DE102005018712A1

DE102005018712A1 - Verfahren zur Erzeugung von Roheisen im Hochofen unter Zuführung von Reduktionsgas

Info

Publication number: DE102005018712A1
Application number: DE102005018712A
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr. Scheidig; Manfred Dr. Schingnitz; Joachim Buchwalder; Peter Dr. Schmöle
Original assignee: ThyssenKrupp Stahl AG; Eko Stahl GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp Steel Europe AG; ArcelorMittal Eisenhuettenstadt GmbH
Priority date: 2005-04-21
Filing date: 2005-04-21
Publication date: 2006-11-02
Anticipated expiration: 2025-04-22
Also published as: DE102005018712B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Roheisen im Hochofen unter Zuführung von Reduktionsgas, das neben CO und H¶2¶ zusätzlich Methan und höhere Kohlenwasserstoffe enthält. DOLLAR A Die Erfindung ist in allen Hochofenwerken anwendbar, in denen die Absicht besteht, zur Senkung des Koksverbrauchs bei der Roheisenerzeugung gasförmige Ersatzreduktionsmittel einzusetzen, und denen solche Gase aus fremden Quellen zugeführt werden können. DOLLAR A Unter gasförmigen Ersatzstoffen sind solche Gasmischungen zu verstehen, die neben Kohlenmonoxid und Wasserstoff als Hauptbestandteile im Umfang von mindestens DOLLAR A 20% des Gesamtheizwertes Methan oder höherwertige Kohlenwasserstoffe enthalten.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Roheisen im Hochofen unter Zuführung von Reduktionsgas, das neben CO und H₂ zusätzlich Methan oder höhere Kohlenwasserstoffe enthält.
Die Erfindung ist in allen Hochofenwerken anwendbar, in denen die Absicht besteht, zur Senkung des Koksverbrauches bei der Roheisenerzeugung gasförmige Ersatzreduktionsmittel einzusetzen und denen solche Gase aus fremden Quellen zugeführt werden können.
Unter gasförmigen Ersatzreduktionsmitteln sind solche Gasmischungen zu verstehen, die neben Kohlenmonoxid und Wasserstoff als Hauptbestandteile im Umfang von mindestens 20 % des Gesamtheizwertes Methan oder höhere gasförmige Kohlenwasserstoffe enthalten. Solche Gase entstehen beispielsweise als Vergasungsgase bei der Festbett-Druckvergasung, als Pyrolysegase bei der Kohleschwelung oder -verkokung, als Restgase aus Hydrierprozessen oder chemischen Synthesen oder aus Mischungen von CO und H₂-haltigen Gasen mit Erdgas oder anderen kohlenwasserstoffhaltigen Gasen.
Es wurde in den letzten Jahren übliche Praxis, zur Verminderung des Bedarfs an teurem, im Weltmaßstab immer knapper werdendem Hochofenkoks andere, billigere Reduktionsmittel zu benutzen und damit gleichzeitig die Kosten der Roheisenerzeu-gung zu senken.
Als Ersatzreduktionsmittel wurden zunächst Erdgas oder höhere Kohlenwasserstoffe, wie leichtere und schwerere Heizöle als Destillationsschritte des Erdöles, später aber auch zu Feinstaub aufgemahlene Braunkohlen-, Steinkohlen und Feinkokse und in jüngerer Zeit heizwertreiche Kunststofffraktionen aus der Abfallwirtschaft oder der Altautoaufbereitung eingesetzt. Weiterhin gibt es Vorschläge, von CO₂ befreites, aus dem Hochofen selbst stammendes Gichtgas zurückzuführen und entweder im Gestell über die Windformen oder durch zusätzliche Blasformen in der Rast für den Produktionsprozess nutzbar zu machen. Es existiert eine umfangreiche Patent- und Fachliteratur. So definieren Buchwalder u. a. (stahl und eisen 123 (2003) 1, S. 29 bis 37) die Anforderungen an Reststoffe, die für das Einblasen in den Hochofen geeignet sind. Peters und Schmöle, (stahl und eisen 122 (2002) 4, S. 43–50) untersuchen die Auswirkungen des Einblasens von Ersatzreduktionsmittel in den Hochofen auf die Metallurgie und die Kosten. Neben der Koks- und Kosteneinsparung gewinnt die Verminderung des CO₂-Ausstoßes dank intensiver Ausnutzung der Energieträger an Bedeutung.
Die Zuführung von Ersatzreduktionsmitteln ist durch mehrere Faktoren begrenzt, deren wesentliche sind:

• der Einfluss auf den metallurgischen Prozess (Energiebilanz, Durchströmung der Schüttung, Roheisenqualität)
• der Einfluss auf die Temperaturen im Bereich des Gestells

Besonders kohlenwasserstoffreiche Ersatzreduktionsmittel führen zu Temperaturabsenkung im Bereich der Windform, die man durch Erhöhung des Sauerstoffanteils im Heißwind, durch Temperaturerhöhung des Heißwindes oder bei gasförmigen Stoffen durch ihre Vorwärmung auszugleichen versucht. Dabei ist die Vorwärmtemperatur besonders bei indirekter Aufheizung durch die Beständigkeit der Materialien der Wärmeträger begrenzt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, gasförmige Ersatzreduktionsmittel einzusetzen, die in ihrem natürlichen Aufkommen bereits einen bestimmten Gehalt an Methan oder anderen gasförmigen höheren Kohlenwasserstoffen besitzt und die durch die exotherme partielle Oxydation des Methans oder anderen höheren gasförmigen Kohlenwasserstoffe mit Sauerstoff nach der Gleichung
die notwendige Energie freisetzen, um die entstehende Gasmischung auf die gewünschten Temperaturen von 900 bis 1200 °C vorzuheizen. Solche Gase sind beispielsweise Vergasungsgase der Festbett-Druckvergasung, Pyrolysegase, die bei der Verschwelung oder Verkokung von Braun- oder Steinkohlen entstehen, aber auch Restgase aus Hydrierprozessen oder chemischen Synthesen sowie Raffinerie gase aus der Erdölverarbeitung.
Die genannte Aufgabe wird durch die Merkmale des ersten Patentanspruches gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausführungen der Erfindung wieder.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Einsatz von methan- oder höhere gasförmige Kohlenwasserstoffe enthaltenen Gasen, die sowohl im Gestell oder in der Rast bzw. im unteren Schacht oder simultan in mehreren oder in allen der genannten Einblasebenen des Hochofens eingeblasen werden können, geht davon aus, dass diese mit Sauerstoff direkt in den Blasformen in den genannten Einblasebenen einer partiellen Oxydation unterzogen werden und das entstehende CO/H₂-Gemisch mit geringen CO₂- und H₂O-Anteilen mit der gewünschten Temperatur von 900–1200 °C dem Hochofen zugeführt wird.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird die Möglichkeit geschaffen, einen hohen Anteil an teuerem, immer schwerer beschaffbarem Hochofenkoks durch die Zuführung durch partielle Oxydation aufgeheizter zusätzlicher Reduktionsgase zu senken.
Im Weiteren wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel erläutert.
Einem Hochofen mit einer Leistung von 4800 Tonnen Roheisen pro Tag wird eine Reduktionsgasmenge von 50.000 m³i. N./h als Ersatzreduktionsmittel zugeführt. Die Temperatur des Reduktionsgases soll zwischen 900 und 1000 °C liegen.
Zur Erzeugung des Reduktionsgases wird Vergasungsgas eines Druckgaswerkes mit Festbett-Druckvergasern folgender Zusammensetzung eingesetzt:

CH₄ 28,0 Vol%

CO 8,0 Vol%

CO₂ 4,0 Vol%

H₂ 58,0 Vol%

N₂ 2,0 Vol%
Nachfolgend wird die partielle Oxidation des nicht vorgewärmten und des auf 400 °C und 600 °C vorgewärmten Vergasungsgases verglichen. Das dem Hochofen als Ersatzreduktionsmittel zugeführte Reduktionsgas hat nach der Aufheizung durch die genannte partielle Oxydation folgende Zusammensetzung:
Diese Reduktionsgase können sowohl im Gestell als auch in der Rast dem Hochofen als Ersatzreduktionsmittel zugeführt werden. Die verminderte Sauerstoffbedarf als auch die Verminderung der unerwünschten CO₂- und H₂O-Anteile zeigt die Zweckmäßigkeit, das beispielhaft eingesetzte Gas der Festbettdruckvergasung vor der partiellen Oxydation vorzuwärmen.
Zusätzlich zum durch partielle Oxydation aufgeheizten Reduktionsgas können noch andere flüssige, feste oder gasförmige Reduktionsmittel dem Hochofen zugeführt werden.

Claims

Verfahren zur Roheisenerzeugung im Hochofen, wobei dem Hochofen Reduktionsgase als Ersatzreduktionsmittel zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass für die Erzeugung des Reduktionsgases technische Gase eingesetzt werden, die neben H₂ und CO mindestens im Umfang von 20 % des Heizwertes Methan oder höhere Kohlenwasserstoffe enthalten und durch Zuführung von Sauerstoff einer partiellen Oxydation dieser Kohlenwasserstoffe zur Erhöhung der H₂ und CO-Gehalte und der Temperatur unterzogen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als technische Gase Vergasungsgase aus der Festbett-Druckvergasung, Pyrolysegase, Koksofengase, Restgase aus Hydrierprozessen oder chemischen Synthesen, Schwelgase eingesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 1–2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des Reduktionsgases durch partielle Oxydation von technischen Gasen, die weniger als 20 % des Heizwertes Methan oder höhere Kohlenwasserstoffe enthalten, solche bis zur Erreichung des Mindestgehaltes von 20 % zugesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass die partielle Oxydation in externen, speziell dafür vorgesehenen Einrichtungen, oder in den Blasformen des Hochofens selbst durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass das aus technischen Gasen durch partielle Oxydation erzeugte Reduktionsgas den Blasformen im Gestell oder in der Rast bzw. im unteren Schacht oder simultan in mehreren oder in allen der genannten Einblasebenen des Hochofens zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass das aus technischen Gasen durch partielle Oxydation erzeugte Reduktionsgas mit Temperaturen bis zu 1400 °C, vorzugsweise mit Temperaturen zwischen 800 °C und 1000 °C, einer oder mehreren Einblasebenen zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass die technischen Gase vor der partiellen Oxydation regenerativ oder rekuperativ vorgeheizt werden.
Verfahren nach Anspruch 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitig mit dem aus technischen Gasen durch partielle Oxydation erzeugten Reduktionsgas vorgeheizte oder nicht vorgeheizte andere Ersatzreduktionsmittel eingeblasen werden.