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Die Erfindung betnfft ein Verfahren zur Herstellung von flüssigem Roheisen oder Stahlvorprodukten aus eisenoxidhältigen Einsatzstoffen und gegebenenfalls Zuschlagstoffen, vorzugsweise jeweils in Stuck- und/oder Pelletform, wobei die eisenoxidhältigen Einsatzstoffe in der Reduktionszone eines Reduktionsreaktors zu Eisenschwamm direkt reduziert werden, und der Eisenschwamm in der Einschmetzvergasungszone eines Einschmelzvergasers unter Zufuhr von zumindest teilweise aus Feinkohle und Kohlestaub gebildetem kohlenstoffhaltigen Material und sauerstoffhältigem Gas erschmolzen wird, wobei ein CO- und H2-hältiges Generatorgas erzeugt wird, welches nach einer Entstaubung als Reduktionsgas in die Reduktionszone eingeleitet, dort teilweise umgesetzt, als Topgas aus der Reduktionszone abgezogen, gereinigt, und als Exportgas einem Verbraucher zugeführt wird,
sowie eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens
Bei Verfahren der obengenannten Art besteht ein Problem darin, dass beim Zuführen von feinteilchenförmigem kohlenstoffhaltigem Material, wie Feinkohle und Kohlestaub, in einen Ein- schmelzvergaser, das feinteilchenförmige kohlenstoffhaltige Material aufgrund der im Einschmelz- vergaser vorherrschenden Gasgeschwindigkeiten sofort wieder aus diesem ausgetragen wird.
Dies trifft in gleichem Mass für feinteilchenförmiges Erz zu Um dies zu verhindern, wurde beispielsweise in der AT-401 777 B vorgeschlagen, Kohlenstoffträger gemeinsam mit Feinerz und/oder Erzstaub mittels Staubbrennem in den Einschmelzvergaser einzubringen und zwar in dessen unteren Bereich Hierbei kommt es zu einer unterstöchiometrischen Verbrennung der Kohlenstoffträger Nachteilig ist dabei, dass die Kohlenstoffträger keinen Beitrag zum Aufbau eines aus festen Kohlenstoffträgern gebildeten Bettes im Einschmelzvergaser leisten können.
Es ist weiters bekannt, einem Einschmelzvergaser in dessen oberen Bereich feinteilchen- förmige Kohle zuzuführen, wobei die feinteilchenförmige Kohle zu Koks umgesetzt wird, der Koks mit dem Reduktionsgas ausgetragen und vom Reduktionsgas abgeschieden wird und an- schliessend gemeinsam mit feinteilchenförmigem Material dem Einschmelzvergaser über einen Brenner zugeführt wird. Hierbei wird jedoch ebenfalls nichts zum Aufbau eines aus kohlenstoff- hältigem Material gebildeten Bettes beigetragen.
Ein solches Bett wird üblicherweise mittels stuckiger Kohle gebildet. Aufgrund der Entwicklung am Kohlemarkt, welcher weitgehend durch die Anforderungen von Kohlekraftwerksbetreibem und Hüttenwerken bestimmt wird, kann es vorkommen, dass bevorzugt Feinkohle für die Kohlestaub- brenner, Kokereien und sonstige metallurgische Verfahren angeboten wird. Früher übliche Rost- feuerungen, welche den Einsatz stückiger Kohle erforderten, spielen am Markt der Kohlever- braucher nur mehr eine untergeordnete Rolle.
Dies hat dazu geführt, dass der Feinanteil der am Markt verfügbaren Kohlen einen erheblichen Umfang angenommen hat, welcher in einer Grössen- ordnung von 50 bis zu 70 % liegt
Bei einem obengenannten Verfahren ist es erforderlich, Kohlen einzusetzen, welche einen definierten Kornbereich, üblicherweise 5 bis 40 mm, aufweisen Der Hauptteil der am Markt verfügbaren Kohlen kann wegen zu geringer Korngrössen nicht eingesetzt werden.
Darüber hinaus müssen die eingesetzten Kohlen eine geeignete Zusammensetzung hinsichtlich ihres Gehaltes an flüchtigen und nichtflüchtigen (Cfix) Komponenten aufweisen
Niederwertige Kohlen, also solche mit hohem Gehalt an flüchtigen Komponenten, sind bisher als ungeeignet angesehen worden, da, um die bei der Aufgabe in den Einschmelzvergaser austretenden Kohlenwasserstoffe zu zersetzen, die Temperatur im oberen Bereich des Einschmelzvergasers nicht ausreicht bzw eine höhere Temperatur als bisher erforderlich ist Beim Einsatz von Kohlen mit hohem Inkohlungsgrad, also mit niedrigem Gehalt an flüchtigen Komponenten, ist eine hinreichende Versorgung des Erzreduktionsprozesses mit im Einschmelz- vergaser gebildetem Reduktionsgas nicht sichergestellt.
Die Erfindung stellt es sich zur Aufgabe, die Schwierigkeiten bei der Bereitstellung stückiger Kohle zu umgehen und auch Kohlen mit einem bislang unzulässigen Gehalt an flüchtigen Komponenten für ein oben genanntes Verfahren einsatzfähig zu machen. Gleichzeitig soll durch Einsparungen beim Kohle- und Sauerstoffbedarf die Wirtschaftlichkeit gegenüber dem bisherigen Verfahren verbessert werden
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass für den Einsatz vorgesehene Feinkohle und Kohle- staub, welche jeweils einen hohen Anteil an fluchtigen Komponenten aufweisen, einer Teilent- gasung unterzogen werden und anschliessend heiss brikettiert werden,
wobei Teerkomponenten der Kohle als Binder verwendet werden und wobei die gebildeten Briketts in noch erwärmtem Zustand
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im Einschmelzvergaser eingesetzt werden
Aus der AT-376 243 B ist ein Verfahren bekannt, bei welchem als Kohleeinsatz Steinkohle verwendet wird, welche vor dem Einbringen in den Einschmelzvergaser in einem Herdofen verkokt wird und die verkokte Kohle mit ihrer fühlbaren Wärme in den Einschmelzvergaser eingebracht wird Dies führt jedoch zum Einsatz einer entgasten Kohle mit einem zu niedrigen Gehalt an flüchtigen Komponenten, so dass die Reduktionsgasversorgung eines Erzreduktionsprozesses nicht ausreichend ist Die AT-376 243 B schlägt weiters vor, den bei der Verkokung anfallenden Feinanteil zu brikettieren und in den Einschmelzvergaser einzusetzen.
Wegen der bei der Verkokung herrschenden Temperaturen (600 bis 1000 C enthalt der Koks allerdings keine oder kaum mehr Teerkomponenten, so dass dieser Koks ohne den Einsatz eines Bindemittels nicht bnkettierbar ist. Weiters stehen für den Reduktionsschacht keine aus Teerkomponenten gewonnenen Reduktanten zur Verfügung Erfindungsgemäss wird dieses Problem dadurch umgangen, dass die Entgasung der Feinkohle nur zum Teil erfolgt, so dass die teilentgaste Kohle für den Einsatz im Einschmelzvergaser noch ausreichend flüchtige Komponenten enthält.
Mit dem erfindungsgemässen Verfahren ist es erstmals möglich, niederwertige Feinkohlen mit einem hohen Gehalt an flüchtigen Komponenten für ein kombiniertes Reduktions- und Schmelzreduktionsverfahren einsatzfähig zu machen, indem diese stärker entgast werden, weiters ist es durch den Einsatz der Brikettierung in heissem Zustand ausserdem möglich, Feinkohlen in das Verfahren einzusetzen, wodurch insgesamt leichter verfügbare und billigere Kohlen verwendet werden können.
Da die gebildeten Kohlebriketts unter Ausnutzung ihres Wärmeinhaltes aus der Brikettierung in den Einschmelzvergaser eingesetzt werden, trägt dies positiv zur Energiebilanz des Gesamt- verfahrens bei und resultiert in verringertem Bedarf an Kohle und sauerstoffhältigem Gas. Allenfalls kann eine geringfügige Abkühlung der Briketts erfolgen, so dass sie eine ausreichende mechanische Stabilität aufweisen
Zusätzliche Einsparungen an Kohle und sauerstoffhältigem Gas (üblicherweise Luft und/oder technischem Sauerstoff) ergeben sich dadurch, dass wegen des geringeren Austretens flüchtiger Komponenten eine geringere Temperatur im oberen Bereich des Einschmelzvergasers zu deren Zersetzung erforderlich ist Diese Temperaturabsenkung wird ebenfalls durch verringerten Kohle- und Sauerstoffeinsatz erzielt.
Ein weiterer Effekt der Temperaturabsenkung besteht darin, dass der Oxidationsgrad des Reduktionsgases erhöht wird, dass also der Anteil von CO2 und H2O ansteigt Dadurch ergibt sich eine deutlich bessere Energieausnutzung, verbunden mit Kohle- und Sauerstoffeinsparung
Durch den Einsatz von Kohlebriketts wird in den Einschmelzvergaser Kohle mit im wesentlichen einheitlicher Korngrösse eingesetzt Dies führt zu einer verbesserten Durchgasbarkeit des im Einschmelzvergaser gebildeten Bettes und damit wiederum zu einem verringerten Kohle- und Sauerstoffbedarf und insgesamt zu einer Stabilisierung der Produktqualität.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens werden die gebildeten Briketts vor ihrem Einsatz im Einschmelzvergaser einer Nachentgasung unterzogen.
Besonders bei der Verwendung von niederwertigen Kohlen mit sehr hohem Gehalt an flüchtigen Bestandteilen ist es vorteilhaft, den Gehalt der Briketts an Teerkomponenten noch weiter zu verringern.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform werden Feinkohle und Kohlestaub aus dem zum Einsatz gelangenden kohlenstoffhaltigen Material abgeschieden und danach der Teilentgasung unterzogen
Beim Abscheiden der Feinkohle und des Kohlestaubes anfallendes stückiges kohlenstoff- hältiges Material wird nach einer bevorzugten Ausführungsform der Nachentgasung unterzogen und dann in den Einschmelzvergaser und/oder direkt, d. h. ohne jede Entgasung, in den Einschmelzvergaser eingesetzt
Durch die Auswahl und Steuerung der Mengenströme an Briketts und nicht brikettiertem, stückigem kohlenstoffhaltigem Material, welche jeweils der Nachentgasung und/oder direkt dem Einschmelzvergaser zugefuhrt werden, ist es möglich, die im Einschmelzvergaser gebildete Reduktionsgasmenge und dessen Qualität, d. h. dessen Reduktionspotential, zu steuern bzw. zu beeinflussen.
Vorzugsweise werden Kohlestaub und Feinkohle mit einer Teilchengrösse kleiner gleich 8 mm
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aus dem kohlenstoffhältigen Material abgeschieden
Nach einer Ausfuhrungsform des erfindungsgemässen Verfahrens werden die Teilentgasung der Feinkohle und des Kohlestaubes bei einer Temperatur unter 600 C, vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen 250 C und 380 C durchgeführt
In diesem Temperaturbereich ist sichergestellt, dass keine vollständige Verkokung der Kohle erfolgt, dass also nicht weitgehend alle flüchtigen Bestandteile und Teerkomponenten ausgetrieben werden, sondern dass lediglich der, fur den Betrieb eines Einschmelzvergasers über das zulässige Mass hinausgehende, Anteil an flüchtigen Komponenten aus der Kohle entfernt wird.
Zusätzlich wird die Kohle in ihrer Konsistenz dahingehend verändert, dass sie teilweise plastifiziert und somit einer leichteren Brikettierung zugänglich ist. Die in der Kohle verbleibenden Teerkomponenten erweichen, so dass sie bei der nachfolgenden Bnkettierung als Binder dienen können.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird die Brikettierung der teilentgasten Feinkohle und des teilentgasten Kohlestaubes bei einer Temperatur unter 600 C, vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen 240 C und 380 C durchgeführt
In besonders bevorzugter Weise erfolgt die Brikettierung bei der sich durch die Teilentgasung ergebenden Temperatur
Zweckmässigerweise wird dabei also der Wärmeinhalt der Feinkohle und des Kohlestaubs nach der Teilentgasung beim Brikettieren ausgenutzt Es muss keine zusätzliche thermische Energie zum Brikettieren aufgewendet werden
Zweckmässigerweise werden Teerkomponenten aus dem bei der Teilentgasung entstehenden Entgasungsgas abgeschieden und mit der teilentgasten Feinkohle und dem teilentgasten Kohlestaub vermischt
Durch die Verwendung der aus dem Entgasungsgas abgeschiedenen Teerkomponenten als Binder kann bei der Brikettierung auf
einen zusätzlichen Binder gänzlich verzichtet werden
Der Energiebedarf der Teilentgasung wird bevorzugterweise zumindest teilweise durch das bei der Teilentgasung anfallende prozesseigene Gas gedeckt Das bei der Teilentgasung entstehende Gas enthält je nach eingesetzter Kohleart bis zu 30 bis 70% CO, H2 und Kohlenwasserstoffe, ist demzufolge brennbar und kann in vorteilhafter Weise zur Energieerzeugung verwendet werden.
Zweckmässigerweise wird hierbei das bei der Teilentgasung entstandene Gas zumindest teilweise verbrannt und die heissen Verbrennungsgase der Teilentgasung zugefuhrt.
Alternativ dazu werden Sauerstoff und/oder Luft der Teilentgasung zugeführt und die Teilverbrennung des Entgasungsgases gemeinsam mit der Teilentgasung durchgeführt.
Vorteilhafterweise wird die Teilentgasung nach einem Wirbelbettverfahren durchgeführt, also beispielsweise in einem Fliessbettreaktor oder einem Wirbelschichttrockner
Alternativ wird die Teilentgasung nach einem "spouted bed"-Verfahren durchgeführt, wobei die Wahl der Verfahrensart im wesentlichen von den Korngrössen der verwendeten Feinkohle bzw des Kohlestaubs bestimmt ist.
Die Nachentgasung des stückigen kohlenstoffhaltigen Materials und/oder der Briketts wird zweckmassigerweise nach einem Festbettverfahren bei Temperaturen unter 600 C bevorzugter- weise bei Temperaturen zwischen 450 C und 550 "C durchgeführt
Die Temperatur der Nachentgasung wird jedenfalls so gewählt, dass noch keine Verkokung erfolgt, sondern lediglich weitere flüchtige Komponenten aus dem stückigen kohlenstoffhaltigen Materials bzw. den Briketts ausgetrieben werden.
Gemäss einer Ausführungsvanante des erfindungsgemässen Verfahrens wird ein Teilstrom des Exportgases verdichtet, einer CO2-Entfernung unterzogen, erhitzt und dem Reduktionsgasstrom zugeführt.
Durch den Einsatz der teilentgasten Kohle und den daraus resultierenden Kohleeinsparungen kann der Fall eintreten (und zwar abhängig vom Restgehalt an flüchtigen Komponenten nach der Teilentgasung), dass die im Einschmelzvergaser produzierte Reduktionsgasmenge für den Betneb des Reduktionsreaktors nicht ausreichend ist Da das Exportgas noch etwa einen Gehalt von 50 % an Reduktanten aufweist, wird das Exportgas nach einer Verdichtung einer COrWäsche zugeführt. Die erforderliche Reduktionsgastemperatur von etwa 800 C wird durch Erhitzen, beispielsweise zweistufig mittels zunächst indirekter und anschliessend direkter Wärmezufuhr, eingestellt und der solchermassen behandelte Exportgasstrom dem Reduktionsgasstrom und in der Folge dem Reduktionsreaktor zugeführt.
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Nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal des erfindungsgemässen Verfahrens wird ein Teilstrom des Reduktionsgases als Uberschussgas abgezweigt, einer Gasreinigung unterzogen und ein Teilstrom des gereinigten Überschussgases verdichtet und als Kuhlgas dem Generatorgas zugeführt wird und ein zweiter Teilstrom des gereinigten Uberschussgases dem Exportgas zugefuhrt
Die Abzweigung und Rückführung von Teilströmen des Uberschussgases dienen der Kontrolle des Prozessdruckes des Reduktions- und des Schmelzreduktionsprozesses
Gegenstand der Erfindung ist auch eine Anlage zur Herstellung von flüssigem Roheisen und/oder Stahlvorprodukten aus von eisenoxidhältigen Stoffen, und gegebenenfalls Zuschlag- stoffen, vorzugsweise jeweils in Stück- und/oder Pelletform, gebildeten Einsatzstoffen, mit einem Reduktionsreaktor fur eisenoxidhaltige Stoffe, einem Einschmelzvergaser,
einer den Einschmelz- vergaser mit dem Reduktionsreaktor verbindenden Zuleitung für ein im Einschmelzvergaser gebildetes Reduktionsgas, wobei die Reduktionsgas-Zuleitung mit einer Gasreinigungsvorrichtung versehen ist, mit einer den Reduktionsreaktor mit dem Einschmelzvergaser verbindenden Forder- leitung fur das im Reduktionsreaktor gebildete Reduktionsprodukt, mit einer vom Reduktionsreaktor ausgehenden, mit einem Wäscher versehenen Topgas-Ableitung, mit einer Förderleitung für kohlenstoffhaltiges Material, mit in den Einschmelzvergaser mündenden Zuleitungen für sauerstoff- hältige Gase und einem am Einschmelzvergaser vorgesehenen Abstich fur flüssiges Roheisen und flüssige Schlacke
Eine solche Anlage ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Entgasungsreaktor zum teilweisen Entgasen von Feinkohle und Kohlestaub vorgesehen ist,
welchem eine Heissbrikettiereinrichtung zum Brikettieren von teilentgaster Feinkohle und teilentgastem Kohlestaub nachgeschaltet ist, wobei die Heissbrikettiereinrichtung über die Förderleitung mit dem Einschmelzvergaser verbunden ist
Gemäss einer bevorzugten Ausgestaltungsform ist die Heissbrikettiereinrichtung über eine weitere Förderverbindung mit einem Nachentgasungsreaktor verbunden, wobei der Nachent- gasungsreaktor wiederum mit dem Einschmelzvergaser verbunden ist
Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform ist eine Abscheideeinnchtung zum Abscheiden von Feinkohle und Kohlestaub aus dem zum Einsatz gelangenden kohlenstoffhaltigen Ausgangsmaterial vorgesehen
Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Abscheideeinrichtung über eine Zuleitung fur stückiges kohlenstoffhaltiges Material mit dem Einschmelzvergaser verbunden.
Über eine weitere Zuleitung ist eine Verbindung zwischen der Abscheideeinnchtung und dem Nachentgasungsreaktor hergestellt.
Zweckmässigerweise ist vom Entgasungsreaktor eine Gasleitung fur ein im Entgasungsreaktor entstehendes brennbares Entgasungsgas weggeführt, welche in eine mit dem Entgasungsreaktor verbundene Heizeinrichtung mundet.
In diese Heizeinrichtung mündet zweckmässigerweise auch eine Zuleitung für ein sauerstoff- hältiges Gas, weiters kann die Heizeinrichtung mit einer zusätzlichen Zuleitung fur ein brennbares Gas verbunden sein, welche dann zum Einsatz kommt, wenn die Menge des im Entgasungsreaktor produzierten Entgasungsgases für die Deckung des Energiebedarfs des Entgasungsreaktors nicht ausreichend ist.
Nach einem vorteilhaften Merkmal der erfindungsgemässen Anlage ist dem Entgasungsreaktor eine Misch- und Homogenisierungseinrichtung nachgeschaltet.
In dieser Misch- und Homogenisierungseinrichtung werden teilentgaste Feinkohle und/oder teilentgaster Kohlestaub, sowie gegebenenfalls unbehandelte Feinkohle bzw. Kohlestaub innig vermengt. Kohlenstoffhaltiges Ausgangsmaterial kann ebenfalls unmittelbar der Misch- und Homogenisierungseinrichtung zugeführt werden, wenn dieses sowohl hinsichtlich der Korngrössen als auch des Teergehalts geeignet ist Weiters sind der Misch- und Homogenisierungseinrichtung aus dem Entgasungsgas abgeschiedene Teerkomponenten zuführbar.
Nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal ist in der Gasleitung ein Teerabscheider zum Abscheiden von Teerkomponenten aus dem Entgasungsgas angeordnet, wobei abgeschiedene Teerkomponenten der Misch- und Homogenisierungseinrichtung zufuhrbar sind.
Zusammen mit dem Entgasungsgas aus der Kohle ausgetriebene Teerkomponenten sind dadurch in vorteilhafter Weise als gleichsam "prozesseigener" Binder für die Bnkettierung
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einsetzbar
Der Entgasungsreaktor kann in gleichermassen vorteilhafter Weise als Fliessbettreaktor, als Spouted-Bed Reaktor oder als Wirbelschichttrockner ausgeführt sein, der Nachentgasungsreaktor ist in bevorzugter Weise als Festbettreaktor ausgeführt
Zweckmässigerweise zweigt nach der Gasreimgungsvorrichtung von der Reduktionsgas- Zuleitung eine einen Gaswäscher enthaltende Überschussgasleitung ab, welche sich mit der Topgasableitung zu einer Exportgasleitung vereinigt
Eine bevorzugte Ausgestaltungsform der erfindungsgemässen Anlage ist dadurch gekennzeichnet,
dass die Exportgasleitung über eine Zweigleitung mit der Reduktionsgasleitung verbunden ist Exportgas wird über diese Zweigleitung in den Reduktionsgasstrom und damit in den Reduktionreaktor zurückgeführt
Zweckmässigerweise sind dazu in der Zweigleitung nacheinander ein Verdichter, eine COz-Entfemungseinrichtung. beispielsweise eine Druckwechseladsorptionsanlage, und eine Heiz- einrichtung angeordnet
Um das Exportgas ein weiteres Mal als Reduktionsgas nutzen zu können, muss es zunächst auf einen für den Reduktionsreaktor geeigneten Druck verdichtet, weitgehend von CO2 befreit, sowie auf Reduktionsgastemperatur (etwa 800 C) erhitzt werden Die Heizeinrichtung kann dazu beispielsweise als zweistufige Heizeinrichtung, mit einem ersten Wärmetauscher zum Vorerwärmen als erste Stufe, sowie mit einer weiteren Heizstufe,
deren Wärmeenergie aus einer Teilverbrennung von Exportgas gewonnen wird, ausgeführt sein
Die Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnung Fig. 1 näher erläutert, die eine bevorzugte Ausfuhrungsform der Erfindung veranschaulicht
In einen als Schachtofen ausgebildeten Reduktionsreaktor 1, d. h.
in dessen Reduktionszone 2, werden von oben über eine Chargiervorrichtung 3 stückige eisenoxidhältige Einsatzstoffe, wie Erz 4, gegebenenfalls mit ungebrannten Zuschlagstoffen 5, chargiert Der Reduktionsreaktor 1 steht mit einem Einschmelzvergaser 6 in Verbindung, in dem aus Kohlenstoffträgern, welche über eine Förderleitung 7 zugeführt werden, und sauerstoffhältigem Gas, welches über eine oder mehrere Gasleitungen 8 zugeführt wird, ein Reduktionsgas erzeugt wird, welches über eine Reduktionsgas- Zuleitung 9,10 dem Reduktionsreaktor 1 zugeführt wird und diesen im Gegenstrom zu den Einsatzstoffen 4,5 durchströmt In der Reduktionsgas-Zuleitung 9 ist eine Gasreinigungsvorrichtung 11, beispielsweise ein Heissgaszyklon, vorgesehen In dieser Gasreinigungsvorrichtung 11 abgeschiedener Staub wird dem Einschmelzvergaser 6 mittels Staubbrenner 12,
gegebenenfalls mit Hilfe eines Trägergases, üblicherweise Stickstoff, wieder zugeführt.
Über Zuleitungen 13 wird dem Einschmelzvergaser 6 das im Reduktionsreaktor 1 hergestellte Reduktionsprodukt, ganz oder teilweise fertigreduzierter Eisenschwamm, zugeführt. Der Reduktionsreaktor 1 ist weiters mit einer Topgasableitung 14 versehen, uber welche das Topgas, ein teilweise abreagiertes Reduktionsgas, aus dem Reduktionsreaktor 1 abgezogen wird.
In der Topgasableitung 14 ist ein Gaswäscher 15 angeordnet, mittels welchem das Topgas gekühlt und mitgeführter Staub abgeschieden wird
Von der Reduktionsgas-Zuleitung 10 zweigt eine Überschussgasleitung 16 ab, in welcher ebenfalls ein Gaswäscher 17 eine Kühlung und Staubabscheidung bewirkt Nach dem Gaswäscher 17 zweigt von der Überschussgasleitung 16 eine Kühlgasleitung 18 ab, durch welche gereinigtes und gekühltes Gas dem aus dem Einschmelzvergaser 6 abgezogenen Reduktionsgas zugefuhrt wird. Überschussgasleitung 16 und Topgas-Ableitung 14 vereinigen sich zu einer Exportgasleitung 19, durch welche Exportgas einem Verbraucher 20, beispielsweise zur Stromerzeugung zur Verfugung steht
Im unteren Bereich des Einschmelzvergasers 6 sammeln sich flüssiges Roheisen 21 und flüssige Schlacke 22, die über einen Abstich 23 abgestochen werden.
Von für den Einsatz im Einschmelzvergaser 6 vorgesehenem kohlenstoffhältigem Ausgangs- material 24, welches gegebenenfalls vorher getrocknet wurde, wird zunächst in einer Abscheide- einrichtung 25, beispielsweise einem Sieb, das stückige Material abgetrennt und verbleibende Feinkohle bzw Kohlestaub einem der Abscheideeinrichtung 25 nachgeschalteten Entgasungs- reaktor 27 zugefuhrt,
in dem diese bei Temperaturen von 250 bis 380 C teilweise entgast werden Die in der Kohle enthaltenen flüchtigen Komponenten bleiben dabei zum Teil als Teerkomponenten in der Kohle enthalten und werden zum anderen Teil mit dem bei der Entgasung entstehenden
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Entgasungsgas ausgetrieben
Das bei der Entgasung der Kohle im Entgasungsreaktor 27 entstehende brennbare Entgasungsgas wird über eine Gasleitung 29 einem Teerabscheider 38 und danach einer Heizeinrichtung 30 zugeführt, in welcher es verbrannt wird Durch eine weitere Gasleitung 31 kann der Heizeinrichtung 30 gegebenenfalls zusätzliches brennbares Gas zugefuhrt werden,
falls das im Entgasungsreaktor 27 anfallende Entgasungsgas fur die Deckung des Energiebedarfs nicht ausreichend ist
Alternativ zu einer Heizeinrichtung 30 kann die Teilverbrennung des Entgasungsgases bei gleichzeitiger Zufuhr eines sauerstoffhältigen Gases im Entgasungsrekator 27 selbst durchgeführt werden Über eine Ableitung 39 wird ein Teil des Entgasungsgases entfernt, um eine Anreicherung mit unbrennbaren Bestandteilen zu verhindern.
Heisse, teilentgaste Feinkohle und Kohlestaub aus dem Entgasungsreaktor 27 werden in einer Misch- und Homogenisierungseinrichtung 37, beispielsweise einem Intensivmischer, mit abgeschiedenen Teerkomponenten aus dem Teerabscheider 38, sowie gegebenenfalls mit unbehandelter Feinkohle bzw Kohlestaub und/oder kohlenstoffhältigem Ausgangsmaterial 24 (jeweils strichliert dargestellt), innig vermengt
Zusätzlich kann der Misch- und Homogenisierungseinrichtung 37 Inertmatenal, wie Zunder, Oxidstaub, Koksstaub, etc., zugefuhrt und mit der teilentgasten Feinkohle und Kohlestaub vermengt werden (nicht dargestellt).
Das Produkt aus der Misch- und Homogenisierungseinrichtung 37 wird in noch heissem Zustand in der Heissbrikettiereinrichtung 28 brikettiert Dabei muss keine zusätzliche thermische Energie aufgewendet werden Die in der Heissbrikettiereinrichtung erzeugten Briketts werden unter Ausnutzung ihrer fühlbaren Warme, also ihrer Temperatur, über die Forderleitung 7 im Einschmelzvergaser 6 eingesetzt.
Gegebenenfalls kann durch eine geringfügige Abkuhlung der gebildeten Briketts, beispielsweise um 50 C, eine Verfestigung der als Binder genutzten Teerkomponenten und damit eine Erhöhung der mechanischen Stabilität der Briketts bewirkt werden. Eine solche Abkuhlung kann auf einer in der Zeichnung nicht dargestellten Kühl Vorrichtung, beispielsweise einem Kuhlband und/oder einem Bunker erfolgen
Alternativ zum unmittelbaren Einsatz im Einschmelzvergaser 6 können die Briketts über eine weitere Förderleitung 7a einem Nachentgasungsreaktor 36 zugeführt werden, wo sie, gegebenenfalls zusammen mit stückigem kohlenstoffhaltigem Material aus der Abscheide- einrichtung 25,
bei Temperaturen unter 600 C weiter entgast werden
Das bei der Nachentgasung 36 entstehende Gas kann fur die Beheizung des Nachentgasungs- reaktors 36 und/oder des Teilentgasungsreaktors 27 verwendet werden und/oder in die Reduktionsgas-Zuleitung 9 und/oder die Topgasableitung 14 eingeleitet werden Diese Ver- wendungsmöglichkeiten sind in der Zeichnung nicht dargestellt
Stückiges kohlenstoffhaltiges Material aus der Abscheideeinrichtung 25 kann auch, abhangig von seinem Teergehalt, direkt über eine Zuleitung 26a der Förderleitung 7 und damit dem Einschmelzvergaser zugeführt werden
Die Reduktionsgas-Zuleitung 10 ist mit der Exportgasleitung 19 über eine Zweigleitung 32 verbunden In der Zweigleitung 32 sind nacheinander ein Verdichter 33, eine CO2-Entfernungs- vorrichtung 34, beispielsweise eine Druckwechseladsorptionsanlage,
und eine Heizvorrichtung 35 angeordnet Über die Zweigleitung 32 wird ein Teilstrom des Exportgases verdichtet, von CO2 gereinigt, auf Reduktionsgas-Temperatur erhitzt und in den fur den Reduktionsreaktor 1 vorgesehenen Reduktionsgasstrom 10 eingebracht
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das in Fig 1 dargestellte Ausführungsbeispiel, sondern umfasst auch alle dem Fachmann bekannten Mittel, die zur Ausführung der Erfindung herangezogen werden können.
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The invention relates to a process for the production of molten pig iron or steel precursors from feedstocks containing iron oxide and optionally additives, preferably in stucco and / or pellet form, the feedstocks containing iron oxide being reduced directly to sponge iron in the reduction zone of a reduction reactor, and the sponge iron in the gassing zone a melter gasifier is melted by supplying at least partially carbon-containing material formed from fine coal and coal dust and oxygen-containing gas, producing a CO and H2-containing generator gas which, after dedusting, is introduced into the reduction zone as a reducing gas, partially converted there, and converted as a top gas withdrawn from the reduction zone, cleaned and supplied to a consumer as export gas,
and an installation for carrying out the method
A problem with methods of the above-mentioned type is that when fine-particulate carbon-containing material, such as fine coal and coal dust, is fed into a melter gasifier, the fine-particulate carbon-containing material is immediately removed from it again due to the gas velocities prevailing in the melter gasifier.
This applies equally to fine-particle ore.To prevent this, it was proposed in AT-401 777 B, for example, to introduce carbon carriers together with fine ore and / or ore dust into the melter gasifier by means of dust burners, in the lower area of which there is a substoichiometric combustion of the carbon carriers It is disadvantageous that the carbon carriers cannot make a contribution to the construction of a bed made of solid carbon carriers in the melter gasifier.
It is also known to supply fine-particle coal to a melter gasifier in the upper region thereof, the fine-particle coal being converted to coke, the coke being discharged with the reducing gas and being separated from the reducing gas, and then, together with fine-particle material, to the melting gasifier via a burner is fed. However, nothing is contributed to the construction of a bed made of carbon-containing material.
Such a bed is usually formed using stuck coal. Due to the development on the coal market, which is largely determined by the requirements of coal-fired power plant operators and metallurgical plants, it may happen that fine coal is preferred for the coal dust burners, coking plants and other metallurgical processes. In the past, grate firing, which required the use of lumpy coal, only played a subordinate role on the coal consumer market.
This has led to the fact that the fine portion of the coal available on the market has assumed a considerable amount, which is in the order of 50 to 70%
In the case of an above-mentioned method, it is necessary to use coals which have a defined grain area, usually 5 to 40 mm. The majority of the coals available on the market cannot be used because the grain sizes are too small.
In addition, the coals used must have a suitable composition with regard to their content of volatile and non-volatile (Cfix) components
Low-quality coals, i.e. those with a high content of volatile components, have so far been regarded as unsuitable because, in order to decompose the hydrocarbons escaping into the melter gasifier, the temperature in the upper region of the melter gasifier is insufficient or a higher temperature than previously required When using coal with a high degree of carbonization, ie with a low content of volatile components, an adequate supply of the ore reduction process with reducing gas formed in the melter gasifier is not ensured.
The object of the invention is to circumvent the difficulties in providing lumpy coal and also to make coal with a hitherto impermissible content of volatile components usable for a method mentioned above. At the same time, savings in coal and oxygen requirements are intended to improve cost-effectiveness compared to the previous process
This object is achieved in that fine coal and coal dust intended for use, which each have a high proportion of volatile components, are subjected to partial degassing and are then briquetted hot.
wherein tar components of the coal are used as binders and the briquettes formed are still heated
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be used in the melter
A method is known from AT-376 243 B in which hard coal is used as the coal insert, which is coked in a hearth furnace before being introduced into the melter gasifier and the coked coal is introduced into the melter gasifier with its sensible heat. However, this leads to use a degassed coal with a too low content of volatile components, so that the reducing gas supply of an ore reduction process is not sufficient. AT-376 243 B also suggests briquetting the fine part of the coking and inserting it into the melter gasifier.
Because of the temperatures prevailing during coking (600 to 1000 C, however, the coke contains no or hardly any tar components, so that this coke cannot be used without the use of a binder. Furthermore, there are no reductants obtained from tar components available for the reduction shaft. This is according to the invention Worked around the problem in that the degassing of the fine coal takes place only partially, so that the partially degassed coal still contains sufficient volatile components for use in the melter gasifier.
With the method according to the invention, it is possible for the first time to make low-quality fine coal with a high content of volatile components usable for a combined reduction and smelting reduction process by degassing it more strongly; furthermore, by using briquetting in a hot state, it is also possible to use fine coal to be used in the process, as a result of which, overall, more readily available and cheaper coal can be used.
Since the coal briquettes formed are used in the melter gasifier using their heat content from the briquetting, this contributes positively to the energy balance of the overall process and results in a reduced need for coal and oxygen-containing gas. At most, the briquettes can be cooled slightly so that they have sufficient mechanical stability
Additional savings in coal and oxygen-containing gas (usually air and / or technical oxygen) result from the fact that a lower temperature in the upper region of the melter gasifier is required to decompose because of the lower escape of volatile components.This reduction in temperature is also due to the reduced use of coal and oxygen achieved.
Another effect of lowering the temperature is that the degree of oxidation of the reducing gas is increased, so that the proportion of CO2 and H2O increases. This results in a significantly better use of energy, combined with coal and oxygen savings
The use of coal briquettes means that coal with an essentially uniform grain size is used in the melter gasifier. This leads to improved gas permeability of the bed formed in the melter gasifier and thus in turn to reduced coal and oxygen requirements and overall stabilization of the product quality.
According to a preferred embodiment of the method according to the invention, the briquettes formed are subjected to post-degassing before they are used in the melter gasifier.
Especially when using low-quality coals with a very high volatile content, it is advantageous to reduce the briquette content of tar components even further.
According to a preferred embodiment, fine coal and coal dust are separated from the carbon-containing material used and then subjected to partial degassing
In a preferred embodiment, when the fine coal and the coal dust are separated, lumpy carbon-containing material is subjected to post-degassing and then into the melter and / or directly, ie. H. inserted into the melter without any degassing
By selecting and controlling the volume flows of briquettes and non-briquetted, lumpy carbonaceous material, which are each fed to the post-degassing and / or directly to the melter gasifier, it is possible to reduce the quantity of reducing gas formed in the melter gasifier and its quality, i.e. H. to control or influence its reduction potential.
Coal dust and fine coal with a particle size of less than or equal to 8 mm are preferred
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deposited from the carbonaceous material
According to one embodiment of the method according to the invention, the partial degassing of the fine coal and the coal dust is carried out at a temperature below 600 C, preferably at a temperature between 250 C and 380 C.
In this temperature range it is ensured that there is no complete coking of the coal, that not all volatile constituents and tar components are driven out, but that only the proportion of volatile components that goes beyond the permissible level for the operation of a melter gasifier is removed from the coal becomes.
In addition, the consistency of the coal is changed so that it is partially plasticized and is therefore more easily briquetted. The tar components remaining in the coal soften so that they can serve as binders in the subsequent chaining.
According to a preferred embodiment, the briquetting of the partially degassed fine coal and the partially degassed coal dust is carried out at a temperature below 600 C, preferably at a temperature between 240 C and 380 C.
In a particularly preferred manner, the briquetting takes place at the temperature resulting from the partial degassing
The heat content of the fine coal and the coal dust after the partial degassing is expediently used during the briquetting. No additional thermal energy has to be used for the briquetting
Expediently, tar components are separated from the degassing gas generated during the partial degassing and mixed with the partially degassed fine coal and the partially degassed coal dust
By using the tar components separated from the degassing gas as binders, briquetting can occur
an additional binder can be dispensed with entirely
The energy requirement of the partial degassing is preferably at least partially covered by the process gas generated in the partial degassing. Depending on the type of coal used, the gas generated in the partial degassing contains up to 30 to 70% CO, H2 and hydrocarbons, is therefore combustible and can advantageously be used to generate energy be used.
The gas produced in the partial degassing is expediently at least partially burned and the hot combustion gases are supplied to the partial degassing.
Alternatively, oxygen and / or air are fed to the partial degassing and the partial combustion of the degassing gas is carried out together with the partial degassing.
The partial degassing is advantageously carried out by a fluidized bed process, for example in a fluidized bed reactor or a fluidized bed dryer
Alternatively, the partial degassing is carried out according to a "spouted bed" process, the choice of process type being essentially determined by the grain sizes of the fine coal used or the coal dust.
The post-degassing of the lumpy carbonaceous material and / or the briquettes is expediently carried out by a fixed bed process at temperatures below 600 ° C., preferably at temperatures between 450 ° C. and 550 ° C.
In any case, the temperature of the post-degassing is selected such that no coking takes place, but only other volatile components are expelled from the particulate carbon-containing material or the briquettes.
According to an embodiment of the method according to the invention, a partial stream of the export gas is compressed, subjected to CO2 removal, heated and fed to the reducing gas stream.
Through the use of the partially degassed coal and the resulting coal savings, it can happen (depending on the residual content of volatile components after the partial degassing) that the quantity of reducing gas produced in the melter gasifier is not sufficient for the operation of the reduction reactor, since the export gas still has a content of 50% of reductants, the export gas is fed into a CO wash after compression. The required reducing gas temperature of approximately 800 ° C. is set by heating, for example in two stages by means of initially indirect and then direct supply of heat, and the export gas stream treated in this way is fed to the reducing gas stream and subsequently to the reduction reactor.
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According to a further advantageous feature of the method according to the invention, a partial stream of the reducing gas is branched off as excess gas, subjected to gas cleaning and a partial stream of the cleaned excess gas is compressed and fed to the generator gas as cooling gas and a second partial stream of the cleaned excess gas is fed to the export gas
The branching and recycling of partial flows of the excess gas serve to control the process pressure of the reduction and smelting reduction processes
The invention also relates to a plant for the production of molten pig iron and / or steel precursors from materials containing iron oxide, and optionally additives, preferably in each case in the form of pellets and / or pellets, with a reduction reactor for materials containing iron oxide, a melter gasifier,
a supply line connecting the melting gasifier with the reduction reactor for a reducing gas formed in the melting gasifier, the reducing gas supply line being provided with a gas cleaning device, with a supply line connecting the reduction reactor with the melting gasifier for the reduction product formed in the reduction reactor, with one from the reduction reactor outgoing, equipped with a scrubber top gas discharge line, with a delivery line for carbon-containing material, with feed lines for oxygen-containing gases opening into the melter gasifier and a tap for liquid pig iron and liquid slag provided on the melter gasifier
Such a plant is characterized in that a degassing reactor is provided for the partial degassing of fine coal and coal dust,
which is followed by a hot briquetting device for briquetting partially degassed fine coal and partially degassed coal dust, the hot briquetting device being connected to the melter gasifier via the delivery line
According to a preferred embodiment, the hot briquetting device is connected to a post-degassing reactor via a further conveying connection, the post-degassing reactor in turn being connected to the melter gasifier
According to a further preferred embodiment, a separating device is provided for separating fine coal and coal dust from the carbon-containing starting material used
According to a further preferred embodiment, the separating device is connected to the melter gasifier via a feed line for particulate carbon-containing material.
A connection between the separating device and the post-degassing reactor is established via a further feed line.
A gas line for a combustible degassing gas which arises in the degassing reactor is expediently led away from the degassing reactor and opens into a heating device connected to the degassing reactor.
A supply line for an oxygen-containing gas expediently also opens into this heating device. Furthermore, the heating device can be connected to an additional supply line for a combustible gas, which is used when the amount of the degassing gas produced in the degassing reactor to cover the energy requirement of the Degassing reactor is not sufficient.
According to an advantageous feature of the system according to the invention, a mixing and homogenization device is connected downstream of the degassing reactor.
Partially degassed fine coal and / or partially degassed coal dust, as well as possibly untreated fine coal or coal dust, are intimately mixed in this mixing and homogenization device. Carbon-containing starting material can also be fed directly to the mixing and homogenizing device if this is suitable both with regard to the grain sizes and the tar content. Furthermore, tar components separated from the degassing gas can be fed to the mixing and homogenizing device.
According to a further advantageous feature, a tar separator for separating tar components from the degassing gas is arranged in the gas line, separated tar components being able to be fed to the mixing and homogenizing device.
Tar components expelled from the coal together with the degassing gas are thereby advantageously as "process-inherent" binders for binding
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applicable
The degassing reactor can equally advantageously be designed as a fluidized bed reactor, as a spouted bed reactor or as a fluidized bed dryer; the post-degassing reactor is preferably designed as a fixed bed reactor
Appropriately, after the gas purification device, an excess gas line containing a gas scrubber branches off from the reducing gas supply line and combines with the top gas discharge line to form an export gas line
A preferred embodiment of the system according to the invention is characterized in that
that the export gas line is connected to the reducing gas line via a branch line. Export gas is returned via this branch line to the reducing gas stream and thus to the reduction reactor
For this purpose, a compressor and a CO 2 removal device are expediently located in the branch line. for example, a pressure swing adsorption system, and a heating device
In order to be able to use the export gas again as a reducing gas, it must first be compressed to a pressure suitable for the reduction reactor, largely freed of CO2, and heated to the reducing gas temperature (approx. 800 C) .The heating device can be used, for example, as a two-stage heating device with a first heat exchanger for preheating as the first stage, as well as with a further heating stage,
whose thermal energy is obtained from a partial combustion of export gas
The invention is explained below with reference to the drawing Fig. 1, which illustrates a preferred embodiment of the invention
In a reduction reactor 1 designed as a shaft furnace, i. H.
in its reduction zone 2, 3 pieces of iron oxide-containing feedstocks, such as ore 4, optionally with unburned additives 5, are charged from above via a charging device. The reduction reactor 1 is connected to a melter gasifier 6, in which carbon carriers, which are supplied via a delivery line 7, are connected , and oxygen-containing gas, which is supplied via one or more gas lines 8, a reducing gas is generated, which is supplied to the reduction reactor 1 via a reducing gas supply line 9, 10 and flows through it in countercurrent to the starting materials 4, 5 in the reducing gas supply line 9, a gas cleaning device 11, for example a hot gas cyclone, is provided. Dust separated in this gas cleaning device 11 is passed to the melter gasifier 6 by means of a dust burner 12.
if necessary, again with the aid of a carrier gas, usually nitrogen.
The reduction product produced in the reduction reactor 1, completely or partially reduced iron sponge, is fed to the melting gasifier 6 via feed lines 13. The reduction reactor 1 is further provided with a top gas discharge line 14, via which the top gas, a partially reacted reduction gas, is withdrawn from the reduction reactor 1.
A gas scrubber 15 is arranged in the top gas discharge line 14, by means of which the top gas is cooled and entrained dust is separated off
From the reducing gas supply line 10 branches off an excess gas line 16, in which a gas scrubber 17 also causes cooling and dust separation. After the gas scrubber 17 branches off from the excess gas line 16, a cooling gas line 18 branches through which cleaned and cooled gas to the reducing gas withdrawn from the melter gasifier 6 is fed. Excess gas line 16 and top gas discharge line 14 combine to form an export gas line 19, through which export gas is available to a consumer 20, for example for generating electricity
Liquid pig iron 21 and liquid slag 22 collect in the lower region of the melter gasifier 6 and are tapped off via a tap 23.
The carbon-containing starting material 24 intended for use in the melter gasifier 6, which has optionally been dried beforehand, is first separated off in a separating device 25, for example a sieve, and the remaining fine coal or coal dust in a degassing reactor downstream of the separating device 25 27 fed,
by partially degassing them at temperatures of 250 to 380 ° C. The volatile components contained in the coal remain partly as tar components in the coal and partly become those with the degassing
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Degassed gas expelled
The combustible degassing gas formed in the degassing reactor 27 when the coal is degassed is fed via a gas line 29 to a tar separator 38 and then to a heating device 30 in which it is burned.
if the degassing gas obtained in the degassing reactor 27 is not sufficient to cover the energy requirement
As an alternative to a heating device 30, the partial combustion of the degassing gas with simultaneous supply of an oxygen-containing gas can be carried out in the degassing recorder 27 itself. A part 39 of the degassing gas is removed via a discharge line 39 in order to prevent it from being enriched with incombustible components.
Hot, partially degassed fine coal and coal dust from the degassing reactor 27 are in a mixing and homogenizing device 37, for example an intensive mixer, with separated tar components from the tar separator 38, and optionally with untreated fine coal or coal dust and / or carbon-containing starting material 24 (each shown in broken lines), intimately mixed
In addition, the mixing and homogenizing device 37 can be supplied with inert materials such as scale, oxide dust, coke dust, etc. and mixed with the partially degassed fine coal and coal dust (not shown).
The product from the mixing and homogenizing device 37 is briquetted in the hot briquetting device 28 while it is still hot.No additional thermal energy has to be used here 6 used.
If necessary, a slight cooling of the briquettes formed, for example by 50 ° C., can solidify the tar components used as binders and thus increase the mechanical stability of the briquettes. Such cooling can take place on a cooling device, not shown in the drawing, for example a cooling belt and / or a bunker
As an alternative to direct use in the melter gasifier 6, the briquettes can be fed via a further delivery line 7a to a post-degassing reactor 36, where they, if appropriate together with lumpy carbon-containing material from the separating device 25,
be further degassed at temperatures below 600 C.
The gas produced in the post-degassing 36 can be used for heating the post-degassing reactor 36 and / or the partial degassing reactor 27 and / or can be introduced into the reducing gas feed line 9 and / or the top gas discharge line 14. These possible uses are not shown in the drawing shown
Lumpy carbon-containing material from the separating device 25 can also, depending on its tar content, be fed directly via a feed line 26a to the feed line 7 and thus to the melter gasifier
The reducing gas supply line 10 is connected to the export gas line 19 via a branch line 32. In the branch line 32 there are successively a compressor 33, a CO2 removal device 34, for example a pressure swing adsorption system,
and a heating device 35 arranged. Via the branch line 32, a partial stream of the export gas is compressed, cleaned of CO2, heated to the reducing gas temperature and introduced into the reducing gas stream 10 provided for the reducing reactor 1
The invention is not limited to the exemplary embodiment shown in FIG. 1, but also includes all means known to the person skilled in the art that can be used to implement the invention.
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