AT406263B

AT406263B - Verfahren zum zerkleinern und granulieren von schlacken

Info

Publication number: AT406263B
Application number: AT0198298A
Authority: AT
Original assignee: Holderbank Financ Glarus
Priority date: 1998-11-25
Filing date: 1998-11-25
Publication date: 2000-03-27
Also published as: ATA198298A; AU1365200A; WO2000030989A1

Description


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   Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Zerkleinern und Granulieren von Schlacken, bei welchem flüssige Schlacke mit Dampf in einen Granulierraum ausgestossen und gekühlt wird
Gemäss einem älteren Vorschlag der Anmelderin wurde ein Verfahren zum Granulieren und Zerkleinern von Flüssigschlacken vorgeschlagen, bei welchem insbesondere für die Zerkleinerung von flüssigen Hochofenschlacken Druckwasser in die Schlackenschmelze eingestossen wurde und die Schlacke als Mantel des Druckwasserstrahles in einen Mahlraum verbracht wurde. Bei diesem älteren Verfahren wurde unmittelbar die direkte Umwandlung der inneren Energie und insbesondere der fühlbaren Wärme von Schlackenschmelzen in Mahlarbeit ausgenutzt. Alternativ zur Verwendung von Druckwasser wurde auch bereits die Verwendung von Dampf unter relativ hohem Druck und Temperaturen von etwa 300  C vorgeschlagen.

   Der Dampf wurde durch die flüssige Schlacke, welche Temperaturen von etwa 1500  C auf weist, rasch erwärmt, wodurch eine rasche Expansion erzielt wurde. Die daraus resultierende kinetische Energie wurde zum Zerteilen des Strahles und zum Zerkleinern der Schlacke herangezogen, wobei in der Folge die Abkühlung durch zusätzliches Eindüsen von Druckwasser verbessert und beschleunigt werden konnte. Bei derartigen Verfahren unter Verwendung von Druckwasser und Dampf werden hohe Dampfmengen benötigt, um die erforderliche kinetische Energie zu erzeugen. Diese Dampfmengen können im Kreislauf geführt werden, wobei allerdings mit relativ hohen Verlusten gerechnet werden muss In der Regel wurde der Dampf, nachdem Granulieren der Schlacke kondensiert und neuerlich verdampft. 



   Zur Verbesserung der Energiebilanz eines derartigen Verfahrens wurde nun gemäss einem weiteren noch nicht veröffentlichten Vorschlag in die Schlacke unmittelbar Kohle, Kohlenwasserstoffe oder Kohlewassergemische eingestossen, wobei die auf diese Weise in den Granulierraum eingebrachten Kohlenwasserstoffe bzw. die Kohle mit eingedüstem Wasser zu Spaltgas umgesetzt wurde. Mit einem derartigen Verfahren konnte somit die Energiebilanz wesentlich verbessert werden. 



   Die Erfindung zielt nun darauf ab, ein derartiges Verfahren weiter zu vereinfachen und die Energiebilanz bei gleichzeitiger Minimierung der einzubringenden Wasser- bzw Dampfmenge weiter zu verbessern. Zur Lösung dieser Aufgabe besteht das erfindungsgemässe Verfahren im wesentlichen darin, dass überhitzter Dampf mit Temperaturen von über 1000  C in die flüssige Schlacke nahe der Schlackenaustrittsöffnung eingeblasen wird und dass die Kühlung im anschliessenden Granulierraum durch endotherme Umsetzung des überhitzten Dampfes mit in den Granulierraum eingebrachten Kohlenwasserstoffen unter Bildung von CO und H2 vorgenommen wird. Dadurch, dass nun abweichend von allen vorbekannten Vorschlägen überhitzter Dampf mit überaus hohen Temperaturen zum Einsatz gelangt, gelingt es die Schlacke und den Dampf quasi isotherm in den Granulierraum einzubringen.

   Dadurch, dass nun in den Granulierraum Kohlenwasserstoffe eingebracht werden, kann das Einbringen von Kohlenwasserstoffen genau dosiert werden und auf die eingebrachte Dampfmenge optimiert werden, wobei aufgrund des hohen   Überhitzungsgrades   des Dampfes eine überaus rasche Umsetzung mit den in den Granulierraum eingebrachten Kohlenwasserstoffen vorgenommen werden kann. Bei dieser überaus raschen endothermen Umsetzung von Kohlenwasserstoffen mit überhitztem Wasserdampf erfolgt eine rasche Abkühlung, wobei der eingebrachte überhitzte Wasserdampf weitestgehend bis vollständig verbraucht wird und die Energie im Reaktionsprodukt der stark endothermen Umsetzung gespeichert wird.

   Bei der stark endothermen Umsetzung unter rascher Abkühlung wird hiebei Kohlenmonoxid und Wasserstoff gebildet, welcher weitestgehend wasserdampffrei abgezogen werden kann, sodass die Probleme mit kondensierendem Wasser weitestgehend eliminiert werden können. Insgesamt wird hiebei aufgrund der durch die hohe Temperatur bedingten raschen Umsetzung des überhitzten Dampfes mit dem Kohlenwasserstoff zunächst eine deutliche Volumsvergrösserung unter lokalem Druckanstieg bei gleichzeitig nachfolgender starker Abkühlung unter entsprechender Volumsreduktion beobachtet, wodurch eine besonders intensive Zerkleinerungsarbeit auf kleinstem Raum zur Wirkung gelangt. Das erzeugte Spaltgas bzw.

   Synthesegas, bestehend aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff, kann bei relativ hoher Temperatur, bei welcher die Schlackenpartikel bereits weitestgehend erstarrt sind, abgezogen werden und unmittelbar nicht nur mit der fühlbaren Wärme, sondern vor allen Dingen auch mit der gespeicherten chemischen Wärme weiter genützt werden. Aufgrund der raschen Umsetzung, bedingt durch die hohen Temperaturen des überhitzten Dampfes, gelingt es den Dampfbedarf gegenüber bekannten Verfahren auf einen Bruchteil der bisher benötigten Menge zu reduzieren und gleichzeitig die beim gewünschten raschen Abkühlen frei werdende Energie rasch durch chemische Umsetzung abzubinden und auf diese Art und Weise abzuziehen. 

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   Mit Vorteil wird das erfindungsgemässe Verfahren hierbei so durchgeführt, dass Dampf mit Temperaturen zwischen 1300  und 1500  C eingesetzt wird.   Da   flüssige Schlacken üblicherweise bei Temperaturen von etwa 1500  C in Granulierräume eingebracht werden, gelingt es mit derartig hohen Dampftemperaturen weitestgehend isotherm im Bereich des Schlackenauslaufes eines Schlackenvorratsbehälters, beispielsweise eines Tundish, zu arbeiten, sodass die gewünschte Umsetzungsarbeit tatsächlich lokal begrenzt im Granulierraum erbracht wird
Gegenüber bekannten Verfahren kann Dampf nicht nur in wesentlich geringerer Menge, sondern auch mit wesentlich geringerem Druckniveau zum Einsatz gelangen, wobei mit Vorteil so vorgegangen wird, dass der überhitzte Dampf unter einem Druck von 1,5 bis 3 bar eingesetzt wird. 



   Die Erzeugung des stark überhitzten Dampfes gelingt in besonders einfacher Weise dadurch, dass der Dampf, insbesondere Sattdampf, in einem Regenerativ-Erhitzer überhitzt wird Derartige Regenerativ-Erhitzer sind beispielsweise als sogenannte "COWPER"- Regenerativ- Erhitzer in Stahlwerken anzutreffen und werden beispielsweise für die Heisswinderhitzung von Hochöfen verwendet. Da der Sattdampf mit relativ geringem Druck durch derartige Regenerativ-Erhitzer geleitet wird, gelingt es mit konventionellen Einrichtungen ein hohes Mass an Überhitzung zu erzielen. 



   Mit Vorteil lässt sich die gewünschte gezielte Kühlung im Granulierraum dadurch verwirklichen, dass die Kohlenwasserstoffe in den Granulierraum eingedüst werden. Ein derartiges Eindüsen von Kohlenwasserstoff bzw. Einblasen von gasförmigen Kohlenwasserstoffen über entsprechende Gasauslassdüsen erlaubt es die gewünschte Kühlwirkung gezielt zu regeln und auf die tatsächlich minimal benötigte Menge an überhitztem Dampf einzustellen. 



   Ein Ausbringen der erstarrten und zerkleinerten Teilchen kann in einer oder mehreren Stufen erfolgen Mit Vorteil wird zu diesem Zweck so vorgegangen, dass das Granulat bei Temperaturen < 650  C,   vorzugsweise #   600  C, über eine Schleuse, insbesondere Zellradschleuse, aus dem Granulierraum abgezogen wird und dass das gebildete Spaltgas bzw. Synthesegas über einen Staubabscheider, beispielsweise Heisszyklon, abgezogen wird. Aus dem Staubabscheider kann weiteres besonders fein zerkleinertes Material abgezogen werden, sodass Granulate mit der gewünschten Korngrössenverteilung unmittelbar erzielt werden können. 



   Für die nachfolgende Verwendung des gebildeten Spalt- bzw Synthesegases und insbesondere für die bevorzugte Verwendung im Rahmen einer Direktreduktion von Erzen, ist es besonders vorteilhaft, wenn das gebildete Spaltgas bzw. Synthesegas bei Temperaturen zwischen 600  und 700  C abgezogen wird. 



   Eine Teilmenge des gebildeten Spaltgases bzw. Synthesegases kann unmittelbar zum Heizen der Regenerativ-Wärmetauscher für das Überhitzen von Dampf eingesetzt werden. Derartige Regenerativ-Wärmetauscher können naturgemäss dann, wenn das hochwertige Synthesegas beispielsweise unmittelbar für eine Direktreduktion Verwendung finden kann, auch durch Verbrennen von fossilen Brennstoffen beheizt werden. 



   Die wesentliche Einsparung ah benötigtem Dampf erlaubt es, wie dies einer bevorzugten Verfahrensweise entspricht, so vorzugehen, dass pro Tonne Schlacke 0,15 bis 0,25 t Dampf eingesetzt wird. 



   Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. In der Zeichnung ist mit 1 schematisch eine Sattdampfquelle bezeichnet, aus welcher Sattdampf bei einem Druck von ungefähr 2 bar entnommen werden kann Der Sattdampf wird über die Leitung 2 und ein Umschaltventil 3 einem ersten Regenerativ-Wärmetauscher 4 zugeführt, wobei zwei derartige Überhitzer bzw. Wärmetauscher 4 und 5 vorgesehen sind, welche alternativ betrieben werden. Die Wärmetauscher 4 und 5 werden über Leitungen 6 mit heissen Verbrennungsgasen aufgeladen, wobei Sattdampf jeweils im Gegenstrom durch die aufgeheizten Wärmetauscher 4 bzw. 5 geleitet wird.

   Immer dann, wenn einer der beiden Wärmetauscher 4 bzw. 5 im Gegenstrom mit Sattdampf zur Überhitzung des Sattdampfes betrieben wird, wird der jeweils andere Wärmetauscher 5 bzw. 4 durch heisse Verbrennungsabgase wiederum auf die entsprechend hohe Temperatur für die nachträgliche Überhitzung des Dampfes aufgeladen. 



   Der überhitzte Sattdampf gelangt mit Temperaturen von etwa 1500  C in eine Gaslanze 7, welche in ein flüssiges Schlackenbad eintaucht. Das Schlackenbad 8 ist hiebei in einem mit 9 angedeuteten Tundish enthalten und   verlasst   diesen Tundish über eine Schlackenaustrittsöffnung 10, wobei die flüssige Schlacke 8 den überhitzten Dampfstrahl der Lanze 7 im wesentlichen konzentrisch umgibt. Die flüssige Schlacke wird in der Folge in einen Granulierraum 11 ausgestossen, in welchen über Leitungen 12, welche beispielsweise zu Ringdüsen führen, 

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 Kohlenwasserstoffe eingeblasen werden. Die Umsetzung der Kohlenwasserstoffe mit dem überhitzten Dampf führt hiebei zur Bildung von Spalt- bzw. Synthesegas, wobei eine rasche Abkühlung auf Temperaturen von unter 700  C erzielt wird, da diese Umsetzung stark endotherm verläuft.

   Aufgrund der hohen Dampftemperaturen verläuft diese endotherme Umsetzung überaus rasch. Sofern zusätzliches Wasser bzw. Wasserdampf für die Umsetzung zum Zwecke der Abkühlung erforderlich ist, können zusätzliche Leitungen 13 mit Druckwasser oder Wasserdampf beaufschlagt werden und ein Druckwasserstrahl oder Wasserdampf gegen den Schlackenstrahl gerichtet werden
Das rasch erstarrende Material sammelt sich im Komgrössenbereich von etwa 10 bis 50 um am unteren Ende des Granulierraumes 11 an, wobei diese Materialanhäufung schematisch mit 14 bezeichnet ist. Dieses Material kann über eine Schleuse, beispielsweise eine Zellradschleuse 15, ausgetragen werden. 



   Das entstehende Spaltgas bzw. Synthesegas bestehend aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff gelangt in Richtung des Pfeiles 16 zu einem nachfolgenden Staubabscheider 17, welcher als Heisszyklon ausgebildet ist. Die Staubpartikel, deren Teilchengrösse in der Regel unter 20 um liegt, sammeln sich am unteren Ende des Heisszyklones an und können über eine Schleuse, insbesondere eine weitere Zellradschleuse 18 ausgetragen werden. Das Spalt- bzw. Synthesegas, welches von festen Partikeln gereinigt ist und weitestgehend frei von Wasserdampf ist, kann über die Leitung 19 abgezogen werden und in der Folge für weitere Zwecke im Rahmen eines Stahlwerkes eingesetzt werden. Dieses Spalt- bzw. Synthesegas enthält neben der fühlbaren Wärme einen bedeutenden Anteil an chemischer Wärme, welche in dem Spalt- bzw Synthesegas gespeichert ist. 



   Patentansprüche: 
1. Verfahren zum Zerkleinern und Granulieren von Schlacken, bei welchem flüssige Schlacke mit Dampf in einen Granulierraum ausgestossen und gekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, dass überhitzter Dampf mit Temperaturen von über 1000  C in die flüssige Schlacke nahe der Schlackenaustrittsöffnung eingeblasen wird und dass die
Kühlung im anschliessenden Granulierraum durch endotherme Umsetzung des überhitzten
Dampfes mit in den Granulierraum ein-gebrachten Kohlenwasserstoffen unter Bildung von
CO und H2 vorgenommen wird.

Claims

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Dampf mit Temperaturen zwischen 1300 und 1500 C eingesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der überhitzte Dampf unter einem Druck von 1,5 bis 3 bar eingesetzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampf, insbesondere Sattdampf, in einem Regenerativ-Erhitzer überhitzt wird.

5 Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenwasserstoffe in den Granulierraum eingedüst werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Granulat bei Temperaturen < 650 C, vorzugsweise # 600 C, über eine Schleuse, insbesondere Zellradschleuse, aus dem Granulierraum abgezogen wird und dass das gebildete Spaltgas bzw Synthesegas über einen Staubabscheider, beispielsweise Heisszyklon, abgezogen wird 7 Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das gebildete Spaltgas bzw. Synthesegas bei Temperaturen zwischen 600 und 700 C abgezogen wird 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Spaltgas bzw. Synthesegas einer Direktreduktion von Erzen zugeführt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Spaltgas bzw. Synthesegas zum Heizen der Regenerativ-Wärmetauscher für das Überhitzen von Dampf eingesetzt wird. <Desc/Clms Page number 4> 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass pro Tonne Schlacke 0/15 bis 0,25t Dampf eingesetzt wird.

Hiezu 1 Blatt Zeichnungen