EP0096212A2 - Verfahren zum Kühlen von OBM-Düsen in Kohlevergasungsanlagen - Google Patents
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- C10J2300/0953—Gasifying agents
- C10J2300/0959—Oxygen
Definitions
- the invention relates to a method for cooling OBM nozzles in coal gasification plants, in which a carbon-containing fuel and / or oxygen encased by a cooling protective medium are introduced into a liquid iron bath.
- OBM nozzles which are arranged in OBM converters for steel production or in coal gasification plants, takes place by means of a jacket gas which is blown through the outer ring nozzle.
- OBM nozzles are known to consist of at least two concentric metal tubes, through the inner tubes carbon-containing fuel and / or oxygen is introduced into the liquid iron bath of the coal gasification plant.
- the OBM nozzles are cooled by coal gas which flows through the outer ring channels.
- this has the disadvantage that part of the gas generated must be used for cooling the nozzle and is therefore no longer available for delivery to external consumers. Since it is customary to 6% of the coal gas produced must üscnschutz used for the D, results in an efficiency of the coal gasification debilitating loss.
- the cooling of OBM nozzles must be carried out in such a way that the nozzle itself does not burn prematurely, and no deposits can form on the nozzle which can lead to a closure.
- the latter danger is present in the nozzle known from FR-PS 14 50 718. It is therefore desirable that the OBM nozzles are cooled in such a way that they do not burn too quickly or too slowly, so that the nozzle openings are not always at approximately the same level as the bottom or the side wall of the reaction vessel (converter).
- this object is achieved in that a sewage sludge is used as the protective medium.
- sewage sludge contains hydrocarbons and other chemical compounds. These were cracked when they entered the iron bath at a temperature of about 1500 ° C. The cracking process needs heat that from the environment, and thus in particular from the nozzle pipes. This cools them.
- a waste material namely sewage sludge
- the invention also enables the removal or processing of sewage sludge.
- the treatment of sewage sludge according to the previously known methods leads to special problems due to the heavy metal content of the sewage sludge. However, these can advantageously be circumvented by the invention, since the heavy metals dissolve in the iron bath and can thus be isolated.
- the combustible substances present in the sewage sludge are advantageously used in the process according to the invention, they either make a contribution to the heat balance of the coal gasification plant or appear in the form of CO or H 2 in the coal gas produced. According to the invention, it is therefore advantageous only to clean the sewage sludge used for cooling the nozzle, but not - as is otherwise customary in sewage treatment plants - to pasteurize and then allow it to rot. The latter two steps require energy to heat up the sewage sludge and also remove a portion of the flammable substances carried along from the sewage sludge. As is well known, the digestion process produces biogas that contains methane in particular, which means that the invention can also reduce the costs of wastewater treatment plants because the wastewater treatment stages can be saved.
- N is un operate a wastewater treatment plant for quite some time in Berlin, where the also only clean, but not pasteurized and not digested sewage sludge is burned in fluidized bed.
- this process does not eliminate the problem of the heavy metals contained in the sewage sludge, especially cadmium.
- the heavy metals can be found in the combustion residues and lead to environmental problems if they are sprinkled on arable soil as previously carried out.
- the sewage sludge is advantageously fed to the OBM nozzles in liquid form; it still contains enough water to be pumpable. In this consistency, the sewage sludge can simply be pressurized and fed to the OBM nozzles. In order to be able to use sewage sludge with lower water contents and to be able to control the supply of water to the coal gasification plant accordingly, it is proposed to add a gas to the sewage sludge in order to fluidize it.
- the composition of the sewage sludge strongly depends on its origin. There are many organic substances, faeces and paper residues in the sewage from residential areas.
- Industrial waste water carries with it typical waste materials for the special industrial companies, for example wood flour or dust in the wood processing industry u.
- the wastewater must first be freed of sand and coarse material, a sand trap in which sand u. Sedimented as well as at least one arithmetic unit that sieves the coarse materials.
- the sewage sludge cleaned in this way typically has a water content of 97% and can be used directly for the use according to the invention for nozzle cooling. However, it is advantageous to remove at least part of the water. A mechanical predrying is sufficient for this.
- Experience has shown that sewage sludge is still pumpable at water contents of around 75% and can be fed directly to the OBM nozzles.
- the control according to the invention of the total heat balance of the coal gasification plant by further addition of sewage sludge is very advantageous. This is introduced, for example, through inner tubes of the OBM nozzle, in particular together with the oxygen, in the amount necessary for the respective control of the iron bath temperature. In this way, additional sewage sludge is processed and removed.
- a main advantage of the method according to the invention is environmental protection.
- the environmentally harmful substances contained in the sewage sludge accumulate either in the bath, in the slag or in the dust particles carried in the gas.
- the likelihood that they will be carried in the coal gas is low, especially since the proportion of e.g. B. mercury in sewage sludge is exceptionally deep.
- the pollutants thus bound and thus isolated in the bath, in the slag or in the dust particles can be removed from the bath, the slag or the iron particles or separated from them. They are then available for further processing or can be significantly more environmentally friendly Licher than possible according to the previously known methods are stored in a landfill.
- the OBM nozzle is understood to mean any nozzle suitable for the under-bath nozzle technology.
- the method for nozzle cooling according to the invention can generally be used in methods in which a substance is to be introduced from below into a molten bath by means of nozzles and there is a need to cool the sub-bath nozzle used for this purpose.
- the method according to the invention is also suitable for nozzles in converters which serve to produce steel.
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Abstract
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Kühlen von OBM-Düsen in Kohlevergasungsanlagen, bei denen ein kohlenstoffhaltiger Brennstoff und/oder Sauerstoff ummantelt von einem kühlenden Schutzmedium in ein flüssiges Eisenbad eingeleitet werden.
- Üblicherweise erfolgt die Kühlung von OBM-Düsen, die in OBM-Konvertern zur Stahlerzeugung oder in Kohlevergasungsanlagen angeordnet sind, durch ein Mantelgas, das durch die äußere Ringdüse geblasen wird, siehe z. B. DE-PSen 17 83 149 und 20 04 159. OBM-Düsen bestehen bekanntlich aus mindestens zwei konzentrischen Metallrohren, durch die inneren Rohre wird kohlenstoffhaltiger Brennstoff und/oder Sauerstoff in das flüssige Eisenbad der Kohlevergasungsanlage eingeleitet. Bei dem aus der DE-OS 27 33 709 bekannten Verfahren zur Kühlung von OBM-Düsen der eingangs genannten Art werden die OBM-Düsen durch Kohlegas gekühlt, das durch die äußeren Ringkanäle strömt. Dies hat jedoch den Nachteil, daß ein Teil des erzeugten Gases für die Düsenkühlung benutzt werden muß und damit für die Abgabe an externe Verbraucher nicht mehr zur Verfügung steht. Da man üblicherweise 6 % des erzeugten Kohlegases für den Düscnschutz einsetzen muß, ergibt sich ein die Wirtschaftlichkeit der Kohlevergasung beeinträchtigender Verlust.
- Zur Düsenkühlung ist weiterhin aus der US-PS 2 855 293 bekannt, reinen Sauerstoff unter so hohem Druck über Kupferdüsen einzublasen, daß sich an der Düsenmündung aufgrund des Joule-Thompson-Effektes beim Entspannen des Sauerstoffs eine Kühlung ergibt. Dieses Verfahren erfordert jedoch hohe Drucke über typischerweise 80 bar und damit besondere Anlagen für die Sauerstoffkompression. Weiterhin ergeben sich Schwierigkeiten bei der Kohlevergasung aufgrund des hohen Blasdruckes.
- Die Kühlung von OBM-Düsen muß bekanntlich so erfolgen, daß weder die Düse selbst vorzeitig abbrennt, noch sich Ansätze an der Düse bilden können, die zu einem Verschluß führen können. Letztere Gefahr ist bei der aus der FR-PS 14 50 718 bekannten Düse gegeben. Es wird daher angestrebt, daß die OBM-Düsen so gekühlt sind, daß sie weder zu schnell noch zu langsam abbrennen, so daß nicht die Düsenöffnungen stets etwa auf demselben Niveau wie der Boden bzw. die Seitenwand des Reaktionsgefäßes (Konverter) befinden.
- Aufgabe der Erfindung ist es daher, ausgehend von den bekannten Verfahren der eingangs genannten Art zur Düsenkühlung ein Verfahren anzugeben, bei dem ohne Einsatz wertvoller Brennstoffe eine ausreichende Düsenkühlung erreicht wird.
- Diese Aufgabe wird ausgehend von den bekannten Verfahren dadurch gelöst, daß als Schutzmedium ein Klärschlamm verwendet wird.
- Klärschlämme enthalten bekanntlich Kohlenwasserstoffe und weitere chemische Verbindungen. Diese worden bei Eintritt in das bei einer Temperatur von etwa 1500 °C befindliche Eisenbad gecrackt. Der Crackvorgang benötigt Wärme, die der Umgebung, und damit insbesondere den Düsenrohren, entzogen wird. Dadurch werden diese gekühlt. Insgesamt wird somit ein Abfallstoff, nämlich Klärschlamm, sinnvoll und wirtschaftlich eingesetzt, um OBM-Düsen zu kühlen und wertvolle, für die Düsenkühlung bislang verwendete Gase einzusparen. Zugleich ermöglicht die Erfindung aber auch die Beseitigung bzw. Aufarbeitung von Klärschlamm. Die Aufbereitung von Klärschlamm nach den bislang bekannten Verfahren führt aufgrund der Schwermetallgehalte des Klärschlamms zu besonderen Problemen. Diese können jedoch vorteilhaft durch die Erfindung umgangen werden, da sich die Schwermetalle im Eisenbad lösen und somit isoliert werden können.
- Die im Klärschlamm vorhandenen brennbaren Substanzen werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhaft genutzt, sie liefern entweder einen Beitrag zum Wärmehaushalt der Kohlevergasungsanlage oder erscheinen in Form von CO oder H2 im erzeugten Kohlegas. Erfindungsgemäß ist es deshalb vorteilhaft, den zur Düsenkühlung verwendeten Klärschlamm lediglich zu reinigen, nicht aber - wie sonst bei Kläranlagen üblich - zu pasteurisieren und anschließend ausfaulen zu lassen. Die beiden letzteren Schritte erfordern Energie zum Aufheizen des Klärschlammes und entziehen dem Klärschlamm zudem einen Teil der mitgeführten, brennbaren Substanzen. Beim Faulvorgang wird bekanntlich Biogas erzeugt, das insbesondere Methan enthält.Somit lassen sich aufgrund der Erfindung auch die Kosten für Kläranlagen reduzieren, weil Klärstufen eingespart werden können.
- Besonders vorteilhaft erscheint eine Nutzung von Klärschlämmen aus Kohlewaschanlagen, weil diese einen hohen ) Gehalt an staubförmiger Kohle mitführen. Der Heizwerte dieser Kohle wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren genutzt.
- Nun wird bereits seit längerem in Berlin eine Kläranlage betrieben, bei der der ebenfalls nur gereinigte, nicht aber pasteurisierte und nicht ausgefaulte Klärschlamm in Wirbelschichtöfen verbrannt wird. Dieses Verfahren beseitigt jedoch nicht das Problem der im Klärschlamm enthaltenen Schwermetalle, insbesondere des Cadmiums. Die Schwermetalle finden sich in den Verbrennungsrückständen wieder und führen zu Umweltproblemen, wenn sie wie bislang durchgeführt auf Ackerboden gestreut werden.
- Vorteilhafterweise wird der Klärschlamm den OBM-Düsen flüssig zugeführt, er enthält noch so viel Wasser, um pumpfähig zu sein. In dieser Konsistenz läßt sich der Klärschlamm einfach unter Druck setzen und den OBM-Düsen zuleiten. Um auch Klärschlamm mit geringeren Wassergehalten verwenden zu können und dementsprechend die Zufuhr an Wasser zur Kohlevergasungsanlage steuern zu können, wird vorgeschlagen, dem Klärschlamm ein Gas zuzumischen, um ihn zu fluidisieren.
- Alternativ wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, den Klärschlamm zu trocknen, insbesondere völlig zu trocknen und feinkörnig in der Eisenbad einzublasen. Hierbei wird wieder ein Mantelgas notwendig, das aufgrund der beschriebenen Crackvorgänge jedoch minderwertiger und damit kostengünstiger ist als das bislang zur Kühlung der OBM-Düsen verwendete Mantelgas.
- Die Zusammensetzung des Klärschlamms hängt stark von seiner Herkunft ab. In den Abwässern von Wohnbezirken finden sich vielerlei organische Substanzen, Fäkalien und Papierreste. Industrieabwässer führen für die speziellen Industriebetriebe typische Abfallstoffe mit sich, beispielsweise Holzmehl oder -staub bei holzverarbeitender Industrie u. dgl. Diese Abwässer müssen zunächst von Sand und Grobstoffen befreit werden, hierzu dienen in bekannter Weise ein Sandfang, in dem Sand u. dgl. sedimentiert sowie mindestens ein Rechenwerk, das die Grobstoffe aussiebt. Der so gereinigte Klärschlamm hat typischerweise einen Wasseranteil von 97 % und kann unmittelbar für die erfindungsgemäße Verwendung zur Düsenkühlung eingesetzt werden. Vorteilhaft ist jedoch, zumindest einen Teil des Wassers zu entziehen. Hierzu genügt eine mechanische Vortrocknung. Bei Wassergehalten um 75 % ist der Klärschlamm erfahrungsgemäß noch pumpfähig und kann unmittelbar den OBM-Düsen zugeführt werden.
- Sehr vorteilhaft ist die erfindungsgemäß mögliche Steuerung der Gesamtwärmebilanz der Kohlevergasungsanlage durch weitere Zugabe von Klärschlamm. Dieser wird beispielsweise durch Innenrohre der OBM-Düse, insbesondere zusammen mit dem Sauerstoff, in der für die jeweilige Steuerung der Eisenbadtemperatur notwendigen Menge eingeleitet. Auf diese Weise wird zusätzlicher Klärschlamm verarbeitet und beseitigt.
- Ein Hauptvorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt im Umweltschutz. Die im Klärschlamm enthaltenen umweltschädlichen Stoffe sammeln sich entweder im Bad, in der Schlacke oder in den im Gas mitgeführten Staubpartikeln an. Die Wahrscheinlichkeit, daß sie im Kohlegas mitgeführt werden, ist gering, zumal der Anteil von z. B. Quecksilber im Klärschlamm außergewöhnlich tief liegt. Die so im Bad, in der Schlacke oder in den Staubpartikelchen gebundenen und damit isolierten Schadstoffe können aus dem Bad, der Schlakke oder den Eisenpartikeln herausgelöst oder von diesen abgetrennt werden. Sie stehen dann für eine Weiterverarbeitung zur Verfügung oder können wesentlich umweltfreundlicher als nach den bisher bekannten Verfahren möglich auf einer Deponie gelagert werden.
- Im Sinne dieser Anmeldung wird unter OBM-Düse jede für die Unterbad-Düsentechnik geeignete Düse verstanden.
- Das erfindungsgemäße Verfahren zum Düsenkühlen kann allgemein Verwendung finden in Verfahren, bei denen mittels Düsen von unten in ein schmelzflüssiges Bad ein Stoff eingeleitet werden soll und die Notwendigkeit besteht, die hierfür verwendete Unterbad-Düse zu kühlen. Insofern ist das erfindungsgemäße Verfahren auch für Düsen in Konvertern, die der Stahlerzeugung dienen, geeignet.
Claims (8)
dadurch gekennzeichnet, daß als Schutzmedium ein Klärschlamm verwendet wird.
dadurch gekennzeichnet, daß der Klärschlamm zumindest so viel Wasser enthält, daß er noch pumpfähig ist.
dadurch gekennzeichnet, daß dem Klärschlamm ein Gas zur Fluidisierung zugemischt wird.
dadurch gekennzeichnet,
daß der Klärschlamm getrocknet und anschließend in das Eisenbad eingeleitet wird.
dadurch gekennzeichnet ,
daß der Klärschlamm völlig getrocknet und feinkörnig in das Eisenbad eingeblasen wird.
dadurch gekennzeichnet,
daß zusätzlich zu dem für die Düsenkühlung erforerlichen Klärschlammstrom weiterer Klärschlamm zur Steuerung der Gesamtwärmebilanz der Kohlevergasungsanlage in der Eisenbad eingeleitet wird.
dadurch gekennzeichnet,
daß gereinigter, jedoch nicht pasteurisierter und nicht ausgefaulter Klärschlamm verwendet wird.
d adurch gekennzeichnet ,
daß Klärschlamm von Kohlewäschen verwendet wird.
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Inventor name: VON BOGDANDY, LUDWIG, PROF. DR.-ING. Inventor name: GROSSMANN, JUERGEN, R., DR.-ING. |