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I. Gas de alto horno: El gas es impulsado por soplantes de alta presión y, después de ser calentado en hornos de aire caliente, entra al alto horno. Este aire caliente, junto con el coque, ayuda a la combustión; como resultado se generan dióxido de carbono y monóxido de carbono. El dióxido de carbono, a su vez, reacciona con el coque al rojo vivo para producir monóxido de carbono. Durante su ascenso, el monóxido de carbono reduce los elementos de hierro presentes en el mineral de hierro, convirtiéndolos en hierro en bruto. Este es el proceso químico utilizado en la producción de hierro. La masa fundida permanece temporalmente en el fondo del horno, y se extrae periódicamente para su uso directo en la producción de acero o en la fundición de lingotes. En ese momento, en los gases que salen del horno de alto horno, todavía hay una gran cantidad de monóxido de carbono en exceso. Este gas mezclado es lo que se conoce como gas de alto horno. Por cada tonelada de hierro producida, se generan entre 2100 y 2200 metros cúbicos de gas de alto horno. Este gas, que contiene monóxido de carbono inflamable, es un combustible gaseoso de bajo valor calorífico. Puede utilizarse como combustible en las industrias metalúrgicas, por ejemplo, para calentar los lingotes de acero en el proceso de laminado en caliente o para precalentar los tanques donde se almacena el acero fundido. También puede suministrarse para uso civil; si se le añade gas de horno de coque, se denomina “gas mezclado”, lo que aumenta su valor calorífico. El gas de alto horno es un subproducto que se genera durante el proceso de producción de hierro. Sus componentes principales son CO, CO2, N2, H2 y CH4. Entre ellos, el componente combustible, el CO, representa aproximadamente el 25% del total. La cantidad de H2 y CH4 es muy pequeña. El CO2 y el N2 representan respectivamente el 15% y el 55% del contenido total del gas. Su valor calorífico es de unos 3500 KJ/m3. La composición y el valor calorífico del gas de alto horno están relacionados con el combustible utilizado en el alto horno, con el tipo de hierro fundido que se produce y con los procesos de refinación empleados. En la producción moderna de hierro, se utilizan procesos de producción que implican volúmenes grandes, temperaturas elevadas del aire, alta intensidad de refinación y una mayor cantidad de polvo de carbón inyectado. Estos procesos avanzados permiten aumentar la productividad laboral y reducir el consumo energético. Sin embargo, el valor calorífico del gas de alto horno resultante es menor, lo que dificulta su uso. El CO2 y el N2 presentes en el gas de alto horno no participan en la combustión para generar calor, ni tampoco ayudan a que esta tenga lugar. Por el contrario, absorben una gran cantidad del calor generado durante el proceso de combustión, lo que hace que la temperatura teórica de combustión del gas de alto horno sea más baja. El punto de ignición del gas de alto horno no es muy alto; parece que no existen obstáculos para que se produzca la ignición. Sin embargo, en el proceso real de combustión, debido a diversos factores, la temperatura del gas mezclado debe ser mucho mayor que el punto de ignición para garantizar una combustión estable. La temperatura teórica de combustión del gas de alto horno es baja, y la cantidad de este gas que participa en la combustión es grande. Esto hace que la velocidad de aumento de temperatura del gas mezclado sea lenta; por lo tanto, la temperatura no es alta y la estabilidad de la combustión es deficiente. Otra condición para que pueda ocurrir una reacción de combustión es que las moléculas gaseosas puedan chocar entre sí de manera efectiva; es decir, que existan colisiones entre moléculas con suficiente energía como para que pueda producirse una reacción de oxidación. La presencia de grandes cantidades de CO2 y N2 disminuye las posibilidades de que ocurran colisiones efectivas entre las moléculas. Esto se traduce, a nivel macroscópico, en una velocidad de combustión lenta y en una combustión inestable. En el gas de alto horno hay grandes cantidades de CO2 y N2. Durante el proceso de combustión, estos gases no participan prácticamente en ninguna reacción química; casi en cantidades iguales, pasan al humo generado por la combustión. La cantidad de humo producido por la combustión del gas de alto horno es mucho mayor que la que se genera al quemar carbón. ----------------------------------------------------- II. Gas de convertidor: Durante el proceso de fundición del acero en convertidores, el carbono presente en la masa de hierro se combina, a altas temperaturas, con el oxígeno inyectado, formando un gas mezclado de monóxido de carbono y una pequeña cantidad de dióxido de carbono. El gas de los convertidores de oxígeno de soplado superior reciclado contiene del 60 al 80 % de monóxido de carbono, del 15 al 20 % de dióxido de carbono, además de nitrógeno, hidrógeno y trazas de oxígeno. La cantidad de gas de coque generado en un proceso de fundición no es constante, y sus composiciones también varían (ver gráfico). Por lo general, el gas recuperado en los múltiples procesos de fundición en los convertidores se introduce en un tanque de almacenamiento; allí se mezcla y posteriormente se envía a los usuarios. Cuando el gas del horno de convertidor es expulsado por la boca del horno, su temperatura alcanza los 1450–1500 °C. Además, contiene una gran cantidad de polvo de óxido de hierro; por lo tanto, es necesario enfriarlo y eliminar el polvo antes de poder utilizarlo. La purificación tiene dos tipos: húmedo y seco. ①El proceso típico de un sistema de purificación por método húmedo es el siguiente: después de que el gas natural sale del horno convertidor, se enfría mediante un enfriador de vapor hasta alcanzar una temperatura de 800–1000 °C. Luego, pasa sucesivamente por un primer venturi, un deshidratador con curva, un segundo venturi y otro deshidratador con curva. En la entrada del venturi se sprée agua para lavar el gas, lo que permite reducir su temperatura a unos 35 °C y disminuir la cantidad de polvo presente en él a aproximadamente 100 miligramos por metro cúbico. Luego, se utiliza un soplador para enviar el gas purificado al tanque de almacenamiento de gas. El proceso húmedo es bastante común en todo el mundo. Por cada tonelada de acero, se pueden recuperar de 60 a 80 metros cúbicos de gas. El valor calorífico promedio es de aproximadamente 2000 a 2200 kilocalorías por metro cúbico. ②Algunas fábricas en países como Estados Unidos y Alemania Federal utilizan sistemas de purificación por eliminación eléctrica en seco. El gas se enfría a través de conductos de escape, hasta que su temperatura llega a los 1000 °C. Luego, mediante torres de enfriamiento por evaporación, su temperatura se reduce a 200 °C. A continuación, se elimina el polvo con un precipitador eléctrico de tipo seco; así, el gas limpio contiene menos de 50 miligramos por metro cúbico de polvo. Finalmente, el gas se envía al tanque de almacenamiento mediante bombas de extracción. El sistema seco tiene un costo aproximadamente un 12–15% más alto que el sistema húmedo ； Pero no es necesario construir instalaciones para el tratamiento de aguas residuales; su consumo energético es bajo. Sin embargo, es preciso tomar medidas adecuadas para evitar que el gas y el aire se mezclen y formen gases explosivos. El gas de convertidor es un combustible gaseoso de valor calorífico medio utilizado dentro de las empresas siderúrgicas. Puede utilizarse por sí solo como combustible en hornos industriales, o bien combinarse con gas de coquería, gas de altos hornos y gas de generadores para formar gases mezclados con diferentes valores caloríficos. El gas de convertidor contiene grandes cantidades de monóxido de carbono, que es muy tóxico; por lo tanto, es necesario prevenir estrictamente las fugas durante su almacenamiento, transporte y uso. --------------------------------------------------- III. Gas de coquera. El gas de coquera es un gas combustible que se obtiene como subproducto de la producción de coque y alquitrán, a partir del carbón bituminoso utilizado en el proceso de coquización. Este gas se genera cuando el carbón bituminoso se somete a un proceso de carbonización a altas temperaturas en los hornos de coquización. Se utiliza principalmente como combustible y materia prima en la industria química. Por cada tonelada de coque producida, se generan entre 300 y 320 metros cúbicos de gas de horno de coque. El gas de los altos hornos está compuesto principalmente por hidrógeno y metano, que representan el 56% y el 27%, respectivamente. También contiene pequeñas cantidades de monóxido de carbono, dióxido de carbono, nitrógeno, oxígeno y otros hidrocarburos ； Su valor de calor específico es de 18250 kJ/Nm3; su densidad está entre 0,4 y 0,5 kg/Nm3. Además, su velocidad de difusión es de 25×10^(-6) m2/s. Según los diagramas de flujo del cuerpo principal del horno de coque y del sistema de enfriamiento por tambor, el gas crudo que sale del horno ya está en gran medida condensado en estado líquido antes de entrar en dicho sistema. Al mismo tiempo, el polvo de carbón y las partículas de coque presentes en el gas también son capturadas. Además, los componentes solubles en agua presentes en el gas se disuelven en amoníaco. El alquitrán, el amoníaco, así como el polvo y los residuos de alquitrán, fluyen juntos hacia la piscina mecánica de separación de alquitrán y amoníaco. Después de la separación, el amoníaco se reutiliza, mientras que el alquitrán se envía a un lugar donde se procesa de forma centralizada. Los residuos de alquitrán pueden volver a mezclarse con el carbón para su uso en la producción de gas de coque. El gas de coque pasa por un enfriador inicial, donde se enfría directa o indirectamente hasta alcanzar la temperatura ambiente. En este momento, la humedad y el alquitrán que quedan en el gas son eliminados por completo. El gas que sale del enfriador inicial pasa por un sistema mecánico de captura de alquitrán, lo cual permite eliminar las partículas de alquitrán suspendidas en el gas. Luego, el gas entra en un soplador, donde su presión se eleva a unos 19600 pascals (2000 milímetros de columna de agua). Para no afectar las operaciones posteriores de refinación del gas, como la coloración causada por el amonio sulfato o el envejecimiento del líquido desulfurizante, se hace pasar el gas a través de un captor eléctrico de alquitrán para eliminar las partículas de alquitrán residuales. Para evitar que el naftaleno se cristalice y se separe del gas en temperaturas bajas, se coloca una torre de lavado de naftaleno antes de que el gas entre en la torre de desulfuración; esta torre sirve para absorber el naftaleno a través del aceite. Dentro de la torre de desulfuración, se utiliza un agente desulfurizante para absorber el hidrógeno sulfuroso presente en el gas. Al mismo tiempo, también se absorbe el cianuro presente en el gas. El amoníaco presente en el gas es absorbido por agua o soluciones acuosas dentro de la torre de absorción, lo que genera amoníaco líquido o amonio sulfato. Cuando el gas natural pasa por la torre de absorción de amoníaco, como la reacción de absorción del amoníaco por parte del ácido sulfúrico es exotérmica, la temperatura del gas aumenta. Para no afectar el proceso de recuperación del benceno crudo, el gas pasa primero por una torre de enfriamiento antes de entrar en la torre de lavado. Allí, aceites especiales se utilizan para absorber los hidrocarburos de bajo punto de ebullición presentes en el gas, como el benceno, el tolueno y el xileno, así como el ciclopentadieno. También se eliminan los compuestos orgánicos sulfurados. 1 Conocimientos básicos sobre la seguridad del gas 1.1 Propiedades del gas 1.1.1 Composición del gas El gas al que nos referimos habitualmente es el gas artificial, que contiene diversos componentes gaseosos y se trata de un gas combustible. Dado que los materiales utilizados para la producción de gas y los métodos de obtención y recuperación del gas varían, las composiciones y los porcentajes de cada tipo de gas también difieren. Los tipos más comunes son el gas de coquería, el gas generado en hornos de producción de gas, el gas proveniente de hornos de carbonización verticales continuos, el gas de altos hornos y el gas de convertidores. Los componentes comunes del gas natural se muestran en la tabla 1-1. 1.1.2 Propiedades físico-químicas del gas de coque (1) El gas de coque, una vez purificado, es un gas incoloro, con olor desagradable, tóxico, inflamable y explosivo. Su densidad es de 0,3623; su valor calorífico está entre 16800 y 18900 kJ/m³. La temperatura de ignición es de 550-650 °C. El rango de concentración explosiva es del 4,5% al 35,8%. La temperatura teórica de combustión es de aproximadamente 2150 °C. El contenido de CO en el gas de coquera es mayor que en el gas de altos hornos, pero también puede causar intoxicaciones. (2) Gas de alto horno: El gas de alto horno es un gas inflamable y explosivo, incoloro, inodoro y tóxico. Su densidad es de 0,9-1,1, mientras que su valor calorífico está entre 3349 y 4187 kJ/m³. La temperatura teórica de combustión es de unos 1500 °C, y la temperatura de ignición es de aproximadamente 730 °C. El límite de explosividad es del 30,8%-89,5%. Contiene cerca del 70% de N2 y CO2. Puede causar dificultades para respirar (debido al bajo contenido de oxígeno) y asfixia. (3) Gas de convertidor: La composición del gas de convertidor varía en diferentes etapas del ciclo de fundición, y está relacionada con los equipos de recuperación y con las condiciones operativas durante dicha recuperación. El gas de convertidor es un gas inflamable y explosivo, incoloro, inodoro y tóxico. Su valor calorífico es de 6800-10000 kJ/m3; la temperatura de ignición es de 530 °C, y el rango de explosividad está entre el 18,2% y el 83,2%. La temperatura teórica de combustión del gas de coquera es más alta que la del gas de alto horno.