DE1758954A1

DE1758954A1 - Verfahren zum Aufarbeiten von CO-haltigem Abgas

Info

Publication number: DE1758954A1
Application number: DE19681758954
Authority: DE
Inventors: Skinner Geoffrey Frederick
Original assignee: Foster Wheeler Ltd
Current assignee: Amec Foster Wheeler Holdings Ltd
Priority date: 1967-09-08
Filing date: 1968-09-07
Publication date: 1971-04-01
Also published as: FR1579354A; DE1758954B2; GB1180637A; DE1758954C3; US3615355A

Description

DR. KURT-RUDOLF EIKENBERG

PATENTANWALT

FOSTER WHEELER LIMITED

Verfahren zum Aufarbeiten von CO-haltigem Abgas

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum ^Ja von CO-haltigem Abgas und insbesondere solchem Ab^as, das als Abblasgas bei Stahlkonvertern od. cjl. anfällt.

Bei der Stahlherstellung wird das Eisen durch i^igen a Kontakt mit Sauerstoff oder Luft von einem großen Teil des Kohlenstoffgehalts befreit, wobei der Kohlenstoff größtenteils in Kohlenmonoxyd und zu einem geringen Teil in Kohlendioxyd überführt wird. Bei Behandlung des Eisens mix; Luft ergibt sich dabei im Abblasgas ein verhältnis mäßig geringer CO-Gehalt, da das Abblasgas gewissermaßen durch den luftstickstoff verdünnt wird. Es ist deshalb

kaum wirtschaftlich sinnvoll, das Abblasgas bei "Luftblasverfahren" zu sammeln; es wird normalerweise an der Luft abgefackelt. In moderneren Stahlgewinnungsanlagen dagegen wird Sauerstoff als Blasgas verwendet, so daß das Abblasgas dementsprechend auch einen beträchtlich hohen Anteil an CO enthält, beispielsweise 80 ^ GO. Mithin ist es bei dem "Sauerstoffabblasverfahren" durchaus wirtschaftlich sinnvoll, das Abblasgas zu sammeln und aufzuarbeiten.

Die außerordentlich hohe Temperatur des Abblasgases macht jedoch ein solches Sammeln verhältnismäßig schwierig, zumal noch hinzukommt, daß der Stahlkonverter normalerweise beweglich (kippbar) angeordnet ist. Deshalb ist eine besondere Anschlußeinrichtung zum Konverter und einer nachgeschalteten Sammelleitung erforderlich. Diese Anschlußeinrichtung muß auch sehr sicher sein, da einerseits ein Austritt des giftigen und leicht entflammbaren CO vermieden werden muß und daß andererseits ein Lufteintritt in das Abblasgas einen unerwünschten Verdünnungseffekt hat.

Hit der Erfindung soll, unter Berücksichtigung der vorangehend skizzierten Probleme ein Verfahren geschaffen werden, mit dem in wirtschaftlich attraktiver Weise ein CO-haltigee Abgas aufgearbeitet werden kann» beispielsweise um reines CO oder andere wertvolle Chemikalien wie Waseer-

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stoff, Methanol oder Oxoalkohole zu gewinnen.

Gemäß der Erfindung wird dieses Ziel dadurch erreicht, daß das Abgas über eine Sammelleitung einer Aufarbeitur.gsanlage zugeführt wird, wobei zur Abdichtung des Einlaßanschlusses der Sammelleitung gegen die Atmosphäre ein starker Strom von Kohlendioxyd oder Dampf als Abschirmgas derart gegen den Einlaßanschluß gerichtet wird, daß quer zum Einlaßanschluß kein Abgas von innen nach außen, sondem allenfalls nur etwas Abschirmgas von außen nach i^nen strömen kann.

Der Vorschlag der Erfindung stellt sicher, daß das (normalerweise sehr heiße) Abgas aus einem Stahlkonverter oder einer anderen Quelle in einer Sammelleitung gesanuaelt und damit weiter verarbeitet werden kann, ohne daß GO an dem mechanisch nicht abdichtbaren Einlaßanschluß dieser Sammelleitung nach außen in die freie Atmosphäre gelangt. Sofern überhaupt eine Gasströmung quer zum Einlaßanschluß, d.h. von der einen Seite des Einlaßanschlusses zu dessen anderer Seite, vorhanden sein sollte, ist dies eine geringe Strömung des Abschirmgases von der Außenseite des Anschlusses nach innen.

Eine solche Strömung des Abschirmgases von außen nach innen ist keineswegs atörend, im Vergleich zu einem eventuellen Austritt des giftigen und brennbaren 00 nach außen

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oder zu einem eventuellen Lufteintritt in das Abblasgas, der zu einem entsprechenden Verdünnungseffekt führt. Es sind nämlich als Abschirmgas Substanzen verwendet, die sich aus dem Abgas ohne weiteres und sehr viel leichter wieder abtrennen lassen, als beispielsweise Stickstoff und die deshalb zu keinem die Wirtschaftlichkeit des nachfolgenden Aufarbeitens beeinträchtigendem Verdünnungseffekt ^ führen. Außerdem können die als Abschirmgas verwendeten Substanzen durchaus in der nachgeschalteten Aufarbeitungsanlage als Nebenprodukte gewonnen werden, so daß also kein zusätzlicher Materialaufwand erforderlich ist.

Falls CO» als Abschirmgas verwendet wird, läßt sich dies leicht als Nebenprodukt z.B. einer "Umlagerungsreaktion" erhalten, bei der das Abgas-CO mit Wasserdampf zu CO« und Wasserstoff reagiert wird. Dabei muß evtl. die COp-Abtrennanlage etwas größer ausgelegt werden, damit auch noch das COp erfaßt werden kann, das ggf. quer zum Einlaßanschluß

^w geströmt ist. Falls andererseits Dampf als Abschirmgas verwendet wird, kann die Dampferzeugung z.B. leicht unter Verwendung des Wärmeinhalts des sehr heißen Abgases erfolgen. Ein gewisser Gehalt des Abgases an Wasserdampf ist dabei ohnehin bei Nachschaltung einer Umlagerungsreaktion erforderlich, so daß ein eventueller Eintritt von etwas Wasserdampf in das Abblasgas am Einlaßanschluß nicht schädlich ist.

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Im übrigen ist die Erfindung after auch gleichermaßen gut anwendbar, wenn keine Umlagerungsreaktion vorgenommen "wird, sondern z.B. 98 $ reines 00 erzeugt werden soll. In einem solchen Pail wird zweckmäßig COp als Abschirmgas verwendet und in der Aufarbeitungsanlage eine Abtrennanlage für COp eingeschaltet.

Die Erfindung wird nachfolgend in Beispielen und anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die Zeichnung das Pließdiagramm für ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Bei dem zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Abblasgas aus einem Stahlkonverter 10 in einer Haube 12 gesammelt, die den Konvertermund 14 abdeckt. Dieses Abblasgas entsteht dadurch, daß über einen Stutzen 17 ein Sauerstoffstrom durch eine im Konverter enthaltene Charge 15 aus flüssigem Eisen hindurchgeblasen wird. Der Sauerstoff reagiert mit einem großen Teil des im Eisen enthaltenen Kohlenstoffes zu im wesentlichen Kohlenmonoxyd, wobei zugleich das Eisen in Stahl übergeht. Naturgemäß ist dieses Abblasgas sehr heiß, es verläßt im allgemeinen den Konverter mit einer Temperatur in der Größenordnung von 1.350 bie 1.400 ⁰C.

Ee 1st nicht möglich, zwischen der Haube 12 und dem Konvertermund 14 eine gute mechanische Abdichtung anzu-

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bringen, und zwar einerseits wegen der hohen Temperatur und andererseits auch wegen der Tatsache, daß der Konverter zum Zwecke der Entleerung um die Achse 16 schwei«l:bar sein muß. Notwendigerweise verbleibt deshalb ein Spalt zwischen der Haube und dem Konvertermund.

Gemäß dem zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiel wird ein Ausströmen des giftigen und entflammbaren CO durch den Spalt 18 hindurch nach außen dadurch vermieden, daß dieser Spalt durch einen starken COp-Strom abgeschirmt wird. Das CO₂ strömt aus einem Ring von Düsen 20 um den Konvertermund und die Haube gegen den Spalt. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß ein gewisser Teil des COg von außen in den Spalt 18 eindringen kann, so daß mit Sicherheit jegliches Entweichen des Abblasgases in die Atmosphäre vermieden ist.

Das in den Spalt 18 eingedrungene CO₂ mischt sich mit dem Abblasgas, reagiert aber nicht mit ihm. Dadurch entsteht zwar eine Verdünnung des Abblasgaees in bezug auf den CO-Gehalt, doch ist diese Verdünnung nur geringfügig und auch nicht weiter nachteilig, mit vielleicht der einzigen Ausnahme, daß eine COp-Abtrennanlage, die in der Aufarbeitungsanlage enthalten ist, evtl. etwas größer ausgelegt sein muß, als wenn der Spalt 8.B. durch Luft oder Stickstoff abgedichtet wäre. Andererseits ist. das mit

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dem Abblasgas zur Mischung gelangende GO₂ sehr viel leichter wieder entfernbar als z.B. Stickstoff.

Die in der Haube 12 gesammelten Gase gelangen über eine Sammelleitung 22 zu einem Wärmeaustauscher 24, in dem sie durch Wärmeaustausch mit Wasser oder einem anderen geeigneten Material beträchtlich abgekühlt werden, z.B. auf eine Temperatur von etwa 370 ⁰C. Das Wasser tritt dabei über einen Anschluß 23 in den Wärmeaustauscher ein und verläßt den Wärmeaustauscher über einen Anschluß 25» und zwar normalerweise in form von Dampf, der an anderer Stelle in der Anlage verbraucht werden kann.

Die gekühlten Gase strömen hinter dem Wärmeaustauscher 24 über eine Leitung 26 zu einem Umlagerungsreaktor 28. Dort werden sie mit über einen Anschluß 27 zugeführtem Dampf oder Wasser gemischt, und die Mischung wird danach der bekannten Umlagerungsreaktion.

CO + H₂O >H₂ + CO₂

unterworfen, duroh die ein beträchtlicher Teil des CO in Wasserstoff überführt wird. Der für diese Reaktion erforderliche Dampf kann beispielsweise der aus dem Wärmeaustauscher 24 über den Anschluß 25 abgezogene Dampf sein.

Von dem Reaktor 28 aus gelangen die Gase über eine Leitung 29 zu einem zweiten Wärmeaustauscher 30, in dem sie nochmals durch Wasser od. dgl. heruntergekühlt wer-

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den. Das Wasser wird dabei analog dem Wärmeaustauscher 24 über einen Anschluß 31 zugeführt, und es verlad deri Wärmeaustauscher über einen Anschluß 33» normalerweis ει η Form von Dampf.

Vom Wärmeaustauscher 30 aus strömen die Gase über eine Leitung 32 zu einer COp-Abtrennanlage 34» in der dao in der Umlagerungsreaktion erzeugte COp sowie auch das evtl. über den Spalt 18 dem Abblasgas zugemischte GOp in üblicher Weise abgetrennt werden.

Das abgetrennte COp wird über eine Leitung ><5 a"Ljeführt. Ein Teil dieses COp wird dabei über einen Kompressor 38 und eine Leitung 40 an die Düsen 20 als Abschiriagas zurückgeführt, während ein anderer Teil über eine Leitui^· 41 entweder verworfen oder als Nebenprodukt gewonnen wird.

Nach dem Abtrennen des COp wird das aufgearbeitet Abblasgas über eine Leitung 42 als Produktgas aus der .Silage abgezogen. Dieses Produktgas besteht im wesentlichen aus einer Mischung von V/asserstoff und Kohlenmonoxyd. Zweckmäßig sind dabei die Bedingungen der Umlagerungsreaktion so gewählt, daß das Mischungsverhältnis des Produktgases auf den späteren Verwendungszweck abgestimmt ist. Falls beispielsweise die Gewinnung von Wasserstoff im Vordergrund steht, wird so viel CO wie möglich in IL, umgewandelt. Falls dagegen das Produkt Gas z.B. zur Ge-

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winnung von Methanol gemäß folgender Gleichung CO +

verwendet werden soll, wird zweckmäßig das Mischungsverhältnis von Wasserstoff und Kohlenmonoxyd auf etwa 2 : 1 eingestellt. Grundsätzlich ist jedoch die Art der Weiterverwendung des Produktgases beliebig. Deshalb sind die sich an die Leitungen 42 anschließenden Stationen nicht mehr gezeigt.

Die Erfindung kann zur Aufarbeitung eines CO-reichen Abblasgases von jedem kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Stahlgewinnungverfahren verwendet werden, wie z.B. dem I.D. 'erfahren, dem Kaldo-Verfahren oder dem Stahlsprüh ν er fahr· .

Anstelle der Verwendung von COp können die Düsen 20,die den 'Konvertermund 40 und die Haube 12 umgeben, auch mit Dampf gespeist werden. Das hat den Vorteil, daß in einer späteren Verarbeitungsstufe kein zusätzliches Abschirmgas abgetrennt zu werden braucht, wenn das Abblas- I gas mit Dampf der Umlagerungsreaktion unterworfen werden soll. In einem solchen Pail braucht dann nur noch über den Anschluß 27 der"zur Umlagerungsreaktion noch fehlende Dampf in den Reaktor 28 eingespeist zu werden. Der für die Düsen 20 und den Reaktor 28 benötigte Dampf läßt sich ohne weiteres aus den Wärmeaustauschern 24 und 30 gewinnen.

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Nachfolgend wird die Erfindung anhand einiger ^a beispiele erläutert.

BEISPIEL I;

Es wurde ein Abblasgas aus dem Stahlkonverter 10 verwendet, das die folgende Zusammensetzung hat:

GO 80 %

GO₂ 10 %

N₂ 10 %

Bei der Aufarbeitung dieses Abblasgases zur Methanolgewinriung ergab sich für den Fall einer Verwendung von Stickstoff als Abschirmgas eine Ausbeute von 55 t pro Tag und im Fall der Verwendung von CO» als Abschinngas eine Ausbeute von 74 t pro Tag, ohne daß die Kapitalisten der Anlage spürbar anstiegen.

BEISPIEL II;

Das erfindungsgemäße Verfahren wurde mit der zeichnerisch dargestellten Anlage und unter Verwendung von CO₂ als Abschirmgas durchgeführt. Der COg-Strom über dem Spalt 18 betrug etwa 10 lb-mol/h (d.h. 10 Volumen-^). Die Zusammensetzung des strömenden Gases an den in der Zeichnung mit I bis V bezeichneten Funkten ist in der nachfolgenden Tabelle in lb-mol angegeben:

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BAD ORIGINAL

	I	II	III	IV	2	■ν	,4
co	80	80	26,2	26,	4
co₂	10	20	73,8	ο,	8	73
H₂			53,8	53,

Es ist zu erkennen, daß im Punkt 3, also hinter dem UmIagerungsreaktor 28 das Verhältnis von Wasserstoff zu Kohlenmonoxyd 2,05 : 1 ist. Dieses Verhältnis wurde eingestellt in Hinsicht auf eine Verwendung des Produktgases zur Hethanolgewinnung.

Das Volumen des den Punkt IV passierenden Iroduktgases, das zur Methanolgewinnung zur Verfügung steht, "betrug 817,4 Km/h. In der verwendeten I-Iethanolanlage wurden

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2314 Nm an Produktgas zur Herstellung von 1 t Methanol benötigt. Demzufolge betrug die Rate der Hethanolproduktioii 353 kg/h. Die Menge des aus dem Konverter zugeführten AtTblasgases am Punkt 1 "betrug etwa 1200 kg/h, und somit lag das Verhältnis von erzeugtem Methanol zum Abblasgas in der Größenordnung von 0,29.

BEISPIEL· III:

In einem nicht erfindungsgemäß durchgeführten Vergleichsversuch wurde das Verfahren gemäß Beispiel 2 unter Verwendung von N« anstelle von CO₂ als Abschirmgas wieder

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holt. Die Gaszusammensetzung an den Punkten I bis V der Zeichnung in lb-mol ergibt die nachfolgende Tabelle:

	I	II	III	9	IV	9	V
00	80	80	22,	1	22,	5.
oo₂	10	10	67,	1	o,	1	66,6
^H2			57,		57,
		10	10	10

In diesem Fall mußte das Verhältnis von Hg : CO nach der Umlagerungsreaktion zum Zwecke der Methanolherstellung auf 2,49 eingestellt sein, und das Volumen des an Punkt 4 zur Methanolherstellung zur Verfügung stehenden Gases betrug. 920,1 Nnr. In der Methanolanlage wurden 3309 Nnr des Produktgasee zur Here teilung von einer !Tonne Methanol benötigt, und somit betrug die Rate der Methanolproduktion 278 kg/h.

Mithin ist in diesem Beispiel unter Verwendung der gleichen Anlage und des gleichen Abblasgases das Verhältnis von erzeugtem Methanol zu zugeführtem Abblasgas auf 0,228 gesenkt, was etwa 79 # dar im Beispiel 2 mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielbaren Ausbeute ausmacht. Im Ergebnis führt mithin die Erfindung ohne nennenswerte Erhöhung der Anlagekosten zu einem wesentlich erhöhten Wirkungsgrad in der Aufarbeitung des Abgases.

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- Patentansprüche 1098 14/0^78

Claims

Patentansprüche :

1. Verfahren zur Aufarbeitung von CO-haltigern Abgas, insbesondere des Abblasgases von Stahlkonvertern, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgas über eine Sammelleitung λ

einer Aufbereitungsanlage zugeführt wird, wobei zur Abdichtung des Einlaßanschlusses der Sammelleitung gegen die Atmosphäre ein starker Strom von Kohlendioxyd oder Wasserdampf als Abschirmgas derart gegen den Einlaßanschluß gerichtet wird, daß quer zum Einlaßanschluß kein Abgas von innen nach außen, sondern allenfalls nur etwas Abschirmgas von außen nach innen strömt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Sammelleitung gesammelte Abgas einer Umlagerungsreaktion unterworfen wird, in dem Dampf dem Abgas zugemischt und zumindest ein Teil des Kohlenmonoxyds mit dem Kampf zu Kohlendioxyd und Wasserstoff reagiert.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Produktgas der Umlagerungsreaktion von Kohlendioxyd befreit wird.

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4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß im wesentlichen das gesamte Kohlenmonoxyd im Abgas mit dem Dampf zu einem wasserstoffreichen Produktgas reagiert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Kohlenmonoxyds im Abgas mit dem Dampf reagiert und das Produktgas nach Abtrennen des CO« zu Methanol aufgearbeitet wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil des abgetrennten Koblendioxyda als Abachirmgaa verwendet wird.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das sehr heiße Abgas in der Sammelleitung im Wärmeaustausch mit Vaaser gekühlt und das Kühlwasser.in Dampf umgewandelt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 2 und 7, dadurch gekennzeichnet. daß als der zur Umlagerungareaktion benötigte Dampf der durch den Wärmeaustausch erzeugte Dampf verwendet wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und 7ι dadurch gekennzeichnet, daß der duroh Wärmeaustausch gewonnene Dampf ale Abschirmgaa verwendet wird.

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10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Kohlendioxyd als Abschirmgas verwendet wird und daß das gesammelte Abgas durch Abtrennen des Kohlendioxyds zu einem CO-reichen Produktgas aufgearbeitet wird.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der starke Strom des Abschirmgases durch einen um den Einlaßanschluß der Sammelleitung herumgelegten Ring von Düsen erzeugt wird.

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