مصرف انرژی آلومینیوم الکترولیتی: معیارها و اهرم های کاهش

چرا آلومینیوم اولیه محصولی انرژی بر است؟

آلومینیوم با حل کردن آلومینا در مذاب فلوراید و عبور جریان مستقیم از آن تولید می‌شود، که اکسید را در حدود 960 درجه سانتیگراد به فلز تبدیل می‌کند. این فرآیند تقریباً به 1.92 تن آلومینا و 0.40 تا 0.45 تن آند کربن در هر تن فلز نیاز دارد و به طور مداوم نمی‌تواند انرژی الکتریکی را مصرف کند. این ترکیب بار الکتروشیمیایی پیوسته و تعادل گرمایی زیاد دلیلی است که آلومینیوم اولیه به عنوان یکی از مصرف‌کنندگان انرژی معیار در صنایع سنگین در نظر گرفته می‌شود که از نظر مقیاس در واحد خروجی با سیمان و فولاد قابل مقایسه است. نتیجه برای خریداران این است که قیمت فلز تحویل شده و کربن جاسازی شده آن هر دو هزینه و ترکیب سوخت آن برق را دنبال می کنند.

معیارهای انرژی و انتشار در هر تن

ارقام زیر مقادیر عملیاتی معمول صنعت به ازای هر تن آلومینیوم اولیه است. نتایج واقعی با توجه به تولید فناوری، آمپر سلول، کیفیت آلومینا و سن خط لوله متفاوت است و محدودیت‌های شدت انرژی برای اهداف نظارتی در استانداردهایی مانند GB 21346 برای مصرف انرژی واحد محصول و GB/T 1196 برای خود فلز تعریف شده است.

دو نتیجه بلافاصله دنبال می شود. انتشار غیرمستقیم تولید برق چندین برابر بیشتر از انتشار مستقیم فرآیند است، بنابراین منبع الکتریسیته بیش از هر بهینه سازی خط لوله مهم است. و آند به عنوان بخشی از شیمی مصرف می شود، نه صرفاً به عنوان سوخت، بنابراین مصرف کربن را نمی توان کمتر از نیاز استوکیومتری بدون تغییر خود فرآیند کاهش داد.

جایی که برق می رود

تقریباً 40 تا 45 درصد از بودجه ولتاژ سلول انرژی نظری واکنش است و باقیمانده صرف غلبه بر مقاومت اهمی در آندها، حمام، پوشش کاتد و شینه ها می شود، به علاوه تلفات حرارتی که باید برای حفظ مذاب حمام حفظ شود. راندمان جریان در گلدان های مدرن به طور معمول 93-95٪ است، بنابراین چند درصد از جریان در واکنش های برگشتی بین فلز محلول و حمام از دست می رود. بنابراین اهرم‌های عملی کاهش ولتاژ سلول از طریق بهبود تغذیه آلومینا و کنترل شیمی حمام، سلول‌های بزرگتر با تلفات گرمای ویژه کمتر، آندهای شکافدار و طرح‌های کاتد است که توزیع جریان را بهبود می‌بخشد و طراحی شینه‌ها را بهبود می‌بخشد. سیستم های کنترل فرآیند که دمای حمام و غلظت آلومینا را تثبیت می کنند، بخشی از صرفه جویی را بدون هزینه سرمایه ای ارائه می دهند.

ترکیب قدرت و مسیر کم کربن

مشخصات آلایندگی یک کارخانه ذوب اساساً بیانیه ای در مورد تامین برق آن است. ذوب‌هایی که با تولید زغال سنگ محبوس کار می‌کنند، بالاترین ردپایی را دارند، در حالی که آن‌هایی که با تولید برق آبی، بادی یا خورشیدی در همان کلاس فناوری تولید می‌شوند، می‌توانند مجموع انتشار گازهای گلخانه‌ای را با یک مرتبه کاهش دهند. دو مسیر دیگر مهم است. آلومینیوم ثانویه تولید شده از ضایعات تنها به بخش کوچکی از انرژی اولیه نیاز دارد، بنابراین محتوای بازیافتی سریعترین کاهش موجود در کربن جاسازی شده محصول تحویلی است. تحقیق بر روی فناوری آند بی اثر، که می تواند آند کربن را با ماده ای جایگزین کند که به جای دی اکسید کربن، اکسیژن منتشر می کند، با هدف حذف کامل انتشار فرآیند مستقیم انجام می شود، اما استقرار در مقیاس صنعتی هنوز در دسترس نیست و مسیر همچنان موضوع برنامه های آزمایشی است.

این برای خریداران آلومینیوم به چه معناست

تصمیمات خرید به طور فزاینده ای داده های کربن را در کنار داده های مکانیکی حمل می کند. مراحل عملی عبارتند از درخواست ردپای کربن محصول از قطعه تحویل شده، تمایز بین محتوای بازیافتی، که به مواد ورودی اشاره دارد، و ردپای واقعی محصول نهایی، و بررسی اینکه آیا کارخانه ذوب برای روش حسابداری مورد استفاده تأیید شده است یا خیر. روش‌های کمی‌سازی برای چنین اظهارنامه‌هایی از استانداردهای شناخته‌شده مانند ISO 14064-1 و دستورالعمل‌های ملی حسابداری گازهای گلخانه‌ای صنعتی پیروی می‌کنند، و مرزهای محدوده یک رقم منتشر شده همیشه باید قبل از اینکه دو نقل‌قول به عنوان معادل تلقی شوند، مقایسه شوند. از جنبه فنی، مشخص کردن سبک‌ترین آلیاژ و حالتی که شرایط بار را برآورده می‌کند، و طراحی برای مجموعه‌های تک آلیاژی قابل بازیافت، مستقیم‌ترین راه برای تولیدکننده برای کاهش محتوای کربن محصولات خود است.

سوالات متداول

Q:یک تن آلومینیوم اولیه چقدر برق نیاز دارد؟
A: معمولاً 13000-13500 کیلووات ساعت جریان متناوب در potline که 12500-13000 کیلووات ساعت آن انرژی جریان مستقیم مورد نیاز برای واکنش الکتروشیمیایی است و بقیه تلفات یکسو کننده و کمکی را پوشش می دهد.

Q:چرا ردپای کربن آلومینیوم اولیه عمدتا غیر مستقیم است؟
پاسخ: از آنجا که برق مصرفی چندین برابر بیشتر از انتشار فرآیند مستقیم از اکسیداسیون کربن آند است. یک کارخانه ذوب زغال سنگ ردپایی در حدود 11 تن معادل CO2 در هر تن فلز ایجاد می کند، در حالی که یک کارخانه ذوب قابل مقایسه با نیروی برق آبی بسیار کمتر است.

Q:آیا آلومینیوم بازیافتی واقعا در مصرف انرژی صرفه جویی می کند؟
ج: بله. ذوب مجدد قراضه تقریباً 5 درصد انرژی مورد نیاز برای تولید فلز اولیه از سنگ معدن را مصرف می کند، به همین دلیل است که محتوای بازیافتی موثرترین اهرم موجود برای کاهش محتوای کربن یک محصول آلومینیومی است.

Q:آیا می توان مصرف آند را کاهش داد؟
A: فقط در محدوده. کربن به عنوان یک واکنش دهنده مصرف می شود، بنابراین حدود 0.40-0.45 تن در هر تن فلز در فرآیند ذاتی است. بهبودها از کیفیت بهتر آند، کاهش سوختن هوا و فرکانس اثر آند کمتر به جای کاهش شیمی ناشی می شود.

Q:بازده فعلی چیست و چرا اهمیت دارد؟
A: سهم جریان اعمال شده است که در واقع فلز تولید می کند، به طور معمول 93-95٪. هر درصد از دست رفته برق مصرف شده بدون خروجی است، به همین دلیل است که شیمی حمام و کنترل تغذیه آلومینا به عنوان اقلام هزینه مستقیم در نظر گرفته می شوند.

Q:چگونه یک خریدار باید اظهارات کربن دو تامین کننده را مقایسه کند؟
پاسخ: با بررسی محدوده، استاندارد حسابداری مورد استفاده، ترکیب قدرت نسبت داده شده به فلز و اینکه آیا این رقم فقط کارخانه ذوب یا زنجیره کامل تولید را پوشش می دهد. ارقام تنها زمانی قابل مقایسه هستند که مرزها و مدل برق یکسان باشند.