RU56895U1

RU56895U1 - ELECTROLYZER FOR PRODUCING MAGNESIUM WITH LOWER INPUT ANODES

Info

Publication number: RU56895U1
Application number: RU2006117261/22U
Authority: RU
Inventors: Владимир Иванович Грибов; Владимир Петрович Лепихин; Юрий Анатольевич Ряпосов; Дмитрий Леонидович Мельников; Олег Николаевич Шундиков
Priority date: 2006-05-19
Filing date: 2006-05-19
Publication date: 2006-09-27

Abstract

Электролизер включает футерованный кожух, электролитическую и сборную ячейки, введенные снизу, аноды и перекрытия. Через перекрытия электролитических ячеек соосно анодам введены холодильники из теплопроводного материала, например, графита. Холодильники сверху перекрытия могут быть снабжены теплоотводящими элементами, объединенными коллектором. Холодильники перекрыты единым кожухом, под которым также может прокачиваться воздух. Холодильники способствуют интенсификации электролизера, и могут использоваться при регулировании температурного режима процесса электролиза.The electrolyzer includes a lined casing, electrolytic and prefabricated cells introduced from the bottom, anodes and ceilings. Through the overlap of the electrolytic cells coaxially with the anodes, refrigerators are introduced from a heat-conducting material, for example, graphite. Refrigerators on top of the ceiling can be equipped with heat sink elements connected by a collector. Refrigerators are covered by a single casing, under which air can also be pumped. Refrigerators contribute to the intensification of the electrolyzer, and can be used to control the temperature of the electrolysis process.

Description

Полезная модель относится к металлургии цветных металлов, конкретно, к получению магния электролизом хлорида магния в электролизерах с нижним вводом анодов.The utility model relates to the metallurgy of non-ferrous metals, specifically, to the production of magnesium by electrolysis of magnesium chloride in electrolyzers with a lower input of anodes.

Известны магниевые электролизеры с охлаждаемыми элементами. Так, в решении по А.с. №377416 стенки охлаждаются водяными рубашками; по А.с. №507669 - в перекрытии выполнены каналы, примыкающие к общему коллектору; А.с. №513120 - перекрытие выполнено с внутренними полостями для подачи охлаждающего воздуха; по патенту РФ №2092618 - электролизер снабжен каналами в футеровке; по патенту РФ №2090657 - между нижней гранью контактных головок и кожухом размещена чугунная плита с полостями; по А.с. №№784385 и 1811719 в подине выполнены каналы охлаждения. Существенным недостатком перечисленных электролизеров является или недостаточная эффективность отвода тепла от стенок или футеровки с относительно низкой температурой и возможностью появления настыли при отводе тепла от подины.Known magnesium electrolyzers with cooled elements. So, in the decision on A.S. No. 3,77416 the walls are cooled by water jackets; by A.S. No. 507669 - in the overlapping channels are made adjacent to the common collector; A.S. No. 513120 - the overlap is made with internal cavities for supplying cooling air; according to the patent of the Russian Federation No. 2092618 - the cell is equipped with channels in the lining; according to the patent of the Russian Federation No. 2090657 - between the lower edge of the contact heads and the casing there is a cast-iron plate with cavities; by A.S. No. 784385 and 1811719 in the hearth made cooling channels. A significant drawback of these electrolytic cells is either the insufficient efficiency of heat removal from the walls or lining with a relatively low temperature and the possibility of occurrence of accretion during heat removal from the hearth.

Наиболее близким является решение по А.с. №1195686, выбранным в качестве прототипа, по которому средства охлаждения выполнены в виде тепловых труб и помещены в открытых полостях, омываемых расплавом электролита.The closest is the solution for A.S. No. 1195686, selected as a prototype, according to which the cooling means is made in the form of heat pipes and placed in open cavities washed by an electrolyte melt.

Недостатками устройства по прототипу являются: недостаточная надежность тепловых труб с точки зрения их эксплуатации в условиях расплавного электролизера; необходимость нарушения футеровки стен; сложность замены тепловых труб во время эксплуатации электролизера и ряд других.The disadvantages of the prototype device are: insufficient reliability of heat pipes from the point of view of their operation in a melt cell; the need for violation of the lining of the walls; the difficulty of replacing heat pipes during operation of the electrolyzer and a number of others.

Целью предлагаемого технического решения электролизер с нижним вводом анодов и элементами теплоотводящих устройств, позволяющих как регулировать теплоотвод во время эксплуатации с целью стабилизации оптимальной температуры процесса электролиза, так и интенсифицировать процесс электролиза при работе на более высоких (оптимальных) плоскостях тока. При этом теплоотводящее устройство должно быть удобно, надежно и ремонтопригодно.The purpose of the proposed technical solution is an electrolyzer with a lower input of anodes and elements of heat-removing devices, which allows both to regulate the heat sink during operation in order to stabilize the optimal temperature of the electrolysis process, and to intensify the electrolysis process when working at higher (optimal) current planes. In this case, the heat sink should be convenient, reliable and maintainable.

Цель достигается тем, что в электролизер, включающий электролитические и сборные ячейки, введенные снизу аноды, перекрытия и трубопроводы отсоса газов, через перекрытия электролитических ячеек соосно с анодами введены холодильники из теплопроводного материала, при этом холодильники могут быть выполнены из графитовых брусьев и опираться на аноды, а тепло от холодильников выше перекрытия может интенсивно отводиться теплоотводящими элементами с подведенным к ним хладагентом, например, водой, воздухом или другими теплоносителями. Элементы холодильников имеют развитую поверхность с целью передачи максимально возможного количества тепла, выполнены из взаимозаменяемых деталей, которые могут быть заменены без остановки процесса электролиза, причем холодильники устанавливаются над электролитической ячейкой, противоположной зоне обслуживания и перекрыты сверху кожухом с отсосом газов из-под него с целью лучшей организации теплоотвода и эксплуатации устройства вцелом.The goal is achieved by the fact that refrigerators made of heat-conducting material are introduced coaxially with the anodes into the electrolyzer, which includes electrolytic and prefabricated cells introduced from below the anodes, floors and gas suction pipelines, through the floors of the electrolytic cells, the coolers can be made of graphite bars and rely on the anodes , and the heat from the refrigerators above the ceiling can be intensively removed by heat-removing elements with a refrigerant supplied to them, for example, water, air or other coolants. The elements of the refrigerators have a developed surface in order to transfer the maximum possible amount of heat, made of interchangeable parts that can be replaced without stopping the electrolysis process, and the refrigerators are installed above the electrolytic cell opposite the service area and are covered from above by a casing with a suction of gases from under it in order to better organization of heat removal and operation of the device as a whole.

Возможны такие варианты использования графитовых холодильников, когда они повторяют архитектуру хлороотводящих анодов и к ним могут подключаться анодные шины.Such options for using graphite refrigerators are possible when they repeat the architecture of the bleeding anodes and anode buses can be connected to them.

Теплоотводящие детали холодильников, охлаждаемые подведенным трубопроводом хладагентом, могут быть объединены единым коллектором с целью эффективного регулирования теплоотвода.The heat sink parts of refrigerators, cooled by the refrigerant brought in by the pipeline, can be combined by a single collector in order to effectively regulate the heat sink.

Известное по А.с. №1741774 решение по устройству перекрытия магниевого электролизера из установленных рядом заливок из магния, Known by A.S. No. 1741774 a decision on the device for overlapping a magnesium electrolyzer from the magnesium fillings installed nearby,

алюминия или их сплава может привести к хлорированию горячим хлором металлических заливок, их разрушению и аварийной остановке электролизера.aluminum or their alloy can lead to chlorination of metal fillings with hot chlorine, their destruction and emergency stop of the electrolyzer.

На фиг.1 показан разрез электролизера по аноду, а на фиг.2 - электролизер в плане. Цифрами на рисунках обозначены: 1 - футеровка электролизера, 2 - электролитическая ячейка, 3 - сборная ячейка, 4 - перекрытие, 5 - перегородка между электролитической и сборной ячейками, 6 - токоподвод к аноду, 7- подина электролизера, 8 - холодильник, 9 - теплоотводящий элемент, 10 - кожух, 11 - коллектор хладагента.Figure 1 shows a section of the electrolyzer along the anode, and figure 2 - electrolyzer in plan. The numbers in the figures indicate: 1 - lining of the electrolyzer, 2 - electrolytic cell, 3 - prefabricated cell, 4 - overlap, 5 - partition between the electrolytic and prefabricated cells, 6 - current lead to the anode, 7 - cell bottom, 8 - refrigerator, 9 - heat sink element, 10 - casing, 11 - refrigerant manifold.

Электролизер работает следующим образом. Оптимальная температура процесса в электролизере 670-680°С, на аноде выделяется хлор, на катоде - магний. Хлор отсасывают насосами из-под перекрытия, а магний собирается в сборной ячейке. При нарушениях технологии, при заливках в электролизер сырья с большим количеством вредных примесей выход по току магния падает, при этом в электролит выделяется избыточное тепло, и он нагревается выше оптимальных пределов. Избыточное тепло в этих случаях необходимо отводить, так как повышение температуры электролита ведет к дополнительному понижению выхода по току.The cell operates as follows. The optimum process temperature in the electrolyzer is 670-680 ° С, chlorine is released at the anode, and magnesium is released at the cathode. Chlorine is sucked up by pumps from under the ceiling, and magnesium is collected in a collection cell. In case of violations of technology, when pouring into the electrolyzer a raw material with a large amount of harmful impurities, the current efficiency of magnesium decreases, and excess heat is released into the electrolyte, and it heats above optimal limits. Excess heat in these cases must be removed, since an increase in the temperature of the electrolyte leads to an additional decrease in the current efficiency.

Избыточное тепло необходимо отводить также при повышении силы тока (интенсификации).Excessive heat must also be removed when current increases (intensification).

При повышении температуры по сигналу прибора через теплоотводящие элементы прокачивается расчетное количество хладагента, отводя избыточное тепло. При возвращении температуры в оптимальную зону объем прокачиваемого хладагента снижается.When the temperature rises, the calculated amount of refrigerant is pumped through the heat sink elements through the heat sink elements, removing excess heat. When the temperature returns to the optimum zone, the volume of refrigerant pumped decreases.

Электролизеры с силой тока 90-100 кА обычно имеют в одной электролитической ячейке до 18 анодов, установив 18 холодильников даже за счет естественного теплообмена, можно дополнительно отвести 40-60 кВт тепловой энергии; теплоотводящие элементы позволяют увеличить этот объем на 40-80%. Интенсификация, достигаемая принудительным отводом тепла, соответствует ~1 кА на каждые 4-5 кВт.Electrolyzers with a current strength of 90-100 kA usually have up to 18 anodes in one electrolytic cell, having installed 18 refrigerators even due to natural heat exchange, 40-60 kW of thermal energy can be additionally removed; heat-removing elements allow to increase this volume by 40-80%. The intensification achieved by forced heat removal corresponds to ~ 1 kA for every 4-5 kW.

Таким образом, установленные в электролизер холодильники не только интенсифицируют экономично электролизер, но и способствуют оптимизации эффективного температурного режима процесса электролиза.Thus, refrigerators installed in the electrolyzer not only intensify the electrolyzer economically, but also help optimize the effective temperature regime of the electrolysis process.

Claims

1. An electrolyzer for producing magnesium, including cathodes introduced from below and laterally removed from the side, floors, prefabricated and electrolytic cells, gas suction pipelines, characterized in that refrigerators of heat-conducting material are introduced coaxially with the anodes through the floors of the electrolytic cells.

2. The electrolyzer according to claim 1, characterized in that the refrigerators rely on anodes.

3. The electrolyzer according to claim 1, characterized in that the refrigerators after exiting the ceiling are equipped with heat-removing elements.

4. The electrolyzer according to claim 1 or 3, characterized in that the refrigerant is connected to the heat-removing elements.

5. The electrolyzer according to claim 4, characterized in that water is used as a refrigerant.

6. The electrolyzer according to claim 1 or 3, characterized in that gas is used as a refrigerant.

7. The electrolyzer according to claim 1 or 3, characterized in that low-boiling liquids are used as the refrigerant.

8. The electrolyzer according to claim 1, characterized in that the refrigerators are made of graphite bars.

9. The electrolyzer according to claim 1 or 8, characterized in that the bars have gaps between each other and a corrugated surface.

10. The cell according to claim 1, characterized in that the refrigerators are made of separate interchangeable elements and can be replaced during operation of the cell.

11. The electrolyzer according to claim 1 or 3, characterized in that the heat-removing elements are combined by pipelines in a single system with the ability to control the amount of heat removed.

12. The electrolyzer according to claim 1, characterized in that the overlap of the electrolytic cell is double, and the upper overlap panel covers the system of refrigerators.

13. The cell according to claim 1, characterized in that the refrigerators are used as an operational temperature controller of the cell.

14. The electrolyzer according to claim 1, characterized in that the ceiling with the refrigerators is mounted on the side opposite to the service area of the precast cell.

15. The electrolytic cell according to claim 1 or 12, characterized in that the space between the overlapping layers is connected to the sanitary suction pipe.

16. The electrolyzer according to claim 1, characterized in that the overlap of the electrolytic cell is made with openings for the introduction of refrigerators through them.

17. The cell according to claim 1, characterized in that the refrigerators are immersed in the melt coaxially with the anodes, and their cross section corresponds to or less than the cross section of the anode by 0.0-50%.

18. The electrolyzer according to claim 1, characterized in that the part of the refrigerator immersed in the melt, together with the anode, is equipped with cooling channels.

19. The electrolyzer according to claim 1, characterized in that the refrigerators can be connected to the anode busbar of the electrolyzer.

20. The electrolyzer according to claim 1 or 12, characterized in that between the main floor and the upper panel overlap is passed refrigerant, such as air.