Электролизер для получения магния с нижним вводом анодов

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.

Полезная модель относится к металлургии цветных металлов, конкретно, к получению магния электролизом хлорида магния в электролизерах с нижним вводом анодов.

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.

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.

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.

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.

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.

Возможны такие варианты использования графитовых холодильников, когда они повторяют архитектуру хлороотводящих анодов и к ним могут подключаться анодные шины.

Теплоотводящие детали холодильников, охлаждаемые подведенным трубопроводом хладагентом, могут быть объединены единым коллектором с целью эффективного регулирования теплоотвода.

Известное по А.с. №1741774 решение по устройству перекрытия магниевого электролизера из установленных рядом заливок из магния,

алюминия или их сплава может привести к хлорированию горячим хлором металлических заливок, их разрушению и аварийной остановке электролизера.

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.

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.

Избыточное тепло необходимо отводить также при повышении силы тока (интенсификации).

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.

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.

Таким образом, установленные в электролизер холодильники не только интенсифицируют экономично электролизер, но и способствуют оптимизации эффективного температурного режима процесса электролиза.

1. Электролизер для получения магния, включающий введенные снизу аноды и выведенные сбоку катоды, перекрытия, сборные и электролитические ячейки, трубопроводы отсоса газов, отличающийся тем, что через перекрытия электролитических ячеек соосно с анодами введены холодильники из теплопроводного материала.

2. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что холодильники опираются на аноды.

3. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что холодильники после выхода из перекрытия снабжены теплоотводящими элементами.

4. Электролизер по п.1 или 3, отличающийся тем, что к теплоотводящим элементам подведен хладагент.

5. Электролизер по п.4, отличающийся тем, что в качестве хладагента используется вода.

6. Электролизер по п.1 или 3, отличающийся тем, что в качестве хладагента используется газ.

7. Электролизер по п.1 или 3, отличающийся тем, что в качестве хладагента используются низкокипящие жидкости.

8. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что холодильники выполнены из графитовых брусьев.

9. Электролизер по п.1 или 8, отличающийся тем, что брусья имеют зазоры между собой и рифленую поверхность.

10. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что холодильники выполнены из отдельных взаимозаменяемых элементов и могут быть заменены во время эксплуатации электролизера.

11. Электролизер по п.1 или 3, отличающийся тем, что теплоотводящие элементы объединены трубопроводами в единую систему с возможностью регулирования количества отводимого тепла.

12. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что перекрытие электролитической ячейки выполнено двойным, причем верхняя панель перекрытия укрывает систему холодильников.

13. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что холодильники используются в качестве оперативного регулятора температуры электролизера.

14. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что перекрытие с холодильниками смонтировано со стороны, противоположной зоне обслуживания сборной ячейки.

15. Электролизер по п.1 или 12, отличающийся тем, что пространство между слоями перекрытия соединено с трубопроводом санитарно-технического отсоса.

16. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что перекрытие электролитической ячейки выполнено с проемами для введения через них холодильников.

17. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что холодильники погружены в расплав соосно анодам, причем их поперечное сечение соответствует или меньше поперечного сечения анода на 0,0-50%.

18. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что погруженная в расплав часть холодильника совместно с анодом снабжена хладоотводящими каналами.

19. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что холодильники могут быть соединены с анодным шинопроводом электролизера.

20. Электролизер по п.1 или 12, отличающийся тем, что между основным перекрытием и верхней панелью перекрытия пропускается хладагент, например воздух.