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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von flussigem Roheisen oder flüssigen Stahl Vorprodukten aus von Eisenerz, vorzugsweise in Stück- und/oder Pelletform, und gegebenenfalls Zuschlägen gebildeten Einsatzstoffen, wobei die Einsatzstoffe in einer Reduktionszone zu Eisenschwamm direkt reduziert werden, der Eisenschwamm in einer Einschmelz-Vergasungszone unter Zufuhr von Kohlenstoffträgem und sauerstoffhältigem Gas erschmolzen und ein CO- und H2-haltiges Reduktionsgas erzeugt wird, welches in die Reduktionszone eingeleitet, dort umgesetzt und als Exportgas abgezogen wird, und wobei das abgezogene Exportgas einem Verbraucher zugeführt wird, sowie eine Anlage zur Durchfuhrung des Verfahrens.
Ein Verfahren dieser Art ist beispielsweise bekannt aus der DE- 40 37 977 A1 Gemäss der DE- 40 37 977 A1 wird das in grossen Mengen anfallende Exportgas, welches noch einen erheblichen Gehalt an Kohlenmonoxid und Wasserstoff aufweist, zur Minimierung der Erzeugungskosten für den Eisenschwamm bzw. fur daraus erschmolzenes Roheisen einer als Verbraucher fungierenden weiteren Reduktionszone zur Reduktion von zusätzlichem eisenhaltigem Material zugeführt, u.zw nachdem es einer Aufbereitung unterworfen wurde.
Bei diesem bekannten Verfahren kann es zu einer Uberhitzung im Einschmelzvergaser kommen, wenn in den Einschmelzvergaser Kohlenstoffträger mit einem hohen CM Gehalt vergast
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Petrolkoksqualitäten. Ein weiterer Nachteil der bekannten Verfahren ist darin zu sehen, dass der spezifische Verbrauch von O2 pro erzeugter Einheit Reduktanten relativ hoch ist, da die Bildung von Kohlenmonoxid im Einschmelzvergaser ausschliesslich über Sauerstoff unter Vergasung der Kohlenstofftrager erfolgt
Die Erfindung bezweckt die Vermeidung dieser Nachteile und Schwierigkeiten und stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchfuhrung des Verfahrens zu schaffen,
welche den Einsatz von Kohlenstoffträgem mit einem hohen Cfix Anteil ermöglichen Weiters soll der spezifische Sauerstoffverbrauch für die Kohlevergasung herabgesetzt sein
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass in die Einschmelzvergasungszone
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über 40 %, liegt und dessen CO-Gehalt - falls CO-hältig - weit unter dem CO- Gehalt des Exportgases liegt, eingeleitet wird und dort mit Kohlenstoffträgem unter Bildung von CO umgesetzt wird.
Gemäss der AT- 394. 201 B, die ein Verfahren ähnlich der eingangs beschriebenen Art betnfft, wird das CO2-hältige Exportgas mit einem Teil des CO2-ärmeren, im Einschmelzvergaser gebildeten und einer technisch aufwendigen Entschwefelung unterzogenen heissen Reduktionsgas in einem Wäscher gekühlt und gereinigt und sodann als Brenngas für eine Gasturbine eingesetzt Hierbei ist der verfahrenstechnische Aufwand für die Aufbereitung eines den Umweltanspruchen gerecht werdenden Brenngases relativ gross und erfordert auch beträchtliche Investitionen.
Aus der AT- 394. 201 B ist es bekannt, Exportgas aus der Reduktionsstufe als Sauerstoffträger wärmeverbrauchend in das Wirbelbett des Einschmelzvergasers einzubringen. Da der CO2-Gehalt des Exportgases, er liegt bei etwa 25 % bis 35 %, nur gering ist und das Exportgas zudem noch staubbeladen ist, ist der dabei erzielte Effekt ebenfalls nur gering. Nachteilig ist hierbei, dass mit dem Exportgas ein relativ hoher Anteil an Kohlenmonoxid in den Einschmelzvergaser gelangt, das vorher gekühlt und im Einschmelzvergaser wieder aufgeheizt werden muss Dieser Anteil an CO stellt somit einen durch den Einschmelzvergaser durchzuschleusenden Ballast mit allen daraus resultierenden Nachteilen (Druckverlust, unnötig hoch leistungsfähige Verdichter, höherer Energieverbrauch etc. ) dar.
Ein weiterer Nachteil ist noch dann zu sehen, dass gemäss der AT- 394. 201 B für das Reduktions- Überschussgas eine Entschwefelungseinrichtung vorgesehen sein muss, wogegen erfindungsgemäss eine solche Einrichtung entweder - wenn man den Schwefelgehalt des Reduktionsgases in die Flüssigphase einbringen will - gar nicht vorhanden sein muss oder nur für das aus der COrEntfernungsanlage austretende Abgas vorzusehen ist
Die durch das erfindungsgemässe Verfahren erzielten Vorteile sind folgende:
Durch die erfindungsgemässe Einleitung des einen hohen CO2-Anteil enthaltenden Gases erfolgt eine Umsetzung des CO2 nach der Gleichung CO2 + C - > 2 CO. Es kommt zur Bildung von Kohlenmonoxid, welches den Reduktionsgasstrom vermehrt und damit zur Reduktion zur Verfügung steht.
Die Umsetzung des Kohlendioxidgases unter Bildung von Kohlenmonoxid erfolgt endotherm, wodurch sich durch entsprechende Dosierung des Einbringens des einen hohen CO2
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Anteil enthaltenden Gases im Einschmelzvergaser die gewünschte Temperatur einstellt und jede Uberhitzung vermeiden lässt.
Erfindungsgemäss können somit Kohlenstoffträger, welche einen hohen C- Anteil und naturgemäss einen Mangel an flüchtigen Bestandteilen aufweisen, wie Anthrazite und
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Überhitzungseffektes ohne den gleichzeitigen Einsatz des einen hohen C02-Anteil enthaltenden Gases, das einen temperaturabsenkenden Effekt ausübt, nicht möglich wäre Darüber hinaus vermehrt das im Einschmelzvergaser aus dem einen hohen CO2-Anteil enthaltenden Abgas entstehende Kohlenmonoxid - pro Mol CO2 werden mit einem Mol Kohlenstoff zwei Mole Kohlenmonoxid gebildet - in nutzbringender Weise den für die Reduktion von Eisenoxiden notwendigen Reduktionsgasstrom.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens ist noch darin zu sehen, dass der spezifische Verbrauch von O2 pro erzeugter Einheit Reduktanten sinkt, da ein Teil der Kohlenstoffträger im Einschmelz-Vergaser zur Bildung von Kohlenmonoxid nicht unter Beiziehung von Sauerstoff verbraucht wird, sondern unter Beiziehung des Kohlendioxids Damit sinkt auch der für die Bereitstellung des Sauerstoffes erforderliche Energiebedarf wesentlich. Damit ermöglicht das erfindungsgemässe Verfahren eine Minimierung des CO2-Abganges in die Atmosphäre, sodass im Sinne der Toronto- Declaration ein Beitrag zur Verringerung des CO2-Ausstosses, welcher als Hauptverursacher einer Klimaverschiebung angesehen wird, geleistet wird.
Eine weitere Reduktion des Sauerstoff Verbrauchs im Einschmelzvergaser ist noch dadurch erzielbar, wenn das einen hohen Anteil an CO2 aufweisende Gas einer Vorwärmung unterzogen wird, da dann weniger Cfix der im Einschmelz-Vergaser eingesetzten Kohlenstoffträger verbrannt werden muss.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ergibt sich aus folgender Problematik
Die Aufbereitung des Exportgases gemäss dem Stand der Technik erfolgt im allgemeinen derart, dass es zunächst in einem Wäscher von Feststoffteilchen gereinigt wird, wobei es stark abgekühlt wird. Danach wird gemäss der DE- 40 37 977 A1 das im Exportgas enthaltene CO2 entfernt, denn dieses CO2 ist einer weiteren Verwendung des Exportgases als Reduktionsgas hinderlich;
der Prozentsatz an Reduktanten im Exportgas wäre zu niedrig Zur Entfernung des CO2 aus dem Exportgas sind verschiedene Verfahren bekannt, beispielsweise das Druckwechsel- Adsorptionsverfahren oder eine chemische CO2-Wäsche. Gemäss der DE-C - 40 37 977 gelingt somit eine weitgehende Ausnutzung der im Exportgas chemisch gebundenen Energie, jedoch stellt das bei der Exportgasreinigung anfallende COrhältige Abgas ein Problem dar, da dieses Abgas umweltgerecht entsorgt werden muss.
Dieses Abgas enthält u. a. CO, H2; CH4 sowie H2S und kann daher aus Umweltschutzgründen in diesem Zustand nicht an die Umgebung abgegeben werden Aus diesem Grund ist es auch für eine etwaige Weiterverarbeitung nur bedingt geeignet. Daher werden üblicherweise die Schwefelverbindungen aus dem Abgas entfernt. Diese Entschwefelung wird bisher mit Hilfe verschiedener Verfahren, wie beispielsweise mit der sogenannten "Stretford- Wäsche" oder durch katalytische Oxidation an Aktivkohle etc., durchgeführt Sämtliche dieser Verfahren sind aufwendig und benötigen zusätzliche Materialien, wie Aktivkohle oder Absorptionsmittel, die u. a. gesondert gelagert und entsorgt werden müssen.
Es ist intern bekannt, das CO2-hältige Abgas abzufackeln. Dieses Abfackeln erfordert jedoch das Bereitstellen von brennbarem Stützgas als Zünd- und Aufkarbonerungsgas, da der Heizwert des C02-hältigen Abgases nur gering ist.
Die Erfindung bezweckt weiters die Vermeidung dieser Nachteile und Schwierigkeiten und stellt sich die zusätzliche Aufgabe, eine effiziente Verwertungsmöglichkeit des bei der Erz-Reduktion, wie einer Direktreduktion zur Eisenschwammherstellung, anfallenden Exportgases unter Umgehung der damit beim Stand der Technik verbundenen Schwierigkeiten zu schaffen
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sondern so weit wie möglich auch in der Energiestrategie des Verfahrens und der Anlage genutzt werden Weiters sollen Probleme, die mit der bei der COrAbscheidung gleichzeitig stattfindenden H2S-Abscheidung zusammenhängen, ebenfalls umweltgerecht gelöst werden
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss bei einem Verfahren gemäss Anspruch 1 dadurch gelöst, dass bei der COrEntfernung abgesondertes,
einen hohen CO2-Anteil enthaltendes Abgas zumindest teilweise in die Einschmelzvergasungszone eingeleitet wird und dort mit Kohlenstorf unter Bildung von CO umgesetzt wird.
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CO2-Eliminierungsanlage eine Vergrösserung des CO-Überschusses für die weitere Nutzung durch einen Verbraucher, wodurch eine rpozentuelle Verminderung des CO2-Anteiles gegeben ist Es ist auch erfindungsgemäss nicht notwendig, aus dem Exportgas - falls es für eine weitere Reduktionszone zur Verfügung stehen soll - CO2 in einem so hohen Prozentsatz zu entfernen wie gemäss dem Stand der Technik.
Beim Einsatz von Petrolkoks ergibt sich gegebenenfalls ein Vorteil, indem das bei der CO2 Entfemung gleichzeitig abgeschiedene H2S ebenfalls in den Einschmelz-Vergaser geführt wird, wodurch der Schwefel in die im Einschmelz-Vergaser eingeschmolzene Flüssigphase gelangt Aus diesem lässt sich der Schwefel jedoch in einfacher Weise mit bekannten Verfahren entfernen, u.
zw einfacher und mit geringerem Energieaufwand als das gasförmige H2S aus dem Reduktionsgas
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform wird erfindungsgemäss das einen hohen CO2 Anteil enthaltende Gas in den unteren Endbereich des in der Einschmelzvergasungszone ausgebildeten Fliessbettes eingebracht, wodurch die Umsetzung des CO2 mit Kohlenstoff besonders effektiv vonstatten geht
Vorteilhaft wird das einen hohen CO2-Anteil enthaltende Gas gemeinsam mit dem der Einschmelzvergasungszone zugeführten sauerstoffhältigen Gas in diese eingeleitet In diesem Fall dürfen jedoch im CO2-hältigen Gas keine brennbaren Anteile enthalten sein, andernfalls sind getrennte Leitungen für das sauerstoffhältige Gas und das CO2-haltige Gas, die erst in einem Brenner des Einschmelzvergasers zusammenmünden, vorzusehen.
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Einschmelzvergasungszone einzuleitenden Stäuben in die Einschmelzvergasungszone eingeleitet
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Einschmelzvergasungszone rückzuführenden Stäuben, die aus dem in der Einschmelzvergasungszone entstehenden Reduktionsgas abgeschieden wurden, in die Einschmelzvergasungszone eingeleitet wird. Durch eine Rückoxidation von Eisen mit CO2, die endotherm abläuft, kommt es zu einer Temperaturabsenkung, so dass die Gefahr einer unkontrollierten Oxidation stark herabgesetzt ist Hierbei kann gegebenenfalls das einen hohen
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was den Vorteil bietet, dass eine Anreicherung des Stickstoffs im System gesenkt werden kann Der Stickstoff ist nur schwer aus dem System wieder entfembar und bedingt einen höheren Energieaufwand zur Förderung des um den Stickstoff, der ausschliesslich als Ballast mitgefordert werden muss, vergrösserten Gasvolumens.
Will man Roheisen bzw Stahlvormaterial mit einem besonders niedrigen Schwefelgehalt herstellen, wird zweckmässig das in die Einschmelzvergasungszone eingeleitete, einen hohen CO2 Anteil enthaltende Gas vor dem Einleiten in die Einschmelzvergasungszone einer Entschwefelung unterzogen.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist mit besonderem Vorteil anzuwenden, wenn das einer C02-Entfemung unterworfene Exportgas in mindestens einer ersten Reduktionszone gebildet wird und das von CO2 gereinigte Exportgas als Reduktionsgas, gegebenenfalls nach Aufheizung, in mindestens einer weiteren Reduktionszone zur Reduktion von weiterem teilchenförmigem metalloxid hältigem Material, vorzugsweise eisenoxidhältigem Material, eingesetzt und dort umgesetzt wird.
Dies deswegen, weil das aus dem Exportgas der ersten Reduktionszone nach der COz-Entfemung abgezogene und als Reduktionsgas für die weitere Reduktionszone dienende Gas einen besonders hohen Prozentsatz von Reduktanten aufweist Dies kann, wie oben beschrieben, dadurch erzielt werden, dass die C02-Entfernung aus dem Exportgas der ersten Reduktionszone
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Einschmelzvergaser gebildeten Reduktionsgases nicht in dem Mass erfolgen muss, wie es bisher erforderlich war.
Es kann beispielsweise ein Teil des Exportgases, ohne einer CO2-Entfernung unterworfen zu werden, direkt in die weitere Reduktionszone eingeleitet werden
Hierbei wird vorteilhaft das von der Aufhetzung stammende Rauchgas zumindest teilweise in die Einschmelzvergasungszone eingeleitet und zweckmässig ein bei der C02-Entfemung abgesondertes, einen hohen CO2-Anteil enthaltendes Abgas für die Aufheizung verwendet, wobei es weiters von Vorteil ist, wenn ein in einer weiteren Reduktionszone umgesetztes Reduktionsgas für die Aufheizung eingesetzt und das dabei gebildete Rauchgas zumindest teilweise in die Einschmelzvergasungszone eingeleitet wird.
Eine besonders hohe Nutzung ist dann gegeben, wenn ein Teil des in der ersten Reduktionszone gebildeten Exportgases zumindest einer Teilverbrennung unterworfen wird und
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das Rauchgas in die Einschmelzvergasungszone eingeleitet wird und wenn weiters dem Rauchgas vor Einleiten in die Emschmelzvergasungszone ein Kühlgas zugemischt wird.
Eine Kühlung des Rauchgases ist für den Gesamtprozess besonders effektiv, wenn das Rauchgas vor dem Einleiten in die Einschmelzvergasungszone unter rekuperativer Erwärmung eines Gases, vorzugsweise eines sauerstoffhältigen und für den Prozess eingesetzten Gases erfolgt. Die rekuperative Erwärmung kann auch zur Erzeugung von Dampf dienen, der als Oxidationsmittel eingesetzt werden kann.
Vorteilhaft wird hierbei das in der zweiten Reduktionszone gebildete Exportgas zumindest teilweise ebenfalls einer CO2-Eliminierung, vorzugsweise nach Mischen mit dem aus der ersten Reduktionszone stammenden Exportgas, unterworfen und das hierbei abgesonderte, einen hohen CO2-Anteil enthaltende Abgas zumindest teilweise ebenfalls in die Einschmelzvergasungszone eingeleitet und dort mit Kohlenstoff unter Bildung von CO umgesetzt
Eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens mit einem Reduktionsreaktor für Eisenerz, vorzugsweise in Stück- und/oder Pelletform, einem Einschmelzvergaser, einer den Einschmelzvergaser mit dem Reduktionsreaktor verbindenden Zuleitung fur ein Reduktionsgas, einer den Reduktionsreaktor mit dem Einschmelzvergaser verbindenden Förderleitung für das im Reduktionsreaktor gebildete Reduktionsprodukt,
mit einer vom Reduktionsreaktor ausgehenden Exportgas-Ableitung, mit in den Einschmelzvergaser mündenden Zuleitungen für sauerstoffhältige Gase und Kohlenstoffträger und mit einem am Einschmelzvergaser vorgesehenen Abstich für Roheisen und Schlacke, ist dadurch, gekennzeichnet, dass in den Einschmelzvergaser eine ein hoch CO2-hältiges Gas mit möglichst geringem CO-Gehalt führende Gasleitung mündet
Gemäss einer bevorzugten ' Ausführungsform ist die Exportgas-Ableitung des Reduktionsreaktors über eine C02-Entfernungsanlage geführt und von der CO2-Entfemungsanlage eine abgeschiedenes CO2-hältiges Abgas ableitende Abgasleitung leitungsmassig mit dem Einschmelzvergaser verbunden.
Zweckmässig mündet die Gasleitung in den unteren Teil des Einschmelzvergasers, etwa in Höhe des unteren Endbereiches des im Einschmelzvergaser gebildeten Fliessbettes, in diesen, wobei, wenn keine Explosionsgefahr gegeben ist (bei etwa 100 % Oxidanten und 0 % Reduktanten) vorteilhaft die Gasleitung zusammen mit einer Zuleitung für sauerstoffhältige Gase in den Einschmelzvergaser mündet.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform mündet die Gasleitung mit einer Stäube in den Einschmelzvergaser einleitenden Zuleitung, vorzugsweise über einen die Stäube in den Einschmelzvergaser einbringenden Brenner, in den Einschmelzvergaser, wobei zweckmässig in der den Einschmelzvergaser mit dem Reduktionsreaktor verbindenden Zuleitung für das Reduktionsgas ein Staubabscheider vorgesehen ist, der mit einer Staubrückführleitung mit dem Einschmelzvergaser verbunden ist, und die Gasleitung mit dieser Staubruckführleitung über einen Staubbrenner in den Einschmelzvergaser mündet.
Zur Erzielung eines Produktes mit möglichst geringem Schwefelgehalt ist zweckmässig in der Gasleitung eine Entschwefelungseinrichtung vorgesehen.
Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass zwei Reduktionsreaktoren vorgesehen sind, die miteinander über die Exportgas-Ableitung des ersten Reduktionsreaktors und
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Reduktionsreaktor geführt ist.
Hierbei mündet zweckmässig eine ein Exportgas des zweiten Reduktionsreaktors ableitende
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Exportgas des zweiten Reduktionsreaktors.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform mündet von der CO2-Entfemungsanlage eine Abgas-Zweigleitung in die Heizeinrichtung zwecks Zuführung eines Heizgases und ist von der Heizeinrichtung eine das Rauchgas ableitende Rauchgas-Ableitung leitungsmässig mit dem Einschmelzvergaser verbunden.
Zweckmässig führt von der Exportgas-Ableitung eine Exportgas-Zweigleitung zu einer Verbrennungseinrichtung und mündet von dieser eine Rauchgas-Ableitung in den Einschmelzvergaser.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass in der Rauchgas- Ableitung ein Rekuperator, vorzugsweise zur Erwärmung eines sauerstoffhältigen Gases, z. B Luft, zwischengeschaltet ist. Die heisse Luft kann zur Erzvorwärmung, Trocknung etc. herangezogen werden
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand mehrerer in der Zeichnung schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, wobei die Fig 1 bis 5 jeweils im Blockschema dargestellte Verfahrensvananten veranschaulichen
In einen ersten, einen Reduktionsreaktor 1 bildenden Schachtofen wird von oben über eine Fordereinnchtung 2 stückiges Eisenerz und/oder Eisenerz in Pelletform über ein nicht dargestelltes Schleusensystem, gegebenenfalls zusammen mit Zuschlagstoffen unter Bildung eines bewegten Bettes,
chargiert Der Schachtofen 1 steht mit einem Einschmelzvergaser 3 in Verbindung, in dem aus Kohle und sauerstoffhältigem Gas ein Reduktionsgas erzeugt wird, welches über eine Zuleitung 4 dem Schachtofen 1 zugeführt wird, wobei in der Zuleitung 4 gegebenenfalls eine Gasreinigungseinrichtung 4' für eine Trocken-Entstaubung vorgesehen ist.
Unter bewegtem Bett wird ein sich kontinuierlich bewegender Materialstrom verstanden, dessen sich bewegende Teilchen mit einem stromenden Reduktionsgas in Kontakt gelangen Vorzugsweise kommt ein sich kontinuierlich infolge Schwerkraftwirkung nach unten bewegender Materialstrom zur Anwendung.
Als Reduktionsreaktor kann anstelle eines Schachtofens 1 auch ein Reaktor mit einer Venturi- Wirbelschicht, einer zirkulierenden Wirbelschicht, einem Fliessbett oder ein Reaktor mit Wanderrost bzw ein Drehrohrofen vorgesehen sein
Der Einschmelzvergaser 3 weist eine Zuführung 5 für feste Kohlenstoffträger, eine Zufuhrung 6 für sauerstoffhältige Gase sowie gegebenenfalls Zuführungen 7 für bei Raumtemperatur flüssige oder gasförmige Kohlenstoffträger, wie Kohlenwasserstoffe, sowie für gebrannte Zuschläge auf. In dem Einschmelzvergaser 3 sammelt sich unterhalb der Einschmelzvergasungszone 8 schmelzflüssiges Roheisen 9 und schmelzflüssige Schlacke 10, die über einen Abstich 11 abgestochen werden.
Das im Schachtofen 1 in einer Direktreduktionszone 12 zu Eisenschwamm reduzierte Eisenerz wird zusammen mit den in der Direktreduktionszone 12 gebrannten Zuschlägen über eine den Schachtofen 1 mit dem Einschmelzvergaser 3 verbindende Förderleitung 13 zugeführt, beispielsweise mittels Austragsschnecken etc An dem oberen Teil des Schachtofens 1 schliesst eine Exportgas-Ableitung 14 für das in der Direktreduktionszone 12 aus Reduktionsgas entstehende Exportgas an.
Das über die Exportgas-Ableitung 14 abgezogene Exportgas wird zunächst einer Reinigung in einem Wäscher 15 unterzogen, um es möglichst vollständig von Staubpartikeln zu befreien und den Wasserdampfgehalt zu erniedrigen, so dass es dann einer weiteren Verwendung zur Verfügung steht. Anschliessend gelangt das Exportgas mit Hilfe eines Verdichters 16 in eine CO2 Entfemungsanlage 17 (z. B. ein C02-Wäscher oder eine Druckwechsel-Adsorptionsanlage), in der es möglichst weitgehend von CO2 befreit wird. Das aus der CO2-Entfernungsanlage 17 austretende Abgas wird gegebenenfalls einer Entschwefelungseinrichtung 18 zugeführt.
Das so von CO2 gereinigte Exportgas wird über eine Reduktionsgas-Zuleitung 19 einem zweiten, als Schachtofen 20 ausgebildeten Reduktionsreaktor, der wie der erste Schachtofen 1 ebenfalls ein bewegtes Bett aufweist und im Gegenstromprinzip arbeitet, zugeführt. In diesem zweiten Schachtofen 20 wird Eisenerz in Stück- und/oder Pelletform in einer Reduktionszone 21 direktreduziert Die Erzzuleitung ist mit 20' und die Eisenschwammausbringeinrichtung mit 20" bezeichnet.
Da das Exportgas durch die Reinigung eine starke Abkühlung erfahren hat, wird es vor Einleitung in den zweiten Reduktions-Schachtofen 20 einer Aufheizung unterzogen. Die Aufheizung erfolgt in zwei Stufen : Zunächst wird das gereinigte Exportgas in einer ersten Stufe einer indirekten Aufheizung unterzogen, wobei eine hierzu dienende Heizeinrichtung 22 als Wärmetauscher ausgebildet ist. Der Wärmetauscher 22 (Rekuperator) wird mit gereinigtem Exportgas, das aus dem zweiten Reduktions-Schachtofen 20 über eine Leitung 23 abgezogen wird, betrieben.
Zusätzlich wird noch über eine Leitung 24 sauerstoffhältiges Gas (Sauerstoff liegt in Molekülform vor), wie Luft, dem Brenner des Wärmetauschers 22 zugeführt Anschliessend wird das aufgeheizte Exportgas einer Nachverbrennung unterzogen, u.zw in der Nachverbrennungseinnchtung 25, in der ein Teil des gereinigten Exportgases unter Sauerstoffzuführung 26 verbrannt wird. Hierdurch erreicht das gereinigte Exportgas die für die Reduktion im zweiten Reduktions-Schachtofen 20 erforderliche Temperatur, die vorzugsweise in einem Temperaturbereich zwischen 600 und 900 C liegt, jedoch auch darüber liegen kann, insbesondere für beschichtetes Einsatzmaterial.
Das aus dem zweiten Reduktions-Schachtofen 20 abgezogene Exportgas wird ebenfalls einer
Reinigung und Kühlung im Exportgaswascher 27 unterzogen, um es von Staubpartikeln zu saubern und den Wasserdampfgehalt zu erniedrigen, worauf es einer weiteren Verwendung
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zugeführt werden kann. Ein Teil des Exportgases wird über die Leitung 23 dem Wärmetauscher 22 zugeführt.
Ein weiterer Teil des im zweiten Reduktions-Schachtofen 20 anfallenden Exportgases wird über einen Verdichter 28 ebenfalls der CO2-Entfernungsanlage 17 zugeführt, u. zw über die Förderleitung 29, die in die Exportgas-Ableitung 14 mündet, und steht dann nach der C02- Entfernung als Recycle- Reduktionsgas dem zweiten Reduktions-Schachtofen 20 zur Verfügung Ein Teil des Exportgases des zweiten, Reduktions-Schachtofens 20 wird uber die Exportgasleitung 30 anderen Verwendungszwecken zugeführt
Ein Teil des im Einschmelzvergaser 3 gebildeten Reduktionsgases wird uber eine Abzweigleitung 31, die von der Zuleitung 4 abzweigt, nach Durchtritt durch einen Staubentfernungszyklon 4' ungewaschen, d. h.
ohne einen Wäscher zu durchströmen, im heissen Zustand dem aus Recycle- Reduktionsgas und von CO2 gereinigtem Exportgas gebildeten Reduktionsgasgemisch über die Abzweigleitung 31 zugemischt, u zw nachdem dieses Reduktionsgasgemisch den Wärmetauscher 22 und die Nachverbrennungseinrichtung 25 passiert hat. Hierdurch wird die fühlbare Wärme des im Einschmelzvergaser 3 gebildeten Reduktionsgases dem Direktreduktionsprozess im weiteren Reduktions-Schachtofen 20 zugeführt und damit wirkungsvoll genutzt.
Hierdurch lassen sich Einsparungen nicht nur bei der C02-Entfemungsanlage 17 und bei der Dimensionierung des Wärmetauschers 22 und der Nachverbrennungseinrichtung 25 erzielen, sondern es ergeben sich auch Energieeinsparungen beim Betrieb derselben
Zwar weist das heisse abgezweigte Reduktionsgas nach Durchtntt durch den Staubentfernungszyklon 4' noch einen Reststaubgehalt auf, der jedoch in dem System, ohne Störungen zu bewirken, verkraftbar ist, da durch die Mischung dieses heissen abgezweigten Reduktionsgases mit dem Recycle- Reduktionsgas und dem der Reinigung von CO2 unterworfenen Exportgas der Staubgehalt sehr verdünnt wird. Eine Beeinträchtigung des Direktreduktionsprozesses im zweiten Reduktions-Schachtofen 20 ist daher nicht zu befürchten.
Ein Teil des Reduktionsgases wird über einen Wäscher 32 und über eine Leitung 33 mit Verdichter 34 im Kreislauf wieder in die Zuleitung 4 eingespeist, um das in sehr heissem Zustand aus dem Einschmelzvergaser 3 austretende Reduktionsgas vor Eintritt in die Gasreinigungseinrichtung 4' zu konditionieren, insbesondere auf einen für den Direktreduktionsprozess im Schachtofen 1 günstigen Temperaturbereich zu kühlen.
Über eine Ausgleichsleitung 35 kann gegebenenfalls Reduktionsgas dem aus dem Schachtofen 1 austretenden Exportgas zwecks Regelung des Systemdruckes zugemischt werden
Dadurch, dass ein nicht unerheblicher Volumensstrom des dem zweiten Reduktions- Schachtofen 20 zugeführten Reduktionsgases nicht der CO2-Entfernungsanlage 17 zugeführt wird, sondern in Strömungsrichtung des Reduktionsgases erst danach mit dem aus der CO2 Entfernungsanlage 17 kommenden Teil des Reduktionsgases gemischt wird, ist eine erhebliche Reduzierung der Grösse der CO2-Entfemungsanlage 17 moglich.
Gemäss der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform wird in der CO2-Entfernungsamage 17
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18 zugeführt und nach der Entschwefelung abgeleitet. Die Entschwefelung des aus der C02- Entfemungsanlage 17 austretenden Abgases ist wesentlich effizienter durchzuführen als eine Entschwefelung an einer anderen Stelle der Anlage, da das aus der CO2-Entfernungsanlage 17 austretende Abgas einen etwa dreimal so hohen Schwefelgehalt aufweist wie das Exportgas, der u. a. abhängig ist von der Fahrweise des weiteren Direktreduktionsprozesses.
Von der Abgasleitung 36 wird ein Teil des einen hohen CO2-Gehalt aufweisenden Abgases über eine Zweigleitung 37 dem Einschmelzvergaser 3 zugeführt, u.zw oberhalb des unteren Endbereiches des im Einschmelzvergaser 3 ausgebildeten Fliessbettes 38
In diesem Fliessbett 38 reagiert das CO2 des Abgases mit dem im Einschmelzvergaser 3 enthaltenen Kohlenstoff nach der Gleichung CO2 + C - > 2 CO.
Das entstehende Kohlenmonoxid steigt durch das Fliessbett 38 auf und vermehrt den Reduktionsgasstrom sowie dessen Reduktantenanteile Durch die endotherme Umsetzung des Kohlendioxidgases in Kohlenmonoxid lassen sich Überhitzungen im Einschmelzvergaser 3, wie sie vor allem bei Einsatz von Kohlen mit hohem Cfix Anteil vorkommen können, zuverlässig vermeiden
Gemäss der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsvariante wird ein Teil des einen hohen C02- Anteil aufweisenden Abgases über eine von der Zweigleitung 37 abzweigende Leitung 37' einem Staubbrenner 39, über den der im Staubabscheider 4' abgeschiedene Staub des Reduktionsgases wiederum dem Einschmelzvergaser 3 zugeführt wird, zugeleitet und gemeinsam mit dem über den Staubbrenner 39 eingebrachten Staub in den Einschmelzvergaser 3 eingebracht.
Hierbei kann das einen hohen Anteil an CO2 aufweisende Abgas einen Teil des den Staub üblicherweise zum
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Staubbrenner 39 fördernden Stickstoffes ersetzen, wodurch die oben erwähnten Vorteile eines geringeren Stickstoffballastes im Reduktionsgas erzielt werden
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C02-Entfernungsanlage 17 einer Entschwefelung unterzogen und mundet die Zweigleitung 37 gemeinsam mit der den Sauerstoff in den Einschmelzvergaser 3 einbringenden Zuführung 6 in den Einschmelzvergaser 3.
Nachstehend ist anhand eines Beispieles das erfindungsgemässe Verfahren näher erläutert
Bei der Herstellung von flüssigem Roheisen im Einschmelzvergaser 3 aus Eisenerz- Pellets fallen etwa 100 t/h Roheisen sowie etwa 155 000 Nm3/h Exportgas an. Dieses Exportgas wird dem zweiten Reduktions-Schachtofen 20 zur weiteren Reduktion von Eisenerz zugeführt, nachdem es in einer CO2-Entfernungsanlage 17 vom CO2 befreit wurde. Das aus dem Reduktions-Schachtofen 1 austretende Exportgas weist einen COrGehalt von etwa 37 Vol % auf. Damit ergibt sich eine Menge von 57.350 Nm3/h in der CO2-Entfernungsanlage 17 anfallendes CO2.
Von dieser CO2-Menge werden in den Einschmelzvergaser 3, in dem als Kohlenstofftrager 100 % Anthrazit eingesetzt ist, etwa 10.500 Nm3/h CO2 rückgeführt. Hierdurch wird einerseits durch die endotherme Reaktion des CO2 mit dem im Einschmelzvergaser 3 vorhandenen Kohlenstoff die Reaktionstemperatur auf das prozesstechnisch notwendige Mass reduziert und werden andererseits etwa 21.000 Nm3/h CO aufgrund der durch die chemische Reaktion des COA mit C erfolgenden Verdoppelung des CO2-Mengenstromes gebildet. Die zusätzliche Menge an CO steht dann dem weiteren Reduktions-Schachtofen 20 zur Verfügung. Etwa 18 % des die C02-Entfernungsanlage 17 verlassenden, einen hohen CO2-Anteil aufweisenden Abgases konnen somit nutzvoll wiederverwendet werden.
Nachstehend ist die Warmebilanz des erfindungsgemässen Verfahrens näher erläutert, wobei jedoch nur die über die notwendigen Wärmemengen der im Einschmelzvergaser stattfindenden Schmelzreduktion hinausgehenden Energiemengen näher betrachtet sind Es werden die Auswirkungen eines einzigen Nm3 CO2 in reiner Form dargestellt, wobei zur leichteren Rechenbarkeit die vereinfachende Annahme getroffen wurde, dass das C02, C und O2 bei 25 C zur Verfügung stehen und das Reaktionsprodukt CO eine Temperatur von 1060 C aufweist.
Hierbei beträgt bei der Reaktion CO2 + C - > 2 CO die Reaktionsenthalpie AH = +238 kJ/mol Für die Reaktion O2 + 2 C - > 2 CO beträgt die Reaktionsenthalpie AH =-156 kJ/mol Hieraus folgt, dass pro Nm3 CO2 1,53 Nm3 O2 eingesetzt werden mussen, wobei aus 1 Nm3 CO2 etwa 5 Nm3 CO gebildet werden, u zw. unter Verbrauch von 2,17 kg C.
Gemäss der in Fig 4 dargestellten Ausführungsform wird Rauchgas, das über die Rauchgas- Ableitung 39 aus der Heizeinnchtung 22 ausströmt, zumindest zum Teil über eine Zweigleitung 40, in der ein Verdichter 41 vorgesehen ist, in den Einschmelzvergaser 3 eingeleitet. Dieses Rauchgas weist ebenfalls einen sehr hohen CO2-Gehalt und einen sehr niedrigen CO-Gehalt auf Zur Aufheizung des dem weiteren Reduktionsreaktor 20 zugeführten Reduktionsgases kann hierbei noch zusätzlich Abgas aus der CO2-Entfernungsanlage herangezogen werden, wobei dieses Abgas über eine Abgas-Zweigleitung 42, die in Fig 4 mit strichlierten Linien dargestellt ist, der Heizeinrichtung 22 zugefühlt wird
Gemäss der in Fig.
5 dargestellten Ausführungsform wird ein Teil des aus dem Reduktionsreaktor 1 abgeleiteten Exportgases über eine Exportgas-Zweigleitung 43, einen Verdichter 44 einer Verbrennung in einer Verbrennungseinrichtung 45 unterzogen und das hierbei gebildete Rauchgas über eine Rauchgas-Ableitung 46 zumindest zum Teil in den Einschmelzvergaser 3 eingespeist. In der Rauchgas-Ableitung ist vorteilhaft ein Rekuperator 47, z B. zur Vorwärmung von Sauerstoff, der für den Kohlevergasungsprozess erforderlich ist, vorgesehen. Dies ist insbesondere dann notwendig, wenn die Verbrennung des Exportgases vollständig und ohne nachfolgende Mischung mit einem Kühlgas erfolgt, da eine vollständige Verbrennung eine sehr hohe Verbrennungstemperatur ergibt. Die Verbrennung kann jedoch auch nach Mischung des Exportgases mit einem anderen Gas oder auch als Teilverbrennung erfolgen.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die in der Beschreibung näher erlauterten Ausführungsbeispiele, sondern sie kann in verschiedener Hinsicht modifiziert werden Beispielsweise können auch zwei oder mehrere erste Reduktions-Schachtöfen 1 vorgesehen sein, wobei deren Exportgase zusammengefasst und zumindest einem weiteren Reduktions-Schachtofen 20 nach einer C02-Entfemung zur Verfügung gestellt werden können. Weiters ist es möglich, das vom Reduktions-Schachtofen 20 rezirkulierte Exportgas über eine eigene Anlage zur Eliminierung
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