxide. They have a temperature of about 30-40 ° C.
  • the capture unit 54 is intended to capture the carbon dioxide by absorption with a solution of ammonia or with amines or other equivalent techniques. As the carbon dioxide concentration of the fumes and gases taken by the local hoods 46 is greater than the concentration of carbon dioxide fumes and gases taken by other known recovery devices, and in particular with respect to a recovery device 28 fumes and gas under hood, the capture of carbon dioxide is facilitated.
  • the treatment method begins with a step 100 for collecting the fumes and gases 29 by the recovery device 28. This step is called the second collection step. .
  • the fumes and gases 29 collected by the secondary circuit 24 are transported outside and away from the electrolytic cell 2.
  • the heat transfer fluid of the first heat exchange loop 26 is warmed by passing fumes and gases 29 through the second heat exchanger 36. Simultaneously, the fumes and gases 29 are cooled.
  • the fumes and gases 18 collected by the local hoods 46 pass through the first heat exchanger 42 and heat the preheated heat transfer fluid that has already passed through the second heat exchanger 36. Simultaneously, the fumes and gases 18 are cooled.
  • the recovery unit 38 recovers the heat of the coolant having passed through the first 42 and the second 36 heat exchangers.
  • the second processing unit 30 processes the fumes and gases 29 collected by the recovery device 28 by dust filtration and removal of most of the gaseous hydrogen fluoride. Then, the fluorinated alumina generated by the second treatment unit 30 is fed to the first treatment unit 52.
  • the gaseous hydrogen fluoride of the fumes and gases collected by the local hoods 46 is treated by the first treatment unit 52.
  • This treatment is similar to the treatment carried out by the second treatment unit 52.
  • treatment unit 30 except that the partially fluorinated alumina generated by the treatment of flue gas and gas of the secondary circuit 24 is used to adsorb the hydrogen fluoride gas from the fumes and gases of the primary circuit 44.
  • the fluorinated alumina is introduced into the electrolyte bath by the stirrup-doser.
  • the fresh alumina is used to adsorb the hydrogen fluoride gas fumes and gases containing the least pollutants, that is to say the fumes and gases collected by the secondary circuit 24, then is reused to adsorb the hydrogen fluoride gas fumes and gases containing a higher concentration of pollutants, that is to say the fumes and gases collected by the primary circuit 44.
  • a mixture, optionally in variable proportions, of fresh alumina and partially fluorinated alumina may be used in the primary circuit.
  • part of the sulfur dioxide contained in the fumes and gases 29 collected by the recovery device 28 is removed by absorption and chemical reaction by the scrubber 32.
  • a step 117 the majority of the sulfur dioxide contained in the fumes and gases 18 collected by the local hoods 46 is removed by a scrubber 53.
  • the capture unit 54 eliminates by absorption or by other techniques (adsorption, membrane filtration, etc.) a portion of the carbon dioxide from the fumes and gases from the scrubber 53.
  • the fumes and gases 29 leaving the washer 32 and the fumes and gases 18 leaving the capture unit 54 are discharged through the chimney 34.
  • the secondary circuit 24 does not include a scrubber 32.
  • the step 116 is not performed.
  • the fumes and gases leaving the treatment unit 30 are directly discharged through the chimney 34.
  • a bypass line 39 is mounted on either side of the first heat exchanger 42 to allow short-circuiting, for example, during the cleaning of this heat exchanger.
  • a bypass line 39 is also mounted on either side of the second heat exchanger 36.
  • the treatment systems can continue to recover energy at lower efficiency, when cleaning a heat exchanger.
  • the recovery unit 38 is a system for using the heat of the coolant to produce cold or heat.
  • the processing system 56 according to a second embodiment of the invention, shown in FIG. 3, comprises a primary circuit 44 and a secondary circuit 24 identical to the primary 44 and secondary 24 circuits of the processing system 40 according to the first embodiment of FIG. embodiment of the invention.
  • the processing system 56 further comprises a first 26 and a second 62 heat exchange loops.
  • the first heat exchange loop 26 is similar to the first heat exchange loop 26 of the treatment system 40 of the first embodiment of the invention with the exception of the existence of a third heat exchanger 60, also outside the tank 2.
  • the third heat exchanger 60 is disposed downstream of the first heat exchanger 42, that is to say that the fluid coolant passes first, the second heat exchanger 36 and then the first heat exchanger 42 and finally the third heat exchanger 60 before joining the recovery unit 38.
  • the temperature of the coolant of the first loop 26 is about 80-
  • the second heat exchange loop 62 comprises a pipe traversed by an intermediate heat transfer fluid.
  • the pipe passes through at least one lateral wall 64 of the electrolytic cell 2 and then the third heat exchanger 60.
  • the intermediate heat transfer fluid comprises, for example, helium, air or other gas inert vis-a-vis the liquid aluminum.
  • the intermediate heat transfer fluid recovers the heat from the walls 64 of the tank, and delivers it to the third exchanger 60. Before entering the third exchanger 60, the temperature of the intermediate heat transfer fluid is between 250-600 0 C.
  • the treatment method according to the second embodiment of the invention is identical to the treatment method according to the first embodiment, except that it comprises between steps 106 and 112 , a step 108 and a step 110.
  • step 108 the intermediate heat transfer fluid of the second heat exchange loop 62 passes through the wall or walls 64 of the electrolytic cell and is thus heated.
  • the intermediate heat transfer fluid passes through the third heat exchanger 60 and thus heats the heat transfer fluid of the first heat exchange loop 26 already preheated in the first exchanger 42 and the second exchanger 36.
  • the recovery unit 38 generates electricity from the heat recovered by the coolant having passed through the first 42, the second 36, and the third 60 heat exchangers.
  • the washer 32 is removed.
  • the treatment systems 40, 56 of the first and second embodiments of the invention comprise two circuits 24, 44 for collecting different fumes and gases with different pollutant percentages and different temperatures.
  • Each circuit 24, 44 for collecting fumes and gases is adapted to the pollutant levels therein.
  • the treatment system 40, 56 of the first and second embodiments make it possible to increase the efficiency of the first heat exchange loop 26 by passing fumes and gases at medium temperature in a second heat exchanger 36, then the passage fumes and gases at a higher temperature in a first heat exchanger 42, and optionally in a third heat exchanger 60 at an even higher temperature.
  • the treatment system 56 comprises two heat exchange loops 26, 62 adapted to recovering the energy, one of the walls 64 of the electrolysis tank, the other, the energy of the two circuits 24, 44 for collecting fumes and gases.

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Abstract

Système et procédé de traitement des fumées et gaz produits par une cuve d'électrolyse lors de la fabrication d'aluminium L'invention concerne un système (40) et un procédé de traitement des fumées et gaz (18, 29) produits par au moins une cuve d'électrolyse ignée (2) lors de la fabrication d'aluminium, les fumées et gaz (18, 29) comportant du dioxyde de carbone; le système de traitement (40) comprenant un dispositif de collecte (46) apte à collecter au moins une partie des fumées et gaz (18, 29) produits par la cuve d'électrolyse (2); caractérisé en ce que le dispositif de collecte (46) est propre à collecter des fumées et gaz (18, 29) comportant au moins 6 % de dioxyde de carbone; et en ce que le système de traitement (40) comprend une unité de captation (54) apte à capter au moins une partie du dioxyde de carbone contenue dans les fumées et gaz (18, 29).

Description

Système et procédé de traitement des fumées et gaz produits par une cuve d'électrolyse lors de la fabrication d'aluminium
La présente invention concerne un système et un procédé de traitement des fumées et gaz produits par une cuve d'électrolyse lors de la fabrication d'aluminium.
Il est connu des systèmes et des procédés de traitement des fumées et gaz comportant des dispositifs de récupération des fumées et gaz sous capot des cuves d'électrolyse.
Toutefois, les fumées et gaz récupérés par ces dispositifs de récupération sous capot comportent des concentrations en dioxyde de carbone inférieur à 2%, de sorte qu'il est difficile de capter ce dioxyde de carbone par les techniques existantes.
La présente invention a pour but de proposer un système de traitement des fumées et gaz produits par une cuve d'électrolyse capable de traiter le dioxyde de carbone des fumées.
A cet effet, l'invention a pour objet un système de traitement des fumées et gaz produits par au moins une cuve d'électrolyse ignée lors de la fabrication d'aluminium, les fumées et gaz comportant des composants polluants et notamment du dioxyde de carbone, comprenant :
- un circuit primaire de collecte et de traitement des fumées et gaz comportant au moins 6% de dioxyde de carbone, et - un circuit secondaire de collecte et de traitement des fumées et gaz comportant une concentration en composants polluants moins élevée que les fumées et gaz collectés par le circuit primaire.
Suivant des modes particuliers de réalisation, le système de traitement comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- le circuit primaire comprend une unité de captation apte à capter au moins une partie du dioxyde de carbone contenue dans les fumées et gaz collectés ;
- les composants polluants comprennent du fluorure d'hydrogène gazeux ; le circuit primaire comprenant une première unité de traitement apte à capter une partie du fluorure d'hydrogène gazeux par absorption des fumées et gaz sur de l'alumine fraiche ; et le circuit secondaire comprenant une seconde unité de traitement apte à capter une partie du fluorure d'hydrogène gazeux des fumées et gaz par absorption des fumées et gaz sur de l'alumine partiellement fluorée ; - l'alumine partiellement fluorée provenant de la seconde unité de traitement est injectée dans la première unité de traitement ;
- les composants polluants comprennent du dioxyde de soufre ; et le circuit primaire comportant un laveur apte à éliminer une partie du dioxyde de soufre par absorption et réaction chimique, les fumées et gaz étant propres à traverser le laveur avant de traverser l'unité de cap tation ;
- le circuit primaire comprend un dispositif de collecte apte à collecter au moins une partie des fumées et gaz produits par la cuve d'électrolyse ; la cuve d'électrolyse comprenant un bain d'électrolyte fondu recouvert d'une croûte, et au moins un piqueur- doseur propre à percer la croûte; et le dispositif de collecte étant propre à collecter les fumées et gaz dégagés par une ouverture percée dans la croûte par ledit piqueur doseur ;
- le système de traitement comporte une première boucle d'échange thermique parcourue par un fluide caloporteur ; la première boucle d'échange thermique comprenant un premier échangeur de chaleur traversé par les fumées et gaz collectés par le circuit primaire, et une unité de récupération propre à récupérer la chaleur du fluide caloporteur ; les fumées et gaz étant propres à traverser le premier échangeur de chaleur (42) avant de traverser l'unité de captation ;
- le circuit secondaire comprend un dispositif de récupération des fumées et gaz produits par la cuve d'électrolyse, la cuve d'électrolyse étant coiffée d'un capot, le dispositif de récupération étant un système d'aspiration propre à aspirer les fumées et gaz situés sous le capot ;
- la première boucle d'échange thermique comprend un deuxième échangeur de chaleur traversé par les fumées et gaz collectés par le circuit secondaire, l'unité de récupération étant propre à récupérer la chaleur du fluide caloporteur à partir de la chaleur récupérée par le fluide caloporteur ayant traversé le premier et le deuxième échangeurs de chaleur ;
- la première boucle d'échange thermique comporte un troisième échangeur de chaleur, le système de traitement comportant une seconde boucle d'échange thermique parcourue par un fluide caloporteur intermédiaire, la seconde boucle d'échange thermique étant conformée pour que le fluide caloporteur intermédiaire traverse le troisième échangeur et les parois de la cuve d'électrolyse, l'unité de récupération étant propre à récupérer la chaleur du fluide caloporteur à partir de la chaleur récupérée par le fluide caloporteur ayant traversé au moins le deuxième et le troisième échangeurs de chaleur.
Enfin, l'invention a également pour objet un procédé de traitement des fumées et gaz produits par au moins une cuve d'électrolyse ignée lors de la fabrication d'aluminium ; le procédé étant réalisé par un système de traitement ; les fumées et gaz comportant des composants polluants, et notamment du dioxyde de carbone ; le procédé comportant: a) une première étape de collecte des fumées et gaz produits par la cuve d'électrolyse par un circuit primaire de collecte ; les fumées et gaz comportant au moins 6% de dioxyde de carbone, et b) une seconde étape de collecte des fumées et gaz produits par la cuve d'électrolyse par un circuit secondaire de collecte ; les fumées et gaz comportant une concentration en composants polluants moins élevée que les fumées et gaz collectés par le circuit primaire.
Suivant des modes particuliers de réalisation, le procédé comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- une étape de captation d'au moins une partie des composants polluants par une unité de captation appartenant au circuit primaire ;
- les composants polluants comprennent du fluorure d'hydrogène gazeux ; et le procédé comporte :
- une première étape de captation d'une partie du fluorure d'hydrogène gazeux des fumées et gaz collectés par le circuit primaire par adsorption des fumées et gaz sur de l'alumine fraiche pour générer de l'alumine partiellement fluorée ;
- une seconde étape de captation d'une partie du fluorure d'hydrogène gazeux des fumées et gaz collectés par le circuit secondaire par adsorption sur de l'alumine partiellement fluorée générée par la première étape de captation ;
- les fumées et gaz produits par la cuve d'électrolyse comportent du dioxyde de soufre ; le procédé comportant une étape de captation d'une partie du dioxyde de soufre par adsorption par un laveur appartenant au circuit primaire, et réaction chimique ; les fumées et gaz étant propres à traverser le laveur avant de traverser l'unité de captation ;
- le système de traitement comprend une cuve d'électrolyse comportant un bain d'électrolyte recouvert d'une croûte, et au moins un piqueur-doseur propre à percer la croûte; et la première étape de collecte étant une étape de collecte des fumées et gaz dégagés par une ouverture percée dans la croûte par ledit piqueur-doseur ;
- le procédé comporte une étape de refroidissement des fumées et gaz collectés par le circuit primaire par leur passage au travers d'un premier échangeur de chaleur ;
- le système de traitement comporte une première boucle d'échange thermique parcourue par un fluide caloporteur, la première boucle d'échange thermique comprenant le premier échangeur de chaleur et une unité de récupération propre à récupérer la chaleur du fluide caloporteur ; et le procédé comportant une étape de récupération de la chaleur du fluide caloporteur ayant traversé le premier échangeur de chaleur ; - la première boucle d'échange thermique comprend un deuxième échangeur de chaleur traversé par les fumées et gaz collectés par le circuit secondaire, et le procédé comprenant une étape de refroidissement des fumées et gaz collectés par le circuit secondaire, par leur passage au travers du deuxième échangeur de chaleur ;
- la première boucle d'échange thermique comporte un troisième échangeur de chaleur ; le système de traitement comportant une seconde boucle d'échange thermique parcourue par un fluide caloporteur intermédiaire, la seconde boucle d'échange thermique étant conformée pour que le fluide caloporteur intermédiaire traverse le troisième échangeur et les parois de la cuve d'électrolyse, le procédé comportant une étape de récupération de la chaleur du fluide caloporteur ayant traversé le troisième échangeur de chaleur.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en se référant aux dessins sur lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique en coupe d'une cuve d'électrolyse et d'un système de traitement selon un premier mode de réalisation de l'invention ; la figure 2 est un diagramme illustrant les étapes du procédé de traitement selon le premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 3 est une vue schématique en coupe d'une cuve d'électrolyse et d'un système de traitement selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ; et la figure 4 est un diagramme illustrant les étapes du procédé de traitement selon le deuxième mode de réalisation de l'invention.
Les éléments identiques ou analogues des premier et deuxième modes de réalisation du système de traitement sont désignés ci-après par les mêmes références et ne sont décrits qu'une seule fois.
En référence à la figure 1, une cuve d'électrolyse ignée 2 comprend un caisson 4 parallépipédique ouvert à sa base supérieure et dont le fond porte des blocs carbonés constituant la cathode 6. Ce caisson 4 contient un bain d'électrolyte 8 constitué par de l'alumine dissoute dans de la cryolithe, porté à une température comprise entre 950° et 1 000° C. Dans ce bain 8, une ou plusieurs anodes 10 sont plongées. Lorsqu'un courant électrique est appliqué entre les anodes 10 et la cathode 6, l'alumine se décompose en aluminium 12 formant un bain métallique qui recouvre la cathode 6, et en oxygène qui réagit avec chaque anode 10 et en provoque la combustion progressive.
L'aluminium 12 est régulièrement retiré de la cuve d'électrolyse 2.
La partie supérieure du bain d'électrolyte 8 est solidifiée, constituant ainsi une croûte 14 qui recouvre le bain 8 et l'isole thermiquement.
La réaction à chaque anode 10 provoque une émission de fumées et de gaz 18, 29 qui migrent sur le dessus de la cuve comprenant des polluants tels que du dioxyde et du monoxyde de carbone, du dioxyde de soufre, du fluorure d'hydrogène gazeux (HF), des particules de carbone et d'alumine, des poussières et des composés fluorés.
La décomposition de l'alumine entraîne une diminution de sa teneur dans le bain d'électrolyte 8. Lorsque cette teneur tombe au dessous d'une valeur limite, une tige tubulaire mobile d'acier installée entre deux anodes 10, perce la croûte 14 et injecte de l'alumine dans le bain d'électrolyte 8. Cette tige, ci-après appelée piqueur-doseur 16, est manœuvrable selon un mouvement vertical à l'aide d'un vérin, de préférence pneumatique, pour percer la croûte 14.
La majorité des fumées et gaz 18 emprisonnés entre l'anode 10 et la croûte 14 s'échappent par le trou percé périodiquement dans la croûte 14 par le piqueur-doseur 16 pour se loger sous un capot 20 qui recouvre la face ouverte de la cuve d'électrolyse 2.
Une partie des fumées et du gaz s'échappe par les fissures et ouvertures qui existent dans la croûte 14.
Le système de traitement 40, selon un premier mode de réalisation de l'invention, comporte un circuit 24 de collecte des fumées et gaz produits par la cuve d'électrolyse 2, et une première boucle d'échange thermique 26. Le circuit de collecte 24 est appelé ci- après circuit secondaire de collecte pour des raisons qui apparaîtront ultérieurement.
Le circuit secondaire 24 comporte un dispositif de récupération 28 des fumées et gaz 29 agencé pour provoquer une dépression sous le capot 20 et aspirer les fumées et les gaz 29 situés entre celui-ci et la croûte 14, et l'unité 30 de traitement de ces fumées et gaz 29, ci-après appelée seconde unité de traitement pour des raisons qui apparaîtront ultérieurement. Le capot 20 n'est pas hermétique et de l'air extérieur est aspiré sous le capot 20 par les fuites du fait de la dépression. Cet air se mélange en quantité importante avec les fumées et gaz venant de la cuve. Dans la suite du texte nous ne distinguerons plus cet air des fumées et gaz et nous appellerons par les termes génériques fumées et gaz.
La seconde unité de traitement 30 est propre à filtrer les poussières contenues dans les fumées et gaz 29 collectés par le dispositif de récupération 28, et à éliminer la majeure partie de fluorure d'hydrogène gazeux par adsorption du fluorure d'hydrogène gazeux de ces fumées et gaz sur de l'alumine qui est ensuite séparée des fumées et gaz par filtrage.
La seconde unité de traitement 30 est adaptée pour traiter les fumées et gaz 29 selon un procédé sec connu sous le nom « DRY-SCRUBBER DS». Ce procédé permet une réduction de poussière supérieure à 98% par filtration et une réduction du fluorure d'hydrogène gazeux d'environ 99,8% par adsorption et filtration.
La quantité de fluorure d'hydrogène gazeux contenue dans les fumées et gaz 29 sortant de la seconde unité de traitement 30 est inférieure à 0,5 mg/Nm\ La quantité de poussière contenue dans les fumées et gaz 29 sortant de la seconde unité de traitement 30 est inférieure à 5 mg/Nm\
L'alumine fluorée générée par le traitement des fumées et gaz 29 par la seconde unité de traitement 30 est introduite dans la cuve d'électrolyse 2 à l'aide du piqueur- doseur 16.
Le circuit secondaire 24 comporte en outre un laveur 32 à eau de mer ou à solution basique propre à éliminer par absorption et réaction chimique le dioxyde de soufre (SO2) contenu dans les fumées et gaz 29 sortant de la seconde unité de traitement 30, et une cheminée 34 propre à évacuer les fumées et gaz épurés restants.
A la sortie du laveur 32, les fumées et gaz 29 comportent une quantité inférieure à 60 mg/Nm1 de dioxyde de soufre.
La boucle d'échange thermique 26, ci-après appelée première boucle thermique, comporte un échangeur de chaleur 36, ci-après appelée deuxième échangeur de chaleur 36 pour des raisons qui apparaîtront ultérieurement, et une unité 38 de récupération de la chaleur d'un fluide caloporteur. La première boucle thermique 26 est parcourue, d'une part, par le fluide caloporteur, et d'autre part, au niveau du deuxième échangeur 36, par les fumées et gaz 29 sortant du dispositif de récupération 28 avant que ceux-ci ne traversent la seconde unité de traitement 30.
Le fluide caloporteur chauffé par le deuxième échangeur de chaleur 36, est utilisé par exemple pour produire de l'électricité par un générateur à cycle ORC, c'est-à-dire un Cycle de Rankine Organique. Le fluide caloporteur est par exemple constitué par de l'eau, de l'huile ou d'un gaz inerte. Le deuxième échangeur de chaleur 36 est disposé à l'extérieur de la cuve d'électrolyse 2. Par exemple, il est disposé à une distance prédéfinie supérieure ou égale à un mètre de la cuve d'électrolyse pour éviter tout risque de contact entre le fluide caloporteur et la cuve d'électrolyse.
Le deuxième échangeur de chaleur 36 est propre à refroidir les fumées et gaz 29 du circuit secondaire 24 d'une température de 110 - 160° C à une température de 70 - 100° C.
Une conduite de dérivation 39 est installée sur la première boucle d'échange thermique 26 à chaque extrémité du deuxième échangeur de chaleur 36 pour permettre aux fumées et gaz 29 de court-circuiter le deuxième échangeur de chaleur 36, lorsque celui-ci est encrassé et qu'il doit être nettoyé ou remplacé ou rénové.
Les fumées et gaz 29 collectés par le dispositif de récupération 28 du circuit secondaire 24 sont aspirés à un débit de 70000 à 100000 Nm /tonne d'Aluminium produit. Ils comportent 100-800 mg/Nm1 de poussière, 30-100 mg/Nm1 de fluorure d'hydrogène gazeux, 20-100 mg/Nm3 de dioxyde de soufre, 2-4 g/Nm1 de dioxyde de carbone et 0,1 - 0,3 g/Nm3 de monoxyde de carbone. Les fumées et gaz collectés par le circuit secondaire 24 sont référencés ci-après par la référence 29.
Ces fumées et gaz 29 collectés par le circuit secondaire présentent une température d'environ 110 - 160° C avant de traverser le deuxième échangeur de chaleur 36, et une température d'environ 70 - 100° C à la sortie du deuxième échangeur de chaleur 36.
La première boucle 26 d'échange thermique comporte en outre un premier échangeur de chaleur 42 disposé à l'extérieur et à une distance d'au moins un mètre de la cuve d'électrolyse.
Le premier échangeur de chaleur 42 est disposé en aval du deuxième échangeur de chaleur 36, c'est-à-dire que le fluide caloporteur traverse tout d'abord, le deuxième échangeur de chaleur 36 puis, le premier échangeur de chaleur 42 avant de rejoindre l'unité de récupération 38. Le système de traitement 40 comporte, de plus, un circuit primaire 44 de collecte d'une partie des fumées et gaz 18 produits par la cuve d'électrolyse 2.
Ce circuit primaire 44 comporte un dispositif de collecte 46, ci-après appelé « hotte locale » 46 directement enchâssée dans la croûte 14 qui recueille les fumées et gaz 18, aussi appelés gaz anodique, s 'échappant par le trou percé par le piqueur-doseur 16. La hotte locale 46 est propre à collecter des fumées et gaz comportant au moins 6 % de dioxyde de carbone. Les fumées et gaz collectés par le dispositif de collecte 46 sont référencés ci-après par la référence 18.
La hotte locale 46 loge le piqueur-doseur 16. La hotte locale 46 est reliée à un tube collecteur de gaz 48.
Une ouverture 50 pratiquée dans la hotte locale 46 permet d'aspirer des fumées et gaz 29 collectés par le circuit secondaire situés sous le capot 20 pour abaisser la température des fumées et gaz 18 aspirés par la hotte locale 46. L'ouverture 50 dans la hotte locale peut être réglée de façon à changer le rapport fumées et gaz collectés par le circuit primaire / fumées et gaz collectés par le circuit secondaire pour agir sur le rendement de captation de gaz anodique et la température résultante du mélange.
En pratique, 4 à 6 hottes locales 46 peuvent être installées dans une cuve d'électrolyse 2 de 300 à 400 kA pour assurer une bonne répartition de l'aspiration et capter le maximum de fumées et gaz 18.
75 à 85% environ des fumées et gaz 18 produits sous la croûte 14 dans la cuve d'électrolyse 2 sont aspirés par la hotte locale 46. Le reste des fumées et gaz 29 s'échappe par les fissures et les ouvertures existantes dans la croûte et est aspiré par le dispositif de récupération 28.
Les conduites entre le premier échangeur de chaleur 42 et chaque hotte locale 46 peuvent être calorifugées pour éviter les pertes énergétiques qui seraient importantes compte tenu du faible diamètre des tuyauteries. Les fumées et gaz anodique 18 aspirés par chaque hotte locale 46 contiennent 1,2 - 8 g/Nrrf de fluorure d'hydrogène gazeux , 1-8 g/Nrrf de dioxyde de soufre, 110-280 g/Nrrf de dioxyde de carbone et 10-26 g/Nm1 de monoxyde de carbone.
Ils présentent une température de l'ordre de 200-350° C avant leur passage dans le premier échangeur de chaleur 42, et une température d'environ 70-100° C après leur passage dans le premier échangeur de chaleur 42.
Le circuit primaire 44 comporte en outre une unité de traitement 52, dite première unité de traitement 52, un laveur 53 et une unité de captation 54 reliée à la cheminée 34.
La première unité de traitement 52 est similaire à la seconde unité de traitement 30, située dans le circuit secondaire 24. Elle est apte à éliminer la majeure partie du fluorure d'hydrogène gazeux des fumées et gaz 18 collectés par la hotte locale 46 par adsorption et filtrage.
Selon ce mode de réalisation, la première unité de traitement 52 utilise de l'alumine partiellement fluorée obtenue par le traitement des fumées et gaz 29 collectés par le circuit secondaire 24 par la seconde unité de traitement 30. Puis, l'alumine fluorée générée par la première unité de traitement 52 est introduite dans la cuve d'électrolyse 2 par le piqueur-doseur 16.
En sortant de la première unité de traitement 52, les fumées et gaz 18 collectés par les hottes locales 46 comportent une valeur de l'ordre de lmg/Nm3 de fluorure d'hydrogène gazeux.
Le laveur 53 est similaire au laveur 32. A la sortie du laveur 53, les fumées et gaz 18 collectés par les hottes locales 46 comportent une valeur inférieure à 30 mg/Nm1 de dioxyde de soufre. Ils présentent une température d'environ 30-40°C.
L'unité de captation 54 est destinée à capter le dioxyde de carbone par absorption par une solution d'ammoniaque ou par des aminés ou autres techniques équivalentes. Comme la concentration en dioxyde de carbone des fumées et gaz prélevées par les hottes locales 46 est supérieure à la concentration en dioxyde de carbone des fumées et gaz prélevés par d'autres dispositifs de récupération connus, et notamment par rapport à un dispositif de récupération 28 des fumées et gaz sous capot, la captation de dioxyde de carbone est facilitée.
Enfin, les fumées et gaz 18 traités par l'unité de captation 54 sont évacués par la cheminée 34.
En référence à la figure 2, le procédé de traitement, selon le premier mode de réalisation de l'invention, débute par une étape 100 de collecte des fumées et gaz 29 par le dispositif de récupération 28. Cette étape est appelée seconde étape de collecte.
Au cours d'une étape 102, les fumées et gaz 29 collectés par le circuit secondaire 24 sont transportés à l'extérieur et à distance de la cuve d'électrolyse 2. Le fluide caloporteur de la première boucle d'échange thermique 26 est réchauffé par le passage des fumées et gaz 29 au travers du deuxième échangeur de chaleur 36. Simultanément, les fumées et gaz 29 sont refroidis.
Ensuite, au cours d'une étape 104, dite première étape de collecte, les fumées et gaz
18 situés entre la croûte 14 et le bain d'électrolyte 8 sont collectés par le circuit primaire 44, via les hottes locales 46.
Au cours d'une étape 106, les fumées et gaz 18 collectés par les hottes locales 46 traversent le premier échangeur de chaleur 42 et réchauffent le fluide caloporteur préchauffé ayant déjà traversé le deuxième échangeur de chaleur 36. Simultanément, les fumées et gaz 18 sont refroidis.
Puis, au cours d'une étape 112, l'unité de récupération 38 récupère la chaleur du fluide caloporteur ayant traversé le premier 42 et le deuxième 36 échangeurs de chaleur.
Au cours d'une étape 114, dite première étape de captation, la seconde unité de traitement 30 traite les fumées et gaz 29 collectés par le dispositif de récupération 28 par filtrage des poussières et élimination de la majeure partie du fluorure d'hydrogène gazeux. Puis, l'alumine fluorée générée par la seconde unité de traitement 30 est amenée à la première unité de traitement 52.
Au cours d'une étape 115, dite seconde étape de captation, le fluorure d'hydrogène gazeux des fumées et gaz collectés par les hottes locales 46 est traitée par la première unité de traitement 52. Ce traitement est similaire au traitement réalisé par la seconde unité de traitement 30 à l'exception du fait que l'alumine partiellement fluorée générée par le traitement des fumées et gaz du circuit secondaire 24, est utilisée pour adsorber le fluorure d'hydrogène gazeux des fumées et gaz du circuit primaire 44.
Puis, l'alumine fluorée est introduite dans le bain d'électrolyte par le piqueur- doseur.
Avantageusement, l'alumine fraîche est utilisée pour adsorber le fluorure d'hydrogène gazeux des fumées et gaz contenant le moins de polluants, c'est-à-dire les fumées et gaz collectés par le circuit secondaire 24, puis est réutilisée pour adsorber le fluorure d'hydrogène gazeux des fumées et gaz contenant une concentration plus élevée de polluants, c'est-à-dire les fumées et gaz collectés par le circuit primaire 44.
En variante, un mélange, éventuellement en proportions variables, d'alumine fraîche et d'alumine partiellement fluorée peut être utilisé dans le circuit primaire.
Au cours d'une étape 116, une partie du dioxyde de soufre contenu dans les fumées et gaz 29 collectés par le dispositif de récupération 28 est éliminée par absorption et réaction chimique, par le laveur 32.
Au cours d'une étape 117, la majeure partie du dioxyde de soufre contenu dans les fumées et gaz 18 collectés par les hottes locales 46 est éliminée par un laveur 53.
Au cours d'une étape 118, l'unité de captation 54 élimine par absorption ou par d'autres techniques (adsorption, filtration membranaire,..) une partie du dioxyde de carbone des fumées et gaz 18 provenant du laveur 53. Enfin, au cours d'une étape 120, les fumées et gaz 29 sortant du laveur 32 et les fumées et gaz 18 sortant de l'unité de captation 54 sont évacués par la cheminée 34.
En variante, le circuit secondaire 24 ne comporte pas de laveur 32. Dans ce cas, l'étape 116 n'est pas réalisée. Les fumées et gaz sortant de l'unité de traitement 30 sont directement évacués par la cheminée 34.
Une conduite de dérivation 39 est montée de part et d'autre du premier échangeur de chaleur 42 pour permettre de le court-circuiter, par exemple, lors du nettoyage de cet échangeur de chaleur. En variante, une conduite de dérivation 39 est également montée de part et d'autre du deuxième échangeur de chaleur 36.
Ainsi, avantageusement, les systèmes de traitement peuvent continuer à récupérer de l'énergie à plus faible rendement, lors du nettoyage d'un échangeur de chaleur.
En variante, l'unité de récupération 38 est un système permettant d'utiliser la chaleur du fluide caloporteur pour produire du froid ou de la chaleur.
Le système de traitement 56 selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, représenté sur la figure 3, comporte un circuit primaire 44 et un circuit secondaire 24 identiques aux circuits primaire 44 et secondaire 24 du système de traitement 40 selon le premier mode de réalisation de l'invention.
Le système de traitement 56 comprend en outre une première 26 et une seconde 62 boucles d'échange thermique.
La première boucle d'échange thermique 26 est similaire à la première boucle d'échange thermique 26 du système de traitement 40 du premier mode de réalisation de l'invention à l'exception de l'existence d'un troisième échangeur de chaleur 60, également à l'extérieur de la cuve 2.
Dans la première boucle d'échange thermique 26, le troisième échangeur de chaleur 60 est disposé en aval du premier échangeur de chaleur 42, c'est-à-dire que le fluide caloporteur traverse tout d'abord, le deuxième échangeur de chaleur 36 puis, le premier échangeur de chaleur 42 et, enfin, le troisième échangeur de chaleur 60 avant de rejoindre l'unité de récupération 38.
La température du fluide caloporteur de la première boucle 26 est d'environ 80-
1000C à l'entrée du deuxième échangeur de chaleur 36, d'environ 100°- 1200C à l'entrée du premier échangeur de chaleur 42, d'environ 150°- 2500C à l'entrée du troisième échangeur de chaleur 60, et enfin d'environ 200°- 4000C à la sortie de celui-ci.
La seconde boucle d'échange thermique 62 comporte une conduite parcourue par un fluide caloporteur intermédiaire. La conduite traverse au moins une paroi 64 latérale de la cuve d'électrolyse 2, puis le troisième échangeur de chaleur 60.
Le fluide caloporteur intermédiaire comprend, par exemple, de l'hélium, de l'air ou un autre gaz inerte vis-à-vis de l'aluminium liquide.
Le fluide caloporteur intermédiaire récupère la chaleur des parois 64 de la cuve, et la délivre au troisième échangeur 60. Avant d'entrer dans le troisième échangeur 60, la température du fluide caloporteur intermédiaire est comprise entre 250-6000C.
En référence à la figure 4, le procédé de traitement selon le deuxième mode de réalisation de l'invention est identique au procédé de traitement selon le premier mode de réalisation, à l'exception du fait qu'il comporte entre les étapes 106 et 112, une étape 108 et une étape 110.
Au cours de l'étape 108, le fluide caloporteur intermédiaire de la seconde boucle d'échange thermique 62, traverse la ou les parois 64 de la cuve d'électrolyse et est ainsi réchauffé.
Au cours de l'étape 110, le fluide caloporteur intermédiaire traverse le troisième échangeur de chaleur 60 et réchauffe ainsi le fluide caloporteur de la première boucle d'échange thermique 26 déjà préchauffé dans le premier échangeur 42 et le deuxième échangeur 36. Au cours de l'étape 112, l'unité de récupération 38 génère de l'électricité à partir de la chaleur récupérée par le fluide caloporteur ayant traversé le premier 42, le deuxième 36, et le troisième 60 échangeurs de chaleur.
En variante, le laveur 32 est supprimé.
Comme les échangeurs de chaleur 36, 42 et 60 sont à l'extérieur de la cuve, ils sont facilement nettoyables et leur remplacement est facilité.
Comme les échangeurs de chaleurs 36 et 42 sont traversés par des fumées, ils peuvent s'encrasser et doivent pouvoir être nettoyés facilement.
Comme les échangeurs de chaleur 36, 42 et 60 sont à l'extérieur de la cuve, le risque d'attaque par l'aluminium est évité et les changements d'anode 10 ne sont pas gênés.
Avantageusement, les systèmes de traitement 40, 56 des premier et deuxième modes de réalisation de l'invention comprend deux circuits 24, 44 de collecte des fumées et gaz différents présentant des pourcentages de polluants différents et des températures différentes. Chaque circuit 24, 44 de collecte des fumées et gaz est adapté aux taux de polluants dans ceux-ci.
Avantageusement, les système de traitement 40, 56 des premier et deuxième modes de réalisation permettent d'augmenter le rendement de la première boucle d'échange thermique 26 par le passage des fumées et gaz à température moyenne dans un deuxième échangeur 36, puis le passage des fumées et gaz à plus haute température dans un premier échangeur de chaleur 42, et éventuellement dans un troisième échangeur de chaleur 60 à température encore plus élevée.
Avantageusement, le système de traitement 56 selon le deuxième mode de réalisation de l'invention comporte deux boucles d'échange thermiques 26, 62 aptes à récupérer l'énergie, l'une, des parois 64 de la cuve d'électrolyse, l'autre, l'énergie des deux circuits 24, 44 de collecte des fumées et gaz.

Claims

REVENDICATIONS
1.- Système (40 ; 56) de traitement des fumées et gaz (18, 29) produits par au moins une cuve d'électrolyse ignée (2) lors de la fabrication d'aluminium, les fumées et gaz (18, 29) comportant des composants polluants et notamment du dioxyde de carbone, caractérisé en ce qu'il comprend :
- un circuit primaire (44) de collecte et de traitement des fumées et gaz comportant au moins 6% de dioxyde de carbone, et - un circuit secondaire (24) de collecte et de traitement des fumées et gaz comportant une concentration en composants polluants moins élevée que les fumées et gaz (18, 29) collectés par le circuit primaire (44).
2.- Système de traitement (40 ; 56) des fumées et gaz selon la revendication 1, dans lequel le circuit primaire (44) comprend une unité de captation (54) apte à capter au moins une partie du dioxyde de carbone contenue dans les fumées et gaz (18, 29) collectés.
3.- Système de traitement (40 ; 56) des fumées et gaz selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel les composants polluants comprennent du fluorure d'hydrogène gazeux ; et dans lequel le circuit primaire (44) comprend une première unité de traitement (52) apte à capter une partie du fluorure d'hydrogène gazeux par absorption des fumées et gaz sur de l'alumine fraiche ; et dans lequel le circuit secondaire (24) comprend une seconde unité de traitement (30) apte à capter une partie du fluorure d'hydrogène gazeux des fumées et gaz (18, 29) par absorption des fumées et gaz sur de l'alumine partiellement fluorée.
4.- Système de traitement (40 ; 56) des fumées et gaz selon la revendication 3, dans lequel l'alumine partiellement fluorée provenant de la seconde unité de traitement (30) est injectée dans la première unité de traitement (52).
5.- Système de traitement (40 ; 56) selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel les composants polluants comprennent du dioxyde de soufre ; et dans lequel le circuit primaire (44) comporte un laveur (53) apte à éliminer une partie du dioxyde de soufre par absorption et réaction chimique, les fumées et gaz (18, 29) étant propres à traverser le laveur (53) avant de traverser l'unité de captation (54).
6.- Système de traitement (40 ; 56) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le circuit primaire (44) comprend un dispositif de collecte (46) apte à collecter au moins une partie des fumées et gaz produits par la cuve d'électrolyse (2) ; et dans lequel la cuve d'électrolyse (2) comprend un bain d'électrolyte (8) fondu recouvert d'une croûte (14), et au moins un piqueur-doseur (16) propre à percer la croûte (14) ; et dans lequel le dispositif de collecte (46) est propre à collecter les fumées et gaz (18, 29) dégagés par une ouverture percée dans la croûte (14) par ledit piqueur- doseur (16).
7.- Système de traitement (40 ; 56) selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, qui comporte une première boucle d'échange thermique (26) parcourue par un fluide caloporteur ; la première boucle d'échange thermique (26) comprenant un premier échangeur de chaleur (42) traversé par les fumées et gaz (18, 29) collectés par le circuit primaire (44), et une unité de récupération (38) propre à récupérer la chaleur du fluide caloporteur ; les fumées et gaz (18, 29) étant propres à traverser le premier échangeur de chaleur (42) avant de traverser l'unité de captation (54).
8.- Système de traitement (40 ; 56) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le circuit secondaire (24) comprend un dispositif de récupération (28) des fumées et gaz (18, 29) produits par la cuve d'électrolyse (2), la cuve d'électrolyse (2) étant coiffée d'un capot (20), et dans lequel le dispositif de récupération (28) est un système d'aspiration propre à aspirer les fumées et gaz (18, 29) situés sous le capot (20).
9.- Système de traitement (40 ; 56) selon l'une quelconque des revendications 7 et 8, dans lequel la première boucle d'échange thermique (26) comprend un deuxième échangeur de chaleur (36) traversé par les fumées et gaz (18, 29) collectés par le circuit secondaire (20), l'unité de récupération (38) étant propre à récupérer la chaleur du fluide caloporteur à partir de la chaleur récupérée par le fluide caloporteur ayant traversé le premier (42) et le deuxième (36) échangeurs de chaleur.
10.- Système de traitement (40 ; 56) selon la revendication 9, dans lequel la première boucle d'échange thermique (26) comporte un troisième échangeur de chaleur (60), et dans lequel le système de traitement (40 ; 56) comporte une seconde boucle d'échange thermique (62) parcourue par un fluide caloporteur intermédiaire, la seconde boucle d'échange thermique (62) étant conformée pour que le fluide caloporteur intermédiaire traverse le troisième échangeur (60) et les parois (64) de la cuve d'électrolyse (2), l'unité de récupération (38) étant propre à récupérer la chaleur du fluide caloporteur à partir de la chaleur récupérée par le fluide caloporteur ayant traversé au moins le deuxième (36) et le troisième (60) échangeurs de chaleur.
11.- Procédé de traitement des fumées et gaz (18, 29) produits par au moins une cuve d'électrolyse (2) ignée lors de la fabrication d'aluminium ; le procédé étant réalisé par un système de traitement (40 ; 56) ; les fumées et gaz (18, 29) comportant des composants polluants, et notamment du dioxyde de carbone ; caractérisé en ce que le procédé comportant: a) une première étape de collecte (104) des fumées et gaz (18, 29) produits par la cuve d'électrolyse (2) par un circuit primaire (44) de collecte ; les fumées et gaz (18, 29) comportant au moins 6% de dioxyde de carbone, et b) une seconde étape de collecte (100) des fumées et gaz (18, 29) produits par la cuve d'électrolyse (2) par un circuit secondaire (24) de collecte ; les fumées et gaz (18, 29) comportant une concentration en composants polluants moins élevée que les fumées et gaz (18, 29) collectés par le circuit primaire (44).
12.- Procédé de traitement selon la revendication 11, qui comporte une étape de captation (118) d'au moins une partie des composants polluants par une unité de captation (54) appartenant au circuit primaire (44).
13.- Procédé de traitement selon l'une quelconque des revendications 11 et 12, dans lequel les composants polluants comprennent du fluorure d'hydrogène gazeux ; et dans lequel le procédé comporte : - une première étape de captation (114) d'une partie du fluorure d'hydrogène gazeux des fumées et gaz (18, 29) collectés par le circuit primaire (44) par adsorption des fumées et gaz (18, 29) sur de l'alumine fraiche pour générer de l'alumine partiellement fluorée ; - une seconde étape de captation (115) d'une partie du fluorure d'hydrogène gazeux des fumées et gaz (18, 29) collectés par le circuit secondaire (24) par adsorption sur de l'alumine partiellement fluorée générée par la première étape de captation (114).
14.- Procédé de traitement selon la revendication 11 à 13, dans lequel les fumées et gaz (18, 29) produits par la cuve d'électrolyse (2) comportent du dioxyde de soufre ; et dans lequel le procédé comporte une étape de captation (117) d'une partie du dioxyde de soufre par adsorption par un laveur (53) appartenant au circuit primaire (44), et réaction chimique ; les fumées et gaz (18, 29) étant propres à traverser le laveur (53) avant de traverser l'unité de captation (54).
15.- Procédé de traitement selon l'une quelconque des revendications 11 à 14, dans lequel le système de traitement (40 ; 56) comprend une cuve d'électrolyse (2) comportant un bain d'électrolyte (8) recouvert d'une croûte (14), et au moins un piqueur- doseur (16) propre à percer la croûte (14) ; et dans lequel la première étape de collecte (104) est une étape de collecte des fumées et gaz (18, 29) dégagés par une ouverture percée dans la croûte (14) par ledit piqueur- doseur (16).
16.- Procédé de traitement selon l'une quelconque des revendications 11 à 15, qui comporte une étape de refroidissement (106) des fumées et gaz (18, 29) collectés par le circuit primaire (44) par leur passage au travers d'un premier échangeur de chaleur (42).
17.- Procédé de traitement selon la revendication 15, dans lequel le système de traitement (40 ; 56) comporte une première boucle d'échange thermique (26) parcourue par un fluide caloporteur, la première boucle d'échange thermique (26) comprenant le premier échangeur de chaleur (42) et une unité de récupération (38) propre à récupérer la chaleur du fluide caloporteur ; et dans lequel le procédé comporte une étape (112) de récupération de la chaleur du fluide caloporteur ayant traversé le premier échangeur de chaleur (42).
18.- Procédé de traitement selon la revendication 17, dans lequel la première boucle d'échange thermique (26) comprend un deuxième échangeur de chaleur (36) traversé par les fumées et gaz (18, 29) collectés par le circuit secondaire (24), et dans lequel le procédé comprend une étape de refroidissement (102) des fumées et gaz (18, 29) collectés par le circuit secondaire (24), par leur passage au travers du deuxième échangeur de chaleur (36).
19.- Procédé de traitement selon la revendication 18, dans lequel la première boucle d'échange thermique (26) comporte un troisième échangeur de chaleur (60), dans lequel le système de traitement (56) comporte une seconde boucle d'échange thermique (62) parcourue par un fluide caloporteur intermédiaire, la seconde boucle d'échange thermique (62) étant conformée pour que le fluide caloporteur intermédiaire traverse le troisième échangeur (60) et les parois (64) de la cuve d'électrolyse (2), et dans lequel le procédé comporte une étape de récupération (112) de la chaleur du fluide caloporteur ayant traversé le troisième échangeur de chaleur (60).
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