171439. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés fémoxidoknak gázközeggel fémmé történő redukálására

5 171439 6 A redukálógáz általában ellenirányban áramlik a redukciós reaktorokon keresztül. Ami azt jelenti, hogy a friss redukálógázt az első redukciós reaktorba vezetjük. Ebben a reaktorban az előző ciklus folyamán a második és harmadik redukciós reaktorban már részlegesen redukált vasat hordozó anyag van. A friss ércet tartalmazó harmadik redukciós reaktorba olyan gázt vezetünk, amely előzőleg áthaladt az első és második redukciós reaktoron. A rajz bal oldalán látható az ismert szerkezetű 20 reformer, amely a gázzal fűtött katalitikus konverziós 22 teret a 24 csőköteget tartalmazza. Ebben állítjuk elő a nagyrészt szénmonoxidból és hidrogénből álló redukálógázt. Megfelelő forrásból a 28 szelepet tartalmazó 26 csövön át metánt, földgázt vagy más szénhidrogén gázt táplálunk be, és a 24 csőköteg tetején levő 30 csőkígyón átvezetve előmelegítjük a gázt a csőköteg többi tagján átáramló forró gázokkal való hőcsere útján. A szénhidrogén gáz, pl. metán a 30 csőkígyót elhagyva gőzzel keveredik, mégpedig olyan arányban, hogy a szénmonoxiddá és hidrogénné való katalitikus konverzió végbemenjen. Tipikus arány az 1:2. Részletesebben leírva, a gőzt a 32 gőzfejlesztőből a 36 szelepet tartalmazó 34 csövön tápláljuk be, a metán és gőz keverékét a 38 csövön áramoltatjuk a 24 csőköteg alsó részét alkotó 40 csőkígyóba, és ott folytatjuk annak előmelegítését. A 40 csőkígyóból a metán-vízgőz keverék a 42 csövön áramlik át a 20 reformer 22 konverziós terébe, amelyen belül kívülről fűtött katalizátoros csöveken halad át, és e közben jól ismert módon szénmonoxiddá és hidrogénné alakul. A 20 reformerből a forró redukálógáz a 44 csövön át a csöves 46 kazánhoz áramlik, ahol a gáz hulladékhőjét vízgőz fejlesztésére használjuk fel. Pontosabban a 32 gőzfejlesztőből a 48 csővezetéken át forró víz folyik a 46 kazán aljára, annak csöveiben a víz egy része gőzzé alakul a forró gáz hőjének hatására. A forró víz és gőz keverékét az 50 csövön át a 32 gőzfejlesztőbe vezetjük vissza. A 20 reformer 24 csőkötegén áthaladó forró gáz hőjének további hasznosítására a 32 gőzfejlesztő aljából az 52 csővezetéken át visszaszívatjuk a forró vizet, majd a 24 csőkötegben levő 54 csőkígyón átáramoltatjuk, és az 56 csövön keresztül visszavezetjük a 32 gőzfejlesztőbe. A hőt a 46 forralóban és a 24 csőköteg csőkígyóiban visszanyerjük, és ez bőségesen elég a metánhoz keverendő szükséges mennyiségű gőz fejlesztéséhez. A 32 gőzfejlesztőből az 58 csövön át felszívott fölös gőz is felhasználható általános célokra. A gőzfejlesztőbe a 60 vezetéken át tápláljuk be a vizet. A 32 gőzfejlesztő, hulladékhős 46 kazán, a 24 csőköteg 30, 40 és 54 csőkígyói lényegében az egész rendszer hőmérlegét javítják. A 46 kazánon átáramlott és lehűlt redukáló gázt a 62 vezetéken át a 64 gyorshűtőbe vezetjük, ahol az tovább hűl és vízmentessé válik, majd onnan a 66 gyűjtőbe vezetjük. A 66 gyűjtőből a redukálógáz kis részét elvezethetjük a 68 csövön és 70 szelepen át a hűtőreaktor-rendszerbe, amint később erre még visszatérünk. A redukáló gáz fő-áramát a 66 vezetéken és 72 szelepen át a 74 csőkígyós fűtőbe vezetjük, és ott 700-850 C°-ra melegítjük. Mivel az első 12 redukciós reaktorba 900-1100 C°-os, előnyösen 1050C°-os redukálógázt célszerű vezetni, a 74 csőkígyós fűtőből tá-5 vozó gázt tovább kell hevíteni. Ezt a további hevítést az első 12 redukciós reaktor felső részével összeköttetésben levő 12a égetőkamrában hajtjuk végre. Részletesebben a 74 hevítőt elhagyó gáz a 76 vezetéken át a 12a égetőkamrában áramlik, és 10 ott a 78 vezetéken és 80 szelepen át betáplált oxigéntartalmú gázzal keveredik. Az oxigéntartalmú gáz levegő vagy tiszta oxigén lehet, vagy esetleg ezek keveréke, de előnyösen tiszta oxigén, hogy elkerüljük nitrogén bevitelét a rendszerbe. Az ége-15 tőkamrában a redukáló gáz egy része elég, és így biztosítja a kívánt magas hőmérsékletű gázkeveréket. Az égetőkamra Celeda 2 990 247 lajstromszámú (USA) leírásában bemutatott típusú lehet. Ha szükséges a 74 hevítőt elhagyó gáz 20 hőmérsékletét a 76 csővezetékbe helyezett 82 túlhevítővel is növelhetjük. A túlhevítő különösen azon esetekben előnyös, ha a redukáló gázba a reformer és az első redukciós reaktor között szénhidrogén gázt, pl. metánt vezetünk, amint ezt 25 később leírjuk. A túlhevítő alkalmazásával ugyanis a 12a égetőkamrába betáplálandó oxigéntartalmú gáz mennyisegét csökkenthetjük. A gáz oxigéntartalmától függően szabjuk meg az alkalmazandó oxigéntartalmú gáz térfogatát ill. hő-30 mérsékletét. Ha pl. levegőt alkalmazunk, célszerű azt 700 C° nagyságrendű vagy magasabb hőmérsékletre előmelegíteni, míg ha tiszta oxigént alkalmazunk azt vagy egyáltalán nem, vagy csak lényegesen alacsonyabb hőmérsékletre kell előmelegí-35 tenünk. Ha levegőt alkalmazunk, akkor a keverékben a levegő és a redukáló gáz térfogat-aránya 0,4 : 1 lehet, általában 0,15 : 1-0,3 :1 tartományba eső térfogat-arányokat állítunk be. Ha oxigént alkalmazunk, akkor a keverékben 0,05:1-0,15:1 40 tartományba eső térfogatarányok betartásával kapunk általában elfogadható eredményeket. A 12 a égetőkamrából a forró redukáló gáz belép az első 12 redukciós reaktor felső részébe, és 45 a vasat hordozó anyag ágyán át lefelé áramolva a vasat hordozó anyagot tovább redukálja fémszivaccsá. A 12 reaktorból a gáz a reaktor feneke közelében levő 84 csővezetéken keresztül áramlik a 86 gyorshűtőbe, ahol lehűl és víztartalmát elveszti, 50 majd a 88 vezetéken és 90 szelepen át a 74 hevítőhöz hasonló 92 csőkígyós hevítőbe jut. A 92 hevítőben a gáz ismét felmelegszik 700-850 C° nagyságrendű hőmérsékletre, és a 94 csővezetéken át a második 14 redukciós reaktor 14a égető-55 kamrájába áramlik, a 14a égetőkamra hasonló a 12a égetőkamrához. A 14a égetőkamrába a 96 vezetéken és 98 szelepen át áramlik az oxigéntartalmú gáz. A 14a égetőkamrában a redukáló gáz egy része elég megemelve a gáz hőmérsékletét 60 900-1100 C° nagyságrendűre, az így felhevült gáz lép be a második 14 redukciós reaktorba és ott a vasat hordozó anyag ágyán lefelé áramolva azt részlegesen redukálja. Éppúgy mint az első reaktor-rendszert a második reaktor-rendszert is elláthatjuk 65 egy a 94 vezetékbe iktatott 100 túlhevítővel. 3