СПОСОБ УДАЛЕНИЯ ГАЗОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD TO REMOVE GASES AND DEVICE FOR ITS REALISATION

Изобретение относится к устройству для удаления газов из множества электролизных ячеек, причем устройство содержит всасывающий канал для каждой ячейки, при этом каждый всасывающий канал соединен с центральным коллектором с центром обработки газа и центральным вытяжным вентилятором. Изобретение также относится к способу удаления таких газов.
В ходе процесса электролиза производятся газы, которые могут быть вредными для окружающей среды и рабочих условий в электролизном цеху. В частности, в процессе электролиза алюминия вырабатываются вредные газы, содержащие фтористые соединения и частицы фторида. За последние десятилетия были осуществлены большие усовершенствования для уменьшения испускания и частиц фторида, и газов, содержащих фтористые соединения. Испускание частиц фторида теперь на приемлемом уровне благодаря эффективной адсорбционной системе. Однако испускание газов, содержащих фтористые соединения, все еще остается проблемой для окружающей среды, особенно в ходе замены анода, выпуска плавки и обслуживания электролизных ячеек.
В настоящее время ячейки для электролиза алюминия защищены очень эффективно в ходе нормального действия ячеек. Отверстия в ячейках на обеих сторонах покрываются кожухом таким образом, что приблизительно 99,5% отверстий закрыты. Над кожухами на каждой стороне ячейки расположен всасывающий канал для извлечения газов, содержащих фтористые соединения, которые все еще испускаются. Эти газы направляются через коллектор в центр обработки газа, такой как скруббер, с использованием центрального вытяжного вентилятора. Это нормальное всасывание достаточно эффективно для уменьшения испускания газов, содержащих фтористые соединения, которые поступают в электролизный цех и испускаются в окружающую среду, до приемлемого уровня.
Однако в ходе открывания кожухов электролизных ячеек для замены анодов, выпуска плавки и обслуживания ячеек испускается намного больше газов, содержащих фтористые соединения, в электролизный цех. Для удаления этих газов известно использование дополнительной системы каналов для извлечения газообразных фтористых соединений при помощи вспомогательного вентилятора, таким образом, что извлекается больший объем газов в час.
Целью настоящего изобретения является получение устройства для удаления газов из множества электролизных ячеек, имеющих дополнительную систему каналов, которое усовершенствовано по сравнению с существующим устройством.
Другой целью настоящего изобретения является получение устройства для удаления газов из множества электролизных ячеек, имеющих дополнительную систему каналов, которое легче монтировать, использовать и обслуживать, чем существующее устройство.
Другой целью настоящего изобретения является получение устройства для удаления газов из множества электролизных ячеек, которое более дешево, чем существующее устройство.
Кроме того, целью изобретения является получение улучшенного способа удаления газов из электролизных ячеек.
Согласно первому объекту изобретения одна или более этих целей достигнуты посредством получения устройства для удаления газов из множества электролизных ячеек, содержащего всасывающий канал для каждой ячейки, причем каждый всасывающий канал соединен с центральным коллектором с центром обработки газа и центральным вытяжным вентилятором, причем в каждом всасывающем канале применено устройство ограничения потока, и применена одна или более дополнительных систем каналов, при этом каждая дополнительная система каналов предназначена для одного или более всасывающих каналов, причем каждая дополнительная система каналов имеет ответвление для каждого всасывающего канала, при этом ответвление соединено с всасывающим каналом между электролизной ячейкой и устройством ограничения потока, причем одно или более ответвлений соединены со вспомогательным каналом, в котором находится клапан включения-выключения, при этом один или более вспомогательных каналов соединены со вспомогательным коллектором, который соединен с центральным коллектором, причем во вспомогательном коллекторе расположен вспомогательный вентилятор.
Вследствие того факта, что ответвления дополнительных систем каналов соединены с всасывающими каналами между электролизной ячейкой и устройством ограничения потока, усиленному всасыванию не будет препятствовать устройство ограничения потока. Для каждой электролизной ячейки должно присутствовать устройство ограничения потока, способное осуществлять нормальное всасывание, которое является приблизительно равным для каждой ячейки. Без устройств ограничения потока газы из ячеек, самых близких к центральному вытяжному вентилятору, извлекались бы в намного большем объеме, чем газы из ячеек, соединенных с центральным коллектором на удалении от центрального вытяжного вентилятора, вследствие сопротивления центрального коллектора. Так как устройство ограничения потока будет вызывать сопротивление потоку газов, предпочтительно соединять ответвления дополнительных систем каналов с всасывающими каналами таким образом, что устройства ограничения потока не препятствуют усиленному всасыванию.
Предпочтительно каждая дополнительная система каналов снабжена двумя или более всасывающими каналами, предпочтительно каждая дополнительная система каналов снабжена двумя всасывающими каналами. Таким образом, нет необходимости использовать клапан включения-выключения для каждой ячейки, но только один клапан включения-выключения должен использоваться для каждых двух или больше всасывающих каналов и, таким образом, для двух или больше ячеек. Одна дополнительная система каналов для двух всасывающих каналов предпочтительна для сохранения равной длины ответвлений системы каналов.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, по меньшей мере, один из всасывающих каналов, который снабжен дополнительной системой каналов, не имеет клапанов, таких как клапаны включения-выключения, предпочтительно, по меньшей мере, половина всасывающих каналов не имеет клапанов, и более предпочтительно все всасывающие каналы не имеют клапанов. Поскольку ответвления дополнительных систем каналов соединены с всасывающими каналами между ячейками и устройством ограничения потока во всасывающем канале, в ходе усиленного всасывания газы, которые испускаются ячейками, извлекаются, и из центрального коллектора (который все же извлекает газы из электролизных ячеек, когда используется нормальное всасывание) не извлекаются газы, или извлекается только ограниченное количество газов. Таким образом, нет необходимости применять клапан включения-выключения во всасывающих каналах и закрывать эти клапаны в ходе усиленного всасывания. Отсутствие необходимости применять эти клапаны означает большую экономию инвестиционных затрат для электролизного завода, в котором используются сотни электролизных ячеек. Возможно также то, что, когда объем газов, извлекаемых усиленным всасыванием, относительно низкий, нормальное всасывание через центральный коллектор добавляется к усиленному всасыванию.
Предпочтительно клапаны включения-выключения во вспомогательных каналах представляют собой автоматические клапаны, управляемые центральным устройством управления. Использование автоматических клапанов включения-выключения означает, что клапаны могут не управляться вручную, что делает переключение клапанов в нужное время более легким.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения вспомогательные каналы для восьми-двадцати электролизных ячеек соединены с одним вспомогательным коллектором. Это означает, что усиленное всасывание для восьми-двадцати электролизных ячеек может быть выполнено с одним вспомогательным вентилятором. Этот вспомогательный вентилятор имеет такие размеры, что только одна дополнительная система каналов может использоваться одновременно.
Предпочтительно каждый вспомогательный канал соединен с двумя всасывающими каналами, и семь вспомогательных каналов соединены с одним вспомогательным коллектором. Это означает, что для электролизного завода, имеющего 700 электролизных ячеек, требуются только 350 клапанов включения-выключения и 50 вспомогательных вентиляторов, тогда как для известной дополнительной системы каналов для извлечения газов необходимы 1400 клапанов.
3
3
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения центральный вытяжной вентилятор обеспечивает объем всасывания 2000-10000 Н м/час для каждой электролизной ячейки в ходе использования, предпочтительно объем всасывания 4000-6000 Н м/час для каждой электролизной ячейки в ходе использования. Этот объем всасывания пригоден для нормального извлечения газов всасывающими каналами, таким образом, что извлечение газов из покрытых кожухом электролизных ячеек достаточно эффективно для уменьшения испускания вредных газов в окружающую среду до приемлемого уровня. Обычно конфигурация узла центрального вытяжного вентилятора предназначена приблизительно для ста двадцати электролизных ячеек.
Предпочтительно вспомогательный вентилятор обеспечивает объем всасывания для двух всасывающих каналов, то есть в два-четыре раза больше, чем объем всасывания, обеспечиваемый центральным вытяжным вентилятором для каждой электролизной ячейки в ходе использования. С этим объемом всасывания испускание газов уменьшается до приемлемого уровня.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения электролизные ячейки представляют собой ячейки для электролиза алюминия. Настоящее изобретение особенно пригодно для процесса электролиза алюминия, но может также использоваться для других процессов электролиза, которые испускают вредные газы.
Согласно второму объекту изобретения достигнута одна или более этих целей посредством получения устройства для удаления газов из множества электролизных ячеек, содержащего всасывающий канал для каждой ячейки, причем каждый всасывающий канал соединен с центральным коллектором с центром обработки газа и центральным вытяжным вентилятором, причем в каждом всасывающем канале расположено устройство ограничения потока, при этом применяется дополнительная система каналов, которая с возможностью отсоединения соединена с устройством, при этом дополнительная система каналов содержит дополнительный вспомогательный канал и одно или более ответвлений, которые с возможностью отсоединения соединены с соответствующими всасывающими каналами устройства между электролизной ячейкой и устройством ограничения потока, причем дополнительный вспомогательный канал с возможностью отсоединения соединен с центральным коллектором, и при этом дополнительная система каналов имеет вспомогательный вентилятор для удаления газов из электролизных ячеек через всасывающие каналы и ответвления в центральный коллектор.
Здесь также усиленному всасыванию не будет препятствовать устройство ограничения потока, так как ответвление или ответвления дополнительной системы каналов соединены с всасывающим каналом между электролизной ячейкой и устройством ограничения потока. Однако согласно данному устройству дополнительная система каналов снабжена вспомогательным вентилятором, который прямо соединен с центральным коллектором, без потребности во вспомогательном коллекторе. Дополнительная система каналов может быть отсоединена от всасывающего канала или каналов и центрального коллектора и может использоваться для других электролизных ячеек, поскольку соединение с всасывающими каналами и центральным коллектором может быть отсоединено. Таким образом, нет необходимости во вспомогательном канале, и требуется только один вспомогательный вентилятор для всех электролизных ячеек, которые соединены с одним центральным коллектором. Кроме того, вспомогательный вентилятор может быть меньшим, чем вспомогательный вентилятор, который должен использоваться во вспомогательном коллекторе.
Предпочтительно дополнительная система каналов имеет два или больше ответвлений, предпочтительно два ответвления, которые с возможностью отсоединения соединены с соответствующими всасывающими каналами, или дополнительная система каналов имеет одно ответвление, которое с возможностью отсоединения соединено с соединительным каналом между двумя или больше всасывающих каналов. Таким образом, вспомогательный вентилятор может использоваться для двух или больше электролизных ячеек одновременно или последовательно без потребности во времени для изменения положения.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения дополнительная система каналов является подвижной вдоль электролизных ячеек и может соединяться со всеми всасывающими каналами электролизных ячеек. Дополнительная система каналов со вспомогательным вентилятором может, например, перемещаться по рельсовому пути для облегчения и ускорения перемещения.
Предпочтительно всасывающие каналы и центральный коллектор снабжены клапанами включения-выключения для соединения с дополнительной системой каналов. Клапаны включения-выключения могут открываться после подсоединения дополнительной системы каналов и закрываться перед отсоединением дополнительной системы каналов.
Согласно третьему объекту изобретения одна или более этих целей достигнуты посредством получения устройства для удаления газов из множества электролизных ячеек, содержащего всасывающий канал для каждой ячейки, причем каждый всасывающий канал соединен с центральным коллектором с центром обработки газа и центральным вытяжным вентилятором, причем в каждом всасывающем канале применено устройство ограничения потока, при этом применена дополнительная система каналов, которая с возможностью отсоединения соединена с устройством, причем дополнительная система каналов содержит дополнительный вспомогательный канал, имеющий ответвление для удаления газов над электролизной ячейкой, причем дополнительный вспомогательный канал с возможностью отсоединения соединен с центральным коллектором, и дополнительная система каналов имеет вспомогательный вентилятор для удаления газов в центральный коллектор.
Согласно этому третьему решению для достижения целей изобретения дополнительные газы не удаляются через всасывающий канал электролизной ячейки, но удаляются над электролизной ячейкой через ответвление дополнительной системы каналов с использованием вспомогательного вентилятора, который удаляет газы в центральный коллектор. Эта дополнительная система каналов более гибка, поскольку она должна быть соединена только с центральным коллектором, но ее трудно использовать между электролизными ячейками и центральным коллектором.
Предпочтительно дополнительная система каналов подвижна вдоль электролизных ячеек и может соединяться с центральным коллектором в различных местах вдоль этого коллектора. Таким образом, дополнительная система каналов может перемещаться вдоль всех электролизных ячеек, которые соединены с центральным коллектором, и вспомогательный коллектор не требуется.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения центральный коллектор снабжен одним или более клапанов включения-выключения для соединения с дополнительной системой каналов. Таким образом, дополнительная система каналов может легко соединяться с центральным коллектором по его длине.
Изобретение также относится к способу осуществления процесса электролиза, в ходе которого газы, образуемые в ходе процесса электролиза, удаляют с использованием устройства, описанного выше.
Предпочтительно образуемые газы представляют собой газы, содержащие фтористые соединения, сформированные в ходе процесса электролиза алюминия, с использованием способа Холла-Херо. Эти газы, содержащие фтористые соединения, вредны для окружающей среды, и их испускание необходимо снизить в очень значительной степени в соответствии с правительственными постановлениями.
Согласно предпочтительному способу используются дополнительные системы каналов для извлечения газов, когда одна или больше электролизных ячеек открыты.
Изобретение будет описано со ссылками на варианты конструкции, показанные на чертежах.
Фиг.1 - схематический вид предпочтительного варианта выполнения системы всасывания для электролизных ячеек согласно настоящему изобретению.
Фиг.2 - вид другого предпочтительного варианта выполнения системы всасывания для электролизных ячеек согласно изобретению с перемещаемой дополнительной системой каналов.
Фиг.3 - вид другого варианта конструкции согласно изобретению.
На фиг.1 показаны шесть электролизных ячеек 1 для производства алюминия, которые соединены всасывающим каналом 2 для каждой ячейки с центральным коллектором 3. Центральный коллектор 3 заканчивается центром 4 обработки газа и центральным вытяжным вентилятором 5. Центральный вытяжной вентилятор 5 обычно состоит из множества вентиляторов, и обычно сто двадцать электролизных ячеек 1 соединены с одним центральным коллектором 3. На одном заводе электролиза алюминия будет применяться до десяти таких центральных коллекторов с их соответствующими ячейками и центрами обработки газа с центральными вытяжными вентиляторами. Для некоторых систем всасывания всасывающие каналы разделены над электролизными ячейками таким образом, что два канала находятся над ячейками по одной на каждой стороне. Эти каналы над ячейками имеют отверстия, через которые извлекаются газы, испускаемые ячейками.
В каждом всасывающем канале 2 расположено устройство 6 ограничения потока, благодаря чему объем газов, который извлекается из каждой электролизной ячейки, приблизительно равен для каждой ячейки. Без устройств ограничения потока объем, который извлекается из ячейки, самой близкой к центральному вытяжному вентилятору 5, намного более высок, чем объем, который извлекается из ячейки, которая наиболее удалена от центрального вытяжного вентилятора 5, вследствие сопротивления центрального коллектора 3. Ограничение потока каждым устройством ограничения потока приспособлено к месту каждой ячейки относительно центрального вытяжного вентилятора 5.
Вышеупомянутая система всасывания используется в ходе нормального процесса электролиза, когда электролизные ячейки покрыты кожухом или ограждены, и 99,5% отверстий в ячейках закрыты.
Применяются системы каналов, используемые, когда панели в кожухах электролизных ячеек (частично) удалены для замены анодов в ячейках, для выпуска плавки и для обслуживания ячеек.
В типичном случае каждая дополнительная система 10 каналов состоит из вспомогательного канала 11 с двумя ответвлениями 12, которые соединены с двумя всасывающими каналами 2. Во вспомогательном канале 11 находится клапан 13 включения-выключения. С вспомогательным коллектором 14, в котором расположен вспомогательный вентилятор 15, соединено множество дополнительных систем 10 каналов. Вспомогательный коллектор 14 заканчивается в центральном коллекторе 3. Хотя это не показано, обычно четырнадцать ячеек соединены со вспомогательным коллектором 14 через семь систем 10 каналов, и пять или шесть таких вспомогательных коллекторов 14 заканчиваются в одном центральном коллекторе 3.
Далее будет описана указанная выше система всасывания.
В ходе нормальной работы ячеек все кожухи на электролизных ячейках 1 присутствуют, и отверстия ячеек закрыты, по меньшей мере, на 99,5%. В этой ситуации все клапаны 13 включения-выключения закрыты, и газы, испускаемые из электролизных ячеек 1, которые все же выходят из ячеек, извлекаются всасывающими каналами 2 и центральным коллектором 3 и обрабатываются в центре обработки газов или скруббере 4 благодаря работе центрального вытяжного вентилятора 5.
Когда одна или больше панелей в кожухах удалены от одной или двух электролизных ячеек 1, которые соединены с одной дополнительной системой 10 каналов, клапан 13 включения-выключения для этих электролизных ячеек 1 открывается, и вспомогательный вентилятор 15 начинает работать. Теперь газы, испускаемые электролизными ячейками 1, с которых панели удалены, извлекаются вспомогательным вентилятором 15 через соответствующие ответвления 12, вспомогательный канал 11 и вспомогательный коллектор 14.
Поскольку ответвления 12 дополнительных систем 10 каналов соединены с всасывающими каналами 2 между электролизными ячейками и устройствами 6 ограничения потока, нет необходимости в клапанах включения-выключения во всасывающих каналах 2 для закрывания всасывающих каналов для предотвращения притока из центрального коллектора 3, когда используются дополнительные системы каналов. Устройства 6 ограничения потока предотвращают противоток газов от центрального коллектора 3 до такой степени, что клапаны включения-выключения во всасывающих каналах 2 не требуются, что обеспечивает большое снижение стоимости при выполнении системы всасывания. Центральный коллектор 3 может даже способствовать извлечению газов, когда объем усиленного всасывания не слишком высок.
3
3
Для обычного размера электролизных ячеек 1 для производства алюминия центральный вытяжной вентилятор 5 должен создавать поток всасывания, составляющий приблизительно 5000 Н м/час в каждом всасывающем канале 2. Для предотвращения вредных выделений из электролизных ячеек, когда одна или более панелей удалены из кожухов, усиленное всасывание должно быть в два-четыре раза большим, то есть приблизительно 15000 Н м/час. Однако могут использоваться также другие потоки всасывания.
На фиг.2 показаны электролизные ячейки 1, которые соединены с всасывающим каналом 2 для каждой ячейки с центральным коллектором 3 с центром обработки газа (не показан) и центральным вентилятором (не показан), и в каждом всасывающем канале 2 находится устройство ограничения потока. Это аналогично показанному на фиг.1.
Согласно данному варианту осуществления изобретения два всасывающих канала соединены соединительным каналом 21, имеющим клапан 22 включения-выключения. Центральный коллектор 3 также снабжен клапаном 23 включения-выключения между всасывающими каналами. Дополнительная система каналов теперь имеет ответвление 26 для соединения с клапаном 22 включения-выключения и каналом 27 для соединения с клапаном 23 включения-выключения. Вспомогательный вентилятор 28 применен для удаления газов из всасывающих каналов 1 в центральный коллектор 3.
Ответвление 26 и канал 27 могут отсоединяться от клапанов 22 и 23 включения-выключения и, таким образом, дополнительная система 25 каналов может использоваться для других электролизных ячеек. Для этого дополнительная система каналов предпочтительно может перемещаться вдоль центрального коллектора 3, например, по рельсовому пути (не показан). Таким образом, с использованием более легкого вспомогательного вентилятора и минимума дополнительных каналов все электролизные ячейки могут быть обработаны, и могут быть удалены дополнительные выделенные газы.
На фиг.3 вновь показаны электролизные ячейки 1, которые соединены всасывающим каналом 2 для каждой ячейки с центральным коллектором 3 с центром обработки газа (не показан) и центральным вентилятором (не показан), и в каждом всасывающем канале 2 расположено устройство ограничения потока. Это аналогично показанному на фиг.1.
Однако здесь используется дополнительная система 30 каналов, которая имеет ответвление 31 для удаления газов сверху из электролизной ячейки с использованием вспомогательного вентилятора 32 и канала 33, который соединен с клапаном 34 включения-выключения, расположенным в центральном коллекторе 3.
Дополнительная система каналов подвижна вдоль электролизных ячеек и может использоваться для всех электролизных ячеек, соединенных с центральным коллектором, поскольку канал 33 может отсоединяться от клапана 34 включения-выключения и соединяться с другим клапаном включения-выключения, примененным с центральным коллектором 3.
2
3
Для процесса электролиза алюминия вредные газы содержат фтористые соединения, но также и другие вредные элементы, такие как полициклические ароматические углеводороды, SO, SOи пыль. Полициклические ароматические углеводороды и пыль также удаляются в центрах обработки газов.
Специалисту в данной области техники будет понятно, что также возможны другие варианты осуществления изобретения, такие как вариант, в котором для каждой электролизной ячейки применена система каналов, и вариант, в котором каждая система каналов имеет три или больше ответвлений для трех или больше электролизных ячеек. Также будет понятно, что количество систем каналов, соединенных с вспомогательным каналом, может быть различным.
Кроме того, устройство и способ согласно изобретению могут также использоваться для другого процесса электролиза помимо электролиза алюминия.