182214. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés vasoxid közvetlen redukciójára
5 182214 6 A 70 gázhevítőben a gázt általában legalább 600 °C-ra előnyösen 650 °C-nál magasabb hőmérsékletre hevítjük. A hevítés azért szükséges, hogy a gáz hőmérséklete elég magas legyen ahhoz, hogy ennek és a visszavezetett gáznak a keveréke el tudja végezni a vasoxid direkt redukálását. A találmány szerint tehát a ként tartalmazó gázt, például kokszolókemence gázt, földgázt vagy torokgázt a reformált gázzal keverjük össze és így egy redukáló gázkeveréket nyerünk. Ezt a keveréket vezetjük be a 10 redukáló kemencébe. A találmány szerinti eljárás ezen változatának foganatosításakor az ábrán látható berendezésben egyszerűen zárjuk a 84 csővezetékben lévő 100 szelepet. A különböző gázok általában szokásos kéntelenítése során számos bevált eljárást alkalmaznak a hidrogénszulfid eltávolítására. így a földgázból, torokgázból vagy kokszolókemence gázból a hidrogénszulfid egy lépésben eltávolítható. Ugyanakkor azonban a karbonilszulfid (COS) és egyéb szerves kénvegyületek, például a tiofén (C4H4S) csak komplikált és drága többlépéses kéntelenítő eljárás segítségével alakítható hidrogénszulfiddé, amelyet aztán viszonylag könnyen el lehet távolítani. Vizsgálataink során felfedeztük, hogy a tiofén és egyéb szerves kénvegyületek eltávolíthatók a gázokból, ha hidrogénjelenlétében azokat közvetlenül redukált forró vas pelletekkel reagáltatjuk. Az is kiderült, hogy a közvetlenül redukált vas alacsonyabb hőmérsékleten hatástalan ezen kénvegyületek eltávolítása szempontjából és csupán 700 °C-nál magasabb hőmérsékleten használható erre a célra. Az ily módon végzett kéntelenítés pontos mechanizmusát nem ismerjük, de úgy gondoljuk, hogy a közvetlenül redukált forró vas hatékony katalizátorként működik ezen kénvegyületeknek hidrogénszulfiddé történő alakításában, a hidrogénszulfid pedig reagál a vassal. Mindenesetre tény, hogy a kén a gázból a redukált vasba jut. A fenti okokból kell a gázkeverékef a 26 bevezető csonkhoz 700 °C fölötti hőmérsékleten vezetni. A vasoxid közvetlen redukálásához általában ennél magasabb hőmérsékleteket, de legalább 800 °C hőmérsékletet alkalmaznak. Bizonyos pelletek azonban hajlamosak az összetapadásra 800 °C környékén, így ezeket alacsonyabb hőmérsékleten kell redukálni. A 22 forrógáz bevezető csonkokhoz tehát a gázt célszerű 750 °C hőmérsékleten vezetni. A továbbiakban a találmány szerinti eljárás foganatosítására olyan példát mutatnak be, amelynek során ként tartalmazó kokszolókemence-gázt használunk fel fűtőgázként. Ugyanezt a gázt alkalmazzuk tüzelőanyagként mind a reformáló kemencében, mind pedig a gázhevítőben. A felhasznált kokszolókemence gáz kéntartalma 200 ppm (térfogat), ami megfelel egy egylépésben végzett kéntelenítés eredményének. Ilyen mennyiségként tartalmazó gázokat jól lehet alkalmazni tüzelőanyagként, nem használhatók azonban reformáláshoz. A példa szerinti forró redukáló gázt az 52 reformáló csövekből 900 °C hőmérsékleten vezetjük a 22 forrógáz bevezető csonkhoz. Előredukáló gázként a 900 °C hőmérsékletű reformált gáz és a 750 °C hőmérsékletű forró kokszolókemence gáz keverékét vezetjük a 26 bevezető csonkhoz. A gázkeverék hőmérséklete hozzávetőlegesen 800 °C. Az adott redukáló kemencében a betét körülbelül 4 órán át süllyed a 30 rézsű vonaltól a 28 kibocsátó aknáig. A sülylyedés során a közvetlen redukció utolsó szakasza a 24 és a 28 bevezető cellák közötti zónában van. Az előredukáló zónában az előredukáló gáz és a forró redukáló gáz szénmonoxid és hidrogén tartalma a kemencében felfelé áramolva a betét körülbelül 94%-os redukálását eredményezi. A laboratóriumi vizsgálatok és a gyakorlat egybehangzóan azt mutatták, hogy az előredukáló gázt alkotó kokszolókemence gázban lévő metán nem krakkolódik jelentős mértékben a 800 °C hőmérsékletű előredukáló zónán történő áthaladáskor, minthogy a gázban már hidrogén van jelen. Ezért a redukáló kemence felső részéből eltávozó gázkeverék tartalmaz reakcióba nem lépett szénmonoxidot és hidrogént, mint redukáló közeget, széndioxidot és vízgőzt, mint oxidáló közeget, valamint metánt. A 32 kivezető csonkhoz csatlakoztatott 46 hűtő-mosó egységben a gáz vízgőz tartalmának legnagyobb része kondenzálódik és így reformálásra alkalmas gázkeverék kerül a 48 csővezetéken át az 52 reformáló csövekbe. Az 52 reformáló csövekben a széndioxid és a maradék vízgőz végzi a metán reformáló oxidálását, amint azt a 3 748 120 sz. USA szabadalom részletesen leírja. Az alábbiakban táblázatok segítségével mutatjuk be a találmány szerinti eljárással elérhető eredményeket. Az adatok természetesen csak illusztrációul szolgálnak és semmilyen korlátozást nem jelentenek. A megadott értékek mindenütt egy tonna közvetlenül redukált vas késztermékre vonatkoznak, ahol a metallizáció foka 92% és a karbontartalom 1,5%. Ezek az értékek általánosan elfogadottak az ilyen jellegű termékekre vonatkozóan földgázzal üzemeltetett redukáló egységeknél. I. táblázat Tüzelőanyag redukáló gáz 2.82 Gcal reformáló gáz 0.07 Gcal hevítő gáz 0.32 Gcal összesen: 3.21 Gcal Az I. táblázat az eljárás foganatosításához szükséges energia értékeket tünteti fel. Tájékoztatásul megjegyezzük, hogy a kokszolókemence gáz fűtőértéke legalább 4618 kCal/Nm3. A II. táblázatban a bevezetett gázmennyiségek láthatók Nm3/óra mértékegységben feltüntetve. Az azonosíthatóság érdekében mindenütt feltüntettük a rajzon látható hivatkozási számokat, amelyek a bevezetés helyét jelölik. II. táblázat Gáz Jelölés a rajzon Mennyiség a reformálóból kijövő 90 1320 az alsó gázbevezetéshez 92 922 kerülő továbbvezetett 94 398 hevített 82 609 keverék a felső 84 1007 gázbevezetéshez kivezetett 32 1901 recirkulált 48 1525 a reformerbe vezetett 52 1085 az égőbe vezetett 64 440 A III. táblázat a feltüntetett helyeken végzett gázanalízis eredményét mutatja százalékban kifejezve. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 1 3
