DE2508144A1

DE2508144A1 - Gasspeicher

Info

Publication number: DE2508144A1
Application number: DE19752508144
Authority: DE
Inventors: Arthur Edward Pearson
Original assignee: British Steel Corp
Current assignee: British Steel Corp
Priority date: 1974-02-26
Filing date: 1975-02-25
Publication date: 1975-08-28
Also published as: ZA751025B; CA1091544A; PL95043B1; BR7501136A; IT1030217B; LU71907A1; GB1507021A; ES435065A1; BE825964A; FR2262250A1; AU7852075A; NL7502228A; JPS50124214A

Description

BRITISH STEEL CORPORATION, 33 Grosvenor Place, London/ England

Gasspeicher

Die Erfindung bezieht sich auf die Speicherung von Gasen und insbesondere auf die Speicherung von Kohlenmonoxyd zur Wiederverwendung, welches als Reaktions-Nebenprodukt bei der Herstellung von Sauerstoff auf Blas-Stahl erhalten wird.

Bei der Herstellung von Sauerstoff auf Blas-Stahl wird das vom Hochofen erhaltene Eisen dadurch gefrischt, daß Sauerstoff in die in einer geeigneten Birne enthaltene Schmelze eingeblasen wird. Während des Frischvorganges reagieren gewisse Verunreinigungen im Eisen mit dem eingeblasenen Sauerstoff und bilden eine Schlacke, die nach der Oberfläche der Schmelze abfließt und die später von dem gefrischten Metall getrennt werden kann, das aus der Birne ausgegossen wird.

Eine vorherrschende Verunreinigung im Eisen, welches einem Hochofen entnommen wird, ist Kohlenstoff, welches in Konzentrationen bis zu 5 Gewichtsprozenten vorhanden sein kann. Während des Frischvorganges wird der Kohlenstoff durch den hindurchgeblasenen Sauerstoff oxydiert und das Reaktionsprodukt wird von der Birne als Kohlenmonoxydgas geliefert. Während des Blasvorganges wird auch ein Teil des in der

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Birne enthaltenen Eisens oxydiert und es ergeben sich feine Partikel von Eisenoxyd, die im Kohlenmonoxyd als Rauch eingeschlossen sind.

Bei den üblicherweise für Sauerstoff auf Blas-Stahl benutzten Birnen wird der Kohlenmonoxydgasstrom mit dem darin enthaltenen Eisenoxyd allgemein nach einem Schornstein abgeführt, der an seinem oberen Ende sich erweiternd ausgebildet ist, so daß der Gasstrom in der Atmosphäre verbrannt werden kann. Um eine Umweltverschmutzung zu vermeiden, wird der aus der Birne austretende Gasstrom gekühlt, indem er in Wärmeaustausch mit Wasser gebracht wird, das in einem Kühlkreis strömt, und es erfolgt anschließend eine Waschung mit Wasser, um Eisenoxyd zu entfernen.

Das abblasen von Kohlenmonoxyd am Schornsteinauslaß bedeutet einen beträchtlichen Verlust potentiell brennbarer Gase, die als Energiequelle in anderen Verfahren oder bei der Energieumwandlung nutzbar gemacht werden könnten, beispielsweise zur Erzeugung mechanischer oder elektrischer Leistung. Die Erzeugung von Kohlenmonoxyd bei der Sauerstoffaufblas-Stahlherstellung erfolgt jedoch intermittierend und es sind mehrere Verfahren vorgeschlagen worden, um den Gasstrom, der von der Birne ausgeht, zu speichern, um das Gas dann später wieder benutzen zu können,

Schwierigkeiten ergeben sich bei jedem Speicher für Kohlenmonoxydgas durch die hohe Explosionscharakteristik von Kohlenmonoxyd, wenn dieses mit Sauerstoff oder mit Luft verdünnt wird, und außerdem ergeben sich Schwierigkeiten, weil Kohlenmonoxyd für lebende Organismen giftig ist. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Brenngasspeicher zu schaffen, der u.a. in Verbindung mit Gasreaktionsprodukten bei der Sauerstoffaufblas-Stahlherstellung benutzt werden kann, wobei die Gefahr

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eines Leckstroms verringert ist.

Gemäß der Erfindung besteht das Speichersystem für brennbare Gase aus einem zusammenfaltbaren Behälter, der selektiv an eine Gasquelle bzw. einen Verbraucher anschaltbar ist, wobei Mittel vorgesehen sind, die zyklisch wirksam sind, um eine gesteuerte Expansion des Behälters zu erzeugen, damit Gas von. der Gasquelle in den Speicher gelangen kann, während beim Ablassen von Gas diese Mittel ein Zusammenfalten des Behälters bewirken.

Durch die Erfindung wird durch die gesteuerte und unabhängige Expansion des behälters ein Gasspeicher geschaffen, bei dem das Gas im wesentlichen mit dem Druck gespeichert werden kann, den die Gasquelle besitzt. Wenn das Gas vom Schornstein einer Birne herrührt, welche für das Stahlaufblasverfahren benutzt wird, dann entspricht der Gasdruck im wesentlichen dem atmosphärischem Druck. Es wird dann das Gas aus dem Schornstein ebenfalls mit im wesentlichen atmosphärischem Druck abgezogen, und bei diesem Druck gestapelt. Wenn die Gasquelle Gas mit einem Druck enthält, der über dem Atmosphärendruck liegt, sind Druckreduziervorrichtungen vorzusehen, indem beispielsweise eine steuerbare öffnung mit vorbestimmten Strömungswiderstand benutzt wird.

Durch das Fehlen wesentlicher Druckdifferentiale zwischen dem gespeicherten Gas und der Sauerstoff enthaltenden Umgebungsluft wird die Gefahr des Einfließens von Sauerstoff in das Gas oder von Gas in die Umgebungsluft auf ein Mindestmaß reduziert, so daß auch die Gefahr der Erzeugung einer explosiven Mischung vermindert wird. Im Idealfall ist der Gasdruck im Speicherbehälter dem Gasdruck der Atmosphäre angepasst, Jedoch können auch höhere oder vorzugsweise niedrigere Drücke angewendet werden.

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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der zusammenfaltbare Behälter abgedichtet in einer Kammer enthalten, aus der die Luft oder ein anderes umgebendes Gas, z.B. ein inertes Gas, mit einer vorgewählten Rate abgezogen werden kann, um das erforderliche Ausmaß der Expansion für die Speicherung zu erreichen, während die Luft oder das Umgebungsgas dann wieder eingeführt werden kann, um ein Zusammenfalten des Behälters zu bewirken, wenn das gespeicherte Gas abgegeben werden soll. Zweckmäßigerweise wird die Kammer durch ein Gebläse gefüllt und entleert, welches selektiv Luft oder ein anderes Gas in die Kammer pumpt oder von dieser abzieht. Außerdem werden geeignete Ventile im System angeordnet um zu gewährleisten, daß während der Expansion des Behälters Gas nur von der Quelle abgezogen wird, und daß während des Zusammendrückens das Gas nur nach einem geeigneten Auslaß abströmen kann.

Zweckmäßigerweise besteht der Behälter aus einem großen Sack aus flexiblem Blattmaterial, beispielsweise aus Gummi oder aus Plastik, insbesondere aus Polyvinyl-Chlorid.

Vorzugsweise ist ein Gasanalysator vorgesehen, der Gas von der Quelle aufnimmt und eine Anzeige liefert, wenn dieses in einem unzulässigen Umfang verunreinigt ist. Es kann außerdem ein Abschalten des zusammendrückbaren Behälters bewirkt werden, um zu verhindern, daß Gas zur Speicherung abgezogen wird, wenn die Verunreinigung über dem zulässigen Pegel liegt, bei dem eine explosive Mischung vorhanden ist. Die Abschaltventile können automatisch gemäß einem Signal des Analysators arbeiten oder sie können manuell betätigt werden. Als zusätzliche Sicherheitsvorkehrung kann ein ähnlicher Analysator in der Kammer vorgesehen werden, um das Auftreten eines Leckstromes feststellen zu können.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand

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der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Speichers für Kohlenmonoxydgas, das beim Sauerstoffaufblas-Stahlherstellungsverfahren gewonnen wirdi

Pig» 2 eine abgewandelte Ausführungsform des Gasspeichergefäßes nach Figur 1.

Das erfindungsgemäße Speichersystem dient dazu, Gas von einer Birne bei der Sauerstoffaufblas-Stahlherstellung zu empfangen, welches über einen Schornstein 2 austritt, der am oberen Ende einen Brenner 4 besitzt.

Das untere Ende des Schornsteins 2 empfängt kühles, gewaschenes Gas von der Birne über eine übliche Birnenhaube (nicht dargestellt) und einen Strömungsmesser 4' bekannter Art.

Das normalerweise im Brenner 4 zur Verbrennung gelangende Kohlenmonoxydgas wird zum Zwecke der Speicherung an einer Stelle 6 abgezapft, die durch ein Abschaltventil 8 gesteuert wird, welche die Gasströmung durch die Leitung 10 in eine gemeinsame Einlaß/Auslaßleitung 14 des Speicherbehälters gelangen läßt, der insgesamt mit dem Bezugszeichen 15 bezeichnet ist. Ein Meßgerät 12 überwacht die Gasströmungsrate nach dem Behälter hin, der aus einem zusammenfaltbaren Sack 16 aus Polyvinylchlorid oder Gummi oder einer geeigneten Kombination hiervon besteht. Das offene Ende des Sackes ist gegenüber der Basis einer starren Kammer 20 abgedichtet, die den Sack umschließt und ein ausreichendes Volumen besitzt, um den voll aufgeblasenen Sack aufzunehmen. In der voll ausgedehnten Stellung hat der Sack ein genügendes Volumen, um die Kohlenmonoxydmenge

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aufzunehmen, die während eines Prisohvorganges in einer Birne erzeugt wurde. Ein Sack von etwa 1 Million Kubikfuß reicht dabei aus, um das Kohlenstoffmonoxydgas aufzunehmen, welches bei einem Frischvorgang in einem Konverter mit einer Kapazität von etwa 250 Tonnen erzeugt wird.

Die gemeinsame Einlaß/Auslaßleitung 14, die mit einem Gasanalysator 22 versehen ist, um das Auftreten einer potentiell explosiven Mischung von Kohlenmonoxyd mit Sauerstoff oder Luft festzustellen, ist auch an eine Leitung 2β angeschlossen, die der Abführung des im Behälter 16 gespeicherten Gases dient, und diese Leitung ist durch ein Absperrventil 28 steuerbar und in ihr liegt ein Strömungsmesser 30·

Die Kammer 20 kann mit Penstern ausgestattet sein, so daß die Bewegung und das Ausmaß der Expansion des Sackes bzw. des Ballons beobachtet werden kann, so daß etwaige Rissebildungen oder Löcher im Sack feststellbar sind.

Ein Gebläse JO¹ ist wahlweise mit der Kammer 20 über Abschaltventile 32 - 33 verbunden, wobei die Kammer bei geschlossenen Ventilen 38,34 und offenen Ventilen 32,36 evakuiert wird. Dies hat zur Folge, daß sich der Behälter 15 unabhängig von dem inneren Gasdruck ausdehnt, und dadurch Gas von dem Schornstein 2 abzieht. Je nach der Expansionsrate, die durch einen einstellbaren Pumpenhub des Gebläses 30 bestimmbar ist, bleibt das Gas, welches zur Speicherung in den Behälter abgezogen wird, im wesentlichen auf atmosphärischem Luftdruck«

Ein Gasanalysator 33 überprüft die Luft in der Kammer 20 um zu gewährleisten, daß kein Leckstrom aus dem Behälter 15 übergetreten ist.

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Ein Zusammendrücken des Behälters zum Zwecke des Ausströmens von Gas durch die Leitung 26 wird bewirkt, indem die Ventile 34 und 38 geöffnet und die Ventile 32 und 36 geschlossen werden, wobei auch das Ventil 8 geschlossen ist. Nunmehr kann Luft in die Kammer 20 eintreten.

Bei der Benutzung des Speiehersystems sind die Ventile 8 und 28 anfänglich geschlossen, wobei der Behälter 16 voll zusammengefaltet ist. Zu diesem Zeitpunkt der allgemein kurz vor dem Beginn des Blasvorganges von Sauerstoff durch den Stahl liegt, wird Luft durch den Kühler und den Wäscher, der dem Stapel 2 zugeordnet ist, abgezogen und über den Schornstein 4 in die Atmosphäre abgelassen.

Wenn der Sauerstoffblasvorgang beginnt, wird das erzeugte Kohlenmonoxyd von dem Analysator 5 auf eingeschlossene Sauerstoffteile, auf Kohlenmonoxyd und auf Kohlendioxyd untersucht. Wenn die Gasströmung dann im wesentlichen frei von Sauerstoff oder Luft ist, wird das Ventil 8 automatisch oder amnuell gemäß einer entsprechenden Ablesung vom Analysator 5 und vom Strömungsmesser geöffnet.

Dann saugt das Gebläse 30 bei geöffneten Ventilen 32 und 36 und geschlossenen Ventilen 34 und 38 Luft aus der Kammer 20 ab, um eine Ausdehnung des Behälters 16 zu bewirken. Durch die Ausdehnung wird'demgemäß Kohlenstoffmonoxyd aus dem Schornstein 2 abgezogen, um über die Leitung 10 in den Speicherbehälter zu gelangen, und zwar bis zu einem vorbestimmten Zeitpunkt, der vor dem Ende des Blasvorganges liegt. Die Pumprate des Gebläses 30' wird so gesteuert, daß die Gasabzugsrate, die bei 12 gemessen'wird, etwas kleiner ist als die Strömungsrate durch den Schornstein 2 hindurch, die durch den Strömungsmesser 4' gemessen wird. Dadurch wird gewährleistet, daß keine Luft über den Schornstein in die Leitung 10 eingesaugt wird.

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Zu dem vorbestimmten Zeitpunkt wird das Gebläse 30 nach der Atmosphäre hin geöffnet und das Ventil 8 wird geschlossen. Hierbei enthält der Behälter 16 Kohlenmonoxyd auf atmosphärischem Druck, so daß das Druckdifferential über dem Behälter im wesentlichen Null ist, was eine Verminderung der Gefahr eines Leckstroms zur Folge hat, durch den ein potentiell explosives oder toxisches Gemisch erzeugt werden könnte. Außerdem hat der Analysator 22 die Qualität und mögliche Verunreinigung des zu speichernden Gases überwacht, so daß festgestellt wird, ob das Gas zur Wiederbenutzung zugelassen werden kann, bevor dieses durch den Auslaßkanal 26 austritt.

Wenn es sich erweist, daß das im Behälter 16 gespeicherte Gas einen unzulässig hohen Verunreinigungsgrad aufweist, kann das Gas zur Verbrennung im Brenner 4 dem Schornstein 2 wieder zugeführt werden, und zwar zusammen mit dem Gas, welches während der nachfolgenden Blasstufe erzeugt wird. Die Ablaßrate wird so gewählt, daß die Gesamtverunreinigung am Brenner unterhalb des Explosivpegels liegt.

Ein Ablaß von reinem Gas zum Zwecke der Verbrennung in einem Boiler oder einer Gasturbine wird durch Öffnen des Ventils J8 und des Ventils 34 sowie durch Schließen der Ventile 32 und 36 bewirkt.

Gemäß dem abgewandelten Ausführungsbeispiel nach Figur 2 ist der mit gewellten Wänden versehene Sack oder Balg 16, der eine zylindrische Gestalt besitzt, durch einen Sack ersetzt, der die Gestalt einer abgeplatteten Kugel besitzt. Wie im Falle des Zylinders nach Figur 1 ist der Sack nach Figur 2 so gestaltet, daß ein optimales Zusammendrücken erfolgen kann, und im zusammengedrückten Zustand das Volumen minimal ist und im wesentlichen Null beträgt. Wenn das Volumen im zusammengedrückte] Zustand sich dem Nullwert nähert, wird die Gefahr der Verunrei-

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nigung des gespeicherten Gases durch Reste von Gas, die in einem früheren Zyklus gespeichert wurden, vermindert. Dadurch, daß gewährleistet wird, daß der Sack 16 auf seinen maximalen Wert ausgedehnt werden kann, der für den Behälter 20 zulässig ist, werden verunreinigende Reste von früheren Speicherzyklen soweit als möglich verdünnt, so daß weiter die Gefahr der Verbrennung vermindert wird.

Es zeigt sich, daß die Erfindung eine Reihe von Vorteilen besitzt und eine Reihe von Nachteilen vermeidet, die Gasspeichersystemen eigen sind, welche brennbar und hochexplosive Gase speichern. Da beispielsweise während der Speicherung das Druckdifferential über dem Behälter 16 gering und allein durch das Totgewicht des Behälters bestimmt ist, wird auch die Wahrscheinlichkeit eines Leckstromes klein. Jeglicher Leckstrom wird jedoch durch den Analysator 33 festgestellt. Außerdem werden Leckströme gespeicherten Gases beim Ventil 8 nach dem Brenner 4 abgeführt, so daß es umso besser ist, je weiter die Abzapfstation nach dem oberen Ende des Schornsteins hin verlegt ist.

Das Kohlenmonoxydgas innerhalb des Behälters 16 und innerhalb der Leitungen 10 und 26 steht ständig unter einem Druck, der etwa gleich ist dem Luftdruck in der Kammer 20, der durch das Gebläse 30 und die zugeordneten Ventile gesteuert wird. Der Kohlenstoffmonoxyddruck innerhalb des Behälters 16 steht daher ständig unter Überwachung und kann größer oder kleiner als der umgebende Luftdruck oder auch gleich diesem gehalten werden.

Der erfindungsgemäße Gasspeicher stört nicht den Ablauf des Sauerstoffaufblasverfahrens und auch ein Fehler im Gassammeisystem verhindert nicht die Fortsetzung des Stahlherstellungsverfahrens.

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Die Erfindung wurde beschrieben unter Bezugnahme auf einen Behälter 16, der Kohlenmonoxyd von einem einzigen Schornstein 2 abzieht. Es können jedoch auch mehrere Behälter vorgesehen werden, die selektiv an mehrere Schornsteine angeschlossen werden können, welche unterschiedlichen Konvertern zugeordnet sind, so daß eine kontinuierliche Speicherung möglich ist, unabhängig von dem Blasprogramm.

Das erfindungsgemäße Speichersystem kann zum Auffangen eines jeglichen Gases benutzt werden, gleich ob dieses brennbar oder giftig ist oder auch nicht.

Patentansprüche

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Claims

- 11 PATENTANSPRÜCHE

1. Gasspeicher,

dadurch gekennzeichnet, daß ein zusammendrückbarer Behälter (16) vorgesehen ist, der selektiv mit einer Gasquelle und mit einer geeigneten Gasableitung verbunden ist, und daß Mittel vorgesehen sind, um zyklisch eine Ausdehnung des Behälters zum Zwecke der Überführung von Gas aus der Quelle nach dem Speicher und ein Zusammendrücken zu bewirken, um das gespeicherte Gas abzuführen.

2. Gasspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zusammendrückbare Behälter (16) gegenüber einer Kammer (20) abgedichtet ist, aus der die umgebende Atmosphäre abgezogen werden kann, wenn eine Ausdehnung des Behälters erforderlich ist und in die ein Gas eingeblasen werden kann, um ein Zusammendrücken des Behälters (16) zu bewirken.

J. Gasspeicher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umgebungsatmosphäre innerhalb der Kammer (20) aus Luft besteht.

4. Gasspeicher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umgebungsatmosphäre innerhalb der Kammer (20) aus einem inerten Gas besteht.

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5. Gasspeicher nach den Ansprüchen 2, 3 oder 4,

dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (20) mittels eines Gebläses (30') evakuiert und gefüllt wird, welches selektiv das umgebende Gas aus der Kammer (20) absaugt oder in diese einbläst.

6. Gasspeicher nach den Ansprüchen 1 bis 5* dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (16) selektiv mit einer Gasquelle (20) bzw. dem Gasablas über geeignete Ventile verbindbar ist.

7. Gasspeicher nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zusammendrückbare Behälter (16) aus einem Sack aus flexiblem Blattmaterial besteht.

8. Gasspeicher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Blattmaterial Gummi ist.

9. Gasspeicher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Blattmaterial aus Plastikmaterial besteht.

10. Gasspeicher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Plastikmaterial Polyvinylchlorid ist.

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11. Gasspeieher nach den Ansprüehen 9 oder 10,

dadurch gekennzeichnet, daß Plastikmaterial in Verbindung mit Gummi für den Behälter (16) benutzt wird.

12, Gasspeicher nach den Ansprüehen 7 bis 11,

dadurch gekennzeichnet, daß das flexible Blattmaterial des Behälters (16) durch geeignete Gewebe verstärkt ist.

13· Gasspeicher nach den Ansprüehen 1 bis 12,

dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter bis zu einem minimalen Volumen zusammenpressbar ist.

14. Gasspeicher nach Anspruch 13,

dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter auf einem Volumeninhalt von Null zusammengepresst werden kann.

15· Gasspeicher nach den Ansprüehen 1 bis 14,

dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter zylindirsche Gestalt besitzt.

16. Gasspeicher nach Anspruch 15* dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder gewellt ist, um ein Zusammenfalten zu erleichtern.

17. Gasspeicher nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter eine Kugelform besitzt.

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18. Gasspeicher nach Anspruch 17*

dadurch gekennzeichnet, daß die Kugel abgeflacht ist, um ein Zusammendrücken zu unterstützen.

19· Gasspeicher nach den Ansprüchen 1 bis 18,

dadurch gekennzeichnet, daß ein Gasanalysator vorgesehen ist, um die Qualität des in den Behälter (16) eintretenden oder diesen verlassenden Gases festzustellen.

20. Gasspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 19»

dadurch gekennzeichnet, daß ein Gasanalysator vorgesehen ist, um die Umgebungsatmosphäre innerhalb der Kammer (20) zu prüfen,

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