DE2952434C2

DE2952434C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Vergasen von festem, feinverteiltem, kohlenstoffhaltigem Brennstoff in einem Schmelzbad, sowie Aufblaselanze hierfür

Info

Publication number: DE2952434C2
Application number: DE2952434A
Authority: DE
Inventors: Mitsuichiro Fukuda; Tohru Nishinomiya Hyogo Matsuo; Masanobu Kawachinagano Osaka Sueyasu; Toyosuke Toyonaka Osaka Tanoue
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1978-12-26
Filing date: 1979-12-27
Publication date: 1984-07-26
Also published as: JPS5589395A; FR2445364A1; FR2445364B1; US4459137A; US4545786A; CA1151872A; GB2062198B; AU527271B2; GB2062198A; JPS621994B2; AU5419679A; GB2043677A; DE2952434A1; GB2043677B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vergasen von festem, fein verteiltem, kohlenstoffhaltigem Brennstoff, wie Kohle, mit einem Schmelzbad, wobei der Brennstoff in einem Trägergas in Form der Vergasungs mittel, des Produkt- oder eines Fremdgases unter Druck, wie auch das Vergasungsmittel, wie Sauerstoff, oberhalb des Schmelzbades aufgegeben wird. Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Vergasen von festen, kohlenstoffhaltigen Materialien mit einem gasdichten Reaktor, in dem ein Eisenschmelzbad enthalten ist, mit einer Gasabzugieitung und einer Lanze zur Zuführung von Sauerstoff. Und weiterhin betrifft die Erfindung eine Aufblaselanze zur Verwendung bei diesem Verfahren und zur Anordnung an einem Reaktor der vorgenannten Art mit einer zentralen Zuleitung für in einem Trägergas suspendiertem Brennstoff bzw. weiterem Feststoff, einer diese ringförmig umgebenden Zuleitung für Sauerstoff und mit einem von Kühlwasser durchflossenen Doppelmantel.

Die Erfindung ergibt eine hohe Verwertungswirksamkeit von solchen festen, kohlenstoffhaltigen Materialien, wie Kohle, Koks und dergleichen. Durch die Er-

Findung kann der Gehalt von Verunreinigungen, insbesondere von CO₂, in dem Produktgas erheblich vermindert werden.

In den JA-OS 41 604/52,41 605/52 und 41 606/52, von denen die zweitgenannte eine Vorrichtung der vorstehend genannten Art beschreibt, werden bereits Verfahren und Vorrichtungen zum Vergasen von Kohle beschrieben. In diesen Verfahren und Vorrichtungen wird Kohle in geschmolzenes Eisen hineinfallengelassen und darin direkt aufgelöst. Ein Gas, wie Sauerstoff oder Wasserdampf, wird in das geschmolzene Eisen durch eine Lanze eingeblasen, so daß die Kohle durch Reaktion mit geschmolzenem Kohlenstoff vergast wird. Wie nachstehend erläutert, haben solche Verfahren zum Vergasen von Kohle jedoch viele Nachteile.

(1) Da die zu dem geschmolzenen Eisen gegebene Kohle von der auf dem geschmolzenen Eisenbad schwimmenden Schlacke aufgefangen wird und ein Teil durch Rühren in dem geschmolzenen Eisen aufgelöst wird, werden die Kohlenverluste durch Hinwegfliegen oder durch Abflotieren nvt der Schlacke, ohne daß die Kohle vergast wird, erhöht, und die Verwertungswirksamkeit der Kohle ist niedrig (nicht mehr als 80%). Weiterhin kann der CO2-Gehalt in dem Produktgas nicht unterhalb 5 bis 6% gehalten werden, und im Ergebnis kann daher keine wirksame Vergasung erwartet werden.

(2) In der aufschwimmenden Kohle enthaltener Schwefel setzt sich direkt mit Sauerstoff unter Bildung von SO_x um.

(3) Da der Ort der Zugabe der Kohle und der Ort des Einblasens des Sauerstoffstrahls voneinander verschieden sind, bildet sich auf der Oberfläche des geschmolzenen Eisens eine Aufblasstelle mit superhoher Temperatur. Hierdurch werden die Verluste an geschmolzenem Eisen durch Verdampfen groß, und eine große Menge von verbrennbaren, metallisches Eisen enthaltenden Mikrokörnern von Kohlenstoff iss. in dem Produktgas enthalten. Weiterhin ist die Staubbehandlung mit Gefahren verbunden, und die Menge an geschmolzenem Eisen wird durch die geringe Menge von Fe, die in der Kohle enthalten ist, erhöht. Je nach der Art der Kohle kann der Verlust an geschmolzenem Eisen durch Verdampfen gröUer sein als die obon erwähnte Zunahme, und die Betriebskontrolle wird schwierig.

(4) Es gibt keine Funktion, durch die die Menge der erzeugten Schlacke konstant gehalten werden kann. Die Menge an Schlacke beeinflußt die Entschwefelung und die Verwertungswirksamkeil der Kohle so stark, daß es bei der Vergasung von Kohle wichtig ist. die Schlackenmenge konstant zu halten.

Die DE-PS 4 50 460, beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Vergasen feinkörniger bzw. ftaubförmiger Brennstoffe, bei dem der Brennstoff und Luft in oder durch ein feuerflüssiges Filterbad von hocherhitzten geschmolzenen selbst nicht brennbaren Stoffen geblasen wird, die selbst auch nicht vergasbar sind. In der Vorrichtung sind keinerlei nichteingetauchte Aufblaselanzen zur Erzielung einer Hochtemperatur-Aufblasestellc vorgesehen.

Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist aus der DE-PS 8 46 553 bekamt, das auch mit Eisenerz betrieben werden kann, um damit neben Roheisen auch ein verwendungsfähiges Gas tu gewinnen. In diesem Verfahren hat man sowohl eine Schlackenschichl wie auch darunter eine Eisenschmelze, wobei sich letztere in einer Mulde absetzt Hier ist das verwendungsfähige Gas ein Nebenprodukt Auch wird keine nichteingetauchte Aufblaselanze verwendet, sondern das Erz, wie beispielsweise Eisenerz, wird zusammen mit Brennstoffen unterhalb der Oberfläche eines Bads aus flüssiger Schlacke durch eine oder mehrere in dieses Bad mündende öffnungen direkt in das Bas aus flüssiger Schlakke hineingedrückt, und zwar ebenso wie ein Vergasungsmittel, das in gleicher Weise, jedoch gesondert zugeführt wird. Ein solches Verfahren läßt sich nur unter großen Schwierigkeiten technisch realisieren.

Eine besondere Ausführungsform dieses Verfahrens ist außerdem in dem Buch von H.-D. Schilling u.a. »Kohlevergasung«, »Rohstoffwirtschaft International«, Bd. 4, 1976, S. 122/123 beschrieben, deren Ver.virklichung im sogenannten Rummelvergaser erfolgte. Hier werden Brennstoff und Vergasungsmittel durch Düsen in Höhe des Schlackenüberlaufs in einen zylindrischen Schacht eingeblasen, der am Boden mit flüssiger Schlakke gefüllt ist. Auch hier sind die technisci-^n Schwierigkeiten zur Realisierung dieses Verfahrens rieht unbeträchtlich.

Weiterhin ist aus der US-PS 7 01 186 eine Vorrichtung zur Erzeugung von Gas beschrieben, bei der Gaserzeugungvkammern und Verbrennungskammern abwechselnd miteinander angeordnet und gesonderte Lanzen für das Vergasungsmitte! vorgesehen sind, um CO und H₂ vorwiegend räumlich voneinander getrennt herzustellen. Hierbei handelt es sich jedoch nicht darum, feste kohlenstoffhaltige Materialien, insbesondere Kohle, zu vergasen.

Die DE-OS 2 520 584 beschreibt ein Verfahren und

eine Vorrichtung zur Entschwefelung bei der Kohlevergasung. Hier werden Kohlest&ub, Sauerstoff oder ein Sauerstoff enthaltendes Medium und Kalkstaub in ein Eisenbad unterhalb des Oberflächenniveaus des Schmelzbades eingeleitet, und eine große Menge von entschwefelnder Schlacke bedeckt die Oberfläche des geschmolzenen Eisenbades.

Aus der DE-PS 9 71 788 und der DE-AS 1 135 123 sind wassergekühlte Brenner für die Feststoffvergasung bekannt, die mit unterteilten Vergasungsmittel- und Brennstoffleitungen versehen sind. Im einzelnen beschreibt die DE-PS 9 71 788 die Erzeugung von Brenngas aus staubförmigen oder fcinkörigen Brennstoffen in der Schwebe mittels Düsen. — In der DE-AS 1 135 123 wird schließlich ein Verfahren zur Erzeugung eines CO- und H2-haltigen Brenngases beschrieben, bei dem die so Umsetzung in einer nach Art eines Zyklonabscheiders ausgebildeten Wirbelkammer erfolgt Auch hier findet die Vergasung in der Schwebe statt

Schließlich sind aus dem DE-GM 7 127 156 und der AT-PS 2 49 093 Aufblaselanzen etwa der vorgenannten Art zum Frischen vor Metallbädern bekannt, bei denen jedoch die Zuleitungen und Düsen für Brennstoff und Sauerstoff konzentrisch zueinander angeordnet sind, die jedoch keine Konzentrierung der austretenden Strömungen zur Erzeugung einer Hochtemperatur-Aufblasestelle gestatten.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, in denen die Verwertungswirksamkeit des festen, kohlenstoffhaltigen Materials hoch und der Gehalt an Verunreinigungen in dem Produktgas sehr niedrig ist und die sich technisch verhältnismäßig einfach und betriebssicher realisieren lassen.
Durch die Erfindung soll weiterhin eine Aufblaselan-

ze der eingangs genannten Art zur Verfügung gestellt werden, durch die die oben erwähnte Vergasung wirksam durchgeführt werden kann.

Erstere Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, das sich dadurch auszeichnet, daß mit einer Aufblaslanze mit vielen Düsen gleichzeitig der pulverisierte Brennstoff als ein zentraler Strom und der Sauerstoff in mehreren zum Brennstoffstrom hin geneigten Strömen so auf ein Eisenschmelzbad aufgeblasen werden, daß sich auf der Oberfläche des Eisenschmelzbadcs eine Hochtemperatur-Aufblasstelle bildet.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Vergasung von Kohle mit Sauerstoff oder Sauerstoff und Wasserdampf in einem Bad aus geschmolzenem Eisen wird ein Pulver eines festen, kohlestoffhaltigen Materials zusammen mit Wasserdampf, COj-Gas oder Luft als Trägergas durch eine oder eine Vielzahl von nichtuntergetauchten Aufblaselanzen in Richtung auf eine Hochtemperatur-Aufblasestelle geblasen, welche durch einen Sauerstoffstrahl gebildet wird, der durch die oben erwähnte Lanze eingeblasen wird. Kohlepulver, das erforderlichenfalls mit Flußmittelpulver vermischt ist, wird zusammen mit dem Trägergas eingeblasen.

Erfindungsgemäß wird aus nachstehend genannten Gründen ein Verfahren angewandt, bei dem ein Trägergas, wie Sauerstoff-, Wasserdampf- oder CO₂-GaS, und ein festes, kohlenstoffhaltiges Pulver, wie z. B. Kohlestaub, auf eine oder mehrere Hochtemperatur-Aufblasestellen auf einem Schmelzbad geblasen werden, welche jeweils durch Brennstoff- und Sauerstoffstrahlen unter Verwendung einer oder einer Vielzahl von nichteingetauchten Aufblaselanzen (nachstehend als »Aufblaselanzen« bezeichnet) gebildet werden.

Als Ergebnis von Untersuchungen über die Beziehung zwischen der Zugabe von Wasserdampf und Kohle zu einer Hochtemperatur-Aufblasestelle auf einem geschmolzenen Eisenbad, das durch einen Sauerstoffstrahl mit 1 bis 3 mach am Düsenauslaß der Lanze gebildet worden ist, und der Auflösung von Kohle wurde festgestellt, daß, wenn die Kohlekörnung nicht mehr als 4 mm und der Wassergehalt der Kohle nicht mehr als 4% beträgt, wenn das Kohlepulver durch ein Trägergas mit einem dynamischen Druck, der gleich oder höher ist als der dynamische Druck des Sauerstoffstrahls, oder wenn die durch das Trägergas zugegebene Kohle in dem Strahlstrom des Sauerstoffstroms eingeschlossen ist, selbst wenn der gleiche dynamische Druck nicht erhalten werden kann und wenn die Aufblasung auf die durch den Staerstoffstrahl gebildete Aufblasestelle erfolgt, es möglich ist, die von der Schlacke eingefangene Kohlemenge sehr klein zu halten und das Kohlepulver wirksam in dem geschmolzenen Eisen aufzulösen und darin zu diffundieren. Auf dieser Tatsache baut sich die vorliegende Erfindung auf.

Kohlepulver und Sauerstoffgas, Wasserdampf und/ oder COrGas werden zu einem gemischten fließfähigen Material vermischt und durch die zentrale Düse der Lanzen mit vielen Düsen eingeblasen. Das restliche Gas, ζ. B. Sauerstoffgas oder CO2, wird durch viele Düsen, die um die zentrale Düse hemm angeordnet sind, in Richtung auf die Hcchiemperatur-Aufblasstelle geblasen, die durch den Sauerstoffstrahl gebildet worden ist Durch Verwendung von Aufblaselanzen solcher Vieldüsenstruktur, mit denen ein Gemisch des fließfähigen Materials aus Wasserdampf oder COi-Gas und Kohlepulver durch eine zentrale Düse und Sauerstoff durch Düsen, die um die zentrale Düse herum angeordnet sind.

eingeblasen wird, kann die Anzahl der Lanzen kleiner sein als bei einem Verfahren, bei dem Sauerstoff, Wasserdampf, CO₂-GaS und Kohlepulver durch jeweils unabhängige Aufblaslanzen eingeblasen werden. Hierdurch werden Vorteile hinsichtlich der Einrichtung erzielt.

Um einen hohen Umsetzungsgrad der Kohle zu erhalten, ist es zweckmäßig, mehrere solcher Aufblaselanzen mit vielen Düsen auf ein Bad aus geschmolzenem Eisen zur Austragungsseite des Produktgases hin hintereinander anzuordnen und noch weitere Lanzen, die jeweils Sauerstoff, oder ein Gemisch aus Sauerstoff und Wasserdampf oder CO₂-GaS einblasen, folgen zu lassen. Auch Aufblaselanzen für Flußmittel als fließfähiges Mais terial können vorgesehen sein.

Eine Vorrichtung, mit der die obige Aufgabe gelöst wird, zeichnet sich erfindungsgemäß aus durch einen , oberhalb des Reaktors vorgesehenen Einguß für ge- ! schmolzenes Eisen, einen Niveauhaiter für die Schlacke, mindestens einer mit peripheren Düsen für Sauerstoff und mit einer zentralen Düsen für den in einem Trägergas suspendierten pulverförmigen kohlenstoffhaltigen Brennstoff versehene Aufblaselanze und ggf. einer nachgeordneten Lange für weitere Vergasungsmittel.

Es ist möglich, den Gehalt an Schwefel in dem ge- , schmolzenen Eisen unter etwa 2% zu halten. Um die Schla-ikenmenge konstant zu halten ist es daher notwendig, das Niveau des geschmolzenen Eisens konstant zu halten, um auch die Dicke der Schlackenschicht konstant zu halten. Das wird mit der erfindungsgemäßen , Vorrichtung auch erreicht.

Schließlich ist eine Aufblaselanze zur Durchführung des Verfahrens zur Anordnung an einem Reaktor einer _; erfindungsgemäßen Einrichtung erfindungsgemäß so ausgebildet,

a) daß die zentrale Zuleitung über einen korsischen, sich verengenden Teil in einen zylindrischen Auslaßteil übergeht,

b) daß sich an die Sauerstoffzuleitung mehrere zylindrische öffnungen anschließen, die jeweils in einen divergierenden Teil übergehen,

c) daß deren gemeinsame Mittellinien jeweils auf die Aufblasstelle der Brennstoffdüsen auf dem Eisenschmelzbad zeigen,

d) wobei vom divergierenden Teil die zentralseitige Wandung der Öffnung mehr zum Zentralstrahl hin zeigt als die außenseitige.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung anhand einiger bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert: es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;

F i g. 2 eine Schnittansicht entlang der Linie II—II der Fig. 1;

F i g. 3 eine Schnittansicht entlang der Linie H-II der F i g. 1 einer teilweisen Modifikation der in F i g. 1 dargestellten Vorrichtung:

F i g. 4 eine vergrößerte Ansicht eines Teils des vertikalen Schnitts einer weiteren Ausführungsform der F i g. 1;

F i g. 5 eine vergrößerte Ansicht eines Teils des vertikalen Schnitts einer weiteren Ausführungsform der Fig.l:

F i g. 6A und 6B vertikale Schnittansichten von weiteren Ausführungsformen eines Dammes, der in der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendet wird;

F i g. 6C und 6D Qutrschnitlsansichten der F i g. 6A bzw.6B;

Fig 7 eine vergrößerte vertikale Schnittansicht einer Ausführungsform einer Aufblaselanze mit vielen Düsen; und

F i g. 7B eine Bodenansicht der F i g. 7A.

Die in F i g. 1 dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung enthält einen Reaktor 1 für die Aufnahmt eines Eisenschmelzbads 7, eine gasdicht mit dem Reaktor verbundene Decke 2, einen Kanal 3 in der Decke, eine Schlackenabsetzkammer 4 und eine Schlackenaustragkammer 5. Es sind Aufblaselanzen 6 (drei Lanzen bei dieser Ausführungsform) vorgesehen, die Sauerstoff, Wasserdampf oder CO?-Gas und Kohlepulver zuführen. Die Schlackenabsetzkammer 4 und die Schlackenaustragkammer 5 sind uiUcrhäib der Oberfläche des Ei senschmelzbades in dem Reaktor 1, angrenzend an einen Damm 9, angeordnet, damit die auf der Oberfläche des Eisenschmelzbads schwimmende Schlacke 8 kontinuierlich überfließen kann. Die Schlackenabsetzkammer 4 und die Schlackenaustragkammer 5 sind durch eine Abteilwand 10 voneinander abgeteilt, jedoch im unteren Teil miteinander verbunden. Der Reaktor ist gewöhnlich rechteckig oder kreisförmig (nicht gezeigt). Damit die Schlacke auf der Oberfläche des Eisenschmelzbads wirksamer herausfließt, ist, wie in Fig.6A gezeigt, der Damm 9 mit einem Einschnitt versehen, oder es können, wie in Fig.6B gezeigt, mehrere Einschnitte 9iund 9] im Damm 9 vorgesehen sein. Auch können mehrere Rohre 11 im Damm angeordnet sein, um vorerhitztes Verbrennungsgas oder vorerhitztes Luft vom Boden des Reaktors nach oben zu düsen, damit die Schlacke weggeblasen wird. — In F i g. 6D ist dargestellt, daß die obsrsts Oberfläche des Dammes 9 geneigt ist. Die Schlacke 8 innerhalb des Reaktors 1 fließt über den Damm 9 in die Schlackenabsetzkammer 4 und bewegt sich in die Schlackenaustragkammer 5, wo die Eisentröpfchen 18 der Schlacke abgetrennt werden. Dann wird die Schlacke kontinuierlich durch ein Austragungsloch 5i ausgetragen. Die Position dieses Austragungslochs und des unteren Endes der Abteilwand 10 sind so eingestellt, daß der Zutritt von Luft, die durch das Austragungsloch 5i in den Reaktor einfließt, durch die Schlacke verhindert wird. 5j bedeutet ein Abstichloch, um das geschmolzene Eisen 18 herauszunehmen, dessen Niveau mit dem Meßgerät 16 gemessen wird.

In der erfindungsgemäßen Vorrichtung können zum Zwecke der Verbesserung der Dauerhaftigkeit des Gefäßes Luft-oder Wasserkuhlmäntel oder -kühlrohre in dem Boden- und Auskleidungsteil der Innenwand oder der Außenwand des Reaktors bzw. in dem feuerfesten Material vorgesehen sein. Weiterhin können, wie in den F i g. 4 und 5 dargestellt, gesonderte Kammern 20 und 21, die mit dem Inneren des Reaktors in Verbindung stehen, zur Messung des Oberflächenniveaus des Eisenschmelzbads vorgesehen sein. 23 bedeutet eine Abteilwand, 22 ein Niveaumeßgerät.

Das geschmolzene Eisen wird in den Reaktor 1 durch den abdichtbaren Einguß 2| eingegossen, welcher in der Decke 2 vorgesehen ist.

Als Aufblaselanze 6 zur Beschickung mit Brennstoff (Kohle) und Vergasungsmittel Sauerstoff bzw. Trägergas auf das geschmolzene Eisen wird eine Aufblaselanze 6 mit vielen Düsen verwendet Die Aufblaselanze 6 hat, wie weiter unten anhand der Fig.7A und 7B näher erläutert ist, eine zentrale Düse und Düsen, die um die zentrale herum angeordnet sind. Ein Gemisch aus Wasserdampf und Kohle wird durch die zentrale Düse geblasen. Sauerstoff wird durch die peripheren Düsen ein- geblasen. Die Aufblaselanzc ist so gestaltet, daß der Wasserdampf die Aufblasestelie S als überhitzter Wasserdampf erreichen kann.

6j bedeutet eine Aufblaselanze, um die Vergasung nichtumgesetzter Kohle, die in der Schlacke suspendiert

ίο ist, zu beschleunigen. Hierzu wird eine Aufblaselanze mit niedrigem dynamischem Druck verwendet. Dieses Blasen dient besonders dazu, die Umsetzung der Kohle zu verbessern und zu verhindern, daß sich nichtumgesetzter Kohlenstoff in der Schlacke ansammelt.

26 bedeutet eine Sonde, um die Temperatur des Eisenschmelzbads 7 zu messen und Proben zu nehmen. Der Abstand der Aufblaselanze 6 von der Oberfläche des Eisenschmelzbads 7 wird so eingestellt, daß ein sogenanntes Scharfblasen ermöglicht wird. Der Abstand muß jedoch kontrolliert werden, und so sein, daß das feuerfeste Material am Boden des Reaktors nicht beschädigt wird.

6< bedeutet eine mögliche Aufblaselanze für Flußmittel. 24 ein Niveaumeßgerät für das Eisenschmelzbad 7.

Der Abstand zwischen der Decke 2 und der Oberfläche der Schlacke soll 3 bis 5mal so groß sein wie die Tiefe des Eisenschmelzbads 7, wobei das Schäumen der Schlacke mit zu berücksichtigen ist. Es braucht nicht eigens ausgeführt zu werden, daß innerhalb dieser Vor richtung während des Betriebs ein Druck aufrechterhal ten werden muß. Der Einguß und die öffnungen für die Aufblaselanzen und anderen Teile sind daher alle abgedichtet bzw. abdichtbar. In der oben beschriebenen Vorrichtung wird das Ei senschmelzbad 7 immer bei etwa 1500⁰C gehalten. Sau erstoff, Wasserdampf und Kohlepulver werden durch die Aufnlaselanzen 6 auf das Eisenschmelzbad 7 in dem Reaktor 1 aufgegeben, ggf. wird durch die Aufblaselanze 64 zusätzlich Flußmittel zugesetzt. Das ggf. durch die Aufblaselanze 64 eingeblasene Flußmittel hat den Zweck, in der Schlacke eine Basizität von 1,2 bis 13 und einen Schmelzpunkt von etwa 1400" C einzustellen. Der Zweck des Flußmittels ist aber besonders der, den Schwefel der Kohle zu absorbieren. Als Flußmittel kön nen beispielsweise pulverförmiger gebrannter Kalk, pulverförmige Konverterschlacke. Flußspat, Eisenerze oder Natriumhydroxid bzw. Sodaaschc bzw. wasserfreie Soda verwendet werden. Das Flußmittel wird bevorzugt mit dem Kohlepulver vermischt eingegeben.

Die Standardzugabemenge von Kohle beträgt gewöhnlich etwa 03 t/t geschmolzenes Eisen χ Stunde. Die Zugabemenge von Sauerstoff beträgt 610 NmVt Kohle. Die Zugabemenge von Wasserdampf beträgt 180 kg/t Kohle, mit 300° C und einem Druck von 29,42 bar. Die Standardmenge des Flußmittels unterscheide; sich je nach seiner Art und beträgt im allgemeinen 47 kg/t von Kohle. Die Zugabemenge an Kohle und Vergasungsmittel können leicht so erhöht werden, daß sie 4- bis 5mal so groß sind wie die oben erwähnten

Standardmengen.

Temperaturmessungen und Probenahmen während des Betriebs erfolgen mit der Sonde 26. Die Temperatur des Eisenschmelzbads und sein Kohlenstoffgehalt werden bei etwa 1500⁰C bzw. 1,0 bis 2% gehalten. Die

öS Temperatur des Eisenschroelzbads wird durch das Mengenverhältnis von Sauerstoff und Wasserdampf eingestellt. Das Niveau des Eisenschmelzbads 7 wird mit dem Niveaumeßgerät 24 gemessen, um die Höhe der auf der

Oberfläche des Eisenschmelzbads schwimmenden Schlacke 8 immer konstant zu halten. Das in dem Reaktor 1 erzeugte Kohlegas wird durch den Kanal 3 abgezogen.

Um in der Schlackenaustragkammer 5 ein Einfrieren des abgesetzten Eisens und der Schlacke zu verhindern, wird erforderlichenfalls der Heizbrenner 14 gezündet. Sein Verbrennungsgas wird durch den Auslaß 15 entnommen, und es kann als Trägergas für den Brennstoff bzw. Flußmittel verwendet werden.

Eine Ausführungsform der Aufblaselanze 6 mit vielen Düsen, wie sie erfindungsgemäß verwendet wird, wird anhand der F i g. 7 A und 7B näher erläutert.

Die Aufblaselanze besteht aus einem Düscnkopfteil A und einem Lanzenkörper B. In dem Düsenkopfteil A sind eine zentrale Zuleitung 35 für das Kohlepulver, das Trägergas und erforderlichenfalls ein Flußmittelpulver, eine Sauerstoffzuieitung 36, sowie ein Ableitungskanal 37 und ein Zuleitungskanal 38 für das Kühlwasser konzentrisch in dieser Reihenfolge von der Mitte zum äußeren Umfang angeordnet. Der Düsenkopfteil A ist an der unteren Oberfläche bis auf eine zentrale Düse 39 im Mittelteil und eine Vielzahl (drei in der dargestellten Vorrichtung) von peripheren Düsen 40 geschlossen. Die Düsen 40 sind durch gleiche Winkel voneinander getrennt und auf einem zu der zentralen Düse 39 konzentrischen Kreis angeordnet. Die zentrale Zuleitung 35 für das Pulver ist am unteren Ende mit der zentralen Düse 39 verbunden. — Die Sauerstoffzuleitung 36 ist am unteren Ende mit den jeweiligen peripheren Düsen 40 verbunden. Der Zuleitungskanal 38 und der Ableitungskanal 37 für das Kühlwasser sind am unteren Ende miteinander durch eine Verbindung 41 unterhalb einer zylindrischen Wand 29 verbunden. Die oberen Endteile der jeweiligen zylindrischen Wände 27 bis 30 des Düsenkopfteils A haben jeweils den gleichen Durchmesser wie die jeweiligen zylindrischen Rohre 3i, 32,33,34, die den Lanzenkörper B bilden.

Die zentrale Düse 39 besitzt einen mit dem unteren Ende der zentralen Zuleitung 35 verbundenen, sich konisch verjüngenden Teil 39a, der in einen zylindrischen, konzentrischen Auslaßteil 39b kleineren Durchmessers übergeht.

Der Neigungswinkel λ und die Länge /ι des Teils 39a, der Durchmesser d und die Länge: /2 des zylindrischen Teils 39b sind zweckentsprechend und beliebig zu wählen.

Die peripheren Düsen 40 bestehen je aus einer zylindrischen öffnung 40a, die mit dem unteren Ende der Sauerstoffzuleitung 36 verbunden ist und die in einen divergierenden Teil 40b übergeht. Die zylindrische öffnung 40a ist mit einem Winkel θ diagonal nach unten, innen geneigt. Der divergierende Teil 40 liegt mit seiner Achse auf der gleichen geraden Linie wie die Achse der zylindrischen Öffnung 40a. Diese gemeinsame Achslinie ist um den Winkel θ zur Achse der zentralen Düse hin geneigt Die Wandung 40c des divergierenden Teils 40b ist mehr zur Seite der zentralen Zuleitung 35, Winkel θ\. hin geneigt als seine periphere Wandung, Winkel

Beispiel

5 t geschmolzenes Eisen (mit einer Temperatur von 1650°C und C = 3,5%) wurden in einen Reaktor eingegossen. Der Reaktor war mit einer feuerfesten Mg-Cr-Auskleidung und einer Schlackenabsetzkammer versehen. Der Abstand der Oberfläche des Eisenschmelzbads von der Decke betrug 1400 mm, die Tiefe des Eisenschmelzbads etwa 450 mm, die Dicke der Schlackenschicht etwa 150 mm. Die Aufblaselanze für Sauerstoff, Wasserdampf und Kohlepulver hatte einen Düsendurchmesser von 7,2 bis 12 mm. Es wurden zwei Aufblaselanzen jeweils mit einer zentralen Düse und drei peripheren Düsen verwendet. Ein Gemisch aus Kohlepulver und Wasserdampf wurde durch die zentrale Düse eingeleitet, Sauerstoff durch die peripheren Düsen. Pro Aufblasclunzc wurden 375 NmVh Sauerstoff unter einem Druck von 9,81 bar, 110 kg/h Wasserdampf mit 300°C und unier einem Druck von 9.Si bar, 625 kg/h Kohle (Bayswater-Kohle) einer Korngröße von 0.5 bis 3 mm und einem Wassergehalt von unter 1% eingeleitet. Bei einer Temperatur des Eisenschmelzbads von 1550°C wurde das Einblasen des Kohlepulvers und des Wasserdampfs begonnen. Als Flußmittel wurde angebrannter Kalk in einer Menge von 57.5 kg/h durch eine andere Lanze zugesetzt. Weiterhin wurde Flußspat durch eine weitere Lanze entsprechend dem Austragungszustand der Schlacke eingeleitet.

Nach 180minütigem Betrieb hatte die durchschnittliche Gaszusammensetzung des Produktgases die in Tabelle I gezeigten Werte. Die Menge des erzeugten Gases betrug durchschnittlich 2620 NmVh. Daher betrug die Verwertungsrate von Kohlenstoff von Kohlenstoff 953%. In diesem Beispiel erfolgte jedoch keine Zuführung des Staubes. Der Fe-Staub in dem Produktgas betrug im Durchschnitt 33 g/Nm¹. Andererseits betrug in dem Eiscnschrnelzbad die Menge an Kohlenstoff bis 1,5%, und die Temperatur schwankte zwischen 1500 und 15bO"C. Die Menge an Schwefel in dem Eisenschmelzbad stieg allmählich von 0,02% am Beginn auf| 0,1% im Sättigungszustand an. Die Produktschlack halte eine Basizitätvon 1,1 bis 1,3. und betrug 220 kg/h.

Tabelle

10

15

20

25

30

35

CO

CO₂

(¹Vo)

o>

(o/o)

N₂

CH₄

64.7

31,5

1.9

0,4

1,2

030

50 Zur Austragung der Schlacke gemäß F i g. 6B und 6Γ. wurde direkt von einer CO-Gasflasche zugeführtes GaI eingedüst. War das Gas gut vorerhitzt, strömte di| Schlacke, ohne daß sie sich stark verfestigte. In dieser Falle wurde nach einem Betrieb von etwa 120 min da! Austragungsloch 5; geschlossen und abgelagertes Eisei wurde durch das untere Abstichloch 5₂ abgezogen.

In dem obigen Beispiel wurde die Verwendung vol

Kohle als festes, kohlenstoffhaltiges Material beschrieb S₂. Die Achsen der an die Sauerstoffzuieitung 36 an- 60 ben. Naturgemäß kann die Erfindung aber auch mit an

schließenden zylindrischen öffnung 40a und des divergierenden Teiles 40b der Düsen 40 sind so geneigt, daß sie die Achse der zentralen Brennstoff/.ulciiung 35 und der Düse 39. d. h. den Brennstoffstrahl, an d;r Aufblcsstelle S schneiden.

Die Erfindung wird an einem Beispiel erläutert. Es wurden die Reaktoren mit den in Fi g. 1, 2, 6B und 6D gezeigten Gestalten verwendet.

deren kohlenstoffhaltigen Materialien, wie z. B. Kohletecr. Koks od. dgl., durchgeführt werden.

Peel

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Vergasen von festem feinverteiltem, kohlenstoffhaltigen Brennstoff, wie Kohle, mit s einem Schmelzbad, wobei der Brennstoff in einem Trägergas in Form der Vergasungsmittel, des Produkt- oder eines Fremdgases unter Druck, wie auch das Vergasungsmittel, wie Sauerstoff, oberhalb des Schmelzbades aufgegeben wird, dadurch ge- ίο kennzeichnet, daß mit einer Aufblaselanze (6) mit vielen Düsen (39,40) gleichzeitig der pulverisierte Brennstoff als ein zentraler Strom und der Sauerstoff in mehreren zum Brennstoffstrom hin geneigten Strömen so auf ein Eisenschmelzbad (7) aufgeblasen werden, daß sich auf der Oberfläche des Eisenschmelzbades (7) eine Hochtemperatur-Aufblasstelle ^5J bildet

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine Vielzahl von Aufblaselanzen (6) mehrere Aufblasstellen (S) auf dem Eisenschmelzbad (7) gebildet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Brennstoff mit Eisenerz oder einem anderen Zuschlagstoff vermischt zugesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Zuschlagstoff ein FUißmittel, wie pulverförmiger gebrannter Kalk, Konverterschlacke, Flußspat und/oder Natriumhydroxid verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich Sauerstoff durch eine weitere Lanze (63) gasaustragseitig auf das Eisenschmelzbad (7) aufgeblasen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gemisch a a Sauerstoff und Wasserdampf oder COrGas aufgeblasen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als pulverisierter Brennstoff Teer und/ oder Kohleteer verwendet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägergas für den Brennstoff Verbrennungsabgas und/oder Koksofengas verwendet wird.

8. Vorrichtung zum Vergasen von festen, kohlenstoffhaltigen Materialien mit einem gasdichten Reaktor, in dem ein Eisenschmelzbad enthalten ist mit einer Gasabzugsleitung und einer Lanze zur Zuführung von Sauerstoff, gekennzeichnet durch einen oberhalb des Reaktors (1) vorgesehenen Einguß (2,) für geschmolzenes Eisen (7), einen Niveauhalter (9) für die Schlacke (8), mindestens einer mit pheripheren Düsen (40) für Sauerstoff und mit einer zentralen Düse (39) für den in einem Trägergas suspendierten pulverförmigen kohlenstoffhaltigen Brennstoff versehene Aufblaselanze (6) und gegebenenfalls einer nachgeordneten Lanze (63) für weitere Vergasungsmittel.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlacken-Niveauhalter ein Damm (9) ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch 6ö gekennzeichnet daß an dem Damm (9) eine Schlakkenabsetzkammer (4) und an diese eine Schlackenaustragungskammer (5) anschließen, die nur im oberen Teil durch eine Abteilwand (10) voneinander getrennt sind. t>5

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlackenaustragungskammer (5) mit einem Heizbrenner (14) und einem Vcr-

brennungsgas-Auslaß (15) versehen ist

12. Vorrichtung nach Anspruch 9. dadurch gekennzeichnet daß der Damm (9) mit mindestens einem Einschnitt (9i, 92) in einem Teil seiner Oberseite versehen ist

13. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet daß das obere Ende des Dammes (9) auf der Austragungsseite der Schlacke (8) verjüngt ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Damm (9) nach oben offene Rohre (11) vorgesehen sind, die die Schlacke (8) durch erhitztes Gas wegblasen.

15. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet daß auf einer Seite des Reaktors (1) eine Kammer (20,21), welche unten mit dem Reaktor (1) verbunden ist zur Messung des Oberflächen-Niveaus des Eisenschmelzbades (7) vorgesehen ist

16. Aufblaslanze zur Verwendung beim Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und zur Anordnung an einem Reaktor nach Anspruch 8 mit einer zentralen Zuleitung für in einem Trägergas suspendierten Brennstoff bzw. weiteren Reststoff, einer diese ringförmig umgebenden Zuleitung für Sauerstoff und mit einem von Kühlwasser durchflossenen DoppelmanteJ. dadurch gekennzeichnet,

(a) daß die zentrale Zuleitung (35) über einen konischen, sich verengenden Teil (39a,¹ in einen zylindrischen AuslaÖteil (396J übergeht,

(b) daß sich an die Sauerstoffzuleitung (36) mehrere zylindrische öffnungen (40a,} anschließen, die jeweils in einen divergierenden Teil (40b) übergehen,

(c) daß deren gemeinsame Mittellinie jeweils auf die Aufblasstelle (S) der Brennstoffdüse (39) auf dem Eisenschmelzbad (7) zeigen,

(d) wobei vom divergierenden Teil (40b) die zentralseitige Wandung (4Cc) der Öffnung mehr zum Zentralstrahl hin zeigt (θ\) als die außenseitige (ft).