MX2008010017A - Metodo y dispositivo para la coquificacion de carbon de alta volatilidad - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un método para la coquificación de carbón, en particular carbón con alta volatilidad o volatilidad alterna, en plantas de coquificación que comprende cámaras de coque, de conformidad con el método sin recuperación o el método de recuperación de calor;la invención también se refiere a un dispositivo, que puede utilizarse para llevar a cabo dicho método simplemente, a medida que el sobrecalentamiento del horno de coquificación se evite mediante la inyección de vapor de agua;si se utiliza una batería de hornos de coquificación, el método descrito puede llevarse a cabo independientemente del numero de dichos hornos.

Description

METODO Y DISPOSITIVO PARA LA COQUIFICACION DE CARBON DE ALTA VOLATILIDAD MEMORIA DESCRIPTIVA Esta invención se refiere a un método para la coquificación de carbón, en particular carbón con un alto contenido o contenido variado de materia volátil, en plantas de elaboración de coque con cámaras coquificantes utilizando el procedimiento sin recuperación o el procedimiento de recuperación de calor, y además a un dispositivo requerido para implementar este procedimiento por un método muy simple para evitar que el horno de coque se sobrecaliente al suministrar vapor de agua. El método mencionado en esta solicitud es independiente del número de hornos de coque utilizados, siempre que el último forme una batería. Para elaboración de coque, la cámara coquificante precalentada del horno de coque se llena con un lecho de carbón y se cierra después de esto. Dicho lecho de carbón puede consistir en una carga de carbón a granel o una carga de carbón compactado, troquelado. El calentamiento del carbón provoca la volatilización de la materia volátil contenida en el carbón, es decir, principalmente hidrocarburos. El calor además obtenido en la cámara coquificante de hornos de coque sin recuperación y hornos de coque de recuperación de calor se genera exclusivamente por combustión de los constituyentes de carbón volátil liberados que se volatilizan sucesivamente mediante el procedimiento de calentamiento de avance. De conformidad con la tecnología de la técnica anterior, la combustión se controla para asegurar que parte del gas liberado que también se denota como gas crudo se queme en la cámara coquificante directamente por arriba de la carga de carbón. El aire de combustión requerido para este propósito se aspira a través de los puertos de abertura en las puertas del horno de coque y techo del horno. Esta etapa de combustión también se denota como la primera etapa de aire o etapa de aire primaria. Generalmente, la etapa de aire primaria no conduce a una combustión completa. El calor liberado durante la combustión vuelve a calentar el lecho de carbón, con una capa de ceniza que se forma en su superficie después de un corto periodo. Esta capa de ceniza proporciona una exclusión de aire, evitando así la quema del lecho de carbón en el transcurso adicional del procedimiento de elaboración de coque. Debido a la radiación de calor desde arriba a través de la capa de ceniza en desarrollo, parte del calor liberado durante la combustión se transfiere a la carga de carbón. Otra parte del calor generado se transfiere, predominantemente por la conducción de calor a través de paredes del horno de coque de ladrillos, en el lecho de carbón. Un mero calentamiento del lecho de carbón desde la parte superior, aplicando únicamente una etapa de aire individual, sin embargo, puede conducir a tiempos de coquificación no económicamente prolongados.

Por lo tanto, el gas crudo que se quema parcialmente en la etapa de aire primaria, se quema en otra etapa, suministrando así calor al lecho de carbón desde la parte inferior o desde el lado. Existen dos tecnologías particularmente conocidas de la técnica anterior: E.U.A. 4,124,450 en conjunto con las patentes E.U.A. 4,045,299 y E.U.A. 3,912,597 del mismo inventor, que describen cómo pasar la mezcla caliente de gas de desecho de combustión y quemar parcialmente el gas crudo en canales por debajo de la cámara coquificante en donde puede disipar parte de este calor al enladrillado ubicado por debajo del lecho de carbón y transferir esta energía térmica mediante conducción de calor al carbón. Una combustión posterior en una cámara de combustión recuperativamente operada dispuesta entre las paredes laterales de la cámara coquificante se lleva a cabo en el transcurso de flujo adicional. Debido a la conducción térmica, el calor generado ahí se transfiere lateralmente por medio de las paredes del horno de coque al lecho de carbón, reduciendo así el tiempo de coquificación sustancialmente. Dicha etapa de combustión también se denota como la segunda etapa de aire o etapa de aire secundaria. La otra tecnología de la técnica anterior suministra el gas parcialmente quemado en la etapa primaria por medio de canales ubicados en las paredes del horno de coque y también se denota como "tubo vertical de bajada" a los conductos de caldeo en la solera de ladrillo del horno por debajo de la cámara coquificante en donde suficiente aire de combustión se aspira continuamente para lograr la combustión completa. Como resultado de lo mismo, la carga de carbón se suministra con calor tanto directamente por radiación de calor desde la parte superior como indirectamente por conducción de calor desde la parte inferior, incrementando así la velocidad de coquificación y la velocidad de producción del horno sustancialmente. De acuerdo con el estado anterior de la técnica en la tecnología, los gases de combustión que se desprenden como resultado de la combustión de dos etapas en el horno de coque pasan subsecuentemente a través de los canales de gas de combustión situados fuera del horno de coque hacia la chimenea y pueden ser evacuados en la atmósfera, como en el procedimiento sin recuperación, o, en el caso del procedimiento de recuperación de calor, pueden pasarse sobre, por ejemplo, otra unidad de planta para generar vapor. Resulta problemático que la liberación de los constituyentes de carbón volátil no procedan uniformemente a través del tiempo de coquificación. Al inicio de la elaboración de coque, una caída en la temperatura ambiente del horno de coque debe ser registrada. Esta es provocada por el procedimiento de carga del carbón, ya que el carbón se carga a temperatura ambiente en la cámara de homo de coque caliente. Subsecuentemente le sigue una fase de liberación violenta de gas de alto valor calorífico. Este suministro instantáneo de calor en el horno de coque puede absorberse mediante el carbón y los materiales de construcción del horno de coque a una velocidad limitada únicamente. Por lo tanto, la temperatura en la cámara del horno de coque se eleva en el transcurso del procedimiento de elaboración de coque, y si la mezcla de carbón de carga tiene un alto contenido de materia volátil, esto puede conducir a exceder las temperaturas de aplicación límite de materiales de construcción ¡mplementados del horno de coque o canales de gas de combustión y unidades de planta ubicadas además corriente abajo. En el transcurso adicional del tiempo de coquificacion, la liberación de los constituyentes de carbón volátil se vuelve incrementadamente débil. De acuerdo con el estado anterior de la técnica en la tecnología, la temperatura en un horno de coque únicamente se controla y regula en el procedimiento al controlar y regular el flujo volumétrico del aire primario y secundario. Esto tiene el inconveniente de que un efecto en la reacción de la elaboración de coque por sí misma se toma así, ya que el oxígeno contenido en el aire primario y secundario actúa como un socio de reacción y debido a su presencia sobre-estequiométrica o sub-estequiométrica conduce a diferentes etapas de combustión. Para evitar dicho problemas y asegurar una generación de calor más uniforme y una calidad de coque posible, una mezcla de carbón de varios constituyentes de carbón individuales se cargan en el horno de coque. La mezcla de carbón se ajusta convencionalmente para limitar al contenido de materia volátil por un cierto valor máximo. Ya que una porción sustancial de los recursos de carbón disponibles a nivel mundial no satisface este criterio, la disponibilidad de carbón adecuado para este procedimiento de elaboración de coque se restringe por este enfoque, conduciendo a inconvenientes económicos.

Por lo tanto, ahora, es el objetivo de la invención proporcionar un método mejorado que no represente restricciones para el carbón con respecto a su contenido de materia volátil, conduciendo a una reducción en la cantidad de óxidos nítricos en gas de combustión, y conservando el material del horno de coque sin provocar alguna interrupción en la velocidad de producción de coque específica. Esta invención logra este objetivo como se define en la reivindicación principal al aplicar un método para producir coque en una cámara coquificante del tipo de sin recuperación o del tipo de recuperación de calor, en donde: • la cámara coquificante se carga con un lecho de carbón en donde el carbón se calienta subsecuentemente, proporcionando así una volatilización de constituyentes de carbón volátil del carbón, • estos constituyentes de carbón volátil se oxidan parcialmente por medio de aire suministrado (aire primario), • estas corrientes de mezcla de gas a través de los canales de gas de combustión en la solera de ladrillo del horno de coque, en donde • los canales se disponen en las paredes laterales de la cámara coquificante y · los constituyentes de carbón volátil sin quemar se queman en la solera de ladrillo del horno de coque, en donde • tanto la cámara coquificante como la solera de ladrillo del horno de coque tienen instalaciones para restringir el suministro de aire, con la temperatura medida y el vapor de agua introducido en el horno de coque para enfriamiento, si se requiere. Una modalidad útil de esta invención proporciona la medición de la temperatura en la cámara coquificante e introduce vapor de agua para enfriamiento, si se requiere, en el espacio de gas de la cámara coquificante, es decir, por arriba de la torta de coque. En otra variante útil, se introduce vapor de agua, si se requiere, en los canales de gas de combustión para enfriar la solera de ladrillo del horno de coque. Este método también puede optimizarse al aplicar estas dos variantes conjuntamente. El método que presenta esta invención se aplica para asegurar mediante el control de la alimentación del vapor de agua que la temperatura máxima a la que se exponen los materiales de construcción del horno de coque no exceda los 1400°C. En el método que presenta esta invención, el vapor de agua tiene una presión elevada a la cual se suministra en la cámara coquificante y/o canalizaciones de gas de combustión. Además, el método puede además mejorarse al utilizar vapor de agua relativamente frío, cuya temperatura se encuentre a una escala de 150°C a 300°C. Aunque las temperaturas de vapor bajas son importantes para permitir la mejor absorción de energía posible y una emisión de energía desde el horno de coque, se ha vuelto evidente que el vapor de agua no debe ser introducido con un impulso demasiado elevado en la cámara coquificante, ya que de otra manera la capa de ceniza que se forma por arriba de la torta de coque o carga de coque se desgasta. Esta capa de ceniza sirve como una función protectora importante para la sustancia valiosa ya que evita la quema del carbón y/o coque en el horno de coque. Una mejora reside en introducir vapor de agua conjuntamente con aire primario y aire secundario, respectivamente, haciendo posible disminuir el número de puertos de abertura en la estructura de construcción del horno de coque. Esta invención también abarca un horno de coque para aplicar este método en una de las modalidades descritas, proporcionando puertos de abertura en el horno de coque en la pared del horno de coque o canales de gas de combustión a través de los cuales puede introducirse el vapor de agua. Una mejora del horno de coque reside en que una línea de vapor central conduce a estos puertos de abertura y en que varios hornos de coque se conectan entre sí. En una variante mejorada de este horno de coque, los dispositivos de medición diseñados para variar el volumen requerido de vapor de agua se instalan corriente arriba de estos puertos de abertura o en las líneas, y estos dispositivos de medición a su vez se conectan por medio de líneas de control a una computadora del procedimiento. No se requiere introducir este vapor de agua a través de todo el tiempo de coquificacion de una carga de carbón. Es principalmente necesario introducir vapor de agua al inicio de y durante la fase de calentamiento. Cuando se alcanza una temperatura ambiente crítica del horno de coque, el método descrito anteriormente en la presente se aplica de manera exitosa para lograr una restricción moderada. Ya que la temperatura del horno de coque puede mantenerse muy precisamente a un nivel inocuo aunque alto al introducir vapor de agua, y ya que el vapor de agua se comporta en una manera inerte en el horno de coque o en las etapas del procedimiento además corriente abajo, se acelera el procedimiento de coquificación como un todo. Otra ventaja reside en que particularmente los carbonos considerados inferiores, en vista de su contenido especialmente elevado de materia volátil, pueden utilizarse de manera útil como aceleradores de carbonización y en que las etapas de procedimiento corriente arriba para mezclar diferentes cargas de carbón pueden omitirse. Otra modalidad de este método se proporciona para introducir vapor de agua en todo momento de tal manera que los materiales de construcción del horno de coque nunca se expongan a una temperatura superior a 1400°C. En la práctica, esto puede lograrse, por ejemplo, al instalar puntos de medición de temperatura en aquellos lugares de la estructura de enladrillado en donde se espera que se acumule empíricamente más calor y al proporcionar puertos de abertura para introducir vapor de agua en estas áreas también. En un procedimiento de modelo experimental, se proporciona un horno de coque de recuperación de calor con cinco puertos de abertura que permiten introducir vapor de agua en la cámara coquificante. Además, todos los canales de gas de combustión que conectan la cámara coquificante con la solera de ladrillo del horno de coque también se proporcionan con puertos de abertura que permiten introducir vapor de agua en la solera de ladrillo del horno de coque. Las líneas de vapor conectadas con una línea de vapor principal central y acomodando un dispositivo de medición como también un elemento de control cada una se encuentra en todos estos puertos de abertura. Los instrumentos de medición de temperatura se dispusieron en el techo de la cámara coquificante y en el conducto de gas crudo principal que transporta el gas crudo desde la solera de ladrillo del horno de coque a la chimenea. Los valores de temperatura medidos se transmitieron a una computadora del procedimiento que a su vez activa los dispositivos de medición. Cargadas en este procedimiento experimental se encuentran las -cargas de carbón que tienen diferentes porciones elevadas de constituyentes ligeramente volátiles que en un horno de coque convencional puede conducir al sobrecalentamiento de y daño al material refractario. Esto se manejó para controlar el procedimiento y el horno de coque en todo momento de tal manera que se evitara cualquier daño al material del horno de coque o pérdida de sustancias valiosas.

Claims (10)

NOVEDAD DE LA INVENCION REIVINDICACIONES

1.- Un método para la producción de coque en una cámara coquificante del "tipo sin recuperación" o del "tipo de recuperación de calor", en donde: la cámara coquificante se carga con un lecho de carbón, el carbón se calienta y los constituyentes de carbón volátil se volatilizan desde la carga de carbón, estos constituyentes de carbón volátil se oxidan parcialmente por medio de aire suministrado (aire primario), estos constituyentes de carbón volátil y gases pasan a través de los canales de gas de combustión en la solera de ladrillo del horno de coque, en donde estos canales se disponen en las paredes laterales de la cámara coquificante y los constituyentes de carbón volátil, sin quemar se queman en la solera de ladrillo del horno de coque, en donde tanto la cámara coquificante como la solera de ladrillo del horno de coque tienen instalaciones que restringen el suministro de aire caracterizado porque la temperatura se mide, y el vapor de agua se introduce para enfriamiento, si se requiere.

2.- El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la temperatura se mide en la cámara coquificante, y el vapor de agua se introduce en el espacio de gas de la cámara coquificante para enfriamiento, si se requiere.

3.- El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el vapor de agua se introduce en los canales de gas de combustión para enfriamiento de la solera de ladrillo del horno de coque, si se requiere.

4.- El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 anteriores, caracterizado además porque la alimentación de vapor de agua se controla en todo momento de tal manera que la temperatura máxima a la que se exponen los materiales de construcción del horno de coque no exceda los 1400°C.

5.- El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 anteriores, caracterizado además porque el vapor de agua se introduce a una presión elevada.

6. - El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 anteriores, caracterizado además porque el vapor de agua tiene una temperatura de 150 °C a 300°C.

7. - El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 anteriores, caracterizado además porque el vapor de agua se suministra como mezclas de vapor de agua/aire.

8. - Un dispositivo para aplicar el método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los puertos de entrada que permiten introducir vapor de agua o mezcla de vapor de agua/ aire se proporcionan en la pared del horno de coque o canales de gas de combustión.

9. - Un dispositivo para aplicar el método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la línea de vapor central conduce a los hornos de coque, en donde las ramificaciones de la línea de vapor central conducen a los puertos de abertura.

10. - El dispositivo de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado además porque el dispositivo de medición y el elemento de control para variar el volumen de aire de combustión requerido durante todo el tiempo de coquificación se proporcionan en los puertos de abertura.