2016.05.09《ज्ञान प्रसार» कोक चिमनी से प्राप्त गैस, ब्लास्ट फर्नेस से प्राप्त गैस, कन्वर्टर फर्नेस से प्राप्त गैस

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1. ब्लास्ट फर्नेस गैस – उच्च दबाव वाले पंपों की मदद से हवा भेजी जाती है, एवं थर्मल फर्नेस में गर्म करने के बाद यह हवा ब्लास्ट फर्नेस में प्रवेश करती है। यह गर्म हवा एवं कोक, ईंधन के रूप में कार्य करते हैं; इससे कार्बन डाइऑक्साइड एवं कार्बन मोनोऑक्साइड उत्पन्न होते हैं। कार्बन डाइऑक्साइड, गर्म कोक के संपर्क में आकर कार्बन मोनोऑक्साइड उत्पन्न करता है। कार्बन मोनोऑक्साइड, ऊपर उठते समय लौह अयस्क में मौजूद लोहे के तत्वों को अपचयित कर देता है, जिससे कच्चा लोहा बनता है। यही लोहा निर्माण की रासायनिक प्रक्रिया है। लोहे का तरल पदार्थ थोड़ी देर के लिए भट्ठी के नीचे ही रहता है; बाद में इसे नियमित अंतराल पर निकालकर सीधे इस्पात बनाने या इन इस समय, ब्लास्ट फर्नेस की गैस में बड़ी मात्रा में अतिरिक्त कार्बन मोनोऑक्साइड भी होता है। यही मिश्रित गैस ही ब्लास्ट फर्नेस गैस कहलाती है। प्रति टन लोहा निर्माण होने पर 2100-2200 घन मीटर का ब्लास्ट फर्नेस गैस उत्पन्न होता है। यह गैस, जिसमें ज्वलनशील कार्बन मोनोऑक्साइड होता है, एक कम ऊष्मा-मूल्य वाला ईंधन है। इसका उपयोग धातु-विज्ञान संबंधी उद्योगों में आंतरिक ईंधन के रूप में किया जा सकता है; जैसे कि गर्म इस्पात को गर्म करने, इस्पात के घटकों को पहले से गर्म करने आदि हेतु। इसे नागरिक उपयोग हेतु भी उपलब्ध कराया जा सकता है। यदि इसमें कोक ओवन गैस मिला दी जाए, तो इसे “मिश्रित गैस” कहा जाता है; ऐसा करने से इसकी ऊष्मा-मूल्यता बढ़ जाती है। ब्लास्ट फर्नेस गैस, इस्पात निर्माण की प्रक्रिया में उत्पन्न होने वाला एक उप-उत्पाद है। इसके मुख्य घटक हैं – CO, CO2, N2, H2, CH4 आदि। इनमें से ज्वलनशील घटक CO की मात्रा लगभग 25% होती है; जबकि H2 एवं CH4 की मात्रा बहुत कम होती है। CO2 एवं N2 की मात्रा क्रमशः 15% एवं 55% होती है। इसकी ऊष्मा मान 3500 KJ/m3 ही होता है। ब्लास्ट फर्नेस गैस की संरचना एवं ऊष्मा मूल्य, ब्लास्ट फर्नेस में उपयोग होने वाले ईंधन, निर्मित होने वाले लोहे की गुणवत्ता एवं धातु निर्माण की प्रक्रिया पर निर्भर है। आधुनिक लोहा निर्माण प्रक्रियाओं में बड़ी क्षमता वाले उपकरणों, उच्च तापमान, उच्च निर्माण दक्षता एवं अधिक मात्रा में कोयले के उपयोग का उपयोग किया जाता है। ऐसी उन्नत उत्पादन प्रक्रियाओं से श्रम दक्षता में वृद्धि होती है एवं ऊर्जा खपत कम होती है; लेकिन इससे उत्पन्न होने वाली ब्लास्ट फर्नेस गैस का ऊष्मा मूल्य कम हो जाता है, जिससे इसका उपयोग करना कठिन हो जाता है। ब्लास्ट फर्नेस गैस में मौजूद CO2 एवं N2, न तो दहन की प्रक्रिया में ऊष्मा उत्पन्न करने में सहायक होते हैं, और न ही दहन को बढ़ावा देते हैं। इसके विपरीत, ये दहन की प्रक्रिया में उत्पन्न होने वाली बड़ी मात्रा में ऊष्मा को अवशोषित कर लेते हैं; जिसके कारण ब्लास्ट फर्नेस गैस का सैद्धांतिक दहन तापमान कम रह जाता है। ब्लास्ट फर्नेस गैस का दहन-बिंदु बहुत अधिक नहीं होता; ऐसा लगता है कि दहन में कोई बाधा ही नहीं है। लेकिन वास्तविक दहन प्रक्रिया में, विभिन्न कारकों के कारण मिश्रित गैस का तापमान दहन-बिंदु से कहीं अधिक होना आवश्यक है, ताकि दहन स्थिर रह सके। ब्लास्ट फर्नेस गैस का सैद्धांतिक दहन तापमान कम होता है; दहन प्रक्रिया में बड़ी मात्रा में ब्लास्ट फर्नेस गैस शामिल होती है, जिसके कारण मिश्रित गैस का तापमान धीरे-धीरे ही बढ़ता है। इस कारण तापमान कम रहता है, एवं दहन प्रक्रिया स्थिर नहीं रह पाती। दहन अभिक्रिया होने हेतु एक अन्य आवश्यक शर्त यह है कि गैसीय अणुओं के बीच प्रभावी टक्करें हो सकें; अर्थात्, ऐसी ऊर्जा होनी आवश्यक है जिससे अणुओं के बीच ऑक्सीकरण अभिक्रियाएँ हो सकें। C02 एवं N2 की अधिक मात्रा के कारण अणुओं के बीच प्रभावी टक्करें होने की संभावना कम हो जाती है, जिसके परिणामस्वरूप दहन की गति धीमी हो जाती है, एवं दहन अस्थिर हो जाता है। ब्लास्ट फर्नेस गैस में बड़ी मात्रा में CO2 एवं N2 होता है; दहन प्रक्रिया में ये तत्व लगभग कोई रासायनिक अभिक्रिया में भाग नहीं लेते, और लगभग समान मात्रा में ही दहन से उत्पन्न धुएँ में चले जाते हैं। ब्लास्ट फर्नेस गैस के दहन से उत्पन्न धुए़े की मात्रा, कोयले के दहन से उत्पन्न धुए़े की तुलना में कहीं अधिक होती है। ----------------------------------------------------- द्वितीय, कन्वर्टर गैस – इस्पात निर्माण की प्रक्रिया में, लोहे के तरल में मौजूद कार्बन, उच्च तापमान पर आंतरिक रूप से उपस्थित ऑक्सीजन के साथ मिलकर कार्बन मोनोऑक्साइड एवं थोड़ी मात्रा में कार्बन डाइऑक्साइड वाली गैस बनाता है। पुनर्प्राप्त किए गए टॉप-ब्लोड ऑक्सीजन ब्लास्ट फर्नेस की गैस में 60–80% कार्बन मोनोऑक्साइड, 15–20% कार्बन डाइऑक्साइड, तथा नाइट्रोजन, हाइड्रोजन एवं स्वल्प मात्रा में ऑक्सीजन होती है। एक धातु-निर्माण प्रक्रिया के दौरान कोक गैस का उत्पादन समान नहीं रहता, एवं इसकी संरचना में भी परिवर्तन होता रहता है (चित्र देखें)। आमतौर पर, कन्वर्टर में होने वाली बार-बार की प्रक्रियाओं से प्राप्त होने वाली गैस को एक गैस संग्रहण टैंक में इकट्ठा किया जाता है; उसके बाद उसे मिश्रित करके उपभोक्ताओं तक पहुँचाया ज जब कन्वर्टर गैस भट्ठी के मुंह से बाहर निकलती है, तो उसका तापमान 1450–1500℃ तक होता है; साथ ही इसमें बड़ी मात्रा में आयरन ऑक्साइड का कण भी होता है। इस गैस को उपयोग में लाने हेतु इसका तापमान कम करना एवं इसमें मौजूद धूल को हटाना आवश्यक है। शुद्धिकरण के दो प्रकार हैं – आर्द्र विधि एवं शुष्क विधि। ①वेट प्यूरिफिकेशन सिस्टम की सामान्य प्रक्रिया इस प्रकार है: कोयले से उत्पन्न गैस, कन्वर्टर से बाहर आने के बाद, वाष्पीकरण शीतलक के माध्यम से 800–1000℃ तक ठंडी की जाती है। इसके बाद यह गैस क्रमशः प्रथम वेन्टुरी ट्यूब, प्रथम डिहाइड्रेटर, द्वितीय वेन्टुरी ट्यूब एवं द्वितीय डिहाइड्रेटर से होकर गुजरती है। वेन्टुरी ट्यूबों के मुहाने पर धोने हेतु पानी छिड़का जाता है; इससे गैस का तापमान लगभग 35℃ तक गिर जाता है, एवं गैस में मौजूद धूल की मात्रा लगभग 100 मिलीग्राम/मीटर³ तक कम हो जाती है। फिर, वेंटिलेशन यंत्र की मदद से शुद्ध हुआ गैस को गैस संग्रहण टैंक में भेजा जाता है। वेट प्रक्रिया दुनिया भर में काफी सामान्य है; प्रति टन इस्पात से 60–80 घन मीटर गैस प्राप्त की जा सकती है। इस गैस का औसत ऊष्मा मूल्य लगभग 2000–2200 किलोकैलोरी/घन मीटर होता है। ②संयुक्त राज्य अमेरिका एवं पश्चिम जर्मनी जैसे देशों में कुछ कारखानों में शुष्क-विद्युत धूल-निवारण प्रणाली का उपयोग किया ज गैस का तापमान, शीतलन चैम्बरों में 1000℃ तक घटाया जाता है; इसके बाद वाष्पीकरण शीतलन टॉवरों के द्वारा इसका तापमान 200℃ तक और घटाया जाता है। इसके बाद ड्राई इलेक्ट्रिक डस्ट कलेक्टरों के द्वारा धूल हटाई जाती है। इस प्रक्रिया के बाद गैस में धूल की मात्रा 50 मिलीग्राम/घन मीटर से कम रह जाती है। अंत में, यह शुद्ध गैस पंपों के द्वारा गैस संग्रहण टैंकों में भेजी जाती है ड्राई सिस्टम में निवेश, वेट सिस्टम की तुलना में लगभग 12–15% अधिक होता है। ； लेकिन अपशिष्ट जल के शोधन हेतु कोई सुविधाओं की आवश्यकता नहीं है; ऊर्जा की खपत भी कम होती है। हालाँकि, गैस एवं हवा के मिलने से विस्फोटक गैसें बनने से बचने हेतु उचित उपाय किए जरूरी हैं। कन्वर्टर गैस, इस्पात उद्योगों में उपयोग होने वाला एक मध्यम ऊष्मा-मान वाला गैसीय ईंधन है। इसका उपयोग औद्योगिक भट्टियों में ईंधन के रूप में अकेले भी किया जा सकता है; साथ ही, इसे कोक फर्नेस गैस, ब्लास्ट फर्नेस गैस, एवं थर्मल रिएक्टर गैस के साथ मिलाकर विभिन्न ऊष्मा-मान वाली मिश्रित गैसें भी बनाई जा सकती हैं। कन्वर्टर गैस में बड़ी मात्रा में कार्बन मोनोऑक्साइड होता है, जो अत्यंत विषैला होता है। इसके भंडारण, परिवहन एवं उपयोग के दौरान लीकेज से बचना आवश्यक है। --------------------------------------------------- तीन, कोक भट्ठी गैस – कोक भट्ठी गैस, वह ज्वलनशील गैस है जो कई प्रकार के कोयलों को मिलाकर बनाया जाता है। इसे कोक निर्माण हेतु उपयोग में लाया जाता है; कोक भट्ठी में उच्च तापमान पर इसे सुखाने के बाद कोक एवं टार जैसे उत्पाद प्राप्त होते हैं, और यही गैस कोक निर्माण की प्रक्रिया में प्राप्त होने वाला एक उप-उत्पाद है। इसका उपयोग मुख्य रूप से ईंधन एवं रासायनिक कच्चे माल प्रति टन कोक निर्माण हेतु 300-320 घन मीटर कोक फर्नेस गैस उत्पन्न होती है। कोक भट्टी से प्राप्त गैस मुख्य रूप से हाइड्रोजन एवं मीथेन से बनी होती है; इनका अनुपात क्रमशः 56% एवं 27% होता है। इसमें थोड़ी मात्रा में कार्बन मोनोऑक्साइड, कार्बन डाइऑक्साइड, नाइट्रोजन, ऑक्सीजन एवं अन्य हाइड्रोकार्बन भी होते हैं। ； इसका कम ऊष्मा मान 18250 किलोजूल/न्यूटन·मीटर³ है; घनत्व 0.4–0.5 किलोग्राम/न्यूटन·मीटर³ है, एवं गति 25×10⁻⁶ मीटर²/सेकंड है। कोक भट्ठी एवं ड्रम-कूलिंग सिस्टम के प्रवाह-चित्रों के अनुसार, कोक भट्ठी से निकलने वाली गैस, वहाँ पहुँचने से पहले ही बड़ी मात्रा में तरल रूप में परिवर्तित हो जाती है। साथ ही, गैस में मौजूद कोयले का कण एवं कोक के कण भी अलग कर लिए जाते हैं; गैस में मौजूद जल-घुलनशील घटक भी अमोनिया घोल में घुल जाते हैं। टार, अमोनिया पानी, साथ ही धूल एवं टार के अवशेष भी मशीनी टार-अमोनिया अलगाव टैंक में जाते हैं। अलग होने के बाद, अमोनिया वाष्प का पुनः उपयोग किया जाता है; टार को केंद्रीय संस्थानों में प्रसंस्कृत किया जाता है। टार के अवशेषों को कोयले में मिलाकर पुनः उपयोग में लाया जा सकता है। गैस को प्रारंभिक शीतलक में डालकर प्रत्यक्ष या अप्रत्यक्ष रूप से सामान्य तापमान तक ठंडा किया जाता है; इस प्रक्रिया में गैस में मौजूद जल एवं टार और अधिक हट जाते हैं। कूलर से निकलने के बाद, गैस में मौजूद टार को यांत्रिक उपकरणों की मदद से हटा दिया जाता है; इसके बाद यह गैस फैन में जाकर लगभग 19600 पास्कल (2000 मिमी पानी का दबाव) तक दबाई जाती है। भविष्य में गैस संशोधन प्रक्रियाओं पर कोई प्रभाव न पड़े, जैसे कि सल्फर अमोनियम का रंग बदलना, डीसल्फराइजेशन तरल का पुराना हो जाना आदि, इसलिए गैस को इलेक्ट्रिक कोक टार कलेक्टर से गुजारकर उसमें मौजूद अवशिष्ट टार को हटा दिया जाता है। नेप्थलीन के, कम तापमान पर गैस से क्रिस्टलीकृत होकर अलग होने को रोकने हेतु, गैस के डीसल्फराइजेशन टॉवर में जाने से पहले एक “नेप्थलीन वॉशिंग टॉवर” लगाया जाता है; ताकि तेल के द्वारा नेप्थलीन को अवशोष डीसल्फराइजेशन टॉवर में, डीसल्फराइजिंग एजेंट का उपयोग करके गैस में मौजूद हाइड्रोजन सल्फाइड को अवशोषित किया जाता है; इसी प्रक्रिया में गैस में मौजूद हाइड्रोजन साइनाइड भी अवशो गैस में मौजूद अमोनिया, अमोनिया अवशोषण टॉवर में पानी या जल-घोल द्वारा अवशोषित हो जाता है; इससे तरल अमोनिया या सल्फर अमोनियम बन जब गैस अमोनिया-अवशोषण टॉवर से गुजरती है, तो सल्फ्यूरिक एसिड द्वारा अमोनिया के अवशोषण की प्रक्रिया ऊष्मा-उत्पन्न करने वाली होती है; इस कारण गैस का तापमान बढ़ जाता है। कच्चे बेंजीन के अवशोषण की प्रक्रिया पर कोई प्रभाव न पड़े, इसलिए गैस को अंतिम शीतलन टॉवर में भेजकर उसका तापमान कम किया जाता है। इसके बाद गैस को धोने हेतु विशेष तेल का उपयोग किया जाता है; इस तेल द्वारा गैस में मौजूद बेंजीन, टोलुइन, डाइटोलुइन, साइक्लोपेंटाडाइइन जैसे कम घुलनशीलता वाले हाइड्रोकार्बन, तथा स्टाइरीन, नेफेलीन जैसे उच्च घुलनशीलता वाले पदार्थ अवशोषित हो जाते हैं। इसी समय, कार्बनिक सल्फाइड भी हटा दिए जाते हैं। 1. गैस सुरक्षा संबंधी बुनियादी ज्ञान
1.1 गैस के गुण
1.1.1 गैस के घटक
आम तौर पर, “गैस” से तात्पर्य कृत्रिम गैस से होता है; इसमें कई प्रकार के गैसीय घटक होते हैं, एवं यह एक ज्वलनशील मिश्रण है। चूँकि गैस उत्पादन हेतु आवश्यक कच्चे माल एवं गैस उत्पादन/पुनर्प्राप्ति की विधियाँ अलग-अलग होती हैं, इसलिए विभिन्न प्रकार की गैसों के घटक एवं उनका प्रतिशत भी अलग-अलग होता है। सामान्य रूप से पाई जाने वाली गैसों में कोक ओवन गैस, थर्मोकेमिकल फर्नेस गैस, कंटिन्यूअस वर्टिकल कार्बनाइजेशन फर्नेस गैस, ब्लास्ट फर्नेस गैस, एवं कन्वर्टर फर्नेस गैस आदि शामिल हैं। सामान्य गैसों के घटक तालिका 1-1 में दिए गए हैं। 1.1.2 कोयला गैस के भौतिक-रासायनिक गुण
(1) कोक ओवन से प्राप्त गैस: शुद्धिकृत कोक ओवन गैस एक रंहीन, बदबूदार, विषाक्त, आसानी से जलने वाली एवं विस्फोटक गैस है। इसका घनत्व 0.3623 है; ऊष्मा मान 16800–18900 किलोजूल/मी³ है। इसका दहन तापमान 550–650°C है, जबकि विस्फोट होने की सीमा 4.5%–35.8% है। सैद्धांतिक दहन तापमान लगभग 2150°C है। कोक भट्टी से प्राप्त गैस में CO की मात्रा, बुनियादी भट्टी से प्राप्त गैस की तुलना में अधिक होती है; लेकिन इससे भी विषाक्तता की समस्याएँ हो सकती हैं। (2) ब्लास्ट फर्नेस गैस – ब्लास्ट फर्नेस गैस एक रंगहीन, गंधहीन, विषाक्त, ज्वलनशील एवं विस्फोटक गैस है। इसका घनत्व 0.9-1.1 है; इसकी ऊष्मा मान 3349-4187 किलोजूल/मी³ है। इसका सैद्धांतिक दहन तापमान लगभग 1500°C है, जबकि आग लगने का तापमान लगभग 730°C है। इसका विस्फोटकता सीमा 30.8%-89.5% है। इसमें N2 एवं CO2 की मात्रा लगभग 70% होती है। कम ऑक्सीजन सांद्रता के कारण यह व्यक्ति को सांस लेने में कठिनाई एवं दम घुटने की समस्या पैदा कर सकती है। (3) कन्वर्टर गैस – कन्वर्टर गैस की संरचना, रिफाइनिंग प्रक्रिया के दौरान अलग-अलग समयों पर भिन्न होती है; इसका संबंध रिकवरी उपकरणों एवं ऑपरेशन की परिस्थितियों से भी है। कन्वर्टर गैस, रंगहीन, गंधहीन, विषाक्त, ज्वलनशील एवं विस्फोटक गैस है। इसकी ऊष्मा मान 6800-10000 किलोजूल/मी³ है; इसका दहन तापमान 530°C है, जबकि विस्फोट होने की सीमा 18.2%-83.2% है। कन्वर्टर गैस का सैद्धांतिक दहन तापमान, ब्लास्ट फर्नेस गैस की तुलना में अधिक होता है।