DE19938026A1

DE19938026A1 - Verfahren zur Herstellung von flüssigem Roheisen

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Publication number: DE19938026A1
Application number: DE19938026A
Authority: DE
Inventors: Johann Wurm; Parviz Zahedi; Kurt Wieder
Original assignee: Voest Alpine Industrienlagenbau GmbH; Deutsche Voest Alpine Industrieanlagenbau GmbH
Current assignee: Primetals Technologies Austria GmbH; Deutsche Voest Alpine Industrieanlagenbau GmbH
Priority date: 1998-09-09
Filing date: 1999-08-11
Publication date: 2000-03-16
Also published as: ATA152498A; AT407055B; AU4454699A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von flüssigem Roheisen oder Stahlvorprodukten aus eisenoxidhaltigen Einsatzstoffen und gegebenenfalls Zuschlagstoffen, vorzugsweise jeweils in Stück- und/oder Pelletform, wobei die eisenoxidhaltigen Einsatzstoffe in der Reduktionszone eines Reduktionsreaktors zu Eisenschwamm direkt reduziert werden, und der Eisenschwamm in der Einschmelzvergasungszone eines Einschmelzvergasers unter Zufuhr von zumindest teilweise aus Feinkohle und Kohlenstaub gebildetem kohlenstoffhaltigen Material und sauerstoffhaltigem Gas erschmolzen wird, wobei ein CO- und H¶2¶-haltiges Generatorgas erzeugt wird, welches nach einer Entstaubung als Reduktionsgas in die Reduktionszone eingeleitet, dort teilweise umgesetzt, als Topgas aus der Reduktionszone abgezogen, gereinigt und als Exportgas einem Verbraucher zugeführt wird. Gegenstand der Erfindung ist auch eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens. DOLLAR A Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet den Einsatz niederwertiger Kohlen sowie Einsparungen beim Kohle- und Sauerstoffverbrauch.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von flüssigem Roheisen oder Stahlvorprodukten aus eisenoxidhältigen Einsatzstoffen und gegebenenfalls Zuschlagstoffen, vorzugsweise jeweils in Stück- und/oder Pelletform, wobei die eisenoxidhältigen Einsatzstoffe in der Reduktionszone eines Reduktionsreaktors zu Eisenschwamm direkt reduziert werden, und der Eisenschwamm in der Einschmelzvergasungszone eines Einschmelzvergasers unter Zufuhr von zumindest teilweise aus Feinkohle und Kohlestaub gebildetem kohlenstoffhältigen Material und sauerstoffhältigem Gas erschmolzen wird, wobei ein CO- und H₂-hältiges Generatorgas erzeugt wird, welches nach einer Entstaubung als Reduktionsgas in die Reduktionszone eingeleitet, dort teilweise umgesetzt, als Topgas aus der Reduktionszone abgezogen, gereinigt, und als Exportgas einem Verbraucher zugeführt wird, sowie eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens.

Bei Verfahren der obengenannten Art besteht ein Problem darin, daß beim Zuführen von feinteilchenförmigem kohlenstoffhältigem Material, wie Feinkohle und Kohlestaub, in einen Einschmelzvergaser, das feinteilchenförmige kohlenstoffhältige Material aufgrund der im Einschmelzvergaser vorherrschenden Gasgeschwindigkeiten sofort wieder aus diesem ausgetragen wird. Dies trifft in gleichem Maß für feinteilchenförmiges Erz zu. Um dies zu verhindern, wurde beispielsweise in der AT-B-401 777 vorgeschlagen, Kohlenstoffträger gemeinsam mit Feinerz und/oder Erzstaub mittels Staubbrennern in den Einschmelzvergaser einzubringen und zwar in dessen unteren Bereich. Hierbei kommt es zu einer unterstöchiometrischen Verbrennung der Kohlenstoffträger. Nachteilig ist dabei, daß die Kohlenstoffträger keinen Beitrag zum Aufbau eines aus festen Kohlenstoffträgern gebildeten Bettes im Einschmelzvergaser leisten können.

Es ist weiterhin bekannt, einem Einschmelzvergaser in dessen oberen Bereich feinteilchenförmige Kohle zuzuführen, wobei die feinteilchenförmige Kohle zu Koks umgesetzt wird, der Koks mit dem Reduktionsgas ausgetragen und vom Reduktionsgas abgeschieden wird und anschließend gemeinsam mit feinteilchenförmigem Material dem Einschmelzvergaser über einen Brenner zugeführt wird. Hierbei wird jedoch ebenfalls nichts zum Aufbau eines aus kohlenstoffhältigem Material gebildeten Bettes beigetragen.

Ein solches Bett wird üblicherweise mittels stückiger Kohle gebildet. Aufgrund der Entwicklung am Kohlemarkt, welcher weitgehend durch die Anforderungen von Kohlekraftwerksbetreibern und Hüttenwerken bestimmt wird, kann es vorkommen, daß bevorzugt Feinkohle für die Kohlestaubbrenner, Kokereien und sonstige metallurgische Verfahren angeboten wird. Früher übliche Rostfeuerungen, welche den Einsatz stückiger Kohle erforderten, spielen am Markt der Kohleverbraucher nur mehr eine untergeordnete Rolle. Dies hat dazu geführt, daß der Feinanteil der am Markt verfügbaren Kohlen einen erheblichen Umfang angenommen hat, welcher in einer Größenordnung von 50 bis zu 70% liegt.

Bei einem obengenannten Verfahren ist es erforderlich, Kohlen einzusetzen, welche einen definierten Kornbereich, üblicherweise 5 bis 40 mm, aufweisen. Der Hauptteil der am Markt verfügbaren Kohlen kann wegen zu geringer Korngrößen nicht eingesetzt werden.

Darüber hinaus müssen die eingesetzten Kohlen eine geeignete Zusammensetzung hinsichtlich ihres Gehaltes an flüchtigen und nichtflüchtigen (C_fix) Komponenten aufweisen.

Niederwertige Kohlen, also solche mit hohem Gehalt an flüchtigen Komponenten, sind bisher als ungeeignet angesehen worden, da, um die bei der Aufgabe in den Einschmelzvergaser austretenden Kohlenwasserstoffe zu zersetzen, die Temperatur im oberen Bereich des Einschmelzvergasers nicht ausreicht bzw. eine höhere Temperatur als bisher erforderlich ist. Beim Einsatz von Kohlen mit hohem Inkohlungsgrad, also mit niedrigem Gehalt an flüchtigen Komponenten, ist eine hinreichende Versorgung des Erzreduktionsprozesses mit im Einschmelzvergaser gebildetem Reduktionsgas nicht sichergestellt.

Die Erfindung stellt es sich zur Aufgabe, die Schwierigkeiten bei der Bereitstellung stückiger Kohle zu umgehen und auch Kohlen mit einem bislang unzulässigen Gehalt an flüchtigen Komponenten für ein oben genanntes Verfahren einsatzfähig zu machen. Gleichzeitig soll durch Einsparungen beim Kohle- und Sauerstoffbedarf die Wirtschaftlichkeit gegenüber dem bisherigen Verfahren verbessert werden.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß für den Einsatz vorgesehene Feinkohle und Kohlestaub, welche jeweils einen hohen Anteil an flüchtigen Komponenten aufweisen, einer Teilentgasung unterzogen werden und anschließend heiß brikettiert werden, wobei Teerkomponenten der Kohle als Binder verwendet werden und wobei die gebildeten Briketts in einem erwärmten Zustand im Einschmelzvergaser eingesetzt werden.

Aus der AT-B-376 243 ist ein Verfahren bekannt, bei welchem als Kohleeinsatz Steinkohle verwendet wird, welche vor dem Einbringen in den Einschmelzvergaser in einem Herdofen verkokt wird und die verkokte Kohle mit ihrer fühlbaren Wärme in den Einschmelzvergaser eingebracht wird. Dies führt jedoch zum Einsatz einer entgasten Kohle mit einem zu niedrigen Gehalt an flüchtigen Komponenten, so daß die Reduktionsgasversorgung eines Erzreduktionsprozesses nicht ausreichend ist. Die AT-B-376 243 schlägt weiterhin vor, den bei der Verkokung anfallenden Feinanteil zu brikettieren und in den Einschmelzvergaser einzusetzen. Wegen der bei der Verkokung herrschenden Temperaturen (600 bis 1000°C) enthält der Koks allerdings keine oder kaum mehr Teerkomponenten, so daß dieser Koks ohne den Einsatz eines Bindemittels nicht brikettierbar ist. Weiter stehen für den Reduktionsschacht keine aus Teerkomponenten gewonnenen Reduktanten zur Verfügung. Erfindungsgemäß wird dieses Problem dadurch umgangen, daß die Entgasung der Feinkohle nur zum Teil erfolgt, so daß die teilentgaste Kohle für den Einsatz im Einschmelzvergaser noch ausreichend flüchtige Komponenten enthält.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es erstmals möglich, niederwertige Feinkohlen mit einem hohen Gehalt an flüchtigen Komponenten für ein kombiniertes Reduktions- und Schmelzreduktionsverfahren einsatzfähig zu machen, indem diese stärker entgast werden, weiterhin ist es durch den Einsatz der Brikettierung in heißem Zustand außerdem möglich, Feinkohlen in das Verfahren einzusetzen, wodurch insgesamt leichter verfügbare und billigere Kohlen verwendet werden können.

Da die gebildeten Kohlebriketts unter Ausnutzung ihres Wärmeinhaltes aus der Brikettierung in den Einschmelzvergaser eingesetzt werden, trägt dies positiv zur Energiebilanz des Gesamtverfahrens bei und resultiert in verringertem Bedarf an Kohle und sauerstoffhältigem Gas. Allenfalls kann eine geringfügige Abkühlung der Briketts erfolgen, so daß sie eine ausreichende mechanische Stabilität aufweisen.

Zusätzliche Einsparungen an Kohle und sauerstoffhältigem Gas (üblicherweise Luft und/oder technischem Sauerstoff) ergeben sich dadurch, daß wegen des geringeren Austretens flüchtiger Komponenten eine geringere Temperatur im oberen Bereich des Einschmelzvergasers zu deren Zersetzung erforderlich ist. Diese Temperaturabsenkung wird ebenfalls durch verringerten Kohle- und Sauerstoffeinsatz erzielt.

Ein weiterer Effekt der Temperaturabsenkung besteht darin, daß der Oxidationsgrad des Reduktionsgases erhöht wird, daß also der Anteil von CO₂ und H₂O ansteigt. Dadurch ergibt sich eine deutlich bessere Energieausnutzung, verbunden mit Kohle- und Sauerstoffeinsparung.

Durch den Einsatz von Kohlebriketts wird in den Einschmelzvergaser Kohle mit im wesentlichen einheitlicher Korngröße eingesetzt. Dies führt zu einer verbesserten Durchgasbarkeit des im Einschmelzvergaser gebildeten Bettes und damit wiederum zu einem verringerten Kohle- und Sauerstoffbedarf und insgesamt zu einer Stabilisierung der Produktqualität.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemaßen Verfahrens werden die gebildeten Briketts vor ihrem Einsatz im Einschmelzvergaser einer Nachentgasung unterzogen.

Besonders bei der Verwendung von niederwertigen Kohlen mit sehr hohem Gehalt an flüchtigen Bestandteilen ist es vorteilhaft, den Gehalt der Briketts an Teerkomponenten noch weiter zu verringern.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden Feinkohle und Kohlestaub aus dem zum Einsatz gelangenden kohlenstoffhältigen Material abgeschieden und danach der Teilentgasung unterzogen.

Beim Abscheiden der Feinkohle und des Kohlestaubes anfallendes stückiges kohlenstoffhältiges Material wird nach einer bevorzugten Ausführungsform der Nachentgasung unterzogen und dann in den Einschmelzvergaser und/oder direkt, d. h. ohne Jede Entgasung, in den Einschmelzvergaser eingesetzt.

Durch die Auswahl und Steuerung der Mengenströme an Briketts und nicht brikettiertem, stückigem kohlenstoffhältigem Material, welche jeweils der Nachentgasung und/oder direkt dem Einschmelzvergaser zugeführt werden, ist es möglich, die im Einschmelzvergaser gebildete Reduktionsgasmenge und dessen Qualität, d. h. dessen Reduktionspotential, zu steuern bzw. zu beeinflussen.

Vorzugsweise werden Kohlestaub und Feinkohle mit einer Teilchengröße kleiner gleich 8 mm aus dem kohlenstoffhältigen Material abgeschieden.

Nach einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Teilentgasung der Feinkohle und des Kohlestaubes bei einer Temperatur unter 600°C, vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen 250°C und 380°C durchgeführt.

In diesem Temperaturbereich ist sichergestellt, daß keine vollständige Verkokung der Kohle erfolgt, daß also nicht weitgehend alle flüchtigen Bestandteile und Teerkomponenten ausgetrieben werden, sondern daß lediglich der, für den Betrieb eines Einschmelzvergasers über das zulässige Maß hinausgehende, Anteil an flüchtigen Komponenten aus der Kohle entfernt wird. Zusätzlich wird die Kohle in ihrer Konsistenz dahingehend verändert, daß sie teilweise plastifiziert und somit einer leichteren Brikettierung zugänglich ist. Die in der Kohle verbleibenden Teerkomponenten erweichen, so daß sie bei der nachfolgenden Brikettierung als Binder dienen können.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird die Brikettierung der teilentgasten Feinkohle und des teilentgasten Kohlestaubes bei einer Temperatur unter 600°C, vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen 240°C und 380°C durchgeführt.

In besonders bevorzugter Weise erfolgt die Brikettierung bei der sich durch die Teilentgasung ergebenden Temperatur.

Zweckmäßigerweise wird dabei also der Wärmeinhalt der Feinkohle und des Kohlestaubs nach der Teilentgasung beim Brikettieren ausgenutzt. Es muß keine zusätzliche thermische Energie zum Brikettieren aufgewendet werden.

Zweckmäßigerweise werden Teerkomponenten aus dem bei der Teilentgasung entstehenden Entgasungsgas abgeschieden und mit der teilentgasten Feinkohle und dem teilentgasten Kohlestaub vermischt.

Durch die Verwendung der aus dem Entgasungsgas abgeschiedenen Teerkomponenten als Binder kann bei der Brikettierung auf einen zusätzlichen Binder gänzlich verzichtet werden.

Der Energiebedarf der Teilentgasung wird bevorzugterweise zumindest teilweise durch das bei der Teilentgasung anfallende prozeßeigene Gas gedeckt. Das bei der Teilentgasung entstehende Gas enthält je nach eingesetzter Kohleart bis zu 30 bis 70% CO, H₂ und Kohlenwasserstoffe, ist demzufolge brennbar und kann in vorteilhafter Weise zur Energieerzeugung verwendet werden.

Zweckmäßigerweise wird hierbei das bei der Teilentgasung entstandene Gas zumindest teilweise verbrannt und die heißen Verbrennungsgase der Teilentgasung zugeführt.

Alternativ dazu werden Sauerstoff und/oder Luft der Teilentgasung zugeführt und die Teilverbrennung des Entgasungsgases gemeinsam mit der Teilentgasung durchgeführt.

Vorteilhafterweise wird die Teilentgasung nach einem Wirbelbettverfahren durchgeführt, also beispielsweise in einem Fließbettreaktor oder einem Wirbelschichttrockner.

Alternativ wird die Teilentgasung nach einem "spouted bed"-Verfahren durchgeführt, wobei die Wahl der Verfahrensart im wesentlichen von den Korngrößen der verwendeten Feinkohle bzw. des Kohlestaubs bestimmt ist.

Die Nachentgasung des stückigen kohlenstoffhältigen Materials und/oder der Briketts wird zweckmäßigerweise nach einem Festbettverfahren bei Temperaturen unter 600°C, bevorzugterweise bei Temperaturen zwischen 450°C und 550°C durchgeführt.

Die Temperatur der Nachentgasung wird jedenfalls so gewählt, daß noch keine Verkokung erfolgt, sondern lediglich weitere flüchtige Komponenten aus dem stückigen kohlenstoffhältigen Materials bzw. den Briketts ausgetrieben werden.

Gemäß einer Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Teilstrom des Exportgases verdichtet, einer CO₂-Entfernung unterzogen, erhitzt und dem Reduktionsgasstrom zugeführt.

Durch den Einsatz der teilentgasten Kohle und den daraus resultierenden Kohleeinsparungen kann der Fall eintreten (und zwar abhängig vom Restgehalt an flüchtigen Komponenten nach der Teilentgasung), daß die im Einschmelzvergaser produzierte Reduktionsgasmenge für den Betrieb des Reduktionsreaktors nicht ausreichend ist. Da das Exportgas noch etwa einen Gehalt von 50% an Reduktanten aufweist, wird das Exportgas nach einer Verdichtung einer CO₂-Wäsche zugeführt. Die erforderliche Reduktionsgastemperatur von etwa 800°C wird durch Erhitzen, beispielsweise zweistufig mittels zunächst indirekter und anschließend direkter Wärmezufuhr, eingestellt und der solchermaßen behandelte Exportgasstrom dem Reduktionsgasstrom und in der Folge dem Reduktionsreaktor zugeführt.

Nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Teilstrom des Reduktionsgases als Überschußgas abgezweigt, einer Gasreinigung unterzogen und ein Teilstrom des gereinigten Überschußgases verdichtet und als Kühlgas dem Generatorgas zugeführt wird und ein zweiter Teilstrom des gereinigten Überschußgases dem Exportgas zugeführt.

Die Abzweigung und Rückführung von Teilströmen des Überschußgases dienen der Kontrolle des Prozeßdruckes des Reduktions- und des Schmelzreduktionsprozesses.

Gegenstand der Erfindung ist auch eine Anlage zur Herstellung von flüssigem Roheisen und/oder Stahlvorprodukten aus von eisenoxidhältigen Stoffen, und gegebenenfalls Zuschlagstoffen, vorzugsweise jeweils in Stück- und/oder Pelletform, gebildeten Einsatzstoffen, mit einem Reduktionsreaktor für eisenoxidhältige Stoffe, einem Einschmelzvergaser, einer den Einschmelzvergaser mit dem Reduktionsreaktor verbindenden Zuleitung für ein im Einschmelzvergaser gebildetes Reduktionsgas, wobei die Reduktions gas-Zuleitung mit einer Gasreinigungsvorrichtung versehen ist, mit einer den Reduktionsreaktor mit dem Einschmelzvergaser verbindenden Förderleitung für das im Reduktionsreaktor gebildete Reduktionsprodukt, mit einer vom Reduktionsreaktor ausgehenden, mit einem Wäscher versehenen Topgas-Ableitung, mit einer Förderleitung für kohlenstoffhältiges Material, mit in den Einschmelzvergaser mündenden Zuleitungen für sauerstoffhältige Gase und einem am Einschmelzvergaser vorgesehenen Abstich für flüssiges Roheisen und flüssige Schlacke.

Eine solche Anlage ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Entgasungsreaktor zum teilweisen Entgasen von Feinkohle und Kohlestaub vorgesehen ist, welchem eine Heißbrikettiereinrichtung zum Brikettieren von teilentgaster Feinkohle und teilentgastem Kohlestaub nachgeschaltet ist, wobei die Heißbrikettiereinrichtung über die Förderleitung mit dem Einschmelzvergaser verbunden ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform ist die Heißbrikettiereinrichtung über eine weitere Förderverbindung mit einem Nachentgasungsreaktor verbunden, wobei der Nachentgasungsreaktor wiederum mit dem Einschmelzvergaser verbunden ist.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist eine Abscheideeinrichtung zum Abscheiden von Feinkohle und Kohlestaub aus dem zum Einsatz gelangenden kohlenstoffhältigen Ausgangsmaterial vorgesehen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Abscheideeinrichtung über eine Zuleitung für stückiges kohlenstoffhältiges Material mit dem Einschmelzvergaser verbunden.

Über eine weitere Zuleitung ist eine Verbindung zwischen der Abscheideeinrichtung und dem Nachentgasungsreaktor hergestellt.

Zweckmäßigerweise ist vom Entgasungsreaktor eine Gasleitung für ein im Entgasungsreaktor entstehendes brennbares Entgasungsgas weggeführt, welche in eine mit dem Entgasungsreaktor verbundene Heizeinrichtung mündet.

In diese Heizeinrichtung mündet zweckmäßigerweise auch eine Zuleitung für ein sauerstoffhältiges Gas, weiter kann die Heizeinrichtung mit einer zusätzlichen Zuleitung für ein brennbares Gas verbunden sein, welche dann zum Einsatz kommt, wenn die Menge des im Entgasungsreaktor produzierten Entgasungsgases für die Deckung des Energiebedarfs des Entgasungsreaktors nicht ausreichend ist.

Nach einem vorteilhaften Merkmal der erfindungsgemäßen Anlage ist dem Entgasungsreaktor eine Misch- und Homogenisierungseinrichtung nachgeschaltet.

In dieser Misch- und Homogenisierungseinrichtung werden teilentgaste Feinkohle und/oder teilentgaster Kohlestaub, sowie gegebenenfalls unbehandelte Feinkohle bzw. Kohlestaub innig vermengt. Kohlenstoffhältiges Ausgangsmaterial kann ebenfalls unmittelbar der Misch- und Homogenisierungseinrichtung zugeführt werden, wenn dieses sowohl hinsichtlich der Korngrößen als auch des Teergehalts geeignet ist. Weiterhin sind der Misch- und Homogenisierungseinrichtung aus dem Entgasungsgas abgeschiedene Teerkomponenten zuführbar.

Nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal ist in der Gasleitung ein Teerabscheider zum Abscheiden von Teerkomponenten aus dem Entgasungsgas angeordnet, wobei abgeschiedene Teerkomponenten der Misch- und Homogenisierungseinrichtung zuführbar sind.

Zusammen mit dem Entgasungsgas aus der Kohle ausgetriebene Teerkomponenten sind dadurch in vorteilhafter Weise als gleichsam "prozeßeigener" Binder für die Brikettierung einsetzbar.

Der Entgasungsreaktor kann in gleichermaßen vorteilhafter Weise als Fließbettreaktor, als Spouted-Bed Reaktor oder als Wirbelschichttrockner ausgeführt sein, der Nachentgasungsreaktor ist in bevorzugter Weise als Festbettreaktor ausgeführt.

Zweckmäßigerweise zweigt nach der Gasreinigungsvorrichtung von der Reduktions gas-Zuleitung eine einen Gaswäscher enthaltende Überschußgasleitung ab, welche sich mit der Topgasableitung zu einer Exportgasleitung vereinigt.

Eine bevorzugte Ausgestaltungsform der erfindungsgemaßen Anlage ist dadurch gekennzeichnet, daß die Exportgasleitung über eine Zweigleitung mit der Reduktionsgasleitung verbunden ist. Exportgas wird über diese Zweigleitung in den Reduktionsgasstrom und damit in den Reduktionsreaktor zurückgeführt.

Zweckmäßigerweise sind dazu in der Zweigleitung nacheinander ein Verdichter, eine CO₂-Ent fernungseinrichtung, beispielsweise eine Druckwechseladsorptionsanlage, und eine Heizeinrichtung angeordnet.

Um das Exportgas ein weiteres Mal als Reduktionsgas nutzen zu können, muß es zunächst auf einen für den Reduktionsreaktor geeigneten Druck verdichtet, weitgehend von CO₂ befreit, sowie auf Reduktionsgastemperatur (etwa 800 °C) erhitzt werden. Die Heizeinrichtung kann dazu beispielsweise als zweistufige Heizeinrichtung, mit einem ersten Wärmetauscher zum Vorerwärmen als erste Stufe, sowie mit einer weiteren Heizstufe, deren Wärmeenergie aus einer Teilverbrennung von Exportgas gewonnen wird, ausgeführt sein.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnung Fig. 1 näher erläutert, die eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.

In einen als Schachtofen ausgebildeten Reduktionsreaktor 1, d. h. in dessen Reduktionszone 2, werden von oben über eine Chargiervorrichtung 3 stückige eisenoxidhältige Einsatzstoffe, wie Erz 4, gegebenenfalls mit ungebrannten Zuschlagstoffen 5, chargiert. Der Reduktionsreaktor 1 steht mit einem Einschmelzvergaser 6 in Verbindung, in dem aus Kohlenstoffträgern, welche über eine Förderleitung 7 zugeführt werden, und sauerstoffhältigem Gas, welches über eine oder mehrere Gasleitungen 8 zugeführt wird, ein Reduktionsgas erzeugt wird, welches über eine Reduktionsgas-Zuleitung 9, 10 dem Reduktionsreaktor 1 zugeführt wird und diesen im Gegenstrom zu den Einsatzstoffen 4, 5 durchströmt. In der Reduktionsgas-Zuleitung 9 ist eine Gasreinigungsvorrichtung 11, beispielsweise ein Heißgaszyklon, vorgesehen. In dieser Gasreinigungsvorrichtung 11 abgeschiedener Staub wird dem Einschmelzvergaser 6 mittels Staubbrenner 12, gegebenenfalls mit Hilfe eines Trägergases, üblicherweise Stickstoff, wieder zugeführt.

Über Zuleitungen 13 wird dem Einschmelzvergaser 6 das im Reduktionsreaktor 1 hergestellte Reduktionsprodukt, ganz oder teilweise fertigreduzierter Eisenschwamm, zugeführt. Der Reduktionsreaktor 1 ist weiterhin mit einer Topgasableitung 14 versehen, über welche das Topgas, ein teilweise abreagiertes Reduktionsgas, aus dem Reduktionsreaktor 1 abgezogen wird. In der Topgasableitung 14 ist ein Gaswäscher 15 angeordnet, mittels welchem das Topgas gekühlt und mitgeführter Staub abgeschieden wird.

Von der Reduktionsgas-Zuleitung 10 zweigt eine Überschußgasleitung 16 ab, in welcher ebenfalls ein Gaswäscher 17 eine Kühlung und Staubabscheidung bewirkt. Nach dem Gaswäscher 17 zweigt von der Überschußgasleitung 16 eine Kühlgasleitung 18 ab, durch welche gereinigtes und gekühltes Gas dem aus dem Einschmelzvergaser 6 abgezogenen Reduktionsgas zugeführt wird. Überschußgasleitung 16 und Topgas-Ableitung 14 vereinigen sich zu einer Exportgasleitung 19, durch welche Exportgas einem Verbraucher 20, beispielsweise zur Stromerzeugung zur Verfügung steht.

Im unteren Bereich des Einschmelzvergasers 6 sammeln sich flüssiges Roheisen 21 und flüssige Schlacke 22, die über einen Abstich 23 abgestochen werden.

Von für den Einsatz im Einschmelzvergaser 6 vorgesehenem kohlenstoffhältigem Ausgangsmaterial 24, welches gegebenenfalls vorher getrocknet wurde, wird zunächst in einer Abscheideeinrichtung 25, beispielsweise einem Sieb, das stückige Material abgetrennt und verbleibende Feinkohle bzw. Kohlestaub einem der Abscheideeinrichtung 25 nachgeschalteten Entgasungsreaktor 27 zugeführt, in dem diese bei Temperaturen von 250 bis 380°C teilweise entgast werden. Die in der Kohle enthaltenen flüchtigen Komponenten bleiben dabei zum Teil als Teerkomponenten in der Kohle enthalten und werden zum anderen Teil mit dem bei der Entgasung entstehenden Entgasungsgas ausgetrieben.

Das bei der Entgasung der Kohle im Entgasungsreaktor 27 entstehende brennbare Entgasungsgas wird über eine Gasleitung 29 einem Teerabscheider 38 und danach einer Heizeinrichtung 30 zugeführt, in welcher es verbrannt wird. Durch eine weitere Gasleitung 31 kann der Heizeinrichtung 30 gegebenenfalls zusätzliches brennbares Gas zugeführt werden, falls das im Entgasungsreaktor 27 anfallende Entgasungsgas für die Deckung des Energiebedarfs nicht ausreichend ist.

Alternativ zu einer Heizeinrichtung 30 kann die Teilverbrennung des Entgasungsgases bei gleichzeitiger Zufuhr eines sauerstoffhältigen Gases im Entgasungsreaktor 27 selbst durchgeführt werden.

Über eine Ableitung 39 wird ein Teil des Entgasungsgases entfernt, um eine Anreicherung mit unbrennbaren Bestandteilen zu verhindern.

Heiße, teilentgaste Feinkohle und Kohlestaub aus dem Entgasungsreaktor 27 werden in einer Misch- und Homogenisierungseinrichtung 37, beispielsweise einem Intensivmischer, mit abgeschiedenen Teerkomponenten aus dem Teerabscheider 38, sowie gegebenenfalls mit unbehandelter Feinkohle bzw. Kohlestaub und/oder kohlenstoffhältigem Ausgangsmaterial 24 (jeweils strichliert dargestellt), innig vermengt.

Zusätzlich kann der Misch- und Homogenisierungseinrichtung 37 Inertmaterial, wie Zunder, Oxidstaub, Koksstaub, etc., zugeführt und mit der teilentgasten Feinkohle und Kohlestaub vermengt werden (nicht dargestellt).

Das Produkt aus der Misch- und Homogenisierungseinrichtung 37 wird in noch heißem Zustand in der Heißbrikettiereinrichtung 28 brikettiert. Dabei muß keine zusätzliche thermische Energie aufgewendet werden. Die in der Heißbrikettiereinrichtung erzeugten Briketts werden unter Ausnutzung ihrer fühlbaren Wärme, also ihrer Temperatur, über die Förderleitung 7 im Einschmelzvergaser 6 eingesetzt.

Gegebenenfalls kann durch eine geringfügige Abkühlung der gebildeten Briketts, beispielsweise um 50°C, eine Verfestigung der als Binder genutzten Teerkomponenten und damit eine Erhöhung der mechanischen Stabilität der Briketts bewirkt werden. Eine solche Abkühlung kann auf einer in der Zeichnung nicht dargestellten Kühlvorrichtung, beispielsweise einem Kühlband und/oder einem Bunker erfolgen.

Alternativ zum unmittelbaren Einsatz im Einschmelzvergaser 6 können die Briketts über eine weitere Förderleitung 7a einem Nachentgasungsreaktor 36 zugeführt werden, wo sie, gegebenenfalls zusammen mit stückigem kohlenstoffhältigem Material aus der Abscheideeinrichtung 25, bei Temperaturen unter 600°C weiter entgast werden.

Das bei der Nachentgasung 36 entstehende Gas kann für die Beheizung des Nachentgasungsreaktors 36 und/oder des Teilentgasungsreaktors 27 verwendet werden und/oder in die Reduktionsgas-Zuleitung 9 und/oder die Topgasableitung 14 eingeleitet werden. Diese Verwendungsmöglichkeiten sind in der Zeichnung nicht dargestellt.

Stückiges kohlenstoffhältiges Material aus der Abscheideeinrichtung 25 kann auch, abhängig von seinem Teergehalt, direkt über eine Zuleitung 26a der Förderleitung 7 und damit dem Einschmelzvergaser zugeführt werden.

Die Reduktionsgas-Zuleitung 10 ist mit der Exportgasleitung 19 über eine Zweigleitung 32 verbunden. In der Zweigleitung 32 sind nacheinander ein Verdichter 33, eine CO₂-Ent fernungsvorrichtung 34, beispielsweise eine Druckwechseladsorptionsanlage, und eine Heizvorrichtung 35 angeordnet. Über die Zweigleitung 32 wird ein Teilstrom des Exportgases verdichtet, von CO₂ gereinigt, auf Reduktionsgas-Temperatur erhitzt und in den für den Reduktionsreaktor 1 vorgesehenen Reduktionsgasstrom 10 eingebracht.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel, sondern umfaßt auch alle dem Fachmann bekannten Mittel, die zur Ausführung der Erfindung herangezogen werden können.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von flüssigem Roheisen oder Stahlvorprodukten aus eisenoxidhältigen Einsatzstoffen und gegebenenfalls Zuschlagstoffen, vorzugsweise jeweils in Stück- und/oder Pelletform, wobei die eisenoxidhältigen Einsatzstoffe in der Reduktionszone eines Reduktionsreaktors zu Eisenschwamm direkt reduziert werden, und der Eisenschwamm in der Einschmelzvergasungszone eines Einschmelzvergasers unter Zufuhr von zumindest teilweise aus Feinkohle und Kohlestaub gebildetem kohlenstoffhältigen Material und sauerstoffhältigem Gas erschmolzen wird, wobei ein CO- und H₂-hältiges Generatorgas erzeugt wird, welches nach einer Entstaubung als Reduktionsgas in die Reduktionszone eingeleitet, dort teilweise umgesetzt, als Topgas aus der Reduktionszone abgezogen, gereinigt, und als Exportgas einem Verbraucher zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß für den Einsatz vorgesehene Feinkohle und Kohlestaub, welche jeweils einen hohen Anteil an flüchtigen Komponenten aufweisen, einer Teilentgasung unterzogen werden und anschließend heiß brikettiert werden, wobei Teerkomponenten der Kohle als Binder verwendet werden und wobei die gebildeten Briketts in einem erwärmten Zustand im Einschmelzvergaser eingesetzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gebildeten Briketts vor ihrem Einsatz im Einschmelzvergaser einer Nachentgasung unterzogen werden.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Feinkohle und Kohlestaub aus einem zum Einsatz vorgesehenen kohlenstoffhältigen Ausgangsmaterial abgeschieden werden und danach der Teilentgasung unterzogen werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß beim Abscheiden der Feinkohle und des Kohlestaubes anfallendes stückiges kohlenstoffhältiges Material der Nachentgasung unterzogen und dann im Einschmelzvergaser eingesetzt und/oder direkt im Einschmelzvergaser eingesetzt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß Kohlestaub und Feinkohle mit einer Teilchengröße kleiner gleich 8 mm aus dem kohlenstoffhältigen Ausgangsmaterial abgeschieden werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilentgasung der Feinkohle und des Kohlestaubes bei einer Temperatur unter 600°C, vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen 250°C und 380°C durchgeführt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Brikettierung der teilentgasten Feinkohle und des teilentgasten Kohlestaubes bei einer Temperatur unter 600°C, vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen 240°C und 380°C durchgeführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Brikettierung bei der sieh durch die Teilentgasung ergebenden Temperatur erfolgt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Teerkomponenten aus dem bei der Teilentgasung entstehenden Entgasungsgas abgeschieden und mit der teilentgasten Feinkohle und dem teilentgasten Kohlestaub vermischt werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiebedarf der Teilentgasung zumindest teilweise mittels bei der Teilentgasung entstehendem Entgasungsgas gedeckt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Teilentgasung entstandenes Entgasungsgas zumindest teilweise verbrannt und die heißen Verbrennungsgase der Teilentgasung zugeführt werden.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß sauerstoffhältiges Gas der Teilentgasung zugeführt wird und die Verbrennung des Entgasungsgases gemeinsam mit der Teilvergasung erfolgt.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilentgasung nach einem Wirbelbettverfahren durchgeführt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilentgasung nach einem "spouted bed"-Verfahren durchgeführt wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachentgasung des stückigen kohlenstoffhältigen Materials und/oder der Briketts nach einem Festbettverfahren durchgeführt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachentgasung bei einer Temperatur unter 600°C, vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen 450°C und 550°C durchgeführt wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teilstrom des Exportgases verdichtet, einer CO₂-Entfernung unterzogen, erhitzt und dem Reduktionsgasstrom zugeführt wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teilstrom des Reduktionsgases als Überschußgas abgezweigt, einer Gasreinigung unterzogen und ein Teilstrom des gereinigten Überschußgases verdichtet und als Kühlgas dem Generatorgas zugeführt wird und ein zweiter Teilstrom des gereinigten Überschußgases dem Exportgas zugeführt wird.

19. Anlage zur Herstellung von flüssigem Roheisen und/oder Stahlvorprodukten aus von eisenoxidhältigen Stoffen (4), und gegebenenfalls Zuschlagstoffen (5), vorzugsweise jeweils in Stück- und/oder Pelletform, gebildeten Einsatzstoffen, mit einem Reduktionsreaktor (1) für eisenoxidhältige Stoffe (4), einem Einschmelzvergaser (6), einer den Einschmelzvergaser (6) mit dem Reduktionsreaktor (1) verbindenden Zuleitung (9, 10) für ein im Einschmelzvergaser (6) gebildetes Reduktionsgas, wobei die Zuleitung (9) mit einer Gasreinigungsvorrichtung (11) versehen ist, mit einer den Reduktionsreaktor (1) mit dem Einschmelzvergaser (6) verbindenden Förderleitung (13) für das im Reduktionsreaktor (1) gebildete Reduktionsprodukt, mit einer vom Reduktionsreaktor (1) ausgehenden, mit einem Wäscher (15) versehenen Topgas-Ab leitung (14), mit einer Förderleitung (7) für kohlenstoffhältiges Material, mit in den Einschmelzvergaser (6) mündenden Zuleitungen (8) für sauerstoffhältige Gase und einem am Einschmelzvergaser (6) vorgesehenen Abstich (23) für flüssiges Roheisen (21) und flüssige Schlacke (22), dadurch gekennzeichnet, daß ein Entgasungsreaktor (27) zum teilweisen Entgasen von Feinkohle und Kohlestaub vorgesehen ist, welchem eine Heißbrikettiereinrichtung (28) zum Brikettieren von teilentgaster Feinkohle und teilentgastem Kohlestaub nachgeschaltet ist, wobei die Heißbrikettiereinrichtung (28) über die Förderleitung (7) mit dem Einschmelzvergaser (6) verbunden ist.

20. Anlage nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Heißbrikettiereinrichtung (28) über eine weitere Förderverbindung (7a) mit einem Nachentgasungsreaktor (36) verbunden ist, wobei der Nachentgasungsreaktor (36) wiederum mit dem Einschmelzvergaser (6) verbunden ist.

21. Anlage nach einem der Ansprüche 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abscheideeinrichtung (25) zum Abscheiden von Feinkohle und Kohlestaub aus dem zum Einsatz gelangenden kohlenstoffhältigen Ausgangsmaterial (24) vorgesehen ist.

22. Anlage nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheideeinrichtung (25) über eine Zuleitung (26a) für stückiges kohlenstoffhältiges Material mit dem Einschmelzvergaser (6) verbunden ist.

23. Anlage nach einem der Ansprüche 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheideeinrichtung (25) über eine Zuleitung (26) für stückiges kohlenstoffhältiges Material mit dem Nachentgasungsreaktor (36) verbunden ist.

24. Anlage nach einem der Ansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß vom Entgasungsreaktor (27) eine Gasleitung (29) für im Entgasungsreaktor (27) entstehendes brennbares Entgasungsgas weggeführt ist, welche in eine mit dem Entgasungsreaktor (27) verbundene Heizeinrichtung (30) mündet.

25. Anlage nach einem der Ansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß vom Entgasungsreaktor (27) eine Gasleitung (29) für im Entgasungsreaktor (27) entstehendes brennbares Entgasungsgas weggeführt ist, wobei sauerstoffhältiges Gas wiederum dem Entgasungsreaktor (27) zuführbar ist.

26. Anlage nach einem der Ansprüche 19 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß dem Entgasungsreaktor (27) eine Misch- und Homogenisierungseinrichtung (37) nachgeschaltet ist.

27. Anlage nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß in der Gasleitung (29) ein Teerabscheider (38) zum Abscheiden von Teerkomponenten aus dem Entgasungsgas angeordnet ist, wobei abgeschiedene Teerkomponenten der Misch- und Homogenisierungseinrichtung (37) zuführbar sind.

28. Anlage nach einem der Ansprüche 19 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Entgasungsreaktor (27) als Fließbettreaktor ausgeführt ist.

29. Anlage nach einem der Ansprüche 19 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Entgasungsreaktor (27) als Wirbelschichttrockner ausgeführt ist.

30. Anlage nach einem der Ansprüche 19 bis 37, dadurch gekennzeichnet, daß der Entgasungsreaktor (27) als Spouted-Bed Reaktor ausgeführt ist.

31. Anlage nach einem der Ansprüche 20 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß der Nachentgasungsreaktor (36) als Festbettreaktor ausgeführt ist.

32. Anlage nach einem der Ansprüche 19 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß von der Reduktionsgas-Zuleitung (9) nach der Gasreinigungsvorrichtung (11) eine einen Gaswäscher (17) enthaltende Überschußgasleitung (16) abzweigt, welche sich mit der Topgasableitung (14) zu einer Exportgasleitung (19) vereinigt.

33. Anlage nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Exportgasleitung (19) über eine Zweigleitung (32) mit der Reduktionsgasleitung (10) verbunden ist.

34. Anlage nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zweigleitung (32) nacheinander ein Verdichter (33), eine CO₂-Entfernungseinrichtung (34) und eine Heizeinrichtung (35) angeordnet sind.