कार्बाइड सामग्री का उपयोग कोयला-रसायन उद्योग में प्रयोग होने वाले गैसीकरण भट्टियों की जल-शीतलन द

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कार्बाइड सामग्री का उपयोग कोयला-रसायन उद्योग में प्रयोग होने वाले गैसीकरण भट्टियों की जल-शीतलन दीवारों में – सार； लेख में गैसीकरण भट्टियों की जल-शीतलित दीवारों संबंधी जानकारी एवं उनकी विशेष ； कोयले की राख के पिघलने का बिंदु, चिपचिपाहट, भट्ठी का तापमान, राख की मात्रा, एवं अग्निरोधक सामग्रियों के पानी-शीतलित दीवारों पर जमने वाली राख पर पड़ने वाले प्रभावों का विश्लेषण किया गय Cr2O3 को शामिल करने से, सिलिकॉन कार्बाइड सामग्री की जल-शीतलित दीवारों पर कोयले के अवशेषों द्वारा होने वाली क्षय-प्रक्रिया के खिलाफ प्रतिरोधक क्षमता में वृद्धि होती है। CHC-3 नमी-निवारक के उपयोग से सुखाने में लगने वाला समय कम हो जाता है, एवं सुखाने हेतु आवश्यक तापमान भी कम हो जाता है। SiC-Al2O3-Cr2O3 युक्त मिश्रण, वॉटर-कूल्ड वॉलों पर स्लैग जमने में मदद करता है; इस प्रकार यह स्लैग की सुरक्षा में सहायक होता है। कोयला-रसायन उद्योग, कोयले का स्वच्छ एवं कुशल तरीके से उपयोग करने हेतु एक महत्वपूर्ण माध्यम है। इसमें उच्च तापमान एवं दबाव वाली रासायनिक प्रक्रियाओं के द्वारा कार्बनयुक्त कच्चे माल को CO एवं H2 में परिवर्तित किया जाता है। इसका उपयोग अमोनिया, मेथनॉल, कोयले से हाइड्रोजन उत्पादन, एवं ऊर्जा उत्पादन जैसे क्षेत्रों में किया जाता है। गैसीकरण प्रक्रिया में गैसीकरण उपकरण ही महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। एक ऐसा वाष्पीकरण यंत्र, जिसमें उच्च तापमान एवं उच्च दबाव की स्थितियों में रासायनिक अभिक वाष्पीकरण भट्टियों के 10 से अधिक प्रकार हैं; कच्चे माल की स्थिति के आधार पर इन्हें दो श्रेणियों में विभाजित किया ； पाउडर कोयला गैसीकरण यंत्र एवं वॉटर कोयला स्लरी गैसीकरण यंत्र गैसीकरण भट्टियों की आंतरिक संरचना के आधार पर, इन्हें डेक्साको जैसी कंपनियों द्वारा उपयोग में आने वाली अग्निरोधक ईंटों से बनी संरचनाओं, एवं शेल जैसी कंपनियों द्वारा उपयोग में आने वाली जल-शीतलित दीवारों वाली संरचनाओं में विभाजित किया जा सकता है। शेल, टेक्साको – 1. गैसीकरण भट्टियों में पानी से ठंडा किए जाने वाली दीवारों की विशेषताएँ ； कोयले का पाउडर एवं ऑक्सीजन, गैसीकरण भट्टी के दहन कक्ष में आपस में अभिक्रिया करते हैं; तापमान लगभग 1400℃ से 1600℃ के बीच होता है, जबकि संचालन दबाव लगभग 4.0 MPa होता है। गैसीकरण भट्टी की जल-शीतलन दीवारें तीन भागों में विभाजित होती हैं – मुख्य जल-शीतलन दीवार, ऊपरी सर्पिल, एवं अवशेष निकासी हेतु प्रयोग में आने वाला सर वॉटर कूलिंग वॉल की आंतरिक परत। वॉटर कूलिंग वॉल एवं कोल्डिंग चैंबर, उच्च ताप सहन करने वाले कम-मिश्र धातु वाले स्ट वॉटर कूलिंग वॉल की आग की ओर वाली सतह पर ऊष्मा-प्रतिरोधी स्टील के कीलें लगी हैं, एवं 20 मिमी मोटी सिलिकॉन कार्बाइड की परत भी लगी है, जो सुरक्षा हेतु सिलिकॉन कार्बाइड एवं बाद में बनने वाली ठोस अवस्था की परतों के कारण, वॉटर कूलिंग वॉल में मौजूद पानी का तापमान लगभग 270°C होता है। वॉटर कूलिंग वॉल में पानी की नलियों की व्यवस्था के 2 तरीके हैं। ； ट्यूबलर ； जैसे कि शेल Sehll के चार-नोजल वाले उपकरण; सिंथेटिक गैस ऊपर की ओर बहकर बाहर निकलती है। ； सर्पिलाकार आकृति वाला अंतरिक्ष भट्ठी – एक ही नोजल है; सिंथेटिक गैस नीचे की ओर निकलती है। वॉटर कूलिंग वॉल में पूरी तरह से सील्ड ऊर्ध्वाधर ट्यूबों (कॉइलों) का उपयोग किया गया है। इसके कारण दीवार का तापमान, फर्नेस की आंतरिक संरचना की तुलना में लगभग 110°C कम होता है। वॉटर कूलिंग वॉल, मूल नॉन-स्टिक ईंटों से बनी दीवारों से निकलने वाली गर्मी को भाप में बदल देती है; इस कारण गैसीकरण फर्नेस की दक्षता अधिक होती है। भट्ठी की दीवारों का तापमान, वॉटर-कूल्ड वॉलों के तापमान से अधिक नहीं होता; इसलिए भट्ठी की दीवारों के तापमान संबंधी कोई समस वॉटर-कूल्ड वॉल वाले गैसीकरण भट्ठियों की तुलना में, इन्सुलेटिंग ईंटों से बनी भट्ठियों में निवेश कम होता है; इनकी उपयोग अवधि अधिक होती है, रखरखाव लागत कम होती है। भट्ठी को गर्म करने में केवल 5 दिनों का समय ही लगता है; इसलिए ऐसी भट्ठियों से आर्थिक लाभ भी अ पिछले कुछ वर्षों में, कई घरेलू निर्मित जल-शीतलित अंतरिक्ष भट्टियाँ, जैसे 2जी तियानजिन भट्टी एवं SE-2 डोंगफांग भट्टी, धीरे-धीरे उत्पादन में आकर संचालन हेतु तैयार हो गईं। वॉटर-कूल्ड वॉल वाले गैसीकरण भट्ठी का सरल चित ； एचटीएल अंतरिक्ष भट्टियों में “कोइल-आधारित मेम्ब्रेन-प्रकार की जल-शीतलन दीवार” संरचना का उपयोग किया जाता है; जबकि “ईस्टर्न भट्टियों” में “ऊर्ध्वाधर पाइप-आधारित मेम्ब्रेन-प्रकार की जल-शीतलन दीवार” संरचना का उपयोग किया जाता है।
2. जल-शीतलन दीवार पर अवशेष जमने के कारक: गैसीकरण भट्टियों में, सामान्य उत्पादन प्रक्रिया के दौरान कोयले का चूर्ण, ऑक्सीजन एवं भाप को ज्वलन कक्ष में उच्च गति से फेंका जाता है। ऐसे में उत्पन्न होने वाली धाराओं के कारण तीव्र अशांति उत्पन्न होती है, जिससे गैसीकरण प्रक्रिया ठीक से हो पाती है। त्वरित दहन के परिणामस्वरूप उत्पन्न होने वाला गला हुआ तरल राख, फ्यूजन नोज़ से उत्पन्न होने वाली घूर्णन धाराओं के कारण वॉटर-कूल्ड वॉल की सतह पर जाता है; वहाँ वॉटर-कूल्ड वॉल में मौजूद पानी के कारण यह ठोस हो जाता है, एवं अग्निरोधक सामग्री की सतह पर चिपककर मूल राख-परत का निर्माण करता है। भट्ठी के तापमान एवं शीतलन जल के प्रभाव से, अवशेषों की सतह लगातार सख्त होती जाती है एवं मोटी हो जाती है; या फिर पिघलकर पतली हो जाती है। शुरुआत में अवशेषों की मोटाई बढ़ती है, जिससे ऊष्मा-प्रतिरोध भी बढ़ जाता है। इसके परिणामस्वरूप वॉटर-कूलिंग वॉलों की शीतलन क्षमता धीरे-धीरे कम हो जाती है। जब गैसीकरण भट्टी के अंदर स्लैग परत स्थिर संतुलन में आ जाती है, तो वॉटर-कूल्ड वॉल पर मौजूद स्लैग परत को तीन भागों में विभाजित किया जा सकता है – प्रवाही परत, संक्रमणकालीन परत, एवं स्थिर परत। गैसीकरण अभिक्रिया के दौरान, प्रवाही स्तर एवं संक्रमणकालीन स्तर लगातार बदलते रहते हैं। अवशेषों की मोटाई, गैसीकरण भट्ठी के सुरक्षित संचालन से सीधे संबंधित है। कोयले की राख का गलनांक, चिपचिपाहट, भट्ठी का तापमान, ऑक्सीजन एवं कोयले का अनुपात, तथा अग्निरोधक सामग्रियों के गुण, राख जमने की प्रक्रिया पर बहुत ही प्रभाव डालते हैं। 2.1, गलनांक: उच्च तापमान एवं दबाव की स्थितियों में, कोयले के कणों से एक हिस्सा CO एवं H2 में परिवर्तित हो जाता है, जबकि दूसरा हिस्सा राख में बदलकर स्लैग बन जाता है। कोयले की राख का पिघलनांक एवं चिपचिपाहट, मुख्य रूप से कोयले की राख की संरचना पर निर्भर है। कोयले की राख में सिलिकेट, सल्फेट एवं विभिन्न धातु ऑक्साइडों के मिश्रण होते हैं; इनमें मुख्य रूप से SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO, K2O, Na2O, TiO2, SO3 आदि शामिल हैं। सामान्य मान नीचे दिए गए हैं। परियोजना: Al2O3, SiO2, Fe2O3, CaO, MgO, K2O, Na2O
संरचना (%): 13–21, 30–45, 7–11, 3–15, 2–4, 1–3, 2–9
संयुक्त गलनांक (°C): K2O-Na2O के लिए 800–1000। SiO2-Fe2O3-CaO-Al2O3, 1200 SiO2-CaO, 1544. SiO2-Fe2O3-CaO, 1204. CaO-SiO2-Al2O3, 1553 SiO2 में Al2O3 की मात्रा जितनी अधिक होती है, उतना ही इसका ग्रे-पिघलनांक अधिक होता है। Fe2O3, CaO, MgO, K2O, Na2O की मात्रा जितनी अधिक होती है, राख का गलनांक उतना ही कम होता है, एवं इसका चिपचिपापन भी कम होता है। यह अवशेषों के जमने में बाधा डालता है। कोयले की राख का गलनांक 1150–1350℃ के बीच होना उचित है। 2.2 संचालन तापमान ； गैसीकरण भट्टी के दहन कक्ष का तापमान, नोजल में ऑक्सीजन एवं कोयले के अनुपात से सीधे प्रभावित होता है; इसका प्रभाव वॉटर-कूल्ड वॉलों पर पड़ने वाले तापभार, कार्बन के रूपांतरण दर, एवं ठंडी गैसों की दक्षता आदि पर भी पड़ता है। जैसे-जैसे ऑक्सीजन एवं कोयले का अनुपात बढ़ता है, 1550℃ से अधिक तापमान वाले क्षेत्रों में गैसीकरण भट्टी की वॉटर-कूल्ड दीवारों पर लगने वाला तापीय भार, कम तापमान वाले क्षेत्रों की तुलना में काफी अधिक हो जाता है। इसके कारण उच्च तापमान वाले क्षेत्रों में स्थित वॉटर-कूल्ड दीवारों पर लगे पिनों एवं SiC सामग्री को होने वाला नुकसान और भी बढ़ जाता है। अतः, मुख्य बर्नर में ऑक्सीजन एवं कोयले के अनुपात का नियंत्रण, वॉटर कूलिंग वॉल की सुरक्षा हेतु अत्यंत महत्वपूर्ण है। ②ऑक्सीजन-कोयले का अनुपात कम होने के कारण, गैसीकरण प्रक्रिया का तापमान भी कम रहता है; इस कारण दहन पूर्ण रूप से नहीं हो पाता। अपचयित कोयले के कण एवं फ्लाई ऐश, गैस के साथ मिलकर वॉटर-कूल्ड वॉलों पर घर्षण एवं क्षरण पैदा करते हैं। इस कारण वॉटर-कूल्ड वॉलों का ऊष्मा संचरण गुणांक कम हो जाता है, और कभी-कभी तो वे नष्ट भी हो जाती हैं। 2.3, राख: यदि कोयले में राख की मात्रा बहुत कम हो, तो गैसीकरण भट्टी में ऊष्मा की हानि अधिक होती है; इससे भट्टी की दीवारों की सुरक्षा प्रभावित होती है, एवं राख जमने की संभावना भी कम हो जाती है। ऐसी स्थिति में गैसीकरण भट्टी का जीवनकाल प्रभावित होता है। वहीं, यदि राख की मात्रा बहुत अधिक हो, तो कार्बन की सतह पर राख जम जाती है; इससे गैसीकरण एजेंट एवं कार्बन के बीच संपर्क का क्षेत्रफल कम हो जाता है, जिससे गैसीकरण की दक्षता कम हो जाती है। साथ ही, राख के कारण भट्टी के आंतरिक घटकों पर अधिक क्षरण होता है। कोयले में राख की मात्रा 12% से 25% के बीच होना सबसे उपयुक्त है। 2.4 जल-शीतलन दीवारों पर उपयोग होने वाली अग्निरोधक सामग्री एवं थक्कों के बीच होने वाली अभिक्रिया, जल-शीतलन दीवारों पर थक्कों के जमने पर पड़ने वाले प्रभाव। भट्ठी शुरू होने के समय, थक्के सीधे ही जल-शीतलन दीवारों की अग्निरोधक सतह पर चिपक जाते हैं जब उपकरण सामान्य रूप से कार्य कर रहा होता है, तो भट्ठी के तापमान, कोयले की गुणवत्ता आदि कारकों के कारण थक्के की चिपचिपाहट कम हो जाती है। इससे गैसीकरण भट्ठी की वॉटर-कूल्ड दीवारें पतली हो जाती हैं, एवं तरल थक्के ठीक से चिपक नहीं पाते। ऐसी स्थिति में राख/थक्के, वॉटर-कूल्ड दीवारों की सतह पर मौजूद अग्निरोधक सामग्रियों को क्षतिग्रस्त कर देते हैं। इसके अलावा, थक्के, वॉटर-कूल्ड दीवारों पर मौजूद नखों एवं सिलिकॉन कार्बाइड सामग्रियों को भी क्षतिग्रस्त कर देते हैं। तापमान बढ़ने के साथ, अलग-अलग ऑक्साइडों का स्लैग में घुलने की मात्रा भी बढ़ जाती है। समान तापमान पर, Cr2O3 की कोयला-स्लैग में घुलनशीलता सबसे कम होती है। इस प्रकार, सामग्री की एकता बनी रहती है। ； स्लैग, Cr203 सामग्री को ठीक से चिपकने में बाधा पहुँचाता है; इस कारण Cr203 का विकास धीमा हो जाता है। स्लैग में घुलना ； Cr203 सामग्री के गंदगी में घुलने से गंदगी का चिपचिपापन बढ़ जाता है; इसके अलावा, सामग्री की सतह पर एक समान सुरक्षात्मक परत भी बन जाती है। यह परत सामग्री में मौजूद छिद्रों को बंद कर देती है, जिससे गंदगी का सामग्री में प्रवेश रुक जाता है। कोयले में मौजूद सल्फर एक हानिकारक पदार्थ है; उच्च तापमान पर H2S जैसे पदार्थ बनते हैं, जो स्लैग की चिपचिपाहट को कम कर देते हैं। 1170℃ पर Fe एवं SO2 मिलकर कम संयोजन बिंदु वाले पदार्थ बनाते हैं, जो ऊष्मा-प्रतिरोधी स्टील के घटकों एवं वॉटर-कूल्ड वॉल्स को गंभीर रूप से क्षतिग्रस्त कर देते हैं। स्लैग की मोटाई कम हो जाती है; इसके कारण स्लैग, वॉटर कूलिंग वॉल के नखों एवं अग्निरोधक सामग्रियों के सीधे संपर्क में आ जाता है, जिससे गंभीर क्षय होता है। इससे इसका उपयोगी जीवनकाल कम हो जाता है। कोयले के अवशेषों में विभिन्न ऑक्साइडों एवं SiC की आयतन-क्षय दरें निम्नलिखित हैं: ； आयतन-क्षय दर (%):
Cao, SiO2: 100, 90
SiC, Al2O3: 75, 60
Cr2O3: 30, 15
0

तापमान: 1350℃, 1400℃, 1450℃, 1500℃, 1550℃, 1600℃, 1650℃, 1700℃; समय: 3 घंटे।
चित्र से पता चलता है कि Cao, SiO2, SiC, Al2O3, Cr2O3 की कोयले-अवशेषों के कारण होने वाले क्षय के प्रति प्रतिरोधक क्षमता कम है। कोयला-स्लैग में Cr203 की घुलनशीलता सबसे कम होती है, एवं इसकी चिपचिपाहट भी कम होती है; इस कारण कोयला-स्लैग में Cr203 का घुलना धीमा हो जाता है। Cr203 सामग्री के कोयले के अवशेषों में घुलने से उन अवशेषों का चिपचिपापन बढ़ जाता है। इसके अलावा, इस सामग्री की सतह पर एक समान सुरक्षात्मक परत भी बन जाती है; जिससे सामग्री के छिद्र बंद हो जाते हैं, एवं अवशेषों का सामग्री में प्रवेश रोका जा सकता है। Cr203 में स्वयं ही अवक्षेपों के कारण होने वाले क्षरण के विरुद्ध उत्कृष्ट प्रतिरोधक क्षमता होती है। वॉटर-कूल्ड वॉल की अग्निरोधक सामग्री में Cr203 मिलाने से, थर्मल स्लैग के कारण होने वाले क्षरण का प्रतिरोध काफी हद तक बढ़ गया। जल-शीतलन दीवारों पर टिकाऊ आवरण लगाने का उद्देश्य, जल-शीतलन दीवारों के आवरण को कोयले के अवशेषों से होने वाले क्षरण एवं क्षति से बचाना, ऊष्मा उत्पादन में वृद्धि करना, एवं दीवारों की सतह पर मौजूद अवशेषों के प्रवाह को सुगम बनाना है। इसके लिए जल-शीतलन दीवारों की सतह पर 14 मिमी से 25 मिमी मोटा टिकाऊ आवरण लगाया जाता है। ताकि चूल्हे के अंदर की गर्मी पाइपों के माध्यम से बाहर निकाली जा सके, इसके लिए टिकाऊ आवरण में उच्च ऊष्मा-चालकता होना आवश्यक है; साथ ही, अपचयकारी वातावरण में ऐसे आवरण को कोयले के कणों से होने वाले नुकसान से भी बचना होता है। वुहान विज्ञान एवं प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय तथा सीनोपेट्रोलियम की आनकिंग शाखा के विशेषज्ञों की सहायता से, विदेशी उन्नत तकनीकों का उपयोग करके SiC-Al2O3-Cr2O3 यौगिकों से बना कार्बाइड सामग्री विकसित की गई। कार्बाइड यौगिकों में सहसंयोजक बंधन होते हैं; इस कारण ऐसे यौगिकों में रासायनिक स्थिरता, उच्च तापमान सहन करने की क्षमता, घिसावे के प्रति प्रतिरोध, एवं जंग-प्रतिरोध जैसे गुण होते हैं। कार्बाइड में उच्च ऊष्मा-चालकता होती है; 500℃ पर यह 64.4 W/(m·K) होती है। इस कारण यह सामग्री वॉटर-कूल्ड वॉल में मौजूद अवशेषों से उत्पन्न ऊष्मा को तेजी से वॉटर-कूल्ड वॉल तक पहुँचाने में सहायक है। Al2O3 का उच्च तापमान पर मुख्य क्रिस्टलीय रूप α-Al2O3 (कोरंडम) होता है। घनत्व 3.9 ग्राम/सेमी³, अग्निप्रतिरोधकता 2250℃। मोस सख्ती स्तर: 9.0। उच्च घर्षण-प्रतिरोधक, जंग-प्रतिरोधी Cr2O3 में α-Al2O3 जैसी क्रिस्टल संरचना होती है; इसका गलनांक 2435℃ है। यह अम्लों एवं क्षारों के प्रति बहुत ही स्थिर होता है, एवं Al2O3, SiO2 जैसे ऑक्साइडों के साथ मिलकर ठोस मिश्रण बना सकता है। थर्मल स्लैग की चिपचिपाहट में वृद्धि होने से, स्लैग के प्रवेश को प्रभावी ढंग से रोका जा सकता है। गैसीकरण भट्टियों में उपयोग होने वाला कार्बाइड सामग्री, उच्च शुद्धता वाले, बड़े कणों वाले कार्बाइड, कॉरंडम, क्रोमियम-कॉरंडम के अति-सूक्ष्म पाउडर, एल्यूमिनियम-क्रोमियम फॉस्फेट जैसे बाइंडरों, एवं अन्य घटकों को विशेष परिस्थितियों में मिलाकर तैयार की जाती है। यह एक कठोर प्रकार का मिश्रण है; यह हवा में ही सख्त हो जाता है। इसकी मजबूती, कोलॉइडल बाइंडरों के 35℃ से 240℃ के तापमान पर जल खोकर संघनित होने, एवं रासायनिक अभिक्रिया के कारण ही उत्पन्न होती है; साथ ही, सिलिकॉन कार्बाइड, कॉरंडम एवं सूक्ष्म कणों के साथ भी इसका रासायनिक संयोजन होता है। एल्यूमिनियम क्रोमियम फॉस्फेट, उच्च तापमान वाले ऑक्साइडों का सूक्ष्म पाउडर, कॉरंडम, क्रोम-कॉरंडम, नैनो-स्तरीय Cr2O3 आदि जैसी अग्निरोधक सामग्रियाँ, 1100℃ से 1450℃ के तापमान पर सिरेमिक बंधन बनाकर बहुक्रिस्टलीय संयुग्मित रूप बनाती हैं। उच्च तापमान पर, नैनो-स्तरीय क्रोमियम ऑक्साइड एवं एल्यूमिनियम ऑक्साइड के कण मिलकर एक ठोस घुलनशील पदार्थ बन लाइनिंग की क्षय-प्रतिरोधक एवं स्थायित्व-संबंधी क्षमताओं में सुधार हुआ ह वॉटर कूलिंग वॉल की अग्निरोधक परतों में, SiO2 की मात्रा को कम करना आवश्यक है। अग्निरोधक सामग्री में मौजूद SiO2, चाहे वह मुक्त अवस्था में हो या बंधी हुई अवस्था में, गैसीकरण भट्टी में मौजूद हाइड्रोजन के साथ अभिक्रिया करता है; इससे गैसीय उत्पाद बनते हैं जो अग्निरोधक सामग्री से बाहर निकल जाते हैं। इससे अग्निरोधक सामग्री की मूल संरचना नष्ट हो जाती है, जिससे उसकी मजबूती कम हो जाती है, एवं अग्निरोधक परतों का नष्ट होना तेज हो जाता है। रासायनिक अभिक्रिया का समीकरण इस प्रकार है:
SiO2 (s) + H2 (g) → H2O(g) + SiO(g)

4. उत्पादों के गुण
4.1 GSJ-75 एवं आयातित उत्पादों के गुण तालिका 1 में दिए गए हैं। ； (फर्नेस की आंतरिक सतहों हेतु उपयुक्त)
तालिका 1: विशेषताएँ – GSJ-75, SiC75 P (आयातित)
आयतन घनत्व, g/cm³: 110℃×24 घंटे पर 2.60, 2.55; 1100℃×3 घंटे पर 2.54 –
संपीड़न शक्ति, MPa: 110℃×24 घंटे पर 85; 1100℃×3 घंटे पर 82, 54.4
झुकाव-प्रतिरोधक शक्ति, MPa: 110℃×24 घंटे पर 15.6; 1100℃×3 घंटे पर 15.0 –
जलने के बाद लंबाई में परिवर्तन, %: 1100℃×3 घंटे पर -0.2, -0.2
ऊष्मा-संचालन गुणांक, W/m·K: औसत तापमान 1000℃ पर 6.502, औसत तापमान 500℃ पर 3.85
घिसाव-प्रतिरोधकता, cc: 1100℃ पर 5.1, 6.5
रासायनिक संरचना, %: Al2O3+Cr2O3 – 21.31 ≤ 26; Fe2O3 – 0.30 ≤ 0.2; SiC – 74.22 ≥ 70, 4.2
GSJ-85 एवं आयातित सामग्रियों की विशेषताएँ तालिका 2 में दी गई हैं। ； (दीवारों की सुरक्षा हेतु, एवं तरल पदार्थों के लिए उपयोग में आने वाली सामग्री हेतु)
तालिका 2: उत्पाद GSJ-85 RGB F85LC (आयातित)
आयतन घनत्व, g/cm³: 110℃×24 घंटे – 2.65, 2.6; 1100℃×3 घंटे – 2.58
संपीडन शक्ति, MPa: 110℃×24 घंटे – 95; 1100℃×3 घंटे – 97; ≥80
मोड़ने की शक्ति, MPa: 110℃×24 घंटे – 17.1; 1100℃×3 घंटे – 17.6
जलने के बाद लंबाई में परिवर्तन, %: 1100℃×3 घंटे – -0.3, -0.2
ऊष्मा संचरण गुणांक, W/m·K: औसत तापमान 1000℃ पर – 6.731; औसत तापमान 500℃ पर – 3.85
घिसावे का प्रतिरोध, cc: 1100℃ पर – 4.3
रासायनिक संरचना, %: Al2O3+Cr2O3 – 10.1; Fe2O3 – 0.1 (≤0.1); SiC – 85 (≥84); 4.3
CAJ-3.1RC, AA-22S जैसी उच्च घिसावे-प्रतिरोधी सामग्रियों के गुणों के लिए तालिका 3 देखें। ； (गैस पाइपलाइनों के लिए उपयुक्त)
तालिका 3: विवरण – CAJ-3.1, RC AA-22S
आयतन घनत्व, g/cm³: 110℃×24 घंटे में 3100; 1100℃×3 घंटे में 3050; 400℃ पर 2500
दबाव-प्रतिरोधक क्षमता, MPa: 110℃×24 घंटे में 90.0; 1100℃×3 घंटे में 113.0; 800℃ पर 60 से अधिक
मोड़-प्रतिरोधक क्षमता, MPa: 110℃×24 घंटे में 115.0; 1100℃×3 घंटे में 12.0
जलने के बाद रेखाओं में होने वाला परिवर्तन, %: 1100℃×3 घंटे में 11.0
ऊष्मा-संचरण गुणांक, W/m·K: औसत तापमान 1000℃ पर -0.20
घिसाव-प्रतिरोधक क्षमता, cc: 1100℃ पर 2.5; <6.5
रासायनिक संरचना, %: Al2O3 – 84.1; Fe2O3 – 0.1; Cr2O3 – 10.5
5. उपयोग की विधि:
5.1. भट्टी के अंदर सही ढंग से स्ट्रक्चर बनाएं, पर्याप्त प्रकाश व्यवस्था करें। वॉटर-कूलिंग वॉल पर मौजूद पुरानी परतों को हटा दें। भट्टी की दीवारों एवं पाइपों पर मौजूद ढीली सामग्रियों को साफ कर दें। फिर वैक्यूम क्लीनर का उपयोग करके अतिरिक्त कणों एवं धूल को हटा दें। डिज़ाइन के अनुसार ही नटों को मजबूती से जोड़ें। (दाईँ ओर दिए गए चित्र में साफ की गई वॉटर-कूलिंग वॉल देखें।) 5.2 गैसीकरण भट्टियों में उपयोग होने वाली अग्निरोधक सामग्री को लगाने हेतु आवश्यक तापमान +5℃ से +30℃ के बीच होना चाहिए। यदि वातावरणीय तापमान +5℃ से कम हो, तो निर्माण स्थल को उचित तरीकों से गर्म करके आवश्यक तापमान तक पहुँचाना आवश्यक है। यदि निर्माण स्थल पर तापमान +30℃ से अधिक हो, तो निर्माण की आवश्यकताओं को पूरा करने हेतु तापमान को कम करने के उपाय किए जाने चाहिए। 5.3 निर्माण के दौरान, अस्थायी अग्निरोधक सामग्रियों के अनुपात में कोई बदलाव नहीं किया जाना चाहिए। साथ ही, पहले से तैयार की गई, साफ की गई वॉटर-कूल्ड वॉलों में भी कोई पानी या अन्य पदार्थ मिलाए नहीं जाने चाहिए। अग्निरोधक मिश्रण को विशेष मिक्सरों की सहायता से ही मिलाया जाता है। मिक्सर, भरने हेतु उपयोग में आने वाले बर्तन, तथा वजन मापने हेतु उपयोग में आने वाले उपकरणों को भी अच्छी तरह साफ करन अग्निरोधक लेपन सामग्री को मैनुअल रूप से ही लगाया जाता है। मिश्रित की गई अग्निरोधक सामग्री को 30 मिनट के भीतर ही लगा देना आवश्यक है; पहले से ही ठोस हो चुकी अग्निरोधक सामग्री का उपयोग नहीं किया जा सकता। मिश्रित अग्निरोधक सामग्री बनाने हेतु उपयोग में आने वाला पानी **“पीने योग्य पानी” के मानकों के अनुरूप होना चाहिए, एवं इसका तापमान +5℃ से +25℃ की सीमा के भीतर ही होना चाहिए। निर्माण कार्य हेतु उपयोग में आने वाले औजार, एवं अग्निरोधक सामग्री रखने हेतु प्रयोग में आने वाले बर्तन, स्वच्छ होने चाहिए, एवं उपयोग हेतु तैय 5.4 सिलिकॉन कार्बाइड आधारित मिश्रण, एवं क्रोमियम-अल्यूमिना आधारित मिश्रण, पाउडर, सिकुएंट एवं उच्च तापमान वाले गोंदों से बनाए जाते हैं। प्रत्येक बैग में पीसा हुआ पदार्थ 25 किग्रा होता है, जबकि सिलाने वाला पदार्थ 0.75 किग्रा होता है। उच्च तापमान वाला कोलॉइड, प्रति बैरल 30 किग्रा होता है। 5.5 सिलिकॉन कार्बाइड आधारित मिश्रण का अनुपात इस प्रकार है: सिलिकॉन कार्बाइड पाउडर की लचीलापन-क्षमता को उच्च तापमान वाले गोंद के द्वारा संशोधित किया जाता है; मिश्रण में पानी मिलाना अनुमेय नहीं है। 5.6 निर्माण कार्य हेतु HOBART प्रकार के शक्तिशाली मिक्सरों का उपयोग किया जाता है। टाइप-बी के पंखे एवं मिक्सर का ढाँचा स्टेनलेस स्टील से बना होना चाहिए। पंखों एवं मिक्सर के विभिन्न हिस्सों के बीच की दूरी 0.25 इंच (6 मिमी) से अधिक नहीं होनी चाहिए। यदि अंतराल बहुत अधिक हो, या मिक्सर में उपयोग होने वाली अग्निरोधक सामग्री की मात्रा क्षमता का 1/3 से अधिक या कम हो, तो मिश्रण की दक्षता एवं सामग्री की गुणवत्ता में कमी आ जाएगी। मिश्रण की गति को लगभग 175 से 210 घूर्णन/मिनट के बीच रखें। मिश्रण की गति यदि बहुत अधिक या बहुत कम हो, तो इससे मिश्रण होने में लगने वाला समय प्रभावित हो जाता है। 5.7 मिक्सर की क्षमता एवं प्रति बार उपयोग होने वाली मात्रा के आधार पर, सिलिकॉन कार्बाइड को पहले मिक्सर में डाला जाता है; 1 मिनट तक मिश्रण करने के बाद, इसमें 4/5 हिस्सा उच्च तापमान वाला कोलॉइड मिलाया जाता है। 3–2.4 मिनट तक मिश्रण करने के बाद, सिक्सिफायर मिलाया जाता है एवं 2–3 मिनट और मिश्रण किया जाता है। अंत में, शेष उच्च तापमान वाला कोलॉइड मिलाया जाता है। जब तक मिश्रण अच्छी तरह मिल न जाए। 5.8 अच्छी तरह मिश्रित किए गए सिलिकॉन कार्बाइड सामग्री को, वॉटर-कूल्ड वॉलों पर उपयोग हेतु, छोट-छोटे टुकड़ों में काटकर, सावधानीपूर्वक उस सतह पर उचित स्थानों पर रखा जाना चाहिए। हर बार मिश्रण की मोटाई 20 मिमी से अधिक नहीं होनी चाहिए। इसे रबर की हथौड़ी से मारकर सख्त किया जाता है; हथौड़े का ऊपरी हिस्सा आपस में 2/3 हिस्से तक ओवरलैप होना चाहिए। ऐसा 2-4 बार किया जाता है, ताकि मिश्रण पूरी तरह सख्त हो जाए एवं उसमें कोई खाली जगह न रहे। विशेष ध्यान देने योग्य बात यह है कि पाइपों के चारों ओर भरने हेतु उपयोग में आने वाली सामग्री को पूरी तरह से भर अच्छी तरह मिलाएं। निर्माण के बाद, वॉटर-कूल्ड वॉलों पर सिलिकॉन कार्बाइड से बनी अग्निरोधक परत का उपयोग किया जाता है। सिलिकॉन कार्बाइड सामग्री के उपयोग को सुनिश्चित करते हुए, उच्च तापमान वाले घटकों एवं सिकुड़न-रोधी पदार्थों की मात्रा को यथासंभव कम किया जाता है। सिक्यूरेंट की सर्वोत्तम मात्रा लगभग 2% होती है। 5.10 निर्माण हेतु उपयोग में आने वाली अग्निरोधक सामग्री की परतें समतल होनी चाहिए; इनमें कोई छिद्र, खरोंच या अन्य दोष नहीं होने चाहिए। 2 मिमी से कम आकार की दरारों को भरकर ठीक किया जा सकता है, जबकि 2 मिमी से बड़ी दरारों को ठीक करने हेतु संबंधित मानकों का पालन करना आवश्यक है। 5.11 निर्माण के बाद, कार्बन सिलिकॉन से बने इस सामग्री को 10℃ से अधिक तापमान वाले, सूखे एवं हवादार वातावरण में 2-5 दिनों तक प्राकृतिक रूप से ही सुखने दिया जाता है। यदि नमी बहुत अधिक हो, तो सिलिकॉन कार्बाइड से बने लेयर को सूखाने हेतु एयर ड्रायर का उपयोग किया जा सकता है। 6. भट्ठी संबंधी व्यवस्थाएँ
6.1. गैसीकरण भट्ठियों में उपयोग होने वाला कार्बाइड-आधारित द्रव्य एवं क्रोमियम-अल्यूमिना आधारित द्रव्य, दोनों ही “गैस-हार्डनिंग” प्रकार के द्रव्य हैं; ये दो-घटकीय संरचना वाले द्रव्य हैं। ड्राई पाउडर, कोलॉइड, एजेंट्स जो थक्का बनने में सहायता करते हैं, तथा विशेष प्रकार के आर्द्रता-निवारक पदार्थ आदि को फोर्स्ड मिक्सर में मिलाकर ऐसा मिश्रण तैयार किया जाता है, जो अधिक प्लास्टिसिटी वाला होता है। इस मिट्टी में मुक्त जल, क्रिस्टलीय जल, एवं कोलॉइड भी होते हैं। निश्चित तापमान पर ये पदार्थ संघनित होकर आपस में जुड़ जाते हैं; इस प्रक्रिया में वाष्पशील पदार्थ भी उत्पन्न होते हैं। इसके कारण लाइनिंग के अंदर तापीय तनाव उत्पन्न हो जाता है। भौतिक जल, क्रिस्टलीय जल एवं वाष्पशील पदार्थों के धीरे-धीरे वाष्पीकृत होने हेतु, ताकि गर्मी के कारण लाइनिंग में मौजूद जल तेजी से वाष्पीकृत न हो एवं इससे लाइनिंग की संरचना को नुकसान न पहुँचे। साथ ही, इससे अग्निरोधक लेप सामग्री गर्म होने पर समान एवं धीरे-धीरे पूरी तरह फैल सकती है; जिससे उसके गुण उपयोग के दौरान आवश्यक स्तर पर बने रहते हैं। इससे ऊष्मा-तनाव के कारण लेप में दरारें या टूटने की समस्या नहीं होती, एवं गैसीकरण भट्टी के संचालन के दौरान अग्निरोधक लेप में कोई क्षति नहीं होती। 6.2 जल एवं अन्य गैसों के वाष्पीकरण की प्रक्रिया को तेज करने हेतु, मिश्रण में विशेष प्रकार के आर्द्रता-निवारक पदार्थ मिलाए गए। 50℃-100℃ के तापमान पर ये पदार्थ विघटित होकर नैनो-स्तरीय केशिकाएँ बनाते हैं; इससे मिश्रण में मौजूद जल एवं अन्य वाष्पशील पदार्थों का तेजी से निष्कासन संभव हो जाता है। ओवन को गर्म करने में लगने वाला समय, पहले 84 घंटे था, जो अब घटकर 64 घंटे हो गया है। ओवन का अधिकतम तापमान, इनपुट सामग्री के 450℃ से घटाकर 230℃ कर दिया जा सकता है। ऐसी स्थिति में, ओवन को गर्म करने हेतु ओवन की दीवारों में मौजूद अतितापित भाप का उपयोग ऊर्जा स्रोत के रूप में किया जा सकता है; इसके लिए किसी विशेष ओवन-संचालन उपकरण की आवश्यकता नहीं होती न केवल रखरखाव संबंधी लागतों में बचत हुई, बल्कि रखरखाव की प्रक्रिया में भी समय की बचत हुई। गैसीकरण भट्टियों हेतु, GSJ-75, GSJ-85, CAJ-3.1 जैसे सामग्रियाँ निम्नलिखित भट्टी-संबंधी प्रक्रियाओं हेतु उपयुक्त हैं। 500℃, 400, 300, 230℃ – स्थिर तापमान; 200, 100℃ – स्थिर तापमान; 100, 0, 6, 12, 18, 24, 30, 36, 42, 48, 54, 60, 66, 72, 78 घंटे।
4. उपयोग का विवरण: 2008 में बाजार में आने के बाद, सिलिकॉन कार्बाइड से बने यह सामग्री, सीनोपेक अनकिंग शाखा के रासायनिक कारखानों, हेनान लोंगयू कोयला रसायन उद्योग लिमिटेड, हेनान प्रांत की झोंगयुआन डाहुआ ग्रुप लिमिटेड, शिनशियांग झोंगझोन रासायनिक उद्योग लिमिटेड, तियानजिन हुआनेंग विद्युत संयंत्र, लुओयांग योंगलोंग ऊर्जा रसायन उद्योग लिमिटेड आदि संस्थानों में वायुीकरण भट्टियों एवं गैस पाइपलाइनों में व्यापक रूप से उपयोग में आई। सामान्य कार्य परिस्थितियों में, विभिन्न प्रकार के कोयलों एवं कोयला-ऑक्सीजन अनुपातों का उपयोग करके कोयले के गंधक के गलनांक एवं चिपचिपाहट पर प्रभावी ढंग से नियंत्रण रखा गया। इससे वायुीकरण भट्टियों का तापमान भी नियंत्रित रहा, एवं इच्छित मोटाई हासिल की गई। SiC-Al2O3-Cr2O3 से बना यह मिश्रण, उच्च तापमान पर ठोस-घुलनशील मिश्रण बना सकता है; इससे कोयले के अवशेषों का इस मिश्रण में प्रवेश रोका जा सकता है। इससे लाइनिंग की उपयोग अवधि में संतोषजनक परिणाम प्राप्त हुए। इस उत्पाद को **पेटेंट** प्राप्त हो चुका है (पेटेंट संख्या: ZL 20111 0256439.5)। शेल, 10 महीनों तक गैसीकरण भट्टियों की जल-शीतलित दीवारों पर जमे हुए अवशेषों का उपयोग क