CS203988B2 - Method for the continuous gasification of solid and/or liquid materials,containing hydrocarbons and device for making the method - Google Patents

Description

Vynález se týká způsobu kontinuálního zplyňování pevných a/nebo kapalných látek, obsahujících uhlík a/nebo · uhlovodíky v reaktoru s taveninou železa, zařízení k provádění způsobu a použití získaných plynů.

Je již znám způsob, při kterém se uhlí a kyslík nebo plyny, ot^Sc^ledjící kyslík, dmýchají do taveniny železa, aby se vyrobil reakční plyn, sestávající v podstatě z kysličníku uhelnatého a vodíku (USA patentní spis 3 526 473 a USA patentní spis 3 533 739). Při tom se do taveniny železa přivádí uhlí ve formě drti dmyšnou, chlazenou vodou, která vede shora do kovové taveniny, pod povrch taveniny železa. Současně se druhou dmyšnou zavádí do kovové taveniny, rovněž pod její povrch kyslík a vodní pára. Na podstatné nevýhody takovýchto dmyšen bude poukázáno později.

Při známém způsobu výroby strusky, zadržující síru se do taveniny železa přidávají struskotvorné látky, s výhodou vápno, vápenec a dolomit. Struska pohlcuje síru, obsaženou v uhlí, takže vzniká plyn co možná prostý síry, o složení asi 70 až 80 % kysličníku uhelnatého a asi 15 až 25 % vodíku.

Tento známý způsob se ukázal být ale prakticky nepoužitelný. Proti tomuto způsobu mluví hlavně dva důvody.

Jednak představují dmyšny pro přidávání reakčních složek pod povrchem taveniny zahrnujíc v to nutná posouvací a regulační zařízení až dosud neřešitelný problém. Způsob zplyňování se dá přirozeně ve velkoprovozním měřítku použít jen tehdy a je · jen tehdy ekonomicky zajímavý, jestliže se dá provádět v provozu bezpečně a kontinuálně po relativně dlouhou dobu. Tento požadavek nemohl až dosud reaktor s taveninou železa, popsaného druhu, splnit.

Až dosud se nepodařilo vytvoriti dmyšny pro· způsob zplyňování, které by pracovaly bez poruch po dobu více dní. Zatímco při LD-způsobu se kyslík dmýchá na taveninu železa, je při zplyňování paliva nutné, aby se dmyšny ponořily do lázně. Jinak by látky, obsahující uhlík a/nebo uhlovodíky podléhaly různým reakcím, například procesu krakování, čímž by docházelo k nežádoucí tvorbě sazí. U reaktorů s taveninou železa, s vysokým výkonem, které jsou z ekonomických důvodů žádoucí, je nutné brát v úvahu poměrně značný pohyb taveniny a pamatovat na dostatečně vysoký prostor pro· plyn. Z tohoto důvodu je nutné, opatřit několik metrů dlouhé dmyšny, které jsou v důsledku značného pohybu taveniny vystaveny mimořádně velkým mechanickým namáháním (měrná hmotnost tekutého železa odpovídá přibližně měrné hmotností pevného železa, takže působí velmi velké síly). Tomuto velkému mechanickému namáhání nemohou několik metrů dlouhé dmyšny vzdorovat.

Další podstatný nedostatek dmyšen spočívá v tom, že při potřebné hloubce ponoření, jsou v důsledku proudění, pocházejícího od dmyšen, ona místa žáruvzdorného vyložení reaktoru s taveninou železa, na které naráží proudění, vystavena mimořádně velkému opotřebení.

Žáruvzdorné oplášťování, opatřené popřípadě pro ochranu dmyšen je v důsledku intenzivního pohybu taveniny vystaveno zvýšenému mechanickému namáhání, jakož i zvýšenému ataku chemickými reakcemi se struskou a eroze.

U intenzívně chlazených dmyšen, například dmyšen s vodním chlazením, se objevuje závažný nedostatek, že se samotnému procesu odebírá příliš mnoho tepla.

Dmyšny musí být vedeny shora silnou vrstvou strusky, což zavdává podnět к dalším problémům, například к přimrzání hrud strusky.

Konečně není možná rychlá výměna zařízení dmyšen, aniž by se rušil proces zplyňování, neboť dostatečné utěsnění reaktoru s taveninou železa proti vnikání nežádoucího falešného vzduchu se ukázalo být při výměně dmyšen neproveditelným. Pokud se ale do reaktoru s taveninou železa dostanou nekontrolovaná množství vzduchu, vzrůstá vedle jejich rušivých vlivů na složení plynu i nebezpečí explose.

Dále se u známého způsobu dá celé struskové hospodářství jen obtížně ovládat, neboť se musí odstranit relativně velká množství strusky, bohatá na síru a nahradit přídavkem vápna. Vedle nežádoucí přepravy materiálu se ukázaly být tím způsobené ztráty tepla jako nejvýš nepříznivé.

Úlohou vynálezu je vytvoření způsobu a zařízení, které by dovolily kontinuální zplyňování pevných a/nebo kapalných látek, obsahujících uhlík a/nebo uhlovodíky, v reaktoru s taveninou železa bez přerušení po dlouhou, dobu a v provozu bezpečně.

Vynález je založen na poznatku, že se tato úloha může vyřešit tím, že se reakční složky, totiž jednak látky, obsahující uhlík a/nebo uhlovodíky a jednak kyslík nebo prostředí, obsahující kyslík, zavádí tryskami, které jsou uspořádány v reaktoru s taveninou železa pod povrchem taveniny v žáruvzdorné vyzdívce, do taveniny železa.

S překvapením se ukázalo, že použitím trysek, které jsou uspořádány v reaktoru s taveninou železa pod povrchem taveniny v žáruvzdorné vyzdívce, v protikladu ke známým zařízením dmyšen, zaručují po dlouhou dobu bezporuchový provoz a získají se obzvláště či'sté plyny.

Podstata způsobu kontinuálního· zplyňování pevných a/nebo kapalných látek, obsahujících uhlík a/nebo uhlovodíky, v reaktoru s taveninou železa, podle vynálezu spočívá v tom, že se reakční složky, jednak látky obsahující uhlík a/nebo uhlovodíky a jednak kyslík nebo prostředí, obsahující kyslík, zavádí odděleně do taveniny pod povrchem tryskami v místě styku žáruvzdorné vyzdívky s taveninou.

Jako reakční složky se používá jednak uhlí a/nebo těžký olej a/jednak kyslík.

Kyslík a/nebo prostředí, obsahující kyslík, jsou obklopeny ochranným prostředím, sestávajícím z .plynných a/nebo kapalných uhlovodíků nebo prostředím, obsahujícím uhlovodíky.

Reakční složky, jakož i popřípadě zrnité strúskótvorné látky se zavádějí společně alespoň jednou tryskou.

V alternativním provedení způsobu se reakční složky zavádí do taveniny železa odděleně alespoň jednou tryskou.

Kyslík je obklopen uhlovodíky a/nebo prostředím, obsahujícím uhlovodíky.

Látky, které se mají zplyňovat, zejména uhlí, se přivádí do reaktoru s taveninou železa společně s plynnými nebo kapalnými uhlovodíky nebo prostředím, obsahujícím kyslík.

V alternativním provedení způsobu podle vynálezu se látky, které se mají zplyňovat, zejména uhlí, směšují již před vstupem do taveniny železa s kyslíkem nebo prostředím, obsahujícím kyslík.

Proudům reakčních složek, s výhodou zplyňovaným látkám se udílí nucený moment hybnosti, se kterým reakční složky opouští trysku a vstupují do reaktoru s taveninou železa.

Reakční složky se zavádí do taveniny železa kontinuálně nebo přerušovaně po libovolně dlouhou dobu.

Struskotvorné látky, s výhodou vápno, se do taveniny železa přivádí ve směsi s látkami, které se mají zplyňovat.

К látkám, které se mají zplyňovat, s malou energetickou hodnotou, se přimíchávají podíly energeticky bohatšího uhlí a/nebo nevázaného uhlíku, například koksu.

Látky s malou energetickou hodnotou, které se mají zplyňovat, se přivádí do reaktoru s taveninou železa usušené a/nebo předehřáté.

К látkám s malou energetickou hodnotou, které se mají zplyňovat, se přimíchává hliník, karbid vápenatý a to buď jednotlivě nebo v libovolných směsích.

Pro zvýšení teploty a/nebo regulaci teploty taveniny železa se do této přivádí nezávisle na látkách, které se mají zplyňovat, energeticky bohaté uhlí, nevázaný uhlík, hliník, křemík, karbid vápenatý a to buď jednotlivě nebo v libovolných směsích.

Reaktor s taveninou železa se provozuje za přetlaku a zplyňování se provádí při teplotě mezi 1350 až 1450 °C.

Vzniklý redukční plyn se po opuštění reaktoru s taveninou železa ochladí zaváděním inertního plynu.

Strusky bohaté na síru se převádí z reaktoru s taveninou železa kapalné do reakční nádoby, tam se zaváděním kyslíku nebo prostředí, obsahujícího kyslík s přísadou nebo bez přísady inertního plynu odsíří a potom se kapalné vedou zpět do reaktoru s taveninou železa.

Obsah síry odsiřovací strusky se udržuje v reaktoru s taveninou železa pod hodnotou nasycení sírou.

Obsah síry ve brusce v reaktoru s taveninou železa se udržuje okolo 1 %.

Teplota strusky v reakční nádobě pro odsíření činí 1350 až 1450 °C.

Předmětem vynálezu je dále zařízení pro provádění tohoto způsobu. Podstata zařízení spočívá v tom, že v ohnivzdorné vyzdívce reaktoru s taveninou železa pro kontinuální zplyňování pevných a/nebo kapalných látek, obsahujících uhlík a/nebo uhlovodíky je pod povrchem taveniny železa uspořádána alespoň jedna tryska, sestávající ze soustředných trubek. Tryska sestává ze středové trubky a dvou soustředných trubek.

V alternativním provedení tryska sestává ze čtyř soustředných trubek.

V dalším provedení tryska sestává z přiváděčích kanálů, vytvořených jako prstencové štěrbiny a pevného vnitrního jádra trysky.

Alespoň v jednom přiváděcím kanálu trysky jsou uspořádány vodicí prvky, vytvářející impulsmoment.

Pro každou reakční složku a každé prostředí je v trysce uspořádáno pro dopravu alespoň jeden kanál.

Alespoň jedna prstencová štěrbina je zkrácena pro míchání reakčních . složek před ústím trysky uvnitř této trysky.

V prostoru plynu jsou uspořádány dva oddělené reakční prostory, uspořádané jako konvertory, přičemž jeden reaktor je uspořádán pro taveními železa a druhý tvoří reakční nádoba pro odsíření strusky a oba reakční prostory jsou navzájem spojeny dvěma kanály pro dopravu . strusky, totiž odváděcím kanálem strusky a kanálem pro zpětné vrácení proudu strusky. Odváděči kanál, uspořádaný mezí, reaktorem s taveninou železa a reakční nádobou pro odsíření má uklidňovací prostor.

Zařízení je opatřeno plynovým liftem pro dopravu odsířené strusky z reakční nádoby pro odsíření strusky do kanálu pro zpětné vrácení proudu strusky.

Kanál pro vrácení proudu strusky je opatren přetokem pro kontinuální odtahování odsířené strusky.

Plyny, vyrobené způsobem podle vynálezu nacházejí použití jako redukční plyn pro metalurgii, zejména pro redukci železné rudy.

Pomocí způsobu podle vynálezu lze udržet kontinuální provoz po značně delší dobu bez poruch, než tomu bylo u známého způsobu. Kromě toho vykazuje tento způsob tu výhodu, že nejsou zapotřebí plynotěsná a kromě toho ještě určitý pohyb dovolující provedení v reaktoru s taveninou železa a tím se dosáhne vedle zvýšení provozní bezpečnosti zmenšení nebezpečí exploze vstupujícím falešným vzduchem.

Pomocí způsobu podle vynálezu lze vyrobit plyn nejvýš prostý síry se složením asi 50 až 95 % kysličníku uhelnatého a 5 až 50 procent vodíku. Obvykle se obsah kysličníku uhelnatého pohybuje mezi 60 až 80 % a obsah vodíku mezi 15 až 40 %. Složení získaných plynů závisí přirozeně na použitých látkách, obsahujících uhlík a/nebo uhlovodíky. Při použití uhlovodíků se pohybuje podíl vodíku získaného plynu výše než při použití obvyklých druhů uhlí. U . obvyklých uhlí vykazuje plyn obecně obsah 60 až 80 °/o kysličníku uhelnatého a 15 až 25 % vodíku. Při použití paliv, které sestávají v podstatě z uhlíku, by se obsah vodíku mohl teoreticky snížit až na 0. Podle použitých ochranných prostředí obsahuje plyn vyrobený z plynných a/nebo kapalných uhlovodíků nebo prostředí, obsahujícího uhlovodíky normálně ale 5 % nebo více vodíku.

Jako vsázková surovina pro zplyňování přichází v úvahu při způsobu podle vynálezu z látek, obsahujících uhlík všechny druhy uhlí, které lze koupit jakož i koks.

Zpracování relativně čistých, na energii bohatých druhů, jako například antracitu a koksu je ale bez problémů, neboť podíl doprovodných látek, vytvářejících strusku je menší a nejsou nutná zvláštní opatření ve vztahu k tepelné bilanci reaktoru s taveninou železa. Vzhledem k příznivým pořizovacím nákladům mají i energeticky chudé druhy uhlí, jako například hnědé uhlí, i napuchavé hnědé uhlí a bituminózní uhlí, které se prodávají hlavně pod označením „dlouhoplamenné uhlí“, značný význam.

Uhlí nebo látky, obsahující uhlík se používají s výhodou v jemně zrnité formě.

Značný význam má zplyňování látek obsahujících uhlovodíky. Při destilaci ropy se získává vedle dobře sedimentujících, snadno těkavých frakcí i těžký olej. Zhodnocení frakce tohoto těžkého oleje má pro hospodárnost celého průmyslu minerálních olejů rozhodující význam. Frakce těžkého oleje se v této době zpracovávají dále hlavně na bitumen a asfalt nebo se krakují pomocí zvláštních způsobů na níže vroucí frakce. Způsoby krakování vyžadují ale drahé investice a pohybují se na hranici hospodárnosti.

Při pokusech použít frakci těžkého oieje jako výchozí materiál pro jiné chemické procesy, docházelo k technologickým obtížím, na kterých až dosud ztroskotalo použití nejčastějších způsobů ve velkoprovozu. Příčinou toho je v první řadě značná tvorba sazí při zplyňování těžkého topného oleje. Tvorbě sazí se mohlo až dosud čelit pouze za smíření se s vyšším oxidačním stupněm redukčního plynu, vyrobeného z frakcí těžkého oleje. Dále působí zejména problémy dostatečně odsířit surový olej, popřípadě z něj vyrobené plyny. Dostatečné odsíření je ale pro neomezené použití těchto plynů nutné, již proto, aby se dodržel požadavek neznečišťování okolí.

Pomocí způsobu podle vynálezu je nyní možné zplyňovat ve velkoprovozním měřítku kapalné uhlovodíky různé viskozity, až k pastovité konzistenci, zejména ale frakce těžkého oleje, a vyrábět z nich plyn, který by vykazoval zejména malý obsah síry a nízký oxidační stupeň.

Uhlovodíky, které se mají zplyňovat se s výhodou předehřívají, aby se zaručila bezporuchová doprava k tryskám a tryskami. Toto je zejména výhodné u vysokoviskózních frakcí těžkého oleje. Uhlovodíky pastovitého charakteru se buď predehřívají na takové teploty, že se mohou dopravovat ve formě kapalin nebo se přivádějí k tryskám zvláštními dopravními zařízeními.

Jako druhý reakční partner se používá s výhodou kyslík, s výhodou v technicky čisté formě. Kromě kyslíku přicházejí v úvahu jako prostředí, obsahující kyslík, hlavně vzduch a horký vítr, zejména obohacený kyslíkem.

Trysky, uspořádané v žáruvzdorné vyzdívce reaktoru s taveninou železa pod povrchem taveniny železa mohou být uspořádány ve dnu a/nebo v boční stěně zdivá reaktoru s taveninou železa.

Trysky sestávají s výhodou z většího počtu soustředných trubek. Například mohou být uspořádány tři, čtyři nebo více soustředných trubek.

Trysky, které jsou podle vynálezu uspořádány pod povrchem taveniny v žáruvzdorné vyzdívce reaktoru s taveninou železa, jsou vůči překotnému opotřebení vůči zdivu, chráněny tím, že se kyslík a/nebo prostředí, obsahující kyslík obklopí ochranným prostředím z plynných a/nebo kapalných uhlovodíku nebo prostředí, obsahujících uhlovodíky. Jako ochranná prostředí se osvědčily například metan, etan, propan, butan, různé kvality olejů, zejména lehký topný olej a methanol, bud jednotlivě nebo v libovolných směsích.

Jako obzvláště ' výhodné se ukázalo přivádět reakční složky, jakož i popřípadě jemně zrnité struskotvorné látky na stejném místě, tj. společně stejnou tryskou do taveniny železa pod povrch taveniny. Může se také použít větší počet takových trysek, kterými se společně zavádějí reakční složky a které se v tomto případě rovnoměrně vyčerpávají. Zavádění reakčních složek na stejném místě přinášejí sebou tu výhodu, že v důsledku rychlého rozvíření s taveninou dojde k rychlému rozpouštění uhlíku v lavenině ' železa. Z toho důvodu se může například volit větší velikost zrn dmychaného prachu, než je to možné u odděleného přivádění reakčních složek. Další výhoda, která vyplývá ze společného zavádění reakčních složek spočívá ve snížení teploty v takzvaném · kyslíkovém ohnisku, tj. bezprostkedně před ústím trysek. To vede opět ke snížení odpařování železa.

S výhodou se reakční složky v trysce při vádí do taveniny železa v reaktoru s taveninou železa vždy větším počtem kanálů, s výhodou prstencovou štěrbinou, ve střídavém a libovolném pořadí, přitom viděno od středu trysek je prstencová štěrbina přivádějící kyslík obklopena ochranným prostředím sestávajícím z uhlovodíku a/nebo prostředí, obsahujících uhlovodíky.

Dále je výhodné rozdělit látky, které se mají zplyňovat a/nebo kyslík, popřípadě · prostředí, obsahující kyslík, uvnitř trysky ve větší počet proudů, takže jednak dochází k intenzívní reakci mezi reakčními partnery a jednak část látek, obsahujících uhlík a/nebo uhlovodíky slouží k tomu, aby se snížila teplota ohniska. To se dá napřklad uskutečnit pomocí trysky sestávající z více soustředných trubek u které se uvnitř vhání například uhelný prach, v jedné obvodové prstencové štěrbině opět uhlík. Paprsek kyslíku je u tohoto provedení trysky obklopen jak uvnitř, tak i zevně ochranným prostředím, obsahujícím uhlovodíky.

Dále je možné se vyhnout oddělenému přivádění ochranného· plynu, obsahujícího uhlovodíky, když se pro dopravu uhelného prachu prostředí obsahujících uhlovodíky používá jako nosný plyn. Stejný účinek se· dá dosáhnout suspenzí uhelného prachu v kapalině, obsahující uhlovodíky.

Pří použití látek, obsahujících uhlovodíky, pro zplyňování se může rovněž upustit od ochranného prostředí, sestávajícího z plynných a/nebo kapalných uhlovodíků, nebo prostředí, obsahujících uhlovodíky.

Vhodné způsoby přivádění při použití uhlovodíku pro zplyňování jsou například následující. Vnitřní trubice trysky se dmýchá těžký olej, následující prstencovou štěrbinou kyslík a vnější prstencovou štěrbinou kapalné nebo plynné uhlovodíky. Při použití čtyř soustředně uspořádaných trubek se může vnitřní trubkou přivádět kyslík, následující prstencovou štěrbinou těžký olej, poté následující prstencovou štěrbinou opět kyslík a vnější prstencovou štěrbinou ochranné prostředí, sestávající z kapalných nebo· plynných uhlovodíků.

Pro zlepšení konverze mezi reakčními složkami, což je zejména důležité u velkých zařízení, ve kterých se zplyňuje více než 10 tun paliva za hodinu, a příznivé, když se průměr systému trysek zvětší a jádro trysky · se vytvoří jako pevné těleso. Všechny reakční složky se u této formy trysek zavádí do taveniny železa soustřednými štěrbinami. V praxi se osvědčilo, když šířka štěrbiny činí desetinu průměru prstence. Tímto způsobem se dosáhne lepšího rozvíření reakčních složek. V takovéto trysce se může zavádět například ve vnitřní prstencové štěrbině těžký olej, v následující prstencové štěrbině kyslík a ve vnější prstencové štěrbině kapalné nebo plynné ochranné prostředí.

Dostatečné víření se dá například dosáhnout tím, že se do· prstencových štěrbin trys203988 ky, s výhodou do těch, které slouží k vedení látky, která se má zplyňovat, vestavují vodicí prvky, které vnucují vystupujícímu proudu hybnost.

Látky, které se mají zplyňovat a kyslík, popřípadě prostředí, obsahující kyslík . se mohou již před jejich vstupem do taveniny železa směšovat. Z bezpečnostních důvodů by se toto· směšování mělo provádět v blízkosti taveniny železa, s výhodou teprve uvnitř zaváděcí trysky.

Reakční složky se mohou dále zavádět . do taveniny železa dvěma nebo větším počtem oddělených trysek. Jestliže se jako látka, která se má zplyňovat použije uhlovodík, pak není nutné při odděleném zavádění použít trysku sestávající z většího počtu . soustředěných trubek pro uhlovodík. Může se spíše použít tryska sestávající z jediné. trubky. Pro oddělené zavádění kyslíku je naproti tomu nutná tryska, sestávající nejméně ze dvou soustředných trubek, aby se proud kyslíku mohl obklopit ochranným prostředím.

Přívod struskotvorných látek ve dnu reaktoru s taveninou železa, se pro dosažení vytvoření strusky vyvolávající odšíření na tavenině železa, může uskutečnit různými způsoby. Například se struskotvorné látky, s výhodou vápenný prach, s příměsí vápence popřípadě dolomitu nebo bez příměsi mohou zavádět do proudu kyslíku. Jiný . způsob spočívá v tom, že se jemně zrnité struskotvorné látky smísí před přidáním do reaktoru s taveninou železa s jemně zrnitým uhlím nebo uhlovodíkem a tato směs se potom zavádí společně.

Požadované kontinuální, rovnoměrné zplyňování po dlouhou dobu se může omezit vznikajícími koncetračními rozdíly mezi struskou .a taveninou železa a eventuálně v tavenině železa.

Tyto koncentrační rozdíly vedou ke změnám vývoje plynu a složení plynu. Tyto potíže se dají urovnat pulsujícím přídavkem reakčních složek. Pomocí krátkodobých pulsujících přídavků koncetračních složek se dají velmi rychle nastavit opět normální provozní podmínky. V nejčastějších případech postačí již deset tlakových rázů za minutu. Frekvence tlakových rázů se může · ale libovolně měnit. Tyto se mohou používat také po určitou dobu. Pro zlepšení reakce složek se může také pracovat průběžně s pulsujícím přídavkem. Při tom se v zaváděcí trysce nastaví minimální tlak prostředí, který . se pohybuje jen o něco málo výše než ferostatický tlak, počítaje v to tlak nad taveninou v tavenině železa. Takto vyplývající tlakové prostředí se potom periodicky zvyšuje až na maximálně svůj pětinásobek.

Při kontinuálním zplyňování je podstatné, když se tavenina železa udržuje na požadované teplotě. Ochlazení taveniny železa působí na zplyňování nejvýš nepříznivě a může vést k tomu, že se již nedosáhne požadovaného zplyňování. Tento problém . se objevuje zejména při použití látek, obsahujících uhlík a/nebo uhlovodíky, . při jejichž . reakci neprobíhá proces . zplyňování již . exotermě. . Na . druhé. straně je právě použití .energeticky . chudých . paliv, například . energeticky chudých druhů uhlí, . jako . hnědého uhlí, nebo energeticky chudých frakcí . těžkého . oleje, na základě . příznivých . pořizovacích nákladů . na tyto materiály značně .ekonomicky významné.

Bylo by nasnadě . přivádět . při . použití energeticky chudých paliv dodatečně nutnou spotřebu. energie . zvenčí, například obloukem nebo indukčním . ohřevem, . obvykle. . používanými při . výrobě . oceli. . Jako -nasnadě . a ..výhodně by dále ... . přicházelo . v úvahu . spálit část získaných plynů a . tímto způsobem ' . přivádět potřebnou energii. Ukázalo . se . ale, . že nelze ani přídavným vytápěcím zařízením .. ani dodatečným spalováním plynů .. realizovat jmenovitý přívod energie . v tavenině . ' železa. Toto lze pravděpodobně odvozovat od . vysoké hustoty energie v . tavenině .. železa.

S . překvapením bylo . zjištěno, že je . možné problém vyřešit tím, že v protikladu k . popsaným .možnostem . se . může . poklesu teploty taveniny .železa . zabránit . tím, . že se. procesu oxidace v tavenině . železa přivádějí . samy energeticky bohatší . látky.

Při. použití druhů uhlí, které . při . . jejich zplyňování by . vedly k . ochlazení taveniny . železa, je například možné tyto úpravou a/nebo reakcí . tak . modifikovat, . že . při procesu .. zplyňování v reaktoru s taveninou. . železa. se . dosáhne . bez . externího. . přívodu, . .energie . přebytku . . tepla.

Jedna možnost . spočívá . v .. . tom, . že . se uhlí s malou výhřevností . . suší . a/nebo. předehřívá .a potom .. se zavádí . do . reaktoru s . taveninou železa.

Další možnost spočívá v tom, že. se energeticky . chudému uhlí přimíchává uhlík.- . Například . se. mohou. ' používat různá energeticky bohatá uhlí, například antracit. Ukázalo se být výhodným . používat . nevázaný . uhlík, například koks.

Jako ekonomicky zejména výhodné se . ukázalo, přidávat tavenině . .železa . dodatečná množství uhlíku,. s výhodou . koksu. Koks .. se může zavádět například ve formě . prášku společně s látkami, . které se .mají zpyňovet. Tento . se. může přidávat do . taveniny shora v kusovité . formě. . Pro . .. snížení . potřebného množství koksu je . výhodné koks. · předehřívat.

Dále . je možné přivádět. do . .taveniny železa kontinuálně látky, jejichž . oxidační reakce probíhá silně . exoter.micky. . . S. výhodou .se mohou pro to . používat . látky,. . které . vykazují vysoké tepelné zabarvení a které . vedou k produktům . oxidace, které mají příznivý vliv na složení . strusky. . Tak . se může . například dmýchat například hliník nebo . křemík .společně s látkami, které . se mají zplyňovat. . nebo odděleně od nich. . Například se. může přídavkem 10 . g. hliníku/kg uhlí přivést do taveniny . . železa asi. 75 cal. ..Obzvláště, vhodný je dále karbid vápenatý, který v tavenině železa zreaguje na . kysličník. uhelnatý a . kys11

0 3 9.8.8 ličník vápenatý. Kysličník uhelnatý . je . požadovaný reakční produkt zplyňování, zatím co kysličník vápenatý představuje obvyklý materiál, používaný pro odsiřovací strusku. Použitím karbidu draselného se tedy ani plyn ani struska . nezatěžují nežádoucími látkami.

Přívod uvedených nebo podobných teplonosných médií se může provádět buď jako příměs k látkám, které se mají zplyňovat, s malou kalorickou hodnotou, nebo odděleně od nich.

V . praxi s.e při zplyňování látek . s nízkou kalorickou hodnotou projevilo jako velmi výhodné zavádět určitý podíl látek s vysokým tepelným zabarvením, například hliník, křemík a/nebo karbid vápenatý, zavádět pro regulaci teploty taveniny železa odděleně od normálního zavádění reakčních partnerů do taveniny železa. Tímto . způsobem je možné přímo regulovat . teplotu taveniny železa. Pokud hrozí, že se teplota taveniny železa sníží, zvýší se . přívod teplonosného média a obráceně, při zvyšující se teplotě . taveniny železa, sníží.

Cenově výhodné druhy uhlí, jakož i frakce ropy mohly být v . důsledku jejich vysokého obsahu síry až dosud jen ztěží přístupny hospodárnému využití. Obsah . . síry vede zejména ke zvýšené korozi částí zařízení, které přichází do styku se sírou a zejména jejími plynnými reiakčmmí produkty, jakož i k zamořování okolí vznikajícími odpadními plyny, obsahujícími síru.

Způsobem podle vynálezu . se ale vytvoří možnost převést takováto· cenově výhodná paliva v hodnotné produkty.

Síra, . obsažená v palivech se při zplyňování v reaktoru s taveninou železa zachycuje struskou, pohlcující síru, která plave na tavenině . železa.

Podstatný podíl této síry pohlcené . struskou se může odstranit tím, . že se kapalná, na síru . bohatá struska .převede^ v kapalném stavu z reaktoru . s taveninou železa. do. reakční nádoby, tam se zaváděním kyslíku nebo prostředí, obsahujících kyslík s přísadou inertního .plynu nebo bez . ní, odsíří a potom se . v kapalném . stavu vede . zpět do reaktoru s taveninou železa.

Tímto způsobem je možné zplyňovat . v reaktoru . s taveninou železa látky s vysokým obsahem . síry provozně bezpečně .. a . hospodárně za získání . maximálně odsířeného plynu. Tím se dále .. odstraní zamořování okolí plyny, obsahujícími síru. Kromě toho vykazuje tento, . způsob práce tu přednost, že se zabrání. zpětným vedením . strusky do . reaktoru s . taveninou železa velkým tepelným ztrátám. . Odsíření v reakční nádobě, která je v prostoru plynu dokonale oddělena od reaktoru s taveninou železa, se provádí . výhodně zaváděním kyslíku pod povrch struskové lázně. S . výhodou . ' se kyslík . .přivádí a/nebo v dolní. . oblasti boční stěny reakční nádoby, aby se dráha . proudu. · ve strusce udržela velká a . tím se dosáhlo intenzivního . odsíření. Ukázalo se, že oddělení síry ze strusky je příznivé, . když se přimíchává ke kyslíku inertní plyn nebo se tento současně odděleně od . kyslíku zavádí pod povrch taveniny do strusky. Tryska pro zavádění kyslíku nebo prostředí, obsahujících kyslík a inertní plyn, může být konstruována například ze dvou soustředných trubek, přičemž se kyslík vede vnitřní trubkou a inertní plyn prstencovitou štěrbinou.

Pro odsíření strusky se do reakční nádoby může zavádět například vzduch. Při tom může být vzduch, v závislosti na tepelné bilanci procesu, studený nebo předehřátý. Například se osvědčilo přivádění horkého větru z vysokých pecí s příměsí studeného vzduchu nebo bez ní.

Jako výhodné se ukázalo udržovat teplotu v tavenině železa a v reakční nádobě pro odsíření přibližně stejnou. Teplota v reaktoru s taveninou . železa se dá regulovat v širokých mezích přísadou látek, které reagují za pohlcování tepla nebo uvolňování tepla. V reakční nádobě pro odsíření se teplota může ovlivnit obsahem kyslíku v plynné směsi, její teplotu a jejím množstvím. V praxi . se ukázalo být výhodnou teplota v reaktoru s taveninou železa a v reakční nádobě pro odsíření strusky asi 1350 až 1450 °C. Toto teplotní rozmezí se . může ale překročit o nejméně 100° C popřípadě může být o nejméně . 100 ^QC nižší. Vždy podle parametrů procesu . se může teplota měnit a rovněž jsou možné teplotní rozdíly mezi reaktorem s taveninou železa a reakční nádobou pro odsíření strusky.

Odsířením strusky se může obsah síry v reaktoru . s taveninou železa udržovat relativně nízký. Tím je možné používat . strusku méně, bazickou. Zatím co normálně používají zásaditosti . (CaO : SíO2) v rozmezí mezi 1 až 3, umožňuje tento způsob dostatečné odsíření ještě i při zásaditostech například 0,8 a nižších.

Z nízkých zásaditosti strusky ve spolupůsobení složek popele uhlí, které obsahují obecně značná . množství alkálií, rezultují hluboké body tání odsiřovací strusky. Toto je opět důležitým předpokladem pro. nízké. provozní teploty způsobu podle vynálezu.

Dále vyžaduje nízká zásaditost odsiřovací strusky pouze malý přídavek vápna, aby se při stálém zachycování popele uhlí udrželo požadované složení strusky. Toto je před-, ností,. která se příznivě projevuje u tepelné bilance způsobu vynálezu.

Složení odsířené strusky, které se opět vrací z reakční nádoby pro odsířování do reaktoru s taveninou . železa a z níž se na této cestě odtahuje určitá část z cyklu procesu, umožňuje použití této odebrané strusky při výrobě . cementu.

Pří obvyklém vedení způsobu podle vynálezu se . pohybují . obsahy síry odsiřovacích strusek, odebraných z reaktoru s taveninou železa . značně pod jejím stupněm nasycení sírou. Například se může pracovat s obsahem síry ve strusce pod 1 %. Zatím co od2 0 ЗАО sířovací strusky z reaktoru s taveninou železa mohou vykazovat 1 až 3 % . obsahu síry, odsíří se ale s výhodou s obsahy 0,5 až 1 % již v reakční nádobě.

Nízké obsahy síry v odsiřovací strusce umožňují extrémně nízké obsahy síry ve vyrobeném plynu.

Jestliže se při výrobě plynu v reaktoru s taveninou železa požaduje velmi nízký obsah ' síry, tak se může udržet například obsah síry ve strusce v reaktoru s taveninou železa při 10 . °/o rozpustnosti při nasycení.

Plyn získaný při odsíření vzniká . odděleně od čistých produkčních plynů a může se na základě svého vysokého obsahu . síry snadno odsířit nebo jinak používat, například . pro výrobu síry.

Obsah uhlíku . v tavenině železa se s výhodou udržuje mezi asi 1 až asi 3 %. Při tomto . způsobu . práce se získá plyn, jejichž obsahy ·kysličníku uhličitého, vody a metanu se pohybují extrémně nízko. Ve zvláštních případech může být v tavenině železa nastaven .velmi vysoký obsah uhlíku asi 4 % nebo velmi nízký obsah asi 0,05 °/o . uhlíku.

Při použití nízkých obsahů uhlíku v tavenině . se dosáhne přednosti, že se částečným spálením . uhlíku v tavenině . na kysličník uhličitý vyrovná tepelná bilance způsobu. Na druhé straně se tímto zvyšuje obsah kysličníku uhličitého.

Plyny vzniklé při způsobu podle vynálezu se hodí zejména pro použití v metalurgii, například pro použití ve vysokopecním procesu nebo s výhodou pro redukci železné rudy.

Použití redukčních plynů pro. redukce železných rud získalo v poslední době zvyšující se význam. . Hlavně k tomu . přispělo ve značné míře větší rozšíření různých takzvaných „přímých . redukčních způsobů“, které slouží s výhodou pro výrobu železných pelet nebo železné houby. Kromě toho byl pokusně . při redukci rud ve vysoké peci část koksu nahrazen redukčním plynem.

Oproti výrobě redukčních plynů jiným způsobem, například ze zemního plynu, vykazuje výroba podle vynálezu značné přednosti. Podstatné výhody spočívají v tom, že není nutné nákladné čištění vzniklých plynů od nežádoucích složek a vznikají plyny s takovou teplotou a takovým tlakem, že je možná přímá vsázka pro optimální metalurgická použití. Posledně uvedené hledisko má význam zejména . . z ekonomických důvodů.

Přední význam má ale spojení potřebné čistoty plynu a požadované teploty jakož i požadovaného tlaku. U plynu s požadovanou teplotou a požadovaným tlakem, který vykazuje ale znečištěniny, bylo by nutné, tento nejdříve ochladit, potom čistit a potom opět zahřívat.

Redukční plyn, sestávající v podstatě z kysličníku uhelnatého a vodíku, který obsahuje popřípadě ještě inertní plyn, může se přivádět. přímo pro metalurgické použití.

Reaktor s taveninou železa je s výhodou vytvořen tak, že dovolí nastavení takových tlaků, jaké . redukční plyn, vždy podle . metalurgického použití například pro proce s. redukce, má vykazovat. Provozováním reaktoru s taveninou železa. s přetlakem se dále zabraňuje, aby se u netěsných . míst dostávaly do. vyrobeného plynu znečištěniny.

Při použití plynů pro redukci železných rud by se měl podíl kysličníku uhličitého a vody pohybovat co nejníže, . neboť již malé procentové vsázky těchto doprovodných látek nepříznivě neovlivňovaly stupeň účinnosti při procesech redukce plynů.

Způsobem podle vynářezu se mohou získat maximálně čisté plyny bez nežádoucí příměsi kysličníku uhličitého a vody. Vyrobený redukční . plyn může . obsahovat pouze malá množství páry železa, která . neruší jeho metalurgické použití, s výhodou pro redukci železné rudy. Pára železa. se . ukládá při průtoku rudy na této.

Redukční plyny vyráběné v reaktoru s taveninou železa . mají při opuštění nádoby reaktoru všeobecně teplotu asi 1350 až 1450 stupňů Celsia. Způsob podle vynálezu je ale v tomto. bodě obzvláště pružný . a dovoluje měnit teplotu v širokých mezích, například mezi 1250 až 1600 °C, například v závislosti · na . teple, . přiváděném látkami, které se . mají zplyňovat, přísadou kysličníku . uhličitého a/nebo vodní páry, ' které se v reaktoru s taveninou železa . převádějí na kysličník uhelnatý a vodík, předehříváním prostředí obsahující kyslík nebo vnášení látek, jejichž oxidační . reakce probíhá silně . exotermně.

Plyny, přiváděné přímo k metalurgickému použití se mohou popřípadě . ochladit na požadovanou teplotu, když tato leží níž, . než ta, kterou plyny vykazují při opouštění reaktoru s taveninou železa.

Ochlazování . plynů se . může provádět obvyklým způsobem . v tepelných . výměnících.

Výhodný způsob regulovaného snižování teploty redukčních plynů spočívá v tom, že . se k těmto po opuštění reaktoru s taveninou železa přimíchávají studené inertní plyny, jako například dusík. . Zejména při použití redukčních plynů ve vysokých pecích se osvědčilo přimíchávat dusík. Dusík je často k dispozici jako levný plyn z výroby kyslíku v železných hutích.

Přimícháváním dusíku jako balastního plynu k redukčnímu plynu se udrží teplo v procesu. Dále .se přísadou dusíku maximálně potlačuje sklon redukčního plynu, zejména, když se jedná o plyn s vyšším obsahem kysličníku uhelnatého, k tvorbě sazí takzvanou Boudoardovou reakcí.

Místo toho, aby se k redukčnímu plynu přimíchával pro nastavení správné . teploty při použití dusík, může se přimíchávat ochlazený redukční plyn. Redukční plyn opouští například při několika přímých redukčních způsobech redukční agregát . . s hlubokými teplotami a může se bez meziochlazení jednoduchým chemickým procesem oddělit od podílu kysličníku uhličitého a vodíku. Tímto způsobem získaný čistý, ale studený re203988

1» dukční plyn se může potom pro regulaci . přiblížit redukčnímu plynu odvedenému z. reaktoru . s taveninou železa.

Plyny vyrobené způsobem podle vynálezu se ale používají i pro . jiné účely použití.

Další možnost - použití spočívá - napřklad v použití - těchto . plynů jako topného- plynu, například - elektrárny.

Vyrobené plyny jsou vzhledem k .jejich čistotě vhodné i pro. různé -oblasti chemického průmyslu, například jako syntézní plyny pro výrobu methanolu neb jako zdroj . kyslíku pro syntézu amoniaku a hydrogenace.

Vynález bude dále blíže vysvětlen na příkladných formách provedení s odkazem na výkresy. Jednotlivé -obrázky . ukazují:

obr. 1 svislý řez formou provedení reaktoru s taveninou železa;

obr. 2 svislý . řez . tryskou sestávající ze čtyř soustředných trubek;

obr. 3 svislý řez- .tryskou, sestávající ze - tří koncentrických trubek;

obr. 4 svislý řez tryskou, - která vykazuje pouze- prstencové štěrbiny, částečně s - vestavěnými prvky, pro- přívod - reakčních partnerů a prostředí;

obr. - 5 - svislý - řez tryskou - se - třemi prstencovými štěrbinami a pevným - jádrem, přičemž v jedné - prstencové štěrbině lze - poznat jako - vestavěný prvek - páskovou šroubovici;

obr. 6 forma provedení trysky, u- které reakční partneři byly - již smíšeny před vstupem do- taveniny železa;

obr. 7 svislý řez další formou provedení reaktoru s taveninou- železa; a obr. 8 vodorovný - řez reaktorem s taveninou železa podle obr. 7.

Reaktor s taveninou železa, - znázorněný na obr. 1 sestává v podstatě - z ocelového pláště 1 s ohnivzdornou vyzdívkou 2. V -reaktoru s taveninou - železa -se nachází tavenina. železa 3 a na ni struska 4. - Struska 4 pohlcuje podíly popela a velký podíl síry látek, - obsahujících uhlík - a uhlovodíky. Reakční partneři se přivádí do -taveniny 3 železa větším počtem trysek 5, které - jsou uspořádány v ohnivzdorné vyzdívce - 2.

Struskotvorné - látky, s - výhodou vápno, s příměsí nebo bez příměsi - tavících přísad, se přivádí s výhodou rovněž -tryskami do taveniny kovu. - Obvykle se používá jako struskotvorná - látka pálené vápno. Je však možné nahradit pro snížení teploty, v závislosti na kalorické hodnotě, popřípadě -energetickému obsahu použitých - látek, pálené vápno z části nebo úplně vápencem.

Při - následujícím popisu se jako látka-, která se má zplyňovat uvádí nejčastěji uhelný prach. - Je -však . - samozřejmé, - že . . - se uhelný prach může -nahradit jinými ..látkami, . . které se mají zplyňovat, například těžkým olejem.

.Trysky 5 . v -ohnivzdorné vyzdívce 2 se opotřebovávají rovnoměrně s ohnivzdorným . materiálem a jsou konstruovány s výhodou ze soustředných trubek s kruhovým výřezem. Mohou se ale používat i trubky s . průřezem podobným -kruhu až . s pravoúhlou . formou průřezu. Z ekonomických důvodů je ale výhodné . používat .obvyklé trubky, s kruhovým průřezem.

Tryska podle . obr. 2 je konstruována ... ze čtyř soustředných trubek 6, . 7, - 8, .. 9. Při tom se například vnitřní trubkou 6 přivádí . - uhelný prach s nosným plynem do taveniny železa. . Jako nosné plyny přichází v . úvahu zejména inertní plyny, dusík, kysličník -uhličitý a vodní pára. Kysličník uhličitý a .vodní pára mohou být . při . tom současně používány pro regulaci . teploty. Prstencovou .- štěrbinou, vytvořenou z trubek 7 a 8 -se . vede kyslík nebo prostředí, obsahující kyslík. - Obě prstencové štěrbiny mezi . trubkami - 6 a . 7 a mezi - trubkami - 8 . a . 9 slouží . pro přívod ochranných prostředí pro. trysku. - Ochranné prostředí sestává z . plynných a/nebo kapalných uhlovodíků nebo prostředí, . obsahujících uhlovodíky. Alternativně může být vnitrní trubkou veden. kyslík, následující štěrbinou těžký olej, -poté následující prstencovou štěrbinou opět - -těžký olej. - Rozměry . prstencových štěrbin mohou být například .voleny tak, že se . hlavní . množství oleje dopravuje ve vnitrní trubce, zatím co množství- oleje ve vnější prstencové· štěrbině je podstatně menší a slouží hlavně k ochraně - trysky. . Ve vnější prstencové - - štěrbině může . být veden i plynný nebo kapalný - uhlovodík, jako ochranné prostředí . pro trysku. . Přívod různých přiváděných látek, popřípadě prostředí, může být popřípadě - spojen.

Tryska sestávající ze - tří kanálů 10, 11, . 12 je znázorněna na . obr. . 3. . Kanály takovéhoto provedení trysky se. mohou v následujícím rozdělení používat pro dopravu reakčních partnerů - a prostředí. Buď se dopravuje středovou - trubkou 10 . kyslík, prstencovou - štěrbinou 11 ochranné prostředí a vnější prstencovou - štěrbinou 12 uhelný prach; nebo se středovou trubkou 10 a ... vnější prstencovou štěrbinou vede uhlík . v suspensi s ochranným prostředím obsahujícím uhlovodíky, zatím co prstencovou - štěrbinou 11 vtéká kyslík, - Alternativně může vnitřní trubkou - 10 být vedena látka, - která sq má zplyňovat, prstencovou štěrbinou. 11 kyslík a . vnější prstencovou. štěrbinou -12 ochranné prostředí, například 5 % zemního plynu, vztaženo na kyslík.

Provedení trysky podle . obr. . 4, které se s výhodou . používá - k přivádění - velkých množství látky, která se . má . zplyňovat, vykazuje masivní - jádro 13. . Přiváděči kanály

14, 15, 16 mají . minimálně zčásti vestavěné prvky. Zásadně se mohou prstencové štěrbiny 14,15 16 logicky jako kanály 10,11,12 používat pro přivádění reakčních partnerů a prostředí. Na obr. 4 slouží prstencová štěrbina 14 k dopravě prostředí, které se má zplyňovat, V tomto kanálu 14 jsou uspořádány šroubovité vestavěné prvky 17, které udílí proudu látky hybnost. Prstencovou štěrbinou 15 proudí kyslík. Prstencová štěrbina 16 rozdělená v přibližně kruhové kanály, slouží pro dopravu ochranného prostředí.

Další výhodná forma provedení trysky je znázorněna na obr. 5. U této trysky se přívod kyslíku provádí prstencovou štěrbinou 40, jejíž šířka je podstatně menší než průměr prstence.

Například se osvědčily trysky s vnitřním průměrem prstence 10 cm, u kterých činí šířka prstencové štěrbiny asi 3 mm. U takovéto trysky se látka, která se má zplyňovat, například těžký olej, dopravuje v prstencových štěrbinách 41 a 42. Také zde je výhodné zvolit množství dopravované ve vnitřní prstencové štěrbině 42 větší než ve vnější prstencové štěrbině 41. Může být výhodné dopravovat ve vnější prstencové štěrbině 41 jen malé množství sloučeniny obsahující uhlovodíky a veškerou látku, která se má zplyňovat, přivádět do vnitřní prstencové štěrbiny 42. U tohoto vytvoření trysky se dále osvědčilo udílet proudu kyslíku spirálovitými vodícími prvky 43, uspořádanými v prstencové štěrbině 40 pro dopravu kyslíku, velkou hybnost. Toto vede k rychlému rozvíření mezi kyslíkem, látkou, která se má zplyňovat a taveninou železa a působí klidné chování taveniny železa při dmýchání.

Použitím této formy se dále podaří redukovat podstatně potřebný počet trysek. Například se v protikladu k asi deseti jednoduchým soustředným tryskám vystačí se dvěma takovýmito tryskami. Masivní šroubovitý pás 43 může uzavřít asi čtvrtinu prstencové štěrbiny 40. Cástečnýmu zavřením prstencové štěrbiny .se usnadní vtékání taveniny železa do středu proudu reakčního prostředku, vystupující z trysky.

Obzvláštní konstrukce trysky je uvedena na obr. 6. Zde se látky 19, které se mají zplyňovat, například uhelný prach a kyslík 20 smíchávají navzájem již před .svým vstupem do taveniny železa. Při tom se vede uhelný prach 19 a kyslík 20 nejdříve odděleně ocelovým pláštěm 1 reaktoru s taveninou železa až částečně do. vyzdívky 2 a tam se v trysce provede smíchání s reakčními partnery.

Tlak v prostoru nad taveninou železa může činit například asi 5 atm, jestliže je redukční plyn určen pro vysokou pec; a například asi 2 atm, jestliže se používá pro přímý proces redukce. Ohnivzdorně vyzděným vedením se redukční plyn přivádí přímo, ale popřípadě se zamyšleným meziochlazením do procesu redukce.

Na obr. 7 je znázorněn reaktor s taveninou železa, opatřený odsiřovacím zařízením. Do reaktoru 21 s taveninou železa, podobného konvertoru, který je zčásti naplněn taveninou 22 železa, Obsahující uhlovodíky, se dmýchají tryskami 23 uhelný prach, kyslík nebo prostředí, obsahující kyslík a vápenný prach do. taveniny 22 železa. Odsiřovací struska 24 teče přes odváděči kanál 25, ve kterém je vestavěn uklidňovací prostor · 26 k oddělování od kapiček železa, do· reakční nádoby 27 pro odsíření strusky. Železo nahromaděné z vyloučených kapiček železa teče přes kanál 28 do reaktorn 21 s taveninou železa zpět. Odváděči kanál 25 probíhá pod hladinou strusky.

Uklidňovacímu prostoru 26 v odváděcím kanálu 25 strusky se připisuje důležitý význam, poskytnout podílům železa, strženým z taveniny železa do strusky, které se vyskytují hlavně ve formě jemně rozptýlených kapiček, příležitost . dokonalého oddělení. Co· možná dokonalé oddělení podílů železa ve strusce, před tím než se struska dostane do reakční nádoby 27 pro odsíření strusky, je důležité proto, . že podíly kovu ve strusce ovlivňují negativně odsířování v reakční nádobě 27. Podíly kovu omezují hlavně odsíření strusky v poměru k přiváděnému kyslíku a znemožňují tak téměř kontrolu odsíření strusky. Rovněž· teplota v reakční nádobě 27 pro odsíření strusky eventuálním přívodem tepla přes spalování kovu se nedá ovládat v požadovaných mezích.

Velikost uklidňovacího prostoru 28 lze vyložit tak, že dostatečné doby zdržení strusky v tomto prostoru jsou zaručeny tj. rychlost proudění strusky musí se v uklidňovacím prostoru 26 značně snížit oproti její rychlosti proudění v odváděcím kanálu 25. Při rychlém vedení procesu zplyňování uhlí a vzhledem k tomu velké reakční rychlosti je nutné vytvořit uklidňovací prostor 26 větší než při relativně· pomalém zplyňování uhlí. Normálně je nutné . udržet mezi odváděcím kanálem 25 a uklidňovacím prostorem 26 poměr volných průřezů proudění minimálně 1:10.

V reakční nádobě 27 pro· odsíření strusky se přes trysku 29, uspořádanou ve dnu, přivádí kyslík nebo prostředí, obsahující kyslík, které vyvolávají oxidaci· strusky, což vede ke značnému snížení rozpustnosti síry a oxidaci . síry, která se potom odstraňuje jako kysličník siřičitý ze systému.

Plynovým liftem 30, který je například napájen dusíkem, se vede struska přes kanál 31, znázorněný na obr. 8 · k · reaktoru 21 s taveninou železa.

U zvláštní formy provedení plynového liftu 30 je tryska 29 nezbytná pro odsíření strusky, uspořádané ve dnu zdivá reakční nádoby 27 tak, že plní úlohu plynového liftu 30 a činí zvlášť vestavěný plynový lift 30 · zbytečným.

Na obr. 8 je kromě toho přetok 32, uspořádaný v kanálu 31 pro zpětné vedení strusky, kterým se odtahuje z okruhu · část strusky.

Příkladná forma provedení reaktoru s · taveninou železa pro výrobu 100 000 Nm3/h plynu přibližného složení asi 25 % vodíku

20' a asi 75 % kysličníku uhelnatého obsahuje taveninu železa v množství 60 t a poté množství strusky 15 t. Volný prostor v nově vyzděném reaktoru s taveninou železa činí 80 m³. Ve dnu tohoto reaktoru jsou uspořádány dvě trysky 5.

Trysky 5 jsou konstruovány ze čtyř soustředných trubek 6, 7, 8, 9 z ušlechtilé oceli s tloušťkou stěny 3 mm. Podstatné prvky legující ušlechtilou ocel jsou 0,4 % uhlíku a 13 % chrómu. Trubka 6 má světlý průřez 70 mm a dopravují se jí s nosným plynem 50 000 kg/h uhlí s maximální zrnitostí 0,5- mm do taveniny železa ' 3. Prstencová štěrbina, vytvořená z trubek 7 a 8 má šířku 8 mm. Obě prstencové - štěrbiny pro ochranné- prostředí, vytvořené z trubek 6 a 7, . jakož ' i z trubek 8' a 9 mají šířku 0,5 mm a v každé prstencové štěrbině proudí po- 2000 Nm³/h zemního- plynu se složením 90 % methanu, 4 % uhlovodíku C_nH_m, 3 % kysličníku uhličitého a 3 % dusíku. Jako struskotvorné látky se k uhlí přimíchává 20 % jemného vápna (CaO). Druhá tryska ve dnu je - zásobována stejným množstvím- a reakčními partnery a prostředími.

Takovýto reaktor s taveninou železa ke kontinuálnímu zplyňování uhlí umožňuje kontinuální bezporuchový provoz po dobu nejméně dvou měsíců.

Vzniklé reakční plyny se mohou používat například následovně ve vysoké peci.

Vysoká pec, například s denní výrobou 5000 t surového železa, - se - provozuje- ve spojení s reaktorem- s taveninou železa ' pro- vý-

Claims (32)

1. PŘEDMĚT

   1. Způsob kontinuálního zplyňování pevných a/nebo- kapalných - látek, obsahujících uhlík a/nebo- uhlovodíky, v reaktoru s taveninou železa, vyznačující se tím, že se reakční složky, jednak látky obsahující uhlík a/ /nebo uhlovodíky a jednak kyslík nebo prostředí, obsahující kyslík zavádí odděleně do taveniny pod povrchem - tryskami v- místě styku - žáruvzdorné vyzdívky s- taveninou.
2. 2. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že se- jako reakční složky používají jednak uhlí a, nebo těžký -olej a jednak kyslík.
3. 3. Způsob podle bodu 1 nebo -2, vyznačující se tím, že -kyslík a/nebo prostředí, obsahující kyslík jsou -obklopeny ochranným prostředím sestávajícím z plynných -a/nebo kapalných uhlovodíků- nebo- prostředím, obsahujícím- uhlovodíky.
4. 4. Způsob podle bodu 1 nebo 3, vyznačující se tím, že- - se- reakční -složky, jakož i popřípadě jemně zrnité - struskotvorné látky zavádějí společně alespoň jednou tryskou.
5. 5. Způsob podle - jednoho - z bodů 1 až 3, vyznačující se tím, - že se reakční složky zavádí do- taveniny železa odděleně - alespoň jednou -tryskou.
6. 6. Způsob - podle 'bodu 4, vyznačující se robu- redukčního plynu. Spotřeba koksu ve vysoké peci se pohybuje, bez přívodu redukčního plynu, okolo 550 kg/t surového železa. Použitím redukčního plynu se uspoří 200 kg koksu/t surového železa a pro to se denně zplyní v reaktoru s taveninou železa celkem 100-0 t uhlí.

   Nádoba reaktoru pro tento případ použití vykazuje v nově vyzděném stavu volný objem asi 30 m'³. Pro relativně velkou pec je tedy zapotřebí pouze malé přídavné zařízení pro výrobu redukčního plynu. Teplota této taveniny železa se pohybuje například okolo asi 1450 °C. Při s-tanovení používané teploty redukčního- plynu ve vysoké peci jsou provozní data jiné vysoké peci brané v úvahu.

   Normálně - se redukční plyn přivádí do vysoké pece při teplotách mezi asi 1000 až 1300 °C. Teplota redukčního plynu asi 1100 stupňů Celsia se například - dosáhne přísadou asi 20 objemových % dusíku s teplotou místnosti (20 °C). S asi 10 objemovými % dusíku za jinak stejných podmínek se - dosáhne teploty redukčního plynu -okolo 1300- °C.

   Při výrobů redukčního plynu pro- přímý způsob redukce, který pracuje při tlaku asi 2 atm, je- nutné- vytvořit objem reaktoru s taveninou železa větší asi o 50 %, než bylo shora popsáno. Optimální teplota redukčního plynu pro přímý způsob redukce se- pohybuje všeobecně mezi asi 700 až 1000 °C. Požadovaná teplota asi 850 °C se může dosáhnout například ' přimíšením asi 45 -objemových °/o dusíku.

   YNÁLEZU tím, že kyslík je -obklopen uhlovodíky a/nebo prostředím, obsahujícím uhlovodíky.
7. 7. Způsob podle jednoho z bodů 1 až 6, vyznačující se tím, že látky, které se mají zplyňovat, zejména uhlí, se přivádí do reaktoru s taveninou železa společně s plynnými nebo kapalnými uhlovodíky nebo prostředím, obsahujícím -kyslík.
8. 8. Způsob podle- bodu 7, vyznačující se tím, že se- látky, které se mají- zplyňovat, zejména uhlí, směšují již před vstupem do taveniny železa s kyslíkem- nebo prostředím, obsahujícím kyslík.
9. 9. Způsob podle jednoho z bodů 1 až 8, vyznačující se tím, že se proudům reakčních složek, s výhodou zplynovaným látkám udílí nucený moment hybnosti, se kterým reakční složky opouští trysku a vstupují do reaktoru s taveninou železa.
10. 10. Způsob podle jednoho- z bodů 1 až 9, vyznačující se- tím, že se reakční složky zavádí- do taveniny železa kontinuálně nebo přerušovaně- po libovolně dlouhou dobu.
11. 11. Způsob- podle jednoho z bodů 1 až 10, vyznačující se tím, že struskotvorné látky, s výhodou vápno, se do taveniny železa při203988 vádí ve směsi s látkami, které se mají zplyňovat.
12. 12. Způsob podle jednoho z bodů 1 až 11, vyznačující se tím, že se k látkám, které se · mají zplyňovat, s malou energetickou hodnotou přimíchávají podíly energeticky bohatšího uhlí a/nebo nevázaného uhlíku, například koksu.
13. 13. Způsob podle jednoho z bodů 1 až 12, vyznačující se tím, že se látky s malou energetickou hodnotou, které se mají zplyňovat, přivádí do reaktoru s taveninou železa usušené a/nebo předehřáté.
14. 14. Způsob podle jednoho z bodů 1 až 13, vyznačující se tím, že se k látkám s malou energetickou hodnotou, které se mají zplyňovat, přimíchává hliník, křemík, karbid vápenatý a to· buď jednotlivě, nebo v libovolných směsích.
15. 15. Způsob podle jednoho z bodů 1 až 14, vyznačující se tím, že se pro zvýšení teploty a/nebo regulaci teploty taveniny železa do této· přivádí nezávisle na látkách, které se mají zplyňovat, energeticky bohaté uhlí, nevázaný uhlík, hliník, křemík, karbid vápenatý a to)! buď jednotlivě, nebo v libovolných směsích.
16. 16. Způsob podle jednoho z bodů 1 až 15, vyznačující se tím, že se reaktor s taveninou železa provozuje za přetlaku a zplyňování se provádí při teplotě mezi 1350 až 1450 °C.
17. 17. Způsob podle jednoho z bodů 1 až 16, vyznačující se tím, že se vzniklý redukční plyn po •opuštění reaktoru s taveninou železa ochladí zaváděním inertního plynu,
18. 18. Způsob podle jednoho· z bodů 1 až 17, vyznačující se tím, že se strusky bohaté na síru převádí z reaktoru s taveninou železa kapalné do reakční nádoby, tam se zaváděním kyslíku nebo prostředí, obsahujícího kyslík s přísadou nebo bez přísady inertního plynu odsíří a potom se kapalné vedou zpět do reaktoru s taveninou železa.
19. 19. Způsob podle jednoho z bodů 1 až 18, vyznačující se tím, že se obsah síry odsiřovací strusky udržuje v reaktoru s taveninou železa pod hodnotou nasycení sírou.
20. 20. Způsob podle jednoho z bodů 1 až 19, vyznačující se tím, že se obsah síry ve strusce v reaktoru s taveninou železa udržuje okolo 1 %.
21. 21. Způsob podle jednoho z bodů 1 až 20, vyznačující se tím, že teplota strusky v reakční nádobě pro odsíření činí 1350 až 1450 stupňů Celsia.
22. 22. Zařízení k provádění způsobu podle bodů 1 až 21, vyznačující se tím, že v ohnivzdorné vyzdívce (2) reaktoru s taveninou (3) železa pro kontinuální zplyňování pev- ných a/nebo kapalných látek, obsahujících uhlík a/nebo uhlovodíky je pod povrchem taveniny (3J železa uspořádána alespoň jedna tryska (5), sestávající ze soustředných trubek.
23. 23. Zařízení podle bodu 22, vyznačující se tím, že tryska (5) sestává ze středové trubky a dvou soustředných trubek.
24. 24. Zařízení podle bodu 22, vyznačující se tím, že tryska (5) sestává ze čtyř soustředných trubek [6 až 9).
25. 25. Zařízení podle bodu 22, vyznačující se tím, že tryska (5) sestává z přiváděčích kanálů (14 až 16), vytvořených jako· prstencové Štěrbiny a pevného vnitřního jádra (13) trysky (5).
26. 26. Zařízení podle bodů 22 až 25, vyznačující se tím, že alespoň v jednom přiváděcím kanálu (14 až 16) trysky (5) jsou uspořádány impulsmomenty vytvářející vodicí prvky (17).
27. 27. Zařízení podle jednoho z bodů 22 až 26, vyznačující se tím, že pro každou reakční složku a každé prostředí je v trysce (5) uspořádán pro dopravu alespoň jeden kanál (14 až 16).
28. 28. Zařízení podle jednoho z bodů 22 až 27, vyznačující se tím, že alespoň jedna prstencová štěrbina (40) je zkrácena pro míchání reakčních složek před ústím trysky (5) uvnitř této trysky (5).
29. 29. Zařízení podle jednoho z bodů 22 až

    28, vyznačující se tím, že v prostoru plynu jsou uspořádány dva oddělené reakční prostory, uspořádané pro· konvertory, přičemž jeden reaktor (21) je uspořádán pro taveni nu (3) železa a druhý tvoří reakční nádoba (27) pro odsíření strusky a oba reakční prostory jsou navzájem spojeny dvěma kanály pro dopravu strusky, totiž odváděcím kanálem (25) strusky a kanálem (28) pro zpětné vrácení proudu (24) strusky.
30. 30. Zařízení podle jednoho z bodů 22 až

    29, vyznačující se tím, že odváděči kanál (25) uspořádaný mezi reaktorem (21) s taveninou (22) železa a reakční nádobou (27) pro odsíření má uklidňovací prostor (26).
31. 31. Zařízení podle jednoho z bodů 22 až

    30, vyznačující se tím, že je opatřeno plynovým liftem (30) pro dopravu · odsířené strusky (24) z reakční nádoby (27) pro odsíření strusky do kanálu (28) pro zpětné vrácení proudu strusky (24).
32. 32. Zařízení podle jednoho z bodů 22 až

    31, vyznačující se tím, že kanál (28) pro· vracení proudu strusky (24) je opatřen přetokem (32) pro kontinuální odtahování odsířené strusky (24).