189558. lajstromszámú szabadalom • Berendezés vasoxid kokszolókemence-gáz alkalmazásával történő közvetlen redukciójára
1 189 558 2 csőbe 40 ventillátor szívja be és továbbítja a hűtőzónába, amely 42 hütőgázbevezetéssel ellátott 44 elosztótagból és a 10 aknakemencében fölötte elhelyezett 46 gyüjtőtagból áll. A hűtőzónához csatlakozik a 48 hűtőgázkivezetés és a külső 50 gázmosóhűtőberendezés. A lehűtött és megtisztított gáz az 50 gázmosó-hűtőberendezésből az 51 csövön keresztül távozik, majd innen számos, höálló ötvözetből készült 52 reformáló csőbe kerül bevezetésre. Egy ilyen cső a rajzon is látható. Mindegyik 52 reformáló cső a belépési szakaszában darabos hőálló anyaggal van kitöltve, míg a fennmaradó hoszszabb szakaszt 54 katalizátorral töltjük ki; ez a reformáló katalizátor nikkel vagy kobalt. Az 52 reformáló csöveket tűzálló béléssel ellátott 56 reformáló kemence veszi körül, amelyben több 58 égő van elrendezve (ezek közül a rajzon egyet tüntettünk fel). Az 56 reformáló kemencéből az 58 égő elhasznált égési gázai 60 füstelvezető csövön keresztül távoznak. A 36 csőből kiáramló lehűtött torokgáz egy része 62 külső forrásból bevezetett tüzelőanyaggal együtt a 64 csövön keresztül jut az egyes égőkhöz. A 60 füstelvezető cső két sorbakapcsolt 66, 68 hőcserélővel áll kapcsolatban. A 66 hőcserélőn áthaladó 70 cső összeköti az égési levegőt szolgáltató 72 forrást az 58 égövei. A 75 forrásból jövő tüzelőanyag áthalad a 68 hőcserélőn. A felmelegített tüzelőanyag, ill. gáz a 10 redukáló kemencébe a 82 és 84 csöveken, valamint a 26 bevezetőcsonkon jut be. Az 52 reformer csöveket elhagyó gáz első, rendszerint nagyobb része a forró redukáló gázt bevezető 22 csőcsonkhoz jut, a forró reformált redukáló gáz a 87 és 90 csöveken áramlik keresztül. A forró gáz másik, általában kisebb részét az 52 reformáló csövekből a 92 csövön és a 94 szelepen keresztül vezetjük, majd a gáz összekeveredik a felmelegített tüzelőanyaggal a 84 csőben. Ez a keverék alkotja a forró előredukáló gázt, amit a 10 redukáló kemencébe a 26 bevezetőcsonkon keresztül vezetünk be. A tüzelőanyagként felhasználásra kerülő gáz hőmérsékletének legalább 600 °C körül kell lenni. 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 szerinti berendezésben tehát a ként tartalmazó gázt, például kokszolókemence-gázt, földgázt vagy torokgázt a reformált gázzal lehet összekeverni és így egy redukáló gázkeveréket nyerünk. Ez a keverék kerül a 10 redukáló kemencébe. Ehhez 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 azután viszonylag könnyen el lehet távolítani. Vizsgálataink során felfedeztük, hogy a tiofén és egyéb szerves kénvegyületek eltávolíthatók a gázokból, ha hidrogén jelenlétében 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 ilyen 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 gázkeveréket 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 berendezés működésének szemléltetésére olyan példát mutatunk 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 egylépesben 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 forró gáz 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 részű vonaltól a 28 bevezető celláig és 6 órán át a 24 bevezető celláig. A sülylyedés során a közvetlen redukció utolsó szakasza a 24 és a 28 bevezető cellák közötti zónában van. Az elöredukáló 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 mutatta, hogy az előredukáló gázt alkotó kokszolókemence-gázban lévő metán nem krakkolódik jelentős mértékben a 800 °C hőmérsékletű előredukálö 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 torokgáz tisztítására szolgáló 34 gázmosó berendezésben a vízgőz legnagyobb része kondenzálódik a torokgázból. A 34 gázmosó berendezésből kilépő víztele5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
