DE102014012779A1

DE102014012779A1 - Hochofenverfahren zur Roheisenerzeugung mit Verringerung des Kokssatzes verbunden mit der Erhöhung des Einblaskohlemenge, dadurch charakterisiert, dass durch Rezirkulation des durch Verbrennung von eingeblasenem Kohlenstaub auf 1200°C erhitzten Gichtgases eines Sauerstoff-Hochofens, nach vorheriger CO2-Abtrennung, diesem mittels der Gestellblasformen als Reduktionsgas zugeführt wird

Info

Publication number: DE102014012779A1
Application number: DE102014012779.6A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-08-29
Filing date: 2014-08-29
Publication date: 2016-03-03

Abstract

Bei den gebräuchlichen Hochöfen wird erhitzte Luft in den Hochofen eingeblasen. Zur umweltschonenden Roheisenerzeugung ist es vorgesehen, durch Rezirkulation des durch Verbrennung von eingeblasenem Kohlenstaub auf 1200°C erhitzten Gichtgases eines Sauerstoff-Hochofens mit vorheriger CO2-Abtrennung diesem als Reduktionsgas zu zuführen. Im der Brennstoffkostenvergleich schneidet der vorgestellte Sauerstoff-Hochofen gegenüber einem Heißluft-Hochofen deutlich günstiger ab, denn für die Erschmelzung von 1000 kg Roheisen in einem Heißluft-Hochofen werden 300 kg Koks und 175 kg Kohle benötigt und für die Roheisenerschmelzung gleicher Menge werden in dem vorgestellten Sauerstoff-Hochofen mit CO-Vorwärmer nur 199 kg Koks und 250 kg Einblaskohle benötigt. Eine Industriekooperation entwickelt eine Anlage zur umweltschonenden Herstellung von Synthesegas aus Kohlendioxid und aus Erdgas hergestelltem Wasserstoff. Bei Anwendung des vorgestellten Sauerstoff-Hochofens verbunden mit einem Oxyfuel-Kraftwerk und der Synthesegasanlage ist, da die Verbrennung in den Nebenanlagen mit Sauerstoff erfolgt und die Abgase demzufolge in der Synthesegasanlage verarbeitet werden können, ein klimaneutraler Hochofenprozess möglich.

Description

Hochofenverfahren zur Roheisenerzeugung mit Verringerung des Kokssatzes verbunden mit der Erhöhung des Einblaskohlemenge, dadurch charakterisiert, dass durch Rezirkulation des durch Verbrennung von eingeblasenem Kohlenstaub auf 1200°C erhitzten Gichtgases eines Sauerstoff-Hochofens, nach vorheriger CO₂-Abtrennung, diesem mittels der Gestellblasformen als Reduktionsgas zugeführt wird.
Im ULCOS – Top Gas Recycling Blast Furnace – TGBRF Programm ist es vorgesehen, den CO-Anteil des gereinigten Gichtgases als Reduktionsmittel im Hochofenprozess zu nutzen. Hierzu werden die nicht verwertbaren Bestandteile des Gichtgases, im wesentlichen CO₂ entfernt, das verbleibende Gas soll indirekt auf 1200°C erhitzt und als Reduktionsgas dem Hochofen zugeführt werden. Da die Verbrennung bzw. die Vergasung des eingebrachten Kokses bzw. der Einblaskohle mit Sauerstoff erfolgt, kann das Kohlendioxid relativ einfach von dem Kohlenmonoxid getrennt und zu Synthesegas weiterverarbeitet oder unter Tage deponiert werden.
Die Vorwärmung von CO-Gas bis 1200°C ist mit metallischen Wärmetauschern, bedingt durch die Hochtemperaturkorrosion – Metal Dusting – und der hohen Betriebstemperatur nicht möglich. Für diese Betriebsbedingungen wären nur keramische Werkstoffe geeignet, die niedrigere Bruchzähigkeit von keramischen Werkstoffen schließt jedoch die Substitution der metallischen Bauteile durch diese aus.
Um das Werkstoffproblem zu umgehen, sollte das Reduktionsgas direkt durch das Verbrennen von zusätzlich eingeblasenem Kohlenstaub, wie in 1 gezeigt, auf 1200°C erwärmt werden.
In ULCOS – Heat and mass balances in the ULCOS Blast Furnace Proceedings of the 4th Ulcos seminar, 1–2 October 2008 von Gérard Danloy, Jan van der Stel, Peter Schmöle wird im Fließbild der Version 3, die rückgeführte und auf 1200°C erhitzte CO-Gasmenge, in 1 und 2 als Strom 8 benannt, mit 628 Nm³ für 1000 kg/RE angegeben.
Um die zurück zuführenden 628 Nm³ CO-Gas auf 1200°C zu erhitzen, müssen unter Berücksichtigung des Boudouard Gleichgewichts 103,7 kg Kohle mit einem Heizwert von 32,5 MJ/kg verbrannt werden, wobei durch die Vergasung 88,6 Nm³ CO-Gas erzeugt werden. Die bei der Vergasung generierte CO-Gasmenge nimmt an der Reduktion der Eisenträger teil, daher kann die zurück zuführende CO-Gasmenge um die erzeugte CO-Gasmenge reduziert werden. Iterativ wird die in den Hochofen zurück zuführende CO-Gasmenge mit 540 Nm³ ermittelt. Das durch die Vergasung von 103,7 kg Kohle erzeugte CO-Gas von 88,6 Nm³ ergibt mit den errechneten 539 Nm³ die für die Reduktion notwendige Menge von 628 Nm³ CO-Gas. Damit reduziert sich die für die Erwärmung einzublasende Kohlenstaubmenge bezogen auf 1000 kg RE um 34,2 kg.
Alternativ kann das rückgeführte Reduktionsgas mittels eines metallischen Wärmetauschers rekuperativ, wie in 2 dargestellt, auf 350°C erhitzt werden. Dadurch muss das Reduktionsgas nur von 350°C auf 1200°C erwärmt werden und die Einblaskohlenmenge verringert sich auf 76,6 kg und die Exportgasmenge vermindert sich von 207 Nm³ auf 167 Nm³.
Das Einblasen von Ersatzreduziermitteln ist Stand der Technik wobei das Einblasen von Kohlenstaub bevorzugt wird. Durch das Einblasen von Kohlenstaub in den Hochofen ist es möglich, den Koksanteil zu reduzieren. In die beiden nachfolgend aufgeführten, mit Heißluft betriebenen und mit herkömmlichen Blasformen ausgerüsteten Hochöfen, BF6 von CORUS in Ijmuiden und in einem der Hochöfen von ArcelorMittal in Gent werden jeweils 250 kg und 245 kg Kohlenstaub als Ersatzreduziermittel eingeblasen. Würden die Blasformen in den Sauerstoffhochöfen ähnlich einem Kraftwerks-Kohlestaubbrenner, in welchen der Kohlenstaub in der Verbrennungsluft verteilt in den Brennraum eingeblasen wird, ausgeführt und dadurch der Kohlenstaub eingemischt in dem Sauerstoffstrom dem Hochofen zugeführt wird, sind deutlich höhere Kohlestaubbeladungen, wie 277 kg bei der Version ohne CO-Vorwärmung bzw. 250 kg mit CO-Vorwärmung, mit einer vollständigen Verbrennung im Hochofen möglich. Zur Vergasung des eingeblasenen Kohlenstaubs = 232,5 kg Kohlenstoff waren 310 kg = 240 Nm³ Sauerstoff bei der Version ohne CO-Vorwärmer nötig. Da zur Vergasung des Kokses zusätzlich –50 kg Sauerstoff, zu dem durch die Reduktion der Eisenträger gewonnenen Sauerstoff, dem Hochofen zugeführt werden, vergast die eingeblasene Kohle in der Verbrennungszone bei 20%igen Sauerstoffüberschuss und der eingeblasene Kohlenstaub wird vollständig umgesetzt.
Im der Brennstoffkostenvergleich schneidet der vorgestellte Sauerstoff-Hochofen gegenüber einem Heißluft-Hochofen deutlich günstiger ab, denn für die Erschmelzung von 1000 kg Roheisen in einem Heißluft-Hochofen werden 300 kg Koks und 175 kg Kohle1)

1): Lüngen 2013, Stahlinstitut VDEh

₂

Eine Industriekooperation namhafter Firmen entwickelt eine Anlage zur umweltschonenden Herstellung von Synthesegas aus Kohlendioxid und aus Erdgas hergestelltem Wasserstoff. Bei der Herstellung des Synthesegases fällt Kohlenstoff an, der in dem Hochofenprozess als Einblaskohlenstaub oder als Koksersatz Verwendung finden kann. Bei Anwendung des vorgestellten Sauerstoff-Hochofens verbunden mit einem Oxyfuel-Kraftwerk und der vorgenannten Synthesegasanlage ist, wie in 1 und 2 gezeigt, da die Verbrennung in den Nebenanlagen mit Sauerstoff erfolgt und die Abgase demzufolge in der Synthesegasanlage verarbeitet werden können, ein klimaneutraler Hochofenprozess möglich.
Entsprechend den Gasmengen kann der Hochofen und die Kohlenmonoxidleitung kleiner ausgeführt werden und die Reduktionsgasleitung benötigt in der Version ohne CO-Vorwärmer keine und bei der Version mit CO-Vorwärmer nur eine Außenisolierung!
Der CO-Gasstrom wird bei Version ohne CO-Vorwärmer nicht erhitzt und bei der Version mit CO-Vorwärmer nur bis 350°C mit einem metallischen Wärmetauscher kontinuierlich erwärmt. Daher wird eine Winderhitzeranlage mit den zugehörigen Armaturen und der Steuerung nicht benötigt. Erklärung zu den Materialflüssen

Erklärung zu den Komponenten

Pos. Benennung

A Hochofen

B CO₂-Abscheidung

C CO-Erhitzer 1200°C

D CO-Erhitzer 350°C

E Einblasvorrichtung

F Oxyfuel-Kraftwerk

G Synthesegasanlage

Erklärung der Fließlinien – Materialflüsse in Fig. 1 und 2

Claims

Hochofenverfahren zur Roheisenerzeugung mit Verringerung des Kokssatzes verbunden mit der Erhöhung des Einblaskohlenmenge als Koksersatz, dadurch charakterisiert, dass durch Rezirkulation des durch Verbrennung von eingeblasenem Kohlenstaub auf 1200°C erhitzten Gichtgases eines Sauerstoff-Hochofens nach vorheriger CO₂-Abtrennung diesem mittels der Gestellblasformen als Reduktionsgas zugeführt wird.
Hochofenverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das rückgeführte Reduktionsgas mittels eines Wärmetauschers rekuperativ auf 350°C erhitzt wird.
Hochofenverfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass auch andere feste, flüssige oder gasförmige Kohlenstoffträger mit dem Sauerstoff zur Vergasung und Reduktionsgaserzeugung in den Hochofen eingeblasen werden.
Hochofenverfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die nachfolgenden Anlagen, das Verbrennungskraftwerk und die Synthesegasanlage, wie in 1 und 2 gezeigt, in dem das im HO-Prozess erzeugte kohlenmonoxidhaltige Überschussgas zur maximalen Energienutzung verbrannt wird bzw. das anfallende und separierte Kohlendioxid zur Herstellung von Folgeprodukten Verwendung findet. Gemäß dem Kreislaufwirtschaftsgesetz sind sie Nebenanlagen und daher Bestandteil der Sauerstoffhochofenanlage.
Hochofenverfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der in der Synthesegasanlage anfallende Kohlenstoff dem Hochofen als Kohlenstaub- und/oder Koksersatz zugeführt wird.