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Verfahren und Vorrichtung zum Vergasen von Kohle im Schachtofen bei
gleichzeitiger Gewinnung von flüssigem Eisen Es sind Verfahren bekannt zur Herstellung
von brennbaren Gasen und solchen, die für Synthesezwecke geeignet sind, bei denen
die Schlacke in flüssiger Form abgestochen wird. Als Rohstoff für derartige Verfahren
dient in den meisten Fällen Koks.
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Obwohl es technisch und wirtschaftlich besonders erstrebenswert ist,
an Stelle von Koks diirekt Kohle zu vergasen, haben sich in den meisten Fällen derartige
Absichten nicht durchführen lassen, besonders dann nicht, wenn entweder die Kohle
in erheblichem Maße feinkörnige Bestandteile enthält oder bei der Verkokung zu einem
feinkörnigen Koks zerfällt. Gewöhnlich bildet sich bei der Vergasung solcher Kohlen
im Generator ein Gemenge von geschmolzener Schlacke und feinem Koks, das Ansätze
bildet und den Generator verstopft.
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In vielen Fällen hat sich als Abhilfsmaßnahme für die beschriebene
Erscheinung die Beifügung von Eisenerz oder eisenoxydhaltigen Substanzen zum Möller
zweckmäßig erwiesen. Das Eisenoxyd in der geschmolzenen Schlacke wird durch die
darin eingeschlossenen feinen Kohlepartikel reduziert, wobei diese selbst aufgebraucht
werden und damit als Störungsgrund aus dem Vergasungsprozeß ausscheiden.
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Außer zur Sicherung des ungestörten Ofenganges ist die Beifügung von
Eisenerz zum Möller eines Abstichgenerators erwünscht, um neben der Gaserzeugung
als Nebenprodukt Roheisen zu gewinnen. Beträchtliche Mengen Roheisen können auf
diese
Weise neben dem Hauptprodukt des Generators, Gas, erzeugt werden, ohne daß die Gasleistung
des Generators beeinträchtigt wird. Die Gewinnung von Roheisen auf diese Weise ist
besonders wirtschaftlich, weil es, statt wie normal unter Verbrauch von Koks, mit
Kohle erzeugt wird und praktisch mit keinen Kapitalkosten belastet ist.
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Wird entsprechend den vorstehenden Gedankengängen dem Möller eines
Abstichgenerators Eisenerz beigefügt, so findet analog den Vorgängen im Schacht
des Eisenhochofens eine chemische Wechselwirkung zwischen dem Gas und den Eisenoxyden
bereits oberhalb der Schmelzzone des Generators statt. Durch das Kohlenoxyd und
- soweit vorhanden - den Wasserstoff in den im Schacht des Generators aufsteigenden
Gasen werden die Eisenoxyde teilweise reduziert- (.indirekte Reduktion). Entsprechende
Anteile des Gases werden hierbei -in CO, bzw. H.0 umgewandelt. Dies bedeutet
eine Verschlechterung der Qualität des Gases und - soweit das Eisenoxyd die Aufgabe
der Reinigung der geschmolzenen Schlacke von suspendierten Kohleteilchen hat (direkte
Reduktion) - eine verringerte Wirkung des Eisenerzes für die Gewährleistung des
ungestörten Ofenganges. Während bei der Erzeugung von Heizgas die Qualitätsverschlechterung
durch die indirekte Reduktion im Schacht keine wesentlichen Folgen hat, ist sie
untragbar, wenn es sich darum handelt, im Abstichgenerator mit Hilfe von Sauerstoff
und Wasserdampf Synthesegas zu erzeugen. In diesem Fall ist die Verminderung des
C O- und H2 Gehaltes und die entsprechende Vermehrung des C 02 und H2 O-Gehaltes
unerwünscht und hinsichtlich der nachfolgenden Verfahrensgänge schädlich. Es ist
deshalb sinnvoll, nach Möglichkeiten für die Durchführung eines Vergasungsprozesses
im Schachtofen zu suchen, bei denen die indirekte Reduktion im Schacht in besonders
vorteilhafter Weise möglichst weitgehend unterdrückt wird. Diese besonders vorteilhafte
Unterdrückung der indirekten Reduktion im Schacht erfolgt erfindungsgemäß in der
Weise, daß das Erz-oder ein Teil desselben durch ein Rohr oder mehrere Rohre durch
die Vergasungskohle hindurch der Schmelzzone des Ofens zugeführt wird, so daß es
der Einwirkung der indirekten Reduktion durch das im Schacht aufsteigende Gas ganz
oder teilweise entzogen wird. Die Rohre werden so weit dimensioniert, daß ein sicheres
Rutschen des Erzes in ihnen gewährleistet ist. In ihrem unteren Teil müssen sie
aus hitzebeständigem Material bestehen. Nach Verlassen des schützenden Rohres hat
das Eisenerz nur noch wenig Gelegenheit, mit den reduzierenden Gasen in Reaktion
zu treten, bis es in die Schmelzzone gelangt. Es wird im wesentlichen als geschlossene
Erzsäule nach unten sinken und schließlich aufgeschmolzen werden. Die Möglichkeiten
der Reaktion sind um so geringer, je feinkörniger das Erz ist, da bei feinem Erz
das Gas am Eindringen in die Erzsäule behindert ist. Das erfindungsgemäße Vergasungsverfahren
arbeitet also besonders günstig bei Verwendung von feinkörnigen und mulmigen Erzen,
ein hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit bemerkenswerter Vorteil.
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Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt eine Abwandlung, die besonders
dann günstig ist, wenn es sich darum handelt, größere Mengen Roheisen als Nebenprodukt
zu erzeugen, oder wenn, wie z. B. beim sauerstoffbetriebenen Niederschachtofen,
Eisen das Hauptprodukt ist und ein möglichst hochwertiges Gas als Nebenprodukt erzeugt
werden soll. Die. Vergasungskohle für den Generator bzw. Niederschachtofen soll
ein Stückgröße nicht unter 5 mm, möglichst aber über zo mm haben. Das erfindungsgemäße
Verfahren bietet eine wertvolle Möglichkeit, die anfallende Feinkohle in dem Verfahren
unterzubringen. Feinkohle und Erz werden miteinander gemischt und getrennt von der
Stückkohle in den beschriebenen, bis tief in - den Generatorschacht hineinragenden
Rohren dem Generator zugeführt.-Im Maße wie das Kohle-Erz-Gemisch beim Niedersinken
im Schacht durch die Rohrwandung hindurch erwärmt wird, findet - beginnend mit etwa
700° - die indirekte Reduktion des Eisenoxydes durch die Kohle statt. Von der Reduktionszone
ab abwärts werden zweckmäßig die Rohre perforiert, um die bei der Reaktion entstellenden
Gase in den Schacht austreten zu lassen.
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Wenn größere Mengen Eisen erzeugt werden sollen, ist es unter Umständen
auch vorteilhaft, grobstöckiges Erz mit der Stückkohle zu chargieren und Feinerz
oder eine Mischung von Feinerz mit Feinkohle durch die Führungsrohre direkt der
Schmelzzone des Schachtofens zuzuleiten.
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Bei gegebenen Dimensionen des Schachtofens und der vorgeschlagenen
Einrichtungen für die direkte Zuführung des Erzes in die Schmelzzone ist die Menge
der pro Einheit vergaster Kohle niederschmelzenden Menge Eisenerz in starkem Maße
abhängig von der Temperatur, die in der Schmelzzone herrscht. Die Eisenerzmenge
ist um so größer, je höher die Temperatur ist. Bei Vergasung mit Sauerstoff -lassen
sich hohe Temperaturen vor den Formen erzielen, die sich durch die Beimischung entsprechender
Mengen Wasserdampf auf jede gewünschte Höhe einregulieren lassen.
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Wird nach dem vorgeschlagenen Verfahren der Schmelzzone des Generators
reines Erz zugeführt oder eine Kohle-Erz-Mischung, deren Kohlegehalt für die vollständige
Reduktion nicht ganz oder gerade nur ausreicht, so lassen. sich in dem Schachtofen
kohlenstoffarme stahlähnliche Eisensorten herstellen. Dies ist besonders dann möglich,
wenn der Schachtofen infolge Vergasung mit Sauerstoff bei hoher Gestelltemperatur
arbeitet.
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Für die Chargierung des Erzes bzw. des Kohle-Erz-Gemisches neben der
Vergasungskohle gibt es verschiedene Möglichkeiten. Die Ausführungsform ist verschieden,
j e nachdem die Schutzrohre oder das Schutzrohr senkrecht nach oben geführt werden
unter die Chargiervorrichtung oder ob sie seitlich schräg aus dem Schacht herausgeführt
werden. Eine besonders einfache Einrichtung für die Chargierung ergibt sich, wenn
man die in der Abbildung
dargestellte Anordnung wählt. Ein zentrales
senkrechtes Rohr ist in der Mitte des Schachtes angeordnet. Die Chargiervorrichtung,
die aus an sich bekannten Elementen besteht, wirft die gesamte Charge in das zentrale
Rohr ab. Der gewünschte Effekt läßt sich mit dieser Chargiereinrichtung durch das
folgende Chargierverfahren erreichen: Wenn der Schachtinhalt so weit abgesunken
ist, daß das Mittelrohr gerade eine neue Charge aufnehmen kann, wird eine Charge
Erz bzw. Kohle-Erz-Gemisch aufgegeben. Damit ist das Mittelrohr wieder bis oben
gefüllt. Hiernach wird Stückkohle chargiert, die, da das Mittelrohr gefüllt ist,
restlos in den Ringraum des Schachtes fällt. Es kann auch zweckmäßig sein, die beiden
Chargenzusammensetzungen zu vertauschen unA im Mittelrohr Stückkohle aufzugeben,
während der Ringraum das Kohle-Erz-Gemisch führt. Diese Lösung bietet sich besonders
dann an, wenn Eisen das Hauptprodukt des Schachtofens ist.
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Eine weitere Ausgestaltung der Beschickungseinrichtung besteht darin,
daß das Mittelrohr mit einem Deckel versehen wird, der von außerhalb des Schachtofens
bewegt werden kann, so daß er die 'Öffnung des Mittelrohres frei gibt, wenn dies
für die Chargierzwecke erforderlich ist.
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In der Zeichnung ist ein für das erfindungsgemäße Verfahren geeigneter
Ofen schematisch dargestellt.
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In dem Schachtofen i mit den Düsen 2, dem Abstich 3 und der Beschickungseinrichtung
.4. befindet sich das zentrale Rohr 5. Durch die Beschickungseinrichtung q. wird
in den Ringraum des Schachtes Stückkohle 6 gegeben und in das zentrale Rohr ein
Gemisch von Feinkohle und Erz 7. Die sich im Gestell des Schachtofens sammelnde
Schlacke 8 und das flüssige Eisen 9 werden durch das Abstichloch 3 abgezogen.