DE102005027158A1 - Process for producing pig iron in the blast furnace while supplying reducing gas into the blast furnace shaft - Google Patents

Process for producing pig iron in the blast furnace while supplying reducing gas into the blast furnace shaft Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Roheisen im Hochofen unter Zuführung von Reduktionsgas, das mit konditionierter Zusammensetzung und Temperaturführung in den unteren Teil des Hochofenschachts und/oder in den Kohlensack und/oder die Rast eingeblasen wird, ohne dass die bei der Injektion von technischen Gasen auftretenden Nachteile wirksam werden. DOLLAR A Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die partielle Sauerstoffvergasung hochreaktiver flüssiger Kohlenwasserstoffe oder staubförmiger fester Kohlenstoffträger gelöst, wobei die Reduktionsgaserzeugung direkt an den einzelnen Einblasstellen am Hochofen oder in separaten, außerhalb des Hochofens angeordneten Einrichtungen erfolgt und die Vergasungskonditionen so eingestellt werden, dass die erzeugten Reduktionsgase bei Temperaturen von 800 DEG C bis 1000 DEG C minimale (CO¶2¶ + H¶2¶O)-Gehalte aufweisen.The invention relates to a method for producing pig iron in the blast furnace with the supply of reducing gas, which is injected with conditioned composition and temperature control in the lower part of the blast furnace shaft and / or in the coal sack and / or the rest, without that in the injection of technical Gas occurring disadvantages are effective. DOLLAR A This object is achieved by the partial oxygen gasification of highly reactive liquid hydrocarbons or pulverulent solid carbon carrier, wherein the reduction gas production takes place directly at the individual Einblasstellen the blast furnace or in separate, arranged outside the blast furnace facilities and the gasification conditions are adjusted so that the reduction gases produced have minimum (CO¶2¶ + H¶2¶O) contents at temperatures of 800 ° C to 1000 ° C.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Roheisen im Hochofen unter Zuführung von Reduktionsgas, das mit konditionierter Zusammensetzung und Temperaturführung in den unteren Teil des Hochofenschachts und/oder in den Kohlensack und/oder die Rast eingeblasen wird. Das Verfahren wird nachfolgend als konditionierte Schachtgasinjektion bezeichnet.The The invention relates to a process for the production of pig iron in the blast furnace under supply of Reduction gas containing conditioned composition and temperature control in the lower part of the blast furnace shaft and / or the coal sack and / or the rest is blown. The procedure is described below referred to as conditioned shaft gas injection.

Es ist übliche Hochofenpraxis, zur Verminderung des Bedarfs an teurem, im Weltmaßstab immer knapper werdendem Hochofenkoks andere, billigere Reduktionsmittel zum teilweisen Ersatz von Koks zu benutzen und damit die Kosten der Roheisenerzeugung zu senken. Die Ersatzreduktionsmittel werden zusammen mit dem Heißwind in die Blasformen im Gestell des Hochofens eingeblasen.It is usual Blast furnace practice, to reduce the need for expensive, on a world scale ever scarce The blast furnace coke will be replaced by other, cheaper reducing agents in part Replacement of coke to use and thus the cost of pig iron production to lower. The replacement reductants are added together with the hot blast blown the blow molds in the frame of the blast furnace.

Zusätzlich zum Einblasen von festen, flüssigen oder gasförmigen Ersatzreduktionsmitteln in das Gestell wird auch die Injektion von gasförmigen Ersatzreduktionsmitteln durch zusätzliche Blasformen in den unteren Teil des Hochofenschachts bzw. in den Kohlensack oder die Rast diskutiert. So wurde im DE 10 2005 018 712.9 bereits vorgeschlagen, hierzu technische Gase einzusetzen. Unter technischen Gasen werden dabei solche Gasmischungen verstanden, die neben Kohlenmonoxid und Wasserstoff als Hauptbestandteile möglichst auch 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.In addition to injecting solid, liquid or gaseous substitute reducing agents into the rack, the injection of gaseous substitute reducing agents by additional blow molding into the lower part of the blast furnace shaft or into the coal sack or the detent is also discussed. So was in the DE 10 2005 018 712.9 already proposed to use this technical gases. Technical gases are understood as meaning gas mixtures which, in addition to carbon monoxide and hydrogen as main constituents, preferably also contain methane or higher gaseous hydrocarbons. Such gases are produced, for example, as gasification gases in the fixed-bed pressure gasification, as pyrolysis gases in the carbonization or coking, as residual gases from hydrogenation or chemical syntheses or mixtures of CO and H 2 -containing gases with natural gas or other hydrocarbon-containing gases.

Als nachteilig erweist sich bei dieser Verfahrensweise, dass solche technischen Gase nur in seltenen Fällen am Hochofenstandort verfügbar sind. Die Errichtung entsprechender Erzeugungskapazitäten vor Ort oder die Gaszuleitung über Ferngasleitungen ist zeit- und kostenintensiv. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass das einzusetzende technische Gas auf die an der Einblasstelle herrschende Hochofentemperatur, d.h. auf 800 °C bis 1000 °C aufzuheizen ist. Hierzu stehen zwar bekannte regenerative Verfahren, wie Cowper oder Pebble-Heater zur Verfügung, deren Einsatz jedoch ebenfalls mit zusätzlichem materiellem und finanziellem Aufwand verbunden ist.When disadvantageous proves in this procedure that such technical gases are only rarely available at the blast furnace site. The Establishment of corresponding generation capacities on site or gas supply via gas transmission lines is time consuming and costly. Another disadvantage is that the technical gas to be used on the at the Einblasstelle prevailing blast furnace temperature, i. is to be heated to 800 ° C to 1000 ° C. Stand by although known regenerative processes, such as Cowper or Pebble Heater to disposal, However, their use also with additional material and financial Effort is connected.

In DE 10 2005 018 712.9 wurde bereits vorgeschlagen, die Aufheizung durch partielle Oxidation mit Sauerstoff technologisch und wirtschaftlich günstiger zu gestalten. Von Nachteil ist dabei, dass das technische Gas Gehalte an Methan oder höheren gasförmigen Kohlenwasserstoffen von mindestens 20 % des Gesamtheizwertes aufweisen muss, um die oben genannte für die Schachtgasinjektion erforderliche Temperatur durch partielle Oxidation mit Sauerstoff zu erreichen. Bei geringeren Kohlenwasserstoffgehalten sind entsprechende Zumischungen erforderlich.In DE 10 2005 018 712.9 It has already been proposed to make heating by partial oxidation with oxygen technologically and economically more favorable. The disadvantage here is that the technical gas must have levels of methane or higher gaseous hydrocarbons of at least 20% of the total heating value in order to achieve the above required for the shaft gas injection temperature by partial oxidation with oxygen. At lower hydrocarbon contents corresponding admixtures are required.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Roheisenerzeugung im Hochofen unter Einsatz von gasförmigen Ersatzreduktionsmitteln zu realisieren, die mit konditionierter Zusammensetzung und Temperaturführung in den unteren Teil des Hochofenschachts und/oder in den Kohlensack und/oder die Rast eingeblasen werden, ohne dass die bei der Injektion von technischen Gasen auftretenden Nachteile wirksam werden.Of the The invention is therefore based on the object, a method for Pig iron production in the blast furnace using gaseous substitute reducing agents to realize that with conditioned composition and temperature control in the lower part of the blast furnace shaft and / or the coal sack and / or the rest are injected without the injection disadvantages arising from technical gases.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die partielle Sauerstoffvergasung hochreaktiver flüssiger Kohlenwasserstoffe oder staubförmiger fester Kohlenstoffträger gelöst, wobei die Reduktionsgaserzeugung direkt an den einzelnen Einblasstellen am Hochofen oder in separaten, außerhalb des Hochofens angeordneten Einrichtungen erfolgt und die Vergasungskonditionen so eingestellt werden, dass die erzeugten Reduktionsgase bei Temperaturen von 800 °C bis 1000 °C minimale (CO2 + H2O)-Gehalte aufweisen.This object is achieved in accordance with the invention by the partial oxygen gasification of highly reactive liquid hydrocarbons or pulverulent solid carbon carriers, wherein the reduction gas generation takes place directly at the individual injection points at the blast furnace or in separate devices arranged outside the blast furnace and the gasification conditions are set such that the reduction gases produced are at temperatures from 800 ° C to 1000 ° C have minimum (CO 2 + H 2 O) content.

Die erzeugten Reduktionsgase werden ohne Gasreinigung direkt in den Hochofen eingeblasen, so dass die Vergasungstemperatur unmittelbar als Einblastemperatur wirksam wird und eine materiell aufwendige indirekte Aufheizung des Reduktionsgases entfällt. Die Wärme für die Aufheizung des gebildeten (CO2 + H2O)-armen Reduktionsgases auf die für die Zuführung zum Hochofen gewünschte Temperatur von vorzugsweise 800 °C bis 1000 °C wird aus der Exothermie der Reaktionen (1) und (2) gedeckt: Cn Hm + n/2 O2 = nCO + m/2 H2 + Q1 (1) Cn Hm + (n + m/2) O2 = nCO2 + m/2H2O + Q2 (2) The reduction gases generated are injected directly into the blast furnace without gas purification, so that the gasification temperature is directly effective as an inlet temperature and eliminates a materially complicated indirect heating of the reducing gas. The heat for the heating of the formed (CO 2 + H 2 O) -reduction gas to the desired for the supply to the blast furnace temperature of preferably 800 ° C to 1000 ° C is covered by the exothermicity of the reactions (1) and (2) : C n H m + n / 2 O 2 = nCO + m / 2 H 2 + Q 1 (1) C n H m + (n + m / 2) O 2 = nCO 2 + m / 2H 2 O + Q 2 (2)

Dabei wird die Reaktion (2) durch die Höhe der Sauerstoffzuführung so begrenzt, dass sich der (CO2 + H2O)-Gehalt auf < 15 Vol-%, vorzugsweise < 10 Vol-% einstellt.The reaction (2) is limited by the amount of oxygen supply so that the (CO 2 + H 2 O) content is set to <15% by volume, preferably <10% by volume.

Als hochreaktive flüssige Kohlenwasserstoffe werden vorteilhafterweise solche aus dem Bereich der Flüssiggase sowie der Benzin-, Kerosin- und Dieselfraktion eingesetzt. Mit dem Einsatz von Biodiesel eröffnet sich zugleich die Möglichkeit einer Roheisenerzeugung mit herabgesetzten CO2-Emissionen. Für die Reduktionsgaserzeugung aus staubförmigen festen Kohlenstoffträgern werden hochkohlenstoff- und wasserstoffhaltige Materialien eingesetzt, wie Braunkohlen oder Steinkohlen mit hohem Gehalt an flüchtigen Bestandteilen, oder durch thermische Vorbehandlung von Braunkohlen, Steinkohlen, Kunststoffen oder Biobrennstoffen gewonnene staubförmige Materialien. Mit dem Einsatz von Biobrennstoffen eröffnet sich ebenfalls die Möglichkeit einer Roheisenerzeugung mit herabgesetzten CO2-Emissionen.As highly reactive liquid hydrocarbons advantageously those from the field of liquefied gases and the gasoline, kerosene and diesel fraction are used. The use of biodiesel also opens up the possibility of producing pig iron with reduced CO 2 emissions. For high-carbon and hydrogen-containing materials such as lignites or high volatiles, or thermally pretreated lignite, coal, plastics, or biofuels, are used to produce dust-like solid carbonaceous reductant gas. The use of biofuels also opens up the possibility of producing pig iron with reduced CO 2 emissions.

Die Erfindung soll nachfolgend an einem Beispiel erläutert werden:The Invention will be explained below by way of example:

Beispiel 1example 1

Einem Hochofen mit einer Leistung von 4800 Tonnen Roheisen pro Tag wird eine Reduktionsgasmenge von 50.000 Nm3/h als Ersatzreduktionsmittel zugeführt. Die Temperatur des Reduktionsgases soll zwischen 900 und 1000 °C liegen.A blast furnace with a capacity of 4800 tons of pig iron per day is supplied with a reducing gas amount of 50,000 Nm 3 / h as a substitute reducing agent. The temperature of the reducing gas should be between 900 and 1000 ° C.

Zur Erzeugung des Reduktionsgases wird eine partielle Oxidation von Flüssiggas und Sauerstoff und Wasserdampf vorgesehen. Das Reduktionsgas wird symmetrisch verteilt über 16 Blasformen in den Hochofenschacht eingeblasen, denen 16 Vergasungsbrenner vorgeschaltet sind. Zur Erzeugung der genannten Reduktionsgasmenge von 50.000 Nm3/h werden benötigt: Flüssiggas 14,5 Mg/h Dampf 7,5 Mg/h Sauerstoff 10.800 Nm3/h To generate the reducing gas, a partial oxidation of liquid gas and oxygen and water vapor is provided. The reducing gas is injected symmetrically distributed over 16 blow molds in the blast furnace shaft, which 16 gasification burners are connected upstream. To produce the said reduction gas amount of 50,000 Nm 3 / h are required: LPG 14.5 mg / h steam 7.5 mg / h oxygen 10,800 Nm 3 / h

Jedem der 16 Vergasungsbrenner werden demnach zugeführt: Flüssiggas 906 kg/h Dampf 470 kg/h Sauerstoff 675 Nm3/h Each of the 16 gasification burners are thus supplied: LPG 906 kg / h steam 470 kg / h oxygen 675 Nm 3 / h

Das Reduktionsgas wird mit folgender Zusammensetzung in den Schacht eingeblasen: H2 54 Vol.-% CO 39 Vol.-% CO2 4 Vol.-% H2O 3 Vol.-% The reducing gas is injected into the shaft with the following composition: H 2 54% by volume CO 39% by volume CO 2 4 vol.% H 2 O 3 vol.%

Claims (6)

Verfahren zur Erzeugung von Roheisen im Hochofen unter Zuführung von Reduktionsgas, das mit konditionierter Zusammensetzung und Temperaturführung in zusätzliche im unteren Teil des Hochofenschachts und/oder im Kohlensack und/oder in der Rast angeordnete Blasformen eingeblasen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Reduktionsgas durch die partielle Sauerstoffvergasung hochreaktiver flüssiger oder gasförmiger Kohlenwasserstoffe oder staubförmiger fester Kohlenstoffträger erzeugt wird.Process for the production of pig iron in the blast furnace with supply of reducing gas, which is blown with conditioned composition and temperature control in additional arranged in the lower part of the blast furnace shaft and / or coal sack and / or in the detent blow molding, characterized in that the reducing gas through the partial Oxygen gasification of highly reactive liquid or gaseous hydrocarbons or dust-like solid carbon support is produced. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als hochreaktive flüssige Kohlenwasserstoffe solche aus dem Bereich der Alkane mit einer Molekülgröße von C1 bis C8 und/oder der Benzin-, Kerosin- und Dieselfraktion eingesetzt werden.Method according to claim 1, characterized in that that as a highly reactive liquid Hydrocarbons from the range of alkanes with a molecular size of C1 used to C8 and / or the gasoline, kerosene and diesel fraction become. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als staubförmige feste Kohlenstoffträger hochkohlenstoff- und wasserstoffhaltige Materialien eingesetzt werden, wie Braunkohlen, Steinkohlen mit hohem Gehalt an flüchtigen Bestandteilen und hoher Reaktivität, Kunststoffe und/oder Biobrennstoffe oder durch thermische Vorbehandlung solcher Kohlenstoffträger gewonnene staubförmige Materialien.Method according to claim 1, characterized in that that as dusty solid carbon carriers high-carbon and hydrogen-containing materials are used, like lignites, hard coal with high volatile content Components and high reactivity, plastics and / or biofuels or obtained by thermal pretreatment of such carbon carriers powdery Materials. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Reduktionsgas aus Biotreibstoffen, wie Biodiesel, oder aus Biobrennstoffen erzeugt wird.Method according to claim 1, characterized in that that the reducing gas from biofuels, such as biodiesel, or is produced from biofuels. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die festen Kohlenstoffträger zu einem staubfeinen Material mit Korngrößen <500 μm, vorzugsweise <200 μm aufgemahlen werden.Method according to claim 3, characterized that the solid carbon carriers to a dust-fine material with grain sizes <500 μm, preferably ground <200 microns become. Verfahren nach Anspruch 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass die Reduktionsgaserzeugung durch partielle Oxydation mit Vergasungsbrennern durchgeführt wird, die den zusätzlichen Blasformen des Hochofens vorgeschaltet werden und/oder es werden externe, speziell dafür geeignete Einrichtungen vorgesehen.Process according to claims 1-5, characterized in that that the reduction gas production is carried out by partial oxidation with gasification burners, the extra Blow molding of the blast furnace upstream and / or become external, especially for that suitable facilities provided.
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