DE4421952A1 - Verfahren zur Hochtemperaturbehandlung von Verkokungsrohgas - Google Patents

Description

Bei der konventionellen Kokereitechnik werden neben dem Hauptprodukt Koks und Koksofengas die sogenannten "Kohlenwertstoffe" (Rohbenzol Rohteer, Ammoniak und Schwefelverbindungen) erzeugt. Letztere Produk­ te führen nach heutigen Erkenntnissen zu starken Umwelt- und Arbeits­ schutzproblemen und haben hohe Folgeinvestitionen zur Vermeidung von Emissionen während des Produktionsprozesses zur Folge. Dieses führt zu einer nachhaltigen Kostenbelastung der Kokserzeugung. Hinzu kommt, daß die Vermarktung dieser Produkte keine nennenswerten Erträge mehr erwirtschaften lassen und damit heute nur noch zu einer unbedeutenden Entlastung der Gestehungskosten für das Hauptprodukt Koks beitragen. Es mußte folglich das Ziel verfolgt werden, durch Vermeidung der Ent­ stehung bzw. Erzeugung dieser Produkte eine nachhaltige Verbesserung der Gestehungskosten von Koks zu erreichen. Dabei mußte beachtet wer­ den, daß die neue Verfahrensstruktur einer "2-Produktekokerei" auch in einer zukunftsorientierten Verhüttungstechnologie einen Beitrag für ein leistungsfähiges Verbundsystem Kokerei - Hüttenwerk ermög­ licht.

Die Erfindung bezieht sich folgerichtig auf ein Verfahren zur Hochtem­ peraturbehandlung von Verkokungsrohgas, wobei Einsatzkohle in einem Großraumverkokungsreaktor oder einer konventionellen Vielkammerkoks­ ofenbatterie verkokt und das dabei erhaltene Rohgas einer Hochtempera­ turbehandlung unterzogen und das dabei anfallende Rohspaltgas als öko­ logische Energie das konventionelle Koksofengas ersetzen oder als Re­ duktionsgas einer Erzreduktion zugeführt wird sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit horizontal angeordneten Verko­ kungskammern und seitlich daneben angeordneten aus senkrechten Heizzü­ gen bestehenden Heizwänden zur indirekten Beheizung der Verkokungskam­ mern sowie mit Einrichtungen zur Ableitung der Rohspaltgase aus dem Bereich des Ofenblockes, vorzugsweise der Verkokungskammer.

Aus der DE 42 10 003 A1 ist ein Verfahren zur Erzeugung von metallur­ gischem Koks und Eisenschwamm bekannt, bei dem die Einsatzkohle zu­ nächst verkokt und das dabei erhaltene Rohgas anschließend einer Hoch­ temperaturbehandlung unterzogen wird und der erhaltene Rohwasserstoff der Direktreduktion von Eisenerz zu Eisenschwamm zugeführt wird. Die Hochtemperaturbehandlung wird dabei bei einer Temperatur von 1000 bis 1500°C, vorzugsweise 1100 bis 1300°C, in einer Materialschüt­ tung durchgeführt, die aus Koks, einem Gitterwerk oder keramischen Füllkörpern besteht. Diese Hochtemperaturbehandlungsanlagen sind da­ bei als weitgehend selbständige Reaktoren (Thermocracker) ausgebil­ det, die außerhalb der Verkokungskammern bzw. des Ofenblockes angeord­ net sind. Die Überleitung der heißen Rohgase ohne wesentlichen Wärme­ verlust zu diesen Reaktoren ist ziemlich problematisch (Gefahr von Graphitabscheidung), ebenso ist die Errichtung der eigenständigen Re­ aktoren mit erheblichem Aufwand verbunden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Hochtempe­ raturbehandlung von Verkokungsrohgas und eine Vorrichtung zur Durch­ führung des Verfahrens vorzuschlagen, bei dem die angegebenen Proble­ me nicht bestehen.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichen der Ansprüche 1, 6 und 7 angegeben. Die Unteransprüche 2 bis 5 sowie 8 bis 10 enthalten sinnvolle ergänzende Vorschläge dazu.

Erfindungsgemäß soll die Hochtemperaturbehandlung als integraler Be­ standteil des Verkokungsprozesses oder Verkokungssystems bei Tempera­ turen von über 800°C, vorzugsweise 900 bis 1300°C, unter Zugabe einer bedarfsorientierten Menge von Oxidationsmittel (Sauerstoff und/ oder Luft) bereits innerhalb der Verkokungskammer und/oder zumindest innerhalb des heißen Bereiches des Ofenblockes erfolgen. Vorteilhaft für dieses Verfahren ist die Anwendung von breiteren Ofenkammern, weil damit schon eine Teilspaltung der Rohgasbestandteile wie BTX (Benzol, Toluol, Xylol), Naphthalin und Teer verbunden ist. Dabei kann insbesondere auf aufwendige isolierte Rohgasleitungen und eine eigene Anlage zur Hochtemperaturbehandlung verzichtet werden, da die Rohgase ohne Zwischenkühlung noch innerhalb des heißen Ofenblockes der Hochtemperaturbehandlung unterzogen werden, wobei ein Rohspaltgas erzeugt wird, das im wesentlichen Wasserstoff und Kohlenmonoxid sowie Kohlendioxid und gegebenenfalls Methan enthält entsprechend den Anfor­ derungen der nachfolgenden Prozesse.

Es gibt dabei verschiedene Möglichkeiten der Hochtemperaturbehand­ lung. Zum einen kann das Rohgas bereits in der Verkokungskammer im Gassammelraum unter Zugabe von Oxidationsmittel der Hochtemperatur­ behandlung unterzogen werden, es kann aber auch außerhalb der Verko­ kungskammer oberhalb, neben oder auch in den Heizzügen, soweit erfor­ derlich, unter Zugabe von Oxidationsmittel, vorzugsweise Sauerstoff, der Hochtemperaturbehandlung unterzogen werden. Günstig ist es dabei, wenn die während des Füllvorganges entstehenden staubbelasteten Füll­ gase in an sich bekannter Weise aus der Verkokungskammer abgezogen werden und über eigene Einrichtungen, z. B. einer Verbrennungseinrich­ tung, und den erforderlichen Gasreinigungseinrichtungen zugeleitet werden. Das nach Beendigung des Füllvorganges aufallende Rohgas be­ sitzt dann nur relativ wenig Staubpartikel und kann in hervorragender Weise der erfindungsgemäßen Hochtemperaturbehandlung unterzogen wer­ den, ohne daß es zu größeren Anreicherungen und Ablagerungen von Staubpartikeln kommt.

Das Oxidationsmittel kann dem ungekühlten Rohgas am Fuß des Steigroh­ res oder in dem Gassammelraum der Verkokungskammer durch die Füllö­ cher und/oder durch an den Ofenköpfen angeordnete Öffnungen zugegeben werden. Das Rohspaltgas wird dann über die Steigerohre und/oder an sich bekannte Überleitrohre aus dem Gassammelraum abgezogen.

In den Vorrichtungsansprüchen 6 ff und in den beigefügten Figuren sind eine Reihe von Konstruktionen für die Anordnung der Hochtempera­ turbehandlungsstufen im Bereich des heißen Ofenblockes angegeben.

Es hat sich inbesondere auch hierfür die Verwendung eines Verkokungs­ ofensystems als günstig erwiesen, wie es in der DE 42 30 028 C1 veröf­ fentlicht worden ist. Bei dem dort beschriebenen Verkokungssystem sind unmittelbar oberhalb der Verkokungskammer in der Ofendecke in Batterielängsrichtung angeordnete Querkanäle vorgesehen, die über senkrechte, absperrbare Verbindungskanäle mit den einzelnen Verko­ kungskammern in Verbindung stehen. Diese Verbindung der einzelnen Kam­ mern mit den Querkanälen führt insbesondere zu einer Vergleichmäßi­ gung der aus den einzelnen Kammern diskontinuierlich anfallenden Roh­ gasmengen. Bei diesem Verkokungssystem ist weiterhin vorgesehen, daß die in Ofenlängsrichtung verlaufenden Querkanäle über senkrechte, ab­ sperrbare Verbindungskanäle mit den einzelnen Heizwänden verbunden sind, so daß die Rohgase in den einzelnen Heizzügen dieser Heizwände unter Zugabe von Verbrennungsluft zur Beheizung des Ofensystems ver­ brannt werden. Die Anwendung dieses Verkokungsofensystems kann sowohl in einer konventionellen Vielkammerkoksofenbatterie als auch in einem Großraumverkokungsreaktor stattfinden.

Dieses Verkokungssystem kann erfindungsgemäß zur Erzeugung des für die Direktreduktion geeigneten Reduktionsgases verwendet werden, wenn in den Heizzügen eine unterstöchiometrische Verbrennung entsprechend einer Luftzahl von 0,2 bis 0,8, vorzugsweise 0,3 bis 0,5, stattfin­ det. Die unterhalb der Heizwände in Ofenlängsrichtung angeordneten Ka­ näle zur Ableitung der aus den Heizwänden abgezogenen Gase führen da­ bei wiederum zu einer Vergleichmäßigung der Gasmengen und der Gasqua­ lität, so daß kontinuierlich ein für die Direktreduktion geeignetes Gas anfällt.

Die Erfindung wird in den Fig. 1 bis 4 beispielsweise näher erläu­ tert.

Fig. 1 zeigt einen senkrechten Schnitt durch einen Teil der Verko­ kungskammer (1), der Ofendecke (8) und des Heizzuges (3) mit einem oberhalb der Heizwand angeordneten waagerechten Kanal (5).

Fig. 2 zeigt einen waagerechten Schnitt nach der Linie I-I von Fig. 1.

Fig. 3 zeigt, ähnlich wie Fig. 1, einen senkrechten Schnitt durch ein Ofensystem mit neben den Heizzügen (3) angeordneten senkrechten Kanälen (11).

Fig. 4 zeigt einen waagerechten Schnitt nach der Linie II-II von Fig. 3.

In den Figuren ist die Verkokungskammer mit (1) bezeichnet. Das bei der Verkokung entstehende Rohgas gelangt in den oberhalb der Koks­ schüttung angeordneten Gassammelraum (2) und strömt erfindungsgemäß nach den Fig. 1 und 2 durch die in der Läuferwand (4) angeordnete Durchtrittsöffnung (6) in den waagerechten Kanal (5). Die Durchtritts­ öffnungen (6) befinden sich nach Fig. 2 an einem Ende der Heizwand. In der Nähe dieser Durchtrittsöffnungen (6) befindet sich weiterhin die Zufuhr (9) von Oxidationsmitteln, die von außen her geregelt zuge­ führt werden. Der waagerechte Kanal (5) befindet sich zwischen der Läuferwand (4) und der Wand, in der die Schaulöcher (7) angeordnet sind. Auf der der Läuferwand (4) abgekehrten Seite der Wand mit den Schaulöchern (7) strömt das Rohgas in dem waagerechten Kanal (5) in entgegengesetzter Richtung und wird über den Abzug (10) aus dem Verko­ kungssystem abgezogen.

Wie in den Fig. 3 und 4 dargestellt, strömt das Rohgas aus dem Gas­ sammelraum (2) über die Durchtrittsöffnungen (6a) zu den senkrechten Kanälen (11), in denen es nach Zufuhr von Oxidationsmitteln (9a) pa­ rallel zu den Heizwänden nach unten strömt, bis es über den Abzug (10a) aus dem Verkokungssystem abgezogen wird.

Bezugszeichenliste

(1) Verkokungskammer
(2) Gassammelraum
(3) Heizzug
(4) Läuferwand
(5) waagerechter Kanal
(6), (6a) Durchtrittsöffnung für Rohgas
(7) Schauloch
(8) Ofendecke
(9), (9a) Zufuhr von Oxidationsmittel
(10), (10a) Abzug des behandelten Rohgases
(11) senkrechter Kanal

Claims (10)

1. Verfahren zur Hochtemperaturbehandlung von Verkokungsrohgas, wo­ bei Einsatzkohle in einem Großraumverkokungsreaktor oder einer Vielkammerkoksofenbatterie verkokt und das dabei erhaltene Rohgas einer Hochtemperaturbehandlung unterzogen und das dabei anfallen­ de Rohspaltgas als ökologische Energie das konventionelle Koks­ ofengas ersetzen oder als Reduktionsgas einer Erzreduktion zuge­ führt wird, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise nach Beendigung des Füllvorganges die Hochtemperatur­ behandlung als integrierter Bestandteil des Verkokungsprozesses bei Temperaturen von über 800°C, vorzugsweise 900 bis 1300°C, unter Zugabe einer bedarfsproportionalen Menge von Oxidationsmit­ tel innerhalb des heißen Bereiches des Ofenblockes, vorzugsweise innerhalb der Verpackungskammer, erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Oxidationsmittel in den Gassammelraum der Verkokungskammer durch die Füllöcher und/oder durch an den Ofenköpfen angeordnete Öffnungen zugegeben wird und daß das Roh­ spaltgas über die Steigerohre und/oder an sich bekannte Überleit­ rohre aus dem Gassammelraum abgezogen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Oxidationsmittel dem ungekühlten Roh­ gas am Fuß des Steigrohres oder in einer Gassammelleitung zugege­ ben wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Rohgas aus dem Gassammelraum der Ver­ kokungskammer in oberhalb der Heizzüge oder oberhalb des Gassam­ melraumes angeordnete waagerechte Kanäle und/oder in auf der den Verkokungskammern abgewandten Seite der Heizzüge angeordnete senk­ rechte Kanäle zur Hochtemperaturbehandlung geleitet wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Rohgas bei der Hochtemperatur­ behandlung durch Schüttungen oder Packungen aus Keramik- und/oder Katalysatormaterial geleitet wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den vorhergehen­ den Ansprüchen mit horizontal angeordneten Verkokungskammern und seitlich daneben angeordneten aus senkrechten Heizzügen bestehen­ den Heizwänden zur indirekten Beheizung der Verkokungskammern so­ wie mit Einrichtungen zur Ableitung der Rohspaltgase aus dem Be­ reich des Ofenblockes, vorzugsweise der Verkokungskammer, da­ durch gekennzeichnet, daß oberhalb der Heiz­ züge (3), vorzugsweise auf der Höhe des Gassammelraumes (2), sich in Längsrichtung der Heizwand erstreckende waagerechte Kanäle (5) angeordnet sind, die über Durchtrittsöffnungen (6) für das Rohgas mit dem Gassammelraum (2) in Verbindung stehen und Anschlüsse zur Zufuhr von Oxidationsmittel (9) sowie zum Abzug des behandelten Rohgases (10) besitzen.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den vorhergehen­ den Ansprüchen mit horizontal angeordneten Verkokungskammern und seitlich daneben angeordneten aus senkrechten Heizzügen bestehen­ den Heizwänden zur indirekten Beheizung der Verkokungskammern so­ wie mit Einrichtungen zur Ableitung der Rohspaltgase aus dem Be­ reich des Ofenblockes, vorzugsweise der Verkokungskammer, da­ durch gekennzeichnet, daß auf der der Ofen­ kammer (1) abgekehrten Seite der Heizzüge (3) ein oder mehrere senkrechte Kanäle (11) zur Hochtemperaturbehandlung des Rohgases angeordnet sind, die an ihrem oberen Ende etwa auf der Höhe des Gassammelraumes (2) waagerecht mit dem Gassammelraum (2) in Ver­ bindung stehende Durchtrittsöffnungen (6a) für das Rohgas sowie vorzugsweise am oberen Ende Anschlüsse für die Zufuhr von Oxida­ tionsmittel (9a) und am unteren Ende Anschlüsse für den Abzug des behandelten Rohgases (10a) besitzen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Durchtrittsöffnungen (6, 6a) für das Rohgas im Bereich eines Kopfendes der Verkokungskammer (1) und die Zuführung für das Oxidationsmittel (9, 9a) in der Nä­ he dieser Durchtrittsöffnungen (6, 6a) angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der waagerechte Kanal (5) sich von einem Kopfende der Heizwand bis zum anderen Kopfende und zurück sich er­ streckt, wobei Durchtrittsöffnung (6), Zufuhr für das Oxidations­ mittel (9) und Abzug des behandelten Rohgases (10) sich an demsel­ ben Kopfende befinden.

10. Verwendung des Ofensystems nach der DE 42 30 028 C1 zur Erzeugung von Rohspaltgas nach Anspruch 1, wobei das Rohgas in den Heizzügen unterstöchiometrisch, entsprechend einer Luftzahl von 0,2 bis 0,8, vorzugsweise 0,3 bis 0,5, verbrannt wird und an­ schließend zum Ausgleich von ungleichmäßiger Verbrennung sowie von diskontinuierlichem Betrieb in einen Spaltgassammelkanal ge­ leitet wird.