NO832433L - Fremgangsmaate for gjenvinning av varme fra ovn for fremstilling av aluminium. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse gjelder en fremgangsmåte for gjenvinning av varme fra ovn for fremstilling av aluminium ved smelteelektrolyse av aluminiumoksyd, idet ovnsgassene bringes til å passere gjennom et leie av aluminiumoksyd samtidig som de fluidiserer nevnte leie.

Smelteelektrolyse finner sted i ovner som er utviklet spesi-elt for dette formål og er utformet som et kar, som i al-minnelighet er av stål og foret med en murkonstruksjon. Katoden ligger normalt i ovnens bunn og er fremstilt i karbonmaterial, mens anoden f.eks. kan være av forinnbrent type eller Søderberg-type samt vanligvis føres ned i elektro-lysebadet ovenfra. Anoden forbrukes under elektrolyseprosessen og må erstattes kontinuerlig.

Aluminiumoksyd og visse faste tilsatser tilføres elektro-lytten gjennom eller ved siden av anoden, og det ferdig fremstilt aluminium tappes ut i satser ved hjelp av en hevertanordning eller ved oppsugning.

De gasser som dannes under elektrolyseprosessen, nemlig ovnsgassene, består av karbonmonooksyd, karbondioksyd samt en blanding av hydrokarboner og fluorhydrokarboner med mere,

og føres normalt bort i blanding med ventilasjonsluft, enten direkte til den omgivende luft i det rom hvor ovnen er mon-tert, eller til en eller annen oppsamlingsanordning, f.eks. platehetter, for å gjenvinne de faste partikler som følger med ovnsgassene og består av fluorsalter. De bortførte ovnsgasser har imidlertid et betraktelig energiinnhold, som ved et anlegg for fremstilling av 80 000 tonn råaluminium pr.

år er av størrelsesorden 20 MW.

For å ta vare på denne energimengde og nedsette energitap-ene ved aluminiumfremstilling under samtidig uttak og gjenvinning av de fluorsalter som forekommer i ovnsgassene, er det tidligere foreslått å la ovnsgassene,etter at de har passert gjennom nevnte leie av aluminiumoksyd, også passere gjennom en varmeveksler for varmeutveksling mellom ovnsgassene og et ytre medium (US patentskrift nr. 3.664.935). Her-under tiltettes imidlertid varmeveksleren raskt ved avlei-ring av støv fra ovnsgassen, således at varmeveksleren ofte må rengjøres.

For å fjerne denne ulempe foreslås i henhold til foreliggende oppfinnelse at leiet av aluminiumoksyd fluidiseres omkring en eller flere rørsløyfer for varmeveksling mellom ovnsgassene og et ytre medium som passerer gjennom nevnte en eller flere rørsløyfer.

Ved dette oppnås ikke bare at vedkommende rørsløyfer stadig blåses rene av partiklene i det fluidiserte leie, men også at nevnte en eller flere rørsløyfer kan gis mindre overflate og således utføres med mindre omfang og billigere for over-føring av en forut bestemt varmeenergimengde, idet varmeover-føringstallet på grunn av fluidiseringen blir mange ganger større.

Hvis flere rørsløyfer er anordnet, kan disse være koblet i serie.

Særlig fordelaktig er det å la ovnsgassene passere katoden for smelteelektrolysen før de tilføres det fluidiserte leie og vedkommende rørsløyfe eller rørsløyfer. Det er i prak-sis vanlig at katoden kjøles ved fri konveksjon, således at man om vinteren, når luften er kald, må kompensere for den kraftigere varmeavgang ved øket tilførsel av elektrisk energi for elektrolyseprosessen. Ved at nedkjølingen av katoden frembringes ved hjelp av ovnsgassene, oppnås en regulert varmetransport bort fra katoden, hvilket innebærer et nedsatt energiforbruk ved elektrolysen.

For nærmere forklaring av foreliggende oppfinnelse vil denne i det følgende bli nærmere beskrevet under henvis-ning til vedføyde tegning, som i vertikalsnitt skjematisk viser et anlegg for utøvelse av foreliggende fremgangsmåte .

På tegningen er det vist en ovn 10 for smelteelekrolyse

av aluminiumoksyd, og som omfatter en anode 11 og en katode 12. Et tilløp 13 for tilførsel av aluminiumoksyd til ovnen er anordnet på oversiden av denne. Ovnsrommet er lukket, men er gjennom en ledning 14 forbundet med en kjølekappe 15 anordnet omkring katoden 12, idet kjøle-kappen gjennom en ledning 16 også er tilsluttet en pumpe 17. Mellom ledningene 16 og 14 er det ført en ytterligere ledning 18 med en pumpe 19 for tilbakeføring av ovnsgass som tas ut fra kappen 15, tilbake til kappen. Ovnen 10

og kappen 15 er hensiktsmessig varmeisolert mot omgivel-sene. Ved hjelp av pumpen 17 suges ovnsgassene ut fra ovnen gjennom ledningen 14 og bringes til å passere gjennom kappen 15 for varmeveksling med katoden 12, som derved nedkjøles. Ovnsgassene, som nå er ytterligere opp-varmet, overføres ved hjelp av pumpen 17 til en ledning 20, men kan også på nytt føres tilbake til kappen 15 gjennom ledningen 18 ved hjelp av pumpen 19. Ved dette arrangement har man mulighet for å regulere kjølevirkningen og derved temperaturen på katoden 12. Ved overtempera-tur på anodene 11 fremkommer automatisk kompensasjon ved en nedsatt kjøling av katoden, da ovnsgassene som fungerer som kjølemedium, da har høyere temperatur. Det oppnås på denne måte at forbruket av elektrisk energi for smelteelektrolysen holdes temmelig konstant ved et gitt pro-duksj onsnivå.

Ledningen 20 er forbundet med en beholder 21, hvori det i en viss avstand fra beholderens nedre ende innvendig i. beholderen er anordnet en gjennomhullet bunn 2 2 for å under-støtte et leie 23 av aluminiumoksyd. Dette leie kan fylles i beholderen gjennom en påfyllingsåpning 24. På oversiden av den perforerte bunn 22 er det inne i beholderen anordnet en varmesløyfe 25 for gjennomstrømning av et ytre medium, mens beholderen oventil er forbundet med en utløpsledning 26 som er ført frem til en støvutskiller 27, som kan være av cyklon-type og nedentil har et utløp 28 for uttak av ut-skilte faste partikler. En rengjøringsinnretning 29 er anordnet på undersiden av den perforerte bunn 22 samt koblet til en elektrisk drivmotor 30.

De ovnsgasser som kommer inn i beholderen 10 gjennom ledningene 20 og .inneholder en del støv bestående av fluorsalter, passerer gjennom den gjennomhullede bunn 22 inn i leiet 23 av aluminiumoksyd, som derved bringes„.i fluidisert til-stand omkring varmesløyfen 25. Derved oppnås varmeoverfør-ing fra de varme ovnsgasser, som har en temperatur på 200-220°C, til det ytre medium som sirkulerer i varmesløyfen 25, samtidig som nevnte støv slår seg ned på aluminiumoksydet. Når ovensgassene avgis gjennom ledningen 26, følger en del av aluminiumoksydet og vedheftende fluorsalter med ovnsgassene, men disse fraskilles i støvfraskilleren 27 før ovnsgassene, som da er berøvet for en stor del av sitt varme-innhold og befridd for medfølgende støv, slippes ut i atmos-færen. Det material som fraskilles i støvfraskilleren 27

og består av aluminiumoksyd, beriket med fluorsalter, kan tilføres ovnen gjennom tilløpet 13 eller også føre til-

bake til beholderen 20 gjennom påfyllingsåpningen 24.

Den varme som trekkes ut av ovnsgassene ved hjelp av det ytre medium som strømmer gjennom varmesløyfen 25, kan ut-nyttes på forskjellige måter, f.eks. i et fjernvarmenett som varmen overføres til enten over varmevekslere eller varmepumper, til avsalting av sjøvann eller annet salt- holdig vann for fremstilling av ferskvann til industrielt bruk, f.eks. for fremstilling av elektrisk kraft, enten ved hjelp av vanlige vanndampcykler eller i to-media-cykler, f.eks. ved anvendelse av freon, eller eventuelt for frembringelse av varme og/eller kulde i absorpsjons-varmepumper. En kombinasjon av to eller flere av disse anvendelsesområder er også mulig. Ved at varmeutvekslingen mellom ovnsgassene og det ytre medium som strømmer gjennom varmesløyfen 25, finner sted i et fluidisert leie av aluminiumoksyd unngås tilstopning av varmeveksleren og oppnås en mange ganger forbedret varmeoverføring. Ved dette behøves bare en mindre omfattende apparatur for behandling av ovnsgassene, da gjenvinningen av varme og gjenvinningen av fluorsalter kan finne sted i ett og samme apparat av kompakt utførelse.

Ved at ovnsgassene bringes til å oppta en varmemengde

som er tilpasset til elektrolyseprosessen fra katoden 12, forhøyes ovnsgassenes temperatur, således at ovnsgassene dermed opptar alle tap i konsentrert form. Frem-gangsmåten i henhold til oppfinnelsen innebærer en ves-entlig forenkling av varmegjenvinningen fra katoden, da allerede eksisterende gassoppsamlingsystemer og en felles varmeveksler for ovnsgasser og katodekjøling kan anvendes.

Flere smelteelektrolyseovner kan være tilsluttet et og samme apparat 21, som således vil være felles for samt-lige ovner.

Claims (5)

1. Fremgangsmåte for gjenvinning av varme fra ovn for fremstilling av aluminium ved smelteelektrolyse av aluminiumoksyd, idet ovnsgassene bringes til å passere gjennom et leie av aluminiumoksyd samtidig som de fluidiserer dette leie, karakterisert vedat leiet av aluminiumoksyd fluidiseres omkring en eller flere rørsløyfer (25) for varmeveksling mellom ovnsgassene og et ytre medium som passerer gjennom nevnte en eller flere rørsløyfer.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1,karakterisert vedat ovnsgassene etter at de har passert det fluidiserte leie (23) av aluminiumoksyd befries fra medbragte faste partikler, som gjenvinnes.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 2,karakterisert vedat de gjenvundne faste partikler tilføres ovnen.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 1,karakterisert vedat ovnsgassene bringes til å passere katoden (12) i ovnen for varmeveksling med denne ved nedkjøling av katoden, før ovnsgassene tilføres nevnte leie (23).

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 4,karakterisert vedat ovnsgassene etter å ha passert katoden (12) delvis tilbakeføres for på nytt å passere katoden.