DE2911692A1 - Verfahren zur erzeugung von reduktionsgas aus festen brennstoffen - Google Patents

Verfahren zur erzeugung von reduktionsgas aus festen brennstoffen

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DE2911692A1 DE19792911692 DE2911692A DE2911692A1 DE 2911692 A1 DE2911692 A1 DE 2911692A1 DE 19792911692 DE19792911692 DE 19792911692 DE 2911692 A DE2911692 A DE 2911692A DE 2911692 A1 DE2911692 A1 DE 2911692A1
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Description

Verfahren zur Erzeugung von Reduktionsgas aus festen Brennstoffen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Reduktionsgas für die Erzreduktion, das zu mindestens 80 Vo±.% aus den Komponenten Wasserstoff und Kohlenmonoxid besteht, durch Vergasen fester, körniger Brennstoffe im Festbett mit Sauerstoff und Wasserdampf bei einem Druck im Bereich von 5 bis 50 bar.
Aus der Zeitschrift des Deutschen Vereins des Gas- und Wasserfaches "gwf-Gas/Erdgas" Oktober 1976, Seiten 412 - 423, ist die Herstellung und Verwendung von Reduktionsgasen für die Erzreduktion bekannt. Das Reduktionsgas wird dabei bevorzugt aus gasförmigen oder flüssigen Kohlenwasserstoffen erzeugt", als Ausgangsbasis ist auch die Vergasung von Kohle^ statxb möglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die technisch erprobte Vergasung fester, körniger Brennstoffe im Festbett mit Sauerstoff und Wasserdampf bei erhöhtem Druck der Erzeugung von Reduktionsgas zugänglich zu machen. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß man das Produktgas der Vergasung auf einen restlichen Kohlenmonoxid-Gehalt von etwa 1 bis 10 Vol.% (bezogen auf trockenes Gas) konvertiert, in einer Gaswäsche das konvertierte Gas von Schwefelverbindungen befreit und den COp-Gehalt auf höchstens 3 Vol.% vermindert, mindestens einen Teil des gewaschenen Gases, das zu mehr als 70 Vol.% aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid besteht und einen Methan-
030040/0331
goiiolt yon mehr als 10 Voi.Jb aufweist, mit Gichtgas der
Er^reduktion mischt, das Gasgemisch bei einem Druck von 1,5 bis 10 bar and. Temperaturen von 800 bis 15000C reformiert und
ein mindestens teilweise reformiertes Gas rait höchstens
3 Vol.% COp, höchstens 5 Vol.% Methan und mit Temperaturen ν~;■>. etwa 700 bis 1000 C als Reduktionsgas einer Erzreduktions- -'iriiags zuführt. Bei diesem Verfahren wird die Konvertierung
des CO-G-haites im Produktgas der Brennstoffvergasung so v/eit durchgeführt j daß im Gichtgas der Erzreduktion die Entfernung von COp nicht erforderlich ist.
Ss ist zweckmäßig, daß das aus der Gaswäsche kommende Gas einen Druck von mindestens 5 bar aufweist und in einem Ejektor das zuzumischer.de Gichtgas ansaugt. Auf diese Weise wird das Gichtgas ohne zusätzlichen Verdichtungsaufwand wieder auf den Druck gebracht, der für seine Verwendung in der Reformierstufe nötig ist.
Vorzugsweise werden nur 40 - 80 % des gewaschenen Gases vor dem Reformieren mit Gichtgas gemischt. Der Rest des gewaschenen Gases wird dem reformierten Gas zugegeben und dadurch der Methangeha.lt des Reduktionsgases auf etwa 2-4 Vo? .% eingestellt.
In der Reformierstufe wird aus Methan und anderen Kohlenwasserstoffen zusammen mit HpO und COp durch endotherme Umsetzungen Kohlenmonoxid und Wasserstoff erzeugt. Der Wärmebedarf der Reformierstufe \»/ird mindestens zum Teil dadurch gedeckt, daß man einen Teilstrom des Gichtgases in diesem Anlagenteil als Heizgas verbrennt. Üblicherweise werden 15 - 30 % des gesamten Gichtgases als Heizgas verwendet.
Die Zeichnung zeigt eine Möglichkeit der Aufeinanderfolge der für das erfindungsgemäße Verfahren nötigen Schritte.
Von der Vergasung 1 gelangt das Produktgas durch die Leitung zur u'Q-Konver tie rung 3· Das konvertierte Gas mit einem, rest-
030040/0331 ,
BAD ORIGINAL
lichen CO-Gehalt von etwa 1 Ms 10 Vol.$>, bezogen auf trockenes Gas, wird durch die Leitung 4 der Gaswäsche 5 aufgegeben. In der Gaswäsche 5 wird das Gas von Schwefelverbindungen und dem überwiegenden Teil des COp befreit. Auch Kohlenwasserstoffe des Naphtha-Bereichs werden dort aus dem Gas abgeschieden.
Die Gaswäsche 5 wie auch die Konvertierung 3 werden unter Druck durchgeführt, so da3 das gewaschene Gas in der Leitung δ einen Druck von mindestens 5 bar aufweist. Ein Teilstrom des gewaschenen Gases in der Leitung 6, üblicherweise 20 bis 60 % davon, wird in der Leitung 6a abgezweigt. Mit dem restlichen Gas wird das Gichtgas aus der Leitung 8 in einem Ejektor 7 angesaugt und gemischt. Das Gasgemisch wird durch die Leitung zu einer Reformierstufe 10 geleitet.
In der Reformierstufe 10 werden Methan und auch noch höhere, gasförmige Kohlenwasserstoffe"mit CO2 oder H2O in die Reduktionsgaskomponente gespalten. Dem reformierten Gas der Leitung 11 wird das Gas der Leitung 6a zugemischt und dadurch
das Reduktionsgas erzeugt.
Das fertige Reduktionsgas wird dann in der Leitung 11a der Reduktionsanlage 12 zugeführt. Erz, insbesondere in Pelletform, wird bei 13 aufgegeben und reduziertes Material, z.B. Schwammeisen, bei 14 abgezogen.
Beim Reduzieren des Erzes mittels Reduktionsgas entsteht ein Abgas, das hier als Gichtgas bezeichnet wird. Dieses Gichtgas enthält noch erhebliche Mengen an unreagiertem Kohlenmonoxid und Wasserstoff und besitzt somit einen nutzbaren Heizwert. . Das Gichtgas wird in der Leitung.15 zunächst zu einem Wäscher geführt, der Feststoffe entfernt und das Gichtgas gleichzeitig auch kühlt. Ein Teilstrom des gewaschenen Gichtgases wird in. der Leitung 17'abgezweigt und als Heizgas in der Reformierstufe 10 verwendet. Das übrige Gichtgas strömt in der-Leitung zum Ejektor 7. Das ganze Gichtgas kann in der angegebenen Weise
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verwendet werden, ohne daß man seinen COp-Gehalt durch Auswaschen oder in anderer Weise vermindert.
Der Vergasung 1 wird durch die Leitung 20 körniger, fester Brennstoff, insbesondere Kohle oder 'Braunkohle, aufgegeben. Das Korngrößenspektrum der Kohle oder Kohlenagglomerate liegt im Bereich von 2 bis 70 mm. Als Vergasungsmittel werden durch die Leitung 21 Sauerstoff und durch die Leitung 22 Wasserdampf und/oder COp in die Vergasung 1 geführt. Unverbrennlicher Rückstand wird in der Leitung 23 abgezogen. Bei der an sich bekannten Vergasung bildet der Brennstoff ein Festbett, welches langsam von oben nach unten absinkt. Die Vargasungsmittel werden in den unteren Bereich dieses Festbettes eingeleitet. Das Verfahren ist aus zahlreichen Veröffentlichungen bekannt und u.a. in den deutschen Patenten 23 46 833 und 26 04 383 sowie den dazu korrespondierenden US-Patenten 3937 620 und 4 033 730 beschrieben. Weitere Einzelheiten sind aus dem US-Patent 3 540 867 und dem deutschen Patent 23 53 241 bekannt. Diese Veröffentlichungen beschreiben das bekannte Lurgi-Verfahren.
Für· die Vergasung des Brennstoffes im Festbett gibt es zwei hauptsächliche Varianten. Einmal ist es' möglich, die Vergasungsmittel von unten über einen Drehrost in den Vergasungsraum zu leiten, wobei die Asche festbleibt. Zum anderen können die Vergasungsmittel über Düsen zugeführt und der unverbrennliche Rückstand als Schlacke in flüssiger Form abgezogen werden. Die Vergasung mit Abzug flüssiger Schlacke ist aus den englischen Patenten 1 507 905, 1 508 671 und 1 512 677 bekannt.
Das Gas, das in der Leitung 2 der CO-Konvertierung 3 zugeführt wird, unterzieht man zuvor in der Vergasungsanlage direkt in Anschluß an den eigentlichen Vergasungsreaktor einer Wäsche mit gleichzeitiger Kühlung auf Temperaturen von etwa 150 bis 2000C. In dieser Wäsche wird das rohe Gas aus der Vergasung mit Rohgaskondensat besprüht, wie das z.B. in der deutschen Offenlegungsschrift 25 43 532. und dem dazu korrespondierenden
030040/0331 _5_
CO2 bis etwa
co Il Il
H2
CH4
C2+ 		11
Il
etwa
»Τ · A Il
US-Patent 4 065 273 beschrieben ist. Das zur CO-Konvertierung 3 geführte Gas ist deshalb bereits von einem Teil seines Teergehaltes befreit und mit Wasserdampf ganz oder weitgehend gesättigt. Bezogen auf trockenes Gas ist die Gasanalyse folgende:
24 - 33 Vol.% 16-25 " 36 - 44 " 8 - 13 "
1 Vol.tf
2 "
In der CO-Kor.vertierung 3 wird katalytisch in an sich bekannter Weise ein Teil des CO-Gehaltes des Gases mit Wasserdampf zu Wasserstoff und CO2 umgewandelt. Eine Ausgestaltungsmöglichkeit für die Konvertierung 3 ist in der deutschen Offenlegungsschrift 27 09 768 (dazu korrespondiert die US-Anmeldung 882 483) dargestellt. Das Gas aus der Konvertierung 3 in der Leitung 4 weist einen CO-Gehalt von nur noch etwa 1 bis 10 Vol.% (bezogen auf trockenes Gas) auf.
Für die anschließende Gaswäsche 5 ist z.B. das bekannte Rectisol-Verfahren geeignet. Hierbei wird das Gas unter Druck bei Temperaturen von etwa -20 bis -600C mit Methanol gewaschen. Auch dieses Waschverfahren ist in der Literatur bereits ausführlich beschrieben, so z.B. in Ullmanns Encyklopädie der technischen Chemie, 4. Auflage (1977) Band 14, Seiten 432 435. .
In der Gaswäsche nach dem Rectisolverfahren wird das konvertierte Gas von Schwefelverbindungen befreit und der COp-Gehalt auf höchstens 3 Vol.% vermindert.
Damit gewaschenes Gas aus der Leitung 6 zusammen mit rüekge— führtem Gichtgas der Leitung 8 der Reformierstufe 10 aufgegeben werden kann, ist eine Verdichtung nötig. Eine einfache Verdichtung ohne Kompressor wird durch Verwenden des Ejektors
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ermöglicht. Natürlich kann an die Stelle des EJektors 7 auch ein Korapressor treten.
Für die Reformierstufe 10 kann der bekannte Röhrenspaltofen verwendet werden, dessen Röhren indirekt beheizte Nickelkatalysatoren enthalten. Eine solche Reformierstufe ist in der bereits eingangs zitierten Zeitschrift "gwf-Gas/Erdgas" auf den Seiten 413 und 414 erläutert. Eine andere Möglichkeit besteht darin, für die Reformierstufe 10 einen Gasumformer zu verwenden, wie er in "gwf—Gas/Erdgas" auf den Seiten 419 und 420 sowie im deutschen Patent 1 201 377 (dazu korrespondiert das US-Patent 3 189 438) beschrieben ist. Hierbei arbeiten Qe-tfeils zwei Gasumformer parallel, von denen jeweils einer auf Reformierbetrieb geschaltet ist, während der andere aufgeheizt wird. Die Umformer enthalten keramische Granulate, die als Wärmespeicher dienen und bei Temperaturen von etwa '14000C die Urr.'/andlung von Methan mit CO2 zu 2CO + 2Hp bewirken. Das von einem Umformer kommende Gas muß zumeist noch heruntergekühlt werden, bevor es als Reduktionsgas verwendet werden kann. Für ein Gas aus dem Röhrenspaltofen ist dies im allgemeinen nicht nötig.
Für Einzelheiten zur Reduktionsanlage 12 und zum Wäscher 16 ■wird auf die bereits zitierte Veröffentlichung in "gwf-Gas/ Erdgas" sowie auf die deutsche Auslegeschrift 1 914 400 (dazu korrespondiert das US-Patent 3 748 120) hingewiesen.
Beispiel : ·
In einer Verfahrensführung, wie sie die Zeichnung zeigt, . wird zur Erzeugung von 1000 kg Eisenschwamm folgendermaßen gearbeitet:
Der Vergasung 1 werden (wasser- und aschefrei gerechnet) 310 kg körnige Steinkohle, 650 kg Wasserdampf und 117 NnP Sauerstoff aufgegeben. Die Vergasung arbeitet nach dem
- 7 030040/0331
bekannten Lurgi-Verfahren mit einem Drehrostgenerator und festöleibender Asche. Bevor das heiße Produktgas aus dem Generator in die Leitung 2 gelangt, wird es in "bekannter Weise durch einen Waschkühler geführt und abgekühlt.
Die CO-Konvertierung 3 arbeitet zweistufig entsprechend DE-OS 2 709 768 mit einem handelsüblichen Katalysator der Firma Topsoe, Typ SSK. Ebenso arbeitet die Reformierstufe 10 in einer Anlage gemäß (bereits erwähnt) "gwf-Gas/Erdgas", Seiten 413/414, mit einem handelsüblichen Nickelkatalysator. Für Einzelheiten der Reduktionsanlage wird auf "gwf-Gas/Erdgas" und die DE-AS 1 914 400 (Fig. 1-3) hingewiesen. Im Wäscher 16 werden dem Gichtgas 423 Nm·5 Wasserdampf entzogen. Die nachfolgende Tabelle gibt Einzelheiten der in den verschiedenen Leitungen der Zeichnung herrschenden Bedingungen an.
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T Λ 13 Ii L L Ii
CO
σ *-· ο •ν. ο ω
Leitung 2 4 6 8 9 11 11a 15
Druck (bar) 22 20 18 ca. 1 2,5 1,5 ca. 3 ca. 1
Temperatur (0C) 172 ca. 250 20 45 30 900 760 310
3
Gasraenge (Nm )		 1324 1324 601 1064 1383 1496 1761 1761
Gaskomponenten:
CH4.(Vol.%)		 5,9 5,9 13,0 3,7 5,8 1,9 3,6 2,8
CnHra (Vol.%) ■ 0,3 0,3 0,7; - ■ 0,2 - 0,1 -
CO (Vol.%) 12,8 0,8 1,7 ■ 13,0 10,4 20,6 17,8 9,8
CO2 (Vol.%) 15,9 27,9 1,5 11,9 9,5 1,5 1,5 9,0
H2 (Vol.%) 25,4 37,4 82,6 62,8 67,4 .66,2 ■ 68,7 47,8
H2O(Vol.%) 39,4 27,4 - 3,9 3,0 6,3 5,3 27,0
N2 (Vol.%) 0,3 0,3 0,5 4,7 3,7 3,5 3,0 3,6
1 1
CD
Leerseite

Claims (3)

Patentanspüche
1) Verfahren zur Erzeugung von Reduktionsgas für die Erzreduktion, das zu mindestens 80 Vol.% aus den Komponenten Wasserstoff und Kohlenmonoxid besteht, durch Vergasen fester, körniger Brennstoffe im Festbett mit Sauerstoff und Wasserdampf bei einem Druck im Bereich von 5 bis 50 bar, dadurch . geleenn-zeichnet, daß man das Pro'duktgas der Vergasung auf einen restlichen CO-Gehalt von etwa 1 bis 10 Vol.%, bezogen auf trockenes Gas, konvertiert, in einer Gaswäsche das konvertierte Gas von Schwefelverbindungen befreit und den COp-Gehalt auf höchstens 3 VoI.^ vermindert, mindestens einen Teil des gewaschenen Gases, das zu mehr als 70 Vol.% aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid besteht und einen Methananteil von mehr als 6 Vol.% enthält, mit Gichtgas der Erzreduktion rr.ischt, das Gemisch bei einem Druck von 1,5 bis 10 bar und Tenperaturen von 800 bis 15000C reformiert und ein mindestens teilweise reformiertes Gas mit höchstens 3 YoX.% COp> höchstens 5 Vol.Ja Methan und mit Temperaturen von etwa 700 bis 10000C als Reduktionsgas einer Erzreduktionsanlage zuführt.
2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 40 bis 80 % des gewaschenen Gases vor dem Reformieren mit Gichtgas gemischt werden, der Rest des gewaschenen Gases dem reformierten Gas zugegeben wird und das Reduktionsgas einen Kethangehalt von etwa 2-4 YoI.% aufweist.
3) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, da.3 das aus der Gaswäsche kommende Gas einen Druck von mindestens 5 bar auf v/eist, welches in einem Ejektor das zuzunischende Gichtgas ansaugt.
4} Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß 15 bis 30 % des Gichtgases als Brenngas in der Refornierstufe verwendet werden.
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