BRPI0716868A2 - Forno de coque - Google Patents

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "FORNO DE COQUE".

A presente invenção refere-se a um forno de coque de constru- ção horizontal (do tipo de não recuperação/de recuperação de calor) consis- tindo em pelo menos uma câmara de coqueificação, tubos de descida verti- cais dispostos lateralmente, bem como condutos de passagem de gases de fundo dispostos horizontalmente e se estendendo abaixo da câmara de co- queificação para reaquecimento indireto da referida câmara de coqueifica- ção, onde um ou mais elementos de aquecimento são dispostos no espaço livre do forno, o qual, na operação pretendida do forno de coque, não é des- tinado a ser preenchido com matéria sólida.

Os fornos de coque de construção horizontal são conhecidos a partir da técnica anterior na tecnologia, e eles estão em uso freqüente. Os exemplos desses fornos de coque são descritos na Patente U.S. Ns 4.111.757, Patente U.S. Nq 4.344.820, Patente U.S. N5 6.596.128 B2 ou na DE 691 06 312T2.

São conhecidas a partir da técnica anterior na tecnologia diferen- tes abordagens projetadas para acelerarem o tempo de coqueificação de carvão e para garantia de um avanço uniforme de carbonização de carvão na carga de carvão ou no bolo de carvão estampado.

A abordagem fortemente seguida aqui foi melhorar o direciona- mento do gás no espaço do forno. Na DE 10 2005 055483, é proposto auto- matizar a alimentação de ar a qual é realizada através das portas do forno e controlá-la dependendo do tempo de coqueificação através de um aciona- mento central. Embora uma boa capacidade de controle seja obtida dessa forma, ainda existe o problema de suprimento da profundidade do espaço do forno uniformemente com ar de combustão, sem se aumentar desnecessari- amente a queima na área próxima da porta do forno em demasia.

A DE 10 2005 025955 propõe uma alimentação múltipla de ar de combustão, o que é realizado através de um sistema de distribuição que é disposto principalmente no topo do forno. Através deste sistema de distribui- ção, o ar de combustão é conduzido a partir de cima através do topo do for- no através de muitas aberturas no espaço do forno. Este sistema de alimen- tação de gás de combustão representa um melhoramento notável em rela- ção a uma introdução central de ar de combustão através de aberturas na porta do forno. Ali ainda há uma demanda, contudo, de um melhoramento adicional no direcionamento do gás no forno de coque e para redução do tempo de coqueificação, desse modo se melhorando a eficiência econômica deste método.

Esta tarefa é resolvida pelo forno de coque de construção hori- zontal (do tipo de não recuperação/de recuperação de calor), conforme defi- nido na reivindicação principal. Este forno de coque consiste em pelo menos uma câmara de coqueificação, tubos de descida verticais dispostos lateral- mente, bem como condutos de passagem de gases de fundo dispostos hori- zontalmente e se estendendo abaixo da câmara de coqueificação para rea- quecimento indireto da referida câmara de coqueificação, onde um ou mais elementos de aquecimento são dispostos no espaço livre do forno, o qual, na operação pretendida do forno de coque, não é destinado a ser preenchi- do com matéria sólida.

Os elementos de aquecimento podem ter qualquer forma e são idealmente conformados como nervuras penduradas ou paredes pendura- das, as quais podem ser adicionalmente melhoradas para terem aberturas ou uma estrutura parcialmente aberta.

A princípio, os elementos de aquecimento podem ser presos em qualquer tipo na câmara de forno. De modo ideal, os elementos de aqueci- mento terciários são pendurados de forma destacável em mantenedores a- dequados, com estes mantenedores sendo montados na parede e/ou no topo da câmara de coqueificação. Por um lado, tem-se a vantagem de os elementos de aquecimento terciários poderem ser retirados mais facilmente, quando um trabalho for para ser feito em uma câmara de forno de coque, e, por outro lado, é evitado desta maneira que processos de expansão sejam transferidos para a estrutura de tijolos do forno.

Uma outra variante melhorada do forno de coque está na adap- tação do direcionamento de gás para o posicionamento dos elementos de aquecimento. Assim, quando a câmara de coqueificação é dividida no senti- do de seção pelos elementos de aquecimento, pelo menos um conduto prin- cipal de alimentador de ar é passado em cada uma dessas seções e um ou dois tubos de descida verticais são passados para fora de cada uma destas seções.

Uma variante melhorada do forno de coque está no fato de que pelo menos parte das paredes internas da câmara de coqueificação e/ou parte das superfícies dos elementos de aquecimento é configurada como superfícies de aquecimento secundárias pelo revestimento delas com um revestimento de alta emissão (HEB), com o grau de emissão deste revesti- mento de alta emissão sendo igual a ou maior do que 0,9.

Este HEB preferencialmente consiste nas substâncias de Cr2O3 ou Fe2O3 ou de uma mistura contendo estas substâncias, com a porção de Fe2O3 totalizando pelo menos 25% em peso em uma mistura e com a porção de Cr2O3 totalizando pelo menos 20% em peso em uma mistura. Alternati- vamente, o HEB também pode conter SiC com uma porção de pelo menos 20% em peso.

Em uma variante melhorada deste forno de coque, o HEB con- tém, mais ainda, um ou mais agentes de aglutinação inorgânicos. Foi desco- berto que os constituintes do HEB devem ter um tamanho de grão especial, o qual é menor do que ou igual a 15 μιτι e o qual, de modo ideal, varia entre 2,5 e 10 μη-ι.

Por meio do HEB, a situação de radiação no espaço de forno de coque é substancialmente melhorada e o processo rápido de coqueificação do topo para o fundo é adicionalmente acelerado.

O forno de coque pode ser adicionalmente melhorado pelo re- vestimento das paredes de canais de gás de combustão se estendendo ho- rizontalmente abaixo da câmara de coqueificação parcial ou inteiramente com HEB em qualquer uma das composições de material, conforme descrito aqui acima, desse modo melhorando o transporte de calor indireto através do piso da câmara de forno de coque.

Também é coberto pela presente invenção um método para a produção de coque pela implementação do forno de coque descrito aqui a- cima, utilizando-se uma das modalidades. Em geral, uma grande quantidade de fornos de coque descritos então é operada mais ou menos em paralelo.

De acordo com uma variante particularmente adequada do mé- todo, é provido que a temperatura na câmara de coqueificação durante o processo de coqueificação idealmente totalize de 1.000 a 1.400-C em mé- dia. Esta temperatura também pode ser excedida por um período de tempo curto.

A figura 1 mostra o forno de coque inventivo em uma vista em corte. O forno de coque 1 consiste em um topo de forno 2, paredes de forno 3 e um piso de forno 4, os quais envolvem o espaço de forno 5. O conduto principal de alimentador de ar 6 representado em linhas tracejadas leva ao espaço de forno 5. A carga de carvão 7 fica sobre o piso de forno 4 e os ca- nais de gás de combustão 8 se estendem abaixo do piso de forno 4. Tam- bém é mostrado o conduto principal de alimentador de ar 10 provido na base de forno 9, o qual permite a condução de ar para os canais de gás de com- bustão8.

Através de tubos de descida verticais 11, os quais se estendem nas paredes de forno 3 a partir do espaço livre de forno do espaço de forno 5 até os canais de gás de combustão horizontais 8 abaixo do piso de forno 4, os gases se desenvolvendo durante uma carbonização de carvão podem ser descarregados.

As superfícies internas do espaço de forno 5 são providas com um HEB que consiste em Cr2O3, Fe2O3 e SiC em porções iguais. Este HEB das paredes internas, desse modo se tornando superfícies de aquecimento secundárias, não foi mostrado adicionalmente aqui. Mais ainda, os elemen- tos de aquecimento 12, superfícies de aquecimento terciárias, são montados no espaço de forno 5 verticalmente e paralelos a cada outro, os quais, em geral, preenchem a seção transversal livre acima da carga de carvão 7, e os quais também são revestidos com este HEB. Os elementos de aquecimento 12 são montados nos elementos mantenedores 13, os quais no caso mos- trado aqui têm um formato de ancoragens de parede e de teto. No exemplo mostrado aqui, uma folga circunferencial pequena 14 é deixada entre as su- perfícies de parede interna do espaço de forno 5, a carga de carvão 7 e a borda externa de elemento de aquecimento 12, de modo a se permitir uma convecção horizontal no espaço de forno 5 e para se evitarem danos ao ma- terial, devido a diferenças no comportamento de expansão das partes estru- turais.

A figura 2 mostra o forno de coque 1 inventivo em uma outra vis- ta em corte. Os símbolos de referência da figura 1 se aplicam de forma aná- loga. O que pode ser visto claramente é a divisão do espaço de forno 5 atra- vés dos elementos de aquecimento 12 em seis seções, com o conduto prin- cipal de alimentador de ar 6 levando a cada seção, e onde o gás pode deixar o espaço de forno 5 de novo através de aberturas 15 e dos canais de gás de combustão 8, bem como dos tubos de descida 11. A introdução de ar de combustão nas seções de forno as quais são adjacentes à porta de forno 16 é realizada através do conduto principal de alimentador de ar 6, o qual é provido na porta de forno 16 apropriadamente. Os elementos de aquecimen- to 12 são montados nos elementos mantenedores 13, os quais são providos no topo de forno 2 e na parede de forno 3 para esta finalidade.

Em uma vista em corte, a figura 3 representa uma suspensão especial para os elementos de aquecimento 12, mostrando a seção do forno de coque 1 a qual fica adjacente à porta de forno 16. O elemento de aque- cimento 12 pendurado no espaço de forno 5 é espaçado da carga de carvão 7 com uma folga 14. O elemento de aquecimento 12 é preso através de um ou de vários elementos de manutenção no topo de forno 2. Este elemento de manutenção compreende principalmente uma placa de topo 17, uma barra de tração 18 e uma placa de fundo 19. A barra de tração 18 é conectada através de uma abertura de topo 20 e é mantida pela placa de topo 17, a qual simultaneamente fecha a abertura de topo 20 inteiramente. Mais ainda, a barra de tração é guiada a partir do topo até o fundo através do elemento de aquecimento 12 e/ou embutida no referido elemento de aquecimento. O peso principal do elemento de aquecimento 12 se apoia sobre a placa de fundo 19 do elemento mantenedor preso à extremidade de fundo da barra de tração 18.

Por meio desta divisão do forno de coque em várias seções com um direcionamento de gás no sentido de seção e por meio da homogeneiza- ção de radiação através dos elementos de aquecimento, foi conseguido re- duzir o tempo de coqueificação e minimizar as perdas de produto na área próxima de portas de forno.

Listagem de Referência

1 Forno de coque 2 Topo de forno 3 Parede de forno 4 Piso de forno 5 Espaço de forno 6 Conduto principal de alimentador de ar 7 Carga de carvão 8 Canal de gás de combustão 9 Base de forno 10 Conduto principal de alimentador de ar 11 Tubo de descida vertical 12 Elemento de aquecimento 13 Elemento mantenedor 14 Folga 15 Abertura 16 Porta de forno 17 Placa de topo 18 Barra de tração 19 Placa de fundo 20 Abertura de topo

Claims (12)

1. Forno de coque de construção horizontal (do tipo de não re- cuperação/de recuperação de calor) consistindo em pelo menos uma câma- ra de coqueificação, tubos de descida verticais dispostos lateralmente, bem como condutos de passagem de gases de fundo dispostos horizontalmente e se estendendo abaixo da câmara de coqueificação para reaquecimento indireto da referida câmara de coqueificação, caracterizado pelo fato de um ou mais elementos de aquecimento serem dispostos no espaço livre do for- no, o qual, na operação pretendida do forno de coque, não é destinado a ser preenchido com matéria sólida.

2. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de os elementos de aquecimento terem qualquer forma e serem idealmente conformados como nervuras penduradas ou paredes pendura- das, e pelo fato de os referidos elementos de aquecimento terciários pode- rem ter aberturas ou uma estrutura parcialmente aberta.

3. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de os elementos de aquecimento terciários po- derem ser pendurados de forma destacável em mantenedores adequados, com estes mantenedores sendo montados na parede e/ou no tropo da câ- mara de coqueificação.

4. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de com uma divisão no sentido de seção da câ- mara de coqueificação pelos elementos de aquecimento pelo menos um conduto principal de alimentador de ar levar a cada uma destas seções e um ou dois tubos de descida verticais levarem para fora de cada uma destas seções.

5. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 4, caracterizado pelo fato de pelo menos uma parte das paredes in- ternas da câmara de coqueificação e/ou parte das superfícies dos elementos de aquecimento ser configurada como superfícies de aquecimento secundá- rias pelo revestimento delas com um revestimento de alta emissão (HEB), com o grau de emissão deste revestimento de alta emissão sendo igual a ou maior do que 0,9.

6. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de o HEB consistir nas substâncias Cr2O3 e Fe2O3 ou em uma mis- tura contendo estas substâncias, com a porção de Fe2O3 totalizando pelo menos 25% em peso em uma mistura e com a porção de Cr2O3 totalizando pelo menos 20% em peso em uma mistura.

7. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 ou 6, caracterizado pelo fato de o HEB conter, mais ainda, SiC com uma porção de pelo menos 20% em peso.

8. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes 5 a 7, caracterizado pelo fato de o HEB conter, mais ainda, um ou mais agentes de aglutinação inorgânicos.

9. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 5 a 8, caracterizado pelo fato de o tamanho de grão dos constituintes de HEB ser menor do que ou igual a 15 μιτι e, de modo ideal, variar entre 2,5 e10 pm.

10. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 5 a 9, caracterizado pelo fato de as paredes dos canais de gás de com- bustão que-se estendem horizontalmente abaixo da câmara de coqueifica- ção serem parcial ou inteiramente revestidas com HEB em qualquer uma das composições de material, conforme descrito aqui acima.

11. Método para a produção de coque pela utilização de um ou mais fornos de coque de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 10.

12. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de uma carbonização de carvão ser realizada em uma temperatura ambiente de forno média de 1.000 a 1.400°C.