Obmedzovač úniku pre elektrolyzér

Číslo patentu: E 536

Dátum: 14.10.2002

Autori: Delescluse Patrick, Despinasse Serge, Fernandez De Grado Alain

Je ešte 6 strán.

Pozerať všetko strany alebo stiahnuť PDF súbor.

Text

Pozerať všetko

0001 Vynález sa týka výroby hliníka elektrolýzou vtavenine. Hlavne sa týka prostriedkov na zachytávaníe plynných splodín vznikajúcich počas elektrolýzy.0002 Kovový hliník sa priemyselne vyrába elektrolýzou vtavenine, to znamená elektrolýzou oxidu hlinitého (alumina) rozpusteného v kúpeli roztaveného kryolitu, nazývaného elektrolytický kúpeľ, postupom známym ako Hall-Hérouttov. Elektrolytický kúpeľ sa nachádza v nádobách označovaných ako elektrolytické vane, ktoré zahŕňajú ocelovú skriňu, ktora je zvnútra obložená žíaruvzdornými a/alebo ízolačnými materiálmi, a katódovú zostavu umiestnenú na dne nádoby. Anódy, vytvorené zuhlikatých materiálov sú čiastočne ponorené do elektrolytjckého kúpeľa. Celok tvorený elektrolytickou vaňou, jej anódami a elektrolytíckým kúpeľom sa nazýva elektrolyzér.0003 Elektrolytické reakcia, sekundárna reakcia a vysoké prevádzkové teploty so sebou prinášajú vznik plynných splodín, ktoré obsahujú hlavne oxid uhličitý azlúčeníny fluóru. vypúšťanie týchto splodín do ovzdušia je prísne kontrolované aregulované predpismi, ato nielen čo sa týka okolitého prostredia vhale, kde prebieha elektrolýza, kvôli pracovným podmienkam personálu pohybujúceho sa vblízkosti elektrolyzéru, ale tiež čo sa týka znečistenia ovzdušia. Zákonné úpravy mnohých štátov vo veci znečistenia kladú obmedzenia na množstvo splodín vypúšťaných do atmosféry.0004 V dnešnej dobe existujú riešenia, ktoré umožňujú spoľahlivo a uspokojivo extrahovat, zachytávat a spracovávať tieto splodiny. Veľmi rozšírené riešenie spočíva vo vybavení elektrolyzérov zariadením na zachytávanie splodín. Toto zariadenie prekrýva elektrolytické vane azahŕňa ohraničujúce prostriedky, ktoré zahŕňajú hlavne zakrývajúce zariadenie a prostriedky na nasávanie a chemické spracovanie splodín. Známe postupy spracovania splodín zahŕňajú hlavne rekuperáciu plynných zlúčenín fluóru reakciou s oxidom hlinitým. Zakrývajúce zariadenie zahŕňa prostriedky pre pristup, ako sú napr. kryty, obvykle odnímateľné, a vstupný otvor,ktorý umožňuje vykonávať zásahy na vani.0005 Zakrývajúce zariadenie vymedzuje uzavretú odsávanú oblasť, vktorej je podtlak vzhľadom kokolitej atmosfére, čo umožňuje efektívne zachytávat splodiny. Získa sa tak Výkonnost zachytávania vnepretržitej prevádzke vyššia než 97 v najmodernejších priemyselných zariadeniach, takže úroveň emisií plynných zlúčenín fluóru do atmosféry je výrazne nižšia, ako sú medzné hodnoty stanovené regulačnými predpismi.0006 Anódy sú spravidla spojene sprípojnicou elektrického prúdu usporiadanou zvonku zariadenia na zachytávanie,prostredníctvom kovových tyčí, ktoré prechádzajú cez zariadenie otvormi, ktoré sú v ňom vytvorené. Voľný priestor (alebo vôľa),ktorý tyče vtýchto otvoroch nechávajú, nie je vyplnený, aby tak bolí umožnené vertikálne a horizontálne pohyby kovových tyčí. Vertikálne pohyby sú časté a umožňujú hlavne kompenzovat opotrebenie anód v priebehu elektrolýzy. Khorízontálnym pohybom dochádza spravidla pri krokoch výmeny opotrebovaných anód.0007 Voľné priestory medzi anódovými tyčami a vnútorným okrajom otvorov pre priechod predstavujú narušenie uzavretia, ktoré má pre každú jednotlivú anódovú tyč len malý význam, ktoré sa ale stane významným pre zostavu anód jedného elektrolyzéra a tým skôr pre sériu niekoľkých stoviek elektrolyzérov.0008 Predkladaný vynález si kladie za ciel navrhnúť obmedzovač úniku schopný zmenšiť narušenie uzavretia predstavované otvormi pre priechod anódových tyčí. Presnejšie je obmedzovač úniku podľa vynálezu určený na obmedzenie priechodu vzduchu a plynov medzi vnútrom a vonkajškom zariadenia na zachytávanie elektrolyzéra na výrobu hliníka elektrolýzou v tavenine cez otvory pre priechod anódových tyčí.0009 obmedzovač úniku pre elektrolyzér podľa vynálezu sa vyznačuje tým, že ma aspoň jeden držiak, ktorý môže obklopovat celú alebo časť anódovej tyče, a aspoň jedno pružné tesniace teleso usporiadané okolo celého alebo časti obvodu a určené na uzavretie celého alebo častí voľného priestoru medzi vnútornou hranou otvorov pre priechod a anódovou tyčou.0010 Pružné telesá zaísťujú určitú tesnost okolo anódovej tyče avdaka ohybnosti telesa umožňujú udržať túto tesnost í napriek nevyhnutným zmenám polohy tyče. Hlavne vynála umožňuje značne obmedzit výmenu plynov cez uvedené voľné priestory.0011 Držiak je s výhodou vo forme výrezu, aby sa zjednodušlla konštrukcia obmedzovača úniku a aby bolo umožnené bočné vloženie anódovej tyče otvorom výrezu.0012 Predmetom vynálezu je tiež elektrolyzér obsahujúci aspoň jeden obmedzovač úniku podľa vynálezu.0013 Vynález bude možné lepšie pochopit na základe podrobného opisu jedného jeho výhodného príkladu uskutočnenia, ktorý je opísaný v ďalšom texte a ktorý je znázornený na pripojených výkresoch.Obr. 1 znázorňuje v priečnom reze typický elektrolyzér určený na výrobu hliníka.Obr. 2 predstavuje vperspektivnom pohľade a zjednodušene znázornenú časť typického elektrolyzéra určeného na výrobu hliníka (a) bez a (b) s obmedzovačom úniku podľa vynálezu.Obr. 3 až 5 znázorňujú obmedzovače úniku podľa vynálezuObr. 6 znázorňuje ketu tvaru písmena U obmedzovača úniku podľa jedného uskutočnenia vynálezu.Obr. 7 zobrazuje priečny rez pozdĺž osy l kefou tvaru písmena U obmedzovača úniku znázorneného na obr. 5. Obr. a zobrazuje rez od l k C obmedzovačom úniku znázornenom na obr. 5.Obr. 9 a 10 ilustrujú spôsoby vkladania anódovej tyče do obmedzovača úniku podľa vynálezu.0014 Ako je to znázornená na obr. 1, elektrolyzér (1) na výrobu hliníka HaIl-Héroultovým postupom obvykle zahŕňa vaňu (10),anódy (2) nesené upevňovacimi prostriedkami zahŕňajúcimi obvykle tyč (3) aviacnásobný držiak (multipod) (4) amechanicky a elektricky spojené s anódovým rámom (5) pomocou spojovacích prostriedkov (6). Anódová tyč (3) má obvykle v podstate obdĺžnikový alebo štvorcový prierez. Vaňa (10) zahŕňa skriñu (7) z ocele, prvky (8) vnútorného plášte a katódovú zostavu (S). Prvky(B) plášta a katódová zostava (9) tvoria vnútri vane (10) kelímok schopný pojat elektrolytický kúpel (11) a vrstvu tekutého kovu (12).0015 Elektrolyzér (1) rovnako zahŕňa kovovú konštrukciu (13), ktorá tvorí oporu hlavne pre anódový rám (5) tak. že sa môže pohybovať, a pre zariadenie na zachytávanie splodín zahŕňajúce ohraničujúce prostriedky (14, 15) a vymedzujúce vnútorný uzavretý priestor (16). Ohraničujúce prostriedky obvykle zahŕňajú odnímateľné kryty (14) a pevný kryt (15).0016 Ako je to znázornená na obr. 2 (a), zariadenie na zachytávanie zahŕňa otvory (17) upravené tak, aby nimi mohla voľne prechádzať anódová tyč (3). Tento otvor ma najčastejšie tvar pravouhlého zárezu na umožnenie vloženia anódovej tyče. Anódy (2) sú spravidla zavádzané či vysúvané z elektrolyzera bočným zasúvanim po nadvihnutí jednéhoalebo viacerých krytov (14). Preto je otvor(17) taký, že umožňuje bočné vsunutie tyče (3) anódy (2), a to nech už s alebo bez jej pozdlžneho posúvania, to znamená s alebo bez jej posúvanía pozdlž hlavnej osi elektrolyzéra.0017 Obr. 2 (b) znázorňuje schematické umiestnenie obmedzovača (20) úniku podľa vynálezu votvore (17) pre priechod anódy.0018 Obmedzovač (20) úniku elektrolyzéra (1) na výrobu hliníka vybaveného ohraníčujúcimi prostriedkami (14, 15) vybavenými priechodnými otvormi (17) pre vkladanie anódových tyčí (3) sa vyznačuje tým, že má aspoň jeden držiak (21), ktorý môže obklopovat celú alebo část anódovej tyče, a aspoň jedno pružné tesniace teleso (30, 30 a, 30 b, 30 a) usporiadané okolo celého alebo časti obvodu(23) držiaku (21) a určené na uzavretie celého alebo časti voľného priestoru medzi vnútornou hranou (18) otvoru (17) a anódovou0019 Držiak (21) môže mat rôzne tvary, ako napriklad v podstate priamočiary tvar, zakrívený tvar, a iné. Okrem toho môže byt držiak (21) tvorený rôznymi prvkami.0020 Vo výhodnom uskutočnení vynálezu držiak alebo držiaky (21) tvoria otvor alebo Výrez (26) do ktorého môže byt anódová tyč (3) bočne vložená. Otvor (26) má obvykle tvar písmena U alebo rámu s tromi stranami. Tesniace teleso alebo tesniace telesá (30,30 a, 30 b, 30 a) sú usporiadané po vnútornom obvode (23) otvoru (26).0021 V tomto príklade uskutočnenia obmedzovať (20) úniku obklopuje aspoň tri strany anódovej tyče (3). Tesniace teleso (30) môže mat taký tvar. že prekrýva tiež štvrtú stranu tyče. Obmedzovač (20) úniku môže prípadne zahŕňať komplementárny uzavieraci prvok (20), pohyblivý alebo odnímateľný, ktorý je schopný obmedzovať úniky po vložení tyče po jej štvrtej strane. Tento komplementárny uzavieraci prvok (20) môže zahŕňať držiak (21) vybavený pružným tesniacim telesom (30). Tento komplementámy prvok môže byt voliteľne pripevnený na pevný kryt (15) alebo na pohyblivý kryt (14) v blízkosti anódovej tyče.0022 Obr. 3 znázorňuje pripad, v ktorom je tesniace teleso tvorené jediným prvkom (30). Obr. 4 znázorňuje pripad, v ktorom je tesniace teleso tvorené troma oddelenýmí prvkami (30, 30 a, 30 b, 30 c) usporiadanými v náváznosti na seba.0023 Ako je znázornene na obr. 5, tesniace teleso susedí s anódovou tyčou, ale nie je s ňou nutne vkontakte. Môže byť oddelená vzdialenosťou niekoľkých milimetrov, typicky 2 alebo 3 mm, bez toho aby to významnou mierou znižovalo tesniaci účinokzískaný zariadením podľa vynálezu.0024 Pružné tesniace teleso môže byt tvorené ohybným prvkom, ktorý je prispôsobený na to, aby efektívne uzavieral celý uvedený voľný priestor, alebo jeho časť. Môže byt tvorené napríklad vláknami, Iamelami, hubovitými telesami alebo ohybnými trubicami, alebo kombináciou týchto prvkov. Môže byť kovové alebo nekovové.0025 Pružné tesniace teleso (30) je s výhodou schopné odolávat atmosfére vnútorného priestoru (16) elektrolyzéra a udržovat si svoje mechanické vlastnosti pri teplotách, ktoré sú v tomto priestore dosahované.0026 Pružné tesniace teleso (30) je svýhodou tvorené zväzkom kovových a/alebo nekovových vlákien. Prihlasovateľ zistil, že zväzok vlákien umožňuje udržovat danú tesnost okolo anódovej tyče vďaka zvolenej hustote vlákien, a že táto tesnost je zachovaná vdaka ohybnosti vlákien napriek nevyhnutným zmenám v polohe tyče. Vlákna tiež umožňujú udržovat dobrú tesnost inapriek povrchovým chybám anódovej tyče.0027 Bolo zistené, že veľmi uspokojivé výsledky je možne dosiahnut použítím vlákien z nehrdzavejúcej ocele. Tesniace telesá vytvorené z takýchto vlákien dobre odolávajú mechanickým namáhaniam vyvijaných anódovou tyčou pri jej pohyboch a majú dostatočnú ohybnosť.0028 Vlákna zväzku (30) sú dostatočne zovreté na vytvorenie značného tlakového rozdielu medzi vonkajškom avnútrom zariadenia na zachytávanie. Ako dostatočná bola identítikovaná lineárna hustota od 100 do 1000 vlákien na centimeter dľžky obvodu. Hrúbka zväzku je typicky väčšia ako 0,5 cm. Priemer vlákien sa typicky nachádza v rozmedzí 0,1 až 1 mm. Uhol oi rozovretia zväzkukovových vlákien sa typicky nachádza medzi 0 a 45 ° a ešte lepšie medzi 0 a 30 °. Dĺžka L tej časti kovových vlákien, ktorá vystupuje z držiaku, sa typicky nachádza medzi 1 a 10 cm.0025 Podľa výhodného uskutočnenia vynálezu je aspoň jedno pružné tesniace teleso (30, 30 a, 30 b, 30 c) pripevnené na druhom držiaku alebo ráme (32), ktorý je pohyblivý voči držiaku (21), to znamená ktorý je upravený tak, že sa môže posúvať vzhľadom k držiaku (21 ).0030 Vtomto uskutočnení má držiak (21) na svojom vnútornom obvode (23) typicky podlhovastý otvor (22), a rám (32) sa vkladá do tohto otvoru tak, aby bol pohyblivý. Rám (32) a pružné tesniace teleso (30, 30 a, 30 b, 30 c) teda tvoria pohyblivú zostavu alebo posuvný diel (31), ktorý zlepšuje samo-umlestňovanie tesniacich prostriedkov pri pohyboch anódovej tyče. Pohyb zostavy (31) rám / tesniace teleso typicky prebieha v podstate kolmo k anódovej tyčí (3).0031 Vtomto uskutočnení vynálezu sú pružne tesniace telesá (30, 30 a, 30 b, 30 c) a rám (32) s výhodou z nemagnetického materiálu, ato preto, aby, vzhľadom na prítomnosť silného magnetického poľa, ktoré panuje vprostredi elektrolyzéra, nevznikali magnetické sily, čo umožňuje vyhnúť sa zablokovaniu pohybu magnetickým polom. Napríklad rám (32) je s výhodou z hliníka, alebo zo zliatiny hliníka, a vlákna z nemagnetickej nehrdzavejúcej ocele.0032 Pohyblivost prvkov (31) v držiaku (21) môže uľahčiťľich údržbu alebo výmenu v prípade opotrebenia alebo poškodenia, 0033 Okrem toho obmedzovač (20) úniku s výhodou zahŕňa aspoň jeden prvok (25) pre spojenie medzi držiakom (21) a rámom (32) alebo každým rámom (32) pre riadenie posúvania tesniaoeho telesa alebo tesniacich telies (30, 30 a, 30 b, 30 a) vzhľadom k držiaku (21). Prvok pre spojenie je typicky pripevnený na rám (32). Aspoň jedným prvkom pre spojenie je s výhodou elastický prvok, ako napríklad pružina alebo elastické lamela, aby napomáhali samo-umlestňovaniu kefy alebo kiel vzhľadom k anódovej tyčí (3). Prípadne je tiež možné použit tiahla a/alebo vodiace prostriedky, pripadne v kombinácií s elastickým prvkom alebo elastickými prvkami.0034 Obr. 5 až 8 znázorňuje výhodné uskutočnenie vynálezu, v ktorom je tesniace teleso (30, 30 a, 30 b, 30 c) tvorené vláknami upevnenými vjedinom pohyblivom ráme (32), ktorý je schopný sa pohybovať vzhľadom k rámu (21).0035 Obr. 5 (b) zodpovedá pohladu vpozdĺžnom reze na obmedzovač zobr. 5 (a), ktorý zobrazuje zostavu (31) rámu a vlákien, nazývanú kefa, umiestnenú z časti vnútri držiaku (21). Profil anódovej tyče (3) je znázornený bodkovanou čiarou. Obr. 6 znázorňuje samotnú kefu (31), a síce pohľad na jej hlavnú rovinu (a) a pohlad na jej priečny rez (b).0036 Bočné vkladanie anódovej tyče (3) sa obvykle vykonáva pozdĺž osy l - l znázornenej na obr. 5 a 6. Obr. 9 a 10 znázorňujú dva spôsoby vkladania anódovej tyče. Obr. 9 zodpovedá prípadu vkladania pohybom v jedinom smere. Obr. 10 zodpovedá prípadu vkladania pohybom v dvoch smeroch s posunutím obmedzovača úniku vzhľadom k elektrolyzéru.0037 Držiak (21) a rám (32) sú typicky z kovu, aby zaistovali dostatočné mechanické držanie. S výhodou je možné použil hliník a zliatiny hliníka, ktoré sú nemagnetické.0038 Tuhosť držiaku (21) okrem toho umožňuje, že obmedzovač úniku prípadne môže niest oporu pre nohu obsluhy, bez toho aby došlo kjeho poškodeniu.0039 Obmedzovač (20) úniku môže byt pevne alebo pohyblivo spojený s elektrolyzérom a presnejšie s prvkom jeho konštrukcie alebo so zariadením na zachytávanle, Na tento účel držiak (21) zahŕňa s výhodou pripevňovacie prostriedky (24) na pripevnenie na elektrolyzér, s výhodou rozoberateľné. RozoberateIné spojenie, také ako je možné ziskat napriklad pomocou skrutiek a matíc (29), umožňuje ľahké vybratie obmedzovača úniku bez odstraňovanie anódy.0040 lked je pevné spojenie vmnohých prípadoch dostačujúce, poskytuje pohyblivé spojenie obmedzovaču úniku další stupeň voľnosti, čo umožňuje jednoduchšiu úpravu jeho polohy vzhľadom kanódovej tyči. Tento ďalší stupeň voľnosti sa hlavne využije vtedy, ked ma otvor (17) pre priechod anódovej tyče veľké rozmery vzhľadom na priemer tyče a môže dochádzať k velkým vychýleniam tyče pri jej umiestňovaní a/alebo pri jej použití.0041 Tento stupeň voľnosti je tiež užitočný ked má otvor (17) komplikovanejší tvar ako je tvar pravouhlého zárezu a umiestñovaníe anódovej tyče (3) do otvoru (17) prebieha v dvoch smeroch, to znamená ked zahŕňa posúvanie pozdlž hlavnej osy elektrolyzéra a naprieč ktejto osy, ako je to znázornená na obr. 10, Vtakom prípade má obmedzovač úniku typicky otvorenú polohu(obr. 10 (a a uzavretú polohu (obr. 10 (b. obmedzovač (20) úniku teda s výhodou zahŕňa jeden komplementárny uzavieraci prvok alebo niekoľko komplementárnych uzavieracích prvkov (33, 34), ako sú napríklad dosky, ktoré sú určené na udržiavaniu tesnosti obmedzovača pri jeho posúvani. Tieto komplementárne prvky môžu byt pevné alebo pohyblivé. Pohyblivý obmedzovač (20) úniku môže pripadne spolupracovat s jedným alebo niekoľkými pevnými uzavieracimi prvkami (20) na udržiavanie tesnosti zariadenia pri jeho posúvani. Posúvanie obmedzovača úniku môže byt vedené prvkami (35) pre vedenie, ako je napríklad koľajnička.0042 Ked obmedzovač (20) úniku obsahuje kovové časti, hlavne v blízkosti anódovej tyče, čo by bol prípad napríklad kovového držiaku či kovových vlákien, je výhodne elektricky odizolovat obmedzovač úniku od elektrolyzéra, aby sa zabránilo vzniku skratu pri manipulácií sanódou, Také odizolovanie môže byt realizované vložením elektricky izolujúceho prostriedku (27, 28, 28) medzi obmedzovač úniku a elektrolyzér. Napríklad v príklade uskutočnenia znázornenom na obr. 8 je obmedzovač (20) úniku od elektrolyzéra (1) odizolovaný s pomocou izolačnej dosky (27), ktorá je vložená medzi držiak (21) a ohraničujúce prostriedky (15),a s pomocou trubice (28) a tesniaceho krúžku (28), ktoré sú vložené medzi spojovacie prostriedky (29) a ohraničujúce prostriedky0043 Jednoduchost mechanizmu utesnenia obmedzovača úniku podľa vynálezu mu udeľuje uspokojivú odolnost voči vplyvomokolia ahlavne voči prachovému oxidu hlinitému ci drvenému kúpeľu, ktorý by mohol spôsobiť zablokovania či zaseknutie mechanizmov s osami pre výkyv alebo pre otáčania.0044 Obmedzovač úniku podľa vynálezu má tiež tú výhodu, že jednoducho zabera malý priestor. Celková hrúbka obmedzovača podľa vynálezu je typicky len 3 až 4 cm, čo umožňuje jeho ľahké umiestnenie medzi anódový rám (5) a kryt (15).0045 vynález má rovnako tú výhodu, že nie je nutný žiadny manuálny zásah ani zvláštne ovládanie. čo zjednodušuje jeho použitie a zvyšuje jeho spoľahlivosť.3 prostriedky upevňovacie a pre prívod prúdu (tyč) 4 prostriedky upevňovacie a pre prívod prúdu (viacnásobný držiak) 5 anódový rám6 prostriedky pre spojenie tyče s anódovým rámom 7 skriňa17 otvor pre priechod anódovej tyče18 vnútorná hrana otvoru pre priechod anódovej tyče 20 obmedzovač úniku27 elektricky izolujúci prostriedok (doska)28 elektricky izolujúci prostriedok (trubica)28 elektricky izolujúci prostriedok (tesniaci krúžok) 29 skrutka a matica

MPK / Značky

MPK: C25C 3/00

Značky: obmedzovač, úniku, elektrolyzér

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/14-e536-obmedzovac-uniku-pre-elektrolyzer.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Obmedzovač úniku pre elektrolyzér</a>

Podobne patenty