DE102005017434A1

DE102005017434A1 - Verfahren zur Temperaturbeeinflussung eines in einem Vergaser erzeugten Reduktionsgases für einen Hochofen

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Publication number: DE102005017434A1
Application number: DE102005017434A
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-04-15
Filing date: 2005-04-15
Publication date: 2006-10-26

Abstract

Dieser Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einem neuen Verfahrenskonzept das erzeugte heiße Reduktionsgas mit sich selbst oder mit Gichtgas auf die erforderliche Temperatur zu bringen. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt dadurch, dass ein Teilstrom des Reduktionsgases abgekühlt wird und dieser abgekühlte Teilstrom dem heißen, dem den Vergaser verlassenden Gas beigemischt wird. Ferner besteht die Möglichkeit, kaltes Gichtgas, nachdem CO¶2¶ abgetrennt wurde, beizumischen. Dies hätte darüber hinaus den Vorteil, dass es nicht mehr separat aufgeheizt werden müsste. Im Weiteren besteht die Möglichkeit, den gesamten Gasstrom durch Wassereindüsung abzukühlen und wieder aufzuheizen, wobei aus dem Gasstrom das gelöste Wasser wieder abgetrennt werden muss. Die Temperaturabsenkung des Gases durch die Wassereindüsung soll dabei so gering wie möglich ausfallen, allerdings so weit, dass eine problemlose Abscheidung der Staubpartikel möglich ist, Fig. 1.

Description

In zunehmender Weise wir ein Reduktionsgas, im wesentlichen bestehend aus Kohlenmonoxi und Wasserstoff, im Hochofen eingesetzt, um einerseits Koks einzusparen und andererseits die Leistung des Hochofens zu steigern. Bei diesem Reduktionsgas handelt es sich entweder um Kuppelgase oder Gase, die gezielt in einem Vergaser unter Druck ( bis 1 MPa) für diesen Zweck erzeugt werden, dabei werden Heizwert behaftete Feststoffe vergast, die nicht in fester Form in den Hochofen eingebracht werden können. Im Reduktionsgas sollen keine Inert-Komponenten wie Kohlendioxid enthalten sein, da sie im Hochofen nicht an den ablaufenden Reaktion beteiligt sind, die Durchströmung der reaktiven Gaskomponenten im Hochofen behindern und damit die Leistungsfähigkeit des Hochofens herabsetzen.

Gemäß der vertikalen Temperaturverteilung im Hochofen muss das Reduktionsgas in etwa die Temperatur ausweisen, die auch im Hochofen an der Einblasstelle vorliegt. Die Einblasstelle kann oberhalb und knapp unterhalb der Blasformebene liegen. Die max. Gastemperatur sollte dadurch bedingt nicht über der Heißgastemperatur, also bei rund 1.250 °C, liegen. Die untere Temperatur sollte, wenn es oberhalb der Blasformebene eingeblasen wird, 750 °C nicht unterschreiten.

Werden als Reduktionsgas Kuppelgase aus dem Hüttenwerk eingesetzt, so besteht die Aufgabe darin, die kalten gereinigten Kuppelgase von Inertgasen zu befreien, wie z. B. die CO₂-Abtrennung aus dem Gichtgas, und es auf die erforderliche Gastemperatur aufzuheizen.

Bei einem separat erzeugten Reduktionsgas liegt, bedingt durch das Vergasungsverfahren wie z. B. Flugstromvergasung, eine bestimmte Temperatur vor, die im Regelfall nicht mit der erforderlichen Einblastemperatur übereinstimmt, so das eine verfahrenstechnische Möglichkeit geschaffen werden muss, die Temperatur des erzeugten Reduktionsgases zu beeinflussen. Im Normalfall muss die Temperatur des Reduktionsgases gesenkt werden, z. B. von 1.600 °C auf 1.000 °C. Da im Gas, das den Vergaser verlässt, noch eine erhebliche Staubfracht enthalten ist, wobei die Staubpartikel Temperatur bedingt flüssig oder stark plastisch sind, scheiden konventionelle Wärmeübertrager zur Gaskühlung aus. So wird in DE 29 16 908 C2 eine Gas-Quenche vorgeschlagen, indem kaltes gereinigtes Koksofengas, bestehend aus Methan und Wasserstoff, in das heiße, den Vergaser verlassende Gas einzudüsen und über das Mengenverhältnis die erforderliche Temperatur einzustellen. Diese Lösung hat den Nachteil, dass viele Hüttenwerke keine Kokerei haben oder dass mit großem Aufwand das Koksofengas zum Vergaser oder zum Hochofen herangeführt werden muss.

Dieser Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einem neuen Verfahrenskonzept das erzeugte heiße Reduktionsgas mit sich selbst oder mit Gichtgas auf die erforderliche Temperatur zu bringen. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt dadurch, dass ein Teilstrom des Reduktionsgases abgekühlt wird und dieser abgekühlte Teilstrom dem heißen, dem den Vergaser verlassenden Gas beigemischt wird. Ferner besteht die Möglichkeit, kaltes Gichtgas, nachdem CO₂ abgetrennt wurde, beizumischen. Dies hätte darüber hinaus den Vorteil, dass es nicht mehr separat aufgeheizt werden müsste. Im Weiteren besteht die Möglichkeit, den gesamten Gasstrom durch Wassereindüsung abzukühlen und wieder aufzuheizen, wobei aus dem Gasstrom das gelöste Wasser wieder abgetrennt werden muss. Die Temperaturabsenkung des Gases durch die Wassereindüsung soll dabei so gering wie möglich ausfallen, allerdings soweit, das eine problemloses Abscheidung der Staubpartikel möglich ist, 1.

Ein fester Brennstoff 1 wird gemäß 1 in einem Vergaser 6 mit einem Vergasungsmittel 2, vorzugsweise Sauerstoff, zu einem Reduktionsgas 9 umgesetzt. Diesem Gasstrom wird kaltes Gas 17 beigemischt, bevor es zu einer Heißgasreinigung 18, vorzugsweise einem Heißgaszyklon, gelangt. Ein Teil des gereinigten Gases 16, das die erforderliche Einblastemperatur hat, wird rückgeführt und in einem Wärmeübertrager 10 direkt oder aus Sicherheitsgründen über einen Wärmeträgerkreislauf abgekühlt. Die Wärme kann dazu genutzt werden, Kaltwind 4 für die Winderhitzer 8 vorzuwärmen. Alternativ kann die Wärme, hier nicht dargestellt, an die Umgebung abgeführt werden. Durch einen Verdichter 19 wird der Druck des Gasstroms 16 geringfügig erhöht, so dass ein Zuführung zum Gasstrom 9 möglich wird. Vor dem Hochofen 7 wird eine Absperrarmatur 14 vorgesehen.
Ein fester Brennstoff 1 wird gemäß 2 in einem Vergaser 6 mit einem Vergasungsmittel 2, vorzugsweise Sauerstoff, zu einem Reduktionsgas 9 umgesetzt. Diesem Gasstrom wird kaltes Gichtgas 26 beigemischt, aus dem zuvor CO₂ abgetrennt wurde 20, vorzugsweise durch eine Druckwechseladsorptionsanlage, bevor es zu einer Heißgasreinigung 18, vorzugsweise einem Heißgaszyklon, gelangt. Auf die Heißgasreinigung 18 kann aber auch verzichtet werden 28. Durch einen Verdichter 19 wird der Druck des Gichtgases 16 erhöht, so dass ein Zuführung zum Gasstrom 9 möglich wird. Vor dem Hochofen 7 wird eine Absperrarmatur 14 vorgesehen.
Ein fester Brennstoff 1 wird gemäß 3 in einem Vergaser 6 mit einem Vergasungsmittel 2, vorzugsweise Sauerstoff, zu einem Reduktionsgas 9 umgesetzt. In diesen Gasstrom wird kaltes Wasser eingedüst 21, bevor es zu einer Heißgasreinigung 18, vorzugsweise einem Heißgaszyklon, gelangt. In einem Wärmeübertrager 10 wird über einen Wärmeträgerkreislauf 29 der Gas strom weiter abgekühlt. Auskondensierendes Wasser wird in einem Wasserabscheider 23 abgetrennt. Danach besteht die Möglichkeit, im Gas gelöstes Wasser durch eine Abtrennvorrichtung 24, vorzugsweise eine Absorptionsanlage, abzutrennen. Alternativ kann auf diese Trennvorrichtung verzichtet werden 28. In einem Wärmeübertrager 30 wird der Gasstrom über den Wärmeübertragerkreislauf 29 wieder aufgeheizt. Wärmeverluste im gesamten System können durch eine Wärmezufuhr 25, vorzugsweise durch Verbrennung von Gichtgas 26, im Wärmeträgerkreislauf 29 ausgeglichen werden, so dass darüber die erforderliche Einblastemperatur 22 eingestellt werden kann. Vor dem Hochofen 7 wird eine Absperrarmatur 14 vorgesehen.

1: Brennstoff für Vergaser
2: Vergasungsmittel: Sauerstoff/Wasserdampf
3: Wasser/Dampf
4: Kaltwind
5: Vorgewärmter Kaltwind = Warmwind
6: Vergaser
7: Hochofen
8: Winderhitzer
9: Roh-Synthesegas
10: Wärmeübertrager
11: Sauerstoffüberwachung
12: Brennstoff für Winderhitzer
13: Rauchgas
14: Absperrorgan
15: Heißwind/Partikelabscheidung
16: Rückgeführtes heißes, gereinigtes Synthesegas
17: Rückgeführtes gekühltes, gereinigtes Synthesegas
18: Heißgasreinigung
19: Verdichter
20: CO₂-Abscheidung
21: Quenche/Wassereindüsung
22: Reduktionsgas
23: Wasserabscheider
24: Absorption
25: Brenner
26: Gichtgas
27: Pumpe
28: Bypass
29: Wärmeträgerkreislauf
30: Wärmeübertrager

Claims

Verfahren zur Temperaturbeeinflussung eines in einem Vergaser erzeugten Reduktiongases, gekennzeichnet dadurch, dass ein Teilstrom des erzeugten Gas rückgeführt, abgekühlt und dem den Vergaser verlassenden Gas beigemischt wird, bevor der Gesamtstrom einer Heißgasreinigung zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heißgasreinigung durch einen Zyklon realisiert wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die fühlbare Wärme des abgekühlten Gases zur Windvorwärmung genutzt wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Hochofen in der Reduktionsgasleitung eine Absperrarmatur angeordnet ist.
Verfahren zur Temperaturbeeinflussung eines in einem Vergaser erzeugten Reduktiongases, gekennzeichnet dadurch, dass Gichtgas, aus dem zuvor Kohlendioxid abgetrennt wurde, dem den Vergaser verlassenden Gas beigemischt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem als Quenchgas verwendeten Gichtgas des Hochofens durch eine Druckwechseladsorptionsanlage Kohlendioxid abgeschieden wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Heißgasreinigung durch einen Zyklon realisiert wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Hochofen in der Reduktionsgasleitung eine Absperrarmatur angeordnet ist.
Verfahren nach den Ansprüchen 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Gichtgasdruck vor der Druckwechseladsorptionsanlage erhöht wird.
Verfahren zur Temperaturbeeinflussung eines in einem Vergaser erzeugten Reduktiongases, gekennzeichnet dadurch, dass in das den Vergaser verlassende Gas Wasser eingedüst und eine anschließende Heißgasreinigung vorgesehen wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Heißgasreinigung durch einen Zyklon realisiert wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass das gequenchte Gas über einen Wärmeübertrager weiter abgekühlt wird und das die abgeführte Wärme zur späteren Wiederaufheizung des Reduktionsgases dient.
Verfahren nach den Ansprüchen 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Abkühlung des Gases auskondensierende Bestandteile des Gases abgeschieden werden.
Verfahren nach den Ansprüchen 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass im Gas gelöste Bestandteile, vorzugsweise Wasser, durch eine Abtrennvorrichtung, vorzugsweise eine Absorptionstrennstufe, abgeschieden werden.
Verfahren nach den Ansprüchen 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Hochofen in der Reduktionsgasleitung eine Absperrarmatur angeordnet ist.