HU181933B - Eljárás és berendezés redukáló gázelegy előállítására - Google Patents

Description

A találmány tárgya eljárás és berendezés redukáló gázelegyek előállítására. Ezek a gázelegyek széleskörűen felhasználást nyernek a fémek redukálásánál. A találmány tárgyát képező berendezés révén előállított 950—1050 C° hőmérsékletű bontott gázt hasznosítani lehet vasszivacsgyártásban 5 — felhasználható nagyolvasztók intenzífikálására. Alkalmas a gáz összetétele révén vaspor előállítására — hőkezelő berendezőkben védőgáznak, továbbá egyes vegyipari folyamatoknál, '

Isrngrgjgg, hogy egyes gázok, így a H₂, CO, CH₄ bizonyos 10 hőmérséklettartományban intenzíven reagálnak egyes fémoxidokkal_L pl. vas-, mangán- és cinkoxidokkal, s a reakció eredményeképpen színfémek vagy alacsony oxidációs fokú termékek^nyerhetők. A gázelegyek redukáló komponenseinek részaránya jellemző a redukáló képesség mértékére. Ha 15 a gázélegyben a CO + H₂ + CH₄ részaránya eléri vagy meghaladja a 75%-ot, úgy jelentős redukáló képességről beszélhetünk. A továbbiakban a gázelegyek összetétele mindig térfogat%-ban értendő.

Az iparf gyakorlatban alkalmazott nagy redukáló képes- 20 séggel rendelkező gázelegy előállítására alkalmas eljárások az alábbiak.

Ismeretes regeneratív bontóberendezés, mint például a PurroTérvjtsszivacsgyártó eljárásnál, ahol a földgáz és torokgáz szabályozott arányú keverékét külső hőenergiával fű- 25 tött, régefferatív rácsozattal ellátott berendezéseken váltakozva vezetik keresztül — miközben katalizátorok jelenlétében 1000—1200 C°-on végbemegy a metán részleges-parciális-oxidációja. A kapott bontott gáz hőmérséklete a kívánatosnál magasabb 1100—1150 C°. Emiatt az üzemi alacso- 30 nyabb hőmérsékletet hűtőberendezés közbeiktatásával állítják be. A gázösszetétel ingadozása jelentős. A vasszivacsgyártás technológiai kívánalmainak megfelel. A gáz összetétele a következő: CO 43,3%, CO₂ 1,1%, H₂ 49,2%.

Ismeretes továbbá a rekuperatív bontóberendezés és eljárás, ahol a földgáz és torokgáz szabályozott arányú keverékét vezetik 950—1000 C°ra fűtött hőálló acélcsövekben katalizátorok jelenlétében — midőn végbemegy a metán részleges oxidációja — széndioxid és vízgőz segítségével. A kapott bontott gáz 900—1000 C° hőmérsékletű — összetétele erősen függ az oxidáló komponenseket tartalmazó torokgáz összetételétől, ahol a CO 24—36%, H₂ 40—60%, CO₂ 0,5—3% között ingadozik. A bontóberendezés hőálló acélcsöveinek tartóssága az alkalmazott 1100—1200 C°-os munkahőmérséklet miatt alacsony, rövid életű, gyakori a meghibásodás és az ebből származó üzemkiesés.

A rekuperatív eljárás hőtechnikai hatásfoka alacsonyabb, mint a regeneratív eljárásé. Előnye, hogy az alkalmazott berendezés kisebb méretű, azonban komplikált automatika szükséges.

Az ismertetett módszerek alkalmasak a bontott gázok nagy redukáló képességének biztosítására, azonban kis teljesítmények esetében drágák, terjedelmesek.

Ismeretes még folyékony vagy nagynyomású ammónia termikus kezelésével való redukálógáz előállítás — melynek eredményeként elméletileg 25% N₂ + 75% H₂ összetételű termék nyerhető. Ezen módszer eléggé drága és a nitrogén jelenléte nem mindig kívánatos — legtöbbször kis tételben alkalmazzák. A külső hőközlés drágítja az eljárást.

-1181933

A találmány célja az ismert eljárások hátrányainak kiküszöbölése és egy olyan eljárás kidolgozása, amellyel nagy redukáló képességű gázok hatásos és gazdaságos előállítása biztosítható, különösen rugalmasan illeszthető kis és nagy kapacitású fogyasztók szükségleteinek kielégítéséhez. Célja továbbá a kisteljesítményű és nagy hatásfokú gazdaságosan működtethető berendezések biztosítása, A találmány szerinti célt a szénhidrogének célszerűen földgáz parciális oxidációjával ipari oxigén jelenlétében (96% O₂) valósítjuk meg olyan berendezésben, ahol biztosítható az elméleti gázegyensúlyi viszonyokat megközelítő állapot elérése.

A találmány szerinti eljárással és berendezéssel a bontott gáz összetétele 1—2%-on belül állandósítható. A kapott bontott termék hőmérséklete 0,45—0,50 oxigéntényező mellett 950—1100 C° között tartható, s összetétele a következőképpen alakul: CO 28—32%, H₂ 54—60%, CO₂ 1,6—8%. A gázelegyösszetételből látható, hogy annak a H₂ tartalma magasabb, mint a Purrofer vagy MIDREX eljárással bon^J tott gázoké. Ez igen előnyös, mivel a redukáló gáz kihasználhatóságának mértéke 50—60% H₂ tartalom mellett elérheti a 40—50%-ot, mig alacsonyabb H₂ tartalom mellett nem több 35—40%-nál. fgy arányosan kisebb redukáló gáz felhasználás szükséges például 11 vasszivacs előállítására, vagy ugyanolyan óránkénti gázterhelés mellett egy adott berendezésből az időegységben termelhető vasszivacs mennyisége növelhető.

A találmány szerinti berendezés célszerűen hengeres kivitelű és katalitikus hatású tűzálló belső falazattal van ellátva. A katalitikus hatást a tűzálló bélés felületére felvitt NiO tartalmú réteg biztosítja.

A bontóberendezés reakcióterében olyan rácsbetét helyezkedik el, amely katalizátor anyagot, célszerűen NiO-ot tartalmaz. A bontóberendezésbe az oxigén és földgáz homogén elegyét kell bevezetni olyan módon, hogy a tangenciálisan elhelyezett bevezetésekhez, illetve az előkeverőkhöz érkező oxigén valamint földgáz hurokszerűen kialakított elosztóból van táplálva. Az előkeverőkből az oxigén-földgáz homogén elegye vízhűtéses sebességszabályozókon keresztül jut a munkatérbe, ahol automatikus gyújtószerkezet biztosítja a folyamatos és parciális elégést.

A sebességszabályozókon keresztül belépő gázelegy sebességének 80 m/sec felett kell lennie.

Az átalakítótérben végbemenő részleges elégés gázterméke a katalitikus rácsbetéten áthaladva egy sebességnövelő szakaszba torkollik. A forró 950—1050 C° hőmérsékletű redukáló gázokat falazott és szigetelt csővezetéken továbbítják a felhasználó berendezéshez.

A bontóberendezés példaképpeni kiviteli megoldását 1. ábra mutatja be.

Az állandó nyomásra beállított ipari oxigén 1 vezetéken lép be a 2 hurokrendszerű oxigénvezetékbe. A 2 hurokrendszerű oxigénvezetékből a 3 leágazó vezetéken jut az oxigén a 4 előkeverőtérbe. Az állandó nyomásra beállított földgáz 5 vezetéken érkezik, majd 6 hurokkiképzésű elosztóból 7 vezetéken keresztül áramlik 4 előkeverőtérbe. A 4 előkeverőtérből 8 vízhűtésű sebességszabályozón keresztül áramlik a földgáz-oxigén homogén keveréke a 9 bontóberendezés 10 átalakítóterébe, ahol 11 katalitikus hatású rácsbetét található. Itt megy végbe a parciális oxidáció hőfejlődés közben. A 9 bontóberendezés acélkőpenyén belül 12 katalizátort is x

tartalmazó tűzálló falazat van. A részleges oxidáció terméke 950—1150 C° hőmérséklettel lép ki 10 átalakítótél ből, majd 13 sebességnövelő szakaszon keresztül jut a munkatérbe. A 10 átalakítótérhez több 4 előkeverőberendezés csatlakoz5 hat tangenciálisan a teljesítménytől függően.

Az ismertetett bontóberendezés teljesítménye széles határok között változtatható. Előnye, hogy bontott gáz hőmérséklete optimális átalakítási viszonyok fenntartása mellett (oxigén-földgáz aránynál) 950—1050 C° közé állítható be, s így hűtés a legtöbb esetben nem szükséges. Ugyanakkor elérhető, hogy a bontott gázban a H₂ 55% feletti, a CO+H₂ együttes térfogatszázaléka 90%-ot meghaladja, egyidejűleg 2—8% között tartható a CO₂ részaránya.

A berendezés névleges teljesítményét 30—40%-kaI növelni és csökkenteni lehet anélkül, hogy a bontott gáz összetétele megváltozna lényegesen. Előnye még alacsony fajlagos beruházási költsége — valamint rugalmas és gyors ki- és bekapcsolhatósága.

Az ismertetett eljárás a berendezés újszerűsége abban van még, hogy sikerült az alábbi egyenletet, jól megközelítő gázegyensúlyi viszonyok megteremtését elérni;

CH₄ + ’/zO₂ = CO + 2H₂

A földgáz nem tiszta CH₄-ből áll, s így mindig figyelembe kell venni a kísérő gázkomponensek befolyásoló hatását (C_nH_m, CO₂, N₂). Természetesen az ipari oxigén sem tisztán O₂-ből áll — mellette található megközelítőleg 4% N₂is.

A fentiek figyelembevételével a bontott gáz 50—60% H₂ és 30—40% CO tartalma azt jelenti, hogy az elméleti gázegyensúlyokat jól megközelítő átalakítás, parciális oxidáció teremthető meg.

Claims (4)

1. Szabadalmi igénypontok

   1. Eljárás legalább 52—62 tf% hidrogént vagy 85—92 tf%

   40 szénmonoxidot és hidrogént együttesen tartalmazó redukáló gázelegy előállítására azzal jellemezve, hogy szénhidrogéneket célszerűen földgázt 800 C° feletti hőmérsékleten ipari oxigéngáz jelenlétében 0,5 bar feletti nyomáson — katalitikusán részlegesen oxidálunk.

   45
2. 2. Az 1. igénypont szerinti eljárás foganatosítási módja azzal jellemezve, hogy a katalitikus bontást 0,45—0,50 oxigéntényező mellett hajtjuk végre.
3. 3. Az 1. és 2. igénypontok szerinti eljárás foganatosítási módja azzal jellemezve, hogy a szénhidrogéneket tűzálló50 anyag-hordozójú nikkeloxid katalizátor jelenlétében részlegesen oxidáljuk.
4. 4. Berendezés az előző igénypontok szerinti eljárás foganatosítására azzal jellemezve, hogy katalitikus hatású tűzálló belső falazattal (12) rendelkező célszerűen hengeres bontó

   55 reaktora (9) van, melynek reakcióterében (10) katalitikus hatású rácsbetét (11) helyezkedik el, a rácsbetét (11) mögött az reakciótér (10) sebességnövelő szakaszba (13) torkollik és a reaktorhoz hurokszerűen kialakított gázvezetékkel (2, 6) ellátott előkeverő(k) (4) és vízhűtésű sebességszabályozó(k)

   60 (8) tangenciálisan csatlakoznak.