HU176773B - Process and equipment for the continuous gasification of solid and/or liquid media containing coal and/or hydrocarbons in reactors with iron baths - Google Patents

Description

A találmány tárgya eljárás és berendezés szilárd és/vagy folyékony, szén- és/vagy szénhidrogéntartalmú közegeknek vasfürdős reaktorban történő folyamatos elgázosítására.

Ismert már olyan eljárás, amelynél szenet és hidrogént vagy szénhidrogéneket tartalmazó gázokat lándzsák segítségével vasfürdőbe fuvatnak be, és a reakció termékeként keletkező, döntően szénmonoxidból és hidrogénből álló gázt elvezetik. Ilyen eljárást ismertetnek például a 3 526 473 és 3 533739 számú USA szabadalmi leírások. Az ismertetett eljárásoknál a vasfürdőbe szenet vezetnek be finomszemcsés formában egy vízhűtőit lándzsán keresztül. A vízhűtőit fúvatólándzsa fölülről nyúlik be a fémolvadékba és a gázt, illetve a szenet a vasfürdö felszíne alá viszi be. Ugyanakkor egy másik fúvatólándzsán keresztül oxigént és vízgőzt vezetnek ugyancsak a fémolvadék felszíne alá. Ezen eljárások hátrányait a későbbiekben részletesen ismertetjük.

Salakképző anyagok, például mész, mészkő és dolomit gyakran kerülnek az ismert eljárások során felhasználásra kéntelenítő salak képzéséhez a vasfürdő felületén. Ez a salak felveszi a szénben levő ként, és így egy eléggé tiszta kénmentes gázt lehet előállítani, amelynek Összetétele körülbelül 70—80% szénmonoxid és 15— 25% hidrogén.

Az ismert eljárások azonban gyakorlatilag hasznavehetetlennek bizonyultak. Ennek elsősorban két oka van.

Az első ok abban rejlik, hogy a reakcióban résztvevő közegeket a fémfürdő felülete alá juttató fúvatólándzsa, a hozzá tartozó mozgató- és szabályzóegységekkel ez ideig nem megoldott konstrukciós problémát vet fel. Egy gáztermelő eljárás természetesen csak akkor tekinthető nagyüzemileg alkalmazhatónak és gazdaságosnak, ha üzembiztosán és folyamatosan működtethető viszonylag hosszú időn keresztül. Ennek a követelménynek azonban a vasfürdős reaktorokban alkalmazott ismertetett eljárások, illetve berendezések ez ideig nem tudtak eleget tenni.

Nem sikerült ugyanis olyan fúvatólándzsákat kialakítani az ilyen gáztermelő eljárásokhoz, amelyek több napon keresztül zavarmentesen képesek működni. Míg az ismert oxigénes konverter eljárásnál, másnéven a LD (Linz, Donawitz) eljárásnál az oxigént a vasfürdő felületére fúvatják rá, a tüzelőanyagok elgázositásánál a fúvatólándzsának a fémolvadék felszíne alá kell benyúlni. Ellenkező esetben a szén- és/vagy szénhidrogéntartalmú közegek különböző nemkívánatos reakciókba lépnek, például krakkolás játszódik le, aminek következtében előnytelen koromképzödés lép fel. Nagyteljesítményű vasfürdős reaktoroknál, amelyek alkalmazása gazdasági szempontokból célszerű, viszonylag erőteljes olvadékmozgással kell számolni, és a vasfürdö fölött elegendően tágas gázteret kell kialakítani. Ebből következően szükséges néhány méter hosszú fúvatólándzsák alkalmazása, amelyek viszont az erőteljes olvadékmozgás következtében különlegesen nagy mechanikus igénybevételnek vannak kitéve. A megolvadt vas fajsúlya ugyanis lényegében megegyezik a szilárd vas faj súlyával, így a létrejövő erőhatások meglehetősen nagyok. Ezek nek a jelentős erőhatásoknak, illetve az ezzel járó nagy mechanikai igénybevételnek a több méter hosszú fúvatólándzsák sajnos nem tudnak ellenállni.

A másik jelentős hátránya a fúvatólándzsák alkalmazásának az, hogy a szükséges bemerülési mélység biztosítása egyúttal azt is jelenti, hogy a fúvatólándzsából kiáramló gázsugár a környezetében fekvő falazatot nagyon nagy mértékben igénybe veszi a létrehozott erőteljes olvadékáramlás következtében.

Ha a fúvatólándzsák védelme érdekében a lándzsákat tűzálló védőréteggel borítjuk be, az az intenzív olvadékmozgás következtében fellépő nagy mechanikai igénybevétel következtében, valamint a salakkal történő reakcióbalépés és az erózió hatása következtében feladatát nem tudja ellátni.

Intenzíven hűtött fúvatólándzsáknál, például vízhűtéssel ellátott lándzsák esetén, az a probléma lép fel, hogy a befúvatás a reaktortérből nagy mennyiségű hőt von el. Ezen túlmenően a lándzsáknak a salakrétegen történő átvezetése még azt is eredményezheti, hogy salaktáblák fagynak be a fúvatólándzsa környezetében.

További hátrányt jelent végül az is, hogy a lándzsák gyors cseréje a gáztermelő eljárás megszakítása nélkül nem oldható meg, minthogy a vasfürdős reaktor kielégítő tömítését a káros hamislevegő beáramlással szemben a lándzsák cseréje során, nem lehetett megoldani. Hamislevegő ellenőrizhetetlen mennyiségének beáramlása pedig a gázösszetétel megváltoztatásán kívül jelentős robbanásveszéllyel is jár.

Az ismert eljárásoknál nehézséget okoz, hogy a salakháztartás kézbentartása meglehetősen nehéz, minthogy viszonylag nagy mennyiségű, kénben feldúsult salakot kell eltávolítani, és ezt a salakmennyiséget mész hozzáadásával kell pótolni. Ez a jelentős mennyiségű anyag mozgatását igénylő folyamat még azzal a hátránnyal is jár, hogy a salak eltávolítása, illetve új salakképző beadagolása során jelentős hőveszteség lép fel.

A jelen találmánnyal olyan eljárás és berendezés kialakítása a célunk, amellyel az ismertetett hátrányok megszüntethetők, és amellyel lehetővé válik szilárd és/vagy folyékony szén- és/vagy szénhidrogén-tartalmú közegek vasfürdős reaktorban végzett folyamatos elgázosítása, és amely hosszú időn keresztül a folyamat megszakítása nélkül üzembiztosán működik.

A kitűzött feladatot a találmány szerint úgy oldjuk meg, hogy a reakcióban részt vevő anyagokat, nevezetesen egyrészt a szén- és/vagy szénhidrogén-tartalmú közegeket, másrészt az oxigént vagy oxigént tartalmazó közegeket olyan fúvókákon át vezetjük a vasfürdős reaktorban levő fémolvadék felszíne alá, amelyek alulról nyúlnak be a fémolvadékba, és a falazatba vannak beépítve.

A fenti megoldás azzal a meglepő eredménnyel jár, hogy a gáztermelési folyamat során a fémolvadék alá alulról bevezetett anyagokkal nem csupán a hosszú ideig történő biztonságos üzemelés oldható meg, hanem az előállított gáz tisztasága is fokozható.

Találmányunk tárgya tehát egyrészt egy olyan eljárás, amellyel szilárd és/vagy folyékony, szén- és/vagy szénhidrogéntartalmú közegek vasfürdős reaktorban végzett folyamatos eígázosítása oldható meg, mégpedig oly módon, hogy a reakcióban részt vevő anyagokat egy vagy több, a vasfürdős reaktorban levő fémolvadék felülete alatt elhelyezett fúvókán át vezetjük be.

Tárgya még találmányunknak a fenti eljárás fogana tosítására szolgáló berendezés is, amely egy vagy több, a vasfürdős reaktor tűzálló falazatában elhelyezett, koncentrikus csövekből álló fúvókákat tartalmaz.

A találmány szerinti eljárás, illetve az eljárás során előállított gáz igen előnyösen alkalmazható redukáló gázként különböző metallurgiai folyamatokban, például vasérc redukciójánál.

A találmány szerinti megoldással a vasfürdős reaktorokban végzett gáztermelés hosszú időn át zavarmentesen és folyamatosan végezhető, szemben a hagyományos eljárásokkal. Előnye még a találmány szerinti eljárásnak, hogy nem szükséges különleges tömítések és mozgást biztosító szerkezetek alkalmazása a befúvatást végző vezetékeknél, ami egyúttal azt jelenti, hogy az üzembiztonság nagymértékben növekszik, és emellett a hamislevegő beáramlásnál fennálló robbanásveszély is kiküszöbölhető.

A találmány szerinti eljárással nagymértékben kéntelenített gáz állítható elő, amely mintegy 50—95% szénmonoxidot és 5—50% hidrogént tartalmaz. Általában az így előállított gázok szénmonoxid-tartalma 60— 80% és hidrogéntartalmúk 15—40%. A gázkeverék összetétele természetesen nagymértékben függ a bevezetett szén- és/vagy szénhidrogéntartalmú közegek minőségétől. Szénhidrogének bevezetése esetén a kinyert gáz hidrogéntartalma magasabb, mint a szenet tartalmazó gázok bevezetése esetén. Ha a szokásos szenet vezetjük be a reakciótérbe, általában 60—80% szénmonoxidot és 15—25% hidrogént tartalmazó gázkeveréket nyerünk. Ha barnaszenet alkalmazunk, az előállított gázkeverék hidrogéntartalma elméletileg akár nulla értékre is csökkenthető. Minthogy azonban a felhasznált védőközegek gáz alakú és/vagy folyékony szénhidrogének vagy szénhidrogéntartalmú közegek, a kapott gázkeverék általában 5%-nál nagyobb mennyiségben tartalmaz hidrogént.

A találmány szerinti eljárás során bevezetésre kerülhet szenet tartalmazó közegként minden szokásos, a kereskedelemben elérhető szénfajta, például koksz is. Viszonylag tiszta, nagy fűtőértékű fajták, például az antracit vagy koksz, igen előnyösen és könnyen feldolgozhatok, minthogy a salakba kerülő kísérőanyagok csak kis mennyiségben vannak jelen, és különösebb intézkedéseket a vasfürdős reaktor hőegyensúlyának fenntartása érdekében nem kell foganatosítani. Természetesen működtethetők a találmány szerinti eljárással vasfürdős reaktorok kis fűtőértékű szenekkel, például barnaszénnel vagy duzzasztott barnaszénnel, esetleg bitumenes szenekkel is. A találmány szerinti eljárás ilyen, úgynevezett gázszenek alkalmazása esetén is jelentős előnyöket biztosít. Az eljárás során a szenet vagy a szenet tartalmazó közegeket célszerűen finomszemcsés formában kell a reaktorba bevezetni.

Igen jelentős a találmány szerinti eljárás során a szénhidrogén-tartalmú közegek felhasználása. Kőolaj desztillálása során a jól ülepíthető, illékony frakciók mellett úgynevezett nehéz olaj is keletkezik. Ennek a nehéz frakciónak az értékesítése különleges jelentőséggel bír az ásványolaj-ipar gazdaságossága szempontjából. Jelenleg ezeket a frakciókat bitumenné és aszfalttá dolgozzák fel vagy tovább krakkolják. A krakkoláshoz azonban drága beruházások szükségesek, amelyek működése éppen a gazdaságosság határán van. A nehéz olaj frak··’ cióknak egyéb vegyi eljárások kiindulási anyagaként történő felhasználásánál jelentős technológiai nehézsé gek lépnek fel, és ezek eleddig a Legtöbb esetben az ilyen irányú felhasználást megakadályozták. Ennek oka elsősorban az erőteljes koromképződés a nehéz fűtőolaj, elgázosítása során. A koromképződést ez idáig csak a nehéz frakciókból előállított redukálógázok nagyobb mértékű oxidációjával lehetett megakadályozni. További nehézségeket okozott a nyersolaj, illetve az abból nyert gázok megfelelő kéntelenítésének biztosítása is. A tovább felhasználásra kerülő gázok kéntelenítése viszont a felhasználási terület szélesítése érdekében feliét-. lenül szükséges, sőt ez követelmény a környezetszennyezés megakadályozása érdekében is.

A találmány szerinti eljárással megoldható nagyüzemi körülmények között a folyékony szénhidrogének elgázosítása függetlenül viszkozitásuk fokától. Az eljárással elgázosítható akár pasztaszerű konzisztenciájú szénhidrogén is, és elvégezhető a kőolajlepárlás nehéz frakcióinak problémamentes elgázosítása is. Az eljárással < nyert gáz igen kis mennyiségű ként tartalmaz, és oxidációs foka is csekély.

Az elgázosításra bevezetett szénhidrogéneket célszerű előhevíteni, hogy zavarmentes szállításukat és a fúvókán történő átáramlásukat biztosítsuk. Ez különösen fontos a nagy viszkozitású nehéz olajfrakciók esetén. Pasztaszerű szénhidrogének bevezetése megoldható olyan hőmérsékletre történő hevítéssel, amelyen folyékonnyá válnak és így szállíthatók, vagy erre a célra külön szállítóberendezést, illetve fúvókát kell kialakítani.

A reakcióban részt vevő második anyagként célszerűen oxigént vezetünk be. A bevezetett oxigén a szokásos technikai minőségű lehet. Az oxigénen kívül alkalmazhatók még oxigéntartalmú közegek, például levegő vagy forrószél, különösen nagy hidrogéntartalmú forró fúvószél.

A találmány szerint a vasfürdő alá benyúló, a kemence tűzálló falazatába beépített fúvókák lehetnek fenékfúvókák és/vagy az oldalfalba beépített fúvókák.

A fúvókák célszerűen több koncentrikusan elhelyezett csőből állnak. A csőrendszer tartalmazhat három, négy vagy akár több koncentrikus csövet is.

Minthogy a találmány szerinti berendezésben alkalmazott fúvókák a fémfürdő felszíne alatt, a reaktor tűzálló falazatában vannak elhelyezve, a fúvókák között a tűzálló falazatot védeni kell. A falazat védelme a találmány szerint úgy van megoldva, hogy az oxigént és/vagy az óxigént tartalmazó közeget gáz alakú, és/vagy folyékony szénhidrogénből vagy szénhidrogéntartalmú anyagból létrehozott védősugárral, illetve védőközeggel védjük. Védőközegként alkalmazható például metán* etán, propán. bután, különböző olajok, különösen könynyfi fűtőolaj és metanol. A fenti, anyagokat egyenként vagy tetszőlegesen keverve lehet védőközegként felhasználni.

Különösen előnyösnek bizonyult a reakcióban részt vevő egyéb anyagokat, például adott esetben, finomszemcsés salakképző anyagokat ugyanazon a fúvókán át a fémfürdő felszíne alá bevezetni. Alkalmazható tabbilyen fuvóka is, amelyen át a reakcióban részt vevő anyagokat együttesén vezetjük be. Ezzel biztosítjuk a bevezetett anyagok egyenletes elosztását. A reakcióban részt vevő'anyngofoíají ugyanazon a helyen történő bevezeiáját, hogy a befúvatás által létrtfeotí^K^KkkáVarodás a szén gyors feloldódását eredményed# Fö$ÖÜ8beíi. Ez viszont lehetővé teszi például azt, hogy a befúvatott szén szemcsenagyságáí nagyobbra válasszuk, mint ami a külön-külön történő bevezetésnél szükséges. További előnyt jelent az is, hogy a reakcióban részt vevő anyagok együttes bevezetésének eredményeképpen csökken a fémfürdő hőmérséklete az 5 oxigénbevezetés támadáspontjában, azaz közvetlenül a fúvóka. előtt. Ez viszont a vas elgőzölgésének csökkenését eredményezi.

A reakcióban részt vevő anyagoknak közös fúvókán történő bevezetése mindig több csatorna segítségével 10 történik. A csatornák rendszerint hengergyűrű alakú járatok, amelyeken át tetszőleges sorrendben vezethetők be a vasfürdőbe a különböző közegek. A bevezetés során a fúvóka centrumától számítva mindig a szénhidrogénből és/vagy szeahidrogéntartalmú közegekből átlő 15 védőközeg veszi' körül a középen bevezetett oxigént, illetve oxigéntartakaú közeget.

Célszerű továbbá az eljárás- foganatosítása során az elgázosítandó közegeket és/vagy az oxigént, illetve az oxigént tartalmazó közeget egy fúvókán belül több su20 gárban bevezetni annak érdekében, hogy a reakcióban részt vevő anyagok között minél intenzívebb keveredés jöjjön létre, valamint azért, hogy a szén- és/vagy szénhidrogén-tartalmú közeggel az oxigénbevezetés támadáspontjábaa a hőmérsékletet csökkentsük. Ez a kon25 centrikus csövekből kialakított fúvókák segítségével úgy oldható meg, hogy a legbelső csőben például szénport vezetünk, az ezt körülvevő, hengergyűrű alakú térben oxigént, és egy további külső járatban ismét szénport vezetünk be. Az oxigéneugarat természetesen mind be30 lülről, mind kívülről, szénhidrogén-tartalmú védőközeggel vesszük körül.

Megoldható a találmány szerint az is, hogy a bevezetést a szénhidrogéntartalmú védőgáz megosztott áramoltatása nélkül végezzük, ha például a szénpor beveze35 tését szénhidrogén-tartalmú hordozóközeg: segítségével végezzük. Ugyanez a hatás-érhető el a szénpornak szénhidrogén-tartalmú folyadékban szusapendált formában történő bevezetésével is.

Haa gázkeverék előállításához szénhidrogén-tartalmú 40 közeget, használunk fel, elmaradhat a védőközegnek a szokásos gáz alakban és/vagy folyékony formában történő bevezetése.

Ha. az elgázosításhoz szénhidrogéneket használunk fel, a bevezetés célszerűen az alábbi módon történhet. 45 A fúvóka belső csövében nehéz olajat áramoltatunk, a következő járatban oxigént!, és a külső csatornában folyékony vagy gáz alakú szénhidrogént fúvatunk be. Ha négy koncentrikus csőből előállított fúvókát alkalmazunk, a belső csőben vezethetjük be az oxigént, a kö50 vetkező járatban a nehézolajat, az ezután következő járatban ismét, oxigént, majd a külső járaton át folyékony vagy gáz alakú szénhidrogént tartalmazó védőközeget vezetünk be.

A bevezetett anyagok jobb keveredésének elősegítése 55 érdekében, ami különösen 10 t/óra fűtőanyagmennyiségnél több anyagot elégető berendezéseknél fontos, célszerű a fúvókarendszer átmérőjét megnövelni, és a fúvóka magját tömör anyagból kiképezni. Ennél a kialakításnál a reakcióban részt vevő valamennyi anyag 60 gyűrűalakú térben áramlik. A gyakorlatban előnyösnek bizonyult a gyűrű alakú tér vastagságát a gyűrű átmérőjének. legfeljebb egytizedére választani. Ily módon elérhető, hogy- a reakcióban részt vevő anyagok igen erőteljesen. keveredjenek. Az így kialakított fúvókában a 65 legbelső járaton át például nehezolajat lehet bevezetni, a következő járatban oxigént, és a legkülső járatban folyékony vagy gáz alakú védőközeg vezethető.

A bevezetett anyagok járulékos keverését lehet elérni például azáltal, hogy a fúvókarendszer hengergyűrű alakú tereiben, különösen azokban, amelyekben az elgázosítandó közeget vezetjük, terelőelemeket építünk be, amelyek a kilépő anyagnak egy bizonyos fordulatot adnak.

Az elgázosítandó közegeket, és az oxigént, illetve az oxigént tartalmazó közeget már a vasfürdőbe történő belépésük előtt össze lehet keverni. Biztonsági okokból ezt az összekeverést csak a vasfürdő közvetlen közelében, célszerűen a fúvókában ajánlatos elvégezni.

A reakcióban részt vevő anyagokat két vagy több külön fúvókán át is be lehet vezetni a fémfürdőbe. Ha az elgázosítandó közeg szénhidrogén, nem szükséges feltétlenül több koncentrikus csőből álló fúvókát alkalmazni. Megoldható a bevezetés olyan fúvókával is, amely egyetlen csőből áll. Oxigén bevezetése esetén azonban, ha az alkalmazott fúvókának legalább két koncentrikus csőből kell állni, hogy a bevezetett oxigén körül védő közeget áramoltathassunk.

A salakképző anyagoknak a vasfürdős reaktor fenékrészébe beépített fúvókákon át történő bevezetése a vasfürdő felszínén úszó kéntelenítő hatású salakrétegbe különböző módokon történhet. Megoldható a bevezetés például oly módon, hogy a salakképzö anyagot, célszerűen mészport mészkő, illetve dolomit hozzákeverésével vagy anélkül az oxigénárammal együtt vezetjük. A bevezetés egy másik módja szerint finomszemcsés salakképző anyagot finomszemcsés szénporral vagy szén hidrogénnel keverünk a vasfürdős reaktor reakcióterébe történő bevezetés előtt, és az így előállított keveréket juttatjuk a fémfürdőbe.

Az eljárás során kívánatos folyamatos, egyenletes elgázosítás hosszú időn keresztül csak úgy valósítható meg, hogy a salak és a vasfürdő között fellépő koncentrációkülönbségeket, sőt adott esetben magában a vasfürdőben létrejövő koncentrációkülönbségeket figyelembe vesszük. Ezek a koncentrációkülönbségek ugyanis a gázképződés és a gázösszetétel változását vonják maguk után. Ezeket a nehézségeket oly módon lehet kiküszöbölni, hogy a reakcióban részt vevő anyagokat pulzáló nyomással vezetjük be a vasfürdőbe. Az anyagok rövid ideig tartó pulzáló nyomás melletti bevezetésével igen gyorsan vissza lehet állítani a normális üzemi körülményeket. A legtöbb esetben elegendő mintegy 10 nyomáshullám percenként. Természetesen a nyomáshullámok amplitúdója tetszőlegesen változtatható, de bármilyen amplitúdó esetén is csak rövid ideig célszerű az alkalmazása. Alkalmazható viszont a pulzáló nyomással történő bevezetés a reakcióban részt vevő anyagok jobb keveredésének elérésére is. A bevezetésnél a bevezetési nyomást a fúvókánál egy minimális középértékre állítjuk be. Ez az érték csak kis mértékben kell meghaladja a reaktorban jelenlevő ferrosztatikus nyomást, illetve az arra szuperponálódó munkatér-nyomást. Erre az alapnyomásra lehet azután szuperponálni ennek az értéknek mintegy ötszörösét, periodikusan.

A folyamatos elgázosítás során fontos, hogy a vasfürdőt mindig a kívánt hőmérsékleten tartsuk. A vasfürdő lehűlése rendkívül hátrányosan befolyásolja a gázképződést és bizonyos esetekben oda vezethet, hogy a gázképződés egyáltalán nem játszódik le. Ez a probléma különösen szén- és/vagy szénhidrogén-tartalmú közegek alkalmazásánál jelentkezik, amikor is az elgázosítás nem exoterm folyamatként játszódik le. Másfelől viszont éppen a kis fűtöértékű szenek, például a barnaszén vagy az ugyancsak kis fűtőértékű nehézolajfrakciók felhasználása és elgázosítása igen fontos gazdaságossági követelmény.

Kézenfekvő lenne a kis fűtöértékű tüzelőanyagok elgázosítása során külső energiát felhasználni, például az acélgyártás során alkalmazott ívfényt vagy indukciós hevítést. Ugyancsak kézenfekvőnek látszik az előállított gáz egy részét elégetni és a szükséges energiát így biztosítani. A találmány szerinti eljárás alkalmazása során azonban kiderült, hogy sem járulékos hevítőberendezésekkel, sem a gázok elégetésével nem érhető el számottevő energia-hozzávezetés. Ennek oka minden bizonnyal a vasfürdőben jelenlevő igen nagy energiasürűség.

Vizsgálataink során meglepő módon azt tapasztaltuk, hogy a fenti probléma úgy oldható meg, hogy a vázolt lehetőségekkel ellentétben a vasfürdős reaktorban a hőmérséklet csökkenése úgy akadályozható meg, hogy a vasfürdöben lejátszódó oxidációs folyamatokhoz energiában gazdagabb anyagokat vezetünk.

Olyan szénfajták felhasználása esetén, amelyek elgázosításuk során a vasfürdö lehűlését eredményezhetik, elvégezhető ezen anyagok olyan átalakítása, illetve előkészítése, amelynek következtében az elgázosítás során a vasfürdős reaktorban nem szükséges külső energiaforrás felhasználása.

A fenti lehetőség egyik megvalósítása úgy történhet, hogy a kis fűtöértékű szenet kiszárítjuk és/vagy előhevítjük, és csak ezután vezetjük be a vasfürdős reaktorba.

A másik lehetőség például az, hogy a kis fűtöértékű szénhez karbont keverünk hozzá. Adott esetben hozzákeverhetünk nagy fűtőértékű szeneket is, például antracitot. Előnyösnek bizonyult ilyen esetben például koksz hozzákeverése is.

Rendkívül előnyös lehet a vasfürdőhöz járulékos mennyiségben karbont, előnyösen koksz formájában beadagolni. A kokszot bevihetjük por alakban az elgázosítandó közeggel együtt. Megoldható a bevitel darabos formában is, a fürdőbe fölülről történő beszórással. A felhasználandó koksz mennyiségének csökkentése érdekében célszerű a kokszot előmelegíteni.

Megoldható a találmány szerinti eljárással a vasfürdőbe olyan anyagok folyamatos bevitele is, amelyek oxidációja erősen exoterm. Előnyösen lehet alkalmazni ilyen célra olyan közegeket, amelyek nagy reakcióhövel rendelkeznek, és olyan oxidációs termékeket biztosítanak, amelyek a salak összetételét kedvezően befolyásolják. Ily módon lehet például alumíniumot vagy szilíciumot bevezetni az elgázosítandó közeggel együtt vagy attól elválasztva.

Ha például 10 g alumíniumot adagolunk be 1 kg szénhez, ez 75 kalóriának a vasfürdöbe történő bevezetését jelenti. Különösen kedvező anyag ilyen szempontból a kalciumkarbid, amely a vasfürdőben szénmonoxiddá és kalciumoxiddá alakul át. A szénmonoxid igen kívánatos tennék az elgázosítás során, a kalciumoxid pedig a kéntelenítő salakban általában felhasznált anyag. Kalciumkarbid alkalmazásával tehát sem az előállított gáz, sem a salak nem dúsul fel nem kívánatos szennyezőkkel.

Az előbb említett vagy azokhoz hasonló hőhordozók bevezetése megoldható az elgázosítandó közegekkel együtt, vagy azoktól elválasztva.

A gyakorlatban kis fűtőértékű közegek elgázosítása során különösen előnyösnek bizonyult a nagy reakcióhővel rendelkező anyagok egy például alumínium, szilícium és/vagy kalciumkarbid egy részét a vasfürdő hőmérsékletének megfelelő beállítása, illetve szabályozása érdekében a többi bevezetett anyagtól elkülönítve a vasfürdőbe juttatni. Ily módon megoldható a vasfürdő hőmérsékletének közvetlen szabályzása. Amint a fémolvadék hőmérséklete csökkenni látszik, a hőhordozó közeg bevezetését fokozzuk, és természetesen fordítva a hőmérséklet növekedésekor a hőhordozó-bevezetést csökkentjük.

A viszonylag olcsó szeneket és a különböző kőolajfrakciókat magas kéntartalmuk következtében eleddig nagyon nehéz volt gazdaságosan kihasználni. A kéntartalom ugyanis rendkívül erős korróziót eredményez azokban az alkatrészekben, amelyek a kénnel, különösen annak gázalakú formájával érintkezésbe kerülnek. Ezen túlmenően a kéntartalom jelentős kömyezetszenynyezést is eredményez.

A találmány szerinti eljárással azonban lehetővé válik ilyen kedvező árú fűtőanyagok, illetve tüzelőanyagok gazdaságos értékesítése.

A tüzelőanyagokban levő kén az elgázosítás során a vasfürdös reaktorban levő salakba kerül, amely a fémolvadék felületén úszik.

A salak által így felvett kén jelentős mennyiségét úgy lehet eltávolítani, hogy a folyékony, kénben feldúsult salakot a vasfürdös reaktorból még folyékony állapotban egy olyan tartályba vezetjük át, ahol oxigén vagy oxigéntartalmú közegek bevezetésével, semleges gáz jelenlétében vagy anélkül kéntelenítést végzünk, és a még mindig folyékony salakot a vasfürdőbe visszavezetjük.

A találmány szerint ily módon megvalósítható, hogy vasfürdös reaktorban jelentős kéntartalmú közegek üzembiztosán és gazdaságosan lényegében kénmentes gázzá alakíthatók át. Ezzel a környezetszennyezés jelentős mértékben csökkenthető. Ezen túlmenően a találmány szerinti eljárás még azzal az előnnyel is jár, hogy a salaknak a vasfürdös reaktorba történő közvetlen visszavezetése által elkerülhetők a nagymértékű höveszteségek. A salaknak egy külön reakciótérben történő kéntelenítését célszerűen úgy lehet elvégezni, hogy ezt a teret a vasfürdös reaktor gázterétől tökéletesen szigeteljük, és az oxigént közvetlenül a salak felszíne alá vezetjük be. Az oxigénbevezető fúvókát tehát célszerű a reakciótér fenékrészénél és/vagy oldalának alsó részénél elhelyezni, hogy a gáz áramlási útja a salakban viszonylag hosszú legyen, és így intenzív kéntelenítés játszódjék le. A kísérletek során kitűnt, hogy a kénnek a salakból történő eltávolítását kedvezően befolyásolja, ha az oxigénhez semleges gázt adunk hozzá vagy a semleges gázt külön vezetjük a salakréteg felszíne alá. Az oxigén bevezetésére szolgáló fúvókát és a semleges gáz bevezetésére szolgáló fúvókát is ki lehet alakítani két koncentrikus csőből, ahol az oxigén áramlik a belső csőben, a semleges gáz pedig a külső csőben.

A salak kéntelenítésére a reakciótérbe levegőt is be lehet vezetni. Ekkor a levegőt a folyamat hőegyensúlyától függően hidegen vagy előmelegítve lehet befúvatni. Alkalmazható erre a célra például forrószél, amelyhez adott esetben hideg levegőt is keverhetünk.

Célszerű a salak kéntelenítésére alkalmazott reakciótérben a hőmérsékletet a vasfürdö hőmérsékletével azonos értéken tartani. A vasfürdös reaktor hőmérsékletét széles határok között lehet különböző exoterm, vagy endoterm reakcióba lépő anyagok hozzáadásával, illet5 ve bevezetésével szabályozni. A reakciótérben, ahol a salak kéntelenítése játszódik le, a hőmérsékletet a gázkeverék oxigéntartalmának változtatásával, a gázkeverék hőmérsékletének és mennyiségének szabályozásával lehet beállítani. A gyakorlatban a vasfürdös reaktor és Ό a kéntelenítő reakciótér hőmérsékletét 1350—1450 C° között célszerű tartani. Ettől a hőmérséklettartománytól azonban fölfelé is és lefelé is el lehet térni mintegy 100 C°-kal. Az egyes esetekben a fenntartott hőmérséklet értéke a folyamat különböző paramétereitől függően 5 választható meg, és megengedhetők hőmérséklet-különbségek a vasfürdös reaktor és a kéntelenítő reakciótér hőmérséklete között is. I

A vasfürdös reaktorban levő salakban a kéntartalom viszonylag alacsony értéken tartható. Ezáltal lehetséges!0 sé válik viszonylag kis bázikusságú salak felhasználása.

Míg normál esetben a bázikusság (CaO: SiO₂) értéke 1 és 3 között van, a találmány szerinti eljárás lehetővé teszi, hogy megfelelő kéntelenítést végezzünk el például 0,8 értékű bázikusság mellett, vagy akár ennél kisebb 15 értéknél is.

A salak kis bázikussága, valamint az általában jelentős mennyiségű alkáliét tartalmazó fémhamu alkotóinak együttes hatására a kéntelenítést végző salak olvadáspontja igen alacsony lesz. Ez továbbá azt jelenti, 0 hogy lehetőség nyílik a találmány szerinti eljárás üzemi hőmérsékletének csökkentésére.

A salak csekély bázikusságának további előnye, hogy csupán kis mennyiségű mész bevezetésére van szükség ahhoz, hogy a fémhamu folyamatos felvétele mellett a 5 kívánatos salakösszetételt fenn tudjuk tartani. Ez a körülmény igen kedvező hatással van a találmány szerinti eljárás során kialakuló hőháztartásra.

Mint már mondottuk, a reakciótérből elvezetett salakot külön térben kéntelenítjük, és itt a salak egy bizo0 nyos részét folyamatosan eltávolítjuk. A salak kedvező összetétele lehetővé teszi, hogy a kéntelenítő térből elvezetett salakot a későbbiekben cementgyártás során felhasználjuk.

A találmány szerinti eljárás foganatosítása során álta5 Iában a vasfürdös reaktorból eltávolított salak kéntartalma jóval a telítettség értéke alatt van. Az eljárás során a salak kéntartalma tartható például 1 % alatti értéken is. Míg a vasfürdös reaktorból eltávolított salak kéntartalma 1—3% is lehet általában, a találmány szeli rinti eljárásnál célszerűen a salak kéntartalma 0,5—1% között van, amikor a kéntelenítő térbe vezetjük és ott a kéntelenítést elvégezzük.

A kéntelenítést végző salak alacsony kéntartalma lehetővé teszi az előállított gáz kéntartalmának külön5 legesen alacsony értéken tartását. Ha a vasfürdös reaktorban történetesen különlegesen alacsony kéntartalmat kell elérni, akkor megoldható az is, hogy az alkalmazott salak kéntartalma a telítettségi érték 10/_o-ánál alacsonyabb értéken legyen.

A kéntelenítés során nyert gázt a termékgáztól elválasztva vezetjük el, és minthogy annak kéntartalma igen nagy, könnyen kénteleníthető, vagy ellenkezőleg, kén előállításához felhasználható.

A vasfürdő széntartalmát is célszerű 1—3°/₀ közötti 5 értéken tartani. Ilyen üzemmód mellett olyan termék gázt nyerhetünk, amelynek CO₂, H₂O és CH₄ tartalma különlegesen alacsony. Szükség esetén kialakítható a vasfürdőben 4% körüli, vagy 0,05% körüli széntartalom is, ha különleges követelmények lépnek fel.

Ha a vasfürdőben a széntartalmat alacsony értéken tartjuk, az azzal az előnnyel jár együtt, hogy a szén egy részének CO₂-vé történő elégésével az eljárás hőegyensúlya kiegyenlíthető. Másfelől ugyanakkor a gázok CO₂-tartalma is csökkenthető.

A találmány szerinti eljárással nyerhető gázok különösen alkalmasak kohászati felhasználásra, például nagyolvasztóban történő alkalmazásra vagy vasérc redukciójához.

Az ilyen gázoknak vasérc redukciójánál történő felhasználása az utóbbi időben fokozott jelentőséget nyert. Ennek szintén az az oka, hogy igen nagy mértékben elterjedtek az úgynevezett direkt redukciós eljárások, amelyekkel vasbrikettet vagy vasszivacsot állítanak elő. Ezen túlmenően kísérletképpen bevezették a nagyolvasztókban a redukálógázok alkalmazását a koksz egy részének helyettesítésére.

A találmány szerinti eljárás jelentős előnyökkel rendelkezik a redukálógázok egyéb módon, például föld gázból történő előállításával szemben. Ilyen vonatkozásban az eljárás legfőbb előnye abban rejlik, hogy az előállított gázokat nem szükséges a nemkívánatos alkotóktól költséges eljárások segítségével megtisztítani, és a gáz olyan hőmérsékleten és nyomáson áll rendelkezésre, hogy alkalmazása kohászati folyamatokban közvetlenül lehetséges. Ez a körülmény elsősorban gazdaságossági szempontokból igen jelentős. Ugyanakkor viszont igen nagy jelentőségű az is, hogy a gázok szükséges tisztasága együtt jár a kívánt hőmérséklettel és nyomással. Ha tudniillik a kívánt hőmérsékletű és nyomású gáz rendelkezésre állna ugyan, de nemkívánatos szennyezőket tartalmazna, akkor a gázt előbb le kellene hűteni, azután tisztítani és végül ismét a szükséges hőmérsékletre melegíteni.

A találmány szerinti eljárással előállított, lényegében szénmonoxidból és hidrogénből álló redukálógáz, amely adott esetben még bizonyos mennyiségű semleges gázokat is tartalmazhat, közvetlenül alkalmazható tehát kohászati eljárásoknál.

A találmány szerinti vasfürdős reaktor célszerűen úgy van kialakítva, hogy a kohászati célokra szükséges redukálógáz nyomásának megfelelő nyomáson üzemeljen. Az ilyen, például redukáló eljárásokhoz szükséges túlnyomással üzemelő vasfürdős reaktorban egyúttal elkerülhető az a veszély is, hogy a rosszul szigetelt helyeken szennyező gázok kerüljenek a reakciótérbe vagy az elvezetett gázba.

Ha a találmány szerinti vasfürdős reaktorral előállított gázkeveréket vasérc redukálásához használjuk fel, vigyázni kell arra, hogy a termékgáz igen kis mennyiségű CO₂-t és H₂O-t tartalmazzon, minthogy ezen kísérőanyagok már kis mennyiségben is jelentős mértékben rontják a redukáló eljárás hatásfokát.

A találmány szerinti eljárás alkalmazásával ez a követelmény messzemenően kielégíthető, minthogy az így előállított gázok nem tartalmaznak CO₂ és H₂O szenynyezőket. Tartalmaz a gáz bizonyos mennyiségű vasgőzt, amely azonban a kohászati eljárások során, főként vasérc redukciójánál egyáltalán nem zavaró. A vasgőz ugyanis a gáznak az ércen történő átáramlása során kicsapódik.

A vasfürdős reaktort elhagyó gázok hőmérséklete általában 1350—1450 C° között van. A találmány szerinti eljárás ebben a vonatkozásban rendkívül rugalmasan kezelhető, és a gázok hőmérséklete igen széles tartományban, például 1250 és 1600 C° között változtatható. A hőmérséklet változása érhető el az elgázosítandó közegekhez vezetett meleggel, a vasfürdős reaktorban szénmonoxiddá és hidrogénné átalakuló széndioxid és/vagy vízgőz hozzávezetésével, az oxigéntartalmú közeg előmelegítésével vagy olyan anyagok bevezetésével, amelyek oxidációja exoterm folyamat.

Ha a kohászati eljárás, illetve folyamat, amelyhez az előállított gázt felhasználjuk alacsonyabb hőmérsékleten játszódik le, mint a termékgáz hőmérséklete, a gáz igen könnyen lehűthető a vasfürdős reaktor elhagyása után. A hűtés a szokásos módon hőcserélőben végezhető.

Megoldható azonban a termékgáz lehűtése egyéb módon is, például úgy, hogy a gázhoz a vasfürdős reaktor elhagyása után hideg, semleges gázt, például nitrogént keverünk. Különösen előnyösnek bizonyult nitrogén hozzáadása a termékgáznak nagyolvasztóban történő felhasználásakor. Előnye még ennek a megoldásnak az is, hogy a nitrogén olcsó gáz, amely egy fémkombinátban az oxigéngyártásból adódóan rendszerint rendelkezésre áll.

A nitrogén hozzáadásával egyúttal megtartható az eljárás során keletkezett hő a folyamatban. További előnye ennek a megoldásnak még az is, hogy a redukálógáznak a hamuképzésre mutatott hajlamát, különösen nagy szénmonoxidtartalmú gáz esetén, a nitrogénbevezetés az úgynevezett Boudouard-reakció fellépése következtében messzemenően elnyomja.

További megoldás a keletkezett gáznak a kívánt hőmérsékletre történő lehűtésére már lehűlt redukálógáz hozzákeverése. Bizonyos direkt redukáló eljárásoknál a redukálóberendezést elhagyó redukálógáz alacsony hőmérsékleten lép ki, és közbülső hűtés nélkül, egyszerű vegyi úton megtisztítható a széndioxid- és hidrogéntartalomtól. Az így nyert tiszta, azonban hideg redukálógáz igen előnyösen felhasználható a vasfürdős reaktorból kilépő, magas hőmérsékletű redukálógáz hűtésére.

Természetesen a találmány szerinti eljárással előállított gázok nemcsak az ismertetett célokra, hanem bármilyen más alkalmas célra felhasználható. Ilyen felhasználási területet jelent például a gázoknak hűtőgázként történő felhasználása, például hőerőművekben.

Minthogy az előállított gáz igen nagy tisztaságú, felhasználható a vegyipar legkülönbözőbb területein is. Alkalmazható például szintézisgázként metanol előállításánál vagy hidrogénforrásként ammóniaszintézis és hidratálás során.

A találmány további részleteit kiviteli példákon, rajz segítségével ismertetjük.

A rajzon az 1. ábra a találmány szerinti vasfürdős reaktor egy kiviteli alakjának függőleges metszete, a 2. ábra egy négy csőből álló fúvókarendszer függőleges metszete, a 3. ábra egy három koncentrikus csőből álló fúvókarendszer hosszmetszete, a 4. ábra terelőelemekkel ellátott, csak gyűrűalakú áramlási terekkel kiképzett fúvókarendszer hosszmetszete.

az 5. ábra három járattal ellátott fúvókarendszer hosszmetszete terelőelemmel, a 6. ábra olyan fúvóka hosszmetszete, amelyben a bevezetett közegeket már a fürdőbe történő belépés előtt összekeverjük, a 7. ábra a találmány szerinti vasfürdős reaktor egy további kiviteli alakjának függőleges metszete és a 8. ábra a 7, ábrán bemutatott vasfürdős reaktor vízszintes metszete.

Az 1. ábrán bemutatott vasfürdős reaktor 2 tűzálló falazattal ellátott 1 acélköpenyből van kialakítva. A vasfürdős reaktorban helyezkedik el a 3 vasfürdö, tetején a 4 salakkal. A 4 salak veszi fel a hamuképző anyagokat, valamint a szenet és szénhidrogént tartalmazó közegek kéntartalmának jelentős részét. A reakcióban részt vevő közegeket egy vagy több 5 fúvókán át vezetjük be a 3 vasfürdőbe. Az 5 fúvókák a 2 tűzálló falazatba vannak beépítve. A salakképző anyagokat, célszerűen a folyasztóanyagok kíséretében vagy anélkül beadagolt meszet ugyancsak az 5 fúvókákon át vezetjük a 3 vasfürdőbe. Salakképző anyagként általában égetett meszet használunk fel. Az égetett mész helyettesíthető azonban részben vagy teljes egészében mészkővel a hőmérséklet csökkentése érdekében, ha a bevezetett közegek energiaháztartása, illetve fűtőértéke ezt megkívánja.

A példában bemutatott megoldásnál elgázosítandó közegként szénport alkalmazunk. Természetes azonban, hogy nem csupán szénpor alkalmazható ilyen közegként, hanem — mint mondottuk — egyéb anyagok, például nehézolaj is.

Az 5 fúvókák célszerűen koncentrikus csövekként vannak kialakítva, és a 2 tűzálló falazatba beépítve, azzal együtt kopnak. A csövek célszerűen kör alakú keresztmetszetűek, de minden további nélkül alkalmazhatók ettől többé vagy kevésbé eltérő keresztmetszetű csövek, sőt akár négyszögletes keresztmetszetű csövekis. A körkeresztmetszetű csövek alkalmazása általában gazdaságossági szempontból előnyös.

A 2. ábrán bemutatott fúvóka négy koncentrikus 6, 7, 8, 9 csőből van kialakítva. A belső 6 csövön át vezetjük célszerűen a szénport valamilyen hordozógáz segítségével a vasfürdőbe. Hordozógázként célszerűen semleges gázokat, nitrogént, széndioxidot vagy vízgőzt használunk. A széndioxid és vízgőz egyúttal felhasználható a hőmérséklet szabályzására is. A 7 és 8 csövek által alkotott térben oxigént vagy oxigéntartalmú közeget vezethetünk be. A 6 és 7, illetve 8 és 9 csövek közötti térben vezetjük be a biztonságos üzemelést szolgáló védőközeget. Védőközegként alkalmazhatunk gáz alakú és/vagy folyékony szénhidrogéneket, vagy szénhidrogéneket tartalmazó közegeket.

A 2. ábrán látható fúvókát alkalmazhatjuk úgy is, hogy a belső 6 csövön át oxigént vezetünk be, a 6 és 7 csövek közötti térben nehézolajat, a következő, 7 és 8 csövek közötti térben ismét oxigént, majd a 8 és 9 közötti legkülső térben pedig ismét nehézolajat vezetünk be.

Az egyes 6,7,8,9 csövek közötti tér méreteit úgy lehet megválasztani, hogy például a nehézolaj nagyobb menynyisége áramolják a belső 6 csőben, a kisebb rész pedig a 8 és 9 Csövek közötti külső térben áramlik, és tulajdonképpen a fúvóka védelmét szolgálja. Bevezethető a külső téren át olyan gázalakú vagy folyékony szénhidrogén, amely szintén védőkozegkéht szolgál. Elképzelhető ter mészetesen az egyes közegeknek egymással keverve történő bevezetése is.

A 3. ábrán ismét egy fúvókát láthatunk, amely 1Ü, 11 és 12 csatornákból van kialakítva. A 10, 11 és 12 csatornák szállítják a reakcióban részt vevő közegeket a 3 vasfürdőbe. A belső 10 csatornában oxigént, a következő 11 csatornában védőközeget és a külső 12 csatornában szénport vezethetünk be. Egy másik megoldás szerint a belső 10 csatornában és a külső 12 csatornában áramoltatunk szénport szénhidrogéntartalmú védőközegben szuszpendáltatva, míg a középső 11 csatornában oxigént vezetünk be. Ismét másik megoldás szerint a belső 10 Csatornában vezetjük áz elgázösítandó közeget, a középső 11 csatornában áz oxigént és a külső 12 csatornában íí védőközeget, amely például a bevezetett oxigén mennyiségének mintegy 5%-át kitevő földgáz lehet.

A 4. ábrán bemutatott fúvóka különösen előnyösen alkalmazható nagy mennyiségű elgázosítandó közeg bevezetésére. A fúvókában 13 magrész van kialakítva, amelyet 14, 15 és 16 bevezetőjáratok vesznek körül. A 14, 15 és 16 bevezetőj'áratokon az előbbi ábrával kapcsolatban ismertetett változatokban lehet a közegeket bevezetni. A 14 bevezetőjáratban lehet például az elgázosítandó közeget bevezetni. Ebben a 14 bevezetöjáratban 17 terelőelemek vannak csavarvonal mentén kialakítva, és ezek a 17 terelöeíemek a bevezetett közegnek perdületet adnak. A 15 bevezetöjáratban áramlik az oxigén. A kör mentén elhelyezett csövekként kialakított 16 bevezetőjáratban áramlik a védőközeg.

A találmány szerinti berendezésben alkalmazott fúvókák egy további előnyös kialakítását mutatja az 5. ábra. Ennél a fúvókánál az oxigén bevezetése a 40 járaton át történik. A 40 járat szélessége lényegesen kisebb kell legyen, mint közepes átmérője. Ha például a 40 járat belső átmérője 10 cm, szélessége körülbelül 3 mm kell legyen. Egy ilyen kialakítású fúvókánál az elgázosítandó közeg, például nehézolaj a 41 és 42 járatokon át áramlik. Ennél a fúvókánál is célszerű a belső 42 járatban vezetni a nagyobb mennyiségű közeget, és a külső járatban a kisebb mennyiséget. Előnyösen oldható meg a bevezetés úgy is, hogy a külső 41 járatban csupán kis mennyiségű szénhidrogéntartalmú közeget vezetünk be, és az elgázosítandó közeg teljes mennyiségét a belső 42 járatba irányítjuk. Ennél a fúvókakialakításnál is célszerűnek bizonyult a 40 járatban, ahol az oxigén áramlik be spirális 43 terelőelemek elhelyezése, amelyekkel az oxigénnek a bevezetés során egy bizonyos perdületet lehet biztosítani. Ez a perdület hozzájárul az oxigénnek az elgázosítandó közeggel és a vasfürdővel történő gyorsabb és hatékonyabb keveredéséhez, és kisebb turbulenciát eredményez a 3 vasfürdőben. A fúvókának ilyen kialakítása lehetővé teszi ezen túlmenően az alkalmazott fúvókák számának jelentős mértékű csökkentését. Ha terelőelemekkel ellátott fúvókákat alkalmazunk, összesen két fúvóka elegendő a reakcióban részt vevő közegek bevezetéséhez, míg ugyanerre a célra terelőelemek nélküli fúvókából mintegy 10 db szükséges. A 43 terelőelemek igen robusztus kialakításúak lehetnek, és a 40 járat mintegy ^f/₄ részét elfoglalhatják. A 40 járat egy részének ily módon történő lezárásával megkönnyíthető a vasfürdő beáramlása a fúvókából kilépő gázsugárba.

Különleges kialakítású látható a 6. ábrán. Ennél a fúvókánál a 19 gázvezetékben áramló közeg, például szénpor és a 20 oxigénvezetékben áramló oxigén már a vasfürdőbe történő belépés előtt összekeveredik. A szénport és az oxigént a vasfürdös reaktor egy acélköpenyén keresztül még elválasztva vezetjük be, és külön áramoltatjuk a 2 tűzálló falazat egy részén át is. A keverés azonban már a tűzálló falazat belső részénél kezdetét veszi.

A találmány szerinti vasfürdös reaktorban a 3 vasfürdő fölötti térben a nyomás meghaladhatja az 5 att értéket is, ha a termékgázt megolvasztóban használjuk fel. A nyomás értéke körülbelül 2 att, ha a termékgáz felhasználása direkt redukciós eljárás során történik. A termékgáz elvezetése egy tűzálló falazattal ellátott vezetéken át történik közvetlenül a felhasználási helyre, vagy adott esetben a gázt felhasználás előtt hőcserélőn vezetjük át.

A 7. ábrán a találmány szerinti vasfürdös reaktor egy kiviteli alakját mutatjuk be. A rajzon a kéntelenítő egységet is feltüntettük. A konverterekhez hasonló kialakítású 21 vasfürdös reaktorban széntartalmú 22 vasfürdö van. A 22 vasfürdő a 21 vasfürdös reaktort csak részben tölti ki. A 22 vasfürdőbe 23 fúvókán át vezetjük be a szénport, oxigént vagy oxigéntartalmú közeget és mészport. A 22 vasfürdőn úszó 24 salakot 25 salakelvezető járaton vezetjük át a 26 ülepítőbe, ahol a 24 salakból vascsöppek válnak le, amelyeket a 28 csatornán át vezetünk ismét vissza a 21 vasfürdös reaktorba. A 24 salak innen a 27 kéntelenítőbe kerül. A 25 salakelvezető járat teljes hosszában a salakfürdő felszíne alatt van kialakítva.

A 25 salakelvezető járat mentén kialakított 26 ülepítőnek azért van igen nagy jelentősége, mert a 24 salakban levő fémrészecskék a kéntelenítést igen kedvezőtlenül befolyásolják. A 24 salakban a fémrészecskék általában igen finoman eloszlatott szemcsék formájában vannak jelen, és a 26 ülepítőben módjukban áll leválni. Ezzel elérhető a kéntelenítendő 24 salak gyakorlatilag teljes megtisztítása a vasrészecskéktől, mielőtt az a 27 kéntelenítőbe kerül. Ha a kéntelenítés során a salakban jelentős mennyiségű vas van jelen, az a bevezetett oxigénnel reakcióba lép, és ezzel a salak kéntelenítésének szabályozását gyakorlatilag lehetetlenné teszi. Ennek további kedvezőtlen hatása az, hogy a 27 kéntelenítőben a fém elégése következtében hő szabadul fel, ami megakadályozza, hogy ebben a reakciótérben a hőmérsékletet a kívánt határok között tartsuk. A 26 ülepítő méreteit ezért úgy célszerű megállapítani, hogy az átvezetett salak elegendő időt töltsön el itt ahhoz, hogy a vascseppek kiváljanak. Ez azt jelenti, hogy a salaknak a salakelvezető járatban kialakult áramlási sebessége a ülepítőnél jelentős mértékben le kell csökkenjen. Ha a vasfürdös reaktorban a szén elgázositása nagy sebességgel történik, a 26 ülepítőt lényegesen nagyobbra kell kialakítani, mint egy viszonylag lassú elgázosítás esetén. Általában a 25 salakelvezető járat és a 26 ülepítő szabad átáramlási keresztmetszetei között 1: 10 arányt célszerű betartani.

A 27 kéntelenítőbe a fenékrészen elhelyezett 29 fúvókán át vezetünk be oxigént vagy oxigéntartalmú közeget. Ezzel a közeggel végezzük el a salak oxidálását, amelynek következtében annak kénoldó-képessége jelentős mértékben csökken. A keletkező kéndioxidot a rendszerből eltávolítjuk.

Az ábrán látható, hogy a 27 kéntelenítőhöz 30 gáztartály csatlakozik. Az ebben levő emelőgáz, például nitrogén segítségével a kéntelenített salakot a 8. ábrán látható 31 vezetéken át juttatjuk vissza a 21 vasfürdös reaktorba.

A találmány szerinti berendezés egy célszerű kialakításánál a 27 kéntelenítőhöz csatlakozó 29 fúvókát úgy lehet kialakítani, hogy az egyúttal a 30 gáztartály szerepét is ellátja, és a kiáramló gáz emelőgázként működve a salakot visszajuttatja a 21 vasfürdös reaktorba. Ekkor a külön 30 gáztartály alkalmazása fölöslegessé válik.

A 8. ábrán jól látható, hogy a 31 vezetékbe 32 túlfolyó van beépítve, amelyen át a salak egy részét folyamatosan elvezetjük.

A találmány szerinti vasfürdös reaktor egy példaként! kiviteli alakjánál 100 000 Nm³/óra mennyiségű, mintegy 25% hidrogénből és 75% szénmonoxidból álló termékgáz előállításához körülbelül 60 tonnányi vasfürdő és a vasfürdön mintegy 15 tonnányi salak szükséges. A vasfürdös reaktor szabad terének térfogata újonnan kifalazva körülbelül 80 m³. Egy ilyen vasfürdös reaktor fenékrészébe két fúvóka van beépítve.

A beépített fúvókák négy nemesített acélcsőből vannak kialakítva. A koncentrikus acélcsövek 3 mm falvastagságúak. Az ötvözet legfőbb alkotókként 0,4% karbont és 13% krómot tartalmaz. A belső cső átmérője mintegy 70 mm, és ezen keresztül 50 000 kg/óra sebességgel lehet szénport bevezetni a vasfürdöbe. A bevezetett szénpor maximális szemcsenagysága 0,5 mm. A második és harmadik cső közötti távolság 8 mm. Ezen a járaton át 40 000 Nm³/óra sebességgel lehet oxigént bevezetni. A védőközegek bevezetésére szolgáló csatornák 0,5 mm szélesek, és ezeken át egyenként 2000 Nm³ mennyiségű földgázt lehet óránként bevezetni. A bevezetett földgáz összetétele a példakénti megoldásnál a következő volt: 90% CH₄, 4% C_nH_m, 3% CO₂ és 3% N₂. Salakképzőként a szénporhoz 20%-nyi finom meszet (CaO) kevertünk hozzá.

A találmány szerint kialakított vasfürdös reaktorban szénpor folyamatos elgázositása oldható meg, és az üzemelés legalább 2 hónapon át zavar nélkül végezhető.

Az előállított termékgáz nagyolvasztóban a következő módon használható fel.

Üzemeltessünk például egy napi 50001 nyersvasat adó nagyolvasztót a találmány szerinti vasfürdös reaktor által előállított redukálógázzal. Egy ilyen nagyolvasztó kokszfelhasználása redukálógáz alkalmazása nélkül 550 kg 1 t nyersvasra számolva. A redukálógáz alkalmazásával 11 nyersvasra számolva 200 kg koksz takarítható meg, és ehhez naponta mindössze 1000 t szén elégetése szükséges a vasfürdös reaktorban.

A fenti nagyolvasztó redukálógázzal történő ellátásához egy körülbelül 30 m³-es szabad reakcióterű vasfürdös reaktor szükséges. Látható tehát, hogy egy viszonylag nagy teljesítményű nagyolvasztó ellátásához viszonylag kis berendezés szükséges. A vasfürdő hőmérséklete az itt alkalmazott vasfürdös reaktorban körülbelül 1450 C°. A redukálógáz felhasználási hőmérsékletének meghatározásához a többi olvasztóberendezés üzemi adatait is figyelembe kell venni. Átlagos esetben a nagyolvasztóba bevezetett redukálógáz hőmérséklete 1000 és 1300 C° között van. Ha az említett 1450 C° hőmérsékletű termékgázhoz mintegy 20 térfogatszázaléknyi szobahőmérsékletű (20 C°) nitrogént keverünk hozzá, körülbelül 1100 C° hőmérsékletű redukálógázt nyerünk. 10 térfogatszázalék nitrogén hozzáadásával ugyanilyen körülmények között körülbelül 1300 C° hőmérsékletű lesz a redukálógáz.

Ha a találmány szerinti eljárással előállított redukálógázt vasérc direkt redukciójához használjuk fel, ahol a redukció körülbelül 2att nyomáson történik, a vasfiirdős reaktor térfogata az előbb ismertetettnél körülbelül 50%-kal kell nagyobb legyen. Tekintettel arra, hogy a direkt redukciós eljárás során az optimális redukálógázhőmérséklet 700 és 1000 C° között van, a termékgázt hűteni kell. Ha a termékgázhoz körülbelül 45 térfogatszázaléknyi szobahőmérsékletű nitrogént keverünk, 850 C° hőmérsékletű redukálógázt nyerünk.

Claims (34)

1. Szabadalmi igénypontok

   1. Eljárás szilárd és/vagy folyékony, szén- és/vagy szénhidrogén-tartalmú közegeknek vasfürdös reaktorban történő folyamatos elgázositására, azzal jellemezve, hogy a reakcióban részt vevő közegeket, nevezetesen egyrészt a szén- és/vagy szénhidrogén-tartalmú közegeket, másrészt pedig oxigént és oxigént tartalmazó közeget egy vagy több, a vasfürdő felszíne alatt elhelyezett fúvókán át vezetjük be a fürdőbe.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy a reakcióban részt vevő anyagokként egyrészt szenet és/vagy nehézolajat, másrészt pedig hidrogént alkalmazunk.
3. 3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy a vasfürdőbe bevezetett oxigén és/vagy oxigéntartalmú közeg körül gáz alakú és/vagy folyékony szénhidrogént vagy szénhidrogéntartalmú közeget vezetünk be védőközegként.
4. 4. Az 1—3. igénypontok bármelyike szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy a reakcióban részt vevő közegeket, valamint adott esetben finomszemcsés salakképző anyagot együttesen vezetjük be egy vagy több fúvókán át.
5. 5. Az 1—3. igénypontok bármelyike szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy a reakcióban részt vevő anyagokat egy vagy több fúvókán át egymástól elválasztva vezetjük be a vasfürdőbe.
6. 6. Az 1—5. igénypontok bármelyike szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy a reakcióban részt vevő anyagokat az egyes fúvókákbán mindig több, célszerűen körgyűrű keresztmetszetű sugárban, tetszőleges sorrendbe vezetjük a vasfürdőbe oly módon, hogy a közegsugár középpontjától kifelé számítva az oxigénáram körül mindig szénhidrogént és/vagy szénhidrogént tartalmazó közeget vezetünk a vasfürdös reaktorba.
7. 7. Az 1—6. igénypontok bármelyike szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy az elgázosítandó közeget, célszerűen szenet a gáz alakú és/vagy folyékony szénhidrogénnel vagy szénhidrogént tartalmazó közeggel együtt vezetjük a vasfürdőbe.
8. 8. Az 1—7. igénypontok bármelyike szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy az elgázosítandó közegeket, célszerűen szenet, már a vasfürdőbe történő bevezetés előtt oxigénnel vagy oxigént tartalmazó közeggel keverjük.
9. 9. Az 1—8. igénypontok bármelyike szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy a vasfürdőbe bevezetett közegeket, elsősorban az elgázosítandó közegeket perdülettel vezetjük be a fúvókából a vasfürdőbe.
10. 10. Az 1—9. igénypontok bármelyike szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy a reakcióban részt vevő közegeket állandóan vagy időszakosan pulzáló nyomás alatt vezetjük be a vasfürdöbe.
11. 11. Az 1—10. igénypontok bármelyike szerinti eljárás 5 foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy a salakképző anyagokat, célszerűen meszet az elgázosítandó közeggel összekeverve vezetjük be a vasfürdöbe.
12. 12. Az 1—11. igénypontok bármelyike szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy abban az

    10 esetben, amikor a vasfürdös reaktorba olyan elgázosítandó közegeket vezetünk, amelyek a vasfürdő lehűlését eredményezhetik, ezeket előkészítéssel és/vagy átalakítással úgy kezeljük, hogy a vasfürdös reaktorban végzett elgázosítás során külső energiaforrás nélkül megfelelő 15 hőegyensúly alakuljon ki.
13. 13. Az 1—12. igénypontok bármelyike szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy a kis fűtőértékkel rendelkező elgázosítandó közegekhez energiában gazdag szenet és/vagy kötetlen karbont, például

    20 kokszot keverünk.
14. 14. Az 1—13. igénypontok bármelyike szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy a kis fűtőértékű elgázosítandó közegeket szárítás és/vagy előmelegítés után vezetjük a vasfürdös reaktorba.

    25
15. 15. Az 1—14. igénypontok bármelyike szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy a kis fűtőértékű elgázosítandó közegekhez alumíniumot, szilíciumot, kalciumkarbidot egyenként vagy tetszőleges arányban keverve adunk hozzá.

    30
16. 16. Az 1—15. igénypontok bármelyike szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy a vasfürdó hőmérsékletének növelése és/vagy szabályzása érdekében az elgázosítandó közegektől függetlenül energiában gazdag szenet, kötetlen karbont, szilíciumot, alumíniu35 mot vagy kalciumkarbidot vezetünk a vasfürdőbe egyenként vagy tetszőleges arányban keverve.
17. 17. Az 1—16. igénypontok bármelyike szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy a vasfürdös reaktorban túlnyomást tartunk fenn, és az elgázosítást

    40 1350—1450 C°-on végezzük.
18. 18. Az 1—17. igénypontok bármelyike szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy az előállított redukálógázt a vasfürdös reaktorból történő elvezetése után semleges gázok hozzáadásával hűtjük le.

    45
19. 19. Az 1—18. igénypontok bármelyike szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy a kénben feldúsult salakot a vasfürdös reaktorból folyékony állapotban olyan reakciótérbe vezetjük át, ahol oxigén vagy oxigént tartalmazó közeg bevezetésével, adott esetben

    50 semleges gáz hozzáadása mellett kéntelenítjük, és a kéntelenített salakot ismét folyékony állapotban a vasfürdös reaktorba visszavezetjük.
20. 20. Az 1—19. igénypontok bármelyike szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy a vasfürdös

    55 reaktorban levő, kéntelenítéshez alkalmazott salak kéntartalmát a telítettség érték alatt tartjuk.
21. 21. Az 1—20. igénypontok bármelyike szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy a vasfürdös reaktorban levő salak kéntartalmát 1 és 3% között, célszerűen 1% alatt tartjuk.
22. 22. Az 1—21. igénypontok bármelyike szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy a salak hőmérsékletét a kéntelenítőtérben is 1350—1450 C°-on tartjuk.
23. 23. Az 1—22. igénypontok bármelyike szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy az előállított gázkeveréket redukálógázként vezetjük kohászati folyamatokhoz, elsősorban vasérc redukciójához.
24. 24. Berendezés az 1—23. igénypontok bármelyike szerinti eljárás foganatosítására, azzal jellemezve, hogy vasfürdös reaktor tűzálló falazatába (2) szilárd és/vagy folyékony, szén- és/vagy szénhidrogén-tartalmú közegek folyamatos bevezetésére egy vagy több, a vasfürdő (3) felülete alatt végződő, koncentrikus csövekből álló fúvóka van beépítve.
25. 25. A 24. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a fúvókák (5) központi csatornát (10) alkotó csőből és azzal koncentrikus további csatornákat (11, 12) alkotó csövekből vannak.
26. 26. A 24. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a fúvókák (5) négy koncentrikus csőből (6, 7, 8, 9) vannak kialakítva.
27. 27. A 24. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a fúvókák (5) koncentrikus bevezetőjáratokból (14, 15, 16) és tömör magrészből (13) vannak kialakítva.
28. 28. A 24—27. igénypontok bármelyike szerinti beren- dezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a fúvókák (5)egy vagy több járatában terelöelemek (17,43) vannak elhelyezve. 25
29. 29. A 24—28. igénypontok bármelyike szerinti berendezés kiviteli alakja,azzal jellemezve, hogy az egyes fúvó- kákbán (5) valamennyi, a reakcióban részt vevő közeg számára egy vagy több járat van kialakítva.
30. 30. A 24—29. igénypontok bármelyike szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a fúvókák-

    5 bán (5) egy vagy több koncentrikus cső a többinél rövidebben van kialakítva.
31. 31. A 24—30. igénypontok bármelyike szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a vasfürdő reaktor két konverterszerűen kialakított, elkülönített

    10 gáztérrel ellátott reakciótérből áll, ahol az egyik reakciótér a tulajdonképpeni vasfürdös reaktor (21) a másik reakciótér pedig a kéntelenítő (27), és a vasfürdös reaktor (21), valamint a kéntelenítő (27) két csatornával van összekapcsolva, amelyek közül az egyik salakelvezető 15 járat (25), a másik pedig salakvisszafolyató vezeték (31).
32. 32. A 24—31. igénypontok bármelyike szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a vasfürdös reaktor (21) és a kéntelenítő (27) közötti salakelvezető járat (25) ülepítővel (26) van összekapcsolva.
33. 33. A 24—32. igénypontok bármelyike szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a kéntelenítőhöz (27) gáztartály (30) van csatlakoztatva, és a gáztartályban (30) nyomás alatt levő, semleges gáz van.
34. 34. A 24—33. igénypontok bármelyike szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a salakvisszavezető vezeték (31) túlfolyóval (32) van ellátva.

    8 rajz, 8 ábra ^{A M><U}**^{rt felC>}'' * X4S»»⁸¹¹¹**»¹ * Könyvkiadó igazgatója

    81.1423.6642 AtfSMl Nyomda, Dobiacen — FoteWs re«tő: Benkö Btvía igazgató