DE2735565C2

DE2735565C2 - Einhitziges Verfahren zur Erzeugung von im wesentlichen aus Kohlenoxid und Wasserstoff bestehenden Reduktionsgasen für Erzreduktionen und Vorrichtung zu seiner Durchführung

Info

Publication number: DE2735565C2
Application number: DE2735565A
Authority: DE
Inventors: Kurt 4350 Recklinghausen Tippmer
Original assignee: Carl Still & Co Kg 4350 Recklinghausen GmbH; Carl Still GmbH and Co KG
Current assignee: Still Otto GmbH
Priority date: 1977-08-06
Filing date: 1977-08-06
Publication date: 1986-01-02
Also published as: DE2735565A1; US4220469A

Description

dioxid und Schwefelverbindungen ausgewaschen, bzw. Wasserdämpfe auskondensiert Das Gemisch aus Frisch- und Kreislaufgas wird durch die Verbrennungswärme des aus dein Kreislauf ausgeschleusten Gasanteiles auf 800 bis 1000⁰C wieder aufgeheizt (DE-OS 25 27 097). Dabei wird der Frischgasstrom zunächst gekühlt und gereinigt und danach mit dem abgekühlten und gereinigten Abgas aus dem Reaktionsprozeß vereinigt Das Gasgemisch muß vor einer Einführung in den Reduktionsreaktor wieder auf die Erzreduktionstempe- to ratur von 800 bis 1000⁰C aufgeheizt werden.

Auch ein Verfahren zur Vergasung von staubförmigen oder feinkörnigen Brennstoffen in der Schwebe mittels Sauerstoff (Luft) und gegebenenfalls Wasserdampf in einer aus feuerfestem Material bestehenden Vergasungskammer ist bekannt, bei dem den die Vergasungskammer verlassenden Medien ständig kaltes Brenngas, vorzugsweise ein Teilstrom des abgekühlten Nutzgases, zugesetzt wird, das bei Versagen der Brennstoffzufuhr mit dem nicht verbrauchten Sauerstoff unter Bildung von Rauchgas reagiert (DE-PS 8 99 542). Ein Teil der Schlacke wird dabei so weit gekühlt, daß sie vJs Staub abgezogen werden kann.

Daß die bei der Kohlevergasung anfallende Schlacke von Wasser aufgenommen wird, ist z. B. bekannt aus »Rohstoffwirtschaft International, Band 4 — Kohlenvergasung« von W. Peters, Verlag Glückauf GmbH, Essen, 1976, Seite 112 und 150. Dabei wird aber nicht eine wäßrige Kohlesuspension umgesetzt, sondern stückige Kohle, und zwar in einem Festbettreaktor in Gegenwart von Wasserdampf und Sauerstoff.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, das heiße Gas, das aus einer wäßrigen Kohlesuspension durch Umsetzung mit Sauerstoff oder sauerstoffreichen Gasen entstanden ist, durch eine Wassertauchung zu drücken, um es zu kühlen, mit Wasserdampf anzureichern und von Schlacketeilchen zu befreien.

Bei den Verfahren zur Erzeugung von Reduktionsgasen durch partielle Oxidation von Kohle mit Sauerstoff ist die Abscheidung der Schlacke ein besonderes Problem. Die Kohlevergasung kann bei Temperaturen bis zu 1500° C stattfinden und dabei können die .Schlackepartikel, wenn nicht gar flüssig, so doch mindestens in ihrer Konsistenz teigig oder plastisch sein bzw. werden. In diesem Zustand werden die Schlackepartikel auf die inneren Oberflächen des Vergasungsreaktors bzw. der nachfolgenden Apparate geschleudert siedeln sich dort an und bilden hier einen festen Überzug, der in unerwünschter und unzulässiger Weise den Durchgang und die Abführung von Wärme behindert Das kann zu erheblichen Störungen bzw. Unterbrechungen des Betriebes führen. Unter Umständen erweist es sich als notwendig, die Anlage stillzusetzen, abzukühlen und die erstarrte Ascheschmelze in mühseliger Handarbeit aus den Apparaten zu entfernen.

Die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt besteht nun darin, für das eingangs definierte Verfahren eine Durchführungsart aufzufinden und vorzuschlagen, bei der das Absetzen von flüssigen, teigigen oder plastischen Schlacketeilchen an den inneren Oberflächen des Vergasungsreaktors und der nachgeschalteten Apparate nicht stattfindet

Die Lösung der Aufgabe ergibt sich aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1.

Als besonders geeignet für die Durchführung der Vergasung ist ein Druck zwischen 5 und 10 bar erkannt worden.

Das Kreislauf-Abgas aus der Erzreduktion wird vor der Zumischung zu dem Frischgas von Staub befreit

Für die Durchführung des erfuidungsgsmäßen Verfahrens wird im Sinne der Gasstromrichtung unmittelbar hinter dem Druckvergasungsreaktor eine Gasmischstufe bzw. ein Gasmischer angeordnet

Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird weiterhin eine Vorrichtung mit einem Flugstromvergaser mit oben angeordnetem Brenner und einer zentralen öffnung für schlackehaltiges Rohgas im Boden, an die sich ein Gasmischer mit seitlichem Eintritt für Gas aus einer Erzreduktionsanlage anschließt vorgeschlagen, die dadurch gekennzeichnet ist daß um die öffnung (6) ein Ringkanal (9) für das von Staub gereinigte Gas aus der Erzreduktion angeordnet ist von dem aus mit im spitzen Winkel zu der zentralen Öffnung (6) zeigende Gasdüsen in den Mischraum münden, unterhalb denen um den Umfang des Gasmischers (7) herum Gasabzüge (20) angeordnet sind, die an einen Ringkanalsammler (21) angeschlossen sind, und wobei sich am Boden des Gasmischers (7) efr Wasserbad (11) mit Austragsschleuse (13) für Schlacke befindet

Besonders wirkungsvoll gestaltet sich one Mischung der Gase und die Schlackeabscheidung, wenn der spitze Winkel der Gasdüsen zur zentralen öffnung 15 bis 30° beträgt Es ist auch zweckmäßig, auf dem Mischerumfang mindestens zwei Warmgasdüsen und auch mindestens zwei Gasabzüge für das Mischgas anzuordnen. Bevorzugt werden vier Warmgasdüsen und auch vier Mischgasabzüge angeordnet

Beispiel

Für die Herstellung von 10001 Eisen pro Tag (41,61/ h) werden 21,5 t/h auf eine Korngröße von unter 400 gemahlene Kohle mit einem Kohlenstoff-Gehalt von 95% in Wasser suspendiert und eine Suspension mit einem Feststoffgehalt von 58,4 Gew.-% hergestellt Diese Suspension wird durch Leitung (1) dem Brenner (2) von Druckvergasungsreaktor (3) zugeführt Durch Leitung (4) erhält der Brenner (2) stündlich 1600 Nm³ Sauerste^ von 99,5%. In dem Reaktor (3) mit der Wärmeisolierung (5) wird die Kohle bei einem Druck von 6 bar und 1450⁰C vergast und es werden 65 000 Nm³ Gas erhalten mit einem Anteil an Kohlenoxid und Wasserstoff von 41 700 Nm³. Das Gas wird durch die Heißgasdüse (6) aus dem Druckvergasungsreaktor entlassen und erreicht den Mischer (7), in dem durch die Zuleitung (8), den inneren Ringkanalverteiler (9) und die Warmgasdüsen (10) pro Stunde 69 500 Nm³ Kreislauf-Abgas aus dem Reduktions-Schachtofen (nicht dargestellt) von 250⁰C eingeblasen werden. Die in den aus dem Druckvergasvngsreaktor kommenden heißen Gase enthaltenen flüssigen bzw. teigigen Schlacketeilchen werden durch die Mischung mit dem kühleren Kreislaufgas abgeschreckt und ballen sich zu größeren Teilchen zusammen, die infolge ihrer Schwere aus dem Gasstrom heraus und in die Wassertasse der Schlackeabtrennung (11) fallen, deren Wasserniveau durch (12) angedeutet ist Die Schlackepartiktl sinken je nach Größe der Wassertasse ab oder bleiben in dem Wasser suspendiert Die abgesunkenen Schlacketeile werden durch die Schleuse (13) mit den Verschlüssen (14) und (15) und Leitung (16) abgezogen. Hier werden stündlich etwa 110 kg Schlacke ausgetragen. Die in Wasser suspendierten Schlacketeilchen werden mit dem Wasser der Wassertasse in einer Menge von 15 m³/h durch Leitung (17) mit dem Verschluß (18) in den Feststoff-Wasser-Scheider (19) abgezogen. Die Mischgase haben eine Temperatur von

85O⁰C und sie ziehen durch die auf dem Umfang des Mischen (7) angeordneten, schräg nach oben gerichteten Kanäle (20), den äußeren Ringkanalsammler (21) und Leitung (22) in den Feststoffabscheider (23), in dem noch verbliebener Staub, der etwa hälftig aus nicht um- J gesetzter Kohle und Asche besteht, aus dem Gas abgeschieden wird. Das gereinigte Gas verläßt mit einem Restgehalt an Staub von 1 g/Nm³ durch Leitung (24) die Anlage und wird je nach dem Grade seiner sonstigen Verunreinigungen direkt oder Ober weitere Reinigungs- bzw. Waschanlagen (nicht dargestellt) der Erzreduktion, z. B. einem Schachtofen, zugeführt Der an der Prallwand (25) des Feststoffabscheiders (23) abgeschiedene Staub fällt in die Wassertasse (26) des Feststoffabscheiders (23), dessen Wasserniveau durch (27) angedeutet ist Wasser und Feststoffe werden aus (26) durch die Schleuse (28) mit den Verschlüssen (29) und (30) und Leitung (3H) in den Feststoff-Wasser-Scheider (19) abgegeben. Aus der Wassertasse (26) kann die Feststoff-Wasser-Suspension auch direkt unter Umgehung der Schleuse (28) durch die Leitung (32) mit dem Verschluß (33) in den Feststoff-Wasser-Scheider abgegeben werden. In dem Apparat (19) setzen sich im Verlaufe von etwa 1 Stunde die Feststoffanteile als Schlamm etwa bis zum Niveau 34 ab und wegen ihres hohen Kohlegehaltes von 33% werden sie aus dem unteren Konus in einer Menge von stündlich etwa 3000 kg als wäßriger Schlamm mit einem Feststoffgehalt von 50% durch Leitung (35) und Pumpe (36) abgezogen und der Zubereitungsstation für die Kohle-Wasser-Suspension (nicht dargestellt) zugeführt Von Feststoffen befreites Wasser tritt in die Rinne (37) über und wird von der Leitung (38) und Pumpe (39) aufgenommen und stündlich werden davon etwa 5 m³ durch Leitung (40) in den Feststoffabscheider (23) und etwa t5 m³ durch Leitung (41) in die Überlaufrinne (42) der Schlacke-Abtrennung (11) zurückgeführt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

bei allen anderen Verfahrensschritten Wärme nur abge-Patentansprüche: gebenwird. Bekannt ist ein Verfahren zur Herstellung einer Mi-

1. Einhitziges Verfahren zur Erzeugung von im schung eines Reduktionsgases, bei dem ein Kohlenwaswesentlichen aus Kohlenoxid und Wasserstoff beste- 5 serstoffbrennstoff, oder eine pumpbare Aufschlämmung henden Reduktionsgasen für Erzreduktionen, wobei von Kohle in Wasser mit einem sauerstoffhaltigen Gas durch autotherme partielle Oxidation von wäßrigen durch Parf'aloxidation, wahlweise in Gegenwart eines Kohle-Suspensionen mit Sauerstoff oder sauerstoff- temperatursteuernden Gases, in einer strömungvxnderreichen Gasen unter erhöhtem Druck bei 1300 bis nisfreien Reaktionszone eines Reduktionsgasgenera-1500°C ein Frischgas hergestellt, ein Teil des Abga- 10 tors bei einer autogenen Temperatur von etwa 815 bis ses aus dem Reduktionsprozeß mit dem Frischgas 1930° C und einem Druck von etwa 1 bis 350 Atmosphäunter Absenkung von dessen Temperatur gemischt ren umgesetzt wird, in einer getrennten Mischzone der wird, worauf mitgerissene Feststoffteilchen anschlie- Reduktionsgasstrom aus der Reaktionszone mit einer Send mittels Wasser abgeführt werden, und wobei rn Verfahren nachfolgend gewonnenen Gasmischung die Vereinigung von Frischgas und Ruckleitungsgas 15 unter Bildung einer verbesserten Reduktionsgasmiin einem solchen Verhältnis erfolgt, daß dabei eine schung mit verminderten Anteilen an Wasserdampf und Temperatur des Mischgasstromes von 800 bis Kohlenstoffteilchen vermischt wird, ein Teil zur Erzre-1000°C eingestellt wird, dadurch gekenn- duktion benutzt und ein Teil der Reduktionsgasmiz eich π ei ^ daß der rohe, heiße Frischgasstrom un- schung in eine auch mit Wassertauchung betriebene mittelbar nWi dem Austritt aus dem Reaktionsrauin 20 Gaskühl- und Waschzone, welche in Abstromrichtung mit 100 bis 500⁰C warmem, von Staub gereinigtem von der Mischzone angeordnet ist, eingegeben wird und Gas aus dem Reaktionsprozeß oberhalb eines Was- die gekühlte und gereinigte Reduktionsgasmischung aus serbades vermischt und nach anschließendem Reini- der Gaskühl- und Waschzone abgezogen, auf einen gen und !^-Auswaschen das Mischgas der Erzre- Druck, welcher gleich oder höher als der Druck des duktion zugeführt wird. 25 Reduktionsgasausstroms des Generators ist, kompri-

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens miert und die kompcaiierte Reduktionsgasmischung in nach Anspruch 1, mit einem Flugstromvergaser mit die Mischzone als Gasmischung eingegeben wird (DE-oben angeordnetem Brenner und einer zentralen OS 22 44 851). Ein Teil des Abgases der Erzreduktion öffnung für schlackehaltiges Rohgas im Boden, an wird gekühlt, gewaschen und gereinigt und dem gereidie sich ein Gesmischer mit seitlichem Eintritt für 30 nigten Reduktionsgasgemisch zugegeben, das mit dem Gas aus einer Erzreduktionsanlage anschließt, da- Gas aus der Partialoxidation gemischt wird.

durch gekennzeichnet, daß uk» die öffnung (6) ein Weiterhin ist ein Verfahren zur Reduktion von Eisen-Ringkanal (9) für das voii Staub gereinigte Gas aus erzen, insbesondere von Eisenerzpellets, bekannt, wobei der Erzreduktion angeordnet ist, /on dem aus mit im ein hauptsächlich Kohlenmonoxid und Wasserstoff entspitzen Winkel zu der zentralen öffnung (6) zeigen- 35 haltendes Gas aus Kohle und Sauerstoff in einem Verde Gasdüsen in den Mischraum münden, unterhalb gasungsprozeß erzeugt, mit zurückgeführtem Gichtgas denen um den Umfang des Gasmischers (7) herum aus dem Reduktionsprozeß gemischt und das so erhalte-Gasabzüge (20) angeordnet sind, die an einen Ring- ne Reduktionsgas nach Entstaubung und Entschwefeln kanalsammler (21) angeschlossen sind, und wobei in den Reduktionsprozeß eingeführt wird. Das aus der sich am Boden des Gasmischers (7) ein Wasserbad 40 Kohle und dem Sauerstoff erzeugte Vergasungsgas hat (11) mit Austragschleuse (13) für Schlacke L.c...ideL ein Kohlenmonoxid/Wasserstoff-Volumenverhältnis

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn- von etwa 1,5 :1 oder größer. Das rückgeführte Gichtgas zeichnet, daß der spitze Winkel der Gasdüsen zur wird mit Wasserdampf zu hauptsächlich Kohlendioxid zentralen öffnung 15 bis 30° beträgt und Wasserstoff konvertiert und daraus das Kohlendi-

45 oxid ausgewaschen. Aus dem Konvertierungsgasge-

misch und dem Vergasungsgas wird ein Reduktionsgas

mit einem Kohlenmonoxid/Wasserstoff-Volumenverhältnis von etwa 1.1 oder kleiner gemischt, welches

Die Erfindung betrifft ein einhitziges Verfahren zur wieder auf etwa 1000° C erhitzt wird (DE-AS 24 38 790).

Erzeugung von im wesentlichen aus Kohlenoxid und 50 Bekannt ist auch ein Verfahren zur Erzeugung von

Wasserstoff bestehenden Reduktionsgasen für Erzre- Gasen für die Reduktion von Erzen, insbesondere Ei-

duktionen und Vorrichtung zu seiner Durchführung. senerzen, wobei die Gaskohlenoxid und Wasserstoff

Bei diesem Verfahren wird durch autotherme par- enthalten und die in bezug auf das zu reduzierende Erz tielle Oxidation von wäßrigen Kohle-Suspensionen mit im Überschuß angewandt werden sollen. Ein Teil des Sauerstoff oder sauerstoffreichen Gasen unter erhöh- 55 Abgases aus dem Reduktionsprozeß wird nach Kühtem Druck bei 1300 bis 1500° C ein Frischgas hergestellt, lung, Entstaubung und Auswaschung von Kohlendioxid ein Teil des Abgases aus dem Reduktionsprozeß mit dem Reduktionsprozeß im Kreislauf wieder zugeführt dem Frischgas unter Absenkung von dessen Tempera- und ein anderer Teil ausgeschleust Die Verbrennungstur gemischt, worauf die dabei verfestigte Schlacke an- wärme soll im Reduktionsprozeß genutzt werden. Eine schließend mittels Wasser abgeführt wird, wobei die 60 der ausgeschleusten und verbrauchten Gasmenge ent* Vereinigung von Frischgas und aus dem Reduktionspro- sprechende Menge von Kohlenoxid und Wasserstoff zeß stammendem Gas in einem solchen Verhältnis er- enthaltendem Frischgas wird in den Kreislauf eingefolgt, daß dabei eine Temperatur des Mischgasstromes schleust Das Frischgas wird durch partielle Oxidation von 800 bis 1000⁰C eingestellt wird. von Kohlenstoff und Wasserstoff enthaltenden Materi-

AIs einhitziges Verfahren im Sinne der Erfindung 65 alien aller Art, (z. B. ölen, Steinkohle, Braunkohle und

wird ein solches Gesamtverfahren bezeichnet, bei des- Torf) mit Sauerstoff und Wasserdampf und/oder Koh-

sen Durchführung nur bei einem einzigen Verfahrens- lendioxid hergestellt und aus ihm werden vor seiner

schritt Wärme aufgewendet und erzeugt wird, während Zumischung zum Reduktionskreislaufgas Ruß, Kohlen-