189558. lajstromszámú szabadalom • Berendezés vasoxid kokszolókemence-gáz alkalmazásával történő közvetlen redukciójára
1 189 558 2 A találmány tárgya berendezés vasoxid kokszolókemence-gáz alkalmazásával történő közvetlen redukciójára. Vasoxidnak agglomerált pelletek vagy darabos érc formájában közvetlenül fémvassá történő redukálása az utóbbi években nagymértékben elterjedt és számos ilyen redukáló üzemet működtetnek. Az ilyen üzemekben ma már évente több, mint 15 millió tonna közvetlenül redukált vasat, más néven vas szivacsot állítanak elő. Az így nyert terméket elsősorban villamos ivkemencékben dolgozzák fel. Minthogy az acélgyártó villamos ívkemencék száma állandóan növekszik, a közvetlenül redukált fémvas iránti igény is nagymértékben fokozódik. A legtöbb üzemelő berendezésben a vasoxid közvetlen redukciójához földgázt használnak fel redukáló közegként. A földgáz reformálásával nyerik a szénmonoxidot és a hidrogént, amelyek a redukcióban közvetlenül résztvesznek. Jelenleg a leghatékonyabb és gazdaságosabb redukáló üzemek, amelyek a vasoxid redukálását földgáz felhasználásával végzik a M1DREX cégnél működnek. A berendezésekben a földgáz folyamatos katalitikus reformálása megy végbe, ehhez oxidáló közegként széndioxidot és recirkulált hűtött vízgőzt használnak. Az eljárás lényegében a 3 748 120 sz. USA szabadalomban bemutatottnak felel meg. A földgáz vagy más szénhidrogén tartalmú gázok katalitikus reformálása során igen fontos, hogy a gázkeverékben a kéntartalmat igen alacsonyan tartsuk, annak érdekében, hogy a katalizátor kénnel történő szennyeződését megakadályozzuk. A reformálás során a maximális kéntartalom, mellyel még a katalizátor tönkremenetele elkerülhető, körülbelül 2-3 ppm (térfogat). Ahhoz, hogy a gázkeverékben ilyen alacsony kéntartalmat biztosítsunk, rendkívül drága és komplikált kéntelenítő műveleteket kell elvégezni, mielőtt a gázkeveréket a folyamatban fel lehet használni. Jóllehet kokszolókemence-gáz számos helyen hozzáférhető és tüzelőanyagként alkalmazható lenne, problémát jelent, hogy ezek a gázok több kéntartalmú alkotót, például COS-t és tiofént tartalmaznak. A jelen találmánnyal olyan berendezés kifejlesztése a célunk, amellyel a 86 980 sz. USA szabadalmi bejelentés szerinti megoldás tovább fejleszthető oly módon, hogy az alkalmazott tüzelőanyagot magában a redukáló kemencében kéntelenítjük. A gázban, illetve gázkeverékben lévő kén ugyanis a közvetlenül redukált forró vassal lép reakcióba, mielőtt a reformáló egységbe kerül. így a felhasznált gázban akár 400 ppm nagyságrendű kén is lehet, anélkül, hogy a késztermékben a kén mennyisége a megengedettnél magasabb értékre emelkedne, minthogy a kén a redukció alatt lép érintkezésbe a vassal. Ennek megfelelően a találmány szerint felhasználhatók olyan gázok, amelyeket a kemencén kívül igen nehéz kénteleníteni: például kokszolókemence-gáz vagy szerves kénvegyületeket tartalmazó földgáz. A 86 980 sz. USA szabadalmi bejelentésben ismertetett megoldásnál a tüzelőanyagot gázhevítő berendezésben melegítik, majd az eltávozó torokgázt reformáló berendezésben redukáló gázzá reformálják. Ennek eredményeképpen a tüzelőanyag sokkal nagyobb hatásfokkal használható fel. A jelen találmánnyal olyan magas hatásfokkal dolgozó berendezést hoztunk létre vas közvetlen redukálására, amelyben lehetővé válik a szénhidrogén tartalmú gázalakú tüzelőanyag redukáló gázzá történő reformálása és a tüzelőanyagnak a redukáló eljárás során történő kéntelenítése, még mielőtt a reformálás lejátszódna. Célunk volt továbbá, hogy olyan berendezést hozzunk létre, amely felhasználható szerves kénvegyületeket tartalmazó gázalakú tüzelőanyagok hasznosítására. A kitűzött feladatot a találmány szerint úgy oldottuk meg, hogy az aknakemencéhez tartozó reformáló kemencében legalább egy, a katalizátort tartalmazó reformáló csöveket melegítő égő van és a reformáló kemencéhez kapcsolt égéstermék elvezető cső olyan hőcserélővel van összekapcsolva, amely a fűtőgázt szolgáltató gázforrással van öszszekapcsolva. A berendezés célszerűen második hőcserélővel is el van látva és ez egyrészt levegőforrással, másrészt a reformáló kemence égéstermék elvezetőcsövével van összekapcsolva. Az aknakemence első redukálógáz bevezető csonkja és alsó része között előnyösen hütőzóna van kialakítva, amelynek hűtőgáz bevezetése az aknakemence felső részéhez kapcsolódó gázmosó hűtőberendezéssel van összekapcsolva. A hütőzóna hűtőgáz kivezetése viszont további gázmosó-hűtőberendezésen keresztül a reformáló kemence katalizátorral töltött reformáló csöveihez van csatlakoztatva. Az aknakemence felső részéhez kapcsolódó gázmosó hűtőberendezés ugyanakkor a reformáló kemence égőjével is össze lehet kapcsolva. A találmányt részleteiben kiviteli példa kapcsán, a csatolt rajzmellékletekben ismertetjük, ahol az 1. ábra a találmány egyik előnyös kiviteli alakjának sematikus ábrázolása, míg a 2. ábra a találmány egy másik előnyös kiviteli alakját mutatja be. A 10 redukáló kemence ismert függőleges, hőálló béléssel ellátott ellenáramú aknakemence. A 12 kiinduló anyagot vasoxid pelletek, darabos érc vagy érc és pelletek keverékének formájában vezetjük be a 10 redukáló kemencébe. A bevezetett anyag névleges szemcsenagysága 5-30 mm. Az anyag a 14 garatba kerül és innen 16 aknán átjut a 10 redukáló kemencébe, ahol a 17 betétet képezi. A redukált termék az aknakemence alsó részéből a 18 kibocsátó aknán át távozik a 20 szállítószalagra. A 20 szállítószalag sebessége határozza meg a 17 betét süllyedésének sebességét a 10 redukáló kemencében. A 10 redukáló kemence középső részénél forró gáz bevezető 22 csőcsonk van elhelyezve. A forró gáz bevezető 22 csőcsonk több 24 bevezető cellával van kapcsolatban a 10 redukáló kemence kerülete mentén. A 10 redukáló kemencét elhagyó torokgázt - amely a kemencét a 32 kivezető csonkon hagyja el - a 34 gázmosó-hűtőberendezésben tisztítjuk meg a portól és a 36 csőbe vezetjük be. A hűtőgázt a 38 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
