DE10227056A1 - Verfahren zur Roheisenerzeugung in einem Sauerstoff-Hochofen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Roheisenerzeugung in einem Hochofen, der mit Sauerstoff, mit CH-haltigen Zusatzstoffen und mit auf < 10 Vol.-% CO¶2¶ abgesenktem, in die Hochtemperaturzone im Gestell rückgeführten Gichtgas betrieben wird, bei dem eine Stickstoff-Anreicherung im Gichtgas vermieden wird. Das Gichtgas wird als vom CO¶2¶-befreite Teilmenge in die Rast zurückgeführt, und/oder als vom CO¶2¶-befreite Teilmenge in das Gestell zurückgeführt und als nicht vom CO¶2¶-befreite Teilmenge nicht in den Hochofen zurückgeführt, sondern ausgeschleust. DOLLAR A Die Ausschleusung der nicht vom CO¶2¶-befreiten Teilmenge erfolgt abhängig vom Stickstoffgehalt mengengeregelt. DOLLAR A Vorteilhafterweise wird dadurch der Stickstoffanteil im Gichtgas auf einen Wert eingestellt, der größer ist als das durch die Einsatzstoffe eingebrachte Stickstoffvolumen.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Roheisenerzeugung in einem Hochofen, der mit Sauerstoff, mit CH-haltigen Zusatzstoffen und mit auf < 10 Vol.-% CO₂ abgesenktem, in die Hochtemperaturzone im Gestell rückgeführtem Gichtgas nach Hauptpatent P 100 64 316 betrieben wird.
• Nach Hauptpatent P 100 64 316 werden zusätzlich die CO-haltigen und/oder festen und/oder flüssigen und/oder gasförmigen CH-haltigen Zusatzstoffe zusammen mit einem Sauerstoff enthaltenden Vergasungsmittel und/oder mit einem Trägergas, welches aus Luft, Kohlendioxid, Stickstoff, rückgeführtem Gichtgas, CO₂-armen Gasen, brennbaren Gasen anderer Herkunft, einem Inertgas-Sauerstoff-Gemisch oder ihren beliebigen Kombinationen besteht, gereinigt oder ungereinigt in eine oder mehrere in der Rast und/oder im unteren Teil des Schachtes angeordneten zusätzlichen Blasformreihen, nachfolgend Rastformen genannt, eingeblasen.
• Die Umsatzreaktionen der CO- und/oder CH-haltigen Zusatzstoffe mit Sauerstoff erfolgen in einem außerhalb des Hochofens angeordneten oder in mehreren über den Umfang des Hochofens angeordneten, zueinander parallel arbeitenden Vergasungsreaktoren, wobei das in den Vergasungsreaktoren gebildete CO- und H₂-haltige Gas gereinigt oder ungereinigt den Rastformen mengengeregelt zugeleitet wird.
• Somit wird der im Hochofenbetrieb üblicherweise eingesetzte Heißwind bzw. der mit Sauerstoff angereicherte Heißwind durch ein als "synthetischer Kaltwind" bezeichnetes Gas ersetzt, das aus technischem Sauerstoff und aus Gichtgas mit vermindertem CO₂- Gehalt besteht. An die Stelle des Stickstoffs, der im Heißwind lediglich die Funktion des Wärmeträgers erfüllt, tritt im synthetischen Kaltwind nunmehr ein hoch CO-haltiges Gas, das als Zusatzreduktionsmittel wirkt. Es weist beispielsweise folgende Zusammensetzung auf: 81,7% CO; 3,0% CO₂; 8,0% H₂; 7,3% N₂. Nachfolgend wird es mit dem Begriff "CO₂-armes Gichtgas" bezeichnet. Dieses aus dem prozesseigenen Abgas des Hochofens hergestellte Zusatzreduktionsmittel schafft die Voraussetzungen für wesentlich verbesserte Betriebsbedingungen, indem der CO-Partialdruck im Ofengas mehr als verdoppelt und der N₂-Partialdruck auf weniger als 1/10 reduziert werden. Das findet seinen Niederschlag in einem geringeren Reduktionsmittelverbrauch bei erhöhter Leistung und gleichzeitig verminderten CO₂-Emissionen.
• Die zusätzlich im Bereich der Rast und/oder im unteren Teil des Schachtes eingeblasenen heißen reduzierenden Gase bringen hohe Energie- und Reduktionspotentiale in den Hochofenprozess ein. Dadurch kann die in das Gestell einzubringende Energie auf das Maß verringert werden, das erforderlich ist, um restliche Reduktionsaufgaben sowie die Aufkohlung des Roheisens und die Sicherung der Abstichtemperaturen von Roheisen und Schlacke zu realisieren.
• Außerdem entfällt beim Hochofenbetrieb mit synthetischem Kaltwind der Gichtgaseinsatz für den Betrieb der Winderhitzer. Somit steht das gesamte erzeugte Gichtgas für die Herstellung von CO₂-armem Gichtgas zur Verfügung. Nachteilig ist, dass der kontinuierlich verlaufende Gichtgas-Kreislauf zu einer Stickstoff-Anreicherung im Gichtgas führt und hierdurch die zugeführte Menge der Zusatzreduktionsmittel CO und H₂ vermindert wird. Weiter nachteilig ist, dass die Reduzierung des Reduktionsmittelverbrauchs vermindert wird.
• Deshalb liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Roheisenerzeugung im Hochofen mit Sauerstoff anstelle von Heißwind bei gleichzeitiger Rückführung des Gichtgases in den Hochofenprozess zu schaffen, das die Stickstoff-Anreicherung im Gichtgas vermeidet.
• Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Gichtgas als vom CO₂-befreite Teilmenge in die Rast zurückgeführt, und/oder als vom CO₂-befreite Teilmenge in das Gestell zurückgeführt und als nicht vom CO₂-befreite Teilmenge nicht in den Hochofen zurückgeführt, sondern ausgeschleust wird.
• Die Ausschleusung der nicht vom CO₂-befreiten Teilmenge erfolgt abhängig vom Stickstoffgehalt mengengeregelt.
• Vorteilhafterweise wird dadurch der Stickstoffanteil im Gichtgas auf einen Wert eingestellt, der größer ist als das durch die Einsatzstoffe eingebrachte Stickstoffvolumen. Dieser Wert wird so groß gewählt, dass der durch die Einsatzstoffe bedingte Stickstoffeintrag mit dem Export einer entsprechenden, nicht vom CO₂ befreiten Teilmenge des Gichtgases ständig wieder ausgetragen wird.
• Das Zusatzreduktionsmittel, welches über die Rast eingetragen wird, wird auf Temperaturen bis 1400°C, vorzugsweise auf 900 bis 1000°C, erhitzt. Die durch Teilverbrennung mit Sauerstoff und/oder Luft einzustellende Temperatur des Zusatzreduktionsmittels und seine Menge werden als Regelgrößen für den Wärmehaushalt des Hochofens genutzt.
• Eine weitere Regelungsmöglichkeit ist dadurch gegeben, dass nicht von CO₂-befreites Gichtgas oder hoch CO₂-haltiges Restgas aus der Anlage zur absorptiven oder adsorptiven CO₂-Entfernung dem synthetischen Wind zur Regelung der Formengastemperatur zugesetzt wird. Dabei können beide Medien auch vorgeheizt werden.
• Das Verfahren soll an einem Hochofen zur Roheisenerzeugung mit einer Tagesleistung von 1400 t Roheisen, einem Koksverbrauch von 322 kg/t RE sowie 68,0 kg Kunststoffgranulat/t RE und 2,5 kg Öl/t RE näher erläutert werden. Der Sauerstoffeinsatz beträgt 229 Nm³/t RE, die Gichtgaserzeugung beträgt 1407 Nm³/t RE mit folgender Analyse: 54% CO; 37% CO₂; 4% H₂; 5% N₂.
• Der durch die Einsatzstoffe Möller, Koks und Zusatzreduktionsmittel bedingte Stickstoffeintrag beträgt 9 Nm³/t RE. Somit müssen ca. 200 Nm³ Gichtgas/t RE als Exportgas ausgeschleust werden, um den durch die Einsatzstoffe bedingten Stickstoffeintrag von 9 Nm³/t RE aus dem System zu entfernen. Es stehen dann 1207 Nm³ Gichtgas/t RE für die absorptive CO₂-Entfernung zur Verfügung, aus denen 748 Nm³ CO₂-armes Gichtgas/t RE durch CO₂-Wäsche gewonnen werden. Im vorliegenden Beispiel werden 450 Nm³/t RE CO₂-armes Gichtgas in der Rast eingesetzt, so dass 298 Nm³/t RE CO₂- armes Gichtgas für den Einsatz im Gestell verbleiben.
• Seine höchste Wirksamkeit als Zusatzreduktionsmittel erreicht das in das Gestell und/oder in die Rast zurückgeführte Gichtgas theoretisch dann, wenn es vollständig von CO₂ befreit wird. Da die vollständige CO₂-Entfernung mit sehr hohen Kosten verbunden ist, wird ein wirtschaftlich tragbares Verfahren deshalb vorteilhafterweise von einem Kompromiss ausgehen, der zwischen den Kosten der CO₂-Entfernung gegenüber den möglichen Einsparungen im Hochofenbetrieb getroffen wird. Effektiv wird deshalb der Rest-CO₂-Gehalt auf < 5%, vorzugsweise auf < 3%, eingestellt. Diesem Umstand wird durch die Bezeichnung "CO₂-armes Gichtgas" Rechnung getragen.
• Nachfolgend werden die Bezeichnungen "von CO₂ befreites Gichtgas" und "CO₂-armes Gichtgas" gleichwertig geführt. Zur CO₂-Entfernung werden bekannte absorptive und adsorptive Verfahren eingesetzt.
• Das in die Rast und/oder in den unteren Schacht einzublasende CO₂-arme Gichtgas hat idealerweise die gleiche oder eine höhere Temperatur wie/als die Ofengase an der Einblasstelle. Die Erhitzung geschieht mit bekannten regenerativen oder rekuperativen Verfahren oder durch unterstöchiometrische Verbrennung bzw. partielle Oxydation. Letzteres wird vorzugsweise nach dem im Hauptpatent P 100 64 316 beschriebenen Verfahren durchgeführt. Dabei ist wiederum ein Kompromiss zu suchen, der zwischen den durch hohe Einblastemperaturen erzielten Einsparungen im Hochofenbetrieb und den dabei durch höhere CO₂-Gehalte verursachten höheren Koksverbräuchen zu finden ist. Beispielsweise verändert sich die Analyse des durch partielle Oxydation mit Sauerstoff auf 900°C aufgeheizten CO₂-armen Gichtgases auf folgende Werte: 81,7% CO; 13,0% CO₂; 5,0% H₂; 7,3% N₂; 3,0% H₂O.
• Zur Aufheizung durch unterstöchiometrische Verbrennung oder partielle Oxydation mit Sauerstoff und/oder Luft werden den einzelnen Rastformen zugeordnete Reaktoren außerhalb des Hochofens oder direkt am Hochofenmantel angebracht. Die Aufheizung kann auch in einem zentralen, außerhalb des Hochofens angeordneten Reaktor stattfinden. Die Aufheizung erfolgt bis auf 1400°C, vorzugsweise auf 900-1000°C. Der in das Gestell eingeblasene synthetische Wind wird durch das gemeinsame oder getrennte Einblasen von Sauerstoff und kaltem oder vorgeheiztem Gichtgas mit vermindertem CO₂-Gehalt über die Blasformen oder durch zusätzliche in die Blasformen integrierte oder separate, unmittelbar oberhalb und/oder in der Blasformebene angeordnete und/oder unmittelbar unterhalb der Blasformebene angeordnete Zuführeinrichtungen gebildet.

Claims (8)

1. Verfahren zur Roheisenerzeugung in einem mit Sauerstoff, mit CH-haltigen Zusatzstoffen und mit auf < 10 Vol.-% CO₂ abgesenktem, in die Hochtemperaturzone im Gestell rückgeführtem Gichtgas betriebenen Hochofen nach Patentanmeldung P 100 64 316.7, bei dem zusätzlich CO-haltige und/oder feste und/oder flüssige und/oder gasförmige Zusatzstoffe zusammen mit einem Sauerstoff enthaltenden Vergasungsmittel und/oder mit einem aus Luft, CO₂, N₂, rückgeführtem Gichtgas, CO₂- armen Gasen, brennbaren Gasen anderer Herkunft, einem Inertgas-Sauerstoff- Gemisch oder ihren beliebigen Kombinationen bestehendem Trägergas gereinigt oder ungereinigt in eine oder mehrere in der Rast und/oder im unteren Teil des Schachtes angeordneten zusätzlichen Blasformen eingeblasen werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Gichtgas
als vom CO₂-befreite Teilmenge in die Rast zurückgeführt, und/oder
als vom CO₂ befreite Teilmenge in das Gestell zurückgeführt und
als nicht vom CO₂ befreite Teilmenge nicht in den Hochofen zurückgeführt, sondern ausgeschleust wird.

2. Verfahren zur Roheisenerzeugung in einem mit Sauerstoff betriebenen Hochofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der CO₂-Gehalt des rückgeführten Gichtgases durch absorptive und adsorptive Methoden auf weniger als 5%, vorzugsweise auf weniger als 3%, gesenkt wird.

3. Verfahren zur Roheisenerzeugung in einem mit Sauerstoff betriebenen Hochofen nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die in die Rast zugeführte, von CO₂ befreite Teilmenge des Gichtgases vor dem Einblasen durch eine unterstöchiometrische Verbrennung mit Sauerstoff und/oder Luft in den einzelnen Rastformen zugeordneten, außerhalb des Hochofens oder am Hochofen angeordneten Reaktoren oder in einem zentralen, außerhalb des Hochofens angeordneten Reaktor auf Temperaturen bis 1400°C, vorzugsweise auf 1000°C, aufgeheizt wird.

4. Verfahren zur Roheisenerzeugung in einem mit Sauerstoff betriebenen Hochofen nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge und die durch Teilverbrennung mit Sauerstoff einzustellende Temperatur des in der Rast zugeführten Teiles des Gichtgases Regelgrößen für den Wärmehaushalt des Hochofens sind.

5. Verfahren zur Roheisenerzeugung in einem mit Sauerstoff betriebenen Hochofen nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der in das Gestell eingeblasene synthetische Wind dadurch gebildet wird, dass der Sauerstoff und das Gichtgas mit vermindertem CO₂-Gehalt gemeinsam durch die Blasformen des Hochofens oder getrennt eingeblasen werden, wobei zum getrennten Einblasen der Sauerstoff durch die Blasformen und das Gichtgas mit vermindertem CO₂-Gehalt durch zusätzliche, in die Blasformen integrierte oder separate, unmittelbar oberhalb und/oder in der Blasformebene angeordnete und/oder unmittelbar unterhalb der Blasformebene angeordnete Zuführeinrichtungen in das Gestell des Hochofens geführt werden.

6. Verfahren zur Roheisenerzeugung in einem mit Sauerstoff betriebenen Hochofen nach den Ansprüchen 1, 4, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass nicht von CO₂ befreites Gichtgas oder hoch-CO₂-haltiges Restgas aus der Anlage zur absorptiven und adsorptiven CO₂-Entfernung dem synthetischen Wind zur Regelung der Formengastemperatur zugesetzt wird.

7. Verfahren zur Roheisenerzeugung in einem mit Sauerstoff betriebenen Hochofen nach den Ansprüchen 1, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass der nicht von CO₂ befreite Teil des dem Gestell zugeführten Gichtgases vorgeheizt wird.

8. Verfahren zur Roheisenerzeugung in einem mit Sauerstoff betriebenen Hochofen nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Stickstoffanteil im synthetischen Wind auf einen Wert eingestellt wird, der höher ist als das durch die Einsatzstoffe eingebrachte Stickstoffvolumen, und dass die Höhe dieses Wertes bedarfsabhängig dadurch geregelt wird, dass ein Teil des Gichtgases nicht in den Hochofen zurückgeführt wird.