CS253561B2 - Method of gas production - Google Patents

Description

Vynález patří do oboru plynárenství a vztahuje se na 2působ výroby plynu v reaktoru s Roztaveným železem, ve kterém se nachází lázeň, tekutého železa, do kterého se zavádějí pevná nebo kapalná paliva, přičemž na povrch lázně roztaveného železa se přivádí proud oxidačního plynu, obsahujícího alespoň z části kyslík, přičemž se přiváděné palivo zplyňuje, plyn se shromažďuje nad povrchem lázně roztaveného železa a odtud se odvádí. Vynález řeší problém zvýšení kvality vyráběného plynu a zlepšení energetické účinnosti procesu.

Kontinuální zplyňování uhlí, nebo jiných paliv, obsahujících uhlík v reaktoru s roztaveným železem, případně s roztavenou ocelí s vrstvou strusky, na plyn složený převážně z kysličníku uhelnatého.a vodíku, je známé již dlouhou dobu. Při způsobu podle německého zvěřejňovacího spisu Č. 2 592 434 se na povrch lázně roztaveného kovu dmychá kyslík z dmyšny, umístěné nad povrchem lázně roztaveného železa. V místě vefuková vzniká vysoká teplota a do tohoto místa se dmychá pomocí nosného plynu prach, obsahující uhlík.

Z německého vykládacího spisu 2 520 883 je znám způsob, při němž se uhlí, nebo palivo, obsahující uhlík vhání pod povrch lázně roztaveného železa. Rovněž proud plynu, obsahující alespoň z části kyslík, se vhání pod povrch lázně roztaveného železa, přičemž je obalen pláštěm z uhlovodíků pro ochranu příslušných trysek.

V německém patentovém spisu č. 2 520 868 je popsán způsob, při němž se do lázně s roztaveným železem přídavně přivádí energeticky bohaté uhlí, nevázaný uhlík, křemík, karbid křemíku, hliník nebo směsi těchto látek a to případně nezávisle na zplynovaném uhlí.

Tím se procesu zplynování dodává potřebné teplo, které se nestačí získat spalováním energeticky chudého uhlí.

Rovněž jsou známy vícestupňové způsoby redukce železné rudy a výroby tekutého železa, například podle německého zvěřejňovacího spisu č. 2 401 909. Mají tu nevýhodu, že vznikající plyny mají nízkou výhřevnost a proto jen omezené použití jako příměs к energeticky bohatším plynům. Způsobem podle citovaného vynálezu vzniká plyn s tomto přibližném složení podle hmotnosti: 41 % kysličníku uhelnatého, 30 % kysličníku uhličitého, 18 % vody, 10 % vodíku,

3 zbytek ostatní plyny. Výhřevnost tohoto plynu je asi 46 . 10 J/m .

Nevýhoda známých způsobů je v tom, že neumožňují hospodárné zplynování horších paliv, zejména uhlí s nízkou výhřevností. Je nutno přidávat energeticky bohatší paliva, aby se zajistila teplota, potřebná к roztavení železa. Konečně umožňují používat levné oxidační plyny, jako například vzduch.

Úkolem vynálezu je odstranit uvedené nevýhody známých způsobů a vypracovat způsob, pomocí něhož je možno hospodárně vyrábět spalovatelný plyn v reaktoru s roztaveným železem z paliv, obsahujících uhlíkaté a/nebo uhlovodíkové látky v pevné, mleté nebo kapalné formě. Způsob má umožnit zpracování paliv, jež nejsou bohatá na energii za použití levného oxidačního plynu, zejména vzduchu a odstranit nutnost přidávat energeticky bohatá paliva к vyrovnání tepelné bilance zplynovacího procesu.

01oha je řešena vypracování způsobu výroby plynu v reaktoru s roztaveným železem, ve kterém se nachází lázeň tekutého železa, do kterého se zavádějí pevná, nebo kapalná paliva, přičemž na povrch lázně roztaveného železa se přivádí proud oxidačního plynu, obsahujícícho alespoň zčásti kyslík, přičemž se přiváděné palivo zplyňuje, plyn se shromažďuje nad povrchem lázně roztaveného železa a odtud se odvádí, jež se od známých způsobů podle vynálezu liší tím, že proud oxidačního plynu se dmychá přes plynový prostor na hladinu lázně a délka proudu plynu v plynovém prostoru Činí více jak dva metry, přičemž palivo se přivádí do lázně pod její hladinou.

Proud oxidačního plynu prochází plynovým prostorem nad povrchem lázně po dráze pokud móžnó dlouhé. Dmychaný oxidační plyn vytváří paprsek, který nasává plyn vyrobený zplynováním paliva nadcházející se v plynovém prostoru, který nasává a strhává. Vzhledem к tomu, že paprsek plynu, směřující na povrch lázně s roztaveným železem, obsahuje kyslík, spaluje se část vyrobeného spalitelného plynu. Přitom se vzniklé teplo přivádí do lázně roztaveného železa, neboř proud plynu, obsahující horké spalné produkty, směřuje na povrch lázně, takže horké spalné produkty přicházejí do kontaktu s povrchem roztaveného železa a předávají mu své teplot.

• Oxidační plyn může být podle vynálezu bud technicky čistý kyslík, nebo vzduch. Vzduch je snadno dostupný a lze je jednoduše stlačit na potřebný pracovní tlak.

Část dmychaného oxidačního plynu lze podle vynálezu dmychat i pod hladinu lázně, přičemž nad hladinu lázně nutno dmychat nejméně 10 % z celkového množství dmychaného oxidačního plynu. Poměr mezi množstvím plynu dmychaného nad hladinu a pod hladinu může kolísat v širokých mezích. Tak například je možno 80 % oxidačního plynu přivádět pod hladinu lázně a 20 % nad hladinu, ale poměr může být i zcela obrácený. Rovněž je možno dmychat veškerý oxidační plyn jen nad hladinu. Obvykle se na hladinu lázně dmychá 40 až 90 % z celkového dmychaného množství. Je výhodné udržovat podíl oxidačního plynu, dmychaného nad hladinu lázně, co největší, protože tlak tohoto plynu je nižší, než tlak oxidačního plynu, dmychaného pod hladinu lázně.

Pro zvýšení tepelné účinnosti lze podle vynálezu předehřívat oxidační plyn dmychaný nad nebo pod hladinu, případně předehřívat veškerý dmychaný oxidační plyn. Účelná teplota předehřátí je v rozmezí od 300 do 400 °C. Do těchto teplot je možno používat obvyklé trubkové rozváděči systémy a armatůry. Rovněž tepelná izolace přívodního systému je proveditelná hospodárně.

Pro dosažení optimálního vztahu mezi výrobou spalitelného plynu a oceli je podle vynálezu výhodné, aby přiváděné látky, obsahující železo, byla alsepoň zčásti oxidické formě. Tyto látky je možno podle vynálezu přivádět do lázně spolu s oxidačním plynem, zejména s kyslíkem.

Způsob výroby plynu v reaktoru s roztaveným železem podle vynálezu má četné výhody.

Vhánění oxidačního plynu na povrch lázně roztaveného železa způsobem podle vynálezu podstatně zlepšuje tepelnou bilanci reaktoru. To umožňuje používat vzduch místo technicky čistého kyslíku, i když ani použiti technicky čistého kyslíku není vyloučeno. Použití vzduchu je výhodné jednak proto, že je běžně к dispozici а к jeho stlačení postačí obvyklé kompresory.

Podstatná výhoda způsobu podle vynálezu je v tom, že v reaktoru s lázní taveniny železa se z paliv, obsahujících síru, vyrábí plyn, jež síru neobsahuje'. To rozšiřuje možnost jeho použití například i na pafní generátory. Síra se zachycuje ve strusce v reaktoru s roztaveným železem. Struskotvorné látky, zejména kysličník vápenatý se do reaktoru přivádějí bučí spolu s palivem, nebo s oxidačním plynem. Vytvořená struska se bučí odpouští, nebo se v tekutém stavu zbavuje síry a tekutá se přivádí zpět do reaktoru.

Způsob podle vynálezu lze použít i к souběžné výrobě plynu a železa, případně oceli, tím že se může přímo redukovat například železná ruda a to velmi ekonomicky při malé spotřebě uhlí.

Způsob podle vynálezu lze obzvláště výhodně použít tam, kde je možno vyrobený plyn použít jako palivo v bezprostřední blízkosti jeho výroby, například jako náhradu zemního plynu. Plyn, vyrobený způsobem podle vynálezu, který se při procesu výroby částečně spaluje, má hlavně na základě relativně vysokého podílu kysličníku uhelnatého přibližně stejnou teplotu plamene, jako zemní plyn a múŽe se tedy bez podstatných změn připojit na dosavadní plynové spotřebiče, například pece.

Způsob výroby plynu podle vynálezu je blíže vysvětlen na těchto příkladech.

□ Pro zplynění 1 t koksu s hmoonostním obsahem 10 % popela a 1 = síry se použžje 2 400 m vzduchu přede^hř^áté^ho na teplot ³⁰⁰ °C, dmychaného pod ^hladinu lázně ^při^eemž stejné mnnžssví vzducto o ^téže teplotě dmyctáme i na hladi^nu ^lázn^ě. Tavením železa má teplotu asi 1 400 °C a obsah uhlíku asi 2 % podle hmoonoott. Z jedné tuny koksu vznikne 5 500 m³ plynu o hmoonostním složení; 25 % kysličníku uhelnatého, 6 % kysličníku uhličitého, 69 % dusíku a 0,002 % síry. ^plyn má teplot ^{1 400} °C. ^robený ^plyo měl ^pod^dl ^prachu asi ² g/m³ a dal se ^přímo spalovat v . kotlích.

Spalováním dlouhoplamenntho uhH s hmoonostním obsahem 78 % uhlíku, 5 % vodíku, 7 % .

kyslíku a 5 % popela se získá plyn o hmoonostním složení 19,0 % kysličníku uhelnatého, 4,8 % vodíku, 4,6 % kysličníku u^].i^č:tb^lio a 66,5 % dusíku. '

Enoegeeicky chudé sušené hnědé uhH o hmoonostním složení 54,0 % uhlíku, 4,9 % vodíku, 23,6 % kyslíku, 3,9 % popele a 0,4 % síry s výhřevností 23,8 . 10° J/kg se zplyňuje způsobem ^podle vyn^álezu ^při te^oté vz^duc^hu ³⁰⁰ °C na ^plyo. o objemovém složení 21,⁴ % k^li^íku uhelnatého, 6,2 % vodíku, 5,4 % kysličníku uhliiitélo, 6,2 % vodních par a 60,7 % dusíku a 20 ppm popele. Vyrobený plyn má výhřevnost 33,7 . 10⁵ J/m³. Pro odsíření jedné tuny zpracovaného uhH bylo třeba přidat do reaktoru 9 kg kysličníku vápena 1tého'.

Poožiií kyslíku je výhodné tehdy, poža^je^i se eneegeeicky bohatý plyn s minirnem dusíku nebo při spalování velmi chudého uHí. Volba oxidačního plynu záleží na vynužtí vyrobeného plynu a na hospoddrnooti provozu. Technické problémy přioom n^^^z^nói^éijí.

Způsob podle vynálezu lze výhodně pouužt k souběžné výrobě plynu a železa. Přioom se do t^aveoioy přivádějí látky, obes^uící železo ve vázané i volné formě, například železná ruda. Alespoň část železa má být v oxidické formě. Teplo, získané spalováním plynu pomocí paprsku oxidického plynu, dmychaného na povrch lázně, se alespoň částečně vyu^je k redukci ‘ žrlezoootných látek.

Způsobem podle vynálezu se na výrobu jedné tuny železa redukcí ze železné rudy spotřebuje asi 1,1 t uhlí o hmotnostím složeni: 78 % uhlíku, 5 % vodíku, 3 % vody, 3 % popela 1 % sír^ 5 % kyslíku. Výhřevnost tohoto цЫ! je ³1^,4 . ^{10 6 J}/k^g. Přitom vznikne ^pr^ů^m^í^:Lov^^ě poujžtrloý plyn o hmotnostoío složení 57 % kysličníku uhelnatého, 14 % kysličníku uhliiitélt, I⁴ % vt^dí^ku^, I⁴ % vody o výhřevnoo^ ^87,9 . l⁰^ . I⁰ J/m³.

Když se upnusí od dmmchání oxidačního plynu na hladinu lázně, stoupne spotřeba uvedeného uhlí oa cca 3 t na 1 t produkce železa a vznikne průmyslový plyn o hmotnostoím složení 70 % kysličníku uhlen1ntht, 1 % kysličníku uhličitého, 27 % vodíku a 1 % vody.

Železná ruda se může do lázně zavádět jak tryskami ve dně reaktoru, tak i shora na l^ázeň tekutého železa. Je výhodné zavádět alespoň železné rudy spolu s kyslkeem na povrch lázně. Při přivádění železné rudy shora se ruda již v atmosféře vyrobeného plynu předehřeje a předredukuue, čímž stoupne tepelná účinnost procesu.

DdIší zlepšení je možno dosáhnout vhodnou vestavbou do trysky přiváddjící rudu, takže proud opouuší trysku ve šroubcoici.

KooOkétní případ p^oužtí způsobu podle vynálezu,· .ji · uveden v tomto příkladě: Reeator s obsahem 60 t П^гохоу železa má tvar konve^o^. Ve dně konvertoru je uspořádáno deset trysek o světeCném průřezu 28 mm. Dvěma tryskami se vhání uhelný prach v m^c^ožst^:í 350 kg/mio, p^eemž jako nosný plyo se používá dusík, kysličník uHičitý nebo plyo z konvvetoru samotného. Třemi tryskami se vhání kyslík společně s železnou rudou, kdežto ostatními pěti tryskami se vhání kyslík, částečně nasycený strzskttvtrnýoi látkami, cap^kl-ad kyslíčn^cm vápenatým. Postranními tryskami, které jsou utištěny v horoí kuželovité čássi konv^e-toru, se dmychá asi 50 % kyslíku na povrch železné lázně. S uhlím dříve uvedeného složení a rudou, ·obstαující i

253561.

% kysličníku železitého se za jednu hodinu vyrobí cca 20 t železa s -obsahem 3 % uhlíku podle hmottiiQti.

Spotřeba kyslíku pro zplynění jedné tuny uhlíku za současného roztavení 1 450 kg rudy činí 580 m_ kyslíku. Vzniklý topný plyn má toto hmotnostní složen:!: 57 % kysličníku uhelnatého, 14 % kysličníku uhličitého, 14 % vodíku a 14 % vody. VVýřevnott vyrobeného ^plynu ^čío^í 8⁷,9 . ¹⁰^ J/m\ '

V reaktoru je možno vyrábět přímo ocel. Pro tento účel se obsah uhlíku sníží z běžných až 3 % asi na 0,05 % podle Pak se odpíchne asi 20 t oceli. Zbytek taveniny se dále zpracovává vháněním kyslíku a uhlí s malým přebytkem uhH, až se lázeň ndUhUčí na obvyklý obsah - 2 až 3 % uhlíku podle hInottnsSi. Struska.se odpouští dříve, než se lázeň oduMičí na konečnou hodnotu, tedy při obsahu uhlíku v rozmezí 0,5 až 2 %. Nově vzniklá čerstvá struska je v rovnováze s odpadnutou ocelí a zůstává v konveetoru.

Příklad provedení reaktoru pro výrobu plynu způsobem podle vynálezu je znázorněn na připojeném výkresu.

Plynotěsně uzavřená nádoba reaktoru 20 přibližně hruškovitého tvaru je asi do poloviny naplněna lázní 21 tekutého železa, takže povrch 22 lázně. 21 tekutého železa ja asi v polovině výtky reaktoru .20. Ve dně reaktoru 20 je uspořádána tryska 23 pro zavádění jemně rozemletého u^lí 24 . Dále je ve dnu reaktoru 20 umístěna kyslíková tryska .25, kterou se odděleně od trysky 23 pro u^lí 24 zavádí kyslík do lázně 21 roztaveného železa. Kyslíková tryska 25 je opatřena na obr. oeznázorněným pláštěm pro přívod ochranných uhlovodíků.

V horní kuželovité části reaktoru 20 je umístěna pravá horní tryska 26 a levá horní tryska 27, které procházzeí stěny reaktoru 20 do jeho plynového prostoru. Do těchto trysek se přivádí kyslík 28, případně jiný oxidační plyn, například vzduch, který vytváří paprsky 29 směrované na střední oblast povrchu 22 lázně 21 tekutého železa. Os.í jak pravé horní trysky 26, tak i levé horní trysky 27 je asi 2 m nad povrchem 22 l^zně 21 tekutého železa.

Paprsky 2_9 kyslíku pronikají plynovým prostorem 30 směrem k povrchu 22 lázně 21 tekutého kovu, přičemž strhuje část plynu 31, již vyrobeného spalováním uhlí 2 4. Obsah kyslíku v paprskách 29 způsobuje, že část plynu 31 shoří a vzniklé teplo se vrací přes povrch 22 do lázně 21 roztaveného železa.

Claims (10)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1. Způsob výroby plynu v reaktoru s roztaveným žel.ezem, ve kterém se nachází lázeň tekutého železa, do kterého se zavááějí pevná nebo kapalná paliva, přčeemž na povrch ' ’'lázně roztaveného železa se přivádí proud oxidačního plynu, obsahujícího alespoň z iásti kyslík, přieemž se přiváděné palivo zplyňuje a plyn se shromažďuje nad povrchem lázně roztaveného železa, odkud se odvádí, vyznaačujcí se tím, že proud oxidačního plynu se dmychá přes plynový prostor na hladinu lázně a délka proudu oxidačního plynu v plynovém prostoru činí více jak dva metry, přčeemž palivo se přivádí do lázně pod její hladinou.
2. 2. Způsob podle bodu 1, vyzuna^^! se tím, že oxidačním plynem je technicky čistý kyslík.
3. 3. Způsob podle bodu 1, vyznaa^ící se tím, že oxidačním plynem je vzduch.
4. 4. Způsob podle bodů 1 až . 3, vyzuna^^! se tím, že část oxidačního plynu se přivádí pod hladinu lázně.
5. 5. Způsob podle bodu 4, vyzuna^^! se tím, že . mnnžžsví kyslíku, přiváděného na povrch roztavené lázně činí nejméně 10 % z celkového mnnžssví kyslíku, přiváděného do reaktoru.
6. 6. Způsob podle bodů 1 až 5 vyznahijící se tím, že oxidační plyn, směrovaný na povrch lázně roztaveného železa, se předehřívá.
7. 7. Způsob podle bodů 1 až 6, vyzunačujcí se tím, že oxidační plyn, přiváděný pod hladinou lázně roztaveného železa se předehřívá.
8. 8. Způsob podle bodů 1 až 7, vyzuna^^! se tím, že do lázně roztaveného kovu se přiváděěí látky, obsaahuící železo alespoň zčássi v oxidické formě.
9. 9. Způsob podle bodu 8, vyznaa^ící se tím, že látky, obsaauúící železo alespoň z v oxidické formě jsou ruda, částečně předredukovaná rada ve formě prachu, případně pelet a/nebo briket.
10. 10. Způsob podle bodu 8 a 9, vyznaačuící se tím, že látky, obesa^í^ železo alespoň z č^s^s^i v oxidické formě, se přiváděěí do lázně spolu s oxidačním plynem, zejména kyslkkem.