NO20110421A1 - Anordning for oppsamling av varm gass fra en elektrolyseprosess, og en fremgangsmate for gassoppsamling med nevnte anordning - Google Patents

Abstract

En elektrolysecelle der det produseres metaller må tilsettes en nøyaktig mengde råstoff (som alumina), og som en virkning av reaksjonen som skjer i cellen, må man trekke ut produktet (som aluminium) og fjerne eventuelle avfallsprodukter (som HF og CO2). For å avkjøle cellen hensiktsmessig og sikre oppsamling av alle avgassene fra cellen, som ikke er gasstett, suges det normalt inn omtrent 100-150 ganger mer luft fra omgivelsene enn gassvolumet som produseres av cellen. Den foreliggende oppfinnelsen dreier seg om prinsippene om hvordan man kan trekke ut mer CO2-konsentrerte avgasser fra cellen enn det som er standard fremgangsmåte i aluminiumsindustrien i dag, ved benyttelse av anordninger for distribuert celle avsug (DPS). I en utførelse kan en slik DPS være integrert med en mater omfattende et brekker spett for mating av råmateriale til cellen. Varmeenergi kan ekstraheres fra de varme avgassene.

Description

Den foreliggende oppfinnelse dreier seg om en fremgangsmåte og en innretning for oppsamling av gasser i en elektrolysecelle, spesielt en celle for aluminiumsproduksjon.

I alle moderne elektrolyseceller for aluminiumsproduksjon med forhåndsbrente anoder har overbygningen over cellen flere individuelle punktmatere som er forbundet med cellens overbygning. Gassoppsamlingssystemet har flere innsugingspunkter langs prosessgasskanalen, som befinner seg øverst i overbygningen, men i form av et separat system inntil aluminamatesystemet. Siden minst én anode normalt må byttes ut hver dag, har moderne celler utstyrt med forhåndsbrente anoder en overbygning med flere deksler som dekker området mellom katoden og gassoppsamlingsringen som befinner seg like nedenfor anodebjelken, for å hindre at avgassene slipper ut i elektrolysehallen. For å unngå denne forurensningen er det normalt nødvendig med undertrykk (subatmosfærisk) inne i cellens overbygning, og gjennom disse åpningene suges det inn store mengder luft til gassavsugingssystemet sammen med avgassene for videre behandling, i dag fluoridgjenvinning og i noen tilfeller fjerning av svovel (rensing).

Lufta som trekkes inn i overbygningen gir også luftkjøling for den øvre delen av cellen med det utstyret som er installert der (pneumatisk, elektrisk og elektronisk utstyr). Under anodebyttingen må noen av dekslene åpnes. For å hindre at avgassene slipper ut i elektrolysehallen og beskytte operatørene mot gassene, kan det oppnås effektiv avgassoppsamling under denne operasjonen ved å øke sugevolumet vesentlig idet cellen settes i vedlikeholdssuging (Pot Tending Suction mode, PTS), for eksempel med en separat sugestreng. Ved hjelp av en ventil kan gassinnsugingen slås over fra normal til PTS, og det økte sugevolumet gjør det mulig å håndtere anodebyttingen med flere deksler åpne på cellen uten at det slipper ut avgasser i elektrolysehallen, d.v.s. at man opprettholder undertrykket inne i overbygningen til cellen.

Elektrolyseceller ble tilført alumina for mer enn et århundre siden ved å brekke opp den øvre skorpen av alumina manuelt og føre aluminapulver inn i cellen. Skorpebrytingen ble siden gjort med et skorpebrytende hjul, deretter en skorpebrytende bjelke og endelig en elektronisk styrt skorpebryter som installeres på stort sett alle nybygde smelteanlegg. Punktmating regnes derfor som teknikkens stilling.

Aluminiumsproduksjon gir også avgasser, hovedsakelig C02med spor av CO, men også vesentlige mengder HF og S02. Slike avgasser unnslipper elektrolyseprosessen gjennom et lag av strørknet kruste beliggende over elektrolytten, gjennom matehull men også gjennom selve krusten. I moderne smelteverk fjernes mesteparten av HF og S02før avgassene slippes ut i atmosfæren, men ikke C02. For å fjerne alle avgassene som frigjøres fra cellen og gi cellen hensiktsmessig kjøling, innebærer den vanlige utformingen for avsugingen flere avsugingspunkter langs hovedgasskanalene som befinner seg omtrent en meter fra den øvre skorpen. Disse avsugingspunktene suger inn mye falsk luft fra åpninger og skjøter i cellens overbygning der det innenfor de øvre dekslene opprettholdes et negativt trykk for å sikre at man fanger opp alle avgassene som frigjøres fra cellen. Gassen som samles opp har en temperatur som er behagelig kald for overbygningen (100-150 °C), og avgassene fortynnes kraftig av den falske luften.

Inntil nylig har det ikke vært fokusert så mye på C02-vasking siden gassen er del av en naturlig syklus, men våre dagers søkelys på virkningene av C02 på klimaet har endret dette. Konstruksjonsbegrensningen for moderne elektrolyseceller når det gjelder å oppfange og skille ut C02er den lave konsentrasjonen av C02i prosessgassen, typisk under 1 %. Det er både vanskelig og dyrt å fjerne lave konsentrasjoner av C02, og derfor er det ikke funnet noe publisert om dette i den offentlige litteraturen. Kostnaden ved utskilling av C02synker generelt med økende C02-konsentrasjon i avgassene.

Den foreliggende oppfinnelsen relateres generelt sett til gassoppsamling, fortrinnsvis med en aluminamater integrert. Oppfinnelsen dreier seg om en fremgangsmåte for å samle opp konsentrert prosessgass for videre behandling. I tillegg gjør denne innretningen det mulig å samle opp prosessgass med temperatur som er hevet tilstrekkelig til at det kan utvinnes varme av den, slik som avgass som kan ha en temperatur over 100 °C, fortrinnsvis over 150

°C.

I WO 2006/009459 beskrives det en fremgangsmåte og utstyr for varmeutvinning fra avgasser fra et prosessanlegg, for eksempel prosessgass fra et elektrolyseanlegg for aluminiumsproduksjon. Denne typen teknologi kan med fordel kombineres med den foreliggende oppfinnelsen.

Forskjellige industriprosesser produserer gasser som kan forurenses av partikler, støv og andre stoffer som kan føre til tilgroing i energiutvinningsutstyret. Slik tilgroing vil innebære redusert effektivitet og kan kreve utstrakt vedlikehold, for eksempel rensing av flatene som er utsatt for gasstrømmen. Før den renses kan prosessgassen inneholde støv og/eller partikler som vil danne avleiringer i varmeutvinningsutstyret og dermed redusere effektiviteten ved varmeutvinningen til et uønsket lavt nivå. Derfor blir energiutvinningsenheter normalt plassert nedstrøms for et gassrenseanlegg, etter gassrensingen.

Med hensyn til å optimalisere energiutvinningen er det av interesse å plassere utvinnings-enhetene så nær industriprosessen som mulig, der energiinnholdet i prosessgassen er på sitt høyeste. Dette innebærer at energiutvinningsenhetene må plasseres oppstrøms for gassrenseanlegget, fordi slike anlegg lokaliseres forholdsvis langt fra industriprosessen. For eksempel inneholder prosessgass fra en aluminiumselektrolysereduksjonscelle store mengde energi ved forholdsvis lav temperatur. Denne energien utnyttes i dag bare i liten grad, men den kan brukes til oppvarming, prosessformål og kraftproduksjon hvis det etableres teknisk og økonomisk akseptable løsninger for varmeutvinning. Hvilken temperatur man oppnår i det oppvarmede fluidet er avgjørende for verdien og nytten av varmeenergien som utvinnes. Varmen bør derfor trekkes ut fra prosessgassen ved høyest mulig gasstemperatur.

Å avkjøle prosessgassen vil bidra til lavere trykkfall og hastighet for gasstrømmen, med lavere vifteeffekt som resultat. Den største reduksjonen i trykkfall oppnås ved å avkjøle prosessgassen så nær aluminiumscellene som mulig.

Energiinnholdet i prosessgassen kan utvinnes i en varmeveksler (varmeutvinningssystemer) der prosessgassen avgir varme (avkjøles) til et annet fluid som egner seg for det aktuelle formålet. I prinsippet kan varmeutvinningssystemet befinne seg: - oppstrøms for renseprosessen - slik at varmeutvinningssystemet må kjøres med en gass som inneholder partikler, - nedstrøms for renseprosessen - slik at forurensede komponenter og partikler i gassen er fjernet,

- i elektrolysecellen selv.

Siden renseprosessene som er tilgjengelige i dag fungerer mest optimalt ved lav temperatur, er energiutvinning i praksis relevant bare for alternativet med varmeutvinningssystemet oppstrøms for renseprosessen. Dette betyr i praksis at varmeutvinningssystemet må kunne fungere med varm, partikkelholdig gass.

Å avkjøle rågassen oppstrøms for viftene kombinert med varmeutvinning er en løsning som vil redusere både volumgjennomstrømmingen til prosessgassen og trykkfallet i kanalsystemet og gassrenseanlegget. Sugeeffekten kan dermed økes uten behov for å endre dimensjonene til kanalene eller gassrenseanlegget.

Varmen som utvinnes fra prosessgassen er tilgjengelig som prosessvarme for diverse oppvarmings- og bearbeidingsformål, for eksempel C02-utskilling.

Den foreliggende sugeanordning for gassoppsamling er i stand til å danne en effektiv oppsamling av avgass som produseres i cellen uten at alumina eller anodedekkemateriale (ACM) kommer inn i sugeanordningen. I kombinasjon med en punktmater gir dette et kompakt design.

US Patent 4, 770, 752 fra 1988 beskriver et system der gassoppsamlingskappen er brakt i kontakt med skorpen og samsvarer med et hull i skorpen. Formålet med denne oppfinnelsen er å samle opp avgassene fra cellen for å rense fluoridkomponenter med alumina og deretter returnere aluminaen og fluoridene til cellen igjen med en separat aluminamater. C02-vasking og varmeutvinning er ikke nevnt med unntak for en forhåndsvarming av aluminaen. Denne oppfinnelsen har en begrensning med hensyn til vedlikehold og mulige skader som oppstår under bytting av anodene, siden kappen befinner seg så nær anodene og skorpen. Det finnes ikke noen indikasjon på anlegg som utnyttet denne oppfinnelsen, noe som underbygger de nevnte ulempene.

JP Patent 57174483 fra 1981 beskriver en fremgangsmåte og innretning for kontinuerlig måling av strømeffektiviteten til en aluminiumselektrolysecelle. Formålet er å måle strømeffektiviteten raskt og kontinuerlig og kontrollere tilførselen av råstoffer ved å samle opp gassene som produseres fra cellen kontinuerlig, måle konsentrasjonene av C02og CO suksessivt, omdanne disse til elektriske signaler og mate inn signalene til en regulator. Oppsamlingsenheten er ikke fullt beskrevet, men ser ut til å være i kontakt med skorpen med de samme ulempene som ovenfor.

US Patent 4, 770, 752 fra 1988 beskriver et system der en kappe er brakt i kontakt med skorpen, og samsvarer med et hull som er lagd i skorpen. Formålet med denne oppfinnelsen er å samle opp avgassene fra cellen for en rensing av fluorkomponenter med alumina som er lokalisert nær cellen, og deretter føre aluminaen og de nevnte komponentene direkte tilbake til den samme cellen som de kommer fra.

US Patent 5, 968, 334 beskriver fjerning av minst én av gassene CF4og C2F6fra avgassene fra en elektrolysecelle ved hjelp av en membran.

Den foreliggende oppfinnelsen dreier seg om prinsippet om distribuert avsuging (Distributed Pot Suction, DPS), der man kan kombinere tilførsel av råstoffet alumina til cellen med samtidig utvinning av mer C02-konsentrerte avgasser fra et hull i den øvre skorpen i cellen enn det som er standard fremgangsmåte i aluminiumsindustrien i dag. Det skal forstås at avsuget også kan plasseres andre steder over krusten i cellen, hvis hensiktsmessig.

De fire totalvirkningene man får med hensyn til avgassene er:

1. Det tas ut et mindre totalvolum av gass fra cellen, med mulighet for å redusere den totale størrelsen på avgassbehandlinganleggene/avgassbehandlingssentrene (FTP/FTC) eller gassbehandlingsanleggene (GTC). 2. Som følge av punkt 1 vil den oppsamlede prosessgassen få høyere temperatur enn før og er derfor mer egnet for varmeutvinning. 3. Hvis det suges inn mindre «falsk luft» til gassoppsamlingskamrene, øker konsentrasjonen av C02i avgassene vesentlig, slik at det blir mulig å oppfange og skille ut C02med standard teknologi som brukes til å fange opp C02fra kraftanlegg.

4. Forbedringer med hensyn til gasstrømmen innvendig i overbygget.

Disse og andre fordeler kan oppnås med oppfinnelsen som defineres ved de vedlagte patentkravene.

I det følgende blir oppfinnelsen forklart mer inngående med eksempler og Figurer, der:

Fig. 1 viser i en utførelse en distribuert avsugingsinnretning (DPS) i henhold til

oppfinnelsen,

Fig. 2 viser en fluiddynamisk modell av avgassoppsamlingen fra en avsugingsinnretning

som innbefatter en kappe med enkeltveggutforming,

Fig. 3 viser en fluiddynamisk modell av avgassoppsamlingen fra en avsugingsinnretning

som innbefatter en kappe med dobbeltveggutforming,

Fig. 4 viser (delvis) et bilde av den dobbeltveggede oppsamlingskappen sett nedenfra.

Fig. 5a viser i tversnitt en andre utførelse av en DPS,

Fig. 5b viser i sideriss den DPS vist i Fig. 5a, rotert 90 grader om sin lengdeakse,

Fig. 5c viser en forstørret skisse av en fordelingsplate for den DPS vist i Fig. 5a og 5b, Fig. 6 viser et diagram som viser C02-konsentrasjonen i en celle med tradisjonell

avgassoppsamling i cellens overbygning,

Fig. 7 viser et diagram som viser C02-konsentrasjonen under varierende forhold fra

«normal» til venstre, til «ren DPS-oppsamling» til høyre,

Fig. 8 viser et skjematisk gasstrømingsmønster i overbygget til en celle hvor det

betjenes fem DPS enheter, sett ovenfra,

Fig. 9 viser et diagram hvor det fremgår trykkfordeling / gasstrømning i en elektrolyse

celle med avsug i toppen av overbygget,

Fig. 10 viser et diagram som angir trykkfordeling / gasstrømning i en elektrolysecelle med avsug i samsvar med den foreliggende DPS oppfinnelse, og hvor det ikke foretas avsug i toppen av overbygget.

Maksimal gassoppsamling fra den distribuerte avsugingsinnretningen (DPS), kan oppnås ved å utforme oppsamlingskappen på forskjellig vis. En av prototypene som ble utformet under utviklingen av oppfinnelsen hadde en énvegget oppsamlingskappe 4' (se resultatene for oppsamlingseffektiviteten fra CD-modelleringen på figur 2). En annen versjon av avsugingskappen 4 hadde dobbelte vegger (se figur 3) der innsugingshastigheten mellom de dobbelte veggene er vesentlig høyere enn i midten. Tykkere linjer indikerer høyere avsugsmengder.

Denne ekstra innsugingseffekten skaper en kunstig «luftvegg» som gir mer effektiv avgassoppsamling fra hullet "H" i skorpen "C" og reduserer forstyrrelsene fra tverrstrømmer. Man kan også utstyre DPS med trykkluft og blåse luft gjennom dette leddet, men da brukes mer av trykkluften i elektrolysehallen opp til dette. I Figurene angir henvisningstall 7 spettet til skorpebrekkeren.

Detaljert beskrivelse av de foretrukne realiseringene

Det følgende er en funksjonsbeskrivelse av DPS (distribuert avsuging) kombinert med en punktmater: På figur 1 er den pneumatiske sylinderen til skorpebrekkeren markert med referansenummer 1, og den er festet til hovedbestanddelene av DPS. I Figuren er det vist oppsamlingshette 4, aluminamaterør 3, gassavsugkanal 5 med en ventil 6. På den andre siden av ventilen er det vist en kanal 2.

Under drift føres den normale gasstrømmen til ovnens overbygning gjennom DPS, og det settes opp et DPS-punkt på hvert av matepunktene til ovnen. Sugevirkningen for det distribuerte avsuget som føres inn gjennom kanalen 2 som er reservert for dette, kan fortrinnsvis kobles retrofit til en eksisterende mater, eller alternativt være en del av en ny konstruksjon som erstatter en eksisterende mater. Aluminaen kan mates fra en fluidisert mater, men også fra mekaniske matere.

Når gassen trekkes gjennom punkt 2, blir den samlet opp i en hovedkanal/manifold på cellens overbygning som viderebefordrer gass fra alle matepunktene (ikke vist). Fra disse overgangspunktene transporteres gassen til avgassbehandlingssystemene (d.v.s. fluoridgjenvinning og S02-rensing) og føres derfra inn til eventuelle kommersielle C02-vaskesystemer som kan håndtere de faktiske C02-konsentrasjonene eller til forbrenningssystemer som gassturbiner, kullkraftverk eller biomasseforbrenningsanlegg.

Når det skal gjøres service på cellen, blir hovedoppsamlingskanalen for DPS-punktene lukket, og hovedkanalene i cellens overbygning aktiveres for å gå over til vedlikeholdssuging (PTS) fra cellen (d.v.s. at cellens innsugingsvolum økes til 2-4 ganger det normale).

Den oppkonsentrerte prosessgassen er varmere enn normalt, noe som gjør den egnet for varmeutvinning. På den annen side kan den varmere gassen skade overbygningen og elektronikken der. En måte å løse denne nye utfordringen på er å varmeisolere bestanddelene av gassoppsamlingssystemene i overbygningen og videre til stedet der varmeutvinningen kan foregå utenfor cellen.

Et annet alternativ kan være å anbringe gasoppsamlingshetter og deres korresponderende kanaler med noe avstand til andre installasjoner inne i overbygget.

Prosessgasser fra flere celler kan kobles til den samme varmeutvinningsenheten. Prosessgassen blir så sendt til klassisk avgassbehandling for å fjerne støv, HF og S02. Avhengig av om man kobler avgassene til en annen prosess i form av forbrenningsluft eller direkte til en C02-vaskeenhet, kan det bli nødvendig å gi avgassene en rensing som er tilstrekkelig til at den ikke skader disse prosesstrinnene.

Hovedtrekkene til en utførelse av den foreliggende oppfinnelsen er å integrere punktmateren for alumina med skorpebrekkeren og punktavsugingssystemet. Det fremskrittet som skyldes DPS-en er en annen sammensetning av og høyere temperatur i den oppsamlede prosessgassen. Gassen som samles opp av DPS-en vil inneholde mye mindre «falsk luft», og derfor ha høyere konsentrasjon av farlige gasser (fluorid, SOx og C02). Dette vil forenkle fluoridutvinningen og SOx-rensingen. Målet er å øke C02-konsentrasjonen så mye at det kan brukes kommersiell C02-vasketeknikk til å fjerne den. På grunn'av det lavere luftinnholdet og installasjonen like over matepunktene, har de oppsamlede avgassene dessuten høyere temperatur enn den vanlige prosessgassen, noe som øker potensialet for varmeveksling.

Det bør være klart for enhver fagperson at oppsamlingskappen for prosessgassen kan tilpasses til en hvilken som helst type punktmater, men også plasseres i nærheten av en slk mater uten å være en integrert del av denne.

Suget i kanal 2 på figur 1 kan også deles i to uavhengige avsugingspunkter som kan reguleres, der sugeeffekten fra rommet 11 mellom de indre- og de ytre veggene 14, 13 og fra innsiden 12 av kappen 4 kan reguleres uavhengig av hverandre. Se også Fig. 4.

Innerveggen 14 til innsugingskappen 4 kan være enten hel eller perforert, d.v.s. enten med eller uten hull. Dessuten kan veggene til avsugingskappen 4 være skråstillet utover på en slik måte at hastighetsvektoren for suget kan rettes i en hvilken som helst vinkel mellom 0 og 180 grader nedover mot skorpen.

I Fig. 5a er det vist, i et tverrsnitt, en andre utførelse av en DPS, integrert med en punktmater

(PF).

I dette utførelseseksempelet er det vist en indre vegg 28 formet som en rektangulær stuss, og en ytre vegg 26, også formet som en rektangulær stuss. Rommet mellom den indre og den ytre vegg definerer et sugekammer mellom disse vegger, med åpning 15. Den indre veggen strekker seg nærmere krusten enn den ytre veggen og har sugeåpning 16. Videre vises et alumina materør 23, 23' sugekanal 22, pneumatisk sylinder 21 og en skorpebrekker (spett) 27.

Fig. 5b viser i et sideriss den DPS som vises i Fig. 5a, rotert 90 grader om sin lengdeakse. I dette riss vises den ytre vegg 26, utløp 22 og 22' og en manifold plate 30. Manifold platen er vist mer detaljert og forstørret i Fig. 5c. Hensikten med manifold platen er å distribuere suget fra utløp 22, 22' på en jevn måte til rommet mellom de ytre og indre vegger. Dette er oppnådd ved anbringelse av passende åpninger O, O', O", O'" eller spor gjennom platen. Platen har videre åpninger for alumina materør 23' og en stang tilhørende punktmateren PF.

Videre kan den nedre del av den ytre veggen 26 være utstyrt med en divergerende deflektor (ikke vist). Deflektoren kan være representert ved en plateformet del på alle sidene til den ytre veggen og fortrinnsvis ha en vinkel (3 med hensyn til horisontalplanet. Hensikten med deflektoren er å bidra til å lede gassen som suges inn i avsugingskappen. Vinkelen B kan fortrinnsvis være i størrelsesorden 30 - 60 °.

Videre kan det anbringes en støvfelle 29 (se Fig. 5a) i den indre delen av kappen for å unngå at alumina og andre partikulære bestanddeler trekkes med den avsugde gassen og videre innover i gassavtrekksystemet. Støvfellen i en slik utførelse kan være representert ved en eller flere spalter 29 i den indre veggen, dvs. den veggen som skiller rommet mellom de doble vegger fra det indre området av avsugingskappen. Fortrinnsvis er sporet anbrakt nær toppveggen i det indre rommet av kappen, og på en slik måte at når sug er satt på til rommet mellom veggene vil det bli et sug av gass gjennom nevnte spor. På dette vis vil gass inneholdende partikulært materiale og som entrer det indre rom av kappen, bli aksellerert og støte mot "taket" i kappen og falle ned på krusten eller matehullet under kappen.

Videre så kan netto gasstrøm åpning av sporene være designet slik at et sug i rommet mellom de indre- og de ytre vegger også vil generere et passende sug inne i rommet definert ved den indre vegg, og således definere et forhold mellom sugeeffekten ved innløpet 15 versus innløpet 16.

Hensiktsmessig kan tverrsnittsarealet av rommet mellom den indre- og den ytre vegg øke nedstrøms strømningen fra det andre innløpet 15, for således å redusere strømningshastigheten.

Avsugingskappen er fortrinnsvis plassert avstandsmessig fra krusten, hvilket tillater at anoder kan passere under den i forbindelse med anodeskift. Hensiktsmessig kan kappen være plassert ved en minimumsavstand til krusten, avhengig av sugeeffekten. Fortrinnsvis er avstanden fra 10 til 1000 mm.

Avstanden må hensynta hastigheten for opphenting av alumina/anodedekkemateriale (ACM) som er i størrelsesorden 7 meter i sekundet. Avstanden mellom kappen og toppen av krusten må sikre at disse hastigheter ikke nås på toppen av krusten.

Denne utførelsen av DPS er designet slik at ved fysiske størrelse blir de varme gasser som avsuges og de tekniske elementer ved skorpebrekkeren adskilt så mye som mulig, slik at det induseres så lite termisk påkjenning som mulig på skorpebrekkerens vitale deler.

I Fig. 6 er det vist et diagram som angir C02konsentrasjonen i en celle med tradisjonell avgassoppsamling fra innsiden av cellens overbygg.

I Fig. 7 er det vist et diagram som viser C02konsentrasjonen under varierende forhold fra "normal" til venstre, til "kun DPS oppsamling" til høyre.

Fig. 8 viser et diagram hvor det fremgår et skjematisk strømningsmønster i en celle, basert på fem DPS enheter i cellen, sett ovenfra. Pilene indikerer gasstrømen over krusten som tydelig er rettet mot de individuelle avsugspunktene.

Ved disse midler er det muliggjort å trekke ut mesteparten av prosessgassen som utvikles i cellen. I tillegg, ved å ekstrahere dette forholdsvis store volum av gass rett over krusten hvor kappene er lokalisert, vil det globale strømningsmønsteret inne i overbygningen til cellen bli påvirket på en positiv måte. Dette vil bli nærmere forklart med henvisning til Fig. 9 og 10.

I Fig. 9 er det vist trykk fordeling / gasstrøm i en elektrolysecelle av vanlig kjent type med evakuering "E" av prosessgass i toppen av cellens overbygg. I et slikt arrangement vil det oppstå en skorsteinseffekt som sammen med det faktum at gassen blir avsugd i toppen av cellen vil dominere strømningsmønsteret inne i cellen.

I Figuren er cellen i en normal driftsfase med lukket overbygg og alle deksler lukket.

I Fig. 10 er det vist en trykk fordeling i en elektrolysecelle med evakuering "E" av prosessgass i samsvar med foreliggende oppfinnelse, med fem DPS enheter og uten avsug i toppen av overbygget. Som i Fig. 9 så er cellen i en normal driftsfase med lukket overbygg.

Utskilling og lagring av C02i henhold til den foreliggende oppfinnelsen kan i én realisering gjøres i følgende trinn:

1) C02-produksjon i cellen

2) Samle opp avgasser med høyt C02-innhold

3) Varmeutvinning fra den nevnte gassen

4) Forvasking

5) Gass til andre prosesser og/eller føre gass til C02-vasker

6) Renset gass føres ut av vaskeren, C02føres til en komprimeringsstasjon

7) Flytende C02transporteres til lagring.

Claims (26)

1. Anordning for oppsamling av varm gass fra en elektrolyseprosess som produserer metall omfattende en oppsamlingskappe (4) anbrakt over et område hvor gassen utvikles,karakterisert vedat gassoppsamlingskappen har i det minste to innløp (11,12; 15, 16) for gassen som oppsamles.

2. Anordning i henhold til krav 1, karakterisert vedat et første innløp (12; 16) er omgitt av et andre innløp (11; 15).

3. Anordning i henhold til krav 2, karakterisert vedat oppsamlingskappen (4) er tildannet av en dobbeltvegget konstruksjon, en indre- (14; 28) og en ytre vegg (13; 26), hvor det andre innløp (11; 15) er tildannet ved en definert avstand mellom de to nevnte vegger.

4. Anordning i henhold til krav 3, karakterisert vedat tverrsnittsarealet av rommet mellom den indre vegg (14; 28) og den ytre vegg (13; 26) er økende nedstrøms en strømning fra det andre innløpet (11; 15), slik at gass hastigheten blir redusert.

5. Anordning i henhold til krav 3 karakterisert vedat den indre veggen (28) strekker seg nærmere det gassutviklende området enn den ytre veggen (26).

6. Anordning i henhold til krav 3 karakterisert vedat den indre veggen (28) har i det minste en spalte (29) i sin øvre del som tillater at gass kan strømme fra det første innløp (16) til rommet mellom de to veggene.

7. Anordning i henhold til krav 4 karakterisert vedat den nedre delen av den ytre veggen (26) er divergerende utad med hensyn til den indre veggen.

8. Anordning i henhold til krav 1-5, karakterisert vedat hastigheten til gasstrømmen gjennom det første innløpet (12; 16) er forskjellig fra hastigheten gjennom det andre innløpet (11; 15), og fortrinnsvis lavere.

9. Anordning i henhold til krav 1 karakterisert vedat den er integrert sammen med en punktmater (PF), utstyrt med en krustebrekker (27).

10. Anordning i henhold til krav 7, karakterisert vedat den er anbrakt over et matehull (H) tildannet ved en punktmaters skorpebrekker (27), og i en avstand fortrinnsvis 10 -1000 mm over krusten (C).

11. Anordning i henhold til krav 9 eller 10 karakterisert vedat mating gjøres på innsiden av eller i umiddelbar nærhet av gasoppsamlingskappen (4).

12. Anordning i henhold til krav 1 karakterisert vedat samtlige prosess gasser kan samles opp gjennom anordningen ved passende sugeeffekt uten benyttelse av annen gassoppsamling i cellens overbygg ved normal drift.

13. Anordning i henhold til krav 1 karakterisert vedat avsuget i kappen kan kjøres som normalt under mating av alumnia.

14. Anordning i henhold til krav 1 karakterisert vedat avsuget i kappen kan stenges under mating av alumina.

15. Anordning i henhold til krav 1 karakterisert vedat avgassen kan benyttes til varmegjenvinning.

16. Anordning i henhold til krav 1 karakterisert vedat avgassene som samles opp kan renses for å separere ut gasser som HF, S02, C02, damp og støv.

17. Anordning i henhold til krav 1 karakterisert vedat formen til oppsamlingskappen (4) er enten sirkulær, elliptisk, kvadratisk eller rektangulær.

18. Anordning i henhold til krav 1 karakterisert vedat formen til oppsamlingskappen (4) er optimalisert for det nødvendige innsugingsvolumet, for eksempel konisk.

19. Anordning i henhold til krav 1 karakterisert vedat den kan kombineres med et separat gassoppsamlingssystem som brukes under standardoperasjoner som anodebytting og metalltapping.

20. Anordning i henhold til krav 1 karakterisert vedat: elektrolyseprosessen brukes til å produsere aluminium eller andre metaller.

21. Anordning i henhold til krav 1 karakterisert vedat innretningen er koblet til varmeisolerte oppsamlingssystem/rør for avgasser inne i cellens overbygning.

22. Fremgangsmåte for å samle opp varm gass fra en elektrolyseprosess ved anordningen som definert i ett eller flere av de foregående krav 1 - 21, karakterisert vedat gassen samles opp i umiddelbar nærhet av en skorpe (C) og ved at sammensetningen av prosessgassen omfatter minst 0,5-10 % C02.

23. Fremgangsmåte i henhold til krav 22, karakterisert vedat gassen samles opp i nærheten av et matehull (H) i krusten (C).

24. Fremgangsmåte i henhold til krav 23, karakterisert vedat avgassene har temperatur på over 100 °C, fortrinnsvis over 150 °C.

25. Fremgangsmåte i henhold til krav 22, karakterisert vedat det trekkes ut varme fra avgassene med passende varmevekslingsorganer, så som en avgassvarmeveksler.

26. Fremgangsmåte i henhold til krav 22, karakterisert vedat avgassene separeres nedstrøms til en C02-anriket bestanddel.